[发明专利]一种测量纳米尺度材料/结构中的电子输运性能的电极系统

说明书

本发明涉及一种测量纳米尺度材料/结构中的电子输运性能电极系统。从下到上依次包括：绝缘衬底材料SiO₂/Si以及在SiO₂上制备的具有精细结构的叉指电极阵列。当材料尺寸减小到纳米量级时，其电学性能发生了巨大的变化，传统的欧姆定律不再适用。为了更加详细地研究纳米尺度下通过材料的电荷运动规律，亟待发明出一种新型的测量纳米尺度材料及结构中电子输运性能的微纳电极系统。本发明主要利用复式嵌套的方式，在传统叉指电极上精确制备出可控的三角形金属电极，通过改变三角形电极的水平距离调控测试电极尖端之间的垂直距离，使测试距离精确控制在纳米尺度，再将纳米尺度的被测样品置于测试电极之间，测量其电子输运性能。

技术领域

本发明属于材料技术领域，更进一步涉及一种用于测量纳米尺度材料/结构中的电子输运性能的电极系统的设计与制备。

背景技术

近年来，纳米科学技术的发展使人类认识和改造世界的能力得到了进一步提升，已经成为当今世界最重要的新兴科学技术之一，引起了科学界的极大关注。随着材料尺寸的逐渐减小，其光、热、电、磁等性能发生了巨大的变化，为克服材料科学研究中未能解决的问题开辟了新途径。科学技术的发展促使电子器件的微型化趋势日益明显，而电子器件越小，散热越难，这就要求用于传输信号的载流子数目尽量少。载流子数目太少又会使得信噪比减小，从而导致传统的微电子器件达到物理极限。为了研制更节能、更价廉、存储量更大且体积更小的电子器件，当务之急是研究当材料尺寸减小到纳米尺度时，其电子输运性能的变化规律。

在这样的大背景下，对纳米尺度材料的电学性能研究，已经成为解决电子器件微型化的主要突破口之一。然而纳米材料由于尺寸小，通过的电流十分微弱，导致传统测量电流的电极无法测量，或者测量精度不够高。因此，亟待一种能够测量纳米尺度的材料或结构中的电子输运性能的电极系统。但目前该方面的研究尚处于起步阶段，还存在很大的探索空间。

中国人民解放军国防科学技术大学申请的专利技术“带有纳米点阵列的叉指电极及其制备方法和应用”（申请号：201310028330.7，申请公布号：CN103105423A）中公开了一种带有纳米点阵列的叉指电极，该发明首先在玻璃片表面形成单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列；然后在其上沉积金属膜，金属膜的沉积厚度低于纳米球高度的1/2，然后除去纳米球得到金属纳米点阵；在金属纳米点阵上沉积金属膜，在金属膜表面上形成光刻胶勾勒的电极图案，再湿法腐蚀，直至金属纳米点阵列重新暴露。然而，该发明涉及的叉指电极制备工艺复杂，较难实现精确的尺寸控制，也无法实现在同一基底上制备不同测量间距的测试电极。

发明内容

发明目的：在电子器件微型化的大背景下，需要进一步研究纳米尺度材料/结构的电子输运性能。然而当前的研究测量技术无法满足要求，因此我们设计发明出一种能够测量纳米尺度材料/结构的电子输运性能的电极系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种测量纳米尺度材料/结构中的电子输运性能的电极系统，所述电极系统包括基底和测试电极两部分，测试电极在正方形SiO₂/Si基底上制备，基底尺寸为3.5×3.5mm²；测试电极由正方形金属电极D1、金属连接线D2、长条状电极D3、长方形电极D4和三角形金属电极D5组成；在基底四周均匀分布20个0.5×0.5mm²的正方形金属电极D1，金属电极D1厚度为50nm，相邻两个正方形金属电极D1间距为100μm，这些正方形金属电极主要作用是用于连接测试电极与外部设备；正方形金属电极D1均延伸出一条金属连接线D2，金属连接线D2的另一端与长条状电极D3连接，长条状电极D3上均匀分布有一列长度和宽度均匀的长方形电极D4，相邻两个长条状电极D3上所分布的长方形电极D4相互交错构成一列叉指电极对，共10对；相邻一对叉指电极上均匀分布的三角形金属电极D5相互交错；在每个叉指电极对中，长方形电极D4的相向面上均匀分布有15个三角形金属电极D5，三角形金属电极的底边长为500nm，高为250nm。