模板化的團簇組成的絲的制作方法

專利名稱：模板化的團簇組成的絲的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在電子器件中使用的導電絲狀結構的制備方法以及利用這種方法形成的器件。更特別地但并不是唯一地，本發明涉及一種利用表面模板進行導電顆粒的組裝以輔助形成絲狀結構的制備納米級(但是也可以達到微米級)的此類結構的方法。
背景技術：
納米技術被認為是21世紀的關鍵技術。這種科技集中于在幾十億分之一米的量級上制備電子、光學以及光電器件的能力。將來此類器件將成為新的計算和通信技術的基礎，并應用于大批的生活消費品中。
制造納米級器件有許多優點。從最簡單的情況來講，此類器件遠小于當前的商用器件(例如用在集成電路中的晶體管)，因而可以提高封裝密度、降低能量損耗和提高速度。此外，此類小型的器件與那些大尺寸制造的器件相比具有基本上不同的性質，因而這一點可提供全新的器件應用。
本領域的困難之一是研發利用量子物理學定律的納米結構器件。尺寸為約100納米并基于量子原理起作用的電學器件(如單電子晶體管和量子絲)通常僅在低溫(＜-100℃)下得到檢驗。由于量子效應的全部范圍和新型器件的功能將會在室溫下適用，所以當前困難是將這些相同的器件構思轉化成僅有幾納米尺寸的結構。事實上，正如以下所討論的，已制造出一些被證實可在相對較高溫度下工作的量子效應的原型納米級器件。然而如下所述，在發現此類器件的商業應用前仍有許多困難需要克服。
一般而言，制備納米級器件有兩種截然不同的方法-“自上而下(top-down)”，及-“自下而上(bottom up)”。
在“自上而下”方法中，通過光刻和蝕刻相結合而產生器件。其分辨率限制由例如光刻工藝中所用光的波長來決定光刻是具有較高產量的高度發展的可靠技術，但是當前的技術狀態(使用UV輻射)制得約10納米尺寸的器件需要的花費很大。其它光刻技術(例如電子束光刻)可提供(從原理上講)較高的分辨率(resolution)，但是其產量較低。
“自下而上”方法提出利用納米級構造塊來組裝器件，從而可立即得到納米級的分辨率，但是這種技術常遇到一系列其它問題，包括難度、費用以及對構造塊進行組裝需要較長時間。關鍵的問題在于是否能夠將自上而下和自下而上方法結合起來以制造具有這兩種方法最佳特征的器件，同時避免每一種方法所固有的問題。
試圖利用這些方法的組合的一個現有技術開發的例子是高度成功地利用碳納米管制造出晶體管[1]。其中觸點(contact)是使用光刻制造的，并且納米級構造塊(采用納米厚度的碳納米管形式)被用于在觸點間提供導電通路。這些晶體管被顯示為[2，3]表現出量子傳輸效應并具有可與集成電路中使用的Si-MOSFET(硅-金屬氧化物半導體場效應晶體管)相比的晶體管特性，因此原則上可用于商用。然而，分離和控制單納米管以形成可重現的器件的難度妨礙了廣泛的商業應用。因此，開發在導電觸點間形成納米絲結構的新技術是重要的技術難題。
納米絲形成方法的一般背景一種形成納米絲的簡單方法是拉伸較大的絲直到其直徑僅為接近于斷裂點的幾個原子(例如參見參考文獻[4]和其中的參考文獻；使用掃描隧道顯微鏡可得到相似的效果)。在該點上斷裂結(break junction)可以呈現出量子化的電導率。盡管這種技術很有趣，但是由于這種技術通常難于控制，在任何情況下僅能制造單個的絲，同時由于多端器件不容易得到，因此這種技術不能很好地適用于器件制造。
另一種方法是使用光刻和電化學技術的組合而得到較窄的絲和/或得到具有納米級間距的觸點[5]。從Cu的電化學沉積可觀察到量子化的電導率，并且利用這些納米絲已經研發出化學傳感器[6]。雖然這些器件是有應用前景的，但是仍然有待證明其可被充分可控地或者可重現地制造以用于商用，或者證實可使用這種方法制造多端或其它電子器件。
參考文獻[7]描述了一種電場輔助的組裝技術，該技術用于將懸浮在電介質中的單獨的納米絲定位在通過光刻形成在二氧化硅襯底上的兩個電極之間。產生對準的力是納米絲在所施加的交替電場中極化的結果。Au納米絲(直徑350nm)利用電沉積被形成入具有納米孔(nanoporous)的氧化鋁膜中并隨后懸浮在異丙醇中。該方法以一種有效的并且可以較好控制的方式提供了具有規定長度和剖面面積的高質量的接觸納米絲。然而它需要雙重電沉積和絲狀襯底應用工藝，以及絲的預制備。相反地，動量驅動(momentum driven)的團簇(cluster)納米絲直接形成在與它們最終連接的器件觸點之間，而且我們檢測絲的形成的能力和我們的工藝中具有的自接觸是重要的優點。
在參考文獻[8]中通過在具有納米孔的氧化鋁膜中注入熔融物來合成超細納米絲。已經制備出了具有直徑小至13納米、長度為30-50微米以及封裝密度高達7.1×1010cm-2的大面積平行絲。該納米絲陣列的吸收光譜顯示出這些鉍納米絲經過了由二維界限效應導致的半金屬-至-半導體轉變。該方法與其它那些涉及用所選的納米絲材料填充具有納米孔的氧化鋁的方法相類似。真空注入表現了技術的精細化，并且可以得到比使用電沉積所可能得到的細得多的絲直徑。該方法提供了非接觸的納米絲，但是它可以規定長度并且能提供非常高的產量。
納米絲被以每秒幾微米的速率從剛生長的由鉍和氮化鉻組成的復合薄膜的表面自然地擠出(在室溫下)。[9]這些復合薄膜中高的壓縮應力是形成納米絲的可靠驅動力。這一納米絲制造方法很容易實施，但是它不會產生接觸的納米絲，并且不能制造出具有均均寬度和長度的納米絲。
納米結由銅絲形成，它被電沉積在硅上的觸點(間隔100納米)之間。[10]監測觸點至觸點間的電導率直至達到所需的值，并且利用反饋電路控制電鍍電勢。使電勢反轉可以將既定的銅連接變細至納米級的寬度和高度。這一方法基于將預制的觸點受控地電沉積在襯底上。絲形成有僅有幾納米寬并且顯示出量子限制特性的頸狀部分。對于對每個可能形成的觸點進行監控和反轉電鍍的能力的需求意味著這一方法不能被定級為用于這些納米結的高產量生產。這一方法也不適合用于制造真正的納米絲。
通過沉積原子團簇實現的器件可以利用原子團簇形成具有幾個納米尺度的結構的提案[11]已經引起了國際上幾個研究組的注意[14]，這種結構是通過簡單的蒸發技術形成的納米級顆粒(例如參見[12，13])。已經表明，原子團簇可穿過襯底擴散[15]，然后在某些表面特征上排列，從而產生團簇鏈結構[16，17，18]，盡管在這些情況下鏈通常是不完整的(有間隙)并且這些鏈尚不能與非導電襯底上的電觸點連接。由于絲的寬度由團簇的尺寸來控制，所以這種方法是有應用前景的，但是在適用的襯底上定位團簇以形成實際器件的問題仍需解決。
在參考文獻[8，19，20]中報道了利用原子團簇所形成的器件利用了離子束沉積方法[15]在用電子束光刻所形成的觸點間形成了團簇網絡。在此過程中，團簇是通過沉積原子蒸氣形成的而不是將預制的納米顆粒沉積在襯底上形成的。此器件在T＝77K時表現出庫侖阻塞效應[8]，但是在室溫下沒有看到明顯的量子效應。在此過程中，僅利用了AuPd和Au團簇，并且重要的是在這些器件中是通過隧道效應而經過團簇網絡導電。沒有描述可控制地形成導電通路的方法，僅描述了兩端器件，因此沒有形成與上述納米管晶體管相似的器件。
已經制備了結合單個(或有限數量的)納米顆粒的多種器件(例如參見[21，22，23])。這些器件潛在地非常有功效，但是同樣地極易于遇到與組裝構造塊所需要的費用和較長時間相關的困難。器件對器件的重現性及定位納米顆粒的難度也是另外的問題。此外，這些器件的優選實施方案需要通過隧道勢壘將納米顆粒與觸點絕緣，而隧道勢壘的性質對于器件的性能而言是至關重要的，因為隧道電流呈指數級地取決于勢壘厚度。在某些情況下，掃描隧道顯微鏡的使用引起較慢和不可測量的制造過程。本領域中近來的發展產生了第一個單電子晶體管，它是用單個原子制造的用作產生隧道效應的島[23]。盡管這是巨大的成功，而且制造過程中元件的自組裝是有吸引力的，但是此類器件距商業生產仍很遙遠，所用的方法也不適于大規模生產。
對于納米級器件的制造而言，濕化學方法(例如參見[21])也是適用的，它可為克服定位納米顆粒的難題提供有希望的方法。盡管這些技術在將來仍然是重要的，但是其局限性包括可以使用這些技術形成的納米顆粒種類的受限范圍、對特定點進行編碼以吸引納米顆粒的難度、及關于對它們進行測量的合適性的至今未解決的問題。
最后我們提到已對金屬納米顆粒膜的滲流進行了幾個實驗(例如參見[24，25，26，27，28，29])。通常納米顆粒沉積在電觸點間，并且在滲流閾值處可觀察到傳導的明顯開始。僅在最近在薄膜的全部尺度都是納米級的情況下(即觸點間距較小)，納米顆粒膜的滲流才得到研究，并且它被認為是一種可用作形成納米級器件的方法[30]。這一提案的關鍵是認識到可以通過電觸點的幾何形狀來控制在或者接近滲流閾值時形成絲狀結構。
模板化的納米絲組裝方法在開有V型槽的InP襯底上制備出寬度低至50納米的大量Au納米絲的陣列[31]。對光刻抗蝕劑的全息激光干涉曝光和各向異性刻蝕在InP襯底(001)的表面上構圖形成周期為200納米的V型槽(鋸齒狀)。然后用通過良好控制的濕法腐蝕工藝而構造成納米絲的薄Au膜覆蓋已構圖的襯底。在此討論的由團簇組成的納米絲采用了類似的襯底布局技術，并且這兩種方法提供了在現有的器件觸點周圍形成納米絲的能力。上述濕法腐蝕工藝是各向同性的并且需要不斷地監測。需要十分小心以避免在已構圖的光刻抗蝕劑附近進行腐蝕時經常會出現的加速底切(undercut)效應。這樣構成了會降低產量的工藝步驟，并且它被證明是耗費勞力的。
通過將Au和Fe間接共蒸發于構圖有V型槽(鋸齒狀的)的InP襯底上來制備寬度范圍在50-120納米的AuFe納米絲[32]。通過在4.2和300K之間的磁化和磁致電阻測量來測試這些納米絲的磁性。這一過程再次提供了與在開有V型槽的硅溝道中進行團簇組裝所用的技術相類似的襯底布局技術，并且它是一種費用較低、且潛在地具有高產量的、用于制造接觸的平面納米絲的方法，但是由于它使用原子沉積，因此又沒有利用團簇沉積的優點。
Cu團簇由沉積在構圖有(2-5微米寬的)光刻抗蝕劑線的Si(111)表面上的Cu原子形成為鏈[33]。除了暴露的Si表面上的薄Cu層之外，大的(約150納米)團簇在Si和抗蝕劑條的交界處集結成核。在光致抗蝕劑分解之后，這些團簇仍然保留。該方法主要的缺點是缺少由經過預構圖的襯底所提供的絕緣。除了抗蝕劑臺階邊緣處聚集的團簇之外，在未被覆蓋的硅表面上方存在有大量的膜。由此，納米絲通過未知電阻的薄膜而被成對連接。尚不清楚是否可以控制團簇的尺寸，并且光刻的常有限制也會牽涉到可以決定絲的寬度的分辨率。
CaF1和CaF2團簇被沿著硅(111)上的臺階邊緣組裝，并且被用作隨后的通過二茂鐵分子光分解的Fe納米絲沉積的掩膜[34]。這一技術包括大量的硅表面的預處理，它排除了使用預制的觸點的可能性，并且可能使得該方法不能用于高產量的應用。
在參考文獻[35]中，Au團簇被從溶液沉積到預構圖有光致抗蝕劑的二氧化硅表面上。在去除了光致抗蝕劑之后，可以觀察到沿著抗蝕劑結構的邊緣的優先的團簇聚集。(如參考文獻33所述)參考文獻33的方法的主要缺點是缺少由經過預構圖的襯底提供的絕緣，但是在參考文獻[35]中，通過對二氧化硅襯底進行處理使其具體親水性，從而克服了這一缺點。分離的Au島仍然形成在光致抗蝕劑邊緣的納米絲之間的區域中，并且由此降低了密集封裝這些納米絲的潛力。對用于形成絲的標準光刻技術的依賴也是一個問題。
直徑在15納米到1微米范圍內并且長度長達500微米的金屬性鉬絲已經在一個在兩步制造過程中被制備出來[36，37]。氧化鉬絲被選擇性地電沉積在臺階邊緣并且隨后在500℃下在氫氣中被還原以產生Mo。該金屬納米絲隨后被嵌入聚苯乙烯膜并且被從石墨電極表面上剝離。測量電導率并且將其與塊狀鉬的電導率相比較。在[37]中使用了這一技術，以制造用于氫氣檢測應用的鈀中介絲(mesowire)陣列。雖然這一方法顯示出很強的潛力并且已經用于大規模的應用，但是聚苯乙烯承載襯底不適合于許多電子器件組件，并且從初始的襯底上剝離絲是相對非精細的過程，它可能對絲的失敗率有顯著的影響。
通過使用直徑為3納米的Ag團簇已經實現了在鄰近的CaF2表面上制備周期性的納米級Ag絲陣列，通過AFM的尖端移動Ag團簇直到其在形成于離子束拋光的CaF2表面上的臺階上聚集。[38]這一技術是極度勞動密集型和時間密集型。通過該技術來形成納米絲的速度使得它在除了單純的科學應用之外對于其它任何應用都是不現實的。
使用形成在2納米厚的碳膜上的2-8納米的金納米晶體實現了從沉積的金團簇來形成規則的組件。[39]可以觀察到聚集合且在撞擊能量低于40eV時可以沉積具有非常窄尺寸范圍的完整納米晶體。在撞擊后納米晶體隨后的表面運動導致團簇-團簇碰撞，其使得較大的團簇(＞4nm)產生聚集，而使較小的團簇(＜3.5nm)產生完全的熔合(fusion)并且重新形成為近似球形對稱的更大的聚集團簇。在碳膜中的缺陷處聚集增強。在參考文獻[40]中通過在功能化的石墨表面上沉積預制的金團簇制造出了樣品。利用聚焦離子束(FIB)納米雕刻技術來獲得表面缺陷。這些用于在碳/石墨膜上組裝團簇的方法[39，40]的主要缺點是，在將納米器件集成在微電子設備中是現實的最終目標的情況下，硅(未鈍化的或者已鈍化的)是必選的襯底材料，而碳是不適用的。
發明目的本發明的目的是提供一種制備納米級或者達到微米級的絲狀結構的方法和/或由此制得的器件，它克服了一個或多個上述缺點，或者至少為公眾提供一種有用的選擇。

