TWI475673B - 使用奈米管織物之電磁及熱偵測器及其製造方法 - Google Patents

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Description

使用奈米管織物之電磁及熱偵測器及其製造方法 【交互參照的相關申請案】
本申請案申請範圍優先權依據35U.S.C.§119(e)規定對2007年3月12日申請的美國臨時專利申請案號60/906,409，題目為”使用奈米碳管的電磁熱感測器及其製作方法”，該等全部揭露併入在本文中做為參考。
本申請案普遍關於奈米管織物及其製作方法與，更特別地，關於應用在電磁輻射偵測與感測系統上之奈米碳管織物及其製作方法。
偵測器是一種光學電路與元件(發射器、調變器、中繼器、波導或光纖、反射器、共振器等)的積體部份及用來感測電磁(EM)輻射。光導電材料，典型地半導體，具有當曝露在EM輻射(亦即，UV、可見光及IR)時，電性隨之變化的特性。一種形式的光導電性起因於在吸收光子期間產生可動的載子(電子或電洞)。對於半導體材料，一特定光波長(即光子能量)的吸收，與材料的能隙(Eg =hν=hc/λ，其中Eg 是材料能隙，h是普郎克常數(4.136×10-15 eV)，c是真空中的光速(2.998×1010 cm/s)及λ是輻射波長)直接成正比。如果能隙能量以eV(電子伏特)量測及波長是微米，上面方程式簡化成Eg =1.24/λ。一種光二極體(亦即，p-n二極體，p-i-n二極體，崩潰效應的光電二極體等)是最普遍使用的光導 體形式，如Kwork K.NG在”Complete Guide to Semiconductor Devices”,IEEE Press,John Wiley & Sons,2002,pages 431-437所描述。光偵測理想上適用直接能隙半導體如Ge,GaAs等；然而，間接能隙半導體(其中需要額外的聲子能量激發一電子從價帶到導電帶，使這些偵測器較沒效率)，例如矽，也被用做光偵測器。最廣被知曉的光偵測器形式可能是太陽能電池，其使用一簡單的p-n二極體或蕭特基能障偵測入射光子。除了矽，大部份光偵測器無法與目前的微電子技術整合，常常僅偵測特定的一波長(亦即Si是1.1μm，GaAs是0.87μm，α-SiC是0.414μm及Ge是1.89μm)，及需要多個偵測器偵測一寬廣的波長(即光子能量)範圍。
有許多其他技術可以用來偵測EM：利用在一偵測介質(輻射熱測定器)中溫度昇高而感應的電阻變化，如Kwork K.NG在”Complete Guide to Semiconductor Devices”,IEEE Press,John Wiley & Sons,2002,pages 532-533所描述，或當入射輻射引起一溫度升高(焦電偵測器)時改變材料內的電偶極矩。輻射熱測定器可以從金屬、金屬氧化物或半導性材料建構。因為輻射熱測定器偵測在好幾微米以上之一寬廣範圍輻射，輻射熱測定器典型地低溫冷卻以降低偵測到偵測器材料發射的黑體輻射，其導致一高背景雜訊。
在通訊及EM感測應用方面，偵測器是關鍵的，特別是在紅外光(IR)譜，λ>0.75μm。目前，許多IR感測器是昂貴的，需要無法相容Si-CMOS技術的先進製造技術，且具有限的解析度與不能 在室溫操作(即需要冷卻)。習知的IR偵測器主要使用輻射熱測定器，更特別地微輻射熱測定器。
操作在8-12μm波帶之紅外線聚焦平面陣列(IRFPAs)，因為引入二氧化釩(VOx )陣列已經歷一大革命。直到現在，戰術與戰略的應用都依賴HgCdTe IRFPAs，其操作在77K及需要使用機械冷卻機。HgCdTe系統苦於缺陷、高製程成本、低產率及相當重(除去重要的人力攜帶應用上)。基於微輻射熱測定器克服伴隨HgCdTe的許多問題，引入VOx 用做TCR(電阻溫度係數)的IR輻射感測層，其被沉積在熱隔絕的一懸臂樑上。VOx 技術可以CMOS設計與製程技術在矽晶圓上製造，具有一較低的內建單位產品成本。VOx 元件也不要求冷卻至77K-僅熱穩定即可。該技術也使能夠引入人力攜帶IR系統如熱感應瞄準器與整合可見/長波IR(8-12μm)融合影像的鋼盔，以冷卻的HgCdTe是無法實現。
一個VOx 技術的主要好處是其CMOS的相容性。CMOS技術提供改進的功能與增加解析度。先進的製程技術也使一種反射腔塗佈的發展成為可行，該塗佈允許IR能量從腔底反射及被VOx 層吸收，增加IR吸收的效率。因為先進CMOS製程的發展與積體化，偵測器單位晶胞縮小及填充因子的增加導致640x480畫素的IRFPAs，因此部署這些IRFPA的相機之解析度隨之增大。IRFPA的解析度與CMOS技術節點及輻射熱測定器的最小畫素尺寸直接相關。對VOx 微輻射熱測定器，因為相關於VOx 的TCR之限制，例如低於25微米(640 ×480解析度的要求)時，VOx 的TCR變成非線性，較高解析度的IRFPAs是不可能的。並且，CMOS類比前級放大器設計的改進已增加無冷卻IRFPAs的訊號對雜訊比。
雖然VOx 的改進對微輻射熱測定器有貢獻，然而證據顯示對該材料的改進曲線正緩慢下來，及某些基本限制使這些陣列在現代的IR系統無法使用。首先，缺乏在重要的中波IR(MWIR)波段(3-5μm)的反應。第二個限制是在UV的應用，例如飛彈的威脅警告，VOx 技術不能從導彈尾焰偵測UV特徵。雖然熱隔絕已改進到20mK的等級，進一步的改進仍是需要的，因此，VOx 系的IRFPAs另一個限制是等雜訊溫差(NETD)的效能飽和，相關於VOx 吸收的限制。在戰術與戰略系統中多色(MW/LWIR)系統的需求也是一個需要，以VOx 系的微輻射熱測定器其為不可能的。VOx 的另一問題是不能夠做到25微米以下的畫素尺寸，因而限制偵測器在640×480畫素。如上所述，25微米以下時，VOx 的TCR變成非線性。並且，當畫素尺度減少，VOx 的1/f雜訊增加。
奈米碳管(CNTs)做為電磁(EM)偵測為具有前景的一材料及最近已研究它們的獨特光學性質，集中在IR輻射的發射與偵測(見Sheng等人，”Exciton dynamics in single-walled nanotubes：Transient photoinduced dichroism and polarized emission”,Pysical Review B,71(2005),125427，Perebeinos等人，“Scaling of Excitons in Carbon Nanotubes”,Physical Review Letters,92(2004),257402，Ugawa等人，“Far-infrared to visible optical conductivity of single-wall carbon nanotubes”,Current Applied Physics,1(2001)485-491，Lehman等人，”Single-wall carbon nanotube coating on a pyroelectric detector”,Applied Optics,44(2005),483-488，Itkis等人，”Bolometric infrared photoresponse of suspended single-walled carbon nanotube film”,Science,312(2006),413-416及Mohite等人，”Displacement current detection of photoconduction in carbon nanotubes”,Applied Physics Letters,86(2005),061114)。
依據CNT的直徑而定，奈米碳管的典型能隙範圍從0.6-1.2eV，其中該能隙與奈米碳管的直徑成反比，其相關於在IR光譜的輻射之偵測及發射。數個CNT發光與偵測的方法已被探討，亦即產生激子以產生光電流或改變奈米碳管材料的電阻而發熱(輻射熱測定器)。光激發光與光偵測研究顯示奈米碳管，特別是單壁奈米碳管(SWNTs)，吸收0.6-2eV之間的輻射，相關於奈米碳管的van Hove波峯(S11,S22與M11)之間的轉移。奈米碳管也已展現極高的吸收係數量級為104 -105 cm-1 ，高於HgCdTe與遠高於VOx 。結合這些性質有可能使CNTs做為取代HgCdTe及VOx 成為電阻式微輻射熱測定器材料的候選者。
Itkis的一篇論文介紹使用沉積態的、電弧成長的SWNTs之一厚的懸掛簇(mat)製造一非CMOS相容的CNT輻射熱測 定器。使用一12μW發射0.94μm IR的雷射，該CNTs簇顯現出具S/N比為100之CNTs簇導電率呈現頗大的減少。Itkis量測的TCR值相當於二氧化釩，其強烈地暗示CNT輻射熱測定器操作在室溫的能力。也注意到減少簇厚度所改進CNT輻射熱測定器的靈敏度；然而，它們的製造技術不能製造可靠的厚度及不能依比例縮放到單層的織物。
雖然有這些團隊執行研究，在一可靠的CNT-IR感測器實現之前，仍舊有考慮需被提出。第一個要考慮的是製造CNT-IR感測器使用的製程需要與CMOS技術相容及結合在矽電子元件內。一個可能的CNTs缺點是它們有變化的能隙；因此，一個官能基化的方案可能需要發展，以製作具有再現性質的CNTs。
本申請案普遍關於奈米管織物及其製作方法，與更特別地關於應用在電磁輻射偵測與感測系統之奈米碳管織物及其製作方法。在本發明某些實施例之下，提供使用奈米碳管織物之電磁與熱感測器與偵測器。在本發明的其他態樣中，使用奈米碳管與奈米碳管織物的微輻射熱測定器被用來偵測UV與IR輻射。
根據本發明的一個實施例，一種電磁輻射偵測器包含一基板、一奈米管織物佈置在該基板上，該奈米管織物包含一非織造的奈米管網絡，及第一與第二導電端，個別與奈米管織物電性連通，第一與第二導電端以相間隔的關係佈置。奈米管織物可以調整到對一預定範圍的電磁輻射敏感，以致曝露在該電磁輻射下時導致在第一與第二導電端間的阻抗發生變化。
在本發明的另一個態樣之下，該偵測器進一步包含感測電路用來偵測輸入阻抗的變化，該感測電路與CMOS電路整合化。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物官能基化成對預定範圍的電磁輻射敏感。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物衍生成對預定範圍的電磁輻射敏感。
在本發明的另一個態樣之下，基板包含一介電材料。
在本發明的另一個態樣之下，一預定範圍的電磁輻射包含IR輻射及該奈米管織物的活性區域具有一電阻熱係數近似於1%/℃與近似於2.5%/℃之間。
在本發明的另一個態樣之下，電磁輻射包含UV輻射。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物包含一種多層織物。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物進一步包含半導性奈米粒子，調整該奈米管織物以致曝露至選定的一光子能量下時導致在第一與第二導電端間的阻抗發生變化。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物包含染料敏感的(dye-sensitized)奈米粒子。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物佈置在一介電層上及該奈米管織物包含一活性區域，且其以與基板相間隔的關係懸掛。
在本發明的另一個態樣之下，一反射層與奈米管織物的活性區域相間隔的關係佈置及定義空腔的一邊界，反射層反射至少一部份電磁輻射以致反射的電磁輻射是入射在奈米管織物的活性區域上。
在本發明的另一個態樣之下，該預定範圍的電磁輻射包含熱輻射及該奈米管織物調整到具有一選定的電阻熱係數(TCR)。
在本發明的另一個態樣之下，該TCR包含一正值。
在本發明的另一個態樣之下，該TCR包含一負值。
在本發明的另一個態樣之下，該選定的TCR是經由摻雜及官能基化奈米管織物之一來調整。
