CN1829654B - 精确定位的纳米晶须和纳米晶须阵列及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米工程构件，其包括以预定空间结构位于基片上的超过大约1000个纳米晶须的阵列，该阵列例如用作光子带隙阵列，其中每个纳米晶须与与预定部位的距离不大于其与最近相邻晶须的距离的大约20％。为了制造该阵列，一催化材料块体的阵列置于所述表面上，加热并引入呈气态形式的材料，以便由每个块体产生催化籽粒，并由催化籽粒外延生长预定材料的纳米晶须，并且其中每个块体在熔化时与基片表面保持大致相同的界面，并使得导致块体在所述表面上迁移的力小于基片表面上的润湿界面处的保持力。

Description

精确定位的纳米晶须和纳米晶须阵列及其制备方法
相关申请的交叉参考
本申请要求享有2003年4月4日递交的申请号为No.60/459,989、2003年5月23日递交的申请号为No.60/472,721、2003年10月21日递交的申请号为No.60/512,771以及2003年11月26日递交的申请号为No.60/524,891的美国临时专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及由纳米技术制造的构件和装置。
特别是，本发明涉及这样的构件和装置，其包含至少一个主要为一维形式的元件，其具有纳米尺寸的宽度或直径，且由俗称的汽-液-固(VLS)机理所制成。为便于描述，所述元件被称作“纳米晶须”。
背景技术
纳米技术覆盖各个领域，包括认为以纳米尺度进行设计的纳米工程。这样可产生尺寸范围从原子尺寸的小装置到诸如在显微尺寸范围的更大尺寸的构件。通常，上述构件包括纳米构件。典型地，纳米构件为具有至少两个小于大约1μm的尺寸(即，纳米尺寸)的器件或装置。一般地，具有一个或多个厚度小于1μm的涂层的层状构件或堆积材料不会被认为是纳米构件。因此，所称的纳米构件包括具有两个小于1μm尺寸的自立或独立构件，其具有不同于较大构件的功能和用途，并典型地由不同于用于制备略大、即微米尺度构件的常规工序的方法制造。因此，尽管纳米构件类别的精确界限没有用特定数值极限予以限定，但该术语已经意味着本领域的技术人员容易识别的类别。在许多情况下，表征纳米构件的至少两个尺寸的大小的上限大约为500nm。在一些技术性文件中，术语“纳米构件”解释为涵盖具有至少两个大约100nm或更小尺寸的构件。在给定的上下文中，专业技术人员将会理解所指尺寸的范围。如上所述，在本申请中，术语“纳米构件”或“纳米晶须”意在表示具有至少两个小于大约1μm的横向尺寸的细长构件。
纳米构件包括一维纳米元件，其主要呈一维形式并具有纳米尺寸的宽度或直径，并通常被公知为纳米晶须、纳米杆、纳米线、纳米管等。
关于纳米晶须，公知通过俗称的VLS(蒸汽-液体-固体)机理使晶须形成在基片上的基本工序。基片上的催化材料、例如通常为金的微粒在特定气体中被加热，以形成熔体。在熔体的下面形成柱，并且熔体在柱的顶端升高。其结果是，形成顶部具有固化微粒熔体的所需材料的晶须。(参见E.I Givargizov，Current Topics in Materials Science，Vol.1，79-145页，North Holland Publishing Company，1978.)。这种晶须的尺寸处于纳米范围内。
尽管由正在生长的晶须的顶端处所存在的催化微粒催化的纳米晶须的生长通常被称为VLS(蒸汽-液体-固体方法)，但已经认识到，催化微粒不必处于液态来用作晶须生长的有效催化剂。至少一些证据表明，用于形成晶须的材料可到达微粒-晶须的界面处，并且即使催化微粒处于低于其熔点的温度并假定处于固态，所述材料也有助于生长晶须。在上述条件下，生长材料、如随晶须生长添加到顶端上的原子能够通过固态催化微粒的基体或沿着固态催化微粒的表面扩散到处于生长温度的晶须的生长顶端。显然，无论精确机理处于特殊温度环境、催化微粒组合物、计划的晶须组合物或其他与晶须生长相关的任何条件下，总体效果相同，即催化微粒所催化的晶须伸长量相同。为便于描述本申请，术语“VLS方法”或VLS机理或等效的术语意在包括所有这些催化工序，其中纳米晶须生长由与纳米晶须的生长顶端接触的微粒、液体或固体所催化。
国际申请No.WO 01/84238的图15和16中公开了一种形成纳米晶须的方法，其中来自气溶胶的纳米尺寸微粒沉积在基片上，并且这些微粒用作产生细丝或晶须的籽粒/籽晶(seed)。
对于本说明书而言，所述纳米晶须意在表示具有纳米尺寸的宽度或直径(或者通常为横断面尺寸)的一维纳米元件，所述元件已经由俗称的VLS机理制成。纳米晶须在本领域中也称作“纳米线”，或在上下文中，简称为“线”，并且在本申请中等同于术语“纳米晶须”。
晶须在基片上选定位置的定位对于晶须技术与当前半导体元件技术的结合是所期望的。
已经对纳米晶须的生长进行了若干试验研究，Hiruma等人报告了最重要的研究。它们在金属有机化学蒸汽沉积(MOCVD)生长系统中的III-V基片上长出III-V纳米晶须(参见K.Hiruma等人的J.Appl.Phys.74，3162页(1993)；K.Hiruma等人的J.Appl.Phys.77，447页(1995)；K.Hiruma等人的IEICE Trans.Electron.E77C，1420页(1994)；K.Hiruma等人的J.Crystal Growth 163，226-231页(1996))。这些研究依赖于退火金薄膜以形成籽粒。这样，可获得均匀的晶须宽度分布，其平均大小根据金涂层的厚度以及将该涂层转变成纳米微粒的方法控制。采用这种技术，很难单独控制尺寸大小和表面覆盖度。
Sato等人在1995年1月9日出版的Appl.Phys.Lett.66(2)中公开了一种生长四个纳米晶须的尝试，通过利用SiO2掩膜上四个单独的窗口确定每个晶须的位置或部位。随后移除该掩膜并开始生长。总的来说，其结果是在制造其中晶须相对于电子/光子器件充分精确定位的构件方面是不令人满意的，一个原因是由于使用形成籽粒的薄膜，使得纳米晶须生长部位不能精确定位。此外，由四个纳米晶须构成的构件不能伸长以包含大量纳米晶须，而这对于许多应用而言是必需的。
美国专利No.5,332,910公开了一种微型腔激光器，其包含多个设置在等于半导体杆所发出光线的约数整数倍距离处的半导体杆。在一个实施例中，聚焦的离子束用于从纳米晶须生长的基片上产生籽粒。在另一实施例中，借助MOCVD在SiO2掩膜的蚀刻孔内生长纳米晶须。
具有相当大兴趣的器件是光子带隙阵列。其包括位于基片上的大量元件(可以是凸起或孔洞)的阵列，并且这些部件具有与周围介质不同的折射率。可选区域MOVPE生长法(SA-MOVPE)用于研制二维光子带隙构件，但这些构件具有有限的应用性(参见Akabori等人的PhysicaE13，446-450页，2002年3月)。
已经进行了由碳纳米管形成光子带隙构件的工作，其中利用诸如自组装纳米球蚀刻和光学蚀刻工艺已经合成了单种阵列(参见K.Kempa等人的Letters，Vol.3，No.1，13-18页，2002年11月19日)。但是，管不是形成不同折射率区域的理想构件。
在其公开的内容在此引入作为参考的2003年7月7日递交的、系列号为No.10/613,071的未决美国专利申请以及未决国际申请PCT/GB2003/002929中，一种产生纳米晶须阵列的方法适用于光子带隙构件。
发明内容
总体来说，本发明包括一种纳米技术或纳米工程构件，其包括至少一个以处于预定尺寸公差范围内的位置精度定位在预定部位并充分适用于电子/光子器件的纳米晶须。
本发明进一步包括一种纳米工程构件，其包括多个呈预定空间结构的纳米晶须，所述纳米晶须在所述结构内设置于预定部位处并处于预定尺寸公差范围内。
本发明进一步包括一种纳米工程构件，其包括呈预定空间结构的大量纳米晶须阵列，该纳米晶须在所述结构内置于预定部位处并处于预定尺寸公差范围内。在本说明书中，“阵列”意味着大约1000个一维纳米元件的组件；在各种情况下，该阵列包括500个以上这样的元件，并通常可包括大约106个以上这样的元件。
本发明的这些构件具有许多应用，例如光子带隙构件、诸如场发射显示器的显示器、具有大量探测器/传感器的电子医疗装置或者诸如存储器电路的电子/光子器件，其中在所述电路中的预定位置处含有大量元件。在光子/电子电路中使用例如一个或多个纳米晶须且相对于电路的连接部分需要非常精确地定位该纳米晶须的情况下，本发明提供这样的定位机构。
本发明还包括制造这种构件的方法。
至少在一个优选实施例中，本发明包括一种制造包含至少一个位于基片上的纳米晶须的构件，所述方法包括：
在基片表面上提供至少一个催化材料块体(或主体)，其为所述表面上的预定位置处的预定材料，
退火所述基片，以移除表面氧化物以及由每个所述块体形成相应的催化籽粒，
加热并引入至少一种呈气态形式的材料，以便通过VLS工艺(如上所述)由每个催化籽粒外延生长预定材料的纳米晶须，以及
其中调节退火和纳米晶须生长条件，以便将纳米晶须维持在相对于所述预定位置的预定位置容差范围内。
退火步骤移除表面氧化物。该氧化层给出了不同于具有自由原子键的完美晶体表面的块体润湿特性。完美晶体表面能够更好地润湿块体而使其粘结。如果非均匀地移除固有氧化物，由于灰尘或其他变化，则可能以不期望的方式干扰纳米晶须的生长。根据本发明，已经发现，退火步骤在纳米晶须的精确定位中起到非常大的作用。已经发现，阵列中纳米晶须精确定位的障碍是催化块体可能从其预定部位移动。防止移动的一个问题是催化块体形成的催化籽粒。在退火步骤中，催化块体熔化且形成基片的界面，这样便吸收了基片材料的原子，从而与催化材料形成合金，进而形成了催化籽粒。吸收的材料越多，合金变得越接近共晶组分，从而能够获得更快的过饱和条件，以便于随后的纳米晶须生长。随着催化块体熔化，重要的是，主要由表面张力“润湿”因素限定形成的界面提供了用于将块体固定在其初始位置并允许原子在界面上适当扩散的表面区域。如果润湿不充分，块体倾向于形成仅具有很小界面的球体，并存在球体可能迅速地在表面上迁移的高危险性。或者，如果润湿效果过度，则块体可能伸出表面，从而存在纳米晶须在不期望的位置处分裂和生长的高危险性。
许多工艺参数在该问题上起作用。例如，虽然温度应足够高，以移除氧化物并提供清洁的基片表面，但温度不应过高而使得块体吸收过多的基片材料并“吃”进表面内。特别地，在半导体III-V或II-VI族材料的情况下，可能发生V或IV元素从基片上蒸汽，进而产生大量可能有助于块体迁移的自由原子键。为了抑制蒸汽，可在包含适当V或VI族材料的大气中进行退火。
另一重要因素是催化块体的初始形状和材料构成。块体在其初始状态下可包括催化材料、如金以及可以与催化材料、如铟形成合金并且有助于确定纳米晶须生长的过饱和条件的材料的分离区域。这样便降低了在形成籽粒时对块体与基片材料形成合金的需求，并由此增加了块体的稳定性以及对迁移力的阻力。优选地，可使用催化/合金化/催化材料的夹层。
至于块体的形状，已经发现，优选的形状为当熔化时在一定位置和区域内与基片保持基本相同的界面的形状。这样，随着块体变为催化籽粒，块体倾向于“粘附”在其原始位置，既不会扩散也不会减小可能导致在基片表面上迁移的接触面积。纯催化材料块体的优选形状为盘形，其具有3∶1的直径∶高度比；这使其熔化成理论上的完美半球体时提供相同的界面面积。在实践中，已经发现，10∶1和2∶1之间的比率是可以接受的。但是，已经发现，对于包含合金化材料区域的催化块体而言，由于降低了对催化块体和基片表面相互作用的需求，更高的比率如50∶1也是可以接受的。总体来说，在由催化块体形成催化籽粒过程中，润湿界面与基片表面之间的保持力应抵抗导致块体在表面上迁移的力。
因此，在第一方面中，本发明提供一种用于制造包含至少一个位于基片上的纳米晶须的构件的方法，所述方法包括：
提供一预定材料的基片，并在所述基片表面上的预定位置处提供至少一个催化材料块体，
加热并引入至少一种呈气态形式的材料，以便由每个所述块体生成相应的催化籽粒，以及通过VLS工艺(如上所述)由催化籽粒外延生长预定材料的纳米晶须，
以及其中每个所述块体这样设置，以使得在催化籽粒的形成过程中，导致块体在所述表面上迁移的力小于基片表面上的润湿界面上的保持力。
