TW200847496A - Methods for nanowire alignment and deposition - Google Patents

Description

200847496 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種奈米導線，且特別是有關於一種 奈米導線的沈積及對準。 【先前技術】 奈米結構，特別是奈米導線，具有促進全新一代電子 裝置的潛力。發展新一代基於奈米結構之電子裝置的主要 阻礙在於在各種基板上有效對準及沈積奈米導線的能力。 電場能夠用以對準懸浮液中懸浮的奈米導線，但是現有技 術對於在大面積基板上的縮放性（scalability)產生嚴格的 限制。 所需要的是達到高品質的奈米導線沈積的系統及方 法，以適用於製造奈米結構裝置之大型陣列。 【發明內容】 在一實施例中，本發明提出一種用以定位一或多個奈 米導線的方法。在合適實施例中，這些方法包括提供鄰近 設置在一電極對之一或多個奈米導線，並充能電極對，藉 以使奈米導線與電極對相關連。接著調制電極對的該充能 藉以使奈米導線耦接於電極對上。在示範實施例中，奈米 導線係位於懸浮液中。在合適實施例中，該充能包括在電 極對間產生 AC電場。AC電場可以用任何習知方法產 生，例如，使用直接電性連接提供一訊號至電極對，或供 200847496 應一電磁波至電極對。在示範實施例中’產生約1〇Hz至 5Hz及約0.5V至3V之AC電場。AC電場的調制包括調 整AC電場的頻率、調整AC電場的振幅，兩者同時調 整。在合適實施例中包括增加AC電場的頻率至約1kHz 到5 00kHz，增加AC電場的振幅至約2V到20V，及/或增 加AC電場的頻率至約5 00Hz到100kHz，接著增加AC電 場的振幅至約1 V到4 V。在使用電磁波施加電場的實施例 中，適合使用約1GHz到5 GHz的頻率。電極對的電極分 開之距離例如小於或等於奈米導線的長軸長度。 本發明之方法包括從該電極對移除一或多個未耦接的 奈米導線，例如將未耦接的奈米導線沖掉，更包括將一或 多個耦接的奈米導線弄乾。在另外的實施例中，該方法包 括重複該方法之關連及調制階段。在實施例中本發明之方 法更包括將一或多個耦接的奈米導線轉移至一基板上，及 /或移除電極對。 根據本發明之方法定位之奈米導線包括包含一半導體 核心（例如砂）及配置於核心周圍的一或多個殼層，例如 TaAIN或WN之金屬殻層。 在另外的實施例中本發明提供定位一或多個奈米導線 於一基板上的方法。在合適實施例中，該方法包括提供於 一懸浮液中的一或多個奈米導線設置於鄰近一轉移基板上 之一電極對上，並接著充能電極對，藉以使奈米導線變成 與電極對相關聯。電極對的該充能係被調制，藉以使奈米 導線變成耦接於電極對上。一或多個未耦接之奈米導線接 -9 - 200847496 著被移除，而耦接的奈米導線從轉移基板轉移至基板上。 在合適實施例中，該充能包括在電極對間產生A C電場。 本發明亦提供定位一或多個奈米導線之方法。在此方 法中，提供鄰近設置於一電極對上之一或多個奈米導線。 電極對接著被充能，藉以使奈米導線與電極對相關連，其 中一或多個金屬元件係被定位於電極對之電極間，使得相 鄰之關連奈米導線之間距的變化少於標準差的50%。在進 一步實施例中，該方法包括調制電極對間的該充能，藉以 使奈米導線變成親接於電極對上，其中一或多個金屬元件 係被定位於電極對之電極之間，使得相鄰耦接之奈米導線 之間距的變化少於標準差的5 0%。 本發明亦提供基板，包括至少一第一電極對及至少四 條奈米導線位於該第一電極對之間，其中相鄰耦接奈米導 線之間距的變化小於約標準差的5 0 %。在合適實施例中， 基板更包括三個或更多金屬元件位於該第一電極對的電極 之間。 本發明亦提供一或多個電極對包括一或多個根據本發 明之方法定位之奈米導線，以及包括一或多個根據本發明 之方法定位之奈米導線的基板。 在進一步實施例中，本發明提供用以控制定位於一電 極對上之奈米導線數量的方法。在合適實施例中，該方法 包括根據本發明之方法定位一或多個奈米導線，接著施加 一訊號至電極對。於電極對上監測訊號，當訊號達到一預 設値時停止定位（例如，減少電極對間之電場，藉以停止 -10 - 200847496 定位奈米導線於電極對上）。可監測訊號包括例如不限定 於阻抗、電壓、電容、電流等等。 本發明亦提供包括一電極對之基板，其中一預定數量 的奈米導線定位於電極對上，其中奈米導線之數量係根據 本發明之方法控制。例如，本發明提供包括至少四個電極 對及至少四條奈米導線定位於各電極對之間，其中各電極 對包括實質上相同數量的奈米導線。在合適實施例中’定 位在各電極對上之奈米導線的數量之誤差少於30%、少於 2 0 %或少於1 0。 本發明亦提供用以定位奈米導線於一基板上之裝置及 系統。在合適實施例中，該裝置及系統包括一懸浮液，懸 浮液包括複數條奈米導線及包含一或多個電極對之基板。 該裝置及系統亦合適地包括用以於電極對之間產生一 AC 電場之來源，例如一訊號產生器，且亦用以調制 AC電 場。在另外的實施例中，該系統及裝置更包括於至少一電 極對上流動奈米導線懸浮液之機構（例如，一流體流量控 制系統，適於耦接至基板之底側）；一光學成像系統，用 以視覺化奈米導線；以及一或多個場電極，用以在基板上 操控奈米導線。該系統及裝置亦包括一訊號監視裝置，用 以決定一或多個電極對上的訊號；以及用以當訊號達到一 預設値時停止AC電場之機構。 本發明亦提供用以沈積一或多個奈米導線於一基板上 之方法，藉由加熱奈米導線使奈米導線沈積在基板上。在 示範實施例中，奈米導線在氫氣（形成氣體）存在下被加熱 -11 - 200847496 至2 0 0 °C，以沈積奈米導線於基板上。 在再一實施例中，提供控制奈米導線之系統。此系統 包括一或多個電極組，每一電極組包括具有第一極性之一 第一電極以及具有第二極性之一第二電極。該系統亦包括 於第一及第二電極之間產生AC電場之一訊號產生器。亦 提供利用此系統以控制奈米導線之方法。例如，充能一電 極組，接著合適地解充能（de-energizing)充能的電極組。 產生在充能方向上控制奈米導線之介電泳動 (dielectrophoretic)力。在另外實施例中，利用移除被充能 的電極，使奈米導線從關連/耦接應用之電極對上被移 除。DC及AC電場可以用以控制奈米導線。 本發明亦提供用以從導體及半導體奈米導線之混合物 上分離一或多個導體奈米導線之方法。當導體及半導體奈 米導線與電極對相關連時，耦接導體奈米導線所需之振幅 通常低於耦接半導體奈米導線所需之振幅，因此能夠使導 體奈米導線從溶液選擇性地移除。 本發明之進一步的實施例、特徵及優點，以及本發明 各種實施例之結構及操作方法配合所附圖式作詳細說明如 下。 【實施方式】 在此繪示及描述之本發明範例之特定實施方式並非意 圖以任何方式限定本發明之範圍。的確，爲了簡潔起見， 傳統電子學、製造、半導體裝置、以及奈米導線 -12- 200847496 (nanowire, NW)、奈米管，以及奈米帶技術及其他系統功 能面（以及系統之個別元件操作）可能不在此詳細描述。此 外，爲了簡潔起見，本發明經常提及與奈米導線有關。 需瞭解雖然奈米導線經常提及，在此之技術亦可應用 於其他奈米結構，例如奈米桿、奈米管、奈米四足管 (naaotetrapod)、奈米帶及/或其組合。要進一步瞭解，此 處描述之製造技術可用以創造任何型態的半導體裝置，以 及其他型態之電子元件。此外，該技術亦適用於電性系 統、光學系統、消費性電子、工業電子、無線系統、空間 應用及任何其他應用。 此處使用之「長寬比」係指一奈米結構的第一軸長度 除以該奈米結構的第二及第三軸的平均長度。第二及第三 軸的長度彼此大致相等。例如，一完美桿體的長寬比係爲 其長軸除以垂直於（正交於）長軸之剖面的半徑。 當「異構體」使用於奈米結構時，係指具有至少兩種 不同及/或可辨別的材料。一般來說奈米結構的一區域包 括第一種材料，奈米結構的第二區域包括第二種材料。在 某些實施例中，奈米結構包括第一材料之核心及至少第二 (或第三）材料之殼層，不同材料係以奈米導線的長軸呈徑 向分佈，例如分支奈米晶體的分支的長軸，或奈米晶體的 中央。殻層不需要完全覆蓋相鄰材料就被視爲一殼層或被 視爲奈米結構的異構體。例如。具有一核心材料覆以小型 島狀之第二材料之奈米晶體係爲一異構體。在其他實施例 中’不同材料係分佈在奈米結構中的不同位置。例如，材 -13- 200847496 料型態沿著奈米導線的主要長軸或一分支晶體的分支的長 軸分佈。異構體中的不同區域可以包括完全不同的材料， 或不同區域可包括主要材料。 此處使用之「奈米結構」係爲具有至少一區域或特徵 尺寸小於5 00奈米之結構，例如，小於約200奈米、小於 約10 0奈米、小於約50奈米，或甚至小於約20奈米。一 般來說區域或特徵尺寸會是結構的最小軸。這樣的結構例 如包括奈米導線、奈米桿、奈米管、分支奈米晶體、奈米 四足管、三足管、二足管、奈米晶體、奈米點、量子點、 奈米粒、分支四足管（例如，無機樹狀物）及類似物。奈米 結構實質上在物質特性上爲均質，在某些實施例爲異質性 (例如異構體）。奈米結構可以例如是實質上的結晶態、實 質上的單晶態、多晶態、非晶態，或其組合。在一方面， 奈米結構的三維個別之尺寸例如小於約500奈米、小於約 2 0 0奈米、小於約10 0奈米、小於約5 0奈米，或甚至小 於約2 0 n m。 此處使用之「奈米導線」通常係指任何延長之導體或 例如，半導體材料（或其他在此描述之材料）包括至少一剖 面尺寸小於5 0 0奈米，較佳地，等於或小於約1 〇 〇奈米’ 並具有大於10的長寬比（長度：寬度），較佳地大於50 ’ 更較佳地，大於1 〇 〇。使用於本發明之方法及系統中之奈 米導線具有數十微米的長度（例如10、20、30、40、50微 米等）及約100奈米的直徑。 本發明之奈米導線在物質特性上實質上爲均質性’或 -14- 200847496 在某些實施例中爲異質性（例如奈米導線異構體）。奈米導 線基本上可以從任何便於取得的一種材料或多種材料製 造，並可以是實質上結晶態、實質上單晶態、多晶態，或 非晶態。奈米導線可以具有變動的直徑或實質上爲均一直 徑，也就是說，在變動最大的區域及超過5奈米的直線長 度下（例如至少10奈米、至少20奈米，或至少50奈 米），直徑的差異小於約 20%(例如小於約 1 0%、小於約 5%，或小於約1 %)。一般直徑係從奈米導線的端點來估計 (例如超過奈米導線中央 20%、40%、50%，或 80%)。奈 米導線可以是整體長軸長度或其部分爲直線或彎曲或彎 折。在部分實施例中，奈米導線或其部分可以具有二維或 三維的量子限制。根據本發明之奈米導線，可以明確排除 奈米碳管，在某些實施例中排除「鬚」或「奈米鬚」，特 別是直徑大於1〇〇奈米的鬚，或大於約200奈米。 這樣的奈米導線包括半導體奈米導線，如公開國際專 利申請號 WO 02/1 7362，WOO 2/4870 1 及 WO 01/03208 所 描述，奈米碳管，及其他相同尺寸之延長導體或半導體結 構，在此包含做爲參考。 此處使用的「奈米桿」通常指任何類似奈米導線之延 長導體或半導體（或其他此處描述之材料）’但長寬比 (長：寬）小於奈米導線。記得兩個或多個奈米桿可以沿著 長軸耦接在一起，但使得耦接之奈米桿跨越於電極之間。 或者是，兩個或多個奈米桿實質上沿著長軸排列’但是彼 此不耦接，使得兩個或多個奈米桿的端點之間存在一小間 -15- 200847496 距。在此例子中，電子可以從一奈米桿跳至另一個來跨越 間距，而從一奈米桿流到另一奈米桿。兩個或多個奈米桿 可以實質上對齊，以形成電子可以通過奈米桿之路徑。 奈米導線、奈米桿、奈米管及奈米帶可以使用的材料 範圍很廣，包括半導體材料，例如選自Si，Ge，Sn，Se，Te， C(包括鑽石），P，B-C，B-P(BP6)，B-Si，Si-C，Si-Ge，Si-Sn 及 Ge-Sn，SiC, BN，BP，BAs，AIN, A1P，AlAs，AlSb，GaN,

GaP， G a A s， GaSb，InN，InP，InAs，InSb ，ZnO，ZnS， Z n S e， ZnT e ，C d S， CdSe，CdTe， HgS，HgSe， HgTe，BeS， B e S e， B e T e ，MgS， M g S e， G e S， GeSe， GeTe， SnS， SnSe， S nTe，

PbO，PbS，PbSe，PbTe，CuF，CuCl，CuBr，Cul，AgF，AgCl， AgBr，Agl，BeSiN2，CaCN2，ZnGeP2，CdSnSb2，CuGeP3, CuSi2P3，（Cix，Ag)，（Al，Ga，In，Tl，Fe)，（S，Se，Te)2, Si3N4，Ge3N4，A1203，（Al，Ga，In)2，（S，Se，Te)3，A12C0， 以及兩種或更多之此些半導體之適當組合。 在某些方面，半導體可能包括摻雜物，選自下列組 合：週期表之ΠΙ族之P型摻雜物；週期表之v族之n型 摻雜物；Ρ型摻雜物選自下列組合：Β，Α1及In ; η型摻 雜物選自下列組合·· P，As及Sb ;週期表之II族之ρ型摻 雜物，P型摻雜物選自下列組合：Mg，Zn，Cd及Hg ;週 期表之IV族之ρ型摻雜物，ρ型摻雜物選自下列組合：C 及Si ;或η型摻雜物選自下列組合：Si，Ge，Sn，S，Se及 Te。可以使用其他已知或最近硏發之摻雜物材料。 此外，奈米導線或奈米帶可以包括奈米碳管、或以導 -16- 200847496 體或半導體有機聚合物材料（例如並五苯（pentacene)，過 渡金屬氧化物）形成的奈米管。 因此’雖然「奈米導線」在此係爲描述而使用，在此 之描述亦包含奈米管（例如，具有軸向通透中空管之類奈 米結構）。奈米管可以如在此描述的奈米導線形成/結合奈 米管薄膜，以提供在此描述的性質及優點。 需瞭解的是空間描述（例如上方、下下、上、下、 頂、底等）只是爲了描述而使用，本發明之裝置可以任何 空間朝向或方式擺放。 第1圖繪示單晶體半導體奈米導線核心100。第1A 圖繪示之奈米導線1 〇〇係爲均勻摻雜之單晶奈米導線。這 樣的單晶奈米導線可以極佳控制下摻入P型或η型半導 體。摻雜之奈米導線例如奈米導線1 00具有改善之電性。 例如，這樣的奈米導線可以經摻雜而具有如同主體單晶材 料之載子移動能力。 第1 Β圖繪示根據核心-殼層結構之摻雜奈米導線 1 1 〇。根據第1 Β圖，奈米導線1 1 0具有摻雜表面層1 1 2， 可以具有不同厚度，包括在奈米導線110表面僅有分子單 層厚度。 第1 C圖繪示根據核心-殻層-殻層結構之摻雜奈米導 線1 1 4。如第1 C圖所示，奈米導線具有摻雜表面層1 1 2 ’ 可以具有不同厚度，包括在奈米導線114表面僅有分子單 層厚度，以及外殻層1 1 6。使用做爲外殼層1 1 6之材料例 如包括但不限定於TaAIN及WN。 -17- 200847496 P型摻雜導線的絕緣殼層的價帶可以低於核心價帶， 或者η型摻雜導線的殼層的導帶可以高於核心。一般來 說’核心奈米結構可以從任何金屬或半導體材料製造，而 殼層可以從相同或不同材料製造。例如，第一核心材料可 以包括第一半導體，選自下列組合·· II-VI族半導體、ΙΠ_ V族半導體、IV族半導體，以及其混合物。類似地，殻 層的第二半導體材料可以包括第二半導體，可以與第一半 導體相同或不同，例如，選自下列組合：II-VI族半導 體、III-V族半導體、IV族半導體，以及其混合物。半導 體例如包括但不限於 CdSe5 CdTe，InP，InAs，CdS，ZnS， ZnSe，ZnTe，HgTe，GaN，GaP，GaAs，GaSb，InSb，Si，Ge， AlAs，AlSb，PbSe，PbS，及PbTe。如上所述，金屬材料例 如金、鉻、錫、鎳、鋁等及其合金可以做爲核心材料，且 金屬核心可以例如氧化矽或其他絕緣材料之適當殼層材料 塗布於其上。 奈米結構可以一些適用於不同材料的簡便的方法之任 一來製造及控制尺寸。例如不同化合物之奈米晶體合成記 載於例如 Peng elt al.(2000)”Shape Control of CdSe Nanocrystals’’ Nature 404，5 9-6 1 ;Peng et a 1. (2 0 0 1 ) Colloidal nanocrystal shape and size control : The case of cobalt” Science 291, 2 1 1 5 - 2 1 1 7; U S PN 6,3 06,73 6 to Alivisatos et al.(October 23，2001 )entitled “Process for forming shaped group III-V semiconductor nanocrystals, and product formed using process’’’’； USPN 5,505,928 to -18- 200847496

Alivisatos e t al. (April 9，1 9 9 6) entitled “Preparation of of III-V semiconductor nanocrystalsU S PN 5,751，018 to Alivisatos et al. (May 12，1 998) entitled “Semiconductor nanocrystals covalently bound to solid inorganic surfaces using self-assembled nanolayers’’； U S PN 6,048,616 to Gallagher et a 1. (April 11 ? 200 0) entitled u Encapsulated quantum sized doped semiconductor particles and method of manufacturing same”； amd U S PN 5,990,479 to Weiss et al. (November 23， 1 9 9 9) entitled “Organo luminescent semiconductor nanocrystal probes for biological applications and process for making and using such probes.” 奈米導線的成長具有不同長寬比，包括控制奈米導線 的直徑控制，記載於例如 Gudikesn el al.(2000) “Diameter- selective synthesis of semiconductor nanowires” J. Am. C he m. Soc 122,8 801-88 02; Cui et al.(2001)55Diameter-controlled synthesis of single crystal silicon nanowires’’ App. P h y s. Lett. 78， 2214-2216;

