一种金属纳米粒配体修饰的集成电路和制备方法与流程

本发明涉及电子产品领域，尤其涉及一种金属纳米粒配体修饰的集成电路和制备方法。

背景技术：

集成电路是一种微型电子器件或部件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路的出现和应用，标志着电子技术发展到了一个新的阶段。它实现了材料、元件、电路三者之间的统一。普遍应用于空间电子技术、生物医学电子技术、信息处理、遥感技术及传感器。

集成电路的制作：使用单晶硅晶圆(或iii-v族，如砷化镓)用作基层。然后使用微影、扩散、cmp等技术制成mosfet或bjt等组件，然后利用微影、薄膜、和cmp技术制成导线，如此便完成芯片制作。

但是硅制芯片并不能在湿润的环境中使用，由于湿润环境下水分含量较高，容易在电路板上结成水珠，依附在电子元件的各个引脚或者印制线上，由于目前电路板中应用的电子元件都是sop或ssop贴片元件，引脚与引脚之间的距离十分微小，尤其是ssop封装的集成电路其引脚与引脚之间的距离十分微小，当湿气转化为水珠滴在ssop封装集成电路引脚上时，如果此时电路板处于运行状态，就会给集成电路的引脚间增加一个无形的电阻(因为水是导电的)，甚者会引发短路，导致处于工作状态中的电路板出现故障。如果由湿气转化成为的水珠滴在电路板上电子元件的引脚间时，而此时电路板刚好处于没工作或断电状态，不会立即对电路板造成危害，但电子元件的引脚或印制线受到水滴的浸润后，元件的引脚就会发生锈蚀，时间久了还会因锈蚀而断脚引发电路板故障，印制线被水珠浸润后，尤其是信号传输线比较细小，被浸润一段时间后，就会出现印制线霉断的情况出现，导致电路板在次投入工作时，出现不能运行的情况。并且当集成电路板不能工作时，由于电路复杂，引脚较多，不易维修，只能更换电路板，维修成本较高，而制作电阻、电容等电子元件的材料都包含有金属，对于电路板中的稀有或贵重金属部分，采用焚烧或强酸溶解的方式，即把其他成分去除后留下贵金属。这一过程会产生大量的“三废”，不利于环保。

但是目前的一种金属纳米粒配体修饰的集成电路和制备方法，防水效果差、成本高且不环保。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决防水效果差、成本高且不环保的问题，而提出的一种金属纳米粒配体修饰的集成电路和制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种金属纳米粒配体修饰的集成电路，包括：聚二甲基硅氧烷外壳；

电阻，所述电阻安置于聚二甲基硅氧烷外壳内部，所述电阻与二极管电性连接，所述电阻用于维持集成电路的稳定；

二极管，所述二极管由二极管正极和二极管负极面对面叠放组成，所述二极管安置于聚二甲基硅氧烷外壳内部，所述二极管与传感器电性连接，所述二极管用于控制集成电路；

传感器，所述传感器由金属阳离子传感器、碱性气体传感器和湿度传感器组成，所述传感器安置于聚二甲基硅氧烷外壳外表面，所述传感器用于监测环境中空气的湿度、酸碱度和金属离子的改变。

一种金属纳米粒配体修饰的集成电路制备方法，应用于一种金属纳米粒配体修饰的集成电路，所述电阻和碱性气体传感器的制备包括以下步骤：

a1、将抛光处理后的金电极浸入到4-5mmol/l的hs-(ch2)10-cooh溶液中浸泡10-14h，在金电极表面自发形成致密单分子层；

a2、使用大量乙醇和纯水冲洗掉表面物理吸附残留的hs-(ch2)10-cooh分子；

a3、将覆盖有hs-(ch2)10-cooh金电极浸入制备好的金属纳米粒子中，即可得到覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh的金纳米粒基板；

a4、将a3中制得的覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh的金纳米粒基板溅射涂膜到聚丙烯基板得到电阻和碱性气体传感器。

