包括納米結構的器件及其制造方法
【專利摘要】一種制造器件(300，410-412)的方法，所述器件包括第一襯底(201)，所述第一襯底包括布置在所述第一襯底上的多組納米結構(207)，其中每一組納米結構是單獨電學可尋址的，所述方法包括步驟：提供(101)具有第一面(202)的襯底(200)，所述襯底具有絕緣層(210)，所述絕緣層包括布置在所述襯底的所述第一面(202)上的絕緣材料，形成在所述絕緣層和所述襯底之間的界面；在所述第一襯底上提供(102)多個疊層(204)，所述疊層彼此間隔開，其中每一個疊層包括第一導電層(205)和第二導電層(206)，所述第一導電層包括第一導電材料，所述第二導電層包括與所述第一材料不同的第二導電材料，所述第二導電層布置在所述第一導電層上、用于催化納米結構生長；在還原氣氛中加熱(103)所述第一襯底，所述第一襯底具有在其上布置的所述多個疊層，以使能所述第二導電材料上的納米結構的形成；在氣氛氛圍下加熱(103)所述第一襯底，所述第一襯底具有在其上布置的所述多個疊層，使得在所述第二層(206)上形成納米結構(207)；其中選擇所述絕緣材料和所述第一導電材料，使得在所述加熱步驟期間，所述第一導電材料與所述絕緣材料相互作用以在每一個疊層(204)下面的所述絕緣層(201)內(nèi)形成導電部分(208)，其中所述導電部分包括所述第一導電材料和所述絕緣材料和/或其反應加合物的混合物。
【專利說明】包括納米結構的器件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及包括單獨可尋址納米結構束的電子器件及其制造方法。
【背景技術】
[0002]碳納米管(CNT)由碳原子的石墨烯片組成，所述碳原子的石墨烯片卷起成為柱體，所述柱體具有納米范圍的直徑和納米到厘米范圍的長度。CNT可以是所謂的單壁納米管(SWNT)，所述單壁納米管具有單一石墨烯片的均勻柱體的結構。備選地，CNT可以是所謂的多壁納米管(MWNT)，所述多壁納米管由具有不同直徑并且因此布置在彼此內(nèi)部的多個SWNT組成，或者由圍繞自身卷起多次從而實現(xiàn)多個層的單一石墨烯片組成。
[0003]已知多種生產(chǎn)CNT的方法，包括例如電弧放電、激光消融和化學氣相沉積(CVD)，其中CVD最常用于CNT的商業(yè)生產(chǎn)，典型地包括:準備具有金屬催化劑(例如，鐵、鈷或鎳)的襯底，隨后在包括諸如氨氣、氮氣或氫氣之類的工藝氣體和包括碳源(例如乙炔、乙烯或乙醇)的氣體的氣氛下加熱襯底。這樣，在金屬催化劑的表面生長了 CNT?？梢酝ㄟ^改變反應條件來控制金屬催化劑上CNT的朝向，使得產(chǎn)生垂直對齊的CNT，即CNT垂直于金屬催化劑的表面而延伸。
[0004]假定CNT具有高的機械強度和高熱導率和電導率，已經(jīng)提議了 CNT的許多潛在應用，包括例如傳感器、氫存儲介質(zhì)、探針、半導體器件、場發(fā)射器件以及導電高強度合成物
坐寸。
[0005]與CNT的這種傳統(tǒng)制造方法相關聯(lián)的問題是難以對以下兩者進行控制:在襯底上的特定位置處以預定朝向和配置的CNT生長，以及與諸如金屬電極之類的其他材料的分界面。
[0006]US6, 900，580B2公開了一種場發(fā)射器件和這種器件的制造方法，其中所述器件具有在襯底上平行對齊的CNT束，所述束只從利用催化劑材料構圖的襯底區(qū)域延伸，從而提供了對于襯底表面上所述束的尺寸、形狀和分布的精確控制，并且可以通過將構圖的金屬化線與所述束相連來單獨地控制每一個束。
[0007]然而，根據(jù)US6，900，580B2的制造CNT的方法冗長并且可能不是非常節(jié)省成本。
[0008]因此，技術中需要促進CNT的制造以用在電子器件中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]考慮到現(xiàn)有技術的上述和其他缺點，本發(fā)明的一般目的是為了提供一種制造包括納米結構的器件的改進方法，具體地所述器件具有單獨電學可尋址的納米結構組。