本发明属于纳米半导体器件技术领域，尤其涉及到一种基于金-氧化亚铜(Au-Cu2O)纳米线网状结构的等离激元FET及其制备方法。
背景技术：
氧化亚铜是典型的P型半导体材料，其直接带隙宽度约为2.17eV，可见光的吸收范围较广，且在室温下具有很好的空穴迁移率大约是100cm2/(V.s)，被广泛的应用到光催化，光伏，光探测等领域。但是，氧化亚铜的光吸收长度大约为10μm，远远大于它的少数载流子的扩散长度，所以氧化亚铜采用纳米线结构要优于平面结构。
金纳米颗粒化学性质较稳定，在可见光区域全吸收，光照下会在表面形成等离激元，具有表面增强拉曼散射，生物相容性等。
金属可以吸收所有波段的光，而半导体只能吸收能量大于其禁带宽度的光。金-氧化亚铜纳米结构不仅同时具备金属纳米颗粒和半导体纳米结构的性能，还可以弥补半导体光电学上的特性。金属-半导体纳米结构受到光照，金属表面等离激元受到激发，产生热电子。当金属与半导体界面处的热电子有足够大的能量时，会越过金属与半导体直接接触形成的肖特基势垒，到达半导体的导带中。这就会导致金属-半导体器件的光电流增强。金属-半导体之间的直接电荷转移提高了从金属到半导体的能量转移效率。当前，市面上的场效应管都是传统的结型场效应管和金属-氧化物-半导体场效应管，但是利用金属-半导体等离激元热电子转移机制做的场效应管器件尚未报道。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述问题提供一种基于金-氧化亚铜(Au-Cu2O)纳米线网状结构的等离激元FET及其制备方法。金属-半导体纳米复合结构场效应管利用热电子直接电荷转移增大半导体光电流的特性，使得其在光探测方面要比传统的场效应管更加灵敏，探测范围也更广，制备方法简单易行，工艺参数可控，可重复性高。
本发明主要包括以下步骤：制作氧化亚铜纳米线；将表面活性剂和弱还原剂溶解到蒸馏水中，加热到85-95℃，并保持恒温，再将氧化亚铜纳米线倒入溶液中，搅拌，得到混合溶液；调节四氯金酸溶液的PH值到弱碱性，待混合溶液搅拌后，将0.25-1ml的四氯金酸溶液缓慢加入混合溶液中，形成Au-Cu2O纳米复合结构；将所述Au-Cu2O纳米复合结构溶于水与表面张力小的溶剂混合液中，得到Au-Cu2O纳米复合结构溶液；采用液相技术将Au-Cu2O纳米复合结构溶液均匀的铺到梳状背栅FET衬底上，形成纳米线网状结构，低温自然晾干；稀有气体下，低温热退火，确保纳米复合结构与衬底上的金线欧姆接触，制作出具有所述Au-Cu2O纳米线网状结构的梳状背栅FET。本发明制作方法具有简单，快速，成本低廉等特点，比传统FET更加灵敏，探测范围也更广。
本发明的技术方案具体是：一种基于金-氧化亚铜纳米线网状结构等离激元FET制备方法，包括以下步骤：
制作氧化亚铜纳米线：将0.15g的无水醋酸铜完全溶于40ml的蒸馏水中，再取69μl的吡咯完全溶于10ml的蒸馏水中，然后将这两种溶液混合搅拌均匀后，倒入50ml高压釜内，180℃加热10h,然后冷却至室温，清洗杂质，取出黄绿色的氧化亚铜纳米线；
将表面活性剂和弱还原剂溶入到10ml的蒸馏水中，搅拌至完全溶解，随后加热到85-95℃，并且保持恒温，再将氧化亚铜纳米线倒入溶液中，并且充入稀有气体、例如氩气，不停搅拌，得到混合溶液；
调节四氯金酸溶液的PH值到弱碱性，待混合溶液搅拌十分钟后，将0.25-1ml的四氯金酸溶液滴缓慢加入在水浴加热且不停搅拌的混合溶液中，1-2.5h后，取出采用液相离心分离技术将纳米复合结构与反应液分离，得到纯净的Au-Cu2O纳米复合结构；
