JP2004507104A - ドープされた細長い半導体、そのような半導体の成長、そのような半導体を含んだデバイス、およびそのようなデバイスの製造 - Google Patents

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Abstract

下記のものの少なくとも1つであるバルクドープ半導体:単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。そのような半導体は、第1の半導体を含む内部コアと、第1の半導体と異なる材料を含む外殻とを含む。そのような半導体は細長いかもしれない、また、そのような半導体の長手方向の断面における任意の点で、最も長い幅に対するこの断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きいかもしれない。そのような半導体の少なくとも1つの部分は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最大幅かもしれない。そのような半導体は、単結晶であるかもしれないし、さらに自立型であるかもしれない。そのような半導体は、低濃度にn型にドープされているか、高濃度にn型にドープされているか、低濃度にp型にドープされているか、または高濃度にp型にドープされているかもしれない。そのような半導体は、成長中にドープすることができる。そのような半導体は、デバイスの一部であり、そのデバイスは様々なデバイスおよびその組合せの任意ものを含むことができる。そのような半導体からデバイスを製造するために、様々な組立方法を使用することができる。そのような半導体のアレイを含んだ、そのような半導体の2以上のものは、デバイスを形成するように、例えばデバイスの交差p−n接合を形成するように組み合わせることができる。ある特定の大きさのそのようなデバイスは、量子閉じ込めおよび他の量子現象を示すこができ、さらに、1つまたは複数のそのような半導体から放出された光の波長は、そのような半導体の幅を選ぶことで制御することができる。そのような半導体およびそれから作られたデバイスは、様々な用途に使用することができる。
【選択図】図1

Description

【0001】
関連出願
この出願は、米国特許法第119条(e)に基づいて、2000年8月22日出願の「Semiconductor Nanowire」という名称の本願の所有者が所有する同時係属の米国仮特許出願第60/226,835号、2001年5月18日出願の「Semiconductor Nanowire」という名称の第60/292,121号、2000年11月11日出願の「Nanowire and Nanotube Nanosensors」という名称の第60/254,745号、2001年5月18日出願の「Nanowire and Nanotube Nanosensors」という名称の第60/292,035号、2001年5月18日出願の「Nanowire Electronic Devices Including Memory and Switching Devices」という名称の第60/292,045号、および2001年5月18日出願の「Nanowire Devices including Emissive Elements and Sensors」という名称の第60/291,896号、に対する優先権を主張し、これらの出願のそれぞれの全体を参照により組み込む。
【0002】
発明の分野
本発明は一般的にサブマイクロエレクトニクス半導体デバイスに関し、より詳細には、ナノメートルスケールの半導体製品、例えばn型およびp型導電性を与えるようにドープされたナノワイヤ(nanowire)、そのような製品の成長、およびデバイスを製造するためのそのような製品の配列に関する。
【0003】
背景
小規模電子技術は、様々な材料のドーピングに大きく依拠している。電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、相補型インバータ、トンネルダイオードなどのような様々なデバイスを作るために、n型およびp型半導体領域を形成するように半導体材料をドーピングするステップはよく知られている。
【0004】
一般的な最先端半導体製造設備は、比較的高いコストを必要とし、クリーンルーム、およびフッ化水素のような有毒な化学薬品の使用を必要とする。半導体技術および微細製造技術は十分に開発されているが、好ましくはより低コストでより小規模な環境に優しい製造を含んだ、改善が絶えず必要とされている。
【0005】
概要
実施形態において、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含む自立型のバルクドープ(bulk−doped)半導体を提供する。
【0006】
この実施形態の他の態様において、上記の半導体は、第1の半導体を含む内部コアと、この第1の半導体と異なる材料を含む外殻とを含む。
この実施形態の他の態様において、上記の半導体は細長い。この態様の様々な任意選択の特徴では、上記の半導体の長手方向の断面における任意の点で、最も長い幅に対するこの断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きい。
【0007】
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体の少なくとも1つの部分は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0008】
この実施形態の様々な態様においては、上記の半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループからの半導体、および2以上のそのような半導体の適切な組合せを含む。
【0009】
この実施形態の様々な態様においては、上記の半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループからのドーパントを含み、または、n型はSi、Ge,Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。
【0010】
この実施形態の他の態様においては、上記の半導体はデバイスの一部である。
この実施形態の他の態様においては、上記の半導体はn型にドープされている。この態様の様々な任意選択の特徴では、上記の半導体は低濃度にn型にドープされているか、または高濃度にn型にドープされている。
【0011】
この実施形態のさらに他の態様においては、上記の半導体はp型にドープされている。この態様の様々な任意選択の特徴では、上記の半導体は低濃度にp型にドープされているか、または高濃度にp型にドープされている。
【0012】
この実施形態の他の態様においては、上記の半導体は単結晶である。
この実施形態のさらに他の様々な実施形態においては、上記の半導体は磁気を帯びており、上記の半導体は半導体に磁気を帯びさせるドーパントを含み、上記の半導体は強磁性体であり、上記の半導体は半導体を強磁性体にするドーパントを含み、および/または、上記の半導体は、マンガンを含む。
【0013】
他の実施形態においては、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体を提供する。
【0014】
この実施形態の態様においては、上記の半導体は自立型である。
この実施形態の他の態様においては、上記の半導体は、第1の半導体を含む内部コアと、この第1の半導体と異なる材料を含む外殻とを含む。
【0015】
この実施形態の様々な態様においては、上記の半導体の長手方向の軸における任意の点で、最大幅に対する断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きい。
【0016】
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体の少なくとも1つの長手方向の断面は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0017】
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体の少なくとも1つの長手方向の断面は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0018】
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn,SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループからの半導体、および2以上のそのような半導体の適切な組合せを含む。
【0019】
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループからのドーパントを含み、または、n型ドーパントはSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。
【0020】
この実施形態の他の態様においては、上記の半導体はデバイスの一部である。
この実施形態の他の態様においては、上記の半導体はn型にドープされている。この態様の様々な任意選択の特徴で、上記の半導体は低濃度にn型にドープされているか、または高濃度にn型にドープされている。
【0021】
この実施形態のさらに他の態様においては、上記の半導体はp型にドープされている。この態様の様々な任意選択の特徴は、上記の半導体は低濃度にp型にドープされているか、または高濃度にp型にドープされている。
【0022】
この実施形態の他の態様においては、上記の半導体は単結晶である。
他の実施形態において、単結晶を含むドープされた半導体を提供する。
この実施形態の態様においては、半導体は、バルクドープされている。
【0023】
この実施形態の態様においては、上記の半導体は細長い。この態様の様々な任意選択の特徴では、上記の半導体の長手方向の断面における任意の点で、最も長い幅に対する断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きい。
【0024】
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体の少なくとも1つの部分は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0025】
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループからの半導体、および2以上のそのような半導体の適切な組合せを含む。
【0026】
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループからのドーパントを含み、または、n型ドーパントはSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。
【0027】
さらに他の実施形態において、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体を提供する:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。ここで、上記のバルクドープ半導体の断面で生じる現象は、この断面による量子閉じ込めを示す。
【0028】
この実施形態の他の態様においては、長手方向の断面は、励起に応答して光を放出することができ、放出光の波長はその幅に関係している。この態様の任意選択の特徴で、放出光の波長は幅の関数であり、長手方向の断面は散乱なしで電気キャリアを輸送することができ、長手方向の断面は電気キャリアが弾道的に長手方向の断面を通過するように電気キャリアを輸送することができ、長手方向の断面は電気キャリアが可干渉的に長手方向の断面を通過するように電気キャリアを輸送することができ、長手方向の断面は電気キャリアがスピン偏極するように電気キャリアを輸送することができ、および/または、長手方向の断面はスピン偏極電気キャリアがスピン情報を失うことなく長手方向の断面を通過するように電気キャリアを輸送することができる。
【0029】
他の実施形態において、1つまたは複数のドープされた半導体を含む溶液を提案する。ここで、上記の半導体の少なくとも1つは下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。
【0030】
この実施形態の態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は細長い。この態様の様々な任意選択の特徴で、上記の半導体の長手方向の断面における任意の点で、最も長い幅に対するこの断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きい。
【0031】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体の少なくとも1つの部分は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0032】
この実施形態の様々な態様においては、上記少なくとも1つの半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループからの半導体、および2以上のそのような半導体の適切な組合せを含む。
【0033】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループからのドーパントを含み、または、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。
【0034】
他の実施形態においては、1つまたは複数のドープされた半導体を含むデバイスを提供する。ここで、上記の半導体の少なくとも1つは下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。
【0035】
この実施形態の態様においては、上記のデバイスは、少なくとも2つのドープされた半導体を含み、ここで、上記の少なくとも2つのドープされた半導体の両方が下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。さらに、上記の少なくとも2つのドープされた半導体のうちの第1のものは、量子閉じ込めを示し、上記の少なくとも2つのドープされた半導体のうちの第2のものは、上記の第1のものの量子閉じ込めを操作する。
【0036】
この実施形態の他の態様においては、上記のデバイスは、少なくとも2つのドープされた半導体を含み、ここで、上記の少なくとも2つのドープされた半導体の両方が下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。この実施形態の様々な任意選択の特徴では、上記の少なくとも2つのバルクドープ半導体は互いに物理的に接触し、上記の少なくとも2つのバルクドープ半導体の第1のものは第1の導電型であり、かつ上記の少なくとも2つのバルクドープ半導体の第2のものは第2の導電型であり、この第1の導電型はn型であり、かつこの第2の型の導電型がp型であり、および/または、上記の少なくとも2つのバルクドープ半導体はp−n接合を形成する。
【0037】
この実施形態の様々な態様においては、上記のデバイスは下記のものの中の1つまたは複数を含む:すなわち、スイッチ、ダイオード、発光ダイオード、トンネルダイオード、ショットキーダイオード、バイポーラ接合トランジスタ、電界効果トランジスタ、インバータ、相補型インバータ、光センサ、検体用のセンサ(例えば、DNA)、メモリデバイス、ダイナミックメモリデバイス、スタティックメモリデバイス、レーザ、論理ゲート、ANDゲート、NANDゲート、EXCLUSIVE−ANDゲート、ORゲート、NORゲート、EXCLUSIVE−ORゲート、ラッチ、レジスタ、クロック回路、論理アレイ、ステートマシーン、プログラマブル回路、増幅器、変圧器、信号処理装置、ディジタル回路、アナログ回路、発光源、フォトルミネセンスデバイス、エレクトロルミネセンスデバイス、整流器、フォトダイオード、p−n太陽電池、フォトトランジスタ、単電子トランジスタ、単光子発光体、単光子検出器、スピントロニクスデバイス、原子力顕微鏡用の超先鋭な先端部、走査型トンネル顕微鏡、電界放出デバイス、フォトルミネセンス・タグ、光起電力デバイス、光バンドギャップ材料、走査型近視野光顕微鏡先端部、および、ディジタル部品およびアナログ部品を有する回路。
【0038】
この実施形態の様々な態様において、前のパラグラフに列挙したデバイス部品の1つまたは複数を含むデバイスについて、上記のデバイス部品の1つは上記の少なくとも1つの半導体を含むかもしれない。この態様の任意選択の特徴で、上記デバイスの複数の部品は、少なくとも1つの半導体を含むことができ、ここで各デバイス部品につて、この少なくとも1つの半導体は、下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。
【0039】
この実施形態の態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は細長い。この態様の様々な任意選択の特徴では、上記の半導体の長手方向の断面における任意の点で、最も長い幅に対する断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きい。
【0040】
この実施形態の様々な態様において、上記の少なくとも1つの半導体の少なくとも1つの部分は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0041】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループからの半導体、および2以上のそのような半導体の適切な組合せを含む。
【0042】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループからのドーパントを含み、または、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。
【0043】
この実施形態の他の態様において、上記のデバイスは、上記の少なくとも1つのバルクドープ半導体に電気的に結合された他の半導体を含む。
この実施形態の他の態様において、上記のデバイスは、上記の少なくとも1つのバルクドープ半導体に光学的に結合された他の半導体を含む。この実施形態のさらに他の態様において、上記のデバイスは、上記の少なくとも1つのバルクドープ半導体に磁気的に結合された他の半導体を含む。
【0044】
この実施形態の他の態様において、上記のデバイスは、上記の少なくとも1つのバルクドープ半導体に物理的に接触する他の半導体を含む。
この実施形態の様々な態様において、上記の少なくとも1つの半導体は、1つまたは複数の電気コンタクト、光学コンタクト、または磁気コンタクトに結合される。
【0045】
この実施形態の他の態様において、上記の少なくとも1つの半導体の導電率は、信号に応答して制御可能である。この実施形態の様々な任意選択の態様において、上記の少なくとも1つの半導体の導電率はある範囲の値の中の任意の値を有するように制御可能であり、上記の少なくとも1つの半導体は2以上の状態の間で切り換え可能であり、上記の少なくとも1つの半導体は信号によって伝導状態と絶縁状態の間で切り換え可能であり、上記の少なくとも1つの半導体の2以上の状態は、加えられる信号が無い状態で、持続可能であり、上記の少なくとも1つの半導体の導電率は電気信号に応答して制御可能であり、上記の少なくとも1つの半導体の導電率は光信号に応答して制御可能であり、上記の少なくとも1つの半導体の導電率は磁気信号に応答して制御可能であり、および/または上記の少なくとも1つの半導体の導電率はゲート端子の信号に応答して制御可能である。
【0046】
この実施形態の他の態様において、少なくとも2つの上記の半導体はアレイに配列され、さらに、アレイに配列された半導体の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含むバルクドープ半導体である。この態様の任意選択の特徴で、このアレイは順序アレイである。この実施形態の他の任意選択の特徴で、このアレイは、順序アレイでない。
【0047】
この実施形態のさらに他の態様において、上記のデバイスは、2以上の別個の相互接続された回路を含み、これらの回路のうちの少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含むバルクドープ半導体を含まない。
【0048】
この実施形態の他の態様において、上記のデバイスは、1つまたは複数のピン出力を有するチップ上に実施される。この実施形態の任意選択の特徴で、このチップは別個の相互接続された回路を含み、これらの回路のうちの少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含むバルクドープ半導体を含まない。
【0049】
他の実施形態において、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含むバルクドープ半導体を成長するための反応物の堆積を提供する。この堆積は、半導体反応物およびドーパント反応物を含む。
【0050】
この実施形態の態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は細長い。この態様の様々な任意選択の特徴では、上記の半導体の長手方向の断面における任意の点で、最も長い幅に対するこの断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きい。
【0051】
この実施形態の様々な態様において、上記の少なくとも1つの半導体の少なくとも1つの部分は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0052】
この実施形態の様々な態様においては、上記少なくとも1つの半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループからの半導体、および2以上のそのような半導体の適切な組合せを含む。
【0053】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループからのドーパントを含み、または、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。
【0054】
他の実施形態において、半導体は、その半導体の成長中にドープする。
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体は自立型であり、上記の半導体は100ナノメートル以下の最小幅を有し、ドーピングの程度は制御され、上記のドープされた半導体は分子の堆積にエネルギーを加えることで成長され、この分子の堆積は上記の半導体の分子およびドーパントの分子を含み、ドーピングの程度は制御され、ドーパント分子の量に対する半導体分子の量の比が制御される。これらの分子は気化分子を形成するようにレーザを使用して気化され、上記半導体は気化分子から成長され、気化分子は液体クラスタに凝縮され、上記の半導体はこの液体クラスタから成長され、上記半導体の成長はレーザ支援触媒成長を使用して行われ、分子の堆積は触媒材料の分子のクラスタを含み、上記の半導体の幅は制御され、および/または、上記の半導体の幅は触媒クラスタの幅を制御することで制御される。
【0055】
この実施形態の追加の態様においては、ドーピングの動作は少なくとも分子に対して化学気相成長を行うことを含み、上記の成長された半導体は20ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を有し、上記の成長された半導体は10ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を有し、および/または、上記の成長された半導体は5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を有する。
【0056】
この実施形態のさらに他の追加の態様においては、上記の成長された半導体は磁気を帯びており、上記の半導体は成長された半導体に磁気を帯びさせる材料をドープされ、上記の成長された半導体は強磁性体であり、上記の半導体は成長された半導体を強磁性体にする材料をドープされ、上記の半導体はマンガンをドープされる。
【0057】
この実施形態の他の態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は細長い。この態様の様々な任意選択の特徴では、上記の半導体の長手方向の断面における任意の点で、最も長い幅に対するこの断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きい。
【0058】
この実施形態の様々な態様において、上記の少なくとも1つの半導体の少なくとも1つの部分は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0059】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループからの半導体、および2以上のそのような半導体の適切な組合せを含む。
【0060】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループからのドーパントを含み、または、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。
【0061】
他の実施形態においては、デバイスを製造する。1つまたは複数の半導体を表面に接触させる。ここで、上記の半導体の少なくとも1つは下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。この実施形態の様々な態様において、上記の表面は基板であり、上記の半導体の少なくとも1つは、上記の表面に接触する前に、半導体の分子およびドーパントの分子にエネルギーを加えて成長する。上記の1つまたは複数の半導体を含む溶液を上記表面に接触させる。電界を使用して上記表面に1つまたは複数の上記半導体を並べる。少なくとも2つの電極の間に電界を発生させ、これらの電極の間に1つまたは複数の上記半導体を位置付けする。1つまたは複数の他の半導体を含む別の溶液を上記の表面に接触させる。ここで、この他の半導体の少なくとも1つは500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含むバルクドープ半導体である。上記の1つまたは複数の接触された半導体を上記表面に付けるように上記表面を調整する。上記表面に溝を形成する。上記表面をパターン形成する。1つまたは複数の上記半導体は、電界を使用して上記表面に並べる。上記少なくとも1つの半導体は細長い。
【0062】
この態様の様々な任意選択の特徴では、上記の半導体の長手方向の断面における任意の点で、最も長い幅に対する断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きい。
【0063】
この実施形態の様々な態様において、上記の少なくとも1つの半導体の少なくとも1つの部分は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0064】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループからの半導体、および2以上のそのような半導体の適切な組合せを含む。
【0065】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループからのドーパントを含み、または、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。
【0066】
他の実施形態においては、1つまたは複数の半導体にエネルギーを加えて、上記の1つまたは複数の半導体を発光させることで、発光が生成される。ここで、上記の半導体の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つである:単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。
【0067】
この実施形態の態様において、上記の少なくとも1つの半導体は細長い。この態様の様々な任意選択の特徴では、上記の半導体の長手方向の断面における任意の点で、最も長い幅に対するこの断面の長さの比は、4:1よりも大きい、または10:1よりも大きい、または100:1よりも大きい、または、さらに1000:1よりも大きい。
【0068】
この実施形態の様々な態様において、上記の少なくとも1つの半導体の少なくとも1つの部分は、200ナノメートルよりも小さい、または150ナノメートルよりも小さい、または100ナノメートルよりも小さい、または80ナノメートルよりも小さい、または70ナノメートルよりも小さい、または60ナノメートルよりも小さい、または40ナノメートルよりも小さい、または20ナノメートルよりも小さい、または10ナノメートルよりも小さい、または、さらに5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。
【0069】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループからの半導体、および2以上のそのような半導体の適切な組合せを含む。
【0070】
この実施形態の様々な態様においては、上記の少なくとも1つの半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループからのドーパントを含み、または、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。
【0071】
この実施形態の様々な態様において、上記の少なくとも1つの半導体はバルクドープされている。上記の半導体は直接バンドギャップ半導体を含む。2つの交差半導体の接合間に電圧が加えられ、各半導体が500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。各半導体は100ナノメートルよりも小さい最小幅を有する。上記の放出光の波長は、100ナノメートルよりも小さい最小幅を有する上記の少なくとも1つの半導体の寸法を制御することで制御される。上記半導体は細長く、この細長い半導体の幅は制御される。上記の半導体は、上記の半導体の塊が極小の最も短い寸法を有する場合、その塊が第1の波長で発光する性質を有し、さらに、上記半導体の制御された寸法は上記極小の最も短い寸法よりも小さい。
【0072】
他の実施形態において、ドープされた半導体部品および1つまたは複数の他の部品を有するデバイスを製造する。半導体は、上記のドープされた半導体部品を生成するように、成長中にドープし、さらに、上記のドープされた半導体部品は、上記の1つまたは複数の他の部品の少なくとも1つに付ける。
【0073】
この実施形態の態様において、上記のドープされた半導体は下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。
【0074】
この実施形態の様々な態様において、上記の半導体部品はナノワイヤの少なくとも一部であり、上記の半導体は半導体の成長中にドープされる。
他の実施形態において、細長い要素を有する半導体デバイスを制御可能に組み立てるプロセスを提供する。ここで、この要素の横方向の固有寸法がナノメートルのスケールである。このプロセスは、第1のドーピングの型の少なくとも1つの第1の要素を生成するステップと、前記の第1の要素を第1の方向に向けるステップと、前記の第1の要素を少なくとも1つの第1のコンタクトに接続して、電流がこの第1の要素を流れることができるようにするステップとを含む。
【0075】
この実施形態の様々な態様において、上記のプロセスは、さらに、第2のドーピングの型の少なくとも1つの第2の要素を生成するステップと、前記の第2の要素を第1の方向と異なる第2の方向に向けるステップと、上記の第1の要素と第2の要素の間の電気的接触を可能にするステップと、前記の第2の要素を少なくとも1つの第2のコンタクトに接続して、電流が第1と第2の要素の間を流れることができるようにするステップとを含む。上記のプロセスは、さらに、前記の第1の要素を、間隔を空けて配置されたコンタクトに接続し、間隔を空けて配置されたコンタクトの間の第1の要素に近接してゲート電極を配列し、それによってFETを形成するステップとを含む。第1のドーピングの型はn型またはp型のうちの1つである。第2のドーピングの型は、第1のドーピングの型がp型の場合は、n型であり、第1のドーピングの型がn型の場合は、p型である。第1の要素は、電界または流体の流れの少なくとも1つを加えることで、方向付けされる。第1の要素は、上記の流体の流れの中に浮遊している。第1の要素は、機械的な工具を使用することで方向付けされる。第2の要素は、電界または流体の流れの少なくとも1つを加えることで、方向付けされる。第2の要素は、上記の流体の流れの中に浮遊している。第2の要素は、機械的な工具を使用することで方向付けされる。
【0076】
さらに他の実施形態において、金属コンタクトのアレイを有するシリコン基板と、このアレイと電気的に連絡した状態で形成され、かつp型半導体ナノワイヤで形成された第1のバーを有するクロスバースイッチ要素と、n型半導体ナノワイヤで形成され、かつ第1のバーから間隔を置いて配置され、かつ第1のバーに交差して配列された第2のバーとを含む半導体デバイスを提供する。
【0077】
この実施形態の他の態様において、第2のバーは、第1のバーから1〜10nmの間の間隔を置いて配置されている。
他の実施形態において、2つのコンタクト点の間に電位を加えることで、この2つのコンタクト点の間に第1のナノワイヤを位置付けし、2つの他のコンタクト点の間に第2のナノワイヤを位置付けするステップを含むナノワイヤ半導体デバイスの製造方法を提供する。
【0078】
他の実施形態においては、選択的にナノワイヤを引き寄せる1つまたは複数の領域を有する表面を形成するステップを含むナノワイヤ半導体デバイスの製造方法を提供する。
【0079】
他の実施形態において、ナノワイヤで発光ダイオードを製造する方法を提供する。ここで、このダイオードの発光波長は、2つのドープされたナノワイヤ間のp−n接合の寸法で決定される。
【0080】
さらに他の実施形態において、p型ナノワイヤとn型ナノワイヤを交差させて半導体接合を製造する方法を提供する。
他の実施形態において、1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てる方法を提供する。この方法は、上記の1つまたは複数の細長い構造を含む流体を上記の表面に流すステップと、上記の細長い構造のアレイを形成するように上記の表面に上記の1つまたは複数の細長い構造を並べるステップとを含む。
【0081】
この方法の様々な実施形態において、流すステップは、流体を第1の方向に流すステップを含み、並べるステップは、この流体がアレイ構造の第1の層を形成するように第1の方向に流れるときに、上記の1つまたは複数の細長い構造を並べるステップを含む。さらに、この方法は、流れの方向を第1の方向から第2の方向に変えるステップと、流すことおよび並べることの動作を繰り返すステップとを含む。第1の層からの少なくとも第1の細長い構造が、第2のアレイからの少なくとも第2の細長い構造に接触する。第1および第2の細長い構造の一方は第1の導電型のドープされた半導体であり、第1および第2の細長い構造の他方は第2の導電型のドープされた半導体である。第1の導電型がp型であり、第2の導電型がn型であり、さらに、第1および第2の細長い構造がp−n接合を形成する。上記の表面は基板の表面である。上記の方法は、さらに、基板の表面から別の基板の表面に上記の細長い構造のアレイを移すステップを含む。移すステップは、スタンピングを含む。上記の1つまたは複数の細長い構造は、依然として液体中に含まれている間に、上記の表面に並べられる。上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で前記表面を調整するステップと、および、並べる動作は、この1つまたは複数の機能性を使用して上記の1つまたは複数の細長い構造を上記の特定の位置に引き寄せるステップとを含む。調整する動作は、1つまたは複数の分子で上記表面を調整するステップを含む。調整する動作は、1つまたは複数の電荷で上記表面を調整するステップを含む。調整する動作は、1つまたは複数のマグネト発電機で上記表面を調整するステップを含む。調整する動作は、1つまたは複数の光強度で上記表面を調整するステップを含む。化学的な力を使用して上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、上記表面を調整すること。調整する動作は、光学的な力を使用して上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、上記表面を調整するステップを含む。調整する動作は、静電気力を使用して上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、上記表面を調整するステップを含む。調整する動作は、磁気力を使用して上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、上記表面を調整するステップを含む。上記の方法は、さらに、上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置で受け取るように上記表面をパターン形成するステップを含む。パターン形成する動作は、上記表面に物理的なパターンを作るステップを含む。この物理的なパターンが溝である。この物理的なパターンは段である。上記の表面は基板の表面であり、上記表面に物理的なパターンを作るステップは、上記基板の結晶格子段を使用するステップを含む。上記表面は基板の表面であり、上記表面に物理的なパターンを作るステップは、自己組立二ブロック重合体細片を使用するステップを含む。上記表面に物理的なパターンを作るステップは、パターンを使用するステップを含む。上記表面に物理的なパターンを作るステップは、押し付けられたパターンを使用するステップを含む。これらに加えて/または、流す動作は、溝を使用して上記記流体の流れを制御するステップを含む。
【0082】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある、自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0083】
他の実施形態において、1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てる方法を開示する。ここで、上記細長い構造の1つまたは複数は下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。さらに、ここで、上記の方法は、上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で上記表面を調整する動作と、上記の1つまたは複数の機能性を使用して、上記の1つまたは複数の細長い構造を上記の特定の位置に引き寄せることで、上記の1つまたは複数の細長い構造を並べる動作とを含む。
