包含延長(zhǎng)納米級(jí)元件的器件及制造方法

專利名稱：包含延長(zhǎng)納米級(jí)元件的器件及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含延長(zhǎng)納米級(jí)元件的器件以及該器件的制造。該器件包含具有例如碳納米管的延長(zhǎng)納米級(jí)元件的外延生長(zhǎng)層。
背景技術(shù)：
自從集成電路和計(jì)算機(jī)芯片出現(xiàn)，這些器件的性能正在以顯著的速度增加，主要是由集成電路基本元件微型化和增加芯片中元件密度的能力的進(jìn)展來(lái)推動(dòng)的進(jìn)步使得每單位區(qū)域的集成電子器件能夠執(zhí)行更多的功能。然而，這種技術(shù)已經(jīng)接近達(dá)到例如金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的傳統(tǒng)元件微型化所可能的極限。舉例來(lái)說(shuō)，幾何結(jié)構(gòu)正在逐漸接近由于材料擴(kuò)散引起的散熱和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的極限，同時(shí)用于確定電路結(jié)構(gòu)的平版印刷技術(shù)也逐漸接近于它們的分辨率極限。
不同類型的延長(zhǎng)納米級(jí)元件已經(jīng)存在，一個(gè)重要的例子是碳納米管。碳納米管是碳的納米結(jié)構(gòu)管狀分子。納米管擁有潛在的對(duì)許多技術(shù)應(yīng)用非常有用的電的和機(jī)械的性能。納米管以多壁碳納米管和單壁碳納米管的形式存在。
例如碳納米管的延長(zhǎng)納米級(jí)元件的小尺寸使得處理延長(zhǎng)納米級(jí)元件非常具有挑戰(zhàn)性。已經(jīng)提出了將碳納米管結(jié)合到器件中的一些方式。US 6,515,325以及US 5,581,091都揭示了在垂直的納米管上材料的生長(zhǎng)，其中僅僅在納米管的末端和頂端表面上是快速生長(zhǎng)的。WO 00/63115和WO 02/081366都揭示了通過(guò)在玻璃基片上高溫分解形成包含層的納米管的可能性，以及其后借助于另一種材料快速生長(zhǎng)包含層的納米管來(lái)形成部件，例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、電極等。
在許多應(yīng)用中，使用外延生長(zhǎng)材料是形成某些結(jié)構(gòu)的先決條件，并且外延生長(zhǎng)材料在許多技術(shù)應(yīng)用中形成了主干，例如芯片的制造和如光學(xué)、電子、機(jī)械和傳感器部件的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供使用外延材料快速生長(zhǎng)延長(zhǎng)納米級(jí)元件的一種方法。
本發(fā)明的另一目的是提供制造優(yōu)于集成電路類型傳統(tǒng)電子設(shè)備器件的器件的一種方法。
依照本發(fā)明的第一方面，上面所述的和其它的目的可以通過(guò)提供用至少一個(gè)外延層快速生長(zhǎng)延長(zhǎng)納米級(jí)元件的一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟(a)提供基片，其中此基片或者至少基片的頂層具有支持外延層的外延生長(zhǎng)的表面；(b)將延長(zhǎng)納米級(jí)元件置于該基片上；(c)用外延層外延地快速生長(zhǎng)該基片和延長(zhǎng)納米級(jí)元件，并且由此至少部分地將該延長(zhǎng)納米級(jí)元件封裝到外延生長(zhǎng)層中；并且(d)在該層中制備一個(gè)或者多個(gè)部件，該一個(gè)或者多個(gè)部件通過(guò)平版印刷的方式制備。
延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以是任何類型的延長(zhǎng)納米級(jí)元件，例如納米管、像納米棒或納米須的納米線。延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以延長(zhǎng)為大分子，例如蛋白質(zhì)，并且延長(zhǎng)納米級(jí)元件也可以延長(zhǎng)為納米級(jí)聚合分子，例如DNA。延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以是無(wú)機(jī)或者有機(jī)納米級(jí)元件，延長(zhǎng)納米級(jí)元件也可以是分子鏈，如聚合鏈，或者延長(zhǎng)納米級(jí)元件是單一延長(zhǎng)分子如碳-70。延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以具有任何類型的延長(zhǎng)形狀，例如大體上的圓柱狀，大體上的橢圓狀等。
納米級(jí)元件可以是無(wú)縫元件，例如無(wú)縫實(shí)心元件或者無(wú)縫中空元件，其可能擁有核心結(jié)構(gòu)。可以從外部來(lái)源提供納米級(jí)元件給基片，也就是不直接在基片上生長(zhǎng)或者合成。納米級(jí)元件可以是一種或者多種部件的活性結(jié)構(gòu)，例如包括活性結(jié)構(gòu)的單一元件，包括活性結(jié)構(gòu)的元件群或者包括活性結(jié)構(gòu)的很多元件。
納米級(jí)元件可以化學(xué)合成、外延生長(zhǎng)、如烴基氣體的催化分解生長(zhǎng)或者由在本領(lǐng)域技術(shù)中公知的任何其它方法得到。
納米級(jí)元件可以是絕緣的、半導(dǎo)體的或者金屬的，這取決于納米級(jí)元件材料的特性以及對(duì)于此材料所可能的例如摻雜物的添加物的特性。該納米級(jí)元件長(zhǎng)度可以達(dá)到1厘米，例如可以達(dá)到0.5厘米，例如達(dá)到5微米，例如1000納米，例如達(dá)到500納米，例如達(dá)到250納米以及例如達(dá)到100納米。納米級(jí)元件可以具有從1納米到1厘米的長(zhǎng)度，例如從100納米到1000微米，從250～500納米。元件的直徑可以從小于1納米到幾十納米的級(jí)別，例如0.1～100納米，例如1～50納米，例如2～40納米，例如3～30納米，例如4～20納米，例如5～10納米。
優(yōu)選的納米級(jí)元件可以是碳納米管。碳納米管可以是上述的單壁或者多壁的。單壁納米管的典型直徑是1納米數(shù)量級(jí)，而多壁納米管可以達(dá)到數(shù)十納米數(shù)量級(jí)。碳納米管可以具有達(dá)到大約1厘米的長(zhǎng)度，但是其長(zhǎng)度通常在微米的范圍內(nèi)。碳納米管可以是半導(dǎo)體的，本征半導(dǎo)體的或者摻雜半導(dǎo)體的，并且在一些應(yīng)用中，優(yōu)選采用高濃度摻雜半導(dǎo)體納米管。進(jìn)一步地，納米管可以是導(dǎo)電的，例如金屬導(dǎo)體。這兩種類型都以在管方向電子的一維傳輸為特征。
