基于金-氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET及制备方法技术

本发明专利技术提供基于金‑氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET及制备方法。包括以下步骤：制作氧化亚铜纳米线；将表面活性剂和弱还原剂溶解到蒸馏水中，加热，并保持恒温，再将氧化亚铜纳米线倒入溶液中，搅拌，得到混合溶液；调节四氯金酸溶液PH值到弱碱性，将的四氯金酸溶液缓慢加入混合溶液中，形成Au‑Cu2O纳米复合结构；将Au‑Cu2O纳米复合结构溶于水与表面张力小的溶剂混合液中，得到Au‑Cu2O纳米复合结构溶液；将Au‑Cu2O纳米复合结构溶液均匀的铺到FET衬底上，形成纳米线网状结构，低温自然晾干；低温热退火，确保纳米复合结构与衬底上的金线欧姆接触，制作出具有Au‑Cu2O纳米线网状结构的FET。本发明专利技术制作方法具有简单，快速，成本低廉等特点，比传统FET更加灵敏，探测范围也更广。

【技术实现步骤摘要】
基于金-氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET及制备方法
本专利技术属于纳米半导体器件
，尤其涉及到一种基于金-氧化亚铜(Au-Cu2O)纳米线网状结构的等离激元FET及其制备方法。
技术介绍
氧化亚铜是典型的P型半导体材料，其直接带隙宽度约为2.17eV，可见光的吸收范围较广，且在室温下具有很好的空穴迁移率大约是100cm2/(V.s)，被广泛的应用到光催化，光伏，光探测等领域。但是，氧化亚铜的光吸收长度大约为10μm，远远大于它的少数载流子的扩散长度，所以氧化亚铜采用纳米线结构要优于平面结构。金纳米颗粒化学性质较稳定，在可见光区域全吸收，光照下会在表面形成等离激元，具有表面增强拉曼散射，生物相容性等。金属可以吸收所有波段的光，而半导体只能吸收能量大于其禁带宽度的光。金-氧化亚铜纳米结构不仅同时具备金属纳米颗粒和半导体纳米结构的性能，还可以弥补半导体光电学上的特性。金属-半导体纳米结构受到光照，金属表面等离激元受到激发，产生热电子。当金属与半导体界面处的热电子有足够大的能量时，会越过金属与半导体直接接触形成的肖特基势垒，到达半导体的导带中。这就会导致金属-半导体器件的光电流增强。金属-半导体之间的直接电荷转移提高了从金属到半导体的能量转移效率。当前，市面上的场效应管都是传统的结型场效应管和金属-氧化物-半导体场效应管，但是利用金属-半导体等离激元热电子转移机制做的场效应管器件尚未报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种基于金-氧化亚铜(Au-Cu2O)纳米线网状结构的等离激元FET及其制备方法。金属-半导体纳米复合结构场效应管利用热电子直接电荷转移增大半导体光电流的特性，使得其在光探测方面要比传统的场效应管更加灵敏，探测范围也更广，制备方法简单易行，工艺参数可控，可重复性高。本专利技术主要包括以下步骤：制作氧化亚铜纳米线；将表面活性剂和弱还原剂溶解到蒸馏水中，加热到85-95℃，并保持恒温，再将氧化亚铜纳米线倒入溶液中，搅拌，得到混合溶液；调节四氯金酸溶液的PH值到弱碱性，待混合溶液搅拌后，将0.25-1ml的四氯金酸溶液缓慢加入混合溶液中，形成Au-Cu2O纳米复合结构；将所述Au-Cu2O纳米复合结构溶于水与表面张力小的溶剂混合液中，得到Au-Cu2O纳米复合结构溶液；采用液相技术将Au-Cu2O纳米复合结构溶液均匀的铺到梳状背栅FET衬底上，形成纳米线网状结构，低温自然晾干；稀有气体下，低温热退火，确保纳米复合结构与衬底上的金线欧姆接触，制作出具有所述Au-Cu2O纳米线网状结构的梳状背栅FET。本专利技术制作方法具有简单，快速，成本低廉等特点，比传统FET更加灵敏，探测范围也更广。