【0084】
この実施形態の様々な態様において、調整する動作は、1つまたは複数の分子で上記表面を調整するステップを含む。調整する動作は、1つまたは複数の電荷で上記表面を調整するステップを含む。調整する動作は、1つまたは複数のマグネト発電機で上記表面を調整するステップを含む。調整する動作は、1つまたは複数の光強度で上記表面を調整するステップを含む。化学的な力を使用して上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、上記表面を調整すること。調整する動作は、光学的な力を使用して上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、上記表面を調整するステップを含む。調整する動作は、静電気力を使用して上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、上記表面を調整するステップを含む。これらに加えて/または、調整する動作は、磁気力を使用して上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、上記表面を調整するステップを含む。
【0085】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある、自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選べれたドーパントを含み、およびn型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0086】
他の実施形態において、複数の細長い構造を表面に組み立てる方法を開示する。ここで、上記細長い構造の1つまたは複数は下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。さらに、ここで、上記の方法は、上記の複数の細長い構造を上記表面に堆積する動作と、上記の複数の細長い構造のうちの2以上の間に静電気力を発生するように上記表面を電気的に帯電させる動作とを含む。
【0087】
この実施形態の様々な実施形態において、上記の静電気力によって上記の2以上の細長い構造が並べられ、上記の静電気力によって上記の2以上の細長い構造が1つまたは複数のパターンに並べられ、および/または、上記1つまたは複数のパターンは平行アレイを含む。
【0088】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型の、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0089】
さらに他の実施形態において、複数の細長い構造を表面に組み立てる方法を提供する。ここで、上記の細長い構造の1つまたは複数は下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。さらに、ここで、上記の方法は、ラングミュア−ブロジェット(Langmuir−Blodgett)膜を形成するように、上記の1つまたは複数の細長い構造を液相の表面に分散させる動作と、上記のラングミュア−ブロジェット膜を圧縮する動作と、上記の圧縮されたラングミュア−ブロジェット膜を表面に移す動作とを含む。
【0090】
この実施形態の態様において、上記表面は、基板の表面である。
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0091】
他の実施形態において、複数の1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てる方法を提供する。ここで、上記の細長い構造の少なくとも1つは下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。さらに、上記の方法は、上記の1つまたは複数の細長い構造を可撓性基材に分散させる動作と、上記の少なくとも1つの細長い構造が1つの方向に並ぶようにするせん断力を、上記の1つまたは複数の細長い構造に発生させるように、上記可撓性基材をこの方向に引き伸ばす動作と、上記の可撓性基材を除去する動作と、上記の少なくとも1つの並べられた細長い構造を表面に移す動作とを含む。
【0092】
この実施形態の様々な態様において、上記の方向は、上記表面の面に平行である。上記の引き伸ばす動作は、上記の可撓性基材を、電気的に引き起こされる力で引き伸ばすステップを含む。上記の引き伸ばす動作は、上記可撓性基材を、光学的に引き起こされる力で引き伸ばすステップを含む。上記の引き伸ばす動作は、上記可撓性基材を、機械的に引き起こされる力で引き伸ばすステップを含む。上記の引き伸ばす動作は、上記可撓性基材を、磁気的に引き起こされる力で引き伸ばすステップを含む。上記の表面は、基板の表面である。上記の可撓性基材は、重合体である。
【0093】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある、自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0094】
他の実施形態において、ドープされた半導体を成長するためのシステムを提供する。このシステムは、半導体の分子およびドーパントの分子を供給するための手段と、ドープされた半導体を生成するように、上記半導体の成長中に、上記半導体の分子に上記ドーパントの分子をドープするための手段とを含む。
【0095】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0096】
他の実施形態において、1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てるシステムを提供する。このシステムは、上記の1つまたは複数の細長い構造を含む流体を上記表面に流すための手段と、上記の細長い構造のアレイを形成するように、上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面に並べるための手段とを含む。
【0097】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0098】
さらに他の実施形態においては、1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てるためのシステムを提供する。このシステムでは、上記の細長い構造の1つまたは複数は下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。さらに、このシステムは、上記の1つまたは複数の細長い構造を上記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で上記表面を調整するための手段と、上記の1つまたは複数の機能性を使用して、上記の1つまたは複数の細長い構造を上記の特定の位置に引き寄せることで、上記の1つまたは複数の細長い構造を並べるための手段とを含む。
【0099】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0100】
他の実施形態において、複数の細長い構造を表面に組み立てるためのシステムを提供する。このシステムでは、上記の細長い構造の1つまたは複数が下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。さらに、このシステムは、上記の複数の細長い構造を上記表面に堆積するための手段と、上記の複数の細長い構造のうちの2以上の間に静電気力を発生させるように、上記の表面を電気的に帯電させるための手段とを含む。
【0101】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0102】
他の実施形態において、複数の細長い構造を表面に組み立てるためのシステムを提供する。このシステムで、上述の細長い構造の1つまたは複数は下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。さらに、このシステムは、ラングミュア−ブロジェット膜を形成するように、上記の1つまたは複数の細長い構造を液相の表面に分散させるための手段と、上記のラングミュア−ブロジェット膜を圧縮するための手段と、上記の圧縮されたラングミュア−ブロジェット膜を表面に移すための手段とを含む。
【0103】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0104】
他の実施形態において、複数の1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てるシステムを提供する。このシステムでは、上記の細長い構造の少なくとも1つが下記のものの少なくとも1つである:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。さらに、このシステムは、上記の1つまたは複数の細長い構造を可撓性基材に分散させるための手段と、上記の少なくとも1つの細長い構造が1つの方向に並ぶようにするせん断力を、上記の1つまたは複数の細長い構造に発生させるように、上記の可撓性基材をこの方向に引き伸ばすための手段と、上記の可撓性基材を除去するための手段と、上記の少なくとも1つの細長い構造を表面に移すための手段とを含む。
【0105】
この実施形態のその他の態様において、上記の細長い構造の少なくとも1つは、半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である。上記の細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である。上記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体である。上記の構造の少なくとも1つは、下記のものの少なくとも1つであるドープされた半導体である:すなわち、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体。上記のドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む。上記のドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパント、から成るグループから選択されたドーパントを含み、および、n型はSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される。上記のドープされた半導体は、半導体の成長中にドープされる。
【0106】
上で述べた実施形態の特徴および利点、およびこれらの実施形態の他の特徴および利点は、添付の図面とともに読まれるべきである以下の詳細な説明によって、より容易に理解され高く評価されるようになるであろう。
【0107】
本発明のより適切な理解のために、参照して本明細書に組み込まれる添付の図面を参照する。
【0108】
詳細な説明
本発明は、1つの態様において、非常に小さい空間規模の半導体のような材料に制御されたドーピングを行うための方法、および有用なデバイスを作るようにドープされた材料を相対的な位置に配列するステップを提供する。一組の実施形態は、n型かp型かどちらの半導体が望ましいかによって選択されたドーパント(例えば、ボロン、アルミニウム、リン、砒素、その他)を半導体にドーピングするステップを含む。
【0109】
様々な半導体において、この発明は、インジウムリン、ガリウム砒素、室化ガリウム、セレン化カドミウム、およびセレン化亜鉛の中から選択された半導体の制御されたドーピングを含む。この組の実施形態において、亜鉛、カドミウム、またはマグネシウムを含みこれらに限定されないドーパントが、p型半導体を形成するために使用できる。また、テルル、イオウ、セレン、またはゲルマニウムを含みこれらに限定されないドーパントが、これらの材料からn型半導体を形成するためのドーパントとして使用できる。これらの材料は、直接バンドギャップ半導体材料を示し、これらの材料およびドープされたシリコンは当業者によく知られている。本発明は、任意のドープされたシリコンまたは直接バンドギャップ半導体材料を様々な用途に使用するステップを考察する。
【0110】
ここで使用されるとき、製品の「幅」は、その製品の周囲の一点から製品の中心を通って製品の周囲の他の点までの直線の距離である。ここで使用するように、細長い製品の長手方向の軸における点での「幅」または「断面寸法」は、この点での断面の中心を通過し、かつ断面の周囲の2点を結ぶ直線に沿った距離である。
【0111】
ここで使用されるとき、「細長い」製品(例えば、半導体またはそれの部分)は、その製品の長手方向の軸における任意の点で、その点における最も大きな幅に対するその製品の長さの比が2:1よりも大きな製品である。
【0112】
ここで使用されるとき、細長い製品の「長手方向の軸」は、その製品の最も長い寸法に沿った軸である。
ここで使用されるとき、細長い製品の「長さ」は、その製品の端から端までの長手方向の軸に沿った距離である。
【0113】
ここで使用されるとき、細長い製品の「長手方向の断面」は、ゼロよりも大きくかつその製品の長さ以下の任意の長さを持つことができる、この細長い製品の長手方向の軸におけるこの細長い製品の部分である。
【0114】
ここで使用されるとき、細長い製品の長手方向の軸における点での「断面」は、その製品の長手方向の軸に直交する、その点でその細長い製品を横切る面である。
【0115】
ここで使用するとき、「円柱状の」製品は、円柱のように形づくられた外形を有する製品であるが、その製品の内部に関する性状を規定しないし、または反映しない。言い換えれば、円柱状製品は、一体の内部を有することができるし、または空洞化された内部を有することもできる。
【0116】
ここで使用されるとき、「ナノワイヤ」すなわち「NW」は細長い半導体、すなわちナノスケールの半導体であり、このナノスケール半導体は、その長さにおける任意の点で、少なくとも1つの断面寸法有し、また、いくつかの実施形態においては、2つの直交する断面寸法を有する。この断面寸法は、500ナノメートルよりも小さく、好ましくは200ナノメートルよりも小さく、より好ましくは150ナノメートルよりも小さく、さらにより好ましくは100ナノメートルよりも小さく、その上さらにより好ましくは70ナノメートルよりも小さく、さらに好ましくは50ナノメートルよりも小さく、その上さらにより好ましくは20ナノメートルよりも小さく、さらにより好ましくは10ナノメートルよりも小さく、さらに5ナノメートルよりもなお小さい。この細長い半導体の断面は、円形、正方形、長方形、楕円形を含みこれに限定されない任意の形状を有することができる。規則正しい形状および不規則な形状が含まれる。
【0117】
ここで使用されるとき、「ナノチューブ」すなわち「NT」は、空洞化された中心を有するナノワイヤである。
ここで使用されるとき、「バルクドープ(bulk−doped)」製品(例えば、半導体またはそれの部分)は、ドーパントが特定の領域だけに組み込まれた製品に対立するものとして、その製品の結晶格子の実質的全体にわたってドーパントが組み込まれた製品である。例えば、カーボンNTのようないくつかの製品は、一般に、基礎材料が成長された後でドープされるので、ドーパントは、カーボンNTの表面すなわち外部から結晶格子の内部に有限の距離だけ広がるに過ぎない。さらに、カーボンNTは、ドーパントが基礎材料の結晶格子全体にわたって組み込まれないように、基礎材料とドープされた基礎材料の交互になる層を形成する入れ子型チューブとして組み合わされることが多い。
【0118】
ここで「ナノワイヤ」すなわち「NW」を説明するために使用されるとき、「ドープされた」は、バルクドープされているステップを意味する。したがって、ここで使用されるとき、「ドープされたナノワイヤ」すなわち「ドープされたNW」は、バルクドープされているナノワイヤ(バルクドープナノワイヤ)である。
【0119】
ここで使用されるとき、製品(例えば、ナノワイヤ)の「アレイ」は、複数の製品を含む。ここで使用されるとき、「交差アレイ」は、製品の少なくとも1つが、製品の他のものか単一ノード(例えば、電極)かに接触しているアレイである。
【0120】
ここで使用されるとき、第2の製品に「結合された」第1の製品(例えば、ナノワイヤまたはより大きな寸法の構造)は、第1の製品が、第2の製品に物理的に接触するか、または第2の製品に十分に近接して第2の製品の特性(例えば、電気的特性、光学的特性、磁気特性)に影響を及ぼすように配置される。
【0121】
このように、本発明は、一態様において、任意の方法でドープされた(n型またはp型)、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する細長い半導体を考察する。他の実施形態においては、この半導体は、約200ナノメートルよりも小さい、約150ナノメートルよりも小さい、または、約100ナノメートルよりも小さい幅を持つことができる。好ましくは、この半導体は、約80ナノメートルよりも小さい、より好ましくは約70ナノメートルよりも小さい、好ましくは約50ナノメートルよりも小さい最小幅を持つ。約20ナノメートルよりも小さい、約10ナノメートルよりも小さい、または約5ナノメートルよりも小さい少なくとも1つの寸法の幅のような、より小さい幅が含まれる。いくつかの実施形態においては、細長い半導体の2つの直交する断面寸法は、上記の値よりも小さいかもしれない。アスペクト比、すなわち、半導体の長さの最大幅に対する比は、2:1よりも大きい。他の実施形態においては、アスペクト比は、4:1よりも大きいかもしれないし、10:1よりも大きいかもしれないし、100:1よりも大きいかもしれないし、またはさらに1000:1よりも大きいかもしれない。非常に小さい寸法であるこのような半導体は、以下で説明するように様々な用途がある。
【0122】
図1は、円柱状半導体L1、例えばナノワイヤのようなワイヤ状半導体の例を示す透視図である。円柱状半導体L1は、長さL2および長手方向の軸L3を有する。長手方向の軸L3における点L5で、円柱状半導体L1は、断面L6を横切る複数の幅L4を有する。ここで、幅L4の1つは、点L5における最小幅である。
【0123】
そのような半導体は自立型であることができる。ここで使用されるとき、「自立型」製品は、その生涯のある点において、他の製品に取り付けられない、すなわち、解決状態にある製品である。
【0124】
さらに、そのような半導体は、バルクドープ半導体であることができる。ここで使用されるとき、「バルクドープ半導体」製品(例えば、製品または製品の部分)は、ドーパントが特定の領域にだけ組み込まれている半導体に対立するものとして、半導体の結晶格子の実質的に全体にわたってドーパントが組み込まれている半導体である。例えば、NTのようないくつかの半導体は、一般に、半導体が成長された後でドープされるので、ドーパントは、ナノチューブの表面すなわち外部から結晶格子の内部にある有限距離だけ広がるに過ぎない。さらに、NTは、半導体の結晶格子全体にわたってドーパントが取り込まれないように半導体とドープされた半導体の交互になる層を形成する入れ子型チューブとして組み合わされることが多い。理解すべきことであるが、「バルクドープ」は、半導体中へのドーピングの濃度または量を規定または反映しないし、ドーピングが必ず一様であるということも意味しない。
【0125】
ドープされた半導体では、その半導体は、半導体の成長中にドープすることができる。成長中に半導体にドープすることで、このドープされた半導体がバルクドープされている特性がもたらされる。さらに、そのようなドープされた半導体は、制御可能にドープすることができるので、その結果、ドープされた半導体内のドーパントの濃度は、制御することができ、したがって、一貫して再現することができ、そのような半導体の営業用製造が可能になる。
【0126】
上記のような半導体を使用して様々なデバイスを製造することができる。そのようなデバイスには、光電子デバイスおよび電気機械デバイスを含んだ電気的デバイス、光学的デバイス、機械的デバイス、またはそれらの任意の組合せがある。
【0127】
1つの実施形態においては、500ナノメートルより小さい最小幅または上記の他の幅を有するドープされた半導体を使用して、電界効果トランジスタ(FET)を製造する。ドープされた半導体は、FET製造の当業者が知っているように、p型かn型かいずれかの半導体であることができる。ナノチューブを使用するFETは当該発明者の知識には知られているが、従来の配列では、ナノチューブが金属であるか半導体であるかを制御することなしに、無秩序にナノチューブが選択されている。そのような場合、非常に低い割合のデバイスが動作可能である。おそらく、20個中で1個、または50個中で1個、またはおそらく百個中でほぼ1個が動作可能である。本発明は、50デバイス中で1よりも遥かに多い数が動作可能である方法に従った動作可能なFETの製造を製造プロセスが含むことができるように、ナノワイヤの制御されたドーピングを考察する。例えば、この方法は、ナノワイヤをドーピングすること、そして、これからFETを製造するステップを含むことができる。
【0128】
また、本発明は、単にn型半導体のp型半導体との接触によって配列された、例えば以下で示すような交差n型p型半導体ナノワイヤの配列による、低濃度ドープ相補型インバータ(相補型金属酸化物半導体)を提供する。
【0129】
また、本発明に従って、高濃度ドープ半導体部品を有するトンネルダイオードも提供される。トンネルダイオードは、相補型インバータと同様に、または全く同じに配列することができ、半導体は、低濃度にドープされているのではなく高濃度にドープされている。「高濃度ドープ」および「低濃度ドープ」は、当業者がその意味をはっきりと理解している用語である。
【0130】
本発明の1つの重要な態様は、近接するn型およびp型半導体部品から利益を得ることができる任意の電子デバイスを基本的に製造する能力である。ここで、これらの部品は、予め製造され(個別の分離したプロセスでドープされ、ドープされるときに部品は互いに分離している)、そして、ドーピング後に接触させられる。このことは、一般的な従来技術の配列と異なっている。従来技術の配列では、単一半導体が1つの領域をn型にドープされ、近接領域をp型にドープされるが、このn型半導体領域とp型半導体領域は、ドーピング前に初めに近接しており、ドーピング前後で互いに対して動かない。すなわち、初めに非接触配列にあるn型およびp型半導体を互いに接触させて、有用な電子デバイスを形成する。本発明のこの態様に従って、当業者がn型およびp型半導体を組み合わせて使用してつくることが望ましい、どのようなデバイスも基本的に作ることができる。そのようなデバイスの例としては、電界効果トランジスタ(FET)、バイポーラ接合型トランジスタ(BJT)、トンネルダイオード、相補型インバータ、発光デバイス、光感知デバイス、ゲート、インバータ、AND、NAND、OR、およびNORのゲート、ラッチ、フリップフロップ、レジスタ、スイッチ、クロック回路、スタティックおよびダイナミックメモリデバイスおよびアレイ、ステートマシーン、ゲートアレイ、および任意の他の動的または順序論理、またはプログラマブル回路を含んだ他のディジタルデバイスがあるが、これらに限定されない。また、増幅器、スイッチおよび能動トランジスタデバイスを使用する他のアナログ回路、並びに混合信号デバイスおよび信号処理回路を含み、これらに限定されないアナログデバイスおよび回路もある。
【0131】
半導体ナノワイヤを組み込んだ電子デバイスは、例えば、電気的、光学的、または磁気的な信号で制御することができる。この制御は、2以上の別個の状態間のスイッチングを含むことができ、または、ナノワイヤ電流の連続的な制御、すなわちアナログ制御を含むことができる。電気信号、光信号および磁気信号に加えて、デバイスは次のようにして制御することができる。
【0132】
(1)デバイスは、生物種および化学種、例えばDNA、たんぱく質、金属イオンに応答して切り換え可能である。より一般的な観念では、これらの種は電荷をもっており、または双極子を有する。
(2)デバイスは、機械的な伸張、振動および曲げに応答して切り換え可能である。
(3)デバイスは、温度に応答して切り換え可能である。
(4)デバイスは、環境圧力に応答して切り換え可能である。
(5)デバイスは、環境ガスまたは液体に応答して切り換え可能である。
【0133】
本発明の多くのデバイスは、交差したn型およびp型ナノワイヤの接合であることができる交差p/n接合を特に使用する。交差p/n接合は少なくとも1つのn型半導体と少なくとも1つのp型半導体によって画定され、各材料の少なくとも一部が他方の材料の少なくとも一部に接触し、さらに、各半導体が他方の部品に接触しない部分を含んでいる。この接合は、ナノワイヤを予めドープし、それから、以下に説明する方法を使用してそれらを互いに近接させることによって配列することができる。
【0134】
発光源も本発明に従って実現され、ここでは、電子と正孔が結合し、光を放出する。本発明の1つの型の発光源は、少なくとも1つの交差p/n接合を含み、特に交差p型n型ナノワイヤを含む。交差ナノワイヤを使用する本発明のこの配列および他の配列では、ワイヤは直角である必要はないが、そうであることもある。順方向バイアスのとき(p型ワイヤに正電荷が加えられ、負電荷がn型ワイヤに加えられる)、n型ワイヤ中で電子が接合に向かって流れ、p型ワイヤ中で正孔が接合に向かって流れる。接合で、正孔と電子は結合して光を放出する。以下でより詳細に説明するように、他の方法を使用して、1つまたは複数のナノワイヤ、または他の半導体が光を放出するようにすることができる。
【0135】
本発明の寸法スケール(ナノスケール)で、発光の波長は、発光接合を形成するように交差する少なくとも1つの部品、好ましくは両方の部品の大きさを制御することで、制御できる。例えば、ナノワイヤが使用される場合、より大きな最小寸法を有するナノワイヤ(より幅の広いワイヤ)がより低い周波数で発光する。例えば、インジウムリンの場合、一般的な製造プロセスに関連した寸法スケールで、この材料は920ナノメートルで発光する。本発明の寸法スケールで、発光波長は、920ナノメートルよりも短い波長であるように、例えば920ナノメートルと580ナノメートルの間に、制御することができる。波長は、この範囲内で、900、850、800、750、700ナノメートルなどのように、ワイヤ寸法に依存して選ぶことができる。
【0136】
このようにして、本発明の一態様は、バルク状態で発光するよりも高い周波数で発光する半導体発光源を含む。発光の周波数のそのような増加は、本明細書でしばしば量子閉じ込めと呼ぶ。この背景で、「バルク状態」は、500ナノメートルよりも大きな最小寸法を有する部品または部品の一部として存在する状態を意味する。また、「バルク状態」は、材料の固有の波長すなわち発光の周波数をもたらすその状態として定義することもできる。本発明は、基本的に任意の半導体材料またはドーピングされた半導体材料の発光周波数のそのような制御を可能にする。
【0137】
表面へのナノワイヤの組立、すなわち制御された配置は、電界を使用してナノワイヤを並べることで行うことができる。電界を電極間に発生させ、ナノワイヤは、電極の間に位置付けされ(浮遊する液体中で電極の間の領域に随意に流される)、電界中で並べられ、それによって、電極間の距離にまたがり、各電極に接触するようになる。
【0138】
他の配列では、個々の接触点は、互いに反対の関係で配列され、個々の接触点が相手方に向けられた先端部を形成するように先細りになっている。そのような先端部間に生じた電界は、電極の間の間隔にまたがりかつこの電極のそれぞれに接触するように、単一ナノワイヤを引き付ける。このようにして、個々のナノワイヤは、電気コンタクトの個々の対の間に容易に組み立てることができる。多数の交差を含んだ交差ワイヤの配列は(第1の方向の多数の平行ワイヤを、垂直なまたはほぼ垂直な第2の方向の多数の平行ワイヤが横切る)、交差ワイヤの反対の端があることが望ましい位置に最初に接触点(電極)を位置付けすることで容易に形成することができる。電極すなわち接触点は、一般的な微小製造技術で製造することができる。
【0139】
これらの組立方法は、ナノワイヤが位置付けされるのが望ましい位置の配列の方向に向かって、浮遊ナノワイヤを含んだ流体を向けるように、流体流方向付け装置を位置決めするステップを含んだ位置決め配列で代用することができ、または補完することができる。ナノワイヤ溶液は、次のように用意することができる。ナノワイヤを合成した後で、溶剤(例えば、エタノール)の中に移し、それから数秒から数分間音波処理して、安定した浮遊物を得る。
【0140】
他の配列には、選択的にナノワイヤを引き付けない領域で囲繞された、選択的にナノワイヤを引き付ける領域を含んだ表面を形成することが含まれる。例えば、−NHが表面に特定のパターンで存在することができる。そのパターンは、アミンに対して引力のある表面官能性を有するナノワイヤまたはナノチューブを引き付ける。表面は、電子ビームパターン形成、「ソフトリソグラフィ」などの知られている方法を使用して、パターン形成することができる。この「ソフトリソグラフィ」は、1996年7月26日に公表された国際特許公表第WO96/29629号、または1996年4月30日に発行された米国特許第5,512,131号に記載されているようなものである。これらのそれぞれを、参照してここに組み込む。その他の方法は、Lieber,et al.によって1999年7月2日に出願された米国特許出願第60/142,216号に記載されており、これは、参照してここに組み込む。流体流チャネルは、1997年9月18日に公表された国際特許公表第WO97/33737号に記載されているような様々な方法を使用して表面にナノワイヤを配置するのに有利な寸法スケールで作ることができる。この公表は、参照してここに組み込む。他の方法には、2000年5月25日に出願された米国特許出願第09/578,589号に記載されているものがある。この出願は、参照してここに組み込む。
【0141】
図7A〜7Eは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)の型を使用して流体流チャネルを形成する1つのそのような方法を示す。チャネルを作り、これを表面につけることができ、さらに、型は取り除いて、別の向きで再び使用して、交差流配列すなわち異なる配列を形成することができる。
【0142】
流れ用チャネルの配列は、1ミリメートルよりも小さい、好ましくは0.5ミリメートルよりも小さい、または、200ミクロン以下の最小幅を有するチャネルを含むことができる。そのようなチャネルは、上で参照した特許出願および国際公表に記載されているように、フォトリソグラフィを使用してマスタを製造し、このマスタでPDMSをキャストすることで容易に作ることができる。比較的大きなスケールの組立も可能である。ナノワイヤアレイをパターン形成することができる面積は、望ましい程度に大きくできるチャネルの特徴によってのみ決まる。
【0143】
半導体ナノワイヤは、1〜10nm厚さのアモルファスシリコンで被覆された結晶核を有する。これによって、表面を様々な官能基で終端するように表面改質が可能になる。例えば、分子を使用することができる。この分子の一端は、ナノワイヤ表面と反応するアルキルオキシシラン基(例えば、−Si(OCH3))であり、それの他端は、(1)−CH3、−COOH、−NH2、−SH、−OH、ヒドラジン、およびアルデヒド基、(2)光活性化可能成分:アリールアジド、フッ素化アリールアジド、ベンゾフェノンなどを含む。基板および電極もまた、ある特定の官能基で改質して、ナノワイヤを、その相互作用に基づいて基板/電極表面に特に結合させるかまたは結合させないようにすることができる。
【0144】
表面官能化ナノワイヤは、また、官能クロスリンカーを用いて基板表面に結合させることができる。官能クロスリンカーには、例えば、(1)ホモ二官能NHSエステル、ホモ二官能イミドエステル、ホモ二官能スルフヒドリル反応性リンカー、ジフルオロベンゼン誘導体、ホモ二官能光活性リンカー、ホモ二官能アルデヒド、ビスエポキシド、ホモ二官能ヒドアジドなどを含むホモ二官能クロスリンカー、(2)へテロ二官能クロスリンカー、(3)三官能クロスリンカーがある。
【0145】
ナノワイヤの基板および電極への組立は、二分子識別を使用して補助することもできる。例えば、物理的な吸着または共有結合リンクを使用して、一方の生物結合相手をナノワイヤ上に固定し、他方を基板または電極上に固定することができる。いくつかの優れたバイオ識別は、DNAハイブリッド形成、抗体/抗原結合、ビオチン−アビジン(または、ストレプトアビジン)結合である。
【0146】
ナノワイヤのようなバルクドープ半導体を成長するために、および成長中にそのようなナノワイヤをドープするために、使用できる多くの方法がある。
例えば、レーザ支援触媒成長(LCG)を使用して、SiNW(細長いナノスケール半導体)を合成することができる。図2および3に示すように、所望の材料(例えば、InP)および触媒材料(例えば、Au)で構成された複合ターゲットのレーザ気化で、高温高密度の蒸気が生成され、この蒸気は、緩衝用ガスとの衝突を介して液体ナノクラスタに急速に凝縮する。液体ナノクラスタが所望の相で過飽和になったとき、成長が始まり、反応物が使用可能である限り続く。ナノワイヤが高温ゾーンから出て行くとき、または温度が下がったとき、成長は終わる。Auは、一般に、広い範囲の細長いナノスケール半導体を成長させるための触媒として使用される。しかし、触媒は、Auだけに限定されない。(Ag、Cu、Zn、Cd、Fe、Ni、Co...)のような広い範囲の材料を、触媒として使用することができる。一般に、所望の半導体材料と合金を形成することができるが、この所望の半導体の元素のほかにもっと安定な化合物を形成しない金属はなんでも触媒として使用することができる。緩衝ガスはAr、N2および他の不活性ガスであることができる。ときには、H2と緩衝ガスの混合物を使用して、残留酸素による不要な酸化が起こらないようにすることがある。望ましいときに、反応ガスを導入することもできる(例えば、GaNのためにアンモニア)。このプロセスの重要な点はレーザ融蝕であり、これによって、液体ナノワイヤが生成され、引き続いて、結晶ナノワイヤの大きさが決定され、それの成長方向が方向付けされる。結果として得られるナノワイヤの直径は、触媒クラスタの大きさによって決定され、一方で、触媒クラスタの大きさは、成長条件(例えば、環境圧力、温度、流量...)を制御することで変えることができる。例えば、低圧で、一般に、より小さい直径のナノワイヤが生成される。さらに、直径制御は、一様な直径の触媒クラスタを使用して行うことができる。
【0147】
LCGと同じ基本原理で、一様な直径のナノクラスタ(ナノクラスタがいかに一様であるかに依存して、10〜20%以下の変動)が触媒クラスタとして使用される場合、一様な寸法(直径)分布のナノワイヤを生成することができる。この場合、図4に示すように、ナノワイヤの直径は触媒クラスタの大きさで決定される。成長時間を制御することで、異なった長さのナノワイヤを成長することができる。
【0148】
LCGにより、1つまたは複数のドーパントを複合ターゲットに導入することで(例えば、InPのn型ドーピングのためにGe)、ナノワイヤを意のままにドープすることができる。ドーピング濃度は、複合ターゲットに導入されるドーピング元素の相対的な量、一般に0〜20%、を制御することで制御できる。
【0149】
レーザ融蝕は、触媒クラスタおよびナノワイヤ成長用の気相反応物および他の関係した細長いナノスケール構造を生成する方法として使用することができる。しかし、製造は、レーザ融蝕に限定されない。ナノワイヤ成長のための気相および触媒クラスタを生成するために、多くの方法が使用できる(例えば、加熱気化)。
【0150】
ナノワイヤを成長するために使用することができる他の方法は、触媒化学気相成長法(C−CVD)である。C−CVDは、LCGと同じ基本原理を使用し、ただ異なるステップは、C−CVD法では、反応分子(例えば、シランおよびドーパント)が気相分子からのものである(レーザ気化による蒸気源に対立するものとして)。
【0151】
C−CVDでは、ナノワイヤは、ドーピング元素を気相反応物に導入することでドーピングすることができる(例えば、p型およびn型ドープナノワイヤのためにジボランおよびフォスフィン)。ドーピング濃度は、複合ターゲットに導入されるドーピング元素の相対的な量を制御することで、制御することができる。ガス反応物中と同じドーピング比の細長いナノスケール半導体を得るステップは必要でない。しかし、成長条件(例えば、温度、圧力...)を制御することで、同じドーピング濃度のナノワイヤを再現することができる。さらに、単にガス反応物の比率を変えることで(例えば、1ppm〜10%)、ドーピング濃度を広い範囲にわたって変えることができる。
【0152】
そのようなナノワイヤとして細長いナノスケール半導体を成長するために使用することができるいくつかの他の方法がある。例えば、どのような様々な材料のナノワイヤも、気体/固体プロセスを介して気相から直接成長することができる。また、ナノワイヤは、図5に示すように、表面の段の縁部または他のタイプのパターン形成された表面に堆積することで生成することができる。さらに、例えば図6に示すような、任意の一般的な細長い型板の中/上に気相成長で成長することができる。この多孔質膜は、多孔質シリコン、陽極アルミナ、またはダイブロック共重合体、および任意の他の同様な構造であってもよい。自然ファイバは、DNA分子、たんぱく質分子、カーボンナノチューブ、任意の他の細長い構造であることができる。上記の全ての方法で、ソース材料は、蒸気相ではなくて溶液相から生じることができる。一方で、溶液相では、型板は、上記の型板に加えて、界面活性剤分子で形成された円柱ミセルであってもよい。
【0153】
上記の方法の1つまたは複数を使用して、半導体ナノワイヤおよびドーピングされた半導体ナノワイヤを含んだ細長いナノスケール半導体を成長することができる。そのようなバルクドープト半導体は、半導体およびドーパントなどの材料の様々な組合せを含むことができる。下記のものは、そのような材料の包括的でないリストである。他の材料を使用することができる。そのような材料は、次のものを含むがこれに限定されない。すなわち、
元素半導体
Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P
元素半導体の固溶体
B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−Sn、Ge−Sn
IV−IV族半導体
SiC
III−V半導体
BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb
III−V族の合金
上記化合物の2以上の任意の組合せ(例えば、AlGaN、GaPAs、InPAs、GaInN、AlGaInN、GaInAsP...)
