專利名稱：一種納米間隙電極的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米電極的制備方法，具體地涉及一種電子束誘導沉 積法制備納米間隙電極。
背景技術：
分子電子器件作為下一代電子器件，近十幾年始終是科學界研究的熱 點。最近幾年取得了一系列重大進展，但是有些問題始終沒有得到有效地 解決，阻礙著分子電子學的進一步發(fā)展。其中納米間隙電極的制備就是一 個急需解決的難題。因為要實現分子電子學的第一步就是要制備分子間隙 電極，使得電極的間隙恰好與所要連接分子的尺寸一致。很多研究人員都 在研究如何解決這一難題，目前已經有一些比較成功的方法來制備這種可控間隙的納米電極，比如斷結法(break junction method, Reed M.A.; Zhou C.; Muller C.J. <SWe"ce 1997, 127, 193)，電化學沉積法(electrochemical deposition method, Qing Q.; Chen F.; Li P. G.; Tang W. H.; Liu Z. F. Ozem. 五d 2005, 44， 7771)，納米線模板法(nanowire l池ography， Qin L.; Park S.; Huang L.; Mirkin C. A. 2005， 309，1B)等等。然而這些方法仍然沒有完全解決這一難題。目前還不能在制備納米電極的過程中實現原 位實時的觀測，因此要精確地控制電極間隙地寬度仍然是很難實現的。電子束誘導沉積法(EBID)是一種通過高密度電子束使掃描區(qū)域內的分子發(fā)生分解并在其掃描區(qū)域表面沉積出納米結構的方法。這種方法經常 在微納加工領域使用，用來加工制備各種結構的納米圖案。同時這種方法也被用來連接和處理納米材料(Wang M.; Wang J.; Chen Q.; Peng L-M. /Wv.Mz狄2005, 15， 1825)。電子束誘導沉積很多情況下都是在掃描電子 顯微鏡或透射電子顯微鏡里進行的，因此在電子束誘導沉積過程中可以原 位地觀察其進行情況。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種納米間隙電極的制備方法。 為實現上述目的，本發(fā)明提供的納米間隙電極制備方法，其具體步驟 如下a) 在不受電子束破壞的納米材料上制備具有較大間隙的電極對；b) 在電極對的表面吸附電子束誘導沉積的原料分子；c) 將電子束聚焦在電極對的間隙區(qū)域；d) 當電極間隙達到所需的寬度時，停止電子束照射，制備得到納米間 隙電極。所述的制備方法，其中，步驟a采用光刻技術、電子束曝光技術、電 流燒蝕技術、斷結技術、電化學沉積技術、納米線模板技術或聚焦離子束 燒蝕技術制備電極對。所述的制備方法，其中，步驟a中不受電子束破壞的納米材料為金屬、 無機半導體材料或導電性有機材料。所述的制備方法，其中，不受電子束破壞的納米材料為金、銀、銅、鐵、鋁、硅、鍺、聚乙撐二氧噻吩或碳納米管。所述的制備方法，其中，步驟c的電子束能量為0.1至1000千電子伏。 所述的制備方法，其中，步驟c的電子束密度為10S至10'G安培每平方米。所述的制備方法，其中，步驟d的電極間隙為2至100納米。本發(fā)明具有以下的特征和優(yōu)點1) 本發(fā)明首次實現了在納米間隙電極制備過程中的原位觀測，從而 使得電極間隙的控制更加有效和精確。2) 本發(fā)明與傳統(tǒng)的方法相比，操作方便，簡易可行，成功率高，有利于提高納米間隙電極的制備效率。3) 本發(fā)明制備的納米間隙電極的間隙范圍很大，可以為2納米至100 納米，這對于納米以及分子器件的制備和應用有非常重要的意義。


