包括纳米间隙电极和纳米颗粒的电子器件制造技术

本发明专利技术涉及一种电子器件，其包括衬底和由纳米间隙间隔的至少两个电极，其中所述至少两个电极由至少一个纳米颗粒桥接，并且其中所述至少一个纳米颗粒具有与所述至少两个电极重叠的重叠面积，该重叠面积比所述至少一个纳米颗粒的面积的2％大。本发明专利技术也涉及所述电子器件的制造方法以及所述电子器件在光电检测器、晶体管、光电晶体管、光学调制器、电二极管、光伏电池或电致发光部件中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括纳米间隙电极和纳米颗粒的电子器件
本专利技术涉及纳米
并且尤其涉及包括纳米间隙电极和纳米颗粒的器件。本专利技术也涉及制备所述器件的方法以及在使用所述器件的光电检测中的应用。
技术介绍
在光电子器件中使用胶体量子点(CQD)需要对它们的光学和传输性质的精细控制。在CQD膜中的传输是多尺度过程，其中跳跃过程在纳米颗粒尺度上发生和膜形态(裂纹...)在微米尺度上起作用。因此，不仅需要调整颗粒间隧道势垒以调节耦合，而且也要求良好的长尺度排序。原子配体钝化(例如S2-，SCN-或Cl-和金属硫属化物配体)确实解决了颗粒间隧道势垒的缩短和降低，但是它们通常要求极性溶剂，其以构建纳米颗粒膜的方法的范围更有限为代价。使用这样的钝化，膜保持强烈无序。在无序膜中光活化载流子仍然需要进行随机游走以到达电极，这典型地包括成百上千步。为了避免该低效的传输过程，已开发若干策略，其中实现QD-石墨烯混合物以使吸收脱离传输过程或纳米间隙的使用。使用能够容纳纳米颗粒的纳米长通道，纳米颗粒可以直接连接到电极，这避免载流子的吸收后扩散传输及其捕获。而且，短传输长度减小渡越时间，其趋向于增加器件的光电导增益。为了实现这些纳米间隙，已提出若干方法，其包括电子束光刻，自对准方法，电迁移或遮蔽方法。尽管有这种兴趣，但是量子点仍然难以连接到电极，并且在使用尺寸与间隙尺寸相同数量级的球形颗粒时获得差的重叠。因此本专利技术的目的之一是使用纳米片来连接纳米间隙电极。基于纳米间隙的光电检测器的动机首先是增益的增加。在光电检测器中，以A.W-1表示的响应性(即活性材料将光子通量转换为电流的能力)与内部量子效率乘以增益的乘积成比例R＜ηg。增益本身是光载流子寿命τ除以渡越时间τtransit的比率，其中渡越时间是光生电荷到达电极的时间：内部量子效率是由电子器件收集的电荷载流子的数量与由活性材料吸收的光子数量的比率。电极之间的间隔最小，载流子到达电极的时间最短。因此将电极间隔从几微米减少到几纳米可能使增益增加1000倍。基于纳米间隙的光电检测器的其它动机是纳米颗粒的体积减少使得更容易摆脱膜形态的缺陷的事实。事实上，对于微米级膜，通常观察到形成于膜中的裂纹。这些裂纹特别倾向于在处理膜上的配体交换过程时形成。基于纳米间隙的光电检测器的另一个有吸引力的方面是传输不再由跳跃驱动的事实。因此，噪声水平不像与跳跃传输相关联的噪声水平那么高。最后，该器件的几何形状的另一个兴趣是构建基于胶体QD的电致发光系统。到目前为止，使用胶体纳米颗粒作为活性材料构建LED的大部分努力依赖于在一个孔和一个电子注入层之间封装纳米颗粒的薄层。然而，p型层通常是导电聚合物。该解决方案存在两个主要缺点，即(i)器件的有限寿命和(ii)由于有机层的高吸收而不能用于红外(IR)的器件。为了构建IR操作的电致发光器件，因此避免任何有机材料是非常有吸引力的。可以在高电场方式下操作的本专利技术的纳米间隙或纳米沟允许施加实现电致发光的要求条件的带缘能量的量级的每个颗粒的能量降低。将纳米沟与窄带隙材料(例如铅或汞硫属化物)耦合因此是构建有机自由IR发射器件的可能途径。因此，使用纳米片连接纳米间隙电极可以导致迄今为止在现有技术中还没有报道的突出性质，例如响应性和/或特异性测性。
技术实现思路
本专利技术因此涉及一种电子器件，其包括衬底和由纳米间隙间隔的至少两个电极，其中所述至少两个电极由至少一个纳米颗粒桥接，并且其中所述至少一个纳米颗粒具有与所述至少两个电极重叠的重叠面积，该重叠面积比所述至少一个纳米颗粒的面积的2％大。根据一个实施例，所述至少一个纳米颗粒具有与所述至少两个电极的每一个重叠的重叠面积，该重叠面积比所述至少一个纳米颗粒的面积的1％大。根据一个实施例，所述纳米间隙具有在0.1纳米至1000纳米，优选0.25纳米至500纳米，更优选1纳米至100纳米，更加优选10纳米至80纳米的范围内的尺寸d。根据一个实施例，所述纳米间隙具有在1纳米至10毫米，优选5纳米至1毫米，更优选10纳米至100微米，更加优选50纳米至10微米的范围内的长度L。根据一个实施例，所述至少一个纳米颗粒是大量子点，纳米薄片，纳米棒，纳米片，纳米板，纳米壁，纳米盘，纳米管，纳米条，纳米带或纳米线。根据优选的实施例，所述至少一个纳米颗粒是半导体纳米片。根据一个实施例，所述电子器件还包括在所述至少一个纳米颗粒上的电解质。本专利技术也涉及一种制造本专利技术的电子器件的方法，所述方法包括以下步骤：a)在衬底上形成由在0.1纳米至1000纳米的范围内的纳米间隙间隔的至少两个电极；b)制备胶体纳米颗粒；c)可选地，纳米颗粒的配体交换过程；d)将至少一个纳米颗粒沉积到所述纳米间隙上，其中所述至少一个纳米颗粒具有与由纳米间隙间隔的所述至少两个电极重叠的重叠面积，该重叠面积比所述至少一个纳米颗粒的面积的2％大；e)如果未执行步骤c)，则纳米颗粒的配体交换过程；以及f)可选地，沉积电解质。