II−VI半導体
ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe
II−VI族の合金
上記の化合物の2以上の任意の組合せ(例えば、(ZnCd)Se、Zn(SSe)、...)
II−VIおよびIII−V半導体の合金
任意の1つのII−VI化合物と任意の1つのIII−V化合物の組合せ、例えば、(GaAs)(ZnS)1−x
IV−VI半導体
GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe
I−VII半導体
CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI
他の半導体化合物
II−IV−V:BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2...
I−IV−V:CuGeP3、CuSi2P3
I−III−VI:(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2
IV−V:Si3N4、Ge3N4...
III−VI:Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3...
III−IV−VI:Al2CO...
IV族半導体材料では、p型ドーパントはIII族から選ぶことができ、n型ドーパントはV族から選ぶことができる。シリコン半導体材料では、p型ドーパントは、B、AlおよびInから成るグループから選ぶことができ、n型ドーパントはP、AsおよびSbから成るグループから選ぶことができる。III−V族半導体材料では、p型ドーパントは、Mg、Zn、Cd、およびHgを含んだII族またはCおよびSiを含んだIV族から選ぶことができる。n型ドーパントは、Si、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選ぶことができる。本発明はこれらのドーパントに限定されないことは理解されるであろう。
【0154】
実施例
ナノワイヤにおけるドーピングおよび電気的輸送
単結晶n型およびp型シリコンナノワイヤ(SiNW)を製造し、電気的輸送測定により特徴を調べた。ここで使用するとき、「単結晶」という項目は、その項目全体を通して共有結合、イオン結合、またはこれらの組合せを有する項目である。そのような単結晶の項目は、結晶中の欠陥を含むことができるが、イオン的または価電子共有的に結合されないでただ単に互い非常に近接している1つまたは複数の結晶を含む項目と区別される。SiNWの気相成長中に、ボロンかリンかいずれかのドーパントを制御可能に導入するために、レーザ触媒成長を使用した。個々のボロンドープSiNWおよびリンドープSiNWに対して行われた2端子のゲート依存測定によって、これらの材料はそれぞれp型およびn型材料として挙動することが示される。ゲート依存輸送測定から行われたキャリア移動度の推定は、拡散輸送と一致している。さらに、これらの研究は、SiNWを高濃度にドープし、金属相に近づけることが可能であるステップを示している。高濃度ドープSiNWに対して行われた温度依存性測定は、4.2Kまでの温度でクーロン遮断の証拠はないことを示し、SiNWの構造的および電子的一様性を証明している。ドープトSiNWの可能性のある応用について述べる。
【0155】
現在、寸法およびサイズが物理的特性にいかに影響を及ぼすかについての基本概念を試験し、かつ生まれてくるナノ技術の重要な構成要素として役立つという可能性のために、ナノワイヤおよびナノチューブのような一次元(1D)ナノ構造への関心が強い。予測可能でかつ制御可能なコンダクタンスは多くのナノスケール電子用途にとって重要になるので、これらの「ワイヤ」の電気輸送は、1Dナノ構造にとって特に重要である。現在まで、殆どの努力は、カーボンナノチューブの電気輸送に集中していた。これらの研究は、数百ナノメートルにわたって伸びる可干渉状態、室温での弾道伝導、およびLuttinger液体挙動などの興味のある基本的な特徴を明らかにし、さらに、電界効果トランジスタのようなデバイスの可能性を実証した。しかし、ナノチューブの重要な制限がある。先ず、直径およびヘリシティに敏感に依存する金属チューブまたは半導体チューブの特定の成長が可能でない。したがって、特定の伝導挙動に依存した研究は、偶然の観察に頼らなければならない。第2に、デバイス用途にとって潜在的に重要なことであるが、半導体ナノチューブの制御されたドーピングが可能でない。しかし、半導体ナノワイヤは、カーボンナノチューブのこれらの制限を克服することができる。これらのナノワイヤは、直径と無関係に依然として半導体であり、さらに、ナノワイヤをドープするために、半導体産業から膨大な知識を活用することができるはずである。
【0156】
このために、SiNWの制御されたドーピングの最初の実証、および輸送測定を使用したこれらのドープされたナノワイヤの電気的特性の特徴について、ここで報告する。ゲート依存の2端子測定は、ボロンドープSiNWおよびリンドープSiNWがそれぞれp型およびn型材料として挙動するステップを実証し、さらに、キャリア移動度の推定は、これらのナノワイヤ中の拡散輸送を暗示している。さらに、高濃度ドープSiNWに対して行われた温度依存性測定は、4.2Kまでの温度でクーロン遮断の証拠がないことを示している。
【0157】
SiNWは、前に述べたレーザ支援触媒成長(LCG)を使用して合成した。簡単に言うと、Nd−YAGレーザ(532nm、8nsパルス幅、300mJ/パルス、10Hz)を使用して、金ターゲットを融蝕することができ、これによって、反応炉内に金ナノクラスタ触媒粒子を生成することができる。SiNWは、反応物としてのSiHの流れの中で成長することができる。そのようなSiNWは、反応物の流れの中にBを混ぜることでボロンをドープすることができ、さらに、反応ガス入口でAu−Pターゲット(99.5:0.5wt%、Alfa Aesar)および追加の赤リン(99%、Alfa Aesar)を使用してリンをドープすることができる。透過電子顕微鏡(TEM)測定は、この方法を使用して成長したドープされたSiNWは、前に述べたように高密度のSiOx被覆で覆われた単結晶シリコン核を有するステップを実証する。
【0158】
個々のSiNWへの電気コンタクトは、JEOL6400描画装置を使用して標準的な電子ビームリソグラフィ方法を使用して作った。ナノワイヤは、酸化シリコン基板(抵抗率1〜10Ωcm、600nmSiO、Silicon Sense,Inc.)上に支持し、下の伝導性シリコンSiをバックゲートとして使用した。SiNWへのコンタクトは、加熱気化されたAl(50nm)およびAu(150nm)を使用して作った。電気輸送測定は、コンピュータ制御の1pA以下の自家製システムを使用して行った。温度依存性測定は、Quantum Designの磁気特性測定システムで行った。
【0159】
TEM研究は、ボロンおよびリンドープSiNWは単結晶であるステップを示す。ただし、これらの測定は、個々のワイヤ中のボロンおよびリンのドーピングレベルを定量化するのには感度が十分でない。しかし、電気的輸送スペクトロスコピーを使用して、p型(ボロン)またはn型(リン)ドーパントの存在および相対的なドーピングレベルを明白に実証することができる。これらの測定で、ゲート電極を使用して、ナノワイヤの電流対電圧を測定しながら、SiNWの静電位を変える。コンダクタンスは正(負)のゲート電圧の増加に対して反対に変化するので、ゲート電圧の関数としてのSiNWのコンダクタンスの変化を使用して、特定のナノワイヤがp型かn型かを区別することができる。
【0160】
真性およびBドープSiNWについて記録された一般的なゲート依存電流対バイアス電圧(I−V)の曲線を、図8A〜8Cに示す。図8Bおよび8Cに示す2つのBドープワイヤは、それぞれ1000:1および2:1のSiH:Bの比を使用して合成した。一般に、2端子I−V曲線は直線であり、したがって、金属電極がSiNWに対してオーム性コンタクトを作っているステップを暗示している。真性ナノワイヤに見られる小さい非直線性は、このコンタクトが少しオーム性でないことを示している。コンタクト抵抗およびSiNW上の酸化物皮膜の寄与が原因となっている、ゲート電圧ゼロ(V=0)で記録されたI−Vデータの解析で、3.9×10Ωcmの抵抗率が得られる。重要なことには、Vgが次第に負(正)に大きくなるとき、コンダクタンスは増加する(減少する)。このゲート依存性は、SiNWがp型ドープされた半導体であるステップを示す(以下で、議論)。同様なI−V対V曲線は、低濃度BドープSiNWについて記録された。このことは、そのSiNWがp型であるステップを示している。さらに、このBドープSiNW(1Ω−cm)のVg=0での抵抗率は、真性SiNWよりも2桁以上小さく、導電率を化学的に制御できるステップをはっきりと実証している。この後者の点は、図8Cに示す高濃度BドープSiNWについてのI−V測定で支持されている。このワイヤは、6.9×10−3Ω−cmという非常に小さい低効率であり、V依存性を示さない。すなわち、0および20VのVで記録されたI−Vデータは、重なっている。これらの結果は、金属限界に近い高いキャリア濃度と一致している。
【0161】
また、低濃度および高濃度PドープSiNWにおけるVに依存した輸送を測定した。低濃度にドープされたナノワイヤについて記録されたI−V(図9A)は、いくらか非直線であり、このことは、電極とナノワイヤの間の理想的でない接触を示している。V依存性は、BドープトSiNWで観察されたものと反対である。重要なことには、この観察されたゲート依存性は、Pドーピングで期待されるようなn型材料と一致している。V=0でのこのワイヤの推定抵抗率は、2.6×10Ω−cmである。この比較的高い抵抗率は、低ドーピングレベルおよび/または低移動度を暗示している。さらに、高濃度PドープSiNWも作って研究した。代表的な高濃度Pドープワイヤについて記録されたI−Vデータは、直線的で、2.3×10−2Ω−cmの抵抗率を有し、V依存性を示さない。低抵抗率(低濃度Pドープ試料よりも4桁小さい)およびVに依存しないことは、高キャリア濃度をSiNWのPドーピングによっても作ることができるステップを実証している。
【0162】
上記の結果は、ボロンおよびリンを使用して多くの桁にわたってSiNWの導電率を変えることができるステップをよびドープされたSiNWの導電率はボロンおよびリンのドーパントで正(負)のVに対して逆に応答するステップを実証している。実際に、V依存性は、SiNWにおけるボロンによるp型(正孔)ドーピングおよびリンによるn型(電子)ドーピングを強力に証明している。観察されたゲート依存性は、図10Aおよび10Bに示す図を参照して理解することができる。これらの図は、SiNWのバンドに及ぼす静電位の効果を示している。これらの図において、p型ナノワイヤ(a)およびn型ナノワイヤ(b)は、両端で、金属電極に接触している。従来の金属−半導体界面に関する限りでは、SiNWバンドは曲って(p型では上方に、n型では下方に)、ナノワイヤのフェルミレベルを金属コンタクトのそれと一致させる。V>0のとき、バンドは下がり、これによって、BドープSiNW中の正孔を枯渇させ、導電率を低減させるが、PドープSiNWの電子の蓄積をもたらし、導電率を高める。逆に、V<0で、バンドは持ち上がり、Bドープ(p型)SiNWの導電率を高め、Pドープ(n型)ナノワイヤの導電率を低減させる。
【0163】
さらに、相互コンダクタンスdI/dV=(μC/L)Vからキャリアの移動度を推定することができ。ここで、μはキャリア移動度、Cはキャパシタンス、LはSiNWの長さである。SiNWキャパシタンスはC≒2πεεL/ln(2h/r)で与えられる。ここで、εは誘電率であり、hはシリコン酸化物層の厚さであり、rはSiNW半径である。dI/dV対Vのプロットは、このモデルから期待されるように、真性(図8A)および低濃度Bドープ(図8B)SiNWでは直線的であることが分かった。真性(2.13×10−11)およびBドープ(9.54×10−9)SiNWのdI/dVの勾配から、それぞれ5.9×10−3cm/V−sおよび3.17cm/V−sの移動度が得られる。Bドープナノワイヤの移動度は、1020cm−3のドーピング濃度でバルクSiで期待されるものと同等である。また、留意するステップは、この移動度は、真性(低ドーパント濃度)SiNWでは移動度は極めて小さいが、ドーパント濃度の減少とともに増加すると推測されることである。移動度の減少は、より小さい直径の(真性)SiNWにおける散乱の増加によることが可能である。直径の関数としての移動度についての将来の研究で(一定ドーパント濃度)、この重要な点が解明されるものと信じる。
【0164】
最後に、高濃度BドープSiNWについて予備的な温度依存性研究を行った。温度依存I−V曲線は、ドープされた半導体について期待されるように(図11Aおよび11B)、コンダクタンスは温度の低下とともに減少することが示す。より重要なことには、使用できる最低温度までクーロン遮断の証拠は見られない(図11B)。I−V対Vの高分解能測定はクーロン遮断のシグネチャーを示さないので、V=0近くの小さい非直線性は、接触効果によるものと思われる。電極間のこの均質なワイヤ(太さ150nm長さ2.3μmのワイヤ)におけるクーロン充電効果は、kT=e/2Cから推定される約26mKより低い温度を必要とするであろう。このことは、SiNWの直径および欠陥のばらつきが十分に小さいので、この温度でのクーロン遮断を示すかもしれない小さいアイランドに、SiNWは効果的に「分割」されないことを強く示している。これらの結果は、クーロン遮断を示すリソグラフィでパターン形成されたSiNWについての研究と対照をなし、我々の自立型ナノワイヤの高品質を証明している。
【0165】
単結晶n型およびp型シリコンナノワイヤ(SiNW)を製造し、電気輸送測定によって特徴付けした。SiNWの気相成長中にボロンかリンかいずれかのドーパントを制御可能に導入するために、レーザ触媒成長を使用した。個々のボロンドープSiNWおよびリンドープSiNWについて行った2端子のゲート依存測定は、これらの材料がそれぞれp型およびn型材料として挙動するステップを示す。ゲート依存輸送測定から行ったキャリア移動度の推定値は、拡散輸送と一致し、より小さい直径のワイヤにおける移動度減少の兆候を示している。さらに、これらの研究は、SiNWに高ドーパント濃度を組み込んで、金属相に近づけることが可能であるステップを示している。高濃度ドープSiNWについて行った温度依存測定は、4.2Kまでの温度で単一電子充電の証拠を示さず、したがって、SiNWが高い構造およびドーピング一様性を有しているステップを暗示している。
【0166】
我々は、n型およびp型材料を作るためのSiNWのドーピングの成功によって、ナノスケール科学技術に刺激的な可能性が開かれると信じる。ドープされたSiNWは、1Dナノ構造における輸送の基礎的な問題を研究するための候補である。この文献における構造研究はまた電界効果トランジスタ(FET)であり、ことによるとナノエレクトロニクス用途のための構造中に多くのSiNWFETを集積化するために自己組立方法を使用することが可能である。また、将来、デバイスおよびセンサ用に考えられるかもしれないpn接合を作るために、例えば交差アレイに、P型およびn型SiNWを組み合わせることが可能な筈である。
【0167】
交差SiNWのpn接合は、n型(p型)SiNWの上にp型(n型)SiNWを直接組み立てることで形成した。輸送測定は、逆方向バイアスで整流を、順方向バイアスで鋭い電流の始まりを示す。接合を構成するp型およびn型SiNWに対して行った同時の測定で、これらのナノワイヤへのコンタクトはオーム性(非整流)であること、したがって、整流動作は2本のSiNW間のpn接合によるものであることが実証された。
【0168】
図8Aは、異なるゲート電圧(V)で直径70nmの真性SiNWについて記録された電流(I)対バイアス電圧(V)の曲線を示す。曲線1、2、3、4、5、6および7は、それぞれV=−30、−20、−10、0V、10、20、および30Vに対応する。挿入図は、金属コンタクトを有するSiNWの一般的な走査型電子顕微鏡写真である(目盛バー=10μm)。図8Bは、直径150nmのBドープSiNWについて記録されたI−Vデータを示す。曲線1〜8は、それぞれV=−20、−10、−5、0、5、10、15、20Vに対応する。図8Cは、直径150nmの高濃度BドープSiNWについて記録されたI−V曲線、Vg=20V(実線)およびVg=0V(太い点線)、を示す。
【0169】
図9Aは、直径60nmのPドープSiNWについて記録されたI−Vデータを示す。曲線1、2、3、4、5および6は、それぞれVg=20、5、1、0、−20および−30Vに対応する。図9Bは、直径90nmの高濃度PドープSiNWについて記録されたI−V曲線、Vg=0V(実線)とVg=−20V(太い点線)、を示す。
【0170】
図10Aは、p型SiNWデバイスのエネルギーバンド図を示す。図10Bは、n型SiNWデバイスのエネルギーバンド図を示す。これらの図は、両方の型のナノワイヤの静電位に及ぼすVの影響を示す。
【0171】
図11Aおよび11Bは、高濃度BドープSiNWについて記録された温度依存I−V曲線を示す。図11Aで、曲線1、2、3、4、5および6は、それぞれ295、250、200、150、100および50Kの温度に対応する。図11Bは、4.2Kでこのナノワイヤについて記録されたI−Vデータを示す。
【0172】
半導体ナノワイヤの直径選択的合成
我々のレーザ触媒成長(LCG)プロセスで触媒として適切に規定された金コロイドを利用して、直径が10、20および30nmで長さが10μmより長い、単結晶GaPナノワイヤの単分散に近い試料を合成した。この方法で、固体GaPのレーザ融蝕で生成されたGaおよびP反応物は、金ナノクラスタ触媒を使用してナノワイヤ構造の中に方向付けした。このようにして製造したナノワイヤについての透過電子顕微鏡(TEM)研究で、ナノワイヤの直径の分布はナノクラスタ触媒の直径分布で決定されることが実証される。高分解能TEMで、ワイヤは、成長方向が[111]の亜鉛鉱型単結晶であることが示され、さらに、エネルギー分散X線解析によって、ナノワイヤの組成は化学量論的GaPであることが確認される。LCG法と組み合わせて単分散ナノクラスタ触媒を使用することによって、明確に規定され制御された直径を有する、広い範囲の半導体ナノワイヤの成長が可能になり、したがって、一次元(1D)システムの基本的特性から機能ナノデバイスの組立までの可能性が開かれる。
【0173】
単結晶GaPナノワイヤの単分散に近い試料は、10、20、および30nmの直径および10μmより長い長さで、我々のレーザ触媒成長(LCG)プロセスで触媒として適切に規定された金コロイドを利用して合成した。このようにして製造したナノワイヤについての透過電子顕微鏡(TEM)研究で、ナノワイヤの直径の分布はナノクラスタ触媒の分布で決定されることが実証される。高分解能TEMは、ワイヤは、成長方向が[111]の亜鉛鉱型単結晶であるステップを示し、さらに、エネルギー分散X線解析によって、ナノワイヤの組成は化学量論的GaPであることが確認される。
【0174】
低次元半導体材料への最近の関心は、電子デバイスおよびオプトエレクトロニクスデバイスの小型化の推進およびナノスケールの化学および物理の基本を理解することの必要性によって、動機付けされている。特に、一次元(1D)システムは、基本および応用の両方の観点から刺激的である。Luttinger液体挙動のような魅力的な物理現象、および相互接続からプローブ走査顕微鏡までの数多くの用途は、高品質で明確に規定された1Dナノ構造を必要とする。1Dナノ構造の分野における実験の進歩は、多くの場合、制御された寸法、構造、および組成を有する新しい材料をこの寸法状況で作る能力で制限されていた。
【0175】
1Dナノ構造合成の初期の方法は、薄膜成長およびリソグラフィ方法を使用した。特に、「Tワイヤ」は、分子線エピタキシにより半導体量子井戸を成長し、続いて、劈開し、さらに劈開面に全面成長することで製造されていた。一方で、「V溝」ナノワイヤは、表面に溝をエッチングし、次に結果として得られた溝に少量の材料を堆積することで製造されていた。この方法の重大な制限の1つは、ナノワイヤが基板に埋め込まれおり、それによって、複雑な2Dおよび3Dナノ構造の組立が妨げられることである。広い範囲のナノワイヤを成長させるために、型板方法も使用されている。この方法は、ナノワイヤの長さおよび直径の優れた制御を可能にするが、しばしば多結晶構造が生成されることで限られている。
【0176】
我々の研究室は、LCG方法によった自立型単結晶半導体ナノワイヤのための一般的な合成方法の開発に向けて大いに進歩した。LCGでは、固体ターゲットのレーザ融蝕を使用して、気体−液体−固体の成長機構によりナノスケール金属触媒クラスタとナノワイヤを生成する反応性半導体原子とを同時に生成する。この方法は、広い範囲のIV、III−V、およびII−VI族のナノワイヤを生成するために使用した。我々は、触媒ナノクラスタの大きさによって、成長中にワイヤの大きさが決まるステップを提案したので、単分散触媒ナノクラスタを利用して狭い大きさ分布を有するワイヤを作るステップは考えることができる(図12)。ここで、我々は、この方法を探究するためにナノメートル直径の金触媒を使用する。
【0177】
GaPナノワイヤは、直径が8.4、18.5、および28.2nmの金触媒を使用するLCGで成長した。この実験で、触媒ナノクラスタをSiO基板上に支持し、レーザ融蝕を使用してGaPの固体ターゲットからGaおよびPの反応物を生成した。10μmを超える長さのナノワイヤ(図13A)が3つの大きさの触媒を使用して得られたことが、電界放出走査型電子顕微鏡(FESEM)によって実証される。ナノワイヤ端部の調査で、また、ナノクラスタ触媒の存在が示されている(図13A、挿入図)。Auコロイド無しで行われた制御実験では、ナノワイヤは生成されなかった。FESEM像は、ナノワイヤの直径分布がコロイド触媒の無い実験で得られたものより狭いことを示している。ただし、焦点面の小さいばらつきが実測直径に大きな変化を生じるので、FESEMは、この分布を定量化する良い方法ではない。
【0178】
この実験で使用した成長装置は、報告されたものと同様である。600nmの熱酸化膜を有するシリコンウェーハ(Silicon Sense)を、0.4%N−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−エチレンジアミンと95:5のEtOH:HOの溶液中に5分間入れ、続いて、100〜110℃で10分間硬化して、基板を作った。Auコロイドの溶液(Ted Pella)を10〜1011パーティクル/mLの濃度に薄めて、凝集を最小限にし、これを基板上に堆積した。基板を炉の下流端の石英チューブ中に置き、GaPの固定ターゲットは上流端の炉の外3〜4cmのところに置いた。チャンバーは、100mTorrより下に排気し、100sccmの空気流で250Torrに維持した。炉を700℃に加熱し、ターゲットをArFエキシマレーザ(λ=193nm、100mJ/パルス、10Hz)で10分融蝕した。冷却後、基板をFESEM(LEO982)で調べた。TEM(JEOL、200CXおよび2010)およびEDAXの解析のために、エタノール中での音波処理で基板から取り除いた後で、ナノワイヤを銅グリッドの上に置いた。
【0179】
金コロイドを使用して生成されたナノワイヤの直径分布を量的に測定するために、さらに、その構造および組成を適切に特徴付けるために、我々はTEMを使用した。高分解能TEMは、ワイヤは[111]方向に成長した単結晶である(図13B)ことを示し、さらに、EDAXは、この方法の限度内で組成が化学量論的GaPであるステップを立証する(Ga:Pが1.00:0.94)。重要なことには、ナノワイヤ直径の拡張TEM解析は、コロイド触媒直径と分散の非常に優れた相関関係を実証している(図14Aおよび14B)。すなわち、28.2±2.6、18.5±0.9、および8.4±0.9nmのコロイドから成長されたワイヤについて、それぞれ30.2±2.3、20.0±1.0、および11.4±1.9nmの平均直径が実測される。この平均ナノワイヤ直径は、一般に、コロイドのそれよりも1〜2nm大きい。我々は、この増加は、ナノワイヤの核形成が起こる前に、GaおよびP反応物がコロイドとの合金になるためであると信じている。30nmおよび20nmのワイヤで(図14Aおよび14B)、ナノワイヤ分布の幅はコロイドの分布を反映していることが明らかであり、ワイヤの単分散がコロイドの分散によってだけ制限されるステップを暗示している。直径10nmのワイヤについて(図14C)、ワイヤ分布の小さい広がり(1nm)はコロイドの凝集によると考えられる。平均直径および分布幅は、コロイドのより濃い溶液を基板上に分散させるにつれて増加した。分布のピークが〜2.5nmだけ離れているステップは、ワイヤの中には2つのコロイドの集合体から成長したものがあるステップを暗示している。ただし、この点を実証するには追加の研究が必要である。全ての場合に、ワイヤ直径の分布は、コロイド触媒を使用しないで成長されたものよりも一桁以上狭く、43±24nmである(図14D)。
【0180】
この仕事は、様々なコロイドの半導体ナノワイヤの直径を系統的に制御することができるステップを初めて明らかに実証するものと信じている。適切に規定されない触媒を使用して表面にナノワイヤを成長させようとする以前の試みは、50nmよりも大きな不均一な直径のナノワイヤという結果になった。環境キャリアガスを変えることでナノワイヤの直径を制御しようとする他の試みは、ワイヤの平均直径を僅かにシフトさせただけで、我々がコロイド介在成長で達成したものに比べて遥かに広いワイヤの分布で終わった。
【0181】
以上のことをまとめてみると、単分散直径分布を有する半導体ワイヤの制御された合成を実証した。この高品質単結晶ワイヤは、ナノスケール科学技術の様々な分野における用途ではもちろんのこと、低次元物理のさらなる研究のための優れた候補でもある。特に、我々は、制御された直径の試料の合成によって、これらナノスケール構成要素を複雑で機能的な2Dおよび3Dナノシステムに組み立てることが大いに容易になるものと信じている。
【0182】
図12は、明確に規定されたGaP半導体ナノワイヤの成長のために、単分散金コロイドを触媒として使用するステップを示す図である。
図13Aは、28.2nmから合成されたナノワイヤのFESEM像を示す(目盛バーは5μmである)。挿入図は、このワイヤのうちの1つの端部のTEM像である(目盛バーは50nmである)。高コントラストの特徴は、このワイヤの端部のコロイド触媒に対応する。図13Bは、この試料の他のワイヤのTEM像を示す(目盛バーは10nmである)。[111]格子面が分解され、ワイヤ成長は、初期の仕事と一致して、この軸に沿って生じているステップを示している。内部面間隔の測定で、ワイヤについて0.54nm(±0.05nm)の格子定数が与えられ、GaPのバルク値0.5451nmと一致している。
【0183】
図14A〜14Cは、28.2nm(図14A)、18.5nm(図14B)、および8.4nm(図14C)のコロイドから成長されたワイヤの測定された直径のヒストグラムを示す。実線は、ワイヤの分布を示す。図14Dは、コロイドの無い以前の方法を使用して成長されたワイヤの直径のヒストグラムを示す。ここでは、レーザは、AuナノクラスタおよびGaP反応物の両方を生成するために使用されている。分布は非常にブロードであり(標準偏差が23.9nm)、さらに平均直径(42.7nm)は、予め規定されたコロイド触媒を使用して合成されたものよりも大きい。全ての場合に、報告されたナノワイヤの直径は、結晶核に対応する。全てのナノワイヤの表面のアモルファス酸化物層は、同じ実験内でワイヤごとに比較的均一であるが、合成間では厚さが2〜6nmばらつく。
【0184】
化合物半導体ナノワイヤの一般的な合成
広い範囲の多成分半導体ナノワイヤの予測可能な合成は、レーザ支援触媒成長を使用して行った。2元III−V族材料(GaAs、GaP、InAs、およびInP)、3元III−V材料(GaAs/P、InAs/P)、2元II−VI化合物(ZnS、ZnSe、CdS、およびCdSe)、および2元SiGe合金のナノワイヤを、高純度(>90%)単結晶として大量に製造した。ナノワイヤは、3から数十ナノメートルまで変化する直径を有し、長さは数十マイクロメートルまで伸びる。この広い範囲の技術的に重要な半導体ナノワイヤの合成は、多くの他の材料に展開することができ、ナノスケール科学技術に重要な可能性を開く。
【0185】
ナノスケール材料の合成は、小規模構造の基本的な特性の理解に向けられた仕事にとって重要であり、ナノ構造材料を作り、さらにナノテクノロジーを開発する。ナノワイヤおよびナノチューブは一次元システムについての基本的な疑問に答える可能性を持ち、さらに分子エレクトロニクスから新規な走査型顕微鏡プローブに及ぶ用途で中心的な役割を演ずるものと期待されているので、ナノワイヤおよびナノチューブは、相当な関心の的になっている。そのような様々な刺激的な可能性の探究には、化学的組成および直径を変えることができるナノワイヤ材料を必要とする。過去数年にわたって、ナノワイヤのバルク合成に相当な努力が注がれ、さらに、型板、レーザ融蝕、溶液、および他の方法を使用して進歩したが、広い範囲のナノワイヤ材料を合成するように1つの方法を予測可能なやり方で利用できるということは、決して実証されていない。ここで、我々は、レーザ支援触媒(LCG)法を使用して、広い範囲の2元および3元III−V、II−VI、およびIV−IV族半導体ナノワイヤの予測可能な合成を説明する。
【0186】
最近、我々は、LCG法を使用する元素SiおよびGeナノワイヤの成長について報告した。この方法は、レーザ融蝕を利用して、気体−液体−固体(VLS)機構によって、結晶ナノワイヤの大きさを画定しかつその成長を方向付けするナノメートル直径触媒クラスタを生成する。VLS成長プロセスおよび我々のLCG法の重要な特徴は、平衡相図を使用して触媒および成長条件を予測することができ、それによって、新しいナノワイヤ材料の合理的な合成が可能にすることである。重要なことには、この方法を使用して高い歩留りおよび純度で、III−V材料GaAs、GaP、GaAsP、InAs、InP、およびInAsP、II−VI材料ZnS、ZnSe、CdS、およびCdSe、およびSiGeのIV−IV合金の半導体ナノワイヤを合成することができるステップをここで示す。GaAsおよびCdSeの直接バンドギャップは、魅力のある光学的および電気光学的特性を生じさせるので、GaAsおよびCdSeのような化合物半導体は、特に興味をそそる目標である。このナノワイヤは、これらの結晶を半径方向の強い量子閉じ込めの状況に置く3nm程度の小さい直径、および10μmを超える長さを有する単結晶として製造した。これらの研究によって、LCGは、ナノワイヤ合成の非常に一般的な予測方法であることが実証され、さらに、製造されたIII−V、II−VI、およびIV−IVナノワイヤの広い範囲は、ナノスケール科学技術の多くの新しい可能性を開くと、我々は信じている。
