專利名稱：一維納米結(jié)構(gòu)的制造方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一維納米結(jié)構(gòu)的制造方法及其裝置。更具體地，本發(fā)明 涉及包括二氧化釩作為基材的納米線的制造方法及其裝置。
背景技術(shù)：
盡管化合物二氧化釩在室溫下為單斜晶型晶體，然而其在接近68。C 的溫度下會經(jīng)歷金屬-絕緣體相變，并轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型晶體。據(jù)報道，此 時二氧化釩的電阻值會變化三個數(shù)量級以上(參見P. Jin與S. Tanemura， Jpn. J. Appl. Phys. 33 1478(1994))。由于電阻隨溫度的變化率大，二氧化 釩被用作測輻射熱儀(bolometer)型紅外線溫度傳感器。
此外，由于二氧化釩存在不同于上述晶相的另一晶相結(jié)構(gòu)，該晶相 結(jié)構(gòu)記為V02(B)并不表現(xiàn)出金屬-絕緣體相變，具有表現(xiàn)出單斜到金紅石 型相變的結(jié)構(gòu)的二氧化釩通常表示為V02(M)(單斜晶型)或V02(R)(金紅 石型)。在下面描述中，將具有表現(xiàn)出相變的結(jié)構(gòu)的二氧化釩表示為 V02(M)。
此外，據(jù)報道，包括V02(M)的薄膜在電場下會經(jīng)歷金屬-絕緣體相變， 該薄膜作為場效應(yīng)晶體管或開關(guān)元件的可能性己被考慮(參見H-T. Kim 等，Applied Physics Letters 86， 242101(2005))。
以前有人報道了通過濺射等使V02(M)薄膜結(jié)晶化(參見日本未審查 專利申請公報2007-224390號(26 39段)以及2007-515055號(11和32段))。 然而，由于這些V02(M)薄膜形成為具有多晶結(jié)構(gòu)，每單位面積的晶粒的 數(shù)目、晶體取向的平面及晶粒的大小不同，難以發(fā)生均勻的相變。為了消除該困難，有人公開了形成V02(M)單晶結(jié)構(gòu)的方法(參見B. Guiton等，JACS， 127， 498(2005))。然而，V02(M)單晶結(jié)構(gòu)非常難以形 成，且僅有少數(shù)關(guān)于其形成的報道(參見M. Luo等，Materials Chemistry and Physics, 104， 258(2007))。另一方面，V02(B)可相對容易地形成且 幾乎所有報道都是涉及V02(B)的形成。
特別是關(guān)于包括V02(M)單晶的納米線的制造方法，僅發(fā)現(xiàn)兩個報道 的例子(參見B. Guiton等，JACS， 127， 498(2005)以及J. Sohn等，Nano Lett., 7， 1570(2007))。這些制造方法涉及使用V02(M)晶體粉末通過加熱進行 蒸發(fā)(氣-固(VS)方法)。
盡管上述使用V02晶體粉末的VS方法可制造包括單晶V02(M)的納 米線，然而據(jù)報道，納米線的生長溫度處于60(FC 1100。C的范圍中(即， 根據(jù)B. Guiton等，JACS， 127， 498(2005)為900。C 1000。C，以及根據(jù)J. Sohn 等，NanoLett.， 7， 1570(2007)為600。C 700。C)。因此，需要高的生長溫 度并還需要長達二 五個小時的生長時間。此外，由于用于制造V02(M) 晶體和用于形成納米線的技術(shù)訣竅起著相當(dāng)大的作用，故該方法不僅再 現(xiàn)性不足，而且不適合大規(guī)模生產(chǎn)，并且這成為實際應(yīng)用的主要障礙之
具體地，在使用半導(dǎo)體Si制造半導(dǎo)體器件的過程中，為了使納米線 與Si器件組合安裝并形成于玻璃基板上，需要低的溫度和高速的制造過 程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明期望提供一種能夠以足夠的再現(xiàn)性在相對低的溫度下并高速 地形成一維納米結(jié)構(gòu)的方法與裝置，所述一維納米結(jié)構(gòu)例如是V02(M)納 米線等。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一維納米結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包
