[发明专利]采用浮动电势介电泳规模化装配制造ZnO基纳米器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米操作领域，具体地说是一种采用浮动电势介电泳规模化装配制造ZnO基纳米器件的方法。 

背景技术

氧化锌（Znic Oxide，缩写ZnO）纳米线拥有半导体、光电、压电、气敏、透明导电和对人体无害等诸多优良特性，是一种重要的宽禁带半导体功能材料。近年来，随着高质量ZnO晶体生长技术的突破， ZnO材料、器件及应用研究已成为新的热点。作为多学科交叉融合的集中体现，ZnO基纳电子器件不仅具有重要的科学研究价值，而且在疾病诊断、环境监测、药剂食品监测等领域具有潜在的应用前景，对未来知识经济的发展具有重要的推动作用。其研究内容涉及到物理学、化学、材料科学、自动化控制科学、信息科学以及生命科学等诸多领域，也是纳米技术规模化、商业化应用的关键技术之一。 

目前，ZnO基纳米器件制作技术基本上仍处于实验室阶段，现有装配制造技术还无法实现规模化、低成本制造，这种技术现状仍然是制约纳米器件研究和应用所面临的挑战性问题。常规装配方法是将外加电场直接加微电极结构的源和漏电极上，但在大规模装配制造中，由于器件尺寸小，电极阵列密度高，因而众多的分离电极引线会因制造工艺限制而难以实现批量化、规模化制造是纳米器件的发展趋势。利用浮动电势介电泳方法，实现ZnO纳米线与微电极的规模化装配，对纳米器件批量化、规模化制造技术发展具有重要意义。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种采用浮动电势介电泳规模化装配制造ZnO基纳米器件的方法。 

本发明采用浮动电势介电泳规模化装配制造ZnO基纳米器件的方法，按照如下步骤进行： 

（1）制备分散混合溶液：将ZnO纳米线与纯度为99.9%以上的酒精混合，酒精与ZnO纳米线的质量比为（1000～1100）：1；

（2）采用超声波辅助分散：将ZnO纳米线与酒精混合溶液放入试管中，并放入超声波振荡器中在30~45℃超声10~15分钟，而后取出静止1小时后得到均匀半透明溶液；

（3）浮动电势介电泳装配ZnO纳米线：将电场所需的交变电压信号通过探针分别施加在浮动电势微电极芯片的源极和背栅极，采用微量移液器取1~2μL分散后的上述氧化锌纳米线样品溶液，滴定到浮动电势微电极；对该电极施加正弦交流信号，其频率为1~2MH_z，峰峰值电压为8~10V_p-p，浮动电势介电泳持续时间为3~8s；

（4）后处理：将浮动电势介电泳过的电极芯片在去离子水中进行漂洗，漂洗时间约为15~20s；然后把电极芯片放到真空干燥箱里加热到105℃，时间为30min，进行退火处理；得到ZnO基纳米器件。

所述浮动电势微电极芯片由源极、漏极、背棚极、重掺杂硅基层、二氧化硅氧化层组成。二氧化硅氧化层厚度为300nm，漏极面积为20~100μm²，源极与漏极间隙为1μm。 

当采用传统介电泳装配纳电子器件时，需要将交变电场施加在基片上源极与漏极之间，每次装配只能制造单个或者少数个纳电子器件，不适合产业化生产。而当采用浮动电势介电泳时，交变电场施加在源极与栅极之间（漏极不加电压也不接地，为浮动极），利用漏极（浮动极）与栅极之间的电容耦合形成源极与漏极之间的浮动电势。 

定义漏极与栅极之间的阻抗Z_GD为： 

（1）

其中，ω_GS为栅极与源极之间交变电场的频率，而C_GD为栅极与漏极之间的电容。

当交变电场的频率ω_GS变高时（如近MHz），漏极与栅极之间的阻抗Z_GD很小，使得极间电容耦合导致的漏极V_D与栅极V_G间电势差很小（即漏极随着栅极而变化“浮动”），从而该浮动漏极电势V_D与施加在源极上的激励电势V_S构成交变电场，形成与常规介电泳相似的效果。 

经极间电容耦合形成的交变电场与栅极、漏极间距离和漏极面积有关。从式（1）可以看出，阻抗Z_GD与交变电场频率ω_GS和电容有关。电场频率越高，阻抗Z_GD越小，因而在高频电场作用时，电容C_GD可以很小。电容C_GD可描述为： 

 （2）