优选地，所述二级管负极和湿度传感器的制备包括以下步骤：

b1、将抛光处理后的金电极浸入到4-5mmol/l的hs-(ch2)11-n(ch3)3h溶液中浸泡10-14h，在金电极表面自发形成致密单分子层；

b2、使用大量乙醇和纯水冲洗掉表面物理吸附残留的hs-(ch2)11-n(ch3)3h分子；

b3、将覆盖有hs-(ch2)11-n(ch3)3h配体的金电极放入nh4cl溶液中进行电解之后浸入制备好的金属纳米粒子中，即可得到被cl^-离子包围的覆盖有配体的金纳米粒基板；

b4、将b3中制得的被cl^-离子包围的覆盖有配体的金纳米粒基板溅射涂膜到聚丙烯基板得到二级管负极和湿度传感器。

优选地，所述二级管正极的制备包括以下步骤：

c1、将抛光处理后的金电极浸入到4-5mmol/l的hs-(ch2)10-cooh溶液中浸泡10-14h，在金电极表面自发形成致密单分子层；

c2、使用大量乙醇和纯水冲洗掉表面物理吸附残留的hs-(ch2)10-cooh分子；

c3、将覆盖有hs-(ch2)10-cooh配体的金电极放入nh4cl溶液中进行电解之后浸入制备好的金属纳米粒子中，即可得到被或离子包围的覆盖有配体hs-(ch2)10-coo^-的金纳米粒基板；

c4、将c3中制得的被或离子包围的覆盖有配体hs-(ch2)10-coo^-的金纳米粒基板溅射涂膜到聚丙烯基板得到二级管正极。

优选地，所述金属阳离子传感器的制备包括以下步骤：

d1、将抛光处理后的金电极浸入到4-5mmol/l的hs-(ch2)10-cooh和hs-ch2ch(nhcoch3)cooh溶液中浸泡10-14h，在金电极表面自发形成致密单分子层；

d2、使用大量乙醇和纯水冲洗掉表面物理吸附残留的hs-(ch2)10-cooh和hs-ch2ch(nhcoch3)cooh分子；

d3、将覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh和配体hs-ch2ch(nhcoch3)cooh金电极浸入制备好的金属纳米粒子中，即可得到覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh和hs-ch2ch(nhcoch3)cooh的金纳米粒基板；

d4、将d3中制得的覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh和hs-ch2ch(nhcoch3)cooh的金纳米粒基板溅射涂膜到聚丙烯基板得到金属阳离子传感器。

优选地，还包括以下金属纳米粒子制备步骤：

s1、取10-20mltoab的甲苯溶液置于50ml圆底烧瓶中，加入2-8ml浓度为0.6-1mg/ml金属盐前驱体，搅拌25-35min；

s2、搅拌后，toab作为相转移剂使金属离子从水相转移至甲苯有机相中，此时上层呈现为金属盐溶液的颜色，加入5-8ml新鲜冰水配制的浓度为0.8-1.2mol/lnabh4，搅拌1.5-2.5h；

s3、搅拌后，经分液漏斗过滤后得到分散在上层甲苯层的纳米粒子溶胶，反复使用大量纯水冲洗过滤出去残余苯层中的nabh4后制得金属纳米粒子，保存在3-5℃的环境下备用。