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，提出了一種制造器件的方法，所述器件包括第一襯底，所述第一襯底包括布置在所述第一襯底上的多組納米結構，其中每一組納米結構是單獨電學可尋址的，所述方法包括步驟:提供具有第一面的襯底，所述襯底具有絕緣層，所述絕緣層包括布置在襯底的第一面上的絕緣材料，從而在絕緣層和襯底之間形成界面；在第一襯底上提供多個疊層，所述疊層彼此間隔開，其中每一個疊層包括第一導電層和第二導電層，第一導電層包括第一導電材料，第二導電層包括與第一材料不同的第二導電材料，第二導電層布置在第一導電層上以催化納米結構生長；在還原氣氛中加熱上面布置有多個疊層的第一襯底，以使能第二導電材料上納米結構的形成；在氣氛中加熱上面布置有多個疊層的第一襯底，使得在第二層上形成納米結構；其中絕緣材料和第一導電材料被選擇為使得在加熱步驟期間，第一導電材料與絕緣材料起反應，以在每一個疊層下面的絕緣層內(nèi)形成導電部分，其中導電部分包括第一導電材料與絕緣材料的混合物和/或其反應加合物。
[0011]本發(fā)明是基于這樣的認識:通過在絕緣層上提供至少第一層和第二層的疊層，可以在絕緣層內(nèi)形成將每單獨一組納米結構電連接的導電部分，同時在相同的加熱周期期間在具有絕緣層的襯底上生長納米結構組，其中絕緣層包括絕緣材料，第一層和第二層分別包括第一材料和第二材料，第二層布置在第一層上，第一層布置在絕緣層上。第二材料被選擇為在升高的溫度下催化納米結構的生長，而第一材料和絕緣材料被選擇為使得第一材料是導電的并且在加熱時與絕緣材料混合、擴散和/或反應從而產(chǎn)生導電和/或半導電混合物。這樣，通過加熱上面布置有這種疊層的襯底，可以產(chǎn)生多組納米結構，其中納米結構組下面的絕緣層的部分包括導電和/或半導電材料。因此，每一組納米結構可以是單獨電學可連接的。
[0012]在本發(fā)明的場景中，術語“納米結構”應該理解為具有納米范圍的直徑或?qū)挾鹊娜我饨Y構。這種納米結構的示例包括但不限于碳納米管、各種材料(例如ZnO)的納米線和納米棒以及碳納米纖維。
[0013]在本發(fā)明的場景中，術語“納米結構組”應該理解為在襯底的一部分上彼此鄰近(例如，從微米到亞微米)布置的多個納米結構，該部分與包括納米結構的襯底的其他部分分離，并且包括納米結構組下面的導電部分。納米結構組可以包括布置成束的納米結構。納米結構組可以與長度和寬度在納米到微米范圍內(nèi)的襯底的部分相對應。另外，當對納米結構組單獨尋址時，通常對組中包含的所有納米結構進行尋址。
[0014]在本發(fā)明的實施例中，第一材料可以是導電或半導電的。因此，可以通過將第一材料擴散到第一襯底中來實現(xiàn)導電或半導電的導電部分。
[0015]在本發(fā)明的實施例中，第一層的第一材料和絕緣層的絕緣材料可以被選擇為使得可以通過它們之間的化學反應來實現(xiàn)導電或半導電材料。
[0016]加熱在其絕緣層上布置有疊層的襯底可以使第一疊層的第一材料擴散或者與第一襯底的絕緣材料的下面部分混合，從而可以依賴于第一材料的電學特性使這些部分導電或者半導電。附加地或者備選地，加熱在其絕緣層上布置有第一材料的襯底可以引起第一材料與第一襯底的絕緣材料的下面部分反應，從而得到可以是導電和/或半導電的反應產(chǎn)物，在這種情況下第一材料不必須是導電或者半導電的以實現(xiàn)所述導電或者半導電部分。
[0017]在本發(fā)明的實施例中，第一材料和絕緣材料被選擇為使得可以通過將上面布置有疊層的第一襯底加熱到100°c到1000°c優(yōu)選溫度范圍內(nèi)來實現(xiàn)第一材料到第一襯底的擴散和/或第一材料和絕緣材料之間的反應。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，優(yōu)選地所述溫度范圍是在500°C和1000°C之間，更優(yōu)選地在700°C和900°C之間，最優(yōu)選地在750°C和800°C之間。
[0019]在本發(fā)明的實施例中，第一材料和絕緣材料之間的熱反應可以是氧化-還原反應，其中例如對第一材料進行氧化并且對絕緣材料進行還原。因此，所得到的反應產(chǎn)物可以包括氧化的和未氧化的第一材料以及還原的和為還原的絕緣材料。
[0020]在本發(fā)明的實施例中，第一材料可以包括金屬和/或其氧化物或氮化物。例如，第一材料可以是鋁。
[0021]在本發(fā)明的實施例中，絕緣材料可以是類金屬(或半金屬)的氧化物，例如二氧化硅。
[0022]可以通過第一材料和/或絕緣材料的選擇來控制導電部分的電學特性。因此，可以相對于絕緣材料來有利地選擇第一材料，或者反之亦然，使得在對其加熱時實現(xiàn)導電和/或半導電混合物。
