專利名稱：攙雜的細長半導(dǎo)體,這類半導(dǎo)體的生長，包含這類半導(dǎo)體的器件以及這類器件的制造技術(shù)
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及亞-微電子半導(dǎo)體器件，并且特別涉及納米級的半導(dǎo)體制品，例如，被攙雜以提供n型和p型導(dǎo)電性的納米線，這類制品的生長以及為制造器件的這類制品的布局。
背景技術(shù)：
小尺度電子技術(shù)在很大程度上依賴于各種材料的攙雜。攙雜半導(dǎo)體材料以形成用于制造諸如場效應(yīng)晶體管、雙極型晶體管、互補反相器、隧道二極管等等各種器件的n型和p型半導(dǎo)體區(qū)域是公知的。
典型的最新技術(shù)半導(dǎo)體制造設(shè)備涉及相對高的成本，并要求超凈間以及使用例如氟化氫的有毒化學(xué)品。雖然半導(dǎo)體和微制造技術(shù)得到了很好的發(fā)展，但還存在著對改進，最好是包含更小尺度，對環(huán)境友好的低成本的制造的持續(xù)需求。
發(fā)明概述在一個實施方案中，提供了包含至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式(free-standing)體攙雜半導(dǎo)體。
在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體包括包含第一半導(dǎo)體的內(nèi)核；以及包含不同于該第一半導(dǎo)體的材料的外殼。
在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體是細長的。在這個方面的各種可選的特性中，在沿著該半導(dǎo)體的縱剖面的任意點上，剖面長度和最大寬度的比值大于4∶1，或大于10∶1，或大于100∶1，或甚至大于1000∶1。
在這個實施方案的各個方面，至少該半導(dǎo)體的一部分具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最小寬度。
在這個實施方案的各種方面，該半導(dǎo)體包含一種選自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu，Ag)(Al，Ga，In，Tl，F(xiàn)e)(S，Se，Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al，Ga，In)2(S，Se，Te)3、Al2CO組成的組的半導(dǎo)體，以及兩種或更多這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在這個實施方案的各個方面，該半導(dǎo)體包含一種選自由由下列物質(zhì)組成的組的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的組中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的組中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的組中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的p型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的組中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的組中選出的n型攙雜物質(zhì)。
在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體是器件的部分。在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體是n攙雜的。在這個方面的各種可選擇的特征中，該半導(dǎo)體或者是輕度n攙雜的，或者是重度n攙雜的。
而在這個實施方案的又一個方面，該半導(dǎo)體是p攙雜的。在這個方面的各種可選擇的特征中，該半導(dǎo)體或者是輕度p攙雜的，或者是重度p攙雜的。
在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體是單晶。
在這個實施方案附加的各個方面，該半導(dǎo)體是磁性的；該半導(dǎo)體包含使得該半導(dǎo)體有磁性的攙雜物質(zhì)，該半導(dǎo)體是鐵磁性的；該半導(dǎo)體包含使得該半導(dǎo)體有鐵磁性的攙雜物質(zhì)；和/或該半導(dǎo)體包含錳。
在另一個實施方案中，提供了細長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點具有小于500納米的最大橫截面尺寸。
在這個實施方案的一個方面，該半導(dǎo)體是獨立式的(free-standing)。
在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體包含一個包含第一半導(dǎo)體的內(nèi)核；以及一個包含不同于該第一半導(dǎo)體的材料的外殼。
在這個實施方案的各種方面，在沿著該半導(dǎo)體縱軸的任意點上，剖面長度和最大寬度的比值大于4∶1，或大于10∶1，或大于100∶1，或甚至大于1000∶1。
在這個實施方案的各種方面，至少該半導(dǎo)體的一個縱剖面具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最小寬度。
在這個實施方案的各個方面，至少該半導(dǎo)體的一個縱剖面具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最大寬度。
在這個實施方案的各個方面，該半導(dǎo)體包含一種選自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B、金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu，Ag)(Al，Ga，In，Tl，F(xiàn)e)(S，Se，Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al，Ga，In)2(S，Se，Te)3、Al2CO組成的組的半導(dǎo)體，以及兩種或更多這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在這個實施方案的各個方面，該半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的組的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的組中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的組中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的p型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的組中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的組中選出的n型攙雜物質(zhì)。
在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體是器件的部分。
在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體是n攙雜的。在這個方面的各種可選擇的特征中，該半導(dǎo)體或者是輕度n攙雜的，或者是重度n攙雜的。
而在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體是p攙雜的。在這個方面的各種可選擇的特征中，該半導(dǎo)體或者是輕度p攙雜的，或者是重度p攙雜的。
在這個實施方案的另一個方面，該半導(dǎo)體是單晶。
在另一個實施方案中，提供的是包含單晶的攙雜半導(dǎo)體。
在這個實施方案的一個方面，該半導(dǎo)體是體攙雜的。
在這個實施方案的一個方面，該半導(dǎo)體細長的。在這個方面的各種可選擇的特征中，在沿著該半導(dǎo)體縱軸的任意點上，剖面長度和最大寬度的比值大于4∶1，或大于10∶1，或大于100∶1，或甚至大于1000∶1。
在這個實施方案的各個方面，至少該半導(dǎo)體的一部分具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最小寬度。
在這個實施方案的各個方面，該半導(dǎo)體包含一種選自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B、金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu，Ag)(Al，Ga，In，Tl，F(xiàn)e)(S，Se，Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al，Ga，In)2(S，Se，Te)3、Al2CO組成的組的半導(dǎo)體，以及兩種或更多這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在這個實施例的各種方案中，該半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)。
而在另一個實施例中，提供了至少是下列之一的攙雜半導(dǎo)體單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，其中由體攙雜的半導(dǎo)體剖面產(chǎn)生的現(xiàn)象表現(xiàn)出該剖面尺寸所引起的量子限制(quantum confinement)。
在這個實施例的另一個方案中，縱剖面能夠響應(yīng)激發(fā)發(fā)光，其中所發(fā)射光的波長和寬度相關(guān)。在這個方案的選定的特性中，所發(fā)射的光的波長是寬度的函數(shù)；縱剖面能夠無散射地輸送電載流子；縱剖面能夠輸送電載流子以便電載流子沿彈道通過縱剖面；縱剖面能夠輸送電載流子以便電載流子相干地通過縱剖面；縱剖面能夠輸送電載流子以便電載流子被自旋極化；和/或縱剖面能夠輸送電載流子以便自旋極化的電載流子不丟失自旋信息地通過縱剖面。
在另一個實施例中，提供了包含一種或更多攙雜半導(dǎo)體的溶液，其中這些半導(dǎo)體中至少一種是下列至少其一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
在這個實施例的一個方案中，至少一種半導(dǎo)體被拉長。在這個方案的各種選定的特性中，在沿著該半導(dǎo)體的縱剖面的任意點上，剖面長度和最大寬度的比值大于4∶1，或大于10∶1，或大于100∶1，或大于1000∶1。
在這個實施例的各種方案中，至少該半導(dǎo)體的一部分具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最小寬度。
在這個實施例的各種方案中，至少一種半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族的半導(dǎo)體，以及兩種或更多這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在這個實施例的各種方案中，至少一種半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)。
在另一個實施例中，提供了包含一種或更多攙雜半導(dǎo)體的裝置，其中這些半導(dǎo)體中至少一種是下列至少其一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
在這個實施例的一個方案中，該器件包含至少兩種攙雜半導(dǎo)體，其中至少這兩種半導(dǎo)體都是下列至少其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，其中至少兩種半導(dǎo)體中的第一種表現(xiàn)出量子限制并且至少兩種半導(dǎo)體中的第二種操縱第一種的量子限制。
在這個實施例的另一個方面，該器件包含至少兩種攙雜半導(dǎo)體，其中至少這兩種半導(dǎo)體都是下列至少其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。在這個實施例的各種選定的特性中，該至少兩種體攙雜半導(dǎo)體彼此物理接觸，該至少兩種體攙雜半導(dǎo)體中的第一種是第一導(dǎo)電類型，該至少兩種體攙雜半導(dǎo)體中的第二種是第二導(dǎo)電類型；第一導(dǎo)電類型是n型，并且第二導(dǎo)電類型是p型；和/或該至少兩種體攙雜半導(dǎo)體形成p-n結(jié)。
在這個實施例的各種方案中，該器件包含下列之一或更多開關(guān)；二極管；發(fā)光二極管；隧道二極管；肖特基二極管；雙極型結(jié)晶體管；場效應(yīng)晶體管；反相器；互補反相器；光傳感器；用于分析物(例如DNA)的傳感器；存儲器器件；動態(tài)存儲器器件；靜態(tài)存儲器器件；激光器；邏輯門；AND門；NAND門；EXCLUSIVE-AND門；OR門；NOR門；EXCLUSIVE-OR門；鎖存器；寄存器；時鐘電路；邏輯陣列；狀態(tài)機；可編程電路；放大器；變壓器；信號處理器；數(shù)字電路；模擬電路；發(fā)光源；光致發(fā)光器件；電致發(fā)光器件；整流器；光敏二極管；p-n太陽能電池；光敏晶體管；單電子晶體管；單光子發(fā)射器；單光子探測器； 自旋電子器件(spintronic)；用于原子力顯微鏡的超細探針；掃描隧道顯微鏡；場發(fā)射器件；光致發(fā)光探針(tag)；光生伏打器件；光子帶隙材料；掃描近場光學(xué)顯微鏡；和具有數(shù)字和模擬元件的電路。
在這個實施例的各種方案中，對于包括一個或更多在上一段中所列的器件元件的裝置，這些器件元件之一可能包括至少一種半導(dǎo)體。在這個方案的一個選定的特性中，該器件的多個元件可能包括至少一種半導(dǎo)體，其中，對于每個器件元件，至少一種半導(dǎo)體是下列至少其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
在這個實施例的一個方案中，至少一種半導(dǎo)體被拉長。在這個方案的各種選定的特性中，在沿著該半導(dǎo)體的縱剖面的任意點上，剖面長度和最大寬度的比值大于4∶1，或大于10∶1，或大于100∶1，或大于1000∶1。
在這個實施例的各種方案中，至少一種半導(dǎo)體的至少一部分具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最小寬度。
在這個實施例的各種方案中，至少一種半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族的半導(dǎo)體，以及兩種或更多這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在這個實施例的各種方案中，至少一種半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)。
在這個實施例的另一個方案中，該器件包含其他的被電耦合到該至少一種體攙雜半導(dǎo)體的半導(dǎo)體。
在這個實施例的另一個方案中，該器件包含其他的被光耦合到該至少一種體攙雜半導(dǎo)體的半導(dǎo)體。而在這個實施例的另一個方案中，該器件包含其他的被磁耦合到該至少一種體攙雜半導(dǎo)體的半導(dǎo)體。
在這個實施例的另一個方案中，該器件包含其他的和該至少一種體攙雜半導(dǎo)體物理接觸的半導(dǎo)體。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體被耦合到電連接、光連接或磁連接之一或更多。
在這個實施例的另一個方案中，該至少一種半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是可響應(yīng)信號控制的。在這個方案的各種選定的特性中，該至少一種半導(dǎo)體的導(dǎo)電性可控制以具有一個值域內(nèi)的任意值；該至少一種半導(dǎo)體可在兩個或更多狀態(tài)間切換；該至少一種半導(dǎo)體可通過信號在導(dǎo)電狀態(tài)和絕緣狀態(tài)間切換；該至少一種半導(dǎo)體的兩個或更多狀態(tài)無需施加的信號即可維持；該至少一種半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是可響應(yīng)電信號控制的；該至少一種半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是可響應(yīng)光信號控制的；該至少一種半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是可響應(yīng)磁信號控制的；和/或該至少一種半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是可響應(yīng)柵極端(gateterminal)的信號控制的。
在這個實施例的另一個方案中，這些半導(dǎo)體中至少兩種被布局到陣列內(nèi)，并且至少被安排到陣列的半導(dǎo)體中至少一種是包含至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的體攙雜的半導(dǎo)體。在這個方案的一個選定的特性中，陣列是有序陣列。在這個實施例的另一個選定的特性中，陣列不是有序陣列。
而在這個實施例的另一個方案中，該器件包含兩個或更多分離并且互聯(lián)的電路，這些電路中至少有一個不包含包括至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的體攙雜的半導(dǎo)體。
在另一個實施例中，提供了用于生長包含至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的體攙雜半導(dǎo)體的試劑的集合，該集合包含半導(dǎo)體試劑和攙雜物質(zhì)試劑。
在這個實施例的一個方案中，該至少一種半導(dǎo)體被拉長。在這個方案的各種選定的特性中，在沿著該半導(dǎo)體的縱剖面的任意點上，剖面長度和最大寬度的比值大于4∶1，或大于10∶1，或大于100∶1，或大于1000∶1。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體的至少一部分具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最小寬度。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族的半導(dǎo)體，以及兩種或更多這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)。
在另一個實施例中，半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體生長過程中被攙雜。
在這個實施例的各種方案中該半導(dǎo)體是獨立式的；該半導(dǎo)體具有小于100納米的最小寬度；攙雜的程度受到控制；攙雜的半導(dǎo)體通過向分子集合施加能量生長；該分子集合包含該半導(dǎo)體的分子和攙雜物質(zhì)的分子；攙雜的程度受到控制；半導(dǎo)體分子的量和攙雜物質(zhì)的分子的量的比值受到控制。使用激光將分子汽化以形成汽化的分子；該半導(dǎo)體由汽化的分子生長成；汽化的分子被壓縮成液態(tài)團(liquid cluster)；該半導(dǎo)體由液態(tài)團生長成；生長半導(dǎo)體通過使用激光輔助催化生長(laser-assisted catalyticgrowth)來完成；分子集合包含催化材料的分子團；半導(dǎo)體的寬度受到控制；和/或通過控制催化團的寬度控制半導(dǎo)體的寬度。
在這個實施例附加的方案中，攙雜行為包括至少在分子上進行化學(xué)氣相沉積；生長成的半導(dǎo)體具有至少一個具有小于20納米的最小寬度的部分；生長成的半導(dǎo)體具有至少一個具有小于10納米的最小寬度的部分；和/或生長成的半導(dǎo)體具有至少一個具有小于5納米的最小寬度的部分。
而在這個實施例其他的附加方案中生長成的半導(dǎo)體是磁性的；該半導(dǎo)體被用使得生長成的半導(dǎo)體有磁性的材料攙雜；生長成的半導(dǎo)體是鐵磁性的；該半導(dǎo)體被用使得生長成的半導(dǎo)體有鐵磁性的材料攙雜；該半導(dǎo)體被用二氧化錳攙雜。
在這個實施例的另一個方案中，該至少一種半導(dǎo)體被拉長。在這個方案的各種選定的特性中，在沿著該半導(dǎo)體的縱剖面的任意點上，剖面長度和最大寬度的比值大于4∶1，或大于10∶1，或大于100∶1，或大于1000∶1。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體的至少一部分具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最小寬度。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族的半導(dǎo)體，以及兩種或更多這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)。
在另一個實施例中，制造了一個器件。一種或更多半導(dǎo)體和一個表面接觸，其中這些半導(dǎo)體中至少有一種是下列至少其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。在這個實施例的各種方案中該表面是襯底；在和該表面接觸前，這些半導(dǎo)體中至少其一是通過向半導(dǎo)體分子和攙雜物質(zhì)分子施加能量生長的；包含一種或更多半導(dǎo)體的溶液和該表面接觸；使用電場，這些半導(dǎo)體中一種或更多被在該表面上對齊；電場在至少兩個電極之間產(chǎn)生，并且一這些半導(dǎo)體中的一種或更多被置于兩電極之間；另一種包含一種或更多半導(dǎo)體的溶液和該表面接觸，其中其他這些半導(dǎo)體中至少有一種是包含至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的體攙雜半導(dǎo)體；該表面根據(jù)情況把一種或更多接觸的半導(dǎo)體連接到表面；在表面上形成溝道；在表面上形成樣式(pattern)；使用電場把這些半導(dǎo)體中的一種或更多被在表面上對齊；至少一種半導(dǎo)體被拉長。
在這個方案的各種選定的特性中，在沿著該半導(dǎo)體的縱剖面的任意點上，剖面長度和最大寬度的比值大于4∶1，或大于10∶1，或大于100∶1，或大于1000∶1。
在這個實施例的各種方案中，至少該半導(dǎo)體的一部分具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最小寬度。
在這個實施例的各種方案中，至少一種半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族的半導(dǎo)體，以及兩種或更多這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在這個實施例的各種方案中，至少一種半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)。