在另一方面中，本发明提供一种纳米工程构件，其包括预定材料的基片以及至少一个形成在基片表面上的预定位置处的催化材料块体，其中每个块体这样设置，以使得在加热和熔化以形成随后的纳米晶须生长所需的催化籽粒时，形成与基片的润湿界面，从而使得导致块体在所述表面上迁移的力小于由润湿界面提供的将块体保持在预定位置处的力。
至于催化材料块体的初始形成，这可由电子束光刻浮脱工艺所实施，或者从成本因素考虑，优选地由其中一印记被用于将块体限制在预定位置的纳米压印光刻(nanoimprint lithography)工艺所实施。
根据本发明，已经发现，确定精确定位的一个因素是纳米晶须发生成核的时间。“成核”意味着借助VLS方法进行外延生长的工艺的初始步骤，其中通过加热，在催化材料中吸收了纳米晶须材料的原子以形成合金，并且在达到过饱和条件时，在催化籽粒和基片之间的生长部位处开始形成纳米晶须。一旦实现该成核阶段，能够大大降低晶须从其生长部位移动的可能性。根据本发明，已经发现，该成核时间应当比迁移特征时间短。至于所述表面上的催化块体的迁移“特征时间”，其自然地依赖于块体和基片表面的材料组成。此外，其还依赖于温度，因为温度越高，生长部位附近的催化块体、基片表面、气体以及蒸汽越活跃，而这增加了移动的趋势。所述迁移也依赖于生长部位处引入的气态材料量，因为如果没有充足的材料或者如果在两种气态材料(例如包含III族元素的材料和包含V族元素的材料)之间存在不均衡，则可能发生移动。此外，迁移依赖于基片表面的状态以及易于参与生长过程的基片材料量。“特征时间”可表示为催化块体移动一定距离的时间。例如，该距离可以是从预定生长部位移动的最大期望容差。根据块体尺寸，例如其可以是块体移动等于其自身直径的距离所用的时间。可选地，所述距离可以是表示所需的定位精度的最近的相邻生长部位之间的距离的分数，例如10％。
本发明进一步提供一种制造包含至少一个位于基片上的纳米晶须的构件的方法，所述方法包括：
提供一预定材料的基片，
在基片表面上的预定位置处提供至少一个催化材料块体，
加热并引入至少一种呈气态形式的材料，以便借助VLS工艺由每个催化块体外延生长预定材料的纳米晶须，
以及其中调节纳米晶须生长条件，以使得所述预定位置处的纳米晶须的生长成核时间比基片表面上的每个块体的迁移特征时间短，从而将纳米晶须相对于预定位置保持在预定的位置容差范围内。
通常，纳米晶须为生长在基片上的包含III族金属，诸如铟、镓等的III-V化合物。但是，本发明不限于III-V化合物的生长，而是包含任何化合物，如II-VI(例如CdSe)和IV族半导体(Si，Ge)。
至于基片材料和纳米晶须的材料，其通常不相同，不过这些材料之间可能存在一些关系，以便获得满意的生长。因此，例如在基片为IV族材料、诸如硅和锗的情况下，则纳米晶须也可以是IV族材料。在纳米晶须为III-V材料或II-VI材料的情况下，基片可为也包含或包括III族或II族金属的材料。因此，例如当纳米晶须为磷化铟时，基片可为包括铟或镓的材料。
此外，已经发现，希望调节每个部位附近的气态纳米晶须材料的一个或多个元素的活性，以便调节纳米晶须的生长。例如，当III-V半导体化合物在生长时，优选调节V族元素如磷、砷等的活性。此外，如果该元素以气态形式存在于纳米晶须部位附近且具有过度的活性，则为了提供更多III族材料以平衡这种反应，可迫使催化块体在基片表面上迁移来“搜索”III族材料。类似地，如果V族材料的活性太弱，则可能不会出现适当的纳米晶须生长。对于其中有机金属分子在生长部位附近发生裂化的MOVPE工艺，这意味着对反应温度和气体体积的封闭式控制。但是对于CBE，V族分子在远离生长部位的裂化单元中发生裂化，并在选择生长温度和气体流速时具有更大的自由度。
根据本发明，上述方法制造的构件由具有预定空间结构的大量纳米晶须的阵列构成，所述纳米晶须在所述结构中置于预定部位处，以处于预定尺寸公差范围内。已经发现，如以下实例7中特别显示，其能够获得非常高的精度。典型地，所述精度为置于基片上的纳米晶须阵列中的纳米晶须的实际位置与目标部位的偏差不大于阵列中相邻晶须的目标位置之间的距离的3.6％。优选地，实际位置的偏差不大于阵列中相邻晶须的目标位置之间的距离的1％。
从另一方面看，根据本发明，各纳米晶须与其目标位置的位置偏差不大于晶须的直径，优选地小于直径的一半，更优选地小于直径的20％，进一步优选地小于直径的1％，甚至更优选地小于直径的0.5％。
根据本发明，已经发现，纳米晶须阵列以非常精确的几何结构制造，其中每个纳米晶须非常接近其目标位置或分配位置。这允许使用其中必须采用大量纳米晶须且非常精确地定位纳米晶须的构件阵列。所述构件可包括例如复杂的电路、显示系统或光子带隙阵列。这些构件的实例公开于我们在2003年7月7日递交的美国未决专利申请No.10/613,071中，其公开的内容结合于此作为参考。
对于光子带隙(PBG)阵列的特殊应用，其要求预定位置的规则几何形状、即具有预定周期性的点格的纳米晶须构件。所述周期依赖于PBG可接收的辐射波长，且典型地根据理想地位于具有大约1微米的最近相邻距离的格点上的轴设置纳米晶须。该光子带隙阵列中的纳米晶须的直径处于PBG晶格周期的大约10％-20％的范围内。相应地，这种阵列中的纳米晶须的直径通常为100纳米左右，例如处于大约100-200纳米的范围内。阵列中每个纳米晶须的位置与其格点的容差或容许偏差处于PBG晶格周期的大约5％的量级，即对于1微米晶格大约为50纳米。
本发明适用于任何借助VLS工艺进行纳米晶须外延生长的方法。一种特定优选的外延工艺为MOVPE(MOCVD)。另一优选的外延技术为化学束外延法(CBE)，其中有机金属分子引入到处于低压的反应腔内，以使得分子形成指向生长基片的束。在我们于2003年7月7日递交的美国未决专利申请No.10/613,071中详细描述了这种技术，其公开的内容结合于此作为参考。采用CBE，则增加了获得精确定位纳米晶须的适当生长条件的难度。
作为在生长过程中控制催化块体在基片表面上的迁移的措施，优选地提供一种适宜惰性材料的掩膜。所述掩膜可用作完全覆盖基片和催化块体的覆层；当加热时，催化块体渗入掩膜材料中，以允许纳米晶须生长。可选地，所述掩膜具有开孔，每个开孔包含一个催化块体。这可借助例如光刻技术予以实现。
在另一方面，本发明提供一种制造包含位于基片上的至少一个纳米晶须的构件的方法，所述方法包括：
提供一基片，
在所述基片的表面上提供至少一个催化材料块体，每个块体位于所述表面上的相应预定位置处，
在所述基片表面上提供一掩膜，
加热并引入至少一种呈蒸汽形式的材料，以便借助化学束外延法和VLS工艺(如上所述)由每个催化块体生长具有可控高度、直径和位置的纳米晶须，并且其中所述掩膜抑制基片表面上的生长和催化块体的横向移动。
当使用带孔的掩膜时，希望该孔具有充分小的尺寸，以便抑制形成于孔内的催化块体从其预定位置的迁移或移动。通常，在掩膜制造过程中，形成带孔掩膜并随后在孔中沉积催化材料。期望所述块体具有充足的厚度(通常希望1∶3的高度∶直径比)，并在初始工艺步骤中加热催化块体而产生籽粒，以及通常处于熔化形式的籽粒与掩膜边缘的距离小于自身直径。掩膜边缘对籽粒形成机械屏障，并且因为催化材料没有“润湿”掩膜，根据表面张力特性，这使得催化块体有效地束缚于其预定位置处。借助这种限制，催化块体在基片表面上的迁移相对于没有掩膜的情况显著减小。
在另一方面中，本发明提供一种纳米构件，其包含至少一个位于基片上的纳米晶须、预定材料的基片、位于基片表面并由其他材料构成且具有至少一个处于预定部位并具有预定直径的开孔的带孔掩膜、以及从该开孔或每个开孔凸出的纳米晶须，基片表面上的每个纳米晶须的基部与限定每个孔的掩膜边缘具有一定距离，其大约小于纳米晶须的直径。
至于根据本发明采用CBE工艺的另一实施例中所生产的光子带隙阵列或光子晶体，如我们在2003年7月7日递交的美国未决专利申请No.10/613,071中所述，提供三维光子带隙阵列构件，其中阵列的每个纳米晶须形成为如下所述由具有不同折射率的两种材料构成的一系列交替段。
在另一实施例中，由其间具有突变异质结的不同材料段形成光子晶体的每个纳米晶须，以便在用作LED的纳米晶须中提供量子点。通过连接适当的触点激活至少一个LED构件，以提供使光传输通过光子晶体构件其余部分的光源。
附图说明
现在参照附图描述本发明的优选实施例，其中：
图1(a)为本发明第一实例的SEM显微图，其具有光子带隙阵列生长形成之前的单一六边形单元。在基片表面上可以看到大约125nm的直径和45nm的厚度的金点。图1(b)为与图1(a)相同但在生长之后的构件。所显示的线具有140nm的顶部直径以及200nm的底部直径。长度大约为1μm(45°视角)。
图2为本发明第二实例中使用的NIL印记的倾斜SEM显微图。所述印记通过1英寸Si晶片制造，并采用Cr作为掩膜，以在中进行SF6/O2干蚀刻。每个柱体具有300nm的高度以及大约200nm的顶部直径。柱体被设置成具有1μm的最近相邻距离的六边形图案；
图3为根据本发明第一实施例的高密度细线阵列的SEM图像，所述阵列由本发明的第一实例所制成。该线具有3μm的长度和50nm的顶部直径以及更厚的底部直径。图像以45°和20°倾角拍摄，以分别形成主图像和插图；
图4包括纳米线蜂窝格状构件的顶视图(a)和45°倾斜示图(b)。缺陷工程的可能性已经被使用，以产生波导状构件；
图5示出了由具有不同厚度—高度比的金点所生长的纳米线，其中所述厚度固定在17nm。从原始点直径的左边开始依次为50，100，200，400和800nm；
图6a和6b为根据本发明催化材料块体在熔化以形成催化籽粒之前和之后的示意图；
图7a-7e示出了根据本发明的第二实施例基片上的催化微粒在掩膜孔内形成的步骤以及通过CBE工艺进行的纳米晶须的连续生长；
图7f为CBE腔的示意图；
图8为从上部和向一侧倾斜的方向观看的本发明的第三实例的SEM，示出了用于定位催化籽粒的掩膜的使用；
图9示出了本发明第四实例的SEM：图9a：涂覆有7nm SiOx层的具有45nm Au的GaAs(111)B。以450°加热15分钟。图9b：具有45nmAu的GaAs(111)B。以450°加热15分钟；
图10示出了本发明的第五实例的SEM。图10a：具有45nm Au-In-Au夹层的InAs(80)。以450°加热20分钟。原始金属盘尺寸为540nm。图10b：与左边的例子相同但具有纯金；
图11示出了本发明的第六实例的SEM。图11a：具有45nm Au-In更大Au夹层的GaAs(91)B。以450°加热15分钟。图11b：一个放大特征的特写。原始盘的直径为2μm，意指d＝48t的形状；
图12示出了用于提供三维光子带隙构件的本发明的第三实施例；
图13示出了用于提供光子带隙构件中的LED光源的本发明的第四实施例；
图14示出了用作NIL印记的本发明的第六实施例；
图15示出了根据本发明制备的纳米晶须阵列的平面图，其示出了为形成大阵列的精确定位的纳米晶须；
图16示出了具有所示纳米晶须的实际位置和格点位置的图15中阵列的放大平面图；
图17为从图16中格点看的纳米晶须的实际位置的偏差的柱状图。
具体实施方式
如上所述，本发明提供一种用于制造包含至少一个位于基片上的纳米晶须构件的方法，其中借助VLS方法生长纳米晶须。为了获得定位纳米晶须的所需精度，催化籽粒必须精确定位在基片上，且在纳米晶须于基片上由催化微粒占据的位置处开始生长之前不能移动任何有效距离。在本发明的一些实施例中，催化籽粒形成在掩膜上的开孔内，所述掩膜形成在基片表面上，并且在晶须生长开始时，所述微粒限制在掩膜开孔内。在其他实施例中，催化籽粒设置在基片表面上的预定位置处，并且微粒在这种情况下熔化，以使得形成纳米晶须且由气体供给的原始材料与催化微粒形成熔化的合金并在基片表面上结晶，以提供纳米晶须生长的晶核。调节包括温度、催化微粒的组分、氧化物的表面覆盖度等的成核与生长的条件，以使得在催化籽粒形成过程中，导致熔化微粒块体在基片表面上迁移的力小于催化微粒与基片表面之间的润湿界面所提供的保持力。