一個(gè)或者多個(gè)部件可以通過(guò)采用平版印刷確定的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行蝕刻來(lái)制造。例如，一個(gè)或者多個(gè)部件可以通過(guò)采用下述標(biāo)準(zhǔn)平版印刷技術(shù)之一，單獨(dú)地或者組合地進(jìn)行制備電子束、X射線束、離子束、紫外平版印刷、AFM平版印刷、納米印刻平版印刷、蔭罩(shadow mask)技術(shù)等。
采用外延層快速生長(zhǎng)的延長(zhǎng)納米級(jí)元件提供一種具有合成在其中的延長(zhǎng)納米級(jí)元件的外延層。外延層可以在許多技術(shù)應(yīng)用中用作重要的元件，取決于如何把延長(zhǎng)納米級(jí)元件合成到外延層。
依照本發(fā)明的另一方面，上述的和其它目的可以通過(guò)提供一種制造電子器件和/或部件的方法以及提供電子器件和/或部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
該器件可以是電子器件，例如包含至少一個(gè)金屬氧化物型的集成電子部件的集成電路。因此，該器件可以是相應(yīng)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體集成電路的集成電路器件，但其具有由于延長(zhǎng)納米級(jí)元件合成到外延層而產(chǎn)生的改善的特性。而且，器件可以是依照本發(fā)明的任何其它類型的器件，例如發(fā)光器件、電子發(fā)射器件、自旋電子器件、傳感器器件等。
可以制造包含任何類型延長(zhǎng)納米級(jí)元件的部件，舉例來(lái)說(shuō)，如包含單壁或者多壁納米管，并且也可以制造包含單壁和多壁納米管混合體的部件。
與傳統(tǒng)的晶體管部件相比，由于例如碳納米管的延長(zhǎng)納米級(jí)元件的較小尺寸，可以制造出占據(jù)更小的空間集成電路。另外由于如碳納米管的延長(zhǎng)納米級(jí)元件具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，當(dāng)在集成電路中采用碳納米管或者具有良好導(dǎo)熱性的其它類型的延長(zhǎng)納米級(jí)元件時(shí)抑制了熱的問(wèn)題，其與采用傳統(tǒng)晶體管部件的集成電路相比，進(jìn)一步地有利于在較小的空間中堆積更多的部件。
當(dāng)集成電路尺寸減少時(shí)，由于信號(hào)的傳輸距離縮短，電路計(jì)算速度增加。通過(guò)采用如碳納米管的延長(zhǎng)納米級(jí)元件來(lái)作為在CMOS基晶體管中的通道或者在雙極晶體管中的基極，由于通過(guò)使用碳納米管使得損耗降低，器件的能耗能夠顯著的減少。優(yōu)選地，器件可以是包含外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體異構(gòu)部件的器件。
由于例如碳納米管、鉑納米線等許多類型的延長(zhǎng)納米級(jí)元件的高熱導(dǎo)性，通過(guò)外延層快速生長(zhǎng)并因此形成包含延長(zhǎng)納米級(jí)元件的層的延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以用作熱散發(fā)層?；涂焖偕L(zhǎng)的延長(zhǎng)納米級(jí)元件可能因此形成制造包含例如高功率部件、激光器或者其它發(fā)熱部件的器件的基礎(chǔ)，其中快速生長(zhǎng)的延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以提供以通過(guò)或者離開(kāi)該層的任何方式來(lái)消除、傳導(dǎo)、發(fā)散或者傳遞熱量的層。
例如碳納米管的熱導(dǎo)率依賴幾個(gè)因素，例如沿納米管的單元長(zhǎng)度、納米管的類型和溫度。熱導(dǎo)率可以在1500～600W/mK之間，例如在2000～3500W/mK之間，例如在2600～3200W/mK之間，例如在300K時(shí)測(cè)得3000W/mK。
配置于在含層散熱延長(zhǎng)納米級(jí)元件之上生長(zhǎng)的外延材料中或之上的部件或者器件在其結(jié)構(gòu)中散發(fā)的熱量，隨后可以從該部件或者器件中導(dǎo)離，來(lái)保證器件的冷卻并且避免過(guò)熱。這樣，由于許多電子部件在運(yùn)行中的過(guò)熱是部件性能的至關(guān)重要的方面，包含層的延長(zhǎng)納米級(jí)元件因而可以為在例如電子芯片中的部件提供熱傳導(dǎo)層，以傳導(dǎo)與流過(guò)關(guān)鍵區(qū)域的高電流密度相關(guān)的熱量。
合成到外延材料中的延長(zhǎng)納米級(jí)元件也可以用作機(jī)械器件，例如在納米電子機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)。舉例來(lái)說(shuō)，自由懸于兩外延材料塊之間的碳納米管可以以例如GHz的很高頻率振動(dòng)。以GHz振動(dòng)的納米管可以制造一些器件，這些器件能夠以可與通訊所采用的電磁振蕩頻率相當(dāng)?shù)念l率振蕩，因此，例如其可以用于在NEMS傳感器中的傳感元件，該NEMS傳感器能夠探測(cè)在通訊中所采用頻率的電磁輻射。
首先提供了支持外延生長(zhǎng)的基片?；饔弥辽偈请p重的，基片至少在器件制造的整個(gè)過(guò)程中是器件的載體，并且基片確定可生長(zhǎng)在其上的外延層的特性。因此基片的選擇是基于所希望的外延層的特性?；梢允前瑤讓踊蛘叨鄬拥膶盈B的基片，或者基片可以由單層的單一材料形成。在基片是層疊的情況下，僅是基片的頂層支持外延生長(zhǎng)。為了使基片支持外延生長(zhǎng)，基片的表面優(yōu)選是充分地秩序良好的，也就是，基片的表面優(yōu)選是實(shí)質(zhì)性的晶體狀，尤其優(yōu)選是實(shí)質(zhì)性的單晶形材料。
外延層生長(zhǎng)可以是匹配的或者有應(yīng)力的，這由基片和外延層的特性決定。也就是，如果在基片或者至少基片頂層與至少外延層的底層之間存在晶格不匹配，外延層可能是有應(yīng)力的，反之，如果在實(shí)質(zhì)上在基片和外延層之間不存在不匹配，實(shí)質(zhì)上應(yīng)力不可能在外延層中存在。