根據本發明的另一個實施例，一種微輻射熱測定器包含一種基板、一種導電電極、一種反射元件具有一上表面實質上佈置在基板的上表面之下、該反射元件定義至少在基板中空腔的一邊界及一介電層佈置在至少一部份空腔之上以及佈置跨越過導電電極。該微輻射熱測定器進一步包含一奈米管織物的區域，該織物包含一非織造的奈米管網絡佈置在介電層上，及與導電電極電性連通及奈米管織物的區域被調整到對一預定範圍的電磁輻射敏感，以致曝露在該電磁輻射下時導致在奈米管織物內的電刺激傳送到導電電極。
在本發明的另一個態樣之下，介電層包含一種材料對電磁輻射的IR範圍實質上透明。
在本發明的另一個態樣之下，該介電層包含一種摻雜的SiNx 材料。
在本發明的另一個態樣之下，該偵測器進一步包含用來偵測傳送到導電電極之電激發的感測電路，該感測電路與CMOS電路整合。
在本發明的另一個態樣之下，該反射元件實質上反射輻射以致奈米管織物吸收入射在偵測器上的電磁輻射及反射電磁輻射。
在本發明的另一個態樣之下，該反射的電磁輻射入射在奈米管 織物上，該輻射包含被奈米管織物吸收之近似20%的電磁輻射。
在本發明的另一個態樣之下，該電磁輻射包含IR輻射且奈米管織物被調整到具有一吸收係數近似104 cm-1 到近似105 cm-1 。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物的區域被調整到具有一片電阻近似1000Ω/sq。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物的區域包含一面積在近似100平方微米與近似2500平方微米之間。
在本發明的另一個態樣之下，該微輻射熱測定器進一步包含一種第二導電電極與奈米管織物的區域電性連通，該第二導電電極與第一導電電極以相間隔的關係佈置。
在本發明的另一個態樣之下，該導電電極與第二導電電極包含一ZnO材料與一Si3 N4 材料兩者其中之一，該導電電極與第二導電電極與CMOS電路電性連通。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物進一步包含半導電奈米粒子，該奈米管織物調整到對一預定的光子能量敏感。
在本發明的另一個態樣之下，該偵測器與互連電路電性連通，及調整該奈米管織物以致在第一與第二導電端之間的第一阻抗值與互連電路的阻抗匹配。
根據本發明的另一個實施例，製作一電磁輻射偵測器的一種方法其包含提供一基板，提供一導電電極，提供一奈米管織物其包含一種非織造的奈米管網絡，佈置與該導電電極電性連通及在該基板中形成一空腔，以致一部份奈米管織物的區域懸掛蓋過該空腔。該方法進一步包含從奈米管織物形成一奈米管偵測器元件，該奈米管偵測器元件調整到對一選擇範圍的電磁輻射敏感，以致曝露到該電磁輻射導致在偵測器元件中傳送至導電電極的電性激 發有改變。
在本發明的另一個態樣之下，提供該奈米管織物包含提供實際上純化的奈米管及形成奈米管偵測器元件包含形成奈米管織物的圖案。
在本發明的另一個態樣之下，形成奈米管偵測器元件包含官能基化與衍生奈米管織物兩者其中之一。
在本發明的另一個態樣之下，可以形成一反射元件在基板的一表面上，該反射元件定義空腔的一較低的邊界。
在本發明的另一個態樣之下，該反射元件包含一種選定的材料以反射一範圍內的電磁輻射。
在本發明的另一個態樣之下，一種介電層可以佈置在基板中至少一部份空腔上及佈置跨越過導電電極，該介電層插入在導電電極與奈米管偵測器元件之間。
在本發明的另一個態樣之下，在基板中形成空腔進一步包含提供一種犧牲層及選擇性移除一部份基板。
在本發明的另一個態樣之下，該犧牲層包含非晶矽、鋁及熱分解高分子之一。
在本發明的另一個態樣之下，奈米管織物的區域包含旋塗或噴塗奈米碳管其中之一，以致該奈米管織物的區域具有一片電阻近似1000Ω/sq。
在本發明的另一個態樣之下，提供奈米管織物的區域進一步包含一退火製程以消除至少某些金屬性奈米管。
在本發明的另一個態樣之下，該奈米管織物的區域可以調整到降低傳送到導電接觸之電激發中1/f的雜訊。
在本發明的另一個態樣之下，基板、導電電極與奈米管織物可以安置在一部份真空的封裝中及可以一選定的氣體回填該部份真空的封裝，該選定的氣體包含N2 與He兩者其中之一。
根據本發明的另一個實施例，一種在一晶圓上的廣範圍電磁輻射偵測器陣列包含複數個偵測器。每一偵測器可以具有一種基板，一種奈米管織物佈置在該基板上，該奈米管織物包含一種非織造的奈米管網絡，及第一與第二導電端，個別與奈米管織物電性連通，該第一與第二導電端以間隔的關係佈置。在陣列中的每一偵測器可以調整到對一預定部份的廣範圍電磁輻射敏感，以致曝露至該預定部份的電磁輻射導致在個別偵測器中之第一與第二導電端之間阻抗的變化。
在本發明的另一個方面之下，對複數個偵測器的第一個，該預定部份的廣範圍電磁輻射包含UV範圍。在本發明的另一個態樣之下，對複數個偵測器的第二個，該預定部份的廣範圍電磁輻射包含IR範圍。
在本發明的另一個態樣之下，在一CMOS晶圓的互連金屬製程之後在一種氧化物中製造一空腔。提供一薄膜介電單元其是與周圍環境熱隔絕。一種奈米管織物可以被放在該介電單元上，在某些實施例，具有一正的或一負的近似1-2.5% TCR。一種犧牲層可以用來製作一懸臂樑畫素結構。該懸臂樑畫素結構可以連接到導電接觸，接著，該導電接觸連接到CMOS電路的終端冶金。一種犧牲層可以用來形成一空腔是由非晶矽、鋁或熱分解高分子組成。在某些實施例，該導電接觸包含Si3 N4 接腳提供連接到對應的CMOS晶圓的終端冶金做為對至少一部份IR輻射敏感的偵測器。在某些實施例，該導電接觸包含高度摻雜的ZnO接腳，其提供連接到對應的CMOS晶圓的終端冶金以做為對至少一部份UV輻射敏感的偵測器。
在本發明的另一個態樣之下，一奈米碳管層包含以一實質上消除金屬性奈米管的退火製程所製造之半導性奈米管。在某些實施例，包含一種反射薄膜增加入射輻射的吸收從近似70%到90%。
在本發明的某些態樣之下，讀取電子前置放大器電路是根據以CMOS設計的電容式轉阻(trans-impedance)輸入結構。該數位讀取區段也可以設計成讀取二維畫素陣列的行與列。該電路包含積分器、取樣與維持及行(column)多工器。
在本發明的某些態樣之下，該等偵測器調整到吸收IR頻帶的輻射，特別地LWIR(8-12微米)與MWIR(3-5微米)及UV範圍。所提供的多色聚焦平面陣列是具有幾乎同時讀取的偵測器。使用奈米碳管的熱阻器感測器提供在其他實施例中。在某些實施例中，具有奈米管織物的微輻射熱測定器包含熱穩定性或用做校正的熱參考。聚焦平面陣列可以使用一單階段熱電穩定器或結合記憶體進入該電子設計來校正測試中的每一畫素。在其他實施例中，提供使用奈米碳管的染料敏感的太陽能電池。
本發明的各種實施例提供用在電磁輻射偵測與感測系統的奈米碳管織物及其製造方法。
廣範圍電磁輻射感測器及偵測器可以奈米管織物製造。奈米碳管具獨特電及熱性質，使其是極佳的電磁輻射材料及特別地是熱偵測。從奈米碳管製作的織物具有感測寬廣輻射光譜的能力，從伽瑪射線(λ<1Å)到射頻(λ>0.1cm)。具有很低的金屬污染等級，奈米管織物可以容易地沉積在各種基板上及可以與CMOS技術整合。當使用在電磁與熱偵測器時，奈米碳管與奈米碳管織物的特 質使它們是一種極佳的與高效能材料。以奈米碳管織物建構的偵測器(例如微輻射熱測定器)之效能優點由其在偵測一廣範圍的電磁光譜的多樣性加以補足。奈米碳管織物偵測器的陣列可以在一單一晶圓上圖案化，在陣列中的每一個別的偵測器調整到對一預定範圍的電磁輻射敏感。調整該等個別的偵測器可以包含官能基化、衍生、摻雜部份的奈米管織物(或使用另一種適合的方法)使該織物對一選擇範圍的電磁輻射光譜敏感。可以製作一廣範圍偵測陣列包含調整到對UV範圍的光譜敏感之偵測器，該等偵測器調整到對IR範圍的光譜敏感，及該等偵測器調整到偵測中間範圍的光譜。因為奈米管織物偵測器容易製造及與CMOS積體化技術電性連接，其可能加以沉積、圖案化及在任何元件等級交連奈米管織物偵測器，以量測入射在一主動元件中之輻射與溫度變動。
目前，在半導體工業用做光學與光電應用的偵測器典型地是微米尺寸的或較大的結構及獨立的元件，僅能偵測一窄光譜內的輻射。有需要大規模製造奈米尺寸的使用在電子、光學與光電的應用上之偵測器，其可以全部整合到一積體電路的CMOS製程的流程。理想上，這些偵測器應該也有能力偵測一廣範圍輻射光譜從伽瑪射線(λ<1Å)到射頻(λ>0.1cm)。該等感測元件在大部份型式的消費電子中具有廣泛的用途的潛力，其中有利於在積體電路中的任何電磁偵測。目前EM偵測器具有的問題在本文中使用奈米碳管提供解決方案，特別地奈米碳管技術是揭露在所併入的Nanotero公司的參考資料中。
然而不希望受理論束縛，發明者發想許多可能的技術，其可以 用在包含奈米管織物的系統中之EM輻射的偵測。這些技術包含：由電子-電洞結合產生的一光電流，產生的熱其將在織物中產生一電阻的變化，由光-聲效應產生的聲子，如Ajayan等人的說明，”Nanotubes in a Flash-Ignition and Reconstruction”,Science,296,(2002),705，其將在織物或附接的金屬互連線中產生一電流，及使用奈米粒子或其他官能基化的試劑可以用來偵測電磁輻射，其中該CNT織物作用為訊號傳播到連接電路的路線。這些技術，部份地，提供到電磁輻射偵測與感測系統及本文揭露的方法的各種實施例。
製造CNT偵測器感測從UV到IR的EM輻射及其他輻射事件如γ、α或β輻射具有一官能基化或無官能基化織物描述如下。並且，CNT織物使用在製作為輻射熱測定器，其非常容易製作、容易操作的特徵與利用目前VOx 科技可獲得的解析度詳細說明在下面。
相關於EM偵測器的其他型式偵測器，包含熱阻器及電阻溫度偵測器(RTDs)，其使用一材料的TCR偵測一系統中溫度的變化。如上所述，利用微輻射熱測定器偵測EM，TCR也是很重要。對一熱阻器，當溫度升高，熱阻器的電阻降低，因此是負TCR。對RTDs是相反情形，其中溫度升高產生電阻升高，因而是一正TCR的偵測器。表1顯示許多材料的TCR值其典型地用做一RTD(正TCR)或一熱阻器(負TCR)。
表1：許多可以用做RTDs或熱阻器材料的TCR值。
如從表1所見，金屬可以典型地用做RTDs，而半導體或金屬氧化物用做熱阻器。偵測器溫度的變化可以利用第一階線性方程式R=Rref [1+α(T-Tref )]決定，其中α是偵測器材料的TCR與Rref 是材料在Tref (典型地是20℃)的電阻。一更高階的(及更精確的)分析可以利用Steinhart-Hart方程式T=1/[a+blnR+c(lnR)3 ]，其中a、b及c是Steinhart參數。熱阻器比RTD元件更靈敏，典型地10倍因子，此因RTDs具有一更小的TCR值；因此，與熱阻器相比，相關於具有調變溫度之RTD元件有較小的電阻變化。鍺熱阻器一般用在溫度100K；然而，矽熱阻器用在100-250K之間。250K以上，矽的TCR變成正的，其導致電阻的降低，而可能扭曲溫度的數據。因為某些半導體或金屬氧化物熱阻器材料具有大的能隙，它們理想上是適合高溫偵測。熱阻器典型地也有電阻值在1kΩ到 10kΩ之間，然而RTDs具有電阻值<1Ω。
對一RTD偵測器，廣泛地使用白金因為其是一高熔點金屬。Pt RTDs使用的範圍是在-200-630℃之間，可能偵測到高達900℃，而降低準確性。
CNTs具有獨特的電與熱性質，也使它們是做為溫度偵測及EM偵測的極佳候選者。特別地，具有很低金屬污染等級(每十億分之幾)的奈米碳管織物可以容易沉積在各種不同的基板上及可以與CMOS技術整合，是用在熱阻器或RTD技術的一理想候選者。很低污染程度的奈米碳管織物更充分描述在美國專利申請號碼10/860332中，其全部內容藉由參照方式引入本案中。
CNT系熱阻器(或RTD)具有超過正常金屬氧化物或單晶半導體熱阻器(或金屬RTDs)的許多好處。一個好處是容易製作CNT系熱阻器(或RTD)。CNT-熱阻器(或RTDs)，做為EM偵測器，是容易製造的，使用標準的CMOS積體化技術例如旋轉塗佈、光蝕刻及反應性離子蝕刻(RIE)，不像目前的熱阻器(或RTD)方案，CMOS製造與積體化技術說明在美國專利號碼6706402，美國專利申請號碼10/341005及美國專利申請號碼10/341130中，其全部內容藉由參照方式引入本案中。除了使用CMOS相容材料，非標準的積體化技術也可以使用來製造CNT熱阻器(或RTDs)在例如可撓性高分子、石英、氧化鋁等的基板上。CNT系熱阻器及RTDs也可以奈米尺寸的維度(<100nm)製造，其不可能是目前的熱阻器及RTD技術所有的。
