分枝納米晶須形成的納米結(jié)構(gòu)和制造它的方法

文檔序號：6846517閱讀：378來源：國知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>電氣元件制品的制造及其應(yīng)用技術(shù)

專利名稱：分枝納米晶須形成的納米結(jié)構(gòu)和制造它的方法
分枝納米晶須形成的納米結(jié)構(gòu)和制造它的方法相關(guān)申請交叉參考本申請要求2003年11月26日提交的美國臨時(shí)專利申請 No.60/524890的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，本文引入其全部內(nèi)容作為參考，和2004 年4月9日提交的美國臨時(shí)專利申請No.60/560701的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，本文引入其全部內(nèi)容作為參考。發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及利用納米工藝技術(shù)制造結(jié)構(gòu)和裝置的方法。更具體但不唯一地，本發(fā)明涉及制造結(jié)合至少一種基本為一維形式且在其寬度或直徑上具有納米尺度的元件的納米結(jié)構(gòu)的方法.對本申請來說，這種元件被命名為"納米晶須".本發(fā)明還涉及結(jié)合納米晶須的優(yōu)選通過通常所說的氣-液-固(VLS)機(jī)制制造的結(jié)構(gòu)和裝置，背景技術(shù)納米工藝技術(shù)和方法可提供尺寸范圍從原子尺度的小型裝置到規(guī) 模大得多的結(jié)構(gòu)例如微觀規(guī)模的結(jié)構(gòu)。通常，這種結(jié)構(gòu)包括"納米結(jié) 構(gòu)"。在特定的上下文中，納米結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是至少兩個(gè)維度不大于約 100nm的那些。通常，具有一個(gè)或多個(gè)厚度小于ljim的層的層狀結(jié)構(gòu)或原材料不被認(rèn)為是納米結(jié)構(gòu).納米結(jié)構(gòu)包括一維納米元件 (nanoelement)，其基本為一維形式，且在它們的寬度或直徑上具有納米尺度，并通常被稱為納米晶須、納米棒、納米線、納米管等。利用通常所說的VLS (氣-液-固)機(jī)制在襯底上形成微觀晶須的基本方法是眾所周知的。在特定氣體的存在下加熱例如襯底上的催化材料通常是金的顆粒形成熔體。在熔體下形成柱形物，熔體在柱形物頂上上升。結(jié)果得到凝固顆粒熔體位于頂上的所需材料的晶須。參見 E.I.Givargizov， Current Topics in Materials Science.第1巻，79-145 頁，North Holland Publishing Company, 1978。這種晶須的尺度在微米范圍內(nèi)。
國際申請公開No.WOOl/84238在

圖15和16中公開了形成納米晶須的方法，其中在襯底上由氣溶膠沉積納米尺寸顆粒，使用這些顆粒作為形成納米晶須和其它一維納米元件的晶種。盡管因生長晶須尖端處催化顆粒的存在而催化的納米晶須的生長通常被稱為VLS (氣-液-固)方法，但已認(rèn)識到催化顆?？赡懿槐靥幱?液態(tài)來作為晶須生長的有效催化劑.至少一些證據(jù)表明，形成晶須的材料可到達(dá)顆粒-晶須界面，并有助于生長晶須，即使催化顆粒處于低于其熔點(diǎn)的溫度下并可假定處于固態(tài)。在這種條件下，生長材料例如在晶須生長時(shí)加到其尖端的原子，可能會(huì)通過固體催化顆粒的主體擴(kuò) 散或可能甚至沿固體催化顆粒的表面擴(kuò)散到處于生長溫度的晶須的生長尖端。顯然，總效果是相同的，即由催化顆粒催化的晶須伸長，而不管在特定溫度環(huán)境、催化顆粒組成、預(yù)定的晶須組成或與晶須生長有關(guān)的其它條件下的具體機(jī)理如何。對于本申請，術(shù)語"VLS方法" 或"VLS機(jī)制"或等價(jià)的術(shù)語用于包括其中納米晶須生長被與納米晶須的生長尖端接觸的液體或固體顆粒催化的所有這類催化方法.如前所述，對于本申請，術(shù)語納米晶須用于指寬度或直徑(或通常橫斷面尺度)為納米尺寸的一維納米元件。優(yōu)選地，但不是必然地，通過通常所說的VLS機(jī)制形成元件。納米晶須在本領(lǐng)域中也稱為"納米線"或在本文中簡單地稱為"線"，本申請中使用的這類術(shù)語等價(jià) 于術(shù)語"納米晶須"。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施中，納米晶須橫斷面尺度一般不超過50nm，更優(yōu)選約20nm或更小。但是，在本發(fā)明的較寬范圍內(nèi)，利用橫斷面尺度大于50nm、直到100nm或甚至500nm或更高的納米晶須。當(dāng)然，較大的納米晶須橫斷面尺度通常產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)，并可能因此在許多應(yīng)用中不太理想.已進(jìn)行了關(guān)于納米晶須生長方面的幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究，Hiruma等人在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長系統(tǒng)中在III-V襯底上生長 ni-V納米晶須。參見K.Hiruma等人，/^4/^/./^ys.74, 3162頁(1993); ICHiruma等人，義J/^Z.尸/^s.77， 447頁(1995); K.Hiruma等人，J^7CE 7Vwm;五/e"/wi. E77C， 1420頁(1994); K,Hiruma等人，/.0^似/ 163, 226-231頁(1996),在Sa邁uelson等人的以No.加0泰0(T754"公開的先前美國專利申請 No.10/613071和國際專利申請公開No.WO-A-04/004927中，本文引入
這兩個(gè)公開專利和在它們下面的申請作為參考，它們公開了通過化學(xué) 束外延法形成納米晶須的方法。納米晶須被公開具有不同材料的段，其間具有陡峭或邊緣清晰的異質(zhì)結(jié).公開了具有控制尺寸的各種納米結(jié)構(gòu)和形成。這種納米結(jié)構(gòu)用作形成所公開的新型結(jié)構(gòu)的組成部分。Gao等人，"Self-assembled Nanowire - Nanoribbon Junction Arrays ofZnO"，義PA^,C/^肌丑，106 (49)巻，126S3-12658頁公開了包括 ZnO分枝結(jié)構(gòu)的通過VLS方法形成的納米結(jié)構(gòu)。合成了具有各式各樣形狀的納米晶。在Manna等人的"Synthesis of soluble and processable rod-, arrow-, teardrop-, and tetrapod-shaped CdSe nanoerystals" , / 爿肌5V cl22， 12700-12706頁(2000) 中公開了通過從溶液沉淀合成具有控制尺寸的四角錐體形狀結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)。至于由大量納米結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)，太陽能電池(通常所說的Gr射zel 電池)是已知的，其包括用單層電荷轉(zhuǎn)移染料涂敷的TK)2顆粒的光學(xué) 透明薄膜，參見O，Regan等人的"Alow-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitive colloidal Ti02 films" ， iVa似re 353, 737-740頁 (1991).自從Carver Mead用VLSI系統(tǒng)的開創(chuàng)性工作后，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(神經(jīng)形態(tài)電子學(xué))進(jìn)行了許多研究工作.對于最近的拫道，參見例如Cohen 等人,Report on the 2003 Workshop on Neuromorphic Engineering, Telluride， Colorado, 2003年6月29-7月19。但是，這個(gè)領(lǐng)域通常還沒有應(yīng)用納米工藝技術(shù).發(fā)明概述本發(fā)明在它的一個(gè)主要方面提供具有由納米晶須形成的新型樹狀構(gòu)造的納米結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生這種納米結(jié)構(gòu)的方法，通常，樹狀結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)納米晶須，其可被類比為樹的干，一個(gè)或多個(gè)納米晶須從基礎(chǔ)納米晶須的外圍表面向外生長并類似于樹的分枝，另外的納米晶須"分枝" 可在一個(gè)或多個(gè)先前生長的納米晶須分枝的外圍上生長，產(chǎn)生更復(fù)雜的"樹"結(jié)構(gòu)。可按任何所需的方式形成基礎(chǔ)納米晶須，但優(yōu)選通過 VLS機(jī)制在襯底上生長，以便從襯底直立起來。分枝納米晶須也優(yōu)選通過VLS機(jī)制形成，在沿基礎(chǔ)納米晶須長度的中間點(diǎn)處，或在納米晶