發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種在襯底上形成至少一條顆粒的傳導鏈的方法，所述方法可包括或包含如下步驟a.改變所述襯底的表面以提供一個形貌特征，或者識別出所述襯底的表面上的一個形貌特征，b.制備多個顆粒，c.將多個顆粒沉積在所述襯底上，d.形成顆粒的傳導鏈。
優選地，所述方法可進一步包括以下步驟i.在所述襯底的表面上形成兩個或更多的觸點，該步驟可以-在步驟a之前、之后或者與步驟a同時，所述沉積在所述觸點之間的區域中進行，并且所述顆粒的傳導鏈位于所述觸點之間，或者-在步驟d之后，并且所述觸點可被布置成使所述顆粒的傳導鏈位于所述觸點之間，從而在所述觸點之間提供電傳導。
優選地，所述改變可包括在所述襯底的表面中形成臺階、凹陷或者隆起。
優選地，所述改變可包括形成基本上在所述觸點間延伸的槽，所述槽具有基本上為v型的橫截面或者為倒置的金字塔型結構。
優選地，所述表面改變步驟·包括使用蝕刻并且利用襯底材料中各晶面的不同蝕刻速率，和/或·包括光刻。
優選地，所述顆粒的尺寸可以為0.5納米至100微米，并且所述顆粒可提供出寬度為0.5納米至100微米的鏈。
優選地，所述顆粒可小于所述v型槽的尺寸，優選地所述鏈在寬度上為多個顆粒。
優選地，所述顆粒可由兩個或更多的原子組成，所述原子可以是相同或不同的元素。
更優選地，所述顆粒可以是納米顆粒并且可提供出維度為0.5納米至100微米的鏈。
優選地，所述顆粒的傳導鏈的形成可依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動，這些運動至少部分地取決于所述顆粒在被沉積前所獲得的動能。
優選地，兩個觸點可被分開小于100微米的距離，更優地，所述觸點可被分開小于1000納米的距離。
優選地，所述絲的長度由可所述觸點間的間隔、或者所述v型槽的長度、或者其它表面改變來定出。
優選地，所述納米顆粒可具有均勻的或者非均勻的尺寸，并且所述納米顆粒的平均直徑可以為0.5納米至1000納米。
優選地，所述納米顆粒的制備和沉積步驟可以通過惰性氣體的聚集實現，并且所述納米顆粒可以是由相同或不同元素的多個原子組成的原子團簇。
優選地，所述襯底可以為絕緣或半導體材料，更優選地所述襯底可選自硅、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫、鍺、砷化鎵或任何其它的III-V半導體、石英或玻璃。
優選地，所述納米顆粒可選自鉍、銻、鋁、硅、鉑、鈀、鍺、銀、金、銅、鐵、鎳或鈷團簇。
優選地，所述觸點可通過光刻形成。
優選地，可以通過以下方式中的一個或多個來控制顆粒的鏈的性質·控制在襯底上沉積團簇的入射角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·控制所述襯底上形貌特征的角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·通過控制惰性氣體聚集源和/或者相關的真空系統的氣體壓力和/或者管口直徑和/或者控制來自所述管口的氣體的速率，以調整或者控制待被沉積在所述襯底上的所述顆粒的所述動能；·控制所述襯底的溫度；·控制所述襯底的表面光滑度；·控制所述表面的類型和/或者特性。
優選地，形成所述至少一條傳導鏈可由如下任一步驟實現i.監測所述觸點間的傳導，并在傳導開始時或者之后終止沉積，和/或ii.使用沉積速率監測器以獲得所需的絲的厚度。
優選地，在顆粒沉積過程中或沉積之后，可通過施加電壓或電流而經由鏈進行電傳導。
優選地，在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動
·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
根據本發明的第二方面，提供一條基本上按照上面方法制備的在襯底上的顆粒的傳導鏈。
根據本發明的第三方面，提供一種在襯底表面上的兩個觸點間形成傳導絲的方法，所述方法可包括或包含如下步驟a.在所述襯底上形成觸點，b.制備多個顆粒，c.將多個顆粒沉積到至少在所述襯底上的所述觸點之間的區域內，d.通過監測所述兩個觸點間的傳導來監測所述傳導絲的形成，并在傳導開始時或者之后終止沉積，其中所述觸點可被分開小于100微米的距離。
優選地，所述顆粒的傳導鏈的形成可依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動，這些運動至少部分地取決于所述顆粒在被沉積前所獲得的動能。
優選地，所述顆粒的傳導鏈的形成可依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動從而進入或者接近于形成在所述襯底表面中的形貌特征、或者進入或接近于已預先存在的形貌特征。
優選地，可通過以下方式中的一個或多個來控制傳導絲的性質·控制在襯底上沉積團簇的入射角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·控制所述襯底上形貌特征的角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·通過控制惰性氣體聚集源和/或者相關的真空系統的氣體壓力和/或者管口直徑和/或者控制來自所述管口的氣體的速率，以調整或者控制待被沉積在所述襯底上的所述顆粒的所述動能；·控制所述襯底的溫度；·控制所述襯底的表面光滑度；·控制所述表面的類型和/或者特性。
優選地，在步驟a)或b)之前或者之后、但是至少在步驟c)之前可存在如下附加步驟為形成傳導通路，改變表面以對沉積顆粒的定位提供形貌方面的幫助。
優選地，所述表面改變可以是在所述襯底的表面中形成臺階、凹陷或者隆起。
優選地，所述改變可包括形成基本上在所述觸點間延伸的槽，所述槽具有基本上為v型的橫截面或者為倒置的金字塔。
優選地，所述顆粒的尺寸可以為0.5納米至100微米，并且可以提供出維度為0.5納米和100微米的鏈。
優選地，所述顆粒可由兩個或更多的原子組成，所述原子可以是相同或不同的元素。
優選地，所述顆粒可以是納米顆粒，并且可以提供出維度為0.5納米至100微米的鏈。
優選地，所述納米顆粒的平均直徑可以是0.5納米到1000納米，并且所述納米顆粒的尺寸可以是均勻的或者不均勻的。
優選地，所述顆粒的制備和沉積步驟可通過惰性氣體的聚集實現，并且所述顆粒可以是由相同或不同元素的兩個或多個原子組成的原子團簇，所述原子可以是相同或不同的元素。
優選地，所述改變可通過光刻和蝕刻實現。
優選地，所述襯底可為絕緣或半導體材料，更優選地所述襯底可選自硅、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫、鍺、砷化鎵或任何其它的III-V半導體、石英或玻璃。
優選地，所述顆粒可選自鉍、銻、鋁、硅、鉑、鈀、鍺、銀、金、銅、鐵、鎳或鈷團簇。
優選地，在顆粒沉積過程中或沉積之后，可通過施加電壓或電流而經由鏈進行電傳導。
優選地，在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
根據本發明的第四方面，提供一條基本上按照上面方法制備的在襯底表面上的兩個觸點間的傳導絲。
根據本發明的第四方面，提供一種在襯底表面上的兩個觸點間形成傳導絲的方法，所述方法可包括或包含如下步驟a.在所述襯底上形成觸點，b.制備多個顆粒，c.將多個顆粒沉積到所述襯底上所述觸點之間的區域內，d.通過改變所述襯底以實現其形貌特征，或者利用已預先存在的可使所述顆粒形成所述絲的形貌特征，以得到基本上在所述兩個觸點間延伸的一條單絲。
優選地，所述顆粒的尺寸可以為0.5納米至100微米，并且所述顆粒可提供出維度為0.5納米至到100微米的鏈。
優選地，所述顆粒可以由兩個或更多的原子組成，所述原子可以是相同或不同的元素。
優選地，所述顆粒可以是納米顆粒并且提供出維度為0.5納米至100微米的鏈。
優選地，所述顆粒的傳導鏈的形成可依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動，這些運動至少部分地取決于所述顆粒在被沉積前所獲得的動能。
優選地，可以通過以下方式中的一個或多個來控制傳導絲的性質·控制在襯底上沉積團簇的入射角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·控制所述襯底上形貌特征的角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·通過控制惰性氣體聚集源和/或者相關的真空系統的氣體壓力和/或者管口直徑和/或者控制來自所述管口的氣體的速率，以調整或者控制待被沉積在所述襯底上的所述顆粒的所述動能；·控制所述襯底的溫度；·控制所述襯底的表面光滑度；·控制所述表面的類型和/或者特性。
優選地，所述觸點可以被分開小于100微米的距離，更優選地，所述觸點可以被分開小于100納米的距離。
優選地，所述納米顆粒的平均直徑可以為0.5納米至1000納米，并且該納米顆粒的尺寸可以是均勻或非均勻的。
優選地，所述納米顆粒的制備和沉積步驟可以通過惰性氣體的聚集實現，并且所述納米顆粒是由相同或不同元素的多個原子組成的原子團簇。
優選地，所述觸點可通過光刻形成。
優選地，步驟d中的任何調整可通過光刻進行。
優選地，所述襯底可以是絕緣或半導體材料。
優選地，所述襯底可選自硅、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫、鍺、砷化鎵或任何其它的III-V半導體、石英、玻璃。
優選地，所述納米顆粒可選自鉍、銻、鋁、硅、鉑、鈀、鍺、銀、金、銅、鐵、鎳或鈷團簇。
優選地，在顆粒沉積過程中或沉積之后，可通過施加電壓或電流而經由鏈進行電傳導。
優選地，在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
根據本發明的第六方面，提供基本上按照上面方法制備的在襯底表面上的兩個觸點間的傳導絲。
根據本發明的第七方面，提供一種器件的制造方法，所述器件包括或需要在形成于襯底上的兩個觸點間的傳導通路，所述方法可包括或包含如下步驟a.根據權利要求1、18或29中任一項所述的方法，在襯底表面上的兩個觸點之間制備傳導絲或者顆粒的傳導鏈，b.將所述觸點和絲合并入所述器件。
優選地，所述器件可包括兩個或多個觸點并包括一條或多條傳導絲。
優選地，所述器件可以是納米器件，并且所述絲可以是納米絲。
優選地，在顆粒沉積過程中或沉積之后，可通過施加電壓或電流而經由鏈進行電傳導。
優選地，所述合并步驟導致產生下面的任一個或多個實施方案1.兩個基本觸點，它們之間具有傳導納米絲，以及在襯底上的至少一個第三觸點，所述第三觸點不與所述基本觸點電連接，從而可在放大或開關器件、晶體管或等同物中起柵極或其它元件的作用；和/或者2.兩個基本觸點，它們之間具有傳導納米絲，絕緣材料的上層或下層，以及至少一個第三觸點，所述第三觸點處在所述上層或下層的遠離所述基本觸點的端，由此使所述第三觸點可在開關器件、晶體管或等同物中起柵極或其它元件的作用；并且/或者3.所述觸點和/或者納米絲受氧化物或其它非金屬或半導體膜的保護，從而保護和/或者增強它的性質；并且/或者4.位于帶有觸點和納米絲的所述襯底表面上方的覆蓋層(它可以是摻雜或未摻雜的)，所述覆蓋層可以是也可以不是3的膜；5.所述納米顆粒在所述襯底表面上被退火；6.通過抗蝕劑、或其它有機化合物、或氧化物、或其它絕緣層來控制納米顆粒的位置，它們被施加在襯底上，然后利用光刻和/或者蝕刻得到處理以定出其中納米顆粒參與觸點之間的電傳導的一個或多個區域及其中納米顆粒將與傳導網絡絕緣的另外的一個或多個區域。
優選地，所述器件可以是晶體管或其它轉換器件、薄膜沉積控制器件、磁場傳感器、化學傳感器、發光或檢測器件、或者溫度傳感器。
優選地，所述器件可以是沉積傳感器，并且所述納米顆粒完全是金屬性的，從而開始的歐姆傳導可用于監測膜的厚度。
優選地，所述器件可以是沉積傳感器，并且所述納米顆粒被涂布在配體或絕緣層中，從而開始的隧道傳導可用于監測膜的厚度。
優選地，在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
根據本發明的第八方面，提供基本上按照上面方法制備的包括或者需要在形成于襯底上的兩個觸點之間的傳導通路的器件。
根據本發明的第九方面，提供一種包括或者需要在形成于襯底上的兩個觸點之間的傳導通路的納米級至微米級的器件，所述器件可包括或包含i)在所述襯底上的至少兩個觸點，ii)在所述觸點間用于形成顆粒的傳導鏈或通路的多個顆粒。
其中所述顆粒從惰性氣體聚集源沉積到所述表面上，并且其中所述顆粒的傳導鏈的形成依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動，這些運動至少部分地取決于所述顆粒在被沉積前所獲得的動能。
優選地，顆粒的傳導鏈或通路的性質可由以下方式中的一個或多個來控制·控制在襯底上沉積團簇的入射角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·控制所述襯底上形貌特征的角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·通過控制惰性氣體聚集源和/或者相關的真空系統的氣體壓力和/或者管口直徑和/或者控制來自所述管口的氣體的速率，以調整或者控制待被沉積在所述襯底上的所述顆粒的所述動能；·控制所述襯底的溫度；·控制所述襯底的表面光滑度；·控制所述表面的類型和/或者特性。