因此，如上所示，在本发明的一个实施例的方法中，实施移除表面氧化物的退火步骤。由于熔化催化金属块体的润湿特性，表面氧化物层具有不同于具有自由原子键的完美结晶表面的表面特性。完美结晶表面更好地润湿催化块体，从而提供趋于将催化微粒保持在基片表面上的固定位置的表面力。如果不均匀地移除固有氧化物，由于灰尘或其他变化，可能以不期望的方式干扰纳米晶须的位置和生长。根据本发明的至少一个实施例，已经发现，退火步骤在纳米晶须精确定位中起到了重要作用。已经发现，阵列中纳米晶须精确定位的一个障碍是催化块体可能移离其预定部位。防止移动的一个问题是由催化块体形成催化籽粒。在退火步骤过程中，催化块体熔化并形成与基片之间的界面，这样便吸收了基片材料的原子而与催化材料形成合金，进而形成催化籽粒。吸收的材料越多，且合金的成分越接近共晶成分，便能够更快地获得随后的纳米晶须生长所需的过饱和条件。当催化块体熔化时，优选的是，由表面张力“润湿”因素限定形成的界面提供用于将块体保持在其初始位置并允许原子在基片催化微粒界面上适当扩散的表面区域。如果润湿不充分，块体倾向于形成仅具有小界面的球体，而存在球体可迅速地移过表面的高危险性。或者，如果润湿效果过度，则块体可能伸出表面，从而存在纳米晶须在不期望的位置处分裂和生长的高危险性。
许多加工参数在该问题上起作用。例如，虽然温度应足够高，以移除氧化物并提供清洁的基片表面，但温度不应过高而使得块体吸收过多的基片材料并“吃”进表面内。特别地，在半导体III-V或II-VI族材料的情况下，V或IV族元素可能从基片中蒸发，进而产生大量有助于块体移动的自由原子键。为了抑制蒸发，可在包含适当V或VI族材料的气氛中进行退火。
另一重要因素是催化块体的初始形状和材料构成。块体在其初始状态下可包括催化材料、如金以及可以与催化材料、如铟形成合金并且有助于确定纳米晶须生长的过饱和条件的材料的分离区域。这样便降低了在形成籽粒时对块体与基片材料形成合金的需求，并由此增加了块体的稳定性以及对迁移力的阻力。优选地，可使用催化/合金化/催化材料的夹层。
至于块体的形状，已经发现，优选的形状为当熔化时在一定位置和区域内与基片保持基本相同的界面的形状。这样，随着块体变为催化籽粒，块体倾向于“粘附”在其原始位置，既不会扩散也不会减小可能导致在基片表面上迁移的接触面积。纯催化材料块体的优选形状为盘形，其具有3∶1的直径∶高度比；这使其熔化成理论上的完美半球体时提供相同的界面面积。在实践中，已经发现，10∶1和2∶1之间的比率是可以接受的。但是，已经发现，对于包含合金化材料区域的催化块体而言，由于降低了对催化块体和基片表面相互作用的需求，更高的比率如50∶1也是可以接受的。总体来说，在由催化块体形成催化籽粒过程中，润湿界面与基片表面之间的保持力应抵抗导致块体在表面上迁移的力。
特别地，鉴于催化微粒迁移可能性基础上的生长条件的不同效果，优选调节纳米晶须的生长条件，以使得预定位置处的纳米晶须生长成核时间比基片表面上的各块体的迁移特征时间短，以便将纳米晶须保持在相对于所述预定位置处的预定位置容差范围内。
鉴于上述讨论，专业技术人员将认识到，在为最小化催化微粒在基片表面上的迁移趋势的选定条件中包含许多实验参数或因素。但是上述披露内容教导出，专业人员能够选择适于获得基片表面上的催化微粒位置的所需稳定性的条件。所述条件包括确保导致催化微粒或块体在表面上迁移的力小于基片表面上的润湿界面处的保持力，以及确保生长成核所需时间小于基片表面上的催化微粒或块体的迁移特征时间。
概括地说，如上所述，本发明的方法能够提供一个或多个精确定位在基片表面上的预定点处的纳米晶须。所述精度可扩展到表面上相对彼此之间和/或预定参考点精确定位并包含非常多的纳米晶须的阵列(“纳米工程构件”)、甚至等于106或更多纳米晶须的阵列的形成。
给定的实际实施例中所需的精度可根据应用的特定需求以及所用的纳米晶须或纳米晶须阵列尺寸进行变化。本领域的技术人员也将认识到，变为催化微粒的纳米块体材料的初始位置受形成和操作小物体中的难度所引起的限制。因此，诸如本领域中的传统光刻技术可以达到且用于此处所述实例的精度受公知的抗蚀层的物理和化学性质、特定图案曝光设备的分辨率等的限制。例如，可相对容易地制造具有500nm左右尺寸特征的图案；但具有20nm左右尺寸特征的图案很难制造及精确定位在表面上。
纳米尺度生产的特殊构件的分析可能也是困难的，并由可获得的观察设备、如扫描电子显微镜(SEM)的分辨率所限制。
但是，根据本发明，可精确控制本发明的方法所形成的纳米晶须在基片表面上的定位，以在给定应用中获得所需的精度。例如，如果制备相对大直径、诸如200nm-500nm(或更大)的纳米晶须，纳米晶须自身尺寸的变化可能大于其置于表面上的精度。但是，对于小的纳米晶须，如20nm等的纳米晶须，其位置精度可能由催化微粒(例如通过光刻技术)置于基片表面上的精度限制。
无论如何，根据本发明的方法，纳米晶须在基片表面上定位的精度可通过催化块体精确定位予以实现，并且不会由于生长工艺而显著降低。
纳米晶须在基片表面上定位的精度也可根据纳米晶须本身的直径予以限定。这种限定在多个纳米晶须之间间隔相对紧密、例如相邻纳米晶须之间的间隔为其几个直径的距离的情况下更加有用。在此标准下，根据本发明，定位纳米晶须以使得相邻纳米晶须之间的距离与预定距离的偏差不大于纳米晶须的直径的20％。优选地，所述偏差小于纳米晶须的直径的大约10％，且更优选地小于纳米晶须的直径的大约5％。
以上讨论了根据预定尺寸的百分比偏差限定纳米晶须及其阵列的精度，因为这种限定通常在特定的实际应用中非常有用。此外，根据预定尺寸的百分比偏差的这种限制可考虑例如通过光刻或用于测量微粒位置及分析这些位置与预定参考点的偏差的技术定位催化微粒过程中的精度。因此，在特定实施例中，以线性尺寸限定的精度可能与另一实施例中限定的精度。在任何情况下，纳米晶须与预定参考点的位置偏差小于几个纳米，例如小于大约20nm，优选地小于大约10nm，且最优选地小于大约5nm或更小。
如上所述，催化籽粒可包含用于生长纳米晶须进而与催化金属形成合金的元素。例如，催化微粒可以是在金催化微粒中包含一定比率的III族元素和V族元素的合金。如果沉积在基片表面上的催化块体为纯材料，例如为纯金或催化金属和生长材料的非完全饱和合金，则催化微粒可开始时腐蚀基片并溶解一些生长材料，以形成完全饱和合金。因为材料从基片的这种溶解不会各向同性地进行，故催化微粒能够在纳米晶须的催化生长开始之前相对于其初始位置稍微偏移。这种偏移明显地降低了纳米晶须在基片上的定位精度。因此，优选在加热生长阶段开始之前在沉积于基片表面上的催化块体中加入至少一些生长材料。例如，这可通过沉积包含至少一层催化金属如金以及形成纳米晶须的生长材料层如III-V化合物的层叠催化块体实现。当生长步骤开始时，催化材料和生长材料立即形成合金，从而最小化催化微粒腐蚀基片的趋势。显然，结合任意量的生长材料均倾向于降低催化微粒腐蚀基片的趋势。但是，尽管不排除可能希望一些基片的局部溶解、例如以提供纳米晶须基部的更完美界面，通常优选在所沉积的催化块体中加入足量的生长材料，以至少形成完全饱和合金。
本发明的一个优选实施例为一种光刻制造方法，其用于合成具有单线控制的垂直纳米线的阵列。电子束光刻(EBL)以及金属浮脱(lift-off)法用于限定金盘的图案，其通过退火转变成生长催化纳米微粒。随后，利用金属有机物汽相外延法(MOVPE)生长纳米线。
实例1
由n型InP(111)B晶片制备一些样品。选择(111)B的基片取向是因为公知优选的线生长方向为(111)B。利用丙酮和异丙醇(IPA)在旋转器上清洁样品。随后涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光致抗蚀剂并利用标准的EBL技术将盘形图案转印在抗蚀剂层上。在用甲基异丙酮(MIBK)显影且用IPA冲洗之后，简要地用氧等离子体处理样品，以从曝光区域移除任何抗蚀剂残留物。在等离子处理之后，以4％氢氟酸对其蚀刻20s，以移除表面氧化物。随后，立即将样品转移到真空腔内，在所述腔内通过热蒸发沉积金膜(厚度范围为17至45nm且直径为125nm)。通过石英水晶监视器测量所述厚度。以热丙酮溶解光致抗蚀剂层10分钟进而再在热IPA中溶解5分钟后进行金属浮脱之后，获得图1(a)中所示的构件。随后，样品被转移到层流MOVPE反应器单元并被放置在石墨基座上。使用压强为100mbar(10kPa)的6l/min的氢载体气流。为反应器单元施加摩尔份数为1.5×10-2的恒定磷化氢气流，并在生长之前以580℃的温度退火样品10分钟。在此步骤中，解吸表面氧化物并且基片表面上的金盘与InP基片形成合金。进而，温度下降至400℃并在三甲基铟(TMI)引入反应器单元时纳米线开始生长。使用3×10-6和6×10-6之间的摩尔份数的TMI，其给出了处于2500和5000之间的V/III(PH3/TMI)比率。生长时间确定了线长度并且典型的选择为8分钟。图1(b)示出了生长之后的图1(a)中的构件。所述线具有140nm的顶部直径以及200nm的底部直径。进而利用15kv条件下运作的JSM 6400F场致发射扫描电子显微镜实施样品特征化。通过扫描电子显微镜(SEM)在生长前后的比较可以看出纳米晶须已经基本在催化微粒的位置处生长。
实例2
本实例以纳米压印光刻(NIL)为基础。NIL在许多方面能够产生与电子束光刻(EBL)同等的结果，但其使用相当低的成本且具有更高的产量。NIL用于构图具有生长催化金微粒的InP基片。进而，通过蒸汽-液体-固体(VLS)生长方法在金属有机物汽相外延(MOVPE)系统中实施垂直对准的InP纳米线的生长。所选择的材料为InP，但所述方法用其他III-V材料同样有效。利用(111)B基片取向，因为纳米线优选的方向为<111>B并且希望垂直对准阵列。
利用EBL和干蚀刻工艺在1英寸的Si晶片上形成用于纳米压印工艺的印记。使用包含ZEP520A7/PMMA950k的双层抗蚀剂，以20pA的探测电流并以35kV对其曝光。在抗蚀剂显影之后，热蒸发30nm的铬并且其在热的微定位移除器S-1165(Shipley)中浮脱。随后，金属层用作产生印记的形态构件的蚀刻掩膜。SF6/O2化学中的反应离子蚀刻用于产生原子力显微镜(AFM)所测量的300nm高的构件。所述柱以具有1微米的最近相邻距离的六边形图案设置。借助湿蚀刻移除残余的Cr。进而，借助氮气氛的十三烷氟-(1，1，2，2)-四氢辛基三氯硅烷(F13-TCS)的单沉积层将印记处理成具有防粘特性。图2中示出了使用后的印记的扫描电子显微镜(SEM)图像。
为了用催化金点构图所述基片，使用压印之后进行金属蒸发和浮脱。使用浮脱层(LOL)和PMMA的双层抗蚀剂方式。首先，旋转涂覆200nmLOL薄膜并以180℃对其进行软烘烤。在顶部沉积100nm的PMMA 50k并对其烘烤。以220℃、50巴以及3分钟的固定时间实施压印。随后，样品在MF319中显影之前于5mBar的氧等离子中持续12s而被灰化。显影剂各向同性地溶解LOL并进而产生良好材料浮脱所必需的底切轮廓。随后以5mbar的氧等离子简短地处理样品12s，以便从压印区域中移除任何抗蚀剂残留物。在等离子处理之后，以4％的氢氟酸蚀刻样品20s，以移除表面氧化物。进而立即将样品转移到其中通过热蒸发沉积有40nm厚金属薄膜的真空腔。随后在移除器S-1165中的热板上实施金属浮脱。
然后，利用层流MOVPE系统使得纳米晶须在NIL限定的样品上生长，在所述系统中，样品放置在RF-加热的石墨基座上。使用100mBar(10kPa)压力的6l/min的氢载体气流。对反应器单元施加1.5×10-2摩尔份数的恒定磷化氢气流，并在生长之前以580℃的温度退火所述样品10分钟。在该步骤中解吸表面氧化物并且基片表面上的金盘与InP基片形成合金。随后将温度降至400℃，在三甲基铟(TMI)引入反应器单元时纳米线开始生长。使用3×10-6摩尔份数的TMI且生长时间为16分钟。进而利用15kv条件下运作的JSM 6400F场致发射扫描电子显微镜实施样品特征化。
光刻方法在设计上提供相当大的自由度并可设想适用于各种应用的许多不同图案。图3和4中示出了本发明第一实施例的具有不同线密度和不同线直径的两个构件。在图3中，示出了高密度阵列的扫描电子显微镜(SEM)图像。该8×8μm2的阵列包括具有250nm的最近相邻距离的六边形单位晶胞。催化微粒由具有45nm的直径和17nm的厚度的金盘构成。将在下文中说明厚度与直径的比率的重要性。在生长之后，产生的线具有大约3μm的长度以及50nm的顶部直径，而底部直径(从实际线开始位置处、重“脚”的正上方测量)更大，大约为110nm。插图示出了各线的形状。