在另一個實施例中，產(chǎn)生光是通過向一種或更多半導(dǎo)體施加能量引起一種或更多半導(dǎo)體發(fā)光來產(chǎn)生，其中這些半導(dǎo)體中至少有一種是下列至少其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
在這個實施例的一個方案中，該至少一種半導(dǎo)體被拉長。在這個方案的各種選定的特性中，在沿著該半導(dǎo)體的縱剖面的任意點上，剖面長度和最大寬度的比值大于4∶1，或大于10∶1，或大于100∶1，或大于1000∶1。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體的至少一部分具有小于200納米、或小于150納米、或小于100納米、或小于80納米、或小于70納米、或小于60納米、或小于40納米、或小于20納米、或小于10納米、或者甚至小于5納米的最小寬度。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族的半導(dǎo)體，以及兩種或更多這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)。
在這個實施例的各種方案中，該至少一種半導(dǎo)體是體攙雜的；該半導(dǎo)體包含直接帶隙半導(dǎo)體；跨越兩種交叉的半導(dǎo)體的結(jié)施加電壓，每種半導(dǎo)體具有小于500納米的最小寬度；每種半導(dǎo)體具有小于100納米的最小寬度；通過控制該至少一種具有小于100納米的最小寬度的半導(dǎo)體的尺寸控制所發(fā)射光的波長；該半導(dǎo)體被拉長，并且被拉長的半導(dǎo)體的寬度受到控制；該半導(dǎo)體具有一種性質(zhì)，即如果大量的半導(dǎo)體具有最小最短尺寸，則其在第一波長發(fā)光，并且該半導(dǎo)體受控制的尺寸小于該最小最短尺寸。
在另一個實施例中，制造了具有至少一個攙雜半導(dǎo)體元件和一個或更多其他元件的器件。半導(dǎo)體在其生長過程中被攙雜以產(chǎn)生被攙雜的半導(dǎo)體元件，并且被攙雜的半導(dǎo)體元件被連接到一種或更多其他元件中的至少一個。
在這個實施例的一個方案中，攙雜的半導(dǎo)體是下列至少其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
在這個實施例的各種方案中，半導(dǎo)體元件至少是納米線的一部分；半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體生長的過程中被攙雜。
在另一個實施例中，提供了用于可控制的裝配具有拉長單元的半導(dǎo)體器件的過程，這些拉長單元在橫越該單元的方向上在納米尺度上具有特征尺寸，該過程包括產(chǎn)生至少一種第一攙雜類型的第一單元，將所述第一單元定向到第一方向上，并把所述第一單元連接到至少一個第一觸點上以使得電流得以流過該第一單元。
在這個實施例的各種方案中該過程還包括產(chǎn)生至少一種第二攙雜類型的第二單元，將所述第二單元定向到不同于第一方向的第二方向上，使能第一單元和第二單元之間的電接觸，并把所述第二單元連接到至少一個第二觸點上以使得電流得以在第一單元和第二單元之間流動；該過程還包括把所述第一單元連接到間隔開的觸點上并且在間隔開的觸點之間，接近該第一單元處放置一個柵電極，藉此形成FET；該第一攙雜類型是n型和p型之一；如果該第一攙雜類型是p型，則該第二攙雜類型是n型，如果該第一攙雜類型是n，則該第二攙雜類型是p型；通過施加電場和液體流中至少其一來定向該第一單元；該第一單元被懸浮在液體流中；通過施加機械手段來定向該第一單元；通過施加電場和液體流中至少其二來定向該第二單元；該第二單元被懸浮在液體流中；通過施加機械手段來定向該第二單元。
而在另一個實施例中，提供了半導(dǎo)體器件，包含具有金屬觸點陣列的硅襯底；縱橫開關(guān)單元，該單元和陣列電氣連通，并具有p型半導(dǎo)體納米線形成的第一接點(bar)和與第一接點間隔開并橫向放置的由n型半導(dǎo)體納米線形成的第二接點。
在這個實施例的一個方案中，該第二接點被與第一接點間隔開1到10納米。
在另一個實施例中，提供了用于制造納米線半導(dǎo)體器件的方法，包括通過在觸點之間施加電勢，在兩個觸點之間定位第一納米線；在另外兩個觸點之間定位第二納米線。
在另一個實施例中，提供了用于制造納米線半導(dǎo)體器件的方法，包括形成具有一個或更多選擇性地吸附納米線的區(qū)域的表面。
在另一個實施例中，提供了用于用納米線制造發(fā)光二極管的方法，該二極管具有由在兩個攙雜的納米線之間的p-n結(jié)的尺寸決定的發(fā)射波長。
而在另一個實施例中，提供了用于通過交叉p型納米線和n型納米線制造半導(dǎo)體結(jié)的方法。
在另一個實施例中，提供了用于在表面上裝配一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的方法，其中該方法包括操作在表面上流動包含一種或更多拉長結(jié)構(gòu)的液體；在表面上對齊一種或更多拉長結(jié)構(gòu)，以形成拉長結(jié)構(gòu)的陣列。
在這個方法的各種實施例中流動包含沿第一方向流動液體，并且對齊包含在液體沿第一方向流動時對齊一種或更多拉長結(jié)構(gòu)以形成第一層排成陣列的結(jié)構(gòu)，并且該方法還包含把液體流動方向從第一方向改變到第二方向，并重復(fù)流動和對齊的操作；來自第一層的至少一個第一拉長結(jié)構(gòu)和來自第二陣列的至少一個第二拉長結(jié)構(gòu)接觸；第一和第二拉長結(jié)構(gòu)之一是第一導(dǎo)電類型的攙雜半導(dǎo)體，第一和第二拉長結(jié)構(gòu)的另一個是第二導(dǎo)電類型的攙雜半導(dǎo)體；第一導(dǎo)電類型是p型并且第二導(dǎo)電類型是n型，其中第一和第二拉長結(jié)構(gòu)形成了p-n結(jié)；表面是襯底的表面，該方法還包括把拉長結(jié)構(gòu)的陣列從第一該襯底的表面轉(zhuǎn)移到另一襯底的表面；轉(zhuǎn)移包含沖壓；一種或更多拉長結(jié)構(gòu)在仍被包含在液體中時被在表面上對齊；用把一種或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)表面，并且對齊操作包含使用該一種或更多功能把一種或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到特定位置；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多分子調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多電荷調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多磁體(magneto)調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多光強調(diào)節(jié)表面；用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用化學(xué)作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用光學(xué)作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用靜電作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用磁力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)表面；該方法還包含把表面做成在表面上的特定位置上接收一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的樣式；制作布線圖案(patterning)操作包含在表面上創(chuàng)建物理樣式；該物理樣式是溝槽；該物理樣式是臺階；該表面是襯底的表面，并且在表面上創(chuàng)建物理樣式包含使用襯底的晶格臺階(step)；該表面是襯底的表面，并且在表面上創(chuàng)建物理樣式包含使用自裝配二塊聚合物條帶(self-assembleddi-block strips)；在表面上創(chuàng)建物理樣式包含使用樣式；在表面上創(chuàng)建物理樣式包含使用印刷的樣式；和/或流動操作包含使用溝道控制液體的流動。
在這個實施例的附加方案中拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
在另一個實施例中，公開了在表面上裝配一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的方法，其中，拉長結(jié)構(gòu)中的一個或更多至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；并且其中該方法包含用一種或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到表面上的特定位置的功能的操作調(diào)節(jié)表面，并且使用該一種或更多功能通過把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到特定位置來對齊一個或更多拉長結(jié)構(gòu)。
在這個實施例的各種方案中調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多分子調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多電荷調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多磁體(magneto)調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多光強調(diào)節(jié)表面；用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用化學(xué)作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用光學(xué)作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用靜電作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)表面；調(diào)節(jié)操作包含用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用磁力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)表面。
在這個實施例的附加方案中拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
在另一個實施例中，公開了在表面上裝配多個拉長結(jié)構(gòu)的方法，其中，拉長結(jié)構(gòu)中的一個或更多至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；并且其中該方法包含操作在表面上沉積多個拉長結(jié)構(gòu)；并且對表面充電以在該多個拉長結(jié)構(gòu)中的兩個或更多之間產(chǎn)生靜電作用力。
在這個實施例的各種方案中靜電作用力使得兩個或更多拉長結(jié)構(gòu)對齊其自身；靜電作用力使得兩個或更多拉長結(jié)構(gòu)將其自身對齊到一個或更多樣式；和/或一個或更多樣式包含平行陣列。
在這個實施例的附加方案中拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
而在另一個實施例中，提供了在表面上裝配多個拉長結(jié)構(gòu)的方法，其中，拉長結(jié)構(gòu)中的一個或更多至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；并且其中該方法包含操作在液相表面上分散一個或多個拉長結(jié)構(gòu)以形成Langmuir-Blodgett薄膜；壓縮該Langmuir-Blodgett薄膜；并把壓縮過的Langmuir-Blodgett薄膜轉(zhuǎn)移到表面上。
在這個實施例的一個方案中，表面是襯底的表面。
在這個實施例的附加方案中拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
在另一個實施例中，提供了在表面上裝配多個一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的方法，其中，拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；并且其中該方法包含操作在可伸縮基體上分散一個或多個拉長結(jié)構(gòu)；在一個方向上拉伸該可伸縮基體以在一個或多個拉長結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生導(dǎo)致至少一個拉長結(jié)構(gòu)在該方向上對齊的切變應(yīng)力；移去可伸縮基體；并把至少一個對齊的拉長結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到表面上。
在這個實施例的各種方案中該方向平行于表面平面，拉伸操作包括用電感應(yīng)作用力拉伸可伸縮基體；拉伸操作包括用光感應(yīng)作用力拉伸可伸縮基體；拉伸操作包括用機械感應(yīng)作用力拉伸可伸縮基體；拉伸操作包括用磁感應(yīng)作用力拉伸可伸縮基體；該表面是襯底的表面；可伸縮基體是聚合物。
在這個實施例的附加方案中拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
在另一個實施例中，提供了用于生長攙雜半導(dǎo)體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含用于提供半導(dǎo)體分子和攙雜物質(zhì)分子的裝置；和用于在半導(dǎo)體生長過程中將攙雜物質(zhì)分子攙入半導(dǎo)體分子中以產(chǎn)生攙雜半導(dǎo)體的裝置。
在這個實施例的附加方案中，拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
在另一個方案中，提供了用于在表面上裝配一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含用于在表面上流動包含一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的液體的裝置；和用于在表面上對齊一個或更多拉長結(jié)構(gòu)以形成拉長結(jié)構(gòu)陣列的裝置。
在這個實施例的附加方案中，拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
而在另一個實施例中，提供了用于在表面上裝配一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其中，拉長結(jié)構(gòu)中有一個或更多至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；并且其中該系統(tǒng)包含用于使得表面適應(yīng)把一種或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到表面上的特定位置的功能的裝置，和用于使用該一種或更多功能通過把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到特定位置來對齊一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的裝置。
在這個實施例的附加方案中，拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
在另一個實施例中，提供了用于在表面上裝配多個拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其中，拉長結(jié)構(gòu)中有一個或更多至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；并且其中該系統(tǒng)包含用于把多個拉長結(jié)構(gòu)沉積到表面上的裝置，和用于對表面充電以在該多個拉長結(jié)構(gòu)中的兩個或更多之間產(chǎn)生靜電作用力的裝置。
在這個實施例的附加方案中，拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
在另一個實施例中，提供了用于在表面上裝配多個拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其中，拉長結(jié)構(gòu)中的一個或更多至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；并且其中該系統(tǒng)包含用于在液相表面上分散一個或多個拉長結(jié)構(gòu)以形成Langmuir-Blodgett薄膜的裝置；用于壓縮該Langmuir-Blodgett薄膜的裝置；和用于把壓縮過的Langmuir-Blodgett薄膜轉(zhuǎn)移到表面上的裝置。
在這個實施例的附加方案中拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
在另一個實施例中，提供了在表面上裝配多個一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其中，拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；并且其中該系統(tǒng)包含用于在可伸縮基體上分散一個或多個拉長結(jié)構(gòu)的裝置；用于在一個方向上拉伸該可伸縮基體以在一個或多個拉長結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生導(dǎo)致至少一個拉長結(jié)構(gòu)在該方向上對齊的切變應(yīng)力的裝置；用于移去可伸縮基體的裝置；并把至少一個對齊的拉長結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到表面上的裝置。
在這個實施例的附加方案中拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體；拉長結(jié)構(gòu)中至少有一個是體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；結(jié)構(gòu)中至少有一個是至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；結(jié)構(gòu)中至少有一個是攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，金剛石、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族中選取的半導(dǎo)體；該攙雜半導(dǎo)體包含來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；該攙雜半導(dǎo)體在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
上面所描述的實施例的特征和優(yōu)點以及這些實施例的其他特征和優(yōu)點將能從下面的詳細說明中被更容易地理解和評價，應(yīng)該和附圖一起閱讀詳細說明。


為了更好地說明本發(fā)明，還對照附圖中的標記進行了描述，附圖如下圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的舉例的半導(dǎo)體或納米線的立體圖。
圖2是制造半導(dǎo)體納米線的激光輔助催化生長過程的舉例示意圖。
圖3是表明納米線生長的示意圖。
圖4是控制納米線直徑的方法的舉例的示意圖。
圖5是沉積在表面邊緣的納米線制造方法的示意圖。
圖6是蒸氣沉積在延長的模板上或其中的納米線生長的示意圖。
圖7A-7E是半導(dǎo)體納米線矩形組裝形成裝置的示意圖。
圖8A-8C顯示不同攙雜水平和門電壓的硅納米線電流對偏壓的函數(shù)關(guān)系。
圖9A-9B顯示不同磷攙雜水平和門電壓的硅納米線電流對偏壓的函數(shù)關(guān)系。
圖10A-10B分別顯示對p型和n型硅納米線裝置的能量帶譜。
圖11A-11B顯示在重度硼攙雜的硅納米線中記錄到的依賴于溫度的電流-電壓曲線。
圖12是示意圖，表示用單分散的膠態(tài)金作為催化劑的精確限定的GaP半導(dǎo)體納米線生長。
圖13A表示從28.2納米膠體合成的納米線的FE-SEM圖象。
圖13B表示在同一個樣品中的另一線的TEM圖象。
圖14A-14C表示對從不同直徑的膠體生長的納米線的測量的直徑的直方圖。
圖14D是直方圖，表示利用前述的方法而沒有用膠體的納米線生長的直徑，其中所用的激光產(chǎn)生金納米簇和GaP反應(yīng)劑。
圖15表示金和砷化鎵的偽二元相圖。
圖16A-16C表示用激光輔助催化生長的不同納米線的FE-SEM圖象。
圖17A表示直徑為大約20納米的砷化鎵納米線的衍射對照TEM圖象。
圖17B-17D表示不同直徑的納米線的高清晰度TEM圖象。
圖18A表示用激光輔助催化生長的CdSe納米線的FE-SEM圖象。
圖18B表示直徑為18納米的CdSe納米線的衍射對照TEM圖象。
圖18Contract表示直徑為大約13納米的CdSe納米線的高清晰度TEM圖象。
圖19是表示用激光催化生長的GaN納米線的示意圖。
圖20A表示用激光催化生長所合成的大量GaN納米線的示意圖。
圖20B表示在體GaN納米線上記錄的PXRD布圖。
圖21A示出了GaN納米線的衍射襯度TEM圖像，該納米線以更高(黑色)襯度的多面形的納米微粒結(jié)束。
圖21B表示另一個直徑大約為10納米的GaN納米線的高清晰度TEM圖象。
圖22A-22C表示InP納米線的攙雜和電學(xué)運輸。
圖23A-23D表示交叉的納米線結(jié)點和電學(xué)性質(zhì)。
圖24A-24D表示納米線P-N結(jié)點的光電特征。
圖25A表示從p型Si和n型GaN納米結(jié)點獲得的EL圖象。
圖25B表示對于不同的門電壓的電流與電壓的函數(shù)關(guān)系。
圖25C表示對于圖25A的納米結(jié)點的EL圖譜。
圖26A-26D表示在電場下以平行或矩形組裝納米線。
圖27A-27F表示交叉的硅納米線結(jié)點。
圖28A-28D表示n+pn交叉的硅納米線雙極晶體管。
圖29A-29D表示輔助的反向器和隧道二極管。
圖30A-30B表示用于流動組裝的流控通道結(jié)構(gòu)。
圖31A-31D表示納米線陣列的平行組裝。
圖32A-32D表示周期納米線陣列的組裝。
圖33A-33E表示交叉的納米線陣列的層層組裝和運輸測量。
具體實施例方式
在一個方案中，本發(fā)明提供了用于在非常小的空間尺度上受控制的諸如半導(dǎo)體的材料攙雜，以及攙雜材料在彼此相對位置上布局以生成有用器件的技術(shù)。一組實施例涉及用根據(jù)需要的是n型還是p型半導(dǎo)體選擇出的攙雜物質(zhì)(例如硼、鋁、磷、砷等)來攙雜半導(dǎo)體。