[0023]在示范性實施例中，第一材料可以是鋁(A1)并且絕緣材料可以是二氧化硅(Si02)，在這種情況下第一材料和絕緣材料之間的相應反應混合物包括Al、Alx0y、Si02、Alx(Si02)y和Si，得到了具有導電(即A1)和半導電(即Si)電學性質(zhì)的反應混合物。類似地，金(Au)也可以用于形成絕緣材料內(nèi)的導電部分。
[0024]另外，加熱溫度和/或誘導時間當然也可以改變，以便實現(xiàn)導電部分的所需電學性質(zhì)。例如，通過改變溫度，可以控制反應和/或擴散的速率，通過改變反應時間，可以控制反應和/或擴散的程度。
[0025]每一個導電部分在第一襯底內(nèi)的深度與由于第一材料擴散或者混合到絕緣層中和/或第一材料與絕緣層的絕緣材料的反應導致的第一材料在絕緣層中的滲透深度相關，因此可以通過例如改變包括第一材料的第一層的厚度和/或絕緣層的厚度、改變加熱襯底的溫度或者改變加熱時間來控制每一個導電部分在第一襯底內(nèi)的深度。
[0026]因此，可以控制導電部分的延伸和結構以適應給定的所需應用。
[0027]在本發(fā)明的實施例中，導電部分可以是穿過絕緣層形成的路徑，從而在絕緣層和下層襯底之間的界面處形成了電連接結，使得每一組納米結構經(jīng)由每一個電連接結可電連接。
[0028]備選地在本發(fā)明的實施例中，可以控制導電部分的結構，使得第一襯底內(nèi)的導電部分的深度使得所述導電部分不穿透絕緣層，從而每一個導電部分與襯底相隔離，進而可以實現(xiàn)至每一個導電部分的電連接結，所述電連接結與電容性和/或電感性電連接相對應。
[0029]對其上的納米結構的生長進行催化的第二層的第二材料可以有利地是導電或者半導電的。這種催化材料的示例包括但不限于Fe、Co和Ni。
[0030]在本發(fā)明的實施例中，所述疊層可以包括在第二層和第一層之間布置的中間層，其中中間層可以包括導電和/或半導電材料，并且其中每一個中間層可以例如通過襯底的第一面頂部上的連接結構與電源電連接，從而提供與每一組納米結構的第二單獨可尋址電連接。
[0031]例如，中間層的導電和/或半導電材料可以包括鑰和/或鈦、鑰和/或鈦的獨立層、或者任意其他合適的金屬、類金屬或者其氧化物、或者Pt、T1、Au、Mo、Pd和W的合金。
[0032]在本發(fā)明的實施例中，所述方法還可以包括步驟:在絕緣層下面提供連接結構，配置為經(jīng)由相應的導電部分提供與每一組納米結構的第一電連接，通過本發(fā)明的方法形成所述導電部分。連接結構可以與電源或感測裝置相連，從而實現(xiàn)絕緣層的導電部分與電源或感測裝置的電連接。[0033]在本發(fā)明的實施例中，可以通過提供包括連接結構的第二襯底來提供所述連接結構。例如，所述連接結構可以包括多個阱，所述阱包括導電和/或半導電材料。
[0034]應該注意的是可以在上述加熱步驟之前提供所述第二襯底。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，上述和其他目的是通過具有單獨可尋址納米結構組的器件來實現(xiàn)的，包括:襯底，具有第一面和絕緣層，所述絕緣層包括布置在襯底的第一面上的絕緣材料；多個導電部分，通過絕緣層內(nèi)的絕緣材料和導電材料之間的反應而形成，所述部分彼此間隔開；納米結構組，布置在每一個導電部分上布置，使得每一個導電部分與相應的納米結構組電連接；連接結構，在絕緣層下面，所述連接結構可連接到電源或感測裝置并且配置為提供與每一個導電部分的第一電連接，從而實現(xiàn)了每一組納米結構的單獨尋址。
[0036]例如，所述電源可以包括傳統(tǒng)的AC或DC電源、電池、電容器系統(tǒng)，依賴于器件的所需應用，感測裝置可以是萬用表或其等價物。
[0037]在本發(fā)明的實施例中，所述器件可以包括第一襯底下面的第二襯底，并且其中所述第二襯底包括上述連接結構。
[0038]在本發(fā)明的實施例中，所述連接結構可以包括多個阱，每一個阱包括導電和/或半導電材料、并且電學可連接到電源，其中每一個阱提供與每一個導電部分的第一電連接。
[0039]在本發(fā)明的實施例中，所述導電部分可以是延伸通過絕緣層的路徑，從而所述電連接可以是導電部分和連接結構之間的直接電連接。
