專利名稱：一種制備納米尺度間隙金屬電極對的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于納米尺度間隙電極對的制備方法，具體涉及在一對金屬電極之間實現(xiàn)納 米尺度間隙的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在半導(dǎo)體工業(yè)的技術(shù)節(jié)點已經(jīng)到了90納米，并正在繼續(xù)向更小尺度推進。人們正在 尋找能夠替代硅器件的納電子器件，納電子器件的研究是目前研究的一個熱點。制備納電 子器件的關(guān)鍵工藝是制備具有幾納米到幾十納米尺度間隙的電極對，為此人們開發(fā)了各種 不同的制備工藝，例如電子束光刻(Appll. Phys. Lett. Vol.80, 865， 2002);機械可控斷 裂節(jié)技術(shù)(PhysicaC Vol.l91，485， 1992)以及電遷移斷裂金屬納米線技術(shù)(Nature Vol.417, 722 ,2002)和電化學(xué)沉積技術(shù)(Appl.Phys丄ett. Vol.74， 2084， 1999; Appll. Phys. Lett. Vol.80， 2398， 2002; Thin Solid Films Vol.438, 317， 2003)，其中，電化學(xué)沉積技術(shù)因其設(shè)備簡單而 被廣泛采用。目前電化學(xué)沉積技術(shù)主要采用犧牲陽極或者引入外加犧牲電極的辦法，在陰 極析出金屬來縮短陽極與陰極之間(Appll. Phys. Lett. Vol.80, 2398, 2002)或陰極電極對之 間的間距(Appl.Phys丄ett Vol.74, 2084, 1999; Thin Solid Films Vol.438, 317, 2003)，進而實 現(xiàn)納米尺度間隙電極對。但是犧牲陽極會消耗陽極金屬，影響陽極的質(zhì)量，最終降低納米 尺度間隙電極對的質(zhì)量，而且外加犧牲電極方法的實驗裝置比較。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種制備納米尺度間隙金屬電極對的方法， 該方法不需要犧牲陽極或引入外加犧牲電極，可提高納米尺度間隙電極對的質(zhì)量，簡化實 驗裝置和工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、步驟包括1) 制備一對金屬電極對；2) 在上述金屬電極對上，引出兩根金屬絲，其中至少一根金屬絲的材料應(yīng)該采用金屬活動順序表中位于金屬電極材料之前的金屬；3) 將電解液覆蓋在上述電極對上，且同時覆蓋在金屬絲與電極對相連部分上，通過上述金屬絲與電解液之間的化學(xué)反應(yīng)，在單根或兩根金屬電極的表面析出金屬，使相對金屬 電極之間的間距減小，從而獲得納米尺度間隙的電極對。將上述金屬絲串聯(lián)一個電阻，與電源形成一回路，且在上述電阻的兩端連接鎖相放大 器，監(jiān)測電阻兩端的電壓變化信號， 一旦發(fā)現(xiàn)電阻兩端的電壓開始增大時，除去金屬電解 液，停止沉積過程。步驟l)中，利用光刻、剝離等技術(shù)，預(yù)先在Si或Si02的襯底上，制備一對或多對金 屬電極對，電極對間隙尺寸在l一2pm范圍；金屬電極形狀可為矩形、正方形或兩者的組 合，單根金屬電極的表面積在70pn^以上；步驟2)中，金屬絲的尺寸需與上述金屬電極對的尺度相匹配；電極金屬材料包括金、 鉑，鈀，銀或者銅等；金屬絲材料必須選擇金屬活動順序在上述電極對金屬之前的金屬， 包括鋁、鐵等。步驟3)中，電解液選擇須依據(jù)金屬電極的材料，電解液選擇依據(jù)金屬電極的材料，若電極材料是Au時，所述電解液為HAuCLr2H20或者KAu(CN)2;若電極材料是Ag時，所 述電解液為AgN03。步驟3)中，釆用壓縮空氣、高純氮氣或氬氣吹走覆蓋在金屬電極對、以及金屬絲與 電極對相連的部分的金屬離子溶液。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明操作簡單，工藝可靠，而且由于無需采用電子束曝光等昂貴工藝及技術(shù)，成本 低廉；不需要犧牲陽極或引入外加犧牲電極，可提高最終納米尺度間隙電極對的質(zhì)量，簡 化了實驗裝置；而且可利用鎖相放大器檢測沉積過程，能實現(xiàn)可控制備納米尺度間隙電極 對。


圖l是本發(fā)明的實驗裝置圖；圖2是實施例1所制備的納米尺度間隙對，圖(b)是圖(a)的局部放大圖； 圖3是實施例2所制備的納米尺度間隙對。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述 實施例一在P型Si襯底1上上制得300nrn厚度的二氧化硅2，在二氧化硅2上用微加工方法制 備一對電極對3;電極對之間最短距離(即電極對間隙尺寸)為2pm;金屬電極為Au/Ti雙層 金屬(其中下層金屬Ti的厚度10nm;上層金屬Au的厚度lOOnm);制備金屬電極利用光 刻和剝離工藝，其過程是甩膠光刻，曝光、顯影；然后濺射沉積金屬，去膠，即可獲得 金屬電極；在上述金屬電極對上，用兩根A1絲4分別將上述金屬電極對引出；電極對通過上述 兩根鋁絲4與電源5(4mV，4Hz)、 一個電阻6(lkQ)串聯(lián)成一個回路；用氯金酸(HAuCLr2H20)溶液7，濃度是2m mol/L作電解液，覆蓋Au/Ti雙層金屬電 極對；鋁會還原氯金酸溶液中的Au3+，并在與其相連的Au/Ti雙層金屬電極對3表面上析 出Au，減小電極對之間的間距，從而形成納米尺度間隙電極對；通過鎖相放大器8(SR830)監(jiān)測小電阻6上的電壓信號，發(fā)現(xiàn)電阻兩端的電壓信號開始 增大時，停止沉積過程，用壓縮空氣吹走殘余的氯金酸溶液，即可在原先微米尺度的間隙 上獲得具有納米尺度間隙的電極對(附圖2 a和b)。