[发明专利]一种可集成化的光控分子开关器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可集成化的光控分子开关器件，包括光控分子开关衬底，光控分子开关衬底上依次设有发光元件、光波导层和光控分子开关元件，发光元件和光控分子开关元件通过光波导元件连接，发光元件包括至少两个纳米线LED，且其中至少有一个紫外光纳米线LED和一个可见光纳米线LED，光波导层的材料采用SiNx或SiO₂中的一种，光控分子开关元件由一个或多个功能分子组成。本发明的优点在于该光控分子开关器件有效地将分子元件应用到集成电路上，极大的缩小了开关器件的尺寸大小，其光控分子开关器件的尺寸不大于100μm。

技术领域

本发明涉及微电子集成电路设计领域，具体涉及一种可集成化的光控分子开关器件，以及器件的制备方法。

背景技术

分子开关是一种在不同触发条件下形成两种不同电导特性的双稳态量子系统，常见的触发条件有扫描隧道显微镜(STM)、氧化还原反应、环境酸碱性的改变、电场调控以及光照等。其中，光刺激法具有容易集成、易于寻址、光响应速率快以及触发条件简单等优点。分子开关相比传统固体电子材料器件具有器件尺寸更小、价格低廉、制备简单等优点，成而解决了超大规模集成电路的进一步发展所受到原理性的物理限制以及技术性的工艺限制。此外，集成光控分子开关到片上系统，可以实现高速切换，输入和输出间完全绝缘。由于没有触点的磨损，使用寿命较长。同时，具有无震动和弹跳，无动作声音等其它优点。当前，科研人员正在全力探索可应用的新型纳米分子器件。

二芳基乙烯化合物分子具有较为稳定的结构，可以实现在不同波长的光照条件下发生同分异构体体之间的相互转化。因此选用同分异构体物理尺寸相近的二芳基乙烯分子，在紫外和可见光激发下使得分子的导电性发生变化，从而实现双稳态光控分子开关。

迄今为止，在本技术领域提出的由光驱动的分子元件，只是利用分子本身的物理性能方面在光照射下产生变化。也就是说，分子本身仅仅作为单个元件考虑，然而迄今为止还没有提出有效地应用分子元件到集成电路的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可集成化的光控分子开关器件及其制备方法，该器件有效地将分子元件应用到集成电路上，极大的缩小了开关器件的尺寸大小。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种可集成化的光控分子开关器件，所述光控分子开关器件包括光控分子开关衬底，所述光控分子开关衬底上依次设有发光元件、光波导层和光控分子开关元件，所述发光元件和光控分子开关元件通过光波导层连接，所述发光元件包括至少两个纳米线LED，且其中至少有一个紫外光纳米线LED和一个可见光纳米线LED，所述光控分子开关元件由一个或多个功能分子组成。

进一步改进在于，所述光波导层的材料采用SiNx或SiO₂中的一种。

进一步改进在于，所述光控分子开关器件的尺寸不大于100μm。

进一步改进在于，所述光控分子开关衬底选自蓝宝石、硅、氮化镓、砷化镓、氮化铝或尖晶石中的一种。

进一步改进在于，所述功能分子为二芳基乙烯化合物。

进一步改进在于，所述二芳基乙烯化合物为二噻吩乙烯分子。

进一步改进在于，所述光波导层为SiNx薄膜，且SiNx薄膜上设有钝化层，所述钝化层为SiO₂层。

一种可集成化的光控分子开关器件的制备方法，包括以下步骤：

S₁、在光控分子开关衬底上制备一层厚200-300nm SiO₂层；

S₂、将包括可见光和紫外光的纳米线LED和光控分子开关元件移至上述步骤S₁得到的SiO₂层上；