[发明专利]一种具有纳米间隙的异质电极对的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有纳米间隙的异质电极对的制作方法，特别是涉及一种应用在单分子晶体管，单分子整流器，单分子自旋器件等领域的纳米间隙异质电极对的制作方法。 

背景技术

传统的基于硅材料及相关工艺的微电子学已经逐步逼近了其能力极限。随着器件的不断小型化与集成化，未来的电子学器件的基本功能单元很可能是一系列的单分子。因此分子电子学存在着巨大的潜在科技和应用价值，其应用领域包括电子、传感、探测、生物、医学等诸多方面，其产品包括诸如单分子开关、单分子整流器、单分子存储器、单分子晶体管、单分子传感器等一批未来新的基于单分子级别的功能化器件。这些分子器件将具有更低的功耗、更高的速度以及更高的集成度。单分子器件实现的最大困难在于单个分子尺寸很小，该分子尺寸在0.5-2nm之间，这就需要制作间隙在1-2nm的电极对将分子连入电路中。传统的微加工工艺如电子束曝光结合图形转移技术制作的纳米电极对的间隙最小也只能做到4-5nm，而且这对仪器以及操作水平都有极高的要求，是传统微加工的极限水平。那么，人们开发了一些特殊的制作纳米间隙电极对的方法。常见的包括： 

1.机械断裂法：该方法是通过对一根金属纳米线施加外力使其断裂，则在断裂处可以形成间隙很小的电极对结构。施加外力的方法包括用扫描隧道显微镜的针尖拉扯，或者将金属纳米线放置在柔性衬底上，从衬底下方通过压电陶瓷施加一个向上的力使衬底向上形变，从而使纳米线断裂，形成电极对。 

2.电致断裂法：该方法是通过对金属纳米线施加大电流，电流使纳米线在最细处断裂，控制所施加的电压及电流的大小，可以制备具有纳米间隙的电极对。 

之前的这些方法制作的纳米电极对两电极为同一种金属材料，而无法制作两电极材料不同的电极对，而这种异质电极对在单分子整流器，单分子自旋器件中通常是必不可少的。 

发明内容

针对现有技术的方法无法制作纳米间隙异质电极对的情况，本发明的目的在于提供一种可以制作两种不同材料的具有1-2nm间隙的电极对的方法。 

为实现上述目的，本发明公开了一种具有纳米间隙的异质电极对的制作方法，该方法包括以下步骤： 

（1）首先在衬底表面旋涂电子束抗蚀剂，然后电子束曝光、显影、定影，用金属沉积方法做出金属电极Ⅰ，再经过溶脱获得电极Ⅰ阵列； 

（2）在完成第一步骤的所述衬底上再次涂上电子束抗蚀剂，运用电子束曝光中的套刻技术在电极Ⅰ阵列旁曝光出电极Ⅱ阵列图形，接着显影、定影、沉积金属电极Ⅱ，再经过溶脱获得电极Ⅱ阵列，使电极Ⅰ阵列和电极Ⅱ阵列构成了一系列电极对；电极Ⅱ阵列被设计成依次向远离电极Ⅰ的方向偏移从-50nm到50nm的范围，其中负值表示两电极设计成相接触，且相邻两组电极对的间隙改变步幅为2nm或更小； 

（3）通过电子显微镜观测，从电极阵列中找到间隙最小的一对，并用微加工技术将其连接至外电路中； 

（4）最后利用氧等离子体刻蚀法清洗样品。 

进一步地，所述电极Ⅰ与电极Ⅱ选用不同的金属材料或复合薄膜结 构，电极材料具有不同的功函数或磁性性质。 

进一步地，由电极Ⅰ阵列与电极Ⅱ阵列组成的所述一系列电极对既可以纵向排列，也可以横向排列，也可以按其他方式排列。 

进一步地，制作所述电极Ⅰ与电极Ⅱ的所述一系列电极对，控制电极对间隙预设值在一个分布范围内变化，使所述电极对间隙的所述分布范围大于套刻的误差偏移量。 

进一步地，控制相邻两组电极对间隙的所述改变步幅，最终得到的最窄间隙的大小为2nm、5nm、或10nm。 

进一步地，所述电极Ⅰ阵列的形状为方形，所述电极Ⅱ阵列的形状为椭圆形。 

本发明的优点在于提供了一种通用的制作最窄间隙在1-2nm异质电极对的方法。通过选用不同的电极材料，可以制作具有不同功函数或具有不同磁性性质的异质纳米间隙电极对。结合相应的功能分子，可以用于制备功能化的分子器件。 

附图说明

图1(a)和1(b)为本发明工艺流程示意图。 

图2为电极Ⅰ与电极Ⅱ构成的电极对阵列的局部电子显微镜照片。 

图3(a)为一个具有1nm左右间隙的异质电极对。 

图3(b)为图3(a)所对应电极对的电压电流关系图。 

附图标记说明如下： 

1-衬底  2-十字基准  3-电极Ⅰ阵列  4-电极Ⅱ阵列 

具体实施方式