將延長(zhǎng)納米級(jí)元件置于基片上并且基片包含的延長(zhǎng)納米級(jí)元件通過(guò)外延層快速生長(zhǎng)，所以外延層的材料與在延長(zhǎng)納米級(jí)元件下面的晶體處于外延協(xié)調(diào)的狀態(tài)。例如將碳納米管封裝在外延層中使其具有物理特性的獨(dú)特組合，例如碳納米管的內(nèi)在小尺寸、熱導(dǎo)率和強(qiáng)度以及外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的公知特征，例如在其中形成各種具有好性能的半導(dǎo)體器件的能力，而且保持外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的靈活性，允許例如采用平板印刷術(shù)在外延層中制備包含部件的一個(gè)或者多個(gè)碳納米管。延長(zhǎng)納米級(jí)元件的許多不同的配置可以想到。例如延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以作為包含在集成電路中的部件的互連?；蛘呖梢灾苽洳煌膶有?，例如三層序列(a、b、c)延伸為多層序列，例如(a、b、c、d、e、…)，其中b是碳納米管，而a、c、d、e、…可以代表電極或者半導(dǎo)體器件層等。
外延生長(zhǎng)材料的使用提供了非常高精度地控制器件原子/分子組成的重要手段，同樣重要的是摻雜面也能夠精密的控制。例如，具有相對(duì)低摻雜濃度的半導(dǎo)體層可以外延生長(zhǎng)在具有高得多濃度的同樣類型摻雜物的基片上。例如這可能用于具有非常薄的基極區(qū)的晶體管的制造，并因此在高頻操作時(shí)是有效的。通常地，外延生長(zhǎng)材料的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是特性的突變而不中斷單晶體的生長(zhǎng)。這一點(diǎn)的重要用處是用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管和激光器的量子阱。帶偏移可以置入雙極晶體管。
例如電子器件的制造是高度優(yōu)化的，使新穎方面進(jìn)入到制造過(guò)程變得困難。由于對(duì)本發(fā)明的某些方面，把延長(zhǎng)納米級(jí)元件置入器件中僅必須一些附加步驟，所以本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)兼容。而且，包含由外延層生長(zhǎng)的延長(zhǎng)納米級(jí)元件的基片可以由基片供應(yīng)者提供，因此實(shí)質(zhì)上無(wú)必要對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行修改。因此本發(fā)明覆蓋從為得到具有改進(jìn)特性的結(jié)構(gòu)類似的器件而對(duì)制造方法的微小修改，以及其中器件的某些方面包括傳統(tǒng)部件而器件的某些區(qū)域包括延長(zhǎng)納米級(jí)元件器件改進(jìn)部件的混合器件，到主要地包含延長(zhǎng)納米級(jí)元件改進(jìn)部件的器件的全部范圍。
外延層可以是半導(dǎo)體層，因此使部件至少部分地在外延半導(dǎo)體層內(nèi)形成為半導(dǎo)體部件，并從而形成半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體層可以是本征的，即未摻雜的半導(dǎo)體層，或者非本征的，即摻雜的半導(dǎo)體層。包含外延層的部件可能或不一定包括含延長(zhǎng)納米級(jí)元件的外延層?；诎庋訉硬考募呻娐房梢园ê娱L(zhǎng)納米級(jí)元件的部件和不含延長(zhǎng)納米級(jí)元件的部件。在半導(dǎo)體層中形成的部件可以利用延長(zhǎng)納米級(jí)元件器件或利用包含延長(zhǎng)納米級(jí)元件器件的互連來(lái)相互連接。外延層也可以是高濃度摻雜的半導(dǎo)體層或者金屬層，例如在此情況下該層可以用作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的反向門。
可以采用幾個(gè)不同技術(shù)中的一個(gè)或者多個(gè)技術(shù)進(jìn)行外延層生長(zhǎng)，例如采用分子束外延(MBE)，其對(duì)于例如GaMnAs、GaAs的許多材料的組合是優(yōu)選的生長(zhǎng)方法，并且具有使不同材料間的界面能夠精密地并很好地確定的優(yōu)點(diǎn)。然而，其它材料組合可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、金屬有機(jī)CVD(MOCVD)、金屬有機(jī)氣相相外延(MOVPE)、超真空CVD(UHVCVD)、化學(xué)束外延(CBE)，或者通過(guò)液相沉積(LPE)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些技術(shù)都允許對(duì)較厚的外延層有用的高生長(zhǎng)速率。
外延層的厚度可以依照特定的部件并依照外延材料以及所采用的生長(zhǎng)技術(shù)而變化。外延層可以生長(zhǎng)得僅有一個(gè)原子層的厚度，即大概0.1納米的厚度，以及具有達(dá)到一毫米的厚度。因此，外延層的厚度可以在5納米到5微米之間，例如厚度在5納米到1微米，例如厚度在5納米到500納米之間，例如厚度在5納米到100納米之間，例如厚度在10納米到75納米之間，例如厚度在20納米到50納米之間，例如厚度在20到30納米之間。
外延層可以是磁性的。外延層可以是磁性的和半導(dǎo)體的，然而，不考慮外延層的導(dǎo)電性，外延層也可以是磁性的。磁性層使電子部件利用電子的自旋，并且因而使所謂的自旋電子部件成為可能。自旋電子利用電子的自旋狀態(tài)，產(chǎn)生具有新功能的新穎器件。而且，自旋電子器件與電子器件相比通常具有低功耗和較高的開(kāi)關(guān)頻率。因?yàn)樵谧孕娮悠骷袥](méi)有充電的RC時(shí)間常數(shù)，所以自旋電子器件比采用電荷的器件具有更快的速度。
外延層可以包括如以下的材料，GaMnAs、GaAlAs、GaAs、SiGe、GaInAs、InP、Si、SiGe、GaN、GaAlN、Al、Ag、Au、Cu、如MnGa的金屬合金和單與雙錳鋁銅強(qiáng)磁性合金(CoMnGa、Co2MnGa)以及半金屬鐵磁體、有機(jī)半導(dǎo)體，例如3，4，9，10-二萘嵌苯四酸(perylenetetracarboxylic)、3，4，9，10-二酐(dianhydride)(PTCDA)和4，9，10-二萘嵌苯四酸二酐(PTCDA)染色劑分子。
外延材料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是后處理過(guò)程，例如由平板印刷對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)定，可以在外延材料中比在例如非結(jié)晶材料的非外延材料中更精密地和更具有再現(xiàn)性地完成。而且，為了在采用蝕刻的情況下獲得優(yōu)化的結(jié)構(gòu)控制，使用外延層結(jié)構(gòu)可以允許生長(zhǎng)例如蝕刻阻止層。