優選地，所述器件可以是納米器件，所述顆粒可以是納米顆粒。
優選地，兩個觸點可被分開小于10微米的距離。
優選地，所述觸點可被分開小于1000納米的距離。
優選地，在顆粒沉積過程中或沉積之后，可通過施加電壓或電流而經由鏈開始電傳導。
優選地，所述納米顆粒可以由兩個或更多的原子組成，所述原子可以是相同或不同的元素。
優選地，所述納米顆粒的尺寸可以是均勻或非均勻的，并且所述納米顆粒的平均直徑可以為0.5納米至1000納米。
優選地，所述襯底可以是絕緣或半導體材料。
優選地，所述襯底可選自硅、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫、鍺、砷化鎵或任何其它的III-V半導體、石英、玻璃。
優選地，所述納米顆粒可選自鉍、銻、鋁、硅、鉑、鈀、鍺、銀、金、銅、鐵、鎳或鈷團簇。
優選地，形成至少一條傳導鏈可由如下任一步驟實現i.監測所述觸點間的傳導，并在傳導開始時或者之后終止沉積，和/或ii.改變所述襯底表面，或利用已預先存在的表面特征，從而當納米顆粒被沉積在改變的區域中或具有形貌特征的區域中時致使所述納米顆粒形成所述納米絲。
優選地，在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
根據本發明的第十方面，提供一種在襯底上的多個觸點間的顆粒的單條傳導鏈，其基本上如本文中參考任一個或多個附圖和或實施例所述。
根據本發明的第十一方面，提供一種在襯底表面上的兩個觸點間的傳導絲，其基本上如本文中參考任一個或多個附圖和或實施例所述。
根據本發明的第十二方面，提供一種用于在襯底上的多個觸點間制備顆粒的單條傳導鏈的方法，其基本上如本文中參考任一個或多個附圖和或實施例所述。
定義本文所用的“納米級”具有下面的意義-它具有在0.5到1000納米范圍的一個或更多維度。
本文所用的“納米顆粒”具有下面的意義-維度在0.5到1000納米范圍的顆粒，它包括由惰性氣體聚集或其它方式形成的原子團簇。
本文所用的“顆粒”具有下面的意義-維度在0.5納米到100微米范圍的顆粒，它包括由惰性氣體聚集或其它方式形成的原子團簇。
本文所用的“絲”具有下面的意義-通過組裝顆粒(其尺寸范圍可以從1納米到100微米)形成的通路，它基本上或完全是通過歐姆傳導(例如與隧道電傳導相比)來導電的。絲不限于單一的線性形式，而可以是直接或間接的。絲也可以具有側分支或與其相關的其它結構。顆粒可以是部分或全部聚合的或者相反，只要它們可以傳導。絲的定義甚至可以包括一種顆粒膜，此顆粒膜是部分同質的但是具有有限量的關鍵性通路；它不包括顆粒的同質(homogeneous)膜或由顆粒沉積生成的同質膜。在結合TeCAN器件的上下文中，絲的定義包括了其絲直徑大于用來形成絲的團簇的直徑的絲，并且包括其中可橫貫絲的寬度確定出團簇(部分聚合的或者非部分聚合的)的大量的絲。
本文所用的“納米絲”具有下面的意義-通過組裝納米顆粒形成的通路，該通路基本上或完全地是通過歐姆傳導(例如與隧道電傳導相比)來導電的。納米絲不限于單一的線性形式，而可以是直接或間接的。納米絲也可以帶有側分支或與其相關的其它結構。納米顆粒可以是部分或全部聚合的或者相反，只要它們可以傳導。納米絲的定義甚至可以包括一種顆粒膜，此顆粒膜是部分同質的但是具有有限量的關鍵性通路；它不包括納米顆粒的同質膜或由納米顆粒沉積生成的同質膜。在結合TeCAN器件的上下文中，納米絲的定義包括了其絲直徑大于用來形成絲的團簇的直徑的絲，并且包括其中可橫貫絲的寬度確定出團簇(部分結合的或者非部分結合的)的大量的絲(例如由20納米左右的團簇組成的、總維度在1000納米左右的絲)。
本文所用的“觸點”具有下面的意義-襯底上的一個區域，它通常但不是唯一地包括蒸發的金屬層，其作用是在納米絲或團簇沉積的膜與外電路或其它的電子器件之間提供電連接。優選地但不是唯一地，在此描述的器件中的觸點利用光刻以這種方式制備，即，觸點延伸至V型槽或者其它模板的頂點，以在頂點處與團簇組件接觸。
本文所用的“原子團簇”或“團簇”具有下面的意義-由任何氣體的聚集或眾多其它技術[41]中的一種形成的原子的納米級聚集體，它的直徑為0.5納米到1000納米，并且通常包括2～107個原子。
本文所用的“襯底”具有下面的意義-一種絕緣或半導體材料，它包含作為器件制備的結構基礎的一個或多個層。通過電觸點沉積、摻雜或者用于形成表面構造的光刻工藝可以改變該襯底。
本文所用的“傳導”具有下面的意義-包括歐姆傳導但不包括隧道傳導的電傳導。這種傳導與溫度非常相關，并可看作是與金屬傳導一樣的半導體納米絲。
本文所用的“鏈”具有下面的意義-由作為連接的網絡一部分的單個單元組成的通路或其它結構。同納米絲一樣，它不限于單一的線性形式而可以是直接或間接的絲，它也可以帶有側分支或與其相關的其它結構。納米顆粒可以是部分或全部聚合的或者相反，只要它們可以傳導。鏈的定義甚至可以包括一種顆粒膜，該膜是部分同質的但是具有有限量的關鍵性通路；它不包括納米顆粒的同質膜或由納米顆粒沉積生成的同質膜。
“模板”-一種表面特征，典型地由光刻和蝕刻相結合來制造，用于當團簇沉積在器件的表面上時增強形成絲狀結構的概率。
“V型槽”-在適當襯底表面上生成的V型溝槽，其作為用于形成絲狀結構的模板。V型槽包括其它類似的結構，例如倒置金字塔型、具有方形底部的倒置金字塔型、具有梯形剖面的溝槽。V型槽并非必須是對稱的。
“擴散”-團簇穿過表面的隨機運動，即布朗運動。擴散不具有任何定向的分量，例如由入射顆粒的剩余動量所導致的定向分量。
“滑動”-團簇穿過表面的定向運動，例如當團簇的初始動量或者動能使得團簇在與表面接觸后其在原方向上的運動仍然持續時。它可以包括這樣的運動，即，其中與表面的接觸被保持，或者其中團簇離開表面臨時“彈跳”。
“鈍化”-描述了對襯底表面的修改，其目的是例如通過覆蓋聚合物或者生長氧化層來改變襯底表面的物理或化學特性，并且特別地用以去除原始表面的不希望的反應。
附圖簡要說明下面結合附圖進一步說明本發明

圖1.在平坦的硅表面上的V型槽之間的團簇的場發射SEM圖像。
圖2.最小寬度小于100納米的Sb由團簇組成的絲。源入口的Ar流量為150sccm(標準立方厘米每分鐘)。
圖3.在高覆蓋度的硅V型槽中鉍團簇的增強的聚集。Ar流量為90sccm。
圖4.硅V型槽中與相鄰硅高臺上的團簇尺寸和團簇聚集的比較。Ar流量為90sccm。
圖5.硅V型槽上與覆蓋有二氧化硅的V型槽上鉍聚集團簇絲的比較。
圖6.使用源入口的氬流量為(a)30sccm(b)60sccm(c)90sccm和(d)180sccm并且沉積在Si(i)和SiO2(ii)V型槽上所產生的Bi團簇的SEM圖像。在更高的流量下，未被團簇占據的區域存在于V型槽的頂部并且在頂點形成密集的絲。
圖7.使用源入口的氬流量為(a)30sccm(b)60sccm和(c)90sccm并且沉積在Si(i)和SiO2(ii)V型槽上所產生的Sb團簇的SEM圖像。可以看到在硅V型槽的頂部附近和平的Si表面上幾乎完全沒有團簇。
圖8.對于在氬流量為180sccm的情況下沉積的團簇，在覆蓋有二氧化硅的V型槽的頂點處(a)和在相鄰的高臺上(b)Sb團簇的覆蓋度。
圖9.硅V型槽中聚集的銻團簇絲。
圖10.在具有V型槽的硅上銻的高度沉積情況。(V型槽被填充，而高臺具有小于10％的覆蓋度)。
圖11.(a)3微米寬、150微米長的接觸Sb中介絲的SEM圖像以及(b)在真空中其相應的二次形成I(V)圖。Sb團簇在氬源流量為90sccm的情況下沉積。(a)的插圖是絲和高臺上相對少量的團簇的高分辨率FE-SEM圖像。
圖12.示意性地說明團簇的沉積過程。
圖13.與圖15中的器件相類似的器件，但是在觸點1和3之間具有V型槽。
圖14.基于團簇鏈的光電二極管的示意圖。
圖15.示意性的說明三端器件。
圖16.使用KOH在硅中蝕刻出的V型槽的原子力顯微鏡(AFM)圖像。
圖17.利用V型槽的AFM圖像來示例性說明所制造的由團簇組成的納米絲。
圖18.在通過光刻限定了柵觸點后，通過在由團簇組成的納米絲的頂部沉積絕緣層制備的FET結構的側視圖。
圖19.使用KOH在硅中蝕刻的“倒置金字塔”的底部的AFM圖像。
圖20.對于鉍液滴，計算得到的作為團簇尺寸的函數的動能和分離能的比。比大于1表示入射液滴將會彈跳的概率高。
圖21.(a)和(b)是通過源入口氬流量為180sccm制造的并且沉積在鈍化有SiO2的V型槽襯底上的Ag團簇SEM圖像。與沉積Sb團簇的情況類似，在V型槽的頂部附近和在平的表面上可以看到幾乎完全沒有團簇。
圖22.沉積在鈍化有SiO2的V型槽襯底上的Si團簇的SEM圖像。在V型槽的頂部附近和在平的表面上可以看到幾乎完全沒有團簇。V型槽頂點聚集的Si團簇的顯著聚合致了形成寬度非常均勻的連續的Si納米絲。
圖23.在鈍化有4微米寬的SiO2的硅V型槽的壁(○)上發現的Sb團簇低覆蓋度區域的寬度(△)，以及不同Ar流量下該區域內的覆蓋度(×)。
圖24.對于平均直徑為40、25和15微米的Sb團簇，高臺上的覆蓋度與頂點處覆蓋度的對比。(a)、(b)和(c)中所示的團簇是以相同的Ar流量和以相似的速度沉積的。當V型槽被同等地填充時，可以看出高臺上覆蓋度的顯著變化(＜1％到＞100％)。團簇與高臺相附著過程中的這一差異歸因于所沉積的團簇質量的不同和由此導致的動能(K.E.)的不同。較大的團簇具有較高的K.E.并且更可能從垂直于團簇束的二氧化硅表面上反射。
圖25.未被團簇占據的區域隨著Bi團簇入射角的變化。(a)-(c)顯示了鈍化有二氧化硅的V型槽，其具有角度為57.2°(右側壁)和52.3°(左側壁)的壁。(a)和(b)顯示了中等覆蓋的情況下右側和左側的未被團簇占據的區域，(c)顯示了較高的覆蓋度并且未被團簇占據的區域僅位于右側壁上。
圖26.反射的Sb團簇的動能與結合至表面的能量的比ξ(其作為團簇半徑R的函數計算得到)。ξ＞1表示團簇將會彈跳。入射團簇的速度是500、200、50、20、10米/秒(從最高到最低)。
圖27.反射的直徑為40納米的Sb團簇和Bi團簇的動能與結合至表面的能量的比ξ(其作為團簇速度的函數計算得到)。ξ＞1表示團簇將會彈跳。
發明詳細說明本發明公開了我們通過組裝傳導的納米顆粒來制造絲狀結構的方法。我們技術的優點(與許多競爭技術相比)包括-僅通過使用簡單易懂的技術，即團簇沉積和相對低分辨率的光刻，就可形成導電納米絲。
-如果需要的話，生成的納米絲可自動與電觸點相連。
-電流可從納米絲形成那刻開始沿其流動。
-因為絲是通過使用下述的表面模板化技術“自組裝”的，所以形成納米絲不需要控制團簇。
-通過選擇團簇的大小可控制納米絲的寬度。
-通常，在這一工作中團簇的使用提供了制備其直徑可由團簇的直徑控制的絲的可能性，它顯著地小于光刻工藝能夠實現的尺寸，并且可明顯的更加簡單。
雖然在此強調了納米絲的形成，但是本發明的方法并不限于納米級尺寸的絲，而是還可以用于形成寬度高達100微米的更大的絲。
A.本發明的方法本發明依賴于多個步驟和/或技術1.在襯底上形成由光刻所限定的圖案，以用于在絲的組裝中引導團簇(無論是納米級還是更大尺寸)。
2.在模板化的襯底上形成觸點(這是一個可選的步驟，但是出現在大多數實施方案中)。
3.形成納米級顆粒(原子團簇)。
4.在模板化的襯底上沉積原子團簇。
5.監測納米絲通路的形成(它是一個可選步驟)如前所述，雖然以上討論大多涉及納米絲和納米顆粒，但是本發明的方法還可涉及達到微米級的絲的制備。這一量級的絲通過微米級團簇的沉積而較好地形成，但是通過許多納米級顆粒的沉積來也可同樣較好地形成，所述納米級顆粒相互結合以提供微米級的絲狀結構。
1.表面模板結構的形成在半導體和集成電路工業中電子束光刻和照相光刻是非常成熟的技術并且目前前是形成觸點的優選方法。這些技術通常用于形成從晶體管到固體激光器的多種電子器件。在我們的技術中，采用標準的光刻工藝來制造用于在納米絲組裝中引導團簇的表面模板。正如本領域技術人員可以理解的那樣，除了電子束光刻和照相光刻外，可以形成納米級觸點的本領域其它技術也包括在本發明的范圍中，例如納米壓印光刻技術。
光刻技術和各種蝕刻技術結合在一起可用于制備表面構造(texturing)。特別地，有多種非常成熟的過程可用于形成V-槽和相關結構(如倒置金字塔)，例如用KOH蝕刻硅。本發明的范圍包括設計用于實現有助于納米絲形成的表面圖案的其它光刻步驟。
2.觸點的形成在我們的技術中，標準的光刻工藝被用于制備我們器件的觸點，并且該器件的有效元件是由沉積的原子團簇形成的納米絲。正如本領域技術人員可以理解的那樣，除了電子束光刻和照相光刻外，可以形成納米級觸點的本領域其它技術也包括在本發明的范圍中，例如納米壓印光刻技術。在沉積納米絲之后再形成觸點也是可以的(后接觸)。雖然這也包括在本發明的范圍之內，但并不是優選的實施方案。
最后，還存在這一步驟被完全省略情況下的示例，并且這一過程的產品僅是一個或多個納米絲。雖然觸點通常是在此描述的器件的必要部分，并且事實上與器件的自動接觸是本發明的關鍵部分，但是在許多的應用中非接觸納米絲的自組裝被證實是可用的。一個此類示例是絲柵起偏振器，它包括大量平行的非接觸絲。