在各種實施例中，本發(fā)明涉及從磷化銦、砷化鎵、氮化鎵、硒化鎘和硒化鋅中選出的受控制的半導(dǎo)體攙雜。在這組實施例中，包括但不局限于鋅、鎘或鎂的攙雜物能被用于形成p型半導(dǎo)體，并且包括但不局限于碲、硫、硒或鍺的攙雜物能被用作從這些材料形成n型半導(dǎo)體的攙雜物質(zhì)。這些材料限定了直接帶隙半導(dǎo)體材料，并且這些和攙雜的硅對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是公知的。本發(fā)明預(yù)期使用任何攙雜的硅或直接帶隙半導(dǎo)體材料用于各種用途。
如這里所使用的，物體的“寬度”是從物體的周邊上的一個點，經(jīng)過物體的中心到物體周邊上的另一個點的直線距離。如這里所使用的，沿著拉長的物體的縱軸上一個點的“寬度”或“橫截面尺寸”是沿著通過該點的橫截面中心并連接橫截面周邊上的兩個點的直線距離。
如這里所使用的，“拉長”的物體(例如半導(dǎo)體或其剖面)是在沿著物體的縱軸的任意點上，物體的長度和該點的最大寬度的比值大于2∶1的物體。
如這里所使用的，拉長物體的“縱軸”是沿著該物體的最大尺寸的軸。
如這里所使用的，拉長物體的“長度”是沿著縱軸從物體的一端到另一端的距離。
如這里所使用的，拉長物體的“縱剖面”是拉長物體沿著拉長物體的縱軸的部分，該部分可能具有任何大于零而小于等于物體長度的長度。
如這里所使用的，在沿著拉長物體的縱軸上一點的“橫截面”是在該點橫越拉長物體，和物體的縱軸正交的平面。
如這里所使用的，“柱狀的”物體是具有形狀類似于圓柱的外部，但是不限定或反映出任何有關(guān)該物體內(nèi)部的性質(zhì)的物體。換言之，柱狀的物體可能具有實心的內(nèi)部或者也可能具有中空的內(nèi)部。
如這里所使用的，“納米線”或“NW”是拉長的半導(dǎo)體，即納米尺度的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在沿其長度的任何點上具有至少一個橫截面尺寸并且，在一些實施例中，兩個正交的橫截面尺寸，該尺寸小于500納米，最好小于200納米，小于150納米更佳，小于100納米更好一些、小于70納米再好一些、小于50納米更佳、小于20納米更好、小于10納米更好、甚至最好小于5納米。拉長的半導(dǎo)體的橫截面可能具有包括但不局限于圓形、正方形、矩形、橢圓形的任意形狀。包括規(guī)則和不規(guī)則的形狀。
如這里所使用的，“納米管”或“NT”是具有中空芯的納米線。
如這里所使用的，“體攙雜”物體(例如半導(dǎo)體或其剖面)是攙雜物質(zhì)被遍及物體的晶格充分地混和的物體，這和攙雜物質(zhì)僅被混和到特定區(qū)域的物體相對反。例如，諸如碳NT的一些物體一般在基材料生長之后攙雜，這樣攙雜物質(zhì)僅僅從碳NT的表面或外部延伸到結(jié)晶點陣(crystal line lattice)內(nèi)部有限的距離。此外，碳NT經(jīng)常被組合成巢狀管形成交替的基材料和攙雜基材料層，以便攙雜物質(zhì)不被遍及基材料的結(jié)晶點陣混和。
如這里所用描述“納米線”或“NW”，“攙雜”表示體攙雜。因此，如這里所使用的，“攙雜納米線”或“攙雜NW”是體攙雜納米線。
如這里所使用的，物體“陣列”(例如納米線)包含多個該物體。如這里所使用的，“交叉陣列”是物體中至少有一個或者和物體中的另一個或者和信號結(jié)點(例如電極)接觸。
如這里所使用的，“耦合”到第二物體的第一物體(例如納米線或更大尺寸的結(jié)構(gòu))被放置的使得第一物體或者和第二物體接觸，或者和第二物體足夠接近以影響第二物體的性質(zhì)(例如電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、磁性性質(zhì))。
這樣，本發(fā)明在一個方案中預(yù)期了拉長的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體被以任何方式攙雜(n型或p型)，具有小于500納米的最小寬度。在其他的實施例中，該半導(dǎo)體可能具有小于大約200納米、小于大約150納米或小于大約100納米的最小寬度。該半導(dǎo)體最好具有小于大約80納米的最小寬度，小于大約70納米更好，小于大約50納米更佳。也包括更小的寬度，諸如那些具有至少一個小于大約20納米、小于大約10納米或小于大約5納米的尺寸。在一些實施例中，該半導(dǎo)體的兩個正交的橫截面尺寸可能小于上面給定的值。該方案比值，即半導(dǎo)體的長度和最大寬度的比值大于2∶1。在其他的實施例中，該方案比值可能大于4∶1，大于100∶1，甚至大于1000∶1。諸如這些的半導(dǎo)體，在非常小的尺寸上找到了如下面描述的多種用途。
圖1是示出了柱狀半導(dǎo)體L1，例如，諸如納米線的線狀半導(dǎo)體的例子的透視圖。柱狀半導(dǎo)體L1具有長度L2和縱軸L3。在沿著縱軸L3上的點L5處，柱狀半導(dǎo)體L1具有多個橫跨橫截面L6的寬度L4，其中寬度L4之一是在點L5處的最小寬度。
這樣的半導(dǎo)體可能是獨立式的。如這里所使用的，“獨立式”物體是在其生存期的某一點不連接到其他物體，或者存在于溶液中的物體。
此外，這樣的半導(dǎo)體可能是體攙雜的半導(dǎo)體。如這里所使用的，“體攙雜半導(dǎo)體”物體(例如物體或物體的剖面)是攙雜物質(zhì)被遍及半導(dǎo)體的晶格充分地混和的半導(dǎo)體，這和攙雜物質(zhì)僅被混和到特定區(qū)域的半導(dǎo)體相反。例如，諸如碳NT的一些半導(dǎo)體一般在半導(dǎo)體生長之后攙雜，這樣攙雜物質(zhì)僅僅從碳NT的表面或外部延伸到結(jié)晶點陣(crystalline lattice)內(nèi)部有限的距離。此外，碳NT經(jīng)常被組合成巢狀管(即圓柱體)形成交替的半導(dǎo)體和攙雜半導(dǎo)體層，以便攙雜物質(zhì)不被遍及半導(dǎo)體的結(jié)晶點陣混和。應(yīng)該理解，“體攙雜”既不限定或反映出半導(dǎo)體內(nèi)的攙雜濃度或數(shù)量，也不表示攙雜必須是均勻的。
對于攙雜半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體可能在該半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。在生長過程中攙雜半導(dǎo)體可能導(dǎo)致攙雜的半導(dǎo)體是體攙雜的性質(zhì)。此外，這樣攙雜的半導(dǎo)體可能是被可控制地攙雜，以使攙雜半導(dǎo)體內(nèi)攙雜物質(zhì)的濃度能夠被控制，并因此被穩(wěn)定地復(fù)制，使得這樣半導(dǎo)體的商業(yè)生產(chǎn)成為可能。
使用諸如上面描述的半導(dǎo)體能夠制造多種器件。這樣的器件包括電子器件、光學(xué)器件、機械器件或其任意組合，包括光電器件和機電一體化器件。
在一個實施例中，使用具有小于500納米的最小寬度或上面描述的其他寬度的攙雜半導(dǎo)體制造了場效應(yīng)管(FET)。攙雜半導(dǎo)體可能或者是p型或者是n型，這對FET制造領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是公知的。雖然使用納米管的FET是公知的，但就發(fā)明者的知識所知，現(xiàn)有的配置隨機地選擇納米管，而沒有對納米管是金屬性的還是半導(dǎo)體性的的控制。在這樣的情況下，器件中非常低的百分比是有功能的，也許小于二十分之一，或五十分之一，或者接近百分之一。本發(fā)明預(yù)期受控制的納米線攙雜，以使制造過程根據(jù)遠遠大于五十分之一的器件是有功能的的技術(shù)，能夠涉及制造有功能的FET。例如，該技術(shù)可能涉及攙雜納米線，然后用其制造FET。
本發(fā)明還提供輕攙雜的互補反相器(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)，該反相器通過簡單地將n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體接觸布局成，例如，通過如下所示的交叉的n型和p型半導(dǎo)體性的納米線的布局。
根據(jù)本發(fā)明，還通過了具有重攙雜的半導(dǎo)體性元件的隧道二極管。使用重攙雜而非輕攙雜的半導(dǎo)體，能夠以和互補反相器類似或完全相同的布局成隧道二極管?！爸財v雜”和“輕攙雜”是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員清晰理解其含義的術(shù)語。
本發(fā)明的一個重要方面是制造基本上任何能從臨近的n型和p型半導(dǎo)體性元件受益的電子器件的能力，其中，元件被預(yù)先制造(在獨立和分離的過程中攙雜，在攙雜時元件彼此分離。)，然后在攙雜后被使得接觸。這和典型的現(xiàn)有技術(shù)配置不同，在現(xiàn)有技術(shù)中，單個半導(dǎo)體在一個區(qū)域是n攙雜，并在臨近區(qū)域是p攙雜，但是n型半導(dǎo)體區(qū)域和p型半導(dǎo)體性區(qū)域在攙雜前最初是相鄰的，并且在攙雜前或攙雜后彼此不相互移動。也就是說，最初處于非接觸配置的n型和p型半導(dǎo)體被使得和彼此接觸以形成有用的電子器件。根據(jù)本發(fā)明的這個方案，基本上能夠制造任何器件，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠按期望制造使用組合的n型和p型半導(dǎo)體。這些器件的例子包括，但不局限于場效應(yīng)管(FET)、雙極型結(jié)型晶體管(BJT)、隧道二極管、互補反相器、發(fā)光器件、光傳感器件、門、反相器、AND、NAND、OR和NOR門、鎖存器、觸發(fā)器、寄存器、開關(guān)、時鐘電路、靜態(tài)或動態(tài)存儲器件和陣列、狀態(tài)機、門陣列和任何其他動態(tài)或時序邏輯或其他包括可編程電路的數(shù)字器件。還包括模擬器件和電路，包括但不局限于放大器、開關(guān)和其他使用有源晶體管器件的模擬電路和混和信號器件和信號處理電路。
包含半導(dǎo)體納米線的電子器件能夠被例如電、光或磁的信號控制?？刂瓶赡苌婕霸趦蓚€或更多的離散狀態(tài)之間切換，或可能涉及納米線電流的連續(xù)控制，即模擬控制。除電信號、光信號和磁信號外，器件能被按下面這樣控制(1)器件可響應(yīng)生物或化學(xué)的種類，例如DNA、蛋白質(zhì)、金屬離子切換。更一般的情況下，這些種類是帶電的或具有偶極子。
(2)器件可響應(yīng)機械拉伸、振動和彎曲切換。
(3)器件可響應(yīng)溫度切換。
(4)器件可響應(yīng)環(huán)境壓力切換。
(5)器件可響應(yīng)環(huán)境氣體或液體的運動切換。
本發(fā)明的很多器件對交叉p/n結(jié)有特定使用，這些p/n結(jié)可能是交叉的n型和p型納米線的結(jié)。交叉p/n結(jié)由至少一種n型半導(dǎo)體和至少一種p型半導(dǎo)體限定，每種材料的至少一部分和另一種材料的至少一部分接觸，并且每種半導(dǎo)體包括不和其他元件接觸的部分。它們能夠通過預(yù)攙雜納米線，然后使用下面描述的技術(shù)將其置于彼此附近來配置。
根據(jù)本發(fā)明還提供了發(fā)光源，在發(fā)光源中，電子和空穴結(jié)合發(fā)光。本發(fā)明的一種類型的發(fā)光源包括至少一個交叉p/n結(jié)，特別是交叉的p型和n型納米線。在本發(fā)明這個和其他使用交叉納米線的配置中，線不必是，但也能夠是垂直的。當(dāng)前向偏置時(正電荷施加于p型線且負電荷施加于n型線)，電子在n型線內(nèi)向結(jié)流動，并且空穴在n型線內(nèi)向結(jié)流動。空穴和電子在結(jié)處結(jié)合發(fā)光。能夠使用其他的技術(shù)導(dǎo)致一個或更多納米線或其他半導(dǎo)體發(fā)光，這在下面更詳細地描述。
在本發(fā)明的尺寸尺度上，能夠通過控制至少一個，最好是全部兩個交叉以形成發(fā)光結(jié)的元件的尺寸控制發(fā)光波長。例如，當(dāng)使用納米線時，具有較大的最小尺寸(較寬的線)的納米線將提供較低頻率的發(fā)射。例如，在磷化銦的情況下，在和典型的制造過程相關(guān)的尺寸尺度下，材料發(fā)920納米的光。在本發(fā)明的尺寸尺度下，發(fā)射波長能夠被控制在短于920納米的波長，例如在920納米到580納米之間。波長能夠在這個范圍內(nèi)選擇，諸如900、850、800、750、700納米等，取決于線的尺寸。
這樣，本發(fā)明的一個方案涉及以比導(dǎo)致發(fā)射的半導(dǎo)體在其體狀態(tài)下發(fā)光更高的頻率發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光源，發(fā)光頻率的這個提供在這里經(jīng)常被稱作量子限制?！绑w狀態(tài)”，在此處上下文中表示其表現(xiàn)為具有大于500納米的最小尺寸的元件或元件的一部分的狀態(tài)?！绑w狀態(tài)”也能被定義為導(dǎo)致材料的固有波長或發(fā)射頻率的狀態(tài)。本發(fā)明提供了對基本上任何半導(dǎo)體性或攙雜半導(dǎo)體性材料的發(fā)射頻率的這類控制。
裝配，或納米線在表面上受控的布置能夠通過使用電場對齊納米線來實現(xiàn)。電場在電極之間產(chǎn)生，納米線被置于電極之間(最好在懸浮液體中被流入電極之間的區(qū)域)，并將在電場內(nèi)對齊并藉此能夠跨越電極之間的距離并和每個電極接觸。
在另一個配置中，各個的觸點被彼此相對地布局，各個觸點被做成錐形以形成指向彼此的點。被這樣的點之間產(chǎn)生的電場將吸附跨越電極之間距離，并和每個電極接觸的單個納米線。通過這種方式，各個納米線能被很容易地裝配到各對電觸頭之間。交叉線配置，包括多交叉點(在第一方向的多條平行線被在垂直或接近垂直的第二方向上的多條平行線相交)能通過首先把觸點(電極)定位到交叉線相反端期望位于的位置很容易地形成。電極，或觸點能夠通過典型的微制造技術(shù)制造。
這些裝配接收能夠由定位配置補充或替代，該配置涉及定位液體流動定向裝置以把包含懸浮的納米線的液體導(dǎo)向帶有納米線期望被置于的位置的方向。納米線溶液能被如下這樣制備在納米線被合成之后，它們被轉(zhuǎn)移到溶劑中(例如乙醇)，然后被加以超聲波幾秒到幾分鐘以獲得穩(wěn)定的懸浮。
另一種配置涉及形成包括選擇性地吸附納米線的區(qū)域的表面，該區(qū)域被不選擇性地吸附它們的區(qū)域包圍。例如，-NH2能夠存在于表面上的特定樣式中，并且那個樣式將吸附具有對胺有吸附力的表面官能性的納米線或納米管。表面能夠使用公知技術(shù)成型，諸如電子束成型，諸如在1996年7月26日公開的No.WO96/29629號國際專利公開或1996年4月30日授權(quán)的No.5,512,131號美國專利中描述的“軟平版印刷術(shù)”，它們中的每一個在這里通過引證而全部并入本文。附加的技術(shù)在Lieber等在1999年7月2日遞交的No.60/142,216號美國專利申請中被描述，在這里通過引證而全部被并入本文。使用諸如在1997年9月18日公開的No.WO97/33737號國際專利公開中描述、并在這里通過引證而全部并入本文用的被引入的多種技術(shù)，能夠在表面上產(chǎn)生利于放置納米線的尺寸尺度的液體流動溝道。其他的技術(shù)包括那些在2000年5月25日遞交的No.09/578,589號美國專利申請中描述，在這里通過引證將其全部并入文本。
圖7A-7E示出了這樣一種使用聚二甲硅氧烷(PDMS)模具，用于產(chǎn)生液體流動溝道的技術(shù)。溝道能被產(chǎn)生并應(yīng)用于表面，并且模具能被移去并再被施加到一個不同方向以提供交叉流動配置或不同配置。
流動溝道配置可能包括具有小于1毫米、最好小于0.5毫米、200微米或更小的最小寬度的溝道。這樣的溝道通過使用光刻制造底版并在底版上澆鑄PDMS被很容易地制成，如在上面參考的專利申請和國際公開中被描述的那樣。較大尺度的裝配也是可能的。能被用納米線陣列成型的面積僅僅由溝道的特征限定，該溝道能和所描述的一樣大。
半導(dǎo)體納米線具有包敷著1到10納米厚的非定形氧化物的結(jié)晶核。這允許表面調(diào)整以使用各種功能基團終止表面。例如，我們能使用和納米線表面反應(yīng)的一端是烷氧基硅烷(例如-Si(OCH3))，另一端包含(1)-CH3、-COOH、-NH2、-SH、-OH，酰肼和乙醛基團(2)光可活化的分子部分芳基酸、氟化芳基酸、苯甲酮等的分子。襯底和電極也被用某種功能基團調(diào)整以使得納米線得以基于其相互作用特別地綁定或不綁定到襯底/電極表面。
表面功能化的納米線也能被耦合到具有功能性交聯(lián)劑的襯底表面，例如(1)同型雙功交聯(lián)劑，包括同型雙功NHS酯、同型雙功亞氨酯、同型雙功活性巰基連接劑、二氟苯衍生物、同型雙功光敏連接劑，同型雙功醛，雙環(huán)氧化物，同型雙功酰肼等，(2)異雙功交聯(lián)劑，(3)三功交聯(lián)劑等。
也能使用生物分子辨識輔助把納米線裝配到電極和襯底上。例如，我們能夠使用物理吸附或共價連接把一個生物學(xué)的綁定對固定到納米線表面并把另一個固定到襯底或電極上。一些好的生物辨識是DNA雜化、抗體-抗原綁定、生物素-抗生物素蛋白(或抗生蛋白鏈菌素)綁定。
有很多能被用于生長諸如納米線的體攙雜半導(dǎo)體，以及用于在生長過程中攙雜這些納米線的技術(shù)。
例如，SiNW(拉長的納米尺度半導(dǎo)體)能夠使用激光輔助催化生長(LCG)合成。如圖2和圖3所示，期望材料(例如InP)和催化材料(例如Au)組成的合成物靶的激光汽化產(chǎn)生了熾熱、致密的蒸氣，該蒸氣通過和緩沖氣體的碰撞迅速地冷凝成液態(tài)納米團。當(dāng)液態(tài)納米團變得過飽和時，生長以所期望的相開始，并在反應(yīng)物存在的條件下持續(xù)下去。當(dāng)納米線通過了熾熱的反應(yīng)區(qū)域或者當(dāng)溫度被調(diào)低時生長終止。金通常被用作催化劑，用于生長很寬范圍內(nèi)的拉長的納米尺度半導(dǎo)體。但是，催化劑不僅僅局限于金。諸如(Ag、Cu、Zn，Cd、Fe、Ni、Co...)的很寬范圍的材料能被用作催化劑。一般地，任何能夠和期望的半導(dǎo)體形成合金，但不和期望的半導(dǎo)體的元素形成更多穩(wěn)定化合物的金屬能被用作催化劑。緩沖氣體可能是Ar、N2以及其他惰性氣體。有時候，H2和緩沖氣體的混合物被用于避免被殘留氧氣不希望的氧化。在希望時，反應(yīng)性的氣體(例如用于GaN的氨氣)也能被引入。這個過程的關(guān)鍵點是激光燒蝕產(chǎn)生液態(tài)納米團，該納米團隨后限定了結(jié)晶納米線的尺寸并指印了其生長方向。最終納米線的直徑由催化劑團的尺寸決定，這反過來能夠通過控制生長條件(例如背景壓力、溫度、流速...)被改變。例如，較低的壓力一般產(chǎn)生具有較小直徑的納米線。進一步的直徑控制能夠通過使用均勻直徑的催化團實現(xiàn)。
利用和LCG相同的基本原理，如果均勻直徑納米團(小于10-20％的變差，取決于納米團有多均勻)被用作催化團，則能夠生產(chǎn)具有均勻尺寸(直徑)分布的納米線，其中納米線的直徑由催化團的尺寸決定，如圖4所示。通過控制生長時間，能夠生長具有不同長度的納米線。
使用LCG，通過把一種或更多攙雜物質(zhì)引入合成物靶(例如(用于InP攙雜的鍺))中能夠靈活地攙雜納米線。攙雜濃度能夠通過控制攙雜元素地相對數(shù)量被控制，一般0-20％被引入合成物靶。
激光燒蝕能被用作產(chǎn)生催化團和用于納米線和其他相關(guān)的納米尺度結(jié)構(gòu)的生長的氣相反應(yīng)物的方法。但是制造不局限于激光燒蝕。很多方法(例如熱汽化)能被用于產(chǎn)生用于納米線生長的氣相和催化團。
另一個能夠用來生長納米線的技術(shù)是催化化學(xué)氣相沉積(C-CVD)。C-CVD利用和LCG相同的基本原理，只不過在C-CVD方法中，反應(yīng)物分子(例如硅烷和攙雜物質(zhì))來自氣相分子(和來自激光燒蝕的蒸氣源相反)。
在C-CVD中，能夠通過把攙雜元素引入氣相反應(yīng)物(例如用于n型和p型納米攙雜納米線的乙硼烷和phosphane)攙雜納米線。通過控制導(dǎo)入合成物靶中的攙雜元素地相對數(shù)量能控制攙雜濃度。不必要獲得具有和氣體反應(yīng)物中相同的攙雜比的拉長的納米尺度的半導(dǎo)體。但是，通過控制生長條件(例如溫度、壓力...)，能夠復(fù)制出具有相同攙雜濃度的納米線。并且僅僅通過改變氣體反應(yīng)物的比率(例如1ppm到10％)，能夠在很大范圍上改變攙雜濃度。
有其他幾種能被用來生長諸如納米線的拉長納米尺度半導(dǎo)體的技術(shù)。例如，多種材料中的任何一種的納米線能夠通過氣-固過程直接從氣相生長。此外，也能通過在表面臺階，和其他類型的樣式表面的邊緣上沉積生產(chǎn)納米線，如圖5所示。此外，通過在任何一般拉長模板內(nèi)/上氣相沉積能夠生長納米線，例如，如圖6所示。多孔膜片可能是多孔硅、陽極氧化鋁或二塊共聚物和任何其他類似結(jié)構(gòu)。自然纖維可能是DNA分子、蛋白質(zhì)分子、碳納米管、任何其他拉長結(jié)構(gòu)。對于上面描述的所有技術(shù)，源材料可能來自溶液相而非氣相。盡管在溶液相中，除了上面描述的模板以外，模板可能是由表面活性劑分子形成的柱狀膠態(tài)離子(column micelles)。
使用上面描述的技術(shù)中的一種或更多，能夠生長包括半導(dǎo)體線和攙雜半導(dǎo)體線的拉長納米尺度半導(dǎo)體。這樣的體攙雜半導(dǎo)體可能包括包括半導(dǎo)體和攙雜物質(zhì)在內(nèi)的材料的各種組合。下面是這些材料的一個不完全的列表。能夠使用其他的材料。這些材料包括，但不局限于基本半導(dǎo)體Si、Ge、Sn、Se、Te、B、金剛石、P基本半導(dǎo)體的固溶體B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-SnIV-IV族半導(dǎo)體SiCIII-V族半導(dǎo)體BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSbIII-V合金
上述化合物中的兩種或更多的任意組合(例如AlGaN、GaPAs、InPAs、GaInN、AlGaInN、GaInAsP...)II-VI半導(dǎo)體ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe，CdS/CdSe/CdTe，HgS/HgSe/HgTe，BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSeII-VI合金上述化合物中的兩種或更多的任意組合(例如(ZnCd)Se，Zn(SSe)...)II-VI和III-V的合金半導(dǎo)體任何一種II-VI和一種III-V化合物的組合，例如，(GaAs)x(ZnS)1-x。
IV-VI半導(dǎo)體GeS，GeSe，GeTe，SnS，SnSe，SnTe，PbO，PbS，PbSe，PbTeI-VII半導(dǎo)體CuF，CuCl，CuBr，CuI，AgF，AgCl，AgBr，AgI其他半導(dǎo)體化合物II-IV-V2BeSiN2，CaCN2，ZnGeP2，CdSnAs2，ZnSnSb2...
