一种基于αβ-Ga2O3纳米柱的自供电可调谐布尔逻辑门系统及其制作方法

本发明涉及一种布尔逻辑门系统，具体是指一种基于αβ-ga2o3纳米柱的自供电可调谐布尔逻辑门系统及其制作方法。

背景技术：

1、布尔逻辑门，指基于布尔代数逻辑运算的逻辑门器件，是集成电路的基本组件。常规的逻辑门器件由半导体晶体管组成，当代表两种信号的高低电平在通过晶体管组合后会产生高电平或低电平信号，高、低电平可分别代表布尔逻辑中的“真”(true)、“假”(false)或二进制中的1、0，从而实现基于布尔代数的逻辑计算。常见的逻辑门有与门(and)、或门(or)、非门(not)、异或门(nor)等。

2、在进入后摩尔时代后，人类对计算量的需求激增，而以传统半导体晶体管构成的逻辑门器件通过提高集成密度以提升算力的策略已经被应用接近极限。而光电逻辑门器件因其简单的结构与方便的可重构性有望在未来替代传统的逻辑门器件。当前光电逻辑门器件以或(or)门与异或(xor)门为主。光电或(or)门基于在相关波长下光电芯片产生光电流，与暗电流存在明显差异的特性构造。光电异或(xor)门基于在不同波长光照下，光电芯片产生光电流极性反转特性构造。本发明设计的可调谐型布尔逻辑门系统基于α/β-ga2o3纳米柱阵列基光电化学型芯片构造，可通过外加偏压(-0.11v或0.15v)与外加光波波长(225nm及265nm)控制逻辑门类型及其运算逻辑。现有的制作方法制作的布尔逻辑门系统不具有可调谐、不能在日盲紫外波段下零功耗工作的特点，工艺可控性差、操作复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种制备简单、成本低、灵敏度高、稳定性好，可通过入射光波长以及外部偏压可调谐的布尔逻辑门系统。

2、本发明的技术方案为：

3、一种基于αβ-ga2o3纳米柱的自供电可调谐布尔逻辑门系统，所述可调谐布尔逻辑门系统由α/β-ga2o3纳米柱阵列光电芯片、fto玻璃电极、石英电解槽、电解液和铂片电极组成，所述α/β-ga2o3纳米柱阵列位于所述fto玻璃表面并且面积为fto玻璃表面积(测试面)的75％，所述铂片电极为1cm×1cm，所述电解液为40ml。

4、一种基于αβ-ga2o3纳米柱的自供电可调谐布尔逻辑门系统的制作方法如下步骤：

5、(1)α/β-ga2o3纳米柱阵列基光电化学型芯片的制备:

6、制备α-ga2o3纳米柱阵列的水热反应是以ga(no3)3溶液作为前驱体，使用的是无水硝酸镓粉末，配制质量分数为0.2g/40ml的ga(no3)3溶液；

7、生长的ga2o3纳米柱阵列以单面镀有掺氟氧化锡导电层的玻璃(fto)为衬底，fto在使用前需要一系列的清洗，包括：1.在烧杯中使用丙酮超声清洗10分钟，以清除fto表面的有机污物；2.使用无水乙醇超声清洗10分钟，去除fto表面残留的污物和丙酮；3.最后再用去离子水超声清洗10分钟后，取出fto放入烘箱中烘干备用；

8、使用20ml的特氟龙内衬作为水热反应的容器，首先将清洗好的fto玻璃斜靠在特氟龙内衬中，避免其在反应过程中倾倒；再将配备好的ga(no3)3溶液倒入特氟龙内衬中，溶液液面的高度没过fto玻璃4分之3的位置即可，将装有样品的内衬放入不锈钢反应釜，密封完毕后，放入烘箱中开始水热反应，设置水热反应的温度为150℃，反应时间720分钟，在高温高压的环境下，硝酸镓溶液反应生成了gaooh；