圖1為本發(fā)明中分布在兩個鈦金電極之間碳納米管的掃描電子顯微 鏡照片。圖2為本發(fā)明中在電流燒蝕后(a)，電子束照射2分鐘(b)，電子束 照射4分鐘(c)，電子束照射6分鐘(d)的碳納米管電極的掃描電子顯 微鏡照片。圖3為本發(fā)明中制備的間隙為2納米的電極在DNA分子組裝前和組 裝后的電流電壓曲線。圖4為本發(fā)明中電子束誘導沉積前(a)和沉積后(b)的碳納米管電極的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施方式
本發(fā)明制備納米間隙電極的方法是在掃描電子顯微鏡中通過電子束 照射預先制備的電極，在電極上沉積導電的材料使得電極間隙減小，同時 通過掃描電子顯微鏡原位的觀測電極間距，當達到所需的電極間距時停止 電子束照射，從而可控地制備具有某一間隙寬度的納米間隙電極。本發(fā)明的制備方法基于的原理是在掃描電子顯微鏡中，用高密度的 電子束照射預先制備的電極，電子束及其產生的二次電子就會使吸附在電 極表面的分子發(fā)生復雜的化學反應，分解后沉積在電極的表面，從而使得 電極變寬，電極的間距逐漸變小。具體地說，本發(fā)明提供的納米間隙電極的制備方法，利用電子束誘導 沉積技術，其步驟如下a) 用目前通用的電極制備方法(如光刻技術、電子束曝光技術、電 流燒蝕技術、斷結技術、電化學沉積技術、納米線模板技術、或聚焦離子 束燒蝕技術等)制備具有較大間隙的電極對。b) 在電極的表面吸附電子束誘導沉積的原料分子。C)在掃描電子顯微鏡中，將電子束(電子束能量為0.1至1000千電子 伏，電子束密度為105至10"安培每平方米)聚焦在電極間隙區(qū)域，同時 原位觀察電子束誘導沉積以及電極間隙減小的情況。d)當電極間隙達到所需的寬度(2至100納米)時，停止電子束照射。從而納米間隙電極制備成功。以下結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明第一步，通過光刻技術、電子束曝光技術、電流燒蝕技術、斷結技術、 電化學沉積技術、納米線模板技術，或聚焦離子束燒蝕技術等方法制備具 有較大間隙的電極對，其電極間隙為5至1()00納米。第二步，將電極放在電極的電子束誘導沉積原料分子的蒸汽中，或通 過蒸鍍的方法，使得電極表面吸附一層電子束誘導沉積的原料分子。第三步，將電極放置于掃描電子顯微鏡中，將電子束(能量為0.1至 1000千電子伏，密度為105至l(T安培每平方米)聚焦在電極間隙區(qū)域， 電子束誘導原料分子分解，在電極表面沉積一層導電的包覆層，從而使得 電極間隙逐漸變窄。第四步，通過掃描電子顯微鏡原位觀察電極間隙減小的情況。當電極 間隙達到所需的寬度時，立即停止電子束照射。從而納米間隙電極制備成 功。其電極間隙為2 100納米。實施例1以納米碳管電極的制備為例第一步，將碳納米管分散在乙醇溶液中。然后將溶液滴在間距為2微 米的鈦金電極上，通過掃描電子顯微鏡觀察碳納米管在鈦金電極上的分布 情況。(圖1)第二步，在連有碳納米管的鈦金電極兩端加上一個較大的電壓，使碳 納米管燒斷，從而在中間形成納米級的間隙(圖2a)。第三步，將碳納米管電極置于甲苯分子的蒸汽中，放置1天，使甲苯 分子吸附在碳納米管電極的表面。第四步，將碳納米管電極放置于掃描電子顯微鏡中，將電子束(能量 為15千電子伏，密度為107安培每平方米)聚焦在碳納米管電極間隙區(qū)域， 電子束誘導甲苯分子分解，在碳納米管表面沉積導電的碳包覆層，從而使得電極間隙逐漸變窄。其過程如圖2a至圖2d。