[发明专利]一种空气纳米间隙电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种空气纳米间隙电极的制备方法，包括单晶硅片的处理、切割用纳米电极样品模块的制备、纳米切割制备纳米电极、间隔层的刻蚀；本发明的制备方法操作简单、可控性强、适合大规模的生产，能够在短时间制得大量纳米电极，并且具备大面积制备的能力。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种空气纳米间隙电极的制备方法。

背景技术

纳米器件作为新一代电路元件，具有低能耗、高集成性等特点。但是，电子器件的微型化相对发展缓慢，这在一定程度上限制了电子工业的快速发展。因此，为了在纳米尺度甚至分子尺度检测材料性质，制备纳米器件或电路显得尤为重要^[1]。凭借优异的特性和潜力，纳米间隙电极充当电子设备的构筑基元已经受到广泛的关注，它们与有机分子或其他纳米尺寸组分集成，能够展现转换器、晶体管的功能，用于检测或感应等应用的研究^[2]。

目前，一些制备纳米间隙电极结构的方法主要集中在电子束刻蚀^[3]、聚焦离子束刻蚀^[4]、线上刻蚀^[5]等方法。虽然这些方法都有自己的特点，但是对于传统刻蚀而言，想要以精确可控的方式制备纳米间隙电极仍然存在很多挑战，快速高效地大量制备纳米间隙电极是构筑纳米器件关键步骤。虽然以单分子或组装单分子层作为电介质层的纳米间隙电极已经被广泛的研究，但是由于缺少精确可控的制备方法，对空气作为绝缘电介质层的纳米间隙电极的系统研究很难实现，在很大程度上限制了纳米间隙电极作为电子器件的应用。发展一种简单快速，高度可控的制备方法，对电子器件的快速发展具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题为：提供一种简单快速、高度可控的空气纳米间隙电极的制备方法。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：

一种空气纳米间隙电极的制备方法，步骤如下：

S1：选取单晶硅片作为基底，将单晶硅片进行表面处理以后吹干待用；

S2：取一个聚四氟乙烯掩板，在聚四氟乙烯掩板上开设多个均匀分布的矩形镂空，将聚四氟乙烯掩板覆盖在单晶硅片表面，在真空条件下，于聚四氟乙烯掩板的矩形镂空上进行热蒸发沉积金属金，于单晶硅片表面形成矩形金膜图案，去掩板，然后通过3~15 mL光固化树脂覆盖矩形金膜图案，固化后通过光固化树脂粘附矩形金膜图案一并从单晶硅片上脱离；

S3：将上述光固化树脂粘附的矩形金膜图案通过步骤S2中的聚四氟乙烯掩板进行二次覆盖，保持聚四氟乙烯掩板上的矩形镂空与矩形金膜图案的宽度方向存在60~70%的偏移；然后置于真空条件下，在聚四氟乙烯掩板的矩形镂空上先后热蒸发沉积间隔层和金属金，形成部分交叠的金-间隔层-金的矩形三明治结构图案；取1~3 mL光固化树脂覆盖在金-间隔层-金的矩形三明治结构图案上进行固化；

S4：将步骤S3中的金-间隔层-金的矩形三明治结构图案逐一进行分离，置于制备样品模块的凹槽当中，添加光固化树脂之后进行固化，形成长方体适合切割的样品模块；将该样品模块一端围绕着膜图案修整成适合金刚石刀宽度的尺寸，并将修整后的样品模块固定于超薄纳米切片机中，利用2~4 mm宽的金刚石刀，以0.6~1.2 mm/s的速度垂直膜图案平面的方向切割样品模块为厚度50~400 nm的切割薄片，然后收集到目标基底上；

S5：将步骤S4制得的样品模块置于反应性离子刻蚀机中进行刻蚀以除去光固化树脂基体以及间隔层，在基底上得到由两条毫米长的金纳米线部分交叠构成的空气纳米间隙电极。

进一步，所述的步骤S1中单晶硅片的通过丙酮和乙醇冲洗后，然后氮气吹干，最后置于空气等离子体清洗机中处理2~4 min；或者，单晶硅片利用酸洗液加热清洗60 min，然后利用水、乙醇冲洗，最后氮气吹干。