将所述Au-Cu2O纳米复合结构溶于水与表面张力小的溶剂混合液中，得到Au-Cu2O纳米复合结构溶液；
采用液相技术将Au-Cu2O纳米复合结构溶液均匀的铺到梳状背栅场效应管衬底上，形成纳米线网状结构，低温自然晾干，重复几次；稀有气体下，低温热退火，确保纳米复合结构与衬底上的金线欧姆接触，制作出具有所述Au-Cu2O纳米线网状结构的梳状背栅FET。
上述方案中，所述表面活性剂是0.0106-0.0318g的聚乙烯吡咯烷酮PVP，PVP的k值为30000，所述弱还原剂是0.033-0.1g的抗坏血酸。表面活性剂使得氧化亚铜纳米线更加容易生长金颗粒，PVP具有很好的溶解性既溶于水又可以溶于醇类，容易清洗，且PVP溶于水后形成胶体保护氧化亚铜晶面。采用弱还原剂可以防止氧化亚铜被还原。
上述方案中，所述四氯金酸溶液的浓度为0.5-1mM，且PH值调节到7～8，四氯金酸中的金离子可以被弱还原剂还原。所述四氯金酸溶液PH值调节到7～8，一方面氧化亚铜纳米线在酸性环境下，容易被溶解，可以在碱性环境下存在而不被破坏结构，抗坏血酸在碱性环境下不能稳定存在，PH值调节到7～8可以使氧化亚铜纳米线和抗坏血酸在四氯金酸溶液中同时稳定存在。
上述方案中，所述四氯金酸溶液的PH值可用浓度不小于1mol/L的氢氧化钠溶液调节到8。将溶液的PH值调节到8是可以防止氧化亚铜被酸溶解，用浓度大的氢氧化钠溶液调节可以防止四氯金酸溶液浓度的改变。
上述方案中，将四氯金酸溶液缓慢加入混合溶液中，1～2.5h后，形成Au-Cu2O纳米复合结构。时间越长，生长的金纳米颗粒越多，尺寸也越大。还原生成的金颗粒的尺寸和密集程度是受时间影响的，时间越长，生成的金颗粒尺寸越大，也越密集。
上述方案中，所述表面张力小的溶剂混合液为乙醇；先将Au-Cu2O纳米复合结构溶于表面张力小的乙醇中，低功率下超声振荡15s后，然后取与乙醇体积比1:2～1:3的蒸馏水倒入其中搅拌后并低功率超声振荡10s，得到Au-Cu2O纳米复合结构溶液；将蒸馏水与溶液混合可以减小蒸发速度，减小团聚导致的不均匀。
上述方案中，液相技术是用滴坠法或者自然沉降法将Au-Cu2O纳米复合结构溶液均匀的铺到场效应管衬底上。
进一步的，所述滴坠法是在低温下，用移液枪将微量液体靠近衬底垂直缓慢的滴到衬底上，用超柔气吹通过小气流使液体均匀呈膜状分布，自然晾干。
所述自然沉降法是将衬底放入纳米复合结构乙醇溶液中，并且保持水平状态，在低温下静置一段时间，直至液面低于衬底上表面，然后缓慢平稳垂直的将衬底取出。
一种利用所述基于金-氧化亚铜纳米线网状结构的等离激元FET制备方法制作的梳状背栅FET，梳状背栅场FET包括所述Au-Cu2O纳米复合结构和衬底；所述Au-Cu2O纳米复合结构均匀的铺到衬底的上，形成Au-Cu2O纳米线网状结构。
所述衬底包括从上至下依次布置的梳状交叉的Au/Ti电极、SiO2绝缘层、P型重掺杂的Si层和背栅电极；
所述Au-Cu2O纳米复合结构均匀的铺到衬底的上，与衬底上的Au/Ti电极成网状直接接触，形成Au-Cu2O纳米线网状结构；源极和漏极及延伸出的Au/Ti电极左右对称并且呈梳状交叉，梳状交叉的Au/Ti电极相邻的线之间形成的沟槽，源极和漏极分别被导线并联引出，背栅电极也通过导线引出，然后分别用导电银胶固定，再用绝缘材料封装好。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在溶液中用有机还原剂将醋酸铜还原生成Cu2O纳米线；用弱还原剂在Cu2O纳米线上将氯金酸溶液原位还原成Au纳米颗粒。