Gudiksen et al. (20 0 1)’’Synthetic control of the diameter and length of single crystal semiconductor nanowires，’ J. Phys. Chem. B 1 0 5,4062-4064; Morales et al.( 1 998)，，A laser ablation method for the synthesis of crystalline semiconductor nanawires” Science 279，2 0 8-2 1 1; Duan et a 1. (2 000 ) ’’General synthesis of compound semiconductor -19- 200847496 nanowires” Adv. Mater. 12，2 9 8-3 02; C u i e t al.(2000) “Doping and electrical transport in silicon ananwires” J. Phy s. Chem. B 104，5213-5216; Peng et al. (2000) ’’Shape control of CdSe nanocrystals” Nature 404，59-61; Puntes et al. (2 0 0 1 ) ’’Colloidal nanocrystal shapes and size control: The case of cobalt” Science 291，2115-2117;

USPN 6,306,736 to Alvi sat oset a 1· (October 23，2 001) entitled “Process for forming shaped group 111 - V semiconductor nano cry stals， and product formed using process”； US PN 6,225，198 to Alivis at os et al. (Mayl， 2 0 0 1 ) entitled “Process for forming shaped group 11 - VI semiconductor nano cry stal s, and procuct formed using process”； USPN 6,03 6,774 to Leiber et al. (April 27，1 999) entitled “Metal oxide nanorodsUSPN 5,997,832 to Lieber et al. (December 7，1 999) “Preparation of carbide nanorods99; Ur b au et al. (2002) “Synthesis of single- crystalline perovskite nano wire s composed of b ar ium titanate and strontium titanate” J. Am. Chem. ,S o c ·，124, 118 6; and Yun et al. (2002) uFerroelectric Properties of Individual Barium T itanate Nanowires Investigated by Scanned Probe Microscopy” Nanoletters 2,447. 分支奈米導線的成長（例如奈米四足管、三足管、二 足管，及分支四足管）記載於例如 Jun et al. (2001) 55 Controlled Synthesis of multi-armed CdS nanorod -20- 200847496 architectures using monosurfactant system” J. Am. Chem. Soc. 123，5150-5151; and Manna et al. (2000) “Synthesis of Soluble and Processable Rod-, Arrow-, Teardrop-，and Tetrapod- Shaped CdSe Nanocry stals” J. Am. Chem. Soc. 122, 12700-12706 °

奈米粒的合成記載與例如USPN 5,690,807 to Clark Jr. e t al. (November 25，1997) entitled “Method for producing semiconductor particles”； USPN 6,136,156 to El-Shall，et al. (October 24，2000) entitled “Nanoparticles of silicon oxide alloys”； USPN 6,413,489 to Y i n g e t al. (July 2， 2 0 0 2) entitled “Synthesis of nanometer- sized particles by reverse micelle mediated techniques”； and Liu et al. (200 1 ) “Sol-Gel Synthesis of Free-Standing Ferroelectric Lead Zicronate Ti tanate Nanoparticles’’ J. Am. Chem. Soc. 123，4344。關於奈米晶 體、奈米導線，及分支奈米導之奈米粒的合成也記載於上 述引用文獻，產生之奈米結構之長寬比小於約1 .5。 核心-殼層奈米結構異構體的合成，稱爲奈米晶體奈 米導線（例如奈米桿）核心-殼層異構體，記載於例如Peng et al. ( 1 9 9 7 ) 55 Epitaxial growth of highly luminescent accessibility” J. Am. Chem. Soc. 119，7019-7029;

Dabbousi et al. (19 97)’，（CdSe)ZnS core-shell quantum dots : Synthesis and characterization of a size series of highly luminescent nanocrystallites” J. Phys. Chem. B 101， -21 - 200847496 9463 -9475; Manna et al. (2002) "Epitaxial growth and photochemical annealing of graded Cds/ZnS shells on colloidal CdSe nanorods” J. Am. Chem. Soc. 122，9692- 9 702。類似方法可以應用在其他核心-殼層奈米結構的成 長。

沿著奈米導線的長軸方向在不同位置有不同物質分佈 的奈米導線異構體的成長，記載於例如G u d i k s e n e t a 1. (2002) “Growth of nano wire superlattice structures for nanoscale photonics and electronics” Nature 415，6 17-620; Bjork et al. (20 02) u One-dimensional steeplechase for electrons realized” Nano letters 2，86-90; Wu et al. (2002) “Block-by - block growth of single-crsy stalline Si/SiGe superlattice nanowires’，Nano Letters 2， 8 3 -86; abd US

Nano wire heterostructures for encoding information·，，。類 似的方法可以應用在其他異構體的成長。 電場對準及沈積 總論 在一實施例中，本發明提供在電磁波場存在下，從懸 浮液狀態對準及沈積奈米導線至一具有圖案化電極之基板 上的方法，以及進行此種對準及沈積（見第2圖）之裝置及 系統。基板及奈米導線表面化學於基板及奈米導線表現提 供淨電荷。透過選擇適當的電極圖案，施加一電磁波場梯 度於奈米導線，電磁波場梯度施加一淨作用力於奈米導 -22- 200847496 線。作用力使得奈米導線（例如於懸浮液中）控制在基板上 的特定位置。電極也產生使奈米導線極化的AC電場，產 生一淨偶極矩（dipole moment)。AC電場接著施加一轉矩 在該偶極上而產生一平行電場方向的角度對準。適當選擇 電場參數，例如頻率及振幅，以供奈米導線對準及擷取， 並使奈米導線「固定」或「關連」於電極上。在關連狀態 下，奈米導線合適地平行於電場排列，但有足夠沿著電極 邊緣的移動能力，使一序列的對準及關連能夠進行而不至 於讓奈米導線叢集。本發明也提供「鎖定」或「耦接」奈 米導線至電極上的方法。在耦接狀態下，奈米導線仍然如 前述之關連狀態般對準，但失去沿著電極邊緣的橫向移動 力。本發明也提供流體流量控制的適當選擇，以從電極上 「沖掉」不要的/未耦接的/排列錯誤的奈米導線。乾燥過 程移除溶劑並使奈米導線表面產生靜電「吸附」。 理論探討 接下來的段落包括提供部分關於電場對準背後的理論 之其他背景知識。需暸解的是本發明不限於此處提及的理 論，而熟知此技藝者可輕易瞭解除了此處提及的理論之其 他理論可應用於本發明。 外電場έΕΧΤ引起如第3圖所示之奈米導線2 〇 8的電荷 分離。電荷分離可能係由於電荷移動（例如導體中）或由於 偶極矩（例如在介電質中）。分離的電荷在奈米導線中產生 與外電場方向相反的誘發電場，並具有之強度爲： -23- 200847496

ElND =-/(^)EeXT ；0 < f{^y ^ 1 (0.1) 函數/( ε )與物質的介電常數ε相關並可量測奈米導 線的極性。/( ε )的上下限値分別對應物質對外電場完全補 償，及物質不具有補償誘發電場的限制狀況。對於包含移 動電荷的物質（例如金屬）或偶極矩（例如介電質）誘發電場 補償外電場並產生零或降低之內電場。表面上電荷分離或 偶極矩朝向引起誘發偶極矩。奈米導線的誘發偶極矩 £_(本文中使用粗體、底線的文字表示向量並對應公式中的 文字）沿著外電場方向排列而其強度與奈米導線的極性成 比例，奈米導線的體積V及電場強度爲左： P = /r(6?)V.E (0.2) 均勻電場施加於誘發偶極矩之旋轉矩：Le爲

Τη=ΡχΕεχτ (〇·3) 轉矩使奈米導線2 0 8產生能量平衡而平行於電場方向 的排列，如第4圖所示。均句電場施加於誘發偶極矩之轉 移力FDEP(介電泳動力）爲：

Fdep = iRe[(PD ψ] (0.4) 結合公式（〇·2)及（〇·4)，介電泳動力表示爲·· -24- 200847496

^DEP n2L·心 •Re{A：(^)}.v|E|2 (0.5) 奈米導線208上的介電泳動力（見第5圖）與二次電場 強度的梯度、電場頻率ω、奈米導線導電率aNW、奈米導 線介電常數ε NW、溶劑介電常數ε m以及奈米導線形狀 (半徑r及長度L)相關。極化函數的實部爲：

(0.6) 極化函數的頻率相依性產生兩種不同頻率範圍（低頻 及高頻限制），其介電泳動力耦接奈米導線的兩種不同性 質（導電率及介電常數）。兩範圍間的截止頻率以溶劑或介 質性質表示爲：

(0.7) 對於f<<f。來說，極化函數的低頻限制表示爲： R+卜 (0.8)

在此頻率範圍內的#電^永動1力胃容齊1 _ ® $ A 的奈米導線之導電率成比例。當f>>f。時，極化函數的局 頻限制表示爲： -25- 200847496

Re«=么^:1 (0.9) L Sm _ 在此頻率範圍內介電泳動力與對溶劑介電 的奈米導線之介電常數成比例。兩種不同長度 的一般極化函數與頻率的關係繪示於第6圖。 之導電率相關的低頻範圍，極化函數與奈米導 不相依。然而，在高頻範圍極化函數由於與奈 電常數相依而與1 /L2呈比例改變。在第7圖 同奈米導線長度而兩種不同奈米導線導電率 (矽）vs.核心-殻層·殼層（Si-TaAlN))極化函數的 依性。在低頻範圍極化函數與σ NW呈比例改 頻範圍極性因爲是與奈米導線的介電常數相依 同。 合適實施例 . 在一實施例中，本發明提供定位一或多個 ^ 方法。在合適實施例中，該方法包括提供設置 米導線鄰近一電極對。接著，充能電極對，藉 線變成與電極對相關聯。然後，調制電極對的 以使奈米導線變成耦接於電極對上。 本文中使用之「定位」係指對準及關連， 導線沈積或耦接至一表面，例如一電極對上。 準及不對準的奈米導線。本文中使用之「對準 常數標準化 的奈米導線 在奈米導線 線的長度並 米導線之介 中，繪示相 (核心-殻層 一般頻率相 變，而在高 因而保持相 奈米導線的 一或多個奈 以使奈米導 該充能，藉 以及將奈米 定位包括對 」係指奈米 -26- 200847496 導線彼此實質上平行或朝向相同或實質上相同的方向（亦 即，奈米導線排列在相同方向，或彼此成約45度）。合適 地，本發明之奈米導線係被對準使得彼此平行並實質上垂 直於一電極對個各電極（雖然在另外實施例，可以平行於 一電極排列）。定位奈米導線於一電極對包括定位奈米導 線使得奈米導線跨越電極對，也就是說，導線以他們與兩 電極間的多出的長度接觸一電極對的兩電極（雖然導線也 可以僅接觸一電極）。在奈米導線比分離一電極對的兩電 極之距離要長時’奈米導線可以延長超過電極。 提供與本發明之方法及系統使用的奈米導線係爲習 知。合適地，奈米導線係位於懸浮液中，亦即，奈米導線 的懸浮液包括一或多個奈米導線，合適地爲多條奈米導 線，懸浮於液體中（亦即奈米導線「墨水」）。合適地，該 液體爲水的介質，例如水或水溶液，離子（包括鹽），及其 他成分，例如界面活性劑。適用於製備奈米導線懸浮液的 另外範例包括但不限於有機溶劑、無機溶劑、酒精（例如 異丙基酒精（IPA))等。 在此階段「設置一或多個奈米導線鄰近一電極對」， 與提供奈米導線之關係，意味著奈米導線被提供或定位使 得產生於電極對之電場可以施加於奈米導線。合適地，這 是奈米導線可以被關連或耦接至電極的電極對之間距。在 更詳細的實施例中，提供之奈米導線的離電極對之距離小 於約1〇〇微米（μιη)。例如，提供之奈米導線距離電極對小 於約1 〇〇微米、小於約50微米、小於約10微米，或小於 -27- 200847496 約1微米。 在合適實施例中’本發明提供奈米導線對準及沈積之 系統或裝置。例如第2圖之裝置2 00。裝置2〇〇合適地包 括具有一或多個電極定位（例如圖案化）於表面上的基板 202’合適地排列使得正電極204及負電極205形成電極 對2 0 7。基板2 0 2包括任何適合的材料，例如半導體晶圓 或介電材料。合適基板材料例如包括但不限於Si，Si02, GaAs，InP及其他在此記載之半導體材料。做爲正電極 204及負電極205之材料例如包括但不限於Al，Mo(鉬電 極），Cu，Fe，Au，Ag，Pt，Cr/Au等。本發明實際使用之電 極也更包括氧化物塗層或表層上之覆蓋層。 任何物質的奈米導線可以根據本發明的方法進行對準 及沈積。合適地，奈米導線包括半導體核心及一或多個設 置於核心上之殼層（亦即，包圍核心的殻層）。合適的半導 體材料及殼層材料例如包括本文中所記載的全部。在合適 實施例中，核心材料S i及至少一殼層，合適地爲最外層 之殼層（亦即，接觸外界環境的殻層）包括金屬，例如 TaAIN 或WN。其他金屬殼層例如包括本文中記載的全 部。本發明實際使用的奈米導線例如包括核心：殼層 (core : shell，CS)奈米導線（例如，Si02)，核心：殼層： 殼層（core : shell : shell，CSS)奈米導線（例如，Si02 :金 屬），及核心：無氧化物殼層：金屬殼層奈米導線（core : no oxide shell :metal shell，CNOS)(例如 Si :金屬）。 如第2圖所示，在合適實施例中，複數電極對207圖 -28- 200847496 案化於基板202上使得電極對207貼附或固定於基板。在 其他實施例，電極對207可以僅形成覆蓋層於基板202 上，但不確實附在基板上。任何合適朝向或電極對2 07的 圖案都可以使用。如第2圖所示，裝置200也更包括其他 種類，如形成流動通道206之材料（例如，兩邊及一頂部 (以剖面表示））。流動通道206可以使用任何材料製造， 例如半導體或介電材料，而在合適實施例中，流動通道 206 係以聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS)製 造。 如上所述，合適地，一或多個奈米導線208係以提供 奈米導線懸浮液的方式給基板 200(例如奈米導線「墨 水」）。如第2圖所示，合適地提供奈米導線懸浮液係流 動奈米導線208於基板202表面及電極對207上（箭頭表 示示範流動方向，但其他方向也可使用），及/或利用壓力 通道塡充技術。在提供階段中，奈米導線懸浮液維持於通 道206內。當提供奈米導線時，懸浮液流經通道206及電 極對207上幫助對準奈米導線，合適地在流動方向上（例 如第2圖之箭頭）。在合適實施例中，通道206可以翻轉 以限制或消除重力影響（亦即，電極位於通道頂部而非底 部，因此奈米導線不會因重力而沈積在電極上）。其他提 供奈米導線至電極對上的方法包括習知之技術，但不限於 噴灑塗布（spray coater)、噴灑印刷（spray printing)、新月 形塗布（menisdus coater)、浸泡塗布（dip-coater)、條狀塗 布（b a r - c o a t e r)、凹版印刷塗布、M a y e r r 〇 d、 刮刀 -29- 200847496 (doctor blade)、擠壓成形、微凹版印刷、網板塗布（web coater)、刮刀塗布、線上或噴墨印表機。（請見例如美國 專利號6,936,76 1及6,3 5 8,643，其揭露內容包括在此做爲 參照） 提供奈米導線於電極對上（例如，透過因引入奈米導 線懸浮液至通道206)，藉由充能電極對以於電極對間產 生電場。要注意的是電場可於奈米導線產生/引入之前、 之後或期間產生。在此使用的「電場」及「電磁波場」交 替使用並係指對鄰近電荷之充電物體施加作用力。在此使 用的「充能電極對」或「充能」係指對任何合適提供電流 至電極，使電場產生於電極對的電極之間的機構或系統。 合適地，充能電極對以產生電場，係由在對準及沈積 的全部或部分過程產生一 AC電場來進行（雖然DC電場也 可使用）。在本發明和實施例中，藉由施加電流至電極上 以產生電場於電極對之間（亦即，兩電極之間）。例如，負 電極205可以透過直接電性連接（亦即接線或其他連接）至 連接一電源的負極的負電極端210，類似地正電極204可 以透過直接電性連接（亦即接線或其他連接）至一電源連接 的正極的正電極端2 1 2。當電流切換時，負極端及正極端 傳送電荷至位於基板的電極上，藉以使電場產生於電極對 207之間。在進一步實施例中，電場可以是脈衝電場，例 如脈衝AC電場。 電極對的充能創造之電場也可以藉由供應電磁波至電 極對207來產生。如習知技術，各種尺寸的波導器及構造 -30- 200847496 (例如圓柱、矩形）可以合適地用以直接施加電磁波（請見 例如 Guru， B.S. et al.5 ^Electromagnetic Field Theory

