一种纳米材料电子与光电子器件及制备方法技术

一种纳米材料电子与光电子器件，器件的结构包括衬底、下电极、纳米材料、绝缘介电层和上电极五个部分，所述的绝缘介电层选择金属氧化技术获得绝缘介电层，上下电极与纳米材料形成良好的电学接触，绝缘介电层在上下电极之间，保证电荷通过上下电极流经纳米材料。本发明专利技术通过对纳米材料加工，形成有效的电极接触，实现其电子和光电子方面的功能。本发明专利技术方法避免复杂而昂贵的微加工工艺，可实现纳米器件低成本、大批量的加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米电子与光电子器件的结构与制备方法，特别是一种基于选择氧化技术获得绝缘介电层制备纳米电子与光电子器件及制备的方法。
技术介绍
纳米材料和纳米材料的功能化加工是当今新材料研究领域最富有活力的研究对象，也是纳米科技最为活跃、最接近应用的重要組成部分，对未来经济和社会发展有着十分重要影响。半导体纳米材料作为纳米功能材料中重要的一部分，有着独特的性质，在电子、 光电子、能源、生物等方面都有着重要的应用。近年来，纳米材料的电子与光电子器件研究取得了引人注目的成就。特別是半导体材料(如硅、砷化镓、氮化镓、氧化锌等)的纳米结构(如纳米带、纳米线、纳米点等)相继被制备出来，并被加工成多种器件(如场效应晶体管、光电ニ极管等)。纳米材料需要在合理的方法和エ艺下制备加工，与电极形成可靠而有效的电学接触和完整的器件结构，才能够实现其在电子和光电子方面的功能。由于纳米材料尺寸小(范围从几纳米到几百纳米)，形貌结构多祥，目前加工半导体纳米材料往往需要电子束光刻等高精度的微加工エ艺，这些エ 艺成本高，加工方法受限制。纳米材料的大规模器件化加工及应用仍然面临着严峻的挑战。
技术实现思路
本专利技术目的是，提出ー种纳米材料电子与光电子器件及制备方法，对纳米材料进行加工，形成有效的电极接触，实现其电子和光电子方面的功能。本专利技术方法避免复杂而昂贵的微加工エ艺，可实现纳米器件低成本、大批量的加工。本专利技术技术方案是ー种纳米材料电子与光电子器件，器件的结构特征在干，包括衬底、下电极、纳米材料、绝缘介电层和上电极五个部分，所述的绝缘介电层选择金属氧化技术获得绝缘介电层，上下电极与纳米材料形成良好的电学接触，绝缘介电层在上下电极之间防短路，保证电荷通过上下电极流经纳米材料，即可实现所设计的半导体纳米器件的功能。本专利技术纳米材料电子与光电子器件的制备方法，步骤如下将纳米材料分步排列在清洗干净的载片上；运用真空蒸镀エ艺在该载片表面沉积金属薄膜，金属薄膜包裹纳米材料并形成良好的电学接触，形成下电极；具有粘性的衬底粘附该薄膜；在粘性的衬底上施加外力并移开粘性的衬底，转移金属薄膜和包裹的纳米的薄膜材料，并形成新的薄膜表面和纳米材料表面；通过选择氧化技术，仅在金属薄膜表面生成绝缘介电层，而在纳米材料表基本保持原有状态。这ー绝缘介电层将有效绝缘隔离上下电极。进一歩，在对绝缘介电层表面镀金属层)获得上电极，构成电子或光电子器件。该结构器件对纳米材料的种类、形貌和尺寸具有兼容性。纳米材料可以是多种电子材料，如硅、锗、砷化镓、氮化镓、氧化锌等；纳米材料形貌可以是多种低维结构，如纳米帯、纳米线、纳米点等；作为功能材料的纳米材料可以进行氧化、掺杂等ェ艺，形成核壳结构，也可以选用多种异质结半导体纳米材料；纳米材料的加工尺寸在几十纳米至几百纳米范围内。衬底是可以是硬质的载片(如玻璃、硅片等)，也可以是柔性的膜(如聚合物膜)。作为上电极的薄膜，可以根据设计，选用金属或半导体薄膜、有机或无极薄膜，单层或多层薄膜。作为上电极的薄膜，可以通过掩膜或光刻エ艺，进行图形化，实现微小単元的器件。利用真空蒸镀金属铝薄膜与载片粘附カ弱的特性，在衬底上施加外力，转移铝薄膜和包裹的纳米材料。在形成上下电极的エ艺之前，可以对纳米材料表面进行其他エ艺处理，如氧化，掺杂，等离子处理，表面分子膜修饰等。绝缘介电层也可以通过金属阳极氧化的方法获得。本专利技术所述的纳米材料电子与光电子器件可以是ニ极管、三极管或光放大管等基本単元。