一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法，其通过采用在两个电极的空隙间直接生长纳米线，自然形成纳米器件。与现有技术相比，本发明专利技术因为直接在两个电极间生长纳米线，所以纳米线和电极间的接触将更为良好，更有利于对纳米线的各种特殊性质的研究，也能使纳米线器件的优越性能更有效地发挥。

A preparation method of nano devices based on nanoscale

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法
本专利技术涉及光电光子材料学
，尤其是涉及一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法。
技术介绍
一维纳米线半导体材料和其他纳米半导体材料一样，具有和一般的三维块半导体材料截然不同的特殊的优异性能。譬如利用这些材料的量子尺寸效应可以制作出量子点激光器，半导体光双稳器件等新一代的量子器件。由于纳米材料的尺寸变小，引起了宏观物理性质的变化，即所谓的小尺寸效应。尺寸变小，表面积增加，从而产生了很多新奇的性质。包括纳米线在内的纳米材料都具有特殊的光学，热学，磁学，力学性质。在低维材料中，利用量子隧穿效应，库仑组赛，量子干涉等效应可制作出很多具有高速和高增益的优越性能的新型器件。我们面对这些具有巨大诱惑的新型纳米器件的同时，也面对着一个巨大的困难，就是纳米器件的微电极的制作问题。通常有两种方法来制作电极，一是把纳米线随机地落在已经制作好的电极上，二是利用电子束描刻的方法来制作电极，从而将纳米器件制成。这些方法，并需要利用价格昂贵设备，通过繁琐的工艺，才能制出性能良好的微电极。而且其性能依赖于技术人员的操作技术。所以很多纳米器件非常昂贵，制作效率低，难以达到理想的性能，实际应用困难。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了通过改变传统的纳米器件的制作方法，省略微电极繁琐的制作过程，在两个电极间隙之间自然生长纳米线，直接成为纳米器件。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法，在两个电极间隙之间自然生长连接两者的纳米线，直接形成纳米器件。优选的，所述的制备方法具体为：首先，真空环境下，在作为电极的其中一个衬底上附着金属颗粒，然后，利用真空生长技术在衬底上生长顶部带有所述金属颗粒的纳米线，最后，纳米线不断生长并使得其顶部的金属颗粒与另一个衬底融合，即形成所述纳米器件。优选的，所述的制备方法具体包括以下步骤：(1)取两个衬底置于真空环境下，这两个衬底因为导电可做为电极，它们由绝缘体隔开，互相平行，大小不等，大衬底在下作为下衬底(或称下电极)，小衬底在上作为上电极(或称上电极)。再在两个衬底上蒸镀金属薄膜，利用下衬底生长纳米线；(2)加热下衬底并使得金属薄膜形成纳米级以上的金属颗粒；(3)供应生长源，在衬底上生长顶部带有所述金属颗粒的纳米线，直至纳米线顶部的金属颗粒接触作为另一端电极的衬底，并融合，即形成所述纳米器件。更优选的，步骤(1)中所述的金属薄膜为Cr、Au、Ti、Fe或Ni(包括金属单质或金属化合物)薄膜。更优选的，步骤(1)中所述的真空环境的真空度在10-5Torr以上。更优选的，步骤(1)中所述的衬底经过以下预处理：将衬底剪裁好后浸入丙酮中进行超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干。更优选的，步骤(1)中所述的衬底具有导电性，其加工成10mm×10mm的正方形。更优选的，步骤(2)中所述的纳米级的金属颗粒的粒径为5-100nm。更优选的，步骤(2)中所述的两个衬底之间采用绝缘层隔开。采用上述方法制成的基于纳米电极的纳米器件。本专利技术的制备过程中的真空设备可以采用分子束外延设备。分子束外延是晶体生长技术的一种。可将不同元素放在喷射炉中生长不同的纳米线。其真空度由机械泵以及油扩散泵或者分子泵进行抽气实现，必须维持在10-5Torr以上。本专利技术基于气-液-固(VLS)生长机制，在衬底表面沉积一层具有催化作用的金属(Cr，Au，Ti，Fe，Ni)薄膜，然后经升温加热后，由于衬底与金属薄膜的共晶作用形成合金液滴。通过源气体的气相输运或者靶材的热蒸发，使参与生长的纳米线原子在合金液滴处聚集形成成长核，合金液滴中的这些原子超过平衡浓度时析出成为纳米线。因此，在生长纳米线的顶部即形成所述合金液滴，当纳米线继续生长，并从一端的电极生长到另一端电极时，合金液滴会与另一端的电极溶合，形成带有电极的纳米线及纳米器件。与现有技术相比，本专利技术采用在两个电极的空隙间直接生长纳米线的方法，即所谓的自然形成纳米器件，省去繁琐的微电极制作过程，从而直接制作出纳米器件。因为直接在两个电极间生长纳米线，所以纳米线和电极间的接触将更为良好，这种新方法将更有利于对纳米线的各种特殊性质的研究，也能使纳米线器件的优越性能更有效地发挥。