CNT溫度感測器的另一好處是CNT偵測器能夠處理比習知偵 測器更大的溫度範圍。例如，奈米碳管具有很寬的感測範圍，因為它們與RTD金屬如Pt(熔解溫度：1769℃；範圍：-200℃-600℃)或熱阻器半導體材料如Ge(熔解溫度：938℃；範圍：<-173℃)相比，有較高熔點(>3000℃)。
因為CNTs，及更特別地CNT織物，具有奈米尺寸的維度及長過特定長度時是衝擊性導體(ballistic conductors)，該CNT熱阻器(或RTDs)是低功率元件。該CNT熱阻器或RTDs具有最小的自熱效應。
對於使用奈米尺度技術之一溫度感測平台已認定有其需要，本揭露描述使CNT織物的用途能夠用在偵測一系統中的溫度變化，特別地對積體電路(IC)技術，奈米電子與實驗室晶片技術。根據某些實施例，CNT熱阻器/RTD可以被官能基化成使適合織物的TCR性質；而在另一態樣顯示的是熱偵測器與加熱偵測器的組合。
奈米碳管的織物可以懸掛過間隙(例如90-180nm)或順形(conformal)到一基板，可以使用做EM偵測器。以適度的光子數量，在利用光產生(光二極體)、織物加熱(輻射熱測定器)或聲子產生(光-聲)時應該可能偵測到。
圖1A說明根據本發明某些實施例的原則製造的一EM偵測元件100。該EM偵測元件100包含一奈米管條片102、奈米管織物的一懸掛區域106、一間隙區域110、一絕緣層108包含一或更多基板104、電極122與驅動電路130。
某些實施例的奈米管條片102是從一糾纏的(entangled)或纏結的(matted)奈米管(更多在下述)不織物(non-woven)形成。
基板104是從絕緣層108圖案化做出。層108可以是任何適當的材料，例如，但非限定，SiO2 ,SiNx ,HfO2 ,HfAlO,HfSiO,TiO2 ,Al2 O3 (結晶與非晶的)，MgO,Mylar,ZnO,BeO，熔融石英及其他二氧化矽系絕緣體，塑膠，多孔隔膜及紙。
在某些實施例，EM偵測元件具有奈米織物跨越(overlying)過一間隙區域110的一懸掛區域106，在一種第二基板材料112之上。該第二基板材料112可以是如一種上面所列之一絕緣體，及可以是如108之相同絕緣材料或該第二基板材料可以是一半導體(例如，但非限於，Si(單晶、多晶及非晶形的)，Ge,SiGe,SiC，鑽石，GaN,GaAs,GaP,AlGaAs,InP,GaP,CdTe,AlN,InAs,Alx In1-x P，及其他III-V與II-VI半導體)或一導體(例如，但非限於，Al,Cu,W,Al(<1% Cu),Co,Ti,Ta,W,Ni,Mo,Ru,Pd,Pt,Ag,Au,Au/Ti,Bi,Ca,Cr,Cr/Au,Fe,In,Mg,Na,Os,Pb,Rh,Sb,Sn,Pb/Sn,Pb/In,Zn,TiW,CoSix ,WSi2 ,TiSix ,TaN,TiN,TiAlN,RuN,RuO,PtSi,Pd2 Si,MoSi2 ,NiSix ,RhSi與ZrSi2 )。奈米織物102懸掛區域106定義偵測元件100的EM感測區域。從偵測元件100的EM偵測是利用驅動電路130控制。
圖1B說明偵測元件100的一陣列120。
在陣列120中，電極122利用第二基板材料112與懸掛區域106之陣列連接，個別是能夠作用成為一偵測元件100。
圖1C說明一非懸掛的EM偵測元件140其是順著基板104之形狀，基板104可為例如，但非限於，矽，SiO2 ,SiNx ,GaAs,GaN，塑膠，紙等。除了奈米碳管織物偵測區域不是懸掛外，這元件相 似於圖1A。無懸掛的元件較容易製造；然而，一無懸掛的元件的基板經由吸收一些EM輻射或干擾奈米管的構造，其接著改變奈米管織物的性質，不利地影響或扭曲奈米管織物偵測EM的能力。依據應用，一懸掛的織物將更需要，例如微輻射熱測定器，在其中熱隔絕是重要的；然而，其他應用如利用激子產生或經由官能基試劑的EM偵測，使用一無懸掛的元件可更為適當。
在圖1C中的基板104相關於所需的EM偵測光譜也可以是一反射的基板。該反射的塗層是一般技藝所知。
圖1D說明無懸掛的光偵測器124之一陣列150。
懸掛及無懸掛SWNT元件可以利用旋轉塗佈、噴塗、浸鍍或CVD成長在一基板上來製作，如美國專利號碼6,706,402與6,835,591及美國專利申請案號10/341,054及10/341,130之說明，其全部內容藉由參照方式引入本案中。接著該奈米管織物可以被圖案化及利用標準的(光微影)及非標準的(電子束或奈米壓印)微影、蝕刻(氧氣反應性離子蝕刻)及金屬沉積技術(物理氣相沉積、化學氣相沉積、電化學沉積)做電性連接。這種製作方法已於引用參考文獻中有詳細描述。
EM輻射入射在這些SWNT之物的開放區域引起產生一光電流，如一種光二極體，在織物中產生熱，如一種輻射熱測定器，或利用光-聲效應在織物中產生聲子。
適合本發明某些實施例的製造懸掛奈米織物的方法揭露在所併入的專利參考資料，包含美國專利號碼6,706,402及美國專利申請案號10/776059與10/776572及WO 01/03208。從一種纏結層的奈米管或一種非編織的奈米管製造的奈米織物條帶或片段或帶 子，可使用做偵測EM輻射的一種導電元件。在本發明的多處，該等條帶被稱之為軌跡或偵測或感測物件或導電物件。在某些例子，該等條帶是懸掛的，及在其他例子，它們是順形佈置在一基板上。
在本發明某些實施例，該等感測物件可以從一奈米管織物、層或膜製造。SWNT具有管徑0.5-4nm或多壁奈米管(MWNTs)具有直徑>2nm是電導體，其能夠攜帶極高電流密度，例如，見Z.Yao,C.L.Kane,C.Dekker,Phys.Rev.Lett.84,2941(2000)。它們也具有已知最高的熱傳導率，例如，見S.Berber,Y.-K.Kwon,D.Tomanek,Phys.Rev.Lett.84,4613(2000)，及具有熱與化學上穩定性，例如，見P.M.Ajayan,T.W.Ebbesen,Rep.Prog.Phys.60,1025(1997)。然而，使用該等個別的奈米管做為EM偵測可能會有問題，因為成長奈米管具有適當控制的方向、長度及其相似者是困難的。從奈米管織物製作軌跡允許：假如不是全部，該等軌跡亦保持許多個別奈米管的好處。甚且，從奈米管織物製作的軌跡具有在個別奈米管所沒有發現的好處。例如，因為軌跡由許多奈米管聚集組成，該軌跡將不會因一個別奈米管失敗或斷裂結果而失效。或者，在一已給的軌跡有許多取代軌跡可以傳輸通過電子。效用上，從奈米管織物製造的一軌跡在定義軌跡內產生個別奈米管的自己的電氣網路，其中每一個可以傳導電子。甚且，利用奈米管織物、層或膜，目前技術可以用來製作該等軌跡。
對EM偵測器，使用一種奈米管的織物也增加偵測面積/橫截面，與個別的奈米管相比容許更高的偵測效率。
因為製造懸掛的奈米管基的偵測器元件相似於在併入文件中說明的懸掛奈米管系記憶元件，目前簡短說明它們的結構。所用參考資料為美國專利號碼6,706,402及美國專利申請案號10/341,005, 10/341,055, 10/341,054, 10/341,130及WO 01/03208有更充實的說明與背景。
對無懸掛的奈米管系偵測器元件，該基板順形(conformal)元件的製造已說明在美國專利號碼6924538及07112464與美國專利申請案號2004/0181630，其全部內容併入做參考。
在本發明另一實施例下，該CNT織物包含一單層(~1nm)至一厚的多層(>>10nm)織物。
多層織物可以更適合EM感測。多層織物將使奈米管偵測器有最大的偵測面積，然而，單層織物其可包含一孔隙度80-90%，由於有限的感測表面積將具有一低的偵測效率。
為了增加奈米管織物的吸附能力，可以使用單層或多層的反射基板或薄膜。依據所需的偵測範圍而定，可以製作適合的基板。例如反射LWIR銅可以使用基板反射IR輻射回到CNT織物，以增加IR能量吸收。雖然這表現出更適合於無懸掛的織物，懸掛的織物也能使用一反射的基板或薄膜的優點，其中一空腔裝上一反射的介質(見下面的輻射熱測定器)內襯。
如前述，發明者發想許多製程其容許以CNTs偵測EM輻射。本技藝所習知的這些技術之該等物理性質及目前未知的其他技術也可以使用來製造EM偵測器。在本發明的一實施例下，該奈米管織物被用做一種光二極體以偵測EM輻射。圖2顯示偵測器元 件200，其由於電子235與電洞236的重合產生光電流。奈米管偵測元件225佈置在基板210之上及電性接觸到源極-汲極電極205與205’。該奈米管織物利用一薄介電體220以閘極電極215做閘道與奈米管偵測元件225分隔。奈米管織物的閘道由於蕭特基能障容許從汲極區域205’產生的電洞236進入奈米管偵測元件225。因此，在一包含原始奈米管的特別實施例，當光230入射在奈米管偵測元件225上時，電子235產生在奈米管織物中，其與電洞236重合及產生電流。
相關於本技術但沒顯示出來的是激子(電子-電洞對)的產生可以用來偵測EM輻射。
本光二極體偵測器也可以一種懸掛的奈米管織物製造，其未揭示在本發明中。
本發明另一實施例使用光-聲效應偵測電磁輻射。圖3顯示光-聲偵測器300，其具有奈米織物偵測器325佈置在基板320上，且與305與305’有電接觸。對該偵測器，光330入射奈米織物325以產生聲子335。這些聲子接著將穿過該奈米織物及與電極305及305’產生交互作用。產生的聲子與電極之間的交互作用將引起電極中電子的產生，其可以未於圖中顯示之適當的感測線路感測其電流，或產生熱將引起電極中一電阻的改變，其可以未於圖中顯示之適當的感測線路加以感測。
對本型式的EM偵測器，一種懸掛的織物(未顯示)可以更理想的防止聲子(phonons)損失於基板中。吾人期望EM輻射將產生光學的聲子，接著散射形成電子或聲學聲子(acoustic phonons)。該 等聲學聲子可以容易地進入基板中而損耗及因而不對偵測訊號產生貢獻；因此，移除下面的基板將大幅改進感測效率。
在另一實施例下，光偵測織物被用做一輻射熱測定器。一種傳統的輻射熱測定器的電路圖示400如圖4，顯示一惠斯登電橋結構。輸入電壓410連接在電阻430與430’之間的一點上及在電阻430”與440之間的第二點上。電阻430,430’與430”是已知值。電阻440是該偵測器電阻其將依據入射的電磁波輻射而變。電路的輸出電壓以伏特計420量測。
一種簡單的奈米織物輻射熱測定器500顯示在圖5A與5B。更先進的及實際的CNT輻射熱測定器設計及說明進一步顯示在下面。對圖5A與5B，奈米織物偵測器525佈置在基板520上與連接到互連點505與505’。在圖5A中，沒有光入射在奈米織物感測器上，因此，沒有發生熱及EM偵測。在圖5B中，光530入射在奈米織物525引起熱及改變奈米織物525到奈米織物535的電阻。該電阻的改變接著以未顯示於圖中之適當的感測電路量測。
上面所有實施例可以具有一種官能基化的奈米管織物如圖6A結構600所示。對該結構光導電奈米粒子或EM敏感分子635被官能基化、摻雜、或黏著到奈米織物625以增進奈米織物的感測性質。奈米粒子及EM敏感劑的範例如下所示。
圖6B顯示已具有充滿二氧化矽奈米粒子之一稀疏奈米管織物的FESEM顯微照片。發明者等可想出來自導體至半導體及絕緣體各種不同的奈米粒子，在奈米管溶液的合成期間可黏著到奈米管織物，如說明在美國專利號碼6990009，美國專利公告號碼 2005/0269553及2005/0058797及美國專利申請案號10/860331，其全部的內容在此藉由參照方式引入本案中，或者在偵測器製造期間利用該等奈米粒子之直接沉積。
在本發明的一實施例下，該CNT EM偵測器以一光導電材料官能基化或摻雜。一種可能的光導電材料的一範例將是GaN的奈米粒子如Kabra等人在”Gallium nitride nanoparticles for solar-blind detectors”,Proceedings of the Indian Academy of Science(Chemical Science),115(2003),459-463所說明者。這些添加的光導電材料將增進奈米織物偵測器的範圍及效率。接著可能使用該等奈米粒子偵測具有UV能量的光子及該奈米織物偵測在IR範圍的能量。依據光導電奈米粒子的型式，可以偵測寬廣範圍的光譜。其他型式的奈米粒子可以包含，但非限於，SiC,Si，鑽石，GaAs,GaP,AlGaAs,InP,GaP,CdTe,AlN,Ge,InAs,Alx In1-x P等，該等是使用在從UV到IR的EM偵測之典型的半導體材料。
