[发明专利]基于硅-分子复合体系单分子负微分电阻器件及制备方法

权利要求书

1.一种基于硅-分子复合体系的单分子负微分电阻效应器件，其特征在于，该单分子负微分电阻效应器件包括：源极(1)、漏极(2)、栅极(3)、钴酞菁分子(4)和隧穿层(5)，其中：

单个钴酞菁分子(4)位于所述源极(1)和所述漏极(2)之间，所述钴酞菁分子(4)的平面与所述源极(1)和所述漏极(2)的连线垂直，所述钴酞菁分子(4)中的钴离子与所述源极(1)接触；

所述漏极(2)与所述钴酞菁分子(4)之间设有隧穿层(5)。

2.根据权利要求1所述的单分子负微分电阻效应器件，其特征在于，所述源极(1)使用R3-银/硅表面。

3.根据权利要求2所述的单分子负微分电阻效应器件，其特征在于，所述单分子负微分电阻效应器件的负微分电阻效应是利用所述钴酞菁分子(4)中的二价钴离子dz2轨道的态密度和所述R3-银/硅表面的S1表面态之间的共振产生的。

4.根据权利要求1所述的单分子负微分电阻效应器件，其特征在于，所述漏极(2)用金作为电极。

5.根据权利要求1所述的单分子负微分电阻效应器件，其特征在于，所述栅极(3)与所述钴酞菁分子(4)的四个瓣间用高介电常数的氧化层隔开。

6.一种基于硅-分子复合体系的单分子负微分电阻效应器件的制备方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1，制备R3-银/硅表面作为所述单分子负微分电阻效应器件的源极；

步骤S2，在制备好的所述R3-银/硅表面蒸发少量的钴酞菁分子，得到钴酞菁-R3-银/硅表面；

步骤S3，在所述步骤S2得到的钴酞菁-R3-银/硅表面上蒸发第一层氧化物，形成氧化层a；

步骤S4，在所述步骤S3得到的氧化层a上蒸发第二层氧化物，形成具有孔洞结构的氧化层b；

步骤S5，在所述氧化层a和所述氧化层b上制备漏极；

步骤S8，在电输运性质较理想的单个钴酞菁分子两边刻蚀出用于制作栅极的孔洞，并在所述孔洞中制备栅极，从而最终得到单分子负微分电阻效应器件。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

步骤S11，在超高真空的环境下制备一Si(111)-7×7重构表面；

步骤S12，在制备好的Si(111)-7×7重构表面上蒸发少量的银原子并进行退火处理，从而形成R3-银/硅表面衬底。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，在超高真空的环境下，在所述R3-银/硅表面衬底上蒸发0.1个单层以下的钴酞菁分子。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氧化层a的厚度在纳米量级，并且制备所述氧化层a时应保持低温环境。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，制备所述氧化层b的步骤进一步包括以下步骤：

S41，在具有所述氧化层a的钴酞菁-R3-银/硅表面上旋涂一层电子束负刻蚀胶；

S42，使用电子束刻蚀机曝光做出孔洞的图形；

S43，刻蚀所述孔洞的图形后，利用磁控溅射技术或原子层沉积技术得到所述具有孔洞结构的氧化层b。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述制备漏极的步骤进一步包括以下步骤：

步骤S51，在具有所述氧化层a以及所述氧化层b的钴酞菁-R3-银/硅表面上旋涂一层电子束正刻蚀胶；

步骤S52，利用电子束刻蚀机曝光做出漏极的电极图形；

步骤S53，刻蚀所述漏极的电极图形后蒸发钛/金原子，得到所述漏极。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，按照所述步骤S51-步骤S53制备多个漏极，以加大所述漏极接触单个钴酞菁分子的几率。

13.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S8中制备栅极的步骤进一步包括：

步骤S81，使用电子束刻蚀技术，在电输运性质较理想的单个钴酞菁分子两边刻蚀出用于制作栅极的孔洞；

步骤S82，在步骤S81刻蚀得到的区域内制备一氧化层c，并在氧化层c所在的区域蒸镀门电极，从而制备得到栅极。

14.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单分子负微分电阻效应器件可以应用在基于纳米材料的电子线路中。