括以下步驟面向基板布置含釩的靶，在上述狀態(tài)下以激光照射靶，以 及在壓力條件下將升華物質(zhì)沉積到基板，從而使得由照射產(chǎn)生的包括靶 升華物質(zhì)和環(huán)境氣體的等離子體(羽流)基本上不會到達基板，從而形成諸
如V02(M)納米線等一維納米結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了用于生產(chǎn)一維納米結(jié)構(gòu)的裝置， 所述一維納米結(jié)構(gòu)諸如V02(M)納米線等，該裝置包括基板支撐裝置， 其用于支撐基板；用于支撐含釩的靶的靶支撐裝置，其面對基板支撐裝 置設(shè)置；激光照射裝置，其用于以激光照射含釩的靶；以及壓強控制裝 置，其用于控制環(huán)境氣體的壓強，從而使等離子體(羽流)基本上不會到達 基板，所述等離子體生成為包括靶升華物質(zhì)與環(huán)境氣體。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于靶在壓力條件下被激光的照射升華，從 而等離子體基本上不會到達基板，靶升華物質(zhì)聚集并隨后粘附于基板， 并可在低溫下并高速地，即在低到450。C以下的溫度下并在短到幾十分鐘 以內(nèi)的短時間周期內(nèi)以足夠的再現(xiàn)性形成諸如V02(M)納米線的單晶一 維納米結(jié)構(gòu)。


圖1是總體地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的脈沖激光沉積(PLD)裝置 的示意圖2A 2E是分別圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的在各種壓強條件下使用 PLD方法的處理的幾個特征的示意圖3A和3B分別表示通過根據(jù)本發(fā)明的實施方式的具體示例的PLD方 法形成于C平面藍寶石基板上的V02薄膜和V02(M)納米線的SEM圖像；
圖4表示通過根據(jù)實施方式的具體示例的PLD方法形成于c平面藍寶 石基板上的V02(M)納米線的XRD圖案；
圖5是根據(jù)實施方式的具體示例形成的V02(M)納米線的拉曼 (Raman)光譜；
圖6A 6C是圖示根據(jù)實施方式的具體示例的V02(M)納米線的生長的 溫度依賴性的光學(xué)顯微鏡圖像；
圖7是總體地圖示用于評估根據(jù)實施方式的具體示例的V02(M)納米 線的電氣特性的AFM電氣測量評估系統(tǒng)的示意圖；圖8A和8B分別表示根據(jù)實施方式的具體示例的納米線的AFM圖像 和電流圖像，其中兩個圖像都是使用AFM電氣測量評估系統(tǒng)對所述圖像 進行同步測量期間得到的；
圖9A包括根據(jù)實施方式的具體示例的V02(M)納米線的I-V特性圖， 圖示了兩種情況用于比較，其中在第一情況中AFM探頭施加于V02(M) 納米線上，而在第二情況中探頭施加于基板上；
圖9B表示根據(jù)實施方式的具體示例的V02(M)納米線的電流對時間 的圖，其圖示了瞬態(tài)反應(yīng)特性和紫外線照射(在255nm的波長處)的依賴關(guān) 系；
圖10A和10B是圖示了包括根據(jù)實施方式的具體示例的VO2(M)納米 線的感測元件的示意圖11A和11B是圖示了包括根據(jù)實施方式的具體示例的V02(M)納米 線的場效應(yīng)晶體管的示意圖；以及
圖12是圖示了用于根據(jù)實施方式的具體示例的V02(M)納米線的示 例性排列方法的示意圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明的實施例中，需要使用幾種氣體成分，例如氧氣、氮氣、 氬氣、氦氣以及氖氣的單獨氣體或者它們的混合氣體，在減壓或常壓下 的環(huán)境氣體中以激光照射上述靶以使所述靶升華并聚集，且將結(jié)果沉積 到基板(其中，該方法具體地稱為脈沖激光沉積(PLD),后面會詳細(xì)介紹)。