I-IV2-V3CuGeP3，CuSi2P3...
I-III-VI2(Cu，Ag)(Al，Ga，In，Tl，F(xiàn)e)(S，Se，Te)2IV3-V4Si3N4，Ge3N4...
III2-VI3Al2O3，(Al，Ga，In)2(S，Se，Te)3
III2-IV-VIAl2CO...
對于IV族半導(dǎo)體材料，p型摻雜物可以從III族選擇，n型摻雜物可以從V族選擇。對于硅半導(dǎo)體材料，p型摻雜物可以從由B，Al和In組成的組中選擇，n型摻雜物可以從由P，As和Sb組成的組中選擇。對于III-V族半導(dǎo)體材料，p型摻雜物可以從包括Mg，Zn，Cd和Hg的II族中選擇，或從包括C和Si的IV族中選擇。n型摻雜物可以從由Si，Ge，Sn，S和Te組成的組中選擇。將會理解的是本發(fā)明不局限于這些摻雜物。
實施例納米線中的摻雜和電子輸運已經(jīng)制備了單晶的n型和p型硅納米線(SiNWs)，并通過電子輸運測量對其進行了表征。正如在此所使用的，“單晶”物體是指在整個物體中有共價鍵、離子鍵，或二者的組合的物體。這樣的單晶物體可以在晶體中包括缺陷，但相區(qū)于包括一個或更多非離子鍵或共價鍵結(jié)合，而僅僅是相互緊密相鄰的晶體的物體。在SiNWs氣相生長過程中，激光輔助催化生長被用來可控制地引入硼或磷摻雜物。在單獨的硼摻雜和磷摻雜的SiNWs上進行的二端法和柵依賴(two terminal，gate-dependent)測量表明這些材料分別具有如n型和p型材料的行為。通過柵依賴性輸運測量得到的載流子遷移率的估算值與擴散輸運值一致。此外，這些研究表明SiNWs進行重摻雜和接近金屬態(tài)是可能的。在重摻雜的SiNWs上所作的溫度依賴測量表明在溫度降至4.2K時沒有庫侖阻塞的跡象，因此證實了SiNWs在結(jié)構(gòu)上和電學(xué)上的一致性。我們將討論摻雜SiNWs的潛在的應(yīng)用。
目前，對如納米線和納米管的一維(1D)納米結(jié)構(gòu)有著強烈的興趣，這是由于它們驗證與維數(shù)和尺寸如何影響物理性質(zhì)有關(guān)的基本原理，以及可以被用于產(chǎn)生納米技術(shù)的關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)單元的潛力。因為可預(yù)測和可控制的傳導(dǎo)性對于很多納米尺度的電子學(xué)應(yīng)用將是關(guān)鍵的，通過這些“線”的電子輸運對于1D納米結(jié)構(gòu)尤其重要。迄今為止，大多數(shù)的努力都集中在碳納米管中的電子輸運。這些研究已經(jīng)顯示了多個有趣的基本特征并證明了用于如場效應(yīng)管的器件的潛在性，這些有趣的特征包括延伸超過數(shù)百納米的相干狀態(tài)的存在，室溫下的彈道導(dǎo)電，以及Luttinger液體行為。但是，納米管有著很明顯的限制。首先，敏感地依賴于直徑和螺旋度的金屬性或半導(dǎo)體性的管的特定生長是不可能的。于是，依賴于特定導(dǎo)電行為的研究必須依靠偶然的觀察。其次，半導(dǎo)體納米管的受控摻雜是不可能的，盡管這潛在地對器件應(yīng)用是關(guān)鍵的。但是，半導(dǎo)體納米線能夠克服碳納米管的這些限制。這些納米線將不依賴于直徑而保留半導(dǎo)體特性，而且，應(yīng)該可能的是可以利用半導(dǎo)體工業(yè)大量的知識來摻雜納米線。
至此，我們在這里報道了SiNWs的受控摻雜的第一個范例，和使用輸運測量對這些摻雜的納米線電性能的表征。柵依賴和二端法測量證明了硼摻雜的(B-doped)和磷摻雜的(P-doped)SiNWs分別具有如n型和p型材料的行為，載流子遷移率估計值提示了在這些納米線中的擴散輸運。此外，在重摻雜的SiNWs上所作的溫度依賴測量表明在溫度降至4.2K時沒有庫侖阻塞的跡象。
使用我們前面所描述的激光輔助催化生長(LCG)合成SiNWs。簡單地說，可以使用Nd-YAG激光(532nm；8ns脈沖寬度，300mJ/脈沖，10Hz)來燒蝕金靶，這在反應(yīng)器中產(chǎn)生金納米團簇催化微粒。SiNWs可以在作為反應(yīng)物的SiH4的氣流中生長。這樣的SiNWs可以通過在反應(yīng)物流動中混合B2H6來摻雜硼，可以通過使用Au-P靶(99.5∶0.5wt％，Alfa Aesar)和在反應(yīng)物氣體入口處額外的紅磷(99％，Alfa Aesar)來摻雜磷。透射電子顯微鏡(TEM)測量證明，使用這種技術(shù)生長的摻雜的SiNWs具有被如前所述的SiOx鞘所包裹的單晶硅核心。
通過JEOL 6400刻寫器(writer)使用標準的電子束光刻技術(shù)來制作連接到單獨的SiNWs的電接觸。該納米線被支撐在氧化的Si襯底(電阻1-10Ωcm，600nm SiO2，Silicon Sense公司)上，該襯底下面有用作背柵的導(dǎo)電Si。使用熱蒸鍍的Al(50nm)和Au(150nm)來制作連接SiNWs的接觸。使用計算機控制下噪聲小于或等于1pA的自制系統(tǒng)進行電子輸運測量。溫度依賴測量在量子設(shè)計(Quantum Design)的磁性質(zhì)測量系統(tǒng)中進行。
TEM研究表明硼和磷摻雜的SiNWs是單晶體，雖然這些測量不具有足夠的靈敏度來對單獨的多個線中的硼或磷的摻雜水平進行評價。但是，我們能夠使用電子輸運光譜明確地證明p型(硼)和n型(磷)摻雜物的存在和相對的摻雜水平。在這些實施例中，在測量電流相對納米線電壓的關(guān)系時，使用柵電極來改變該SiNWs的靜電勢。因為對于增加正(負)柵電壓導(dǎo)電性將反向變化，與柵電壓成函數(shù)關(guān)系的SiNWs的導(dǎo)電性的變化能夠被用來辨別給定的納米線是否為p型或n型。
在本征和B摻雜的SiNWs上記錄的典型的柵依賴電流與偏壓電壓(I-V)的曲線如圖8A-C所示。在圖8B和8C中示出的兩條B摻雜的線是分別使用比率為1000∶1和2∶1的SiH4∶B2H6合成的。通常，兩極的I-V曲線是線性的，因此提示金屬電極與SiNWs是歐姆接觸。在本征納米線中觀察到的小的非線性表明該接觸是略微非歐姆性的。對零柵電壓(Vg＝0)時記錄的I-V數(shù)據(jù)分析得到3.9×102Ωm的電阻率，零柵電壓時的數(shù)據(jù)解釋了接觸電阻和SiNW上氧化涂層的貢獻。重要地是，當(dāng)使Vg正(負)向增加時，導(dǎo)電性增加(減少)。該柵依賴性表明SiNW是p摻雜的半導(dǎo)體(下面進行討論)。對于輕B摻雜的SiNW記錄的相似的I-V與Vg的曲線表明它也是p型的。而且，該B摻雜的電阻率(1Ω-cm)比本征SiNW小兩個數(shù)量級，清楚地證明了我們從化學(xué)上控制導(dǎo)電性的能力。這后一觀點還被如圖8C所示的在B重摻雜的SiNWs上的I-V測量所支持。這條線有很低的電阻率6.9×10-3Ω-cm，使用示出對Vg的依賴；也即，Vg為0和20V時記錄的I-V數(shù)據(jù)是重合的。這些結(jié)果是與接近金屬界限的高載流子濃度相一致。
我們也已經(jīng)在輕摻雜和重摻雜的SiNWs中測量了依賴于Vg的輸運。在輕摻雜的納米線上記錄的I-V有些非線性，這表明了電極和納米線之間非理想的接觸，Vg依賴性與觀察B摻雜的SiNWs得到的依賴性相反。重要的是，這一觀察到的柵依賴性與如P摻雜所期望的n型材料的依賴性一致。在Vg＝0時，所估計的該線的電阻率是2.6×102Ω-cm。該相對較高的電阻率提示了低的摻雜水平和/或低的遷移率。此外，也制備和研究了重P摻雜的SiNWs。在典型的重P摻雜的線上記錄的I-V數(shù)據(jù)是線性的，具有2.3×10-2Ω-cm的電阻率，沒有顯示對Vg的依賴性。低電阻率(比輕P摻雜的樣品小四個數(shù)量級)和Vg非依賴性證明了高的載流子濃度也能夠通過SiNWs的P摻雜來產(chǎn)生。
上面的結(jié)論證明了硼和磷能夠被用來數(shù)個數(shù)量級地改變SiNWs的導(dǎo)電性，以及對于硼和磷摻雜物，摻雜的SiNWs相反地響應(yīng)于正(負)的Vg。事實上，Vg依賴性對SiNWs中用硼的p型(空穴)摻雜和用磷的n型(電子)摻雜提供了很強的證據(jù)。參照如圖10A和10B所示的示意圖，能夠理解所觀察到的柵依賴性，二圖顯示了靜電勢在SiNW能帶上的效果。在這些圖中，n型納米線(a)和p型納米線(b)在兩端都和金屬電極接觸。因為對于傳統(tǒng)的金屬-半導(dǎo)體界面，SiNW能帶彎曲(對于p型向上，對于n型向下)以使得納米線的費米能級與金屬觸點的能帶一致。當(dāng)Vg＞0，該能帶降低，這將消耗B摻雜的SiNWs中的空穴并抑制導(dǎo)電性，但是導(dǎo)致P摻雜的SiNWs中的電子聚集并增強導(dǎo)電性。相反，Vg＜0將升高該能帶，并增加B摻雜(p型)SiNWs的導(dǎo)電性和降低P摻雜的(n型)納米線的導(dǎo)電性。
此外，通過跨電導(dǎo)來估計載流子的遷移率是可能的，dI/dVg＝μC/L2，這里μ是載流子遷移率，C是電容，L是SiNW的長度。SiNW的電容通過C≈2πεε0L/ln(2h/r)給出，這里ε是介電常數(shù)，h是氧化硅層的厚度，r是SiNW的半徑。如對本模型所期望的，發(fā)現(xiàn)對于本征(圖8A)和輕B摻雜的(圖8B)SiNW，dI/dVg的點相對V是線性的。對于本征(2.13×10-11)和B摻雜的(9.54×10-9)SiNW，dI/dVg的斜率分別產(chǎn)生5.9×10-3cm2/V-s和3.17cm2/V-s的遷移率。B摻雜的納米線的遷移率與摻雜濃度為1020cm3的塊狀Si的所期望的遷移率相當(dāng)。我們也注意到，盡管在我們的本征(低摻雜濃度)SiNW中遷移率相當(dāng)?shù)氐停穷A(yù)計該遷移率會隨著摻雜物濃度的增加而增加。可能的是因為在直徑更小的(本征)SiNW中散射增強，而使遷移率降低。我們相信未來的對與直徑成函數(shù)關(guān)系(對于恒定的摻雜物濃度)的遷移率的研究應(yīng)該能揭示這個重要的觀點。
最后，我們進行了對重B摻雜的SiNW的溫度依賴性的初步研究。溫度依賴的I-V曲線表明導(dǎo)電性隨著溫度降低而降低，如對摻雜的半導(dǎo)體(圖11A和11B)所期望的那樣。更重要地是，在降至我們可以達到的最低的溫度(圖11B)時，我們沒有發(fā)現(xiàn)庫侖阻塞的跡象。在靠近近V＝0的小的非線性可于歸因于接觸效應(yīng)，因為高分辨率的I-V相對Vg的關(guān)系的測量沒有顯示庫侖阻塞的標記。從kT＝e2/2C估計，在電極(150nm厚，2.3μm長的線)之間的均勻的線中的庫侖充電效應(yīng)將需要低于約26mK的溫度。這強烈地表明SiNW長度和缺陷的變化足夠小，以至它們不能有效地將SiNW“分裂”為小島，這些小島可能在這些溫度呈現(xiàn)出庫侖阻塞。這些結(jié)論與顯示出庫侖阻塞的光刻圖案化(pattered)的SiNW的研究相反，而證實了我們的獨立式的納米線的高品質(zhì)。
已經(jīng)制備并使用電子輸運測量表征了單晶的n型和p型硅納米線(SiNWs)。在SiNW氣相生長過程中，使用激光輔助催化生長來可控地引入硼或磷摻雜物。在單獨的硼摻雜和磷摻雜的SiNW的兩端法，柵依賴性測量表明這些材料分別具有如p型和n型材料的行為。通過柵依賴性輸運測量得到的載流子遷移率的估算值與擴散輸運值一致，并顯示了在較小的線中有減小的遷移率的跡象。此外，這些研究表明，在SiNWs中結(jié)合高的摻雜物濃度并接近金屬態(tài)是可能的。在重摻雜的SiNWs上所作的溫度依賴性測量表明在溫度降至4.2K時沒有單電子充電的跡象，因此，提示該SiNWs具有高度的結(jié)構(gòu)的和摻雜的一致性。
我們相信我們成功地摻雜SiNWs來生成了n型和p型材料將在納米尺度地科學(xué)和技術(shù)中開辟令人興奮的機會。摻雜的SiNWs將是用于研究在1D納米結(jié)構(gòu)中的輸運的基本問題的候選者。場效應(yīng)管(EFTs)也是在本文中的結(jié)構(gòu)研究，使用自組裝技術(shù)來結(jié)合許多SiNWs場效應(yīng)管到可能用于納米電子應(yīng)用的結(jié)構(gòu)將是可能的。組合例如在交叉陣列中的p型和n型SiNWs來生成p-n結(jié)也應(yīng)該是可能，該p-n結(jié)也可能被認為是未來的器件和傳感器。
交叉的SiNW p-n結(jié)已經(jīng)通過在n型(p型)SiNWs上定向地組裝p型(n型)SiNWs來形成。輸運測量顯示了在反向偏壓中的整流和在正向偏壓中的急劇地電流上升(onset)。在構(gòu)成結(jié)的p型和n型SiNWs上同時進行的測量證明了與這些納米線的接觸是歐姆性的(非整流的)，因此證明了該整流行為是因為在兩個SiNWs間的p-n結(jié)。
圖8A示出了在不同柵電壓(Vg)下在直徑為70nm的本征SiNW上記錄的電流(I)相對偏差電壓(V)的曲線。曲線1，2，3，4，5，6和7分別對應(yīng)于Vg＝-30，-20，-10，0V，10，20，30V。插圖是有金屬觸點的SiNW與的典型的掃描電子顯微鏡圖(標尺＝10um)。圖8B示出了在直徑為150nm的B摻雜的SiNW上記錄的I-V數(shù)據(jù)；曲線1-8分別對應(yīng)于Vg＝-20，-10，-5，0V，5，10，15和20V。圖8C示出了在直徑為150nm的重B摻雜的SiNW上記錄的I-V數(shù)據(jù)；Vg＝20V(實線)和0V(粗短劃線)。
圖9A示出了在直徑為60nm的P摻雜的SiNW上記錄的I-V數(shù)據(jù)；曲線1，2，3，4，5和6分別對應(yīng)于Vg＝20，5，1，0，-20和-30V。圖9B在直徑為90nm的重P摻雜的SiNW上記錄的I-V數(shù)據(jù)；Vg＝0V(實線)和-20V(粗短劃線)。
圖10A示出了p型SiNW器件的能帶圖表。圖10B示出了n型SiNW器件的能帶圖表。這些圖表示意性地顯示了Vg在兩類納米線靜電勢上的作用。
圖11A和11B示出了在重B摻雜的SiNW上記錄的溫度依賴的I-V曲線。在圖11A中，曲線1，2，3，4，5和6分別對應(yīng)于295，50，200，150，100和50K。圖11 B示出了4.2K時在納米線上記錄的I-V數(shù)據(jù)。
半導(dǎo)體納米線的直徑選擇合成通過在我們的激光輔助催化生長(LCG)過程中利用完好的金膠體作為催化劑，已經(jīng)合成了直徑為10，20和30nm，長度大于10μm的單晶態(tài)的GaP納米線的近似單分散的樣品。在這種方法中，通過固態(tài)GaP的激光燒蝕產(chǎn)生的Ga和P反應(yīng)物，隨即被金納米團簇催化劑引導(dǎo)成為納米線結(jié)構(gòu)。在本方法中制備的納米線的透射電子顯微鏡(TEM)研究證明納米線的直徑分布由納米團簇催化劑的直徑所確定。高分辨TEM顯示這些線是具有[111]生長方向的單晶的閃鋅礦結(jié)構(gòu)，能量彌散X射線分析確認了納米線成分是化學(xué)當(dāng)量的GaP。結(jié)合LCG使用單分散納米團簇催化劑將使具有完好和受控的直徑的半導(dǎo)體納米線的大范圍生長成為可能，于是開辟了從一維(1D)系統(tǒng)的基本性質(zhì)到功能納米器件的組裝的機會。
通過在我們的激光輔助催化生長(LCG)合成方法論中使用完好的金膠體作為催化劑，已經(jīng)合成了直徑為10，20和30nm，長度大于10μm的單晶態(tài)的GaP納米線的近似單分散樣品。在本方法中制備的納米線的透射電子顯微鏡(TEM)研究證明納米線的直徑分布由納米團簇催化劑的直徑所確定。高分辨TEM顯示這些線是具有[111]生長方向的單晶的閃鋅礦(zinc blende)，能量彌散X射線分析(EDAX)確認了納米線成分是化學(xué)當(dāng)量的GaP。
對電子和光電子器件小型化的推動和對納米尺度的化學(xué)和物理基本原理理解的需要已經(jīng)激發(fā)了近來在低維半導(dǎo)體材料中的興趣。特別地，從基本原理和應(yīng)用的觀點來看，一維(1D)系統(tǒng)都是讓人興奮的。如Luttering液態(tài)行為的讓人著迷的物理現(xiàn)象，以及從互連到掃描探針顯微鏡的眾多應(yīng)用需要高品質(zhì)、完好的1D納米結(jié)構(gòu)。在1D納米結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的實驗性進展已經(jīng)常常受限于生成在這個尺寸范圍內(nèi)具有受控的尺寸、結(jié)構(gòu)和成分的新材料的能力。
1D系統(tǒng)早先的合成方法使用薄膜生長和光刻技術(shù)。特別地，通過分子束外延，接著進行解理和在解理面上的過度生長來生長半導(dǎo)體量子井而制成了“T線”，盡管“V槽”納米線已經(jīng)通過在表面上蝕刻溝槽并接著沉積少量材料進入所形成的凹槽內(nèi)制成。這些方法的一個明顯的局限性是這些納米線是鑲嵌在襯底中的，這就排除了復(fù)雜的2D和3D納米結(jié)構(gòu)的組裝。模板法也被用來生長大范圍的納米線。盡管由于常常產(chǎn)生多晶結(jié)構(gòu)而受到限制，這些方法能夠提供對納米線的長度和直徑很好的控制。
