本发明涉及一种纳米pn结阵列材料，具体涉及一种超低功耗、开启电压可调的ag/al（或au/al）球壳纳米阵列pn结材料。本发明还涉及一种超低功耗ag/al（或au/al）球壳纳米阵列pn结的制备方法。
背景技术：
1、从功放电路到芯片cpu，半导体器件是人们生活中最常见的能耗材料之一。其中，仅电脑芯片一项，全球1年的能耗就高达数千亿度电。半导体能耗问题不仅导致大量的能量被消耗，而且还带来严重的散热问题，如芯片功耗墙的出现，限制芯片性能的发挥。如何能够降低半导体器件的能耗，是目前半导体材料面临的一个挑战。
2、金属等离子共振是一种典型的金属纳米颗粒的光电效应，可以使金属纳米颗粒中的电子通过吸收光子能量，形成动能和迁移率更大的热电子-空穴对。最近，我们基于金属的等离子共振，在co/al双金属阵列中，实现了热电子-空穴对主导的室温半导体输运行为(doi:10.1063/5.0087808)。该阵列不仅拥有比金属阵列更低的电阻率，而且还可以实现将金属阵列n型（电子主导）输运到p型（空穴主导）输运的转变。基于金属纳米阵列热电子-空穴的输运性质，为突破现有半导体的功耗瓶颈，研发超低功耗半导体器件，奠定了良好基础。
3、半导体pn结是众多半导体电子器件的基本构件，如晶体管、集成电路、芯片、太阳能电池和光电探测器等等。超低功耗半导体pn结的实现，将有望大幅度降低基于半导体器件的众多产业的能耗。半导体pn结的功耗与其开启电压密切相关，开启电压越大，功耗也就越高。然而，传统半导体pn结的开启电压一般较大（硅基约为0.7伏，肖特基约为0.2伏），且难以调控。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种超低功耗ag/al（或au/al）双金属pn结阵列材料，它可以通过阵列底部纳米薄膜厚度实现对pn结开启电压（0.01-1.0 v）的调控，进而实现超低功耗的双金属pn结阵列。
2、为解决上述技术问题，本发明超低功耗、开启电压可调的ag/al（或au/al）双金属pn结阵列材料的技术解决方案为：
3、包括衬底、金属薄膜、聚苯乙烯胶体晶体模板、ag/al（或au/al）球壳阵列膜，金属薄膜位于衬底之上，聚苯乙烯胶体晶体模板位于金属薄膜之上，双金属球壳阵列膜覆盖于聚苯乙烯胶体晶体微球之上。
4、所述聚苯乙烯胶体模板由直径100-300 nm聚苯乙烯胶体微球组成；所述胶体晶体微球为六角非接触排列，最近邻球与球之间边缘距离为10-50 nm。
5、所述ag/al（或au/al）球壳阵列，ag（或au）厚度为5-15 nm附着于聚苯乙烯胶体微球之上，al厚度为50-100 nm附着于ag（或au）球壳之上；所述ag（或au）球壳阵列为六角非接触阵列，其最近邻球壳与球壳之间的间距为8-40 nm。
6、所述金属薄膜与ag/al（或au/al）阵列内壳层材质（ag、au）相同，其厚度为5-40nm。
7、所述衬底为玻璃、本征硅片、蓝宝石等导电性较差材料。
8、本发明还提供一种超低功耗ag/al（或au/al）双金属pn结阵列材料，其技术解决方案为，包括以下步骤：
9、第一步、对衬底进行清洗；
10、工序一、将衬底置于丙酮中超声清洗20分钟，然后用去离子水清洗多次；
11、工序二、将衬底置于乙醇中超声清洗20分钟，然后用去离子水清洗多次；
12、工序三、将衬底置于去离子水中超声清洗10分钟，取出放入乙醇中待用；衬底待用时间不大于7天。
13、第二步、在衬底上用磁控溅射合成金属薄膜；
14、将第一步清洗好的衬底放入高真空磁控溅射镀膜机中，将ag（或au）靶放置于磁控溅射靶位，抽真空，进行溅射镀膜；所述ag（au）靶的溅射功率为30瓦，预溅射时间为300秒，溅射时间为100-300秒。
15、第三步、在衬底上合成胶体晶体模板；
16、采用气-液界面合成法，使胶体球附于衬底表面，形成胶体晶体模板；具体方法为：
