本发明专利技术提出一种驱使碳纳米管成链的新型平行电场式光电芯片。平行电场式光电芯片产生的电场方向与衬底表面平行，该衬底表面的光敏薄膜为氢化非晶硅材质。当可编程光斑垂直照射到下方两块空间分离的光电薄膜后，形成虚拟电极产生局部非均匀电场。悬浮于芯片微槽中的碳纳米管受光诱导介电泳力运动。人工调节光斑大小、形状和位置，可实现碳纳米管受光诱导介电泳力作用而相互吸引成链。平行电场式光电芯片控制碳纳米管成链对微型传感器制作和电子器件微加工都具有潜在的实用价值和意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种结构新颖的平行电场式光电芯片，依托光诱导介电泳力驱使碳纳米管成链，属于微电子、微纳米控制领域。
技术介绍
当今，微/纳米技术蓬勃发展促使前沿科学探索不断取得新突破。碳纳米管具有很高的机械强度、电导率和热导率被用于电子、化学传感器和生物医疗器具。定向簇状的碳纳米管链条可制作高分子薄膜和复合材料。在微电子器件制作领域，碳纳米管引领的新型微电子材料的加工设计也需要微作用力辅助控制它们的移动与衔接。因此人工控制微观粒子的实验都离不开微作用力的探索。然而，微尺度下的多种微作用力已被大量文献提出和实验使用，行之有效且被大量实验证实的微作用力当属介电泳力(Monti, M., Natali, Μ.,Torre, L., and Kenny, J.M.:1The alignment of single walled carbon nanotubesin an epoxy resin by applying a DC electric field’ , Carbon, 2012, 50, pp.2453-2464)。早期，介电泳力的产生主要依托金属电极。伴随光伏太阳能电池和光敏材料的发展又为微/纳芯片注入新的活力。在此基础上人们又提出了光电芯片(Ch1u，P.Y.,Ohta, A.T., and Wu, Μ.C.: ‘Massively parallel manipulat1n of single cellsand microparticles using optical images’ , Nature, 2005, 436, pp.370-372)。光电芯片利用光敏薄膜，在空间光照射下，会在光电薄膜表面形成虚拟电极。虚拟电极与传统金属电极一样可以产生介电泳力满足微粒的收集、输运和分离。光电芯片的结构从制作工艺和造价成本上都比金属电极简便和低廉。因此，本专利技术在传统光电芯片的基础上又创新性的提出一种平行电场式光电芯片。平行电场式光电芯片与Ohta, A.T.(Ohta,A.T., Ch1u, P.-Y., Phan, H.L., Sherwood, S.ff., Yang, J.Μ., Lau, Α.N.K., Hsu,H.-Y., Jamshidi, A., and Wu, Μ.C.: ^Optically controlled cell discriminat1nand trapping using optoelectronic tweezers’ , IEEE Journal of Selected Topicsin Quantum Electronics, 2007, 13, pp.235-243)所提出的单底式光电芯片的激励电场方向类似，但本专利技术依据碳纳米管成链的目的和手段都与其不同，制作方法和使用原理上也有较大区别。借助平行电场式光电芯片结合形态多异的可编程光斑能使碳纳米管成链，由此可满足基于碳纳米管传感器和调谐激光器的制作需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题 为了实现碳纳米管成链，需要解决平行电场式光电芯片的制造。平行电场式光电芯片的制作与普通光电芯片的制作方法有所差别。普通光电芯片主要结构为三明治结构，顶层氧化铟锡玻璃和衬底氧化铟锡玻璃共同连接偏置电压。当诱导光斑照射到下表面有氢化非晶硅薄膜的氧化铟锡玻璃镀后，光生载流子会使得氢化非晶硅电导率急剧增大，进而使光电芯片中具有足够强大的电场。但对于平行电场式光电芯片，其激励电压的施加完全依托衬底氧化铟锡玻璃。通过诱导光斑使具有一定距离的两块平行氢化非晶硅薄膜电导通，以此形成非均匀平行电场。