須生長在先前生長的分枝上的情況下，在沿先前生長的分枝長度的中間點(diǎn)處?？煽刂萍{米晶須的組成材料和生長參數(shù)以便獲得具有所需形式和特征的結(jié)構(gòu)。自組裝技術(shù)可有利地用于形成新型結(jié)構(gòu)和結(jié)合大量樹狀納米結(jié)構(gòu)的裝置。本發(fā)明的基本原理因此涉及在一系列階段中由納米晶須形成納米結(jié)構(gòu).在第一階段中，在襯底上提供笫一催化顆粒(例如作為顆粒陣列)，通過VLS方法從催化顆粒生長第一納米晶須(本文中其可被稱為第一級納米晶須)以便從襯底直立起來，包括暴露襯底到適宜的條件，如溫度、壓力等，在笫二階段中，第二催化顆粒被沉積在直立納米晶須的側(cè)上。通常，這通過催化顆粒的氣溶膠沉積來完成.在笫二 VLS方法中，從笫二催化顆粒形成笫二納米晶須(本文中其被稱為第二級納米晶須)，并且這些納米晶須從納米晶須的側(cè)橫向伸出，象樹的分枝.本發(fā)明因此提供一種控制的逐步生長類似于樹結(jié)構(gòu)的分枝半導(dǎo)體納米線結(jié)構(gòu)的方法.該方法利用通過納米顆粒催化的外延生長的納米線.納米晶須"分枝"的級可連緣生長，使得這類結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性理論上無限制，其中每組納米晶須分枝可按照需要被給予不同的長度、直徑和化學(xué)組成，或甚至化學(xué)組成的變化.因此，與通過上文提到的已知"單階段"方法產(chǎn)生的納米結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明在可形成的納米結(jié)構(gòu)的多樣性方面能提供大得多的靈活性。應(yīng)認(rèn)識到，盡管考慮了大量第一級和第二級納米晶須的生長，但剛剛描述的兩階段方法可在第一階段中僅僅使用單一納米顆粒，以便生長單一納米晶須干，在第二階段中從干生長一個(gè)或多個(gè)分枝納米晶須.此外，應(yīng)認(rèn)識到，在實(shí) 踐中，納米晶須生長可能不能通過沉積在表面上的每個(gè)催化顆粒來發(fā) 生.因此，在本申請的上下文中，對具體催化顆粒如笫一催化顆粒、第二催化顆粒、其它催化顆粒的提及和類似提及旨在包括納米晶須生長實(shí)際發(fā)生的那些催化顆粒。在笫一方面，本發(fā)明提供形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括生長第一納米晶須，優(yōu)選在襯底上，和從笫一納米晶須的周邊生長笫二納米晶須使得笫二納米晶須橫向伸出笫一納米晶須。根據(jù)一種優(yōu)選的方式，本發(fā)明提供形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括第一階段，包括在襯底上提供至少一個(gè)第一催化顆粒和經(jīng)由每個(gè) 所述笫一催化顆粒通過VLS方法生長各自的笫一納米晶須；和
第二階段，包括在至少一個(gè)所述第一納米晶須的周邊上提供至少一個(gè)第二催化顆粒，和從每個(gè)所述第二催化顆粒通過VLS方法生長從各個(gè)笫一納米晶須的周邊橫向伸出的第二納米晶須。在第二方面，本發(fā)明提供一種納米結(jié)構(gòu)，包括在襯底上的第一納米晶須，和至少一個(gè)從第一納米晶須的周邊生長并橫向伸出第一納米晶須的第二納米晶須.笫一納米晶須優(yōu)選從襯底生長以便從其直立起。在隨后的討論中，所述第二納米晶須可被稱為"分枝納米晶須"，和所述第一納米晶須被稱為"干"或"莖"納米晶須。第三，如果需要，可進(jìn)行類似于第二階段的一個(gè)或多個(gè)后續(xù)階段，借此在每個(gè)連續(xù) 階段中可從最近的前一階段中形成的納米晶須的側(cè)橫向生長其它的納米晶須(類似于"小枝"或"葉")。在納米晶須生長的所述笫一階段，可按任何合適的方式在襯底上形成催化顆粒，例如通過氣溶膠沉積、電子束寫入或納米壓印光刻. 在需要精確定位的納米晶須陣列時(shí)，可使用2004年1月7日提交的 Samuelson等人的共同待審美國專利申請No.10/751944中公開和要求的技術(shù)，本文引入其內(nèi)容作為參考?？墒褂萌魏魏线m的方法從催化顆粒通過VLS方法形成納米晶須， MOVPE (MOCVD)和CBE方法是目前優(yōu)選的，這在前面已提出和說明過，如在前面的Samuelson等人的公開為No.2004-0075464的美國專利申請No.10/613071和國際專利申請公開No.WO-A-04/004927中，本文引入這兩個(gè)公開和在它們下面的申請作為參考。納米顆粒的氣溶膠沉積在本發(fā)明中提供優(yōu)勢，因?yàn)榧{米顆粒能容易地被沉積到復(fù)雜結(jié)構(gòu)上面并已知能高度精確地控制用它們作為晶種的納米線的直徑，可非常精確地控制它們的密度，從而可精確地控制在已有納米晶須上形成的納米晶須分枝的數(shù)量.另外，能精確地確定納米晶須分枝的取向，因?yàn)橄鄬τ谒鼈冊谄渖仙L的納米晶須，它們可能只有有限的取向數(shù)量，這在下文中更詳細(xì)地說明?？蓪{米晶須分枝沿著它們在其上生長的納米晶須長度上的間距施加進(jìn)一步控制。這種控制本質(zhì)上基于統(tǒng)計(jì)或平均基礎(chǔ)，而不是逐一定位技術(shù)。發(fā)現(xiàn)通過施加電壓到襯底，在納米晶須周圍形成的電場大大有助于納米顆粒靜電沉積到已有的已生長的納米晶須上。因此所述第二催化顆粒優(yōu)先沉積在第一納米晶須的與襯底相對的側(cè)上.盡管在襯底上有一定的隨機(jī)沉積，但在納米晶須周圍形成的高電場將導(dǎo)致在納米晶須上的優(yōu)先沉積。更一般地，第n次催化顆粒沉積(n為大于或等于2 的正整數(shù))優(yōu)先沉積在納米晶須的第(n-l)次生長上，但對于第三或隨后的顆粒沉積，也可能發(fā)生在第(n-2)次生長等上的一些沉積。另外，發(fā)現(xiàn)通過氣溶膠沉積的適當(dāng)控制可在已有納米晶須的圓周上并沿納米晶須的長度均勻地分布催化顆粒。盡管氣溶膠沉積是優(yōu)選的，但原則上可使用在納米晶須側(cè)面上定位催化顆粒的其它手段。例如，如果需要更精確的位置，就可利用原子力顯微鏡、用手或通過自動(dòng)定位技術(shù)定位催化顆粒。至于納米晶須相對于襯底的取向，對于第一級納米晶須，垂直于襯底表面直立伸長通常是方便的。通常，對于III-V半導(dǎo)體材料，這可通過使用(lll)村底表面實(shí)現(xiàn)，從而笫一級納米晶須在<111>方向上伸長.但是，如果需要，可使用能意味著笫一級納米晶須將與襯底表面以一定傾斜角度伸長的其它襯底表面.通過小心控制催化生長方法，可獲得相對于各種襯底表面的所需方向.參見Seifert等人的2004 年2月6日提交的共同待審美國專利申請No.60/541949,本文引入其內(nèi) 容作為參考。在該申請中，公開了納米晶須可在納米晶須材料的所需晶面內(nèi)生長，條件是在生長的最初階段不激活其它優(yōu)先生長方向.另外，襯底材料可不同于第一級納米晶須的材料.參見Samuelson 等人的20(M年6月25日提交的共同待審美國專利申請No.60/582313，本文引入其內(nèi)容作為參考.該申請公開了提供完美的原子水平上平坦的生長表面來促進(jìn)從不相似材料表面生長納米晶須。第二級納米晶須可由與第一級納米晶須不同的材料形成，或更一般地，笫n級納米晶須可由與笫(n-l)級納米晶須不同的材料形成。這樣可在每個(gè)納米晶須的生長點(diǎn)處提供異質(zhì)結(jié)，但如果需要精確形成的異質(zhì)結(jié)，則優(yōu)選在納米晶須的生長中通過快速變換不同的氣體生長材料改變生長條件，以沿納米晶須的長度形成異質(zhì)結(jié)，按照前面的 Samuelson等人的公開為No.2004-0075464的美國專利申請 No.10/613071和國際專利申請乂^開No.WO-A-04/004927中的教導(dǎo)，本文引入這兩個(gè)公開和在它們下面的申請作為參考，在下文描述的具體實(shí)施例中給出了使用這類異質(zhì)結(jié)的例子。
至于從第一級納米晶須的側(cè)伸出的第二級納米晶須的取向，很大程度上由第一級納米晶須的結(jié)晶小面確定.因此對于<111>方向的第一級納米晶須，沿它的長度有六個(gè)小面，并且在<111>8方向上有彼此成 120度的三個(gè)主要生長方向；這意味著笫二級納米晶須也將向下傾斜。這還意味著在全部第一級納米晶須上的全部第二級納米晶須將在這相同的三個(gè)方向上伸長。但是，如下面所公開的，在納米晶須的晶體結(jié) 構(gòu)沿它的長度從閃鋅礦型變化到纖維鋅礦型時(shí)，這是可能經(jīng)常發(fā)生的，可能存在三個(gè)另外的納米晶須生長方向，相對于第一組以60度旋轉(zhuǎn)，對于笫一級納米晶須的其它方向，笫二級納米晶須可在不同的方向上伸長。例如，如果第一級納米晶須具有<001>方向，則第一級納米晶須可具有矩形橫截面，并存在四個(gè)笫二級納米晶須生長方向，每個(gè) 小面上有一個(gè)。由于在大多數(shù)通常情況下這些方向?yàn)?lt;111>方向，因此兩個(gè)生長方向?qū)⒅赶蛏?，兩個(gè)向下，但在平面中彼此成直角.盡管本發(fā)明主要涉及納米晶須，但在特定情況下，一維納米元件的其它形式例如多壁納米管的生長代替一個(gè)或多個(gè)納米晶須生長階段也是可能的。閎此在更一般的方面，本發(fā)明提供形成納米結(jié)構(gòu)的芳法，包括生長笫——維納米元件，優(yōu)逸在襯底上，和從第——維納米元件的周邊生長笫二一維納米元件使得第二一維納米元件橫向伸出第一一維納米元件。在優(yōu)選的方式中，本發(fā)明提供形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括第一階段，包括在襯底上提供至少一個(gè)笫一催化顆粒，和通過每個(gè)所迷第一催化顆粒形成各自的第--維納米元件；和第二階段，包括在至少一個(gè)所述笫——維納米元件的周邊提供至少一個(gè)第二催化顆粒，和從每個(gè)所述第二催化顆粒形成從各個(gè)第--維納米元件的周邊橫向伸出的第二一維納米元件。在另一方面，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)，包括襯底和在襯底上形成的一個(gè)或多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，每個(gè)納米結(jié)構(gòu)包括從村底直立起的第——維納米元件，并具有從它的周邊生長和橫向伸出的至少一個(gè)第二一維納米元件。在又一方面，本發(fā)明提供一種納米結(jié)構(gòu)，包括第一一維納米元件、