Fundamentals，” Chao ter 10， P W S Publishing Company， Boston，MA( 1 998))。本發明實際使用的波導器的操作頻率 可以輕易由熟悉此技藝者決定，合適地位於約100MHz至 10GHz之間，更合適地位於約 lGHz-5GHz、約 2GHz-3GHz、約 2·5 GHz，或約 2.45GHz。 當奈米導線遭遇產生於各種電極對間的AC電場時， 產生如上述及第3圖及第5圖所示之電場梯度。一淨偶極 矩產生於奈米導線而AC電場施加一轉矩於偶極上，使得 奈米導線平行電場方向對齊（如第3圖）。接著在一實施例 中，本發明提供對準奈米導線於一或多個電極對上的方 法。需注意本發明之對準及沈積方法可以應用在任何奈米 導線，包括CS、CSS及CNOS。 在合適實施例中，電極對的電極係被小於或等於奈米 導線長軸長度的距離所分離。任何長度的奈米導線可以使 用本發明之方法對準及定位。合適地，電極對的電極間的 距離係使奈米導線恰好延伸超過電極的第一邊緣。也就是 電極間的距離約等於，且合適地少於沈積之奈米導線的長 度。如第8a-8d圖、9a-9b圖及10a-10c圖所示，奈米導 線合適地恰好延伸超過第一邊緣而進入電極的中間。奈米 導線前端與電極材料重疊數十奈米至數微米。短於電極間 距離的奈米導線僅能夠稱接電極對中的一電極（假設完全 耦接），且合適地在後續步驟中移除（如果在電極與奈米導 200847496 線間僅有一接點）。類似地，實質上長於電極對之電極間 的距離的奈米導線跨越一或多個電極，且合適地在後續步 驟中被移除（因爲較大的接觸面積）。因此，本發明之方法 m提供從一個範圍的奈米導線尺寸中優先選擇特定長度之 奈米導線的方式，並對準及沈積奈米導線至電極對上。 本發明之方法也可優先決定關連及耦接之奈米導線爲 「直線」而非彎折或彎曲。因此，本發明也提供增加沈積 較佳直線奈米導線的好處，而非較不佳之彎折或彎曲的奈 米導線。在其他實施例，使用於本發明之各實施例的電極 可以有不同尺寸、幾何形狀及朝向。例如，電極對207之 第一電極（例如正電極204)可以包括大於第二電極（例如負 電極205)之奈米導線接觸面積。此處使用之「較大奈米 導線接觸面積」意味著電極對的一電極具有大於另一電極 之表面積，因此關連/耦接至電極對之奈米導線與第一電 極的接觸面積較大。使用具有較大奈米導線接觸面積的電 極能使奈米導線長於電極間的距離以實質上彼此平行對 準，且奈米導線能夠較接近配合電極對之電極間的距離。 因此，藉由利用一電極比另一電極之奈米導線接觸面積大 的電極對，正常情況下會對準錯誤或交錯之奈米導線，可 以實質上平行的方式對準，藉以使一群具有各種長度的奈 米導線達到關連及對準。 除了平行於AC電場的奈米導線外，施加介電泳動力 於奈米導線之電場梯度吸引奈米導線靠近電極對。如第5 圖所示，梯度在電極對處最高’並朝電極施加漸增之吸引 -32- 200847496 力。電極對的各電極的表面產生電性雙層，使得相反電性 的離子存在於電極處。在電場存在下，離子接著從電極遷 移並開始朝奈米導線盤旋。當離子接近相反電性的奈米導 線時，離子被相同電荷排斥然後直接回到電極而產生離子 循環模式。液體（例如奈米導線懸浮液）也產生循環，產生 與吸引奈米導線至電極之介電泳動力對抗的電滲透力。當 作用力達到平衡（或相對平衡）時，奈米導線被維持在定點 而與電極對產生關連。在此使用的「關連」及「固定」係 指奈米導線電滲透力及介電泳動力達到平衡，使得奈米導 線相對於電極對不移動或稍微移動（亦即，正交或實質上 正交於基板及電極對）。本文中這也稱爲「關連階段」。 在關連或固定狀態下，奈米導線合適地平行於電場對 準，但沿著電極邊緣具有足夠移動力（亦即電極表面上方 的平面）。例如，第8a圖繪示四電極對組（204及205)，各 包括多個與電極關連或固定之之奈米導線208，電場方向 如第8a圖所示（電場可以在任何方向，雖然通常會在實質 上垂直於電極的方向）。如第8a圖所示，奈米導線的主體 對準平行於電場的方向（亦即橫跨或垂直於電極）。在實施 例中當奈米導線懸浮液提供於基板及電極時，液體流動的 方向也會輔助奈米導線對準。在合適實施例中，液體流動 方向會與電場方向相同或實質上相同（雖然液體流動及電 場的方向相反，仍然可以輔助奈米導線平行於電場對 準)。 在關連或固定狀態下，奈米導線可以自由排列、遷移 -33- 200847496 及/或沿著電極長度對準。已經實質上對準電場的奈米導 線會傾向沿著電極對遷移直到接觸，及/或被最接近的相 鄰奈米導線排斥。當未對準的奈米導線接觸，及/或被最 接近的相鄰奈米導線排斥，實質上未對準的奈米導線會傾 向遷移而對準，而使各種施加於奈米導線上的作用力達到 平衡。奈米導線的橫向移動力（亦即，沿著電極對，垂直 於電場方向）能使奈米導線具有能夠使對準及關連事件的 時間序列發生，而不至於讓奈米導線叢集。也就是說，當 奈米導線持續施加於電極對（亦即來自懸浮液）其他奈米導 線能夠與電極關連，而之前已關連的奈米導線能夠自由移 動以讓出空間容納其他導線。 第9a圖繪示十一個電極對之序列，每一電極對包括 至少十條跨越電極之奈米導線。一般來說，在有少量重疊 或叢集之奈米導線的電極對中，奈米導線實質上對準相同 方向且以幾乎相同距離分離。第9b圖繪示十個電極對序 列，各電極對包括更高密度的奈米導線（至少每電極對約 2 0-30條奈米導線）。能夠與電極關連及最大耦接的奈米導 線的密度要視提供的奈米導線數量（例如，懸浮液內奈米 導線的濃度）、電極尺寸及電極對數量而定。奈米導線密 度例如從每〇 . 5微米1條奈米導線到每1 0 0微米奈米導 線，合適的密度約在1 -5微米一條奈米導線。 合適地，當以約5Hz至約 5kHz的頻率產生交流電 時，奈米導線與電極對的關連會發生。合適地頻率爲 10Hz到約 5kHz、約 10Hz到約 2kHz、約 10Hz到約 -34- 200847496 1kHz、約 100Hz、約 200Hz、約 3 00Hz、約 400Hz、約 500Hz、約 600Hz、約 700Hz、約 800Hz，或約 9〇〇Hz(雖 然也可用其他頻率）。合適地，爲了關連奈米導線與電極 對所產生的AC電場的振幅約0.1 V到約5V，合適地約 0.5V到約3V、約0.5V到約3V、約0.5V到約2V、約 0.6V、約 0.7V、約 0_8V、約 0.9V、約 1.0V、約 i.iv、 約 1.2V、約 1.3V、約 1.4V、約 1.5V、約 l.6V、約 1.7V、約1.8V、約1.9V。如本文的用法，當提到電場的 振幅値時，代表峰値相連之電壓（Vp_p)。當奈米導線爲 CSS及/或CNOS組成時，合適地使用這些範圍。 在將奈米導線與電極對關連後，調制電極對的該充 能，以使奈米導線耦接於電極對。調制電極對合適地包括 調制電極對間的AC電場。這裡使用的「將…調制」或 「調制」表示改變或調整該充能。例如，電磁波、電場或 電子訊號的頻率、振幅，或兩者皆可同時。調制「改變」 及「調整」包括增加減少該充能（例如電場或訊號）。例 如，AC電場的調制可以包括頻率調制、振幅調制，及兩 者不論是不同時或同時調制之組合。調制包括同時增加頻 率及振幅，增加頻率及減少振幅，及減少頻率及增加振 幅’以及同時減少振幅及頻率。增加及/或減少的時機可 以同時或不同時。 合適地，調制電極對間的該充能（例如AC電場）引起 奈米導線耦接或「鎖定」在電極對上。此處用的「.耦接」 或「鎖定」，係指奈米導線強烈被電極吸引，在持續頻率 -35- 200847496 調制或電流條件（通常是輕微電流）下不會持續移動或改 變，並維持對準狀態。在不被下列理論限制之下，假設在 AC電場調制之後’第1 1圖中的相反的作用力（介電泳動 及電滲透）之平衡被改變使得介電泳動力大於電滲透力， 因此奈米導線被吸引而比上述之「關連階段」時更靠近電 極。當奈米導線離電極之距離達到臨界時，例如凡得瓦爾 力之侷限力夠強而將奈米導線耦接至電極。如第1 1圖所 示，耦接或鎖定在電極對（204，205)的奈米導線208實質 上不移動。第8b圖繪示第8a圖相同的四組電極對在AC 電場調制後（從關連階段到耦接階段）之微影圖。在調制 AV電場至一使奈米導線發生的頻率及/或振幅後，奈米導 線幾乎立即被吸引至電極而實質上不能移動。如第8b圖 所示，導線與電極表面接觸，而藉由凡得瓦爾吸引力（或 其他作用力）耦接至電極的末端，在微影圖中發光（第8b 圖之箭頭）。過程的影片顯示導線不再能夠如第8a的關連 階段進行遷移、重新排列、對準或移動。 電極對的該充能之調制，合適地調制AC電場的頻 率，包括增加電場的頻率（從關連階段的頻率開始）至約 1 kHz到約5 00kHz之範圍，合適地約1 kHz到約400kHz、 糸句 IkHzgJ 約 3 00kHz、約 IkHzgl,約 200kHz、約 1kHz S1 約 100kHz、約 10kHz 到約 100kHz、約 20kHz 到約 100kHz、約 30kHz 到約 100kHz、約 40kHz 到約 100kHz、 約 50kHz 到約 100kHz、約 60kHz 到約 100kHz、約 70kHz 到約 100kHz、約 80kHz到約 100kHz、約 90kHz到約 -36- 200847496 100kHz ’或約100kHz。需瞭解也可以利用其他在此描述 之前的頻率範圍。調制頻率也包括減少A C電場的頻率， 例如減少頻率至約1Hz到約10Hz。 調制AC電場的振幅也包括增加電場振幅（從上述關 連階段的振幅開始）至約2V到約20V之範圍，合適地約 2V到約10V、約3 V、約4V、約5 V、約6V、約7V、約 8V或約9V。需瞭解也可以利用其他在此描述之前的振幅 範圍。調制振幅也包括減少AC電場的振幅，例如減少 振幅至約〇. 〇 1 v約0.1V。 在本發明合適實施例中，AC電場的頻率及振幅被同 時或實質上同時（例如彼此相差數分鐘）調制。例如，頻率 及振幅可以從關連階段使用的振幅値增加，藉以使奈米導 線耦接至電極。例如，在關連階段使用的頻率及振幅，例 如約1 0Hz到約1kHz之間，及約0.5V及2V之間，可以 增加至奈米導線耦接至電極上的範圍，例如約1 kHz到約 100kHz之間，及約2V到約10V之間。在合適實施例 中，於關連階段使用的頻率及振幅値例如約5 0 0 Hz及 1V，被調制至約10kHz及1¥，及約1〇]^2，或約10〇]^2 及約4V。 在本發明其他實施例中，頻率及振幅可以分開調制。 也就是說，例如，在關連階段，電場的頻率首先可以從使 用値增加至較高頻率，接著電場頻率可以稍後增加（或者 振幅可以在頻率前被調制）。例如，振幅可以在頻率增加 後約幾秒、幾分鐘或數分鐘（例如5、10、20、30、40分 -37- 200847496 鐘）後增加。合適地，關連階段使用的頻率及振幅範圍， 例如約10Hz及約1kHz之間，及約0.5V及2V之間，可 以增加至奈米導線耦接至電極的範圍，例如在約1 kHz及 約100kHz之間，及約2V及約10V之間。 在本發明進一步實施例中，在奈米導線最終耦接至電 極上之前，在調制振幅之前的頻率調制更可以用來對準奈 米導線。例如，在關連階段使用的頻率及振幅範圍，例如 約1 0Hz及約1 kHz之間，首先可以僅增加頻率來調制， 例如從10kHz到約100kHz，而維持振幅在關連階段的位 準，例如約〇·5 V及2V之間，合適地約IV。已確認維持 電場振幅在一相對低振幅（例如1 V的峰値），然後調制振 幅頻率從約500Hz至約100kHz，與電極關連的奈米導線 會遷移並重新排列使得在部分案例中奈米導線比起關連階 段達到較佳對準（亦即較少導線交錯或呈交角而彼此不平 行）。 這樣調制（例如增加）頻率的方式，也被注意到可將在 關連階段交錯或彼此接觸的奈米導線解交錯或解糾纏。假 設在電極表面有足夠可用空間（亦即密度不過高），奈米導 線可以被解交錯或重新排列使得較多奈米導線在調制後比 在調制前平行。例如，如第1 〇a圖及第1 〇b圖所示，第 1 0a圖中最初交錯的奈米導線在調制階段能夠遷移及重新 排列，而成第1 〇 b圖之解交錯狀態。這階段在本文中稱爲 「調制對準」，是除了在關連階段發生的對準外之對準階 段。需瞭解調制對準階段在本發明實行上並非關鍵而可忽 -38- 200847496 略，本發明之方法可以直接從關連階段進行到耦接階段。 在奈米導線在調制對準階段（若有使用）達到充分對準 後振幅接著被調制而使導線耦接到電極上（見第1 0c圖， 注意奈米導線耦接至電極的奈米導線尖端）。需瞭解當調 制對準階段後的額外頻率調制並非必要時，可以用額外頻 率調制使奈米導線耦接至電極。在合適實施例中，電場的 振幅從關連階段（及調制對準階段）所用的範圍增加，從如 約0 · 5 V到約2 V之間’至奈米導線親接所用的振幅範 圍，例如增加至約2 V到約1 0 V，合適地爲4 V。 當上述調制頻率及振幅可以用在任何奈米導線組成/ 結構，合適地可使用於核心-殼層-殼層（CSS)及/或核心-無 氧化物-殼層之組成的奈米導線。當使用CSS及/或CNOS 奈米導線時，最外層的殻層合適地爲金屬或其他具有表面 電荷（正或負）的材料。在溶液中，最外層殼層吸引相反電 荷離子在奈米導線的表面上形成一電雙層，奈米導線上的 表面電荷輔助關連及耦接描述於上述理論的章節中。當奈 米導線因靠近而傾向於彼此排斥，形成於奈米導線上的電 荷層也減低、限制或消除交錯及/或叢集的奈米導線。當 奈米導線與電極關連/對準，奈米導線的橫向移動力伴隨 著排斥表面電荷提供足夠的移動，使交錯的奈米導線能夠 解交錯並沿著電極分佈（例如請見第1 〇a及1 〇b圖）。 當定位包括核心-殼層（C S)結構（例如s i Ο 2 )的奈米導 線時’可能需要較高頻率及/或振幅的AC電場以關連或耦 接奈米導線至電極上。例如奈米導線關連可能需要產生具 -39- 200847496 有頻率約1kHz到約50kHz，較合適地約 5kHz到約 20kHz，或約 10kHz ;及振幅約 1V到約 10V，合適地約 2V到約5V，或約2V的AC電場。CS奈米導線的奈米導 線耦接可能需要調制AC電場的頻率爲約50kHz到約 500kHz，合適地約75kHz到約200kHz，或約100kHz，以 及振幅調制爲約3 V到約1 0V，合適地約3 V到約5 V，或 約4V。不包含外層（金屬）殻層，因而外層充電的奈米導 線’通常可能需要產生比包含外層金屬層（及CSS)的奈米 導線更高的頻率及/或振幅以達成關連及/或耦接。 因此’在合適實施例中，本發明提供從導體及半導體 (例如CS半導體）奈米導線混合物分離一或多個導體奈米 導線（例如CSS導電奈米導線）的方法。如上所述，CSS奈 米導線合適地包含一外層或金屬層，提供包含一或多個導 體奈米導線及一或多個半導體奈米導線的溶液鄰近一電極 對°電極對接著充能，藉以使導體及半導體奈米導線與電 極對關連。然後，調制該充能，藉以使導體奈米導線耦接 至電極對上。接著，移除半導體奈米導線。 於電極對之間產生AC電場的合適方法已經在全文中 描述’包括直接電性連接及電磁波。於關連階段有用的 AC電場例如包括具有頻率爲約1〇ίίζ到約5kHz，及振幅 爲約0 _ 5 V到約3 V的a C電場。藉由增加頻率至約1 k Η z 到約500kHz，但維持或增加AC電場的振幅爲IV到約 4V的AC電場調制較佳地固定及鎖定導體奈米導線（例如 C S S奈米導線），而不耦接（鎖定）半導體奈米導線。後續的 -40- 200847496 移除未耦接半導體奈米導線，提供選擇性從懸浮液移除導 體奈米導線的方法。因此，耦接至電極的導體奈米導線可 以利用在各種應用，類似地，遺留在溶液（實質上無導體 奈米導線）中的半導體奈米導線也可利用於其他應用。 在進一步實施例中，對準、關連及耦接可以使用一端 η型摻雜而另一端p型摻雜的奈米導線進行。使用兩種不 同摻雜，產生施加電場時具有兩誘發偶極的奈米導線。電 子在η型摻雜材料比在ρ型摻雜材料的移動性高，奈米導 線的η型摻雜「端」具有比ρ型摻雜「端」較強的偶極。 因此，奈米導線的摻雜差異，產生預定方向的對準及沈 積。例如可以用電極組（例如三個或四個電極，也可用更 多電極）其中一對電極之充能位準高於第二對。合適地電 極組中的電極對被定位，使得電極對與另一對電極，例如 彼此相鄰或上下交疊（例如成排定位於基板上）在相同平 面。如全文中記載奈米導線被吸引靠近電極組。然而，由 於兩電極間的電場較高，奈米導線的η型摻雜端傾向於關 連及耦接電極，而奈米導線的Ρ型摻雜端關連及耦接較低 電場的電極對。如此一來，奈米導線可以對準在設定方向 上使實質上全部的奈米導線（例如大於50%、大於60%、 大於70%、大於80%、大於90%，合適地約100%的奈米 導線）對準在相同朝向及方向（亦即η型摻雜端皆指向相同 方向）。這樣的對準及沈積在製備奈米導線陣列，例如做 爲二極體特別有用，全部奈米導線的η型摻雜端一起定位 在電極組的一側上。 -41 - 200847496 在使用波導器或類似工具產生電場的實施例中，奈米 導線對準、關連及耦接可以發生在單一步驟中。也就是說 不需要（但亦可使用）頻率及/或振幅調制即可達成耦接。例 如，當利用波導器時，利用1GHz到約5GHz等級的頻率 產生電場。合適地，約2GHz到約3GHz，或約2.3GHz到 約2.5GHz，例如約2.45GHz的頻率。波導器產生的電場 的振幅合適地等級約爲1 V到約1 0V。這種等級的頻率產 生的電場會使奈米導線實質上在同一時間對準、關連及耦 接。使用波導器產生電場後，奈米導線即被對準、關連及 耦接到電極對上，合適地接近一連續步驟或動作。因此不 需要頻率及/或振幅的分開調制（雖然可使用調制）來耦接奈 米導線至電極。 在其他實施例中，奈米導線懸浮液僅置於電極對207 頂端，而懸浮液無流量，因此奈米導線在對準及沈積之前 爲靜定懸浮。施加電場後，奈米導線即如全文所述產生關 連及耦接。然而，由於缺少流體流量，奈米導線在沈積前 不會預對準。這讓奈米導線沈積在彼此正交的方向上（例 如在X及y方向上）。例如，如第12圖所示，僅需在預定 朝向上提供奈米導線，奈米導線可以對準及沈積使彼此朝 向相垂直。除了沈積在X及y方向上外，奈米導線可以沈 積在任何方向或朝向上。這些實施例在經常需要在不同朝 向，包括彼此垂直的朝向上配置導線的電子裝置建構時特 別有用。 在進一步實施例中，在電極對間配置一或多個金屬元 -42- 200847496 件可以強化或輔助奈米導線對準及沈積。例如’如第13 圖所示，沈積或對準一或多個金屬元件1 3 02 ’例如金屬 帶於一電極對的電極204及205之間輔助奈米導線208對 準在電極上。任何合適地金屬可使用在本發明的方法，例 如Al，Cu5 Fe，Au，Ag等，或其組合。第13圖繪示奈米導 線以實質上直線及對準狀態對準並沈積’每個奈米導線沈 積在一對金屬元件之間。藉由選擇金屬元件1302的尺寸 及朝向，奈米導線之間的配置可以被控制及修改，以達到 等間距、平行、對準的奈米導線之關連及耦接。 本發明也提供定位一或多個奈米導線的方法。在這些 方法中，提供一或多個奈米導線鄰近一電極對設置。接著 充能電極對，其中一或多個金屬元件定位於電極對的電極 之間，使相鄰奈米導線之奈米導線間距之變化小於約5〇% 的標準差。在進一步實施例中，該方法更包括調制電極對 間的該充能，藉以使奈米導線耦接至電極對上’其中一或 多個金屬元件定位於電極對的電極之間’使相鄰奈米導線 之奈米導線間距之變化小於約50%的標準差。請見第13 圖。本發明提供定位奈米導線使相鄰奈米導線之奈米導線 間距可以被控制在與平均距離相比50%標準差以內。在此 使用的，相鄰奈米導線係指已關連及/或已耦接之奈米導 線，彼此之間相鄰且之間沒有其他奈米導線。在此使用的 奈米導線間距，係指相鄰奈米導線之距離。在此論述的以 奈米導線間距爲準之標準差，係指奈米導線間距的平均値 之標準差。奈米導線間距的平均的標準差很容易計算’首 -43- 200847496 先計算奈米導線間距的平均値（奈米導線間距總和/距離的 數量）。平均的標準差（σ)計算如下：