与现有技术相比，本发明提供了一种金属纳米粒配体修饰的集成电路和制备方法，具备以下有益效果：

(1)本发明的目的在于提供一种能防水的化电电路。电路由三部分组成，一是由覆盖有hs-(ch2)10-cooh配体的金纳米粒溅射涂膜到聚丙烯基板上构成的电阻，二是由覆盖有hs-ch2ch(nhcoch3)cooh和hs-(ch2)10-cooh配体的金纳米粒溅射涂膜到聚丙烯基板上构成的金属阳离子传感器、覆盖有配体的金纳米粒(前者被移动的cl^-粒子包围)溅射涂膜到聚丙烯基板上构成的湿度传感器及覆盖有hs-(ch2)10-cooh配体的金纳米粒溅射涂膜到聚丙烯基板上构成的碱性气体传感器。三是覆盖有hs-(ch2)10-coo^-配体的金纳米粒(前者被移动的或粒子包围)，溅射涂膜到聚丙烯基板上构成二极管的正极，覆盖有配体的金纳米粒(前者被移动的cl^-粒子包围)溅射涂膜到聚丙烯基板上构成二极管的负极。将二极管的正负极面对面叠层放置得到完整的二极管。所有的电子元件按逻辑电路设置连接好后封装于聚二甲基硅氧烷外壳中。得到的这种化电电路可以在湿润的环境中使用，解决了传统硅制电路不能防水的缺点，并且封装用的聚二甲基硅氧烷外壳材料柔韧性好，不易折断。该电路耗能低(在微瓦范围)，并且将化学信号转变为电信号所需时间短，即灵敏度高。相较于传统集成电路，纳米粒的制作是无毒害无污染的，具有环保性；

(2)本发明中电阻是通过改变纳米粒之间的间隙大小、膜的厚度及电极宽度来改变其阻值。

(3)本发明中湿度传感器的工作原理是当湿度增加时，纳米膜上的水含量也会增大，由于庇护作用使得覆盖有有机配体的纳米粒与抗衡离子之间的静电互作变弱，因此材料的导电性增强，从而引起电流的变化。碱性气体传感器的工作原理是覆盖有hs-(ch2)10-cooh配体的纳米粒上的cooh基团暴露于碱性气体中，羧酸去质子化，生成移动的铵根离子。铵根离子的增加增大了离子电流，有效降低了阻抗，通过化学变化引起电信号的变化。金属离子传感器的工作原理是金纳米粒上覆盖的hs-ch2ch(nhcoch3)cooh和hs-(ch2)10-cooh配体，前者与金属离子有强的结合能力，后者与金属离子的结合能力较弱，但增强了对金属离子的选择性。这两个配体的结合可以探测确定的金属阳离子，在金属阳离子结合时会增加材料的导电性，引起电信号的改变。

(4)本发明中二极管是由覆盖有hs-(ch2)10-coo^-配体的金纳米粒(前者被移动的或离子包围)作为正极，覆盖有配体的金纳米粒作为负极(前者被移动的cl^-离子包围)，二极管的正负极必须物理接触才能正常工作，工作原理是正负极叠层放置后，抗衡离子(正极的或离子，负极的cl^-离子)发生相互扩散，阳离子流向负极，阴离子流向正极，在正负极之间形成电场，从而形成电流通路。

附图说明

图1为本发明提出的一种金属纳米粒配体修饰的集成电路的集成电路结构示意图；

图2为本发明提出的一种金属纳米粒配体修饰的集成电路的覆盖有hs-(ch2)10-cooh配体的金纳米粒的聚丙烯基板示意图；

图3为本发明提出的一种金属纳米粒配体修饰的集成电路的覆盖有hs-(ch2)10-cooh和hs-(ch2)10-coo^-配体的金纳米粒的聚丙烯基板示意图；

图4为本发明提出的一种金属纳米粒配体修饰的集成电路的覆盖有配体的金纳米粒的聚丙烯基板示意图；

图5为本发明提出的一种金属纳米粒配体修饰的集成电路的正极部分由覆盖有hs-(ch2)10-coo^-配体3的金纳米粒聚丙烯基板，负极部分由覆盖有配体的金纳米粒的聚丙烯基板示意图。