在笫一一維納米元件周邊生長并橫向伸出的第二一維納米元件和在第二一維納米元件周邊生長并橫向伸出的第三一維納米元件.第一納米元件優(yōu)選從襯底生長以便從其直立起。在還一方面，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)，包括襯底和大量布置在襯底上的納米結(jié)構(gòu)，每個(gè)納米結(jié)構(gòu)包括生長在襯底上的各個(gè)第一一維納米元件，和具有接觸另一納米結(jié)構(gòu)的部分的至少一個(gè)納米結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的所述部分包括從一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的笫——維納米元件的周邊生長并橫向伸出的第二一維納米元件，在由根據(jù)本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)的一種具體應(yīng)用中，構(gòu)造一種太陽能電池陣列，其中使用至少部分所述催化顆粒作為在納米晶須和襯底的自由端之間施加電壓的電觸點(diǎn)，允許通過光子捕獲在納米晶須內(nèi)釋放的光電子作為電流被放出，在納米晶須內(nèi)和之間形成的不相似材料之間的結(jié)點(diǎn)和異質(zhì)結(jié)形成常規(guī)的光檢測器區(qū)域.另外，不相似材料區(qū)域的使用可允許太陽能電池陣列對各種不同的波長區(qū)域敏感，因此使它更有效.這種構(gòu)造可能需要納米晶須的周邊與周圍的導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電聚合物)電絕緣，其中導(dǎo)電材料用于接觸納米晶須端處的催化顆粒。在一種示例性實(shí)施方案中，可通過環(huán)繞每個(gè)納米晶須形成絕緣材料的外圓柱形殼來形成這種電絕緣。通常，這通過在例如GaP的MOVPE 生長操作中轉(zhuǎn)換條件來完成，以致于使材料如A1P作為環(huán)繞每個(gè)納米晶須的共軸殼來整體生長，隨后，氧化操作將A1P外殼轉(zhuǎn)化成AI203 (透明藍(lán)寶石)。在另一應(yīng)用中，通過提供通常類似于上述太陽能電池陣列的結(jié)構(gòu) 來形成發(fā)光面板，但其中每個(gè)笫二級和/或第三級等納米晶須在其中生長旋光材料的段，該段與納米晶須的相鄰部分形成異質(zhì)結(jié)，以形成發(fā) 光二極管.另外，或者可選地，如果需要，發(fā)光二極管可同樣被結(jié)合到第一級納米晶須內(nèi)。在襯底和納米晶須端處催化顆粒之間施加電壓激發(fā)LED形成整體均勻的發(fā)光區(qū)域?；蛘?，結(jié)構(gòu)可被分割成能單獨(dú)被激發(fā)形成可尋址顯示器的像素或區(qū)域。在由本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)的另一應(yīng)用中，形成神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)。例如，可在襯底上將第一級納米晶須緊密定位到一起，并可形成足夠長和平均起來密度足以在(i)和(ii)之間形成電觸點(diǎn)的分枝(例
如笫二)納米晶須，其中(i)是與每個(gè)第一級納米晶須相連的控制數(shù) 量的分枝納米晶須，(ii)是與鄰近納米樹相連的干和/或分枝納米晶須。利用上述技術(shù)，可在分枝納米晶須內(nèi)形成異質(zhì)結(jié)以在其中形成隧道勢壘，使分枝納米晶須以類似于突觸的方式通過在隧道勢壘內(nèi)堆積最終越過該勢壘被釋放或發(fā)射的電荷來起作用。同樣，可在干納米晶須中形成這種異質(zhì)結(jié)。附圖簡述考慮結(jié)合下文簡要描述的附圖的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的以下描述，可更充分地理解本發(fā)明的上述和其它概念、方面和應(yīng)用.圖1A-1D包括根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例形成的GaP納米結(jié)構(gòu)的 SEM圖.圖1A顯示了包括通過催化顆粒的氣溶膠沉積然后是MOVPE 生長形成的分枝納米晶須的納米結(jié)構(gòu)陣列，從上方30。觀察。圖1B顯示了具有光刻界定的納米結(jié)構(gòu)或納米樹陣列的樣品的修飾，從上方45° 觀察。圖1C顯示了從上面觀察的3分枝方向.圖1D顯示了從上面觀察的6分枝方向.圖2A-2C包括圖1的GaP納米結(jié)構(gòu)的TEM圖.圖2A顯示了展現(xiàn) 出5個(gè)分枝的千的圖象，可看到三個(gè)不同的生長方向.箭頭標(biāo)記圖2B 的位置. 一些折斷的分枝在圖中也是可見的；注意到這些分枝在轉(zhuǎn)移到TEM格子上方法中容易被折斷。圖2B顯示了在更高放大倍率下的分枝-干界面(用箭頭指示).交替的纖維鋅礦或閃鋅礦結(jié)構(gòu)的水平帶平滑地延伸到分枝內(nèi)，在晶體中沒有明顯的界面區(qū)域.圖2C顯示了表現(xiàn)干(X)、笫一分枝(Y)和笫二分枝(小枝)(Z)的3-級生長的圖象.圖3A和3B包括說明通過沉積晶種顆?？刂茍D1結(jié)構(gòu)的形貌或形狀的圖.圖3A顯示了作為顆粒沉積密度函數(shù)的每個(gè)樹的顆粒和分枝的數(shù)目.圖3B顯示了作為每個(gè)樹分枝數(shù)目函數(shù)的分枝長度。這種相關(guān)性歸因于分枝生長中Ga擴(kuò)散的作用.閨4A和4B顯示了在圖1的納米晶須分枝中包含GaP-GaAsP雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)，圖4A顯示了具有一個(gè)分枝的EDX行掃描數(shù)據(jù)的 TEM暗場圖象.注意在第一界面處的As急劇增加/P減少。圖4B顯示了包含異質(zhì)結(jié)構(gòu)的六個(gè)獨(dú)立納米樹的光致發(fā)光數(shù)據(jù).
圖5為結(jié)合了本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)并提供太陽能電池陣列的結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖6為結(jié)合了本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)并提供發(fā)光面板的結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖7A-7D為顯示根據(jù)本發(fā)明的互連InAs納米結(jié)構(gòu)的SEM圖，同樣通過氣溶膠催化顆粒沉積然后是MOVPE生長來形成.圖7A顯示了從上方觀察的通過一對納米晶須分枝互連的兩個(gè)納米晶須干的圖象。每個(gè)互連分枝生長至足夠長度以便通過它的相連催化顆粒電接觸到鄰近干上.圖7B顯示了從上方30。觀察的同一圖。圖7C顯示了從上方 45°觀察的根據(jù)本發(fā)明的另一對互連納米結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)納米晶須干通過單個(gè)分枝納米晶須互連，圖7D顯示了從上方觀察的同一圖，圖8A和8B為各自包括大量緊密定位到一起彼此形成電接觸的本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。優(yōu)選實(shí)施方案描述在下文中，顯示了半導(dǎo)體納米線通過氣-液-固(VLS)生長模式的自組裝生長如何以高度可控的方式形成樹狀納米結(jié)構(gòu)。這種自底向上的方法優(yōu)選利用催化納米顆粒的最初引晶形成干，然后是分枝結(jié)構(gòu)的連續(xù)引晶。在分枝長度、直徑和數(shù)量以及化學(xué)組成方面控制每級分枝。利用高分辨率透射電鏡，顯示分枝機(jī)制在整個(gè)伸長的復(fù)雜樹狀結(jié)構(gòu)內(nèi) 提供高度理想的連續(xù)結(jié)晶(整體式)結(jié)構(gòu)。開發(fā)了一種控制的逐步生長似樹的分枝半導(dǎo)體納米線結(jié)構(gòu)的方法.這種方法利用通過金氣溶膠納米顆粒催化的外延生長的納米線。各級"分枝"可順序生長，使這種結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性在理論上無限制，其中每組分枝可被給予不同的長度、直徑和化學(xué)組成，因此允許以前不能看到的控制程度和靈活性.氣溶膠納米顆粒在這種情況下提供很大的優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀妆怀练e到復(fù)雜結(jié)構(gòu)上，并已知能高度精確地控制它們作為晶種的納米線的直徑.實(shí)施例包括分枝納米樹的納米結(jié)構(gòu)的生長按兩個(gè)步驟進(jìn)行，笫一個(gè)步驟是生長垂直的GaP納米線用作"干"。這些通過氣-液-固(VLS)機(jī)制
來生長。通過氣溶膠沉積在GaP (111) B襯底(~10mm2)上沉積金晶種顆粒，密度為0.5個(gè)顆粒/平方微米襯底.為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，在高溫(18501C)爐中蒸發(fā)金，然后通過充電器得到均勻的電荷分布。于是，電遷移率可直接與尺寸相關(guān)，從而可使用微分遷移率分析儀 (DMA)選擇顆粒尺寸。然后，再加熱(6001C )顆粒以燒結(jié)(在氣溶膠系統(tǒng)內(nèi))，產(chǎn)生壓實(shí)的球形，然后再次選擇尺寸。由于這樣選擇的顆粒具有均勻尺寸并具有單一電荷，因此可通過測量撞擊到靜電計(jì)上的顆粒的電流測定總顆粒濃度。以300kV/m的場強(qiáng)度通過靜電沉淀在村底上沉積納米顆粒.設(shè)備由圓柱形室構(gòu)成，其中在上板和下板之間施加均勻電場，在下板上放置襯底(參見國際專利申請公開No.WOOl/84238,本文引入其內(nèi)容作為參考)。當(dāng)不施加場時(shí)，在氣溶膠裝置中產(chǎn)生的顆粒在這些板之間流動(dòng)。當(dāng)施加場時(shí)，帶電顆粒向著襯底表面被推動(dòng)，在襯底上產(chǎn)生隨機(jī)但均勻的分布.由于氣溶膠流中的顆粒濃度是不變的，因此沉積顆粒的總數(shù)(每單位襯底面積)是施加電場的時(shí)間的函數(shù).作為布朗運(yùn) 動(dòng)和顆粒上靜電力之間的相互作用的函數(shù)，可精確預(yù)測這些顆粒的分布。對于詳細(xì)的分析，參見Krinke等人，"Microscopic aspects of the deposition of nanoparticles from the gas phase" ， /oM/ m/ JerosoZ 5Wewce 33 ( 10) ， 1341-1359頁(2002年10月)。隨后通過金屬-有機(jī)氣相外延法(MOVPE)由這些晶種生長納米晶須.使用40-70nm的粒度引晶這些"干"；使用0.5-2個(gè)顆粒/平方微米的沉積密度，納米晶須的長度為生長時(shí)間的函數(shù)；對于所有干使用4分鐘的生長時(shí)間(長度 2jun)。在這項(xiàng)工作中，在400、 430、 460、 490和520TC的溫度下在GaP襯底上生長GaP納米晶須；壓力保持恒定在10kPa下。在生長時(shí)間內(nèi)向反應(yīng)器供應(yīng)三甲基鎵(TMG)，摩爾分?jǐn)?shù)X(TMG)從0.6xlO-s變化到2.5xl(Ts.保持磷化氫(PH3)的恒定流量，摩爾分?jǐn)?shù)X(PH3)為7.5xl(T3.對于InP襯底上InP干的生長，三甲基銦為源材料，摩爾分?jǐn)?shù)x(TMI)-:L5xl(r6，生長溫度為4001C和壓力為10kPa。對于異質(zhì)結(jié)構(gòu)，引入胂(AsH3) ; X(AsH3)=2.3xl(T4。納米晶須以恒定速度在<111>8方向上向上生長，具有六角形橫截面；[001