其中Xi表示個別奈米導線間距，x-bar爲奈米導線間 距的平均，N是奈米導線間距的數量。 利用本發明包括定位於電極間的金屬元件之方法，相 鄰奈米導線之奈米導線間距可以控制在與平均値相比之變 化小於50%的標準差。例如，與平均値相比小於40%、小 於3 0 %、小於2 0 %、小於1 0 %的標準差。 在更進一步實施例中，——電極對的一電極可以在同一 平面上包括兩個或更多電極（亦即，分離電極結構），各電 極連接至一 AC電場的分離源。在這些實施例中，AC電 場可以同時產生於分離電極結構之間以及其他電極對之 間，使分離電極結構的其中一電極處之AC電場被調制’ 而另一電極不調制下，供奈米導線關連及耦接。在此一結 構中，實質上一較佳長度之直線奈米導線與分離結構之調 制電極關連及耦接，而未調制電極吸引零星、不需要的奈 米導線，並在對準過程中移除。如此一來’可以達成實質 上平行與均勻的奈米導線沈積。 ， 在奈米導線耦接至電極上後，未耦接奈米導線接者I 電極對上移除以實質上消除未完全對準、重疊、交錯’或 與電極對耦接不良的奈米導線。耦接階段後要移除的奈沐1 -44 - 200847496 導線在此稱爲「未耦接奈米導線」。可以使用任何合適的 移除未耦接奈米導線方法。例如未耦接奈米導線可以使用 小鉗子（tweezer)(例如光學鉗，例如請見美國專利號 6，941，0 33、6,897，950及6,846,084，各專利之揭露內容包 含在此做爲參考）或類似工具，或藉由搖動或實體移去未 耦接奈米導線。合適地，未耦接奈米導線可以藉由沖掉奈 米導線來移除。 在此使用的「沖掉」包括流體（氣體或液體）流過或流 經奈米導線，以從電極對上移除奈米導線。沖掉也包括轉 移或移除電極對，已產生流體流動於奈米導線上。在合適 實施例中，流動液體於奈米導線上包括僅施加一液體至奈 米導線並使液體以一速度移動通過奈米導線上’使未耦接 奈米導線被沖掉。沖掉未耦接奈米導線的流速可以使用任 何習知方法產生，包括但不限於重力、噴頭或噴灑裝置、 吸引裝置及類似裝置。如第8 c圖所示’合適地流體方向 係平行於奈米導線，因而垂直於電極對，然而任何流體方 向都可使用。如第8c圖所示，未完全耦接至電極之未耦 接奈米導線（208)在流體中被沖掉。第2圖之箭頭表示使 用裝置200時流體的範例方向。需瞭解當預計移除許多但 非全部之未耦接奈米導線時，可能會留下一些接觸電極對 的未耦接奈米導線。熟習此技藝者可易於瞭解’留下的未 耦接奈米導線對於耦接奈米導線的使用不會有顯著的損 害。任何合適流體可以用來沖掉未耦接奈米導線’例如 IPA溶劑、水或其他水溶劑及類似物。合適地’溶劑可以 -45- 200847496 是最初包含奈米導線的溶劑，只是懸浮液中不存在其他奈 米導線。沖掉奈米導線可以任何相對於奈米導線之方向進 行（亦即，平行、垂直或其他朝向）。當奈米導線耦接至電 極上因而固定在位置上，流體流況不會擾動耦接，即使流 動垂直於奈米導線排列的平面。 除了從電極對移除一或多個未耦接奈米導線外，奈米 導線也合適地在耦接階段後弄乾。一般來說，弄乾係在移 除未耦接奈米導線後進行，但不必在弄乾前移除未耦接奈 米導線。弄乾奈米導線可以藉由任何習知之合適方法進 行，例如，在空氣（靜止或動態）中蒸發、使用烤箱或其他 合適裝置加熱，或其他機制。第8d圖繪示弄乾過程後未 耦接導線的微影圖。 第1 4 a圖繪示流程圖1 4 0 0，繪示根據本發明一實施 例奈米導線之對準及沈積方法。於流程圖1 4 〇 〇之步驟 14 02，一通道例如第2圖之通道206，首先塡充合適的溶 劑，例如IPA。要注意最初的通道塡充並非必要。於步驟 1 4 0 4，接著塡充奈米導線懸浮液至通道，例如奈米導線墨 水。如全文記載，不必使用通道，而可以將奈米導線懸浮 液直接置放於電極對上。然後·，於步驟1 4 0 6，奈米導線 關連或固定於電極上。在合適實施例中，接著調制電場以 對準奈米導線1 4 0 8。如全文描述，合適地對準調制階段 包括增加頻率至約10kHz到約100kHz使交錯或對準不良 的奈米導線遷移並對準電極。如全文論述，對準調制階 段，步驟1 04並非必要’可從本發明之方法忽略二 •46- 200847496 在對準調制之後（若不使用對準調制則在關連之後）， 於步驟1 4 1 0，奈米導線接著耦接或鎖定於電極對上。合 適地，藉由從關連階段增加頻率及振幅來調制電場。然 而，在使用調制對準階段之實施例中，合適地只有電場振 幅增加，然而頻率亦可增加（若需要亦可減少）。 於步驟1 4 1 2，接著使用任何在此描述之方法或其他 習知技術從電極對被移除或釋放未耦接奈米導線。合適 地，藉由流動流體（例如IPA)於奈米導線上釋放或移除奈 米導線。 從電極對上移除未耦接奈米導線之後，於步驟 1 4 1 4，決定藉由本發明之對準及沈積方法完成之奈米導線 數量或密度是否足夠（亦即步驟1402-1412)。此一決定分 析可以藉由任何方法檢查電極對，例如，藉由視覺檢查 (顯微鏡或其他合適裝置），或藉由使用電子或其他訊號監 測電極對上之奈米導線的數量及/或密度。「足夠數量的 奈米導線」可以是預先設定的奈米導線數量、在沈積時決 定之奈米導線數量、或是根據電性或其他導線特性決定之 奈米導線數量。例如如全文所論述，「足夠數量的奈米導 線」可以藉由量測阻抗、電容、電阻或其他耦接至電極對 之奈米導線特性來決定。 假設足夠數量的奈米導線已經耦接至電極對，步驟 1 4 1 4之決定分析會接著於步驟1 4 1 6回覆「是」，接著於 步驟142 0合適地會啓動最終沖掉奈米導線的步驟。在沖 掉奈米導線後（或在步驟1 4 1 6的「是」決定之後），在步 -47- 200847496 驟1 422弄乾奈米導線。 假設決定已耦接至電極對的奈米導線數量不足，步驟 1 4 1 4的決定分析會於步驟1 4 1 8回覆「否」。「否」意味 著耦接至至少一電極對的奈米導線的數量不足。因此’爲 了提供其他奈米導線耦接，重複步驟1 406至1412。需注 意其他奈米導線例如也可以如步驟1404以引入奈米導線 懸浮液的方式提供。在其他奈米導線對準及沈積後，進行 步驟1 4 1 4之決定分析。在決定分析終了時，已經沈積足 夠數量的奈米導線（回覆「是」），接著步驟1416、1420 及 1 422會進行，或奈米導線的數量仍未足夠（回覆 「否」），並重複步驟1406-1412。這種反饋式迴圈可以視 必要性重複許多次（例如2、3、4、5、1〇、15、20、50、 1 00次等），直到足夠或預期數量的奈米導線與電極對耦 接爲止。 第^ 1 4b圖及1 4c圖繪示根據本發明實施例之奈米導線 對準及沈積示範序列。在所有圖中，X表示示範對準及沈 積步驟的一串步驟，例如，對應第14a圖之步驟1402-1 422。需注意在連續步驟之間的時間並不代表步驟間的距 離，因爲部分步驟在其他步驟之後快速接續進行，而其他 步驟則間隔較長時間。在第1 4b圖中，上方的圖表示各步 驟之AC電場的電壓及頻率。如第14b圖所示，合適地當 溶劑及/或奈米導線懸浮液添加至電極對時，在通道（例如 第2圖之通道20 6)塡充步驟（1402及14 04，沈積步驟〇及 1)期間電場爲關閉（亦即振幅及頻率爲零，或很低）。 -48- 200847496 當關連階段開始後，以步驟1 4 0 6及第1 4 b圖之沈積 步驟2爲代表’ AC電場的振幅及頻率都被打開/增加使得 奈米導線關連及對準開始。在此描述關連階段期間所使用 的合適的振幅及頻率。例如，如第14b圖的上方圖式，合 適地電場的振幅（電壓V)約爲0.5V到約2V，例如，約 IV。第14b圖上方圖式繪示的電場頻率合適地約1〇〇Hz 到約1kHz，例如，約500Hz。 如沈積步驟來到步驟3，第14a圖之步驟1408表示 調制對準步驟，AC電場的頻率被調制，例如增加。如全 文論述，合適地’在調制對準階段，只有電場頻率增加， 不過振幅也可以增加。合適地，電場的頻率增加到約 10kHz到約100kHz之間（例如第14b圖所示之l〇kHz)，而 維持振幅在關連階段的位準，例如約0.5 V及2V之間， 合適地約1 V。 來到沈積步驟4，耦接或鎖定階段（以第〗4a圖之步驟 1 4 1 0表示），AC電場的振幅被調制以使奈米導線耦接至 電極。如全文之論述及第14b圖所示，合適地AC電場的 振幅增加，而維持頻率於先前之位準（雖然頻率也可以增 加）。合適地AC電場的振幅增加至約2V到約1 0V之間， 例如到約4V，以啓動奈米導線耦接階段。 在奈米導線耦接之後，合適地將 AC電場關閉。例 如，電場的頻率及振幅減低到零，或實質上減爲低値。這 樣可移除未耦接奈米導線（步驟1 4 1 2)。在決定使否需要重 複對準及沈積過程之前’可以確認是否已經沈積足夠數量 -49- 200847496 的奈米導線（步驟1 4 1 4)。假設確認已沈積足夠的奈米導 線，接著可以弄乾奈米導線。 第1 4 b圖的圖式以任蔥單位表示沈積過程期間溶劑 (例如IP A)的流量及奈米導線懸浮液（奈米導線墨水）。沿 著X軸的沈積步驟對應上述第14b圖上方圖式的相同步 驟。起初’在步驟0的通道塡充，步驟1 402，未引入奈 米導線懸浮液，只有溶劑在電極上流動，相對於後續步驟 具有較高的速度/體積。於步驟1引入奈米導線懸浮液 後，奈米導線的流量即開始增加，而溶劑的流量減少，使 奈米導線於步驟2發生關連’而維持流體流量輔助奈米導 線對準。在步驟2之後，奈米導線懸浮液被關閉，在步驟 2-4僅留下溶劑流量，即關連（步驟丨406)、調制對準（步驟 1408)及耦接（步驟1410)。在耦接步驟5(步驟ι41〇)完成 後，溶劑流量增加以輔助步驟6 (步驟1 4 1 2 )移除未耦接奈 米導線。在決定分析過程（步驟141 4)維持升高的流量，並 在所有奈米導線喊準及沈積完成後，進入步驟7 (步驟 1420)後又再升高，以於步驟8(步驟1 422)弄乾前進行最 終電極沖刷。 第1 4 c圖繪示根據本發明一實施例之其他奈米導線沈 積方法的序列。振幅及頻率調制（上方圖式）的序列與第 1 4b圖相同。然而，溶劑的流量與奈米導線懸浮液方面則 爲第14b圖之以外之另一示範方案。在第14c圖的下方圖 式中，奈米導線懸浮液的流量的序列與第1 4b圖中的相 同。然而，與第1 4 c圖之步驟2 - 6相比，溶劑的流量則增 -50- 200847496 加約2倍（流量以任意單位表示）。需瞭解第14c圖僅表示 本發明溶劑流量增加的其他實施例。不應認定流量增加必 須爲兩倍，可以使用更多或更少流量。 .在更進一步實施例中，根據在此所述之方法，本發明 提供包含一或多個奈米導線之一或多個電極。合適地，電 極包括電極對，且各電極對包括複數個奈米導線（例如多 於2、多於5、多於10、多於2 0、多於5 0或多於10 0條 奈米導線）親接或固定在電極上。如全文之論述，本發明 之方法使奈米導線對準及沈積在電極對上，使實質上全部 沈積的奈米導線實質上彼此平行且相對均勻配置。這有助 於使用在裝置中的奈米導線，並有助於轉移奈米導線至其 他基板或裝置接點。 在本發明進一步實施例中，耦接至電極上的奈米導線 可以轉移至基板，合適地，在轉移前奈米導線已經被弄 乾。雖然還未弄乾的奈米導線也可以轉移。在此使用的 「轉移」表示從一轉移基板上的電極移動或重新定位奈米 導線到一接收基板上。本發明之轉移方法使用之接收基板 包括任何合適材料，例如，半導體、介電材料等。合適 地’使用在轉移方法的接收基板包括一或多個裝置電極或 其他具有待轉移奈米導線於其上的合適接點（例如汲極、 閘極或源極電極）。例如，如第1 5圖所示，先前已經親接 至一轉移基板1 508上的電極對（204，05)上的奈米導線 2〇8可以轉移到一接收基板ι5〇2，接收基板15〇2包括其 他接點’或圖案化或定位在其表面上的電極（15〇4，5〇6)。 -51 - 200847496 單一奈米導線可以一次轉移（例如請見第1 5圖之虛線）， 或複數奈米導線可以從電極轉移到基板/接點上。 在合適實施例中，本發明之轉移方法提供「印刷」奈 米導線到一包括一或多個接點或電極的轉移基板上。例 如，轉移基板1 5 0 8，包括一或多個包括一或多個奈米導 線208之電極對（204，05)，可用做類似「印刷」頭的作 用。也就是說，——或多個耦接至轉移基板上的電極（例 如’使用全文描述之方法或過程）的奈米導線轉移到接收 基板1502上的合適接點（1 5 04，：1506)，可以僅藉由定位轉 移基板（接收基板也可定位）使奈米導線可以從電極對轉移 到接點上。例如，轉移基板可以定位在接收基板上，接收 基板包括一接點且接著奈米導線被帶至一相對於接點之位 置，使導線可以從電極轉移到接點。這過程可以視需要重 複多次，根據接收基板上的接點重新定位轉移基板，使奈 米導線可以轉移到接收基板上的不同位置。單一奈米導線 或複數個奈米導線可以從電極轉移到接點上。這樣一來， 本發明的轉移方法提供一種印刷類型，讓奈米導線以精確 的方式從電極轉移到接點。 本發明也提供定位一或多個奈米導線至一基板上的方 法。合適地該方法包括提供一或多個奈米導線於一懸浮液 (例如奈米導線墨水）並充能電極對，藉以使奈米導線與電 極對關連（亦即關連階段）。在示範實施例中，電極對的該 充能包括於轉移基板上的一電極對之間產生一 AC電場。 本發明之轉移方法的關連階段使用之合適的AC電場特徵 -52- 200847496 如全文所描述。電極對的該充能接著被調制，藉以使奈米 導線耦接到電極對上（亦即耦接階段）。例如電極對之間的 AC電場係被調制。在本發明之轉移方法的耦接階段使用 之合適的AC電場調制於全文中描述。然後，從電極移除 未耦接奈米導線，然後轉移耦接奈米導線到基板上，合適 地轉移到接收基板上的接點或電極。根據本發明之方法， 本發明也提供包括一或多個奈米導線的基板。如全文所描 述，本發明的方法可以使奈米導線對準或沈積，使實質上 全部的奈米導線彼此平行。如此可以更容易轉移奈米導線 至一最終基板及/或裝置接點。 在其他實施例，包括電極及耦接奈米導線的基板可以 用作裝置基板。例如電極本身可以是最終使用在最終裝置 結構上的接點。在其他實施例中，電極可以使用合適的習 知之蝕刻劑蝕刻移除（例如一般商用之輕微的鐵氰鹼化物 蝕刻劑），已移除電極並留下對準、定向的奈米導線。飩 刻可以在任何奈米導線轉移之前，或奈米導線轉移到一轉 移基板接點之後進行，僅留下奈米導線，及極少、甚至沒 有殘留電極材料。 在進一步實施例中，本發明提供控制定位奈米導線於 電極對上之數量的方法。在合適實施例中，根據本發明的 各種方法，該方法包括定位一或多個奈米導線。接著，施 加一訊號至電極對上並監測該訊號。然後，當訊號達到一 預設値時，停止定位奈米導線至電極對上。藉由監測電極 對上的電子訊號，可以控制奈米導線的數量。因此，一旦 -53- 200847496 獲得預設之訊號，本發明的沈積過程即可以停止。 第16a圖及16b圖繪示根據本發明合適實施例之奈米 導線沈積監測裝置。裝置1 600更包括一訊號產生器 1 6 04，訊號產生器1 604提供一電子訊號至DUT 1 602。合 適地，訊號產生器1604係爲一波形產生器，同樣也是AC 電場的來源，用於全文描述到的關連、調制對準及耦接階 段。訊號產生器1 604所產生的訊號首先施加在 DUT 1 602，例如，藉由施加一波形至一電極對的一電極（或是 數個電極，各電極係爲複數的電極對中的其中一個）。電 極對（或複數電極對）的相對電極（亦即，未連接到訊號產 生器1 604的電極），係串連至一負載電阻（RL) 1 606。傳播 通過DUT的訊號通過負載電阻1 606並接著回到訊號產生 器。通過負載電阻1 606的訊號被鎖定分析器1 608監測， 鎖定分析器包括一訊號監測裝置（例如示波器），以決定通 過DUT的訊號特性。例如，可以監測訊號的頻率、振 幅、相位改變等，例如使用一示波器。鎖定分析器1608 合適地比較負載電阻1 606處的訊號及訊號產生器1 604提 供之一參考訊號。當於鎖定分析器1 608觀察到/量測到一 預設訊號，本發明之裝置提供停止沈積奈米導線的機制。 該機制可以是透過人員監測，或透過設定電腦進行電子或 自動監測，當達到一預設値時，即停止沈積。提供利用一 預設訊號値控制奈米導線的對準及沈積數量之本發明之實 施例於本文中之描述爲「主動」監測及控制。 在本發明之合適實施例中，在DUT監測的訊號（亦即 -54- 200847496 於負載電阻1 606處）係爲一種會隨著其他導線對準及沈積 (耦接）於電極對（DUT)上而改變或變化的訊號。使用本發 明之方法、系統及裝置進行監測之合適的訊號種類例如包 括但不限於阻抗、電壓、電容及電流，基本及複雜波形及 類似訊號，對於熟習此技藝者爲顯而易見的訊號。 在進一步實施例中，量測跨越負載電阻Rl的訊號係 饋入一類比數位轉換器，且數位訊號接著被電腦、數位訊 號處理器或類似物放大。然後，如上述監測這個訊號以確 認何時沈積完成預設數量的奈米導線。 例如，當沈積/耦接一奈米導線至一電極對上，在電 極處的訊號阻抗隨著愈來愈多奈米導線耦接到電極而改 變。熟習此技藝者可輕易暸解，電極對阻抗會隨著奈米導 線沈積並連接兩電極而改變。因此可以監測阻抗的實部及 虛部，使當其他奈米導線耦接到電極對上時，兩個訊號其 中之一（或兩者）（亦即阻抗的實部或虛部）發生改變。