基片或者至少基片的頂層可以是半導(dǎo)體層?；蛘咧辽倩捻攲涌梢允前雽?dǎo)體的，所以基片或者至少基片的頂層的材料是本征半導(dǎo)體材料?；蛘咧辽倩捻攲右部梢允菗诫s的半導(dǎo)體，并且基片或者至少基片的頂層可以摻雜為N型或P型。
基片可以包含這些材料，例如GaAs、Si、SiN、SiC、玻璃、金屬氧化物、例如氧化鋁?；部梢园孔于?、2維電子氣、激光結(jié)構(gòu)、光學(xué)探測(cè)器等。而且，基片可以是提供例如上述材料的任何材料外延快速生長(zhǎng)的基礎(chǔ)的任何基片。
基片或者至少基片的頂層可以通過(guò)分子束外延、通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法(MOCVD或UHVCVD)或通過(guò)液相沉積方法或任何其它生長(zhǎng)方法來(lái)生長(zhǎng)。基片可以是任何商業(yè)上可得到的晶狀基片，例如Czochralski、Bridgmann或浮區(qū)法生長(zhǎng)材料或任何由物理蒸氣傳輸或任何流動(dòng)生長(zhǎng)材料。
為促進(jìn)例如平板印刷模板的正確定位，或?yàn)槭乖谄骷砻嫔咸囟▍^(qū)域的定位更容易，或?yàn)槿魏纹渌?，基片?或頂層可以包括定位標(biāo)記。定位標(biāo)記可以具有突出的形式，例如凸起、或下陷，并且定位標(biāo)記可以有任何形狀。定位標(biāo)記可以在過(guò)程的任何階段中形成，并且定位標(biāo)記可以隨后在過(guò)程中由例如用于形成外延層的材料覆蓋。正常地，定位標(biāo)記可以具有這樣的一種尺寸和結(jié)構(gòu)以至于另外的材料對(duì)標(biāo)記的可能覆蓋不會(huì)影響標(biāo)記的目的，例如特定區(qū)域的定位或重新定位。定位標(biāo)記可以例如由聚焦離子束平板印刷、光學(xué)的或電子束平板印刷(繼之以蒸發(fā)或蝕刻)、沖壓、機(jī)械印刷術(shù)等制作。
基片或者至少基片的頂層可以由阻擋層覆蓋，也就是阻擋層可以置于基片和外延層之間。例如阻擋層可以是為匹配至少基片的頂層和外延層的晶格常數(shù)而設(shè)置的緩沖層。晶格常數(shù)可以通過(guò)在至少基片的頂層和外延層之間提供大體上理想的界面來(lái)匹配。也可以為阻礙在基片和外延層之間的內(nèi)擴(kuò)散，或者為任何其它原因而設(shè)置阻擋層。
阻擋層可以是為了將基片和外延層絕緣而設(shè)置的絕緣層，例如為了將反向門和在晶體管類型器件中的器件絕緣。在此情況下，為在阻擋層兩側(cè)的材料之間的邊界區(qū)域周圍電子特性中施加突變，阻擋層就是在兩種材料之間的突變。阻擋層還可以設(shè)置成電阻擋層，因?yàn)樵诨妥钃鯇又g或者阻擋層和外延層之間不同的電子特性。例如在兩層GaAs層之間有GaAs/AlAs超晶格的情況下，阻擋層也可以用作在基片和外延層之間的通道阻擋層。
這些阻擋層可以由堆疊的層組成，舉例來(lái)說(shuō)，所以該阻擋層可以由一系列的交互層組成。至少一層可以包含與基片材料或頂層材料相應(yīng)的材料。也就是說(shuō)，如果基片是GaAs層，那么阻擋層可以包含例如以GaAs層形式存在的鎵?；蛘咦钃鯇涌梢园缫訟lAs層形式存在的砷。替代地，阻擋層可以包含材料層，其中這些層中的材料的成分會(huì)逐漸的改變。例如硅表面上的阻擋層可以包含硅層，其中鍺的量逐漸地增加到與SiGe外延層的量相匹配，從而在阻擋層上可以生長(zhǎng)出SiGe外延層，其中由于阻擋層的存在減小了應(yīng)力，所以與有應(yīng)力的無(wú)阻擋層的SiGe層的生長(zhǎng)相比，減小了位錯(cuò)密度。
這些阻擋層可以形成超晶格。也就是說(shuō)，阻擋層可以是由交互的超薄層組成的周期性結(jié)構(gòu)，其周期小于交互層中的電子的電子平均自由程。
層堆中的層的厚度可以在1納米到5納米之間，例如在1納米到3納米之間的厚度，例如在2納米到4納米之間的厚度，例如2納米的厚度。因此層堆的厚度可以在5納米到1000納米之間，例如在25納米到750納米之間，例如在50納米到500納米之間，例如在75納米到250納米之間，例如100納米的厚度。堆疊的厚度取決于層的厚度和層的數(shù)量。例如，第一類例如GaAs的100層可以與第二類例如AlAs的100層交互，因此構(gòu)成包含200層的阻擋層。
基片或至少基片的頂層可以由第一保護(hù)層覆蓋。在阻擋層覆蓋基片的情況下，阻擋層而不是基片可以由第一保護(hù)層覆蓋。
為了能夠在材料頂層上生長(zhǎng)出外延層，材料的表面品質(zhì)對(duì)生長(zhǎng)是必需的。舉例來(lái)說(shuō)，由于暴露于環(huán)境空氣中所產(chǎn)生的氧化作用、例如來(lái)自空氣的環(huán)境碳的其它部件的粘附、塵土微粒等，都可能有破壞性以至于不能生長(zhǎng)出外延層。因此，保證基片、基片的頂層或阻擋層是容許外延層生長(zhǎng)的種類，也就是說(shuō)因而其表面是分子平滑的并且去除了例如氧的有害物質(zhì)，這一點(diǎn)是重要的。
第一保護(hù)層是用來(lái)保護(hù)在保護(hù)層下面的材料表面區(qū)域。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)阻擋層在例如像第一MBE室的第一生長(zhǎng)室中制備后，可能有必要把表面暴露在環(huán)境空氣中，而另外的程序步驟可以在例如第二MBE室或CVD室的第二生長(zhǎng)室中發(fā)生。
此外，在延長(zhǎng)納米級(jí)元件的沉積期間使表面暴露到環(huán)境空氣，或至少在從生長(zhǎng)室到延長(zhǎng)納米級(jí)元件沉積室并返回到生長(zhǎng)室的基片傳送期間，使表面暴露到環(huán)境空氣，可能是必需的。
如果暴露于環(huán)境空氣中，阻擋層的表面區(qū)域可能會(huì)被破壞，因此可以設(shè)置第一保護(hù)層。
在近一步處理之前提供第一保護(hù)層是為了保護(hù)阻擋層或基片，舉例來(lái)說(shuō)這是因?yàn)榘牙绨娱L(zhǎng)或未延長(zhǎng)納米級(jí)元件的基片的中間器件暴露于有危害的環(huán)境中是必須的。然而，中間器件可以在對(duì)器件無(wú)害的環(huán)境中恢復(fù)，并且在制備過(guò)程可以繼續(xù)之前，除去第一保護(hù)層通?？赡苁潜匾?。
第一保護(hù)層可以是非結(jié)晶砷、硫磺、氫、氧的層或例如在生長(zhǎng)室里可去除的任何其它材料層，而不會(huì)損害延長(zhǎng)納米級(jí)元件、基片、任何存在的阻擋層或已經(jīng)在基片里存在的部件。
