包括納米間隙電極和納米顆粒的電子器件的制作方法
本發明涉及納米技術領域并且尤其涉及包括納米間隙電極和納米顆粒的器件。本發明也涉及制備所述器件的方法以及在使用所述器件的光電檢測中的應用。
背景技術：
在光電子器件中使用膠體量子點(CQD)需要對它們的光學和傳輸性質的精細控制。在CQD膜中的傳輸是多尺度過程，其中跳躍過程在納米顆粒尺度上發生和膜形態(裂紋...)在微米尺度上起作用。因此，不僅需要調整顆粒間隧道勢壘以調節耦合，而且也要求良好的長尺度排序。原子配體鈍化(例如S2-，SCN-或Cl-和金屬硫屬化物配體)確實解決了顆粒間隧道勢壘的縮短和降低，但是它們通常要求極性溶劑，其以構建納米顆粒膜的方法的范圍更有限為代價。使用這樣的鈍化，膜保持強烈無序。在無序膜中光活化載流子仍然需要進行隨機游走以到達電極，這典型地包括成百上千步。為了避免該低效的傳輸過程，已開發若干策略，其中實現QD-石墨烯混合物以使吸收脫離傳輸過程或納米間隙的使用。
使用能夠容納納米顆粒的納米長通道，納米顆粒可以直接連接到電極，這避免載流子的吸收后擴散傳輸及其捕獲。而且，短傳輸長度減小渡越時間，其趨向于增加器件的光電導增益。為了實現這些納米間隙，已提出若干方法，其包括電子束光刻，自對準方法，電遷移或遮蔽方法。盡管有這種興趣，但是量子點仍然難以連接到電極，并且在使用尺寸與間隙尺寸相同數量級的球形顆粒時獲得差的重疊。
因此本發明的目的之一是使用納米片來連接納米間隙電極。
基于納米間隙的光電檢測器的動機首先是增益的增加。在光電檢測器中，以A.W-1表示的響應性(即活性材料將光子通量轉換為電流的能力)與內部量子效率乘以增益的乘積成比例R＜ηg。增益本身是光載流子壽命τ除以渡越時間τtransit的比率，其中渡越時間是光生電荷到達電極的時間：內部量子效率是由電子器件收集的電荷載流子的數量與由活性材料吸收的光子數量的比率。電極之間的間隔最小，載流子到達電極的時間最短。因此將電極間隔從幾微米減少到幾納米可能使增益增加1000倍。
基于納米間隙的光電檢測器的其它動機是納米顆粒的體積減少使得更容易擺脫膜形態的缺陷的事實。事實上，對于微米級膜，通常觀察到形成于膜中的裂紋。這些裂紋特別傾向于在處理膜上的配體交換過程時形成。
基于納米間隙的光電檢測器的另一個有吸引力的方面是傳輸不再由跳躍驅動的事實。因此，噪聲水平不像與跳躍傳輸相關聯的噪聲水平那么高。
最后，該器件的幾何形狀的另一個興趣是構建基于膠體QD的電致發光系統。到目前為止，使用膠體納米顆粒作為活性材料構建LED的大部分努力依賴于在一個孔和一個電子注入層之間封裝納米顆粒的薄層。然而，p型層通常是導電聚合物。該解決方案存在兩個主要缺點，即(i)器件的有限壽命和(ii)由于有機層的高吸收而不能用于紅外(IR)的器件。為了構建IR操作的電致發光器件，因此避免任何有機材料是非常有吸引力的。可以在高電場方式下操作的本發明的納米間隙或納米溝允許施加實現電致發光的要求條件的帶緣能量的量級的每個顆粒的能量降低。將納米溝與窄帶隙材料(例如鉛或汞硫屬化物)耦合因此是構建有機自由IR發射器件的可能途徑。
因此，使用納米片連接納米間隙電極可以導致迄今為止在現有技術中還沒有報道的突出性質，例如響應性和/或特異性測性。
技術實現要素：
本發明因此涉及一種電子器件，其包括襯底和由納米間隙間隔的至少兩個電極，其中所述至少兩個電極由至少一個納米顆粒橋接，并且其中所述至少一個納米顆粒具有與所述至少兩個電極重疊的重疊面積，該重疊面積比所述至少一個納米顆粒的面積的2％大。
根據一個實施例，所述至少一個納米顆粒具有與所述至少兩個電極的每一個重疊的重疊面積，該重疊面積比所述至少一個納米顆粒的面積的1％大。
根據一個實施例，所述納米間隙具有在0.1納米至1000納米，優選0.25納米至500納米，更優選1納米至100納米，更加優選10納米至80納米的范圍內的尺寸d。
根據一個實施例，所述納米間隙具有在1納米至10毫米，優選5納米至1毫米，更優選10納米至100微米，更加優選50納米至10微米的范圍內的長度L。
根據一個實施例，所述至少一個納米顆粒是大量子點，納米薄片，納米棒，納米片，納米板，納米壁，納米盤，納米管，納米條，納米帶或納米線。根據優選的實施例，所述至少一個納米顆粒是半導體納米片。
根據一個實施例，所述電子器件還包括在所述至少一個納米顆粒上的電解質。
本發明也涉及一種制造本發明的電子器件的方法，所述方法包括以下步驟：
a)在襯底上形成由在0.1納米至1000納米的范圍內的納米間隙間隔的至少兩個電極；
b)制備膠體納米顆粒；
c)可選地，納米顆粒的配體交換過程；
d)將至少一個納米顆粒沉積到所述納米間隙上，其中所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極重疊的重疊面積，該重疊面積比所述至少一個納米顆粒的面積的2％大；
e)如果未執行步驟c)，則納米顆粒的配體交換過程；以及
f)可選地，沉積電解質。
根據一個實施例，在襯底上形成由納米間隙間隔的至少兩個電極的方法選自：電遷移，電沉積，機械控制斷裂結，電子束光刻，自對準方法，剝離方法，遮蔽方法，在線光刻，納米管掩模。
根據一個實施例，將至少一個納米顆粒沉積到納米間隙上的方法選自：滴鑄，旋涂，浸涂，噴涂，絲網印刷，噴墨印刷，濺射技術，蒸發技術，電泳沉積，凹版印刷，撓性版印刷或真空方法。
本發明也涉及一種電子器件，其中在所述至少兩個電極之間形成pn結。
根據一個實施例，本發明的電子器件用作光電檢測器、晶體管或光電晶體管。根據一個實施例，本發明的電子器件用作光學調制器。根據一個實施例，本發明的電子器件用作電二極管、光伏太陽能電池或電致發光部件。
本發明也涉及包括根據本發明的電子器件的發光器件和激光器。
定義
在本發明中，下列術語具有以下含義：
-如本文所使用的，單數形式“一”、“一個”和“所述”包括多個指代物，除非上下文另外清楚地規定。
-術語“約”在本文中用于表示近似，大致，大約，或在區域中。當術語“約”與數值范圍結合使用時，其通過擴展在所述數值上方和下方的邊界來修改該范圍。一般而言，術語“約”在本文中用于將數值修改為使所述值上方和下方變化20％。
-“活性材料”是指將通過在電極上施加偏壓來調整載流子密度和/或電子狀態的材料(通常是半導體)。
-“長寬比”一般是指不同維度中的長度的比率。納米間隙的長寬比在本文中是指納米間隙的長度L(即，由納米間隙間隔的至少兩個電極的端部的寬度或等效地與間隙接觸的至少兩個電極的側面的長度)與由納米間隙間隔的至少兩個電極之間的距離或寬度d(本文中也稱為納米間隙尺寸)的比率。因此在本發明中長寬比是指L/d，參見圖1。
-“納米間隙”在本文中是指在納米級上、在至少兩個電極之間的間隔。替代地，術語納米溝也可以用于對其進行描述。
-“納米間隙電極”是指由至少一個納米間隙間隔的至少兩個電極。“納米間隙電極”和“由納米間隙間隔的至少兩個電極”在整個說明書中可互換使用。
-“納米間隙尺寸”在本文中是指間隙的寬度或等效于中間電極間距離d，參見圖1。
-“納米間隙長度”是指每個電極的長度L，參見圖1。
-“納米顆粒”是指具有在0.1至100納米范圍內的至少一個尺寸的任何形狀的顆粒。
-納米顆粒的“投影面積”是指由納米顆粒的表面在由與納米顆粒接觸的納米間隙間隔的至少兩個電極的表面限定的平面上的投影所限定的面積。
詳細描述