更仔 細地說，例如，藉由鎖定分析器1 608監測的訊號爲DUT 處阻抗的虛部。因此，監測負載電阻1 606處（以及DUT 1 602處）的阻抗提供決定及控制沈積於電極對處之奈米導 線數量的方法。 當監測DUT處的訊號，可以選擇一預設定或預設値 (例如臨界値），當達到此數値時，裝置1 600提供已經沈 積需要或所欲之奈米導線於電極上的數量的訊號或其他回 饋訊號。例如，可以設定一預設阻抗値，當已經沈積足夠 數量的奈米導線時，DUT處的阻抗値（例如阻抗的虛部）達 55- 200847496 到、通過或極接近預設値。此時，達到此一預設値之鎖定 分析器提供此一數値已達成之某種回饋訊號或訊號。根據 本發明，一旦達到預設値，奈米導線沈積過程合適地停 止。可以使用任何合適方法停止奈米導線沈積過程，例如 降低電極對間的電場，藉以停止奈米導線沈積在電極對上 (於利用本發明對準及沈積奈米導線之實施例）。其他停止 奈米導線沈積的合適方法包括移除奈米導線來源（例如奈 米導線懸浮液）、從來源移除電極（例如把基板抽離懸浮液） 或其他根據使用之沈積方法的合適方法。 第16b圖繪示根據本發明之其他裝置1620。相較於 第16b圖之裝置1 600，裝置1 620也包括一測試裝置（DUT 16〇2)(—或多個電極或電極對）、一訊號產生器1 604、一 負載電阻1 606及鎖定放大器1 608。裝置1 620更包括電 阻HJ 622及R2 1 626。藉由將開關1 624定位在合適朝 向，電阻Ri合適地與DUT 1 602平行置放，並與R2串 連。藉由訊號產生器1 604產生之訊號使訊號傳送到電極 對的兩電極（以DUT 1 602表示）。 如第16a圖所示，在負載電阻1^處監測的訊號係用 以決定何時達成沈積所需的奈米導線數量於電極上。R2 例如可以包括在監測迴路或旁通（bypass)，但將開關1624 移動至R2從迴路移除的位置。如第16a圖所示，當奈米 導線沈積/耦接在電極對上時，訊號的阻抗（或其他訊號的 特性）會隨著更多奈米導線耦接於電極上而改變。阻抗的 實部及虛部可以因而被監測，當其他奈米導線耦接至電極 -56- 200847496 對上時，其中一訊號（亦即，阻抗的實部及虛部）（或兩者） 會發生改變。合適地鎖定分析器1 60 8監測的訊號係爲 DUT處之阻抗的虛部。因此，監測負載電阻1 606處（以及 DUT 1 602處）的阻抗提供決定及控制沈積在電極對上的奈 米導線數量的方法。 圖式16a及16b繪示之裝置在全文中稱爲裝置的「主 動」監測系統。當系統需要藉由鎖定放大器監測時，接著 產生某種回應以停止或終止奈米導線沈積，因此該系統爲 主動監測系統。 在其他實施例中，本發明也提供「被動」監測系統及 裝置。在被動系統中，不使用鎖定放大器或其他主動監測 電極處之訊號的系統（及/或當已沈積足夠數量的奈米導線 後主動回應），將裝置設計爲將電阻與DUT平行置放，例 如第1 6b圖之Ri。DUT處的電場（例如電極對之間）不足 以關連及/或耦接任何其他奈米導線。因此，僅連接電極 對之間的電阻與耦接的多個奈米導線’即可決定臨界電 阻。接著，選擇合適的臨界電阻Ri，可以設置被動監測 系統，當預設數量的奈米導線耦接於電極上時’電阻會降 到臨界電阻Ri之下’因而不會繼續進行電場沈積。因 此，提供了被動監測系統。 在更進一步實施例’本發明提供包括一或多個電極對 的基板，其中預設數量的奈米導線以沈積於電極對上’且 其中奈米導線的數量根據本發明之方法進行控制。如在此 所描述的，本發明之裝置及系統可控制奈米導線沈積’使 -57- 200847496 預設數量的奈米導線可以耦接至電極對上，並接著停止沈 積，不再沈積其他奈米導線。藉由監測及控制個別電極 對，可以準備多個電極對，各電極對包括預設數量的奈米 導線。 在合適實施例中，個別監測基板上的複數電極對（雖 然也可以一起監測一個以上的電極對），當預設數量的奈 米導線沈積在電極對上，即停止沈積（合適地停止沈積僅 與特定電極對有關），但繼續沈積其他電極對。本發明之 方法的最後結果是各電極對包括實質上相同數量的奈米導 線。因此本發明提供包括至少四電極對的基板（例如至少 5、至少10、至少20、至少30等）且至少四個奈米導線 (例如至少5、至少10、至少20、至少50、至少100等） 定位在各電極對上，其中各電極對包括實質上相同數量的 奈米導線。在此使用的「實質上相同數量的奈米導線」表 示定位在一電極對上的奈米導線數量與定位在另一電極對 上的奈米導線數量（經歷相同沈積過程及控制）的差異少於 7 0%。合適地電極對包括實質上相同數量的奈米導線，使 奈米導線數量的差異少於60%、少於50%、少於40%、少 於3 0%、少於20%、少於10%、少於5%或少於1%。 在更進一步實施例中，本發明提供對準及/或沈積奈 米導線到基板上的系統，包括內含多個奈米導線的懸浮液 (例如奈米導線墨水），包括一或多個電極對之基板，以及 用以於電極對之間產生AC電場並調制AC電場的訊號產 生器。合適的基板及做爲電極的材料已於全文中描述。於 -58- 200847496 電極對之間產生AC電場的來源例如包括但不限於將波導 器或類似裝置，及其他均等的AC電場來源直接電性連接 至電極對。 在其他實施例中，本發明的系統更包括流動包括複數 個奈米導線於至少一電極對上的懸浮液的機構。流動機構 例如包括但不限於控制奈米導線懸浮液的流體流量的一流 量控制系統（例如泵浦或類似裝置）；一基本裝置例如蓄水 庫或其他用以灌入懸浮液至電極對上的容器，以及其他類 似或均等裝置。合適地，流動機構爲適合耦接到基板底側 之固定裝置，使整個系統或裝置可以在重複使用於各次沈 積中。在此一實施例中，本發明的裝置或系統可用以對準 或沈積奈米導線到電極對上，且接著該裝置可以再次使用 於後續沈積過程。因此，本發明之裝置及系統可以重複使 用，通常不需要替換電極或其他元件直到被損耗或缺乏效 率爲止。 在其他實施例中，本發明之系統更包括用以視覺化奈 米導線的光學影像系統，例如顯微鏡、紅外線或雷射偵測 器’或類似裝置。本發明的系統也可以包括一或多個用以 在基板上控制懸浮液中的奈米導線的場電極。如全文所論 述的，在合適實施例中本發明之系統更包括確認一或多個 電極對處之訊號的一訊號監測裝置（例如示波器），及當訊 號達到一預設値時停止AC電場的手段。當訊號達到一預 設値時停止AC電場的手段包括但不限於降低電極對間的 電場’藉以停止定位奈米導線於電極對上（在使用本發明 -59- 200847496 之方法對準及沈積奈米導線的實施例中）；移除奈米導線 來源（例如奈米導線懸浮液）；移除來源的電極（例如從懸 浮液中抽離基板），或其他根據使用之沈積方法的合適或 等效之方法。 在進一步實施例中，本發明包括沈積奈米導線一或多 個於基板上的方法。一或多個奈米導線首先沈積在一基板 上，接著加熱奈米導線使其沈積在基板上。奈米導線可使 用任何合適方法例如電場對準、藍謬爾膜（langmiiir-film) 對準或流動對準定位在基板上。在示範實施例中，使用各 種在此描述之電場對準方法將奈米導線定位在基板上，首 先將奈米導線與電極對關連，然後合適地如在此描述之方 式藉由調制電場耦接至電極對上。例如，第1 7 A圖繪示 已經耦接至定位在基板202(例如玻璃基板）上之電極對 (2 0 4，2 0 5 )的奈米導線2 0 8。 在定位奈米導線後（例如耦接至電極對），奈米導線 208接著被加熱以沈積於基板202上。如在此之描述， 「被加熱」或「加熱」包括各種增加奈米導線（以及基板） 溫度的方法，包括但不限於以烘箱或退火室（annealing chamber)加熱、加熱基板本身例如以歐姆加熱或傳導加 熱，或其他合適方法。 一般來說，加熱奈米導線至超過約1 〇 〇 °C，例如約 11〇。(：、120°C、約 130°C、約 140°C、約 150X：、約 160 。(：、約 17〇°C、約 180°C、約 190°C、約 200。(：、約 210 °C、約 220°C、約 230°C、約 240°C、約 25 0°C 或更高。在 -60- 200847496 此使用的「沈積溫度」係指奈米導線208所加熱到達之溫 度，以沈積奈米導線208於基板202上。奈米導線的溫度 可以從耦接後的溫度（例如環境溫度（約22-25 t )或更高） 增加至奈米導線沈積至基板上之溫度（例如超過1 0 0 °C )， 可使用各種加熱速率。例如，溫度可在幾分鐘到數小時內 增加到沈積溫度。例如，溫度可以在約5分鐘到約3 0分 鐘內從耦接後之溫度增加到沈積溫度。 一旦到達沈積溫度，奈米導線合適地維持在此一溫度 持續幾分鐘到數小時。例如奈米導線可以維持在沈積溫度 約5分鐘到約2小時、或約5分鐘到約1小時、或約5分 鐘到約3 0分鐘，或約20分鐘。在加熱期間，奈米導線合 適地接觸一或多種氣體，包括反應或非反應氣體（例如惰 性氣體）組成之氣體，例如H2、N2、He、Ne、Ar、Kr、 Xe或Rn。在示範實施例中，奈米導線在H2的環境中， 例如H2及N2混和氣體的環境中加熱。在不欲受理論限制 下，在加熱期間添加H2至奈米導線會強化奈米導線208 與基板202的鍵結/關連的形成，也許透過氫鍵結合奈米 導線與基板。本發明也包含使用添加氣體，合適地爲包含 形成氣體的H2，可使奈米導線與基板之間關連/鍵結。在 其他實施例中，奈米導線與基板之間的共價鍵形成可以是 在化學反應後釋放水分子的結果。 維持奈米導線於提升後的溫度之後’接著冷卻奈米導 線至室溫，例如移除加熱源並提供其他H2氣（例如h/N2 氣）直到奈米導線被冷卻。 -61 - 200847496 在示範實施例中，在加熱奈米導線至沈積溫度之前’ 奈米導線合適地暴露在提供氣體至奈米導線的一或多個循 環中，然後移除氣體。例如，提供N2氣至奈米導線’合 適地在室溫下維持約5 -3 0分鐘（例如約1 0分鐘）。接著移 除氣體，例如透過使用真空泵浦（例如抽真空到小於1 00 毫托耳（mTorr)並維持約5分鐘）。在合適實施例中，重複 提供/移除氣體循環，例如約2 -1 0次，合適地在加熱奈米 導線至沈積溫度之前至少使用5次提供/移除氣體循環。 在其他實施例中，本發明提供沈積一或多個奈米導線 208至基板202上的方法。例如，以懸浮液提供一或多個 奈米導線於鄰近基板上之一電極對207(204/205)。接著充 能電極對，藉以使奈米導線與電極對相關連，且調制該充 能，藉以使奈米導線耦接至電極對上（例如全程提供關連 及耦接之頻率及振幅）。接著，提供氣體至奈米導線，然 後移除（例如用泵浦）。提供及移除氣體循環可以重複數 次，例如五次或更多。接著，加熱奈米導線至超過約1 〇〇 °C (例如約200°c )，合適地在H2氣（例如H2/N2)的存在之 下，藉以使奈米導線沈積於基板上。 在本發明使用電極定位奈米導線208於基板202之表 面上的實施例中（例如，透過全文所描述之關連或耦接）， 接著合適地移除電極（例如204及205)。如第17B圖所 示，移除電極204及205留下奈米導線208，以對準/定向 的方式沈積於基板202上。移除電極204及205之示範方 法包括但不限於實體移除，例如刮除或蝕刻，包括乾飩 -62- 200847496 刻、電漿或電子束蝕，及化學飩刻，例如濕鈾刻，例如硝 酸基化合物蝕刻。如第1 7 B圖所示，移除電極2 0 4及2 0 5 之後，對準、沈積之奈米導線208係留在基板202上。後 續以去離子水（或其他溶液）清洗並弄乾（例如用旋轉沖掉 乾燥器）不會擾動奈米導線208對準或與基板202的關 連。 沈積奈米導線208至基板202上的方法包括施加靜電 力以固定奈米導線，以及對奈米導線208及基板202進行 化學表面處理以提升共價（化學）反應或兩表面間的非共價 反應。 本發明也提供於溶液中（例如奈米導線懸浮液）控制奈 米導線之系統，例如第18圖所示之裝置1 800。在示範實 施例中，裝置 1 8 0 0包括一或多個電極組（例如 1 8 0 2、 1808)。各電極組包括具有第一極性之一第一電極及具有 第二極性之一第二電極。如第1 8圖所示，第一極性（第一 電極）相對於第二極性（第二電極）。在此使用的電極 「組」係指兩個電極。如第1 8圖所示，電極組1 8 0 2及 1 80 8連接至一單一電性連接1 804及1 806，其中第一極性 的電極連接至一電性電接（1 804)而第二極性之電極連接至 其他電性連接（ 1 806)。在其他實施例中，在各電極組中的 各電極可以連接至分離電性連接。如第1 8圖所示，在示 範實施例中，第一電極組1 802及第二電極組1 80 8以交互 的方式排列（亦即，直接相鄰的兩電極的極性都不相同）。 合適地電極組係位於相同平面，而在替代實施例中可謂於 -63- 200847496 不同平面。 接著一訊號產生器或其他合適裝置連接至電極組以於 第一及第二電極（具有第一及第二極性）之間產生 AC電 場。位於溶液中的奈米導線，因爲電極組之電極（ +，-)之 間的交流電流被極化並對應產生之靜電場控制於溶液中。 以下討論的，係藉由交流或脈衝各電極組以於流動通道 206中控制奈米導線。除了使用電極組之電極之間的 AC 電場以外，也可使用DC電場產生介電泳動或電滲透（流 體運動）力於電極之間。在使用DC電場的實施例中電極 組的電極通常比使用AC電場分開較大距離。這使得奈米 導線可控制於電極間的全部距離，並沿著流動通道206移 動。 在進一步實施例中，本發明之奈米導線控制系統 1 800更包括內含多個奈米導線208懸浮液，以及包括一 或多個電極對207(例如電極204、205)之基板202。合適 地系統更包括一訊號產生器或其他於電極對之間產生AC 電場及控制AC電場的裝置。一般來說，包括電極對207 的基板202係與電極組（ 1 802，1 8 0 8)相對。例如，如第18 圖所示，電極組1802及1808朝上面對基板202，且合適 地平行於基板202。然而，電極組可以相對於基板202及 電極對2 0 7具有任何空間朝向，或位於電極對2 0 7上方， 但不需要平行於基板2 0 2。例如電極組1 8 0 2、1 8 0 8可以 任何角度朝向基板202。 在合適實施例中，系統1 8 0 0更包括流動包括多個奈 -64 - 200847496 米導線於至少一電極對207及電極組1 802、1 808上的懸 浮液之機構。流動機構如全文所描述。系統1 8 00的其他 元件，例如視覺化奈米導線的光學影像系統、流量控制系 統及訊號監測系統如全文所描述。 本發明也提供於溶液中控制奈米導線的方法，如第 19圖之流程圖1900所示，並參照第18圖之系統1800。 在第19圖的步驟1 902中，提供一或多個電極組1 802、 1 8 08。各電極組合適地包括具有第一極性之一第一電極及 具有第二極性之一第二電極。如第18圖所示，在合適實 施例中，電極交替設置使相同極性的電極不會直接彼此相 鄰。在第19圖的步驟1 904中，電極組（ 1 802)被充能，其 中控制奈米導線於該充能的方向。在此使用的「充能」係 指任何提供電流至電極組之電極的合適機構或系統。「充 能」係指產生DC電場及或AC電場於電極組之電極處/之 間。 在流程圖1 900之步驟1906中，接著將電極組（1 802) 之該充能解充能（de-energize)。在此使用的「解充能」表 示停止或移除電極組上的電流。接著在步驟1 9 0 8，充能 相鄰電極組（1 908)。在此使用的「相鄰電極組」係指直接 相鄰於在步驟1 904中被充能，並在步驟1 906解充能的電 極組（ 1 8 02)的電極組。相鄰僅表示電極組在空間上彼此相 鄰，但電極組不需要彼此接觸或相隔特定距離。 如流程圖1900之步驟1910，步驟1906及1908可以 合適地重複。例如，將充能過的電極組1 808解充能，另 -65- 200847496 一相鄰電極組（未繪示）係被充能。步驟1 9 1 0可以進行所 欲的次數（亦即充能及解充能相鄰電極組）。電極組的循環 於一方向上產生介電泳動力，合適地爲該充能的方向（亦 即，相鄰電極組被充能並解充能之方向）。如全文之描 述，當施加AC電場時介電泳動力在相同方向上控制奈米 導線。當前一充能過的電極組被解充能，奈米導線從充能 過的電極組移動到相鄰充能過的電極組。相鄰奈米導線組 的充能及解充能的循環可使奈米導線控制在任何所欲方向 上。 例如，如第1 8圖所示，充能/解充能於流動通道206 中箭頭所示之方向上產生介電泳動力。因此，最初在奈米 導線208之位置上的奈米導線，通過流動通道206往箭頭 方向移動，例如沿著類似奈米導線2 0 8 — 2 0 8 2 0 8 ”的路 徑，對應充能及解充能電極（ 1 802— 1 8 08—)的交替組合的 「波」或「脈衝」。在進一步實施例中，除了第19圖描 述的充能及解充能產生的介電泳動力之外，奈米導線可以 相同或類似的方向沖掉，離如，藉由使用流體流動附註控 制奈米導線。施加及控制流體流動的方法於全文中描述。 在合適實施例中，電極組的充能包括於電極組之間產 生AC電場。一般而言，訊號產生器或類似裝置例如透過 電性連接1804及1 806連接至電極組。AC電場合適地例 如包括約1 〇Ha到約1 kHz的頻率，及約〗-1 0V的振幅（尖 峰値）。 