[0040]在本發(fā)明的實施例中，所述導電部分可以延伸到絕緣層中期望的深度，使得所述導電部分與襯底相分離，從而第二襯底的連接結構和每一個導電部分之間的電連接與電容性或電感性電連接相對應。
[0041]假設如上所述的納米結構組的單獨可尋址性，根據(jù)本發(fā)明的器件的許多應用是可能的，例如傳感器、靜電激勵器、太陽能電池、熱沉、納米天線、由于場發(fā)射產(chǎn)生的電子發(fā)射器、超級電容器、電子發(fā)射裝置、高頻激勵器、衍射光學器件和收縮波(pinchiave)高頻擴音器。
[0042]在本發(fā)明的實施例中，所述器件可以包括在納米結構組和導電部分之間的導電和/或半導電中間層，從而提供與每一組納米結構的第二單獨可尋址電連接。
[0043]具有第一和第二單獨可尋址電連接可能對于以下應用是有利的:例如束光刻工具的可編程陣列或者可調(diào)發(fā)射機或者可編程自適應光學器件。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述器件可以包括與導電部分電流隔離的第二導電和/或半導電中間層，從而提供與到導電部分的電容性連接。通過形成與絕緣層中的導電部分電流隔離的附加觸點，可以通過電容性耦合控制流動的電荷載流子。因此，可以形成諸如晶體管之類的三端器件?？梢詫⑿纬蛇@種觸點的第二導電層布置在絕緣層的表面處，用于控制頂部觸點和導電部分之間的界面。
[0045]備選地，可以將觸點集成到絕緣層中，以提供導電部分的電容性控制。例如，可以通過將器件靠在SOI (絕緣體上硅)晶片上并且在處理器件的其余部分之前在Si層上形成觸點，來形成絕緣層內(nèi)的觸點。
[0046]在本發(fā)明的實施例中，納米結構與襯底實質(zhì)上垂直對齊。納米結構可以納米至厘米范圍的長度。然而，納米結構典型地可以具有納米至微米范圍的長度。納米結構的所需長度當然隨著器件的所需應用而變化，并且因此可以有利地修改納米結構的長度以適應器件的所需應用。
[0047]在本發(fā)明的實施例中，納米結構是布置成束的多壁碳納米管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]參考示出了本發(fā)明示范性實施例的附圖，現(xiàn)在更加詳細地描述本發(fā)明的這些和其他方面，其中:
[0049]圖1是示意性地說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造包括納米結構組的器件的方法的流程圖；
[0050]圖2a_d是器件的放大截面圖，其中每一個視圖與根據(jù)圖1的方法的制造工藝的階段相對應；
[0051]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的器件的實施例的透視圖；以及
[0052]圖4a_c示出了根據(jù)本發(fā)明的器件的示范性實施例的截面?zhèn)纫晥D。
【具體實施方式】
[0053]在以下描述中，參考制造器件的方法來描述本發(fā)明，所述器件包括:第一襯底，包括在第一襯底上布置的多組納米結構，其中每一組納米結構是單獨電學可控的。
[0054]本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種方法，在包括絕緣材料的絕緣層的頂部上生長納米結構組，并且在相同加熱周期期間，形成與絕緣層內(nèi)每一組納米結構的單獨可尋址電連接。
[0055]現(xiàn)在將參考圖1詳細描述根據(jù)本發(fā)明方法的實施例，圖1示意性地說明了根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施例的步驟101-104，并且圖2a-d示出了在這些步驟的每一個之后得到的器件。
[0056]第一步驟101包括提供第一襯底200，所述第一襯底具有包括絕緣材料的絕緣層。例如，所述絕緣材料可以是Si02或Si3N4之一。襯底可以是在半導體加工中常用的任意類型的絕緣或半導體襯底，例如S1、Si02、石英等。
[0057]第二步驟102包括在絕緣層的第一面202上提供多個疊層204。如圖2b所示，將所述疊層布置在第一面202上，使得它們彼此分離。疊層204典型地可以具有納米至微米范圍的長度和/或?qū)挾?或直徑)。此外，每一個疊層包括:第一層205，所述第一層205包括布置為與絕緣層201直接接觸的第一導電材料；以及第二層206，所述第二層206包括布置在第一層上的第二材料。典型地，第一材料與第二材料不同，其中第二材料對納米結構的形成進行催化。