这种方法是非常简便地制作纳米器件的方法。附图说明图1为本专利技术的制备流程图；图2为本专利技术的生长的纳米线的显微镜照片；图3为本专利技术的生长示意图；图中，1-金属纳米颗粒，2-Ga/InGaN纳米线，3-衬底。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下各实施方式与实施例中，生长纳米线的为常识性晶体生长技术，且若不特别说明，均表示为本领域的常规技术或原料。一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法，在两个电极间隙之间自然生长连接两者的纳米线，直接形成纳米器件。作为本专利技术的一种优选的实施方式，所述的制备方法可选择以下方式进行：首先，真空环境下，在作为电极的其中一个衬底上附着金属颗粒，然后，利用真空生长技术在衬底上生长顶部带有所述金属颗粒的纳米线，最后，纳米线不断生长并使得其顶部的金属颗粒与另一个衬底融合，即形成所述纳米器件。作为本专利技术的一种优选的实施方式，所述的制备方法具体包括以下步骤：(1)取两个衬底置于真空环境下，这两个衬底因为导电可做为电极，它们由绝缘体隔开，互相平行，大小不等，大衬底在下作为下衬底(或称下电极)，小衬底在上作为上电极(或称上电极)。再在两个衬底上蒸镀金属薄膜，利用下衬底生长纳米线；(2)加热下衬底并使得金属薄膜形成纳米级以上的金属颗粒；(3)供应生长源，在下衬底上生长顶部带有所述金属颗粒的纳米线，直至纳米线顶部的金属颗粒接触上衬底(上电极)，并融合，即形成所述纳米器件。作为上述优选实施方式的更优选的，步骤(1)中所述的金属薄膜的材料为Cr，Au，Ti，Fe或Ni。更优选的，步骤(1)中所述的真空环境的真空度在10-5Torr以上。更优选的，步骤(1)中所述的衬底经过以下预处理：将衬底剪裁好后浸入丙酮中进行超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干。更优选的，步骤(1)中所述的衬底具有导电性，其加工成10mm×10mm的正方形。更优选的，步骤(2)中所述的纳米级的金属颗粒的粒径为5-100nm。更优选的，步骤(2)中所述的两个衬底之间采用绝缘层隔开。采用上述方法制成的基于纳米电极的纳米器件。实施例1一种纳米器件的制备方法，包括以下步骤：(1)：将剪裁好的导电Si(111)衬底浸入丙酮中进行超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；(2)：取两片衬底，中间采用绝缘层隔开，置入真空度在10-5Torr以上的真空环境中，利用射频磁控溅射的方法在导电Si(111)衬底上溅射一层Au薄膜，再将加热下方衬底并使得Au薄膜形成Au纳米颗粒；(3)：在Au纳米颗粒上溅射一层Ga2O3；(4)：通过加热并氨化Ga2O3/Au薄膜，在作为下电极的导电Si(111)衬底制备GaN纳米线，直至延伸至另一端电极，然后融合形成纳米器件。实施例2：一种纳米器件的制备方法，参见图1所示，包括以下步骤：步骤(1)：将剪裁好的Si衬底浸入丙酮中进行超声处理，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干；步骤(2)：在Si衬底上涂抹一层NiCl2薄膜，将其放入真空中，然后加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法，其特征在于，在两个电极间隙之间自然生长连接两者的纳米线，直接形成纳米器件。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法，其特征在于，在两个电极间隙之间自然生长连接两者的纳米线，直接形成纳米器件。2.根据权利要求1所述的一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体为：首先，真空环境下，在作为电极的其中一个衬底上附着金属颗粒，然后，利用真空生长技术在衬底上生长顶部带有所述金属颗粒的纳米线，最后，纳米线不断生长并使得其顶部的金属颗粒与另一个衬底融合，即形成所述纳米器件。3.根据权利要求1所述的一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：(1)取两个衬底平行置于真空环境下，再在两衬底上蒸镀具有催化作用的金属薄膜；(2)加热位于下方的衬底，并使得其表面的金属薄膜形成纳米级以上的金属颗粒；(3)供应生长源，在位于下方的衬底上生长顶部带有所述金属颗粒的纳米线，直至纳米线顶部的金属颗粒接触作为位于上方的衬底，并融合，即形成所述纳米器件。4.根据权利要求3所述的一种基于纳米电极的纳米器件的制备方法，其特征在于，步骤(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周逸凯，刘锋，石旺舟，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31