本發明也提供控制一或多個奈米導線的方法。如全文 -66 - 200847496 中描述，奈米導線合適地藉由控制電極對之間的電場關連 並親接至一或多個電極對207上。如第18圖所示，合適 地，如在此描述地，藉由控制奈米導線208，及包括具第 一極性的第一電極及具第二極性的第二電極之電極對 (1 802，1 808)從電極對207移除未耦接奈米導線。例如， 電極組1 802被充能，接著解充能，而相鄰電極組1 80 8被 充能，藉以產生介電泳動力，以在該充能方向上控制未耦 接奈米導線20 8以從電極對207移除。例如，如第18圖 所示，合適地於流動通道206之箭頭方向上控制奈米導線 2 0 8。藉由回收奈米導線「墨水」或懸浮液，移除的奈米 導線可以在後續關連/耦接應用中重複使用。 示範狀況，包括奈米導線關連及耦接的 AC電場特 性，以及全文中描述的奈米導線控制。除了實施例外，除 了使用充能及解充能相鄰電極組所產生的靜電力，例如可 以流動一溶液沖掉奈米導線。 本發明提供其他定位一或多個奈米導線的方法。在此 描述的，奈米導線合適地使用本發明之方法關連及耦接至 一電極對207上。例如，提供一或多個奈米導線懸浮液至 如第20圖所示之電極對207上。電極對207接著被充 能，藉以使奈米導線208與電極對相關連。接著調制該充 能，藉以使奈米導線耦接至電極對上。最後，從電極對移 除一或多個未耦接奈米導線（未耦接奈米導線包括未完全 連結至電極及/或對準錯誤或交錯之奈米導線）。在合適實 施例中，使用包括充能一移除電極2002以移除奈米導線 -67- 200847496 20 8，其中未耦接奈米導線2 08被控制在一方向上，例如 移除電極2002的方向上，藉以從電極對207上移除奈米 導線208。在此使用的「移除電極」包括一或多個定位在 距離電極對一段距離上的電極，使充能該移除電極後，要 從電極對上移除的奈米導線能控制在朝向或位於移除電極 的方向上。 例如第20圖所示，移除電極2002可以定位在位於基 板202的電極對207「上方」。然而，移除電極2002可 以離電極對207定位在任何朝向或距離上，需瞭解本發明 不限於將移除電極定位在電極對207上方。在合適實施例 中移除電極2002包括一單一電極，但也可使用多個移除 電極。移除電極2002通常位於流動通道206內，使其與 流動通道之間可以流通，而使懸浮液或溶液中的奈米導線 208可以流通。 充能移除電極2002可以包括於移除電極2002處產生 DC電場、AC電場及DC電場與AC電場兩者（2004)。例 如，DC電場可以具有約0.1 V到約10V的振幅。AC電場 合適地例如具有約100Hz到約100kHz的頻率，且約5-150V的振幅。訊號產生器或其他產生DC及AC電場 2 0 04的設備/裝置於全文中描述並爲熟悉此技藝者所熟 知。 施加DC電場至移除電極2002控制奈米導線208(未 耦接或對準錯誤的奈米導線）朝向移除電極2002。移除電 極2 0 02處的正電荷產生傾向於從電極對207的區域移動 -68- 200847496 奈米導線20 8,進入流動通道206，如第21A圖所示。在 流動通道206內流動一溶液接著從電極對區域移動奈米導 線20 8 ,使奈米導線208被收集並在後續應用重複使用。 在其他實施例中，可以在移除電極2002處產生負電荷， 例如，約- 0.1 V到約-10V。移除電極2002處的負電荷傾 向於控制奈米導線離開移除電極 2002，因而朝向電極對 2 07。這有助於強化全文所述之奈米導線關連/耦接階段。 施加AC電場於移除電極2002上，除了控制奈米導 線朝向電極外，也傾向於對準奈米導線208於平行於AC 電場的朝向上，如第21B圖及21C圖所示。因此，除了 控制奈米導線208離開電極對207以外，奈米導線208也 以較大表面積暴露於施加之流體流動中的方式對準（請見 第21C圖）。已確認產生於距離接近1/2流動通道「高 度」的距離的最大流體流量（亦即，在移除電極與電極對 207的中央）。在示範實施例中，流體通道206高度約爲 5 00微米（移除電極2002與基板202上之電極對207間的 距離），因此在基板2002之表面上方約25 0微米處達到最 大流量。施加 AC電場及一流體流動以沖掉奈米導線 208，提供非常有效的移除未耦接/對準錯誤的奈米導線的 方法，也讓奈米導線墨水可回收做進一步應用，藉以限制 材料損失或浪費。 在進一步實施例中，如第21B圖所示，AC電場及 DC電場例如可以產生於移除電極2002處。AC電場及DC 電場的產生有助於奈米導線208離開電極對207’也對準 -69 - 200847496 奈米導線平ί了於流體流動。在不範實施例中，移除電極 2 0 02可以三個不同階段充能，例如，首先於移除電極處 產生A C電場’接著可以產生D C電場及A C電場，最後 可以於移除電極2002處產生AC電場。 本發明之系統/裝置除了一或多個電極對2 0 7外還包 括移除電極2002，輔助大面積的奈米導線定位/沈積。在 傳統三種電場控制下，可能發生電壓源下降（IR drop)的問 題。然而，使用大面積的移除電極2 0 0 2可以限制這個顧 慮。 其他控制奈米導線離開電極對204/205的方法也可以 用在本發明的實務上。例如，電極對207(合適地以及基 板202 )可以在各方向轉移以移動或控制奈米導線208可 以介電泳動力或電滲透力移除，或可以流體流動沖掉。例 如基板202，以及電極對207可以「往下」轉移藉以使奈 米導線208「往上」移動並進入流體流動中而從流動通道 206移除。其他控制奈米導線的方法使奈米導線可以流體 流動沖掉或藉由介電泳動力/電滲透力包括但不限於超音 波以及聲音或其他引發震動的方法，以移動未耦接/對準 錯誤的奈米導線並接著操作奈米導線進入流體流動或電泳 動力/電滲透力。 根據本發明示範之裝置及應用沈積奈米導線的用途 根據本發明之方法許多電子裝置及系統可以包括半導 體或其他具有沈積奈米導線薄膜的裝置。本發明某些應用 -70- 200847496 範例描述如下或其他處係作爲描述用途，而非限制。在此 描述之應用可以包括對準或非對準之奈米導線薄膜，也包 括複合或非複合奈米導線薄膜。 半導體裝置（或其他裝置）可以耦接至其他電路的訊 號，及/或可以與其他電路整合。半導體裝置可以形成於 大型基板上，後續可以分離或分割成小塊基板。此外，在 大型基板上（例如，實質上大於傳統半導體晶圚的基板）， 形成於其上的半導體裝置可以彼此互連。 以本發明之製程或方法沈積的奈米導線也可以包括在 需要單一半導體裝置的應用，以及複數半導體裝置內。例 如，以本發明之製程及方法沈積的奈米導線特別可用在大 面積、大型電子基板上，基板上形成多個半導體裝置。這 樣的電子裝置可以包括主動矩陣液晶顯示器（LCD)、有機 發光二極體顯示器、場發射顯示器的顯示驅動電路。其他 主動顯示器可以從奈米導線聚合物、量子點聚合物之複合 物（複合物可以作爲發射體及主動驅動矩陣）形成。以本發 明之製程及方法沈積的奈米導線也可以應用在智慧型圖書 館、信用卡、大面積感應器陣列、及無限射頻辨識標籤 (RFID)，包括智慧卡、智慧倉儲標籤及類似物。 以本發明之製程及方法沈積的奈米導線也可應用在數 爲及類比電路應用。特別是，以本發明之製程及方法沈積 的奈米導線在需要極大規模整合的大面積基板上之應用特 別有用。例如，以本發明之製程及方法沈積的奈米導線薄 膜可以竇施於邏輯電路、記憶電路、處理器、放大器及其 -71 - 200847496 他數位或類比電路。 以本發明之製程及方法沈積的奈米導線可以應用在光 電應用上。在此種應用中，使用清潔的導電基板強化特定 光電裝置的光電性質。例如，這種清潔的導電基板可以作 爲具有可撓性、大面積的銦錫氧化物（ITO)或類似物的替 代品。基板可以塗布具有大能帶隙（bandgap)的奈米導線 薄膜，亦即大於可見光而不會吸收可見光，但具有對準光 p 電裝置的主動物質之HOMO或LUMO能帶，主動物質形 成於光電裝置上。清潔的導體可以位於吸收光電材料的兩 側以從光電裝置移出電流。可以選擇兩種不同的奈米導線 材料，一種具有對準光電材料的HOMO能帶的HOMO能 帶，另一種具有對準光電材料的LUMO能帶的LUMO能 帶。可以選擇兩種奈米導線的能帶隙遠大於光電材料的能 帶隙。根據此實施例，奈米導線可以輕微摻雜以減少奈米 導線薄膜的電阻，使基板盡量不具吸收性。 φ 因此，廣泛的軍事及消費物品可以包括本發明之製程 及方法沈積的奈米導線。例如，包括個人電腦、工作站、 伺服器、網路裝置、手持式電子裝置例如PDAs及掌上指 、 示器、電話（例如行動、及標準電話）、收音機、電視機、 電子遊戲系統、家用保全系統、汽車、飛機、船舶，其他 家用或商用電器及類似物。 熟悉此技藝者可易於瞭解再不離開本發明或任何其實 施例的範疇下可以對此處描述的方法及應用進行合適的其 他修改及改造。雖然已經描述本發明之細節下，參照下列 •72- 200847496 例子可以更易於瞭解，但這些例子的目的是爲了描述而不 意圖限制本發明。 範例 範例1 :奈米導線定位 如第2圖及第14a圖所示，流動通道2 06最初塡充溶 劑（IP A) 1402。且接著塡充所欲濃度的奈米導線（NW)墨水 1404。在引入奈米導線墨水的均勻薄膜覆蓋晶圓表面202 之後，施加電場於電極（204, 205，207)圖案上。電場參數 約f=500Hz而奈米導線V=lVpp。施加與這些條件的奈米 導線，觀察其從懸浮液被捕捉/關連至電極上，奈米導線 的長軸平行於電場方向。可以將奈米導線預對準於流體流 動方向或從靜定懸浮液拉動未對準之奈米導線以發生關 連。觀察奈米導線彼此相鄰對準並展現沿著電極條的移動 力。奈米導線的捕捉狀態係爲「固定」或關連1 406，如 第5圖及第8圖所示。移動力可以用來達成每單位電極寬 度具均勻高密度的奈米導線。示範之奈米導線沈積密度等 級爲每微米一條奈米導線（沿著電極長度）。一般相信奈米 導線固定是藉由介電泳動吸引力及電滲透排斥力（請見第 5圖）之間的平衡而造成的。製程的下個步驟（參照「奈米 導線對準」1 408對準調制）包括增加頻率到f=l〇Hz及相 同的AC振幅。此一步驟將奈米導線在較不具移動性的狀 態（強力固定）下彼此平行對準，這可能是由於施加於奈米 導線的誘發偶極矩上的較高介電泳動力所造成的。製程中 -73- 200847496 的下個步驟包括增加 AC訊號振幅至 V = 4Vpp而 f=10kHz。電場參數的改變啓動所謂的奈米導線「鎖定」 或耦接1410鎖定的奈米導線狀態描述於第11圖及第8b 圖。在此狀態下，奈米導線展現沿著電極條極小的移動力 (可能由於凡得瓦爾力作用於奈米導線及電極之間）。奈米 導線合適地配合電極的幾何形狀，且鎖定穩固而足以抵抗 高流體流動剪應力。然而，觀察到不配合電極幾何外型 (例如短奈米導線）、彎曲奈米導線、交錯奈米導線或分支 奈米導線係在「奈米導線釋放」製程步驟1 4丨2從電極釋 放。假設未達到所欲奈米導線定位密度（在步驟1 4 1 4確 認）’則重複「奈米導線固定」到「奈米導線釋放」的步 驟（1 4 0 6 - 1 4 1 2 ) °當達到所欲奈米導線沈積密度（在步驟 1414確認），則關閉電場並以溶劑（ipA)沖刷通道1420(合 適地使用之液體的等級爲幾百微升到幾毫升）。最後，透 過蒸發溶劑1 422弄乾通道。已經觀察到造成奈米導線沈 積的電性參數的各種變化。特別是，發現使用振幅調制產 生奈米導線跨越電極的高度平行對準。在「奈米導線固 定」步驟中使用具有1 00%調制指數（電場振幅與載子振幅 的比値）及100Hz頻率的調制。在這些條件下奈米導線傾 向於大部分平行固定，達到高奈米導線沈積密度（每微米 兩條奈米導線）。此外，發現交錯的奈米導線不穩定，可 增加溶劑流動速度移除。示範之奈米導線沈積圖案如第 9a-9b圖所示。 -74- 200847496 範例2 :奈米導線與CNOS奈米導線耦接 包括CNOS組成（Si核心）的奈米導線，具有TaAlN的 最外層，可利用標準成長收穫技術製備（例如請見 Gudiksen et al.(200 0)55 Diameter-selective synthesis 〇f semiconductor nanowire” I. Am. Chem, S o c. 122，8801-8802; Cui et al. (2 0 0 1 ) 5 “Diameter-controlled synthesis 〇 f single crystal semiconductor nanowires59 J. Phy s. Chem. B 105，4062-4064)。中等密度及低密度（中等密度懸浮液稀 釋1〇倍）的奈米導線懸浮液以異丙醇（IPA)製備。 5 00微米厚、直徑4英吋的石英基板以圖案化形成多 個鉬（Mo)電極，各個電極厚度大約爲400埃（A)，且寬度 約15微米或約30微米。定位電極使電極對分離約20微 米（亦即，略小於欲對準及耦接之奈米導線的長度）。以聚 二甲基矽氧烷（PDMS)製造的流動通道塡充奈米懸浮液（藉 由注入小滴奈米導線懸浮液至通道入口）。最初由毛細作 用驅動流動塡充通道然後在幾秒鐘後開始流動。奈米導線 一般會與流動預對準而最終與電場方向平行。 使用頻率約10kHz及振幅約IV產生初始AC電場。 尖峰AC電場約爲250V/em。低頻率使來自懸浮液的奈米 導線關連並耦接至電極對上。接著調制電場頻率至約 1 G k Η Z - 3 0 0 k Η Z ,使奈米導線親接至電極對上。 接著以ΙΡΑ沖刷通道以移除未耦接奈米導線。然後， 弄乾通道及耦接之奈米導線。在弄乾其間增加電壓至約 4V以上以維持奈米導線耦接至電極上。 -75- 200847496 這個實驗的結果產生之奈米導線的密度爲每4-6微米 一條奈米導線（低密度溶液）及每1-3微米一條奈米導線（高 密度溶液）。觀察到有些交錯或叢集的奈米導線’但一般 、 這些導線係爲對準且相對平均間隔。此外，在弄乾過程觀 ? 察到有些對準錯誤或交錯的奈米導線。已確認最佳的奈米 導線沈積發生在奈米導線長度與電極對間的間距符合之時 (亦即，長度約20微米的奈米導線）。 範例3 : 1 Ox 1 0陣列的奈米導線耦接 包括CNOS組成（Si核心）的奈米導線，具有TaAIN的 最外層，係利用標準成長收穫技術製備（例如請見 Gudiksen et al.(200 0) ^Diameter-selective synthesis of semiconductor nanowire’’ J. Am. Chem. S o c. 122，8801- 88 02; C ui et a 1. (2 0 0 1 ) ? u Diameter-controlled synthesis of single-crystal silicon nanowires’’ Appl. Phys. Lett. 78, 2214-2216; Gudiksen et al. (2 001)，and u Synthetic control of the diameter and length of single crystal semiconductor ^ nanowires’’ J· Phys. Chem. B 1 05,4062-4064)。奈米導線 ’ 的長度約22微米，半徑約100奈米。中等密度及低密度 (中等密度懸浮液稀釋1 0倍）的奈米導線懸浮液以異丙醇 (IPA)製備。 5 00微米厚、直徑4英吋的石英基板圖案化形成 10x10的鉬電極陣列（亦即，總共100個電極、總共2〇〇 個電極），各個電極厚度大約爲400A，且寬度約30微 -76- 200847496 米。定位電極使電極對分離約20微米（亦即，略小於欲對 準及耦接之奈米導線的長度）。以聚二甲基矽氧烷（PDMS) 製造的流動通道塡充奈米懸浮液（藉由注入小滴奈米導線 懸浮液至通道入口）。最初由毛細作用驅動流動塡充通道 然後在幾秒鐘後開始流動。奈米導線一般會與流動預對準 而最終與電場方向平行。 使用頻率約500kHz及振幅約IV產生初始AC電場。 尖峰AC電場約爲250V/cm。低頻率使來自懸浮液的奈米 導線關連並耦接至電極對上。接著調制電場頻率至約 1 0kHz且調制電場振幅至約4V，使奈米導線耦接至電極 對上。接著以IPA沖刷通道以移除未耦接奈米導線。然 後，弄乾通道及耦接之奈米導線。 這個實驗的結果產生相對均勻的奈米導線沈積在1 〇 電極對的每一個上。以低密度奈米導線懸浮液來說，平均 4.75個奈米導線沈積在各電極對上，分佈的標準差爲 2.2。中等密度奈米導線懸浮液來說，平均1〇·8個奈米導 線沈積在各電極對上’分佈的標準差爲2.5。整個陣列的 空間分佈相當均勻。 範例4 :複數奈米導線沈積循環 上述範例1及2描述的製程係用以製備、關連及耦接 奈米導線至來列在一 6 6微米陣列的電極對上。在初始關 連及耦接階段後’達到約每5微米一條奈米導線（請見第 9a 圖）。 -77- 200847496 接著重複關連及耦接階段以達到較高的奈米導線密 度。第9b圖的結果顯示，達到約每1·8微米一條奈米導 線。 使用較小濃度或較小體積的奈米導線懸浮液，並使用 複數沈積循環產生較高的奈米導線密度，也達成相當均勻 的電極塡充。