采用液相技术将纳米复合结构平铺到梳状背栅场效应管衬底上；采用惰性气体气氛下低温热退火技术进行结构优化；外电路及封装。本发明提供的纳米复合结构和等离激元热电子转移机制的场效应管器件的制作方法具有简单，快速，成本低廉等特点，而且制作出的新型场效应管器件比传统的更加灵敏，探测范围也更广。本发明的制备方法能够简单、快速、稳定的制备出金-氧化亚铜纳米线结构，使用的化学药品都是环保且易购买的药品，制备的条件温和，工艺参数可控，可重复性高。本发明制备的场效应管器件是基于金属-半导体等离激元热电子转移机制，金属-半导体纳米结构导致半导体的光吸收峰从480nm红移到650nm左右，使得可探测范围也更加广。本发明所制备基于等离激元热电子转移的场效应管器件中金属的等离激元能量转移热电子转移使得器件的信号电流增强了10倍左右，而场效应管衬底采用背栅梳状结构，源漏电极分别是由许多小源极和许多小漏极并联而成，增大了电流，使器件对于探测光信号更加灵敏。
附图说明
图1为本发明的实施例三中生长出的Au-Cu2O纳米复合结构扫描电镜图。
图2为本发明的基于等离激元热电子转移机制的梳状背栅场效应管剖面图。
图3为本发明的基于等离激元热电子转移机制的梳状背栅场效应管的俯视图。
图中，1、金-氧化亚铜纳米复合结构，2、Au/Ti电极，3、SiO2绝缘层，4、P型重掺杂Si层，5、背栅极，6、沟槽，7、源极，8、漏极，9、铜线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明制备金-氧化亚铜Au-Cu2O纳米结构的方法中所用的试剂来源如下所示：无水醋酸铜，吡咯，四氯金酸，氢氧化钠，抗坏血酸，PVP(K＝30000)均购买于国药集团化学试剂有限公司，蒸馏水则是购买屈臣氏蒸馏水。
实施例一：
(1)首先，将称取0.15g的无水醋酸铜，将其倒入40ml的蒸馏水中，用磁力搅拌30min，使其完全溶解。用移液枪取出140微升的吡咯注入20ml的蒸馏水中，搅拌20min，使其完全溶解。然后在搅拌的状态下将10ml的吡咯溶液逐滴滴入醋酸铜溶液中，然后继续搅拌40min，直至混合溶液颜色变成橄榄绿。最后，将80％的混合溶液倒入50ml的高压釜中，在烤箱中180℃下，加热10h，然后取出快速冷却至室温。打开内胆，倒出黑色液体，然后倒入蒸馏水清洗5次，再用无水乙醇清洗3次，将里面黑色杂质除尽，然后倒入乙醇将内壁上的黄绿色纳米线溶解，取出。
(2)将0.0106g的PVP和0.033g的抗坏血酸溶入10ml的蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，然后将该溶液封好水浴加热到85℃，让溶液中的气体排出，再将上述制备的氧化亚铜纳米线倒入其中，在向溶液中通入氩气，并在90℃不断搅拌的状态下，一直搅拌10min。
(3)先配好0.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.5mM的四氯金酸溶液,然后滴几滴氢氧化钠溶液将四氯金酸溶液的PH值调节到8。然后用移液枪取0.25ml的四氯金酸溶液缓慢的逐滴滴入上述溶液中，溶液开始出现红色，暗示着金颗粒的开始形成。金颗粒的生长过程都是在85℃，不停搅拌的状态下进行。1h后，取出溶液。最后在3000rmp下，采用液相离心分离技术将纳米复合结构与液体分离，然后溶于5ml乙醇中。