這種情況下，作為使得等離子體(羽流)不會到達基板的壓強條件，需 要使環(huán)境氣體的壓強降到從10Pa(Pascal，帕斯卡) 100Pa的范圍，且更優(yōu) 選地在該范圍中處于50Pa以上。
盡管一維納米結(jié)構(gòu)甚至在降到350。C的溫度條件下仍可生長，然而期 望在例如最高450。C的升溫條件(基板溫度)下生長。這可以通過設(shè)置加熱 器件以使溫度升高到450。C以下進行。
9此外，上述靶的材料成分可從幾種含釩材料中選擇，所述含釩材料 例如是釩單體金屬、二氧化釩、三氧化釩、四氧化釩、五氧化釩等。
使用按照本發(fā)明的實施例的方法制備的靶形成上述的單晶一維納米
結(jié)構(gòu)，具體是V02(M)納米線，并優(yōu)選地包括單斜晶型的二氧化釩V02(M) 或金紅石型的二氧化釩V02(R)作為基材。
二氧化釩的一維納米結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包括諸如Ti、 Mn、 Cr、 Zn等3d過渡 金屬元素，諸如Er、 Nb、 Yb等稀土元素以及Ta或W元素，所述元素的質(zhì) 量濃度在50%以下。這是基于以下事實設(shè)計的，即通過包括這些元素(例 如，通過包括質(zhì)量濃度為2。/。的W元素，相變溫度從68。C減小到53。C)可以 改變從單晶形式相變的溫度。
此外，利用納米結(jié)構(gòu)性能的至少一個變化，上述一維納米結(jié)構(gòu)可適 合于制造電子器件，所述變化包括由熱造成的電阻變化、由電場造成的 電阻變化、由光造成的電阻變化、由壓強或振動造成的電阻變化、由熱 造成的紅外線透射率或反射率的變化、由電場造成的紅外線透射率或反 射率的變化、由光造成的紅外線透射率或反射率的變化、由壓強或振動 造成的紅外線透射率或反射率的變化、由熱造成的可見光透射率或反射 率的變化、由電場造成的可見光透射率或反射率的變化、由光造成的可 見光透射率或反射率的變化以及由應(yīng)力或振動造成的可見光透射率或反 射率的變化。
此外，上述一維納米結(jié)構(gòu)可適合于各種電子器件的制造，所述電子 器件例如溫度檢測感測元件、光檢測感測元件、場效應(yīng)晶體管元件、非 易失性存儲元件、光電轉(zhuǎn)換元件、光開關(guān)元件、熱線調(diào)制元件、光調(diào)制 元件、開關(guān)電路元件、光電晶體管元件以及光學(xué)存儲元件等。
下面參照附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的脈沖激光沉積(PLD)裝置1。
PLD裝置1的室23中設(shè)有布置于靶支撐部8上的含釩的靶(例如V02 靶)7以及用于引入環(huán)境氣體(例如02和Ar的混合氣體)的氣體導(dǎo)入管22， 靶支撐部8面向固定于位于加熱器3下的基座(未圖示)的基板2布置。室23還設(shè)有用于控制引入氣體的壓強的旋轉(zhuǎn)泵6和渦輪泵4，且在室 23的外壁部上設(shè)有電子槍5和反射高能電子衍射屏9，反射高能電子衍射 屏9用于通過接收從電子槍5發(fā)出的電子的反射束來分析基板2的表面狀 態(tài)。
此外，激光源(未圖示)設(shè)于室23的外面，并配置為使得脈沖激光IO 經(jīng)透鏡L聚焦后穿過窗口部W照射V02耙7。作為激光源，例如可恰當(dāng)?shù)?使用ArF準(zhǔn)分子激光器。
在根據(jù)本實施例的PLD裝置中，V02納米線可通過下述步驟形成面 向基板2布置V02耙7，在此狀態(tài)下以脈沖激光10照射VO2耙7以引起升華 (消融)，產(chǎn)生包括靶升華物質(zhì)和混合氣體的等離子體(羽流)ll，控制環(huán)境 氣體的壓強使得等離子體基本上不會到達基板2，以及在該壓強條件下將 聚集的耙升華物質(zhì)沉積到基板2上。
參照圖2A 2E，圖示了包括靶升華物質(zhì)和混合氣體的等離子體的生 成的幾個特征，以便在各種壓強條件下進行比較。
首先參照圖2A，當(dāng)壓強設(shè)置為lPa時，由于低密度羽流12從高密度羽 流11擴散出來而到達基板2的表面，故在基板2上僅形成V02薄膜。該特征 在如圖2B所示的壓強設(shè)為10Pa的情況下也類似。
相反，如圖2C所示，當(dāng)壓強從10Pa增加到50Pa時，低密度羽流12不 會從球形高密度羽流ll擴散出來，且生成靶升華物質(zhì)的團簇14并隨后流 到基板2上。即，由于羽流不會到達基板2的表面而團簇14到達并附著于 表面，故單晶V02在基板2上由團簇生長并可形成V02納米線。