納米線具有正方形橫截面。下面的步驟是在干上生長較小的納米線"分枝"。通過將樣品放
回到氣溶膠顆粒沉積室內(nèi)在干上沉積較小的氣溶膠顆粒(10、 15、 20、 30和40nm直徑)。沉積密度從1變化到25個(gè)顆粒/平方微米襯底(顯示與干上沉積的顆粒直接相關(guān)，圖3A)。隨后由新晶種顆粒在干上生長較小的納米線"分枝"。特別地，在GaP干上產(chǎn)生GaP分枝，在InP 干上產(chǎn)生InP分枝，這些分枝的長度為生長時(shí)間、反應(yīng)物濃度和生長溫度的函數(shù)；在這個(gè)試驗(yàn)中校準(zhǔn)這些關(guān)系.應(yīng)認(rèn)識到，通過適當(dāng)選擇前體和其它生長條件，給定級的分枝納米晶須可與前面級的納米晶須在它們的總長度上或較短段上組成不同.為了說明這種方法的通用性，將第三組金晶種顆粒(IO、 15、 20mn 直徑)沉積到幾種樣品的分枝上，隨后生長第三級分枝，同樣使用GaP 和InP (通過上述方法)。使用5-15個(gè)顆粒/平方微米襯底的沉積密度和10-20秒的生長時(shí)間。用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)表征樣品。對于高分辨率TEM圖象，使用MOkV透射電鏡，點(diǎn)分辨率為(U62nm，并裝備有場發(fā)射槍。用能量色散x-射線分光計(jì)進(jìn)行化學(xué)分析，通常在STEM模式下，提供探針尺寸〈lnm.用"x2kCCD相機(jī)數(shù)字記錄相襯圖象。通過靠著TEM格子機(jī)械摩擦村底表面來準(zhǔn)備用于TEM分析的樣品，機(jī)械摩擦使樹折斷到格子上，由于這個(gè)原因，許多樹在TEM圖象中展現(xiàn)出一個(gè)或多個(gè)折斷的分枝。在GaP (111) B襯底上生長分枝的磷化鎵(GaP)納米結(jié)構(gòu)或"納米樹"(圖1， 2)。首先，通過VLS生長方法在〈111〉B方向上生長納米線"干"，使用金屬-有機(jī)氣相外延法(MOVPE).然后，沿這些"干"沉積氣溶膠晶種顆粒，第二生長階段啟動(dòng)，產(chǎn)生界限清楚的 "分枝".分枝在其它三個(gè)<111>8方向上向下生長.圖1A顯示了每個(gè)樹具有這種干-分枝結(jié)構(gòu)的"納米森林"的圖象.在460TC下在MOVPE 中生長"森林"，平均每個(gè)樹具有8.9個(gè)分枝。這些結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定，當(dāng) 在空氣中儲(chǔ)存時(shí)在幾個(gè)月內(nèi)沒有表現(xiàn)出形貌變化.還應(yīng)注意到，沿整個(gè)襯底上沒有樹形貌的變化。除了隨機(jī)分布的樹以外，還生長了納米樹的有序陣列(圖1B), 按照2004年1月7日提交的Samuelson等人的共同待審美國專利申請 N0.10/751944中描述的技術(shù)，本文引入其內(nèi)容作為參考。通過電子束光刻產(chǎn)生的金顆粒的陣列作為干納米線晶種，在這種引晶后，納米樹
的生長按前面討論的隨機(jī)分布的那些進(jìn)行.從上方觀察，圖1A或IB的樹表現(xiàn)出以120。分開的三個(gè)分枝方向 (圖1C),每個(gè)分枝納米晶須在這三個(gè)方向的一個(gè)上伸長；這是千納米晶須中晶面排列和要求笫二級納米晶須優(yōu)先從干納米晶須側(cè)處的結(jié) 晶小面在<111>方向上生長的結(jié)杲。在圖1C中，平均每個(gè)樹有5.6個(gè) 分枝。對于每個(gè)樹具有少于7個(gè)分枝的樣品，一般能觀察到這種對稱性。但是，干中的堆垛層錯(cuò)可導(dǎo)致從主要生長方向旋轉(zhuǎn)60。的短段，從上方觀察(圖1D),高分辨率TEM圖象清楚顯示了干納米線內(nèi)的大量堆垛層錯(cuò)(圖2B)，給出混合的閃鋅礦(立方)和纖維鋅礦(六角形)結(jié)構(gòu).這種行為是眾所周知的，并歸因于該生長方向上堆垛順序之間小的能量差異。觀察到干和分枝的生長方向?yàn)榱⒎骄О袑ΨQ相關(guān)的<111>8方向，堆垛層錯(cuò)總是垂直于納米線的生長方向(圖2B).從旋轉(zhuǎn)段成核的分枝將向下生長，當(dāng)從上方觀察時(shí)正好與主分枝成60°.由于分枝從隨機(jī)沉積在干上的金氣溶膠顆粒成核，因此從旋轉(zhuǎn) 段成核是可能的，但可能性在某種程度上小于主方向上的成核.發(fā)現(xiàn) 對于低的晶種顆粒密度(因此分枝密度低)，幾乎沒有分枝生長在旋轉(zhuǎn)段上。對于較高的密度，分枝可在全部三個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上生長，樹一般表現(xiàn)出達(dá)到6個(gè)分枝方向，相隔60°，當(dāng)從上方觀察時(shí)。這顯示在固 1D中，每個(gè)樹具有IO個(gè)分枝.對于每個(gè)樹具有IO個(gè)以上分枝的樣品，始終觀察到這種對稱性；對于每個(gè)樹具有12個(gè)以上分枝的樣品，所有的樹顯示出6個(gè)分枝方向，Seifert等人的共同待審美國專利申請No.60/541949中公開了外延納米線在除<111>8外的方向上的生長，本文引入其內(nèi)容作為參考.這種納米線作為干的使用考慮到分枝方向性的變化.按照發(fā)明，還在 InP[001干上生長了 InP分枝.在與該研究中其它分枝相同的生長條件下，這種分枝在優(yōu)先的<111>8方向上生長，導(dǎo)致在XY面上產(chǎn)生相隔 90°的四個(gè)分枝方向。在沉積方法中控制每平方微米襯底沉積的顆粒數(shù)目(統(tǒng)計(jì)意義上)。這直接決定了每個(gè)樹沉積的顆粒數(shù)目和生長的分枝的數(shù)目。這種關(guān)系在研究的區(qū)域中是線性的(圖3A).注意到約一半顆粒作為分枝的晶種；干有六個(gè)小面，但只有三個(gè)對稱相關(guān)的<111>8方向?qū)τ诮o 定的晶體結(jié)構(gòu)是可能的。在 10mn^面積的整個(gè)襯底上，對于給定的沉
積密度，每個(gè)樹分技的數(shù)目變化±10%。對于非常高的密度，預(yù)料到沉積的顆粒數(shù)目將基本不變(與沉積密度無關(guān))，因?yàn)槊總€(gè)樹的表面積有限.干和分枝的直徑都精確地由各自晶種顆粒的直徑確定.分枝直徑在這個(gè)尺寸范圍內(nèi)對樹的形貌沒有明顯影響。對于給定的分枝密度，可通過生長時(shí)間、生長溫度和反應(yīng)物濃度來控制分枝長度。已校準(zhǔn)了這些參數(shù)中每一個(gè)和得到的分枝形貌之間的關(guān)系；控制分枝的長度和直徑到±5%內(nèi)。鎵是GaP納米線生長中的限制性反應(yīng)物。認(rèn)為分枝生長通過兩個(gè) 途徑進(jìn)行第一個(gè)，通過從蒸氣中直接引入Ga到晶種顆粒內(nèi)(隨后形成GaP)，笫二個(gè)，Ga通過沿襯底、干和分枝擴(kuò)散以被引入到顆粒內(nèi)。笫一個(gè)與分枝數(shù)目無關(guān)；生長速度僅僅由質(zhì)量傳遞決定.通過這種途徑，分枝作為時(shí)間的函數(shù)生長恒定體積；并且分枝長度與分枝數(shù)目無關(guān)。但是，笫二個(gè)途徑允許Ga以恒定速度被引入到整個(gè)樹內(nèi)，與晶種顆粒的數(shù)目無關(guān)。因此，對于較大的分枝數(shù)貝，作為時(shí)間的函數(shù)每個(gè) 分枝就引入較少的Ga。分枝長度于是就為分枝數(shù)目的函數(shù)。還能看到，平均分枝長度隨分枝密度增加而減小(圖3B).但是，分枝長度與干上的分枝位置無關(guān)，表明表面擴(kuò)散在所選條件下不是限制性標(biāo)準(zhǔn).村底上的顆粒沉積優(yōu)選通過靜電沉淀來進(jìn)行，借此施加氣溶膠流通過的電場.樣品上晶種顆粒的分布由布朗運(yùn)動(dòng)力和靜電力之間的相互影響和在電場中得到的顆粒運(yùn)動(dòng)來決定。參見Krinke等人，"Microscopic aspects of the deposition of nanoparticles from the gas phase" ， /醇""/o/^,卿/5W幼"33 (10) ， 1341-1359頁(2002年 10月)。it種分布直接決定了分枝的分布.計(jì)算機(jī)模擬顯示，變動(dòng)的沉積參數(shù)將導(dǎo)致所得顆粒分布的變化.根據(jù)這些模擬，選擇條件以便確保較少的顆粒沉積在襯底上，而且顆粒往往沿干均勻地分布；實(shí)驗(yàn) 結(jié)果與這種預(yù)測一致。生長了似子分枝或"小枝"的笫三級納米線。圖2C為這種結(jié)構(gòu)的圖象，其中第一、第二和第三納米晶須分別用附圖標(biāo)記X、 Y和Z來命名.而且，氣溶膠技術(shù)理想地適合于在分枝上沉積顆粒。