(4)用乙醇和蒸馏水超声清洗FET衬底，用两个细铜线将FET衬底两侧的源极和漏极分别并联在一起，用银胶固定住，然后在用环氧树脂将电极封装好。因为乙醇蒸发快，Au-Cu2O纳米复合结构容易在蒸发的过程中由于表面张力而团聚，而且Au-Cu2O纳米复合结构在水中容易团聚。将1ml的蒸馏水加入到3mlAu-Cu2O纳米结构的乙醇溶液中，搅拌均匀后，得到混合溶液，然后采用滴坠法用移液枪取混合溶液在移液管快要碰到衬底的时候，垂直缓慢地滴一滴在衬底中心上，用超柔气吹通过小气流使液体均匀呈膜状分布，Au-Cu2O纳米复合结构铺到封装好的FET衬底上，形成Au-Cu2O纳米线网状结构，真空10℃下缓慢晾干，然后氩气的环境中，200℃退火30min，使Au-Cu2O纳米复合结构与衬底上的金线形成欧姆接触。最后再用银胶将铜线和底部的栅极连接，用环氧树脂进行封装。
实施例二：
(1)首先，将称取0.15g的无水醋酸铜，将其倒入40ml的蒸馏水中，用磁力搅拌30min，使其完全溶解。用移液枪取出140微升的吡咯注入20ml的蒸馏水中，搅拌20min，使其完全溶解。然后在搅拌的状态下将10ml的吡咯溶液逐滴滴入醋酸铜溶液中，然后继续搅拌40min，直至混合溶液颜色变成橄榄绿。最后，将80％的混合溶液倒入50ml的高压釜中，在烤箱中180℃下，加热10h，然后取出快速冷却至室温。打开内胆，倒出黑色液体，然后倒入蒸馏水清洗5次，再用无水乙醇清洗3次，将里面黑色杂质除尽，然后倒入乙醇将内壁上的黄绿色纳米线溶解，取出。
(2)将0.0318g的PVP和0.1g的抗坏血酸溶入10ml的蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，然后将该溶液封好水浴加热到95℃，让溶液中的气体排出，再将上述制备的氧化亚铜纳米线倒入其中，在向溶液中通入氩气，并在95℃不断搅拌的状态下，一直搅拌10min。
(3)先配好1mol/L的氢氧化钠溶液和1mM的四氯金酸溶液,然后滴几滴氢氧化钠溶液将四氯金酸溶液的PH值调节到8。然后用移液枪取1ml的四氯金酸溶液缓慢的逐滴滴入上述溶液中，溶液开始出现红色，暗示着金颗粒的开始形成。金颗粒的生长过程都是在90℃，不停搅拌的状态下进行。2.5h后，取出溶液。最后在3000rmp下，采用液相离心分离技术将纳米复合结构与液体分离，然后溶于5ml乙醇中。
(4)用乙醇和蒸馏水超声清洗FET衬底，用两个细铜线将FET衬底两侧的源极和漏极分别并联在一起，用银胶固定住，然后在用环氧树脂将电极封装好。因为乙醇蒸发快，Au-Cu2O纳米复合结构容易在蒸发的过程中团聚，而且Au-Cu2O纳米复合结构在水中容易团聚。将1ml的蒸馏水加入到3mlAu-Cu2O纳米结构的乙醇溶液中，搅拌均匀后，然后采用滴坠法用移液枪取混合溶液在移液管快要碰到衬底的时候，垂直缓慢地滴一滴在衬底中心上，用超柔气吹通过小气流使液体均匀呈膜状分布，将Au-Cu2O纳米复合结构铺到封装好的FET衬底上，形成Au-Cu2O纳米线网状结构，真空10℃下缓慢晾干，然后氩气的环境中，200℃退火30min，使Au-Cu2O纳米复合结构与衬底上的金线形成欧姆接触。最后再用银胶将铜线和底部的栅极连接，用环氧树脂进行封装。
实施例三：
(1)首先，将称取0.15g的无水醋酸铜，将其倒入40ml的蒸馏水中，用磁力搅拌30min，使其完全溶解。用移液枪取出140微升的吡咯注入20ml的蒸馏水中，搅拌20min，使其完全溶解。然后在搅拌的状态下将10ml的吡咯溶液逐滴滴入醋酸铜溶液中，然后继续搅拌40min，直至混合溶液颜色变成橄榄绿。最后，将80％的混合溶液倒入50ml的高压釜中，在烤箱中180℃下，加热10h，然后取出快速冷却至室温。打开内胆，倒出黑色液体，然后倒入蒸馏水清洗5次，再用无水乙醇清洗3次，将里面黑色杂质除尽，然后倒入乙醇将内壁上的黄绿色纳米线溶解，取出。