3.原子團簇的形成這是個使金屬蒸氣蒸發入流動的惰性氣體流從而導致金屬蒸氣聚集成較小顆粒的過程。顆粒由惰性氣體流承載通過管口，從而形成分子束。來自分子束的顆粒可沉積在適合的襯底上。這種過程被稱為惰性氣體聚集(IGA)，但是使用任何其它類型的團簇源同樣可形成團簇(例如參見評述[41]中所述的源)。
4.團簇沉積在參考文獻42中描述了團簇沉積系統的基本設計，該文獻的內容并入本文以作為參考。該系統包括團簇源和一系列被差分抽吸的腔室，從而用于在團簇最終沉積在襯底上之前對團簇進行電離、尺寸選擇、加速和聚焦。事實上，盡管需要這種蒸發系統，但它并不是必須的，我們的第一個器件是在相對較差的真空下沒有進行電離、尺寸選擇、加速和聚焦的情況下形成的。
通過從一系列管口通入惰性氣體流來實現的團簇的加速決定了本實驗中顆粒的動能，當然，正如本領域技術人員可以理解的那樣，可以有多種控制顆粒動能的方法，包括使用帶電的團簇以及靜電電場或者脈沖電場。圖12示出了在具有通過光刻定出的觸點的樣品上，團簇的基本沉積過程。
5.監測納米絲的形成在使用時，這一步驟通常包括監測一對電觸點間的傳導，并且在觸點間形成傳導連接后終止原子團簇的沉積。如果多于一條納米絲是有用的，那么可選的或進一步的實施方案包括監測多于一條納米絲結構的形成。
我們通過檢測兩個觸點間電傳導的開始來監測形成過程。如下面所討論的，這需要將我們的沉積系統與沉積腔室用電饋通件(electricalfeedthroughs)接通，以允許在沉積過程中在器件上進行電學測量。
本發明的某些方面中這種傳導監測是不需要的，可利用其它的變量如沉積時間來估計或監測形成過程。這種通常的“監測”納米絲形成的其它手段包括在本發明的范圍之內。
B.技術結果模板化的由團簇組成的納米器件(以下稱為TeCAN)及相關方法除了這樣的情況以外，即，除在適宜的襯底上沉積團簇和制造電觸點外還對襯底進行蝕刻(或其它的構圖方式)以增強納米顆粒鏈的形成，本方法依賴于和PeCAN器件相同的技術[30]。
已經確定當較小顆粒落在足夠光滑的表面上時它們可以擴散。顆粒將移動或者遷移(migrate)直到撞擊缺陷或其它的顆粒為止對于到達表面的足夠低的顆粒通量而言，顆粒在缺陷處聚集而不會彼此發生明顯的聚集。TeCAN是基于可以設計適合的缺陷以抑制團簇的運動(無論它是由擴散、彈跳、滑動或者任何其它類型的運動引起)從而將團簇聚集成納米絲的構思。
更復雜的TeCAN技術需要光刻處理的附加步驟以在電觸點間產生表面構造。TeCAN器件可用于先前所討論的PeCAN器件的所有應用中[30]，但是這種技術允許形成總體尺寸更小的器件。因此，TeCAN器件更適合于需要高密度器件的應用中，例如晶體管。
在本優選實施方案中，本發明涉及到使用標準的光刻技術以在一對電觸點間形成一個或多個V型槽(參見圖16、圖17和圖18)。V型槽的平直側允許團簇遷移到V型槽的頂點并且在那里定位。因此它們將逐漸聚集而沿著V型槽的頂點形成納米絲。這種技術的優點之一是V型槽在槽的端部形成直角棱面的固有趨向允許形成具有四個觸點的絲。在多種應用中這可能是重要的。
如上所討論的，我們通過測量傳導的開始可以監測在V型槽中納米絲的形成(參見圖19)。可選地，可以先形成絲并且僅在絲形成后再測量它的傳導。
應該注意，盡管所討論的V型槽構造是本發明優選的形式，但是其它形式的表面構造也包括在本發明的范圍中。
溫度因素PeCAN技術[30]的一個要求是當團簇落在電觸點間的絕緣表面上時它們不會顯著移動。相反，TeCAN技術依賴團簇的表面遷移、滑動或者彈跳以形成納米絲。表面的溫度控制可被用于改變團簇在表面的遷移率，以例如允許團簇在表面上遷移，否則在表面上團簇是穩定的。由于對團簇的遷移的研究相對較少，所以可應用TeCAN技術的各種團簇/襯底的組合仍是不清楚的。然而，眾所周知例如砷化鎵和硅的半導體系統可適于形成V型槽，并且可預期不會與襯底形成強結合的團簇材料將是最易于移動的。可以利用表面和團簇的溫度變化來改變團簇的遷移率，例如通過團簇來改變表面的潤濕(wetting)。
將在以下討論的我們實驗的結果表明遷移的主要形式是團簇的滑動和彈跳，特別是當以非垂直于V型槽平面的角度入射時(對于V型槽的兩個側面中的至少一個來說這是經常發生的情況，因為它們彼此具有夾角)，在改進的TeCAN方法中，這一結論對于在V型槽(或其它模板)頂部形成絲狀結構具有重要的輔助作用。
影響結果的因素此過程中許多因素或者參數的改變會影響既定的沉積的結果。這些因素包括(但不局限于)以下因素。括號中給出的范圍并非限制性的，而僅是指出參數的典型范圍。這些參數在特定情況下顯然依賴于多個因素，例如金屬團簇的特性。在某些情況下將會需要這些范圍之外的參數。
·氣體流量(1-5000sccm)·沉積過程時間(1-10000秒)·爐溫(300-2000K)·V型槽寬度(10納米-100微米)·團簇的尺寸(0.5-1000納米)·團簇的金屬特性·襯底和/或襯底上鈍化層的特性·表面模板的類型和/或幾何形狀·碰撞/入射角度(0-90°)·表面平整度(＜100納米均方根的粗糙度)·襯底溫度(＜1000K)·源壓力(0.1-100毫巴)·管口直徑(0.1-10毫米)·聚束點的尺寸和剖面·沉積速率(0.001-1000埃/秒)·團簇源的種類(惰性氣體類型或者磁控濺射(magnetron sputter)類型)在指出了本發明中團簇穿過襯底表面遷移的重要性以及團簇的動能在遷移中所起到的作用之后，可以預料到許多上述因素將對系統的能量體系產生某些影響。
C.本發明的應用由本發明方法形成的納米絲的重要特征在于，通常它們對于許多不同的外部因素(如光、溫度、化學物質、磁場或電場)是敏感的，而這將可用來產生許多應用。本發明器件可應用于許多應用的任何一種應用中。這些器件的應用包括但不限于
-晶體管或其它開關器件下面說明的許多器件允許使用與場效應晶體管相似的方式進行開關。圖18示出了這類器件。許多研究小組已用電子束光刻技術并在電觸點間布置單柵控(gated)碳納米管(其簡單地作為納米絲)而制造晶體管(例如參見[1])，并且此晶體管表現出與大多數集成電路中所用的硅MOSFET器件相近的跨導值。TeCAN技術可用于在觸點對之間形成等價的傳導納米絲。這種絲也可看作是對碳納米管晶體管中碳納米管的直接取代。使用TeCAN技術形成這些器件的優點是這些技術不需要使用較慢和繁瑣的控制技術來定位納米絲。利用TeCAN技術，納米絲可自動地連接到電觸點，并且在使用TeCAN技術的情況下，納米絲的位置是預先確定的。
在所有情況下，提供第三(柵極)觸點以控制通過納米絲的電流是至關重要的。為了實現開關，也可以考慮使用頂部柵極(參見圖18)和底部柵極技術。然而，優選實施方案是使用帶有同納米絲在同一平面內或接近在同一平面內的第三觸點的TeCAN器件。在這種情況下，基于TeCAN的晶體管與上面討論的碳納米管晶體管[1]非常相似。
該器件的優選實施方案是這樣一種器件，其中半導體納米顆粒(如鍺團簇)被導引至蝕刻在襯底中的V型槽(或多個V型槽)的頂點，它可以是不同的半導體，如硅或砷化鎵，或者可能是相同的半導體但是帶有薄氧化物層以使納米絲和該襯底絕緣。這種器件的更優選實施方案包括金屬團簇絲，如鉍或鎳納米絲。
-磁場傳感器許多工業應用中需要磁場傳感器，但是在這里我們集中于它們作為存儲在高密度硬盤驅動器上的磁信息或者其它的磁存儲信息的傳感器的特定應用，在此必須使用適合的較小磁場傳感器作為記錄頭。其原理在于記錄頭中的有效元件越小它越敏感，并且在硬驅動器上的信息位數越小，數據存儲密度越高。
磁阻通常表示為零磁場下的阻抗百分比，并且MR是用于代表記錄頭效力的指標。適合的納米絲已被證實對于磁場有高度敏感性，即，可得到較大的磁阻(MR)。例如，近來已報道鎳納米在室溫下具有超過3000％的MR。[43]這遠遠超過當前商業生產中GMR(巨磁阻)效應記錄頭器件的MR。
基于TeCAN技術的記錄頭的有效部分應是由團簇組成的納米絲，例如在適合的觸點間通過團簇沉積形成的鎳或鉍納米絲(類似于圖14和圖18中所示的器件)。需要注意記錄頭的分辨率是由納米絲的尺寸控制而不是由整個器件的尺寸控制(即觸點大小不一定是重要的)，所以用PeCAN技術得到較高敏感性的記錄頭也是可能的。TeCAN器件中記錄頭所需要的較高磁致電阻的控制機理是自旋相關的電子穿過絲內尖銳疇壁(domain wall)的輸送[43]，或者是眾多其它效應(或這些效應的組合)中的任何一種，例如弱或強定位性、電子聚焦、以及制造團簇的材料的基本性質(例如據報道鉍納米絲有較大的MR值)。
此外，我們注意到對于形成適合的敏感記錄頭而言，明確限定的納米絲有可能是不重要的。由于從磁存儲信息中磁場使電子發生磁聚焦的可能性或者其它的磁致抵抗效應，所以也可以使用具有更復雜團簇網絡的器件。在將電子聚焦于除了源極和漏極之外的電觸點和/或聚焦于團簇網絡終端的情況下，可對與在某些彈道半導體器件中得到的磁致電阻相似的磁致電阻(在源極和漏極間測得的)產生極強的調制作用。
-化學傳感器參考文獻[6]中所討論的器件證實較窄的絲可用于化學傳感器中，并且由于在本發明器件的最窄部分中形成的較窄絲的響應，所以得到相似的化學靈敏度是可能的。已經證實，非常窄的絲(即具有納米直徑的絲)不管它是否表現出量子電導率，其電導率均可由附著在絲表面上的分子很強地調制。這一點可由波函數溢出或對絲表面的化學調整來實現。絲電導率的強調制可導致較高的化學靈敏度。
在TeCAN器件中形成的納米絲以及在網絡中的某點帶有關鍵電流通路的較大的團簇網絡對于化學傳感應用都是有用的。這些應用可用于工業處理控制、環境感測、產品測試或其它多種商用環境中的任一種中。
器件的優選實施方案是與圖14所示相似的器件，它使用對特定化學物質敏感的團簇材料。專有性是有用的，即，理想的是使用僅能檢測所關心的化學物質而不檢測其它化學物質的材料，但是這種材料是稀少的。
化學傳感器件的優選實施方案是TeCAN納米絲的陣列，每個納米絲是由不同材料形成的。在這種情況下，每個器件作為單獨的傳感器使用，并且可由適合的計算機控制軟件來讀出傳感器的陣列以測定被檢測的氣體或液體材料的化學成分。盡管許多其它的材料也同樣適用，但這種器件的優選實施方案使用形成在金屬電觸點間的傳導聚合物納米顆粒。
這種器件的更優選實施方案是埋置于絕緣材料中的由TeCAN技術形成的納米絲，其本身是化學敏感的。然后，引起絕緣覆蓋層變化的化學物質將使納米絲的電導率發生變化。這種器件的更優選實施方案是使用包圍納米絲的絕緣或惰性覆蓋層，并且在納米絲上方帶有化學敏感層，例如適合的傳導聚合物層(即與圖18相似，但是帶有用化學敏感的聚合物層代替的柵極)。然后通過加入適合的化學物質影響傳導聚合物，在傳導聚合物層中電學性質的變化與柵極的作用相似，從而可引起經過納米絲的傳導變化。當前生產中相似的器件被稱為CHEMFETs。
-發光器件或光檢測器件以上所討論的器件(特別是與圖14中示意性示出的器件相似的器件，圖14示出了絕緣襯底5上的兩個觸點1、2，以及觸點間的團簇鏈3。光4入射到團簇鏈3上)可以利用納米顆粒的光學性質得到如下器件，它可響應或發射包括紫外光、可見光或紅外光的任何特定波長或波長范圍的光，從而形成光電探測器或發光二極管、激光器或其它的電致發光器件。
基于硅技術的CCD已被證實是電子成像中的市場領導者。TeCAN形成的陣列同樣可用作用于成像目的的光電探測器。這種陣列可應用于數碼相機和一系列其它技術中。
TeCAN光電探測器的優選實施方案是半導體納米絲，它是一種例如用硅納米顆粒形成的電導率強烈地受光調制的絲。在這種情況下，在每一端帶有歐姆觸點的半導體納米絲是適合的，但可能與一對相對的摻雜觸點相連的絲是更有效的。圖14示出了優選實施方案的示意性形式-基于團簇鏈的光電二極管。觸點的選擇(歐姆或者肖特基)顯著影響器件對光的響應。通過選擇團簇和/或由團簇組成的絲的直徑，可以調諧器件響應的光的波長。這一點特別適于其內量子局限效應可強烈改變有效帶隙的半導體納米顆粒的情況。可以制造相似的器件用以發光。構建入p-n結的半導體量子絲(例如觸點1和觸點2被制成p型和n型)可發光，并且如果構成適合的結構也可實現激光。
由于晶體管類器件(參見上面的說明)特別適于與外部或其它的單片電子電路連接，所以它們最適于作為光傳感器。
通過選擇團簇和/或由團簇組成的絲的直徑，可以變換器件響應的光的波長，這一點特別適于其內量子局限效應可強烈改變有效帶隙的半導體納米顆粒的情況。
可以制造與上面所討論的相似的器件用以發光。構建入p-n結的半導體量子絲(例如觸點1和觸點2被制成p型和n型)可發光，并且如果構成適合的結構也可實現激光。
-溫度傳感器此器件特殊的性質包括電導率隨溫度快速和較高的重現性變化，從而可用作溫度傳感器。在這種情況下適用的器件示意圖如圖14和圖18所示。
上述列出的可能應用可以按多種不同的方式實施，這些方式具體的實施例包括以下部分(它們也包括在本發明范圍內)i)一種器件，其中在適合的半導體材料例如硅或GaAs(即不同晶面具有合適的不同蝕刻速率的材料)中限定有V型槽或其他表面模板結構，以控制所沉積納米顆粒的最終位置，從而實現包括團簇鏈或者團簇網絡的(其最窄的點包括一個團簇或團簇鏈)結構，或者直徑基本上大于所沉積的單個團簇的絲狀結構。納米團簇可以穿過襯底遷移并且隨后在某些表面特征處排列[15，16]，從而產生類似于納米級絲的結構。納米級表面構造技術(例如在Si片表面中蝕刻的v型槽[44]，金字塔形凹陷或者其它表面特征)將促使團簇組成納米級的絲。可移動的團簇在v型槽表面上的遷移將導致在頂點處形成鏈或絲。類似地，在入射到表面上的動能作用下，可動團簇在表面上的滑動將使其向著V型槽的頂點運動，并且可以利用沉積角度的改變來影響滑動的量。這種構思在于昂貴的并且較慢的納米光刻工藝(所述“自上而下”方法)將僅被用于為器件制造相對大的并且簡單的電觸點，并且可能用于形成v型槽。然后使用納米級顆粒的自組裝(所述“自下而上”方法)來制備納米級特征。器件的核心是納米科技中“自上而下”和“自下而上”方法的結合。如以前所討論的，本發明的方法不僅限于納米級尺寸的絲，而且還可用于形成寬度高達100微米的更大的絲。