图4中的构件为光子晶体领域的图案。在光子晶体中，电磁波经历产生光子带隙的介电常数的周期性调制，所述光子带隙类似于半导体中的电子带隙。对于二维光子晶体，这意味着特定波长的电磁波不会在该平面中传播。但是，光子晶体中的缺陷允许在带隙中存在电磁模式并且通过设计这些缺陷能够控制光流并能够获得诸如激光腔和波导等装置。图4为纳米线基的光子晶体构件的一个实例。该图案包括在空气中具有高折射率的柱，其形成具有异常大的光子带隙的蜂窝晶格。根据11.4的介电常数，选择500nm的线距离和140nm的线直径，其被计算，以给出500nm附近波长范围内的光子带隙。所述方法的光刻特征很容易通过改变一些线的直径或排除一些线将缺陷引入光子格中，如图3所示。在生长之前将47nm厚度的金盘直径选定为125nm，生长之后的顶线直径选定为140nm的所需数值。所述线长度大约为1μm。
对于理想纳米线阵列生长参数，诸如籽粒的形状、气流和生长过程中的温度必须被优化。由每个金点产生单一垂直纳米线的能力强烈地依赖于籽粒的形状。图5示出了具有17nm的厚度和不同直径的盘所获得的结果。生长之前的盘从左边开始的参数大约为50，100，200，400和800nm。总的趋势很清楚：薄盘倾向于裂化并形成许多催化微粒，而具有较大厚度-直径比的盘更稳定。1/3附近的经验厚度-直径比给出了良好的结果(与不改变直径的情况下在退火过程中转变成熔化半球体的非常简单的盘模型相符)。在图5中，最左边的构件的纵横比是优化的；但是，从左边开始的具有1/6比率的第二个构件也显示出了良好的结果，其表示确定的容差。具有非常高的厚度直径比的另一极端可能被期望，以在更加像柱子的构件的退火过程中转变成半球体时引起部位控制的问题。如果具有不同参数的线需要处于同一构件内，例如用于光子晶体应用，多个EBL构图以及金属蒸发可能是必需的，以获得每个线直径的最佳纵横比。催化微粒包括金以及在熔合过程中从基片加入的一定量的铟。对于第一近似值，线直径由该催化微粒直径所限定。但是，所述晶面上的主要生长机理仅对顶部直径适用。如在先调查报告中所报道，基部通常较大并且可观察到线的锥度。锥度在较高温度下变得更大，因此对于杆状线而言，低生长温度是优选的。图3和4中示出的构件包含低密度的不希望的缺陷。所述缺陷由不希望位置处成核和生长的晶须或线以及生长过程中改变生长方向(扭折)的线所引起。观察温度和V/III比率，以影响线扭折趋势。对于V/III比率，可观察到两个极端：低V/III比率引起频繁的线扭折，而高V/III比率引起与线成核以及低的线生长率相关的问题。当V/III比率保持恒定时，对于低温，线扭折的问题也更加严重，而这与之前报告过的结果相符。因此，如果需要高的纵横比、杆状线或晶须，则必须在最小化锥度影响的低生长温度与避免扭折的较高温度之间找到一种折衷。发现400℃的温度适于基于InP线的这些构件。此外，制造参数的进一步优化应当最小化这些缺陷的存在，或者将其全部消除。
该实例示出了垂直InP纳米线的高度均匀阵列的合成，如图3和4所示。这些线分别源于催化金微粒并且所述方法提供对于线的位置、直径和长度的控制。这种制造技术对于纳米线与特殊应用的积木一样重要。基于纳米装置阵列的应用可包括产生二维光子晶体以及具有纳米线阴极的FED(场致发射显示器)。与接触垂直站立线的技术相结合，单纳米线元件(例如SET和RTD)能够结合以形成更复杂的装置。
该实例示出了用于实现阵列中的纳米晶须的高位置精度的MOVPE(MOCVD)方法的使用。运用MOVPE工艺，因为反应腔内相对高的压强(10毫巴)，与TMI蒸汽一起出现的相对大量的铟存在于纳米晶须生长部位。一附加因素为工作温度。对于MOVPE，工作温度选择在大约400℃的相对低的数值，以便在基片表面上存在很少的大块生长。但是，在TMI裂化后释放的铟离子可长距离地移动至生长部位。
一附加因素为磷气在生长部位裂化时存在的磷离子的活性。选择工作温度，以使得所述活性与生长部位处存在的铟的数量相匹配，以便保持生长而不会通过从其预定部位移动迫使催化微粒聚集更多的铟。
根据本发明的另一生长纳米晶须的方法为化学束外延法(CBE)，其披露于我们在2003年7月7日所递交的美国未决专利申请No.10/613,071中。在CBE中，反应腔内的压力比MOVPE显著低几个数量级，基本一束材料、TMI和气态磷用于磷化铟的形成。包含分裂分子的磷远离生长位置。这暗示因为工作温度和磷的活性可以分开，从而能够较容易地控制该方法以及保持催化微粒的位置精度。
已经发现，无论是否使用掩膜，沉积在基片上的块体的初始形状对于由块体形成的催化微粒的精确定位非常重要。图6示出了理想情况，其中熔化的块体准确地占据与初始块体相同的表面区域。图6a示出了形成为盘形的金催化块体，并且图6b示出了盘的熔化已经产生了完美半球形。忽略金液滴吸收基片材料的事实，计算显示，在与初始盘相同的熔化液滴中，为在与基片的界面处保持相同直径，该直径应为金层厚度的三倍。使未准备好的量为加热之前的量而准备好的量在加热之后的量。t为金的厚度而r为半径。体积V和V′假定相同：
V＝V′
πr2×t＝4πr3/3·2
T＝2r/3或d＝3t
实践中，已经发现，12∶1和2∶1之间的d∶t比率可产生令人满意的结果。
虽然能够通过准确和精确控制CBE工艺中的操作参数来提供纳米晶须阵列中准确定位的纳米晶须，但根据本发明的第二实施例，可选且优选的技术是在基片表面上设置掩膜，其执行两个功能，首先是防止表面上大块生长，其次是抑制催化微粒的移动。根据本发明的掩膜被称为外延掩膜(外延抑制剂)。
转至图7a，具有(111)表面的砷化镓基片20上形成有外延掩膜22。基片可以是无机材料，如二氧化硅，或者是商业上可获得的各种类型的有机聚合物材料。
如图7b所示，光致抗蚀剂材料24涂覆在层22上并利用如电子束对其构图。随后蚀刻光致抗蚀剂材料，以产生图7c所示的预定图案，其中在光致抗蚀剂材料中形成多个孔，以及产生用于限定纳米晶须生长的预定部位的底层外延掩膜。
随后，如图7d所示，在标号30所示的位置施加预定深度的金层。随后的蚀刻工序移除光致抗蚀剂材料层24以及标号30处的金，以便留下具有位于每个部位孔30内的预定深度(孔宽度的三分之一)的金的外延掩膜22(图7e)。
如图7e所示，在适当的清洁操作之后，基片被传送到如图7f所示的CBE反应腔34中。基片20安装在与加热器38相连的金属样品支架36上。在腔的周围，环40填充有液氮，以提供低温围带。设置真空泵42。
液相TMIn、TBP源44、46存储在恒定温度的浴槽内，并通过控制液体源的温度调节液体上方的蒸汽的部分压力。通过与液体源注入器50相连的管组48将蒸汽送入腔体内。液体源注入器50将稳定且均匀强度的分子束注入腔体内。III族材料、即镓在基片表面上分解。与此相反，在注入器内以高温将V族磷材料注入生长腔之前，V族磷材料分解。这些注入器称为分裂单元并且其温度保持在900℃。源束直接撞击加热的基片表面。分子从基片表面获得足够的热能，以分离其所有的三个烷基，而在表面上留下基本原子，或者以未离解和部分分离的形状驱散分子。这些工艺的优势依赖于基片的温度以及分子的到达率。在较高的温度下，这种生长率阻挡部位的解吸。
通过提供掩膜22，防止退火步骤中以及纳米晶须生长步骤中的不均衡引起基片表面上金催化籽粒的移动。当形成籽粒时，其与掩膜孔外边缘的距离小于纳米晶须的直径。这同样适用于所产生的纳米晶须。
实例3
如图8所示，27nm厚的氮化硅掩膜形成在InP基片上。通过光刻工艺在掩膜中形成圆形孔。在掩膜内的圆形孔中形成金催化微粒。由金催化微粒生长纳米晶须。纳米晶须基本填充了掩膜孔，并在纳米晶须和掩膜孔边缘之间具有狭窄间隙。
实例4
金催化微粒形成在GaAs基片上。通过在微粒即将形成之前在整个构件上沉积薄的SiOx氧化物，能够限制金微粒在基片上的移动。示出了两个样品的图9a和9b中示出了上述结果。其制造方法和热处理是相同的。唯一的差别在于图9a具有薄(7nm)的SiOx氧化物层。该氧化物从SiO源热蒸发。依赖于蒸发腔内的真空条件，样品上的氧化物为SiO或SiO2。可以看出，在加热时，薄的氧化物明显改变了样品的特性。尽管是三角形式，但可以看出迁移降低了很多。熔体在氧化物下沿着该表面迁移。可以看到原始盘，其表示氧化物在金盘上形成一个外壳。借助覆盖的氧化物可实施连续的晶须生长。这意味着以典型地为550℃的生长温度移除氧化物。
实例5-InAs(100)基片
对于451℃具有38.4％的In的Au-In混合物，存在共熔点。该成分以45nm厚的薄膜蒸发在样品上。Au和In不能同时一起蒸发，因此使用分别具有大约14∶17∶14nm厚度的Au-In-Au夹层。纯金的样品也被制造，以作为对照。随后以455℃加热样品20分钟，并可从图10a和10b中看出结果。图10a示出了具有Au-In-Au夹层的样品，而图10b示出了具有纯金的样品。具有In的样品在表面上形成液滴，其不必从基片表面上混合许多In。在纯金的情况下，必须混合许多In，并且液滴将向下深入基片中。因此，没有在表面上形成液滴，且液滴的顶部几乎与所述表面齐平。液滴遵循晶体对称性。从(100)表面的矩形构件可以理解正方形以及有时为矩形的形状。根据右手定则，特征尺寸越小，其越倾向于遵循晶体对称性。最大构件保持完全的圆形，而最小的构件几乎完全为矩形。尽管具有Au和In混合物的样品的结果更好，具有纯金的样品也示出了在定位方面的非常好的结果。这意味着InAs为比GaAs更适合的材料，或者(100)表面在定位方面比(111)表面更适合。
实例6GaAs(111)B上的Au-In-Au夹层
采用GaAs基片上的Au-In-Au夹层。使用GaAs基片(111)，因为该系统中晶须的优先生长方向为(111)。上述样品蒸镀有45nm厚的金属薄膜，其包括14nm Au：17nm In：14nm Au。随后将样品加热15分钟至450°。图11a和11b示出了催化微粒的令人满意的定位。在本实施例中，In可以是防止其从基片吸收大量Ga的液滴。大约450°的温度很好地处于适于InAs晶须生长的温度范围内，在我们的系统中，所述InAs晶须通常在410°至460°之间生长。
参照图12，示出了用于提供一种三维光子带隙构件的本发明的第三实施例。以上参照第二实施例的图7描述的工艺用于在每个纳米晶须生长部位处提供金催化块体101。图12a中示出了结果，其中硅基片100具有111上表面。借助CBE工艺开始生长，以便长出硅纳米晶须的区段102。在预定时间之后，注入反应腔内的分子束的成分迅速转变，以引导硅段顶端上的镓段纳米晶须104的生长。在我们于2003年7月7日递交的美国未决专利申请No.10/613,071中完全描述了用于在纳米晶须中不同材料之间形成突变异质结的工艺。
所示结果为包含大量交替的锗段和硅段的纳米晶须。可选地，可用铝替换锗。随后，在氧化环境中加热纳米晶须，以使得硅和锗段被转变成其氧化物，即二氧化硅和氧化锗。或者，如果使用铝，则其被转变成氧化铝(蓝宝石)。如图12b所示，结果是纳米晶须沿其长度具有不同折射率的区域106、108。可以调节区域106、108的长度，并且其结果为产生三维光子带隙构件，其中纳米晶须的定位位置在二维范围内提供带隙特征，并且沿着纳米晶须长度的折射率的变化提供了三维光子带隙构件。
在第四实施例中，如图13a和13b所示，其示出了形成光子带隙阵列的纳米工程构件以及用于发射通过阵列的光的集成光源。上述参照图7描述的第二实施例的工艺用于在每个晶须生长部位处提供金催化块体。图13a中示出了结果，其中磷化铟基片130具有形成在其上的金催化微粒132。借助CBE工艺初始化生长，以长出InP纳米晶须的多个区段134。在预定时间之后，注入反应腔内的分子束的成分迅速转变，以引导硅段顶端上的纳米晶须的砷化铟段136的生长。另一InP段138接着在砷化铟段136上生长。在我们于2003年7月7日所递交的美国未决专利申请No.10/613,071中完全描述了用于在纳米晶须中不同材料之间形成突变异质结的工艺。随后将该阵列封装在透明矩阵介质140中。
如图13b所示，其结果为极小的LED量子点构件。选自晶须阵列的晶须150具有置于砷化铟形成的内部区域136任一侧的磷化铟阳极和阴极外部区域134、138，以便限定出量子阱。区域134、138与相应的阳极和阴极电触点相连，所述触点形成为金属化区域152、154。与平面装置相反，因为对晶格匹配以及减少误匹配应力的需求，仅有特定的波长是可以的，本实施例的重点是由于构成二极管的材料可为能够实现所需发射波长的任意所需组分，故LED波长是完全可变的。
图14示出了本发明用于纳米压印光刻中的印记的第五实施例。基片300具有形成在其上的纳米晶须阵列302，根据实例1中所述的工艺，在各部位304处(为清楚起见，仅示出了一些纳米晶须)。将纳米晶须分组和构造，以形成图案304，当应用NIL时，产生所需的纳米构件形式。纳米晶须的长度可如所需那样长，大于1微米的长度允许形成任意深度的纳米构件。