本专利技术的技术方案具体是：一种基于金-氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET制备方法，包括以下步骤：制作氧化亚铜纳米线：将0.15g的无水醋酸铜完全溶于40ml的蒸馏水中，再取69μl的吡咯完全溶于10ml的蒸馏水中，然后将这两种溶液混合搅拌均匀后，倒入50ml高压釜内，180℃加热10h,然后冷却至室温，清洗杂质，取出黄绿色的氧化亚铜纳米线；将表面活性剂和弱还原剂溶入到10ml的蒸馏水中，搅拌至完全溶解，随后加热到85-95℃，并且保持恒温，再将氧化亚铜纳米线倒入溶液中，并且充入稀有气体、例如氩气，不停搅拌，得到混合溶液；调节四氯金酸溶液的PH值到弱碱性，待混合溶液搅拌十分钟后，将0.25-1ml的四氯金酸溶液滴缓慢加入在水浴加热且不停搅拌的混合溶液中，1-2.5h后，取出采用液相离心分离技术将纳米复合结构与反应液分离，得到纯净的Au-Cu2O纳米复合结构；将所述Au-Cu2O纳米复合结构溶于水与表面张力小的溶剂混合液中，得到Au-Cu2O纳米复合结构溶液；采用液相技术将Au-Cu2O纳米复合结构溶液均匀的铺到梳状背栅场效应管衬底上，形成纳米线网状结构，低温自然晾干，重复几次；稀有气体下，低温热退火，确保纳米复合结构与衬底上的金线欧姆接触，制作出具有所述Au-Cu2O纳米线网状结构的梳状背栅FET。上述方案中，所述表面活性剂是0.0106-0.0318g的聚乙烯吡咯烷酮PVP，PVP的k值为30000，所述弱还原剂是0.033-0.1g的抗坏血酸。表面活性剂使得氧化亚铜纳米线更加容易生长金颗粒，PVP具有很好的溶解性既溶于水又可以溶于醇类，容易清洗，且PVP溶于水后形成胶体保护氧化亚铜晶面。采用弱还原剂可以防止氧化亚铜被还原。上述方案中，所述四氯金酸溶液的浓度为0.5-1mM，且PH值调节到7～8，四氯金酸中的金离子可以被弱还原剂还原。所述四氯金酸溶液PH值调节到7～8，一方面氧化亚铜纳米线在酸性环境下，容易被溶解，可以在碱性环境下存在而不被破坏结构，抗坏血酸在碱性环境下不能稳定存在，PH值调节到7～8可以使氧化亚铜纳米线和抗坏血酸在四氯金酸溶液中同时稳定存在。上述方案中，所述四氯金酸溶液的PH值可用浓度不小于1mol/L的氢氧化钠溶液调节到8。将溶液的PH值调节到8是可以防止氧化亚铜被酸溶解，用浓度大的氢氧化钠溶液调节可以防止四氯金酸溶液浓度的改变。上述方案中，将四氯金酸溶液缓慢加入混合溶液中，1～2.5h后，形成Au-Cu2O纳米复合结构。时间越长，生长的金纳米颗粒越多，尺寸也越大。还原生成的金颗粒的尺寸和密集程度是受时间影响的，时间越长，生成的金颗粒尺寸越大，也越密集。上述方案中，所述表面张力小的溶剂混合液为乙醇；先将Au-Cu2O纳米复合结构溶于表面张力小的乙醇中，低功率下超声振荡15s后，然后取与乙醇体积比1:2～1:3的蒸馏水倒入其中搅拌后并低功率超声振荡10s，得到Au-Cu2O纳米复合结构溶液；将蒸馏水与溶液混合可以减小蒸发速度，减小团聚导致的不均匀。上述方案中，液相技术是用滴坠法或者自然沉降法将Au-Cu2O纳米复合结构溶液均匀的铺到场效应管衬底上。进一步的，所述滴坠法是在低温下，用移液枪将微量液体靠近衬底垂直缓慢的滴到衬底上，用超柔气吹通过小气流使液体均匀呈膜状分布，自然晾干。所述自然沉降法是将衬底放入纳米复合结构乙醇溶液中，并且保持水平状态，在低温下静置一段时间，直至液面低于衬底上表面，然后缓慢平稳垂直的将衬底取出。一种利用所述基于金-氧化亚铜纳米线网状结构的等离激元FET制备方法制作的梳状背栅FET，梳状背栅场FET包括所述Au-Cu2O纳米复合结构和衬底；所述Au-Cu2O纳米复合结构均匀的铺到衬底的上，形成Au-Cu2O纳米线网状结构。所述衬底包括从上至下依次布置的梳状交叉的Au/Ti电极、SiO2绝缘层、P型重掺杂的Si层和背栅电极；所述Au-Cu2O纳米复合结构均匀的铺到衬底的上，与衬底上的Au/Ti电极成网状直接接触，形成Au-Cu2O纳米线网状结构；源极和漏极及延伸出的Au/Ti电极左右对称并且呈梳状交叉，梳状交叉的Au/Ti电极相邻的线之间形成的沟槽，源极和漏极分别被导线并联引出，背栅电极也通过导线引出，然后分别用导电银胶固定，再用绝缘材料封装好。