[0058]具有納米結構催化活性的第二材料的示例包括但不限于Fe、Ni和Co。
[0059]在本發(fā)明的一個實施例中，通過首先將第一層205沉積到第一襯底上并隨后在其上沉積第二層206，在第一襯底的第一面202上提供每一個疊層204。備選地，在本發(fā)明的另一個實施例中，首先將第二層206沉積到第一層205上，隨后將所得到的包括第一層205和第二層206的疊層204沉積到第一襯底201上。例如，可以通過光刻和隨后的刻蝕限定疊層的圖案。備選地，可以在沉積第一層和第二層的同時使用障板(shadow mask)。
[0060]第三步驟103包括在氣體氛圍下加熱上面布置有多個疊層的襯底200，使得如圖2c所不將納米結構207組形成于第二層206上,并且使得第一導電層205的第一材料擴散到絕緣層201中和/或與絕緣層201的絕緣材料反應，以在每一組納米結構207下面的絕緣層201內(nèi)形成導電部分208，其中所述導電部分是導電和/或半導電的，并且包括第一材料和絕緣材料的混合物和/或其反應加合物，從而每一個導電部分208允許對相應的納米結構207組的單獨電學控制。
[0061]通過在絕緣層上將疊層204彼此分離，可以絕緣層上實現(xiàn)納米結構組，其中每一組納米結構207與在每一個疊層204上生長的納米結構相對應。
[0062]由于存在已經(jīng)擴散到下面的絕緣材料中的導電和/或半導電的第一材料，所以提供了可以是導電和/或半導電的導電部分208。附加地或備選地，第一材料可以與絕緣材料反應以得到可以是導電和/或半導電的反應產(chǎn)物，在這種情況下第一材料本身不需要是導電和/或半導電的以實現(xiàn)導電和/或半導電的導電部分。
[0063]在示范實施例中，第一材料是A1并且絕緣材料是Si02，在這種情況下，第一材料和絕緣材料之間的熱反應典型地產(chǎn)生了具有絕緣性質(zhì)的αι203和具有半導體性質(zhì)的Si。因此在這種情況下，導電部分可以包括Al、S1、Si02、Alx(Si02)y和A1203的混合物。
[0064]然而應該強調(diào)的是:期待導電材料和絕緣材料的許多其他材料組合可以提供期望的導電部分。本領域普通技術人員可以確定，通過與在標題“示例制造工藝”下描述的工藝類似的工藝形成了這種導電部，而無需任何不適當?shù)呢摀头帧?br> [0065]因此可以通過第一導電材料和絕緣材料、絕緣層的厚度和第一層的厚度、擴散/反應溫度和加熱時間的選擇來容易地配置導電部分的電學性質(zhì)，例如以適應所需的應用。
[0066]類似地，也可以通過改變第一層205和絕緣層201的厚度和/或擴散/反應溫度和加熱時間來控制導電部分的形狀，從而配置所述形狀以適應給定的應用。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖2c所實施的，導電部分208是從絕緣層延伸穿過的路徑。因此，每一個導電部分可以在絕緣層和襯底之間的界面203處直接電學可尋址。備選地在本發(fā)明的另一個實施例中(圖2c中未示出)，導電部分可以配置為不延伸穿過絕緣層，使得每一個導電部分與襯底電隔離、從而在絕緣層和襯底之間的界面處實現(xiàn)了與導電部分的電容性和/或電感性電連接。
[0067]本發(fā)明不局限于生長納米結構的任何特定方法，所以在生長步驟中的氣氛的成分可以依賴于所生長的納米結構的類型(例如，碳納米管、單壁或多壁碳納米纖維、ZnO納米線等等)。通?？梢允褂弥T如化學氣相沉積、等離子增強化學氣相沉積、電弧放電、激光消融之類的方法或者本領域普通技術人員熟知的任意其他合適的方法。因此，氣氛通?？梢园ㄒ蚁?、氬氣、等離子體、氫氣、氮氣和氨氣(用于碳納米管生長)的至少一種。
[0068]納米結構可以有利地是碳納米管，具體地依賴于所需應用可以是布置成具有納米至微米范圍長度的束的多壁碳納米管。