图中标号说明：

1聚二甲基硅氧烷外壳、2电阻、3二极管、4传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

一种金属纳米粒配体修饰的集成电路，包括：聚二甲基硅氧烷外壳1；

电阻2，电阻2安置于聚二甲基硅氧烷外壳1内部，电阻2与二极管3电性连接，电阻2用于维持集成电路的稳定；

二极管3，二极管3由二极管正极和二极管负极面对面叠放组成，二极管3安置于聚二甲基硅氧烷外壳1内部，二极管3与传感器4电性连接，二极管3用于控制集成电路；

传感器4，传感器4由金属阳离子传感器、碱性气体传感器和湿度传感器组成，传感器4安置于聚二甲基硅氧烷外壳1外表面，传感器4用于监测环境中空气的湿度、酸碱度和金属离子的改变。

本发明的目的在于提供一种能防水的化电电路。电路由三部分组成，一是由覆盖有hs-(ch2)10-cooh配体的金纳米粒溅射涂膜到聚丙烯基板上构成的电阻1，二是由覆盖有hs-ch2ch(nhcoch3)cooh和hs-(ch2)10-cooh配体的金纳米粒溅射涂膜到聚丙烯基板上构成的金属阳离子传感器、覆盖有配体的金纳米粒(前者被移动的cl^-粒子包围)溅射涂膜到聚丙烯基板上构成的湿度传感器及覆盖有hs-(ch2)10-cooh配体的金纳米粒溅射涂膜到聚丙烯基板上构成的碱性气体传感器。三是覆盖有hs-(ch2)10-coo^-配体的金纳米粒(前者被移动的或粒子包围)，溅射涂膜到聚丙烯基板上构成二极管3的正极，覆盖有配体的金纳米粒(前者被移动的cl^-粒子包围)溅射涂膜到聚丙烯基板上构成二极管3的负极。将二极管3的正负极面对面叠层放置得到完整的二极管3。所有的电子元件按逻辑电路设置连接好后封装于聚二甲基硅氧烷外壳1中。得到的这种化电电路可以在湿润的环境中使用，解决了传统硅制电路不能防水的缺点，并且封装用的聚二甲基硅氧烷外壳1材料柔韧性好，不易折断。该电路耗能低(在微瓦范围)，并且将化学信号转变为电信号所需时间短，即灵敏度高。相较于传统集成电路，纳米粒的制作是无毒害无污染的，具有环保性。

实施例2：基于实施例1有所不同的是；

一种金属纳米粒配体修饰的集成电路制备方法，应用于一种金属纳米粒配体修饰的集成电路，电阻2和碱性气体传感器的制备包括以下步骤：

a1、将抛光处理后的金电极浸入到4-5mmol/l的hs-(ch2)10-cooh溶液中浸泡10-14h，在金电极表面自发形成致密单分子层；

a2、使用大量乙醇和纯水冲洗掉表面物理吸附残留的hs-(ch2)10-cooh分子；

a3、将覆盖有hs-(ch2)10-cooh金电极浸入制备好的金属纳米粒子中，即可得到覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh的金纳米粒基板；

a4、将a3中制得的覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh的金纳米粒基板溅射涂膜到聚丙烯基板得到电阻2和碱性气体传感器。

进一步，优选地，还包括以下金属纳米粒子制备步骤：

s1、取10-20mltoab的甲苯溶液置于50ml圆底烧瓶中，加入2-8ml浓度为0.6-1mg/ml金属盐前驱体，搅拌25-35min；

s2、搅拌后，toab作为相转移剂使金属离子从水相转移至甲苯有机相中，此时上层呈现为金属盐溶液的颜色，加入5-8ml新鲜冰水配制的浓度为0.8-1.2mol/lnabh4，搅拌1.5-2.5h；

s3、搅拌后，经分液漏斗过滤后得到分散在上层甲苯层的纳米粒子溶胶，反复使用大量纯水冲洗过滤出去残余苯层中的nabh4后制得金属纳米粒子，保存在3-5℃的环境下备用。

