专利名称：一种以纳米金颗粒为电极的分子整流器的制作方法
技术领域：
本发明属于分子电子技术领域，具体涉及一种以纳米金颗粒为电极的分子整流器。
背景技术：
1974年Aviram和Ratner提出了关于分子整流器的设想(Aviram A，Rather M.Chem PhysLett，1974，29277～286)。针对分子器件结构、性质等的一系列实验也随即展开。
相比传统的半导体无机电子器件，分子电子器件具有许多明显的优势器件尺度原理上可以达到分子大小，可以通过分子结构裁切来实现功能，制作工艺简单，成本低等(蓝碧健，刘春明，吕银祥等.材料导报，2005，19(1)71～74)。作为有机分子电子器件的重要组成部分——分子整流器的研究最近几年取得突飞猛进的发展。目前的研究表明，具有给出电子能力的施主(donor)基团和接受电子能力的受主(acceptor)基团以绝缘键桥或者共轭键桥连接，这样的分子就有可能实现如半导体p-n结一样的整流功能。而且，在最近几年，随着LB膜和分子自组装(SAMsselfassembly molecules)等有序分子膜生长技术的成熟以及外延生长、冷蒸发等电极生长工艺在整流器件制作中的应用，真正意义上的分子整流已经可以实现，开发具有高性能整流性质的有机分子成为国内外分子整流领域的热点。
即便如此，由于有机分子层的柔弱性，传统的蒸镀顶电极的方法极易破坏单分子有机层，用纳米金颗粒作为顶电极则可以解决这一难题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种以纳米金颗粒为电极的分子整流器及其制备方法。
本发明提出的分子整流器是一种“三明治”夹心结构，由底电极、分子整流材料及顶电极组成。其中底电极是纳米级平整连续的金属膜，分子整流材料为含推电子基团(Donor)、吸电子基团(Accepter)、共轭π键以及末端巯基的有机分子，顶电极为纳米金颗粒，其结构图1所示。
本发明提出的底电极采用以下几类金属材料金、铂，或者是金银、金铜、金铝、金铂、银铂、铜铂合金。
本发明中的分子整流材料可以采用如下材料(1)中文名称[4-((2-巯基乙基)甲胺基)苯基]三氰基乙烯，英文名称[4-((2-mercaptoethyl)methylamino)phenyl]ethenetricarbonitrile，结构式如下
(2)中文名称[4-((2-巯基正丙基)甲胺基)苯基]三氰基乙烯，英文名称[4-((2-mercaptopropyl)methylamino)phenyl]ethenetricarbonitrile，结构式如下 (3)中文名称[4-(双(2-巯基乙基)胺基)苯基]三氰基乙烯，英文名称[4-(bis-(2-mercaptoethyl)methylamino)phenyl]ethenetricarbonitrile，结构式如下 本发明还提出了该类分子整流器件的制备和测量方法。具体步骤如下(1)器件制备将分子整流材料溶于有机溶剂A中，浓度0.05～0.50毫摩尔/升，将蒸镀在云母或载玻片上的金属膜放入，浸泡18～36小时。取出后，用有机溶剂B反复冲洗样品表面，以去除表面吸附的多余分子。冲洗完的样品置于烘箱中50～80℃烘烤18～36小时。然后将样品放入含纳米金颗粒的水溶液中，吸附1～5分钟，取出，用去离子水洗涤，置于烘箱中50～80℃烘烤18～36小时。其中有机溶剂A为乙醇、丙酮、乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃(THF)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)之一种；有机溶剂B为甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃(THF)之一种。纳米金颗粒的水溶液通过常规方法制备。
(2)整流特性测量和结果以扫描隧道显微镜(STM)测试器件表面形貌，用针尖对准纳米金颗粒所在的位置，输入扫描三角波电压，可以测得器件的电流反应。器件对于正、负两个方向输入的电压有明显的不对称输出。在偏压U＝±2V时，表观整流比(apperent rectification ratio(R空间+R-)/(R空间+R+)＝15)。由于空间电阻很大，如果扣除空间电阻R空间，分子本征的整流比(R-/R+)应该大于这个数值。