[0069]有利地，可以選擇第一材料和/或絕緣材料，使得通過將具有其上布置的疊層的所述第一襯底加熱到從100°C至1000°c的優(yōu)選溫度間隔可以實現(xiàn)第一材料至第一襯底的擴散和/或第一材料和絕緣材料之間的反應，優(yōu)選地在500°C和1000°C之間，更優(yōu)選地在700°C和900°C之間，以及最優(yōu)選地在750°C和800°C之間。所選擇的溫度依賴于所需的具體納米結構的生長要求參數(shù)，并且依賴于針對給定材料組合實現(xiàn)導電部分所要求的溫度。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述方法還可以吧凹口第四步驟104，所述第四步驟可以包括如圖2d所示在絕緣層201下面布置第二襯底209，其中所述第二襯底209包括連接結構210，所述連接結構210配置為經(jīng)由導電部分208的相應導電部分向每一組納米結構207提供第一電連接。
[0071]例如，如圖2d所示，所述連接結構可以實現(xiàn)為多個包括導電或半導電材料的阱210，其中每一個阱210可與電壓或感測裝置電連接，兵器從而是單獨可尋址。
[0072]備選地，在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個實施例中，可以在加熱步驟103之前的任意步驟提供第二襯底209，例如在第一步驟中，從而在加熱之后即刻實現(xiàn)了通過鏈接結構210的第一電連接。此外，可以將類似的連接結構合并到第一襯底中。
[0073]應該注意的是:在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，可以通過在每一個疊層的第一層和第二層之間提供包括導電和/或半導電材料的中間層(圖2a_d未示出)來實現(xiàn)與每一組納米結構的第二單獨可尋址電連接，例如，所述中間層可以通過絕緣層頂部上的連接結構與電源電連接。
[0074]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的器件300的實施例的透視圖，包括具有第一面202和第二面203的絕緣層201，所述絕緣層201包括絕緣材料。在襯底的第一面202上包括多組納米結構207，并且如圖3所示，納米結構207組彼此間隔開。另外，絕緣層201包括多個導電部分208，每一個導電部分208在相應的納米結構207組下面，使得每一個導電部分208與相應的納米結構207組電連接。導電部分208是導電和/或半導電的。
[0075]在根據(jù)本發(fā)明的器件的實施例中，如圖3所示，所述器件還包括絕緣層201下面的襯底209，其中所述襯底209包括連接結構，所述連接結構可與電源或感測裝置相連并且配置為提供與每一個導電部分208的第一電連接，從而實現(xiàn)了每一組納米結構207的單獨可尋址。例如，所述電源包括傳統(tǒng)的AC或DC電源、電池、電容器系統(tǒng)，并且例如依賴于所述器件的所需應用，所述感測裝置可以是萬用表或等價物(例如，電壓表或安培表)。
[0076]在所述器件的實施例中，可以將納米結構組有利地與襯底實質(zhì)上垂直地對齊。
[0077]典型地，納米結構組與納米至微米范圍內(nèi)的長度和/或?qū)挾?或直徑)相對應。
[0078]在所述器件的實施例中，納米結構組可以包括布置成束的多壁碳納米管。
[0079]圖4a_c示出了根據(jù)本發(fā)明的器件的實施例的截面?zhèn)纫晥D。如圖4a_c所示，連接結構210包括多個阱210，所述阱210包括導電和/或半導電材料并且電學可連接到電源。因此，每一個阱提供與每一個導電部分208的第一電連接。
[0080]在根據(jù)本發(fā)明的器件410的實施例中，如圖4a所示，可以將導電部分實現(xiàn)為從絕緣層的第一面202延伸至絕緣層和襯底之間的界面203的路徑，從而第一電連接是導電部分208和連接結構210之間的直接電連接。
[0081]在根據(jù)本發(fā)明的器件411的實施例中，如圖4b所示，導電部分從第一面202延伸到絕緣層201中期望的深度，使得導電部分與絕緣層和襯底之間的界面203分離，從而與每一個導電部分208的第一電連接與電容性電連接相對應。
[0082]如圖4c所示，根據(jù)本發(fā)明的器件412可以包括導電和/或半導電中間層402，所述導電和/或半導電中間層402布置在每一組納米結構207與下層導電部分208之間的絕緣層的第一面202上，并且每一個中間層通過絕緣層201的第一面202上的連接結構403是電學可連接的,從而提供與每一組納米結構207的第二單獨可尋址電連接。