此外，如圖2D所示，當(dāng)壓強進一步增加到70Pa時，由于羽流ll變小 且不會到達基板2的表面，期望的V02納米線就會形成于基板上。如圖2E 所示，當(dāng)壓強進一步增加到100Pa時，羽流ll變得更小并可適當(dāng)?shù)匦纬蒝O2 納米線。
因此，在引入氣體的壓強使得羽流不會到達基板2的條件下，將通過 照射激光10產(chǎn)生的靶升華物質(zhì)作為團簇14沉積到基板2上，可進行期望的
V02納米線的生長。
11可以形成這樣的納米線的機理受羽流(包括通過照射激光10產(chǎn)生的
靶升華物質(zhì)和引入氣體的等離子體)的狀態(tài)影響，且適合于使羽流不到達
基板2的引入氣體的壓強(大氣壓)優(yōu)選地設(shè)置為10Pa 100Pa的范圍，更優(yōu) 選地在該范圍中設(shè)置為50Pa以上。
如圖2A和2B所示，當(dāng)氣體壓強在10Pa以下時，羽流12具有向著基板 2發(fā)散的形狀，只有VO2薄膜形成于基板2上；而如圖2C 2E所示，對于10Pa 以上的氣體壓強，進一步處于20 30Pa以上且特別為50Pa以上的范圍中， 則羽流ll變小為近似呈球形，產(chǎn)生團簇14并隨后到達基板2，且V02納米 線由此生長。
這是基于如下考慮因為靶升華物質(zhì)的平均自由路徑的減少是由氣 體壓強增加到10Pa以上引起的，處于過度飽和狀態(tài)的靶升華物質(zhì)聚集并 隨后到達基板2，且當(dāng)滿足條件時能夠生長成納米線和/或納米壁。
由于耙7瞬時地被激光10升華，在例如VS法的蒸發(fā)方法的情況下， 用于將材料加熱到高溫度的機構(gòu)不是必需的。因此，可在相對低的溫度 下(特別地在450。C以下)形成且甚至高速地形成納米線。
與用于VO2(M)薄膜的400。C的晶化溫度相比，所述晶化溫度在前述 日本未審査專利申請公報2007-224390號中有所公開，能夠形成V02(M) 納米線的上述VS方法中的基板置于高溫環(huán)境(范圍為600'C 1100。C)中， 以便通過加熱進行耙材料的蒸發(fā)。然而，在根據(jù)本發(fā)明的實施例的上述 PLD方法中，靶加熱蒸發(fā)機構(gòu)不是必需的，只要恰當(dāng)?shù)乜刂茐簭?可能在 10Pa以上，且甚至在常壓附近)，VO2(M)納米線能夠在低到450。C以下的 溫度下生長并且高速地生長，這個結(jié)果直到現(xiàn)在才得到實現(xiàn)。
盡管未涉及V02納米線，然而有人報道了(參見J. Jie等，Appl. Phys. Lett. 86， 031909(2005))關(guān)于在常壓附近使用PLD裝置形成ZnO納米線的 另一示例，其中由于ZnO生長的溫度在700。C與900。C之間的范圍中，故 在450。C以下的溫度下不能生長。此外，盡管還有人報道了關(guān)于MgO納米 線的形成的另一示例(參見J. Jie等，Appl. Phys. Lett. 86， t)31909(2005)和 A.Marcu等，J. Appl. Phys. 102， 016102(2007))，由于MgO生長的溫度在 800。C以上，故該生長在450。C以下的溫度也不能進行。下面參照具體示例詳細(xì)解釋本發(fā)明的實施例。
vo，納米線的形成
通過如下的PLD方法，使V02(M)納米線24形成于c平面藍寶石基板 上。通過將包括02和Ar的引入氣體的02對Ar的比設(shè)置為l: l的氣體比， 并在氣體壓強例如為75Pa(7.5xlO"Torr)、基板溫度范圍為400 420。C、激 光頻率為5Hz并且VO2靶7與基板2之間的距離為50mm的附加條件下，形 成由V02(M)構(gòu)成的V02(M)納米線。在該過程中，V02(M)納米線的生長 時間為15分鐘，這顯著地短于前述出版物J. Sohn等的Nano Lett.， 7， 1570(2007)中報道的2 5小時。此外，發(fā)現(xiàn)當(dāng)02氣體過量時，V02晶體具 有薄膜結(jié)構(gòu)，而當(dāng)Ar氣體過量時，V02晶體為點狀結(jié)構(gòu)，且在上述混合 比的條件下能夠形成納米線。