第三級GaP 分枝在其它<111>8方向上從笫二級分枝生長，可通過選擇生長條件控制長度和直徑.在具有很少笫二級分枝的樹上，金顆粒也沉積在干上，產(chǎn)生等同于在第二級分技上生長的那些的附加分枝。另外，InP笫三級分枝在GaP樹上生長；初步結(jié)果表明這些分枝保持<111>8生長方向。通過改變每級和單獨(dú)納米線內(nèi)的組成可將不同的材料引入到納米結(jié)構(gòu)內(nèi)。這將允許引入不同的裝置功能特性。為了說明這種可能性，在GaP納米晶須干上生長InP納米晶須分枝.同樣，還產(chǎn)生了在分枝內(nèi)具有GaAsP段的GaP納米樹(圖4A);高精確度地控制這些段的位置和長度。這些樹表現(xiàn)出與均勻GaP樹類似的形貌，圖4B中顯示的光致發(fā)光數(shù)據(jù)顯示了與P/As比為0.08的GaAsP段一致的發(fā)光峰位置；注意峰位置(大約1.67eV)在六個(gè)不同的樹上非常一致，通過與 As形成合金，可連續(xù)移到發(fā)射波長從GaP的帶隙(約550mn)向上朝著GaAs的帶隙(約900nm),現(xiàn)在參考圖5，這是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池陣列的橫截面示意圖。適宜半導(dǎo)體材料(例如GaP)的村底SO在它的上表面上形成笫一級或干納米晶須52的規(guī)則陣列。這些納米晶須從在襯底表面上形成的催化顆粒54產(chǎn)生，優(yōu)選通過NIL (納米壓印光刻)方法。第一級納米晶須由例如為產(chǎn)生光電的合適材料GaP形成。納米晶須52通過 MOCVD方法產(chǎn)生，隨后按上述方式通過氣溶膠沉積在納米晶須52的側(cè)上沉積笫二組催化顆粒56。然后進(jìn)行納米晶須生長的笫二階段以從笫一級納米晶須56的側(cè)產(chǎn)生橫向伸出的分枝或第二級納米晶須58,笫二級納米晶須58由GaAsP形成，并與笫一級納米晶須52形成PN結(jié) 60。然后可重復(fù)該方法(為簡明未示出)以在第二級納米晶須的側(cè)上沉積第三組催化顆粒，然后MOVCD方法產(chǎn)生從第二級納米晶須的側(cè) 橫向伸出的笫三級納米晶須.可適當(dāng)?shù)剡x擇第三級納米晶須的組成以與第二級納米晶須58形成PN結(jié).然后將包括納米晶須52和連帶納米晶須58的每個(gè)納米結(jié)構(gòu)(納米樹)包在電絕緣材料中。例如，通過改變MOCVD方法的生長條件和第二納米晶須生長階段結(jié)束時(shí)的生長材料，納米結(jié)構(gòu)可被包在磷化鋁中，如在64處。然后氧化罅化鋁產(chǎn)生氧化鋁(藍(lán)寶石)，這提供了第一、第二和第三納米晶須與隨后沉積在納米樹上的導(dǎo)電透明聚合物 66或其它合適導(dǎo)電基質(zhì)的電絕緣.這種導(dǎo)電聚合物在納米晶須的端處提供了到催化顆粒的電接觸，并因此提供了在納米晶須的端和襯底之間施加電壓的方式。聚合物66還為結(jié)構(gòu)提供了平的頂表面68,并允許在其上形成接線端70。因此在操作中，當(dāng)結(jié)構(gòu)暴露于光和施加電壓到催化顆粒觸點(diǎn)54、 56上時(shí)，在納米晶須52、 58內(nèi)尤其在PN結(jié)60中產(chǎn)生光電流，并且光電流離開裝置.為了改進(jìn)操作，可通過在生長方法中在第二級納米晶須內(nèi)形成不同帶隙材料的段(通過快速轉(zhuǎn)換氣態(tài)成分)以在第二級納米晶須58內(nèi) 形成異質(zhì)結(jié)；為了簡明這沒有示出。這些結(jié)提供光電的源。另外，不同材料的這種段可允許納米結(jié)構(gòu)響應(yīng)各種光波長。類似地，可在隨后級的分枝中和/或在第一級納米晶須中形成異質(zhì)結(jié)，按照需要，可使用這種異質(zhì)結(jié)代替連續(xù)納米晶須級之間的PN結(jié)或除它之外還使用這種異質(zhì)結(jié)。因此，圖5中所示的結(jié)構(gòu)允許使用單晶納米樹結(jié)構(gòu)用于將光子光致電壓轉(zhuǎn)化成電，單晶納米樹為一種比上面提到的Gr3tzel電池復(fù)雜性低和更有效的結(jié)構(gòu)。為了解決單獨(dú)納米結(jié)構(gòu)如何與太陽能電池的反電極接觸的問題，使用導(dǎo)電(且對太陽輻射透明)聚合物66接觸封端每個(gè)分枝納米晶須的金催化顆粒。為了很好地控制這種接觸和起作用，分枝相對于導(dǎo)電聚合物電絕緣.由于在生長中(線生長后)AlP64以核-殼結(jié)構(gòu)覆蓋莖、分枝和小枝，實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn).在控制的方法中，AlP可被轉(zhuǎn)化成Al;j03，使全部分枝相對于導(dǎo)電聚合物絕緣。導(dǎo)電聚合物還提供太陽能電池結(jié) 構(gòu)的平頂部表面，納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)對于發(fā)光是理想的，每個(gè)異質(zhì)結(jié)構(gòu)都用作納米-LED。作為在分枝中引入功能異質(zhì)結(jié)構(gòu)的可能性的示例，從包含 200nm長的近似組成為GaAso.9P(u的段的各個(gè)GaP納米樹進(jìn)行發(fā)光測量，在約1.67eV處顯示出尖的發(fā)射(圖4B).這種發(fā)射顯然與設(shè)計(jì)的 GaAsP雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)段相關(guān)，說明了納米樹結(jié)構(gòu)中功能元素用于例如光子學(xué)應(yīng)用的潛在優(yōu)勢。這種納米-LED被結(jié)合到發(fā)光面板中，如圖6中示意性指示，其中與圖5中那些零件類似的零件用相同的附圖標(biāo)記表示。圖5的結(jié)構(gòu)被改變之處在于在每個(gè)第二級納米晶須58中形成GaAsP的段72，在這個(gè)例子中，納米晶須58由GaP形成，這種段和結(jié)合性異質(zhì)結(jié)形成 LED,透明ITO材料的接線端76位于導(dǎo)電聚合物66上，在接線端76 和襯底之間施加電壓激發(fā)LED段產(chǎn)生光.在一種改進(jìn)形式中(為了筒明未示出)，從笫二級納米晶須生長第三級或小枝納米晶須，其中具有異質(zhì)結(jié)，以形成更多的LED:這提供了更密的LED陣列.當(dāng)然，可類似地在第一或干納米晶須中提供異質(zhì)結(jié)以在其中形成LED。在另一改進(jìn)形式中，通過在彼此絕緣的結(jié)構(gòu)零件上提供大量單獨(dú)可尋址電極，結(jié)構(gòu)能提供可尋址的顯示面板。因此，在圖6中，從分枝和金顆粒注入相反電荷載體，并使它們在設(shè)計(jì)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中再結(jié)合，按照這種方式，它們將作為納米水平發(fā) 光二極管(LED)工作.總效果是提供發(fā)光面板.多分枝布置對這種應(yīng)用是有益的，單獨(dú)LED的任何缺陷或燒壞僅僅較少地影響這種發(fā)光面板的整體性能.圖7A-7D為使用催化顆粒的氣溶膠沉積和MOVPE生長通過上述技術(shù)生長的InAs納米結(jié)構(gòu)的SEM圖。圖7A和7B顯示了其中第一級納米晶須或干通過一對笫二級納米晶須或分枝互連的一對納米樹結(jié) 構(gòu).以這樣的方向和距離定位干，并且連接分枝生長足夠長至使每個(gè) 連接分枝通過其各自的催化顆粒與鄰近的干電接觸。圖7C和7D顯示了另一種這類結(jié)構(gòu)，其中一對干通過單一分枝互連。應(yīng)注意到，為了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，只有有限?shù)量的金顆粒被沉積在納米晶須干上，而且，平均而言，干上大約每隔一個(gè)催化顆粒實(shí)際上充當(dāng)生長地點(diǎn)。因此，在圖7D中看到，四個(gè)干中只有二個(gè)顯示出納米晶須分枝.現(xiàn)在參考圖8A，顯示了提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括互連的根據(jù)本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)或納米樹.襯底70具有在襯底表面上形成的笫一級納米晶須82的精密定位陣列，這通過以下實(shí)現(xiàn)通過NIL方法在表面上形成催化顆粒84，然后，如Samuelson等人的共同待審美國專利申請No.10/751944中所^S開，本文引入其內(nèi)容作為參考，形成正好從催化顆粒部位伸長的納米晶須。然后進(jìn)行形成的笫二階段，其中通過氣溶膠沉積方法在納米晶須82的側(cè)上沉積第二催化顆粒86,然后從納米晶須82的側(cè)生長第二級納米晶須88。如所示，納米晶須82被充分緊密地定位到一起，并且笫二級納米晶須生長足夠長，在統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，使得平均在每個(gè)第一級納米晶須S2上生長的二個(gè)或三個(gè)第二級納米晶須與鄰近納米樹結(jié)構(gòu)的相鄰第一級納米晶須之間實(shí)現(xiàn)電接觸。另外，在笫二級納米鼎須'88的形崴方法中，改變生長條件和材料以便插入具有明顯不同帶隙的不同材料的段卯(例如在InAs晶須中的 InP段)。這形成隧道勢壘排列.操作時(shí)，當(dāng)施加電壓到排列上時(shí)，電荷聚集在隧道勢壘段卯處，當(dāng)克服閾電壓時(shí)，電流就以類似于神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)突觸的方式流過隧道勢壘.另外，或者可選地，可通過如前所述的生長條件和其材料的適當(dāng)改變將隧道勢壘引入到干納米晶須內(nèi)。此外，可通過分枝-分枝連接在相鄰的納米樹結(jié)構(gòu)之間形成互連，如圖8B 中示意性所示。
權(quán)利要求