以奈米粒子摻雜一CNT織物提供一額外的好處是III-V,II-VI及非Si IV半導體與Si CMOS積體化技術是不相容。以這些奈米粒子摻雜該CNT織物容許結合這些非Si CMOS材料進入Si CMOS的積體化。因此，本發明的一方面是具有半導電奈米粒子的奈米管織物之摻雜將被用來偵測特定的光子能量。當在該等奈米粒子中產生電荷，該電荷被傳送到CNT織物，接著傳送電荷到適當的感測電路。
在相關的實施例，該等EM感測器可以偵測伽瑪射線及其他輻射粒子、x射線、可見光、紅外光或射頻波，然而在其他實施例， 該感測器是多色-亦即偵測從伽瑪射線到IR。該奈米織物可以被官能基化，不是非共價就是共價地(例如，利用衍生)以致特定地與一特別的輻射能量交互作用。用來產生奈米管織物中的一電性變化之奈米管織物的官能基化已更充分地說明在美國專利公告號碼2005/0053525，將不進一步詳述在本文中，該公告之全部內容併入在本文中做參考。已知使用該原理：在碳奈米管及吸附的分子(其被EM輻射的吸附改變)之間的傳送改變奈米管導電度之各種實施例，可提供新的奈米感測器方案。
根據某些實施例的感測器，可以使用在一種方式允許在該等官能基化奈米管曝露到輻射之前及之後偵測及量測它們的導電度或其他電性質的差異。
在感測器的電性質改變可以結合一閘控電極而量測，佈置在奈米管之下或鄰近奈米管，經在半導電奈米管之上一場效應，例如，見P.Qi等人，“Toward Large Arrays of Multiplex Functionalized Carbon Nanotube Sensors for Highly Sensitive and Selective Molecular Detection”,Nano Lett.,vol.3,no.3,pp.347-51(2003)。當以此方式偵測到改變時，其可以較佳的利用一具有懸掛的一奈米織物構造的感測器。
如另一範例，奈米管織物可以用具有一物質如顯影劑iohexol(吸收x射線的一非離子的對比藥劑)以官能基化的膜來感測x射線。發明者發想具有一x射線吸收化合物的奈米管織物之官能基化，當曝露到x射線時會引起奈米管織物中之一電性變化。在奈米管織物中的電性微擾可以利用一電阻變化或一電容變化來量 測。在一奈米管織物中的感測變化已更充分說明在美國專利公告號碼2005/0053525中。
另一可能的輻射吸收元件是氟化去氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose)(在正電子射線斷層攝影術Positron Emission Tomography中使用做為一種輻射追蹤劑同位素)。理論上利用一閘控的奈米管織物，該氟化去氧葡萄糖曝露到x射線輻射及利用發射一正子而衰減。該發射的正子接著與電子交互作用及消失在閘控的奈米管織物中。在奈米管織物中電子的消失引起電流流通過織物，其可以適當的電路感測。該感測器技術更充分說明在美國專利公告號碼2005/0053525與2005/0065741，其全部內容併入在本文中。
用做EM偵測的其他可能的分子、元件或化合物是吸收劑，如丁基甲氧基二苯甲醯基甲烷(在防曬中用在吸收有害的UVA輻射)或放射藥物例如，但非限於，銦111-二乙撐三胺五乙酸，Technetium-99化合物等。
發明者也發想結合一種奈米管織物的化學感測面向，如詳述在美國專利公告號碼2005/0053525與2005/0065741，與特定的分子/化合物對輻射的反應性的。如一範例，受入射輻射造成化學地改變的一分子，可以利用奈米管化學感測器偵測。發明者理論化一正常地未偵測的分子是懸掛或實體接觸到奈米管織物。在曝露下，分子物理地改變，以致利用該奈米管化學感測器成為可偵測的，該偵測利用在織物中一電性的改變來記錄。
這些奈米管EM偵測器具有許多重要的及獨特的特徵是無法 使用現存的技術達成的。首先，這些奈米管EM偵測器的陣列可以在使用到的微影節點之最小尺度之圖案化形成技術，來加以形成，亦即一億大小(Giga-sized)的CNT織物EM偵測器陣列可以在180nm或小於臨界尺寸加以製造。該等方法更充分地說明在併入的參考文件中，例如美國專利號碼6,574,130、6,643,165、6,706,402、6,784,028、6,911,682, 6,919,592及6,924,538；及美國專利申請號碼10/341,005、10/341,055、10/341,054、10/341,130及10/776,059。其次，該等奈米織物系偵測器元件直接與使用的微影基本規範而縮放，亦即180nm,130nm,90nm及65nm尺寸的射極(emitter)的製造。第三，這些偵測器陣列的單石CMOS積體化可以使用如說明在併入的參考文獻中，自我封裝的機電開關空腔的製造與積體化來加以完成。第四，在這些內埋陣列中的EM偵測可以利用電晶體或其他型式的開關技術，如奈米管記憶體，加以個別地控制(打開/關閉)。這是可以在每一電晶體/記憶體單元中少至一EM偵測器的等級而加以積體化的一種可製造技術之第一次示範。這些特徵的組合容許高解析度EM偵測器陣列的設計與製造，特別地>640x480解析度的IRFPAs，那是以現有偵測器技術目前所不可能做到的。
本發明的某些實施例，容許在一給定的微影節點的最小尺度下，以每一電晶體一EM偵測器的等級下積體化，或由CMOS邏輯電路定址的大陣列之積體化。先前僅離散的元件，例如矽p-n二極體或非內埋的微輻射熱測定器，可以使用做為光電子電路的偵測器。其他型式的偵測器要求複雜且極困難的製造技術，如覆晶技術製程以便與矽半導體技術積體化。因為CNT EM感測器可 以被積體化形成VLSI陣列，因此致能了與每一電晶體(或波導，依據功能而定)之一光偵測器的光學連接，如此極緻密的光學電路的製造是可能的。
本發明的某一實施例是使用CNT織物做微輻射熱測定器，簡單的結構說明在5A與5B中。在具有偵測IR光，且亦可偵測在UV範圍(以目前微輻射熱測定器技術是不可能的)之能力的IRFPAs中之VOx 微輻射熱測定器，可以CNT微輻射熱測定器取代。使用奈米碳管在具有寬波長偵測能力之電阻式微輻射熱測定器感測器在下面描述。
本聚焦平面設計是獨特的，因為較早使用微輻射熱測定器技術的應用(例如，見美國專利號碼5450053)對IR(LWIR 8-12微米)的輻射與毫米波頻率(94GHz)是敏感的。美國專利號碼5450053，名稱”使用氧化釩在微輻射熱測定器之感測器”揭露在MWIR頻帶(3-5微米)的輻射敏感度，但是更多最近的數據已顯示這些元件的回應是低的且不足以使用。並且在關係重大的0.25-0.3μm頻帶，對這些型式的結構並不具備UV的敏感度。
使用CNTs在電阻式微輻射熱測定器結構將具有一不同於VOx 的優點，因為第一次，在一矽基板上的一維或二維陣列之多色UV/IRFPAs將成為可能。製造這些CNT系陣列將是可能的，因為製作CNT在CMOS,SOI及雙極晶圓製程設備中製作CNT已證明可行。製程可能性更進一步說明在美國專利申請號碼10/860332,10/341130及其他專利與申請案中，於此併入做為參考資料。如前所述，該能力是由於CNT純化與將有害CMOS,SOI及雙極矽晶 圓製程的任一元素或污染物移除的結果---其是本技藝所習知的並且詳細說明在所併入的參考資料中。
在UV/MWIR/LWIR頻帶敏感的微輻射熱測定器結構適合於一維與二維陣列設計兩者。該基本的VOx 微輻射熱測定器結構說明在圖7---摘自美國專利號碼5450053。在該結構矽基板700被用做微輻射熱測定器的一基底及做為一散熱座。該偵測元件701結合VOx 吸收元件702與IR透明介電層703。IR透明介電層703由高度摻雜的SiNx 組成做為懸臂偵測元件701的一機械支撐，及做為傳送訊號到金屬電極705(在圖中標示為X線)的一傳導介質。蝕刻空腔706用做熱隔離偵測元件701以容許用來製造未冷卻的IR偵測器。
圖8顯示相似如圖7的一相似的微輻射熱測定器結構；然而，該VOx 吸收材以一CNT織物取代。在結構800(圖8A)中，基板與散熱座810具有一製造的偵測元件805，其包含一IR吸收奈米管層830及具有對IR穿透的氮化矽層840、空腔850、反射塗層860及金屬電極820。注意僅一電接觸顯示在結構800中。
圖8B顯示一相似的微輻射熱測定器結構801；然而，使用一ZnO懸臂結構840’取代氮化矽懸臂840，UV輻射可穿透該ZnO懸臂結構840’，及使用UV反射器860’取代IR反射器860。
CNT織物830旋轉塗佈或噴塗在840氮化矽懸臂樑結構(IR偵測器)或840’ZnO懸臂結構(UV偵測器)之上。該等結構830,840及840’可以使用CMOS光微影及電漿蝕刻技術容易地製造。CNT的吸收已達到70-80%的等級，其與反射的輻射配合(說明如 下)，可以增加微輻射熱測定器的整體效率至超過90%，遠大於目前的VOx 微輻射熱測定器。
空腔850可以容易地製造，及已依先前在併入的參考資料中所說明，採用一犧牲層。該犧牲材料可以是非晶質或多晶矽；然而，可以使用與CMOS相容的製程沉積、平坦化及接著濕式、乾式或氣相蝕刻任何材料。該空腔850形成懸臂樑結構，與微輻射熱測定器偵測區域熱隔離。
在空腔850底面上的反射塗層860與860’將沒被第一次穿透CNT織物而吸收的輻射反射。這些反射塗層可以對如MWIR、LWIR或UV的多色回應做調整。做為一個實施例，Cu是一理想的LWIR反射體，而Al可以用在UV。這些反射塗層是本技藝所習知及本發明者發想依據所需偵測光譜而使用該等反射塗層。一個更詳細說明CNT織物塗層及提供它們的方法被包含在美國專利號碼6,706,402與6,835,591中。
圖8C顯示結構800與801的從上到下之一視圖802。平面圖示的重要面向是奈米管織物830可以自由懸掛在具有高度摻雜的氮化矽夾緊結構，或該奈米管織物830可以順形沉積在高度摻雜的氮化矽底板的頂端上。對於自由懸掛的奈米管織物情境，以一位在氮化矽840與奈米管織物830之間的間隙850做為說明。事實上，該奈米管織物830將連接到所有氮化矽結構的邊緣，相似於一圖畫的框架。
金屬電極820連接到CMOS電晶體或感測電路，其未顯示於圖中。該等結構800與801可以製造在CMOS晶圓頂部，以具有 讀取設計其包含前置放大器、積分器、取樣及保持電路與行多工器。類比至數位轉換器，其是14位元可以在設計中積體化或完成在晶片外。圖9顯示一完整CMOS內埋的IR偵測器900元件包含CNT IR感測器(910)、電晶體、參考晶片及CMOS邏輯驅動器、緩衝器及定址器等之可能的一電路圖。圖9B顯示在圖9A中顯示的CNT IR偵測器電路之重點區域910的圖示。該圖示具有一額外的電容轉阻放大器用在偵測器讀取，其已證明可增加VOx 輻射熱測定器之S/N比。在此，該CNT偵測器(以二極體顯示及其包含輻射熱測定器及附屬的電晶體)連接到前置放大器一輸入端，而第二輸入端連接到一參考電壓。前置放大器的輸出附屬於數位邏輯電路。因為Nantero的CNT CMOS相容性，相似於VOx 輻射熱測定器的電路可以設計用在CNT輻射熱測定器。
IRFPAs的尺度最佳化到使微輻射熱測定器結構的1/f雜訊達最小。Snow(見Snow,E.S.等人，“1/f noise in single-walled carbon nanotube devices”,Applied Physics Letters,Vol.85,No.18(2004)4172-4174)已發現對10-108 μm2 的偵測器電阻材料，CNT電阻式微輻射熱測定器遵循經驗方程式Sv =9x10-11 ((R/L^1.3)(V/F))。因此，CNT微輻射熱測定器的最佳化的畫素面積為50μm2 -15μm2 ，以增進訊號對雜訊比。因為NETD反比於畫素大小，減少畫素大小從50μm2 到15μm2 ，將導致NETD大於10倍的改進。畫素大小50μm2 (對VOx ，目前及限制的技術節點)導致640x480畫素陣列。因此，在畫素大小為15μm2 下，本發明者發想出的CNT微輻射熱測定器將導致1280x960畫素陣列，具有高填充因子，及是目前最先進技藝的製程狀態所能達到在晶片尺寸限制內。從25μm2 減少 到15μm2 尺寸的畫素陣列也將使光學成本減至最低，其是對這些型式的光學系統的主要成本驅動者。