【0187】
LCG法を使用して2成分以上の複雑なナノワイヤの成長条件を予測するステップは、3元以上の次数の相図が複雑なために、元素SiおよびGeナノワイヤについての以前の研究よりも原理的に遥かに困難である。しかし、関心のある触媒および化合物半導体の擬似2元相図を考えることで、この複雑さを大いに減少させることができる。例えば、Au−GaAsの擬似2元相図は、GaAsに富んだ領域で630℃より上では、Au−Ga−As液体とGaAs固体が成分相であるステップを示す(図15)。このことは、目標の組成および成長温度を相図のこの領域に設定すれば、LCG法でGaAsナノワイヤを成長するために、Auは触媒として作用できるステップを意味している。実際、我々は、(GaAs)0.95Au0.05のターゲットを使用するLCGで、主としてナノワイヤから成る試料が生成されるステップを見出した。890℃で製造された材料の一般的な電界放出走査型電子顕微鏡(FE−SEM)像(図16A)は、その生成物が、10μm以上に伸びる長さのワイヤ状であるステップを示している。この高分解能SEM像の解析は、LCG法で生成された生成物の少なくとも90%は、ほんの少量の粒子材料を有するナノワイヤであるステップを示している。バルク試料からのX線回折データは、バルクGaAsと一致した格子定数を有する亜鉛鉱型(ZB)構造に向けて指示され、さらに、その材料が1%レベルの純粋なGaAsであるステップを示している。最後に、AgおよびCuの触媒を使用して、GaAsナノワイヤの高歩留りを得たことに言及する。これらのデータは、これらの金属(M=Ag、Cu)が擬似相図のGaAsに富んだ領域でM−Ga−As液相およびGaAs固相を示すステップと一致しており、さらに、ナノワイヤ成長に対するLCG方法の予測可能性を実証している。
【0188】
GaAsナノワイヤの構造および組成は、透過電子顕微鏡(TEM)、集束電子線回折(ED)、およびエネルギー分散型X線蛍光(EDX)を使用して詳細に特徴付けを行った。TEM研究は、ナノワイヤは3nmから30nmに及ぶ直径を有すること示している。単一の直径20nmワイヤの一般的な回折コントラスト像(図17A)は、ワイヤは単結晶で(一様なコントラスト)、直径が一様であるステップを示している。EDXで求めたこのワイヤのGa:Asの組成、51.4:48.6は、装置感度の限界内で、GaAs結晶標準の解析で得られた組成と同じである。さらに、このナノワイヤの長軸に垂直な記録されたEDパターン(図17Aの挿入図)は、ZBGaAs構造の<112>晶帯軸の方に指示され、したがって、成長は<111>方向に沿って起こっているステップを示している。個々のGaAsナノワイヤの広範な測定は、全ての場合で、成長は<111>方向に沿って起きているステップを示している。この方向および単結晶構造は、さらに、格ワイヤ軸に垂直な(111)格子面(間隔0.32+/−0.01nm;バルクGaAs、0.326nm)を明瞭に示す格子分解TEM像(例えば、図17B)で確認される。最後に、TEM研究は、大部分のナノワイヤは、一端でナノ粒子で終わっているステップを示している(挿入図、図16A)。EDX解析は、このナノ粒子は主にAuで構成されているステップを示している。Auナノ粒子がナノワイヤの端に存在するステップは、擬似相図と一致し、LCGについて提案されたVLS成長機構の有力な証拠である。
【0189】
LCG法による2元GaAsナノワイヤ合成の成功は、ただ1つの事例ではなく、2元以上の複雑なナノワイヤ材料の広い範囲に対して一般的である(表1)。我々の合成方法を最も広い範囲のナノワイヤに広げるために、詳細な相図の無いとき、ナノワイヤ成分元素が液相に溶解するが、所望のナノワイヤ相よりも安定な固体化合物を形成しない金属を識別することで、LCGの触媒を選ぶことができるステップを認める。すなわち、理想的な金属触媒は物理的に活性であるが化学的に安定であるべきである。この観点から、貴金属Auは、多くの材料のための優れた始点であるにちがいない。この貴金属はまた、有機金属気相成長法(MOCVD)による表面支持ナノワイヤのVLS成長のために過去に使用された。MOCVD法で生成されたナノワイヤは、(1)MOCVDナノワイヤは表面に生成され、組立に必要とされるバルクの量でないこと、(2)MOCVDナノワイヤは基部から末端までかなり先細りになっていること(すなわち、一様な直径を持たない)、および(3)最小ナノワイヤ直径、10〜15nm、は我々の仕事で達成される3〜5nmの直径よりも相当に大きいことなどのいくつかの点で、この文書で報告する材料と異なっている。最後に、以下で説明するように、我々のLCG法は、単に関心のある材料と触媒の固体ターゲットを作ることで、多くの異なる材料(表1)に容易に拡張されるステップを認めることが重要である。
【0190】
最初に、GaAsについての我々の仕事を非常に拡大して、GaPおよび3元合金GaAs1−xを含むようにした。(GaP)0.95Au0.05ターゲットからLCGで得られた生成物のFE−SEM像は、10μmを超える長さの高純度ナノワイヤを示す(図16B)。広範なTEM特徴付けで、これらのナノワイヤは、(i)単結晶GaPであり、(ii)<111>方向に沿って成長し、(iii)LCG機構で期待されるようにAuナノ粒子で終わっていることが示される。さらに、3元GaAsP合金ナノワイヤの研究を通して我々のLCG法の限界を試験した。3元III−V合金の合成は、電子デバイスおよび光デバイスにとって重要なバンドギャップ工学のために特に興味がある。Au触媒を有するGaAs0.60.4ターゲットを使用するGaAsPナノワイヤのLCGで、ほぼ純粋なナノワイヤが得られた(図16C)。TEM像、EDおよびEDXによって、このナノワイヤは単結晶であり、<111>方向に沿って成長し、出発ターゲットの組成と基本的に同じ1.0:0.58:0.41のGa:As:Pの比を有し、主にAuで構成されるナノクラスタで終わっている(挿入図、図16C)ことが示される。おおよそ10および6nmの直径を有するナノワイヤについて記録された高分解能TEM像は、きちんと配列した(111)格子面を示し、組成変化の証拠はない(図17Cおよび図17D)。3元ナノワイヤ組成はターゲット組成で制御できるという観察は特に重要であると思っている。その理由は、この観察は、バンドギャップ変化(組成)と量子閉じ込め(大きさ)の両方によるエキシトンエネルギーの変化を探求する機会を与えるからである。
【0191】
上記の結果に基づいて、LCGをうまく使用して、In−As−Pを含むIII−Vの2元および3元材料(表1)も製造したことは驚くには当たらない。もっと重要な点は、この合成方法は、II−VI材料ZnS、ZnSe、CdSおよびCdSe(表1)、IV−IVSiGe合金などの多くの他の種類のナノワイヤの製造に容易に拡張できることである。II−VIナノワイヤCdSおよびCdSeの事例は特に重要である。その理由は、これらの材料の安定な構造相であるウルツ鉱型(W)は、上述のIII−V材料のZB構造および、ZnSおよびZnSeのZB構造とは異なるからである。重要なことには、CdSおよびCdSeのナノワイヤは、Au触媒を用いるLCG法を使用して高歩留りで合成することができるステップを発見した(図18A)。個々のCdSeナノワイヤについて得られたTEMおよびEDデータは(例えば、図18Bおよび18C)、これらの材料が、W型構造と、ZB構造の<111>方向とは明らかに区別される<110>成長方向とを有する単結晶であるステップを実証している。CdSナノワイヤの研究(表1)は、いくらかより複雑な挙動を示している。すなわち、2つの異なる<100>と<002>方向に沿った成長を有するW型ナノワイヤを示している。小数のCdSナノワイヤに対応付けされた<002>方向は、ZB構造の<111>方向に対応するかもしれないと予想される。しかし、バルクナノワイヤの試料に対して行われたX線回折測定は、W指定と一致している。さらに、W型CdSおよびCdSeナノクラスタについての以前の研究は、<002>方向に沿った伸長を示した。成長温度の関数としてのナノワイヤ構造の系統的な研究は、CdSについてのこれらの結果の原因を解明するのに役立ち、また、ナノワイヤの成長方向がどのように制御されるかを洞察するものと信じる。
【0192】
最後に、LCG法を使用してIV−IV2元SiGe合金のナノワイヤを製造した(表1)。Au触媒を使用して、Si1−xGeの全組成範囲にわたって、単結晶ナノワイヤを合成することができた。上で議論したGaAsPの場合と違って、SiGe合金は、出発ターゲットと同じ組成を示さない。そうではなくて、Siに富んだ材料がより高温の中心領域に生成され、Geに富んだ材料がより低温の端部に生成されて、組成は成長反応炉内で絶えず変化する。具体的には、1150℃での(Si0.70Ge0.300.95Au0.05のターゲットからのLCG成長で、炉の中心から端まででSi:Ge比がそれぞれ95:5、81:19、74:26、34:66および13:87であるナノワイヤが生成された。この組成変化は、2つの個々のナノワイヤ材料の最適成長温度が全く異なるということから生じている。そのような差によって、制御された組成の合金を合成する際の困難さが増す。但し、我々の結果は、このことを利用して、単一成長実験で、ある範囲の合金組成を製造できることも示している。
【0193】
最後に、我々のLCG技術を使用して、広い範囲の単結晶2元および3元化合物半導体ナノワイヤを合成した。これらの結果は、合理的なナノワイヤ合成としてのこの方法の一般性をはっきりと実証すると、我々は確信する。これらの高品質単結晶半導体ナノワイヤの有用性は、ナノメートル寸法の科学技術の魅力ある可能性を可能にするものと期待される。例えば、これらのナノワイヤは、1Dにおけるエキシトンの閉じ込め、動力学および輸送を突きとめるために使用することができる。さらに、さらに進んで成長を制御することで、我々のLCG法は、単一ワイヤ同種および異種接合、および超格子などのより複雑なナノワイヤ構造を合成するために使用することができ、さらに、ナノスケール発光ダイオードおよびレーザデバイスの合成を可能にすることができると信じる。
【0194】
ナノワイヤのLCG成長のための装置および一般的な手順は、前に説明した。合成に使用したターゲットは、(材料)0.95Au0.05であった。合成に使用した一般的な条件は、(i)100〜500torrAr:H(95:5)、(ii)50〜150sscmガス流量、および(iii)パルスNd:YAGレーザ(λ=1064nm、10Hzパルスレート、2.5W平均パワー)を使用した融蝕である。様々なナノワイヤ材料の成長に使用した特定の温度を表1に示す。ナノワイヤ生成物は、炉の下流低温端で収集した。
【0195】
ナノワイヤ試料は、X線回折(SCINTAG XDS2000)、FE−SEM(LEO 982)、およびTEM(Philips420およびJEOL2010)を使用して特長付けした。電子回折および組成解析(EDX)測定は、TEMで行った。TEM解析用試料は、次のようにして用意した。試料をエタノール中で簡単に音波処理して、ナノワイヤ材料を浮遊させ、次に、一滴の浮遊物をTEMグリッドに置いて、乾燥させた。
【0196】
薄膜およびナノチューブを使用する型板介在方法を使用していくつかの材料を製造した。しかし、これらのナノワイヤは、一般に直径が>10nmであり、これは強い量子閉じ込め効果に望ましい直径よりも大きい。これらのナノワイヤは、多くの場合、真性の物理特性を突き止めるステップを困難にする多結晶構造を有する。
【0197】
表1は、合成された単結晶ナノワイヤの一覧である。成長温度は、この研究で使用した範囲に対応する。最小(Min)および平均(Ave)のナノワイヤ直径(Diam)は、TEMおよびFE−SEM像から求めた。構造は、電子回折および格子分解TEM撮像を使用して決定した。ここで、ZB、亜鉛鉱構造型;W、ウルツ鉱構造型;D、ダイアモンド構造型。組成は、個々のナノワイヤに対して行ったEDX測定から決定した。GaAsを除いて、全てのナノワイヤは、Auを触媒として合成し、GaAsにはAgおよびCuも使用した。AgおよびCu触媒で得られたGaAsナノワイヤは、Au触媒で得られたものと同じ大きさ、構造および組成を有する。
【0198】
【表1】
Figure 2004507104
【0199】
図15は、AuとGaAsの擬似2元相図を示す。液体Au−Ga−As成分はLで示した。
【0200】
図16A〜16Cは、LCGで製造されたGaAs(図16A)、GaP(図16B)およびGaAs0.60.4(図16C)のナノワイヤのFE−SEM像を示す。図16A〜16Cの目盛バーは2μmである。図16A〜16Cの挿入図は、それぞれGaAs、GaPおよびGaAs0.60.4のナノワイヤのTEM像である。中にある目盛バーは全て50nmである。高コントラスト(暗い)の特徴は、固化したナノクラスタ触媒に対応する。
【0201】
図17Aは、直径約20nmのGaAsナノワイヤの回折コントラストTEM像を示す。挿入図は、<112>晶帯軸に沿って記録された集束電子線回折パターン(ED)を示す。EDパターンの[111]方向は、ワイヤ軸に平行であるので、成長が[111]方向に沿って起こるステップを示す。目盛バーは20nmに対応する。図17Bは、直径約20nmのGaAsナノワイヤの高分解能TEM像を示す。ナノワイヤ軸に垂直な格子間隔0.32±0.01nmは、バルクGaAsの(111)面の間隔0.326nmとよく一致している。目盛バーは10nmに対応する。図17Cおよび17Dは、それぞれ直径10および6nmのGaAs0.60.4の高分解能TEM像を示す。(111)格子面(ワイヤ軸に垂直)は、3個のナノワイヤ全てではっきりと分解されている。図17Cおよび17Dの目盛バーは5nmである。
【0202】
図18Aは、LCGで製造されたCdSeナノワイヤのFE−SEM像である。目盛バーは2μmに対応する。図18Aの挿入図は、ワイヤ端部にナノクラスタ(暗い特徴)を示す個々のCdSeナノワイヤのTEM像である。EDXは、ナノクラスタが主にAuで構成されているステップを示す。目盛バーは50nmである。図18Bは、直径18nmのCdSeナノワイヤの回折コントラストTEM像を示す。一様なコントラストは、ナノワイヤが単結晶であるステップを示す。図18Bの挿入図は、EDパターンであり、これは、<001>晶帯軸に沿って記録されたウルツ鉱型構造に索引付けすることができる。EDパターンの[110]方向は、ワイヤ軸に平行であり、したがって、成長が[110]方向に沿って起こるステップを示す。目盛バーは50nmである。図18Cは、はっきりと分解された(100)格子面を示す、直径約13nmのCdSeナノワイヤの高分解能TEM像を示す。実験による格子間隔である0.36±0.01nmは、バルク結晶における0.372nmの間隔と一致している。ナノワイヤ軸に対して30°方位(100)格子面は、EDで求められた[110]成長方向と一致する。目盛バーは5nmに対応する。
【0203】
単結晶GaNナノワイヤのレーザ支援触媒成長
単結晶GaNナノワイヤは、レーザ支援触媒成長(LCG)を使用してバルクの量で合成した。(GaN、Fe)合成ターゲットのレーザ融蝕で液体ナノクラスタを生成し、この液体ナノクラスタは、結晶ナノワイヤの成長を閉じ込めおよび方向付けする触媒サイトとして作用する。電解放出走査型電子顕微鏡は、生成物が、直径が10nmのオーダで長さが1μmを大きく超えるワイヤ状構造から主に成るステップを示す。バルクナノワイヤ試料の粉末X線回折解析は、GaNウルツ鉱型構造に索引付けすることができ、>95%の相純度を示す。個々のナノワイヤの透過電子顕微鏡、収束電子線回折、およびエネルギー分散X線蛍光解析は、それらのナノワイヤが[100]成長方向を有するGaN単結晶であるステップを示す。GaNおよび他の技術的に重要な半導体室化物材料の単結晶ナノワイヤのバルクの量の合成は、さらに進んだ基本的な研究および応用に対する多くの機会を開くに違いない。
【0204】
ここで、単結晶GaNナノワイヤのバルク合成について報告する。GaNと触媒金属の合成ターゲットのレーザ融蝕で液体ナノクラスタを生成し、この液体ナノクラスタが結晶ナノワイヤの成長を閉じ込めかつ方向付けする反応サイトとして作用する。電解放出走査型電子顕微鏡(FE−SEM)は、生成物がワイヤ状構造から主に成るステップを示す。バルクナノワイヤ試料の粉末X線回折解析は、GaNウルツ鉱型構造に索引付けすることがき、>95%の相純度を示す。個々のナノワイヤの透過電子顕微鏡(TEM)、収束電子線回折(CBED)、およびエネルギー分散X線蛍光(EDX)解析は、それらのナノワイヤが[100]成長方向を有するGaN単結晶であるステップを示す。
【0205】
ナノ構造GaN材料は、オプトエレクトロニクスに対するその重大な可能性のために、過去10年にわたって幅広い関心を引いてきた。これらの研究は、確立された方法を使用して容易に合成することができるゼロ次元(0D)量子点および2次元(2D)量子井戸構造に主に集中していた。基本的および応用研究における唯一の機会を可能にできるかもしれない一次元(1D)GaNナノワイヤの研究は、それの合成に関連した難しさのために制限されていた。具体的には、GaNナノワイヤ成長についてたった1つのレポートがあるだけである。この仕事では、Ga酸化物およびNH蒸気の存在する状態で、GaNナノワイヤを生じるように、カーボンナノチューブが型板として使用された。我々は、レーザ支援触媒成長(LCG)と呼ばれるGaNナノワイヤ成長のための予測可能な合成方法を利用した。この方法では、パルスレーザを使用して、所望の材料および触媒を含有する固体ターゲットを気化させ、さらに、高温で形成された結果として得られた液体ナノクラスタが、蒸気−液体−固体の成長機構によって結晶ナノワイヤの成長を方向付け、それの直径を画定する。この方法の重要な特徴は、1D成長を画定するために使用される触媒を、相図データおよび/または化学的反応性の知識から選ぶことができることである。溶液−液体−固体相成長と呼ばれる関係した方法は、Buhroおよび協力者によって、溶液中でいくつかのIII−V材料のナノワイヤを製造するために使用されたが、室化物は作られなかった。
【0206】
GaNの場合、LCG(すなわち、触媒−Ga−N)に関連した3元相図についての詳細な情報が利用できない。しかし、我々は、触媒を合理的に選ぶために成長プロセスの知識を使用することができる。具体的には、触媒は、GaNと混和性の液相を形成するが、ナノワイヤ成長条件の下でより安定な固相を形成すべきでない。この指導原理は、GaとNの両方を溶かし、かつGaNよりも安定な化合物を形成しないFeが、LCGによるGaNナノワイヤ成長の優れた触媒となるステップを暗示する。レーザ融蝕による触媒ナノクラスタの生成に続くナノワイヤ成長の全体的な展開を図19に示す。
【0207】
重要なことには、GaN/Feターゲットを使用するLCGで、高歩留りのナノメートル直径のワイヤ状構造が生成されるステップを、我々は発見した。LCGで生成された生成物の一般的なFE−SEM像(図20A)により、生成物は、直径が10nmのオーダで長さが1μmを大きく超える1D構造、すなわち高アスペクト比のナノワイヤ、から主に成ることが示される。また、FE−SEMデータは、生成物が約90%ナノワイヤであり、残りはナノ粒子であるステップを示す。また、我々は、PXRDを使用してバルクナノワイヤ試料の全体的な結晶構造および相純度も評価した(図20B)。PXRDパターンの比較的鋭い回折ピーク全ては、a=3.187およびc=5.178Åの格子定数を有するウルツ鉱型構造に索引付けすることができる。これらの値は、バルクGaNの文献値a=3.189、c=5.182Åとよく一致している。さらに、背景信号と実測されたピークの比較は、GaNウルツ鉱型相は、我々の合成で生成された結晶材料の>95%であるステップを示している。
【0208】
LCG実験装置は、前に報告したものに似ている。GaN/Fe(原子比(GaN):Fe=0.95:0.05)合成ターゲットは、炉の中心に石英チューブと一緒に位置付けした。実験システムは、30mtorrに排気し、次に、無水アンモニアガスを再充填した。圧力および流量をそれぞれおおよそ250torrおよび80sccmに維持しながら、炉の温度を30℃/minで900℃まで上げた。それから、パルスNd−YAGレーザ(1064nm、8nsパルス幅、繰返し10Hz、平均パワー2.5W)を使用して、5分の一般的な融蝕継続時間でターゲットを融蝕した。融蝕後、炉をオフにし、室温まで冷却させた。それから、システムを排気し、薄黄色がかった粉末を石英チューブの内壁から集めた。生成物は、FE−SEMおよびPXRDの研究に直接使用した。生成物をエタノール中に浮遊させ、それからTEM、CBEDおよびEDXの測定のためにTEMグリッドに移した。
【0209】
GaNナノワイヤのモルフォロジ、構造および組成は、TEM、CBED、およびEDXを使用してさらに詳細に特徴付けした。TEM研究は、ナノワイヤは一様な直径の直線であり、一般に、一端のナノ粒子で終わっているステップを示す。図20Aは、1本のナノワイヤの代表的な回折コントラスト像を示す。ワイヤ軸に沿った一様なコントラストは、ナノワイヤが単結晶であるステップを示している。ナノワイヤ端に観察されたナノ粒子(暗い、高コントラストの特徴)は、液体ナノクラスタの結晶化に続いて期待されるように、ファセットを作る(図19)。また、我々は、EDXを使用して、ナノワイヤおよび終端のナノ粒子の組成を扱った。ナノワイヤについて記録されたデータは、GaN標準とほぼ同じ比でGaとNだけを示し、一方で、ナノ粒子はGa、N、およびFeを含む。終端ナノ粒子にだけFeが存在することで(GaおよびNと一緒に)、この合成におけるFeの触媒性が立証される。
【0210】
触媒の重要性をさらに探求するために、Au触媒を使用するGaNナノワイヤの成長を詳細に調査した。Auは、III−VおよびII−VI材料のいくつかのナノワイヤの成長用触媒として最近使用されており、そのように、GaNナノワイヤの成長でも有効に機能すると考えられるかもしれない。しかし、Auは、Nの溶解度が悪いので、効率よくNを液体/固体成長界面に運ぶことができない。この分析と一致して、Au触媒を使用してGaNナノワイヤを得るステップはできなかった。このことは、触媒の重要な役割および触媒をどのようにして合理的に選ぶことができるかを強調するものであると信じる。
【0211】
最後に、我々は、CBEDおよび高分解能TEM(HRTEM)を使用してGaNナノワイヤの構造の特徴をより詳細に調べた。ナノワイヤの一般的なCBEDパターン(挿入図、図21A)は、回折コントラスト像から推測される単結晶構造と一致した鋭い回折パターンを示す。このパターンに索引付けすると、[100]方向がワイヤ軸に沿って並んでいることが実証される。さらに、図21Bは、おおよそ直径10nmのGaNナノワイヤの格子分解HRTEM像を示す。<001>晶帯軸に沿って記録された像は、ナノワイヤの単結晶構造および[100]、[010]および[−110]の方向に沿った格子面をはっきりと示している。この像によって、[100]方向は、ワイヤ軸と平行に走っていることが実証され、したがって、GaNナノワイヤの[100]成長方向が確認される。
【0212】
終わりに、GaNナノワイヤの合理的な合成を行うためにLCG法を利用した。高純度GaNナノワイヤは、唯一の[100]成長方向を有する単結晶として得た。触媒および成長条件の予測可能な選択に基づいているこの方法は、InN、(GaIn)N合金および関連した室化物のナノワイヤの合成に容易に拡張することができると信じる。GaNおよび他の技術的に重要な半導体室化物材料の単結晶ナノワイヤのバルクの量の合成は、さらに進んだ基本的な研究および応用のための多くの機会を開くものと期待される。
【0213】
図19は、レーザ支援触媒成長によるGaNナノワイヤ成長を示す模式図である。
図20Aは、LCGで合成されたバルクGaNナノワイヤのFE−SEM(LEO982)像を示す。目盛バーは1μmに対応する。図20Bは、バルクGaNナノワイヤについて記録されたPXRD(Scintag、XDS2000)パターンを示す。ピークの上の数字は、ウルツ鉱型構造の(hkl)値に対応する。
【0214】
図21Aは、より高い(より暗い)コントラスのファセットナノ粒子で終端するGaNナノワイヤの回折コントラストTEM(Philips、EM420)像を示す。図21Aの挿入図は、白い円で示された領域にわたって<001>晶帯軸に沿って記録されたCBEDパターンを示す。白い目盛バーは50nmに対応する。図21Bは、直径がおおよそ10nmの別のGaNナノワイヤのHRTEM(JEOL2010)像を示す。この像は、<001>晶帯軸に沿って撮った。[100]、[010]、および[−110]方向を、ワイヤ軸に平行な[100]とともに示す。白い目盛バーは5nmに対応する。
【0215】
インジウムリンナノワイヤ構成要素から組み立てられたナノスケールの電子デバイスおよび光電子デバイス
ナノワイヤ(NW)およびナノチューブ(NT)のようなI次元ナノ構造は、電荷キャリアおよびエキシトンの効率のよい輸送に理想的に適しており、したがって、ナノスケールエレクトロニクスおよびオプトエレクトロニクスの重要な構成要素になると期待される。カーボンNTでの電気輸送についての研究は、電界効果トランジスタ(FET)、単電子トランジスタ、整流接合および化学センサの創作をもたらした。これらの結果は、そのような材料から可能な刺激的な用途を示しているが、ただし、NT構成要素の使用は、半導体NTまたは金属NTの選択的な成長および/または組立が現在できないことで制限されている。経費のかかる製造ラインが必要でなくなる、能動デバイスおよびデバイスアレイのボトムアップ式組立、の構成要素としてナノスケール構造を使用することで、異なる構成要素の電子特性が規定されるだけでなく制御可能であることが必要になる。このために、ドーピングによって電気特性が制御された化合物半導体NW構成要素からの機能ナノスケールデバイスの合理的な組立を報告する。インジウムリン(InP)NWは、制御されたn型およびp型ドーピングを使用して合成することができ、さらに、ナノスケールFETとして機能することができることが、ゲート依存輸送の測定で実証される。さらに、適切に規定されたn型およびp型材料を使用できることで、交差NWアレイの形成によるpn接合の製作が可能になった。輸送測定により、ナノスケールpn接合が明確に規定された電流整流を示すことが明らかになる。重要なことには、順方向バイアスInPpn接合は、量子閉じ込め発光を示し、この構造は、おそらく、今日まで作られた最小の発光ダイオードとなった。最後に、電界方向付け組立は、この新しいナノスケール構成要素で高集積機能デバイスを作ることができる1つの方策であることが示される。
【0216】
単結晶InPNWは、前に説明したレーザ支援触媒成長(LCG)で製造した。n型およびp型InPNWは、それぞれテルル(Te)および亜鉛(Zn)をドーパントとして使用して製造し、ドーパントの添加なしで生成されたNWと同様に高品質であることが分かった。合成されたままのZnドープInPNWの電界放出走査型電子顕微鏡(FE−SEM)像で(図22A)、このワイヤは、直径が10ナノメートルのオーダで長さが数十マイクロメートルまで伸びることが実証される。高分解能透過電子顕微鏡(TEM)像で(挿入図、図22A)、さらに、ドープされたNWは、<111>成長方向を有する単結晶であることが示される。一般に、NWの1〜2nmアモルファス被膜はTEM像で見ることができる。この薄い層は、合成後にNWが空気に曝されたときに形成された酸化物によると考えられる。エネルギー分散X線(EDX)解析で求められた個々のNWの全体的な組成は、In:Pが1:1であることが分かり、したがって、NWの化学量論的組成が立証された。しかし、EDXおよび他の元素分析方法は、個々のNWのドーピングレベルを決定するのに感度が不十分である。
【0217】
NW中のドーパントの存在および型を確認するために、個々のNWについてゲート依存2端子輸送測定を行った。この測定で、NWコンダクタンスは、n型およびp型NWで、ゲート電圧(V)の変化に対して反対に応答する。具体的には、n型NWでは、V>0は、電子の蓄積およびコンダクタンスの増加をもたらし、一方で、p型NWでは、同じに印加されたゲートは、正孔を枯渇させコンダクタンスを減少させる。図22Bおよび22Cおよび100cは、それぞれ、個々のTeドープNWおよびZnドープNWから得られた一般的なゲート依存I−V曲線を示す。I−V曲線は、V=0で、両方の型のNWについてほぼ直線であり、金属電極がNWに対してオーム性接触をなすことを示す。TeドープNWについて記録された輸送データは(図22B)、V>0でコンダクタンスの増加を示し、一方で、V<0でコンダクタンスは減少する。これらのデータは、TeドープInPNWがn型であるステップをはっきりと示している。ZnドープNWについて記録されたゲート依存輸送データは、n型TeドープInPNWに比べて、Vの変化に対してコンダクタンスの逆の変化を示す。具体的には、V>0で、コンダクタンスは減少し、V<0で、コンダクタンスは増加する(図22C)。これらの結果は、ZnドープInPNWがp型であるステップを実証している。
【0218】
我々の結果は、全く再現性がある。直径が20nmから100nmまで分布している20以上の個々のNWについて行った測定で、各場合のゲート効果はInPNW合成中に使用したドーパントと一致することが示される。さらに、コンダクタンスが測定できないほどに小さくなるように、n型およびp型NWの電子および正孔を完全に枯渇させるように、ゲート電圧を使用することができる。例えば、図22BのNWのコンダクタンスは、導通(オン)状態から、Vgが−20V以下であるときの絶縁(オフ)状態に切り換えることができる。このように、FETとして動作する。NWのいくつかでは、コンダクタンス変化は4〜5桁程度に大きくできる。比較的大きな切り換え電圧は、我々の測定で使用した厚い(600nm)酸化膜障壁に関係している。このゲート依存動作は、金属酸化膜半導体(MOS)FETおよび半導体NTFETの最近の研究のそれに似ている。NTに関して我々の仕事の重要な相違は、予測可能な半導体挙動をNWごとに達成することができることである。総合すると、これらの結果は、制御されたキャリアの型で単結晶InPNWを合成することができるステップを例示している。これらのNWは、バルクの量で生成されるので、デバイスおよびデバイスアレイを組み立てるために容易に使用可能な材料である。
【0219】