实例7
本实例示出了制造本发明的纳米晶须阵列的精度。
图15示出了根据本发明制备的纳米晶须阵列的平面图，其中纳米晶须布置成六边形图案，六边形的侧边具有1μm的长度。
图16示出了图15所示阵列的一部分的放大图，其中由计算机程序确定纳米晶须的位置，所述程序用于分析已经相对于每个纳米晶须确定的图像以及由十字如十字60所指示的位置。同样，在图16中示出了计算机程序生成的格栅的点的位置(纳米晶须的目标位置)，所述格栅例如为十字62的点。在格点位置和各纳米晶须的位置被计算机程序确定之后，为每个纳米晶须产生格栅点与实际点之间的差值。图17以柱状图形式示出了差值。基于图17中显示的数据，可以确定际位置与计算机产生的格栅的平均位移为36nm，并具有23nm的标准偏差。对于所示构件，这些结果可与格栅参数(＝六边形单元的侧边)相比较，以产生百分比数值为3.6％的平均位移以及2.3％的标准偏差。此外，对于几乎所有纳米晶须，每个晶须与其目标位置的偏差小于晶须的直径，在大多数情况下实际小于直径的一半，其中许多晶须相对于目标位置的偏差小于直径的20％，甚至处于直径的1％至5％的范围内，或甚至基本与目标位置一致(不大于0.5％的偏差)。

Claims (27)

1.一种用于制造包含至少一个位于基片上的纳米晶须的纳米工程构件的方法，所述方法包括：
提供由预定材料构成的基片，
在基片表面上的预定位置处提供至少一个金属催化材料块体，
加热并引入至少一种气态形式的其他材料并退火所述金属催化材料块体，以使所述其他材料与所述金属催化材料块体合金化，以便由每个所述金属催化材料块体产生合金催化籽粒，并在基片表面与所述合金催化籽粒之间产生润湿界面，以及
在所述退火步骤之后，由所述合金催化籽粒外延生长预定材料的纳米晶须，
以及其中每个所述金属催化材料块体使得在所述合金催化籽粒的形成过程中，导致所述金属催化材料块体在所述表面上迁移的力小于所述基片表面与所述合金催化籽粒之间的所述润湿界面处的保持力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当熔化时，每个所述金属催化材料块体与所述基片表面保持大致相同的界面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述金属催化材料块体具有直径和高度，且该高度与该直径的比率处于1∶2和1∶12之间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述比率为1∶3。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米晶须的生长包括使用包含III族元素的原始气体，以由所述合金催化籽粒生长包括III族材料的III-V族半导体材料的晶须。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节纳米晶须的生长条件，以使得所述预定位置处的纳米晶须的生长成核时间小于所述基片表面上的各金属催化材料块体的迁移特征时间，以便相对于所述预定位置将所述纳米晶须保持在预定位置容差范围内。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所生长的纳米晶须与基片上的预定位置的位置偏差小于所述纳米晶须的直径。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的一半。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的20％。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的5％。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的1％。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的0.5％。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括提供呈预定结构的多个所述金属催化材料块体，每个金属催化材料块体处于相应的预定位置处，并且其中每个纳米晶须相对于其预定位置位于与其最近的相邻晶须的距离的10％的精度范围内。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米晶须材料为II-VI、III-V或IV族材料之一。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片材料为II-VI、III-V或IV族材料之一。
16.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括在III-V族半导体材料的生长过程中调节V族材料的活性。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外延生长工艺为MOVPE，且向所述基片引入呈蒸汽形式的纳米晶须生长材料。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外延生长工艺为CBE，且向所述基片引入呈束状形式的纳米晶须生长材料。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在所述基片表面上设置一掩膜，以便抑制所述金属催化材料块体在纳米晶须生长过程中的迁移。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述掩膜带有开孔，每个开孔包含相应的所述金属催化材料块体。
21.一种纳米工程构件，其包括至少一个位于基片上的纳米晶须，所述纳米晶须通过根据前述权利要求中任何一项所述的方法由合金催化籽粒外延生长而成，其中所述纳米晶须与预定位置的位置偏差不大于所述纳米晶须的直径。
22.根据权利要求21所述的纳米工程构件，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的一半。
23.根据权利要求21所述的纳米工程构件，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的20％。
24.根据权利要求21所述的纳米工程构件，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的5％。
25.根据权利要求21所述的纳米工程构件，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的1％。
26.根据权利要求21所述的纳米工程构件，其特征在于，所述位置偏差不大于所述纳米晶须的直径的0.5％。
27.根据权利要求21所述的纳米工程构件，其特征在于，包括呈预定空间结构的纳米晶须的阵列，所述纳米晶须在所述结构内置于预定部位处并处于预定公差范围内。
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Families Citing this family (97)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7335908B2 (en) 2002-07-08 2008-02-26 Qunano Ab Nanostructures and methods for manufacturing the same
EP1634334A1 (en) 2003-04-04 2006-03-15 Startskottet 22286 AB Nanowhiskers with pn junctions and methods of fabricating thereof
US7972616B2 (en) 2003-04-17 2011-07-05 Nanosys, Inc. Medical device applications of nanostructured surfaces
US20060122596A1 (en) * 2003-04-17 2006-06-08 Nanosys, Inc. Structures, systems and methods for joining articles and materials and uses therefor
US7803574B2 (en) 2003-05-05 2010-09-28 Nanosys, Inc. Medical device applications of nanostructured surfaces
US7662706B2 (en) * 2003-11-26 2010-02-16 Qunano Ab Nanostructures formed of branched nanowhiskers and methods of producing the same
US7208094B2 (en) * 2003-12-17 2007-04-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Methods of bridging lateral nanowires and device using same
US8025960B2 (en) 2004-02-02 2011-09-27 Nanosys, Inc. Porous substrates, articles, systems and compositions comprising nanofibers and methods of their use and production
US20110039690A1 (en) 2004-02-02 2011-02-17 Nanosys, Inc. Porous substrates, articles, systems and compositions comprising nanofibers and methods of their use and production
FR2865946B1 (fr) * 2004-02-09 2007-12-21 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'une couche de materiau sur un support
US20050205883A1 (en) * 2004-03-19 2005-09-22 Wierer Jonathan J Jr Photonic crystal light emitting device
US7785922B2 (en) 2004-04-30 2010-08-31 Nanosys, Inc. Methods for oriented growth of nanowires on patterned substrates
US7528002B2 (en) * 2004-06-25 2009-05-05 Qunano Ab Formation of nanowhiskers on a substrate of dissimilar material
US7442964B2 (en) * 2004-08-04 2008-10-28 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Photonic crystal light emitting device with multiple lattices
CN100487879C (zh) * 2004-12-28 2009-05-13 松下电器产业株式会社 半导体纳米导线及其制法和包括该纳米导线的半导体装置
US7762186B2 (en) * 2005-04-19 2010-07-27 Asml Netherlands B.V. Imprint lithography
US7687876B2 (en) 2005-04-25 2010-03-30 Smoltek Ab Controlled growth of a nanostructure on a substrate