根据一个实施例，在衬底上形成由纳米间隙间隔的至少两个电极的方法选自：电迁移，电沉积，机械控制断裂结，电子束光刻，自对准方法，剥离方法，遮蔽方法，在线光刻，纳米管掩模。根据一个实施例，将至少一个纳米颗粒沉积到纳米间隙上的方法选自：滴铸，旋涂，浸涂，喷涂，丝网印刷，喷墨印刷，溅射技术，蒸发技术，电泳沉积，凹版印刷，挠性版印刷或真空方法。本专利技术也涉及一种电子器件，其中在所述至少两个电极之间形成pn结。根据一个实施例，本专利技术的电子器件用作光电检测器、晶体管或光电晶体管。根据一个实施例，本专利技术的电子器件用作光学调制器。根据一个实施例，本专利技术的电子器件用作电二极管、光伏太阳能电池或电致发光部件。本专利技术也涉及包括根据本专利技术的电子器件的发光器件和激光器。定义在本专利技术中，下列术语具有以下含义：-如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括多个指代物，除非上下文另外清楚地规定。-术语“约”在本文中用于表示近似，大致，大约，或在区域中。当术语“约”与数值范围结合使用时，其通过扩展在所述数值上方和下方的边界来修改该范围。一般而言，术语“约”在本文中用于将数值修改为使所述值上方和下方变化20％。-“活性材料”是指将通过在电极上施加偏压来调整载流子密度和/或电子状态的材料(通常是半导体)。-“长宽比”一般是指不同维度中的长度的比率。纳米间隙的长宽比在本文中是指纳米间隙的长度L(即，由纳米间隙间隔的至少两个电极的端部的宽度或等效地与间隙接触的至少两个电极的侧面的长度)与由纳米间隙间隔的至少两个电极之间的距离或宽度d(本文中也称为纳米间隙尺寸)的比率。因此在本专利技术中长宽比是指L/d，参见图1。-“纳米间隙”在本文中是指在纳米级上、在至少两个电极之间的间隔。替代地，术语纳米沟也可以用于对其进行描述。-“纳米间隙电极”是指由至少一个纳米间隙间隔的至少两个电极。“纳米间隙电极”和“由纳米间隙间隔的至少两个电极”在整个说明书中可互换使用。-“纳米间隙尺寸”在本文中是指间隙的宽度或等效于中间电极间距离d，参见图1。-“纳米间隙长度”是指每个电极的长度L，参见图1。-“纳米颗粒”是指具有在0.1至100纳米范围内的至少一个尺寸的任何形状的颗粒。-纳米颗粒的“投影面积”是指由纳米颗粒的表面在由与纳米颗粒接触的纳米间隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子器件，其包括衬底和由纳米间隙间隔的至少两个电极，其中所述至少两个电极由至少一个纳米颗粒桥接，并且其中所述至少一个纳米颗粒具有与所述至少两个电极重叠的重叠面积，所述重叠面积比所述至少一个纳米颗粒的面积的2％大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.22 EP 14165507.6;2014.04.22 US 14/258,2451.一种电子器件，其包括衬底和由纳米间隙间隔的至少两个电极，其中所述至少两个电极由至少一个纳米颗粒桥接，并且其中所述至少一个纳米颗粒具有与所述至少两个电极重叠的重叠面积，所述重叠面积比所述至少一个纳米颗粒的面积的2％大。2.根据权利要求1所述的电子器件，其中，所述至少一个纳米颗粒具有与所述至少两个电极中的每一个重叠的重叠面积，所述至少一个纳米颗粒与所述至少两个电极中的每一个重叠的重叠面积比所述至少一个纳米颗粒的面积的1％大。3.根据权利要求1或2中任一项所述的电子器件，其中，所述纳米间隙具有在0.1纳米至1000纳米，优选0.25纳米至500纳米，更优选1纳米至100纳米，更加优选10纳米至80纳米的范围内的尺寸(d)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件，其中，所述纳米间隙具有在1纳米至10毫米，优选5纳米至1毫米，更优选10纳米至100微米，更加优选50纳米至10微米的范围内的长度(L)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子器件，其中，所述至少一个纳米颗粒是大量子点、纳米薄片、纳米棒、纳米片、纳米板、纳米壁、纳米盘、纳米管、纳米条、纳米带或纳米线。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电子器件，其中，所述至少一个纳米颗粒是半导体纳米片。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电子器件，其还包括在所述至少一个纳米颗粒上的电解质。8.一种制造根据权利要求1至7中任一项所述的电子器件的方法，所述方法包括以下步骤：a...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊曼纽尔·路易利尔，贝努瓦·杜博特雷特，
申请(专利权)人：奈科斯多特股份公司，巴黎工业物理化学学校乔治·夏帕克基金，
类型：发明
国别省市：法国,FR