本發明涉及一種電子器件，其包括襯底和由納米間隙間隔的至少兩個電極。根據優選實施例，由納米間隙間隔的所述至少兩個電極由至少一個納米顆粒橋接，并且所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極重疊的重疊面積，該重疊面積比所述至少一個納米顆粒的面積的5％大。
本發明的器件包括襯底，在所述襯底上形成、制造和/或沉積由納米間隙間隔的至少兩個電極。
根據第一實施例，襯底由下列形成：硅，二氧化硅，氧化鋁，藍寶石，鍺，砷化鎵，硅和鍺的合金，磷化銦，氧化銦錫，摻雜氟的氧化錫，石墨烯，玻璃及其衍生物，塑料材料或本領域技術人員發現合適的任何材料。
根據第二實施例，襯底由下列形成：ZnS，ZnSe，InP，CdZnTe，ZnTe，GaAs，GaSb，或它們的混合物。
根據實施例，襯底由未摻雜的半導體形成。根據另一實施例，襯底由少量摻雜的半導體形成。
根據實施例，襯底由非導電聚合物形成。
根據實施例，襯底由絕緣材料形成。根據優選實施例，襯底由用作電子絕緣體的氧化物材料形成。根據另一實施例，襯底包括至少兩個層，在頂部具有用作電子絕緣體的氧化物層，例如在Si層上的SiO2層。
根據實施例，襯底是剛性的。根據另一實施例，襯底是撓性的和/或可拉伸的。
根據實施例，襯底是透明的。
根據實施例，襯底在與所述至少一個納米顆粒的吸收光譜相容的波長窗口中是透明的。相容在本文中表示襯底在所述至少一個納米顆粒吸收的波長范圍內是至少部分透明的。部分透明在本文中表示襯底具有至少50％，優選至少75％，更優選至少90％的透射率。
根據實施例，襯底在可見光中，即在從約380納米到約750納米的波長范圍內是透明的。
根據實施例，襯底在紫外波長范圍內，即在從約10納米到約380納米的波長范圍內是透明的。
根據實施例，襯底在紅外波長范圍內，即在約750納米至約1000000納米，優選約750納米至約50000納米，更優選約750納米至約3000納米的波長范圍內是透明的。
根據實施例，襯底在可見和/或紫外波長范圍和/或紅外波長范圍內是部分透明的。
根據實施例，襯底透明窗口大小為至少1納米，優選至少10納米，并且更優選50納米以上。
根據實施例，襯底在與所述至少一個納米顆粒的吸收光譜相容的兩個波長窗口中是透明的。
根據實施例，襯底透明窗由若干窗口組成，以便適合多色檢測器的吸收光譜，優選由若干窄透明窗口(即大小為至多50nm)組成。
根據實施例，襯底用作背柵。在所述實施例中，襯底優選地由涂覆有電介質層的導電接觸層形成，所述電介質接觸層由下列形成：二氧化硅，二氧化鉿，非導電聚合物(例如PMMA)或本領域技術人員發現合適的任何其它電介質層。
本發明的電子器件包括納米間隙電極(即由納米間隙間隔的至少兩個電極)。
根據第一實施例，器件包括由至少一個納米間隙間隔的2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15個電極。
根據實施例，納米間隙位于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15個電極之間。
根據實施例，其中器件包括三個電極，其中的一個用作柵電極，用于調整其它兩個納米間隙電極之間的載流子密度(即在活性材料中橋接其它兩個電極：源和漏電極)。
根據實施例，器件包括平行地形成若干納米間隙(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14個納米間隙)的若干電極(例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15個電極)。
根據實施例，器件包括形成納米間隙陣列的若干電極(例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15個電極)。
根據實施例，如圖2中所示，納米間隙具有直的形狀。根據另一實施例，納米間隙具有蛇形的形狀。根據實施例，納米間隙的幾何形狀包括彎曲邊緣。根據實施例，由納米間隙間隔的所述至少兩個電極互相交叉。
根據實施例，納米間隙具有1至109，100至109，200至109，500至109，1000至109，10000至109，10至108，100至107，1000至107，10至106，或100至105的范圍內的長寬比L/d。
根據實施例，納米間隙具有在1、10、100、200、500、1000、104的較低值直到105、106、107、108、109的較高值的范圍內的長寬比L/d。
根據實施例，器件的光學面積在10-16m2至0.1m2，更優選10-14m2至10-7m2，更優選10-13m2至10-8m2，更加優選10-11m2至9x10-9m2的范圍內。
根據實施例，納米間隙的尺寸d在0.1納米至1000納米，0.1至500納米，0.1納米至200納米，0.1納米至100納米，1納米至100納米或10至100納米的范圍內。
根據實施例，納米間隙的尺寸d大于1nm，大于2nm，大于5nm，大于10nm，大于25nm，大于50nm。
根據實施例，納米間隙的尺寸d小于1000納米，小于200納米，優選小于100納米，更優選小于75納米，更加優選小于50納米。
根據一個實施例，納米間隙的深度為0.1nm至10μm，優選為0.1nm至1μm，更優選為1nm至100nm。
根據實施例，納米間隙的長度L在1納米至10毫米，5納米至1毫米，10納米至100微米或100納米至100微米的范圍內。根據實施例，至少一個納米電極不是錐形的或尖的。根據實施例，納米間隙電極不是錐形的或尖的。
根據實施例，納米間隙電極由諸如金，銀，鈀，鉑，銅，鈦，鎢，鋁，銀或鐵的金屬形成。
根據實施例，納米間隙電極由透明導電層形成，所述透明導電層由例如透明導電氧化物制成，例如氧化銦錫，摻雜氟的氧化錫，氧化鋅，摻雜氧化鋅。
根據實施例，納米間隙電極由諸如ZnS，ZnSe InP，CdZnTe，ZnTe，GaSb，Si，Sn，Ge，GaAs，AlGaAs，InAs，InP，InGaAs或其混合物的非摻雜半導體或摻雜半導體形成。
根據實施例，納米間隙電極由碳基材料形成。根據實施例，納米間隙電極不由碳基材料形成。
根據實施例，納米間隙電極由相同的材料形成。根據另一實施例，納米間隙電極由兩種不同的材料形成。
根據實施例，形成由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的材料是同質的。根據另一實施例，形成由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的材料由不同的層構造。
在實施例中，納米間隙電極不包括絕緣體涂層。
在實施例中，電極耦合到等離子體諧振器。
在實施例中，通過將活性材料與等離子體結構耦合來提升系統的吸收或發射。
在實施例中，金屬鏡沉積在傳輸電極下方并且朝著活性材料反射非吸收光。該材料可以由Au，Al，Ag制成。
在實施例中，用于提升器件的光學性能的等離子體結構使用接觸電極來構建諧振器。
在實施例中，調整電極的間隔以便獲得接近光活性材料的帶緣能量的等離子體諧振。
本發明的電子器件包括由納米間隙間隔并且由至少一個納米顆粒橋接的至少兩個電極。根據實施例，在本發明的器件中，所述至少一個納米顆粒的每一個橋接由納米間隙間隔的至少兩個電極。
