纳米间隙电极的制备方法技术

纳米间隙电极的制备方法是一种基于分子组装技术的制备纳米间隙电极的选择性化学沉积方法，其制备的方法为：首先，用传统光刻工艺制备出微米或亚微米间隙的原型电极；在上述电极表面采用分子组装技术获得双功能分子“Ｘ－Ｒ－Ｙ”的单分子膜；再利用该单分子膜朝向外表面的活性端基Ｙ化学吸附化学镀引发剂；继而在电极表面引发金属的选择性化学沉积，通过金属层在电极表面的自催化外延生长使原型电极的间隙从微米或亚微米级缩小到纳米级。方法操作简单、制造成本低廉，无须昂贵的设备投入就能非常简便地达到电极的纳米加工；是一种简便易行、成本低廉、易于推广的纳米间隙电极的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种基于分子组装技术的制备纳米间隙电极的选择性化学沉积方法，属于纳米结构、纳米电子器件的加工的

技术介绍
纳米间隙电极的制备无论对于纳电子学、纳米生物医学等基础研究，还是对于纳电子器件、生物医学检测器件等的制造与应用研究都具有非常重要的意义。传统光刻技术加工的电极间隙的极限只能在亚微米量级，而不能达到纳米量级。近年来涌现出了不少制备纳米间隙电极的方法，比如电子束刻蚀法、分子束外延法、扫描探针纳米刻蚀法、电镀法、电子迁移法、接点熔断法、碳纳米管掩模法、碳纳米杆法等。这些方法为构筑纳米电子器件以及研究纳米尺度下功能结构的输运特性打下了一定的基础。但是，这些方法都存在一些不足之处，比如，电子束刻蚀法加工费用高，效率低，其高能入射电子束产生的邻近效应会给制备的电极带来固有缺陷；分子束外延法成本高，制备工序复杂，且不适于三端及三端以上器件的制备；原子力显微镜纳米刻蚀法扫描范围较小，且速度较慢，不易制备大面积的产品；电镀法制备过程中电极两端需要引线外加电压，只能对具体的器件进行个别的操作；接点断裂法也不能批量生产，且不适于三端及三端以上器件的制备；电子迁移法制备的电极外形不规则，制备过程不易控制；碳纳米杆法和碳纳米管掩模法成本较高，制备的电极形状不规则。到目前为止，制备纳米间隙电电极的方法基本上仅适于实验室研究工作，普遍存在推广应用方面的障碍，还没有形成产业化规模，尚无法满足日益增加的迫切需求。纳米加工技术作为一门新兴、研究非常活跃的多交叉学科，基于新材料、新原理、新工艺，还存在巨大的发展空间。选择性化学镀法是一种非常新颖、具有批量化生产潜力的制备纳米间隙电极的方法，但现有技术(ZL01113578.6)采用传统的氯化亚锡敏化-氯化钯活化的化学镀前处理工艺，钯催化剂的吸附没有选择性，需要在硅基材料表面的组装光敏薄层、并结合曝光、显影来调制仅电极材料表面显现的引发剂图形，涉及步骤繁琐，工艺较为复杂，且锡胶体敏化层厚度较厚并在制备的纳米间隙电极中引入了低熔点锡杂质。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的在于发展一种简便易行、成本低廉、易于推广的。技术方案本专利技术基于原型电极表面组装的单分子膜的空间限域效应，定位诱导金属在电极的裸露表面的选择性沉积，通过金属层的自催化外延生长，使电极的间距从微米或亚微米级缩减到纳米级，实现纳米间隙电极的简便低廉化可控加工。制备的方法如下首先，用传统光刻工艺制备出微米或亚微米间隙的原型电极；在上述电极材料表面采用分子组装技术获得双功能分子X-R-Y的单分子膜；再利用该单分子膜朝向外表面的活性端基Y化学吸附化学镀引发剂；继而在电极/溶液界面引发金属层的选择性化学沉积，获得纳米间隙电极。其中，原型电极指以硅基材料为基材，用普通光刻工艺加工出的具有微米或亚微米间隙的双极或多极电极结构，电极材料为金属材料，通常为金、银、铜等；双功能分子X-R-Y，对于硅基材料没有反应活性。