(2)将0.0318g的PVP和0.1g的抗坏血酸溶入10ml的蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，然后将该溶液封好水浴加热到90℃，让溶液中的气体排出，再将上述制备的氧化亚铜纳米线倒入其中，在向溶液中通入氩气，并在90℃不断搅拌的状态下，一直搅拌10min。
(3)先配好1mol/L的氢氧化钠溶液和1mM的四氯金酸溶液,然后滴几滴氢氧化钠溶液将四氯金酸溶液的PH值调节到8。然后用移液枪取0.5ml的四氯金酸溶液缓慢的逐滴滴入上述溶液中，溶液开始出现红色，暗示着金颗粒的开始形成。金颗粒的生长过程都是在90℃，不停搅拌的状态下进行。1.5h后，取出溶液。最后在3000rmp下，采用液相离心分离技术将纳米复合结构与液体分离，然后溶于5ml乙醇中。
(4)用乙醇和蒸馏水超声清洗FET衬底，用两个细铜线将FET衬底两侧的源极和漏极分别并联在一起，用银胶固定住，然后在用环氧树脂将电极封装好。因为乙醇蒸发快，Au-Cu2O纳米复合结构容易在蒸发的过程中团聚，而且Au-Cu2O纳米复合结构在水中容易团聚。将1ml的蒸馏水加入到3mlAu-Cu2O纳米结构的乙醇溶液中，搅拌均匀后，然后采用滴坠法用移液枪取混合溶液在移液管快要碰到衬底的时候，垂直缓慢地滴一滴在衬底中心上，用超柔气吹通过小气流使液体均匀呈膜状分布，将Au-Cu2O纳米复合结构铺到封装好的FET衬底上，形成Au-Cu2O纳米线网状结构，真空10℃下缓慢晾干，然后氩气的环境中，200℃退火30min，使Au-Cu2O纳米复合结构与衬底上的金线形成欧姆接触。最后再用银胶将铜线和底部的栅极连接，用环氧树脂进行封装。
图1是具体实施例三中生长出的Au-Cu2O纳米复合结构扫描电镜图。三个具体实施方案中，实施例三制备出纳米复合结构较为均匀，密集程度较为合适。而当四氯金酸溶液加入生长液中的量越多和加热反应的时间越长，生长出的金颗粒密集程度也就大，尺寸也越大。
图2是基于等离激元热电子转移机制的Au-Cu2O纳米网状结构FET的剖面图。衬底是由四部分组成：梳状交叉的Au/Ti电极2，300nm左右的SiO2绝缘层3，P型重掺杂的Si层4和背栅电极5。
图3是基于等离激元热电子转移机制的Au-Cu2O纳米网状结构FET的俯视图。一种所述基于Au-Cu2O纳米线网状结构的等离激元FET制备方法制作的梳状背栅FET，所述梳状背栅FET包括Au-Cu2O纳米复合结构1和衬底；所述衬底包括梳状交叉的Au/Ti电极2、SiO2绝缘层3、P型重掺杂的Si层4和背栅电极5。
所述Au-Cu2O纳米复合结构1均匀的铺到衬底的上，与衬底上的Au/Ti电极2成网状直接接触。1cm2的正方形P型重掺杂的Si层4上设有一层厚度为300nmSiO2绝缘层3，Au/Ti电极2为镀Ti和Au作为衬底上的源极7和漏极8，源极7和漏极8左右对称并且呈梳状交叉，梳状交叉的Au/Ti电极2相邻的线之间形成的沟槽6，沟槽宽度为8μm左右。源极7和漏极8分别被导线并联引出，P型重掺杂的Si层4下方设背栅电极5，背栅电极5通过导电银胶固定，用导线引出，再用绝缘材料封装好。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。