ii)如i)中所描述的器件，其中定出有電觸點，以與利用模板化(templating)技術實現的團簇鏈相接觸。這些器件和以下所描述的每個器件可以在AC或DC或者脈沖模式中工作。
iii)由兩個或多個i)和ii)中所描述的器件組成的更大的器件，用于限定具有更好功能或不同功能的器件，或者通過引入[30]中所描述形式的滲流器件來控制絲的厚度。
iv)如i)或ii)中所描述的器件，其中通過監測導電的開始可以觀察絲狀結構的形成。
v)如i)或ii)中所描述的器件，其中具有相等或不等間隔的兩個或多個觸點排列為任意的圖案，并且其中觸點包括互成角度配置的、規則或不規則排列的任何形狀。
vi)圖13示出了一種器件，其中在觸點1和3之間延伸的V型槽(其大部分被聚集在谷中的團簇遮住)使得觸點1和3作為與所形成團簇絲的歐姆接觸點，并且使得觸點2和4與絲絕緣，由此它可以被用作柵極(虛線表示V型槽的頂部，實線表示V型槽的谷)。該器件則類似于場效應晶體管(FET)施加到柵極上的電壓從連接通道吸引(排斥)電子，從而增加(降低)團簇鏈的傳導率，并且使器件導通(或截止)。
vii)在vi)中所描述的器件的另一個優選實施方案僅包括一個V型槽，并且由此產生一個納米絲(圖17)。
viii)在vi)和vii)中所描述的器件的其他優選實施方案包括這樣一種器件，它具有觸點陣列以允許與形成在V型槽或者倒置金字塔結構底部的納米絲歐姆接觸。可以設想有許多這種結構，包括與V型槽的每個端部相接觸的金屬觸點(如圖7)、互成角度配置的垂直于V型槽的觸點，以及在倒置金字塔結構的每個角上的金屬觸點(參見圖19)。
ix)在圖17中，如果位于頂表面上、遠離V型槽的觸點由不與網絡形成歐姆接觸(即傳導接觸)的材料制成，那么這些觸點將被預定為柵極，并且與V型槽的頂點相接觸的觸點作為源極和漏極。在這一實施例中，側面的觸點應由眾所周知可以與團簇網絡形成肖特基接觸的材料制成，或者由類似于鋁或硅等被氧化以形成隧道勢壘的材料制成。在本實施例中，可以在沉積之前確定觸點焊點(contact pad)的功能。
x)可以在襯底上生成氧化層或其他絕緣層，并且隨后使用光刻技術以限定這樣的區域，即只有落在該區域內的團簇直接參加團簇網絡的形成。僅有落在窗口(未覆蓋氧化物的區域)中的團簇可以與源極和漏極觸點連接。這樣器件可以彼此絕緣，并且可以預先確定觸點的功能。在圖15中，絕緣覆層覆蓋柵極觸點并且使其與團簇膜絕緣。也可以通過可自然氧化的材料(例如鋁)制造觸點，從而實現觸點的絕緣。這一技術可用于預確定待作為柵極或者歐姆觸點的一個或多個觸點的功能。圖15示出了源極觸點1、漏極觸點2和柵極觸點3。所述觸點覆蓋有絕緣層4，其確保柵極觸點3與在觸點1和觸點2間延伸的由團簇組成的絲相絕緣，所述觸點1和觸點2由于絕緣層4中的孔洞而暴露于沉積的團簇，從而實現晶體管結構。
xi)任何如上所述的器件，其全部地或部分地被氧化物或其它絕緣層覆蓋，并引入上部柵極以控制通過團簇組成的結構的電子的流動，由此得到場效應晶體管或者其它放大或開關器件，如圖18所示。
xii)任何如上所述的器件，它被制備在絕緣層例如SiOx或SiN的頂部，該絕緣層在模板的頂部之上生長，以提供電絕緣或者改變團簇在其所沉積的表面上的擴散或者滑動特性。
xiii)任何如上所述的器件，它制備在絕緣層的頂部，該絕緣層本身在作為柵極的導電層的上方，它可控制通過團簇組成的結構的電子的流動，由此得到場效應晶體管或其它放大或開關器件。
xiv)任何如上所述的器件，其中選擇或控制團簇撞擊到樣品的一部分(或多個部分)表面上的角度，以影響團簇滑動、彈跳或者粘附至樣品的一部分(或多個部分)的特性。通過控制相對于整個襯底的入射角度或者通過襯底上的任何模板平面的角度可實現這一點。
xv)任何如上所述的器件，其中控制團簇的動能以影響團簇滑動、彈跳或者粘附至樣品的一個或多個部分的特性。
xvi)任何如上所述的器件，其中實現了基于自旋傳輸的開關或放大，由此制得自旋閥晶體管。
xvii)該器件可由鉍團簇來制造，或者同樣地可由眾多納米顆粒制造技術中的任一種形成的任何種類的納米顆粒來制造，或者由任何元素或合金制造。由于鉍團簇在體材料中較低的載流子濃度和較長的平均電子自由程，所以其是特別令人感興趣的。其它可用于有用器件中的顯而易見的候選材料包括硅、金、銀及鉑納米顆粒。該器件也可用合金納米顆粒例如GaAs和CdSe形成。納米顆粒可由任何化學元素或這些元素的任何合金形成，不管它們在室溫大塊(宏觀)形式時是超導體性的、半導體性的、半金屬性的或者是金屬性的。納米顆粒可由傳導聚合物或者導電的無機或有機化學物質形成。相似地，觸點之一或者兩個觸點和/或納米顆粒可以是鐵磁性的、鐵磁性的或者是反鐵磁性的。可以使用順序沉積或共同沉積的兩種或更多種的納米顆粒，例如半導體和金屬顆粒共同沉積或者鐵磁性和非磁性顆粒共同沉積。帶有磁性元件的器件可以產生“自旋電子(spintronic)”行為，即由自旋傳輸產生的行為。穿過絲內尖銳的疇壁[43]或絲和觸點之間的自旋相關的電子輸送可產生較大的磁阻，這可用在磁場傳感器的商業應用中，如硬驅中的記錄頭。
xviii)對于所有如上所述的器件，在沉積過程中可以控制襯底的溫度，以控制顆粒的遷移、顆粒的熔化或者對于其他的原因。通常，光滑的表面和高的襯底溫度將促進顆粒的遷移，而粗糙的表面和低的襯底溫度將抑制遷移。納米顆粒的熔化和遷移依賴于材料。
xix)任何如上所述的器件，其中在沉積過程中在觸點間施加電壓，從而流動的電流可改變顆粒的連接性、器件的傳導或者薄膜的形態。這種施加的電壓可以允許在表面覆蓋中通常沒有連接存在的位置在觸點間形成導電通路(參見參考文獻[30]中的圖32，其顯示了在施加偏壓下明顯的傳導開始)，或者相反的，引起先前存在的導電通路中斷。可使用與器件串聯或并聯的電阻、二極管或其它電路元件來調節電流流動，從而控制薄膜性質的改變。
xx)任何如上所述的器件，其中薄膜被埋置于氧化物或其它非金屬或半電體薄膜中，以保護它和/或增強它的性質(例如參見圖18)，例如改變器件的介電常數。為增強、控制或確定器件的傳導性，可以通過離子注入或者通過其它沉積摻雜劑的方式對這一覆蓋層進行摻雜。
xxi)任何如上所述的器件，其中為了實現使沉積的顆粒聚合或任何其它的原因對膜進行退火。
xxii)任何如上所述的器件，其中納米顆粒的組裝受抗蝕劑或其它有機化合物的影響，不管它在沉積或聚集過程之前或之后是否被曝光或顯影沖洗。
xxiii)任何如上所述的器件，其中納米顆粒的組裝受不論是均勻的、聚焦的、未聚焦的或干涉圖案形式的光源或激光束發光的控制或影響。
xxiv)任何如上所述的器件，其中顆粒從液體中沉積，包括顆粒被有機材料或配體涂布的情況。
xxv)具有幾個觸點或端口的器件，其依靠通過納米顆粒的彈道(ballistic)或非彈道電子輸運，并且其依靠磁場效應將電子引導入不是零磁場中最初輸出端口的輸出端口，或依靠任何磁聚焦效應。
xxvi)任何如上所述的器件，它通過沉積經過尺寸選擇的團簇而形成，或者可選擇地它可通過沉積未經過尺寸選擇的顆粒而形成。
xxvii)任何如上所述的器件，它通過沉積原子蒸氣或較小的團簇而形成，從而產生比沉積的顆粒更大的納米顆粒、團簇、絲或其它結構。
xxviii)基本上按照以上任何一條所述制備的、但是未制備觸點的任何團簇組裝器件。例如，沒有觸點的模板組裝的絲陣列可用作線柵起偏器。
D.實驗下面公開了我們結合具體實施例建立的優選實驗。
a)光刻使用標準光學光刻和電子束光刻在硅片或者覆蓋有SiOx或SiN的硅片上定出V型槽，并且在樣品表面以這種方式限定NiCr和Au觸點，即使它們與V型槽相交或者不相交。使用具有或者不具有SiOx或SiN絕緣層的商用硅片作為襯底。
a)i)V型槽的形成下面涉及在硅上形成V型槽表面模板，但是類似的方法可以用于在其它襯底上形成其它結構。
在樣品處理過程中，首先是將涂布有二氧化硅或者氮化硅的(層厚通常是100nm)的硅晶片切成8×8mm的襯底。為精確地定位<111>面的晶向，首先利用光致抗蝕劑掩膜干法蝕刻氮化物層或者氧化物層以形成按照2°分開的徑向狹槽。用按重量比為40％的KOH溶液將這些狹槽在下層硅中轉變成V型槽。完成后，通過進一步的光刻和干法蝕刻步驟，進行器件的V型槽陣列相對于測驗狹槽(選擇最接近蝕刻剖面的狹槽)的角對準。使用同樣的KOH溶液形成V型槽陣列。通過使用重量比為40％、被超聲攪拌并且被加熱到70攝氏度的KOH溶液蝕刻約5分鐘，在硅中制造出約5微米寬的硅V型槽。
按上述方式形成的V型槽和相關結構的示例及用原子力顯微鏡得到的照片表示在圖16、17和圖19中。圖16是用KOH在硅中蝕刻出的V型槽的原子力顯微照片。V型槽約5微米寬，并是用光刻技術形成的。這種技術的優點之一是利用電子束光刻技術可以容易地降低特征的尺寸。
具體的團簇/襯底對被用于確定是否需要用絕緣層涂布V型槽的表面以使由團簇組成的絲和襯底之間絕緣。對于某些團簇/襯底組合將形成肖特基接觸，從而使絲和襯底的絕緣受到限制。在某些情況下，襯底上的天然氧化物層就可提供足夠的絕緣。如果需要，V型槽的鈍化可按兩種方式實現。目前優選的方法是在形成V型槽陣列后立即熱氧化整個襯底。以1050攝氏度在富含氧的干爐內進行氧化。一小時的氧化產生120納米厚的二氧化硅膜。可選的鈍化方法依賴于濺射涂布的氮化硅。
a)i)觸點的形成在本發明的大多數實施方案中將形成觸點(然而如以下所討論的，存在不包含觸點的情況)。當包含觸點時，優選地使用光學或組合的電子束/光學光刻步驟形成觸點，但是正如本領域技術人員可以設想到的，也可以使用其它形成方法。使用光致抗蝕劑圖案進行初始蒸發和剝離而留下器件的指狀物(finger)(＞1微米的寬度)和延伸穿過3×3毫米器件面積的觸點。器件的指狀物位于單個或多個V型槽的上方，用微調對準標記可實現亞微米級的公差。當需要亞微米級指/間隙寬度并且這些特征與第一次光刻產生的焊點(pad)對齊時，需使用電子束構圖。最終的蒸發和剝離允許較大尺度的器件的觸點位于8×8毫米芯片的邊緣。圖17示出了優選實施方案的示意圖，其利用V型槽的AFM圖像來示例性說明所制造的由團簇組成的納米絲。上和下觸點與V型槽的頂點對齊，從而與由團簇組成的納米絲形成電接觸，并引起團簇沿著V型槽的平面運動。左和右觸點與V型槽的邊緣對齊，從而不與由團簇組成的納米絲電接觸，并使得這些觸點作為柵極。如圖18所示，通過在絲上方的絕緣層上方制造頂部柵極也可形成晶體管結構，其中示出了FET結構的側視圖，它是首先在由團簇組成的納米絲上方沉積絕緣層然后光刻柵極觸點而形成的。圖18示出了位于絕緣襯底6上的兩個觸點1、2，以及觸點之間的團簇鏈。絕緣層5與柵極觸點4也一起被示出。
在優選的實施方案中，在團簇沉積之前，為使器件相互絕緣需使襯底鈍化。這一點可使用圖案化的濺射涂布的二氧化硅層實現。可使用光刻以及隨后的干法蝕刻技術直接在接觸指狀物/V型槽區域上方的二氧化硅中開出窗口。如果使用熱氧化來鈍化硅V型槽，那么這種最終的干法蝕刻需被定時以避免底部氧化層耗盡。
按照用于PeCAN器件的過程，現在樣品被置于特意制造的帶有所有必須的器件觸點的樣品固定器中[30]。在優選實施方案中，在團簇沉積之后，同時在較高真空下，器件可用電子束蒸發的或者濺射的絕緣膜(例如SiOx)密封。這種層可用于防止團簇的氧化，或在利用其它的光刻和金屬蒸發過程制造上部柵極之前作為絕緣層。圖18是示出了此類器件的示意圖(未示出V型槽)。
最后，我們注意到TeCAN器件可利用表面構造的多種形式，并且不限于V型槽。圖19示出了“倒置金字塔”底部兩個不同分辨率的原子力顯微鏡圖像。當用KOH蝕刻硅并用圓形或正方形的掩膜或窗口(而不是如上所述的狹槽)時可形成倒置金字塔。可以得到尺寸非常小并且壁非常平坦的倒置金字塔的(正如圖19的靠下的圖像，其中隆起是由于AFM圖片的性質，而不是代表表面的平坦度)。在優選實施方案中，使用電子束光刻技術在倒置金字塔四個角的每個中形成電觸點，從而允許對沿面的邊緣形成的由團簇組成的絲進行4端測量。這種4端測量對于例如磁場或化學傳感應用中的精確電導率測量是有用的。這些結構中也可以形成頂部和/或底部柵極。
正如以前注意到的，在優選實施方案中是在團簇沉積之前形成觸點，但是在團簇沉積之后形成觸點也包含在本發明的范圍之內。在這種情況下，觸點需要與絲對準，因此在對準和接觸之前將需要對絲進行某些形式的成像。實現這一點適用的方法是電子束光刻，因為它可以實現表面成像和觸點的高分辨率定義。
另外可能存在根本不使用觸點的情況。這種情況包括絲柵偏振，它基本上是絲的陣列。它也包含在本發明的范圍之內。