17、将胶体球溶液、去离子水和乙醇，按照一定的比例混合，形成混合溶液，超声10分钟；将上述混合液，按照气-液界面自组装的方法：即，先将一块石英片放置培养皿中，然后加去离子水直到液面刚好没过石英片表面，再用移液器将混合溶液滴到石英片上；胶体球在石英片边缘与去离子水发生界面作用，在表面张力的作用下，使胶体球浮于液体表面，形成规则的纳米结构膜；最后，用第三步镀有金属薄膜的衬底将其捞起，得到带有胶体晶体模板的衬底。
18、所述胶体球溶液为质量比10%的聚苯乙烯胶体晶体溶液；所述胶体球是直径为100-300 nm的聚苯乙烯胶体球。
19、第四步、胶体晶体模板刻蚀；
20、将第三步合成带有胶体晶体模板的衬底置于等离子清洗机中进行刻蚀；所用等离子清洗功率为7瓦，气压为310毫托，刻蚀时间为2-6分钟。
21、第五步、ag/al(或au/al)球壳阵列的制备；
22、将第四步得到的等离子刻蚀后的模板阵列，再次置于高真空磁控溅射镀膜机中；将ag（或au）和al靶放置于磁控溅射靶位，抽真空，进行溅射镀膜。
23、工序一，ag（au）球壳结构制备；
24、所述ag（au）球壳制备，其溅射功率为30瓦，沉积厚度为5-15 nm；
25、工序二，al球壳结构制备
26、所述al球壳制备，其溅射功率为60瓦，沉积厚度为50-100 nm；
27、所述ag/al(或au/al)球壳阵列的制备，先工序一后工序二；制备过程中，样品不要离开真空腔体。
28、本发明可以达到的技术效果是：
29、由于ag/al(或au/al)为金属，电阻率较低，导电性能良好；ag和au为贵金属，具有良好的等离子共振性能；本发明通过调控ag/al(或au/al)阵列底部ag薄膜的厚度，实现对其开启电压从1.0伏到0.01伏的调控。降低pn结开启电压，可以有效的降低其工作电压，进而带来超低功耗：如工作电压为1伏时，每万亿个pn结功耗约为3瓦；工作电压为0.1伏时，每万亿个pn结功耗约30毫瓦。本发明近零伏（0.01 v）开启电压的发现，在超低功耗半导体器件应用方面具有重要的现实意义。
30、本发明所制备的ag/al(或au/al)双金属阵列，内层ag（au）球壳为等离子共振层，内、外层金属间的互溶性越差越好。
1.一种超低功耗双金属纳米pn结阵列材料，包括带金属薄膜的衬底、聚苯乙烯胶体晶体微球模板、ag/al（或au/al）球壳阵列膜，胶体微球模板位于金属薄膜之上，双金属球壳阵列覆盖于模板之上；
2.根据权利要求1所述的超低功耗双金属纳米pn结阵列材料，其特征在于，所述双金属阵列内壳层沉积厚度为5-15 nm附着于胶体微球上、外壳层厚度为50-100 nm附着于内金属壳层之上。
3.根据权利要求1所述的超低功耗双金属纳米pn结阵列材料，其特征在于，所述衬底为硅片、玻璃、蓝宝石等导电性能较差衬底，所述金属薄膜厚度为5-40 nm。
4.根据权利要求1所述的超低功耗双金属纳米pn结阵列材料，其特征在于，所述胶体微球直径100-300 nm，球与球之间非接触排列，最近邻胶体球边缘间距为10-50 nm。
5.根据权利要求1所述的超低功耗双金属纳米pn结阵列材料及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：
6.根据权利要求2、3所述的超低功耗双金属纳米pn结阵列材料，其特征在于，所述双金属为非互溶双金属，所述衬底和内球壳金属为具有良好等离子共振金属，如au、ag等。
7.根据权利要求4、5所述的超低功耗双金属纳米pn结阵列材料，其特征在于，所述胶体微球为聚苯乙烯胶体微球，胶体球呈六角密堆排列，经等离子刻蚀后变为非密接聚苯乙烯胶体微球。
8.根据权利要求5、6所述的超低功耗双金属纳米pn结阵列材料，其特征在于，所述磁控溅射双金属阵列，为双靶位依次沉积。