適切に規定されたn型およびp型NW構成要素を有用性は、2以上のワイヤの間に接合を形成して複雑な機能デバイスを作る可能性を開く。この刺激的な可能性を探求するために、2本のn型NW、2本のp型NW、および1本のn型NWと1本のp型NWをそれぞれ交差させて形成されたn−n、p−p、およびp−n接合の輸送挙動を研究した。図23Aは、29nmおよび40nmのNWを使用して形成された代表的な交差NWデバイスを示す。4つの腕は、以下の議論を簡単にするために、A、B、C、Dとして示す。重要なことには、組立前に交差接合を作るために使用するNWの型を選ぶことができるので、研究された接合の型は、実験ごとに制御可能である。
【0220】
図23Bおよび23Cは、それぞれn−nおよびp−p接合について記録された電流電圧(I−V)データを示す。両方の型の接合で、個々のNW(AC、BD)について記録された輸送データは直線的またはほぼ直線的な挙動を示す(曲線80、図23Bおよび曲線82、図23C)。これらの結果は、実験で使用された金属電極がNWとオーム性またはほぼオーム性接触をなし、接合の両端間のI−V測定に対して非直線的に寄与しないことを示している。一般に、n−nおよびp−p接合の両端間で行われた輸送測定は、直線的またはほぼ直線的な挙動を示し、これによって、我々は、このようにして作られた接合について2つの常用な点を推測することができるようになる。第1に、個々のNWの間の界面酸化膜は重要なトンネル障壁を生成しない。というのは、そのような障壁は大きな非直線I−V挙動をもたらすからである。第2に、隣り合う腕の各組(AB、AD、CB、CD)を通して記録されたI−V曲線は、個々のNW自体の電流レベルよりも小さい同様な電流レベルを示す。これらの結果は、接合が輸送挙動を支配しているステップを実証する。最後に、小さい接触面積(10−12〜10−10cm)および接合製造の簡単な方法にもかかわらず、個々のNWは互いに適度に良好に電気的に接触するステップを、我々のデータは示している。
【0221】
個々のNW間の良好な接触は、機能デバイスを作るようにこのNWを利用するための基礎を与える。例として、交差したp型およびn型NWでp−n接合を作った。この接合は、中間に乾燥を有する、n型およびp型NWの希薄溶液の順次堆積で、再現性よく作ることができる。図23Dは、交差NWp−n接合の一般的なI−V挙動を示す。個々のn型およびp型NW部品の直線的なI−Vは(曲線84および86)、NWと金属電極の間のオーム性接触を示している。p−n接合両端間の輸送挙動(曲線88)は、はっきりした電流整流を示している。すなわち、逆方向バイアスでほとんど電流が流れず、一方で、順方向バイアスに鋭い電流の始まりがある。重要なことには、この挙動は、多くの重要な電子および光電子デバイスの基礎をなすバルク半導体p−n接合に似ている。標準的なp−n接合では、整流は、p型とn型の材料間の界面に形成された電位障壁から生じる。接合が順方向にバイアスされたとき(p側が正にバイアスされる)、障壁は減少し、比較的大きな電流が接合を通って流れることができる。他方で、逆方向バイアスでは、障壁がさらに大きくなるので、ほんの小さい電流が流れることができるだけである。
【0222】
観察された整流がp型とn型のInPNW間の交差点に形成されたp−n接合によると確信するいくつかの理由がある。第1に、接合を作るために使用した個々のp型およびn型NWの直線的またはほぼ直線的なI−V挙動は、NWと金属電極の間にオーム性接触が作られたことを示している。このことで、金属半導体ショットキーダイオードで整流が生じる可能性が除かれる。第2に、隣り合う電極の全ての組(AB、AD、CD、CD)を通して求められた接合のI−V挙動が同様な整流効果および電流レベルを示し(図23Dの曲線88)、この電流レベルが個々のNWを通過する電流レベルよりも非常に小さい。これらの結果は、接合がI−V挙動を支配しているステップを実証している。第3に、2つの隣り合う電極(例えば、A−B)を通して電流を流し、一方で、2つの独立した電極(例えば、C−D)の両端間で接合電圧降下を測定する4端子測定で、同じ電流レベルでの2端子測定に比べてほんの僅かに小さい電圧降下(0.1〜0.2V)を持った同様なI−Vおよび整流が示される。最後に、10個の独立したp−n接合について行った測定が、I−Vデータで同様な整流を示した。すなわち、p型NWが正にバイアスされたとき、p−n接合を通して大きな電流が流れるだけである。
【0223】
上記のデータは、今やナノスケールp−n接合を合理的に作ることができるステップを明白に示している。InPのような直接バンドギャップ半導体では、p−n接合は、発光ダイオード(LED)およびレーザなどの重要なオプトエレクトロニクスデバイスの基礎を形成する。我々のナノスケールデバイスが同様に動作するかどうかを評価するために、交差NWp−n接合からのフォトルミネセンス(PL)およびエレクトロルミネセンス(EL)を研究した。重要なことには、ELは、順方向バイアスのナノスケール接合から容易に観察することができる。図24Aは、順方向バイアス時の一般的なp−n接合から撮ったEL像を示し、挿入図は交差NW接合のPL像を示す。PL像は2本の細長いワイヤ状構造をはっきり示し、EL像は、光が点状ソースから来ているステップを示している。EL像とPL像の比較で、EL最大の位置がPL像の交点に対応することが示されて、光は実際NWp−n接合から出て来るステップを実証している。
【0224】
接合のI−V特性は(挿入図、図24B)、〜1.5ボルトに鋭い電流の始まりを有する明確な整流を示す。接合のEL強度対電圧の曲線は、1.7ボルト程度の低い電圧で相当な光が我々のシステムで検出されるステップを示している。EL強度はバイアス電圧とともに急激に増し、I−V挙動に似ている。ELスペクトラム(図24C)は、約820nmで最大強度を示し、これは、InPのバルクのバンドギャップ(925nm)に対してかなり青シフトしている。青シフトは、部分的にはエキシトンの量子閉じ込めによるが、ただし、他の要素も一因になるかもしれない。量子閉じ込めの重要性は、より小さい(およびより大きな)NWで組み立てられたp−n接合から記録されたEL結果にはっきりと見ることができる(図24D)。この結果はより大きな(より小さい)青シフトを示している。このナノLEDにおいて大きさを用いて色を合わせることができるステップは、将来特に有用であるかもしれない。これらの初期デバイスの量子効率(電子から光子へ)は、比較的低く、〜0.001%である。このことは、最適化に対してほとんど注意を払っていないので、驚くには当たらない。この効率は、初期のInPLEDの効率(〜0.002%)と実際に同等である。低い量子効率は、表面状態を介した非発光再結合によると考え、この劣化プロセスは表面パッシベーションで減少させることができると信じる。
【0225】
GaNは直接広バンドギャップ半導体材料であり、室温で短波長(UVおよび青)領域で発光する。青LEDは発光体として重要であり、強力で、エネルギー効率がよく、かつ信頼性のある光源が必要とされている。また、青は、3原色(赤、緑、青)の1つなので、フルカラーLEDディスプレイおよびLED白色ランプの製造を可能にするためにも重要である。
【0226】
ここで、最初に作られた青/UVナノLED(10nmのオーダの発光領域)について報告する。このナノLEDは、P型SiとN型(故意にドーピングしない)GaNナノワイヤを用いて組み立てた。以前に報告した近IR領域で発光するナノLEDとともに、フルカラーのスペクトラムを範囲に含むかもしれない様々な材料でLEDを作る大きな可能性を示す。
【0227】
図25Aは、P型SiとN型GaNの2つの交差ナノ接合から撮ったEL像を示す。p−Siはボロンをドープした。図25Bは、様々なゲート電圧に対する電流対電圧を示す。ナノ接合は、異なるゲート電圧で良好な整流を示す。図25Cに示すELスペクトラムは、発光が約380nmと470nmであること示している。n−InPとp−Siのナノ接合は良好な整流を有する。
【0228】
高集積度のNWをベースにしたデバイスを作るには、これらの構成要素を適切に規定されたアレイに並べかつ組み立てる方法が最終的に必要とされる。この次の段階の開発の実行可能性を実証するために、集積化のための2つの基本的な形態である平行アレイおよび交差アレイに、個々のNWを並べかつ位置付けするために電界(Eフィールド)を使用した。電界方向付け組立は、電極の間にNWの溶液を置き(図26A)、それから50〜100Vのバイアスを加えることで行った。この方法の可能性は、平行電極間にクロロベンゼン浮遊NWを配列する場合で容易に理解することができる(図26B)。FE−SEM像は、NWのほとんど全てが平行電極に対して垂直に電界方向に沿って並んでいるステップを示す。また、個々のNWを特定の位置に位置付けするために、電極アレイも使用した。例えば、アレイの電極間のNWの電界組立(図26C)で、個々のNWは、正反対の電極の組に架橋して平行なアレイを形成するように位置付けされることが実証される。さらに、電界方向を変えることで、交差NW接合を作るように層ごとのやり方で配列を行うことができる(図26D)。電界組立が、高い方向および空間制御で個々のNWを合理的に堆積する方策であるステップを、これらのデータは明らかに示している。この電界組立方法および/または他の組立方法と共に、我々のNW構成要素を使用して、高集積機能デバイスは容易に入手できると信じる。
【0229】
全体として把握すると、この文書に表された結果は、ナノスケールエレクトロニクスデバイスおよびナノスケールオプトエレクトロニクスデバイスのボトムアップ式組立を行うための合理的な方法を提供する。数百万ドルの製造ライン無しに、能動デバイスを組み立てるという我々の実証された能力は、この分野にとって非常に重要なものであり、中期および長期の進歩のための適切なオーガーであると信じる。現在使用可能な広い範囲のNW材料および電子特性を制御する明確に規定された能力によって、可視および近赤外の全範囲を含むナノスケールLEDが可能になると信じる(例えば、青色用のGaNNW)。そのようなナノスケール光源は、新しい型の高平行光センサを作る際に、およびナノエレクトロニクスにおける光相互接続のために有用であるかもしれない。さらに、ドープされたNWの構成要素の組立は、多くの他の型の電子デバイスおよび、ことによるとレーザさえも作る大きな可能性を持っている。
【0230】
InPNWは、LCGを使用して合成した。LCGターゲットは、一般に、94%(原子比)InP、触媒としての5%Au、およびドーピング元素としての1%のTeまたはZnで構成されていた。炉の温度(中央)は、成長中800℃に設定し、ターゲットは、炉の中央ではなくて上流端に配置した。パルス(8ns、10Hz)Nd−YAGレーザ(1064nm)を使用してターゲットを気化した。一般に、成長は10分間行い、NWは炉の下流の低温端部に集めた。
【0231】
個々のNWについての輸送測定は、出版物に記載されている手順を使用して行った。簡単に言うと、NWを最初にエタノール中に分散し、それから、酸化シリコン基板(酸化膜600nm、抵抗率1〜10Ω・cm)の上に堆積させ、導電性シリコンをバックゲートとして使用した。NWへの電気コンタクトは、電子ビームリソグラフィ(JEOL6400)を使用して画定した。Ni/In/Auコンタクト電極を熱気化させた。電気輸送測定は、雑音<1pAの自家製システムを使用してコンピュータ制御の下で行った。
【0232】
n−nおよびp−p接合は、無作為の堆積で得た。最初に、比較的高い濃度を使用して酸化シリコン基板にNWを堆積し、交差NWの位置を決定し、それから、電子ビームリソグラフィを使用して交差の4つの腕全てに電極を画定した。Ni/In/Au電極を使用してNWへのコンタクトを作った。
【0233】
p−n接合は層ごとの堆積で得た。最初に、NWの一方の型(例えば、n型)の希釈液を基板上に堆積させ、個々のNWの位置を記録した。第2のステップで、NWの他方の型(例えば、p型)の希釈液を堆積させ、交差したn型およびp型NWの位置を記録した。それから、金属電極を画定し、輸送挙動を測定した。
【0234】
ELは、自家製のマイクロルミネセンス測定器で調べた。フォトルミネセンスまたは散乱光(514nm、Arイオンレーザ)を使用して、接合の位置を突き止めた。接合の位置を突き止めたとき、励起レーザを切り、それから、接合を順バイアスした。液体窒素冷却CCDカメラを用いてEL像を撮り、ELスペクトルは、300mm分光計の150本/mmの回折格子でELを分散させて得た。
【0235】
図22A〜22Cは、InPNWのドーピングおよび電気輸送を示す。図22Aは、ZnドープInPのNWの一般的なFE−SEM像を示す。目盛バーは10μmであり、挿入図は1本の直径26nmのNWの格子分解TEM像を示す。(111)格子面が、ワイヤ軸に対して垂直に見える。目盛バーは10nmである。図22Bおよび22Cは、それぞれTeドープNWおよびZnドープNWのゲート依存I−V挙動を示す。図22Bおよび22Cの挿入図は、2端子Ni/In/Auコンタクト電極のついた、測定されたNWを示す。目盛バーは1μmに対応する。図22BのNWの直径は47nmであり、一方で、図22Cのそれは45nmである。測定で使用した特定のゲート電圧は、対応するI−V曲線の図の右手側に示した。データは、室温で記録した。
【0236】
図23A〜23Dは、交差NW接合および電気特性を示す。図23Aは、Ni/In/Auコンタクト電極を有する一般的な交差NWデバイスのFE−SEM像を示す。目盛バーは2μmに対応する。NWの直径は29nm(A〜C)および40nm(B〜D)である。デバイスを作るために使用したNWの直径は20〜75nmの範囲である。図23B〜23Dは、それぞれn−n、p−pおよびp−n接合のI−V挙動を示す。曲線80および82は、それぞれ、接合のn−NWおよびp−NW個々のI−V挙動に対応する。曲線88は、接合の両端間のI−V挙動を表す。図23Dのp型NWおよびn型NWについて記録された電流は、よりよく見えるようにするために、10で割ってある。実線は、1組の隣り合う腕の間の輸送挙動を表し、破線は、隣り合う腕の他の3組の輸送挙動を表す。データは、室温で記録した。
【0237】
図24A〜24Dは、NWp−n接合の光電気特性を示す。図24Aは、2.5Vで順方向バイアスされたNWp−n接合から放出される光のEL像を示す。図24Aの挿入図は、接合のPL像を示す。両方の目盛バーは5μmに対応する。図24Bは、EL強度対電圧を示す。図24Bの挿入図はI−V特性を示し、挿入図中の挿入図は接合自体のFE−SEM像を示す。目盛バーは5μmに対応する。この接合を形成するn型およびp型NWは、それぞれ65および68nmの直径を有する。図24Cは、図24Aに示す接合のELスペクトルを示す。スペクトルは820nmでピークになる。図24Dは、第2の順方向バイアスされた交差NWp−n接合から記録されたELスペクトルを示す。EL最大は、680nmで起こる。図24Dの挿入図は、EL像を示し、ELが接合領域から発生しているステップを実証している。目盛バーは5μmである。この接合を形成するn型およびp型NWは、それぞれ39および49nmの直径を有する。
【0238】
図26A〜26Dは、電界を使用したNWの平行組立および直交組立を示す。図26Aは、電界配列の模式図である。一滴のNW溶液を基板(青)に堆積した後で、電極(オレンジ)は50〜100Vでバイアスされる。図26Bは、2個の平行電極の間に並べられたNWの平行アレイを示す。NWはクロロベンゼン中に浮遊し、100Vの印加バイアスを使用して並べられる。図26Cは、80Vのバイアスを使用する電界組立の後で得られた、NWの空間位置付け平行アレイを示す。図26C中の上の挿入図は、15組の平行電極を示し、個々のNWが各正反対の電極の組に架橋している。図26Dは、2つの組立ステップで直交方向に加えられた電界を用いた層ごとの配列を使用して得られた交差NW接合を示す。両ステップにおける印加バイアスは80Vであった。図26B〜26Dの目盛バーは10μmに対応する。
【0239】
シリコンナノワイヤからのナノスケール電子デバイスのボトムアップ組立
適切に制御されたドーパントの型およびレベルを有するp型およびn型シリコンナノワイヤ(SiNW)から、合理的なボトムアップ組立で、4つの型の重要なナノデバイスを作った。これら全てのデバイスで、個々のp型およびn型SiNWについての電気輸送測定で、SiNWとリード線の間のオーム性またはほとんどオーム性の接触が暗示された。重要なことには、交差p型およびn型SiNWで構成されるpn接合両端間の4探針測定で、pnダイオード挙動に予想されるような電流整流挙動が示された。バイポーラトランジスタを作るために、npn交差接合も組み立てた。このトランジスタで、0.94/16程度の大きな共通ベース/エミッタ電流利得が得られた。
【0240】
交差低濃度ドープpn接合で作られた相補型インバータは、0.13の利得を伴って入力電圧に対して逆の明確な出力電圧を示した。高濃度ドープSiNWpn交差の形のトンネルダイオードは、順方向バイアスで負の微分抵抗(NDR)挙動を示し、5:1の山対谷の比(PVR)であった。
【0241】
最近、従来の電子機器回路の小型化が強力に推し進められている。しかし、リソグラフィ方法の基本的な限界によって、現在の技術は極端なナノエレクトロニクスの型に到達することができない。集積デバイスのボトムアップ組立用の構成要素としてナノスケール構造を使用することで、この場合には個々の要素の製造および組立の両方が安くなると思われるので、マイクロエレクトロニクスでうまくいくとわかった概念をそのまま維持しながら、製造ラインの経費を大幅に削減することができる。ナノワイヤ(NW)およびナノチューブ(NT)のような一次元構造は、ナノエレクトロニクスの重要な構成要素として理想的な候補である。これらの構成要素を用いて機能ナノデバイスおよびデバイスアレイをどのように構築するかが、ナノ科学技術にとって基本的なことである。NTは、電界効果トランジスタ、単電子トランジスタとして試験されている。NT−NW異種接合、NT分子内接合および交差接合も実証されている。しかし、合理的な組立でNTを使用するステップは、個々のチューブ特性の予測不可能なことで制限されている。というのは、金属NTおよび半導体NTの特定の成長が制御不可能であり、さらに半導体NTの制御されたドーピングが困難なためである。
【0242】
前に、単結晶半導体SiNWの制御されたドーピングを実証した。その場合、ドーパントの型(p型およびn型)および相対的なドーピング濃度(低濃度から縮退まで)は適切に制御された。したがって、特性が予測可能で制御可能なこのSiNWは、能動デバイスおよびデバイスアレイのボトムアップ組立用の重要な構成要素となる。化学的組立の方向付けされた組立によって、例えば、半導体への特定のペプチド結合、DNAベースの整合相互作用、および/または配位子/受容体相互作用によって、高密度SiNWデバイスアレイを形成することが可能である。使用可能な集積デバイスを実現するために、ボトムアップで組み立てられた個々の能動デバイスの電気的特性を理解することが必須前提条件である。ここで、20から50nmまでの直径を有するこれらのSiNWからの機能ナノデバイスの合理的な組立およびデバイスの電気的特性について報告する。これに加えて、ドーパントの型およびドーピングレベルを制御することによって、多数の種類の電子デバイスを製造する能力が得られるステップを実証する。様々なp型およびn型ドーピングレベルのSiNWを制御可能に組み合わせることで、pnダイオード、バイポーラトランジスタ、相補型インバータおよびトンネルダイオーダを含んだ4種類の重要な機能構造を作った。ナノスケールpn接合は、交差SiNWの形で作った。これらのpn接合についての電気輸送測定は、半導体物理で予測できる電流整流を示した。npn交差SiNW接合を組み立てる能力をバイポーラトランジスタに活用し、このバイポーラトランジスタは0.94/16程度の大きな共通ベース/エミッタ電流利得を持つことが実証された。低濃度ドープpn交差で作られたインバータは、0.13の電圧利得で入力電圧に対して逆の出力電圧をはっきりと示した。さらに、高濃度ドープpn交差で作られたトンネルダイオードの結果は、順方向バイアスで、5:1のPVRを有するNDR挙動を示した。p型およびn型SiNWは、SiNWのレーザ支援触媒成長中にドーピング源として、それぞれジボランおよびリンを使用して合成した。600nmの熱酸化膜を有するドープされたシリコン基板上のSiNWと接触する金属リード線は、電子ビームリソグラフィで画定した。pn、pp、およびnn接合は、1本のp型と1本のn型のSiNW、2本のp型と2本のn型のSiNWをそれぞれ交差させて形成した。接合の種類は、特定の接合を作るために使用するSiNWの型を選ぶことで制御した。交差接合の一般的な電界放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)像を図27Aに示す。ここで、議論の便宜上、4本のコンタクトリード線を1、2、3、4として示す。図27Bは、それぞれ20.3nmおよび22.5nmという小さい直径のp型およびn型SiNWを用いたpn交差接合についての電流対電圧(I−V)のデータを示す。接合両端間の4端子測定は、2本の隣り合うリード線の間に電流を流し(例えば、リード線1−2、またはリード線1−4、正の電流方向はp型からn型SiNWへである)、他の2本のリード線の間(例えば、リード線3−4、またはリード線3−2)の電圧降下を測定することで行った。接合の両端間のI−V曲線(図27Bの曲線130)は、逆方向バイアスでは(我々の設定で負バイアス)ほとんど電流を示さず、順方向バイアスでは(正のバイアス)非常に鋭い電流の始まりを示す。対照的に、単一p型SiNW(リード線1−3の間)および単一n型SiNW(リード線2−4の間)は直線的なI−V挙動を示す(それぞれ、図27Bの110および120)。このことは、SiNWとリード線の間のオーム性(整流でない)接触を暗示している。したがって、この整流挙動は、接合自体によって引き起こされているに違いない。この挙動は、pn接合のダイオードのエネルギーバンド図で説明することができる。p型SiNWとn型SiNWが互いに接触するとき、内部拡散電位が接合界面に生じる。電子は、接合界面に生じる広い空間電荷領域を通り抜けることができないが、熱励起で運ばれる。順方向バイアスで、内部拡散電位障壁は減少するので、大量の電流が流れることができる(図27E)。一方で、逆方向バイアスで、障壁は増すので、電流レベルは低い(図27F)。
【0243】
p型およびn型SiNWは、別々にアセトン中に分散させた。pn接合は、順次堆積によって得た。一方の型のSiNW(例えば、n型)の溶液を最初に基板上に堆積させ、SiNWの位置を位置合わせマークに対して記録した。第2に、他方の型のSiNW(例えば、p型)の溶液を堆積させ、交差pn接合の位置を記録した。ppまたはnn接合は、一方の型のSiNWだけ、p型またはn型、を堆積させることで得た。そのとき、接合位置を記録した。
【0244】
整流挙動が、接合界面の何か他の非対称なトンネル障壁ではなくて、pnダイオード挙動であると信じる理由は、次の通りである。(a)SiNWの真性酸化膜層は、電子がこの酸化膜層を容易に通り抜けることができる程度に十分薄く、さらに、接合のp型ワイヤとn型ワイヤの間に合理的な強い結合が依然として存在し、したがって、内部拡散電位障壁が生じ得ること。このことは、ppおよびnn接合についての輸送測定で立証される。pp接合(図27Cの曲線110)およびnn接合(図27Dの曲線120)における単一ワイヤ(リード線1−3、2−4)は直線的またはほぼ直線的なI−V挙動を示し、良好な接触を暗示している。pp接合(図27Cの曲線130)およびnn接合(図27Dの曲線130)についての2端子測定(リード線1−2、1−4、2−3、または3−4の間)は、直線的またはほぼ直線的なI−Vを示す。接合両端間の2端子測定抵抗を単一SiNW抵抗と比べると、接合抵抗の大きさはワイヤ抵抗とほぼ同じであり、酸化膜が重要な電子トンネル障壁をもたらさないことを暗示していることが分かる。(b)20個の独立したpn接合についての測定は、一貫性のある正しい整流挙動を示した。
【0245】
大部分の半導体デバイスの基本ユニットとして、pn接合は、整流、増幅、スイッチングの回路および多くの他の電子回路機能に必要な特性を実現している。SiNW交差でpn接合を作ることにおける成功は、我々に、他の重要な機能デバイスを作る可能性を与える。受動デバイス、pnダイオードだけでなく、能動デバイスも作ることができるステップを実証するために、電流利得の能力のあるバイポーラトランジスタを組み立てた。バイポーラトランジスタは、npn(図28Aの左側)またはpnp接合デバイスであり、エミッタに高いドーピングレベルを、ベースおよびコレクタに低いドーピングレベルを必要とする。SiNWのドーピングでの適切な制御で、この複雑なデバイスを作ることができるようになる。npnバイポーラトランジスタは、2本のn型SiNW(一方は高濃度にドープされ、他方は低濃度にドープされている)を1本の低濃度ドープp型ワイヤに対して機械的に操作することで組み立て、共通ベース構成で動作させた(図28A、右側)。図28Bは、バイポーラトランジスタの一般的なSEM像である。トランジスタ中のSiNWおよび接合は、最初に個々に特徴付けした。3本の個々のSiNWのI−V曲線は直線的であり、2個の個々の接合は正しい整流挙動を示す。それから、バイポーラトランジスタ測定を行うために、n型SiNWをエミッタとして、一方でn型SiNWをコレクタとして使用した。エミッタベース(E−B)は常に順方向バイアスしてベース領域に電子を注入した。コレクタベース(C−B)電圧がゼロよりも大きいとき、トランジスタは能動モードで動作する。この場合には、C−B接合は逆方向にバイアスされ、非常に小さい漏れ電流だけが接合を横切って流れる。しかし、エミッタから注入された電子は、ベースを通り抜けて拡散して、C−B接合空間電荷領域に達し、コレクタによって集められる。実際のコレクタ電流は、エミッタから注入された電子だけに依存し、したがってE−B電圧だけに依存する。このことは、図28Cの型IIにはっきり見ることができる。ここでは、コレクタ電流は順方向E−B電圧とともに大きくなるが、C−B電圧に対してはゆっくりと変化する。このことは、Early効果および逆バイアスとともにゆっくりと増加する漏れ電流の存在に起因する。このことは、トランジスタ動作を実証している。すなわち、逆バイアスコレクタ接合の大きな電流の流れは、近くのエミッタ接合から注入されたキャリアに起因する。(C−B)電圧がゼロより下であるとき、バイポーラトランジスタは飽和モードで動作し(図28C、型I)、ここでは、E−B接合およびC−B接合の両方が順方向バイアスされている。エミッタ注入によるコレクタ電流は、順方向バイアスC−B電流で補償される。そのようにして、コレクタ電流は順方向C−B電圧とともに小さくなる。E−Bの順方向バイアスが高いほど、電流をゼロに補償するのに必要とされるC−Bの順方向バイアスも高くなる(図28C,曲線1から4)。
【0246】
pnバイポーラトランジスタは、堆積と機械的な操作で製造した。最初に、p型SiNWを溶液から基板上に堆積した。第2のステップで、n型およびn型SiNWを鋭いSTMの先端部に付け、光学顕微鏡の下でp型SiNWの上に放した。
【0247】
能動モードのバイポーラトランジスタの共通ベース電流利得は、0.94という大きなものであり(図28D)、共通エミッタ電流利得は16である。この大きな電流利得から、3つの重要な点が暗示される。すなわち、(a)ベースよりも高いエミッタのドーピング濃度の結果として、エミッタからベースへの電子注入の効率が非常に高い。(b)ベース領域は広いが(15μm)、エミッタとコレクタの間に能動的な相互作用が依然として存在している。エミッタから注入された電子の大部分は、ベースを通り抜けてコレクタに到達することができ、このことは、ベース中の電子の移動度が非常に高いことを暗示している。(c)ベースとコレクタの間の空間電荷領域は電子を集めてコレクタに一掃する高い効率を持ち、界面の酸化物障壁が大きく寄与していないことを暗示している。このことによって、単一pn接合についての我々の解析がさらに立証される。例えばベース幅を減らすことで、バイポーラトランジスタを改良して、一般的な共通ベース電流利得が0.99よりも大きな市販のバイポーラトランジスタの性能に近づけることができる。
【0248】
これらのボトムアップ構成要素の論理回路への応用を利用し、かつSiNWのドーピングの制御が可能にする能力をさらに実証するために、低濃度p型ドープSiNWと低濃度n型ドープSiNWの交差の形で、相補型インバータを作る。交差SiNWインバータ構造の図を図29A(下部)に示す。一方で、半導体物理におけるインバータの図を図29A(上部)に示す。インバータの低濃度ドープp型およびn型SiNWは、非常に大きなゲート効果を示し、図29Bの挿入図にp型SiNWについて示すように、完全に空乏にすることができる。図29Bに見られるように、正(負)の入力電圧に対して、出力電圧は負(ゼロ)であり、これは一般的なインバータの挙動である。この挙動は、このように説明することができる。すなわち、負(正)入力によるn型(p型)ワイヤの空乏で、出力は接地(バイアス)に等しくなる。電圧利得は0.13、電圧反転の傾斜、と計算される。この利得は、1よりも大きな市販のインバータの利得よりも小さいが、SiNWのゲート応答を小さくしている600nmの代わりに、もっと薄い酸化膜層を使用することで、また、より低濃度ドープSiNWを使用することで改良することができる。このより低濃度ドープSiNWは、それとのオーム性接触を作るために、およびさらに研究するためにいっそうの努力を必要とする。
【0249】
2本の交差低濃度ドープp型およびn型SiNWはインバータを作るが、2本の交差縮退ドープp型およびn型SiNWはトンネルダイオードを形成することができる。pn接合とは違って、トンネルダイオードは整流挙動を示さないが、順方向バイアスで、図29Cに示す5:1のPVRを有するNDR挙動を示す。この違いは、江崎ダイオード機構で説明することができる。p型およびn型が互いに接触するとき、内部拡散電位が生じるが、空間電荷領域幅は十分に薄くて電子トンネリングが可能になる。電子は、逆方向バイアス(図29D,左側)および低い順方向バイアス(図29D、中央)の下で、この薄い空間電荷領域を通り抜けることができ、電流が流れるようにする。ある点を越えると、順方向バイアスのさらなる増加によって、n側の伝導バンドがp側のバンドギャップに入り込むことになり(図29D、右側)、これによって、電子トンネリングが抑制され、電流が減少する。順方向バイアスがさらに増加すると、内部拡散電位障壁が減少し、これによって、熱励起機構が伝導を支配することができるようになり、電流は大きくなる。
【0250】