US20070116626A1 (en) * 2005-05-11 2007-05-24 Molecular Nanosystems, Inc. Methods for forming carbon nanotube thermal pads
US20060263974A1 (en) 2005-05-18 2006-11-23 Micron Technology, Inc. Methods of electrically interconnecting different elevation conductive structures, methods of forming capacitors, methods of forming an interconnect between a substrate bit line contact and a bit line in DRAM, and methods of forming DRAM memory cell
US8163575B2 (en) * 2005-06-17 2012-04-24 Philips Lumileds Lighting Company Llc Grown photonic crystals in semiconductor light emitting devices
US7276424B2 (en) 2005-06-29 2007-10-02 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fabrication of aligned nanowire lattices
US20070004225A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-04 Donghui Lu Low-temperature catalyzed formation of segmented nanowire of dielectric material
US8240190B2 (en) * 2005-08-23 2012-08-14 Uwm Research Foundation, Inc. Ambient-temperature gas sensor
US8268405B2 (en) * 2005-08-23 2012-09-18 Uwm Research Foundation, Inc. Controlled decoration of carbon nanotubes with aerosol nanoparticles
US7777291B2 (en) 2005-08-26 2010-08-17 Smoltek Ab Integrated circuits having interconnects and heat dissipators based on nanostructures
US7402531B1 (en) * 2005-12-09 2008-07-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method for selectively controlling lengths of nanowires
EP1804350A1 (en) * 2005-12-27 2007-07-04 Interuniversitair Microelektronica Centrum A semiconductor laser comprising elongate nanostructures
US7741197B1 (en) 2005-12-29 2010-06-22 Nanosys, Inc. Systems and methods for harvesting and reducing contamination in nanowires
AU2006343556B2 (en) * 2005-12-29 2012-06-21 Oned Material, Inc. Methods for oriented growth of nanowires on patterned substrates
US7826336B2 (en) * 2006-02-23 2010-11-02 Qunano Ab Data storage nanostructures
KR101375435B1 (ko) * 2006-03-08 2014-03-17 큐나노 에이비 Ｓｉ 상의 에피택셜 반도체 나노와이어를 금속 없이 합성하기 위한 방법
US8679630B2 (en) 2006-05-17 2014-03-25 Purdue Research Foundation Vertical carbon nanotube device in nanoporous templates
WO2008097321A2 (en) * 2006-06-05 2008-08-14 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Method for growing arrays of aligned nanostructures on surfaces
US20080006319A1 (en) * 2006-06-05 2008-01-10 Martin Bettge Photovoltaic and photosensing devices based on arrays of aligned nanostructures
US20080008844A1 (en) * 2006-06-05 2008-01-10 Martin Bettge Method for growing arrays of aligned nanostructures on surfaces
FR2902237B1 (fr) 2006-06-09 2008-10-10 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'un dispositif microelectronique emetteur de lumiere a nanofils semi-conducteurs formes sur un substrat metallique
KR100779090B1 (ko) * 2006-07-18 2007-11-27 한국전자통신연구원 아연 산화물을 이용하는 가스 감지기 및 그 제조 방법
US7803707B2 (en) * 2006-08-17 2010-09-28 Wisconsin Alumni Research Foundation Metal silicide nanowires and methods for their production
WO2008034823A1 (en) 2006-09-18 2008-03-27 Qunano Ab Method of producing precision vertical and horizontal layers in a vertical semiconductor structure
US8063450B2 (en) * 2006-09-19 2011-11-22 Qunano Ab Assembly of nanoscaled field effect transistors
US7686886B2 (en) * 2006-09-26 2010-03-30 International Business Machines Corporation Controlled shape semiconductor layer by selective epitaxy under seed structure
US7442575B2 (en) * 2006-09-29 2008-10-28 Texas Christian University Method of manufacturing semiconductor nanowires
US8183587B2 (en) * 2006-12-22 2012-05-22 Qunano Ab LED with upstanding nanowire structure and method of producing such
WO2008079078A1 (en) 2006-12-22 2008-07-03 Qunano Ab Elevated led and method of producing such
US8049203B2 (en) * 2006-12-22 2011-11-01 Qunano Ab Nanoelectronic structure and method of producing such
US20080149946A1 (en) 2006-12-22 2008-06-26 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Semiconductor Light Emitting Device Configured To Emit Multiple Wavelengths Of Light
CN101669219B (zh) * 2006-12-22 2011-10-05 昆南诺股份有限公司 带有直立式纳米线结构的led及其制作方法
CN101681813B (zh) * 2007-01-12 2012-07-11 昆南诺股份有限公司 氮化物纳米线及其制造方法
US20080171192A1 (en) * 2007-01-17 2008-07-17 Olar International, Llc. Nanostructured antireflective optical coating
US9487877B2 (en) 2007-02-01 2016-11-08 Purdue Research Foundation Contact metallization of carbon nanotubes
US20080191317A1 (en) * 2007-02-13 2008-08-14 International Business Machines Corporation Self-aligned epitaxial growth of semiconductor nanowires
JP4122043B1 (ja) * 2007-04-25 2008-07-23 株式会社クレステック 面放出型電子源および描画装置
US8268720B2 (en) * 2007-04-30 2012-09-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method of positioning catalyst nanoparticle and nanowire-based device employing same
KR100849685B1 (ko) * 2007-05-23 2008-07-31 연세대학교 산학협력단 시드층의 패터닝을 통한 선택적 산화아연 나노선의제조방법
CN104600057B (zh) 2007-09-12 2018-11-02 斯莫特克有限公司 使用纳米结构连接和粘接相邻层
US8304595B2 (en) 2007-12-06 2012-11-06 Nanosys, Inc. Resorbable nanoenhanced hemostatic structures and bandage materials
US8319002B2 (en) * 2007-12-06 2012-11-27 Nanosys, Inc. Nanostructure-enhanced platelet binding and hemostatic structures
US8273983B2 (en) * 2007-12-21 2012-09-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Photonic device and method of making same using nanowires