對于通過LCG方法得到獨立式的單晶體半導(dǎo)體納米線的一般合成方法的發(fā)展，我們實驗室做出了重要的進步。在LCG中，固體靶的激光燒蝕被用來同時產(chǎn)生納米尺度的金屬催化劑團簇和活性半導(dǎo)體原子，該半導(dǎo)體原子通過氣-液-固生長機理來產(chǎn)生納米線。該方法已經(jīng)被用來產(chǎn)生大范圍的IV，III-V和II-VI族的納米線。我們已經(jīng)提示了，在生長期過程中催化劑納米團簇決定了線的尺寸，因此人們可以預(yù)想到通過利用單分散的催化劑納米團簇產(chǎn)生具有窄的尺寸分布的線(圖12)。這里，我們運用納米直徑的金膠體來應(yīng)用該方法。
通過LCG，使用直徑為8.4，18.5和28.2nm的金膠體生長了GaP。在這些實驗中，催化劑納米團簇被支撐在SiO2襯底上，使用激光燒蝕來從GaP固體靶產(chǎn)生Ga和P反應(yīng)物。場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)證明使用所有三種尺寸的催化劑都得到了長度超過10nm的納米線(圖13A)。對這些納米線端部的測試也表明了納米團簇催化劑的存在(圖13A，插圖)。沒有使用Au膠體所進行的控制實驗沒有產(chǎn)生納米線。該FESEM圖像表明，這些納米線的直徑分布比在沒有使用膠體催化劑的實驗中得到的納米線的直徑分布要窄，盡管FESEM不是用于評價這些分布的好方法，因為焦平面上小的變化就能在所觀察到的直徑中產(chǎn)生大的變化。
在這些實驗中使用的生長裝置與報道中的裝置相似。襯底是通過將有600nm熱氧化物的硅片(Silicon Sense)放入含有0.4％的氮-[3-(甲氧硅基)丙基]-乙二胺的95∶5 EtOH∶H2O溶液中5分鐘，然后在100-110℃下再烘焙10分鐘而得到。將Au膠體溶液(TedPella)稀釋到濃度為109-1011微粒/mL以使凝聚最小，并將其沉積在襯底上。將襯底放置在爐的下游端的石英管中，將GaP固體靶放置爐外的上游端的3-4cm處。將爐腔抽真空至低于100毫托，然后維持在250托，伴隨有100sccm的氣流。將爐加熱到700℃，將靶使用ArF受激準分子激光(λ＝193nm，100mJ/脈沖，10Hz)燒蝕10分鐘。冷卻后，使用FESEM(LEO 1982)檢測襯底。對于TEM(JEOL 200CX和2010)和EDAX分析，通過乙醇中的超聲波從襯底上移除納米線，將納米線沉積在銅網(wǎng)格上。
為了獲得對使用金膠體產(chǎn)生的納米線的直徑分布的定量測量，和為了更好地表征它們的結(jié)構(gòu)和成分，我們使用了高分辨TEM。高分辨TEM表明這些線是單晶體(圖13B)，在[111]方向生長，EDAX在其技術(shù)限度內(nèi)確認了成分是化學(xué)當(dāng)量的GaP(Ga∶P1.00∶0.94)。重要的是，對納米線直徑廣泛的TEM分析證明了與膠體催化劑直徑和分散極好的相關(guān)性(圖14A和14B)；即，對于從28.2±2.6，18.5±0.9和8.4±0.9nm的膠體生長的線，我們分別觀察到30.2±2.3，20.0±1.0和11.4±1.9nm的平均直徑。納米線的平均直徑普遍比膠體的平均直徑大1-2nm。我們相信，該增加值是由于在納米線成核之前的Ga和P反應(yīng)物與膠體的合金化。對于30nm和20nm的線(圖14A和14B)，清楚的是納米線的寬度分布反應(yīng)出膠體的寬度分布，這提示線的單分散度僅被膠體的分散度所限制。對于10nm的線(圖14C)，線分布的小的展寬(1nm)可以歸結(jié)為膠體的團聚。平均直徑和分布寬度隨著更多的膠體濃縮溶液被分散到襯底上而增加。該分布具有被～2.5nm間距分開的峰，這一事實提示一些線是從兩個膠體的團聚體生長而來，雖然這還需要另外的工作來支持這個觀點。在所有的情形中，線直徑的分布要比那些沒有使用膠體催化劑生長的線的直徑分布43±24nm(圖14D)小一個數(shù)量級還多。
我們相信，對于多種膠體，該工作第一次清楚地證明了對半導(dǎo)體納米線的直徑施加系統(tǒng)的控制的能力。前面試圖在催化劑附著得較差的表面上生長納米線導(dǎo)致了具有大于50nm的非一致性的直徑的納米線。其他試圖通過改變本底載流氣體來控制納米線直徑僅僅稍微移動了線的平均直徑，并且產(chǎn)生了比我們使用膠體調(diào)節(jié)生長更寬的線的分布。
總之，我們已經(jīng)展示了具有單分散直徑分布的半導(dǎo)體線的受控合成。這些高品質(zhì)、單晶態(tài)的線代表了用于未來的低維物理學(xué)的研究，以及用于納米尺度的科學(xué)與技術(shù)的多個領(lǐng)域中的應(yīng)用的候選者。特別地，我們相信直徑受控樣品的合成將很大地方便將這些納米尺度結(jié)構(gòu)單元組合為復(fù)雜的和功能性的2D和3D納米系統(tǒng)。
圖12是描述使用單分散的金膠體作為催化劑用于生長完好的GaP半導(dǎo)體納米線的示意圖。
圖13A示出了從28.2nm的膠體合成的納米線的FESEM圖像(標尺是5μm)。插圖是這些線其中之一的端部的TEM圖像(標尺是50nm)。高襯度特征對應(yīng)于在線的端部的膠體催化劑。圖13B示出了在這個樣品中的另一條線的TEM圖像(標尺是10nm)。[111]晶面是被分辨的(resolved)，表明線的生長沿著該軸發(fā)生，這與先前的工作一致。對于該線，晶面距的測量給出晶格常數(shù)為0.54nm(±0.05nm)，這與GaP的基本值(bulk value)0.5451nm一致。
圖14A-14C示出了線的所測量直徑的柱狀圖，這些線從28.2nm(圖14A)，18.5 nm(圖14B)和8.4nm(圖14C)的膠體生長而來。實線示出了線的分布。圖14D示出了使用前面無膠體方法生長的線的直徑的柱圖，在該方法中使用激光來產(chǎn)生Au納米團簇和GaP反應(yīng)物。該分布非常寬(標準偏差是23.9nm)，平均直徑(42.7nm)大于那些使用預(yù)定好的膠體催化劑合成的線。在所有情況中，所報道的納米線直徑等于晶核。所有納米線表面上的不定形氧化層在同一個實驗中的各線之間是相對一致的，在合成之間的厚度在2-6nm間變化。
化合物半導(dǎo)體納米線的一般合成已經(jīng)使用激光輔助催化生長完成了大范圍多組分半導(dǎo)體納米線的可預(yù)測的合成。已經(jīng)制備了大量的高純度(＞90％)單晶的二元III-V族材料(GaAs，GaP，InAs和InP)，三元III-V族材料(GaAs/P，InAs/P)，和二元II-VI族材料(ZnS，ZnSe，CdS和CdSe)和二元SiGe合金的納米線。這些納米線具有從3到數(shù)十個納米變化的直徑，和延長到數(shù)十個納米的長度。
納米尺度材料的合成對于被引導(dǎo)以理解小結(jié)構(gòu)的基本性質(zhì)，生成納米結(jié)構(gòu)化材料和發(fā)展納米技術(shù)的工作很關(guān)鍵。納米線和納米管是眾多注意力的焦點，因為它們具有回答關(guān)于一維系統(tǒng)的基本問題的潛力，以及被期望在覆蓋從分子電子學(xué)到新穎的掃描顯微鏡探針的應(yīng)用中扮演重要的角色。為了探索這樣豐富和令人興奮的機會需要化學(xué)成份和直徑能變化的納米線材料。在過去的幾年中，對于納米線的大批量合成進行了很多努力，盡管使用模板法(template)、激光燒蝕法、溶液法和其他方法已經(jīng)取得進步，但是沒有一種情形已經(jīng)證明了可以利用一種方法以可預(yù)測的方式來合成大范圍的納米線材料。這里，我們描述了使用激光輔助催化生長(LCG)方法的大范圍的二元和三元III-V，II-VI和IV-IV族半導(dǎo)體納米線的可預(yù)測的合成。
最近，我們報到了使用LCG方法的基本Si和Ge納米線的生長，這利用了激光燒蝕來產(chǎn)生納米直徑的催化劑團簇，該催化劑團簇通過氣-液-固(VLS)機理來確定尺寸和引導(dǎo)晶態(tài)的納米線的生長。VLS生長過程和我們的LCG方法的一個重要特征就是，平衡相圖能夠被用來預(yù)測催化劑和生長條件，因此使新的納米線材料的合理的合成成為可能。重要的是，這里我們說明了，使用這種方法，III-V族材料GaAs，GaP，GaAsP，InAs，InP和InAsP，II-VI族材料ZnS，ZnSe，CdS和CdSe，以及IV-IV族SiGe合金的半導(dǎo)體納米線能夠以高的產(chǎn)出和純度進行合成。如GaAs和CdSe的合成物半導(dǎo)體尤其是令人著迷的目標，因為它們的直接能隙導(dǎo)致了吸引人的光學(xué)和電光性質(zhì)。已經(jīng)制備了直徑與3nm一樣小、長度超過10μm的單晶體的納米線，該直徑使這些納米線處于強的徑向的量子限制(radial quantum confinement)。這些研究證明了，LCG代表了一種用于納米線合成的非常一般化和預(yù)測性的方法，而且我們相信所制備大范圍的的III-V，II-VI和IV-IV族納米線將開辟許多在納米尺度的研究和技術(shù)中的新機會。
由于三元和更高階的相圖的復(fù)雜性，原則上對于使用LCG方法的二元或更復(fù)雜的納米線的生長條件的預(yù)測比前面基本的Si和Ge納米線的研究要明顯困難得多。但是，考慮到用于令人感興趣的催化劑和化合物半導(dǎo)體的偽二元相圖，該復(fù)雜性能被大大地降低了。例如，Au-GaAs的偽二元相圖表明Au-Ga-As液體和GaAs固體在高于630℃時是富GaAs區(qū)域中的基本相(圖15)。這意味著，如果靶的成分和生長溫度被設(shè)定到相圖中的這個區(qū)域，金可以作為催化劑通過LCG方法來生長GaAs納米線。事實上，我們發(fā)現(xiàn)使用(GaAs)0.95Au0.05靶的LCG產(chǎn)生出主要由納米線組成的樣品。在890℃制備的材料的典型的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)圖像(圖16A)表明該產(chǎn)品是長度延長到10μm或更多的線狀物。這些高分辨SEM圖像的分析表明，在通過LCG方法生產(chǎn)的產(chǎn)品中至少90％是納米線，僅有很少量的粒子材料。塊狀樣品的X射線衍射數(shù)據(jù)可以被標記為與塊狀GaAs一致的晶格常數(shù)的閃鋅礦(ZB)結(jié)構(gòu)，也表明該材料是純至1％量級的GaAS。最后，我們注意到GaAs納米線的高產(chǎn)出也可以使用Ag和Cu催化劑獲得。這些數(shù)據(jù)與這些金屬(M＝Ag，Cu)在偽二元相圖中的富GaAs區(qū)域呈現(xiàn)為M-Ga-As液體和GaAs固體相的事實一致，而且證明了LCG方法用于納米線生長的可預(yù)測性。
GaAs納米線的結(jié)構(gòu)和成分已經(jīng)使用透射電子顯微鏡(TEM)，匯聚束電子散射(ED)和能量彌散X射線熒光(EDX)詳細地進行了表征。TEM研究表明該納米線具有從3nm到約30nm范圍的直徑。直徑為20nm單根線的典型的衍射襯度圖像(圖17A)表明該線是單晶體(一致的襯度)和均一的直徑。通過EDX確定的該線的Ga∶As成分51.4∶48.6，在儀器靈敏度范圍內(nèi)，與從GaAs晶體標樣分析得到的成分是相同的。而且，垂直于該納米線縱軸記錄的ED花樣(插圖，圖17A)能夠標記為ZB的GaAs結(jié)構(gòu)的<112>晶帶軸，因此表明生長出現(xiàn)在[111]方向。對單獨的納米線的廣泛的測量表明，在所有情形中，生長沿<111>方向出現(xiàn)。該方向和單晶結(jié)構(gòu)還被TEM晶格像(例如，圖17B)所確認，該晶格像清楚地表明(111)晶面(間距0.32±0.01nm，塊GaAS，0.326nm)垂直于線軸。最后，TEM研究揭示大多數(shù)納米線在一端以納米微粒結(jié)束(插圖，圖16A)。EDX分析表明納米微粒主要由Au組成。Au納米微粒在納米線端的存在與偽二元相圖一致，代表了用于VLS生長機理的很強的證據(jù)，該機理被推薦用于LCG。
通過LCG的二元GaAs納米線的勝利合成并不是一個孤立的事例，而是對大范圍的二元和更復(fù)雜的納米線材料(表1)來說是普遍的。為了將我們的合成方法拓展至最大范圍的納米線，我們承認用于LCG的催化劑能夠在沒有詳細的相圖情況下通過識別金屬進行選擇，在這些金屬中，納米線成分元素在液相中是可溶的，但液相不會形成比預(yù)期的納米線的相更穩(wěn)定的固體化合物；即，理想的金屬催化劑應(yīng)該在物理上是活潑的，但化學(xué)上是穩(wěn)定的。從該概述看，貴金屬Au應(yīng)該對很多材料都表示了一個好的起點。過去，該貴金屬也被用于通過金屬-有機物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的表面支撐的納米線的VLS生長。通過MOCVD方法產(chǎn)生的納米線與本文中所報道的材料在幾個方面是不同的，包括(1)MOCVD納米線產(chǎn)生在表面上，而不是所需的用于組裝的大的量；(2)MOCVD納米線從基底到它們的端部顯著地逐漸變細(即，它們沒有均一的直徑)；(3)最小的納米線直徑(10-15nm)也要顯著地大于在我們的工作中所獲得的3-5nm的直徑。最后，如下所述，簡單地通過產(chǎn)生感興趣的固體靶和催化劑，我們的LCG方法很容易被拓展到許多不同的材料(如表1)，認識到這一點是很重要的。
首先，我們已經(jīng)顯著地將我們在GaAs上的工作拓展到包括GaP和三元合金GaAs1-xPx的材料。通過LCG從(GaP)0.95Au0.05靶獲得的產(chǎn)品的FE-SEM圖像展現(xiàn)出高純度、長度超過10nm的納米線(圖16B)。大量的TEM表征表明這些納米線(1)是單晶體的GaP，(2)沿<111>方向生長，(3)如LCG機理所期望的以Au納米微粒終止(插圖，圖16B)。我們還通過三元GaAsP合金納米線的研究測試了我們LCG方法的局限性。三元III-V合金的合成對于能隙工程是尤其讓人感興趣的，能隙工程對電子學(xué)和光學(xué)器件是關(guān)鍵的。使用含有Au催化劑的GaAs0.6P0.4靶，GaAsP納米線的LCG產(chǎn)生了近乎純的納米線(圖16C)。TEM圖像，ED和EDX表明這些納米線是單晶體的，沿<111>方向生長，具有1.0∶0.58∶0.41的Ga∶As∶P原子比，這實質(zhì)上與初始靶的成分是相同的，以主要由Au組成的納米團簇終止(插圖，圖16C)。在直徑為約10nm和6nm的納米線(圖17C和17D)上記錄的高分辨TEM圖像表明完好排列的(111)晶面，以及沒有成分調(diào)制的跡象。我們相信三元納米線成分能被靶成分所控制的觀察結(jié)果是十分重要的，因為它為探索激子能量改變提供了機會，該激子能量的改變是因為能隙的變化(成分)和量子限制(尺寸)。
基于以上結(jié)果，也許并不令人驚奇的是，我們也已經(jīng)成功地使用LCG來制備III-V二元材料和包含In-As-P的三元材料(表1)。我們相信，更重要的一點是這種合成方法也能輕易地拓展到許多其他類別的納米線的制備，包括II-VI材料ZnS，ZnSe，CdS和CdSe(表1)，IV-IV SiGe合金。II-VI納米線CdS和CdSe的情形是尤其重要的，因為這些材料穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)相——纖鋅礦(W)——不同于如上所述的III-V材料的ZB結(jié)構(gòu)，和ZnS與ZnSe的ZB結(jié)構(gòu)。重要地是，我們發(fā)現(xiàn)使用含有Au催化劑的LCG方法能夠高產(chǎn)出地合成CdS和CdSe的納米線(圖18A)。在單獨的CdSe的納米線(例如，圖18B和18C)獲得的TEM和ED數(shù)據(jù)表明這些材料是單晶體，該單晶體具有W-型結(jié)構(gòu)以及與ZB結(jié)構(gòu)的<111>方向明顯不同的<110>生長方向。CdS納米線(表1)的研究顯示了稍微復(fù)雜些的行為；即，具有沿兩個不同的<100>和<002>方向的生長的W-型納米線?？赡艿氖牵瑸樯贁?shù)的CdS納米線指定的<002>方向也許對應(yīng)于ZB結(jié)構(gòu)的<111>方向。但是，在塊納米線樣品上進行的X射線衍射測量與W結(jié)構(gòu)的晶體參數(shù)值(assignment)一致。此外，前面的W-型CdS和CdSe納米團簇的研究顯示了沿<002>方向的拉長。我們相信，與生長溫度成函數(shù)關(guān)系的納米線結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)研究應(yīng)該可以幫助闡明這些CdS結(jié)果的起源，也許能提供對如何能控制納米線生長方向的理解。