[0083]在本發(fā)明的各種實施例中，所述導電路徑可以包括至少一個整流結，所述整流結可以被定制為基于所選擇的材料而表現(xiàn)出期望的特性，從而使能制造諸如太陽能電池、晶體管和超級電容器之類的器件。例如，只要第一導電層的材料可以到達絕緣層以形成導電部分，可以將附加的導電層布置在第一導電層和絕緣層之間。例如，第一導電層可以通過擴散或者化學反應與這種中間導電層相互作用。因此，因為不同的材料在絕緣層內(nèi)具有不同的擴散/反應性質(zhì)，可以在導電部分中形成整流結。另外，可以通過選擇層的厚度來控制這種整流結的位置。通過控制導電部分中整流結的位置和性質(zhì)，可以形成諸如晶體管和光伏器件之類的各種器件。
[0084]附加地，根據(jù)附圖、公開和所附權利要求的研究，本領域普通技術人員在實踐要求權利的本發(fā)明時可以理解和實現(xiàn)對于所公開實施例的變化。例如，可以對絕緣層的表面進行刻蝕，并且可以將疊層布置在刻蝕過的表面上，從而可以將所產(chǎn)生的納米結構與刻蝕過的表面實質(zhì)上對齊。另外，所述疊層的第二層(布置在疊層的第一層上)可以只覆蓋第一層的一部分。
[0085]在權利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。單獨的處理器或其他單元可以實現(xiàn)在權利要求中引用的幾種條目的功能。在互不相同的從屬權利要求中列舉特定措施并不表示不能有利地使用這些措施的組合。
[0086]制誥工藝的示例:
[0087]導電碳納米管束的生長:
[0088]使用上面具有0.5 μ m氧化物層的硅晶片來制造器件。使用光刻、金屬蒸發(fā)和剝離對金屬和催化劑(300nm的招和lnm的鐵)進行構圖。以lOOsccm的氫氣和400sccm的氦氣氣流在775°C下將催化劑 退火20分鐘，以激活催化劑材料。在退火之后，即刻在將樣品冷卻前在保持相同溫度的同時通過將lOOsccm的乙烯引入到石英管中30分鐘來執(zhí)行碳納米管的生長。
[0089]在表1中總結了用于生長納米結構的配方:
[0090]
【權利要求】
1.一種制造器件(300,410-412)的方法，所述器件包括第一襯底(201),所述第一襯底包括布置在所述第一襯底上的多組納米結構(207)，其中每一組納米結構是單獨電學可尋址的，所述方法包括步驟:提供(101)具有第一面(202)的襯底(200)，所述襯底具有絕緣層(210)，所述絕緣層包括布置在襯底的第一面(202)上的絕緣材料，從而在絕緣層和襯底之間形成界面(203)；在第一襯底上提供(102)多個疊層(204)，所述疊層彼此間隔開，其中每一個疊層包括第一導電層(205)和第二導電層(206),所述第一導電層包括第一導電材料,所述第二導電層包括與第一材料不同的第二導電材料，所述第二導電層布置在所述第一導電層上以催化納米結構生長；在還原氣氛中加熱(103)上面布置有所述多個疊層的第一襯底，以使能第二導電材料上納米結構的形成；在氣氛中加熱(103)上面布置有所述多個疊層(204)的第一襯底，使得在第二層(206)上形成納米結構(207)；其中絕緣材料和第一導電材料被選擇為使得在所述加熱步驟期間，第一導電材料與絕緣材料起反應，以在每一個疊層(204)下面的絕緣層(201)內(nèi)形成導電部分(208)，其中所述導電部分包括第一導電材料與絕緣材料的混合物和/或其反應加合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，第一材料和/或絕緣材料被選擇為使得通過將上面布置有疊層(204)的第一襯底加熱到100°C到1000°C溫度范圍內(nèi)，來實現(xiàn)第一材料到第一襯底(201)中的擴散和/或第一材料與絕緣材料之間的反應。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，優(yōu)選地所述溫度范圍是在500°C和1000°C之間，更優(yōu)選地在700°C和900°C之間，最優(yōu)選地在750°C和800°C之間。
4.根據(jù)任一前述權利要求所述的方`法，其中，導電部分(208)是穿過所述絕緣層(201)形成的路徑，使得每一組納米結構(207)經(jīng)由每一個電連接結是可電連接的。