b)團簇的形成和沉積我們的優選裝置是參考文獻[45]中所述的實驗裝置的變型。鉍團簇是在惰性氣體濃縮源中生成的。在源腔室中，金屬被加熱并在750-850攝氏度的溫度下蒸發。室溫的氬氣與金屬蒸氣及團簇核混合并開始生長。團簇/氣混合物經過兩個差動抽吸階段(從在源腔室中的約1托下降到在主腔室中的約10-6托)，這樣大部分氣體可被抽吸出。混合束通過直徑約為1毫米、孔徑角約為0.5度的管口進入主腔室。在樣品中團簇束的直徑約為4毫米。為了測定團簇束的強度，需使用石英晶體沉積速率監測儀。在沉積過程中樣品放在可活動的桿上，并放在石英沉積速率監測儀的前面。
需注意的是，源氣參數的具體范圍不是重要的團簇可在大范圍的壓力(0.01托～100托)和蒸發溫度下制備，并在1～10-12托內的任意壓力下沉積。任何惰性氣體或惰性氣體的混合物可用于引致聚集，任何可被蒸發的材料都可用來形成團簇。通過氣壓、氣體類型、金屬蒸發溫度和用來連接不同壓力下降室的管口尺寸的相互影響可決定團簇的大小。可以改變所有這些因素以改變所制造的絲/納米顆粒的具體形式。
在沉積系統中可以使用電離的團簇和/或質量選擇系統，例如參考文獻[46]中設計的質量過濾器和用標準電子束技術進行的團簇電離。我們已經制造了一種新型的超高真空團簇沉積系統，它結合了這些特征同時具有更多的優點，包括更低的最終壓力以及團簇源使用了磁控濺射頭。以下將論述使用這一技術制造的Si由團簇組成的絲，另外，在此描述的所有結果是通過最初的高真空系統獲得的。
我們所有沉積系統的特征(通常在大多數真空沉積系統中沒有使用，如參考文獻27中的設計)是使用穿進沉積腔室的電連接件，以允許在沉積過程中對器件進行電學測量。這種連接件是可由大多數經營真空器件的公司供應的標準商品。
(c)沉積過程中的測量測量電路的核心是分辨率為10-15安培的Keithley 6514靜電計。因此，電流分辨率的限制因素是系統中的噪聲。與電流無關的固定輸出電壓在5毫伏到5伏范圍的電壓源可提供所需的穩定電勢。
在沉積過程中測量器件中的電流流動對于幾種器件設計的實現是重要的。
(d)V型槽組裝的絲的實驗性實現這一部分描述沉積在硅基的V型槽上并且組裝自金屬團簇的納米絲實驗性實現。這些團簇形成在高真空的團簇產生系統中。金屬材料(團簇由其形成)包含在源腔室內的爐缸中。通過安裝在爐缸基部的熱電偶來檢測和控制爐缸的溫度。一旦爐缸的溫度升高超過主金屬的熔點，將由源腔室中的金屬蒸汽中生成團簇。該生成過程依賴于惰性氣體的存在，并且在此處所描述的鉍團簇、銻團簇和銀團簇的情況下，使用氬和/或氦。惰性氣體通過流量控制器通入并且直接進入與爐缸最接近的源腔室。源射出管口產生惰性氣體/團簇輸出束，其通過管口被導入兩個差動抽吸階段并且最終進入高真空室。高真空室中設置有樣品臂/開閉器機構以及沉積速率監測器。
在抽吸序列開始之前，通過高真空室中的端口將襯底放到樣品臂上。當系統打開時，可以在樣品臂上放置多達八個襯底。這一處理多樣品的能力使得可以對在不同襯底材料/構圖上、不同的源狀況的團簇的行為進行快速實驗評定。
通過安裝在樣品后并且與團簇束在一條直線上的振蕩晶體膜厚監測儀(FTM)來監測團簇材料的沉積速率。在沉積之前利用FTM建立穩定的速率。然后襯底固定器被移動到位于閘門(shutter)(它已被打開以開始沉積)之后的晶體前面。沉積速率受惰性氣體流量和熔化的金屬源的溫度的影響。因此對于給定的氣體流量來說，可以通過源的溫度來調節沉積速率。
團簇的尺寸還受到源壓力、爐溫和氣體混合的影響。場發射SEM圖像(圖1)和AFM圖像(未示出)被用于估計沉積在不同襯底上的團簇的尺寸。單獨使用TEM來描繪束中團簇尺寸的分布。在此過程中，在Bi的情況下，所沉積的團簇的直徑全部在5到100納米之間。在Sb的情況下，全部在5到120納米之間。我們注意到如下所述的，在V型槽的頂點中和在槽之間的高臺(plateaus)上，由于顆粒的聚集，結構的尺寸可以不同。
團簇束具有高斯通量的特性，它具有3-5毫米的覆蓋直徑(依賴于所選擇的源和第一差動抽吸過程管口的直徑)。這一高斯圖形可用于提供與單個襯底上不同沉積膜厚相關的信息。例如，可以選擇沉積時間以在環形聚射束的邊緣產生小于單層的團簇覆蓋以及在其中心產生多層覆蓋。這是沉積工藝的一個特征，它允許快速研究并且評定所沉積的束以及其在不同襯底表面上的運動，因為單個樣品允許對大范圍表面覆蓋的研究。
以下段落中將對沉積實驗的主要類型進行分類。開始，使用團簇沉積裝置來研究在(未鈍化的)硅V型槽襯底上聚集的鉍團簇納米絲。在二氧化硅(鈍化的)V型槽襯底上可以看到Bi團簇增強的運動。還進行了包括在硅和二氧化硅上的銻團簇納米絲的實驗，它導致了在鈍化的和未鈍化的硅襯底上進行的Ag團簇和Si團簇的實驗。
在以下的實施例中，我們描述了使用Bi團簇、Sb團簇、Ag團簇和Si團簇的發明。這些實施例是說明性的并且并非是對團簇以及根據本發明形成的絲的特性的限制。
鉍團簇圖6(a)(i)示出了具有使用30sccm的氬流量沉積的鉍團簇的V型槽硅襯底。當在該樣品中某些團簇向著每個V型槽頂點的運動很明顯時，其效果不足以產生真正的納米絲。圖6還示出了被具有高氬流量的鉍團簇覆蓋的襯底，它在頂點產生了更窄的絲并且產生了比在圖6(a)(i)中所見的干凈得多的上部V型槽壁。
這一比較用于說明鉍納米絲形成的機制。氬氣流(它通入源腔室中以協助金屬蒸氣的聚集)為團簇提供了足夠的動量以驅動其到達V型壁的底部。隨著流量的增加，團簇的平均動能增加，使得當團簇到達襯底時其附著在襯底上的概率降低。V型槽利用了團簇彈跳或者滑動的傾向，并且將其導向狹窄的頂點，在頂點處它排列/聚集以形成絲狀結構。
圖25(a)示出了使用90sccm的Ar流量沉積的硅V型槽襯底的一個區域，在此束剖面中不同點處的不同沉積速率導致沉積膜的厚度有快速的變化。圖25顯示了獲得單個襯底上不同覆蓋度的信息的能力。該圖還顯示了有時會發生在V型槽底部的、團簇聚集為更大顆粒的增強的聚集。使用FE-SEM對經過V型槽襯底的平均團簇尺寸的測量表明，V型槽底部的團簇尺寸大于其周圍高臺上的團簇尺寸。這一結果歸因于在V型槽底部發生的增強的團簇對團簇的碰撞。與通過較長沉積時間和較低沉積速率制造的樣品相比，通過短沉積時間和高沉積速率制造的樣品顯示出更強的聚集性。
圖25(a)中(以及本文包含的其他圖)表明的關鍵效果是，形成在V型槽的特定部分中的絲狀結構的厚度取決于該部分距離聚射束的中心有多近。距離中心越近，在該束點處得到的沉積速率和總膜厚越高。當在給定的區域沉積更多的團簇時，最終的絲狀結構將會更寬。即，團簇是進一步朝著V型槽的頂部“積滯”的。
圖25(a)還示出了改變與V型槽側面的碰撞角度所得到的效果。在該情況中，由于硅片切片工藝中的某些失準，V型槽是不對稱的。對于入射的團簇來說，V型槽的兩側表現出不同的角度。在團簇到達后，具有較淺角度的一側明顯地顯示出團簇具有較少的運動，在具有相同顆粒密度的區域，絲更厚并且V型槽表面頂部的干凈區域更小。圖25的(b)和(c)更詳細地顯示了相同的效果，其中(b)為靠近的顯示方式，(c)為更高度地全面覆蓋的顯示方式。
圖3顯示了V型槽頂點處的增強的團簇聚集效果。該圖像是通過場發射SEM分析得到的，并且顯示了覆蓋有使用90sccm的Ar流量產生的鉍團簇的樣品。它還示出了在特定的情況下，當先沉積的團簇進行有限量的滑動時，后到達的團簇可以在大的聚集物崩塌發生(它可能在發生足夠大的撞擊時產生)之前部分地聚集。圖4中示出了對V型槽中的團簇和相鄰高臺上的團簇的覆蓋度和尺寸進行比較的圖像。實驗明顯地表明在V型槽的底部所見的團簇聚集的程度依賴于覆蓋度和沉積速率。
圖5顯示了在鈍化的硅(120納米厚的二氧化硅)和未鈍化的硅上鉍團簇運動的對比。這些樣品的氬流量和爐溫相同(在可測得的偏差內)。在鈍化的樣品上V型槽的壁顯著地更為潔凈，其表現出更低的團簇表面摩擦和向著V型槽頂點的增強的運動。當對具有相同的較低氬流量的鈍化和未鈍化的樣品進行比較時，這一特征仍然明顯。
圖6示出了如何利用氬的流量控制二氧化硅上鉍納米絲的寬度。隨著氬流量的增加，V型壁頂部的絲的寬度和團簇的密度都會下降。在通過較高惰性氣體流量(其產生具有更高動量的團簇)覆蓋的樣品上，V型槽壁頂部的較低的團簇占據率尤其明顯。圖6示出了對于氬流量為180sccm的樣品，在V型槽壁的頂部可見的團簇材料的缺乏。圖6(b)還示出了在V型槽壁的缺陷處沒有發生團簇的聚集。因此在頂點和相鄰的高臺處，絲之間沒有形成接觸。動量驅動組裝方法可靠地制造與其之間的硅臺絕緣的納米絲。另外，由于制造納米絲所需的低的總覆蓋度，在穿過槽之間的襯底的平的部分建立連接之前沿著V型槽的頂點形成連接。
圖6顯示了其上沉積有Bi團簇的((i)-左側)未鈍化的和((ii)-右側)鈍化的V型槽的Si襯底。選擇沉積工藝的次數以在所示的所有樣品上提供相似的覆蓋度，并且選擇氬流量((a)30，(b)60，(c)90以及(d)180sccm)以顯示聚集效果，該效果是團簇-位于-V型槽上實驗的可重現的特征。圖6-a顯示了低流量的情況(氬流量為30sccm)，此時團簇膜顯得不均勻。圖6-b顯示了一對類似的V型槽樣品，通過60sccm的氬流量將團簇沉積到其上。Si和SiO2樣品的特征區域(寬度分別為1微米和1.5微米)上的團簇膜接近具有顯著低的團簇密度的V型槽的頂部。在圖6-c中還可以看到未被團簇占據的區域，在此對于Si和SiO2V型槽來說其寬度現在分別為1.5微米和2微米。在圖6-d中(以180sccm的氬流量沉積)對于Si和SiO2V型槽來說未被團簇占據的區域的寬度分別為2微米和3微米。(所提到的所有未被團簇占據的區域的寬度是指連續的團簇膜和V型槽頂部之間的平均距離(平行于斜面))。
在未被團簇占據的區域的寬度和氬源流之間有明顯的關聯當通過源出口的氣體的速率增加時，團簇的平均動能增加，并繼而導致團簇在每個V型槽的傾斜壁上滑動的平均距離增加(圖23中示出了Sb團簇的相似效應)。當氬流量超過約150sccm時，4-7微米寬的SiO2V型槽的壁的團簇占據率通常為零(即使在V型槽的壁上明顯存在缺陷)，并且在槽的頂點有良好限定的由團簇組成的絲(圖6-d)。對于未鈍化的樣品，雖然這一結果不太明顯，但卻是可測到的。
已經發現在V型槽的頂點處測得的Bi團簇的尺寸依賴于團簇的覆蓋度和沉積速率。將位于團簇聚射束的邊緣(低覆蓋度)的V型槽中的團簇的場發射SEM圖像與在聚射束的中心(高覆蓋度)獲得的圖像進行對比，發現束區域中心的平均團簇尺寸最大，在此所沉積的團簇總量最大。這一點說明聚合產生在V型槽的頂點。我們的進一步實驗表明通過降低沉積速率可以降低團簇的聚合，從而減小團簇/絲的平均直徑。
銻團簇通過Sb團簇重復使用Bi團簇所進行的實驗。圖7示出了Si和SiO2的V型槽中的Sb團簇組裝。當將圖7中沉積在具有V型槽的Si襯底上團簇的圖像與圖6中的圖像進行對比時，可以明顯看出Sb團簇的組裝方法與Bi團簇并不相同。其上沉積有Sb團簇的Si樣品(圖7-a(i)，b(i)，c(i))在表面覆蓋度上顯示出極高的反差在V型槽的頂點發生明顯的團簇的增加，而相鄰的高臺顯示出幾乎為零的覆蓋度。使用30sccm的氬流量，可以用團簇完全填充硅V型槽，同時在相鄰的Si高臺沒有明顯的團簇占據(圖10)。在Si高臺上所見的極低的團簇覆蓋度歸因于團簇從與團簇束垂直的Si襯底表面上的彈跳。當氬流量超過50sccm時，未鈍化的V型槽頂點處絲的形成經常包含斷點，此外，使用超過30sccm的流量制造的絲并不比那些以30sccm的流量制造的絲更緊湊(圖7-a(i)和圖7-b(i))。圖7-c(i)以90sccm的氬源流量形成在硅V型槽上的單獨的團簇聚集。使用這一流量不可能制造出比V型槽本身窄的具有任何顯著長度的絲。
SiO2上的Sb團簇的行為(圖7-a(ii)，b(ii)，c(ii))與SiO2上的Bi團簇的行為(圖6-a(ii)，b(ii)，c(ii))的對比顯示出某些相似性。即使在最合適的流量下，在V型槽的頂部也可以清楚地辨認處孔隙(圖7a(ii)，b(ii))，并且在使用Bi的情況下，隨著通過源出口射出的氣體速率的增加，V型槽壁上的未被團簇占據的區域的寬度增加(圖7c(ii))。
圖2示出了具有小于100納米(V型槽寬度的1/40)的最小寬度的Sb由團簇組成的絲，它形成在4微米寬的V型槽中并且位于團簇聚射束的周邊。在團簇聚射束的周邊發現了具有不規則形狀和尺寸(20-100納米)的Sb團簇，但是如圖2所示，這些團簇以與更經常遇到的球形團簇相同的方式在V型槽的頂點組裝。
圖9示出了典型的具有V型槽的硅襯底，其上形成有銻絲。在V型槽的頂點處有明顯的團簇聚集。當V型槽的上壁沒有團簇時，仍然可以清楚的看到V型槽之間的高臺上保持大部分未被覆蓋。顯然氬流為團簇提供了足夠的動量，以使得團簇從平的表面上彈跳。當沉積被充分地延長以制造幾乎完全填充硅V型槽的非常厚的絲時(圖10)，可以更清楚地看到這一效應。當在高臺上的缺陷處出現團簇的聚集時，高臺上團簇的占據率比相鄰的V型槽中團簇的占據率低幾倍。我們相信高臺上的缺陷可以作為彈跳團簇的“軟著陸點”，并且該團簇繼而可以作為其后的團簇的“軟著陸點”。
通過不同的Ar流量沉積在4微米寬的V型槽上的Sb團簇的FE-SEM圖像被用于測量低覆蓋度區域A的寬度和這些低覆蓋度區域中的覆蓋度(單層百分比)(圖23)。圖23在數量上示出了低覆蓋度區域的寬度如何隨著團簇的速率增加，以及低覆蓋度區域中的覆蓋度如何降低。
圖8示出了在以180sccm沉積Sb團簇后，覆蓋有SiO2的樣品上的高臺(a)和相鄰的V型槽(b)上固態納米絲剛好形成在V型槽的頂點中的位置。硅高臺上的覆蓋度小于40％，并且通過它不可能形成連接。