因此，例如，制造此器件的方法可以包含在外延快速生長(zhǎng)基片和延長(zhǎng)納米級(jí)元件步驟之前的退火步驟。此步驟是為了去除第一保護(hù)層而不影響基片或至少基片的頂層，也不影響存在的阻擋層，或沉積的延長(zhǎng)納米級(jí)元件。優(yōu)選地，在低于剩余材料和延長(zhǎng)納米級(jí)元件的任何降解溫度的溫度下蒸發(fā)第一保護(hù)層。在第一保護(hù)層是非結(jié)晶砷并且延長(zhǎng)納米級(jí)元件是碳納米管的情況下，碳納米管擁有與砷層的相當(dāng)大的接觸面并且砷層一個(gè)原子一個(gè)原子的升華，由此在砷層蒸發(fā)過(guò)程中和結(jié)束后，碳納米管以其沉積時(shí)相同的結(jié)構(gòu)保留在表面上。
外延層可以由第二層保護(hù)層覆蓋，第二層保護(hù)層可以介于2納米和500微米之間，例如可以在10納米到250微米之間，例如在25納米到100微米之間，例如在50納米到1000納米之間，例如在100納米到500納米之間，例如250納米厚。為了永久保護(hù)器件不受環(huán)境空氣的影響，例如保護(hù)器件以機(jī)械地抗刮擦、塵土顆粒等，第二保護(hù)層可以位于快速生長(zhǎng)延長(zhǎng)納米級(jí)元件的外延層上方。
部件可以用半導(dǎo)體的或?qū)w的例如納米管的延長(zhǎng)納米級(jí)元件來(lái)制備，并且部件也可以用半導(dǎo)體的和導(dǎo)體的延長(zhǎng)納米級(jí)元件的混合物來(lái)做制備。例如，相互的連絡(luò)可以是或可以包含延長(zhǎng)的導(dǎo)體的納米級(jí)元件，而包含到單獨(dú)部件中的延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以是半導(dǎo)體性質(zhì)的。
延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以在能夠形成延長(zhǎng)納米級(jí)元件的任何材料中制備，例如，它可由碳、Si、SiC、B、BN、Pt、SiGe、Ge、Ag、Pb、ZnO、GaAs、GaP、InAs、InP、Ni、Co、Fe、Pb、CdS、CdSe、SnO2、Se、Te、Si3N4、MgB2等制成。
可以通過(guò)任何公知的技術(shù)將延長(zhǎng)納米級(jí)元件置于表面。例如碳納米管的納米級(jí)元件的技術(shù)領(lǐng)域正在以顯著的速度發(fā)展，并且設(shè)想到任何可以用于將延長(zhǎng)納米級(jí)元件置于表面的方法。延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以使用許多方法生產(chǎn)出來(lái)，并且隨后置于支持外延生長(zhǎng)的表面。例如，碳納米管可以通過(guò)激光燒蝕、電弧方法、化學(xué)氣相沉積(VCD)或高壓CO轉(zhuǎn)化(HIPCO)合成來(lái)生成。碳納米管也可以通過(guò)液態(tài)沉積的方式置于基片。而且，催化材料的島狀物或微?？梢灾糜诨?，并且碳納米管可以在基片上從催化材料中生長(zhǎng)。目前優(yōu)選地，采用液態(tài)沉積將激光燒蝕的碳納米管置于表面。
在其它方面，生長(zhǎng)方法的特定選擇取決于生長(zhǎng)溫度和外延層的生長(zhǎng)溫度。例如，當(dāng)外延層是例如Si、SiGe或GaN時(shí)，因?yàn)镃VD碳納米管的生長(zhǎng)溫度和這些外延層的生長(zhǎng)溫度都是大約900-1000℃，所以可以使用利用CVD技術(shù)生長(zhǎng)的碳納米管。
為了獲得在基片上的延長(zhǎng)納米級(jí)元件的特定方向或定位，在沉積外延層之前處理納米管或任何其它類型的外延納米級(jí)元件的位置可能是必要的。利用原子力顯微鏡(AFM)可以處理這些延長(zhǎng)納米級(jí)元件?？梢杂迷恿︼@微鏡(AFM)以預(yù)先確定的方式來(lái)掃描表面一次或數(shù)次，從而可以得到表面上納米管的預(yù)定好的空間分布。也可以應(yīng)用電磁場(chǎng)來(lái)控制延長(zhǎng)納米級(jí)元件的空間分布。例如延長(zhǎng)納米級(jí)元件的空間分布也可以通過(guò)制備將延長(zhǎng)納米級(jí)元件置于其上的表面來(lái)控制，即基片的表面或阻擋層的表面，通過(guò)這種方式延長(zhǎng)納米級(jí)元件得到預(yù)定好的空間分布。延長(zhǎng)納米級(jí)元件也可以在液態(tài)或氣態(tài)流中生長(zhǎng)并依據(jù)此流排列。而且，可以以延長(zhǎng)納米級(jí)元件之間的相互作用導(dǎo)致預(yù)定好的空間分布的方式在化學(xué)上改變延長(zhǎng)納米級(jí)元件。
然而，并不是本發(fā)明的所有方面都要求處理延長(zhǎng)納米級(jí)元件的空間分布。延長(zhǎng)納米級(jí)元件以某一方式置于表面，以至于延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以以隨機(jī)或明顯或充分的方式存在。將延長(zhǎng)納米級(jí)元件合成到外延層可能對(duì)某些異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利。例如，在延長(zhǎng)納米級(jí)元件器件是碳納米管的情況下，能承受高電流密度的碳納米管可以提供具有改進(jìn)性能的部件，或者能夠除熱的碳納米管可以提供為了操作而不要求廣泛冷卻的部件。
例如，金屬接觸墊可以通過(guò)平板印刷和升離的方法制備并連接到部件。例如為使部件與標(biāo)準(zhǔn)芯片載體接觸，可以制備金屬接觸墊。
部件可以是電子部件，例如下面電子晶體管中的一種JFET、MESFET，MOSFET、雙極晶體管、肖特二極管、旋轉(zhuǎn)閥晶體管、單極電子晶體管等。
舉例來(lái)說(shuō)，例如碳納米管的延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以充當(dāng)晶體管的門元件。
電子部件也可以是下列電子部件之一p-n二極管、肖特二極管、整流器、低溫管器件、高頻率約瑟夫森效應(yīng)面結(jié)型二極管和非線性探測(cè)器、超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)等。
例如，這種情況下，碳納米管或另一類型的延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以充當(dāng)電子部件中的連接元件。
電子部件可以是電荷或自旋記憶部件，其中納米管或其它類型的延長(zhǎng)納米級(jí)元件用作電荷或自旋記憶的部分。
此器件可以是電子器件。例如，這個(gè)器件可以是集成電路。
此電子器件可以是包含一個(gè)或多個(gè)前面所述的電子部件的電子電路。