在圖8A與8B中所示的CNT微感測器也是一低質量感測器元件，其與其環境熱隔絕。先前工作已顯示在微感測器上，電功率消耗所加注於熱感測器元件的一數量值，反比於電阻元件的質量及對周圍環境的熱傳導率。消耗的熱將流到周圍結構，其具有一時間常數等於熱容量乘以對周圍的熱阻。當達到靈敏度時，反應時間將在100毫(milli)秒的等級。該CNT微輻射熱測定器將可能地是一高靈敏度偵測器，因為其符合下列的要求：高TCR，低1/f雜訊、快速及操作在低功率條件下，可能地具有高靈敏度，可以沉積成一薄膜(<100nm)，與CMOS,SOI及雙極製程相容，具有相當於金屬的比熱，及可以具有一膜阻抗與讀取電路要求相容。
圖10顯示本發明(結構1000)另一實施例，其中奈米管偵測織物1030沒有如圖8A所見之機械支撐結構840的支撐。對該設計，奈米管織物1030懸掛過空腔1050，其上塗佈反射層1060。EM偵測的奈米管織物1030接觸電極1020與1020’，其內埋進絕緣基板1010。CNT織物的懸掛方式是，併入在本文內的先前專利而將不再進一步說明。
本設計的一個面向，是不需要IR穿透的高度摻雜氮化矽或UV穿透的ZnO層做為結構的支撐，熱傳導及電傳導。
本設計的另一面向，是金屬電極1020與1020’，其由一具有相似於如氮化矽(30W/mK)或ZnO(130W/mK)熱傳導率的金屬所組成。做為氮化矽的一種取代，鈦(31W/mK)是用來電接觸懸掛的EM偵測奈米管織物之一種理想金屬。取代ZnO做為UV偵測，Co(100W/mK)可以是接觸懸掛的EM偵測奈米管織物之一種適合的金屬。Ti與Co兩者對奈米管織物也有良好電接觸。可以適當的熱與電接觸到懸掛的EM偵測奈米管織物的其它導體，也 可以使用。也可以使用一種多層金屬化程序，其中電極1020與1020’包含一Ti層接觸到EM偵測奈米管織物，且該Ti連接到一較低電阻率金屬，如Al或Cu，以接觸其下的互連連接、電晶體、感測電路等。
圖10B顯示一種未支撐的EM偵測奈米管的另一種變化1001。對該設計，EM偵測奈米管織物1030塗佈在IR反射或IR穿透層1060’與1060”及電接觸1020與1020’中。注意對UV偵測，塗層1060’與1060”將由適當材料所組成。對該實施例僅IR將被討論。假如IR穿透至該等電極是需要的，那麼氮化矽可以在CNT-金屬接觸面積之上沉積及圖案化。作電傳導該氮化矽層不需要高度摻雜。假如需要IR反射來防止該接觸1020與1020’的加熱，那麼一反射層，例如但非限於Cu，可以沉積及圖案化。在大部份的應用，層1060’與1060”是IR反射材料如Cu，其也用做空腔1050底邊的反射器1060。
圖11A顯示在圖10A所示的結構1000之一上視圖1100。圖11B顯示關於圖10A所示的結構1000之另一上視結構1100，其中金屬接觸1120與1120’被排成陣列以致減少露出的金屬陣列，曝露期間限制該金屬的任何可能加熱，將對抑制背景雜訊產生貢獻。
EM偵測奈米管織物的一主要好處是該多色偵測器可以製造在相同晶圓上。圖12顯示一種多頻寬偵測器的一可能佈局的一方塊圖，具有供給LWIR偵測專用的基板面積，而一第二面積聚焦在MWIR偵測及尚有第三面積做為UV偵測。製造一多色偵測器陣列的能力可以經由修改積體化製程，亦即例如使用具有適當反射 塗層的氮化矽或ZnO或利用官能基化該等奈米管，以吸收在不同區域的EM光譜，詳細如上所述。以最小化特徵尺寸<250nm及CMOS相容性，本發明者發想出EM偵測奈米管織物的MBit陣列可涵蓋UV到IR的範圍。
在另一應用，EM偵測奈米織物也可以用做光隔離器。該光隔離器應用在繼電器型式的應用，以做為輸入到輸出的隔離。圖13A說明一LED及光二極體。該LED電氣輸入到電極1302及1304，啟動LED元件1312的電輸入1300，經LED元件1312送出一電流。LED元件1312接著產生一EM輸出訊號1314。LED光學輸出訊號1314衝擊到光偵測器1310上及光偵測器1310產生輸出1316成為輸出電極1306與1308之間的一電壓。
圖13B說明根據本發明的一態樣的一光隔離器，其中一種EM偵測織物用做光偵測器。該LED電氣輸出電極1302’與1304’，啟動LED元件1312’的電輸入1300’，經LED元件1312’送出一電流。該EM輸出的光譜包含紅外光、可見光及紫外光區光譜的波長，依據LED的性質而定---亦即使用做LED半導體的材料而定。在一種光隔離器應用說明在圖13B，LED元件1312’，EM輸出1314’衝擊在一EM奈米織物偵測器1310’的一表面上。該奈米織物偵測器附接到1306’與1308’。該EM奈米織物偵測器操作成一輻射熱測定器及產生輸出訊號1316’；然而，本發明者也發想出經由利用電子-電洞再重合或激子產生的一光電流，或利用產生聲子其在電極1306’與1308’產生熱，接著產生一電阻的改變來偵測EM能量。
該等奈米織物偵測器也可以附接到開關電晶體或記憶體元件 以做成一種光學開關，以給激子產生一高導電路徑，或給輻射熱測定器一低的導電路徑，其中該附接電路處於不運作，除非EM輻射照射到奈米管偵測器織物上。這是更理想地適合光二極體或光--聲偵測器，其中電流的產生是由於衝擊的EM能量。
該奈米管奈米織物偵測器的一主要好處是一整個晶圓可以填滿奈米管偵測器，且某些或所有偵測器可藉一連接的開關啟動以產生一光學開關。
先前說明在美國專利申請號碼11/227468中，其全部內容併入在本文中做參考，與該奈米管EM發射器結合使用，可允許使用奈米管EM發射織物與奈米管EM感測織物的光學電路。這具有許多好處，其中用來產生光的該材料(奈米管織物)將具有與該偵測器(奈米管織物)相同的光學性質(能量與波長)。以目前的光學技術，雖然矽提供一合理的偵測器材料，矽不能提供足夠的光學發射；因此，其他材料與技術被需要以產生足夠波長的光可以矽偵測器加以偵測。以奈米管發射器與偵測器的容易性，奈米管織物對目前的半導體發射器與偵測器是一合理的取代。
奈米管織物發射器與偵測器的另一好處是相同圖案化的織物可以用做一發射器與一偵測器兩者。因此，利用適當的電路設計，該奈米管織物在一時刻可以被用來發射EM輻射及在另一時刻可以偵測EM輻射，使基板上使用的表面積最少及使製造成本與時間最少。
奈米管偵測器與矽及其他型式的光學積體化技術整合良好，例如那些用在III-V族及II-VI半導體技術是與CMOS、SOI及雙極 相容的。Nantero已介紹在CMOS敏感的p-型GaN材料上形成奈米管織物的圖案，例如在美國專利申請號碼60/775461中，其全部內容併入在本文中做參考。
在某一實施例下，該EM偵測奈米管物件以單壁碳奈米管製作；然而，可以使用MWNTs或混合的SWNTs與MWNTs。對於電子-電洞再重合或激子產生半導性奈米管物種是確定的。對於產生熱或產生聲子，可以使用金屬與半導性奈米管兩者。典型的偵測奈米管織物物件具有一寬度50nm到幾微米且厚度<1nm與>>10nm。對於懸掛一奈米管物件的實施例，典型的一懸掛長度是50nm到1微米。
驅動電路的型式將依應用而定。可以選擇該電路以確認供給足夠電壓來偵測在一特定情況所期望的EM能量的強度及持續時間。
如上所提到的，另一型式的偵測器CNTs，特別地為CNT織物，可以用做熱偵測器，其相似於輻射熱測定器。事實上，熱阻器技術可以用來製作輻射熱測定器與熱電偵測器。一簡單的傳統熱阻器電路圖如圖14A所示。R1 是互連接線電阻，而Rload 是熱阻器電阻。R1 是一已知的電阻值且Rload 是一可變電阻，在室溫有一已知電阻值。為了降低在這些元件中的寄生訊號，該熱阻器材料可以連接到一4端點元件或一橋式電路。相同的分析可以使用到RTD技術。圖14B顯示用在熱阻器與RTD元件所期望的電阻與溫度範圍之圖解。
本實施例揭露係基於CNT技術的一種方法，其用在奈米尺寸的熱阻器與RTDs結構，其可以用在一廣範圍的電子與奈米電子應 用之離散溫度感測。
圖15A顯示一CNT熱阻器(或RTD)的設計。該熱阻器的製造相似於上面描述及已說明在併入參考資料內的輻射熱測定器。結構1500顯示絕緣基板，其可以利用一絕緣體材料例如，但不限於SiO2 及任何二氧化矽系的衍生物、氧化鋁、藍寶石、Mylar、塑膠及其他可撓基板加以形成。
位在結構1500的基板1510上或之內是一熱活性區域1540，其是需要量測一溫度的基板位置。熱活性區域1540可以是電阻或導體(例如在一積體電路中的一金屬互連線)，半導體(例如在CMOS邏輯電路中的電晶體)或絕緣體(例如在一SRAM記憶體元件中的閘極氧化物或中間層介電體)及熱活性區域1540的溫度可以增加或減少。
與熱活性面積1540物理接觸的是熱偵測奈米管織物1530。理想上，使用做CNT熱阻器的半導性奈米管或半導性織物，對織物CNT供給一負的TCR。本技藝存在或習知的許多方法可用來從半導性奈米管分離金屬性奈米管，如那些詳細說明在美國專利申請號碼10/341005及10/341130的方法。從半導性奈米管分離金屬性奈米管可以在產生一電子級溶液之前實施(見美國專利申請號碼10/341130)，或在已形成織物圖案且利用閘控使該等半導性奈米管為關閉狀態製成該元件，及接著電流通過在空氣中的金屬性奈米管，燃燒該等金屬性奈米管的製造之後實施。該製程已說明在先前的美國專利申請號碼10/341130中且及將不進一步討論。
雖然與1540實體接觸，熱偵測奈米管織物1530與1540是電 性隔離的；因此，假如1540是一電導體，那麼一絕緣層(未顯示出)如一薄氧化矽或氮化矽可以沉積在熱活性區域1540與熱偵測奈米管織物1530之間。理想地，該絕緣層應具有一高熱傳導率以致熱可以傳送到熱感測奈米織物。
該熱偵測奈米管織物連接到金屬電極1520與1520’。這些金屬電極連接到適當的感測電路。金屬連接1520與1520’是導體如，但不限於，Ru,Ti,Cr,Al,Au,Pd,Ni,W,Cu,Mo,Ag,In,Ir,Pb,Sn及其他適合的金屬，及金屬合金如TiAu,TiCu,TiPd,PbIn與TiW，或導電性的氮化物、氧化物或矽化物如RuN,RuO,TiN,TaN,CoSix 與TiSix 。對半導性奈米管，因為金屬的功函數相容CNTs的真空能量，Pd與Ti是理想的接觸金屬，提供一近乎歐姆接觸。
圖15B的結構1501顯示圖15A所製造的代表性結構之FESEM影像。圖15B顯示基板1510配置圖案化的奈米管織物1530及金屬接觸1520與1520’。來自圖15A的熱活性區域1540可以安置在熱偵測奈米管織物1530之下或之上。
CNT熱阻器(及另一實施例)的另一好處是該溫度偵測器是完全地CMOS相容的，容許製造可用做實驗室晶片(lab-on-a-chip)的晶片上溫度感測器。
本發明的另一實施例且相似於奈米管EM偵測織物是，CNT熱阻器的電阻也可以修改從幾百歐姆到幾百萬歐姆。用在熱阻器的該CNT織物也可以摻雜及官能基化以修改該織物的熱與電性質，特別地是用以調整偵測範圍與溫度之奈米管織物的TCR值。
相似於EM偵測器，熱奈米管感測器的另一實施例是可懸掛織 物。雖然在系統中溫度改變的偵測常要求偵測器與溫度調變材料之間適當的熱接觸，本發明的一實施例使用一懸掛的熱偵測奈米管織物做熱阻器，圖16A。結構1600顯示如圖15A之一相似的熱阻器結構，具有基板1610、溫度梯度源1640、奈米管熱阻器織物1630及金屬連接1620與1620’。然而，不同於圖15A所示的設計，結構1600具有一間隙區域1670，以分隔需要量測溫度的區域1640與奈米管熱阻器織物1630。該間隙區域1670可以具有一高度從1nm到幾百奈米，且一長度(寬度)10-10,000nm。
一懸掛的CNT熱阻器的一個好處是，來自熱源的所有熱(或溫度變化)直接進入奈米管織物且沒有熱損失到周圍基板。另一好處是，在懸掛的奈米管熱阻器織物1530與熱源1640之間沒有電接觸。假如該熱源是一金屬連接或CMOS電晶體之活性區域，這是重要的，因奈米管可能容許一相當量的電洩漏。
圖16B顯示FESEM影像1601其具有一奈米管熱阻器織物1630，該奈米管熱阻器織物1630具有懸掛的奈米管織物1630’跨過一溝槽1670。