根據實施例，在本發明的器件中，所述至少一個納米顆粒用作活性材料。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極重疊的至少2％的投影面積(即，所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極重疊的重疊面積，該重疊面積比所述至少一個納米顆粒的面積的2％大)。根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極重疊的至少5％的投影表面。根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極重疊的至少10％的投影表面。根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極重疊的至少20％的投影表面。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的每一個重疊的至少1％的投影面積(即，所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的每一個的重疊面積，該重疊面積比所述至少一個納米顆粒的面積的1％大)。根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的每一個重疊的至少2.5％的投影表面。根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的每一個重疊的至少5％的投影表面。根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的每一個重疊的至少10％的投影表面。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒例如是納米晶體，納米球體，納米立方體，納米薄片，納米棒，納米片，納米板，納米棱鏡，納米壁，納米盤，納米顆粒，納米粉末，納米管，納米四腳錐體，納米四面體，納米條，納米帶，納米線，納米針，納米立方體，納米球，納米線圈，納米錐，納米丸，納米花，量子點或其組合。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒是大量子點(即，具有至少10納米，至少15納米，至少20納米，至少25納米，至少30納米，至少40納米，至少50納米，至少75納米，或至少100納米的直徑的量子點)。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有適合于橋接由納米間隙間隔的至少兩個電極的任何形狀，例如納米薄片，納米棒，納米片，納米板，納米壁，納米盤，納米線，納米條，納米帶，納米針等。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒是0D，1D和2D納米顆粒。
在本申請中，術語納米片具有與納米薄片，2D-納米顆粒或準2D-納米顆粒相同的含義。
根據優選實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒是納米片或納米薄片。根據實施例，所述至少一個納米薄片具有約0.3nm至約10mm，約0.3nm至約1mm，約0.3nm至約100μm，約0.3nm至約10μm，約0.3nm至約1μm，約0.3nm至約500nm，約0.3nm至約250nm，約0.3nm至約100nm，約0.3nm至約50nm，約0.3nm至約25nm，約0.3nm至約20nm，約0.3nm至約15nm，約0.3nm至約10nm，約0.3nm至約5nm的厚度。
根據實施例，所述至少一個納米薄片具有至少為其厚度的1.5倍的橫向尺寸(長度和/或寬度)。根據實施例，所述至少一個納米薄片的橫向尺寸比其厚度大至少2、2.5、3、3.5、4、4.5、5倍。根據實施例，納米薄片的橫向尺寸為至少0.45nm至至少50mm。
根據實施例，納米薄片的橫向尺寸為至少2nm至小于1m，2nm至100mm，2nm至10mm，2nm至1mm，2nm至100μm，2nm至10μm，2nm至1μm，2nm至100nm，2nm至10nm。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有同質組分。
根據實施例，如圖1和3中所示，若干納米顆粒橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、102、103、104、105、106、107、1010、1015、1020、1023個納米顆粒)。
根據實施例，至少2個納米顆粒橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極。根據實施例，至少3、4、5、6、7、8、9、10、102、103、104、105、106、107、1010、1015、1020或1023個納米顆粒橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極。
根據實施例，納米顆粒的膜(例如納米片的膜)橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極。根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的納米顆粒的膜具有在0.1nm至100μm，優選1nm至1μm，更優選2nm至200nm的范圍內的厚度。
根據實施例，將包括至少一個納米顆粒的活性材料實施為納米顆粒的膜。根據實施例，納米顆粒的膜從膠體納米顆粒獲得。根據實施例，活性材料不包含納米顆粒的膜。
根據實施例，本發明的所述至少一個納米顆粒是無機的、膠態的和/或結晶的。
根據實施例，本發明的所述至少一個納米顆粒包括來自IV族，IIIA-VA族，IIA-VIA族，IIIA-VIA族，IA-IIIA-VIA族，IIA-VA族，IVA-VIA族，VIB-VIA族，VB-VIA族，或IVB-VIA族的半導體。
根據實施例，本發明的所述至少一個納米顆粒包括材料MxEy，其中：
M選自：Zn，Cd，Hg，Cu，Ag，Al，Ga，In，Si，Sn，Ge，Pb，Sb，Sn，Pd，Fe，Au，Ti，Bi，W，Mo，V或其混合物；
E選自：O，S，Se，Te，N，P，As或其混合物；并且
x和y獨立地為0至5的十進制數，條件是當x為0時，y不為0并且反之亦然。
根據實施例，材料MxEy包括化學計量比的陽離子元素M和陰離子元素E，所述化學計量比的特征在于x和y的值分別對應于元素E和M的平均氧化數的絕對值。
根據實施例，本發明的所述至少一個納米顆粒包括材料MxNyEz，其中：
M選自：Zn，Cd，Hg，Cu，Ag，Al，Ga，In，Si，Sn，Ge，Pb，Sb，Sn，Pd，Fe，Au，Ti，Bi，W，Mo，V或其混合物；
N選自：Zn，Cd，Hg，Cu，Ag，Al，Ga，In，Si，Sn，Ge，Pb，Sb，Sn，Pd，Fe，Au，Ti，Bi，W，Mo，V或其混合物；
E選自O，S，Se，Te，N，P，As或其混合物；并且
x、y和z獨立地為0至5的十進制數，條件是當x為0時，y和z不為0，當y為0時，x和z不為0，以及當z為0時，x和y不為0。