其中X为可与原型电极金属材料自发进行分子组装的官能团，对于金、银电极，优选基团为含S基团，如巯基(-SH)或二硫基(如-S-S-R-Y)；Y为可与化学镀引发剂键合的活性基团，通常含有S、N、P、O元素，如氨基、巯基、氰基、磷酰基、羧基；R为有机分子骨架，如碳链、芳环，R中还可带有含S、N、P、O元素的活性基团及侧链。化学镀引发剂为金属钯、金、银、镍、铂、铜的纳米粒子；或是钯、铂、银的离子。纳米间隙电极的材料可以是磁性或非磁性的金属及其合金，如镍、钴、钯、铂、金、银、铜及其合金材料。技术效果a)方法操作简单、制造成本低廉，无须昂贵的设备投入就能非常简便地达到电极的纳米加工；b)不仅适于双电极结构的加工，还适用于三端及三端以上器件和金属纳微结构的制造；c)基于分子组装技术诱导选择性化学沉积，可在分子水平上调控电极的表面结构；d)最终获得的纳米间隙电极的金属材质不受光刻技术或条件的制约，拓展了电极材料的种类，尤其是可以获得磁性纳米间隙电极；e)容易实现批量化生产。具体实施例方式实施例1以普通光刻工艺在硅基材料上加工出的具有微米或亚微米间隙的金电极结构为原型电极，表面清洗干净后放入双功能分子巯基化合物HS-R-Y(如巯基乙胺或1，6-己二硫醇等)的乙醇溶液中进行分子组装；将组装有双功能分子的金电极放入钯离子或铂离子或银离子的溶液中吸附离子基催化剂纳米粒子；然后将吸附有催化剂的金电极分别放入钯、铂、金、银、铜、镍、钴或合金镀液中进行化学镀，分别得到钯、铂、金、银、铜、磁性镍、磁性钴及其合金材料的纳米间隙电极。实施例2以普通光刻工艺在硅基材料上加工出的具有微米或亚微米间隙的金电极结构为原型电极，表面清洗干净后放入双功能分子巯基乙胺或1，6-己二硫醇的乙醇溶液中进行分子组装；将组装有双功能分子的电极放入胶体银溶液中吸附银纳米粒子；然后进行化学镀银，得到银纳米间隙电极。将吸附有银纳米粒子的金电极进行化学镀镍则得到磁性镍纳米间隙电极。实施例3以普通光刻工艺在硅基材料上加工出的具有微米或亚微米间隙的金电极结构为原型电极，表面清洗干净后放入双功能分子巯基乙胺或1，6-己二硫醇的乙醇溶液中进行分子组装；将组装有双功能分子的电极放入胶体金溶液中吸附金纳米粒子；然后进行化学镀金，得到金纳米间隙电极。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米间隙电极的制备方法，其特征在于制备的方法为：首先，用传统光刻工艺制备出微米或亚微米间隙的原型电极；在上述电极表面采用分子组装技术获得双功能分子“Ｘ－Ｒ－Ｙ”的单分子膜；再利用该单分子膜朝向外表面的活性端基Ｙ化学吸附化学镀引发剂；继而在电极表面引发金属的选择性化学沉积，通过金属层在电极表面的自催化外延生长使原型电极的间隙从微米或亚微米级缩小到纳米级。

【技术特征摘要】
1.一种纳米间隙电极的制备方法，其特征在于制备的方法为首先，用传统光刻工艺制备出微米或亚微米间隙的原型电极；在上述电极表面采用分子组装技术获得双功能分子“X-R-Y”的单分子膜；再利用该单分子膜朝向外表面的活性端基Y化学吸附化学镀引发剂；继而在电极表面引发金属的选择性化学沉积，通过金属层在电极表面的自催化外延生长使原型电极的间隙从微米或亚微米级缩小到纳米级。2.根据权利要求1所述的纳米间隙电极的制备方法，其特征在于原型电极为以硅基材料为基材，用普通光刻工艺加工出的具有微米或亚微米间隙的双极或多极电极结构，电极材料为金属材料，如金、银、铜。3.根据权利要求1所述的纳米间隙电极的制备方法，其特征在于所述的双功能分子“X-R-Y”中，“X”为可与电极金属材料自发进行分子组装的官能团；“Y”为可与化学镀引发剂键合的活性基团R为有机分子骨架。4.根据权利要求1或3所述的纳米间隙电极的制备方法，其特征在于在双...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丽娜，顾宁，黄岚，王孟，周凯常，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]