1. 一種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括第一階段，其包括在襯底表面上提供至少一個(gè)第一催化顆粒，和經(jīng)由每個(gè)第一催化顆粒通過VLS方法生長第一納米晶須；和第二階段，其包括在至少一個(gè)所述第一納米晶須的周邊提供至少一個(gè)笫二催化顆粒，和從每個(gè)第二催化顆粒通過VLS方法生長從各個(gè) 第一納米晶須周邊橫向伸出的笫二納米晶須。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括第三階段，其包括在至少一個(gè)所述第二納米晶須的周邊提供至少一個(gè)第三催化顆粒，和從每個(gè)第三催化顆粒通過VLS方法生長從各個(gè)第二納米晶須的周邊橫向伸出的笫三納米晶須。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中通過納米壓印光刻方法在襯底上沉積大量所述第一催化顆粒。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中通過氣溶膠沉積在襯底上沉積大量所述第一催化顆粒。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中控制沉積密度以控制所述大量中的所述笫一催化顆粒的數(shù)目.
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中氣溶膠沉積中的所述大量第一催化顆粒具有均一尺寸。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中氣溶膠沉積中的所述大量笫一催化顆粒帶單一電荷。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中施加電壓到襯底上以促進(jìn)通過靜電沉淀在襯底上沉積第一催化顆粒。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中第二催化顆粒通過氣溶膠沉積被沉積在第一納米晶須上.
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中施加電壓到襯底上以促進(jìn)通過靜電沉淀在笫一納米晶須上沉積笫二催化顆粒.
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中按照每個(gè)第一納米晶須上所需的第二催化顆粒數(shù)目控制氣溶膠沉積的密度，
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中每個(gè)笫一納米晶須上笫二催化顆粒的數(shù)目同在±10%內(nèi)。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中每個(gè)第一納米晶須周邊上的笫二催化顆粒通常在各個(gè)第一納來晶須的圓周方向上被均勻分布在周邊上。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中第二催化顆粒通常在各個(gè)第一納米晶須的縱向上被均勻分布在每個(gè)第一納米晶須的周邊上。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中笫二納米晶須的長度為生長時(shí)間的函數(shù).
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中笫二納米晶須的長度為反應(yīng) 物濃度的函數(shù)。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中笫二納米晶須的長度為生長溫度的函數(shù)。
18. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中笫二納米晶須的長度被控制在±5%內(nèi).
19. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在相對于襯底表面的所需取向上生長笫一納米晶須，
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所需取向?yàn)橄鄬τ?111) 襯底表面的<111>
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中笫二納米晶須的取向由各個(gè) 笫一納米晶須的晶體方向確定.
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中第二納米晶須具有由各個(gè)第一納米晶須的晶體方向確定的三個(gè)生長方向。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中第二納米晶須具有由各個(gè)笫一納米晶須的晶體方向確定的六個(gè)生長方向.
24. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中第二納米晶須具有由各個(gè)第一納米晶須的晶體方向確定的四個(gè)生長方向.
25. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中笫二納米晶須具有由各個(gè)第一納米晶須的結(jié)晶小面確定的<111>取向.
26. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中第二納米晶須和第一納米晶須為不同的材料。
27. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中笫一納米晶須在其中形成了和各個(gè)笫一納米晶須的相鄰部分不同材料的段，以便沿笫一納米晶須的長度形成異質(zhì)結(jié)。
28. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中第二納米晶須在其中形成了和各個(gè)第二納米晶須的相鄰部分不同材料的段，以便沿笫二納米晶須的長度形成異質(zhì)結(jié)。
29. —種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括笫一階段，其包括在襯底表面上提供至少一個(gè)笫一催化顆粒，和經(jīng)由每個(gè)所述笫一催化顆粒通過VLS方法生長笫一納米晶須；和n個(gè)后面的階段，其中n為大于或等于2的整數(shù)，每個(gè)下面的階段包括在前一階段中生長的至少一個(gè)先前納米晶須的周邊上提供至少一個(gè)另外的催化顆粒，和從每個(gè)另外的催化顆粒通過VLS方法生長從各個(gè)先前納米晶須的周邊橫向伸出的另外的納米晶須，
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中，在每個(gè)后面的階段中，都通過氣溶膠沉積在先前納米晶須上沉積另外的催化顆粒，
31. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中，在每個(gè)后面的階段中，都施加電壓到襯底上以促進(jìn)通過靜電沉淀在先前納米晶須上沉積另外的催化顆粒。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中按照每個(gè)先前納米晶須上所需的另外催化顆粒的數(shù)目控制氣溶膠沉積的密度。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其中每個(gè)先前納米晶須上另外催化顆粒的數(shù)目同在±10%內(nèi).
34. 如權(quán)利要求31所迷的方法，其中另外的催化顆粒通常在先前納米晶須的圓周方向上被均勻分布在每個(gè)先前納米晶須的周邊上。
35. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中另外的催化顆粒通常在先前納米晶須的縱向上被均勻分布在每個(gè)先前納米晶須的周邊上。
36. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中另外的納米晶須的長度為生長時(shí)間的函數(shù)。
37. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中另外的納米晶須的長度為反應(yīng)物濃度的函數(shù)。
38. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中另外的納米晶須的長度為生長溫度的函數(shù)。
39. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中另外的納米晶須的長度被控制在±5%內(nèi)。
40. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中另外的納米晶須的取向由先前納米晶須的晶體方向確定。
41. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中至少一個(gè)后面階段的另外的納米晶須和先前納米晶須為不同的材料。
42. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中至少一個(gè)后面階段的另外的納米晶須在其中從各個(gè)另外的納米晶須的相鄰部分形成不同材料的段，以便沿另外的納米晶須的長度形成異質(zhì)結(jié)，
43. —種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括第一階段，其包括在襯底上提供至少一個(gè)第一催化顆粒，和經(jīng)由每個(gè)所述笫一催化顆粒形成笫--維納米元件；和第二階段，其包括在至少一個(gè)所述笫一一維納米元件的周邊上提供至少一個(gè)第二催化顆粒，和從每個(gè)所述第二催化顆粒形成從各個(gè)第一一維納米元件的周邊橫向伸出的第二一維納米元件。
44. 如權(quán)利要求43所述的方法，還包括笫三階段，其包括在至少一個(gè)所述第二一維納米元件的周邊上提供至少一個(gè)笫三催化顆粒，和從每個(gè)笫三催化顆粒通過VLS方法生長從各個(gè)第二一維納米元件的周邊橫向伸出的笫三一維納米元件。
45. 如權(quán)利要求43所述的方法，其中通過納米壓印光刻方法在襯底上沉積大量所述笫一催化顆粒。
46. 如權(quán)利要求43所述的方法，其中通過氣溶膠沉積在襯底上沉積大量所述第一催化顆粒.