根據實施例，本發明的所述至少一個納米顆粒由諸如InAlGaAs，ZnAgInSe或GaInAsSb的四元化合物制成。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒包括選自下列的材料：Si，Ge，Sn，CdS，CdSe，CdTe，ZnS，ZnSe，ZnTe，HgS，HgSe，HgTe，PbS，PbSe，PbTe，CuInS2，CuInSe2，AgInS2，AgInSe2，CuS，Cu2S，Ag2S，Ag2Se，Ag2Te，InN，InP，InAs，InSb，In2S3，Cd3P2，Zn3P2，Cd3As2，Zn3As2，ZnO，AlN，AlP，AlAs，AlSb，GaN，GaP，GaAs，GaSb，FeS2，TiO2，Bi2S3，Bi2Se3，Bi2Te3，MoS2，WS2，VO2，及其合金和混合物。
根據優選實施例，所述至少一個納米顆粒選自包括下列的群組：CdSe，CdTe，CdS，HgTe，PbSe，PbS，PbTe，和核/殼結構，如CdSe/CdS，CdSe/CdZnS，CdSe/ZnS，CdTe/CdS/CdZnS，CdS/ZnS，PbS/CdS，PbSe/CdS。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有合金(如HgCdTe)，梯度，核殼或核-冠結構。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒呈現異質結構，其表示本發明的所述至少一個納米顆粒由無機材料的至少一個層部分地涂覆。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒具有核/殼結構，即核由無機材料的至少一個層完全涂覆。
根據另一實施例，所述至少一個納米顆粒包括由無機材料的第一層完全涂覆的核，所述第一層由無機材料的至少一個另外層部分或完全圍繞。
根據實施例，核和無機材料的至少一個層由相同的材料組成或由不同的材料組成。
根據實施例，核和無機材料的至少一個層包括來自IV族，IIIA-VA族，IIA-VIA族，IIIA-VIA族，IA-IIIA-VIA族，IIA-VA族，IVA-VIA族，VIB-VIA族，VB-VIA族，或IVB-VIA族的半導體。
根據實施例，核和無機材料的至少一個層包括材料MxEy，其中：
M選自：Zn，Cd，Hg，Cu，Ag，Al，Ga，In，Si，Sn，Ge，Pb，Sb，Pd，Fe，Au，Ti，Bi，W，Mo，V或其混合物；
E選自：O，S，Se，Te，N，P，As或其混合物；并且
x和y獨立地為0至5的十進制數，條件是當x為0時，y不為0并且反之亦然。
根據實施例，材料MxEy包括化學計量比的陽離子元素M和陰離子元素E，所述化學計量比的特征在于x和y的值分別對應于元素E和M的平均氧化數的絕對值。
根據實施例，核和無機材料的至少一個層包括材料MxNyEz，其中：
M選自：Zn，Cd，Hg，Cu，Ag，Al，Ga，In，Si，Sn，Ge，Pb，Sb，Sn，Pd，Fe，Au，Ti，Bi，W，Mo，V或其混合物；
N選自：Zn，Cd，Hg，Cu，Ag，Al，Ga，In，Si，Sn，Ge，Pb，Sb，Sn，Pd，Fe，Au，Ti，Bi，W，Mo，V或其混合物；
E選自：O，S，Se，Te，N，P，As或其混合物；并且
x、y和z獨立地為0至5的十進制數，條件是當x為0時，y和z不為0，當y為0時，x和z不為0，以及當z為0時，x和y不為0。
根據一個實施例，核和無機材料的至少一個層由諸如InAlGaAs，ZnAgInSe或GaInAsSb的四元化合物制成。
根據實施例，核和無機材料的至少一個層包括選自下列的材料：Si，Sn，Ge，Sn，CdS，CdSe，CdTe，ZnS，ZnSe，ZnTe，HgS，HgSe，HgTe，PbS，PbSe，PbTe，CuInS2，CuInSe2，AgInS2，AgInSe2，CuS，Cu2S，Ag2S，Ag2Se，Ag2Te，InN，InP，InAs，InSb，In2S3，Cd3P2，Zn3P2，Cd3As2，Zn3As2，ZnO，AlN，AlP，AlAs，AlSb，GaN，GaP，GaAs，GaSb，FeS2，TiO2，Bi2S3，Bi2Se3，Bi2Te3，MoS2，WS2，VO2，及其合金和混合物。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒相對于由納米間隙間隔的所述至少兩個電極定向。根據實施例，所述至少一個納米顆粒不是隨機布置在納米間隙電極上。根據實施例，所述至少一個納米顆粒隨機布置在納米間隙電極上。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有等于納米間隙尺寸的尺寸。根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有大于納米間隙尺寸的尺寸。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有至少10nm，優選至少15nm，更優選至少30nm的尺寸。根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒具有在約0.1nm至約1000nm，優選約1nm至約200nm，更優選約5nm至約100nm，更加優選約10nm至約75nm的范圍內的尺寸。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒進一步由有機封端劑、無機封端劑或其混合物涂覆。根據實施例，至少一個納米顆粒具有由有機配體(例如連接到硫醇、胺、酸和/或膦官能團的烷基鏈)制成的表面化學。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒具有由離子(例如S2-，OH-，HS-，Se2-，NH2-，Te2-，SCN-，Br-，I-，Cd2+，NH4+，Hg2+，Cl-，Zn2+，Pb2+，或其混合物)制成的表面化學。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒具有由金屬硫族化物制成的表面化學。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒不選自基于碳的納米顆粒，例如碳納米管(多壁或單壁)或石墨烯。根據實施例，所述至少一個納米顆粒不選自銀納米顆粒。根據實施例，所述至少一個納米顆粒不選自硅納米顆粒。根據實施例，所述至少一個納米顆粒不選自鋁納米顆粒，優選不選自鋁量子點。根據實施例，所述至少一個納米顆粒不包括選自III-V族的半導體，更優選地所述至少一個納米顆粒不選自GaAs。
根據實施例，所述至少一個納米薄板不通過相應的層狀大塊晶體的剝離制備。
根據實施例，本發明的電子器件不包括布置或涂覆在所述至少一個納米顆粒上的含氮材料。
根據實施例，本發明的電子器件不包括由半導體材料和等離子體納米顆粒制成的復合材料。
根據實施例，納米間隙容納生物或化學分子。根據實施例，納米間隙不容納生物或化學分子。