範例5 :使用波導器產生之AC電場之奈米導線對準 包括CNOS組成（Si核心）的奈米導線，具有TaAIN的 最外層，可利用標準成長收穫技術製備（例如請見 Gudiksen e t al.(2000)Diameter-selective synthesis of semiconductor nanowire，，J. Am. Chem. Soc. 122，8 80 1 -88 02; Cui et al.(2001)5 ccDiameter-controlled synthesis of single-crystal silicon nanowires” Appl. Phys. Lett. 78, 2214-2216; Gudiksen et al. (2001)，and “Synthetic control of the diameter and length of single crystal semiconductor nanowires” J. Phys. Chem. B 1 0 5,4062-4064)° 高密度、 中等密度及低密度（稀釋1 0倍）的奈米導線懸浮液以異丙 醇（IPA)製備。 5 00微米厚、直徑4英吋的石英基板以圖案化形成約 25個Cr/Cu電極對，各個電極厚度大約爲15〇〇埃（A)， 且寬度約50，各電極對具有「鋸齒」圖案。定位電極使 電極對分離約20微米（亦即，略小於欲對準及耦接之奈米 導線的長度）。以聚一甲基砂氧院（PDMS)製造的流動通道 -78 - 200847496 (高度ίο〇微米，寬度55毫米，與水平面呈i·5度角）塡充 奈米懸浮液（藉由注入小滴奈米導線懸浮液至通道入口）° 最初由毛細作用驅動流動塡充通道然後在幾秒鐘後開始流 動。奈米導線一般會與流動預對準而最終與電場方向平 行。 使用波導器頻率約2.45 GHz產生AC電場’初始輸入 功率爲1 00W。全部照射時間約爲5分鐘，以4種不同天 線長度檢驗（〇. 5釐米、1釐米、2釐米、5釐米）。 這個實驗的結果顯示使用波導器產生之AC電場可以 對準並耦接奈米導線至電極對上。波導器外的電極並未顯 示任何奈米導線沈積。在低密度奈米導線懸浮液下，奈米 導線以約每50微米的電極寬度6條奈米導線的密度沈 積。在中等密度奈米導線懸浮液下，奈米導線以約每50 微米的電極寬度1 2條奈米導線的密度沈積。在高密度奈 米導線懸浮液下，奈米導線以約每50微米的電極寬度 20-40條奈米導線的密度沈積。 範例6 :奈米導線關連及移除 第22A-22F圖繪示根據一系列奈米導線關連之微影 圖，接著使用各種全文中描述的方法移除奈米導線。第 22A圖繪示一系列電極對207定位於基板上。微影圖係從 基板/電極對上方拍攝。奈米導線已經引入流動通道，且 在電極對上可觀察到丨吴糊物體。在流動通道中也存在電極 對上的移除電極’雖然因爲移除電極在用以視覺化奈米導 -79- 200847496 線的光學影像系統的視覺平面上而在微影圖中看不見。在 第22A圖中，在電極對之間或移除電極處沒有電場產 生。 在第22B圖中，具交流電有約500Hz的頻率及約 5 OOmV的尖峰振幅的AC電場產生在基板上的各電極對之 間。此外，具有約-2.5V振幅的DC電場產生於移除電極 處。這個負極性DC電場有助於控制奈米導線208朝向在 流動通道底部的電極對207。在電極對處的交流電流開始 對準及關連奈米導線與電極對。 在第22C圖中，可以看到奈米導線開始以非常對準的 方式在電極對（2 07/20 8)之間關連。也可以看到奈米導線與 供應電流至電極對（208’）的匯流線（bus line)關連。AC電 流及DC電流都保持在與第22B圖相同之頻率及振幅。 在第22D圖中，當AC電流維持在500mV及500Hz， 在移除電極處的DC電流切換至約+800mV。與匯流線關 連的奈米導線208，以及與電極對微弱關連/對準錯誤的奈 米導線在流動通道中被往上拉，離開基板表面及電極對。 然而，已對準、關連之奈米導線仍然存在於各電極對 (207/208)之間。 在第22E圖中，維持AC電流在在5 00mV及500Hz， 但在移除電極處的DC電流增加至+2.5V。這會繼續把奈 米導線往上拉往移除電極，也有助於維持奈米導線靠近流 動通道中央。接著藉由流動IPA溶液沖掉奈米導線。比較 第22E圖到22D圖，大量的奈米導線已經從流動通道移 -80- 200847496 除。 在第22F圖中，停止IPA流動並關掉DC電極處的電 流。然而，維持在電極對處的AC電流，繼續保持奈米導 線與電極對（207/208)對準及關連。在第22F圖中存在極 少的未耦接/對準錯誤的奈米導線。在合適實施例中，接 著如在此描述的方式調制電極對之間的電流以耦接/鎖定 奈米導線至電極對上。在進一步實施例中，可以調制AC 電場，並在移除電極處的正DC電流產生之前耦接奈米導 線至電極對上。 本發明之示範實施例已在此揭露。本發明不限於這些 實施例。在此揭露這些範例是爲了描述而非限制。替代方 案（包括在此描述之均等物、延伸物、變形、差異等等）對 於熟悉此技藝者基於此處之教導係爲明顯易懂。這樣的替 代方案落於本發明之範疇及精神內。 所有在本說明書提到的出版物、專利及專利申請案係 包括作爲參考，與個別出版物、專利或專利申請案所針對 及個別指示所做之參考具有同等範圍。 【圖式簡單說明】 第1 A圖繪示之單晶半導體奈米導線之示意圖； 第1B圖繪示根據一核心-殼層（c〇re-shell，CS)結構摻 雜之奈米導線之示意圖； 第1C圖繪示根據一核心-殼層-殻層（core-shell-shell， CSS)結構摻雜之奈米導線之示意圖； -81 - 200847496 第2圖繪示根據本發明之一實施例之奈米導線對準及 沈積裝置； 第3圖繪示在一奈米導線上之電場對電荷分離效果的 不意圖； 第4圖繪示施加於一奈米導線上之旋轉力矩之示意 圖； 第5圖繪示根據本發明一實施例之奈米導線與電極對 之對準與關連之示意圖； 第6圖繪示奈米導線之長度對於奈米導線之極性對頻 率之函數的影響； 第7圖繪示奈米導線組成對於奈米導線之極性對頻率 之函數的影響； 第8 a圖繪示奈米導線與電極對之對準及關連的微影 圖； 第8b圖繪示將奈米導線耦接至電極對之微影圖； 第8c圖繪示從電極對上移除未耦接之奈米導線的微 影圖； 第8d圖繪示將奈米導線耦接至電極對後弄乾之微影 圖， 第9a圖繪示包括對準、耦接之奈米導線的1 1個電極 對的微影圖； 第9b圖繪示繪示包括高密度之對準、耦接奈米導線 之的1 〇個電極對之微影圖； 第1 〇a圖在調制對準階段前之關連後之奈米導線之微 -82- 200847496 影圖； 第10b圖繪示第l〇a圖之奈米導線進行調制對準階段 後之微影圖； 第l〇c圖繪示第10b圖之奈米導線進行耦接階段後之 微影圖； 第1 1圖繪示根據本發明一實施例之奈米導線與一電 極對耦接之示意圖； 第1 2圖繪示在X及y平面都耦接之奈米導線之微影 W ， 第1 3圖繪示根據本發明一實施例以定位於電極間之 金屬元件輔助對準之奈米導線的微影圖； 第1 4a圖繪示根據本發明一實施例之奈米導線對準及 沈積方法之流程圖； 第1 4b圖繪示根據本發明一實施例之奈米導線對準及 沈積序列； 第1 4c圖繪示根據本發明一實施例之另一奈米導線對 準及沈積序列； 第1 5圖繪示根據本發明一實施例之奈米導線轉移裝 置及方法之示意圖； 第1 6a圖繪示根據本發明一實施例之監測奈米導線沈 積於一裝置上之裝置進彳了測試； 第1 6b圖繪示根據本發明一實施例之監測奈米導線沈 積於一裝置上之另一裝置進行測試； 第17A-17B圖繪示根據本發明一實施例於（A)之前電 -83- 200847496 場對準之奈米導線；接著（B)進行加熱沈積； 第1 8圖繪示根據本發明一實施例於溶液中控制奈米 導線之系統； 第1 9圖繪示根據本發明一實施例之奈米導線控制方 法的流程圖； 第20圖繪示根據本發明一實施例之移除奈米導線之 系統的示意圖； 第21 A-21C圖繪示根據本發明一實施例施加dc及 A C電場於奈米導線的效果；以及 第22A-22F圖繪示根據本發明一實施例之奈米導線關 連及移除之微影圖。 【主要元件符號說明】 1 0 0 :奈米導線 1 1 〇 :奈米導線 1 1 2 :摻雜表面層 1 1 4 :奈米導線 1 1 6 :外殼層 200 :裝置 202 :基板 204 :正電極 205 :負電極 206 :通道 207 :電極對 -84- 200847496

