[发明专利]一种纳米线压电器件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米器件的制作方法，尤其涉及一种大面积平行排列纳米线的压电器件的制作方法，属于纳米技术与半导体电子技术相关领域。

背景技术

纳米技术作为21世纪的一个重要新兴科技领域，在理论与实践上正经历着高速发展。大量新型纳米材料与器件不断被开发出来，并在生物医学、国防以及人民日常生活的各个领域中展现出前所未有的应用前景。然而，纳米技术发展到今日，大量的研究都集中于开发高灵敏度、高性能的纳米器件，几乎还没有任何关于纳米尺度的电源系统研究。但是，应用于生物及国防等方面的纳米传感器对这种电源系统的需求却与日俱增。例如，无线纳米系统对于实时同步内置生物传感器和生物医药监控、生物活体探测具有重大意义。

任何生物体内置的无线传感器都需要电源，一般来说，这些传感器的电源都是直接或者间接来源于电池。如果这些传感器能从生物体内自己给自己提供电源，从而实现器件和电源的同时小型化是科学家们一直梦寐以求的。因此，开发出能将运动、振动、流体等自然存在的机械能转化为电能，从而实现无需外接电源的纳米器件的新型纳米技术具有极其重要的意义。

近年来，国外的一些科学家已经开始了纳米发电机的研制，例如：王中林小组利用竖直结构的氧化锌(ZnO)纳米线的独特性质，发明了能将机械能转化为电能的世界最小的发电装置——直立式纳米发电机。尽管直立式发电机取得了巨大的成功并衍生出基于不同衬底的模型，但其进一步的发展仍面临一些困难亟须解决。一个挑战来自于驱动电极与氧化锌纳米线距离的精确控制，少量的误差就会造成发电机不能正常工作。另外，直立式发电机工作时自由端和驱动电极要不断接触和摩擦，由此可能造成纳米线和电极的磨损，进而影响纳米发电机的性能和寿命。最近，利用封装的水平式单根氧化锌纳米线不仅实现机械能到电能的转化，同时也解决了纳米发电机磨损的问题；但是该器件性能稳定性较差，输出功率较低，并不能满足大多数无源纳米器件的工作要求。

因此，能否制作出一种大面积平行排列的纳米线阵列，使得大量的纳米线同时工作，产生电能，进而提高纳米压电器件的稳定性和输出功率，对于能否真正实现无源纳米器件的应用具有非常重要的价值。

发明内容

针对上述现有纳米压电器件结构精确控制难度高、磨损严重或输出功率较低等缺陷，本发明的目的旨在提供一种纳米线压电器件的制作方法，实现由该方法制得的纳米压电器件能由大量纳米线同时工作产生电能，提高器件稳定性和输出功率。

本发明的一个目的，将通过以下技术方案来实现：

一种纳米线压电器件的制作方法，其特征在于包括步骤：I、利用直接干法转移将预制的纳米线在聚酰亚胺薄膜上形成平行排列的纳米线阵列；II、采用微米级或纳米级光刻法，在上述纳米线阵列上制备压电器件的源极和漏极；III、在所述源极和漏极一侧添设连接用的接点及引线，并对压电器件表面进行封装。

上述技术方案还可以进一步细化为：

所述步骤I包括如下工序：

(1)、聚酰亚胺薄膜预处理——将聚酰亚胺薄膜在丙酮溶液和乙醇溶液中分别超声10分钟→用去离子水反复清洗去除附着的丙酮和乙醇→将洁净的聚酰亚胺薄膜浸泡于0.1％w/v的多聚赖氨酸溶液中至少10分钟→将浸泡后的聚酰亚胺薄膜烘干备用；

(2)、制备聚酰亚胺薄膜衬底掩膜层——在聚酰亚胺薄膜衬底表面涂布一层厚度2.5μm的光刻胶，并利用紫外曝光法光刻形成纳米线排布图形；

(3)、平行排列纳米线阵列的干法直接转移——在硅片表面生长垂直型的氧化锌纳米线阵列→将硅片生长有纳米线阵列的表面与步骤(2)制得的聚酰亚胺薄膜衬底表面接触，压合→将硅片沿水平方向移开→溶解去除聚酰亚胺薄膜衬底表面的光刻胶。

所述步骤II包括如下工序：将步骤I制得的具平行纳米线阵列的聚酰亚胺薄膜固定在硬质的基底上→通过掩膜板在所获得的平行纳米线阵列区域曝光、显影后溅射Ag金属层→经剥离后得到源极和漏极。

所述步骤III包括如下工序：

(1)、利用银浆从源极和漏极一侧分别添设接点，并从接点引出用于连接外部的引线；

(2)、采用据二甲基硅氧烷进行封装，得到全封装的纳米线压电器件。

实施本发明的技术方案，其优点为：