[发明专利]一种液态金属微滴分子结的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，涉及分子电子器件技术，特别涉及液态金属微滴分子结的制备方法。

背景技术

在分子尺度上构筑电子器件，实现对单个或若干分子聚集体的光电特性的控制和对器件高度集成和微纳化，是未来电子电路超微型化发展的趋势。而构筑分子电子器件的基本思想是制备金属-分子-金属分子结，要实现分子电子器件的微型和高度集成化，分子结的尺度起着关键作用，所以纳米尺度分子结的制备方法在分子电子器件研究领域有着十分重要的作用。

目前一种技术简单、成本低的方法是把液态金属微滴(一般为汞即Hg或镓铟即GaIn共晶液滴)作为上电极，用精密测微显微镜操控使之与下电极上的有机介质层缓慢接触而构成分子结。由于金属液滴直径一般在50至100微米范围内，所得分子结尺寸已超过了一般亚微米尺度范围，远大于微纳分子结设定的最大极限值，故需进一步改进完善。

溶胶凝胶法是目前较为广泛的一种制备金属氧化物薄膜的方法，这种方法所制备薄膜的一个最大特点是薄膜在退火时，由于大量溶剂的挥发而产生残余应力，较易引起薄膜龟裂，产生裂隙。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液态金属微滴分子结的制备方法，减小分子结的尺寸。

本发明方法是在清洗后的氧化铟锡导电玻璃(俗称ITO)基片上面旋涂一层配置好的金属氧化物凝胶，经干燥及退火工艺后形成微纳裂隙，在裂隙薄膜上旋涂有机分子溶液，使少量分子进入并充填裂隙，薄膜经真空退火干燥后用测微显微镜精密控制液态金属微滴与裂隙中的分子层接触，并与基片上的导电电极共同形成一个微纳尺度的分子结。

本发明方法步骤如下。

(1)清洗导电基片

采用氧化铟锡导电玻璃(俗称ITO)作导电基片，将导电基片在去离子水中煮沸2～3次，再以温度为60℃～80℃的去离子水为清洗剂用超声波清洗8～15分钟，再以丙酮、无水乙醇、去离子水和无水乙醇为清洗剂分别超声清洗8～15分钟，洗去ITO导电基片上残留的无机物及有机物，然后将清洗好的ITO导电基片用万用电表确定其导电的一面，将基片导电的一面朝上放置在加热平台上，于70℃～90℃下烘干备用。

(2)制备锡溶胶

将氯化亚锡结晶(分子式为SnCl₂·2H₂O)溶解于乙醇(C₂H₅OH)中，制备氯化亚锡的乙醇溶胶(即锡溶胶)，氯化亚锡浓度为0.3mol/L～0.5mol/L。将氯化亚锡的乙醇溶胶在70℃～80℃温度下回流搅拌2～5小时后，采用恒温磁力搅拌器，在空气中于70℃～80℃温度下将溶胶搅拌2～5小时，最后采用恒温水浴锅，在27℃～35℃温度下将溶胶静置陈化12～24小时，得到锡溶胶待用。

(3)旋涂溶胶成膜

将上述所得锡溶胶滴加在备用的导电基片上，滴加锡溶胶的量为15～30μL/cm²导电基片，然后用匀胶机先以1200转/分～2000转/分的速度匀胶5～10秒，再以3000～5000转/分的速度匀胶30～60秒，最后将旋涂锡溶胶的导电基片放在干燥箱中于90℃～120℃温度下干燥15～30分钟，在干燥的过程中溶剂被蒸发，湿溶胶膜转变为干凝胶膜。

(4)薄膜的热处理

为了保证产生裂隙的均匀性及减小裂隙宽度，需降低薄膜低温区的升温速率。为使有机物挥发尽，需对其进行一段时间的保温。对覆有薄膜的导电基片进行热处理，设计退火曲线为：以100～200℃/h的升温速率升至300℃，保温10～20分钟后，再以100～200℃/h的升温速率升至400～600℃，保温1～3小时后再自然冷却到室温，基片上的金属氧化物薄膜形成裂隙。

退火过程中，由于是在高温下进行，使得干凝胶膜中的碳，氢等元素不断被氧化，最终以气态形式排除，同时氯元素也会俘获质子或与以氯气的方式离开薄膜，薄膜中残留的Sn²⁺离子与氧结合形成SnO₂或SnO晶粒，随着退火温度的升高和时间的延长，薄膜晶粒不断收缩，形成气孔和晶界相，并且SnO₂晶粒逐渐长大，最终形成致密的金属氧化物(SnO₂)薄膜。

(5)填充裂隙