[发明专利]基于压电片可控纳米间隙的单分子结制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于压电片可控纳米间隙的单分子结制备方法，包括：压电片、驱动电极、绝缘层、带有预环切的金线；压电片为基片/衬底；压电片的上下表面均设置有驱动电极；绝缘层位于驱动电极的上层；带有预环切的金线固定在绝缘层上；当驱动电压施加至驱动电极时，所述压电片将发生横向/水平变形，固定在绝缘层上的金线被相应拉伸，精确控制纳米间隙大小。本发明通过使用水平方向膨胀的压电片构建具有埃级调节精度的原位可调片上金属纳米间隙，进一步发展为平面内的可控裂结；为以单分子作为构建模块制造出具有集成潜力的片上器件提供技术支撑。

技术领域

本发明属于纳米电极的技术领域，具体涉及一种基于压电片可控纳米间隙的单分子结制备方法。

背景技术

随着半导体工艺特征尺寸缩小至十纳米以下，电极之间由隧穿效应所导致的漏电流将成为制约器件进一步小型化的关键技术挑战。分子具有合成成本低、结构多样性，可自组装等优点，利用单个分子自身特性来构建出具有特殊功能的分子器件成为当前分子电子学的研究热点。实现单分子功能器件的一个先决条件是能将微观的分子连接到宏观电路中测量并控制通过分子的电荷输运，因此制备电极-分子-电极结构的分子结成为首要任务。

而构建单分子结的关键就是使电极与分子之间通过化学键来稳定高效地连接起来。通常，单分子结的电极主要是由金属来充当，形成金属-单分子-金属结。金属点电极的加工工艺复杂，且难以精确控制电极的形貌及所测量的分子的数目。

目前获得单分子结的主要方法有机械可控裂结技术，扫描探针显微技术，纳米间隙电极的电化学沉积技术和电迁移技术。但是这些方法中，机械可控裂结技术可在针尖形的电极间提供连续可调的纳米间隙，具有高度的机械稳定性，但是机械可控裂结技术装置需要借助压电陶瓷或步进电机通过弯曲基片以改变电级间的距离，无法实现片上集成。

因此，如何提供一种片上可控纳米裂结的单分子结制备方法是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于压电片可控纳米间隙的单分子结制备方法，通过使用水平可膨胀压电片构建具有埃级调制分辨率的原位可调片上金属纳米间隙，进一步发展为平面内的断裂及连接，其中该纳米间隙可以重复断裂和连接数百万次，实现具有自由调节间隙尺寸的片上裂结；以单分子作为构建模块制造具有集成潜力的高产量片上分子器件提供技术支撑。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于压电片可控纳米间隙的单子分结制备方法，包括：压电片、驱动电极、绝缘层、带有预环切的金线；

其中，所述压电片为基片/衬底；所述压电片的上下表面均设置有驱动电极；

所述绝缘层位于所述驱动电极的上层；所述带有预环切的金线固定在所述绝缘层上；

当驱动电压施加至所述驱动电极时，夹在所述驱动电极中间的所述压电片将发生横向/水平变形，固定在所述绝缘层上的所述金线被相应拉伸，精确控制纳米间隙大小。

优选的，所述带有预环切的金线的制备方法如下：

1)在金线一的中间部分进行环切形成凹槽，将所述金线一切割成相对对称的沙漏形；

2)将经过步骤1)处理的所述金线一固定在涂有绝缘胶的压电片上；

3)将金线二置于压电片的上层，且所述金线二的一端置于接近所述金线一的凹槽中心；

4)将电解质滴在所述凹槽附近的所述压电基片上，以浸没所述金线二的末端位置和金线一的凹槽部分；

5)在所述金线二上施加低电位，使其作为电化学反应的阴极，在所述金线一上施加高电位，使其作为阳极，通过电化学反应进行蚀刻；随着阳极的逐渐腐蚀，所述凹槽的直径减小。