US8283556B2 (en) * 2008-01-30 2012-10-09 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanowire-based device and array with coaxial electrodes
RU2010138584A (ru) 2008-02-25 2012-04-10 Смольтек Аб (Se) Осаждение и селективное удаление электропроводного вспомогательного слоя для обработки наноструктуры
US8668833B2 (en) 2008-05-21 2014-03-11 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Method of forming a nanostructure
US7897494B2 (en) * 2008-06-24 2011-03-01 Imec Formation of single crystal semiconductor nanowires
US8389387B2 (en) * 2009-01-06 2013-03-05 Brookhaven Science Associates, Llc Segmented nanowires displaying locally controllable properties
US8890115B2 (en) * 2009-01-06 2014-11-18 Brookhaven Science Associates, Llc Stable and metastable nanowires displaying locally controllable properties
US8715981B2 (en) 2009-01-27 2014-05-06 Purdue Research Foundation Electrochemical biosensor
US8872154B2 (en) 2009-04-06 2014-10-28 Purdue Research Foundation Field effect transistor fabrication from carbon nanotubes
US8623288B1 (en) 2009-06-29 2014-01-07 Nanosys, Inc. Apparatus and methods for high density nanowire growth
US8563395B2 (en) * 2009-11-30 2013-10-22 The Royal Institute For The Advancement Of Learning/Mcgill University Method of growing uniform semiconductor nanowires without foreign metal catalyst and devices thereof
US9112085B2 (en) * 2009-11-30 2015-08-18 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University High efficiency broadband semiconductor nanowire devices
US8349715B2 (en) * 2010-01-29 2013-01-08 International Business Machines Corporation Nanoscale chemical templating with oxygen reactive materials
PL219706B1 (pl) * 2010-03-23 2015-06-30 Inst Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk Platforma do pomiarów powierzchniowo wzmocnionego efektu Ramana
US9447520B2 (en) * 2010-05-11 2016-09-20 Qunano Ab Gas-phase synthesis method for forming semiconductor nanowires
JP5652817B2 (ja) * 2010-08-03 2015-01-14 国立大学法人東京工業大学 ナノドット形成方法
GB201021112D0 (en) 2010-12-13 2011-01-26 Ntnu Technology Transfer As Nanowires
GB2488587B (en) * 2011-03-03 2015-07-29 Seren Photonics Ltd Semiconductor devices and fabrication methods
KR101303855B1 (ko) * 2011-05-03 2013-09-04 한국과학기술원 나노 구조체의 제조 방법
GB201200355D0 (en) 2012-01-10 2012-02-22 Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu Nanowires
EP2815423B1 (en) 2012-02-14 2017-05-24 Hexagem AB Gallium nitride nanowire based electronics
GB201211038D0 (en) 2012-06-21 2012-08-01 Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu Solar cells
TWI617045B (zh) * 2012-07-06 2018-03-01 晶元光電股份有限公司 具有奈米柱之發光元件及其製造方法
US9130347B2 (en) * 2012-11-02 2015-09-08 The Regents Of The University Of California Nanopillar photonic crystal lasers
KR101402989B1 (ko) * 2013-06-12 2014-06-11 한국과학기술연구원 기판과의 결합력이 향상된 탄소나노튜브 기반 전계효과트랜지스터 소자의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소나노튜브 기반 전계효과트랜지스터 소자
GB201311101D0 (en) 2013-06-21 2013-08-07 Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu Semiconducting Films
JP6146199B2 (ja) * 2013-08-09 2017-06-14 富士通株式会社 半導体ナノワイヤの製造方法及び光半導体装置の製造方法
WO2015163908A1 (en) 2014-04-25 2015-10-29 The Texas State University-San Marcos Material selective regrowth structure and method
JP6158248B2 (ja) 2014-05-27 2017-07-05 ザ・ボード・オブ・トラスティーズ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・イリノイＴｈｅ Ｂｏａｒｄ Ｏｆ Ｔｒｕｓｔｅｅｓ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｉｌｌｉｎｏｉｓ ナノ構造材料の方法および素子
US10828400B2 (en) 2014-06-10 2020-11-10 The Research Foundation For The State University Of New York Low temperature, nanostructured ceramic coatings
KR102227770B1 (ko) 2014-08-29 2021-03-16 삼성전자주식회사 나노구조 반도체 발광소자
CN104678716B (zh) * 2015-02-09 2017-05-03 中国科学院半导体研究所 一种结合单量子点定位功能的激光直写光刻系统及其方法
US9460921B2 (en) * 2015-04-06 2016-10-04 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Nanowire article and processes for making and using same
WO2017009395A1 (en) 2015-07-13 2017-01-19 Crayonano As Nanowires or nanopyramids grown on graphitic substrate
EP3323152B1 (en) 2015-07-13 2021-10-27 Crayonano AS Nanowires/nanopyramids shaped light emitting diodes and photodetectors
KR20180053652A (ko) 2015-07-31 2018-05-23 크래요나노 에이에스 그라파이트 기판 상에 나노와이어 또는 나노피라미드를 성장시키는 방법
GB201705755D0 (en) 2017-04-10 2017-05-24 Norwegian Univ Of Science And Tech (Ntnu) Nanostructure
US10177058B1 (en) * 2018-01-26 2019-01-08 Powertech Technology Inc. Encapsulating composition, semiconductor package and manufacturing method thereof
KR20220152325A (ko) * 2020-03-24 2022-11-15 에펜코 오우 플라즈마 연소를 안정화하고 보조하기 위한 나노크기의 세라믹 플라즈마 촉매
WO2023134966A1 (en) * 2022-01-14 2023-07-20 Ams-Osram International Gmbh Method for processing an optoelectronic device and optoelectronic device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1219985A (zh) * 1996-04-01 1999-06-16 叶夫根尼·因维维奇·吉瓦吉佐夫 生长定向晶须列阵的方法和装置
US20020129761A1 (en) * 2001-01-18 2002-09-19 Tomohide Takami Nanofiber and method of manufacturing nanofiber
US20020172820A1 (en) * 2001-03-30 2002-11-21 The Regents Of The University Of California Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2658839B1 (fr) 1990-02-23 1997-06-20 Thomson Csf Procede de croissance controlee de cristaux aciculaires et application a la realisation de microcathodes a pointes.
