[发明专利]一种氧化铜桥连纳米线器件及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光电与传感技术领域，具体涉及一种氧化铜桥连纳米线器件及其制备方法和应用。该制备方法包括在有导电叉指电极的绝缘衬底上沉积有序银‑铜‑银薄膜阵列、通过退浸润、真空挥发银制得铜微米球阵列、热氧化制备氧化铜桥连纳米线器件。制得的氧化铜桥连纳米线器件结构上包括绝缘衬底、导电叉指电极、位于绝缘衬底和导电叉指电极上的有序氧化铜微米球‑纳米线，相邻氧化铜微米球上的纳米线相互桥连形成导电通道。本发明能够精确控制铜微球的直径、间距，从而可有效控制有序氧化铜微米球‑纳米线桥连器件的结构参数，大幅提升器件的气体、光电响应。本发明可实现器件的大面积、可控、批量化制备，推动氧化铜纳米线器件的实用开发。

技术领域

本发明属于光电与传感技术领域，具体涉及一种氧化铜桥连纳米线器件及其制备方法和应用。

背景技术

氧化铜的储量丰富、对环境友好，是一类重要的p型半导体材料，带隙1.4eV左右，在紫外-可见-近红外波段均有较高的光吸收系数，并且具有优异的催化活性，在可见-近红外光电探测、气体传感器等领域都有重要的应用。氧化铜纳米材料制备技术的发展为其应用提供了巨大推动力。在各种形貌的氧化铜纳米结构中，准一维结构的纳米线在保证材料高比表面积(高表面活性)的同时，同时具有准一维单晶——载流子快速传输通道，在保证氧化铜活性的同时，大大增强了氧化铜的电荷传输能力，将生长好的氧化铜纳米线分散在衬底，依次经过旋涂光刻或电子束胶、光刻或电子束曝光刻画电极图形、显影、蒸镀电极材料、剥离，获得单根或多根氧化铜纳米线器件，这种小型、低功耗器件有较好的光电、气体传感性能【Nanotechnology 20(2009)085203，Nanoscale Research Letters 9(2014)637】，有望应用于今后便携式或者可穿戴式光电、气体传感器。

然而，由于上述传统的纳米线器件化工艺复杂，产率较低，严重地制约了包括氧化铜在内的氧化物纳米线的器件化应用。在布有底电极的绝缘衬底上“原位”生长纳米线，在保证纳米线底部同导电电极电学接触的同时，若能使纳米线在顶端相交联，形成“桥连”纳米线器件，可大幅改善氧化物纳米线的器件化瓶颈【Journal of Science:AdvancedMaterials and Devices 2(2017)263e285】。近些年氧化铜纳米线桥连器件发展迅速，如S.Steinhauer【Sensors andActuators B 187(2013)50】、Stephan Steinhauer等人【ACSSensors 1(2016)503】先后在有导电电极的衬底指定位置沉积了2500nm/600nm铜膜，在335-400℃氧气/空气气氛中加热，获得了桥连氧化铜纳米线传感器件。由于氧化铜纳米线生长驱动力来源于氧化层与金属层间的应力、及氧浓度梯度，铜膜较薄(如小于500nm)时，氧化铜纳米线较短(难以形成桥连)、且密度较稀疏，增加铜膜厚度可以获得较密、较长纳米线，然而，铜膜厚度增加时，热氧化纳米结构与衬底应力显著增大、使纳米线容易从衬底脱落【Nanotechnology18(2007)275607】。