[发明专利]基于铁电薄膜电畴的极化组装微小颗粒有序阵列的方法

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种构造铁电薄膜表面电荷阵列从而应用于组装分布微小颗粒阵列的方法。

背景技术

将微小颗粒有序组装是纳米材料达到应用的重要途径之一，也是器件小型化之主要手段之一。通过组装技术可以将器件结构控制在分子乃至原子水平，保证粒子在尺度上的高度有序性和方向性，从而推动各类微机器的制造。达到在生物医疗、电子探测等领域的广泛应用。

铁电材料是一类应用广泛的功能性材料。铁电晶体是由许多小区域(电畴)所组成，每个电畴内的极化方向一致，而相邻电畴的极化方向则不同。从宏观来看，整个晶体是非极化的，呈中性。但是外界作用下（如电场），极化沿电场方向的电畴扩大。当所有电畴都沿外电场方向，整个晶体成为单畴晶体， 此时铁电薄膜相应的被极化区域的表面会有束缚电荷产生来屏蔽铁电薄膜电畴被极化后的内建电场。我们通过选择性的极化铁电薄膜，使得其表面形成相应的图形化分布的电荷，使其与需要被组装的粒子相互作用（正负电荷吸引），从而完成粒子的阵列图形化沉积。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于铁电薄膜电畴的极化组装微小颗粒有序

阵列的方法，以用于电子、生物医疗等领域。

本发明提出的基于铁电薄膜电畴的极化组装微小颗粒有序阵列的方法，具体包括如下步骤：

（1）在衬底上淀积铁电薄膜；

（2）极化铁电薄膜电畴；

（3）将极化后的铁电材料置于溶液中；

（4）从溶液中取出铁电薄膜并将其干燥。

本发明中，所述在衬底上沉积铁电薄膜的方法，包括：旋涂、化学方法淀积或物理方法淀积等。

本发明中，所述衬底包括：硅、铂、钌、铱、铬、金、氧化铱或玻璃等。

本发明中，所述的微小颗粒可以是金属颗粒、生物分子或细胞等。

本发明中，所述的铁电薄膜的材料包括锆钛酸铅、钛酸锶铋、钛酸铋镧、钛酸钡锶或聚偏二氟乙烯基铁电材料等。

本发明中，所述的极化铁电薄膜电畴的方法包括外加电场、紫外线照射、

化学腐蚀方法或压印技术等。

本发明中，所述的将极化后的铁电材料置于溶液中的溶液为含有一定的带极性的正负离子或者生物分子等的溶液。

本发明中，所述的对从溶液中取出的铁电薄膜进行干燥的干燥方法包括热板加热和风干等。

    本发明所提供的组装微小颗粒有序阵列的方法可以有效实现的微小颗粒的二维阵列分布，应用广泛，大大降低生产成本。

附图说明

图1-图5为依据本发明方法的实例过程剖面示意图。

图中标号：100硅衬底，102 铂金衬底，104 锆钛酸铅铁电薄膜，106 外加电场设备，108含有正负离子或者生物分子、细胞的溶液，110阵列分布的微小颗粒。

具体实施方式

下文结合图示在参考实施例中更具体地描述本发明，本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了方便说明，放大了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。

参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状，在本发明实施例中，均以光栅结构表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。

图1-图5为依据本发明方法应用的实例的制备过程剖面示意图。

图1为衬底100与102的横截面图。所选择的衬底可以为硅，铂，钌，铱，铬，金以及氧化铱，或玻璃。本文中实例选择的是硅和铂。

图2为在衬底100上旋涂一层铁电薄膜104后的横截面图，铁电薄膜可以为锆钛酸铅或聚偏二氟乙烯基等铁电材料。本实例使用的是锆钛酸铅，以3000r/min旋涂在衬底102上，然后在345-360摄氏度（优选350摄氏度）的热板上对其加热4-8分钟（优选分钟），然后再在600-700摄氏度（优选650摄氏度）下退火12-16分钟，从而得到铁电薄膜104。

图3为对104铁电薄膜的电畴进行极化的横截面图，极化方法可以为电场、紫外照射、化学腐蚀或纳米压印技术等。本实例采用利用压电原子力显微设备106利用外加电场（针尖加负电压，衬底接地）对锆钛酸铅铁电薄膜104进行极化。外加电场的分布为光栅阵列图形，从而得到光栅分布的被极化（电畴极化方向朝上）的铁电薄膜104-1。