根據實施例，納米間隙不容納至少一個納米顆粒；所述至少一個納米顆粒橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒不位于由納米間隙間隔的所述至少兩個電極之間；所述至少一個納米顆粒橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極。
根據實施例，橋接納米溝的納米顆粒覆蓋納米溝面積的至少1％，至少2％，至少5％，至少10％，至少25％，至少30％，至少40％，至少50％，至少75％，至少80％，至少90％或約100％。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒不包括橋接分子。
根據實施例，納米溝包含1個以上橋接納米顆粒，更優選2個以上橋接納米顆粒，更優選5個以上橋接納米顆粒，更優選10個以上橋接納米顆粒，更加優選100個以上橋接納米顆粒。
根據實施例，本發明的電子器件不用于進行隧道光譜法。
根據實施例，納米溝包含2個以上橋接納米顆粒，并且不用于進行隧道光譜法。
根據實施例，納米顆粒在X射線中和/或在UV中和/或在可見光中和/或在紅外中具有吸收和/或光導性質。
根據實施例，納米顆粒在近紅外中和/或在中紅外中和/或在長波長紅外中和/或在遠紅外中和/或在THz中具有吸收和/或光導性質。
根據實施例，納米顆粒具有約750納米至約1000000納米，優選約750納米至約50000納米，更優選約750納米至約10000納米的吸收和/或光導性質。
根據實施例，納米顆粒不是金屬納米顆粒。
根據實施例，納米顆粒是半導體納米顆粒。
根據實施例，本發明的電子器件包括至少一種電解質：執行電解質選通以調整橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒的載流子密度。
根據實施例，可以實現固體、聚合物、凝膠、離子凝膠或液體電解質，優選凝膠或固體電解質。
根據實施例，由活性材料(即由所述至少一個納米顆粒)防止電解質和納米間隙電極之間的接觸。
根據實施例，由活性材料(即由所述至少一個納米顆粒)防止電解質與第一和第二電極之間的接觸。
根據實施例，電解質可以呈以下形式：溶解離子化學化合物(或多種化合物)的水溶液，溶解離子化學化合物(或多種化合物)的非水溶液，聚合物電解質，凝膠電解質，固體電解質或熔融鹽電解質。
根據實施例，電解質包括基質和離子。根據優選實施例，電解質包含聚合物基質。
根據實施例，電解質的聚合物基質包括聚苯乙烯，聚(N-異丙基丙烯酰胺)，聚乙二醇，聚乙烯，聚丁二烯，聚異戊二烯，聚環氧乙烷，聚乙烯亞胺，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯酸乙酯，聚乙烯吡咯烷酮，聚丙二醇，聚二甲基硅氧烷，聚異丁烯，或其共混物/多嵌段聚合物。
根據實施例，電解質包括離子鹽。根據實施例，聚合物基質摻雜有離子鹽。根據所述實施例，離子鹽是LiCl，LiBr，LiI，LiSCN，LiClO4，KClO4，NaClO4，ZnCl3-，ZnCl42-，ZnBr2，LiCF3SO3，LiPF6，LiAsF6，LiN(SO2CF3)2，LiC(SO2CF3)2，LiBF4，NaBPh4，NaCl，NaI，NaBr，NaSCN，KCl，KBr，KI，KSCN，LiN(CF3SO2)2，或其混合物。
根據實施例，電解質包括含有鋰，鈉，鉀，銨，氫，銅，銀或其混合物的移動離子的材料。
根據實施例，電解質包括聚合物和/或玻璃，包括但不限于PEG，PEO，PVDF，PET，PTFE，FEP，FPA，PVC，聚氨酯，聚酯，硅酮，一些環氧樹脂，聚丙烯，聚苯醚，聚砜，鈣鎂鋁硅酸鹽玻璃，E-玻璃，鋁硼硅酸鹽玻璃，D-玻璃，硼硅酸鹽玻璃，二氧化硅，石英，熔融石英，氮化硅，氮氧化硅，或其混合物。
根據實施例，電解質包括離子液體。根據實施例，聚合物基質和離子由可聚合離子液體替代。
根據實施例，所述至少一個納米顆粒表面化學被選擇為電解質的離子中的一種的反離子。
根據實施例，納米顆粒表面化學被選擇為使得所述至少一個納米顆粒和電解質可以形成氧化還原反應。
根據實施例，如在基于氧化還原的反應中那樣，來自電解質的至少一種離子可以可逆地給予活性材料(即所述至少一個納米顆粒)一個或多個電子。
成對的納米顆粒表面化學/離子的實例包括但不限于：OH-/Li+，OH-/Na+，OH-/K+，OH-/NH4+，OH-/任何銨離子，OH-/任何離子液體，O2-/Li+，O2-/Na+，O2-/K+，O2-/NH4+，O2-/任何銨離子，O2-/任何離子液體，HS-/Li+，HS-/Na+，HS-/K+，HS-/NH4+，HS-/任何銨離子，HS-/任何離子液體，SCN-/Li+，SCN-/Na+，SCN-/K+，SCN-/NH4+，SCN-/任何銨離子，SCN-/任何離子液體，NH2-/Li+，NH2-/Na+，NH2-/K+，NH2-/NH4+，NH2-/任何銨離子，NH2-/任何離子液體，S2-/Li+，S2-/Na+，S2-/K+，S2-/NH4+，S2-/任何銨離子，S2-/任何離子液體，Se2-/Li+，Se2-/Na+，Se2-/K+，Se2-/NH4+，Se2-/任何銨離子，Se2-/任何離子液體，Te2-/Li+，Te2-/Na+，Te2-/K+，Te2-/NH4+，Te2-/任何銨離子，Te2-/任何離子液體，Cl-/Li+，Cl-/Na+，Cl-/K+，Cl-/NH4+，Cl-/任何銨離子，Cl-/任何離子液體，Br-/Li+，Br-/Na+，Br-/K+，Br-/NH4+，Br-/任何銨離子，Br-/任何離子液體，I-/Li+，I-/Na+，I-/K+，I-/NH4+，I-/任何銨離子，I-/任何離子液體，HS-/Li+，HS-/Na+，HS-/K+，HS-/NH4+，HS-/任何銨離子，HS-/任何離子液體，任何金屬硫屬化物/Li+，任何金屬硫屬化物/Na+，任何金屬硫屬化物/K+，任何金屬硫屬化物/NH4+，任何金屬硫屬化物/任何銨離子，任何金屬硫屬化物/任何離子液體，HS-/Li+，HS-/Na+，HS-/K+，HS-/NH4+，HS-/任何銨離子，HS-/任何離子液體，Cd2+/Cl-，Cd2+/Br-，Cd2+/I-，Cd2+/SO42-，Cd2+/ClO4-，Cd2+/BF4-，Cd2+/NO3-，Cd2+/任何離子液體，Pb2+/Cl-，Pb2+/Br-，Pb2+/I-，Pb2+/SO42-，Pb2+/ClO4-，Pb2+/BF4-，Pb2+/NO3-，Pb2+/任何離子液體，Zn2+/Cl-，Zn2+/Br-，Zn2+/I-，Zn2+/SO42-，Zn2+/ClO4-，Zn2+/BF4-，Zn2+/NO3-，Zn2+/任何離子液體，Hg2+/Cl-，Hg2+/Br-，Hg2+/I-，Hg2+/SO42-，Hg2+/ClO4-，Hg2+/BF4-，Hg2+/NO3-，Hg2+/任何離子液體，NH3+/Cl-，NH3+/Br-，NH3+/I-，NH3+/SO42-，NH3+/ClO4-，NH3+/BF4-，NH3+/NO3-，NH3+/任何離子液體。
根據實施例，電解質在與所述至少一個納米顆粒的吸收光譜相容的波長窗口中是透明的。相容在本文中是指襯底在所述至少一個納米顆粒吸收的波長范圍內是至少部分透明的。部分透明在本文中是指襯底具有至少50％，優選至少75％，更優選至少90％的透射率。