47. 如權(quán)利要求46所述的方法，其中控制沉積密度以控制所述大量中所述第一催化顆粒的數(shù)目，
48. 如權(quán)利要求46所述的方法，其中氣溶膠沉積中的所述大量笫一催化顆粒具有均一尺寸。
49. 如權(quán)利要求46所述的方法，其中氣溶膠沉積中的所迷大量第一催化顆粒帶單一電荷。
50. 如權(quán)利要求43所述的方法，其中施加電壓到襯底上以促進(jìn)通過靜電沉淀在襯底上沉積笫一催化顆粒。
51. 如權(quán)利要求43所述的方法，其中第二催化顆粒通過氣溶膠沉積被沉積在第--"維納米元件上.
52. 如權(quán)利要求51所述的方法，其中施加電壓到襯底上以促進(jìn)通過靜電沉淀在第一一維納米元件上沉積笫二催化顆粒。
53. 如權(quán)利要求51所述的方法，其中按照每個(gè)第--維納米元件上所需的笫二催化顆粒數(shù)目控制氣溶膠沉積的密度.
54. 如權(quán)利要求53所述的方法，其中每個(gè)笫一一維納米元件上笫二催化顆粒的數(shù)目同在±10。/0內(nèi)。
55. 如權(quán)利要求51所述的方法，其中每個(gè)笫--維納米元件周邊上的第二催化顆粒通常在各個(gè)笫一一維納米元件的圃周方向上被均勻分布在周邊上。
56. 如權(quán)利要求51所述的方法，其中笫二催化顆粒通常在各個(gè)笫 ——維納米元件的縱向上被均勻分布在每個(gè)第——維納米元件的周邊上。
57. 如權(quán)利要求43所述的方法，其中第二一維納米元件和第一一維納米元件為不同的材料。
58. 如權(quán)利要求43所述的方法，其中第--維納米元件在其中從各個(gè)笫一一維納米元件的相鄰部分形成不同材料的段，以便沿笫一一維納米元件的長度形成異質(zhì)結(jié)。
59. 如權(quán)利要求43所述的方法，其中笫二一維納米元件在其中從各個(gè)笫二一維納米元件的相鄰部分形成不同材料的段，以便沿第二一維納米元件的長度形成異質(zhì)結(jié)。
60. —種納米結(jié)構(gòu)，包括在襯底上生長的笫一納米晶須，和在第一納米晶須的周邊上生長的在橫切于笫一納麥晶須的方向上伸出的至少一個(gè)笫二納米晶須。
61. 如權(quán)利要求60所述的納米結(jié)構(gòu)，包括在各個(gè)笫二納米晶須的周邊上生長的在橫切于各個(gè)第二納米晶須的方向上伸出的至少一個(gè)第三納米晶須，
62. 如權(quán)利要求60所述的納米結(jié)構(gòu)，包括在笫一納米晶須的周邊上生長的大量笫二納米晶須，其通常在笫一納米晶須的圃周方向上均勻分布在笫一納米晶須的周邊上。
63. 如權(quán)利要求60所述的納米結(jié)構(gòu)，包括在笫一納米晶須的周邊上生長的大量笫二納米晶須，其通常在縱向上均勻分布在笫一納米晶須的周邊上，
64. 如權(quán)利要求60所述的納米結(jié)構(gòu)，包括在笫一納米晶須的周邊上生長的大量笫二納米晶須，其中第二納米晶須的長度同在±5%內(nèi)。
65. 如權(quán)利要求60所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所迷笫二納米晶須具有由笫一納米晶須的晶體方向確定的取向，
66. 如權(quán)利要求65所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述第二納米晶須具有由第一納米晶須的晶體方向確定的三個(gè)方向之一.
67. 如權(quán)利要求65所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述第二納米晶須具有由第一納米晶須的晶體方向確定的六個(gè)方向之一。
68. 如權(quán)利要求65所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述笫二納米晶須具有由笫一納米晶須的晶體方向確定的四個(gè)方向之一。
69. 如權(quán)利要求65所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述第二納米晶須具有由笫一納米晶須的結(jié)晶小面確定的<111>取向。
70. 如權(quán)利要求60所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述笫二納米晶須為不同于所述第一材料的第二材料。
71. 如權(quán)利要求60所述的納米結(jié)構(gòu)，其中第一納米晶須在其中具有由和笫一納米晶須的相鄰部分不同的材料形成的段，以便沿笫一納米晶須的長度形成異質(zhì)結(jié)。
72. 如權(quán)利要求60所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述笫二納米晶須在其中具有由和這種納米晶須的相鄰部分不同的材料形成的段，以便沿這種納米晶須的長度形成異質(zhì)結(jié).
73. 根據(jù)權(quán)利要求60的納米結(jié)構(gòu)，其中至少部分第一納米晶須或每個(gè)第二納米晶須由光敏材料形成。
74. —種結(jié)構(gòu)，包括襯底和布置在襯底上的大量納米結(jié)構(gòu)，每個(gè) 納米結(jié)構(gòu)包括在襯底上生長的第一納米晶須和在第一納米晶須的周邊上生長并從其橫向伸出的至少一個(gè)第二納米晶須。
75. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，包括在所述第二納米晶須的周邊上生長并從其橫向伸出的至少一個(gè)笫三納米晶須.
76. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中以有序陣列排列大量納米結(jié)構(gòu).
77. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中第一納米晶須具有均一的長度和直徑.
78. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中第二納米晶須具有均一的長度和直徑，
79. 如權(quán)利要求74所述^結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)笫一納米晶須上第二納米晶須的數(shù)目同在±10%內(nèi)，
80. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中各個(gè)笫二納米晶須通常在笫一納米晶須的圃周方向上均勻分布在每個(gè)笫一納米晶須的周邊上。
81. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中各個(gè)笫二納米晶須通常在笫一納米晶須的縱向上均勾分布在每個(gè)笫一納米晶須的周邊上.
82. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中笫二納米晶須的長度同在土 5%內(nèi).
83. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中第二納米晶須的取向由笫一納米晶須的晶體方向確定。
84. 如權(quán)利要求83所述的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述笫二納米晶須具有由其各自的笫一納米晶須的晶體方向確定的三個(gè)生長方向之一。
85. 如權(quán)利要求83所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述笫二納米晶須具有由其各自的笫一納米晶須的晶體方向確定的六個(gè)生長方向之一。
86. 如權(quán)利要求83所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述笫二納米晶須具有由其各自的笫一納米晶須的晶體方向確定的四個(gè)生長方向之一.
87. 如權(quán)利要求83所述的納米結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述第二納米晶須具有由其各自的第一納米晶須的結(jié)晶小面確定的<111>取向。
88. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中笫一納米晶須和第二納米晶須為不同的材料.
89. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中笫一納米晶須具有在其中由和各個(gè)笫一納米晶須的相鄰部分不同的材料形成的段，以便沿笫一納米晶須的長度形成異質(zhì)結(jié)。
90. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中第二納米晶須具有在其中由和各個(gè)笫二納米晶須的相鄰部分不同的材料形成的段，以便沿第二納米晶須的長度形成異質(zhì)結(jié)。
91. 如權(quán)利要求74所述的結(jié)構(gòu)，其中在所述笫一和第二納米晶須的自由端處布置導(dǎo)電催化顆粒，并包括被安排在所述導(dǎo)電催化顆粒和襯底之間施加電壓的接觸結(jié)構(gòu)，所述笫一和笫二納米晶須與接觸結(jié)構(gòu) 電絕緣。
92. 如權(quán)利要求91所迷的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)納米晶須被電絕緣套包圍，在絕緣套周圍形成透明導(dǎo)電材料以便與催化顆粒電接觸。
93. 如權(quán)利要求92所述的結(jié)構(gòu)，其中所述套為氧化鋁。
94. 如權(quán)利要求91所述的結(jié)構(gòu)，其中第一和第二納米晶須包含對應(yīng)于不同入射光波長的不同材料區(qū)域。
95. —種發(fā)光面板結(jié)構(gòu)，包括襯底；布置在襯底上的大量納米結(jié)構(gòu)，大量納米結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都包括在襯底上生長的第一納米晶須、在笫一納米晶須的周邊上生長并從其橫向伸出的至少一個(gè)笫二納米晶須，和布置在笫一和笫二納米晶須的自由端處的導(dǎo)電催化顆粒；和被安排在導(dǎo)電催化顆粒和村底之間以施加電壓的接觸結(jié)構(gòu)，笫一和笫二納米晶須與接觸結(jié)構(gòu)電絕緣，大量納米結(jié)構(gòu)的選定納米晶須在其中具有旋光材料形成的段以便形成發(fā)光二極管.