圖17顯示結構1700，其代表熱阻器的一陣列位於基板1710上的熱源1740上方。在圖17中，熱感測奈米管織物1730形成一陣列結構的圖案。該奈米管熱阻器以金屬線1720及1720’互連。該奈米管圖案可以具有相同的尺度(即長度與寬度)。對於位於一熱源上之具有相似CNT熱阻器的一陣列的一結構，該CNT熱阻器可以用來量測沿著該熱源長度方向上之熱源溫度變化。做為一範例，該等熱阻器將沿著典型地用在ICs的互連線，置放在分開的 位置。當電流流過該連接線而引起連接線的焦耳加熱(joule heating)，該等CNT熱阻器將用來量測該連接線的溫度變化。CNT熱阻器的一陣列的使用，也供給多餘的CNT熱阻器量測，其可改進可靠度。
其也可以發想出CNT熱阻器，在陣列內(未顯示於圖中)可以具有變化的長度與寬度。對具有改變的CNT尺度之一結構，CNT熱阻器的參考電阻變化，將隨圖案化的CNT之長度增加與寬度減少而電阻增加。
如EM偵測奈米管元件，該熱偵測奈米管元件也可以佈置在一垂直的方向，如說明在美國專利號碼6924538。
在本發明另一實施例，該CNT織物主要由金屬性奈米管組成且具有金屬特性，意指當溫度增加時，織物的電阻增加。該型式的金屬性奈米管織物容許製造一CNT-RTD元件。CNT-RTD元件製造相同於圖15所示的熱阻器元件。不像熱阻器，RTD元件具有一正電阻係數(PTC)。一種CNT RTD的好處是由於與所有金屬相比，奈米碳管相當更高的熔點(>3000℃)，相較於Pt(-200℃-600℃的範圍)，CNT RTD應該能夠處理更大溫度範圍。
在一相關的實施例中，一半導性CNT熱阻器型式織物與一金屬性CNT RTD型式織物在相同元件上結合使用，以提供一寬範圍的溫度偵測。因為該等半導性CNTs擁有一相當小能隙，該等熱阻器是更理想地適合低溫偵測，而因為該等奈米管高熔點溫度，該等金屬性奈米管可以處理很高的溫度偵測。
可以發想出CNT熱阻器的許多可能應用。CNT熱阻器的第一 個應用是在CMOS及SOI積體電路的晶片上溫度感測及控制。因為CNT熱阻器的容易製造及與以CMOS積體化技術所做的電性連接，在任何元件等級上可沉積、圖案化及互連該等CNT熱阻器，以量測在該等級的活性區域之溫度及接著控制活性面積的輸入參數以控制在主動元件中的加熱或冷卻的數量。
在另一應用中，具有一負的TCR之該CNT熱阻器，可結合一金屬電阻器或互連用來抵消該金屬線的正溫度係數。具有CNT熱阻器的一個好處是CNT織物的性質可被修改成與金屬互連線的性質相容，以致該奈米管織物的電阻減少可緊密配合金屬線電阻的增加，因此提供整個系統近乎零電阻變化。
另一可能應用包含使用CNT熱阻器做為一熱繼電器及開關。該型式的元件用在電源供應器電路，當元件轉至開啟狀態時，其中該CNT織物開始時具有高的一電阻可防止大電流的流通。接著當系統加熱而CNT熱阻器的電阻減少，電流可通過CNT熱阻器而允許正常電路操作。
除了IC電路與電子學，該等CNT熱阻器也可以用來監視溫度的改變速率及周圍環境之其他的參數，例如液體準位、流體流動及真空準位。對標準的熱偵測器這是不可能的，因為偵測器材料可能對液體母材起反應，然而，該CNT織物可能被衍生改變其性質，特別地對液體的靈敏度及/或疏水性或親水性。這些性質更充分說明在美國專利申請號碼2005/0053525及2005/0065741。
本發明另一實施例，一種奈米管偵測織物可以用來取代染料敏感的太陽能電池的液體電解質。目前的染料敏感的太陽能電池使 用染料敏感的的TiO2 或其他半導性奈米粒子，與一液態電解質或一有機材料混合以產生一光伏訊號(見Gratzel,M.,“Photoelectrochemical cells”,Nature 414(2001)338-344及U.Bach等人，”Solid-state dye-sensitized mesoporous TiO2 solar cells with high photon-to-electron conversion efficiencies”,Nature 395(1998)583-585)。本發明係相關於偵測器，因EM輻射，例如來自太陽的光能，以太陽能電池偵測及接著轉換成有用的能量做為各種的應用。
圖18A顯示一染料敏感的電解質太陽能電池的能帶圖。該能帶圖包含陽極(1802)、TiO2 (1804)、染料敏感的材料(1806)、電解質(1808)及陰極(1810)。太陽能(hν)與染料敏感的材料(1806)交互作用，引起一電子的激發，其接著轉移到TiO2 奈米粒子中的導電帶(低能態)。該等電子移動通過奈米粒子網路到達導電陽極(1802)。該染料敏感的材料(1806)現在位於具有一正電荷的氧化態。一種液態電解質(1808)或一有機高分子態作為電洞傳遞介質，及做為在染料中再生失去的電子以及傳送正電荷到陰極(1810)。對液態電解質(1808)，由一氧化還原反應出現的電子，對於染料產生一電子及對於陰極(1810)產生一電洞；然而，在有機-無機塊體異質接面太陽能電池，一無機p-型半導體材料或一有機電荷傳送材料用做電洞導體以取代電解質介質。
在混成有機-無機太陽能電池中的電荷傳送，由於低連接性的網路而受到滲透的限制。如此使電荷載體在它們可能再重合之前無法到達電極而減少功率轉換效率。為了克服這些問題，可以利 用奈米碳管織物製造高度導電的滲透網路及膜；因此，使用奈米碳管網路取代有機/高分子態可以克服在混成有機-無機太陽能電池中限制的電荷傳送的滲透。
由於半導性奈米碳管的獨特的電性，發明者發想出使用奈米碳管織物做為一種電洞傳遞介質，取代目前的電解質及無機與有機電洞傳遞劑。奈米碳管具有等級4.5到5eV之一功函數，相似於使用在混成有機-無機太陽能電池中大部份有機/高分子材料的功函數。因此，可以達成CNTs與目前所用的染料敏感的劑或半導體奈米晶體的能階相容。圖18B顯示具有一SWNT織物(1812)做為電洞傳遞介質之一染料敏感的太陽能電池的期望的能帶剖面。該等能帶良好地相容，使從敏化劑有效的電洞(h+ )注入奈米管網路及接著經過該奈米管網路傳送到接觸區。可以使用單壁、雙壁或多壁的奈米碳管網路或膜做為SWNT織物(1812)。依據使用的奈米管型態而定，價帶邊緣可為4.5-5.0eV。使用的染料可以是使用在標準的染料敏感的太陽能電池之一種Ru系染料。
奈米碳管具有大於其他介質的好處為其中奈米碳管及膜具有電洞移動率1cm2 /Vs，比使用在染料敏感的與塊體異質接面太陽能電池(典型的電洞移動率是在1x10-1 到1x10-3 cm2 /Vs的範圍)中大部份有機或高分子電洞傳遞介質的電洞移動率，高出許多數量級。結合奈米織物做電洞傳遞層應該導致較快的電荷傳送與更高效率的太陽能電池。除了它們的高電洞移動率，由於它們的高的寬高比及高本質導電性，奈米管網路可以製成高度導電膜及織物的型式。因此，由於在一般有機-無機混成太陽能電池非滲透網路 的緩慢電荷傳送，可藉由結合奈米管網路做為電荷傳送態的其中之一而被克服。
因此，另一實施例為使用奈米管織物結合染料敏感的的奈米粒子做為一種光伏太陽能電池。雖然該奈米管織物不是做為一種偵測介質，整體元件用來偵測及轉換能量為功率。奈米管膜及網路可以用在染料敏感的太陽能電池中電洞(或正電荷)傳遞的介質。
對奈米管網路操作為充分的電洞傳遞器，需要正確的接觸金屬到奈米管織物。如那些Z,Chen等人所做的研究(”The role of metal-nanotube contact in the performance of carbon nanotube transistors”,Nano Letters,5(7)(2005)1497-1502)已指出大部份金屬對半導性奈米管形成具p-型特徵之一蕭特基能障接觸，意指該等接觸注入電洞到半導性奈米管中。然而，Y.Nosho等人(”n-type carbon nanotube field-effect transistors fabricated by using Ca contact electrodes”,Applied Physics Letters,86(2005)073105-1-073105-3)已介紹如何製造n-型奈米管導體：其中電洞注入Ca接觸，及電子進入半導性奈米管。也可使用將形成一所需的奈米管-金屬n-型接觸之其他形式的鹼金屬。最近的工作亦顯示利用形成一正蕭特基能障在該等半導性奈米管與Al金屬之間，Al金屬(一種CMOS相容的金屬)也形成一n-型接觸(1820)在一奈米管織物與Al金屬之間。使用一p-型連接在奈米管(電洞從染料注入到奈米管織物)一端上及n-型連接在奈米管織物(電子從Ca或Al接觸注入到奈米管織物)另一端上，容許實現使用奈米管織物在染料敏感的太陽能電池中做為電洞傳遞介質。
可以利用一高分子界面加以避免：從染料的最低未佔據的分子軌道(LUMO)中可行的電子(e- )轉移到奈米管的導電帶(CB)，該高分子界面將阻擋電子轉移，但容許電洞轉移到奈米管網路。圖18C顯示具有奈米管做為電洞傳遞層之一染料敏感的太陽能電池的能帶剖面，與一高分子中間層阻擋電子從染料分子傳送到奈米管。聚-3-辛基噻吩(P3OT)或其他高分子(1814)關於染料及奈米管(例如，單壁奈米管)(1812)具有一適當的匹配能階可以使用做阻隔層。在本特別的範例，使用的染料是N-(1-駢)馬林醯亞胺(N-(1-pyrenyl)maleimide)染料與P3OT(1814)阻隔層有較佳能階匹配。
利用奈米管網路與以如上說明所需的無機奈米粒子官能基化的膜，可達到CNT與該等奈米粒子態的均勻奈米尺度混合。
該等狀態的奈米尺度混合也可以經由一層一層沉積交替的奈米管及奈米粒子網路達成。一層一層沉積可以利用塗佈交替層的奈米碳管與奈米粒子完成。商業用TiO2 奈米粒子(1804)之分散可用在奈米粒子層。可利用在併入的參考資料中說明之旋轉或噴霧塗佈該等層/膜。
圖19顯示由奈米碳管、TiO2 及染料分子製作的太陽能電池結構1900的圖示。該電池包含塗佈上一氟化的氧化錫(SnO：F)或銦錫氧化物(ITO)層1970的一絕緣基板1910。該SnO：F或ITO層形成一透明底電極，光通過該層撞擊到活化層。在透明底電極之上是支撐該等奈米粒子，及防止在活化層中之奈米管與底電極1960短路的一平滑TiO2 膜1950。在平滑TiO2 層之上是活化層 1940，其在本特別的範例中是染料敏感的TiO2 奈米粒子網路注滿在一奈米管網路上。在活化層之上是一奈米管跨越層1930，其提供好的電接觸到頂電極1920。如上所提到，該頂電極1920是供給一n-型連接到奈米管織物的任何金屬，例如但非限於Al及Ca。
圖20A顯示對具有佈置在絕緣體2020上之一奈米管織物電洞傳遞介質2025之一染料敏感的光伏電池2000的另一可能設計。對該設計，奈米管織物電洞傳遞介質2025接觸染料材料2035及半導性奈米粒子母材2015的一端。該奈米粒子母材附接到一導電電極2005。奈米管織物電洞傳遞介質2025的另一端接觸到n-型接觸金屬2045，其接著連接到金屬電極2005’。金屬電極2005與2005’可以從廣大種類的金屬製造例如，但非限於，Al,Cu,W,Al(<1% Cu),Co,Ti,Ta,W,Ni,Mo,Pd,Pt,TiW,Ru,CoSix ,WSi2 ,TiSix ,TaN,TiN,TiAlN,RuN,RuO,PtSi,Pd2 Si,MoSi2 ,NiSix ,Ag,Au,Au/Ti,Bi,Ca,Cr,Cr/Au,Fe,In,Ir,Mg,Na,Ni,NiSi2 ,Os,Pb,Rh,RhSi,Sb,Sn,Pb/Sn,PbIn,Zn與ZrSi2 。
在圖20A中，能量hν的光入射在染料材料2035上，而轉移一電子到半導性奈米粒子材料2015，及一電洞到奈米管織物電洞傳遞介質2025。該電子接著轉移到導電電極2005，然而，該電洞沿著奈米管織物2025轉移到接觸電極2045。該等電極2005與2005’連接到對應的電路(未顯示於圖中)其被用來收集過剩的電子能量。
在圖20B顯示上面實施例之另一設計，其中奈米管織物電洞傳遞介質2025佈置在染料材料2035及半導性奈米粒子材料2015之 上。因為奈米管織物電洞傳遞介質2025是高度多孔的，能量hν的光可在光子能量損失到該織物為最小的情形下，與染料材料2035自由地交互作用。
本發明的另一實施例是使用奈米管做為太陽能電池中的電洞傳遞介質，其中該電子傳遞介質是被注入在奈米管織物中之奈米晶體半導體。圖21顯示本元件的一圖示，其中奈米粒子2115與染料材料2135結合在織物2125內。
這些奈米管電洞傳遞介質，只要該織物維持半導體的特徵，亦可從多壁及雙壁奈米碳管製作及亦可形成單層的多層織物。
在本發明一取代的實施例是使用奈米線或TiO2 奈米管或ZnO取代奈米粒子，以製作具有奈米碳管的染料敏感的太陽能電池。