ここで説明した結果は、ドーパントの型とドーピングレベルの両方の制御を用いた、ドープされたSiNWから多種類のナノスケール電子デバイスをボトムアップ組立するステップを実証している。個々のデバイスは、従来製造されたデバイスと同様な予測可能な挙動を示す。これらの機能ナノデバイスの大量生産および高集積化は、電界と溶液流による配列で支援された化学的な組立で実現することができる。このことは、高価な製造ラインを回避しながら、ナノエレクトロニクスおける刺激的な実際の応用をもたらす。さらに、光信号とともに、pnダイオード交差品はフォトダイオードおよびpn太陽電池として機能することができ、さらにバイポーラトランジスタ交差品はフォトトランジスタを形成することができる。
【0251】
電界と流れる溶液によるNWの配列で、一方の型の平行NWアレイを作った。電界および流れる溶液の方向を切り換えて他の型のNWを積むことで、非常に密度の高いNW交差品を形成することができる。
【0252】
図27A〜27Fは、交差SiNW接合を示す。図27Aは、コンタクトリード線としてAl/Auを有する交差NW接合の一般的なFE−SEM像を示す。目盛バーは2μmである。NWの直径は20から50nmの範囲である。図27B〜27Dは、それぞれpn、ppおよびnn接合のI−V挙動を示す。曲線110および120は、それぞれ個々のp型およびn型SiNWのI−V挙動に対応する。曲線130は、それぞれ図27Bのpn接合による4端子I−Vおよび、図27Cおよび図27Dのppおよびnn接合による2端子I−Vを表す。図27Bにおいて、実線は、リード線1と2の間の電流を追跡し、かつ同時にリード線3と4の間の電圧を測定することによるI−Vであり、一方で、破線は、1と4の間の電流を追跡し3と2の間の電圧を測定することによるI−Vに相当する。図27Cおよび27Dにおいて、実線は1組の隣り合うリード線(1−2)の両端間のI−Vであり、破線は他の3組(1−4、2−3、3−4)の両端間のI−Vである。図27Eおよび27Fは、それぞれ順方向バイアスおよび逆方向バイアスの下でのpn接合のエネルギーバンド図を示す。
【0253】
図28A〜28Dは、npn交差SiNWバイポーラトランジスタを示す。図28Aは、半導体物理(左側)および交差SiNW構造(右側)におけるnpnバイポーラトランジスタの共通ベース構成図を示す。n型、p型およびn型のSiNWは、それぞれエミッタ、ベースおよびコレクタとして機能する。ベースは接地されている。エミッタは特定の値で負にバイアスされる。コレクタ電圧は正から負まで走査される。図28Bは、SiNWバイポーラトランジスタの一般的なFE−SEM像を示す。目盛バーは5μmである。図28Cは、エミッタSiNWとベースSiNWが15μm離れている状態でのnpnトランジスタについて記録されたコレクタ電流対コレクタベース電圧の挙動を示す。曲線1から4は、−1、−2、−3、−4Vのエミッタベース電圧での挙動に対応する。型IとIIは破線で分離され、それぞれ飽和モードおよび能動モードに対応する。図28Dは、共通ベース電流利得対コレクタベース電圧を示す。
【0254】
図29A〜29Dは、相補型インバータおよびトンネルダイオードを示す。図29Aは、半導体物理における相補型インバータ構造(上部)および低濃度ドープpn交差で形成された相補型インバータ構造(下部)の図を示す。下の図において、n型NWの一端は−5Vにバイアスされ、p型NWの一端は接地されている。入力電圧はバックゲート電圧であり、p型およびn型NWの他端は出力端子として短絡されている。図29Bは、pn交差インバータにおける出力電圧対入力電圧のデータを示す。図29Bの挿入図は、インバータのp型NWのI−V曲線である。曲線1から5は、それぞれバックゲート電圧−50、−30、−10、0および10VでのI−Vに対応する。このインバータのn型NWは、同様なI−V挙動を示し、−30Vのバックゲート電圧で完全に空乏にすることができる。図29Cは、高濃度ドープpn交差で作られたトンネルダイオードの2端子測定データを示す。個々のp型およびn型SiNWのI−V挙動は、試験して直線的であった。図29Cの挿入図は、NDRを示すI−V曲線の部分を広げる。図29Dは、交差SiNWトンネルダイオードのエネルギーバンド図を示す。逆方向バイアスで(例えば、図29Cの位置1で)、電子は接合を通り抜けることができる(左側の図)。小さい順方向バイアスで(例えば、図29Cの位置2で)、電子トンネリングは可能になる(中央の図)。さらに増加された順方向バイアスで(例えば、図29Cの位置3で)、電子トンネリングは禁じられる(右側の図)。
【0255】
表面上のナノワイヤの制御された配置
1.エタノール中のナノワイヤの安定な浮遊物は、ほぼ3分間、音波処理槽のエタノール中でNWを音波処理して用意した。
2.基板(シリコンウェーハ)は、−NH2終端を有する自己組立単分子層(SAM)で被覆した。
3.微量流体型は、PDMSで作った。基板がPDMS型と接触するときに、微小チャネルが形成され、コンジットの3つの壁は、型の成形された特徴に対応し、4番目の壁は、2で述べたように化学的に改質された基板の表面に対応した。
4.NW浮遊物は、基板に+100ボルトのバイアスがかかっている状態の作られたままのマイクロチャネルを通って流れた。ほぼ10分の流し時間の後で、チャネルは、エタノールで洗浄し、それから自然乾燥させた。PDMS押し型を取り除いたとき、基板表面に流れの方向に並んだNWアレイが得られた。
5.流れの方向の変更および層ごと方式の適用によって、NWアレイから多数のクロスバが得られる。これは、NWから作ったデバイスの最も重要な構成であると考えられる。
6.表面をパターン形成することで、ある特定の場所に並んだ(位置付けされた)NWが得られ、より規則的なアレイのデバイスを作ることが可能になる。
【0256】
パターン形成プロセス:I.PMMAの層を基板表面に回転塗付し、それから、EBL(電子ビームリソグラフィ)を使用してパターンを描画する。すなわち、後で化学的に官能化する(2のように)Si表面を選択的に露出させる。II.つぎに、PMMA溝を得る。この溝の底は、−NH2SAMで被覆された露出Si表面である。このパターンの上にNW浮遊物を流すとき(4、5で述べたように、この場合の表面はちょうどパターン形成されている)、NWはPMMA溝に方向付けされる。最後に、PMMA表面に貼り付いたNWと一緒にPMMAをリフトオフする。このように、NWは、基板表面に残されたPMMA溝の底だけにとどまっており、デバイスのきれいなアレイが得られる。
【0257】
一次元ナノ構造の機能ネットワークへの方向付け組立
ナノワイヤおよびナノチューブのような一次元ナノ構造は、電子およびエキシトンを効率の良く輸送するための最小寸法であり、したがって、機能的なナノスケール電子構造および光構造を階層的に組み立てるための理想的な構成要素である。一次元ナノ構造を明確に規定された機能ネットワーク中に階層的に組み込むための方法を報告する。ナノワイヤは、平均間隔の制御された平行アレイ中に組み立てることができ、さらに、表面パターン形成方法と流体配列を組み合わせることで、周期性を制御することも可能である。さらに、順次のステップで異なる流れの方向を有する層ごとの組立を使用して、複雑な交差ナノワイヤアレイを製造することができる。輸送研究は、交差ナノワイヤアレイが、各交点に個々に取り扱い可能なデバイス機能を有する電気伝導性ネットワークを形成するステップを示す。
【0258】
ナノスケール材料は、例えばナノクラスタおよびナノワイヤ(NW)は、機能ナノスケールデバイスを階層的に組み立てるための魅力的な構成要素であり、この機能ナノスケールデバイスは、従来のリソグラフィをベースにした製造の基本的経済的制限を克服するかもしれない。ゼロ次元ナノクラスタに集中した研究によって、ナノメートルからマイクロメートルの長さ規模まで広がる順序を有するアレイの組立を含んだ重要な進歩がもたらされた。対照的に、NWおよびカーボンナノチューブのような一次元(1D)ナノ構造の組立は、あまり成功しなかった。ただし、これらの材料は、ナノエレクトロニクスおよびフォトニクスにおける用途のための構成要素としての大きな可能性を持っている。
【0259】
ナノ技術のこれらおよび他の領域でNWおよびNTの実質的な可能性を達成するために、適切に順序付けされた構造の制御された予測可能な組立が必要である。1Dナノ構造の階層組立の方法を報告する。この方法では、NWは、間隔および空間位置が容易に制御される状態で流体の流れで並べられる。交差NWアレイは、また、順次のステップで、異なる流れの方向を有する層ごとの組立を使用して製造した。輸送研究によって、交差NWアレイは、各NW/NW交点に個々に取り扱い可能なデバイス機能を有する電気伝導性ネットワークを形成することが示される。この方法は、他の1Dナノ構造を高集積デバイスアレイに構成するために、ことによると、使用することができるので、新しい電子および光ナノシステムのボトムアップ組立に向かう一般的な経路を提供する。
【0260】
これらの研究に使用されたガリウムリン(GaP)、インジウムリン(InP)、およびシリコン(Si)のNWは、レーザ支援触媒成長で合成し、その後、エタノール溶液中に浮遊させた。一般に、NWの浮遊物を、プラスチック製(ジメチルシロキサン)(PDMS)の型と平坦な基板(図30Aおよび30B)の間に形成された流体チャネル構造を通過させることで、NWのアレイを組み立てた。以下で説明するような組立プロセスで、それぞれ単一流れ(図30A)および順次の交差した流れ(図30B)を使用して、NWの平行アレイおよび交差アレイを容易に達成することができる。
【0261】
NWの平行組立の一般的な例(図31A)は、実質的に全てのNWは、1つの方向すなわち流れの方向に沿って並んでいるステップを示している。また、流れの方向に対していくつかの小さいずれがある。これについて、以下で議論する。より長い長さ規模で組み立てられたNWの調査(図31B)は、配列は数百マイクロメートルを超えて容易に伸びるステップを示している。50から500μmまでの範囲の幅および6〜20mmの長さを有するチャネルを使用して行った実験に基づいて、実際、NWの配列は、ミリメートルの長さ規模まで伸び、流体チャネルの大きさで制限されているようであることが発見された。
【0262】
NWの配列および平均間隔を制御する要素を理解するために、いくつかの種類の実験を行った。最初に、配列の程度は流速で制御することができるステップを発見した。流速の増加につれて、流れの方向に対するNWの角度分布の幅は(例えば、図31Cの挿入図)、著しく狭くなる。条件の範囲にわたって測定された分布幅の比較で、幅は最低流速〜4mm/sから急速に小さくなり、〜10mm/sでほぼ一定値に近づくことが示される(図31C)。我々の研究で調べた最高流速で、NWの80%以上が、流れの方向の±5度の範囲内に並んでいる(図31C、挿入図)。観察結果は、せん断流の機構の範囲内で説明することができる。具体的には、基板表面近くのチャネル流は、せん断流に似ていて、NWが基板上で動けなくなる前に、NWを流れの方向に並べる。流速が大きいほど、大きなせん断力が生じ、したがって、より適切な配列がもたらされる。
【0263】
さらに、平均NW表面付着量は、流れ継続時間で制御することができる(図31D)。一定流速で行われた実験は、NW密度は、流れ継続時間とともに系統的に増加するステップを示す。これらの実験で、30分の流れ継続時間で、ほぼ250NW/100μmの密度、または、〜400nmの平均NW/NW間隔が生じた。堆積時間の延長で、100nm以下のオーダの間隙を持ったNWアレイを作ることができる。留意したいことであるが、堆積速度、したがって平均間隔対時間は、表面の化学的な官能性に強く依存する。具体的には、GaP、InPおよびSiNWは、メチル終端単分子層か裸のSiO表面かよりも、部分的な正電荷を持つアミノ終端単分子層の上により高速に堆積する。NW−NWコンタクト無しで達成することができる並んだNWの最小間隔は、組立プロセスで使用されるNWの長さに依存するステップを認めることも重要である。100ナノメートルから数十マイクロメートル規模までのNW長さの制御を実証する最近の進歩により、コンタクト無しで得られる間隔の範囲は増すはずである。
【0264】
我々の結果は、ミリメートル規模の面積にわたって、100nmからマイクロメートル規模の間隔で、ナノメートル直径のワイヤの複数本規模の構成にNW構造を配列するステップを実証している。この階層配列は微視的および巨視的世界に容易に架橋することできる。ただし、最大の制御で組立を可能にするためには、空間的な位置を画定することが必要である。化学的にパターン形成された基板とNWの間の相補的な化学相互作用を利用して、この重要な目標を達成した(図32A)。代表的な実験のSEM像(図32B〜32D)は、表面パターンの横方向周期と同じ横方向周期を持った平行NWアレイを示す。これらのデータは、化学パターンで画定された位置にNWが優先的に組み立てられるステップを実証し、さらに、周期的なパターンによって、NWを規則正しい規則格子に組織化することができるステップを示している。パターン形成された表面だけでは1Dナノ構造の組織化を十分に制御するステップはできないことを認めることが重要である。NTおよびNWのパターン形成された表面への組立は、ほとんど方向制御のない状態の、パターン形成された領域のまわりにブリッジングおよびルーピングで並んだ1Dナノ構造を示す。流体の流れを使用することで、この重大な問題を避けて、1つまたは複数の方向に制御された組立が可能になる。ダイブロック共重合体中のナノスケール領域形成および分子の自然順序化のような他の表面パターン形成方法と、この方法を組み合わせることで、従来のリソグラフィの制限を越えて、適切に順序付けされたNWアレイを生成することが可能になるはずである。
【0265】
我々の一般的な方法は、図31Bに示す層ごとの方式を使用して、高密度ナノデバイスアレイを作るために重要なより複雑な交差構造に、NWを組織化するように使用することができる。交差したより複雑な構造の形成には、順次の流れステップが前のステップに影響を及ぼさない程度に、ナノ構造/基板相互作用が十分に強いことが必要である。この条件は達成できるステップを発見した。例えば、2ステップ組立プロセスにおいて、直交する方向に流れを交互にすることで、クロスバ構造が得られる(図33Aおよび33B)。両図は、非常に直接的で、低コストで、早く、かつ拡大縮小可能なプロセスで、個々の交点間にほんの数百ナノメートルの間隔を持った多数のクロスバが得られるステップを示している。個々のNWの間の間隔は完全には一様でないが、上で説明したようなパターン形成された表面を使用して、周期的なアレイを容易に想像することができる。重要なことには、これらのクロスバ構造は、機能デバイスを容易にもたらすことができる(以下を参照されたい)。
【0266】
多数の交差NWアレイの方向付けされた組立についての我々の方法は、単一交差構造を作るために無秩序な堆積、個々のNWおよびNTの直接操作、および電界を使用する現在の取り組みよりも、重要な有利点を提供するものだと信じている。無秩序な堆積と操作を用いて、集積ナノデバイスに必要な多数のクロスバを得るステップは困難である。電界は組立の制御をさらに可能にするが、この方法は、また、(i)間隔がマイクロメートル以下に縮小されるときの、近くの電極間の静電干渉、および(ii)多数のNWデバイス構造の組立用電極を製作するために大規模なリソグラフィを必要とすることによって制限される。我々の流体方法は、本質的に非常に平行で拡大縮小可能であり、さらに、この方法は、順次組立ステップにおいて流れ方向の間の角度を単に制御することで、幾何学的に複雑な構造の方向付けされた組立を可能にする。例えば、等辺三角形(図33C)は、3つの流れの方向の間に60°の角度を使用して組み立てた。したがって、流れ配列の方法は、多「層」のNWの組立を必要とするデバイス構成を含んだ、多くのデバイス構成の要求を満たす順応性のある方法を提供する。
【0267】
電界を使用して半導体NWの浮遊物を平行NWアレイおよび単一NW交差に並べることができる。この場合、パターン形成されたマイクロ電極アレイが電界パターンを作るために使用される。しかし、漏れ電界および充電は、サブミクロン規模の多数交差の組立において重大な問題をもたらすことがある。
【0268】
この層ごとの組立方式の重要な特徴は、各層が互いに独立していることであり、したがって、各ステップに使用されるNW浮遊物の組成を単に変えるだけで、様々な同種接合および異種接合構成を各交差点に得ることができる。例えば、n型およびp型のNWおよびNTを用いて我々の方法を使用して、個々のナノスケールデバイスを直接組み立て、その後で対処することが当然可能である。この場合、NW/NTは配線要素および能動デバイス要素の両方として作用する。NWの8個の端部全てが金属電極で接続されている、n型InPNWで作られた一般的な2×2のクロスバアレイは、この点を実証している(図33D)。輸送測定(図33E)は、8個の端部のうちの任意の2個を通って電流が流れるステップを示し、さらに個々のNWおよびNW−NW接合の電気特性を評価するステップを可能にする。4つの交点のそれぞれについて記録された電流/電圧(I−V)データは、直線的またはほぼ直線的な挙動を示し(曲線200)、n−n型接合に対する期待と一致している。無秩序な堆積で形成された単一NW/NWp−n接合が発光ダイオード(LED)の挙動特性を示すので、我々の方法を使用して高密度で個々に取り扱い可能なナノLEDおよび電気的により複雑なナノデバイスを組み立てることができる可能性があるステップは明らかだと思う。
【0269】
これらの研究は、ナノメートルからミリメートルまでの寸法領域を埋めることができる適切に規定された機能ネットワーク中への1Dナノ材料の階層組立を行うための一般的で合理的な方法を提供する。平均間隔を制御してNWを平行アレイに組み立てることができるステップをよび流体配列を表面パターン形成方法と組み合わせることで周期性を制御することもできるステップは既に示した。さらに、順次ステップにおいて流れの方向を変えることで、交差構造およびより複雑な構造の層ごとの組立の可能性を実証し、この方法はカーボンNTのような1Dナノ構造に拡張できるステップを暗示する予備的な結果を得た。流れ組立は、NWおよびNT構成要素を、配線、相互接続および機能デバイスに必要な構造に組織化するための一般的な方策であり、将来のナノ技術のためのボトムアップ製造の代表例を可能にするかもしれないと思う。
【0270】
さらなる研究は、単一壁カーボンナノチューブおよびデュプレックスDNAの浮遊物は、流体方法を使用して平行アレイに並べることができるステップを示している。
【0271】
図30Aおよび30Bは、流れ組立を行うための流体チャネル構造の図である。図30Aは、PDMS型を平坦な基板と接触させるときに形成されたチャネルを示す。制御された流速で、設定された時間の間、NW浮遊物をチャネルの内側に流すことで、NW組立を行った。PDMS型を取り除いたとき、基板上に流れの方向にNWの平行アレイが観察される。図30Bは、層ごとの組立プロセスにおいて、流れの方向を順次変えることで多数の交差NWアレイを得ることができるステップを示す。
【0272】
図31Aおよび31Dは、NWアレイの平行組立を示す。図31Aおよび31Bは、チャネル流れで並べられたInPNWの平行アレイのSEM像である。目盛バーは、図31Aおよび31Bでそれぞれ2μmおよび50μmに対応する。流れ組立で使用されたシリコン(SiO/Si)基板は、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)の1mMクロロホルム溶液中に30分間の浸漬によるアミノ終端自己組立単分子層(SAM)で官能化し、続いて110℃で10分間加熱した。特に指示がない場合、下記の実験で使用された基板全ては、同様な方法で官能化した。図31Cは、流れ方向に対するNWの角度の広がり対流速を示す。図中の各データ点は、〜200本のNWの角度分布の統計解析によって得た(例えば、挿入図を参照されたい)。挿入図は、9.40mm/sの流速におけるNW角度分布のヒストグラムを示す。図31Dは、NWアレイの平均密度対流し時間を示す。平均密度は、チャネルの任意の断面におけるNWの平均数をチャネル幅で割って計算した。全ての実験は、6.40mm/sの流速で行った。
【0273】
図32A〜32Dは、周期的なNWアレイの組立を示す。図32Aは、化学的にパターン形成された基板上のNWの組立の模式図である。薄い灰色部分はアミノ終端表面に対応し、一方で、濃い灰色部分は、メチル終端表面か裸の表面かに対応する。NWは、表面のアミノ終端領域に優先的に引き寄せられる。図32Bおよび32Cは、5μmおよび2μmの間隔でパターン形成されたプラスチック(メタクリル酸メチル)(PMMA)表面に並べられたGaPNWの平行アレイを示す。像の暗い領域は、残留PMMAに対応し、明るい領域はアミノ終端SiO/Si表面に対応する。NWは、アミノ終端領域に優先的に引き寄せられる。PMMAは、標準的な電子ビーム(Eビーム)リソグラフィを用いてパターン形成し、結果として得られたSiO表面は、エタノール中0.5%APTESの溶液に10分間浸漬して官能化し、100℃で10分が続いた。目盛バーは、図32Bおよび32Cでそれぞれ5μmおよび2μmに対応する。図32Dは、パターン形成されたSAM表面を使用して得られた間隔500nmのGaPNWの平行アレイを示す。SiO/Si表面は、最初に、50℃の純粋ヘキサメチルジシラザン(HMDS)に10分間浸漬してメチル終端SAMで官能化し、110℃10分が続いた。この表面をEビームリソグラフィでパターン形成して、500nm周期の平行特長のアレイを形成し、それから、APTESを使用した官能化が続いた。目盛バーは500nmに対応する。
【0274】
図33A〜33Eは、交差NWアレイの層ごとの組立および輸送測定を示す。図33Aおよび33Bは、順次ステップで直交する流れの方向を用いる2ステップ組立プロセスで得られたInPNWの交差アレイの一般的なSEM像を示す。流れの方向は、像中に矢印で強調表示されている。図33Cは、流れ方向の間に角度60°を有する3ステップ組立プロセスで得られたGaPNWの等辺三角形を示す。ここで、流れの方向は番号の付いた矢印で示す。目盛バーは3つの像で500nmに対応する。図33Dは、直交する流れを使用するn型InPNWの順次組立で作られた、一般的な2×2交差アレイのSEM像を示す。Ni/In/Auコンタクト電極は、加熱蒸着で堆積し、Eビームリソグラフィでパターン形成した。電極堆積の前に、NWは6%HF溶液で簡単に(3〜5秒)エッチングして、アモルファス酸化物の外側層を除去した。目盛バーは2μmに対応する。図33Eは、2×2交差アレイの2端子測定の一般的なI−V曲線を示す。曲線210は4個の個々のNW(ad、bg、cf、eh)のI−Vを表し、曲線200は4個のn−n交差接合(ab、cd、ef、gh)の両端間のI−Vを表す。
【0275】
電界効果トランジスタ、pn接合、発光ダイオード、バイポーラトランジスタ、相補型インバータ、トンネルダイオードを実証した。ナノワイヤを使用して、現存する種類全ての半導体デバイスを作ることができる。下記のものは可能性のある用途である。
【0276】
(1)化学および生物センサ
(2)メモリおよび電算処理
(3)光検出器および偏光検出器
(4)フォトルミネセンス特性を使用する指示標識
(5)単電子トランジスタ
(6)レーザ
(7)光起電力太陽電池
(8)走査プローブ顕微鏡および近視野撮像用先鋭チップ
(9)電気化学的および生物学的用途のための超小型電極
(10)ナノエクトロニクスおよびオプトエレクトロニクスのための相互接続線
(11)温度センサ
(12)圧力センサ
(13)流速センサ
(14)質量センサ
(15)単光子発光体および検出器
(16)量子演算処理のための弾道輸送および可干渉性輸送
(17)スピントロニクスデバイス
(18)2Dおよび3D光バンドギャップ材料用のノナノワイヤの組立
【0277】
下記のものは、デバイスを形成するためにナノワイヤを組み立てる代替え方法の説明である。流体工学を使用してナノワイヤを組み立てることができる。
【0278】
ナノワイヤ(または、任意の他の細長い構造)は、ナノワイヤ溶液の流れを表面に引き起こして並べることができ、この場合、その流れは、チャネル流または任意の他の方法による流れであることができる。
【0279】
制御された位置および周期性を有するナノワイヤは、基板の表面にパターンを形成するステップをよび/またはナノワイヤの表面を異なる官能性で調整することで製造することができる。
【0280】
この場合、位置および周期性の制御は、パターン形成された表面とワイヤの間に特定の相補的な力(化学的または生物学的または静電的または磁気的または光学的)を設計することで達成される。例えば、AワイヤはA’パターン形成部分に行き、BワイヤはB’パターン形成部分に行き、CワイヤはC’パターン形成部分に行く、などである。
【0281】
このとき、基板および/またはナノワイヤの表面は、異なる分子/材料、または異なる電荷、異なるマグネトまたは異なる光強度(例えば、光ビームからの干渉/回折パターン)またはこれらの組合せで調整することができる。
【0282】
組み立てられたままのナノワイヤアレイは、別の基板に移されるかもしれない(例えば、スタンピング)。
ナノワイヤは、相補的な相互作用で組み立てることができる。上記の方法でナノワイヤを組み立てるために、流れが使用される。但し、流れだけに限定されない。相補的な化学的、生物学的、静電的、磁気的、または光学的相互作用だけを、ナノワイヤ組立に利用することもできる(ただし、制御はすくない)。
【0283】
ナノワイヤは、物理的なパターンを使用して組み立てることができる。表面の段、溝などのような物理的なパターンのある基板にナノワイヤ溶液を堆積しなさい。
【0284】
ナノワイヤは、表面の段の角に沿って、または溝に沿って並べることができる。
物理的なパターンは、自然の結晶格子の段、または自己組立ダイブロック重合体細片、または押し付けられたパターン、または任意の他のパターンで形成することができる。
【0285】
ナノワイヤは、ナノワイヤ間の静電気力または磁気力で組み立てることができる。ナノワイヤ表面に電荷を導入することで、ナノワイヤ間の静電気力によって、ナノワイヤを平行アレイのようなある特定のパターンに並べることができる。
【0286】
ナノワイヤは、LB膜を使用して組み立てることができる。最初に、ナノワイヤは、表面の調整を行い、液相の表面に分散させて、ラングミュア−ブロジェット(LB)膜を形成する。表面を圧縮することで、ナノワイヤを様々なパターン(平行アレイのような)に並べることができる。それから、ナノワイヤパターンを所望の基板に移すことができる。
【0287】
ナノワイヤは、ナノワイヤを可撓性基材(重合体であるかもしれない)に分散させ、続いて、この基材を1つの方向に引き伸ばすことで、せん断引き伸ばしによって組み立てることができる。ここで、ナノワイヤは、誘起されるせん断力で引き伸ばし方向に並べることができる。それから、基材を除去し、並べられたナノワイヤアレイを所望の基板に移すことができる。
【0288】
このとき、基材の引き伸ばしは、機械的、電気的、光学的、磁気的力で引き起こすことができる。そして、引き伸ばし方向は、基板の面内であるかもしれないし、そうでないかもしれない。
【0289】
今や、以下で請求特許する本発明の例示の実施形態をいくつか説明したので、当業者には当然明らかなことであるが、前記のことは単なる例示であり制限するものではなく、単に例としてのみ表されたものである。多数の修正および他の例示の実施形態が、当業者の範囲内にあり、以下で明らかにされる特許請求の範囲の範囲内に含まれるものと考えられる。特に、ここに示した例の多くは、方法の動作またはシステム要素の特定の組合せを含むが、これらの動作およびこれらの要素は、同じ目的を達成するように他のやり方で組み合わせることができるステップを理解すべきである。システムまたは方法の1つの実施形態に関してだけ議論された動作、要素および特徴は、他の実施形態における同様な役から排除される意図ではない。さらに、下記の特許請求の範囲において1つまたは複数の手段と列挙された機能制限を加えたものに関して、手段は、列挙された機能を行うためにここで開示された手段に限定される意図ではなく、列挙された機能を行うための、現在知られているまたは後に開発される、あらゆる同等な手段を範囲に含む意図である。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の実施形態に従った半導体製品、すなわちナノワイヤの例を示す透視図である。
【図2】
半導体ナノワイヤを製造するためのレーザ支援触媒成長プロセスの例を示す簡略された模式図である。
【図3】
ナノワイヤ成長を示す模式図である。
【図4】
ナノワイヤ直径を制御する方法の例を示す模式図である。
【図5】
表面の段に堆積することによるナノワイヤ製造を示す模式図である。
【図6】
細長い型板に気相成長することによるナノワイヤ製造を示す模式図である。
【図7】
図7Aは、デバイスを形成する半導体ナノワイヤの直交組立を示す図である。
図7Bは、デバイスを形成する半導体ナノワイヤの直交組立を示す図である。
図7Cは、デバイスを形成する半導体ナノワイヤの直交組立を示す図である。
図7Dは、デバイスを形成する半導体ナノワイヤの直交組立を示す図である。
図7Eは、デバイスを形成する半導体ナノワイヤの直交組立を示す図である。
【図8】
図8Aは、異なるドーピングレベルおよびゲート電圧について、バイアス電圧の関数としてシリコンナノワイヤ電流を示す図である。
図8Bは、異なるドーピングレベルおよびゲート電圧について、バイアス電圧の関数としてシリコンナノワイヤ電流を示す図である。
図8Cは、異なるドーピングレベルおよびゲート電圧について、バイアス電圧の関数としてシリコンナノワイヤ電流を示す図である。
【図9】
図9Aは、異なるリンのドーピングレベルおよびゲート電圧について、バイアス電圧の関数としてシリコンナノワイヤ電流を示す図である。
図9Bは、異なるリンのドーピングレベルおよびゲート電圧について、バイアス電圧の関数としてシリコンナノワイヤ電流を示す図である。
【図10】
図10Aは、p型シリコンナノワイヤデバイスのエネルギーバンド図を示す図である。
図10Bは、n型シリコンナノワイヤデバイスのエネルギーバンド図を示す図である。
【図11】
図11Aは、高濃度ボロンドープシリコンナノワイヤについて記録された温度依存電流/電圧曲線を示す図である。
図11Bは、高濃度ボロンドープシリコンナノワイヤについて記録された温度依存電流/電圧曲線を示す図である。
【図12】
適切に画定されたGaP半導体ナノワイヤを成長するための触媒として単分散金コロイドの使用を示す模式図である。
【図13】
図13Aは、28.2ナノメートルコロイドから合成されたナノワイヤのFE−SEM像を示す図である。
図13Bは、上の試料の別のワイヤのTEM像を示す図である。
【図14】