奈米導線 負電極端 正電極端 :金屬元件 :流程圖 =奈米導線 :接收基板 :電極 :電極 :轉移基板 :裝置 :DUT :訊號產生器 :負載電阻 :鎖定分析器 :裝置 :電阻 =開關 :電阻 :裝置 :電極組 :電性連接 :電性連接 :電極組 200847496 1 900 ：流程圖 2002 :移除電極 2004 ：電場

Claims (1)

1. 200847496 十、申請專利範圍 1. 一種用於定位一或多個奈米導線的方法，包含： (a)設置一或多個奈米導線鄰近一電極對； ~ (b)充能該電極對，藉以使該等奈米導線變成與該電 * 極對相關聯；及 (c)調制該電極對的該充能，藉以使該等奈米導線變 成耦接於該電極對上。 _ 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中，該設置包 含設置奈米導線之懸浮液。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，該充能包 含在該電極對間產生AC電場。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中，該產生AC 電場包含使用一直接電氣連接將一訊號供應至該電極對。 5. 如申請專利範圍第3項之方法，其中，該產生AC 電場包含將一電磁波供應至該電極對。 φ 6.如申請專利範圍第1項之方法，其中，該充能及 調制包含將一電磁波供應至該電極對。 ， 7.如申請專利範圍第6項之方法，其中，該供應包 - 含將約1 GHz至約5 GHz之一電磁波供應至該電極對。 8. 如申請專利範圍第3項之方法，其中，該產生A C 電場包含產生頻率在約10 Hz至約5 kHz之AC電場。 9. 如申請專利範圍第3項之方法，其中，該產生AC 電場包含產生振幅在約〇. 5 V至約3 V之AC電場。 1 0.如申請專利範圍第3項之方法，其中，該調制包 -87 - 200847496 含調整該A C電場的頻率、調整該A C電場的振幅、或兩 1 1 .如申請專利範圍第1 〇項之方法，其中，該調制 包含將該 AC電場的頻率增加至從約1 kHz至約 500 kHz。 12.如申請專利範圍第1〇項之方法，其中，該調制 包含將該AC電場的振幅增加至從約2V至約20V。 1 3 .如申請專利範圍第1 〇項之方法，其中，該調制 包含將該 AC電場的頻率增加至從約 5 00 Hz至約1 00 kHz、接著將該AC電場的振幅增加至從約1 V至約4 V。 14 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，一或多個 金屬元件係定位於該電極對之電極間。 15·如申請專利範圍第1項之方法，更包含： (d) 從該電極對移除一或多個未耦接的奈米導線。 16·如申請專利範圍第15項之方法，其中，該移除 包含將未耦接的奈米導線沖掉。 1 7 ·如申請專利範圍第1 5項之方法，更包含將該一 或多個耦接的奈米導線弄乾。 1 8 ·如申請專利範圍第1 5項之方法，更包含重複步 驟（b)-(c)。 1 9 ·如申請專利範圍第1 5或1 7項之方法，更包含： (e) 將該一或多個耦接的奈米導線轉移至一基板上。 2 0.如申請專利範圍第〗5或1 7項之方法，更包含： (e)移除該電極對。 -88- 200847496 21. 如申請專利範圍第1項之方法，其中’該電極對 的電極係以小於或等於該等奈米導線的長軸長度的距離隔 開。 22. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該一或多 個奈米導線包含一半導體核心及配置於該核心周圍的一或 多個殼層。 23. 如申請專利範圍第22項之方法’其中’該半導 體核心包含Si。 24. 如申請專利範圍第22項之方法，其中’最外面 的殼層包含金屬。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中’該金屬 爲 TaAIN 或 WN。 .2 6. —種用於定位一或多個奈米導線於一基板上的方 法，包含： (a) 將一懸浮液中的一或多個奈米導線設置於鄰近一 轉移基板上之一電極對； (b) 充能該電極對，藉以使該等奈米導線變成與該電 極對相關聯； (〇)調制該電極對的該充能，藉以使該等奈米導線變 成耦接於該電極對上； (d) 移除一或多個未親接的奈米導線，及 (e) 將該一或多個耦接的奈米導線從該轉移基板轉移 至該基板上。 27.如申請專利範圍第26項之方法，更包含在該轉 -89- 200847496 移之前，將該一或多個耦接的奈米導線弄乾。 28. 如申請專利範圍第26項之方法，其中，該電極 對的電極係以小於或等於該等奈米導線的長軸長度的距離 隔開。 29. 如申請專利範圍第26項之方法，其中，該充能 包含在該電極對間產生AC電場。 3 0.如申請專利範圍第29項之方法，其中，該產生 AC電場包含使用一直接電氣連接將一訊號供應至該電極 對。 3 1.如申請專利範圍第29項之方法，其中，該產生 AC電場包含將一電磁波供應至該電極對。 32.如申請專利範圍第29項之方法，其中，該充能 及調制包含將一電磁波供應至該電極對。 3 3.如申請專利範圍第3 1項之方法，其中，該供應 包含將約1 GHz至約5 GHz之一電磁波供應至該電極 對。 3 4.如申請專利範圍第29項之方法，其中，該產生 AC電場包含產生頻率在約10 Hz至約5 kHz、及振幅在 約〇·5 V至約3 V之AC電場。 3 5.如申請專利範圍第29項之方法，其中，該調制 包含調整該AC電場的頻率、調整該AC電場的振幅、或 兩者。 3 6.如申請專利範圔第29項之方法，其中，該調制 包含將該 AC電場的頻率增加至從約1 kHz至約 500 -90- 200847496 kHz。 37.如申請專利範圍第29項之方法，其中，該調制 包含將該AC電場的振幅增加至從約2 V至約20 V。 3 8.如申請專利範圍第29項之方法，其中，該調制 包含將該 AC電場的頻率增加至從約 500 Hz至約100 kHz、接著將該八。電場的振幅增力口至從約1乂至約4¥〇 3 9. —種電極對，包含根據申請專利範圍第1項之方 法定位的一或多個奈米導線。 4 0. —種基板，包含根據申請專利範圍第26項之方 法定位的一或多個奈米導線。 4 1 . 一種用於控制定位於一電極對上之奈米導線的數 量之方法，包含： (a) 根據申請專利範圍第1項之方法來定位一或多個1 奈米導線； (b) 施加一訊號至該電極對； (c) 監視該電極對上之該訊號；及 (d) 當該訊號達到一預設値時，停止將奈米導線定位 於該電極對上。 42. 如申請專利範圍第41項之方法，其中’於步驟 (c)及（d)之該訊號爲該電極對上之阻抗。 43. 如申請專利範圍第41項之方法，其中’於步驟 (c)及（d)之該訊號爲該電極對上之電壓。 44. 如申請專利範圍第41項之方法，其中’於步驟 (c)及（d)之該訊號爲該電極對上之電流。 -91 - 200847496 45. 如申請專利範圍第41項之方法，其中，該停止 包含停止充能該電極對，藉以停止將奈米導線定位於該電 極對上。 46. 如申請專利範圍第41項之方法，更包含： (e)將該等奈米導線轉移至一基板上。 4 7. —種包含一電極對之基板，其中，預定數量的奈 米導線已被定位於該電極對上，且其中，奈米導線的數量 已根據申請專利範圍第4 1項之方法所控制。 4 8. —種包含預定數量的奈米導線之基板’其中’奈 米導線的數量已根據申請專利範圍第46項之方法所控 制。 49.如申請專利範圍第47項之基板，其中，一或多 個金屬元件係定位於該電極對之電極間。 5 0. —種基板，包含至少四個電極對及定位於每一電 極對上之至少四個奈米導線，其中，每一電極對包含實質 相同數量的奈米導線。 5 1 .如申請專利範圍第5 0項之基板，其中，定位於 每一電極對上之奈米導線的數量之誤差小於30%。 52.如申請專利範圍第50項之基板’其中，定位於 每一電極對上之奈米導線的數量之誤差小於20%。 5 3 ·如申請專利範圍第5 0項之基板’其中，定位於 每一電極對上之奈米導線的數量之誤差小於1 〇%。 5 4. —種用於定位奈米導線於一基板上的系統，包 含： -92- 200847496 (a) —懸浮液，包含複數個奈米導線； (b) —基板，包含一或多個電極對；及 (〇 —訊號產生器，用以在該電極對間產生交流（AC) 電場，且用以調制該AC電場。 55·如申請專利範圍第54項之系統，更包含用以將 包含複數個奈米導線之該懸浮液流過至少一電極對之機 構。 56·如申請專利範圍第54項之系統，更包含一光學 成像系統，用以視覺化該等奈米導線。 57.如申請專利範圍第54項之系統，更包含一流體 流量控制系統，用以控制該奈米導線懸浮液之流體流量。 5 8.如申請專利範圍第5 7項之系統，其中，該流量 控制系統爲適於耦接至該基板的底側之一配件。 59. 如申請專利範圍第54項之系統，更包含一或多 個場電極，用以在該基板上操控懸浮液中的該等奈米導 線。 60. 如申請專利範圍第54項之系統，其中，該等奈 米導線包含一核心及一或多個殼層。 6 1.如申請專利範圍第60項之系統，其中，該核心 包含一半導體，且該等殼層中的至少一者包含金屬。 62.如申請專利範圍第54項之系統，更包含用以判 定該一或多個電極對上之訊號的一訊號監視裝置，及用以 當該訊號達到一預設値時停止該AC電場之機構。 63 .如申請專利範圍第54項之系統，其中，該基板 -93- 200847496 包含定位於該電極對的電極間之一或多個金屬元件。 64.如申請專利範圍第54項之系統，其中，一電極 對之一第一電極的奈米導線接觸表面積較該電極對之一第 二電極的奈米導線接觸表面積爲大。 6 5 . —種用於定位一或多個奈米導線的方法，包含： (a) 設置一或多個奈米導線鄰近一電極對；及 (b) 充能該電極對，藉以使該等奈米導線變成與該電 極對相關聯， 其中，一或多個金屬元件係定位於該電極對之電極 間，使得鄰近相關聯的奈米導線間之內奈米導線（inter-nanowire)距離之變化小於標準差的約50%。 66. 如申請專利範圍第65項之方法，更包含： (c) 調制該電極對的該充能，藉以使該等奈米導線變 成耦接於該電極對上， 且其中，一或多個金屬元件係定位於該電極對之電極 間，使得鄰近耦接的奈米導線間之內奈米導線距離之變化 小於標準差的約5 0 %。 67. 如申請專利範圍第65項之方法，其中’該設置 包含設置奈米導線之懸浮液。 6 8 ·如申請專利範圍第6 5項之方法’其中’該充能 包含在該電極對間產生AC電場。 69.如申請專利範圍第6 8項之方法’其中’該產生 AC電場包含使用一直接電氣連接將一訊號供應至該電極 對。 -94- 200847496 70.如申請專利範圍第68項之方法，其中，該產生 AC電場包含將一電磁波供應至該電極對。 7 1 .如申請專利範圍第66項之方法，其中，該充能 及調制包含將一電磁波供應至該電極對。 72. 如申請專利範圍第71項之方法，其中，該供應 包含將約1 GHz至約5 GHz之一電磁波供應至該電極 對。 73. 如申請專利範圍第68項之方法，其中，該產生 AC電場包含產生頻率在約10 Hz至約5k Hz之AC電 場。 7 4.如申請專利範圍第68項之方法，其中’該產生 AC電場包含產生振幅在約0.5 V至約3 V之AC電場。 75. 如申請專利範圍第66項之方法，其中，該調制 包含調整該AC電場的頻率、調整該AC電場的振幅、或 兩者。 76. 如申請專利範圍第75項之方法，其中，該調制 包含將該 AC電場的頻率增加至從約1 kHz至約500 kHz 〇 77. 如申請專利範圍第 75項之方法，其中，該調制 包含將該AC電場的振幅增加至從約2 V至約2G V。 78. 如申請專利範圍第 75項之方法，其中，該調制 包含將該AC電場的頻率增加至從約500 Hz至約1〇〇 kHz、接著將該AC電場的振幅增加至從約1 V至約4 V ° 79. 如申請專利範圍第65項之方法，其中，鄰近相 -95- 200847496 關聯的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標準差 的約4 0 %。 80.如申請專利範圍第65項之方法’其中’鄰近相 關聯的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標準差 的約3 0 %。 8 1.如申請專利範圍第65項之方法’其中’鄰近相 關聯的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標準差 的約2 0 %。 8 2.如申請專利範圍第6 5項之方法，其中’鄰近相 關聯的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標準差 的約1 0 %。 83. 如申請專利範圍第66項之方法，其中，鄰近耦 接的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標準差的 約 40%。 84. 如申請專利範圍第66項之方法’其中’鄰近耦 接的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標準差的 約 3 0%。 85. 如申請專利範圍第66項之方法’其中’鄰近耦 接的奈米導線間之該內奈米導線距_ &變化小於^標$胃@ 約 2 0%。 8 6.如申請專利範圍第6 6項之方法’其中’鄰近耦 接的奈米導線間之該內奈I _線S巨t胃化小方令® $胃的 約 1 0 %。 87.一種基板，包含至少一第一電極對及耦接於該第 -96- 200847496 —電極對間之至少四個奈米導線’其中’鄰近耦接 導線間之該內奈米導線距離之變化小於標準差的約 8 8 .如申請專利範圍第8 7項之基板，更包含 該第一電極對之電極間的三或多個金屬元件。 8 9.如申請專利範圍第87項之基板，其中， 接的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標 約 4 0%。 90.如申請專利範圍第87項之基板，其中， 接的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標 約 3 0%。 9 1.如申請專利範圍第87項之基板，其中， 接的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標 約 2 0%。 92.如申請專利範圍第87項之基板，其中， 接的奈米導線間之該內奈米導線距離之變化小於標 約 1 0 %。 93 . —種用於沈積一或多個奈米導線於一基板 法，包含： . (a) 定位一或多個奈米導線於該基板上；及 (b) 加熱該等奈米導線’藉以使該等奈米導線 積於該基板上。 94.如申請專利範圍第93項之方法，其中， 包含電場對準、蘭繆爾膜（langmuir-film)對準或 準。 的奈米 5 0%。 定位於 鄰近耦 準差的 鄰近耦 準差的 鄰近耦 準差的 鄰近耦 準差的 上的方 變成沈 該定位 流量對 -97· 200847496 9 5.如申請專利範圍第93項之方法，其中，該加熱 包含加熱至高於約l〇〇°C的溫度。 96·如申請專利範圍第93項之方法，其中，該加熱 包含在H2氣體存在下加熱至約200 °C的溫度。 97.如申請專利範圍第93項之方法，更包含在步驟 (b)之前，下述的至少一循環： (i)提供一氣體至該等奈米導線；及 (Π)從該等奈米導線移除該氣體。 98·如申請專利範圍第97項之方法，包含執行至少 五個循環的步驟（i)及（ii)。 9 9 · 一種用於沈積一或多個奈米導線於一基板上的方 法，包含： (a) 將一懸浮液中的一或多個奈米導線設置於鄰近該 基板上之一電極對； (b) 充能該電極對，藉以使該等奈米導線變成與該電 極對相關聯； (e)調制該電極對的該充能，藉以使該等奈米導線變 成耦接於該電極對上； (d) 提供一氣體至該等奈米導線； (e) 移除該氣體； (0在H2氣體存在下加熱該等奈米導線至高於約 1 00 °C的溫度，藉以使該等奈米導線變成沈積於該基板 上。 100·如申請專利範圍第99項之方法，包含在執行步 -98- 200847496 驟（f)之前，執行至少五個循環的步驟（d)及（e)。 101· —種用於在一溶液中操控奈米導線之系統，包 含： (a) —或多個電極組，每一電極組包含具有一第一極 性之一弟一電極及具有一第二極性之一第二電極；及 (b) —訊號產生器，用以在該第一及第二電極間產生 交流（AC)電場。 1 〇2 .如申請專利範圍第1 〇 1項之系統，更包含用以 定位奈米導線於一基板上之系統，包含： (c) 一懸浮液，包含複數個奈米導線； (d) —基板，包含一或多個電極對；及 (e) —訊號產生器，用以在該電極對間產生交流（AC) 電場，且用以調制該AC電場， 其中’該基板係定位於該等電極組的對面。 103·如申請專利範圍第102項之系統，更包含用以 將包含複數個奈米導線之該懸浮液流過該等電極對中的至 少一者及該等電極組之機構。 1 〇4 ·如申請專利範圍第〗〇2項之系統，更包含一光 學成像系統，用以視覺化該等奈米導線。 1 0 5 ·如申請專利範圍第1 02項之系統，更包含一流 體流量控制系統，用以控制該奈米導線懸浮液之流體流 量 〇 106·如申請專利範圍第1〇5項之系統，其中’該流 體流量控制系統爲適於耦接至該基板的底側之一配件。 -99- 200847496 1 0 7 ·如申請專利範圍第！ 〇 2項之系統，其中，該等 奈米導線包含一核心及一或多個殼層。 1 0 8 .如申請專利範圍第〗〇 7項之系統，其中，該核 心包含一半導體，且該等殼層中的至少一者包含金屬。 1 0 9 .如申§靑專利軸圍第1 〇 2項之系統，更包含用以 判定該一或多個電極對上之訊號的一訊號監視裝置，及用 以當該訊號達到一預設値時停止該AC電場之機構。 1 1 0 ·如申請專利範圍第1 0 2項之系統，其中，該基 板包含定位於該電極對的電極間之一或多個金屬元件。 1 1 1 ·如申請專利範圍第1 0 2項之系統，其中，一電 極對之一第一電極的奈米導線接觸表面積較該電極對之一 第二電極的奈米導線接觸表面積爲大。 1 1 2. —種用於在一溶液中操控奈米導線之方法，包 含： (a) 設置一或多個電極組，每一電極組包含具有一第 一極性之一第一電極及具有一第二極性之一第二電極；及 (b) 充能一電極組， 其中，奈米導線因應該充能而被操控。 1 1 3 .如申請專利範圍第1 1 2項之方法，更包含： (c) 解充能（de-energizing)該充能的電極組； (d) 充能一鄰近電極組；及 (e) 重複步驟（c) - (d) ’ 其中，該等奈米導線在一方向上被操控。 114.如申請專利範圍第H2項之方法，更包含將在 -100- 200847496 該充能的方向上之該等奈米導線沖掉。 1 1 5 .如申請專利範圍第1 1 2或1 1 3項之方法，其 中，該充能包含在該第一及第二電極間產生AC電場。 1 1 6 .如申請專利範圍第1 1 5項之方法，其中，該產 生AC電場包含產生頻率在約10 Hz-1 kHz且振幅在約1-10 V之AC電場。 1 1 7 . —種用於定位一或多個奈米導線的方法，包 含·· (a) 將一或多個奈米導線的一懸浮液設置於鄰近一電 極對； (b) 充能該電極對，藉以使該等奈米導線變成與該電 極對相關聯； (〇調制該電極對的該充能，藉以使該等奈米導線變 成耦接於該電極對上；及 (d)藉由下述從該電極對移除一或多個未耦接的奈米 導線= (i)充能一電極組，該電極組包含具有一第一極性 之一第一電極及具有一第二極性之一第二電極；及 (Π)解充能該充能的電極組，並充能一鄰近電極 組，其中，該等未耦接的奈米導線在一方向上被操控，並 且進而從該電極對移除。 1 1 8 .如申請專利範圍第1 1 7項之方法，其中，步驟 (b)中的該充能包含在該電極對間產生AC電場。 1 1 9 .如申請專利範圍第1 1 8項之方法，其中，該產 -101 - 200847496 生AC電場包含產生頻率在約1 〇 Hz至約51^2之人(：電 場。 120.如申請專利範圍第118項之方法，其中，該產 生AC電場包含產生振幅在約〇.5 V至約3 V之AC:電 場。 1 2 1 ·如申請專利範圍第1 1 8項之方法，其中，該調 制包含該調整AC電場的頻率、調整該AC電場的振幅、 或兩者。 122.如申請專利範圍第121項之方法，其中，該調 制包含將該A C電場的頻率增加至從約1 kHz至約5 0 0 kHz。 123·如申請專利範圍第121項之方法，其中，該調 制包含將該AC電場的振幅增加至從約2 V至約20 V。 124·如申請專利範圍第121項之方法，其中，該調 制包含將該AC電場的頻率增加至從約50〇 Hz至約100 kHz、接著將該AC電場的振幅增加至從約1 V至約4 V。 1 2 5 ·如申請專利範圍第1 1 7項之方法，其中，步驟 (i)-(ii)中的該充能包含在該第一及第二電極間產生AC電 場。 1 2 6 ·如申請專利範圍第1 2 5項之方法，其中，該產 生AC電場包含產生具有頻率約1 Hz-1 kHz且振幅約1-1 Ο V之AC電場。 1 2 7.如申請專利範圍第1 1 7項之方法，更包含沖掉 在步驟（d)之該等奈米導線。 -102 - 200847496 12 8. —種用於定位一或多個奈米導線的方法，包 含： (a) 設置一或多個奈米導線的一懸浮液鄰近一電極 對； (b) 充能該電極對，藉以使該等奈米導線變成與該電 極對相關聯； (Ο調制該電極對的該充能，藉以使該等奈米導線變 成耦接於該電極對上；及 (d)藉由充能一移除電極而從該電極對移除一或多個 未耦接的奈米導線，其中，該等未耦接的奈米導線在一方 向上被操控，並且進而從該電極對移除。 129·如申請專利範圍第128項之方法，其中，步驟 (b)中的該充能包含在該電極對間產生AC電場。 130·如申請專利範圍第129項之方法，其中，該產 生AC電場包含產生頻率在約10 Hz至約5 kHz之AC電 場。 13 1·如申請專利範圍第129項之方法，其中，該產 生AC電場包含產生振幅在約0.5 V至約3 V之AC電 1 3 2 .如申請專利範圍第1 2 8項之方法，其中，該調 制包含調整該AC電場的頻率、調整該AC電場的振幅、 或兩者。 133.如申請專利範圍第132項之方法，其中，該調 制包含將該 AC電場的頻率增加至從約1 kHz至約500 -103- 200847496 kHz。 134·如申請專利範圍第132項之方法，其中，該調 制包含將該AC電場的振幅增加至從約2 V至約20 V。 1 3 5 .如申請專利範圍第132項之方法，其中，該調 制包含將該AC電場的頻率增加至從約5 00 Hz至約100 kHz、接著將該AC電場的振幅增加至從約1 V至約4 V。 136·如申請專利範圍第128項之方法，其中，步驟 (d)中之該充能包含在該移除電極產生DC電場。 1 3 7 ·如申請專利範圍第1 3 6項之方法，其中，該產 生DC電場包含產生具有振幅約0.1 V至約10 V之DC電 場。 138.如申請專利範圍第128項之方法，其中，步驟 (d)中之該充能包含在該移除電極產生AC電場。 1 3 9 ·如申請專利範圍第1 3 6項之方法，其中，該產 生AC電場包含產生具有頻率在約100 Hz至約100 kHz 且振幅約5-1 50V之AC電場。 140·如申請專利範圍第128項之方法，其中，步驟 (d)中之該充能包含在該移除電極產生DC電場及AC電 場。 141·如申請專利範圍第140項之方法，其中，該產 生DC電場包含產生具有振幅在約0 · 1 V至約1 0 V之DC 電場，且該產生AC電場包含產生具有頻率在約1〇〇 Hz 至約100 kHz且振幅約5-150 V之AC電場。 142.如申請專利範圍第12 8項之方法，其中，步驟 -104- 200847496 (d)中之該充能包含： (i) 在該移除電極產生AC電場； (ii) 在該移除電極產生DC電場及AC電場；及 (iii) 在該移除電極產生AC電場。 143.如申請專利範圍第142項之方法，其中，該產 生DC電場包含施加具有振幅在約〇·1 V至約10 V之DC 電場，且該產生AC電場包含施加具有頻率在約1〇〇 Hz 至約100 kHz且振幅約5-150 V之AC電場。 1 44 .如申請專利範圍第1 2 8項之方法，更包含沖掉 在步驟（d)之該等奈米導線。 1 45 . —種用於從導電及半導電奈米導線的混合物隔 開一或多個導電奈米導線之方法，包含： (a) 設置一溶液鄰近一電極對，該溶液包含一或多個 導電奈米導線及一或多個半導電奈米導線； (b) 充能該電極對，藉以使該等導電及半導電奈米導 線變成與該電極對相關聯； (c) 調制該電極對的該充能，藉以使該等導電奈米導 線變成耦接於該電極對上；及 (d) 移除該一或多個半導電奈米導線。 1 4 6 ·如申請專利範圍第 1 4 5項之方法，其中，該充 能包含在該電極對間產生AC電場。 147.如申請專利範圍第146項之方法，其中’該產 生A C電場包含使用一直接電氣連接將一訊號供應至該電 極對。 -105- 200847496 148. 如申請專利範圍第146項之方法，其中，該產 生AC電場包含將一電磁波供應至該電極對。 149. 如申請專利範圍第145項之方法，其中，該充 能及調制包含將一電磁波供應至該電極對。 150. 如申請專利範圍第149項之方法，其中，該供 應包含將約1 GHz至約5 GHz之一電磁波供應至該電極 對。 15 1.如申請專利範圍第147項之方法，其中，該產 生AC電場包含產生頻率在約10Hz至約5kHz之AC電 場。 152·如申請專利範圍第147項之方法，其中，該產 生AC電場包含產生振幅在約0.5V至約3V之AC電場。 153·如申請專利範圍第147項之方法，其中，該調 制包含將該 AC電場的頻率增加至從約 1 kHz至約 500kHz 〇 154·如申請專利範圍第147項之方法，其中，該調 制包含將該AC電場的振幅增加至從約1 V至約4V。 155·如申請專利範圍第147項之方法，其中，該調 制包含將該 AC電場的頻率增加至從約500 Hz至約 100 kHz、接著將該AC電場的振幅增加至從約1 V至約4 V。 -106-