延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以充當(dāng)電子器件中的任何電子部件之間的互連。例如，延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以充當(dāng)在所有電子部件之間或在部分電子部件之間的互連。替代地，延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以合成在電子部件之間的互連中。
單片式集成電路系統(tǒng)可以由重復(fù)上述方法來(lái)形成。也就是，單片式集成電路可以通過(guò)當(dāng)依照上述方法時(shí)形成一層直到完成一個(gè)單片式集成電路來(lái)形成。
包含外延層的延長(zhǎng)納米級(jí)元件可以充當(dāng)熱傳導(dǎo)層。例如，為提供具有改善的熱傳導(dǎo)能力的單片式集成電路，在單片式集成電路中可以有一層或多層的層。
光學(xué)器件、NEMS或傳感器器件也可以通過(guò)上述方法來(lái)制備。
應(yīng)了解本發(fā)明的特征允許在任何組合中進(jìn)行組合而不偏離本發(fā)明范圍。
本發(fā)明的特征和/或優(yōu)點(diǎn)將在下文的具體實(shí)施例中得到體現(xiàn)和闡述。


圖1說(shuō)明了納米管FET。
圖2a-2d說(shuō)明了依照本發(fā)明的器件的制造。
圖3a-3c說(shuō)明了固定在芯片載體上的器件。
圖4說(shuō)明了二維電子氣FET。
圖5說(shuō)明了含納米管的激光器件。
圖6說(shuō)明了納米電子機(jī)械系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
參照?qǐng)D1、2和3，說(shuō)明了一種簡(jiǎn)單器件和簡(jiǎn)單器件實(shí)例的制造中所包含的主要過(guò)程步驟，也就是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的制造。
圖1表示FET部件1。該器件是包含與導(dǎo)線(未示出)電氣相連的源極2和漏極3以及門極4的三端子器件。源極和漏極用電磁半導(dǎo)體材料——Ga1-xMnxAs(GaMnAs)制成，但也可能用其它適合半導(dǎo)體的材料制成。源極2和漏極3通過(guò)單壁納米管6相連。源極2、漏極3和門極4的電極可以是從納米管之上的外延層中形成的半導(dǎo)體元件?？梢杂妙愃频脑O(shè)計(jì)獲得單個(gè)的電子晶體管器件。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2a到2d討論論述這種器件的制造。這種器件的制造是在例如UHVMBE制造室的一個(gè)或多個(gè)制造室中控制的，此制造室里的環(huán)境條件可以精確地控制?；?0是高度n型摻雜GaAs，其具有2納米GaAs加上2納米AIAs以及20納米GaAs邊緣組成的一百層的超晶格阻擋層21。如圖2a所示，在阻擋層上面，晶片被第一保護(hù)層22覆蓋，即非結(jié)晶As層，其保護(hù)阻擋層21的表面并因此確保阻擋層表面的干凈和分子光滑，這對(duì)成功的快速生長(zhǎng)非常重要。
在圖2b中，將單壁納米管23沉積在非結(jié)晶As層22的表面。
在納米管23沉積之后，將非結(jié)晶As層22在大約T＝400℃溫度下蒸發(fā)掉，而GaAS的表面是在T＝450-500℃的As氣體中富集As。這使納米管留在干凈而分子光滑的GaAs表面。
然后，如圖2c所示，樣品就會(huì)在低溫Ga1-xMnxAs(T＝250℃，x＝5％)的情況下快速生長(zhǎng)，以獲得外延薄膜層GaMnAs24。由于兩個(gè)原因優(yōu)選外延薄膜層GaMnAs。通過(guò)GaMnAs膜蝕刻可得到結(jié)構(gòu)的最小尺寸與厚度成比例。而且，電磁特性似乎在薄膜層GaMnAs中得到加強(qiáng)。已經(jīng)制備了厚度從20納米到50納米的GaMnAs膜。GaMnAs被5納米的GaAs覆蓋以防止氧化(未示出)。為了使半導(dǎo)體的電磁特性得到最優(yōu)化，通過(guò)在生長(zhǎng)后使MBE系統(tǒng)中的基片在生長(zhǎng)溫度下保持幾個(gè)小時(shí)，進(jìn)行GaMnAS膜的退火。如圖2c所示，產(chǎn)物是密封在GaMNAS膜下邊的單壁納米管。紫外平版印刷制定的臺(tái)式晶體管通過(guò)蝕刻得到。半導(dǎo)體通過(guò)濕式蝕刻H3PO4∶H2O2∶H2O(1∶1∶38)來(lái)蝕刻，其蝕刻的速度為100納米/分鐘。蝕刻的深度由蝕刻時(shí)間控制。
GaMnAs條30是利用電子束平版印刷術(shù)設(shè)計(jì)并蝕刻的，使納米管成為分離的GaMnAs島狀物之間的連接器，如圖2d所示，其是利用AFM獲得的導(dǎo)線之間的放大圖，例如在圖3a中的導(dǎo)線31-32，32-33等。連接GaMnAs和納米管的金導(dǎo)線是通過(guò)電子束印刷術(shù)和升離設(shè)定的。濕式蝕刻與上面相同，槽的深度比GaMnAs膜深大約20納米。
較大的墊也是利用紫外平版印刷術(shù)和升離來(lái)制造的，這些接觸墊用來(lái)連接包含器件的納米管到例如芯片載體300的針腳，如圖3c所示。
圖4a說(shuō)明了二維(2D)電子氣場(chǎng)效應(yīng)晶體管40，該2D電子氣場(chǎng)效應(yīng)晶體管是由包含外延快速生長(zhǎng)管41的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)制成。源極42和漏極43是傳統(tǒng)的擴(kuò)散接觸。管41構(gòu)成門極。這種器件的優(yōu)點(diǎn)是其小尺寸，也就是，源極42與漏極43之間的距離可以小于5納米。而且，該管還具有低電導(dǎo)率，這表明這種器件具有很低的RC值。2D電子氣被限制在參考數(shù)字44指定的層中。
圖1和圖4所示的器件可能可以集成到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中管繼續(xù)用作所需的門極和激活的效應(yīng)晶體管元件。
圖5說(shuō)明一個(gè)管激光器。半導(dǎo)體腔50包含半導(dǎo)體單壁納米管51，其被摻雜形成p-n結(jié)。外加電壓52在管子中產(chǎn)生電子和空穴以便再結(jié)合，由此光53就會(huì)從管子中射出。這里半導(dǎo)體腔被繪成由布拉格反射體54設(shè)定的垂直激光器。