第五步，通過掃描電子顯微鏡原位觀察電極間隙減小的情況。當電極 間隙達到2納米時，立即停止電子束照射。從而納米間隙電極制備成功。 將納米電極兩端接上電路，其電流-電壓曲線如圖3 (曲線部分所示)，電 極并未導通，說明電極沒有短路。當在電極上組裝DNA分子后，其電流-電壓曲線如圖3 (直線部分所示)，電極導通，說明該電極可以用于制備分 子器件。實施例2按實施例l中的制備方法，不同之處為第三步，將碳納米管電極置 于乙醇的蒸汽中，放置2天。第四步，電子束密度為2><106安培每平方米。 第五步，當電極間隙達到5納米時，立即停止電子束照射。制備了電極間 隙為5納米的碳納米管電極。如圖4。實施例3第一步，通過電子束曝光技術制備具有間隙為120納米的金電極。 第二步，將金電極表面蒸鍍一層0.1納米絕緣的萘分子。 第三步，將金電極放置于掃描電子顯微鏡中，將電子束(能量為30 千電子伏，密度為108安培每平方米)聚焦在電極間隙區(qū)域，電子束誘導 萘分子分解，在電極表面沉積一層導電的包覆層，從而使得電極間隙逐漸 變窄。第四步，通過掃描電子顯微鏡原位觀察電極間隙減小的情況。當電極間隙達到80納米時，立即停止電子束照射。從而間隙為80納米的納米間隙電極制備成功。上述實施例以碳納米材料和金電極為例進行了說明，其作用只是用來 幫助理解本發(fā)明的技術方案，而不是用于限制本發(fā)明的權利要求范圍。事實上，本領域技術人員能夠理解和實現本發(fā)明提出的技術方案。
權利要求
1. 一種納米間隙電極制備方法，其具體步驟如下a)在不受電子束破壞的納米材料上制備具有較大間隙的電極對；b)在電極對的表面吸附電子束誘導沉積的原料分子；c)將電子束聚焦在電極對的間隙區(qū)域；d)當電極間隙達到所需的寬度時，停止電子束照射，制備得到納米間隙電極。
2、 如權利要求1所述的制備方法，其中，步驟a采用光刻技術、電子束曝光技術、電流燒蝕技術、斷結技術、電化學沉積技術、納米線模板 技術或聚焦離子束燒蝕技術制備電極對。
3、 如權利要求1所述的制備方法，其中，步驟a中不受電子束破壞 的納米材料為金屬、無機半導體材料或導電性有機材料。
4、 如權利要求1或3所述的制備方法，其中，不受電子束破壞的納 米材料為金、銀、銅、鐵、鋁、硅、鍺、聚乙撐二氧噻吩或碳納米管。
5、 如權利要求1所述的制備方法，其中，步驟c的電子束能量為O.l 至1000千電子伏。
6、 如權利要求1所述的制備方法，其中，步驟c的電子束密度為105至 1(T安培每平方米。
7、 如權利要求1所述的制備方法，其中，步驟d的電極間隙為2至 100納米。
全文摘要
一種納米間隙電極制備方法，步驟如下在不受電子束破壞的納米材料上制備具有較大間隙的電極對；在電極對的表面吸附電子束誘導沉積的原料分子；將電子束聚焦在電極對的間隙區(qū)域；當電極間隙達到所需的寬度時，停止電子束照射，制備得到納米間隙電極。本發(fā)明與傳統(tǒng)的方法相比，可以在制備過程中原位觀察電極間隙，從而可以精確控制納米間隙電極的間隙。同時操作方便，簡易可行，成功率高，有利于提高納米間隙電極的制備效率，制備的納米間隙電極的間隙范圍很大，可以為2納米至100納米，這對于納米以及分子器件的制備和應用有非常重要的意義。
文檔編號H01L21/28GK101226879SQ20071006283
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月18日 優(yōu)先權日2007年1月18日
發(fā)明者貴 于, 劉云圻, 張洪亮, 曹靈超, 李祥龍, 鈺 王, 石大川, 魏大程 申請人:中國科學院化學研究所