[发明专利]一种纳米材料电子与光电子器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米电子与光电子器件的结构与制备方法，特别是一种基于选择氧化技术获得绝缘介电层制备纳米电子与光电子器件及制备的方法。

背景技术

纳米材料和纳米材料的功能化加工是当今新材料研究领域最富有活力的研究对象，也是纳米科技最为活跃、最接近应用的重要组成部分，对未来经济和社会发展有着十分重要影响。半导体纳米材料作为纳米功能材料中重要的一部分，有着独特的性质，在电子、光电子、能源、生物等方面都有着重要的应用。

近年来，纳米材料的电子与光电子器件研究取得了引人注目的成就。特别是半导体材料（如硅、砷化镓、氮化镓、氧化锌等）的纳米结构（如纳米带、纳米线、纳米点等）相继被制备出来，并被加工成多种器件（如场效应晶体管、光电二极管等）。纳米材料需要在合理的方法和工艺下制备加工，与电极形成可靠而有效的电学接触和完整的器件结构，才能够实现其在电子和光电子方面的功能。由于纳米材料尺寸小（范围从几纳米到几百纳米），形貌结构多样，目前加工半导体纳米材料往往需要电子束光刻等高精度的微加工工艺，这些工艺成本高，加工方法受限制。纳米材料的大规模器件化加工及应用仍然面临着严峻的挑战。

发明内容

本发明目的是，提出一种纳米材料电子与光电子器件及制备方法，对纳米材料进行加工，形成有效的电极接触，实现其电子和光电子方面的功能。本发明方法避免复杂而昂贵的微加工工艺，可实现纳米器件低成本、大批量的加工。

本发明技术方案是：一种纳米材料电子与光电子器件，器件的结构特征在于，包括衬底、下电极、纳米材料、绝缘介电层和上电极五个部分，所述的绝缘介电层选择金属氧化技术获得绝缘介电层，上下电极与纳米材料形成良好的电学接触，绝缘介电层在上下电极之间防短路，保证电荷通过上下电极流经纳米材料，即可实现所设计的半导体纳米器件的功能。

本发明纳米材料电子与光电子器件的制备方法，步骤如下：将纳米材料分步排列在清洗干净的载片上；运用真空蒸镀工艺在该载片表面沉积金属薄膜，金属薄膜包裹纳米材料并形成良好的电学接触，形成下电极；具有粘性的衬底粘附该薄膜；在粘性的衬底上施加外力并移开粘性的衬底，转移金属薄膜和包裹的纳米的薄膜材料，并形成新的薄膜表面和纳米材料表面；通过选择氧化技术，仅在金属薄膜表面生成绝缘介电层，而在纳米材料表基本保持原有状态。这一绝缘介电层将有效绝缘隔离上下电极。进一步，在对绝缘介电层表面镀金属层）获得上电极，构成电子或光电子器件。

该结构器件对纳米材料的种类、形貌和尺寸具有兼容性。纳米材料可以是多种电子材料，如硅、锗、砷化镓、氮化镓、氧化锌等；纳米材料形貌可以是多种低维结构，如纳米带、纳米线、纳米点等；作为功能材料的纳米材料可以进行氧化、掺杂等工艺，形成核壳结构，也可以选用多种异质结半导体纳米材料；纳米材料的加工尺寸在几十纳米至几百纳米范围内。

衬底是可以是硬质的载片（如玻璃、硅片等），也可以是柔性的膜（如聚合物膜）。

作为上电极的薄膜，可以根据设计，选用金属或半导体薄膜、有机或无极薄膜，单层或多层薄膜。

作为上电极的薄膜，可以通过掩膜或光刻工艺，进行图形化，实现微小单元的器件。

利用真空蒸镀金属铝薄膜与载片粘附力弱的特性，在衬底上施加外力，转移铝薄膜和包裹的纳米材料。

在形成上下电极的工艺之前，可以对纳米材料表面进行其他工艺处理，如氧化，掺杂，等离子处理，表面分子膜修饰等。

绝缘介电层也可以通过金属阳极氧化的方法获得。

本发明所述的纳米材料电子与光电子器件可以是二极管、三极管或光放大管等基本单元。尤通过选用的纳米材料的差异以及一些后续工艺，该器件可以作为光探测器、发光二极管、太阳能电池等，也可以实现上述结构。

本发明通过选择氧化技术获得绝缘介电层实现的纳米材料与上下电极的有效接触，如附图1所示。该结构包括衬底11、下电极12、纳米材料13、绝缘介质层14和上电极15五个部分。该结构通过其他方法实现上电极与外部电路接触后，即可实现所设计的半导体纳米器件的功能。