最后，我們已經(jīng)是有能夠LCG制備了IV-IV二元Si-Ge合金的納米線(表1)。使用Au催化劑，在整個Si1-xGex組分范圍內(nèi)合成單晶體納米線是可能的。不像上面所討論的GaAsP的情形，該Si-Ge合金沒有展現(xiàn)出與起始靶相同的成分。但是，成分在生長反應(yīng)器中連續(xù)變化，所產(chǎn)生的富Si的材料在較熱的中間區(qū)域，所產(chǎn)生的富Ge的材料在較冷端部。特別地，從(Si0.70Ge0.30)0.95Au0.05靶的LCG生長在1150℃產(chǎn)生的納米線從爐中部到端部，分別具有95∶5，81∶19，74∶26，34∶66和13∶87的Si∶Ge原子比。該組分的變化來自于事實兩種單獨的納米材料的最優(yōu)生長溫度是相當(dāng)不同的。這種差別會增加合成成分受控的合金的難度，雖然我們的結(jié)果也表明這能被利用在單一的生長實驗中來制備一定范圍的合金組分。
總之，使用我們的LCG技術(shù)，我們已經(jīng)合成了大范圍的單晶的二元和三元化合物半導(dǎo)體納米線。我們相信這些結(jié)果清楚地證明了這種方法用于合理的納米線合成的普遍性。期望這些高品質(zhì)、單晶的半導(dǎo)體納米線的可利用性使納米尺度科學(xué)和技術(shù)中的迷人的機會成為可能。例如，這些納米線能被用來探查在1D中的激子的限制、動力學(xué)和輸運，能被用作用于納米結(jié)構(gòu)化材料的光學(xué)活性結(jié)構(gòu)單元。而且，通過更進一步地控制生長，我們相信LCG方法能被用來合成更復(fù)雜的納米線結(jié)構(gòu)，包括單一的線同質(zhì)和異質(zhì)結(jié)，以及超晶格，于是可以使納米尺度的發(fā)光二極管和激光器件成為可能。
在前面已經(jīng)敘述了用于納米線LCG生長的裝置和一般步驟。在合成中使用的靶由(材料)0.95Au0.05組成。用于合成的典型的條件是(i)100-500托Ar∶H2(95∶5)，(ii)50-150sscm氣流，和(iii)使用脈沖的Nd:YAG激光(λ＝1064nm；脈沖率10Hz；平均功率2.5W)燒蝕。在表1中給出了用于不同納米線材料的生長的特殊溫度。納米線產(chǎn)品在爐下游的冷端收集。
使用X射線衍射(SCINTAG XDS 2000)FE-SEM(LEO 982)和TEM(Philips 420和JEOL 2010)對納米線樣品進行表征。在TEM中也進行電子衍射和成分分析(EDX)測量。用于TEM分析的樣品如下制備在乙醇中短暫地對樣品進行超聲處理(sonicate)，這使納米線材料懸浮，接著在TEM網(wǎng)格上放置一滴懸浮液并使其干燥。
使用膜和納米管的模制調(diào)解的方法已經(jīng)被用來制備許多材料。但是，這些納米線典型地具有＞10nm的直徑，并常常具有使其難于探測內(nèi)在物理性質(zhì)的多晶結(jié)構(gòu)，該直徑大于期望的用于強量子限制效應(yīng)的直徑。
表1是所合成的單晶體納米線的一個總結(jié)。生長溫度對應(yīng)于在這些研究中所探索的范圍。最小(Min.)和平均(Ave.)納米線直徑(Diam.)通過TEM和FE-SEM圖像確定。使用電子衍射和TEM晶格像確定結(jié)構(gòu)ZB，閃鋅礦；W，纖鋅礦；和D，金剛石結(jié)構(gòu)類型。成份由在單個的納米線上進行的EDX測量確定。除GaAs也使用Ag和Cu外，所有的納米線使用Au作為催化劑合成。使用Ag和Cu獲得的GaAs納米線與使用Au作為催化劑獲得的納米線有相同尺寸、結(jié)構(gòu)和成份。

圖15示出了Au和GaAs的偽二元相圖，液體Au-Ga-As組分用L指代。
圖16A-16C示出了通過LCG制備的GaAs(圖16A)，GaP(圖16B)和GaAs0.6P0.4(圖1 6C)納米線的FE-SEM圖像。在圖16A-16C中的標尺是2μm。圖16A-16C的插圖分別是GaAs，GaP和GaAs0.6P0.4納米線的TEM圖像。標尺都是50nm。高襯度的特征(黑色)對應(yīng)于固化的納米團簇的催化劑。
圖17A示出了直徑約20nm的GaAs納米線的衍射襯度TEM圖像。插圖示出了沿<112>晶帶軸記錄的匯聚束電子衍射花樣(ED)。ED花樣的[111]方向平行于線軸，因此表明生長沿[111]方向發(fā)生。標尺等于20nm。圖17B是出了直徑約20nm的GaAs納米線的TEM圖像。垂直于納米線軸的晶面距0.32±0.01nm，與體GaAs中(111)面的晶面距0.326nm有很好的一致性。標尺等于10nm。圖17C和17D分別示出了直徑為10和6nm的GaAs0.6P0.4納米線的高分辨TEM圖像。在所有的三種納米線中，(111)晶面(垂直于線軸)都清楚地被分辨。在圖17C和17D中的標尺是5nm。
圖18A示出了通過LCG制備的CdSe納米線的FE-SEM圖像。標尺等于2μm。圖18A的插圖是在線端存在納米團簇(黑色特征)的單獨的CdSe納米線的TEM圖像。EDX表明納米團簇主要由Au構(gòu)成。標尺是50nm。圖18B示出了直徑為18nm的CdSe納米線的衍射襯度TEM圖像。均一的襯度表明該納米線是單晶體。圖18B的插圖是沿<001>晶帶軸記錄的ED花樣，該圖已經(jīng)被標記為纖鋅礦結(jié)構(gòu)。ED花樣的[110]方向平行于線軸，因此表明了生長沿[110]方向發(fā)生。標尺是50nm。圖18C示出了直徑約為13nm的CdSe納米線的高分辨TEM圖像，該圖像展現(xiàn)出(100)晶面被很好地分辯。晶面距實驗值0.36±0.01nm，與塊晶體中的間距0.372nm一致。相對于納米線軸30°取向的(100)晶面與由ED確定的[110]生長方向一致。標尺等于5nm。
單晶GaN納米線的激光輔助催化劑生長已經(jīng)使用激光輔助催化劑生長(LCG)合成了大量的單晶態(tài)GaN納米線。(GaN，F(xiàn)e)合成物靶的激光燒蝕產(chǎn)生了液體納米團簇，這些團簇可以用作限制和引導(dǎo)晶態(tài)的納米線的生長的催化劑部位。場發(fā)射掃描電子顯微鏡表明產(chǎn)品主要由線狀結(jié)構(gòu)組成，具有10nm的量級的直徑和大大超過1μm的長度。塊納米線樣品的粉末X射線衍射分析能被標記為GaN纖鋅礦結(jié)構(gòu)，顯示有＞95％的相純度。單獨的納米線的透射電子顯微鏡，匯聚束電子衍射，和能量彌散X射線熒光分析表明它們是具有[100]生長方向的GaN單晶體。對于更進一步的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用，大量的單晶體的GaN的納米線和其他技術(shù)上重要的半導(dǎo)體性氮化物材料的合成應(yīng)該開辟了許多機會。
在這里，我們報到了單晶態(tài)GaN納米線的大批量合成。GaN和催化劑金屬的合成物靶的激光燒蝕產(chǎn)生了液體納米團簇，這些團簇可以用作限制和引導(dǎo)晶態(tài)的納米線生長的活性部位。場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)表明產(chǎn)品主要由線狀結(jié)構(gòu)組成。塊納米線樣品的粉末X射線衍射(PXRD)分析能被標記為GaN纖鋅礦結(jié)構(gòu)，顯示有＞95％的相純度。單獨的納米線的透射電子顯微鏡，匯聚束電子衍射，和能量彌散X射線熒光分析表明它們是具有[100]生長方向的GaN單晶體。
在過去的數(shù)十年中，由于納米結(jié)構(gòu)化的GaN材料用于光電子的重要的潛力，它們吸引了廣泛的注意。這些研究主要集中在零維(0D)量子電和二維的量子阱結(jié)構(gòu)，使用成熟的方法能很容易合成這些結(jié)構(gòu)。由于與它們的合成相關(guān)聯(lián)的困難，對一維(1D)GaN納米線的研究受到限制，該研究可能使基本原理及應(yīng)用研究中獨特的機會成為可能。特別地，僅有一篇GaN納米線生長的報道。在這個工作中，在氧化鎵和NH3蒸汽存在時，使用碳納米管作為模板來產(chǎn)生GaN納米線。我們已經(jīng)探究了被稱之為激光輔助催化劑生長(LCG)的用于GaN納米線生長的可預(yù)測的合成方法。該方法中，脈沖激光被用來使包含預(yù)期的材料和催化劑的固體靶蒸發(fā)，由此得到的在高溫度下形成的液體納米團簇通過汽-液-固生長機理來引導(dǎo)生長和確定晶態(tài)納米線的直徑。本方法的一個重要的特征是，被用來確定1D生長的催化劑能夠從相圖數(shù)據(jù)和/或化學(xué)活性來選擇。Buhro和合作者已經(jīng)使用相關(guān)的被稱之為溶液-液體-固體相生長的方法來在溶液中制備一些的III-V材料，盡管不是氮化物。
在GaN的情形中，沒有詳細的與LCG相關(guān)的三元相圖(即，催化劑-Ga-N)的信息可以利用。但是，我們能夠使用生長過程的知識來合理的選擇催化劑。特別地，在納米線生長條件下，催化劑應(yīng)該形成帶有GaN的混合液體相，但卻不形成更穩(wěn)定的固相。指導(dǎo)性原則啟發(fā)我們，F(xiàn)e可以溶化Ga和N，但卻不形成比GaN更穩(wěn)定的固相化合物，F(xiàn)e將是用于通過LCG的GaN納米線生長好的催化劑。使用激光燒蝕產(chǎn)生催化劑納米團簇后，納米線生長的整個進展如圖19所示。
重要地，我們發(fā)現(xiàn)使用GaN/Fe靶的LCG生產(chǎn)了高產(chǎn)出的納米直徑的線狀結(jié)構(gòu)。通過LCG生產(chǎn)的產(chǎn)品的典型的FE-SEM圖像(圖20A)示出了該產(chǎn)品主要由直徑為10nm級別，長度大大超過1μm的1D結(jié)構(gòu)組成；即，高長寬比的納米線。FE-SEM數(shù)據(jù)也表明產(chǎn)品的組成為約90％的納米線，其余為納米微粒。我們也使用PXRD(圖20B)評估了整個晶體結(jié)構(gòu)和塊納米線樣品的相純度。在PXRD圖中所有相對尖銳的峰可以被標記為晶體常數(shù)為a＝3.187和c＝5.178埃的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。這些值與體GaN的文獻值a＝3.189和c＝5.182埃符合得很好。此外，背底信號與觀察到的峰的對比表明GaN纖鋅礦結(jié)構(gòu)相在我們的合成中所產(chǎn)生的晶態(tài)材料占有＞95％。
LCG實驗裝置與前面所報道的裝置相同。使用石英管將GaN/Fe合成物靶(原子比為(GaN)∶Fe＝0.95∶0.05)放置爐的中心。該實驗系統(tǒng)被抽真空到30毫托，接著注入無水氨氣。當(dāng)氣壓和流速分別維持在約250托和80sccm時，以30℃/min將爐溫升高到900℃。接著使用脈沖Nd-YAG激光(1064nm；脈沖寬度8ns；10Hz重復(fù)；平均功率2.5W)以典型的燒蝕持續(xù)時間5min來燒蝕靶。在燒蝕后，關(guān)閉爐，使其冷卻到室溫。然后，排空該系統(tǒng)，從內(nèi)部的石英管壁的端部收集到微黃色的粉末。將該產(chǎn)品直接用于FE-SEM和PXRD研究。將該產(chǎn)品懸浮在乙醇中，然后轉(zhuǎn)移到TEM網(wǎng)格上用于TEM，CBED和EDX測量。
已經(jīng)使用TEM，CBED和EDX進一步詳細地表征了CaN納米線的形貌、結(jié)構(gòu)和成分。TEM研究表明該納米線直且具有均一的直徑，典型地在一端以納米微粒結(jié)束。圖20A示出了一條納米線的有代表性的衍射襯度圖像。沿著線軸的一致的襯度表明該納米線是單晶體。在液體納米團簇結(jié)晶化后，如所期望的那樣，在納米線端觀察到的納米微粒(黑色，高的襯度特征)是多面形的(圖19)。我們也使用了EDX來處理納米線和端部的納米微粒的成分。在納米線上記錄的數(shù)據(jù)顯示僅Ga和N的比率與GaN標樣基本相同，而納米微粒還含有Ga、N和Fe。Fe(以及Ga和N)僅在端部的納米微粒中存在確認了在合成中Fe的催化劑的本性。
為了進一步鉆研催化劑的重要性，我們也研究了使用Au催化劑的GaN納米線的生長。近來金作為催化劑已被用于很多III-V和II-VI材料納米線的生長，同樣地可以期望其在GaN納米線的生長中也有效地發(fā)揮作用。但是，Au呈現(xiàn)出很差的N的溶解性，于是不能有效地輸運N到固/液生長界面。與該分析一致的是，我們已經(jīng)不能使用Au催化劑得到GaN納米線。我們相信這強調(diào)了催化劑的重要性以及催化劑如何能被合理地選擇。
最后，我們使用CBED和高分辨TEM(HRTEM)更詳細地表征了GaN納米線的結(jié)構(gòu)。典型的納米線的CBED花樣(插圖，圖21A)呈現(xiàn)出與從衍射襯度圖像推斷而來的單晶結(jié)構(gòu)一致的尖銳的衍射花樣。對該花樣的標記進一步證明了[100]方向沿線軸排列。此外，圖21B示出了直徑約為10nm的GaN納米線的HRTEM晶格像。該圖像沿<001>晶帶軸記錄，清楚地示出了納米線的單晶結(jié)構(gòu)和沿[100]，
和[-110]方向的晶面。該圖像證明了[100]方向與線軸平行，因此證實了在GaN納米線中的[100]生長方向。
總之，我們探究了用于合理地合成GaN納米線的LCG方法。獲得了具有唯一的[100]生長方向的單晶體的高純度GaN納米線。我們相信，這種基于催化劑和生長條件的可預(yù)測的選擇的方法能很容易地拓展到InN，(GaIn)N合金和相關(guān)的氮化物納米線的合成。對于未來的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用，GaN單晶納米線和其他技術(shù)上重要的半導(dǎo)體氮化物材料的合成被期望能開辟很多機會。
圖19是示出了使用激光輔助催化劑生長的GaN納米線生長的示意性的程序。
圖20A示出了使用LCG合成的大量的GaN納米線的FE-SEM(LEO 982)圖像。標尺等于1μm。圖20B示出了在大量的GaN納米線上記錄的PXRD(Scintag，XDS2000)花樣。在峰上的數(shù)字對應(yīng)于閃鋅礦結(jié)構(gòu)的(hkl)值。
圖21A示出了GaN納米線的衍射襯度TEM(Philips，EM420)圖像，該納米線以更高(黑色)襯度的多面形的納米微粒結(jié)束。在圖21A中的插圖示出了用白環(huán)標記出的區(qū)域上沿<001>晶帶軸記錄的CBED花樣。白色標尺等于50nm。圖21B示出了另一個直徑約為10nm的納米線的HRTEM(JEOL 2010)圖像。該圖像沿<001>晶帶軸得到。[100]，
和[-110]方向用平行于線軸的[100]表示。白色標尺等于5nm。
由磷化銦納米線結(jié)構(gòu)單元組裝的納米尺度的電子和光電子器件如納米線(NWs)和納米管(NTs)的一維納米結(jié)構(gòu)理想地適合于電荷載流子和激子的有效的輸運，因此被認為是用于納米尺度的電子學(xué)和光電子學(xué)的關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)單元。對在碳納米管中的電子輸運的研究已經(jīng)導(dǎo)致了場效應(yīng)管、單電子管、整流結(jié)和化學(xué)傳感器的產(chǎn)生，這些結(jié)果顯示了從這些材料可能的令人激動的應(yīng)用，盡管由于半導(dǎo)體性或金屬性的納米管的選擇性生長和/或組裝現(xiàn)在還不可能，納米管結(jié)構(gòu)單元的使用受到相當(dāng)?shù)南拗?。將納米尺度結(jié)構(gòu)用作用于有源器件和器件陣列的倒置組裝的結(jié)構(gòu)單元將需要不同單元的電性質(zhì)是確定和可控制的，該應(yīng)用將消除對于昂貴的組裝線的需求。最后，我們報道了來自化合物半導(dǎo)體納米線結(jié)構(gòu)單元的功能性納米尺度器件的合理的組裝，在這些納米線結(jié)構(gòu)單元中電性質(zhì)通過摻雜得到控制。柵依賴輸運測量證明，磷化銦(InP)納米線能通過受控的n型和p型摻雜來合成，并能像納米尺度的場效應(yīng)管運作。此外，通過形成交叉的納米線陣列，完好的n-和p-型材料的可用性使p-n結(jié)的產(chǎn)生成為可能。輸運測量揭示納米尺度的p-n結(jié)展示了規(guī)整的電流整流性。重要的是，正向偏壓的InP p-n結(jié)展示了強的，量子限制的光發(fā)射，使得這些結(jié)構(gòu)也許是迄今所創(chuàng)造的最小的發(fā)光二極管。最后，電場引導(dǎo)的組裝被視為能從這些新的納米尺度的結(jié)構(gòu)單元創(chuàng)造出高度集成的和功能性的器件的一種策略。