根據實施例，電解質在可見光中，即在約380納米至約750納米的波長范圍內是透明的。
根據實施例，電解質在紫外波長范圍內，即在約10納米至約380納米的波長范圍內是透明的。
根據實施例，電解質在紅外波長范圍內，即在約750納米至約1000000納米，優選約750納米至約50000納米，更優選約750納米至約3000納米的波長范圍內是透明的。
根據實施例，電解質透明窗口大小為至少1nm，優選至少10nm，并且更優選50nm以上。
根據一個實施例，襯底在可見光中和/或在紫外波長范圍內和/或在紅外波長范圍內是部分透明的。
根據實施例，電解質在與所述至少一個納米顆粒的吸收光譜相容的兩個波長窗口中是透明的。
根據實施例，電解質透明窗由若干窗口組成，以便適合多色檢測器的吸收光譜，優選由若干窄透明窗口(即大小為至多50nm)組成。
根據一個實施例，納米間隙具有在1至109，100至109，200至109，500至109，1000至109，10000至109，10至108，100至107，1000至107，10至106，或100至105的范圍內的長寬比L/d；另外，至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、102、103、104、105、106、107、1010、1015、1020、1023個納米顆粒橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極，并且橋接納米間隙的所述納米顆粒覆蓋納米間隙面積的至少1％，至少2％，至少5％，至少10％，至少25％，至少30％，至少40％，至少50％，至少75％，至少80％，至少90％或約100％。
根據實施例，用于制備本發明的電子器件的制造方法包括兩個主要步驟：
-納米電極制造，
-在所述納米間隙上沉積所述至少一個納米顆粒，并且在所述納米間隙上沉積之后或之前進行納米顆粒的配體交換，以及
-可選地，電解質沉積。
更準確地說，用于制備本發明的電子器件的制造方法包括：
a)在襯底上制造由納米間隙間隔的所述至少兩個電極，
b)制備膠體納米顆粒，
b')可選地，溶液中的納米顆粒的配體交換步驟，
c)將至少一個納米顆粒沉積到所述納米間隙上，其中所述至少一個納米顆粒具有與由納米間隙間隔的所述至少兩個電極重疊的重疊面積，該重疊面積比所述至少一個納米顆粒的面積的5％大，
c')如果未執行步驟b')，則執行納米顆粒的配體交換步驟，
d)可選地，電解質沉積在活性材料上(即在所述至少一個納米顆粒上)，以及
e)可選地，在電解質上沉積另一電極。
根據實施例，步驟b)，b')，c)，c')可以用不同的納米顆粒執行一次以上。
根據實施例，步驟a)的所述至少兩個電極是至少源和漏電極，并且步驟e)的另一電極是柵電極。
根據一個實施例，在步驟c)之前用氣體處理加工所述至少兩個電極。
根據一個實施例，在步驟c)之前用諸如短鏈烷烴硫醇的分子處理所述至少兩個電極以改善所述至少一個納米顆粒的粘附。
根據一個實施例，在步驟c)之前用涂層處理所述至少兩個電極以便鈍化所述至少兩個電極的表面。
根據實施例，在步驟c)之前在100℃至1000℃的范圍內的溫度下退火所述至少兩個電極。
根據實施例，在步驟d)之前在典型地低于400℃，或低于300℃，或低于200℃，或低于100℃的低溫下退火處理中的部件。
根據一個實施例，橋接納米間隙電極的所述至少一個納米顆粒通過熔融較小納米顆粒的過程(例如化學過程或退火步驟)獲得。
根據實施例，由至少一個納米顆粒橋接的納米間隙暴露于原子層沉積或化學浴沉積步驟。
根據實施例，對于窄帶隙材料，納米顆粒的配體交換在沉積之后在包括至少一個納米顆粒的活性材料中執行，或在沉積至少一個納米顆粒之前在溶液中的納米顆粒上執行，優選地在沉積之后在包括至少一個納米顆粒的活性材料中執行。
根據實施例，納米顆粒的膜可以用在納米顆粒的膜上進行的配體交換過程處理。制備諸如乙二硫醇的短配體的溶液(例如在乙醇中以1％體積)。將來自合成的用長配體封端的納米顆粒在膜形式下在短配體溶液中浸漬30秒并且最后在諸如醇或乙腈的純溶劑中漂洗。
根據實施例，納米顆粒可以直接在溶液上用配體交換過程處理。在諸如N甲基甲酰胺的極性溶劑中以1％(質量)制備例如S2-或Cl-的離子溶液。將該溶液與納米顆粒在諸如甲苯或己烷的非極性溶劑中混合。將兩相強烈混合并且超聲處理。發生相轉移并且納米顆粒用短配體封端并分散在極性相中。該溶液現在可以直接用于構建導電器件。
根據實施例，對于寬帶隙材料，納米顆粒的配體交換在沉積之后在包括至少一個納米顆粒的活性材料中執行，或在沉積至少一個納米顆粒之前在溶液中的納米顆粒上執行，優選在沉積之前在溶液中的納米顆粒上執行。
根據實施例，納米顆粒的配體交換改善活性材料的導電性質。
根據實施例，制造納米間隙電極的方法選自：電遷移，電沉積，機械控制斷裂結，電子束光刻方法，自對準方法，剝離方法，遮蔽方法，在線光刻，納米管掩模。
根據實施例，橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒使用常規沉積技術沉積，所述常規沉積技術例如包括：滴鑄，旋涂，浸涂，噴鑄，噴墨印刷，絲網印刷，濺射技術，蒸發技術，電泳沉積，真空方法，凹版印刷，撓性版印刷或本領域技術人員發現合適的任何其它手段。
根據實施例，由納米間隙間隔的所述至少兩個電極由相同的材料制成。
根據實施例，由納米間隙間隔的所述至少兩個電極由金制成。
根據實施例，由納米間隙間隔的所述至少兩個電極由Au，Ag，Ti，Cr，Pd，Pt，Cu，Ni，Al，Fe及其合金制成。
根據實施例，由納米間隙間隔的所述至少兩個電極由Si，Ge，GaAs，InP及其合金制成。
根據實施例，構成納米間隙的每個電極可以由諸如Ti/Au的層狀結構制成。
根據實施例，構成納米間隙的每個電極包括起到有利于頂部材料接觸到襯底上的作用的層。該層典型地由Ti或Cr制成。
根據實施例，每個電極的厚度在1nm到1mm，更優選30nm到1μm的范圍內。
根據實施例，由納米間隙間隔的所述至少兩個電極由不同的材料制成。
根據實施例，由納米間隙間隔的所述至少兩個電極由兩種不同的材料制成，例如Al/Pt，Al/Au，Ag/Au，Ag/Pt。
根據實施例，由兩個非對稱電極制成的器件呈現二極管行為(不對稱IV曲線)，參見圖9。
根據實施例，使用本領域技術人員發現合適的任何印刷方法沉積電解質，例如旋涂或浸涂，或滴鑄。
根據實施例，在使用中，施加在由納米間隙間隔的所述至少兩個電極之間的偏壓低于100V，優選低于10V，更優選低于5V。
根據實施例，在使用中，在由納米間隙間隔的所述至少兩個電極之間流動的電流在1fA至1A，優選1pA至1mA的范圍內。
根據實施例，器件在空氣中操作。根據實施例，器件在惰性氣氛下操作。根據實施例，器件在真空下操作。
根據實施例，器件在0K至400K，優選4K至350K，更優選77K至300K的范圍內的溫度下操作。
根據實施例，使用由納米顆粒、尤其是納米片橋接的基于納米間隙的電極而不是常規的微米間隔的電極意料不到地改善了響應性能。
根據實施例，本發明的電子器件具有在1A.W-1至109A.W-1，1A.W-1至108A.W-1，1A.W-1至107A.W-1，1A.W-1至106A.W-1，優選1A.W-1至105A.W-1，更優選1A.W-1至104A.W-1，更加優選100A.W-1至5000W-1的范圍內的響應性。