96. —種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括襯底；和布置在襯底上的大量納米結(jié)構(gòu)，大量納米結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都包括在襯底上生長的第一納米晶須、在笫一納米晶須的周邊上生長并從其橫向伸出的至少一個(gè)第二納米晶須，其中笫一納米晶須被充分緊密地定位到一起，笫二納米晶須生長足夠長至在相鄰納米結(jié)構(gòu)的納米晶須之間形成電觸點(diǎn)。
97. 如權(quán)利要求96所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)第二納米晶須在其中具有由具有和各個(gè)笫二納米晶須的相鄰部分不同帶隙的材料形成的段，以至于在每個(gè)第二納米晶須內(nèi)形成隧道勢壘，
98.如權(quán)利要求96所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中至少部分第二納米晶須與相鄰納米結(jié)構(gòu)的各個(gè)笫一納米晶須形成電接觸。
99. 一種納米結(jié)構(gòu)，包括在襯底上生長的笫一一維納米元件、在第——維納米元件的周邊上生長并從其橫向伸出的笫二一維納米元件，
100. —種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括在襯底上生長第一納米晶須，和從笫一納米晶須的周邊生長笫二納米晶須，使得第二納米晶須橫切于笫一納米晶須伸出。
101. 如權(quán)利要求100所迷的形成納米結(jié)構(gòu)的方法，還包括從笫二納米晶須的周邊生長笫三納米晶須，使得第三納米晶須橫切于第二納米晶須伸出。
102. —種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括在襯底上生長第一一維納米元件，和從笫一一維納米元件的周邊生長第二一維納米元件，使得第二一維納米元件橫切于笫一一維納米元件伸出。
103.如權(quán)利要求102所述的形成納米結(jié)構(gòu)的方法，還包括從第二一維納米元件的周邊生長第三一維納米元件，使得笫三一維納米元件橫切于第二一維納米無件伸出.
104.—種納米結(jié)構(gòu)，包括笫一納米晶須、從第一納米晶須的周邊上生長并從其橫向伸出的第二納米晶須，和從第二納米晶須的周邊上生長并從其橫向伸出的第三納米晶須。
105. —種納米結(jié)構(gòu)，包括笫——維納米元件、從笫——維納米元件的周邊上生長并從其橫向伸出的第二一維納米元件，和從第二一維納米元件的周邊上生長并從其橫向伸出的第三一維納米元件。
106. —種結(jié)構(gòu)，包括襯底和布置在襯底上的大量納米結(jié)構(gòu)，每個(gè)納米結(jié)構(gòu)包括在襯底上生長的笫--維納米元件和在笫——維納米元件的周邊上生長并從其橫向伸出的至少一個(gè)第二一維納米元件。
107. 如權(quán)利要求106所述的結(jié)構(gòu)，其中大量納米結(jié)構(gòu)的至少一個(gè) 包括從各自的笫二一維納米元件的周邊上生長并從其橫向伸出的笫三一維納米元件.
108. —種結(jié)構(gòu)，包括襯底和布置在襯底上的大量納米結(jié)構(gòu)，每個(gè) 納米結(jié)構(gòu)包括在襯底上生長的各自的第——維納米元件，和至少一個(gè) 所述納米結(jié)構(gòu)具有接觸另一個(gè)所述納米結(jié)構(gòu)的部分，其中所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的部分包括在所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的第一一維納米元件的周邊上生長并從其橫向伸出的笫二一維納米元件，
109. 如權(quán)利要求108所迷的結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的笫二一維納米元件接觸所述另一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的第一一維納米元件。
110. —種結(jié)構(gòu)，包括襯底和布置在襯底上的大量納米結(jié)構(gòu)，每個(gè) 納米結(jié)構(gòu)包括在襯底上生長的各自的第一納米晶須，和至少一個(gè)所述納米結(jié)構(gòu)具有接觸另一個(gè)所述納米結(jié)構(gòu)的部分，其中所述一個(gè)納米結(jié) 構(gòu)的部分包括在所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的笫一納米晶須的周邊上生長并從其橫向伸出的第二納米晶須.
111. 如權(quán)利要求110所述的結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的第二納米晶須接觸所述另一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的笫一納米晶須.
112. —種形成大量納米結(jié)構(gòu)的方法，包括對于襯底上所述大量納米結(jié)構(gòu)的每一個(gè)生長各自的笫一一維納米元件；和在至少一個(gè)所述納米結(jié)構(gòu)的笫一一維納米元件上形成接觸另一個(gè) 所述納米結(jié)構(gòu)的部分，其中所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的部分包括在所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的笫一一維納米元件上生長并從其橫向伸出的笫二一維納米元件。
113. 如權(quán)利要求112所述的方法，其中所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的笫二一維納米元件生長至接觸所述另一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的第一一維納米元件。
114. 一種形成大量納米結(jié)構(gòu)的方法，包括對于襯底上所述大量納米結(jié)構(gòu)的每一個(gè)生長各自的第一納米晶須5和在至少一個(gè)所述納米結(jié)構(gòu)的笫一納米晶須上形成接觸另一個(gè)所述納米結(jié)構(gòu)的部分，其中所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的部分包括在所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的第一納米晶須上生長并從其橫向伸出的笫二納米晶須。
115. 如權(quán)利要求114所述的方法，其中所述一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的笫二納米晶須生長至接觸所述另一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的笫一納米晶須.
116. —種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括生長笫一納米晶須預(yù)定的時(shí)間段；和在預(yù)定的時(shí)間段結(jié)束后，在笫一納米晶須的周邊上提供催化顆粒，和從催化顆粒通過VLS方法生長從笫一催化顆粒的周邊橫向伸出的第二納米晶須。
117. —種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括提供笫一納米晶須到顆粒沉積裝置；利用顆粒沉積裝置在第一納米晶須的周邊上沉積至少一個(gè)催化顆粒；從顆粒沉積裝置中取出其上具有催化顆粒的笫一納米晶須；和從催化顆粒通過VLS方法生長從第一納米晶須的周邊橫向伸出的笫二納米晶須.
118. —種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括大量不連續(xù)的操作，包括通過VLS方法生長第一納米晶須的第一操作，和通過VLS方法在笫一納米晶須的周邊上生長笫二納米晶須以至于其從第一納米晶的周邊橫向伸出的第二操作。
119. 一種太陽能電池陣列，包括襯底；布置在襯底上的大量納米結(jié)構(gòu)，大量納米結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都包括在襯底上生長的笫一納米晶須、在笫一納米晶須的周邊上生長并從其橫向伸出的至少一個(gè)第二納米晶須，和布置在第一和第二納米晶須的自由端處的導(dǎo)電催化顆粒；和被安排在導(dǎo)電催化顆粒和襯底之間施加電壓的接觸結(jié)構(gòu)，第一和笫二納米晶須與接觸結(jié)構(gòu)電絕緣。
120. 如權(quán)利要求119所述的太陽能電池陣列，其中每個(gè)納米晶須被電絕緣套包圍，在絕緣套周圍形成透明導(dǎo)電材料以便與催化顆粒電接觸。
121. 如權(quán)利要求120所述的太陽能電池陣列，其中所述套為氧化鋁，
122. 如權(quán)利要求119所述的太陽能電池陣列，其中第一和第二納米晶須包含對應(yīng)于不同入射光波長的不同材料區(qū)域.
123. 如權(quán)利要求119所迷的太陽能電池陣列，其中在各個(gè)納米結(jié) 構(gòu)的笫一和第二納米晶須的至少一個(gè)內(nèi)形成PN結(jié)。
124. 如權(quán)利要求119所迷的太陽能電池陣列，其中在各個(gè)納米結(jié) 構(gòu)內(nèi)的笫一和笫二納米晶須之間形成PN結(jié)。
125. —種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括在第一納米晶須的周邊上生長第二納米晶須使得笫二納米晶須從第一納米晶須的周邊橫向伸出；和在笫二納米晶須的周邊上生長笫三納米晶須使得笫三納米晶須從第二納米晶須的周邊橫向伸出.
126. —種形成納米結(jié)構(gòu)的方法，包括在笫一一維納米元件的周邊上生長笫二一維納米元件使得第二一維納米元件從笫一一維納米元件的周邊橫向伸出；和在第二一維納米元件的周邊上生長笫三一維納米元件使得第三一維納米元件從笫二一維納米元件的周邊橫向伸出.
全文摘要
一種形成具有樹形式的納米結(jié)構(gòu)的方法，包括第一階段和第二階段。第一階段包括在襯底表面上提供一個(gè)或多個(gè)催化顆粒，并經(jīng)由每個(gè)催化顆粒生長第一納米晶須。第二階段包括在每個(gè)第一納米晶須的周邊上提供一個(gè)或多個(gè)第二催化顆粒，和從每個(gè)第二催化顆粒生長從各自第一納米晶須的周邊橫向伸出的第二納米晶須?？砂硗獾碾A段以生長一個(gè)或多個(gè)從前一階段的納米晶須伸出的另外納米晶須?？稍诩{米晶須內(nèi)形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種納米結(jié)構(gòu)可形成太陽能電池陣列或發(fā)光面板的元件，其中納米晶須由光敏材料形成?？赏ㄟ^定位第一納米晶須緊密到一起形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而鄰近的樹通過隨后階段中生長的納米晶須接觸另外一個(gè)，并且納米晶須內(nèi)的異質(zhì)結(jié)形成對電流的隧道勢壘。
文檔編號H01L33/18GK101124152SQ200480040987
公開日2008年2月13日申請日期2004年11月18日優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者K·W·德佩爾特, L·I·薩米爾松申請人:昆南諾股份有限公司

完整全部詳細(xì)技術(shù)資料下載