圖3A表示通過PLD方法在lPa(1.0xl(^Torr)的低氣壓下形成于c平面 藍寶石基板上的V02(M)薄膜的SEM圖像，而圖3B表示在75Pa的高氣壓下 形成于相同基板上的V02(M)納米線的另一SEM圖像。
如圖3A所示，發(fā)現(xiàn)在低氣體壓強的情況下V02(M)僅形成為包括顆粒 狀紋理的薄膜。另一方面，如圖3B所示，在高氣體壓強下，發(fā)現(xiàn)納米線 與基板的結(jié)晶軸對準(zhǔn)生長。這表明通過進行納米線的晶體生長，從而與c 平面藍寶石的結(jié)晶軸(60°或120°)具有晶格匹配。
圖4表示生長于c平面藍寶石基板上的V02(M)納米線的XRD圖案。從 圖案中，可發(fā)現(xiàn)VO2(M)生長為在(020)平面中定向。
圖5表示V02(M)納米線的拉曼光譜。根據(jù)該光譜，可確認(rèn)拉曼位移 與VO"M)的聲子振動圖案一致。作為使用Ag(622cm")峰進行映射的結(jié) 果，所述Ag峰在多個峰中強度最高，得到與從光學(xué)顯微鏡方法得到的圖 像相同的映射圖像。從結(jié)果可以明白，形成于藍寶石上的該結(jié)構(gòu)僅包括
納米線，而不包括V02薄膜。
圖6A 6C是用于圖示V02(M)納米線的生長的溫度依賴性的高功率光 學(xué)顯微鏡圖像。
首先，如圖6A所示，即使當(dāng)溫度降到350。C時仍可形成納米線。然 而，隨著溫度從450。C下降到400。C，且進一步降到350。C時，分別如圖6C、6B以及6A所示，納米線的長度變小(從3(^im減小到15jLim，并進一步減小 到5nm)，并發(fā)現(xiàn)遷移效應(yīng)影響著納米線的生長，該遷移效應(yīng)隨基板溫度 變化。此外，在例如布線處理等Si半導(dǎo)體制造過程中，上述溫度 (350。C 450。C)不會引起不期望的效應(yīng)，因此所述溫度與上述處理相適應(yīng) 并適合與Si器件處理結(jié)合進行。
如上所述，本發(fā)明人首次證實了使用PLD方法的V02納米線的生長， 且VO2納米線的生長溫度也降低到350。C 450。C的范圍，該溫度范圍甚至 比過去的溫度范圍降低了200。C 300。C。這些溫度適合于Si半導(dǎo)體制造工 藝(A1布線處理步驟等)，且納米線生長的時間也降到15分鐘，該時間是以 前已知方法(VS方法)所用時間的八分之一。
VO，納米線的電氣特性
圖7表示用于評估V02納米線的電氣特性的原子力顯微鏡(AFM)電氣 測量評估系統(tǒng)27。
評估系統(tǒng)27包括AFM圖像(顯示部)28、掃描器29、放大器30、電流 圖像(顯示部)31、電源32、激光源33、激光檢測器34、導(dǎo)電AFM探頭35 等。面向探頭35布置有基板2，其中通過上述方法在基板2上形成有V02 納米線并還設(shè)有蒸鍍的Au電極25。
使用評估系統(tǒng)27對通過上述方法形成于基板上的單條V02納米線進 行電氣特性評估。圖8A表示V02(M)納米線24的AFM圖像，圖8B表示與 AFM圖像對應(yīng)的納米線的電流圖像，AFM圖像和電流圖像都是使用上述 評估系統(tǒng)27在同步測量時得到的。
根據(jù)圖8A所示，V02(M)納米線24的一端連接于Au電極25，非常薄的 電極25在圖像的下邊界側(cè)上通過蒸鍍形成，而AFM探頭用作另一電極。
此外，分別如圖8A和8B所示，從通過AFM圖像和電流圖像的同步掃 描得到的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，僅能夠觀察到連接于Au電極25的V02(M)納米線 24生成了電流圖像。
接下來，測量V02(M)納米線24的電流電壓(I-V)特性。圖9A圖示了對 比兩種情況的從I-V測量得到的結(jié)果，在第一情況中AFM探頭施加于V02(M)納米線24上的點"A"，相比之下，第二情況中探頭施加于V02(M)納米線24以外的其它位置上的點"B"(基板上)。