根據實施例，本發明的電子器件具有至少1A.W-1，優選至少20A.W-1，更優選至少50A.W-1，更加優選至少100A.W-1的響應性。
根據實施例，本發明的電子器件具有在10-6cm2V-1s-1至104cm2v-1s-1，優選10-2cm2v-1s-1至103cm2v-1s-1的范圍內的電子遷移率。
根據實施例，本發明的電子器件具有至少107cm.Hz1/2W-1(也稱為“Jones”)，優選至少1010Jones，更優選至少1012Jones，更加優選至少1013Jones的比檢測性。
根據實施例，本發明的電子器件具有小于100毫秒，優選小于10毫秒，更優選小于0.1毫秒，更加優選小于0.01毫秒的響應時間。
根據實施例，本發明的器件對于除光電導之外的其它應用也是有吸引力的：由于小間隙，它非常容易施加非常大的偏壓(可以容易地獲得108V.m-1)。該大電場可以用于在橋接納米顆粒中獲得斯塔克(Stark)效應。實際上在所施加的電場下，量子態傾向于在能量中移動。特別地，期望光學特征的移動和漂白。該效應可以用于構建光學調制器。
根據實施例，本發明的電子器件用于生物成像，光電檢測器，光伏器件，晶體管，斯塔克調制器，發光器件，量子點激光器，或太陽能電池。
根據實施例，器件用作光學調制器。
根據實施例，器件用作光電檢測器。
根據實施例，器件用作單像素光電檢測器。
根據實施例，若干器件(即若干納米間隙)用于構建若干像素檢測器。
根據實施例，用于構建例如用作焦平面陣列的檢測像素的陣列。
根據實施例，器件不用作開關。
在一個實施例中，柵電極接地，并且施加具有不同符號的源極和漏極偏壓。
在一個實施例中，柵電極接地，并且在漏極和源極納米間隙電極之間形成pn結。
在一個實施例中，在兩個納米間隙電極之間形成pn結，并且該電子器件可以用作LED或在光伏模式下操作的光電檢測器。
根據實施例，用作光電檢測器的器件在可見波長范圍內操作。根據另一實施例，用作光電檢測器的器件在紅外波長范圍內操作。根據另一實施例，用作光電檢測器的器件在紫外波長范圍內操作。根據另一實施例，用作光電檢測器的器件在X射線波長范圍內操作。
根據實施例，器件用于形成二極管。根據實施例，器件用于制造電二極管。
根據實施例，用作二極管的器件是光伏太陽能電池的有源元件。根據實施例，器件用于制造光伏太陽能電池或電致發光部件。
根據實施例，用作二極管的器件是發光二極管的有源元件。
根據實施例，用作發光二極管的器件是照明裝置的部件。
根據實施例，用作發光二極管的器件是顯示器的部件。
根據實施例，器件用作晶體管。根據實施例，器件用作光電晶體管。
根據實施例，器件用作電路的非線性部件。
根據實施例，器件用作化學傳感器。根據實施例，通過用作摻雜物的檢測元件的存在來獲得器件的化學敏感性。根據實施例，用作化學傳感器的器件對在用作電解質的溶劑中稀釋的物質的濃度敏感。根據實施例，用作化學傳感器的器件呈現與用于橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒的表面化學性質相關的一些選擇性性質。
根據實施例，器件用于從橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒獲得電致發光。
根據實施例，器件用于從橋接由納米間隙間隔的所述至少兩個電極的所述至少一個納米顆粒獲得受激光發射。
根據實施例，器件作為激光器的增益材料。
應當理解，本文中做出的空間描述(例如，“上方”，“下方”，“上”，“下”，“頂部”，“底部”，“之上”，“之下”等)僅為了說明目的，并且本發明的器件可以以本領域技術人員可以容易地實現的任何取向或方式空間地布置。
附圖說明
圖1是根據本發明的一個實施例的電子器件的方案。
圖2是在三個不同尺度上的納米間隙的掃描電子顯微鏡圖片。
圖3是在三種不同尺度上的涂覆有CdTe納米片的納米間隙的掃描電子顯微鏡圖片。
圖4顯示在根據本發明一個實施例中的電子器件中在恒定漏極-源極偏壓下的作為時間的函數的電流，其中納米間隙電極用CdSe/CdS納米片橋接。平方響應對應于光照射。電子器件的響應時間比0.1秒快。
圖5顯示在根據本發明一個實施例的電子器件中在入射光功率下的作為漏極偏壓的函數的電流，其中納米間隙電極用CdSe/CdS納米片橋接。
圖6顯示在根據本發明一個實施例的電子器件中在入射光功率下的作為柵極偏壓的函數的電流，其中納米間隙電極用CdSe/CdS納米片橋接。通過作為電解質的PEG中LiClO4進行選通。
圖7a是在用于導帶和價帶的零漏極偏壓下的根據本發明的一個實施例的電子器件的能量圖的方案。
圖7b是在不同漏極偏壓下的根據本發明的一個實施例的電子器件的導帶圖的方案。
圖8是納米間隙和位于納米溝水平的電致發光信號(由箭頭指示)的圖像。
圖9表示由70nm間隔的Au和Al接觸層制成并且使用CdSe/CdS納米片連接的納米間隙的電流vs電壓。
參考標號
N (一個或多個)納米顆粒
E (一個或多個)電極
d 納米間隙尺寸-電極間距離
L 納米間隙長度-電極的長度
具體實施方式
通過以下例子進一步說明本發明。
納米顆粒合成：
·CdSe納米片
在第一步驟中，制備肉豆蔻酸鎘(Cd(Myr)2)。在典型的合成中，將240mg的Cd(Myr)2，25mg的Se粉末在30ml的ODE中混合，將溶液在室溫下在真空下脫氣20分鐘。然后將氣氛切換至氬氣，并且將溫度設定為240℃。在204℃下快速加入40mg的Cd(OAc)2。在240℃下進行反應12分鐘。在這之后，將溶液冷卻。通過加入乙醇進行納米片的沉淀。在離心之后，將獲得的固體再分散在己烷中。清潔過程重復三次。
·CdTe納米片
在第一步驟中，通過在氬氣下將1.036g的CdO在10ml的丙酸中混合1小時制備丙酸鎘(Cd(Prop)2)。然后將燒瓶對空氣開放并且溫度升至140℃，直至體積除以系數2。通過加入丙酮沉淀白色溶液。在離心之后，將固體在真空下干燥24小時。在手套箱中通過在室溫下在20ml的TOP中攪拌2.55g的Te丸粒4天來制備1M TOPTe。在三頸燒瓶中將0.13g的Cd(Prop)2，160μm的油酸和10ml的ODE在95℃下脫氣90分鐘。然后將氣氛切換到氬氣并且將溫度升至210℃。將0.2mL的1M TOPTe快速注入燒瓶中。在20分鐘之后，通過加入1mL的油酸并在室溫下冷卻燒瓶使反應猝滅。通過加入乙醇完成清潔過程以沉淀CdTe納米片。將離心后獲得的固體再分散在己烷中。該過程重復三次。
·CdSe/CdS納米片
可以執行兩個過程以在CdSe核上獲得CdS殼。在第一過程中，將30mg的NaSH在20mL小瓶中的4ml的N甲基甲酰胺(NMFA)中混合直至溶解。然后將己烷溶液中的500μL的CdSe核加入小瓶中。攪拌溶液直到納米顆粒在nmFA相中完全轉移。然后在小瓶中加入500μl的0.2M醋酸鎘(在nmFA中)。反應在室溫下在攪拌下進行1小時。通過加入乙醇確保沉淀。在離心之后，將獲得的固體分散在nmFA中。將清潔步驟重復第二次。作為生長殼的替代過程，能夠將30ml的Na2S溶解混合在4mL小瓶中的2ml的nmFA中直至溶解。然后通過加入乙腈沉淀核以除去過量的硫化物并且再分散在nmFA中。然后在小瓶中加入500μl的0.2M乙酸鎘(在nmFA中)。在幾乎立即反應之后，通過用甲苯和乙腈(5:1)的混合物沉淀納米晶體來除去過量的前體。將通過離心獲得的固體再溶解在nmFA中。該過程重復3.5次。最終的納米顆粒儲存在nmFA中。