9、最后，将长有gaooh纳米柱阵列的fto玻璃放入马弗炉中进行退火处理，以5℃/min的升温速度将gaooh纳米柱阵列在450℃的条件下退火处理240分钟，以获得α-ga2o3纳米柱阵列；然后将获得的α-ga2o3放入烧至700℃的马弗炉中进行不同时间的快速热退火处理以获得不同厚度的α/β-ga2o3；

10、(2)一种基于光电化学型芯片的可调谐的布尔逻辑门系统的制作：

11、通过电化学工作站，搭建电化学型光电器件，基于氧化镓纳米柱阵列的光电化学型自供电探测器是利用chi760e型电化学工作站测试的，电解质溶液的配制：在烧杯中称取naoh固体粉末，加入去离子水，搅拌均匀使naoh粉末充分溶解，获得0.1-0.5mol·l-1的naoh溶液，光电化学型光电探测器的构建：采用电化学工作站三电极体系，使用样品、铂片电极和饱和甘汞电极作为工作电极、对电极和参比电极，使用石英电解槽为测试容器，相比于普通烧杯，石英电解槽可以有效的减少光照的损失，加入40～60ml的naoh电解液，调整三个电极之间的位置，使它们之间的距离在2cm左右，尤其要保证光阳极与铂片对电极平行。

12、一种基于αβ-ga2o3纳米柱的自供电可调谐布尔逻辑门系统及其制作方法，所述α/β-ga2o3纳米柱阵列光电化学型芯片由铂片电极、饱和甘汞电极和电解液构成，对应了225nm～265nm波段的日盲紫外光谱，并且可以零功耗工作。

13、本发明的优点

14、1.本发明所制备的α/β-ga2o3纳米柱阵列基光电化学型芯片具有工艺可控性强、操作简单且重复测试具有可恢复性等特点，具有很大的应用前景。

15、2.本发明方法所制备的α/β-ga2o3纳米柱阵列基光电化学型芯片性能稳定、反应灵敏、暗电流小，构建的布尔逻辑门系统具有可调谐、可在日盲紫外波段(225nm～265nm)下零功耗工作的特点，在日盲紫外加密通信、日盲紫外探测、光电逻辑门期间领域具有很大的应用前景。

技术特征：

1.一种基于αβ-ga2o3纳米柱的自供电可调谐布尔逻辑门系统，其特征在于，所述可调谐布尔逻辑门系统由α/β-ga2o3纳米柱阵列光电芯片、fto玻璃电极、石英电解槽、电解液和铂片电极组成，所述α/β-ga2o3纳米柱阵列位于所述fto玻璃表面并且面积为fto玻璃表面积(测试面)的75％，所述铂片电极为1cm×1cm，所述电解液为40ml。

2.一种制备根据权利要求1所述的一种基于αβ-ga2o3纳米柱的自供电可调谐布尔逻辑门系统的方法，其特征在于，所述α/β-ga2o3纳米柱阵列光电化学型芯片由铂片电极、饱和甘汞电极和电解液构成。

技术总结
本发明涉及逻辑门系统，具体是指一种基于αβ‑Ga2O3纳米柱的自供电可调谐布尔逻辑门系统及其制作方法，本发明先通过水热法在纯净FTO玻璃上生长羟基氧化镓(GaOOH)，再经过多次退火得到α/β氧化镓(Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;)纳米柱阵列，之后以FTO玻璃为电极，将材料放入石英电解槽中，构建一个基于α/β‑Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;纳米柱阵列结构的光电化学型芯片，并以此芯片构造布尔逻辑门系统。本发明的优点是：所制备的α/β‑Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;纳米柱阵列结构光电化学芯片性能稳定，工作波段为225nm‑265nm的日盲紫外光谱波段，可零功耗工作，且灵敏度与响应度高，可应用于日盲紫外加密通信、日盲紫外探测、光电逻辑门等领域，具有很大的应用前景。

技术研发人员：郭道友,金硕,彭来湖,戴志锋,吴超,王顺利,胡海争
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5