根據(jù)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，以與上述電流圖像結(jié)果相似的方式，通過在V02(M)納米線24上施加正電壓和負(fù)電壓得到對稱的I-V特性，而在除了VO"M)納米線24以外的其它區(qū)域中發(fā)現(xiàn)絕緣狀態(tài)；并從所述結(jié)果證實，以上述AFM電測量評估系統(tǒng)得到令人滿意的位置再現(xiàn)性的精度，且V02(M)納米線24與Au電極25之間形成優(yōu)異的接觸。此外，從I-V測量的結(jié)果，該情況下未發(fā)現(xiàn)由電場造成的V02(M)納米線24的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變。
接下來，圖9B表示紫外(UV)線照射(在255nm的波長處)與V02(M)納米線24的瞬態(tài)反應(yīng)特性(在施加7V期間)的依賴關(guān)系。
根據(jù)結(jié)果，盡管在無紫外線照射的情況下，施加電壓大約50秒以后觀察到從高電阻狀態(tài)到低電阻狀態(tài)的急劇的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變，然而認(rèn)為這是由于電流產(chǎn)生的熱量造成的。
與前述日本未審查專利申請公報2007-224390號中報道的熱轉(zhuǎn)變現(xiàn)象相比，本發(fā)明的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象呈現(xiàn)急劇的特征。與諸如薄膜形式的多晶結(jié)構(gòu)不同，該差異可認(rèn)為是由作為單晶結(jié)構(gòu)的V02(M)納米線24引起的一步(一次)轉(zhuǎn)變造成的。
此外，關(guān)于V02(M)納米線24還可發(fā)現(xiàn)， 一步轉(zhuǎn)變由紫外線照射引起，對施加電壓的時間無依賴關(guān)系。S卩，當(dāng)進行紫外線照射10秒而不施加電壓時，此時也發(fā)生急劇的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變，且考慮到在短于無UV線照射的情況的時候發(fā)生轉(zhuǎn)變的事實，這顯得非常有趣。此外，在紫外線照射之后并保持在金屬狀態(tài)中200秒以上，還觀察到一步轉(zhuǎn)變到絕緣體；該現(xiàn)象也認(rèn)為是由于沒有顆粒邊界的單晶結(jié)構(gòu)引起。
此外，也有人報道了關(guān)于V02(M)薄膜的所述光致相變(參見S.Lysenko等，PHYSICAL REVIEWB 76， 035104(2007))，這被認(rèn)為是與軌道和聲子強相關(guān)的現(xiàn)象。
如果清楚了這些現(xiàn)象的原理并發(fā)現(xiàn)可由各種激勵加以控制，則可以利用強相關(guān)的金屬到絕緣體轉(zhuǎn)變而設(shè)計新型開關(guān)器件，以便不僅作為光
15學(xué)和/或電子開關(guān)而且作為能夠由諸如振動、熱、磁場等各種激勵激活的 開關(guān)經(jīng)歷該轉(zhuǎn)變。
對通過上述處理生長的V02(M)納米線24，可以通過利用晶格匹配能 力進行諸如平行對準(zhǔn)、60。對準(zhǔn)等生長方向的控制，所述晶格匹配能力通 過選擇單晶基板2實現(xiàn)。
因此，使用納米線作為電極之間的布線，可提供幾種器件元件，例 如圖10A和10B所示的高靈敏度的溫度檢測感測元件或光檢測感測元件， 或圖11A和11B所示的場效應(yīng)晶體管(FET)或存儲器件元件等。
圖10A圖示了包括兩條以上VO2(M)納米線24的感測元件40，所述兩 條以上V02(M)納米線24平行連接于相對的電極15a和15b之間，且圖10B 圖示了包括一條V02(M)納米線24的情況。通過感測由溫度或由光導(dǎo)致的
流動于兩個電極之間的電流的變化進行溫度或光的檢測。此外，通過利 用V02(M)納米線24的下述屬性，即當(dāng)在兩個電極之間施加電壓時光不會 穿透且當(dāng)切斷施加的電壓時光會穿透的屬性，V02(M)納米線24可適用于 光學(xué)通信的光學(xué)IC。圖11A圖示了背柵型FET41，其包括彼此面對布置的 源極16和漏極17，且兩條以上V02(M)納米線24平行連接于這些電極之間 以形成溝道區(qū)域，背柵型FET41形成于布置在柵極電極18上的柵極絕緣 膜19上。此外，圖11B圖示了溝道區(qū)域形成為包括一條V02(M)納米線24 的情況。