US5362972A (en) * 1990-04-20 1994-11-08 Hitachi, Ltd. Semiconductor device using whiskers
JPH081382B2 (ja) 1990-10-31 1996-01-10 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション ナノメートル・スケールのプローブ及びその製造方法
US5332910A (en) * 1991-03-22 1994-07-26 Hitachi, Ltd. Semiconductor optical device with nanowhiskers
US5196396A (en) * 1991-07-16 1993-03-23 The President And Fellows Of Harvard College Method of making a superconducting fullerene composition by reacting a fullerene with an alloy containing alkali metal
JP2697474B2 (ja) * 1992-04-30 1998-01-14 松下電器産業株式会社 微細構造の製造方法
JP2821061B2 (ja) * 1992-05-22 1998-11-05 電気化学工業株式会社 単結晶の製造方法
US5252835A (en) * 1992-07-17 1993-10-12 President And Trustees Of Harvard College Machining oxide thin-films with an atomic force microscope: pattern and object formation on the nanometer scale
JPH06249933A (ja) 1993-03-01 1994-09-09 Seiko Instr Inc 磁気力顕微鏡用カンチレバー
WO1995002709A2 (en) * 1993-07-15 1995-01-26 President And Fellows Of Harvard College EXTENDED NITRIDE MATERIAL COMPRISING β-C3N¿4?
US6307241B1 (en) * 1995-06-07 2001-10-23 The Regents Of The Unversity Of California Integrable ferromagnets for high density storage
US6190634B1 (en) * 1995-06-07 2001-02-20 President And Fellows Of Harvard College Carbide nanomaterials
US5772905A (en) * 1995-11-15 1998-06-30 Regents Of The University Of Minnesota Nanoimprint lithography
US6036774A (en) 1996-02-26 2000-03-14 President And Fellows Of Harvard College Method of producing metal oxide nanorods
US5897945A (en) * 1996-02-26 1999-04-27 President And Fellows Of Harvard College Metal oxide nanorods
JPH10106960A (ja) * 1996-09-25 1998-04-24 Sony Corp 量子細線の製造方法
JP3858319B2 (ja) 1996-12-05 2006-12-13 ソニー株式会社 量子細線の製造方法
US5976957A (en) * 1996-10-28 1999-11-02 Sony Corporation Method of making silicon quantum wires on a substrate
US5997832A (en) * 1997-03-07 1999-12-07 President And Fellows Of Harvard College Preparation of carbide nanorods
KR100223807B1 (ko) * 1997-06-04 1999-10-15 구본준 반도체 소자의 제조방법
US6458206B1 (en) 1998-05-13 2002-10-01 Crystals And Technologies, Ltd. Cantilever with whisker-grown probe and method for producing thereof
US6159742A (en) * 1998-06-05 2000-12-12 President And Fellows Of Harvard College Nanometer-scale microscopy probes
JP4362874B2 (ja) 1998-08-24 2009-11-11 ソニー株式会社 量子構造体を有する半導体素子とその製造方法
US6559468B1 (en) * 1999-03-29 2003-05-06 Hewlett-Packard Development Company Lp Molecular wire transistor (MWT)
EP1194960B1 (en) 1999-07-02 2010-09-15 President and Fellows of Harvard College Nanoscopic wire-based devices, arrays, and methods of their manufacture
US6340822B1 (en) * 1999-10-05 2002-01-22 Agere Systems Guardian Corp. Article comprising vertically nano-interconnected circuit devices and method for making the same
GB0008546D0 (en) 2000-04-06 2000-05-24 Btg Int Ltd Optoelectronic devices
AU784574B2 (en) * 2000-05-04 2006-05-04 Qunano Ab Nanostructures
WO2002001648A1 (en) 2000-06-28 2002-01-03 Motorola, Inc. Semiconductor structure, device, circuit, and process
US7301199B2 (en) 2000-08-22 2007-11-27 President And Fellows Of Harvard College Nanoscale wires and related devices
WO2003005450A2 (en) 2001-05-18 2003-01-16 President And Fellows Of Harvard College Nanoscale wires and related devices
EP2360298A3 (en) * 2000-08-22 2011-10-05 President and Fellows of Harvard College Method for depositing a semiconductor nanowire
WO2002022499A1 (en) * 2000-09-18 2002-03-21 President And Fellows Of Harvard College Fabrication of nanotube microscopy tips
AU2001294876A1 (en) * 2000-09-29 2002-04-08 President And Fellows Of Harvard College Direct growth of nanotubes, and their use in nanotweezers
US6755956B2 (en) 2000-10-24 2004-06-29 Ut-Battelle, Llc Catalyst-induced growth of carbon nanotubes on tips of cantilevers and nanowires
KR100991573B1 (ko) 2000-12-11 2010-11-04 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하버드 칼리지 나노센서
ATE452107T1 (de) 2001-07-20 2010-01-15 Harvard College Übergangsmetalloxid-nanodrähte und diese enthaltende vorrichtungen
US6586965B2 (en) * 2001-10-29 2003-07-01 Hewlett Packard Development Company Lp Molecular crossbar latch
US6882767B2 (en) * 2001-12-27 2005-04-19 The Regents Of The University Of California Nanowire optoelectric switching device and method
WO2003063208A2 (en) 2002-01-18 2003-07-31 California Institute Of Technology Array-based architecture for molecular electronics
AU2003261205A1 (en) * 2002-07-19 2004-02-09 President And Fellows Of Harvard College Nanoscale coherent optical components
US7378347B2 (en) * 2002-10-28 2008-05-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method of forming catalyst nanoparticles for nanowire growth and other applications

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1219985A (zh) * 1996-04-01 1999-06-16 叶夫根尼·因维维奇·吉瓦吉佐夫 生长定向晶须列阵的方法和装置
US20020129761A1 (en) * 2001-01-18 2002-09-19 Tomohide Takami Nanofiber and method of manufacturing nanofiber
US20020172820A1 (en) * 2001-03-30 2002-11-21 The Regents Of The University Of California Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.L.LIU ET AL.Gas-source MBE growth of freestanding Si nano-wires onAu/Si substrate.Superlattices and microstructures25 1/2.1999,25(1/2),477-478.
J.L.LIU ET AL.Gas-source MBE growth of freestanding Si nano-wires onAu/Si substrate.Superlattices and microstructures25 1/2.1999,25(1/2),477-478. *
Jonathan WESTWATER ET AL.Control of the size and position of silicon nanowiresgrownviathe vapor-liquid-solid technique.Jpn.J.Appl.Phys.36.1997,366204-6208、附图3-7. *
Y.Li et al.Ordered semiconductor ZnO nanowire arrays and theirphotoluminescence properties.Applied physics letters76 15.2000,76(15),第2011页-第2012页、附图1-3.
Y.Li et al.Ordered semiconductor ZnO nanowire arrays and theirphotoluminescence properties.Applied physics letters76 15.2000,76(15),第2011页-第2012页、附图1-3. *

Also Published As

Publication number Publication date
US20100035412A1 (en) 2010-02-11
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JP4701161B2 (ja) 2011-06-15
JP2006525214A (ja) 2006-11-09

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