5.根據(jù)任一前述權利要求所述的方法，其中，所述方法還包括提供連接結構(210)的步驟，所述連接結構配置為經(jīng)由相應的導電部分(208)來提供與每一組納米結構(207)的第一電連接。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，所述方法還包括提供包括連接結構(210)的第二襯底(209)的步驟，所述連接結構配置為經(jīng)由相應的導電部分(208)來提供與每一組納米結構(207)的第一電連接。
7.根據(jù)任一前述權利要求所述的方法，其中，所述疊層包括布置在第二層和第一層之間的中間層，其中所述中間層包括導電和/或半導電材料，每一個中間層與電源或感測裝置電連接，從而提供與每一組納米結構的第二單獨可尋址電連接。
8.根據(jù)任一前述權利要求所述的方法，其中，第一導電材料包括金屬。
9.根據(jù)任一前述權利要求所述的方法，其中，第一導電材料包括A1或Au。
10.根據(jù)任一前述權利要求所述的方法，其中，絕緣材料包括Si02、Si3N4和石英中的至少一個。
11.一種具有單獨可尋址的納米結構(207)組的器件(300，410-412)，包括:襯底(200)，具有第一面(202)和絕緣層(201)，所述絕緣層(201)包括布置在襯底的第一面(202)上的絕緣材料；多個導電部分(208)，通過絕緣層內(nèi)的絕緣材料與導電材料之間的反應而形成，所述導電部分彼此間隔開；納米結構組，布置在每一個導電部分(208)上，使得每一個導電部分與相應的納米結構組電連接；連接結構(210)，在絕緣層下面，所述連接結構可連接到電源或感測裝置，并且配置為提供與每一個導電部分的第一電連接，從而使能每一組納米結構的單獨尋址。
12.根據(jù)權利要求11所述的器件(300,410-412)，其中，所述器件包括在第一襯底(200)下面的第二襯底(209)，所述第二襯底包括所述連接結構(210)。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的器件(300,410-412)，其中，連接結構包括多個阱(210)，所述阱包括導電和/或半導電材料并且可電連接到電源或感測裝置，其中每一個阱提供與每一個導電部分的第一電連接。
14.根據(jù)權利要求11-13中任一項所述的器件(300,410-412)，其中，導電部分是從第一襯底的第一面延伸至第一襯底的第二面的路徑，從而第一電連接是導電部分和連接結構之間的直接電連接。
15.根據(jù)權利要求11-13中任一項所述的器件(300,410-412)，其中，導電部分(208)從第一襯底的第一面(202)延伸到第一襯底(200)中期望的深度，使得導電部分與第一襯底(200)和絕緣層(201)之間的界面(203)分離，從而與每一個導電部分的第一電連接對應于電容性和/或電感性電連接。
16.根據(jù)權利要求11-15中任一項所述的器件(300,410-412)，其中，所述器件包括在納米結構(207)組和導電部分(208)之間的導電和/或半導電中間層(402，403)，從而提供與每一組納米結構的第二單獨可尋址電連接。
17.根據(jù)權利要求11-16中任一項所述的器件(300,410-412)，其中，所述器件包括與導電部分(208)電流隔離的第二導電和/或半導電中間層，從而提供與導電部分的電容性連接。
18.根據(jù)權利要求11-17中任一項所述的器件(300,410-412)，其中，納米結構與第一襯底(200)實質(zhì)上垂直對齊。
19.根據(jù)權利要求11-18中任一項所述的器件(300,410-412)，其中，絕緣材料包括Si02、Si3N4中的至少一個。
20.根據(jù)權利要求11-19中任一項所述的器件(300,410-412)，其中，導電材料包括A1或Au。
21.根據(jù)權利要求11-20中任一項所述的器件(300,410-412)，其中，導電材料包括A1，絕緣材料包括Si02。
22.根據(jù)權利要求11-20中任一項所述的器件(300,410-412)，其中，導電部分包括至少一個整流結。
【文檔編號】H01J9/02GK103650093SQ201280031224
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權日:2011年6月29日
【發(fā)明者】瓦卡斯·哈立德 申請人:瓦卡斯·哈立德