·球形CdSe量子點
在三頸燒瓶中，將8ml的ODE，1.5g的TOPO和0.75ml的油酸中的0.5M Cd(OA)2在真空下脫氣30分鐘。然后在氬氣流下，將溫度設定為280℃，并且在溫度設定為280℃時，在300℃下快速注入3ml的油胺和4ml的TOP中的1M TOPSe的混合物。在8分鐘之后，停止反應并且量子點用乙醇沉淀兩次并且重懸于己烷中。
·PbS球形量子點
在三頸燒瓶中，我們引入0.9g的氧化鉛和40mL的油酸。將混合物在100℃真空下脫氣1小時，然后在氬氣下在150℃下加熱3小時。在手套箱中將0.4mL的雙(三甲基甲硅烷基)硫醚(TMSS)在20mL的十八烯(ODE)中混合。在100mL三頸燒瓶中，將12ml的先前制備的油酸鉛(PbOA)混合物在100℃快速脫氣，然后在氬氣下在150℃下加熱。將6mL的ODE中的TMSS溶液快速注入燒瓶中并且反應進行3分鐘。最后將溶液迅速冷卻至室溫。通過加入乙醇沉淀溶液，并在3000rpm下離心5分鐘。將固體再分散在甲苯中。重復清潔步驟第二次。在第三次清潔時，進行選擇性沉淀以分離不同的尺寸。
·HgTe球形量子點
在手套箱中通過三辛基膦(TOP)中的Te粉末的緩慢攪拌制備1M三辛基碲化膦(TOPTe)溶液。在三頸燒瓶中將135mg的HgCl2和7.4g的十八胺在真空下在120℃下脫氣1小時。然后將氣氛轉換至氬氣，并在80℃下加熱溶液。快速注入0.5ml的1M TOPTe并在相同溫度下進行反應5分鐘。通過快速加入十二烷基硫醇猝滅溶液。最后將燒瓶冷卻至室溫。然后將獲得的深色溶液在填充有十氯硫醇(DDT)在四氯乙烯(TCE)中的10％(體積)混合物和一滴TOP的兩個離心管之間分配。通過加入甲醇沉淀溶液。在離心之后，將固體干燥并再分散在氯仿中。清潔步驟重復三次。
·CdS納米棒
在手套箱中，將0.18g的硫粉在20ml的TOP中攪拌直至溶解并形成三辛基硫化膦(TOPS)。最終的溶液是微紅的。在100ml三頸燒瓶中，在80℃下在真空下將0.23g的CdO，0.83g的正十四烷基膦酸(nTDPA)和7g的三辛基氧化膦(TOPO)脫氣2小時。然后燒瓶在氬氣下切換并且溫度升至340℃。高于300℃時溶液變為無色。5分鐘后燒瓶冷卻至300℃，每兩分鐘注入0.4ml的TOPS混合物。溶液的顏色在30分鐘后變黃，并且該顏色將增加直至結束。一旦所有的TOPS已注入，加熱套被去除并且燒瓶迅速冷卻。在約70℃下加入一些甲苯以避免TOPO凝固。通過加入乙醇使棒沉淀并將其再分散在甲苯中，重復清潔過程三次。
納米間隙制造：
·自對準方法
在Si/SiO2晶片上，使用標準光學光刻或電子束光刻制備第一電極。在典型的制備中，通過在晶片上旋涂沉積AZ 5214-E抗蝕劑。然后將晶片在110℃下烘烤90秒。使用光刻掩模的第一UV曝光進行幾秒鐘。然后將膜在125℃下進一步烘烤2分鐘。最后我們進行金屬沉積。電極由Ti層(2nm)、金層(30nm)和Cr層(30nm)制成。然后通過將晶片浸入丙酮中來進行剝離過程以除去抗蝕劑。然后使用異丙醇清潔晶片，并且進行等離子體O2蝕刻5分鐘。電極在空氣中在250℃下蒸煮30分鐘以將Cr轉化為氧化鉻。在第二步驟中，以允許與第一電極重疊的幾何形狀使用相同的光刻方法制備第二電極。對于金屬沉積，我們蒸發Ti層(2nm)和金層(30nm)。氧化鉻層用作遮蔽掩模，并且在兩個電極之間形成納米尺寸的間隙。在剝離步驟和清潔步驟之后，使用鉻蝕刻劑溶液蝕刻第一電極的頂部氧化鉻層。進行用丙酮和異丙醇清潔的最后步驟。
·電子束光刻方法
在Si/SiO2晶片上，沉積聚甲基丙烯酸甲酯聚合物并在165℃下蒸煮以除去過量的溶劑。使用電子束光刻，設計兩個電極，并且在第二步驟中允許金屬(典型地為3nm的Cr和30nm的金)的蒸發。在剝離步驟之后形成納米間隙。
·傾斜的蒸發方法
在Si/SiO2晶片上，使用標準光學光刻或電子束光刻制備第一電極。在典型的制備中，AZ 5214E抗蝕劑通過旋涂沉積在晶片上。然后將晶片在110℃下烘烤90秒。使用光刻掩模的第一UV曝光進行幾秒鐘。然后將膜在125℃下進一步烘烤2分鐘。然后我們通過蒸發Ti(2nm)和金層(30nm)來進行金屬沉積。使用相同的光刻過程制備第二圖案。在樣品傾斜的同時進行第二金屬蒸發，以便第一電極遮蔽第二圖案的一些部分。該遮蔽效應允許在幾十納米的尺度上形成納米間隙。
·用于光電檢測的納米顆粒配體交換和沉積-第一策略
最初分散在非極性溶劑中的納米顆粒可以在手套箱中旋涂到納米間隙上。然后將膜在熱板上加熱以在90℃下除去過量的溶劑。然后將器件浸入1％的乙醇中的短配體(如乙二硫醇或1,4-二氨基丁烷)的溶液中1分鐘。然后將膜在純乙醇中漂洗20秒，并且最后在氮氣流下干燥。
·用于光電檢測的納米顆粒配體交換和沉積-第二策略
最初分散在非極性溶劑中的納米顆粒與N-甲基甲酰胺中的Na2S的溶液(1％重量)混合。在強超聲處理之后，顆粒切換相并轉移到極性相中。丟棄初始和現在澄清的非極性相。然后通過加入己烷將極性相再清潔兩次。通過加入醇沉淀納米顆粒。將獲得的丸粒再分散在新鮮的N-甲基甲酰胺中。然后將該溶液在100℃的熱板上滴鑄到納米間隙上。進行加熱直到完全除去溶劑。
·電解質制備
電解質是具有給定摩爾量的聚乙二醇(PEG)或聚環氧乙烷(PEO)和離子的混合物。陽離子和氧之間的摩爾比等于16。對于典型的電解質，將50mg的LiClO4和230mg的PEG(MW＝6000g.mo-1)在150℃下在手套箱中的熱板上一起加熱。對于較高的PEG/PEO摩爾量，將混合物在200℃下加熱。在空氣中處理電解質沒有導致任何明顯的變化。然后可以通過在90℃下軟化電解質而將電解質在至少一個納米顆粒上刷到納米間隙上。
響應性：
在室溫下在基本真空下表征納米間隙，其中涂覆有S2-封端配體的CdSe/CdS納米片已被橋接。施加的漏極源為2V。樣品使用405nm照射，功率在1和50mW之間，對應于進入納米間隙的1至50nW的通量。獲得的光響應為3kA.W-1。
Pn結形成：
利用相轉移法，使用S2-配體將HgTe量子點封端，所述相轉移法使用溶解在N-甲基甲酰胺中的Na2S前體。將納米顆粒溶液滴鑄在納米間隙電極上。將溶解在PEG中的LiClO4(MW＝6000g.mol-1)制成的電解質刷在納米顆粒膜上，同時電解質在90℃下軟化。柵電極沉積在電解質上并接地。施加與柵極相比為2V的源極偏壓，并且也施加與柵極相比為-2V的漏極偏壓，同時使用雙通道源表。通過將系統冷卻至低于電解質的冰點的溫度來冷凍整個系統。然后形成顯示二極管的電流-電壓特性的穩定pn結。
考慮圖4-6的測量條件：
在真空下表征樣品。施加0和5V之間的漏極源極偏壓。光照射由以在0.15mW至50mW的范圍內的功率操作的405nm激光源產生。所有測量在室溫下進行。
電致發光信號：
在50nm尺寸的納米間隙器件上，滴鑄納米片(CdSe/CdS)的溶液。電極連接到電流源(keithely 2634)。一旦施加的偏壓克服帶緣能量，我們開始觀察到與納米間隙空間重疊的發光信號，參見圖8。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！