図14Aは、異なる直径のコロイドから成長されたワイヤの測定された直径のヒストグラムを示す図である。
図14Bは、異なる直径のコロイドから成長されたワイヤの測定された直径のヒストグラムを示す図である。
図14Cは、異なる直径のコロイドから成長されたワイヤの測定された直径のヒストグラムを示す図である。
図14Dは、コロイドを用いない以前の方法を使用して成長されたワイヤの直径のヒストグラムを示す図である。この以前の方法では、金ナノクラスタおよびGaP反応物の両方を生成するためにレーザが使用された。
【図15】
金とガリウム砒素の擬似2元相図を示す図である。
【図16】
図16Aは、レーザ支援触媒成長で製造された異なるナノワイヤのFE−SEM像を示す図である。
図16Bは、レーザ支援触媒成長で製造された異なるナノワイヤのFE−SEM像を示す図である。
図16Cは、レーザ支援触媒成長で製造された異なるナノワイヤのFE−SEM像を示す図である。
【図17】
図17Aは、直径約20ナノメートルのガリウム砒素ナノワイヤの回折コントラストTEM像を示す図である。
図17Bは、異なる直径のナノワイヤの高分解能TEM像を示す図である。
図17Cは、異なる直径のナノワイヤの高分解能TEM像を示す図である。
図17Dは、異なる直径のナノワイヤの高分解能TEM像を示す図である。
【図18】
図18Aは、レーザ支援触媒成長で製造されたCdSeナノワイヤのFE−SEM像を示す図である。
図18Bは、直径18ナノメートルのCdSeナノワイヤの回折コントラストTEM像を示す図である。
図18Cは、直径約13ナノメートルのCdSeナノワイヤの高分解能TEM像を示す図である。
【図19】
レーザ支援触媒成長によるGaNナノワイヤ成長を示す模式図である。
【図20】
図20Aは、レーザ支援触媒成長で合成されたバルクGaNナノワイヤのFE−SEM像を示す図である。
図20Bは、バルクGaNナノワイヤについて記録されたPXRDパターンを示す図である。
【図21】
図21Aは、より高コントラストのファセットのあるナノ粒子で終端するGaNナノワイヤの回折コントラストTEM像を示す図である。
図21Bは、約10ナノメートルの直径を有する別のGaNナノワイヤのHRTEM像を示す図である。
【図22】
図22Aは、InPナノワイヤのドーピングと電気輸送を示す図である。
図22Bは、InPナノワイヤのドーピングと電気輸送を示す図である。
図22Cは、InPナノワイヤのドーピングと電気輸送を示す図である。
【図23】
図23Aは、交差ナノワイヤ接合および電気的特性を示す図である。
図23Bは、交差ナノワイヤ接合および電気的特性を示す図である。
図23Cは、交差ナノワイヤ接合および電気的特性を示す図である。
図23Dは、交差ナノワイヤ接合および電気的特性を示す図である。
【図24】
図24Aは、ナノワイヤP−N接合の光電気特性を示す図である。
図24Bは、ナノワイヤP−N接合の光電気特性を示す図である。
図24Cは、ナノワイヤP−N接合の光電気特性を示す図である。
図24Dは、ナノワイヤP−N接合の光電気特性を示す図である。
【図25】
図25Aは、p型Siとn型GaNのナノ接合から撮ったEL像を示す図である。
図25Bは、異なるゲート電圧について電圧の関数として電流を示す図である。
図25Cは、図25Aのナノ接合のELスペクトラムを示す図である。
【図26】
図26Aは、電界を用いたナノワイヤの平行および直交組立を示す図である。
図26Bは、電界を用いたナノワイヤの平行および直交組立を示す図である。
図26Cは、電界を用いたナノワイヤの平行および直交組立を示す図である。
図26Dは、電界を用いたナノワイヤの平行および直交組立を示す図である。
【図27】
図27Aは、交差シリコンナノワイヤ接合を示す図である。
図27Bは、交差シリコンナノワイヤ接合を示す図である。
図27Cは、交差シリコンナノワイヤ接合を示す図である。
図27Dは、交差シリコンナノワイヤ接合を示す図である。
図27Eは、交差シリコンナノワイヤ接合を示す図である。
図27Fは、交差シリコンナノワイヤ接合を示す図である。
【図28】
図28Aは、npn交差シリコンナノワイヤバイポーラトランジスタを示す図である。
図28Bは、npn交差シリコンナノワイヤバイポーラトランジスタを示す図である。
図28Cは、npn交差シリコンナノワイヤバイポーラトランジスタを示す図である。
図28Dは、npn交差シリコンナノワイヤバイポーラトランジスタを示す図である。
【図29】
図29Aは、相補型インバータおよびトンネルダイオードを示す図である。
図29Bは、相補型インバータおよびトンネルダイオードを示す図である。
図29Cは、相補型インバータおよびトンネルダイオードを示す図である。
図29Dは、相補型インバータおよびトンネルダイオードを示す図である。
【図30】
図30Aは、流れ組立のための流体チャネル構造を示す図である。
図30Bは、流れ組立のための流体チャネル構造を示す図である。
【図31】
図31Aは、ナノワイヤアレイの平行組立を示す図である。
図31Bは、ナノワイヤアレイの平行組立を示す図である。
図31Cは、ナノワイヤアレイの平行組立を示す図である。
図31Dは、ナノワイヤアレイの平行組立を示す図である。
【図32】
図32Aは、周期的なナノワイヤアレイの組立を示す図である。
図32Bは、周期的なナノワイヤアレイの組立を示す図である。
図32Cは、周期的なナノワイヤアレイの組立を示す図である。
図32Dは、周期的なナノワイヤアレイの組立を示す図である。
【図33】
図33Aは、交差ナノワイヤアレイの層ごとの組立および輸送測定を示す図である。
図33Bは、交差ナノワイヤアレイの層ごとの組立および輸送測定を示す図である。
図33Cは、交差ナノワイヤアレイの層ごとの組立および輸送測定を示す図である。
図33Dは、交差ナノワイヤアレイの層ごとの組立および輸送測定を示す図である。
図33Eは、交差ナノワイヤアレイの層ごとの組立および輸送測定を示す図である。

Claims (334)

  1. 500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含む自立型のバルクドープ半導体。
  2. 前記半導体は、
    第1の半導体を含む内部コアと、
    前記内部コアの外側の1つまたは複数の外殻とを含み、前記外殻の少なくとも1つが前記第1の半導体と異なる材料を含む、請求項1に記載の半導体。
  3. 前記半導体は、元素半導体を含む、請求項1に記載の半導体。
  4. 前記元素半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、およびPから成るグループから選択される、請求項3に記載の半導体。
  5. 前記半導体は、元素半導体の固溶体を含む、請求項1に記載の半導体。
  6. 前記固溶体は、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−Sn、およびGe−Snから成るグループから選択される、請求項5に記載の半導体。
  7. 前記半導体は、IV族−IV族半導体を含む、請求項1に記載の半導体。
  8. 前記IV族−IV族半導体はSiCである、請求項7に記載の半導体。
  9. 前記半導体は、III族−V族半導体を含む、請求項1に記載の半導体。
  10. 前記III族−V族半導体は、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSbから成るグループから選択される、請求項9に記載の半導体。
  11. 前記半導体は、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSbから成るグループからの2以上のIII族−V族半導体の組合せを含む合金を含む、請求項1に記載の半導体。
  12. 前記半導体は、II族−VI族半導体を含む、請求項1に記載の半導体。
  13. 前記半導体は、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSeから成るグループから選択される、請求項12に記載の半導体。
  14. 前記半導体は、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSeから成るグループからの2以上のII族−VI族半導体の組合せを含む合金を含む、請求項1に記載の半導体。
  15. 前記半導体は、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSeから成るグループからのII族−VI族半導体と、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSbから成るグループからのIII族−V族半導体との組合せを含む合金を含む、請求項1に記載の半導体。
  16. 前記半導体は、IV族−VI族半導体を含む、請求項1に記載の半導体。
  17. 前記半導体は、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTeから成るグループから選択される、請求項16に記載の半導体。
  18. 前記半導体は、I族−VII族半導体を含む、請求項1に記載の半導体。
  19. 前記半導体は、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgIから成るグループから選択される、請求項18に記載の半導体。
  20. 前記半導体は、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む、請求項1に記載の半導体。
  21. 前記半導体は、p型ドーパントを含む、請求項1に記載の半導体。
  22. 前記半導体は、n型ドーパントを含む、請求項1に記載の半導体。
  23. 前記半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパントを含む、請求項1に記載の半導体。
  24. 前記半導体は、周期律表のV族からのn型ドーパントを含む、請求項1に記載の半導体。
  25. 前記半導体は、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパントを含む、請求項1に記載の半導体。
  26. 前記半導体は、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパントを含む、請求項1に記載の半導体。
  27. 前記半導体は、周期律表のII族からのp型ドーパントを含む、請求項1に記載の半導体。
  28. 前記p型ドーパントは、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択される、請求項27に記載の半導体。
  29. 前記半導体は、周期律表のIV族からのp型ドーパントを含む、請求項1に記載の半導体。
  30. 前記p型ドーパントは、CおよびSiから成るグループから選択される、請求項29に記載の半導体。
  31. 前記n型は、Si、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される、請求項27に記載の半導体。
  32. 前記最小幅は、200ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  33. 前記最小幅は、150ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  34. 前記最小幅は、100ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  35. 前記最小幅は、80ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  36. 前記最小幅は、70ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  37. 前記最小幅は、60ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  38. 前記最小幅が、40ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  39. 前記最小幅は、20ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  40. 前記最小幅は、10ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  41. 前記最小幅は、5ナノメートルよりも小さい、請求項1に記載の半導体。
  42. 前記半導体は細長く、かつ前記少なくとも1つの部分が長手方向の断面である、請求項1に記載の半導体。
  43. 前記長手方向の断面は、最も長い幅に対する前記断面の長さの比が4:1よりも大きい、請求項42に記載の半導体。
  44. 前記長手方向の断面は、最も長い幅に対する前記断面の長さの比が10:1よりも大きい、請求項42に記載の半導体。
  45. 前記長手方向の断面は、最も長い幅に対する前記断面の長さの比が100:1よりも大きい、請求項42に記載の半導体。
  46. 前記長手方向の断面は、最も長い幅に対する前記断面の長さの比が1000:1よりも大きい、請求項42に記載の半導体。
  47. 前記半導体は、単結晶を含む、請求項1に記載の半導体。
  48. 前記半導体は、デバイスの一部である、請求項1に記載の半導体。
  49. 前記半導体は、n型にドープされている、請求項1に記載の半導体。
  50. 前記半導体は、p型にドープされている、請求項1に記載の半導体。
  51. 前記半導体は、磁気を帯びている、請求項1に記載の半導体。
  52. 前記半導体は、前記半導体に磁気を帯びさせるドーパントを含む、請求項51に記載の半導体。
  53. 前記半導体は、強磁性体である、請求項51に記載の半導体。
  54. 前記半導体は、前記半導体を強磁性体にするドーパントを含む、請求項53に記載の半導体。
  55. 前記半導体は、マンガンを含む、請求項54に記載の半導体。
  56. その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体。
  57. 前記半導体は、
    第1の半導体を含む内部コアと、
    前記内部コアの外側の1つまたは複数の外殻とを含み、前記外殻の少なくとも1つが前記第1の半導体と異なる材料を含む、請求項56に記載の半導体。
  58. 前記半導体の長手方向の軸における任意の点で、最も長い幅に対する前記断面の長さの比が4:1よりも大きい、請求項56に記載の半導体。
  59. 前記半導体の長手方向の軸における任意の点で、最も長い幅に対する前記断面の長さの比が10:1よりも大きい、請求項56に記載の半導体。
  60. 前記半導体の長手方向の軸における任意の点で、最も長い幅に対する前記断面の長さの比が100:1よりも大きい、請求項56に記載の半導体。
  61. 前記半導体の長手方向の軸における任意の点で、最も長い幅に対する前記断面の長さの比が1000:1よりも大きい、請求項56に記載の半導体。
  62. 前記点は、200ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  63. 前記点は、150ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  64. 前記点は、100ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  65. 前記点は、80ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  66. 前記点は、70ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  67. 前記点は、60ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  68. 前記点は、40ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  69. 前記点は、20ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  70. 前記点は、10ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  71. 前記点は、5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項56に記載の半導体。
  72. 前記半導体は、単結晶を含む、請求項56に記載の半導体。
  73. 前記半導体は、自立型である、請求項56に記載の半導体。
  74. 前記半導体は、デバイスの一部である、請求項56に記載の半導体。
  75. 前記半導体は、n型にドープされている、請求項56に記載の半導体。
  76. 前記半導体は、p型にドープされている、請求項56に記載の半導体。
  77. 単結晶を含むドープされた半導体。
  78. 前記半導体は、
    第1の半導体を含む内部コアと、
    前記内部コアの外側の1つまたは複数の外殻とを含み、前記外殻の少なくとも1つが前記第1の半導体と異なる材料を含む、請求項77に記載の半導体。
  79. 前記半導体は、バルクドープされている、請求項77に記載の半導体。
  80. 前記半導体は、自立型である、請求項77に記載の半導体。
  81. 前記半導体は、500ナノメートルよりも小さい幅を有する部分を含む、請求項77に記載の半導体。
  82. 前記半導体は細長い、請求項77に記載の半導体。
  83. 前記半導体は、デバイスの一部である、請求項77に記載の半導体。
  84. 前記半導体は、n型にドープされている、請求項77に記載の半導体。
  85. 前記半導体は、p型にドープされている、請求項77に記載の半導体。
  86. 半導体の成長中にドープされた、ドープされた半導体。
  87. 前記ドープされた半導体は、前記半導体の1つまたは複数の分子およびドーパントの1つまたは複数の分子にエネルギーを加えることによって成長された、請求項86に記載の半導体。
  88. 前記ドープされた半導体は、前記半導体の1つまたは複数の分子およびドーパントの1つまたは複数の分子にエネルギーを加えることによって成長された、請求項86に記載の半導体。
  89. 前記ドープされた半導体は、前記半導体の1つまたは複数の分子およびドーパントの1つまたは複数の分子にエネルギーを加えることによって成長された、請求項86に記載の半導体。
  90. 前記半導体は、バルクドープされている、請求項86に記載の半導体。
  91. 前記半導体は、単結晶を含む、請求項86に記載の半導体。
  92. 前記半導体は、自立型である、請求項86に記載の半導体。
  93. 前記半導体は、500ナノメートルよりも小さい幅を有する部分を含む、請求項86に記載の半導体。
  94. 前記半導体は細長い、請求項86に記載の半導体。
  95. 前記半導体は、n型にドープされている、請求項86に記載の半導体。
  96. 前記半導体は、p型にドープされている、請求項86に記載の半導体。
  97. 単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、前記バルクドープ半導体の断面によって引き起こされる現象が、前記断面の寸法による量子閉じ込めを示す半導体。
  98. 前記半導体は細長く、さらに、前記寸法が、前記半導体の長手方向の断面における任意の点の幅である、請求項97に記載の半導体。
  99. 前記長手方向の断面は、散乱なしで電気キャリアを輸送することができる、請求項98に記載の半導体。
  100. 前記長手方向の断面は、電気キャリアが弾道的に前記長手方向の断面を通過するように、前記電気キャリアを輸送することができる、請求項99に記載の半導体。
  101. 前記長手方向の断面は、電気キャリアが可干渉的に前記長手方向の断面を通過するように、前記電気キャリアを輸送することができる、請求項99に記載の半導体。
  102. 前記長手方向の断面は、電気キャリアがスピン偏極であるように、前記電気キャリアを輸送することができる、請求項98に記載の半導体。
  103. 前記長手方向の断面は、前記スピン偏極電気キャリアがスピン情報を失うことなく前記長手方向の断面を通過するように、前記電気キャリアを輸送することができる、請求項102に記載の半導体。
  104. 前記長手方向の断面は、励起に応答して光を放出することができ、前記放出光の波長が前記幅に関係している、請求項98に記載の半導体。
  105. 前記放出光の波長は、前記幅に比例する、請求項99に記載の半導体。
  106. 可干渉性輸送を示すバルクドープ半導体。
  107. 弾道輸送を示すバルクドープ半導体。
  108. Luttinger液体挙動を示すバルクドープ半導体。
  109. 1つまたは複数のドープされた半導体を含む溶液であって、前記半導体の少なくとも1つが、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つである溶液。
  110. 少なくとも1つのドープされた半導体を含むデバイスであって、前記少なくとも1つのドープされた半導体が、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであるデバイス。
  111. 前記デバイスは、少なくとも2つのドープされた半導体を含み、前記少なくとも2つのドープされた半導体の両方が、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、前記少なくとも2つのドープされた半導体のうちの第1のものが量子閉じ込めを示し、前記少なくとも2つのドープされた半導体のうちの第2のものが前記第1のものの量子閉じ込めを操作する、請求項110に記載のデバイス。
  112. 前記デバイスは、少なくとも2つのドープされた半導体を含み、前記少なくとも2つのドープされた半導体の両方が、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つである、請求項110に記載のデバイス。
  113. 前記少なくとも2つのバルクドープ半導体は、互いに物理的に接触している、請求項111に記載のデバイス。
  114. 前記少なくとも2つのバルクドープ半導体の第1のものが第1の導電型であり、前記少なくとも2つのバルクドープ半導体の第2のものが第2の導電型である、請求項113に記載のデバイス。
  115. 前記第1の導電型がn型であり、前記第2の型の導電型がp型である、請求項114に記載のデバイス。
  116. 前記少なくとも2つのバルクドープ半導体は、p−n接合を形成する、請求項115に記載のデバイス。
  117. 前記少なくとも1つの半導体は、自立型である、請求項110に記載のデバイス。
  118. 前記少なくとも1つの半導体は、細長い、請求項110に記載のデバイス。
  119. 前記少なくとも1つの半導体は、単結晶を含む、請求項110に記載のデバイス。
  120. 前記少なくとも1つの半導体は、
    第1の半導体を含む内部コアと、
    前記第1の半導体と異なる材料を含む外殻とを含む、請求項110に記載のデバイス。
  121. 前記デバイスは、スイッチを含む、請求項110に記載のデバイス。
  122. 前記デバイスは、ダイオードを含む、請求項110に記載のデバイス。
  123. 前記デバイスは、発光ダイオードを含む、請求項110に記載のデバイス。
  124. 前記デバイスは、トンネルダイオードを含む、請求項110に記載のデバイス。
  125. 前記デバイスは、ショットキーダイオードを含む、請求項110に記載のデバイス。
  126. 前記トランジスタは、バイポーラ接合トランジスタを含む、請求項125に記載のデバイス。
  127. 前記トランジスタは、電界効果トランジスタを含む、請求項125に記載のデバイス。
  128. 前記デバイスは、インバータを含む、請求項110に記載のデバイス。
  129. 前記インバータは、相補型インバータである、請求項128に記載のデバイス。
  130. 前記デバイスは、光センサを含む、請求項110に記載のデバイス。
  131. 前記デバイスは、検体のためのセンサを含む、請求項110に記載のデバイス。
  132. 前記検体は、DNAである、請求項110に記載のデバイス。
  133. 前記デバイスは、メモリデバイスを含む、請求項110に記載のデバイス。
  134. 前記メモリデバイスは、ダイナミックメモリデバイスである、請求項133に記載のデバイス。
  135. 前記メモリデバイスは、スタティックメモリデバイスである、請求項133に記載のデバイス。
  136. 前記デバイスは、レーザを含む、請求項110に記載のデバイス。
  137. 前記デバイスは、論理ゲートを含む、請求項110に記載のデバイス。
  138. 前記論理ゲートは、ANDゲートである、請求項137に記載のデバイス。
  139. 前記論理ゲートは、NANDゲートである、請求項137に記載のデバイス。
  140. 前記論理ゲートは、EXCLUSIVE−ANDゲートである、請求項137に記載のデバイス。
  141. 前記論理ゲートは、ORゲートである、請求項137に記載のデバイス。
  142. 前記論理ゲートは、NORゲートである、請求項137に記載のデバイス。
  143. 前記論理ゲートは、EXCLUSIVE−ORゲートである、請求項137に記載のデバイス。
  144. 前記デバイスは、ラッチを含む、請求項110に記載のデバイス。
  145. 前記デバイスは、レジスタを含む、請求項110に記載のデバイス。
  146. 前記デバイスは、クロック回路を含む、請求項110に記載のデバイス。
  147. 前記デバイスは、論理アレイを含む、請求項110に記載のデバイス。
  148. 前記デバイスは、ステートマシーンを含む、請求項110に記載のデバイス。
  149. 前記デバイスは、プログラマブル回路を含む、請求項110に記載のデバイス。
  150. 前記デバイスは、増幅器を含む、請求項110に記載のデバイス。
  151. 前記デバイスは、変圧器を含む、請求項110に記載のデバイス。
  152. 前記デバイスは、信号処理装置を含む、請求項110に記載のデバイス。
  153. 前記デバイスは、ディジタル回路を含む、請求項110に記載のデバイス。
  154. 前記デバイスは、アナログ回路を含む、請求項110に記載のデバイス。
  155. 前記デバイスは、発光源を含む、請求項110に記載のデバイス。
  156. 前記発光源は、前記半導体が前記半導体の任意の部分のその最小幅よりも大きな最小幅を有する場合に、前記半導体が発光するはずの周波数よりも、高い周波数で発光する、請求項155に記載のデバイス。
  157. 前記デバイスは、フォトルミネセンスデバイスを含む、請求項110に記載のデバイス。
  158. 前記デバイスは、エレクトロルミネセンスデバイスを含む、請求項110に記載のデバイス。
  159. 前記デバイスは、整流器を含む、請求項110に記載のデバイス。
  160. 前記デバイスは、フォトダイオードを含む、請求項110に記載のデバイス。
  161. 前記デバイスは、p−n太陽電池を含む、請求項110に記載のデバイス。
  162. 前記デバイスは、フォトトランジスタを含む、請求項110に記載のデバイス。
  163. 前記デバイスは、単電子トランジスタを含む、請求項110に記載のデバイス。
  164. 前記デバイスは、単光子発光体を含む、請求項110に記載のデバイス。
  165. 前記デバイスは、単光子検出器を含む、請求項110に記載のデバイス。
  166. 前記デバイスは、スピントロニクス(spintronics)デバイスを含む、請求項110に記載のデバイス。
  167. 前記デバイスは、原子力顕微鏡用の超先鋭な先端部を含む、請求項110に記載のデバイス。
  168. 前記デバイスは、走査型トンネル顕微鏡を含む、請求項110に記載のデバイス。
  169. 前記デバイスは、電界放出デバイスを含む、請求項110に記載のデバイス。
  170. 前記デバイスは、フォトルミネセンス・タグを含む、請求項110に記載のデバイス。
  171. 前記デバイスは、光起電力デバイスを含む、請求項110に記載のデバイス。
  172. 前記デバイスは、光バンドギャップ材料を含む、請求項110に記載のデバイス。
  173. 前記デバイスは、走査型近視野光顕微鏡先端部を含む、請求項110に記載のデバイス。
  174. 前記デバイスは、ディジタル部品およびアナログ部品を有する回路を含む、請求項110に記載のデバイス。
  175. 前記デバイスは、前記少なくとも1つのバルクドープ半導体に電気的に結合された他の半導体を含む、請求項110に記載のデバイス。
  176. 前記他の半導体は、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含むバルクドープ半導体である、請求項175に記載のデバイス。
  177. 前記デバイスは、前記少なくとも1つのバルクドープ半導体に光学的に結合された他の半導体を含む、請求項110に記載のデバイス。
  178. 前記他の半導体は、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含む、請求項177に記載のデバイス。
  179. 前記デバイスは、前記少なくとも1つのバルクドープ半導体に磁気的に結合された他の半導体を含む、請求項110に記載のデバイス。
  180. 前記他の半導体は、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を含むバルクドープ半導体である、請求項179に記載のデバイス。
  181. 前記デバイスは、前記少なくとも1つのバルクドープ半導体に物理的に接触する他の半導体を含む、請求項110に記載のデバイス。
  182. 前記他の半導体は、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つである、請求項179に記載のデバイス。
  183. 前記少なくとも1つの半導体は、電気コンタクトに結合されている、請求項110に記載のデバイス。
  184. 前記少なくとも1つの半導体は、光学コンタクトに結合されている、請求項110に記載のデバイス。
  185. 前記少なくとも1つの半導体は、磁気コンタクトに結合されている、請求項110に記載のデバイス。
  186. 前記少なくとも1つの半導体の導電率は、信号に応答して制御可能である、請求項110に記載のデバイス。
