[发明专利]一种纳米间隙电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米电极的制备方法，具体地涉及一种电子束诱导沉积法制备纳米间隙电极。

背景技术

分子电子器件作为下一代电子器件，近十几年始终是科学界研究的热点。最近几年取得了一系列重大进展，但是有些问题始终没有得到有效地解决，阻碍着分子电子学的进一步发展。其中纳米间隙电极的制备就是一个急需解决的难题。因为要实现分子电子学的第一步就是要制备分子间隙电极，使得电极的间隙恰好与所要连接分子的尺寸一致。很多研究人员都在研究如何解决这一难题，目前已经有一些比较成功的方法来制备这种可控间隙的纳米电极，比如断结法(break junction method，Reed M.A.Zhou C.Muller C.J.Science 1997，127，193)，电化学沉积法(electrochemicaldeposition method，Qing Q.Chen F.Li P.G.Tang W.H.Liu Z.F.Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，7771)，纳米线模板法(nanowire lithography，Qin L.Park S.Huang L.Mirkin C.A.Science 2005，309，113)等等。然而这些方法仍然没有完全解决这一难题。目前还不能在制备纳米电极的过程中实现原位实时的观测，因此要精确地控制电极间隙地宽度仍然是很难实现的。

电子束诱导沉积法(EBID)是一种通过高密度电子束使扫描区域内的分子发生分解并在其扫描区域表面沉积出纳米结构的方法。这种方法经常在微纳加工领域使用，用来加工制备各种结构的纳米图案。同时这种方法也被用来连接和处理纳米材料(Wang M.Wang J.Chen Q.Peng L-M.Adv.Funct.Mater.2005，15，1825)。电子束诱导沉积很多情况下都是在扫描电子显微镜或透射电子显微镜里进行的，因此在电子束诱导沉积过程中可以原位地观察其进行情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米间隙电极的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的纳米间隙电极制备方法，其具体步骤如下：

a)在不受电子束破坏的纳米材料上制备具有较大间隙的电极对；

b)在电极对的表面吸附电子束诱导沉积的原料分子；

c)将电子束聚焦在电极对的间隙区域；

d)当电极间隙达到所需的宽度时，停止电子束照射，制备得到纳米间隙电极。

所述的制备方法，其中，步骤a采用光刻技术、电子束曝光技术、电流烧蚀技术、断结技术、电化学沉积技术、纳米线模板技术或聚焦离子束烧蚀技术制备电极对。

所述的制备方法，其中，步骤a中不受电子束破坏的纳米材料为金属、无机半导体材料或导电性有机材料。

所述的制备方法，其中，不受电子束破坏的纳米材料为金、银、铜、铁、铝、硅、锗、聚乙撑二氧噻吩或碳纳米管。

所述的制备方法，其中，步骤c的电子束能量为0.1至1000千电子伏。

所述的制备方法，其中，步骤c的电子束密度为105至1010安培每平方米。

所述的制备方法，其中，步骤d的电极间隙为2至100纳米。

本发明具有以下的特征和优点：

1)本发明首次实现了在纳米间隙电极制备过程中的原位观测，从而使得电极间隙的控制更加有效和精确。

2)本发明与传统的方法相比，操作方便，简易可行，成功率高，有利于提高纳米间隙电极的制备效率。

3)本发明制备的纳米间隙电极的间隙范围很大，可以为2纳米至100纳米，这对于纳米以及分子器件的制备和应用有非常重要的意义。

附图说明

图1为本发明中分布在两个钛金电极之间碳纳米管的扫描电子显微镜照片。

图2为本发明中在电流烧蚀后(a)，电子束照射2分钟(b)，电子束照射4分钟(c)，电子束照射6分钟(d)的碳纳米管电极的扫描电子显微镜照片。

图3为本发明中制备的间隙为2纳米的电极在DNA分子组装前和组装后的电流电压曲线。

图4为本发明中电子束诱导沉积前(a)和沉积后(b)的碳纳米管电极的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

本发明制备纳米间隙电极的方法是在扫描电子显微镜中通过电子束照射预先制备的电极，在电极上沉积导电的材料使得电极间隙减小，同时通过扫描电子显微镜原位的观测电极间距，当达到所需的电极间距时停止电子束照射，从而可控地制备具有某一间隙宽度的纳米间隙电极。