本发明提出的分子整流器件中，使用末端巯基的分子整流材料，使其在金属膜上自组装成单一取向的单分子膜，分子结构中含有D-π-A单元，确保器件具有较高的整流比(整流比值为15)，优于目前同类产品的水平(整流比值为4.8)(Ping Jiang，Gustavo M.Morales，Wei You，and Luping Yu.Angew.Chem.Int.Ed.2004，43，4471-4475.)。
图1为分子整流器件结构图示。
图中标号1为底电极，2为纳米金颗粒，3为分子整流材料。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明(1)底电极制备整流器件为Au/取向单分子层膜/Au夹心结构，整个器件以云母或清洁的载玻片为基底。其中金属底电极采用真空热蒸发的方法形成，蒸发压强为2×10-3Pa。
(2)取向单分子层膜制备配制有机材料的DMF溶液，浓度0.05mM，有机材料可采用的化合物(A)或(B)等。将金膜放入该溶液中，浸泡24小时。取出后，立即放入充CHCl3的索氏提取器中，利用蒸发回流的CHCl3反复冲洗样品表面6小时，以去除表面吸附的多余分子。冲洗完的样品置于烘箱中60℃烘烤24小时。
(3)金纳米颗粒的制备首先将1ml 1％的三水合四氯金酸的水溶液加入含98ml水的三颈瓶中，搅拌并加热，待溶液沸腾后，迅速加入1ml 1％的柠檬酸三钠的水溶液，再搅拌15min得到酒红色金溶胶。
(4)纳米金颗粒的吸附(顶电极制备)将烘烤过的样品放入上述酒红色金溶胶中，吸附1分钟，取出，晾干，再次放入溶液中，吸附1分钟，取出，用去离子水洗涤。冲洗完的样品置于烘箱中60℃烘烤24小时。这样就完成了整个器件制作。
(5)整流特性测量和结果以扫描隧道显微镜(STM)测试上述器件表面形貌，吸附有纳米金颗粒的区域明显高于周围未吸附的区域，纳米金颗粒的大小20～30nm，用针尖对准纳米金颗粒所在的位置，输入扫描三角波电压，测量器件的电流反应。器件对于正、负两个方向输入的电压有明显的不对称输出。在偏压U＝±2V时，表观整流比(apperent rectification ratio(R空间+R-)/(R空间+R+)＝15)。
选择其它材料的整流器件的制备和测量方法，与上述例子类示，器件性能也相似，这里不作重复。
权利要求
1.一种分子整流器件，其特征在于是一种“三明治”夹心结构，由底电极、分子整流材料及顶电极组成，其中底电极是纳米级平整连续的金属膜，分子整流材料为含推电子基团、吸电子基团、共轭π键以及末端巯基的有机分子，顶电极为纳米金颗粒。
2.根据权利要求1所述的分子整流器件，其特征在于底电极是金、铂之一种，或者是金银、金铜、金铝、金铂、银铂、铜铂合金之一种。
3.根据权利要求1所述的分子整流器件，其特征在于分子整流材料为下述材料之一种(1)中文名称[4-((2-巯基乙基)甲胺基)苯基]三氰基乙烯，结构式如下 (2)中文名称[4-((2-巯基正丙基)甲胺基)苯基]三氰基乙烯，结构式如下 (3)中文名称[4-(双(2-巯基乙基)胺基)苯基]三氰基乙烯，结构式如下
4.一种如权利要求1所述的分子整流器件的制备方法，其特征在于将分子整流材料溶于有机溶剂A中，浓度0.05～0.50毫摩尔/升，将蒸镀在云母或载玻片上的金属膜放入，浸泡18～36小时。取出后，用有机溶剂B反复冲洗样品表面，以去除表面吸附的多余分子；冲洗完的样品置于烘箱中50～80℃烘烤18～36小时；然后将样品放入含纳米金颗粒的水溶液中，吸附1～5分钟，取出，用去离子水洗涤，置于烘箱中50～80℃烘烤18～36小时。其中有机溶剂A为乙醇、丙酮、乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋哺、N，N-二甲基甲酰胺之一种；有机溶剂B为甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃之一种。
全文摘要
本发明属于分子电子技术领域，具体涉及一种以纳米金颗粒为电极的分子整流器件及其制备方法。本发明提出的分子整流器在结构上是一种“三明治”夹心结构，由底电极、分子整流材料及顶电极组成，其中底电极是纳米级平整的连续的金属膜，分子整流材料为含推电子基团、吸电子基团、共轭π键以及末端巯基的有机分子，顶电极为纳米金颗粒；该器件的整流比值优于目前同类产品的水平。
文档编号C07C323/00GK1815772SQ20061002367
公开日2006年8月9日 申请日期2006年1月26日 优先权日2006年1月26日
发明者吕银祥, 徐伟 申请人:复旦大学