圖6表示了納米電子機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)的制造。在圖6a中，例如炭納米管或納米線的納米級(jí)延長(zhǎng)物體60設(shè)置在基片61上并且因此會(huì)通過(guò)外延層62快速生長(zhǎng)。通過(guò)運(yùn)用平版印刷術(shù)，例如Au薄膜圖案的金屬墊63和64被施加到這種結(jié)構(gòu)的表面。它們可以用作模板元件，所以當(dāng)外延層和基片暴露于腐蝕劑時(shí)就會(huì)在外延層和基片中形成槽65，參見(jiàn)圖6b。此方法會(huì)產(chǎn)生獨(dú)立的延長(zhǎng)納米級(jí)物體66，懸于“支柱”之間。此懸掛的物體可以通過(guò)可作為源極67和漏極68的獨(dú)立金屬觸點(diǎn)來(lái)發(fā)生電連接。此懸掛的物體可以暴露于例如來(lái)自直接操作的機(jī)械微擾或熱引起的顫動(dòng)，并且用作具有電子讀數(shù)的納米級(jí)機(jī)械傳感器。
盡管本發(fā)明的描述都與優(yōu)選實(shí)施例相關(guān)，但并不是希望局限在這里所闡述的具體形式。相反地，本發(fā)明的范圍僅由其權(quán)利要求所限制。
本發(fā)明的功能性不限于以上所舉的那些例子，因此在本發(fā)明要旨之內(nèi)的任何種類的功能性都可以設(shè)想到。
權(quán)利要求
1.一種使用至少一個(gè)外延層快速生長(zhǎng)延長(zhǎng)納米級(jí)元件的方法，該方法包括步驟(a)提供基片，其中此基片或者至少基片的頂層具有支持外延層的外延生長(zhǎng)的表面；(b)將延長(zhǎng)納米級(jí)元件置于該基片上；(c)用外延層外延地快速生長(zhǎng)該基片和延長(zhǎng)納米級(jí)元件，并且由此至少部分地將該延長(zhǎng)納米級(jí)元件封裝到外延生長(zhǎng)層中；以及，(d)在該層中制備一個(gè)或者多個(gè)部件，該一個(gè)或者多個(gè)部件通過(guò)平版印刷的方式制備。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中外延層是半導(dǎo)體的或金屬的。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中外延層通過(guò)分子束外延生長(zhǎng)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中外延層通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法或液相沉積方法生長(zhǎng)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中外延層的厚度可以在5納米到5微米之間，例如厚度在5納米到1微米，例如厚度在5納米到500納米之間，例如厚度在5納米到100納米之間，例如厚度在10納米到75納米之間，例如厚度在20納米到50納米之間，例如厚度在20到30納米之間。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中外延層是磁性的。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中外延層是GaMnAs、GaAlAs、GaAs、SiGe、GaInAs、InP、Si、SiGe、GaN、GaAlN、Al、Ag、Au、Cu、如MnGa的金屬合金和單與雙錳鋁銅強(qiáng)磁性合金(CoMnGa、Co2MnGa)以及半金屬鐵磁體、有機(jī)半導(dǎo)體，例如3，4，9，10-二萘嵌苯四酸(perylenetetracarboxylic)、3，4，9，10-二酐(dianhydride)(PTCDA)和4，9，10-二萘嵌苯四酸二酐(PTCDA)染色劑分子。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中一個(gè)或更多元件是通過(guò)下列方式確定的電子束、X射線束、離子束、紫外平版印刷、AFM平版印刷、納米印刻平版印刷或蔭罩技術(shù)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中基片或至少基片的頂層是半導(dǎo)體的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中基片或至少基片的頂層是摻雜成n型或p型。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中至少基片的頂層是實(shí)質(zhì)性的單晶形材料。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中至少基片的頂層通過(guò)分子束外延生長(zhǎng)。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中至少基片的頂層通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法或液相沉積方法生長(zhǎng)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中基片和頂層中至少之一包含定位記號(hào)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中基片包含GaAs、Si、SiN、SiC、玻璃、金屬氧化物，如Al2O3。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中基片或頂層由阻擋層覆蓋。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中至少頂層和外延層的晶格常數(shù)是通過(guò)設(shè)置在基片和外延層之間的阻擋層來(lái)相匹配的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16到17中的任一項(xiàng)所述的方法，其中阻擋層包含堆疊的層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中至少一層包含與基片或頂層材料相適合的材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中阻擋層形成超晶格。
21.根據(jù)權(quán)利要求18到20中的任一項(xiàng)所述的方法，其中層堆中的層的厚度是在1納米到5納米之間，例如在1納米到3納米之間的厚度，例如在2納米到4納米之間的厚度，例如2納米的厚度。
22.根據(jù)權(quán)利要求18到21中的任一項(xiàng)所述的方法，其中堆疊的層的厚度可以在5納米到1000納米之間，例如在25納米到750納米之間，例如在50納米到500納米之間，例如在75納米到250納米之間，例如100納米的厚度。
23.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中基片或至少基片的頂層由第一保護(hù)層覆蓋。
