[发明专利]一种聚苯乙烯微球模板组装金颗粒制备单电子晶体管的方法

权利要求书

1.一种聚苯乙烯微球模板组装金颗粒制备单电子晶体管的方法，其特征在于：首先通过热氧化处理硅基片，使硅基片表面形成二氧化硅衬底，库仑岛和电极集成设置在二氧化硅衬底上，其特征在于：在二氧化硅衬底上制备出均匀紧密排布的聚苯乙烯微球单层膜模板，利用电子束蒸发镀膜的方法在聚苯乙烯微球单层膜模板表面镀金薄膜，再利用化学腐蚀方法和后处理得到金纳米颗粒阵列；然后采用原子层沉积在金纳米颗粒阵列之上形成氧化铝势垒层，采用电子束曝光、电子束蒸发镀膜和/或剥离的方法制备电极，最后采用原子层沉积在电极和氧化铝势垒层上制备氧化铝保护层；

单电子晶体管的源极和漏极中间有一个金纳米颗粒作为库仑岛，单电子晶体管的源极、漏极和栅极的位置根据库仑岛的排列形式确定，源极和漏极与库仑岛之间通过隧道结的形式耦合，栅极与库仑岛间隔相对较远，通过电容的形式耦合。

2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯微球模板组装金颗粒制备单电子晶体管的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)热氧化处理清洗后的硅基片，使硅基片表面形成二氧化硅衬底；

(2)在二氧化硅衬底上制备出聚苯乙烯微球单层膜；

(3)利用电子束蒸发镀膜的方法在聚苯乙烯微球单层膜表面镀金薄膜；

(4)采用化学腐蚀的方法去除聚苯乙烯微球单层膜模板；

(5)采用化学腐蚀的方法调整纳米金阵列的尺寸大小；

(6)采用特定气氛下的高温退火的方法形成良好结晶的金纳米颗粒阵列；

(7)采用原子层沉积的方法在金纳米颗粒阵列上生长一层氧化铝薄膜作为势垒层；

(8)采用电子束曝光、电子束蒸发镀膜和/或剥离的方法制备源极、漏极和栅极；

(9)采用原子层沉积的方法在电极和势垒层表面生长一层氧化铝薄膜作为保护层。

3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯微球模板组装金颗粒制备单电子晶体管的方法，其特征在于：所述二氧化硅衬底厚度为200～500nm，作为源极、漏极、栅极和金纳米颗粒与硅基底的绝缘层；所述源极、漏极和栅极采用Ti为金属粘附层，粘附层厚度为2～3nm，采用Au为沉积材料，沉积材料厚度为5～25nm。

4.根据权利要求2述的聚苯乙烯微球模板组装金颗粒制备单电子晶体管的方法，其特征在于：所述源极和漏极位于二氧化硅衬底上，中间是特定排列的金纳米颗粒阵列，源极和漏极的间距根据金纳米颗粒尺寸及阵列形式不同而不同；所述金纳米颗粒阵列的特定排列为1×1，1×2，1×3，2×1，2×2。

5.根据权利要求2所述的聚苯乙烯微球模板组装金颗粒制备单电子晶体管的方法，其特征在于：所述步骤(2)所使用的聚苯乙烯微球是通过种子乳液聚合法制备的，通过改变单体浓度、稳定剂浓度及种类、引发剂浓度及种类、温度、搅拌速度，反应时间和气氛实验条件制备特定粒径的聚苯乙烯微球乳液；所述步骤(2)在制备聚苯乙烯微球单层膜之前，要利用硫酸或硝酸进行二氧化硅衬底的亲水处理；所述步骤(2)在二氧化硅衬底上制备出聚苯乙烯微球单层膜采用浸渍提拉法或者旋涂法、气液界面组装法在二氧化硅衬底上制备。

6.根据权利要求2所述的聚苯乙烯微球模板组装金颗粒制备单电子晶体管的方法，其特征在于：所述步骤(4)采用化学腐蚀的方法去除聚苯乙烯微球单层膜是将基片置于无水乙醇和三氯甲烷混合溶液中超声清洗若干分钟来去除聚苯乙烯微球单层膜模板，得到金纳米阵列。

7.根据权利要求2所述的聚苯乙烯微球模板组装金颗粒制备单电子晶体管的方法，其特征在于：所述步骤(5)采用化学腐蚀的方法调整纳米金阵列尺寸大小是采用一定温度的王水，通过控制反应时间，刻蚀得到特定尺寸的金纳米阵列。

8.根据权利要求2所述的聚苯乙烯微球模板组装金颗粒制备单电子晶体管的方法，其特征在于：所述步骤(6)采用特定气氛下的高温退火的方法是在真空条件下对基片进行600℃高温退火一小时，金纳米颗粒将释放应力重新聚集，形成结晶度良好的球状颗粒。