雖然CNT織物主要是使用做一種電荷載體傳遞介質，其也可能對CNT織物，在利用上面說明的相同偵測器性質下，協助偵測/收集光子能量。
下面的專利參考資料參考各種技術用來製作奈米管織物物件及開關以及讓渡給本申請的受讓人。下面每一份得全部內容因此併入作參考：美國專利申請號碼10/341,005，2003年1月13日申請，標題Methods of Making Carbon Nanotube Films,Layers,Fabrics,Ribbons,elements and Articles；美國專利申請號碼09/915,093，現在是美國專利號碼6,919,592，2001年7月25日申請，標題Electromechanical memory Array Using nanotube Ribbons and Method for Making Same；美國專利申請號碼10/033,032，現在是美國專利號碼6,784,028，2001年12月28日申請，標題Methods of Making Electromechanical Three-Trace Junction Devices；美國專利申請號碼10/033,323，現在是美國專利號碼6,911,682，2001年12月28日申請，標題Electromechanical Three-Trace Junction Devices；美國專利申請號碼10/128,117，現在是美國專利號碼6,835,591，2002年4月23日申請，標題Methods of NT Films and Articles；美國專利申請號碼10/844,913，現在是美國專利公告號碼2005/0053525，2004年5月12日申請，標題Horizontally Oriented Sensor Constructed with Nanotube Technology；美國專利申請號碼10/844,883，現在是美國專利公告號碼2005/0065741，2004年5月12日申請，標題Vertically Oriented Sensor Constructed with Nanotube Technology；美國專利申請號碼10/341,055，2003年1月13日申請，標題Methods of Using Thin Metal Layers to Make Carbon Nanotube Films,Layers Fabrics,Ribbons,Elements and Articles；美國專利申請號碼10/341,054，2003年1月13日申請，標題Methods of Using Preformed Nanotubes to Make Carbon Nanotube Films,Layers,Fabrics,Ribbons,Elements and Articles； 美國專利申請系列號碼10/341,130，2003年1月13日申請，標題Carbon Nanotube Films,Layers,Fabrics,Ribbons,Elements and Articles；美國專利申請號碼10/776,059，現在是美國專利公告號碼2004/0181630，2004年2月11日申請，標題Devices Having Horizontally-Disposed Nanofabric Articles and Methods of Making the Same；美國專利申請號碼10/776,572，現在是美國專利號碼6,924,538，2004年2月11日申請，標題Devices Having Vertically-Disposed Nanofabric Articles and Methods of Making the Same；美國專利申請號碼10/128,118，現在是美國專利號碼6,706,402，2002年4月23日申請，標題Nanotube Films and Articles；美國專利申請號碼09/915,173，現在是美國專利號碼6,643,165，2001年7月25日申請，標題Electromechanical Memory Having Cell Selection Circuitry Constructed with Nanotube Technology；美國專利申請號碼09/915,095，現在是美國專利號碼657,4130，2001年7月25日申請，標題Hybrid Circuit Having Nanotube Electromechanical Memory；美國專利申請號碼10/918,085，現在是美國專利號碼6,990,009，2004年8月13日申請，標題Nanotube Based Switching Elements with Multiple Controls；美國專利申請號碼10/860,432，現在是美國專利公告號碼2005/0269553，2004年6月3日申請，標題Spincoatable Liquid for Use in Electronic Fabrication Processes；美國專利申請號碼10/860,332，現在是美國專利公告號碼2005/0058797，2004年6月3日申請，標題High Purity Nanotube Fabrics and Films；美國專利申請號碼10/860,331，2004年6月3日申請，標題Method of Making an Applicator Liquid for Electronics fabrication Process；美國專利申請號碼10/844,913，現在是美國專利公告號碼2005/0053525，2004年5月12日申請，標題Sensors Platform Using a Horizontally Oriented Nanotube Element；美國專利申請號碼11/227,486，2005年9月15日申請，標題Light Emitters using Nanotubes and Methods of Making Same；及美國臨時專利申請號碼60/775461，2004年2月21日申請，標題Method of Forming Carbon Nanotube Based Contact to Semiconductor.
本發明可以是具體實施在其他特別的型式而不偏離其精神或基本的特徵。本實施例因此考慮為說明性質而非及限制性質，本發明的範圍由附錄的申請專利範圍說明而不是前面的說明，及其來自等效於申請專利範圍的意義與範圍內的所 有改變因此被包含在內。
100‧‧‧EM偵測元件100
102‧‧‧奈米管條片
104‧‧‧基板
106‧‧‧懸掛區域
108‧‧‧絕緣層
110‧‧‧間隙區域
112‧‧‧第二基板材料
120‧‧‧陣列
122‧‧‧電極
124‧‧‧無懸掛的光偵測器
130‧‧‧驅動電路
140‧‧‧EM偵測元件
150‧‧‧陣列
200‧‧‧偵測器元件
205‧‧‧源極區域
205’‧‧‧汲極區域
210‧‧‧基板
215‧‧‧閘極電極
220‧‧‧薄介電體
225‧‧‧奈米管偵測元件
230‧‧‧光
235‧‧‧電子
236‧‧‧電洞
300‧‧‧光-聲偵測器
305‧‧‧電極
305’‧‧‧電極
320‧‧‧基板
325‧‧‧奈米織物偵測器
330‧‧‧光
335‧‧‧聲子
400‧‧‧電路圖
410‧‧‧輸入電壓
420‧‧‧伏特計
430‧‧‧電阻
430’‧‧‧電阻
430”‧‧‧電阻
440‧‧‧電阻
500‧‧‧奈米織物輻射熱測定器
505‧‧‧互連點
505’‧‧‧互連點
510‧‧‧奈米織物輻射熱測定器
520‧‧‧基板
525‧‧‧奈米織物偵測器
530‧‧‧光
535‧‧‧奈米織物
600‧‧‧奈米管織物
605‧‧‧互連點
605’‧‧‧互連點
620‧‧‧基板
625‧‧‧奈米織物
630‧‧‧光
635‧‧‧光導電奈米粒子或EM敏感分子
700‧‧‧矽基板
701‧‧‧偵測元件
702‧‧‧VOx 吸收元件
703‧‧‧IR透明介電層
705‧‧‧金屬電極
706‧‧‧空腔
800‧‧‧結構
801‧‧‧結構
802‧‧‧結構
805‧‧‧偵測元件
810‧‧‧基板
820‧‧‧金屬電極
830‧‧‧IR吸收奈米管層
840‧‧‧氮化矽層
840’‧‧‧ZnO懸臂結構
850‧‧‧空腔
860‧‧‧IR反射器
860’‧‧‧UV反射器
900‧‧‧IR偵測器
910‧‧‧CNT IR感測器
1000‧‧‧結構
1001‧‧‧結構
1010‧‧‧絕緣基板
1020‧‧‧電極
1020’‧‧‧電極
1030‧‧‧奈米管織物
1050‧‧‧空腔
1060‧‧‧反射層
1060’‧‧‧IR反射或IR穿透層
1060”‧‧‧IR反射或IR穿透層
1100‧‧‧結構
1101‧‧‧結構
1110‧‧‧絕緣基板
1120‧‧‧金屬接觸
1120’‧‧‧金屬接觸
1130‧‧‧奈米管織物
1160‧‧‧IR反射或IR穿透層
1300‧‧‧電輸入
1302‧‧‧電極
1302’‧‧‧電極
1304‧‧‧電極
1304’‧‧‧電極
1306‧‧‧輸出電極
1306’‧‧‧電極
1308‧‧‧輸出電極
1308’‧‧‧電極
1310‧‧‧光偵測器
1310’‧‧‧EM奈米織物偵測器
1312‧‧‧LED元件
1312’‧‧‧LED元件
1314‧‧‧EM輸出訊號
1314’‧‧‧EM輸出
1500‧‧‧結構
1501‧‧‧結構
1510‧‧‧基板
1520‧‧‧金屬電極
1520’‧‧‧金屬電極
1530‧‧‧熱偵測奈米管織物
1540‧‧‧熱活性區域
1600‧‧‧結構
1601‧‧‧結構
1610‧‧‧基板
1620‧‧‧金屬連接
1620’‧‧‧金屬連接
1630‧‧‧奈米管熱阻器織物
1630’‧‧‧奈米管織物
1640‧‧‧溫度梯度源
1670‧‧‧間隙區域
1700‧‧‧結構
1710‧‧‧基板
1720‧‧‧金屬線
1720’‧‧‧金屬線
1730‧‧‧熱感測奈米管織物
1740‧‧‧熱源
1802‧‧‧陽極
1804‧‧‧TiO2
1806‧‧‧染料敏感的材料
1806*‧‧‧染料敏感的材料
1808‧‧‧液態電解質
1810‧‧‧陰極
1812‧‧‧SWNT織物
1814‧‧‧P3OT
1820‧‧‧金屬接觸
1900‧‧‧太陽能電池結構
1910‧‧‧絕緣基板
1920‧‧‧頂電極
1930‧‧‧奈米管跨越層
1940‧‧‧活化層
1950‧‧‧TiO2 膜
1960‧‧‧底電極
1970‧‧‧銦錫氧化物(ITO)層
2000‧‧‧染料敏感的光伏電池
2005‧‧‧金屬電極
2005’‧‧‧金屬電極
2010‧‧‧染料敏感的光伏電池
2015‧‧‧半導性奈米粒子材料
2020‧‧‧絕緣體
2025‧‧‧奈米管織物電洞傳遞介質
2035‧‧‧染料材料
2045‧‧‧接觸電極
2100‧‧‧染料敏感的光伏電池
2105‧‧‧金屬電極
2105’‧‧‧金屬電極
2115‧‧‧奈米粒子
2120‧‧‧絕緣基板
2125‧‧‧織物
2135‧‧‧染料材料
2145‧‧‧接觸電極
在附圖中：圖1A說明根據本發明的一態樣的一種偵測元件其具有一懸掛奈米織物；圖1B說明根據本發明的某些態樣的一種偵測元件陣列其具有一懸掛奈米織物；圖1C說明根據本發明的一態樣的一種偵測元件其具有一非懸掛奈米織物；圖1D說明根據本發明的某些態樣的一種偵測元件陣列其具有一非懸掛奈米織物；圖2說明奈米織物光二極體；圖3說明一種奈米織物光-聲偵測器；圖4說明惠斯登電橋光偵測器電路；圖5A與5B說明一種奈米織物輻射熱測定器；圖6A說明一種具有附加光感測材料的奈米織物偵測器；圖6B顯示奈米粒子附接在奈米碳管的場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)之顯微照片；圖7顯示一種VOx 微輻射熱測定器；圖8A-C顯示使用如目前VOx 技術的相似製造技術之CNT微輻射熱測定器的設計； 圖9A與9B顯示一種CMOS整合的CNT微輻射熱測定器之電路圖；圖10A與10B顯示消除某些需要的VOx 結構之取代CNT微輻射熱測定器；圖11A與11B顯示某些取代的CNT微輻射熱測定器結構之平面圖示；圖12顯示使用CNT織物偵測IR與UV輻射之一種感測陣列的佈局圖；圖13A說明一種光隔絕器；圖13B說明根據一實施例的一種奈米碳管光隔絕器；圖14A顯示一種溫度感測電路的一簡單電路圖；圖14B顯示熱阻器與RTDs的電阻與溫度範圍之一圖示；圖15A顯示一種CNT熱阻器或RTD元件的一種簡單設計；圖15B是可以用做一種CNT溫度感測器，與金屬線互連之一種具有圖案之CNT織物的FESEM影像；圖16A是一種懸掛的CNT熱阻器之一橫截面；圖16B顯示將用做一種懸掛的CNT溫度感測器的一種懸掛的CNT織物之FESEM影像；圖17顯示將用做各種感測應用的懸掛的CNT熱阻器或RTD元件之一陣列的一代表圖；圖18A顯示一種染料敏感的光伏電池；圖18B顯示具有奈米碳管做為電洞傳輸介質的染料敏感的光伏電池能帶圖； 圖18C顯示具有一高分子阻隔層的一種染料敏感的光伏電池之能帶圖；圖19顯示具有一種CNT導電母材的一種染料敏感的光伏電池之一種可能的設計；圖20A與20B說明另外的奈米管光伏電池設計；圖21說明注入奈米粒子的一種奈米管光伏電池。
