[发明专利]包括纳米间隙电极和纳米颗粒的电子器件

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域并且尤其涉及包括纳米间隙电极和纳米颗粒的器件。本发明也涉及制备所述器件的方法以及在使用所述器件的光电检测中的应用。

背景技术

在光电子器件中使用胶体量子点(CQD)需要对它们的光学和传输性质的精细控制。在CQD膜中的传输是多尺度过程，其中跳跃过程在纳米颗粒尺度上发生和膜形态(裂纹...)在微米尺度上起作用。因此，不仅需要调整颗粒间隧道势垒以调节耦合，而且也要求良好的长尺度排序。原子配体钝化(例如S^2-，SCN^-或Cl^-和金属硫属化物配体)确实解决了颗粒间隧道势垒的缩短和降低，但是它们通常要求极性溶剂，其以构建纳米颗粒膜的方法的范围更有限为代价。使用这样的钝化，膜保持强烈无序。在无序膜中光活化载流子仍然需要进行随机游走以到达电极，这典型地包括成百上千步。为了避免该低效的传输过程，已开发若干策略，其中实现QD-石墨烯混合物以使吸收脱离传输过程或纳米间隙的使用。

使用能够容纳纳米颗粒的纳米长通道，纳米颗粒可以直接连接到电极，这避免载流子的吸收后扩散传输及其捕获。而且，短传输长度减小渡越时间，其趋向于增加器件的光电导增益。为了实现这些纳米间隙，已提出若干方法，其包括电子束光刻，自对准方法，电迁移或遮蔽方法。尽管有这种兴趣，但是量子点仍然难以连接到电极，并且在使用尺寸与间隙尺寸相同数量级的球形颗粒时获得差的重叠。

因此本发明的目的之一是使用纳米片来连接纳米间隙电极。

基于纳米间隙的光电检测器的动机首先是增益的增加。在光电检测器中，以A.W^-1表示的响应性(即活性材料将光子通量转换为电流的能力)与内部量子效率乘以增益的乘积成比例R＜ηg。增益本身是光载流子寿命τ除以渡越时间τ_transit的比率，其中渡越时间是光生电荷到达电极的时间：内部量子效率是由电子器件收集的电荷载流子的数量与由活性材料吸收的光子数量的比率。电极之间的间隔最小，载流子到达电极的时间最短。因此将电极间隔从几微米减少到几纳米可能使增益增加1000倍。

基于纳米间隙的光电检测器的其它动机是纳米颗粒的体积减少使得更容易摆脱膜形态的缺陷的事实。事实上，对于微米级膜，通常观察到形成于膜中的裂纹。这些裂纹特别倾向于在处理膜上的配体交换过程时形成。

基于纳米间隙的光电检测器的另一个有吸引力的方面是传输不再由跳跃驱动的事实。因此，噪声水平不像与跳跃传输相关联的噪声水平那么高。

最后，该器件的几何形状的另一个兴趣是构建基于胶体QD的电致发光系统。到目前为止，使用胶体纳米颗粒作为活性材料构建LED的大部分努力依赖于在一个孔和一个电子注入层之间封装纳米颗粒的薄层。然而，p型层通常是导电聚合物。该解决方案存在两个主要缺点，即(i)器件的有限寿命和(ii)由于有机层的高吸收而不能用于红外(IR)的器件。为了构建IR操作的电致发光器件，因此避免任何有机材料是非常有吸引力的。可以在高电场方式下操作的本发明的纳米间隙或纳米沟允许施加实现电致发光的要求条件的带缘能量的量级的每个颗粒的能量降低。将纳米沟与窄带隙材料(例如铅或汞硫属化物)耦合因此是构建有机自由IR发射器件的可能途径。

因此，使用纳米片连接纳米间隙电极可以导致迄今为止在现有技术中还没有报道的突出性质，例如响应性和/或特异性测性。

发明内容

本发明因此涉及一种电子器件，其包括衬底和由纳米间隙间隔的至少两个电极，其中所述至少两个电极由至少一个纳米颗粒桥接，并且其中所述至少一个纳米颗粒具有与所述至少两个电极重叠的重叠面积，该重叠面积比所述至少一个纳米颗粒的面积的2％大。

根据一个实施例，所述至少一个纳米颗粒具有与所述至少两个电极的每一个重叠的重叠面积，该重叠面积比所述至少一个纳米颗粒的面积的1％大。

根据一个实施例，所述纳米间隙具有在0.1纳米至1000纳米，优选0.25纳米至500纳米，更优选1纳米至100纳米，更加优选10纳米至80纳米的范围内的尺寸d。

根据一个实施例，所述纳米间隙具有在1纳米至10毫米，优选5纳米至1毫米，更优选10纳米至100微米，更加优选50纳米至10微米的范围内的长度L。

根据一个实施例，所述至少一个纳米颗粒是大量子点，纳米薄片，纳米棒，纳米片，纳米板，纳米壁，纳米盘，纳米管，纳米条，纳米带或纳米线。根据优选的实施例，所述至少一个纳米颗粒是半导体纳米片。