基于材料定域生长和薄膜断裂机理的大面积纳米缝电极并行制造技术研究

纳米缝隙结构(<10nm)的隧道电极特性为其在显示领域和分子电子器件领域带来广阔的应用前景，然而要真正实现从基于纳米缝电极的"器件原理"向"器件产品"的过渡，就必须解决纳米缝隙阵列结构的高效、低成本制造问题。由于纳米缝隙的结构尺度已经远远超越常规微电子制造工艺的加工能力，因此需要寻找原创性的纳米缝隙制造方法。本项目基于将"采用光刻胶掩膜曝光和单体分子扩散生长制备阵列化隆起结构"的工艺方法与"隧道结机械断裂制备单一纳米缝"的工艺方法相结合的创新思路，提出一种崭新的大面积纳米缝电极阵列并行制造工艺方法。拟通过对光刻胶掩膜曝光和单体分子扩散诱导的阵列化图形结构定域生长过程、局部应力/界面约束作用下电极材料的断裂机制以及纳米缝电极的尺寸实时监测与控制方法等内容的研究，探索纳米缝成形的可控机理，并最终建立符合批量化、低成本和一致性等制造特征的纳米缝成形工艺方法，形成独立自主的知识产权。

纳米缝隙结构的隧道电极特性为其在显示领域和分子电子器件领域带来广阔的应用前景，然而纳米缝的尺度远超常规微电子制造工艺的加工能力，因此需要寻找原创性的高效、低成本纳米缝隙制造方法。本项目提出一种崭新的大面积纳米缝电极阵列并行制造工艺，通过对光刻胶掩膜曝光和单体分子扩散诱导的阵列化图形结构定域生长过程、局部应力/界面约束作用下电极材料的断裂机制以及纳米缝电极的尺寸精确控制方法等内容的研究，探索纳米缝成形的可控机理，并最终建立符合批量化、低成本和一致性等制造特征的纳米缝成形工艺方法。. 项目的主要创新点及其主要研究进展如下：. （1）研究了聚合物的激光光致体积生长特性，提出了约束层辅助的激光光致体积生长技术，该技术利用激光照射聚合物材料产生的光化学过程和光热过程，通过将激光作用过程约束到局部空间内形成规则可控的微结构阵列，将凸起的微结构阵列作为纳米薄膜断裂的应力来源，实现了纳米间隙电极的大面积并行制造。. （2）研究了利用高分子材料膨胀实现薄膜可控断裂的纳米间隙电极制造技术，研究了高分子材料在有机溶剂中的溶胀特性，提出了采用高分子溶胀技术并行制造纳米间隙的工艺方法，通过控制聚合物溶胀程度实现了50nm以下纳米间隙电极的精确可控制造；利用聚合物溶胀技术，分别在柔性衬底和刚性衬底表面上实现了大面积纳米间隙结构的并行制造。. （3）开展了基于纳米间隙电极的高灵敏度传感器研究工作。采用制备的纳米间隙电极，与现有的纳米粒子功能材料介电泳组装技术结合，构建了多种场效应管型纳米间隙传感器，实现了紫外光、氨气等敏感源的高精度检测，并极大地简化了传感器的测试系统。. 项目的研究成果如下：. 在Small、Journal of Nanomaterials、Optics & Laser Technology、International Advanced Manufacture Technology等国际期刊上共发表SCI检索论文9篇；EI检索期刊论文1篇；EI检索国际会议论文2篇；申请发明专利3项；培养博士生1名，硕士生2名。