實施例二試驗裝置和實驗過程同實施例1，制備時將電極對3中一個電極用Au引線引出，而另 一個電極用鋁引線引出，則鋁會還原氯金酸溶液(電解質(zhì))7中的Au3+，并在與其相連的Au/Ti 雙層金屬表面上析出Au，減小電極對之間的間距，從而形成納米尺度間隙電極對(附圖3)。上述實施例中提供了納米尺度間隙Au/Ti金屬電極的實現(xiàn)，與之對應(yīng)的電極材料可以 是金、鉑，鈀，銀或者銅等。電解液與電極材料相對應(yīng)，例如電極材料是Au時，電解液 采用HAuCLr2H20或者KAu(CN)2;電極材料是Ag時，電解液使用AgN03;其它金屬材 料及電解液可以類推。另外，金屬電極的形狀可為矩形、圓形或其它任意形狀，該金屬電極對之間的距離一 般是500nm-3nm。此外，引線材料應(yīng)該采用金屬活動順序表中排在電極材料之前的金屬，包括鋁、鐵等。以上通過詳細實施例描述了本發(fā)明所提供的制備納米尺度間隙金屬電極對的方法，本 領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明做一定的變形或 修改；其制備方法也不限于實施例中所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、其步驟包括1)制備一對金屬電極對；2)在上述金屬電極對上，引出兩根金屬絲，其中至少一根金屬絲的材料應(yīng)該采用金屬活動順序表中位于金屬電極材料之前的金屬；3)將電解液覆蓋在上述電極對上，且同時覆蓋在金屬絲與電極對相連部分上，通過上述金屬絲與電解液之間的化學(xué)反應(yīng)，在單根或兩根金屬電極的表面析出金屬，使相對金屬電極之間的間距減小，從而獲得納米尺度間隙的電極對。
2、 如權(quán)利要求1所述的制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、其特征在于，將上述 金屬絲串聯(lián)一個電阻，與電源形成一回路，且在上述電阻的兩端連接鎖相放大器，監(jiān)測電 阻兩端的電壓變化信號，當發(fā)現(xiàn)電阻兩端的電壓開始增大時，除去電解液，停止沉積過程。
3、 如權(quán)利要求l所述的制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、其特征在于，步驟l) 中，利用光刻、剝離等技術(shù)，預(yù)先在Si02的襯底上，制備金屬電極對，電極對間隙尺寸在 500nm-3^im之間。
4、 如權(quán)利要求3所述的制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、其特征在于，金屬電 極的形狀為矩形、正方形或兩者的組合，且單個金屬電極的表面積在70Mn^以上。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、其特征在于，步 驟l)中，電極金屬材料為金、鉬，鈀，銀或者銅，以及上述金屬的合金。
6、 如權(quán)利要求5所述的制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、其特征在于，所述金 屬絲材料為鋁或鐵。
7、 如權(quán)利要求1所述的制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、其特征在于，若電極 材料是Au時，所述電解液為HAuCW2H20或者KAu(CN)"若電極材料是Ag時，所述電 解液為AgN03。
8、 如權(quán)利要求2所述的制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、其特征在于，采用壓 縮空氣、高純氮氣或氬氣吹走覆蓋在金屬電極對上的電解液，停止沉積過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備納米尺度間隙金屬電極對的方法、屬于納米加工技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括首先制備一對微米尺度的金屬電極對；在上述金屬電極對上，引出兩根金屬絲，其中至少一根金屬絲的材料應(yīng)該采用金屬活動順序表中位于金屬電極材料之前的金屬；將電解液覆蓋在上述電極對上，且同時覆蓋在金屬絲與電極對相連部分上，通過上述金屬絲與電解液之間的化學(xué)反應(yīng)，在單根或兩根金屬電極的表面析出金屬，使相對金屬電極之間的間距逐漸減小，從而獲得納米尺度間隙的電極對。本發(fā)明操作簡單，工藝可靠、成本低。
文檔編號C25C1/00GK101245470SQ200810102118
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者傅云義, 佳 劉, 興 張, 如 黃 申請人:北京大學(xué)