如圖10A和10B以及圖11A和11B所示，所述各元件的縮放可通過 VO"M)納米線24的數(shù)目加以控制。這種情況下，通過在諸如酒精或丙酮 的有機液體中或在水中施加超聲波，可從基板2去除V02(M)納米線24， 且由此可以使用單條納米線或預(yù)定數(shù)目的納米線形成電子器件。
圖12圖示了使用電泳方法布置單條納米線的示例。根據(jù)該對準(zhǔn)方法， 例如，通過以乙醇沖洗掉保持于基板上的不必要的納米線，并之后在乙 醇中通過高頻電源21在源極16與漏極17之間施加大約l-10V和 lkHz lMHz的高頻電場，除去了在除了兩個電極以外的其它區(qū)域中的納 米線。因此，可有選擇地連接想要的納米線，并使想要的納米線跨在電 極之間。盡管上面參照實施例和具體示例描述了本發(fā)明，然而基于本發(fā)明的 技術(shù)啟示可以出現(xiàn)對示例的許多變化。
例如，壓強、混合比以及上述環(huán)境氣體的種類、靶和激光的種類等 可根據(jù)納米線形成的大小、材料的質(zhì)量等變化。此外，也可以以各種合 適的方式選擇形成納米線的基板材料的質(zhì)量。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離所附權(quán)利要求及其等同物的 范圍內(nèi)，取決于設(shè)計需要和其它因素可出現(xiàn)各種變化、組合、子組合和 替代。
權(quán)利要求
1.一種一維納米結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包括以下步驟面向基板布置含釩的靶；在上述狀態(tài)下以激光照射所述靶；以及在壓力條件下將靶升華物質(zhì)沉積到所述基板上，從而使得由所述照射生成的等離子體基本上不會到達所述基板，所述等離子體包括所述靶升華物質(zhì)和環(huán)境氣體。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述以激光照射的步驟在減壓 和常壓之一的所述環(huán)境氣體下進行，所述環(huán)境氣體包括氧氣、氮氣、氬 氣、氦氣以及氖氣中的單獨一種或者它們的混合物。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述環(huán)境氣體的壓強減少到 10Pa 100Pa的范圍。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述環(huán)境氣體的所述壓強調(diào)整 到50Pa以上。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在450。C以下的升溫條件下形 成所述一維納米結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，構(gòu)成所述靶的材料是含釩材料， 所述含釩材料包括釩單體金屬、二氧化釩、三氧化釩、四氧化釩以及五 氧化釩中的至少一種。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述一維納米結(jié)構(gòu)的基材是單 斜晶型的二氧化釩以及金紅石型的二氧化釩之一。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述一維納米結(jié)構(gòu)形成為納米線。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述二氧化釩包括如Ti、 Mn、 Cr與Zn等3d過渡金屬元素，如Er、 Nb與Yb等稀土元素以及Ta或W 元素之一，所述元素的質(zhì)量濃度最高為50%。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一維納米結(jié)構(gòu)適合于利 用至少一種下述變化來制造電子器件，所述至少一種變化包括-由熱造成的電阻變化，由電場造成的電阻變化，由光造成的電阻變化，由壓強與振動之一造成的電阻變化，由熱造成的紅外線透射率與反射率之一的變化，由電場造成的紅外線透射率與反射率之一的變化，由光造成的紅外線透射率與反射率之一的變化，由壓強與振動之一造成的紅外線透射率與反射率之一的變化，由熱造成的可見光透射率與反射率之一的變化，由電場造成的可見光透射率與反射率之一的變化，由光造成的可見光透射率與反射率之一的變化，以及由應(yīng)力與振動之一造成的可見光透射率與反射率之一的變化。