24.根據(jù)權(quán)利要求16到22中的任一項(xiàng)所述的方法，其中阻擋層由第一保護(hù)層覆蓋。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24中的任一項(xiàng)所述的方法，其中第一保護(hù)層是非晶砷、硫、氫或氧的層。
26.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中還包含在外延快速生長(zhǎng)基片和外延納米級(jí)元件之前的退火的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求23到26中的任一項(xiàng)所述的方法，其中基片是GaAs，阻擋層包含AlAs和GaAs層的超晶格，外延層是GaMnAs并且第一保護(hù)層是As。
28.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中外延層由第二保護(hù)層覆蓋。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中第二保護(hù)層的厚度是在2到10納米之間。
30.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中延長(zhǎng)納米級(jí)元件是納米線。
31.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中延長(zhǎng)納米級(jí)元件是納米須。
32.根據(jù)權(quán)利要求30和31中的任一項(xiàng)所述的方法，其中延長(zhǎng)納米級(jí)元件是由以下的任何材料制成碳、Si、SiC、B、BN、Pt、SiGe、Ge、Ag、Pb、ZnO、GaAs、GaP、InAs、InP、Ni、Co、Fe、Pb、CdS、CdSe、SnO2，Se、Te、Si3N4或MgB2。
33.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中延長(zhǎng)納米級(jí)元件是碳納米管。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中碳納米管是單壁的或多壁的。
35.根據(jù)權(quán)利要求30、33或34中的任一項(xiàng)所述的方法，其中延長(zhǎng)納米級(jí)元件是絕緣的、半導(dǎo)體的或金屬的。
36.根據(jù)權(quán)利要求33到35中的任一項(xiàng)所述的方法，其中碳納米管是用激光燒蝕、電弧法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)或高壓CO CVD來(lái)生長(zhǎng)的，并且隨后被置于表面上以支持外延層生長(zhǎng)。
37.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中延長(zhǎng)納米級(jí)元件通過(guò)液態(tài)沉積的方法置于基片上。
38.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中延長(zhǎng)納米級(jí)元件在沒(méi)有催化材料的存在下生長(zhǎng)，例如通過(guò)退火的硅碳化合物。
39.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中將催化材料的島狀物或微粒置于基片上，并且碳納米管在基片上從催化材料中生長(zhǎng)。
40.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中為獲得在基片上的延長(zhǎng)納米級(jí)元件的特定方向或定位，在步驟(c)之前處理外延納米級(jí)元件。
41.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中延長(zhǎng)納米級(jí)元件用作除熱元件。
42.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中金屬接觸墊是通過(guò)平板印刷和升離的方法來(lái)形成并連接到部件。
43.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中部件是電子部件。
44.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中器件是電子器件。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中電子器件是集成電路。
46.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中單片式集成電路系統(tǒng)通過(guò)重復(fù)權(quán)利要求1到45所述的方法來(lái)形成。
47.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中包括外延層的延長(zhǎng)納米級(jí)元件用作導(dǎo)熱層。
48.通過(guò)權(quán)利要求1到49所述的方法提供的一種電子部件。
49.通過(guò)權(quán)利要求1到47所述的方法提供的一種電子器件。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的電子器件，其中電子器件是集成電路。
51.通過(guò)權(quán)利要求1到45所述的方法提供的一種單片式集成電路系統(tǒng)。
52.通過(guò)權(quán)利要求1到47所述的方法提供的一種光學(xué)器件。
53.通過(guò)權(quán)利要求1到47所述的方法提供的一種納米電子機(jī)械系統(tǒng)。
全文摘要
揭示了包含延長(zhǎng)納米級(jí)元件的器件的一種制造方法以及這種器件。此器件包含外延生長(zhǎng)層，其中置入例如碳納米管的延長(zhǎng)納米級(jí)元件器件。提供支持外延層的外延生長(zhǎng)的基片，將延長(zhǎng)納米級(jí)元件置于該基片上并且通過(guò)外延層外延地快速生長(zhǎng)。該延長(zhǎng)納米級(jí)元件由此至少部分地由外延生長(zhǎng)層封裝。在該層中制備一個(gè)或者多個(gè)部件，該一個(gè)或者多個(gè)部件通過(guò)平版印刷的方法制備。因此可以提供以碳納米管作為活性元件的器件。該方法適用于在傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件和納米器件之間混合的混合裝置。
文檔編號(hào)C30B33/00GK1868030SQ200480029859
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月12日
發(fā)明者喬納斯·拉爾夫·豪普特曼, 阿尼·珍森, 波爾·埃里克·格雷格斯·漢森·林德羅夫, 杰斯波·尼杰拉德, 賈納茲·薩多斯基 申請(qǐng)人:哥本哈根大學(xué)