基于水分子插层耦合调控的微纳米电子器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型公开了一种具有微纳米结构与基底耦合的微纳米电子器件，属于微纳电子器件领域。
【背景技术】
[0002]很多二维微纳米结构以及对其进行物理化学修饰的衍生物，因其载流子浓度、热导率、可调节的金属或半导体性、结构稳定性等特性，成为微纳米电子器件中重要的基本结构。
[0003]随着大面积、高质量微纳米材料制备技术的成熟，将此类材料直接生长或者转移到各种基底上，实现基本元器件已经逐渐被实用化。值得注意的是，与基底之间的电学耦合会在一定程度上改变二维材料的电子结构、输运特性等。此外，电子器件工作时功率较高，且其外界接触的界面多为较弱的相互作用(例如范德华相互作用力等)。
[0004]因此如何保持微纳米结构与基底之间的电绝缘，并同时对器件运行所产生的热量有效地耗散，成为保障工作效率与稳定性的必要条件。
【实用新型内容】
[0005]综上所述，确有必要提供一种能够保持微纳米结构与基底之间的电绝缘、同时能够有效耗散运行过程中产生的热量的微纳米电子器件。
[0006]—种基于微纳米结构与基底耦合调控的微纳米电子器件，包括一基底及一微纳米结构层，其中，进一步包括一水分子插层位于所述基底与微纳米结构层之间。
[0007]所述水分子插层夹持于所述基底与微纳米结构层之间。
[0008]所述基底与微纳米结构层之间形成一界面，所述水分子插层包括多个水分子分散于所述基底与微纳米结构层之间的界面，形成一微纳米结构/水分子/基底界面。
[0009]所述微纳米结构层为二维层状材料，包括多个二维微纳米结构。
[0010]所述二维微纳米结构为石墨烯、六方氮化硼、过渡金属硫族化合物中的一种或多种组成的二维层状材料。
[0011]所述微纳米结构层与基底之间形成多个空隙，所述水层子插层中的水分子渗透入所述空隙中。
[0012]所述水分子插层减弱或消除微纳米结构层与基底之间的电子耦合，使微纳米结构层与基底之间电绝缘。
[0013]所述水分子插层中的水分子为饱和状态。
[0014]相对于现有技术，本发明提供的基于微纳米结构与基底耦合调控的微纳米电子器件，通过水分子插层对微纳米结构与基底之间的界面进行调控，可以使微纳米结构保持平整，并且具有隔电导热的性质，即可以有效保障电子器件与基底界面热耗散效率同时实现电绝缘，在微纳电子器件领域有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型实施例提供的微纳米电子器件的结构示意图。
[0016]图2为微纳米电子器件中水分子插层对二维微纳米结构与基底电子密度分布的调控示意图，图(a)为没有注入水分子时，石墨烯/铜基底差分电荷密度分布；图(b)为注入水分子之后，石墨稀/水分子/铜基底差分电荷密度分布。
[0017]图3为图1所示微纳米电子器件中水分子插层对二维微纳米结构与基底之间界面热导率的调控。
【具体实施方式】
[0018]下面根据说明书附图并结合具体实施例对本实用新型的技术方案进一步详细表述。
[0019]请参阅图1，本实用新型提供的基于微纳米结构与基底耦合调控的微纳米电子器件100，包括一基底10，一微纳米结构层20及一水分子插层30，所述水分子插层30位于所述基底10与微纳米结构层20之间。
[0020]所述基底10的材料可为镍、铜、钌等金属，合金、氧化镁等金属氧化物，二氧化硅等绝缘体，硅，碳化硅等半导体，同时可为硅片、透明基底玻璃、微栅以及柔性透明高分子材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)等，可以根据需要进行选择。本实施例中，所述基底10材料为铜。
[0021]所述微纳米结构层20可为二维层状材料，包括多个二维微纳米结构，所述二维微纳米结构可为石墨稀、六方氮化硼、过渡金属硫族化合物(如二硫化钼)等二维微纳米结构。所述微纳米结构层20可覆盖所述基底10的表面，并且与所述基底10之间形成一界面，并且所述微纳米结构层20与基底10之间具有多个空隙。本实施例中，所述微纳米结构层20的材料为石墨稀。
[0022]所述水分子插层30位于所述微纳米结构层20与基底10之间，具体的，所述水分子插层30夹持于所述微纳米结构层20与基底10之间，并且分布于所述微纳米结构层20与基底10之间的界面。进一步，所述水分子插层30包括多个水分子，所述水分子分散于所述微纳米结构层20与所述基底10之间的界面，并渗透入所述微纳米结构层20与基底10之间的空隙中。所述微纳米结构层20、水分子插层30及基底10形成微纳米结构/水分子/基底界面。所述水分子插层30可对二维微纳米结构的形态以及其与基底10之间界面电、热学性能的调控。所述水分子插层30的厚度可以根据微纳米电子器件100的需要进行选择。
[0023]具体的，二维微纳米结构/基底界面中，二维微纳米结构会含有不同程度的褶皱或者起伏，褶皱或者起伏的存在会严重影响微纳米器件的工作效率。水分子插层30的存在可以有效的减少褶皱以及起伏，进而保证二维微纳米结构在基底界面上的平整度。
[0024]另外，请一并参阅图2，石墨烯等二维微纳米结构与基底10之间的接触会形成接触掺杂等电学耦合方式，从而引起二维微纳米结构电子结构的改变，例如费米能级的移动、与基底材料电子轨道的杂化耦合等。水分子插层30的存在会减弱甚至消除二维微纳米结构与基底10之间的电子耦合，达到‘电绝缘’的效果，从而保证二维微纳米结构的电学性會泛。
[0025]此外通过改变水分子的注入浓度、分布还可以进一步调控界面电学耦合和器件的电学性能。
[0026]请一并参阅图3，水分子插层的浓度、分布对于界面的热耗散等热学性能有重要的影响。水分子插层浓度较小时，如小于4/nm2，界面热导率会有一定程度的降低；而当水分子插层浓度逐渐增大时，界面热导率逐渐增大，并逼近不含有水分子插层的界面热导率。因此水分子插层的存在对于界面热导率的影响很小，尤其是当水分子插层饱和之后，如大于10/nm2，界面热导率相对于没有插层时只有很小的变化，达到‘热导通’的效果。
[0027]进一步，本发明提供一种基于微纳米结构与基底耦合调控的微纳米电子