尤通过选用的纳米材料的差异以及一些后续エ艺，该器件可以作为光探測器、发光 ニ极管、太阳能电池等，也可以实现上述结构。本专利技术通过选择氧化技术获得绝缘介电层实现的纳米材料与上下电极的有效接触，如附图1所示。该结构包括衬底11、下电极12、纳米材料13、绝缘介质层14和上电极 15五个部分。该结构通过其他方法实现上电极与外部电路接触后，即可实现所设计的半导体纳米器件的功能。本专利技术实现的加工エ艺按順序，如附图2所示。半导体纳米材料23分步排列在清洗干净的载片26上；运用真空蒸镀エ艺在该载片表面沉积金属铝薄膜22，且连同纳米材料一起镀上了ー层薄膜，该薄膜包裹纳米材料并形成良好的电学接触，形成下电极；具有粘性的衬底21粘附该薄膜；由于薄膜与载片粘附カ弱，通过施加外力，转移薄膜和包裹的纳米材料，并形成新的铝薄膜表面和纳米材料表面。原先的薄膜仍然存在，只不过变成了与衬底 21接触的下表面，而原先与衬底沈接触的下表面变成了新的表面，这样原先因为蒸镀了金属薄膜而被遮挡住的纳米材料表面又重新漏了出来，通过选择氧化技术，仅在金属薄膜表面生成绝缘介电层，而在纳米材料表面基本保持原有状态。这ー绝缘介电层将有效绝缘隔离上下电极。进一歩，在对表面进行处理的基础上获得上电极，构成电子或光电子器件。本专利技术的有益效果是，可以丰富该结构下电子与光电子器件的设计，或实现更复杂的器件功能。作为功能材料的纳米材料可以进行氧化、掺杂等エ艺，形成核壳结构，也可以选用多种异质结纳米材料；在形成上下电极的エ艺之前，可以对纳米材料表面进行其他 エ艺处理，如氧化，掺杂，等离子处理，表面分子膜修饰等。衬底可以除了选用硬质的载片 (如玻璃、硅片等)，也可以是柔性的膜(如聚合物膜)，实现可以弯折的器件；作为上电极的薄膜，可以根据设计，选用金属或半导体薄膜、有机或无极薄膜，单层或多层薄膜；上电极薄膜可以通过掩膜或光刻ェ艺，进行图形化，实现微小単元的器件。本专利技术通过对纳米材料加 ェ，形成有效的电极接触，实现其电子和光电子方面的功能。本专利技术方法避免复杂而昂贵的微加工ェ艺，可实现纳米器件低成本、大批量的加工。附图说明图1是本专利技术的底电极结构剖面示意图2是本专利技术的加工エ艺流程剖面示意图；A-F表示六个エ艺，见下说明。图3是本专利技术的实例性器件氧化锌纳米线紫外光探測器的扫描电子显微镜(SEM) 照片；图4是本专利技术的实例性器件氧化锌纳米线紫外光探測器的紫外光响应电流-时间曲线；图5是本专利技术的实例性器件氧化锌纳米线紫外光探測器的光谱响应曲线。 具体实施例方式下面将參照附图详细叙述以半导体纳米材料和氧化铝绝缘节点薄膜为例的电子与光电子器件结构(该结构可实现多种功能，详见之前所述)与加工エ艺，并提出本专利技术的示例性实施例。參见图1，本专利技术的纳米器件结构包括衬底11、下电极12、半导体纳米材料13、绝缘介电层14和上电极15五个部分。衬底11具有支撑器件和转移功能，在加工制备的具体实施方式中用于揭取和支撑铝薄膜；下电极12是包裹纳米材料的铝薄膜的部分；半导体纳米材料13作为器件的功能材料，可以是多种低维形貌的纳米材料；绝缘介质层14是通过选择氧化技术得到的电学绝缘层，具有良好的绝缘性，防止上下电极短路；上电极15是通过薄膜沉积エ艺在13和14上表面沉积的薄膜，可以根据器件功能选用该薄膜材料和沉积エ 艺。该结构可通过形成外部电路连接实现所设计的半导体纳米器件的功能。本专利技术的实例性器件(实例性器件为紫外光探測器)结构中，衬底为涂有高温胶的硅片，下电极材料为铝 (Al)，上电极材料为金(Au)，半导体纳米材料为氧化锌纳米线(ZnO Nanowire)。參见图2，图2的器件可以为光探測器，本专利技术的实例性加工エ艺包括以下步骤A)将半导体纳米材料23分布排列于清洗干净的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施毅，盛贇，王剑宇，孙华斌，潘力佳，王军转，濮林，王欣然，张荣，郑有炓，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：