已經(jīng)通過如前所述的激光輔助催化劑生長(LCG)制備了單晶體的InP納米線。分別使用碲(Te)和鋅(Zn)作為摻雜物制備了n型和p型的InP納米線，并發(fā)現(xiàn)這些納米線與沒有添加摻雜物的納米線有相似的高質(zhì)量。所合成的Zn摻雜的InP納米線的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)圖像(圖22A)證明這些線長度延長到數(shù)十個納米，直徑在10納米的量級。高分辨透射電子顯微鏡(TEM)圖像(插圖，圖22A)進一步示出了該摻雜的納米線是生長方向為<111>的單晶體。通常的，在TEM圖像中是可以看見納米線上的1-2納米的不定形包覆層。該薄層歸結(jié)于納米線在合成后暴露在空氣中時形成的氧化物。通過能量彌散X射線衍射(EDX)分析所確定的單獨的納米線的全部的成分被發(fā)現(xiàn)是1∶1 In∶P，因此確認了納米線的化學(xué)當(dāng)量的成分。但是，EDX和其他元素分析方法還不夠靈敏來確定單獨的納米線中的摻雜水平。
為了確認在納米線中摻雜物的存在和類型，我們已經(jīng)在單獨的納米線上進行了柵-依賴，兩端法輸運測量。在這些測量中，對于n-和p-型的納米線，納米線的電導(dǎo)將以相反的方向響應(yīng)于柵電壓(Vg)的變化。特別的，對于n型的納米線，Vg＞0將導(dǎo)致電子的積累和電導(dǎo)的增加；而對于p型的納米線，相同施加電壓的柵將消耗空穴和降低電導(dǎo)。圖22B和22C和100c示出了分別從單獨的Te-和Zn-摻雜的納米線獲得的典型的柵依賴I-V曲線。對于兩類型的納米線，在Vg＝0時，I-V曲線都是近似線性的，表明金屬電極與納米線是歐姆接觸。在Te摻雜的納米線上記錄的輸運數(shù)據(jù)(圖22B)表明對于Vg＞0電導(dǎo)增加，而對于Vg＜0電導(dǎo)下降。這些數(shù)據(jù)清楚地表明Te摻雜的InP納米線是n型的。與n型，Te摻雜的InP納米線相比，在Zn摻雜的納米線上記錄的柵依賴輸運數(shù)據(jù)示出了隨Vg的變化反向的電導(dǎo)變化。特別地，對于Vg＞0電導(dǎo)增加，對于Vg＜0電導(dǎo)下降(圖22C)。這些結(jié)果表明Zn摻雜的InP納米線是p型的。
我們的結(jié)果具有相當(dāng)?shù)目芍貜?fù)性。在超過二十根直徑從20nm到100nm的單獨的納米線上進行的測量在每種情形下顯示出柵效應(yīng)，該效應(yīng)與在InP納米線合成中使用摻雜物是一致的。此外，柵電壓可以被用來完全地耗盡n-型和p-型的納米線中的電子和空穴，以至電導(dǎo)變得不可測量的小。例如，當(dāng)Vg小于或等于-20V時，在圖22B中的納米線的電導(dǎo)可以從導(dǎo)通(開)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止(關(guān))狀態(tài)，于是該納米線可以如場效應(yīng)管工作。對于一些納米線，電導(dǎo)調(diào)制能如4-5個數(shù)量級大。相對高的切換電壓是與在我們的測量中所使用的厚(600nm)氧化物阻擋層有關(guān)。該柵依賴行為與金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)管和近來的半導(dǎo)體納米線場效應(yīng)管的研究相似。我們關(guān)于納米管工作的一個重要的特色就是，在每一條納米線中，能夠獲得可預(yù)測的半導(dǎo)體行為。綜合起來，這些結(jié)果清楚地說明了單晶體InP納米線能夠被合成而具有受控的載流子類型。因為這些納米線以大批量的形式被生產(chǎn)，它們代表了一種可以容易得到的用于組裝器件和器件陣列的材料。
通過在兩條或更多線之間形成結(jié)，n-型和p-型納米線結(jié)構(gòu)單元的可用性開辟了創(chuàng)建復(fù)雜功能的器件的可能。為了探索這個讓人興奮的機會，我們已經(jīng)分別研究了通過使用交叉兩個n型，兩個p型，及一個n型和一個p型納米線形成的n-n，p-p和p-n結(jié)的輸運性質(zhì)。圖23A示出了使用直徑為29nm和40nm的納米線形成的有代表性的納米線器件。為了以下討論的簡便，將四個臂用A，B，C，D指代。重要的是，對于每一個實驗，被研究的結(jié)的類型是可以控制的因為我們能夠在組裝之前選擇用于制造交叉的結(jié)的納米線的類型。
圖23B和23C分別示出了在n-n和p-p結(jié)上記錄的電流-電壓(I-V)數(shù)據(jù)。對于兩種類型的結(jié)，在單獨的納米線上記錄的輸運數(shù)據(jù)(AC，BD)都顯示出線性或近乎線性的行為(曲線80，圖23B和曲線82，圖23C)。這些結(jié)果表明實驗中所使用的金屬電極與納米線是歐姆或近似歐姆性的接觸，將不會對穿過結(jié)的I-V測量造成非線性的影響。通常，穿過n-n和p-p結(jié)進行的I-V輸運測量顯示出線性或近似線性的行為，而許可我們推斷出關(guān)于用這種方法制備的結(jié)的兩個重要的觀點。第一，在單獨的納米線之間的界面氧化物不會產(chǎn)生明顯的隧道勢壘，因為這樣的勢壘將會導(dǎo)致高的非線性I-V行為。第二，流過每一對相鄰的臂記錄的I-V曲線顯示出相似的電流水平，這些值小于單獨的納米線自身的值。這些結(jié)果表明結(jié)支配輸運行為。最后，我們的數(shù)據(jù)表明，盡管接觸面積小(10-12-10-10cm2)和制作結(jié)的方法簡單，單獨的納米線在相互之間有好的合理的電接觸。
在單獨的納米線之間好的接觸為研究這些納米線來制造功能性器件提供了基礎(chǔ)。作為例子，我們已經(jīng)從交叉的p-和n-型納米線制作了p-n結(jié)。通過n-和p-型納米線稀溶液的依次沉積以及中等干燥，這些結(jié)能夠被可再現(xiàn)地制造。圖23D示出了交叉的納米線p-n結(jié)的典型的I-V行為。單獨的n-和p-型納米線元件的線性的I-V(曲線84和86)表明納米線和金屬電極之間是歐姆接觸。穿過p-n結(jié)的輸運性質(zhì)(曲線88)示出了清楚的電流整流；即，反向偏壓時沒有電流流動，但是有正向偏壓的急劇的電流上升。重要的是，該行為與塊半導(dǎo)體p-n結(jié)相似，這形成了許多關(guān)鍵的電子和光電子器件的基礎(chǔ)。在標準的p-n結(jié)中，整流來自于在p-和n-型材料之間的界面上形成的勢壘。當(dāng)結(jié)是正向偏壓時(p-一側(cè)是正偏壓)，勢壘減小，相對大的電流能夠流過結(jié)；另一方面，在反向偏壓時，僅有少量的電流能夠流過結(jié)，因為勢壘被進一步增強了。
有幾個原因使我們相信所觀察到的整流是因為在p-型和n-型InP納米線之間的交叉點形成的p-n結(jié)。第一，用來制造結(jié)的單獨的p-和n-型納米線的線性或近似線性的行為表明在納米線和金屬電極之間形成了歐姆接觸。這就排除了整流來自金屬-半導(dǎo)體肖特基(Schottky)二極管的可能性。第二，通過每對相鄰的電極(AB，AD，CB，CD)所確定結(jié)的I-V行為(圖23D中曲線88)展示了相似的整流效應(yīng)和電流水平，這也比通過單獨的納米線的電流水平小得多。這些結(jié)果證明結(jié)支配了I-V行為。第三，四端測量顯示出相似的I-V和整流，而與在同樣電流水平的二端測量相比略微小的壓降(0.1-0.2V)，在四端測量中，在測量穿過兩個獨立的電極(如，C-D)的結(jié)的壓降時，電流通過兩個相鄰的電極(A-B)。最后，在10個獨立的p-n結(jié)上進行的測量在I-V數(shù)據(jù)中顯示了相似的整流；即，當(dāng)p型納米線是正偏壓時，明顯的電流僅能流過p-n結(jié)。
上面的數(shù)據(jù)明確地表明我們現(xiàn)在能合理地制作納米尺度的p-n結(jié)。在像InP的直接能隙半導(dǎo)體中，p-n結(jié)形成了用于包括發(fā)光二極管(LED)和激光器的關(guān)鍵的光電子器件的基礎(chǔ)。為了評估我們的納米尺度的器件是否有相似的行為，我們從交叉的納米線p-n結(jié)研究了光致發(fā)光(PL)和電致發(fā)光(EL)。重要的是，EL可以從正向偏壓的這些納米尺度的結(jié)中輕易地觀察到。圖24A示出了從在正向偏壓的典型的納米線p-n結(jié)得到的EL圖像，插圖示出了從交叉的納米線結(jié)得到的PL圖像。PL圖像清楚地顯示兩個拉長的線狀的結(jié)構(gòu)，EL圖像示出了從點狀光源源發(fā)出的光。對比EL和PL圖像表明EL最大值的位置等于PL圖像中的交叉點，于是證明了光確實從納米線的p-n結(jié)中發(fā)出。
結(jié)的I-V特征(插圖，圖24B)示出了在～1.5V具有急劇的電流上升的清楚的整流。結(jié)的EL強度相對于電壓的曲線表明，在如1.7V低的電壓下用我們的系統(tǒng)能夠檢測到有效的光。EL強度隨著偏向電壓迅速升高，類似于I-V行為。EL光譜(圖24C)示出了在820nm附近的最大的強度，該值相對于InP的大的能帶隙(925nm)有明顯的藍移。該藍移部分地是因為激子的量子限制，盡管其他因素也可能有影響。在從由小較小的(和較大的)直徑的納米線組裝的p-n結(jié)記錄的EL結(jié)果中可以清楚地看見量子限制的重要性，其結(jié)果顯示了較大(較小)的藍移。在這些納米LEDs中通過尺寸調(diào)節(jié)顏色的能力在未來也許是特別有用的。這些最初的器件的量子效應(yīng)(電子到光子)相對地低(～0.001％)，這是讓人吃驚的，因為我們對優(yōu)化幾乎沒有加以注意。該效率與早期的塊InP的LEDs的值(～0.002％)是相當(dāng)?shù)?。我們將低的量子效率歸結(jié)為經(jīng)由表面狀態(tài)的非放射性的復(fù)合，并且相信該有害的過程能夠通過表面鈍化加以減少。
GaN是一種直接寬能帶隙半導(dǎo)體材料，它可以在室溫發(fā)射短波區(qū)域(UV和藍光)中的光。在需要強度高、能量高效和可靠的光源的地方，藍色的LEDs是重要的發(fā)射器。它對于使生產(chǎn)全色調(diào)LED顯示器和LED白燈成為可能很重要，因為藍色是三種基本色(紅，綠，藍)之一。
這里，我們報到了最初制作的BLUE/UV納米LEDs(光發(fā)射區(qū)域在10nm量級)，它是使用p型的Si和n型(無意摻雜的)的GaN納米線構(gòu)造而成。與我們所報到的在近IR區(qū)域發(fā)光的納米LEDs一起，我們顯示了使用可以覆蓋全部色譜的不同的材料來制作LEDs的巨大潛力。
圖25A示出了兩個p型Si和n型GaN交叉的納米結(jié)得到的EL圖像。該p-Si周硼摻雜。圖25B示出了多個柵電壓下的電壓相對于電流的關(guān)系。納米結(jié)在不同的柵電壓都顯示出了好的整流性。如圖25C所示的EL光譜示表明380nm和470nm左右發(fā)生光發(fā)射。n-InP和p-Si納米結(jié)具有好的整流性。
為了制作高集成的基于納米線的器件將最終需要將這些結(jié)構(gòu)單元排列和組裝為完好的陣列的技術(shù)。為了證明這下一個發(fā)展階段，我們使用電場(E-場)來將單獨的納米線排列和定位為平行和交叉的陣列——用于集成化的兩種基本的幾何圖形。通過將納米線的溶液置于電極之間(圖26A)，然后施加50-100V的偏壓，實現(xiàn)E-場引導(dǎo)的組裝。在平行電極之間的氯苯懸浮的納米線的排列的情形中，可以輕易地看到該方法的潛力。FE-SEM圖像表明，幾乎所有的納米線都垂直于平行電極、順著E-場的方向進行排列。我們也使用了電極陣列來定位在特殊位置的單獨的納米線。例如，在一列電極之間的納米線的E-場的組裝(圖26C)演示了能放置單獨的納米線來搭接直徑上對置的電極對，形成平行的陣列。此外，通過改變場的方向，該對齊能夠以逐層的方式進行以生產(chǎn)交叉的納米線結(jié)(圖26D)。這些數(shù)據(jù)清楚地表明E場組裝代表了一種通過高度地方向和空間控制來合理地沉積單獨的納米線的策略。我們相信，使用我們的納米線結(jié)構(gòu)單元以及E場和/或其他組裝技術(shù)，高集成的功能器件將是可以得到的。
整體來看，本文中介紹的結(jié)果提供了一種用于納米尺度的電子和光電子器件的倒置的合理的組裝的方法。在沒有數(shù)十億美元的制作線的條件下，我們已被證明的組裝有源(active)器件的能力對于該領(lǐng)域是及其重要的，我們相信對于眼前和長期的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。我們相信，現(xiàn)在可以利用的大范圍的納米材料和清楚界定的用來控制它們電性質(zhì)的能力，將使覆蓋整個可見光和近紅外區(qū)域的納米尺度的LEDs(例如，用于藍光的GaN納米線)成為可能。這樣的納米尺度的光源也許在創(chuàng)造新類型的高度平行的光傳感器和用于納米電子學(xué)中的光學(xué)互聯(lián)器的過程中是有用的。而且，摻雜的納米線結(jié)構(gòu)單元的組裝明顯地具有創(chuàng)造許多其他類型的電子器件，甚至可能創(chuàng)造激光器的潛力。
使用LCG合成了InP納米線。該LCG靶典型地由94％(原子比率)的InP，作為催化劑的5％的Au，和作為摻雜元素的1％的Te或Zn組成。在生長過程中，爐溫(中部)被設(shè)置在800℃，靶被放置在爐的上游端而不是中間。使用脈沖(8ns，10Hz)Nd-YAG激光(1064nm)來蒸發(fā)靶。典型地，生長進行10分鐘，在爐的下游、冷端收集納米線。
使用已公開的程序在單獨的納米線上進行輸運測量。簡單地說，首先將納米線分散在乙醇中，然后沉積在氧化后的硅襯底(600nm氧化物，1-10Ω.cm電阻率)上，導(dǎo)電硅用作背柵。使用電子束光刻技術(shù)(JEOL 6400)來制作納米線的電接觸。熱蒸鍍Ni/In/Au接觸電極。使用計算機控制下的噪聲＜1pA的自制系統(tǒng)進行電子輸運測量。
通過隨機沉積獲得n-n和p-p結(jié)。我們首先使用相對高的濃度將納米線沉積到氧化后的硅襯底上，確定交叉的納米線的位置，接著通過電子束光刻技術(shù)在交叉的所有的四個臂上制作電極。Ni/In/Au電極被用來與納米線進行接觸。
通過逐層地沉積獲得p-n結(jié)。首先，沉積一種類型的納米線(例如，n型)的稀溶液到襯底上，記錄單獨的納米線的位置。在第二步中，沉積另一種類型的納米線(例如，p型)的稀溶液，記錄交叉的n-和p型納米線的位置。接著制作金屬電極和進行輸運測量。
使用自制的微光儀器研究EL。使用PL或散射光(540nm，Ar離子激光器)來定位結(jié)的位置。在對結(jié)進行定位時，關(guān)閉激發(fā)激光，接著正向偏壓結(jié)。使用液氮冷卻的CCD相機來拍攝EL圖像，通過在300mm的分光計中使用150線/mm的柵來分散EL得到EL光譜。
圖22A-22C說明了InP納米線的摻雜和電子輸運。圖22A示出了Zn摻雜的InP納米線的典型的FE-SEM圖像。標尺是10μm。插圖是一條直徑為26nm的納米線的TEM晶格像。可以看見(111)晶面垂直于線軸。標尺是10nm。圖22B和22C分別示出了Te和Zn摻雜的納米線的柵依賴的I-V行為。圖22B和22C中的插圖示出了使用兩端Ni/In/Au接觸電極測量的納米線。標尺等于1μm。在圖22B中的納米線的直徑為47nm，在圖22C中的納米線的直徑為45nm。在對應(yīng)的I-V曲線上、圖的右手邊，標出了在測量中使用的具體的柵電壓。數(shù)據(jù)在室溫測量。
圖23A-23D說明了交叉的納米線的結(jié)和電性質(zhì)。圖23A示出了具有Ni/In/Au接觸電極的典型的交叉納米線器件的FE-SEM圖像。標尺等于2μm。納米線的直徑是29nm(A-C)和40nm(B-D)；被用來制作器件的納米線的直徑在20-75nm的范圍內(nèi)。圖23B-23D分別示出了n-n，p-p和p-n結(jié)的I-V行為。曲線80和82分別對應(yīng)于結(jié)中單獨的n-和p-納米線的I-V行為。曲線88表示穿過結(jié)的I-V行為。為了更好地查看，在圖23D中記錄的p-和n-納米線的電流被除以10。實線代表穿過一對相鄰的臂上的輸運行為，點化線代表另外三對相鄰臂的輸運行為。數(shù)據(jù)在室溫測量。
圖24A-24D說明了納米線p-n結(jié)的光電特征。圖24A是從在2.5V正向偏壓的p-n結(jié)中發(fā)射的光的EL圖像。在圖24A中的插圖示出了結(jié)的PL圖像。標尺都等于5μm。圖24B示出了EL強度相對于電壓的關(guān)系。在圖24B中的插圖示出了I-V特征，插圖中的插圖示出了結(jié)自身的FE-SEM圖像。標尺等于5μm。形成該結(jié)的n型和p型納米線分別具有65和68nm的直徑。圖24C示出了在圖24A中的結(jié)的EL光譜。該光譜的峰值在820nm。圖24D示出了從第二正向偏壓的交叉的納米線p-n結(jié)記錄的EL光譜。該EL的最大值出現(xiàn)680nm。在圖24D中的插圖示出了該EL圖像，并證明了該EL產(chǎn)生自結(jié)區(qū)域。標尺是5μm。形成該結(jié)的n型和p型納米線分別具有39和49nm的直徑。