圖11示出了沿著6微米寬的覆蓋有SiO2的V型槽(其在兩個平面Au觸點之間延伸)頂點的Sb由團簇組成的絲。V型槽方法在導電通路的形成中提供了高的選擇性，并且圖11-(a)表明即是具有使近3微米寬的V型槽組裝絲的情況，平的表面上的覆蓋度也顯著地低于傳導所需的覆蓋度。圖11-(b)示出了所述絲的I(V)特性。
銀團簇與制造Sb和Bi團簇組成的絲所使用的相同的技術被用于制造Ag團簇組成的絲。在惰性氣體聚集源中產生Ag團簇，但是所述源工作在高溫下。圖21示出了沉積在鈍化有SiO2的具有V型槽的襯底上的Ag團簇的SEM圖像。與類似沉積的Sb團簇的情況相同，Ag團簇在V型槽的底部聚集并且可以看到在接近V型槽頂部處和平的表面上幾乎完全沒有團簇。高放大率的圖像(圖21的底部)顯示出僅具有有限程度聚合的表面上的團簇的聚集。
硅團簇使用其中的磁控濺射單元被上述爐缸裝置替換的源來制造團簇。已經構造出了與UHV兼容的全新團簇沉積系統，并且其最終允許在低得多的壓力下進行沉積；目前該系統已用于這樣一種結構中，該結構使得能夠在僅與上述高真空系統中的壓力相當的壓力下進行沉積。圖22示出了在覆蓋有SiOx的V型槽上沉積Si團簇的結果。
圖22進一步顯示了在此描述的模板技術的效用。使用半導體Si團簇以得到寬度為僅100納米的納米絲。可以看到在V型槽的頂部和平的表面上幾乎完全沒有團簇。在V型槽頂點處的聚集Si團簇的大量聚合導致了具有非常均勻寬度的連續Si納米絲的形成。
結論性注釋以上給出的實施例說明了Bi、Sb、Ag和Si團簇各自的組裝以形成絲和納米絲。雖然在細節上有某些差異(例如尺寸范圍和制造絲所需的流量)，但是模板(例如V型槽)為團簇的組裝提供了一種可用的方法這一普遍原理是保持不變的。本發明不僅限于Bi、Sb、Ag和Si團簇。正如本領域技術人員可以想象的，也可以使用其它適合的團簇。本發明可用于其中團簇可以在模板化的襯底表面上遷移的任何團簇-襯底的組合。
使用傳統的光刻和低分辨率的掩膜來制造接觸的和非接觸的寬度從2微米到10微米的V型槽。使用標準的高分辨率的光學光刻可以實現1微米寬的V型槽，而寬度降至約10納米的V型槽可以通過由電子束限定的掩膜來制造。令尺度量級下降的能力使得緊湊的器件設計以及器件觸點和柵極極為接近成為可能。
我們注意到在絲的形成過程中V型槽的寬度扮演了重要角色。V形頂部的開口作為收集區域，開口的寬度決定了可用于形成絲的團簇的總量(V型槽的每單位長度)。明顯地，對于給定的總的沉積表面覆蓋度來說，寬度大的V型槽收集大量的團簇(V型槽的每單位長度)，并且由此導致所形成絲的相對較寬。窄的V型槽將導致形成相對較窄的絲。
團簇的彈跳(bouncing)或滑動圖5(b)和圖6(d)(ii)示出了沿著V型槽的壁具有明顯缺陷線的V型槽。這些缺陷歸因于光刻中使用的掩膜和硅的晶面之間的失準。圖6(d)(ii)清晰地示出了在這些缺陷處沒有團簇的聚集，并且由此它是一個強有力的指標用以說明彈跳或者滑動(而不是簡單的擴散)是形成我們的絲的關鍵機制。注意到在石墨上擴散的團簇在(小得多的)原子表面的臺階上聚集[16]。V型槽之間的SiO2高臺上低的團簇覆蓋度強有力地支持該彈跳團簇模型。由于高臺的大的寬度(8微米)和其RMS表面粗糙度(約5納米)，因此可以忽略團簇由于表面擴散而離開高臺的可能性。
此外進一步的實驗觀察也為彈跳團簇模型提供了支持。首先，大量背散射的Sb團簇被收集在置于樣品之前的孔隙的背面。第二，在單獨的實驗中，對平面上由光刻定出的觸點之間的Sb團簇和Bi團簇的沉積進行了比較。在其它條件相同的情況下，對于Sb團簇沉積來說形成導電(滲透)膜所用的時間比Bi團簇長約3.5倍。這一點表明僅約30％的入射Sb團簇粘附至其所沉積的表面。對Bi團簇(它也到達了V型槽的頂點，在缺陷處沒有聚集)的這一比較說明，Bi團簇“較粘”，即，其彈跳(可能是在與高能滑動更為等價的運動中)與Sb團簇相比不夠強。
現有的關于團簇的文獻似乎沒有提供用于理解彈跳現象的架構。對于團簇沉積不同的可能結果的全面回顧[47](它包括軟著陸、碎裂、注入以及濺射)認識到了從“硬的”表面反射的可能性，但是其中沒有出現直接證明這一點的在先的模擬或者實驗。考慮到文獻中對碎裂的大量研究，團簇的相對小的尺寸分布以及碎裂證據(圖2、圖6和圖7)的缺乏是十分令人驚訝的。為這些實驗所制造的、具有高的總動能(＞10keV)但每個原子的能量極低(＜0.01eV/原子)的大的團簇(約40納米)與那些以前的模擬和實驗中所考慮的明顯是處于不同的狀態。
通過對作為團簇沉積結果的薄膜形成的模擬研究[48]表明，對于不同的入射能量可預計到會有不同的膜的形態，但是沒有觀察到團簇的彈跳。有趣的是，[48]示出了在軟著陸狀態中(＜1eV/原子)[47]，小的團簇的膜將被相對輕的撞擊(具有最小化的聚合)，即具有類似于圖1b中所示的開放的結構。
然而，如以下更為詳細描述的那樣，(納米級)團簇彈跳現象顯示出與彈跳的(微米級)液滴有很多相似性。
實施例下面的實施例進一步地闡明了本發明。
1.光刻工藝在先專利申請[30]中已經描述了光學光刻和電子束光刻的結合以及它們在表面特征和觸點的形成中的應用，該申請被并入本文以作為參考。
2.團簇沉積實驗的結果在先專利申請[30]中已經描述了鉍團簇在平的SiN表面上的沉積(或者類似的具有預形成電觸點的表面)以及使用原子力、光學和場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)對這種團簇的成像，該申請作為參考被并入本文。這一在先工作中的FE-SEM圖像顯示出在SiN上團簇并沒有顯著地擴散和聚合只有有限量的聚合——團簇和與其相鄰的團簇極輕微的結合——但是通常地顆粒仍是可區分的。在本發明中(參見圖1-12中的圖像)，在V型槽的頂點中有更高程度的顆粒的聚合，并且，除了包含單個絲狀鏈的器件之外，更大直徑顆粒的構造以及具有包括許多顆粒的直徑的絲是本發明的顯著特征。
3.團簇膜的電特性在前[30]已經描述了在沉積過程中沉積之后對未模板化的團簇膜的電測量，其被作為參考并入本文。希望對于模板化的團簇器件也可以獲得相似的結果。
4.著落后入射動能對團簇的分離的影響為了不受任何特定理論的限制，我們進行了以下的觀測戴維斯和瑞迪歐(參見參考文獻[49]第441頁)考慮了撞擊到固體表面上的具有一定動能的液滴，并且他們特別地考慮了撞擊之后液滴本身將會與表面分離的可能性。這一原理是與表面相附著的能量(其主要取決于液體/氣體界面的表面張力以及與表面的接觸角)可能會被入射液滴的動能所克服。換句話說，附著能量不足以將高能的液滴束縛在表面上，因此導致液滴“彈跳”。
如果我們作這樣的假設，即1)鉍團簇是液體，或者固體團簇的有效表面張力類似于液體的表面張力，并且可以應用相同的原理，以及2)可應用的表面張力是在270攝氏度(鉍的熔點)下的大塊團簇的表面張力，即γ＝390達因/厘米[50]，以及3)接觸角是約90度，以及4)團簇為法線入射，以及5)僅有50％的可用動能可被引導用于使團簇分開，以及6)入射團簇的速率類似于從源腔室的管口流入的惰性氣體的速率，那么就可以計算作為團簇尺寸的函數的動能與分離能的比。如果這一比率大于1(邊界值)，則團簇很可能彈跳/分離。
圖20示出了所計算的作為團簇尺寸函數的比率。顯然地，團簇將會彈跳的概率顯著地依賴于其尺寸，較大的團簇更可能彈跳，較小的團簇則更可能粘附(然后可能會遷移)。對于所選擇的實際的速率，閾值尺寸在工藝上大量使用的團簇尺寸(即小于100納米)的范圍內，并且這一彈跳行為可以為所觀察到的團簇向著V型槽頂點的運動以及團簇不出現在某些平的襯底區域(本來預計其會出現在其上)提供解釋。正如對本領域技術人員來說顯而易見的，可以在類似的計算中考慮入射角度的作用。
已經進行了改變團簇尺寸的效果的研究。圖24(a)、(b)和(c)顯示了以相同的Ar流量對Sb團簇進行沉積并且由此Sb團簇具有相同的速率，但是He的流量不同并且由此產生不同的團簇尺寸(分別為40、25和15納米)。當V型槽被同等填充時，可以看到高臺的覆蓋度顯著不同(＜1％到＞100％)。團簇與高臺結合過程中的這一差異歸因于所沉積的團簇質量的不同以及由此產生的動能(K.E.)的不同。更大的團簇具有更高的動能并且更有可能從垂直于團簇束的二氧化硅表面上反射。
所觀察到的通過Bi團簇和Sb團簇進行的表面潤濕顯然由強的團簇-表面交互作用產生，并且說明可以將團簇視為微滴。已知Sb和Bi的表面張力和粘附能的值非常小，說明表面的浸潤特性是至關重要的。利用FE-SEM照片來估計Sb團簇在SiOx上的浸潤角(θ)(θ＝120度)，并且之后[49]、圖26和27示出了有關于這些研究[53]的相對于團簇的尺寸和速率范圍的ξ預計直徑約40納米、速度≥50米/秒的Sb團簇會彈跳(ξ＞1)，本實驗無疑超過了這一范圍。類似的計算表明由于Bi團簇對表面的浸潤顯著超過(通過AFM圖像估計θ約為30度)Sb團簇，因此要使Bi團簇彈跳，入射動能需要大～10倍(即，對于給定尺寸的Bi團簇，需要以快3倍的速度傳輸-見圖27)。這一預測的行為至少定性的符合Bi團簇的實驗，即Bi團簇顯得比同等的Sb團簇顯著地“更粘”以高速率沉積的Bi團簇導致絲的形態與以低流量形成的Sb絲相類似(見圖1a)。
上面說明了本發明。對于本領域技術人員顯而易見的變化和修改也屬于其范圍之內。
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51.γ(Bi)＝378mN/m，γ(Sb)＝367mN/m，數據來自于Smithells C J出版于1976年的“金屬參考書”，5thEd.(Butterworth-Heinemann)。
52.Sb的結合能是2.75電子伏特/原子，Bi的結合能是2.18電子伏特/原子，來自于Kittel C于1996年出版的“固態物理介紹(Introduction to Solid State Physics)”，7thEd.(Wiley紐約)57。
53.根據參考文獻49，假設Er/Ei＝0.50，其中Ei是入射動能。Ea的值通過倍乘系數f(θ)而基本確定[參見Hartley G S和Brunskill R T1958年在Danielli J F，Pankhurst K G A和Riddiford A C(Eds.)的“化學和生物學中的表面現象(Surface Phenomena in Chemistryand Biology)”(Pergamon倫敦)214]，其中f(120°)＝0.055，并且f(30°)＝0.75。
權利要求
1.一種在襯底上形成至少一條顆粒的傳導鏈的方法，所述方法包括或包含如下步驟a.改變所述襯底的表面以提供一個形貌特征，或者識別出所述襯底的表面上的一個形貌特征，b.制備多個顆粒，c.將多個顆粒沉積在所述襯底上，d.形成顆粒的傳導鏈。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟i.在所述襯底的表面上形成兩個或更多的觸點，該步驟可以-在步驟a之前、之后或者與步驟a同時，所述沉積在所述觸點之間的區域中進行，并且所述顆粒的傳導鏈位于所述觸點之間，或者-在步驟d之后，并且所述觸點可被布置成使所述顆粒的傳導鏈位于所述觸點之間，從而在所述觸點之間提供電傳導。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述改變包括在所述襯底的表面中形成臺階、凹陷或者隆起。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述改變包括形成基本上在所述觸點間延伸的槽，所述槽具有基本上為v型的橫截面或者為倒置的金字塔型結構。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述表面改變步驟·包括使用蝕刻并且利用襯底材料中各晶面的不同蝕刻速率，和/或·包括光刻。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述顆粒的尺寸為0.5納米至100微米，并且所述顆粒提供出寬度為0.5納米至100微米的鏈。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述顆粒是納米顆粒并且小于所述v型槽的尺寸，所述鏈是寬度為0.5納米至100微米的多個顆粒。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述顆粒由兩個或更多的原子組成，所述原子可以是相同或不同的元素。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述顆粒的傳導鏈的形成依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動，這些運動至少部分地取決于所述顆粒在被沉積前所獲得的動能。
