[发明专利]精密测量加速度的单分子装置

说明书

本发明公开了一种精密测量加速度的单分子装置及方法。本发明是利用机械可控裂结(MCBJ)技术、微纳加工工艺和分子自组装技术实现的。可运用于分子电子学、传感测量、及航空航天领域。利用微纳加工技术制作纳米电极芯片，利用MCBJ装置构筑间隙可控的单分子结，通过测量纳米粒子在纳米间隙中位置的相对移动而导致的隧穿电流的变化，精密测量对应的加速度值。由于隧穿电流值对隧穿距离的变化极其敏感(隧穿距离每变化0.1纳米，对应的隧穿电流可以变化1个数量级)，因此可以通过测量隧穿电流的变化，实现对不同加速度的精确探测。扩展了单分子器件的应用范围，为单分子器件的发展和分子电子学的发展提供了有价值的参考。

技术领域

本发明属于一种构筑纳米点电极对弹性单分子结装置测量加速度的方法，具体涉及分子电子学，微纳电子学，运动物理学等领域。

背景技术

分子电子学的迅速发展使得社会生活日趋微型便利化，其应用范围也越来越广。单分子的相关研究越来越深入，以分子为单位构筑的电子器件越来越多的被研究出来。用以研究单分子性质的单分子结的构筑方法也有很多，其中，机械可控裂结(MCBJ)技术以良好的稳定性和精密可控性优点得到广泛应用，所产生的分子结广泛应用于分子开关、分子整流器、分子二极管等分子电子器件的研究与制造。通过多识别位点单体的组装，以及各种弱相互作用可以发生分子间或分子与界面间的组装，而这种不受外力的自行聚集、组织成规则结构的分子自组装技术已被广泛运用于构建纳米材料器件中。同样，本发明利用分子自组装技术将弹性分子(双乙硫醇)组装到金电极上，然后利用电化学沉积技术将其中一端电极沉积一层金以覆盖此端电极上组装上去的分子，使得组装上去的分子只出现在另一端金电极上，同时也能够改善导电接触阻抗，增进信号传输。

目前，在物理学领域，对加速度的测量除了实验上的操作方法外，实际应用中多使用加速度传感器，通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成，在传感器加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值，通常为电容式、电感式、应变式、压阻式和压电式等，这些加速度传感器能够测到的加速度值不会很小，当需要测量一些极小的加速度值时，它们并不能提供帮助，而弹性分子结内的金纳米粒子质量较小，受惯性力作用产生的位移也较小，产生的隧穿电流的变化较明显，能够对极小的加速度较敏感。

为解决极小加速度测量的问题，本发明提出了在芯片上利用弹性分子结隧穿电流的变化测量极小加速度的装置和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过测量分子结内隧穿电流的变化，从而测量外部加速度的单分子加速度计装置。利用MCBJ装置、分子自组装技术产生稳定的弹性分子结，并通过弹性分子自身的压缩与扩张性质检测结内隧穿电流变化，最终实现确定外部的加速度。

本发明采用的技术方案是：

一种利用分子结隧穿电流的变化测量外部加速度的方法，其特征在于，包括机械可控裂结(MCBJ)装置、弹性钢片、绝缘层(聚酰亚胺)、电极(金)层、沉积层(金)、弹性分子(双乙硫醇)和金纳米粒子：所述弹性钢片、绝缘层(聚酰亚胺)、电极(金)层和沉积层(金)制作形成分子结的芯片；弹性分子(双乙硫醇)和金纳米粒子则用于形成分子结和产生隧穿电流；MCBJ装置可连续弯曲芯片形成固定间隙的分子结。

所述MCBJ装置具有优良的稳定性和较大的衰减因子，滑块的位移量很大而芯片的弯曲量被衰减到很小，纳米电极间的间隙大小可精确调控，形成的分子结稳定性也较高。

所述弹性钢片、绝缘层(聚酰亚胺)、电极(金)层和沉积层(金)制作形成分子结的芯片由于使用弹性钢片作为基底，能够弯曲形变也能够复原，可以重复利用。而绝缘层(聚酰亚胺)一方面隔离基底和电极，另一方面在反应离子刻蚀获得悬空金电极对时作为牺牲层。

所述金纳米粒子一端连接弹性分子(双乙硫醇)，在整套装置运动的过程中由于外力和金纳米粒子惯性的影响会产生类似弹簧的形变压缩或者扩张从而使得金纳米粒子与金电极之间间距改变而隧穿电流发生相应变化。