通过调节外置电压和频率，以及光斑尺寸、形状、位置来实现碳纳米管的成链。(二)技术方案 本专利技术是一种驱使碳纳米管成链的新型平行电场式光电芯片。光电芯片的衬底基片选择氧化铟锡玻璃，芯片内部可以装载一定浓度的碳纳米管。通过施加激励电压和光斑产生的光诱导介电泳力实现碳纳米管成链。上述方案中，所述的衬底基片采用氧化铟锡玻璃，其长宽为5 cmX2.5 cm，氧化铟锡玻璃具有良好的透光和导电特性被大量光电池中使用。在氧化铟锡玻璃表面采用等离子体增强化学气相沉淀法镀上氢化非晶硅材料，其厚度大约在I μ m左右，使衬底氧化铟锡玻璃具备光敏特性。上述方案中，在镀有氢化非晶硅的氧化铟锡玻璃表面涂覆光刻胶。投影式曝光7μ m为微槽宽度，该微槽主要用于装载碳纳米管颗粒，显影去除曝光处的光刻胶。上述方案中，使用反应离子刻蚀方法去除失去光刻胶保护的氢化非晶硅层，由此使平面氢化非晶硅层分离，且间距为7 y m的两块氢化非晶硅子薄膜。对于平行电场式光电芯片的核心部分，分离的两块氢化非晶硅作为光诱导介电泳力中虚拟电极的基底平面。上述方案中，采用化学湿法在原有7 ym宽微槽上继续腐刻6 ym深的微槽。腐蚀采用碱性溶液，因为碱性溶液对于硅质地玻璃具有很好的各向异性。旋转涂覆的氧化铟锡仅仅为100 nm厚，因此能很轻易去除。上述方案中，所述的平行电场式光电芯片在分离的左、右表面再次采用光学曝光和反应离子刻蚀腐蚀一定面积的氢化非晶硅，用以连接电极为芯片提供偏置电压。与普通光电芯片相比，虽然激励电压的链接方式无需顶面玻璃，但为了防止微液体蒸发，以及碳纳米管不受微尘污染，进而还需继续引入顶面玻璃。只需在衬底玻璃涂覆玻璃胶，或者非导电的双面胶作为支架，即可封装顶面玻璃。上述方案中，光源采用商用投影器件，将其发出光斑经过光学聚焦透镜照射在光电芯片左、右的氢化非晶硅光敏面。期间光电芯片放置于显微镜上，观察和调节诱导光斑的大小和形状，以产生一定大小的空间电场。平行电场式光电芯片中的电场产生光诱导介电泳力驱使碳纳米管相互吸引成链。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果: I)本专利技术设计的一种平行电场式光电芯片，通过空间光斑照射到左、右两块具有一定间距的氢化非晶硅表面后，使光电芯片内电场导通。导通的电场提供的光诱导介电泳力能够迫使碳纳米管形成规则长链。2)碳纳米管的链型控制，还能通过调节两边的光斑形状。相比传统金属电极，光斑的形状具有灵活性，其面状，梳状，三角状的虚拟电极可用在碳纳米管传感器制作中。【附图说明】以下各图为平行电场式光电芯片的结构图与【具体实施方式】过程相同。图1为平行电场式光电芯片的结构和使用说明示意图，其中(a)为平行电场式光电芯片对碳纳米管成链的三维示意图，(b)为平行电场式光电芯片的截面示意图。图2为基于蒙特卡洛方法模拟碳纳米管在光诱导介电泳力作用下的分布示图，其中(a)为碳纳米管的初始随机分布，(b)为矩形光斑阵列形成的碳纳米管成链分布，(C)为三角形光斑阵列形成的碳纳米管成链分布。图1中:1、氧化铟锡玻璃基片，2、氢化非晶硅，3、双面胶，4、信号发生器，5、光源，6、数字微全镜，7、碳纳米管。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术的具体结构作进一步的详细说明。一、平行电场式光电芯片的衬底选用氧化铟锡玻璃，氧化铟锡玻璃具有良好的透光性和导电性，其长宽大致为5 cmX 2.5 cm，如图1中I所示。二、在衬底氧化铟锡玻璃上，采用等离子体增强化学气相沉淀法镀上氢化非晶硅薄膜，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种驱使碳纳米管成链的新型平行电场式光电芯片，由氧化铟锡玻璃衬底、氢化非晶硅薄膜、微槽及一对电极组成，其特征在于：氢化非晶硅薄膜镀在衬底上方；在氢化非晶硅的衬底中间位置制作微槽；在氢化非晶硅的左右两端各引出一个电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，胡晟，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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