120‧‧‧陣列
104‧‧‧基板
106‧‧‧懸掛區域
112‧‧‧第二基板材料
122‧‧‧電極
124‧‧‧無懸掛的光偵測器

Claims (56)

  1. 一種電磁輻射偵測器，包含：一基板；一奈米管織物佈置在該基板上，該奈米管織物包含非織造的一奈米管網絡；一第一與一第二導電端，個別與該奈米管織物電性連通，該第一與該第二導電端以相間隔的關係佈置；其中該奈米管織物可以調整到對一預定範圍的電磁輻射敏感，以致曝露在該電磁輻射下時而導致在該第一與該第二導電端間的阻抗發生一變化。
  2. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該偵測器進一步包含感測電路用來偵測輸入阻抗的變化，該感測電路與CMOS電路整合化。
  3. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該奈米管織物官能基化成對該預定範圍的電磁輻射敏感。
  4. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該奈米管織物衍生(derivatized)成對該預定範圍的電磁輻射敏感。
  5. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該基板包含一介電材料。
  6. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該預定範圍的電磁輻射包含IR輻射及該奈米管織物的該活性區域具有一電阻熱係數介於約1%/℃與約2.5%/℃之間。
  7. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該電磁輻射包含UV輻射。
  8. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該奈米管織物包含一多層織物。
  9. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該奈米管織物進一步包含半導性奈米粒子，調整該奈米管織物以致曝露至選定的一光子能量下時導致在該第一與第二導電端間的阻抗發生該變化。
  10. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該奈米管織物包含染料敏感的的奈米粒子。
  11. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該奈米管織物佈置在一介電層上及其中該奈米管織物包含一活性區域，該活性區域懸掛且與基板成間隔關係。
  12. 如申請專利範圍第11項之偵測器，包含一反射層在與奈米管織物的該活性區域相間隔的關係佈置，及定義一空腔的一邊界，該反射層反射至少一部份電磁輻射以致該反射的電磁輻射是入射在奈米管織物的該活性區域上。
  13. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中該預定範圍的電磁輻射包含熱輻射，及該奈米管織物調整到具有選定的一電阻熱係數(TCR)。
  14. 如申請專利範圍第13項之熱偵測器，其中該TCR包含一正值。
  15. 如申請專利範圍第13項之熱偵測器，其中該TCR包含一負值。
  16. 如申請專利範圍第14項之熱偵測器，其中選定的該TCR是經由摻雜及官能基化該奈米管織物兩者其中之一來調整。
  17. 一種微輻射熱測定器，包含：一基板； 一導電電極；一反射元件，具有一上表面實際上佈置在基板的上表面之下，該反射元件定義至少在基板中一空腔的一邊界；一介電層，佈置跨越在至少一部份空腔之上以及佈置跨越過導電電極上；奈米管織物的一區域，包含一非織造的奈米管網絡佈置在該介電層上及與導電電極電性連通；其中該奈米管織物的該區域被調整到對一預定範圍的電磁輻射敏感，以致曝露在該電磁輻射下時導致在該奈米管織物內的電刺激傳送到該導電電極。
  18. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該奈米管織物官能基化成對該預定範圍的電磁輻射敏感。
  19. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該奈米管織物衍生成對該預定範圍的電磁輻射敏感。
  20. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該介電層包含一材料對電磁輻射的該IR範圍實質上透明。
  21. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該介電層包含摻雜的一SiNx 材料。
  22. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該偵測器進一步包含用來偵測電激發傳送到該導電電極的感測電路，該感測電路與CMOS電路整合。
  23. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該反射元件實質上反射輻射，以致該奈米管織物吸收入射在該偵測器上的電磁輻射及 反射的電磁輻射。
  24. 如申請專利範圍第23項之偵測器，其中該反射的電磁輻射入射在該奈米管織物上包含近似20%而被該奈米管織物吸收的電磁輻射。
  25. 如申請專利範圍第23項之偵測器，其中該電磁輻射包含IR輻射及該奈米管織物被調整到具有一吸收係數約104 cm-1 到約105 cm-1 。
  26. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該奈米管織物的該區域被調整到具有一片電阻近似1000Ω/sq。
  27. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該奈米管織物的該區域調整到具有一電阻熱係數介於約1%/℃與約2.5%/℃之間。
  28. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該奈米管織物的該區域包含一面積在約100平方微米與約2500平方微米之間。
  29. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該電磁輻射包含UV輻射。
  30. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該電磁輻射包含IR輻射。
  31. 如申請專利範圍第17項之偵測器，進一步包含一第二導電電極與奈米管織物的該區域電性連通，該第二導電電極在與該第一導電電極成相間隔的關係佈置。
  32. 如申請專利範圍第31項之偵測器，其中該導電電極與該第二導電電極包含一ZnO材料與一Si3 N4 材料兩者其中之一，該導電電極及第二導電電極與CMOS電路電性連通。
  33. 如申請專利範圍第31項之偵測器，其中該奈米管織物進一步包含半導電奈米粒子，該奈米管織物被調整到對一預定的光子能量敏感。
  34. 如申請專利範圍第31項之偵測器，其中該偵測器與互連接電路電性連通，及其中調整該奈米管織物以致在該第一與第二導電端之間的一第一阻抗值與互連接電路的一阻抗匹配。
  35. 如申請專利範圍第17項之偵測器，其中該預定範圍的電磁輻射包含熱輻射及該奈米管織物被調整到具有選定的一電阻熱係數(TCR)。
  36. 如申請專利範圍第35項之熱偵測器，其中該TCR包含一正值。
  37. 如申請專利範圍第35項之熱偵測器，其中該TCR包含一負值。
  38. 如申請專利範圍第36項之熱偵測器，其中該選定的TCR是經由摻雜及官能基化奈米管織物兩者其中之一來調整。
  39. 一種製作一電磁輻射偵測器的方法，包含：提供一基板；提供一導電電極；提供一奈米管織物，包含非織造的一奈米管網絡，佈置與該導電電極電性連通；形成一空腔在該基板中，以致奈米管織物的區域的一部份懸掛過該空腔；由奈米管織物形成一奈米管偵測器元件，該奈米管偵測器元件被調整到對一選定範圍的電磁輻射敏感，以致曝露到該電磁輻射時，導 致在該偵測器元件中，傳送至導電電極的電性激發有一改變。
  40. 如申請專利範圍第39項之方法，其中提供該奈米管織物的步驟，包含提供實際上純化的奈米管，及其中形成該奈米管偵測器元件的步驟包含圖案化該奈米管織物。
  41. 如申請專利範圍第39項之方法，其中形成該奈米管偵測器元件的步驟，包含官能基化與衍生該奈米管織物兩者其中之一。
  42. 如申請專利範圍第39項之方法，進一步包含形成一反射元件在該基板的一表面上，該反射元件定義該空腔的一較低的邊界。
  43. 如申請專利範圍第42項之方法，其中該反射元件包含一材料，被選定以反射一部份範圍的電磁輻射。
  44. 如申請專利範圍第42項之方法，進一步包含形成一介電層，佈置跨越該基板中空腔的至少一部份及佈置跨越導電電極，該介電層插入在導電電極與奈米管偵測器元件之間。
  45. 如申請專利範圍第43項之方法，其中該介電層對一部份的廣範圍電磁輻射實質上是透明的。
  46. 如申請專利範圍第45項之方法，其中該介電層包含SiNx ，對該IR範圍的電磁輻射光譜實質上是透明的。
  47. 如申請專利範圍第39項之方法，其中在該基板中形成該空腔的步驟，進一步包含提供一犧牲層及選擇性移除一部份基板。
  48. 如申請專利範圍第47項之方法，其中該犧牲層包含非晶矽、鋁及熱分解高分子其中之一。
  49. 如申請專利範圍第39項之方法，其中提供奈米管織物的該區域的步驟，包含旋塗或噴塗奈米碳管，以致該奈米管織物的該區域具有一片電阻近似1000Ω/sq。
  50. 如申請專利範圍第39項之方法，其中提供奈米管織物的該區域的步驟，進一步包含一退火製程以消除至少某些金屬性奈米管。
  51. 如申請專利範圍第50項之方法，其中該奈米管織物的該區域調整供降低傳送到導電接觸之電激發的1/f雜訊。
  52. 如申請專利範圍第39項之方法，進一步包含安置該基板、導電電極與奈米管織物的區域在一部份真空的封裝中，及可以選定的一氣體回填該部份真空的封裝，該選定的氣體包含N2 與He兩者其中之一。
  53. 一種在一晶圓上的廣範圍電磁輻射偵測器陣列，包含：複數個偵測器，每一偵測器具有：一基板；一奈米管織物佈置在該基板上，該奈米管織物包含非織造的一奈米管網絡；一第一與一第二導電端，個別與該奈米管織物電性連通，該第一與第二導電端以間隔的關係佈置；其中每一偵測器調整到對一預定部份的廣範圍電磁輻射敏感，以致曝露至該預定部份的電磁輻射導致在個別偵測器中之該第一與第二導電端之間阻抗的一變化。
  54. 如申請專利範圍第53項之電磁輻射偵測器陣列，其中對複數個偵測器的第一個，該預定部份的廣範圍電磁輻射包含UV範圍。
  55. 如申請專利範圍第54項之電磁輻射偵測器陣列，其中對複數個偵測器的第二個，該預定部份的廣範圍電磁輻射包含IR範圍。
  56. 如申請專利範圍第53項之電磁輻射偵測器陣列，其中該電磁輻射包含熱輻射，及其中調整每個偵測器包含調整該奈米管織物 的TCR。
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