本发明中电阻2是通过改变纳米粒之间的间隙大小、膜的厚度及电极宽度来改变其阻值。

实施例3：基于实施例1和2有所不同的是；

二级管负极和湿度传感器的制备包括以下步骤：

b1、将抛光处理后的金电极浸入到4-5mmol/l的hs-(ch2)11-n(ch3)3h溶液中浸泡10-14h，在金电极表面自发形成致密单分子层；

b2、使用大量乙醇和纯水冲洗掉表面物理吸附残留的hs-(ch2)11-n(ch3)3h分子；

b3、将覆盖有hs-(ch2)11-n(ch3)3h配体的金电极放入nh4cl溶液中进行电解之后浸入制备好的金属纳米粒子中，即可得到被cl^-离子包围的覆盖有配体的金纳米粒基板；

b4、将b3中制得的被cl^-离子包围的覆盖有配体的金纳米粒基板溅射涂膜到聚丙烯基板得到二级管负极和湿度传感器。

二级管正极的制备包括以下步骤：

c1、将抛光处理后的金电极浸入到4-5mmol/l的hs-(ch2)10-cooh溶液中浸泡10-14h，在金电极表面自发形成致密单分子层；

c2、使用大量乙醇和纯水冲洗掉表面物理吸附残留的hs-(ch2)10-cooh分子；

c3、将覆盖有hs-(ch2)10-cooh配体的金电极放入nh4cl溶液中进行电解之后浸入制备好的金属纳米粒子中，即可得到被或离子包围的覆盖有配体hs-(ch2)10-coo^-的金纳米粒基板；

c4、将c3中制得的被或离子包围的覆盖有配体hs-(ch2)10-coo^-的金纳米粒基板溅射涂膜到聚丙烯基板得到二级管正极。

本发明中二极管3是由覆盖有hs-(ch2)10-coo^-配体的金纳米粒(前者被移动的或离子包围)作为正极，覆盖有配体的金纳米粒作为负极(前者被移动的cl^-离子包围)，二极管3的正负极必须物理接触才能正常工作，工作原理是正负极叠层放置后，抗衡离子(正极的或离子，负极的cl^-离子)发生相互扩散，阳离子流向负极，阴离子流向正极，在正负极之间形成电场，从而形成电流通路。

实施例4：基于实施例1、2和3有所不同的是；

金属阳离子传感器的制备包括以下步骤：

d1、将抛光处理后的金电极浸入到4-5mmol/l的hs-(ch2)10-cooh和hs-ch2ch(nhcoch3)cooh溶液中浸泡10-14h，在金电极表面自发形成致密单分子层；

d2、使用大量乙醇和纯水冲洗掉表面物理吸附残留的hs-(ch2)10-cooh和hs-ch2ch(nhcoch3)cooh分子；

d3、将覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh和配体hs-ch2ch(nhcoch3)cooh金电极浸入制备好的金属纳米粒子中，即可得到覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh和hs-ch2ch(nhcoch3)cooh的金纳米粒基板；

d4、将d3中制得的覆盖有配体hs-(ch2)10-cooh和hs-ch2ch(nhcoch3)cooh的金纳米粒基板溅射涂膜到聚丙烯基板得到金属阳离子传感器。

本发明中湿度传感器的工作原理是当湿度增加时，纳米膜上的水含量也会增大，由于庇护作用使得覆盖有有机配体的纳米粒与抗衡离子之间的静电互作变弱，因此材料的导电性增强，从而引起电流的变化。碱性气体传感器的工作原理是覆盖有hs-(ch2)10-cooh配体的纳米粒上的cooh基团暴露于碱性气体中，羧酸去质子化，生成移动的铵根离子。铵根离子的增加增大了离子电流，有效降低了阻抗，通过化学变化引起电信号的变化。金属离子传感器的工作原理是金纳米粒上覆盖的hs-ch2ch(nhcoch3)cooh和hs-(ch2)10-cooh配体，前者与金属离子有强的结合能力，后者与金属离子的结合能力较弱，但增强了对金属离子的选择性。这两个配体的结合可以探测确定的金属阳离子，在金属阳离子结合时会增加材料的导电性，引起电信号的改变。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。