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一維納米結(jié)構(gòu)適合于制 造以下元件之一溫度檢測感測元件，光檢測感測元件，場效應(yīng)晶體管元件，非易失性存儲元件，光電轉(zhuǎn)換元件，光開關(guān)元件，熱線調(diào)制元件，光調(diào)制元件，開關(guān)電路元件，光電晶體管元件，以及光學(xué)存儲元件。
12. —種用于制造一維納米結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置包括 基板支撐裝置，其用于支撐基板；用于支撐含釩的靶的靶支撐裝置，其面對所述基板支撐裝置設(shè)置； 激光照射裝置，其用于以激光照射所述含釩的靶；以及 壓強控制裝置，其用于控制環(huán)境氣體的壓強以使等離子體基本上不 會到達所述基板，生成的所述等離子體包括靶升華物質(zhì)與所述環(huán)境氣體。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，在減壓與常壓之一的所述環(huán) 境氣體中以所述激光照射所述靶，所述環(huán)境氣體包括氧氣、氮氣、氬氣、 氦氣以及氖氣中的單獨一種或者它們的混合物。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述環(huán)境氣體的壓強減少到 10Pa 100Pa的范圍。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述環(huán)境氣體的所述壓強調(diào) 整為50Pa以上。
16. 如權(quán)利要求14所述的裝置，還包括加熱單元，其用于在最多 450°C的升溫條件下制造所述一維納米結(jié)構(gòu)。
17. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，構(gòu)成所述靶的材料是含釩材 料，所述含釩材料包括釩單體金屬、二氧化釩、三氧化釩、四氧化釩以 及五氧化釩中的至少一種。
18. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述一維納米結(jié)構(gòu)的基材是 單斜晶型的二氧化釩與金紅石型的二氧化釩之一。
19. 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述一維納米結(jié)構(gòu)形成為納 米線。
20. 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述二氧化釩包括如Ti、 Mn、 Cr與Zn等3d過渡金屬元素，如Er、 Nb與Yb等稀土元素以及Ta 與W元素之一，所述元素的質(zhì)量濃度最高為50%。
21. —種用于形成一維納米結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置包括-基板支撐單元，其用于支撐基板；用于支撐含釩的靶的靶支撐單元，其面對所述基板設(shè)置； 激光照射單元，其以激光照射所述含釩的靶；以及 壓強控制單元，其控制環(huán)境氣體的壓強以使等離子體基本上不會到 達所述基板，生成的所述等離子體包括靶升華物質(zhì)與所述環(huán)境氣體。
全文摘要
本申請公開了一維納米結(jié)構(gòu)的制造方法與裝置。納米結(jié)構(gòu)的制造通過如下步驟進行面向基板布置含釩的靶；以激光照射靶；以及在壓力條件下將靶升華物質(zhì)沉積到基板，以使得由激光照射產(chǎn)生的等離子體基本上不會到達基板，所述等離子體包括靶升華物質(zhì)和環(huán)境氣體。本發(fā)明可在低溫下并高速地以足夠的再現(xiàn)性形成諸如VO₂(M)納米線的單晶一維納米結(jié)構(gòu)。
文檔編號C23C14/28GK101665914SQ20091016728
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者伊藤大輔 申請人:索尼株式會社