10.如權利要求9所述的方法，其中兩個觸點被分開小于100微米的距離。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述觸點被分開小于1000納米的距離。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述絲的長度由所述觸點間的間隔、或者所述v型槽的長度、或者其它表面改變來定出。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述納米顆粒的平均直徑為0.5納米至1000納米。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述納米顆粒的制備和沉積步驟是通過惰性氣體的聚集實現的，并且所述納米顆粒是由相同或不同元素的多個原子組成的原子團簇。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述襯底為絕緣或半導體材料，更優選地所述襯底選自硅、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫、鍺、砷化鎵或任何其它的III-V半導體、石英或玻璃，并且所述納米顆粒選自鉍、銻、鋁、硅、鉑、鈀、鍺、銀、金、銅、鐵、鎳或鈷團簇。
16.如權利要求15所述的方法，其中可以通過以下方式中的一個或多個來控制顆粒的鏈的性質·控制在襯底上沉積團簇的入射角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·控制所述襯底上形貌特征的角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·通過控制惰性氣體聚集源和/或者相關的真空系統的氣體壓力和/或者管口直徑和/或者控制來自所述管口的氣體的速率，以調整或者控制待被沉積在所述襯底上的所述顆粒的所述動能；·控制所述襯底的溫度；·控制所述襯底的表面光滑度；·控制所述表面的類型和/或者特性。
17.如權利要求16所述的方法，其中形成所述至少一條傳導鏈由如下任一步驟實現i.監測所述觸點間的傳導，并在傳導開始時或者之后終止沉積，和/或ii.使用沉積速率監測器以獲得所需的絲的厚度。
18.如權利要求17所述的方法，其中在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
19.基本上根據權利要求1至18中任一項所述的方法制備的襯底上的顆粒的單條傳導鏈。
20.一種在襯底表面上的兩個觸點間形成傳導絲的方法，所述方法包括或包含如下步驟a.在所述襯底上形成觸點，b.制備多個顆粒，c.將多個顆粒沉積到至少在所述襯底上的所述觸點之間的區域內，d.通過監測所述兩個觸點間的傳導來監測所述傳導絲的形成，并在傳導開始時或者之后終止沉積，其中所述觸點被分開小于100微米的距離。
21.如權利要求20所述的方法，其中所述顆粒的傳導鏈的形成依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動，這些運動至少部分地取決于所述顆粒在被沉積前所獲得的動能。
22.如權利要求21所述的方法，其中所述顆粒的傳導鏈的形成依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動從而進入或者接近于形成在所述襯底表面中的形貌特征、或者進入或接近于已預先存在的形貌特征。
23.如權利要求22所述的方法，其中通過以下方式中的一個或多個來控制傳導絲的性質·控制在襯底上沉積團簇的入射角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·控制所述襯底上形貌特征的角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·通過控制惰性氣體聚集源和/或者相關的真空系統的氣體壓力和/或者管口直徑和/或者控制來自所述管口的氣體的速率，以調整或者控制待被沉積在所述襯底上的所述顆粒的所述動能；·控制所述襯底的溫度；·控制所述襯底的表面光滑度；·控制所述表面的類型和/或者特性。
24.如權利要求23所述的方法，其中在步驟a)或b)之前或者之后、但是至少在步驟c)之前存在如下附加步驟為形成傳導通路，改變表面以對沉積顆粒的定位提供形貌方面的幫助。
25.如權利要求24所述的方法，其中所述表面改變包括形成基本上在所述觸點間延伸的槽，所述槽具有基本上為v型的橫截面或者為倒置的金字塔。
26.如權利要求25所述的方法，其中所述顆粒的尺寸為0.5納米至100微米，所述顆粒由兩個或更多的原子組成并且所述顆粒提供出維度為0.5納米和100微米的鏈。
27.如權利要求26所述的方法，其中所述顆粒的制備和沉積步驟是通過惰性氣體聚集實現的。
28.如權利要求27所述的方法，其中所述襯底為絕緣或半導體材料；更優選地所述襯底選自硅、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫、鍺、砷化鎵或任何其它的III-V半導體、石英、玻璃，并且所述顆粒選自鉍、銻、鋁、硅、鉑、鈀、鍺、銀、金、銅、鐵、鎳或鈷團簇。
29.如權利要求28所述的方法，其中在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
30.一種基本上根據權利要求20至29中任一項所述方法制備的在襯底表面上的兩個觸點間的傳導絲。
31.一種在襯底表面上的兩個觸點間形成傳導絲的方法，所述方法包括或包含如下步驟a.在所述襯底上形成觸點，b.制備多個顆粒，c.將多個顆粒沉積到所述襯底上所述觸點之間的區域內，d.通過改變所述襯底以實現其形貌特征，或者利用已預先存在的可使所述顆粒形成所述絲的形貌特征，以得到基本上在所述兩個觸點間延伸的一條單絲。
32.如權利要求31所述的方法，其中所述顆粒的尺寸為0.5納米至100微米，并且所述顆粒提供出維度為0.5納米至到100微米的鏈。
33.如權利要求32所述的方法，其中所述顆粒的傳導鏈的形成依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動，這些運動至少部分地取決于所述顆粒在被沉積前所獲得的動能。
34.如權利要求33所述的方法，其中可以通過以下方式中的一個或多個來控制傳導絲的性質·控制在襯底上沉積團簇的入射角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·控制所述襯底上形貌特征的角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·通過控制惰性氣體聚集源和/或者相關的真空系統的氣體壓力和/或者管口直徑和/或者控制來自所述管口的氣體的速率，以調整或者控制待被沉積在所述襯底上的所述顆粒的所述動能；·控制所述襯底的溫度；·控制所述襯底的表面光滑度；·控制所述表面的類型和/或者特性。
35.如權利要求34所述的方法，其中所述觸點被分開小于100納米的距離，并且所述納米顆粒的平均直徑為0.5納米至1000納米。
36.如權利要求35所述的方法，其中所述納米顆粒的制備和沉積步驟是通過惰性氣體的聚集實現的，并且所述納米顆粒是由相同或不同元素的兩個或更多的原子組成的原子團簇。
37.如權利要求36所述的方法，其中所述襯底選自硅、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫、鍺、砷化鎵或任何其它的III-V半導體、石英或玻璃，并且所述納米顆粒選自鉍、銻、鋁、硅、鉑、鈀、鍺、銀、金、銅、鐵、鎳或鈷團簇。
38.如權利要求37所述的方法，其中在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
39.一種基本上根據權利要求30至38中任一項所述方法制備的在襯底表面上的兩個觸點間的傳導絲。
40.一種器件的制造方法，所述器件包括或需要在形成于襯底上的兩個觸點間的傳導通路，所述方法包括或包含如下步驟a.根據權利要求1、18或29中任一項所述的方法，在襯底表面上的兩個觸點之間制備傳導絲或者顆粒的傳導鏈，b.將所述觸點和絲合并入所述器件。
41.如權利要求40所述的方法，其中所述器件包括兩個或多個觸點，并且包括一條或多條傳導絲或者顆粒的鏈。
42.如權利要求41所述的方法，其中所述器件是納米級器件，并且所述絲或鏈為納米絲。
43.如權利要求42所述的方法，其中所述合并步驟導致產生下面的任一個或多個實施方案a.兩個基本觸點，它們之間具有傳導納米絲，以及在襯底上的至少一個第三觸點，所述第三觸點不與所述基本觸點電連接，從而可在放大或開關器件、晶體管或等同物中起柵極或其它元件的作用；和/或者b.兩個基本觸點，它們之間具有傳導納米絲，絕緣材料的上層或下層，以及至少一個第三觸點，所述第三觸點處在所述上層或下層的遠離所述基本觸點的端，由此使所述第三觸點可在開關器件、晶體管或等同物中起柵極或其它元件的作用；并且/或者c.所述觸點和/或者納米絲受氧化物或其它非金屬或半導體膜的保護，從而保護和/或者增強它的性質；并且/或者d.位于帶有觸點和納米絲的所述襯底表面上方的覆蓋層(它可以是摻雜或未摻雜的)，所述覆蓋層可以是也可以不是3的膜；e.所述納米顆粒在所述襯底表面上被退火；f.通過抗蝕劑、或其它有機化合物、或氧化物、或其它絕緣層來控制納米顆粒的位置，它們被施加在襯底上，然后利用光刻和/或者蝕刻得到處理以定出其中納米顆粒參與觸點之間的電傳導的一個或多個區域及其中納米顆粒將與傳導網絡絕緣的另外的一個或多個區域。
44.如權利要求43所述的方法，其中所述器件是晶體管或其它開關器件、膜沉積控制器件、磁場傳感器、化學傳感器、發光器件或光探測器件、或者溫度傳感器。
45.如權利要求44所述的方法，其中在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
46.一種基本上根據權利要求40至45中任一項制備的、包括或者需要在形成于襯底上的兩個觸點之間的傳導通路的器件。
47.根據本發明的第九個方面，它提供了一種包括或者需要在形成于襯底上的兩個觸點之間的傳導通路的納米級至微米級的器件，所述器件包括或包含i)在所述襯底上的至少兩個觸點，ii)在所述觸點間用于形成顆粒的傳導鏈或通路的多個顆粒。其中所述顆粒從惰性氣體聚集源沉積到所述表面上，并且其中所述顆粒的傳導鏈的形成依賴于所述顆粒穿過所述襯底表面或者在其上的遷移、滑動、彈跳或者其它運動，這些運動至少部分地取決于所述顆粒在被沉積前所獲得的動能。
48.如權利要求47所述的方法，其中顆粒的傳導鏈或通路的性質由以下方式中的一個或多個來控制·控制在襯底上沉積團簇的入射角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·控制所述襯底上形貌特征的角度，以影響顆粒的密度或者它們在所述襯底的任何一個或多個部分之中或者之上的滑動、粘附或彈跳的能力；·通過控制惰性氣體聚集源和/或者相關的真空系統的氣體壓力和/或者管口直徑和/或者控制來自所述管口的氣體的速率，以調整或者控制待被沉積在所述襯底上的所述顆粒的所述動能；·控制所述襯底的溫度；·控制所述襯底的表面光滑度；·控制所述表面的類型和/或者特性。
49.如權利要求48所述的方法，其中所述器件為納米級器件，所述顆粒為納米顆粒，并且所述觸點被分開小于1000納米的距離。
50.如權利要求49所述的方法，其中所述納米顆粒由兩個或多個原子組成，所述原子可以是相同或不同的元素、所述納米顆粒的尺寸可以是均勻或非均勻的，并且所述納米顆粒的平均直徑為0.5納米至1000納米。
51.如權利要求50所述的方法，其中所述襯底選自硅、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化銦錫、鍺、砷化鎵或任何其它的III-V半導體、石英或玻璃。
52.如權利要求51所述的方法，其中所述納米顆粒選自鉍、銻、鋁、硅、鉑、鈀、鍺、銀、金、銅、鐵、鎳或鈷團簇。
53.如權利要求52所述的方法，其中形成至少一條傳導鏈由如下任一步驟實現i.監測所述觸點間的傳導，并在傳導開始時或者之后終止沉積，和/或ii.改變所述襯底表面，或利用已預先存在的表面特征，從而當納米顆粒被沉積在改變的區域中或具有形貌特征的區域中時致使所述納米顆粒形成所述納米絲。
54.如權利要求53所述的方法，其中在沉積之前，可執行一個或多個以下處理·使顆粒電離·選擇顆粒的尺寸·對團簇進行加速和聚焦·對v型槽(或者其它模板)的表面進行氧化或者鈍化的步驟，用以改變入射顆粒隨后的運動·選擇顆粒和襯底材料以及顆粒的動能，從而使得顆粒在所述襯底的一部分(例如在位于表面改變之間的未改變區域)上彈跳，從而防止在所述襯底的這部分區域中形成傳導通路·選擇表面改變的尺寸(例如V型槽的寬度)，從而控制所形成的絲的厚度。
55.一種在襯底上的顆粒的單傳導鏈，其基本上如本文中參考任一個或多個附圖和或實施例所述。
56.一種在襯底表面上的兩個觸點之間的傳導絲，其基本上如本文中參考任一個或多個附圖和或實施例所述。
57.一種用于在襯底上的多個觸點間制備顆粒的單條傳導鏈的方法，其基本上如本文中參考任一個或多個附圖和或實施例所述。
58.一種用于在襯底表面上的兩個觸點間制備傳導絲的方法，其基本上如本文中參考任一個或多個附圖和或實施例所述。
全文摘要
描述了一種制備例如在電子器件中使用的導電絲狀結構的方法，以及通過這種方法形成的器件。這種制備上述結構的方法的一個實施例依賴于使用表面模板輔助形成絲狀結構以實現的傳導顆粒的組裝。所述結構可以在納米級上制備，但是也可達到微米級。
文檔編號H01L29/775GK1768001SQ200480008482
公開日2006年5月3日 申請日期2004年1月29日 優先權日2003年2月7日
發明者西蒙·安東尼·布朗, 詹姆士·戈登·帕特里奇 申請人:納米簇設備公司