  187. 前記少なくとも1つの半導体の導電率は、値のある範囲内の任意の値を有するように制御可能である、請求項186に記載のデバイス。
  188. 前記少なくとも1つの半導体は、2以上の状態の間で切り換え可能である、請求項186に記載のデバイス。
  189. 前記少なくとも1つの半導体は、信号によって伝導状態と絶縁状態の間で切り換え可能である、請求項188に記載のデバイス。
  190. 前記少なくとも1つの半導体の2以上の状態は、加えられる信号の無い場合は、持続可能である、請求項188に記載のデバイス。
  191. 前記少なくとも1つの半導体の導電率は、電気信号に応答して制御可能である、請求項186に記載のデバイス。
  192. 前記少なくとも1つの半導体の導電率は、光信号に応答して制御可能である、請求項186に記載のデバイス。
  193. 前記少なくとも1つの半導体の導電率は、磁気信号に応答して制御可能である、請求項186に記載のデバイス。
  194. 前記少なくとも1つの半導体の導電率は、ゲート端子の信号に応答して制御可能である、請求項186に記載のデバイス。
  195. 前記ゲート端子は、前記少なくとも1つの半導体と物理的に接触していない、請求項194に記載のデバイス。
  196. 前記半導体の少なくとも2つがアレイを形成し、前記アレイ中の前記半導体の少なくとも1つが、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の1つである、請求項110に記載のデバイス。
  197. 前記アレイは、順序アレイである、請求項196に記載のデバイス。
  198. 前記アレイは、順序アレイでない、請求項196に記載のデバイス。
  199. 前記デバイスは2以上の別個の相互接続された回路を含み、前記回路の少なくとも1つが、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであるドープされた半導体を含まない、請求項110に記載のデバイス。
  200. 前記デバイスは、1つまたは複数のピン出力を有するチップ上に実施される、請求項110に記載のデバイス。
  201. 前記チップが別個の相互接続された回路を含み、前記回路の少なくとも1つが、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであるドープされた半導体を含まない、請求項200に記載のデバイス。
  202. 単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであるドープされた半導体を成長するための反応物の堆積であって、半導体反応物およびドーパント反応物を含む堆積。
  203. 半導体を成長する方法であって、
    (A)前記半導体の成長中に前記半導体をドープする動作を含む方法。
  204. 前記成長された半導体は、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであるドープされた半導体である、請求項203に記載の方法。
  205. さらに、
    (B)前記ドープされた半導体の表面に1つまたは複数の他の材料を追加する動作を含む、請求項203に記載の方法。
  206. 動作(B)は、前記ドープされた半導体のまわりに殻を形成するステップを含む、請求項205に記載の方法。
  207. 動作(A)は、前記ドーピングの程度を制御するステップを含む、請求項203に記載の方法。
  208. 動作(A)は、分子の堆積にエネルギーを加えることで前記ドープされた半導体を成長するステップを含み、前記分子の堆積が前記半導体の分子およびドーパントの分子を含む、請求項203に記載の方法。
  209. 動作(A)は、前記ドーピングの程度を制御する動作を含む、請求項208に記載の方法。
  210. 前記ドーピングを制御する動作は、前記ドーパント分子の量に対する前記半導体分子の量の比を制御するステップを含む、請求項209に記載の方法。
  211. 動作(A)は、気化分子を形成するようにレーザを使用して前記分子を気化させるステップをさらに含む、請求項209に記載の方法。
  212. 動作(A)は、前記気化分子から前記半導体を成長するステップをさらに含む、請求項211に記載の方法。
  213. 動作(A)は、前記気化分子を液体クラスタに凝縮するステップをさらに含む、請求項211に記載の方法。
  214. 動作(A)は、前記液体クラスタから前記半導体を成長するステップをさらに含む、請求項212に記載の方法。
  215. 動作(A)は、レーザ支援触媒成長を使用して行われる、請求項211に記載の方法。
  216. 前記分子の堆積が、触媒材料の分子のクラスタを含む、請求項208に記載の方法。
  217. 動作(A)は、前記半導体の幅を制御するステップを含む、請求項216に記載の方法。
  218. 前記半導体の幅を制御することが、前記触媒クラスタの幅を制御するステップを含む、請求項217に記載の方法。
  219. 動作(A)は、少なくとも前記分子に対して化学気相成長を行うことをさらに含む、請求項203に記載の方法。
  220. 前記成長された半導体は、20ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を有する、請求項203に記載の方法。
  221. 前記成長された半導体は、10ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を有する、請求項220に記載の方法。
  222. 前記成長された半導体は、5ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分を有する、請求項220に記載の方法。
  223. 前記成長された半導体は、磁気を帯びている、請求項203に記載の方法。
  224. 動作(A)は、前記成長された半導体に磁気を帯びさせる材料を前記半導体にドープするステップを含む、請求項223に記載の方法。
  225. 前記成長された半導体は、強磁性体である、請求項203に記載の方法。
  226. 動作(A)は、前記成長された半導体を強磁性体にする材料を前記半導体にドープするステップを含む、請求項225に記載の方法。
  227. 動作(A)は、前記半導体にマンガンをドープするステップを含む、請求項226に記載の方法。
  228. デバイスを製造する方法であって、
    (A)1つまたは複数の半導体を表面に接触させる動作を含み、前記半導体の少なくとも1つが、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つである方法。
  229. 前記表面は基板である、請求項228に記載の方法。
  230. (B)動作(A)の前に、半導体の分子およびドーパントの分子にエネルギーを加えて前記半導体の少なくとも1つを成長する動作、をさらに含む、請求項228に記載の方法。
  231. 動作(A)は、前記1つまたは複数の半導体を含む溶液を前記表面に接触させるステップを含む、請求項228に記載の方法。
  232. (B)電界を使用して前記表面に1つまたは複数の前記半導体を並べるステップをさらに含む、請求項231に記載の方法。
  233. 動作(B)は、
    少なくとも2つの電極の間に電界を発生させるステップと、
    前記電極の間に1つまたは複数の前記半導体を位置付けするステップとを含む、請求項232に記載の方法。
  234. (B)1つまたは複数の他の半導体を含む別の溶液で動作(A)を繰り返す動作をさらに含み、前記他の半導体の少なくとも1つが、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つである、請求項231に記載の方法。
  235. (B)前記1つまたは複数の接触された半導体を前記表面に付けるように前記表面を調整する動作をさらに含む、請求項228に記載の方法。
  236. 動作(B)は、前記表面に溝を形成するステップを含む、請求項235に記載の方法。
  237. 動作(B)は、前記表面をパターン形成するステップを含む、請求項235に記載の方法。
  238. (B)電界を使用して1つまたは複数の前記半導体を前記表面に並べるステップをさらに含む、請求項228に記載の方法。
  239. 動作(B)は、
    少なくとも2つの電極の間に電界を発生させるステップと、
    前記電極の間に1つまたは複数の前記半導体を位置付けするステップとを含む、請求項238に記載の方法。
  240. 光を発生させる方法であって、
    (A)1つまたは複数の半導体にエネルギーを加えて、前記1つまたは複数の半導体が発光するようにする動作を含み、前記半導体の少なくとも1つが、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つである方法。
  241. 前記半導体は、直接バンドギャップ半導体を含む、請求項240に記載の方法。
  242. 動作(A)は、2つの交差半導体の接合の両端間に電圧を加えるステップを含み、各半導体が500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項240に記載の方法。
  243. 各半導体は、100ナノメートルよりも小さい最小幅を有する、請求項242に記載の方法。
  244. (B)100ナノメートルよりも小さい最小幅を有する前記少なくとも1つの半導体の寸法を制御することで、前記放出される光の波長を制御する動作をさらに含む、請求項240に記載の方法。
  245. 前記半導体は細長く、かつ動作(B)が前記細長い半導体の幅を制御するステップを含む、請求項244に記載の方法。
  246. 前記半導体は、前記半導体の塊が最小の最も短い寸法を有する場合にその塊が第1の波長で発光するという性質を有し、さらに、
    前記半導体の制御された寸法が前記最小の最も短い寸法よりも小さい、請求項244に記載の方法。
  247. ドープされた半導体部品および1つまたは複数の他の部品を有するデバイスを製造する方法であって、
    (A)前記ドープされた半導体部品を生成するように、その成長中に半導体をドープする動作と、
    (B)前記ドープされた半導体部品を前記1つまたは複数の他の部品の少なくとも1つに付ける動作とを含む方法。
  248. 前記ドープされた半導体部品は、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つである、請求項247に記載の方法。
  249. 細長い要素を有する半導体デバイスを制御可能に組み立てるプロセスであって、前記要素の横方向の固有寸法がナノメートルのスケールであり、
    第1のドーピングの型の少なくとも1つの第1の要素を生成するステップと、
    前記第1の要素を第1の方向に向けるステップと、
    前記第1の要素を少なくとも1つの第1のコンタクトに接続して、電流が前記第1の要素を通って流れることができるようにするステップとを含むプロセス。
  250. 第2のドーピングの型の少なくとも1つの第2の要素を生成するステップと、
    前記第2の要素を、前記第1の方向と異なる第2の方向に向けるステップと、
    前記第1の要素と前記第2の要素の間の電気的接触を可能にするステップと、
    前記第2の要素を、少なくとも1つの第2のコンタクトに接続して、電流が前記第1と第2の要素の間を流れることができるようにするステップとをさらに含む、請求項250に記載のプロセス。
  251. 前記第2のドーピングの型は、前記第1のドーピングの型がp型の場合は、n型であり、前記第1のドーピングの型がn型の場合は、p型である、請求項251に記載のプロセス。
  252. 前記第2の要素は、電界または流体の流れの少なくとも1つを加えることで、方向付けされる、請求項251に記載のプロセス。
  253. 前記第1の要素を複数の間隔を空けて配置されたコンタクトに接続し、前記複数の間隔を空けて配置されたコンタクトの間の前記第1の要素に近接してゲート電極を配列し、それによってFETを形成するステップをさらに含む、請求項250に記載のプロセス。
  254. 前記半導体デバイスは、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された材料で作られる、請求項250に記載のプロセス。
  255. 前記第1のドーピングの型は、n型またはp型の1つである、請求項250に記載のプロセス。
  256. 前記第1の要素は、電界または流体の流れの少なくとも1つを加えることで方向付けされる、請求項250に記載のプロセス。
  257. 前記第1の要素は、前記流体の流れの中に浮遊している、請求項257に記載のプロセス。
  258. 前記第1の要素は、機械的な工具を使用することで方向付けされる、請求項250に記載のプロセス。
  259. 前記第2の要素は、前記流体の流れの中に浮遊している、請求項250に記載のプロセス。
  260. 前記第2の要素は、機械的な工具を使用することで方向付けされる、請求項250に記載のプロセス。
  261. 半導体デバイスであって、
    金属コンタクトのアレイを有するシリコン基板と、
    前記アレイと電気的に連絡した状態で形成され、かつp型半導体ナノワイヤで形成された第1のバーを有するクロスバースイッチ要素と、
    n型半導体ナノワイヤで形成され、かつ前記第1のバーから間隔を置いて配置され、かつ前記第1のバーに交差して配列された第2のバーとを含む半導体デバイス。
  262. 前記第2のバーは、前記第1のバーから1〜10nmの間の間隔を置いて配置されている、請求項262に記載の半導体デバイス。
  263. 2つのコンタクト点の間に電位を加えることで前記2つのコンタクト点の間に第1のナノワイヤを位置付けし、2つの他のコンタクト点の間に第2のナノワイヤを位置付けするステップを含むナノワイヤ半導体デバイスを製造する方法。
  264. 選択的にナノワイヤを引き寄せる1つまたは複数の領域を有する表面を形成するステップを含む、ナノワイヤ半導体デバイスを製造する方法。
  265. ナノワイヤで発光ダイオードを製造する方法であって、前記ダイオードの発光波長が、2つのドープされたナノワイヤ間のp−n接合の寸法で決定される方法。
  266. p型ナノワイヤとn型ナノワイヤを交差させて半導体接合を製造する方法。
  267. 1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てる方法であって、
    (A)前記1つまたは複数の細長い構造を含む流体を前記表面に流す動作と、
    (B)前記細長い構造のアレイを形成するように前記表面に前記1つまたは複数の細長い構造を並べる動作とを含む方法。
  268. 動作(A)は、前記流体を第1の方向に流すことを含み、動作(B)が、前記流体がアレイ構造の第1の層を形成するように前記第1の方向に流れるときに、前記1つまたは複数の細長い構造を並べるステップを含み、さらに、前記方法が、
    (C)前記第1の方向からの流れの方向を第2の方向に変えるステップと、
    (D)アレイ構造の第2の層を形成するように、第2の方向で動作(A)および(B)を繰り返すステップとをさらに含む、請求項268に記載の方法。
  269. 動作(C)および(D)を1回または複数回繰り返すことを含む、請求項269に記載の方法。
  270. 前記第1の層からの少なくとも第1の細長い構造が、前記第2のアレイからの少なくとも第2の細長い構造に接触する、請求項269に記載の方法。
  271. 前記第1および第2の細長い構造の一方が第1の導電型のドープされた半導体であり、第1および第2の細長い構造の他方が第2の導電型のドープされた半導体である、請求項271に記載の方法。
  272. 前記第1の導電型はp型であり、前記第2の導電型がn型であり、前記第1および第2の細長い構造がp−n接合を形成する、請求項272に記載の方法。
  273. 前記表面は基板の表面である、請求項268に記載の方法。
  274. (C)前記基板の表面から別の基板の表面に前記細長い構造のアレイを移すことをさらに含む、請求項274に記載の方法。
  275. 動作(C)はスタンピングを含む、請求項275に記載の方法。
  276. 前記1つまたは複数の細長い構造は、依然として液体中に含まれている間に、前記表面に並べられる、請求項268に記載の方法。
  277. (C)前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で前記表面を調整するステップをさらに含み、動作(B)が前記1つまたは複数の機能性を使用して前記1つまたは複数の細長い構造を前記特定の位置に引き寄せるステップを含む、請求項268に記載の方法。
  278. 動作(C)は、1つまたは複数の分子で前記表面を調整するステップを含む、請求項278に記載の方法。
  279. 動作(C)は、1つまたは複数の電荷で前記表面を調整するステップを含む、請求項278に記載の方法。
  280. 動作(C)は、1つまたは複数のマグネト発電機で前記表面を調整するステップを含む、請求項278に記載の方法。
  281. 動作(C)は、1つまたは複数の光強度で前記表面を調整するステップを含む、請求項278に記載の方法。
  282. 動作(C)は、化学的な力を使用して前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、前記表面を調整するステップを含む、請求項278に記載の方法。
  283. 動作(C)は、光学的な力を使用して前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、前記表面を調整するステップを含む、請求項278に記載の方法。
  284. 動作(C)は、静電気力を使用して前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、前記表面を調整するステップを含む、請求項278に記載の方法。
  285. 動作(C)は、磁気力を使用して前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、前記表面を調整するステップを含む、請求項278に記載の方法。
  286. (C)前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置で受け取るように前記表面をパターン形成するステップを含む、請求項268に記載の方法。
  287. 動作(C)は、前記表面に物理的なパターンを作るステップを含む、請求項287に記載の方法。
  288. 前記物理的なパターンが溝である、請求項288に記載の方法。
  289. 前記物理的なパターンが段である、請求項288に記載の方法。
  290. 前記表面が基板の表面であり、前記表面に物理的なパターンを作ることが、前記基板の結晶格子段を使用するステップを含む、請求項288に記載の方法。
  291. 前記表面が基板の表面であり、前記表面に物理的なパターンを作ることが、自己組立二ブロック重合体細片を使用するステップを含む、請求項288に記載の方法。
  292. 前記表面に物理的なパターンを作ることが、パターンを使用するステップを含む、請求項288に記載の方法。
  293. 前記表面に物理的なパターンを作ることが、押し付けられたパターンを使用するステップを含む、請求項288に記載の方法。
  294. 動作(A)は、溝を使用して前記流体の流れを制御するステップを含む、請求項268に記載の方法。
  295. 前記細長い構造の少なくとも1つは、半導体である、請求項268に記載の方法。
  296. 前記細長い構造の少なくとも1つは、ドープされた半導体である、請求項268に記載の方法。
  297. 前記細長い構造の少なくとも1つは、バルクドープ半導体である、請求項297に記載の方法。
  298. 前記構造の少なくとも1つは、ドープされた単結晶半導体である、請求項268に記載の方法。
  299. 前記構造の少なくとも1つは、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する、細長いバルクドープ半導体である、請求項268に記載の方法。
  300. 前記構造の少なくとも1つは、500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある、自立型のバルクドープ半導体である、請求項268に記載の方法。
  301. 前記構造の少なくとも1つは、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであるドープされた半導体である、請求項268に記載の方法。
  302. 前記ドープされた半導体は、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド、P、B−C、B−P(BP6)、B−Si、Si−C、Si−Ge、Si−SnおよびGe−Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、およびAl2COから成るグループから選択された半導体を含む、請求項302に記載のプロセス。
  303. 前記ドープされた半導体は、周期律表のIII族からのp型ドーパント、周期律表のV族からのn型ドーパント、B、AlおよびInから成るグループから選択されたp型ドーパント、P、AsおよびSbから成るグループから選択されたn型ドーパント、周期律表のII族からのp型ドーパント、Mg、Zn、CdおよびHgから成るグループから選択されたp型ドーパント、周期律表のIV族からのp型ドーパント、CおよびSiから成るグループから選択されたp型ドーパントから成るグループから選択されたドーパントを含み、およびn型がSi、Ge、Sn、S、SeおよびTeから成るグループから選択される、請求項302に記載の方法。
  304. 前記ドープされた半導体は、前記半導体の成長中にドープされる、請求項302に記載の方法。
  305. 1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てる方法であって、前記細長い構造の1つまたは複数が、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、
    (A)前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で前記表面を調整する動作と、
    (B)前記1つまたは複数の機能性を使用して、前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の前記特定の位置に引き寄せることで、前記1つまたは複数の細長い構造を並べる動作とを含む方法。
  306. 動作(A)は、1つまたは複数の分子で前記表面を調整するステップを含む、請求項306に記載の方法。
  307. 動作(A)は、1つまたは複数の電荷で前記表面を調整するステップを含む、請求項306に記載の方法。
  308. 動作(A)は、1つまたは複数のマグネト発電機で前記表面を調整するステップを含む、請求項306に記載の方法。
  309. 動作(A)は、1つまたは複数の光強度で前記表面を調整するステップを含む、請求項306に記載の方法。
  310. 動作(A)は、化学的な力を使用して前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、前記表面を調整するステップを含む、請求項306に記載の方法。
  311. 動作(A)は、光学的な力を使用して前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、前記表面を調整するステップを含む、請求項306に記載の方法。
  312. 動作(A)は、静電気力を使用して前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、前記表面を調整するステップを含む、請求項306に記載の方法。
  313. 動作(A)は、磁気力を使用して前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、前記表面を調整するステップを含む、請求項306に記載の方法。
  314. 複数の細長い構造を表面に組み立てる方法であって、前記細長い構造の1つまたは複数が、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、
    (A)前記複数の細長い構造を前記表面に堆積する動作と、
    (B)前記複数の前記細長い構造のうちの2以上の間に静電気力を生成するように前記表面を電気的に帯電させる動作とを含む方法。
  315. 前記静電気力によって、前記2以上の細長い構造が並べられる、請求項315に記載の方法。
  316. 前記静電気力によって、前記2以上の細長い構造が1つまたは複数のパターンに並べられる、請求項316に記載の方法。
  317. 前記1つまたは複数のパターンは、平行アレイを含む、請求項317に記載の方法。
  318. 複数の細長い構造を表面に組み立てる方法であって、前記細長い構造のうちの1つまたは複数が、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、
    (A)ラングミュア−ブロジェット膜を形成するように、前記1つまたは複数の細長い構造を液相の表面に分散させる動作と、
    (B)前記ラングミュア−ブロジェット膜を圧縮する動作と、
    (C)前記圧縮されたラングミュア−ブロジェット膜を表面に移す動作とを含む方法。
  319. 前記表面は、基板の表面である、請求項319に記載の方法。
  320. 複数の1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てる方法であって、前記細長い構造の少なくとも1つが、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、
    (A)前記1つまたは複数の細長い構造を可撓性基材に分散させる動作と、
    (B)前記少なくとも1つの細長い構造が1つの方向に並ぶようにするせん断力を、前記1つまたは複数の細長い構造に発生させるように、前記可撓性基材をこの方向に引き伸ばす動作と、
    (C)前記可撓性基材を除去する動作と
    (D)前記少なくとも1つの並べられた細長い構造を表面に移す動作とを含む方法。
  321. 前記方向が、前記表面の面に平行である、請求項321に記載の方法。
  322. 動作(B)は、電気的に引き起こされる力で、前記可撓性基材を引き伸ばすことを含む、請求項321に記載の方法。
  323. 動作(B)は、光学的に引き起こされる力で、前記可撓性基材を引き伸ばすことを含む、請求項321に記載の方法。
  324. 動作(B)は、機械的に引き起こされる力で、前記可撓性基材を引き伸ばすことを含む、請求項321に記載の方法。
  325. 動作(B)は、磁気的に引き起こされる力で、前記可撓性基材を引き伸ばすことを含む、請求項321に記載の方法。
  326. 前記表面が、基板の表面である、請求項321に記載の方法。
  327. 前記可撓性基材は、重合体である、請求項321に記載の方法。
  328. ドープされた半導体を成長するシステムであって、
    前記半導体の分子およびドーパントの分子を供給するための手段と、
    前記ドープされた半導体を生成するように、前記半導体の成長中に、前記半導体の分子に前記ドーパントの分子をドープするための手段とを含むシステム。
  329. 1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てるシステムであって、
    前記1つまたは複数の細長い構造を含む流体を前記表面に流すための手段と、
    前記細長い構造のアレイを形成するように、前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面に並べるための手段とを含むシステム。
  330. 1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てるシステムであって、前記細長い構造の1つまたは複数が、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、
    前記1つまたは複数の細長い構造を前記表面の特定の位置に引き寄せる1つまたは複数の機能性で、前記表面を調整するための手段と、
    前記1つまたは複数の機能性を使用して、前記1つまたは複数の細長い構造を前記特定の位置に引き寄せることで、前記1つまたは複数の細長い構造を並べるための手段とを含むシステム。
  331. 複数の細長い構造を表面に組み立てるシステムであって、前記細長い構造の1つまたは複数が、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、
    前記複数の細長い構造を前記表面に堆積するための手段と、
    前記複数の前記細長い構造の2以上の間に静電気力を発生させるように、前記表面を電気的に帯電させるための手段とを含むシステム。
  332. 複数の細長い構造を表面に組み立てるシステムであって、前記細長い構造の1つまたは複数が、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、
    ラングミュア−ブロジェット膜を形成するように、前記1つまたは複数の細長い構造を液相の表面に分散させるための手段と、
    前記ラングミュア−ブロジェット膜を圧縮するための手段と、
    前記圧縮されたラングミュア−ブロジェット膜を表面に移すための手段とを含むシステム。
  333. 複数の1つまたは複数の細長い構造を表面に組み立てるシステムであって、前記細長い構造の少なくとも1つが、単結晶、その長手方向の軸における任意の点に500ナノメートルよりも小さい最大断面寸法を有する細長いバルクドープ半導体、および500ナノメートルよりも小さい最小幅を有する少なくとも1つの部分のある自立型のバルクドープ半導体の少なくとも1つであり、
    前記1つまたは複数の細長い構造を可撓性基材に分散させるための手段と、
    前記少なくとも1つの細長い構造が1つの方向に並ぶようにするせん断力を、前記1つまたは複数の細長い構造に発生させるように、前記可撓性基材をこの方向に引き伸ばすための手段と、
    前記可撓性基材を除去するための手段と
    前記少なくとも1つの並べられた細長い構造を表面に移すための手段とを含むシステム。
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