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在溶液中用有机还原剂将醋酸铜还原生成Cu2O纳米线；用弱还原剂在Cu2O纳米线上将氯金酸溶液原位还原成Au纳米颗粒。采用液相技术将纳米复合结构平铺到梳状背栅场效应管衬底上；采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于金‑氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制作氧化亚铜纳米线；将表面活性剂和弱还原剂溶解到蒸馏水中，加热到85‑95℃，并保持恒温，再将氧化亚铜纳米线倒入溶液中，搅拌，得到混合溶液；调节四氯金酸溶液的PH值到弱碱性，待混合溶液搅拌后，将0.25‑1ml的四氯金酸溶液缓慢加入混合溶液中，形成Au‑Cu2O纳米复合结构；将所述Au‑Cu2O纳米复合结构溶于水与表面张力小的溶剂混合液中，得到Au‑Cu2O纳米复合结构溶液；采用液相技术将Au‑Cu2O纳米复合结构溶液均匀的铺到梳状背栅FET衬底上，形成纳米线网状结构，低温自然晾干；稀有气体下，低温热退火，确保纳米复合结构与衬底上的金线欧姆接触，制作出具有所述Au‑Cu2O纳米线网状结构的梳状背栅FET。

【技术特征摘要】
1.基于金-氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制作氧化亚铜纳米线；将表面活性剂和弱还原剂溶解到蒸馏水中，加热到85-95℃，并保持恒温，再将氧化亚铜纳米线倒入溶液中，搅拌，得到混合溶液；调节四氯金酸溶液的PH值到弱碱性，待混合溶液搅拌后，将0.25-1ml的四氯金酸溶液缓慢加入混合溶液中，形成Au-Cu2O纳米复合结构；将所述Au-Cu2O纳米复合结构溶于水与表面张力小的溶剂混合液中，得到Au-Cu2O纳米复合结构溶液；采用液相技术将Au-Cu2O纳米复合结构溶液均匀的铺到梳状背栅FET衬底上，形成纳米线网状结构，低温自然晾干；稀有气体下，低温热退火，确保纳米复合结构与衬底上的金线欧姆接触，制作出具有所述Au-Cu2O纳米线网状结构的梳状背栅FET。2.根据权利要求1所述的基于金-氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET制备方法，其特征在于，所述表面活性剂是0.0106-0.0318g的聚乙烯吡咯烷酮PVP，PVP的k值为30000，所述弱还原剂是0.033-0.1g的抗坏血酸。3.根据权利要求1所述的基于金-氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET制备方法，其特征在于，所述四氯金酸溶液的浓度为0.5-1mM，且PH值调节到7～8。4.根据权利要求1所述的基于金-氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET制备方法，其特征在于，将四氯金酸溶液缓慢加入混合溶液中，1～2.5h后，形成Au-Cu2O纳米复合结构。5.根据权利要求1所述的基于金-氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET制备方法，其特征在于，所述表面张力小的溶剂混合液为乙醇；先将Au-Cu2O纳米复合结构溶于表面张力小的乙醇中，低功率下超声振荡一定时间后，取与乙醇体积比1:2～1:3的蒸馏水倒入其中搅拌后并低功率超声振荡一定时间，得到Au-Cu2O纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱亚太，赵新宏，吕柳，段永胜，刘永旺，李凯，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32