圖26A-26D說明了使用E場的平行和成直角的組裝。圖26A是E場排列的示意圖。在襯底上(藍色)沉積一滴納米線溶液后，將電極(橙色)置于50-100v的偏壓。圖26B示出了在兩個平行電極間排列的納米線的平行陣列。納米線被懸浮在氯苯中，使用所施加的100V的偏壓進行排列。圖26C示出了使用80V偏壓的E場組裝后獲得的空間定位的納米線平行陣列。在圖26C中頂部的插圖示出了15對平行電極，具有搭接直徑上對置的電極對的單獨的納米線。圖26D示出了交叉的納米線結(jié)，該納米線結(jié)是通過在兩個組裝步驟中在直角方向上施加E場逐層地對齊獲得的。在兩個步驟中所施加的偏壓都80V。在圖26B-26D中的標尺等于10μm。
源自硅納米線的納米尺度的電子器件的倒置組裝已經(jīng)通過由硅納米線(SiNWs)的合理的倒置組裝創(chuàng)建了四類重要的功能納米器件，這些是具有很好控制的摻雜類型和水平的p和n型硅納米線。在所有這些器件中，在單獨的p和n型SiNWs上的電子輸運測量提示在SiNWs和引線之間為歐姆或近似歐姆接觸。重要的是，穿過由交叉的p型和n型SiNWs組成的p-n結(jié)的四探針測量示出了如所期望的p-n二極管行為的電流整流行為。也組裝了n+pn交叉結(jié)來創(chuàng)建雙極性晶體管，在該雙極性晶體管中得到如0.94/16大的普通基極/發(fā)射極增益。由交叉的輕摻雜的p-n結(jié)構(gòu)成的互補反相器顯示出反比于輸入電壓、具有0.13增益的明顯的輸入電壓。具有重摻雜的SiNW pn交叉形式的隧道二極管在峰谷比(PVR)為5比1的正向偏壓中顯示了負微分電阻(NDR)。
最近，傳統(tǒng)電子設(shè)備的小型化被熱烈地推進著。但是，光刻方法基本的限制將阻礙當(dāng)前地技術(shù)延伸到深奧的納米電子學(xué)領(lǐng)域。因此，納米結(jié)構(gòu)作為用于集成器件的倒置組裝的結(jié)構(gòu)單元的應(yīng)用能夠大大地較少制造線的成本，但是仍然保留了一些在微電子學(xué)中被證明是成功的概念，在該納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中單獨的單元的制造和組裝都被期望是便宜的。如納米線(NWs)和納米管(NTs)的一維的結(jié)構(gòu)是理想的用于納米電子學(xué)結(jié)構(gòu)單元的候選者。如何使用這些結(jié)構(gòu)單元來構(gòu)造功能納米器件和器件陣列對于納米科學(xué)和技術(shù)是實質(zhì)性的。納米管已經(jīng)作為場效應(yīng)管，單電子晶體管進行了測試。也已經(jīng)展示了NT-NW的異質(zhì)結(jié)，NT分子內(nèi)結(jié)和交叉結(jié)。但是，由于金屬性和半導(dǎo)體性的納米管的特定的生長是不能被控制的和半導(dǎo)體納米管的受控生長是困難的，在合理的組裝中納米管的使用受限于單獨的管的性質(zhì)的不可預(yù)測性。
前面，我們展示了單晶體半導(dǎo)體SiNWs的受控摻雜，其中摻雜類型(p型和n型)和相對的摻雜水平(從輕到重)被很好地控制。因此，這些性質(zhì)上可預(yù)測和可控的SiNWs為有源器件和器件陣列的倒置組裝提供關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)單元?？赡艿氖?，通過化學(xué)組裝的引導(dǎo)的組裝，能夠形成高密度的SiNW器件陣列，例如，特殊的對半導(dǎo)體肽粘合作用、DNA基數(shù)匹配相互作用和/或配位受體相互作用。為了實現(xiàn)可工作的集成化器件，先決條件就是要理解單獨的倒置組裝的有源器件的電學(xué)性質(zhì)。這里我們報道了從這些直徑為20到50nm的SiNWs而來的功能納米器件的合理的組裝，以及器件的電學(xué)性質(zhì)。我們證明了對摻雜類型和摻雜水平的控制為我們提供了制造多類電子器件的能力。通過可控地組合p和n型摻雜水平變化的的SiNWs創(chuàng)建了四類重要的功能性結(jié)構(gòu)，包括pn二極管，雙極性晶體管，互補反相器和隧道二極管。創(chuàng)建了交叉的SiNW結(jié)形式的納米尺度的pn結(jié)。這些pn結(jié)上的電子輸運測量顯示了可通過半導(dǎo)體物理預(yù)測的電流整流性。我們已經(jīng)探究了我們構(gòu)建n+pn SiNW結(jié)為雙極性晶體管的能力，在該雙極性晶體管中被證明具有如0.94/16大的普通基極/發(fā)射極增益。由交叉的輕摻雜的p-n結(jié)構(gòu)成的互補反相器清楚地顯示了反比于輸入電壓、具有0.13增益的輸入電壓。由重摻雜的pn交叉構(gòu)成的隧道二極管的結(jié)果在峰谷比(PVR)為5比1的正向偏壓中顯示了負微分電阻行為。在SiNWs的激光輔助催化劑生長過程中，分別使用乙硼烷和磷作為摻雜源合成了p型和n型SiNWs。通過使用電子束光刻技術(shù)在有600nm熱氧化物的摻雜的硅襯底上制作了SiNWs的金屬引線觸點。通過分別交叉一條p型和一條n型，兩條p型和兩條n型SiNWs形成pn，pp和nn結(jié)。結(jié)的類型通過選擇用于創(chuàng)建指定的結(jié)的SiNWs的類型來控制。圖27A中示出了交叉結(jié)的典型的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)圖像，為了便于討論圖中的四個接觸引線分別被標記為1，2，3和4。圖27B示出了pn交叉結(jié)上的電流-電壓(I-V)數(shù)據(jù)，該結(jié)有直徑分別如20.3和22.5nm小的p和n型SiNWs。通過使電流在兩個相鄰的引線(例如，引線1-2或引線1-4，電流的正方向是從p到n型SiNW)間流動，測量另外兩個引線(例如，引線3-4或引線3-2)之間的壓降來進行跨接在結(jié)上的四端測量。穿過結(jié)的I-V曲線(圖27B，曲線130)顯示很小的反向偏壓電流(在我們的設(shè)置中為負偏壓)和非常急劇的正向偏壓的電流上升(正偏壓)。相反地，單個的p(引線1-3之間)和n型(引線2-4之間)SiNWs顯示了線性的I-V行為(分別如圖27B的曲線110和120)，這提示在SiNWs和引線間為歐姆(非整流)接觸。于是，該整流行為一定是有結(jié)自身造成的。該行為能夠通過pn結(jié)二極管的能帶圖來解釋。當(dāng)p和n型SiNW相互接觸時，在結(jié)的界面形成了內(nèi)建的勢壘。電子不能穿過在結(jié)界面形成的寬的空間電荷區(qū)，但是能被熱激發(fā)所輸運。正向偏壓降低了內(nèi)建勢壘，于是大量的電流能夠流過(圖27E)，但是反向偏壓升高了內(nèi)建勢壘，于是電流水平低(圖27F)。
分開地將p和n型SiNWs分散在丙酮中。通過依次的沉積得到p-n結(jié)。一種類型的SiNWs(例如，n型)的溶液首先被沉積在襯底上，記錄SiNWs相對于對齊標志的位置。其次，沉積另一種類型的SiNWs(例如，p型)的溶液記錄交叉的pn結(jié)的位置。pp和nn接通過僅沉積一種類型的SiNWsp型和n型，得到。然后記錄結(jié)的位置。
為什么我們相信整流行為是pn二極管行為而不是一些其他的在結(jié)界面的非對稱的遂穿勢壘的原因是(a)SiNWs的固有的氧化層足夠薄，電子能夠輕易地隧道穿透該氧化層，在結(jié)的p和n型線之間的適當(dāng)?shù)膹婑詈先匀淮嬖?，因此?nèi)建勢壘能夠形成。這通過在pp和nn結(jié)上的輸運測量得到確認。在pp(圖27C，曲線110)和nn(圖27D，曲線120)結(jié)中的單根的線(引線1-3，2-4之間)顯示了線性和幾乎線性的I-V行為提示好的接觸。在pp(圖27C，曲線130)和nn(圖27D，曲線130)結(jié)上的二端測量(在引線1-2，1-4，2-3或3-4之間)顯示了線性和幾乎線性的I-V。比較跨接在結(jié)上的二端測量的電阻和單根SiNW的電阻，我們發(fā)現(xiàn)結(jié)電阻的量級與線電阻的量級相似，提示氧化物沒有造成明顯的電阻隧道勢壘。(b)在20個獨立的pn結(jié)上的測量顯示了一致的標準的(correct)整流行為。
作為大多數(shù)半導(dǎo)體的基本單元，pn結(jié)提供了整流器、放大器，轉(zhuǎn)換電路和其他許多電子電路功能器件所需的特征。從SiNW交叉制作pn結(jié)的成功為我們提供了制作其他重要的功能器件的可能性。為了證明我們不但能夠創(chuàng)建無源器件p-n二極管，而且能夠創(chuàng)建有源器件，我們構(gòu)建了能進行電流增益的雙極性晶體管。雙極性晶體管是n+pn(圖28A左邊)或p+np結(jié)器件，這需要發(fā)射極中有高的摻雜水平，和基極和集電極中有低的摻雜。在SiNWs摻雜中好的控制為我們提供了制作復(fù)雜器件的能力。我們的n+pn雙極性晶體管是通過機械地操作兩條n型的SiNWs(一條重摻雜，另一條輕摻雜)到一個輕摻雜的p型線上構(gòu)建的，并在通常的基極配線中(圖28A右邊)工作。圖28B是雙極性晶體管典型的SEM圖像。首先將晶體管中的SiNWs和結(jié)單獨地表征。三個單獨的SiNWs的I-V曲線是線性的，兩個單獨的結(jié)具有標準的(correct)整流行為。接著，將n+型的SiNW作為發(fā)射極，n型作為集電極來進行雙極性晶體管測量。通常將發(fā)射極-基極(E-B)正向偏壓來將電子注入到基極區(qū)域。當(dāng)集電極-基極(C-B)大于0時，晶體管工作有源模式，其中，C-B結(jié)是反向偏壓的，僅有非常小的泄漏電流流經(jīng)結(jié)。但是，從發(fā)射極注入的電子能夠通過基極擴散到達C-B結(jié)空間電荷區(qū)，被集電極收集。實際的集電極電流僅依賴于從發(fā)射極注入的電子，于是僅依賴于E-B電壓。這在可以圖28C的區(qū)域II中清楚地看到，其中集電極電流隨著正向的E-B電壓升高，但隨著C-B電壓緩慢地變化，該C-B電壓來自于厄雷效應(yīng)(Early effect)和反向偏壓下存在的緩慢增加的泄漏電流。這展示了晶體管行為在反向偏壓的集電極結(jié)中大的電流能夠產(chǎn)生于從鄰近的發(fā)射極結(jié)注入的載流子。當(dāng)C-B電壓低于0時，該雙極性晶體管工作在飽和模式(圖28C區(qū)域I)，其中E-B和C-B結(jié)都是正向偏壓的。來自發(fā)射極注入的集電極電流將被正向偏壓的C-B電流所補償。于是，集電極電流隨著C-B電壓下降。在E-B上的正向偏壓越高，需要越高的C-B上的正向偏壓來將電流補償?shù)?(圖28C，曲線1-4)。
通過沉積和機械操作制作該n+pn雙極性晶體管。首先，p型的SiNWs從溶液沉積到襯底上。在第二步中，將n+和n型SiNWs粘在尖銳的STM針尖，在光學(xué)顯微鏡下放到p型的SiNWs上。
有源模式的雙極性晶體管的普通基極電流增益如0.94一樣大(圖28D)，普通發(fā)射極電流增益為16。這個大的電流增益值提示了三個重要的觀點(a)從發(fā)射極到基極的電子注入效率很高，這是由于發(fā)射極的摻雜濃度比基極的高；(b)雖然基極區(qū)域很寬(15μm)，在基極和集電極之間活躍的相互作用仍然存在，大部分從發(fā)射極注入的電子能夠通過基極到達集電極，這提示基極中的電子的遷移率是相當(dāng)高的；(c)在基極和集電極之間的帶電區(qū)域可以高率地來收集電子和將它們輸送到集電極，這提示在界面的氧化物勢壘作用不明顯，而進一步確認了我們對單個的pn結(jié)的分析。例如通過減少基極寬度，我們的雙極性晶體管能夠接近商業(yè)化雙極性晶體管的性能，其典型的普通基極電流增益大于0.99。
為了探究這些倒置的結(jié)構(gòu)單元在邏輯電路中的應(yīng)用，及進一步證明SiNWs的受控摻雜能夠提供給我們的能力，我們創(chuàng)建了輕摻雜p型和輕摻雜n型SiNW交叉的形式的互補反相器。交叉的SiNW反相器結(jié)構(gòu)的示意圖如圖29A(下方)所示，在半導(dǎo)體物理中的反相器如圖29A(上方)所示。反相器中的輕摻雜的p和n型SiNWs顯示了非常大的柵效應(yīng)(gate effect)，能被完全耗盡，如在圖29B插圖中所示的p型SiNW，這是典型的反相器行為。該行為可以如這樣解釋通過負(正)輸入的n型(p型)的耗盡使輸出等于接地值(偏壓)。計算出電壓增益為0.13，既電壓斜率的倒數(shù)。該增益小于商業(yè)反相器的大于1的值，但是能夠通過使用更薄的柵氧化層而不是600nm氧化物，和更少摻雜的SiNWs來增加，更薄的柵氧化層降低了SiNWs的柵響應(yīng)，更少摻雜的SiNWs則需要更多的努力來制作歐姆接觸和需要更進一步的研究。
當(dāng)使用兩個交叉的輕摻雜的p和n型SiNWs制作反相器時，兩個簡并摻雜的p+和n+型SiNWs能夠形成隧道二極管。與pn結(jié)相反，隧道二極管并不顯示整流行為，而是顯示出正向偏壓下PVR為5到1的NDR行為，如圖29C所示。該差異能夠使用江崎(Esaki)二極管機理來解釋。當(dāng)p+和n+型相互接觸時，內(nèi)建電勢形成，但是空間電荷區(qū)足夠薄，允許電子隧道穿透。在反向偏壓(圖29D，左側(cè))和低的正向偏壓(圖29D，中間)下，電子能夠穿過這個薄的空間電荷區(qū)，而導(dǎo)致電流流動。超過某一個點后，進一步增加正向偏壓導(dǎo)致n-側(cè)的導(dǎo)帶進入p-側(cè)的禁帶(圖29D，右側(cè))，這抑制了電子的隧道穿透，因此減小了電流。進一步增加正向偏壓降低了內(nèi)建勢壘，這使得熱激發(fā)機理支配了導(dǎo)電性，電流上升。
這里所敘述的結(jié)果展示了多類納米尺度器件的倒置組裝，這些器件來自具有對摻雜物類型和摻雜水平進行控制摻雜的SiNWs。單獨的器件顯示了與傳統(tǒng)制造的器件相似的行為。這些器件的大量生產(chǎn)和高集成度可以通過在電場和流動溶液排列輔助下的化學(xué)組裝來完成，這將導(dǎo)致在納米電子學(xué)中令人激動的實際應(yīng)用，同時避免了高成本的制造線。而且，我們能夠料想的是，結(jié)合光學(xué)信號，pn二極交叉結(jié)可以如光電二極管和pn太陽能電池起作用，雙極性晶體管交叉可以形成光電晶體管。
通過電池和流動溶液排列生產(chǎn)了一類平行的納米線陣列。切換電場和流動溶液的方向來放置另一類納米線能夠形成非常緊密的納米線交叉。
圖27A-27F說明了交叉的SiNW結(jié)。圖27A示出了使用了Al/Au作為接觸引線的交叉的納米線結(jié)的典型的FE-SEM圖像。標尺是2μm。納米線的直徑位于20到50nm的范圍內(nèi)。圖27B-27D分別示出了pn，pp和nn結(jié)的I-V行為。曲線110和120分別對應(yīng)于結(jié)中的單獨的p和n型SiNWs的I-V行為。曲線130分別代表通過圖27B中的pn結(jié)的四端法的I-V，和通過圖27C和27D中的pp和nn結(jié)的二端法I-V。在圖27B中，實線是在引線1和2之間跟蹤電流，同時測量引線3和4之間的電壓的I-V，而虛線對應(yīng)于在引線1和4之間跟蹤電流，同時測量引線3和2之間的電壓的I-V。在圖27C和D中，實線是穿過一對相鄰的引線(1-2)的I-V，虛線是穿過其他三對(1-4，2-3，3-4)的I-V。圖27E和27F分別示出了正向偏壓和反向偏壓下的pn結(jié)的能帶圖。
圖28A-28D說明了n+pn交叉的SiNW雙極性晶體管。圖28A示出了在半導(dǎo)體物理(左)和交叉的SiNW結(jié)構(gòu)(右)中的n+pn雙極性晶體管的通常的基極配線示意圖。該n+，p和n型SiNWs分別起到發(fā)射極、基極和集電極的作用。基極接地。發(fā)射極負偏壓在特定值。集電極從正到負進行掃描。圖28B示出了SiNW雙極性晶體管的典型的FE-SEM圖像。標尺是5μm。圖28C示出了在發(fā)射極和基極SiNWs分開15μm的n+pn晶體管上記錄的集電極電壓相對集電極-基極電壓的行為。曲線1到4對應(yīng)于在發(fā)射極-基極電壓為-1，-2，-3，-4V時的行為。區(qū)域I和II被實線所分開，分別對應(yīng)于飽和狀態(tài)和有源狀態(tài)。圖28D示出了通常的基極電流增益相對集電極-基極電壓的關(guān)系。
圖29A-29D圖例說明了互補反相器和隧道二極管。圖29A示出了半導(dǎo)體物理中的(上)互補反相器和通過輕摻雜的pn交叉形成的互補反相器(下)。在下面的示意圖中，n型納米線的一端置于-5V的偏壓，p型納米線的一端接地。輸入電壓是背柵電壓，p和n型納米線的另一端被短接以作為輸出端。圖29B示出了在pn交叉反相器中的輸入電壓相對輸入電壓的數(shù)據(jù)的關(guān)系。圖29B的插圖是反相器中的p型納米線的I-V曲線。曲線1到5分別對應(yīng)于背柵電壓為-50，-30，-10，0和10V的I-V。在這個反相器中的n型納米線具有相似的I-V行為，在柵電壓為-30V時能被完全耗盡。圖29C示出了由重摻雜的pn交叉制作的隧道二極管的二端法測量的數(shù)據(jù)。單獨的p和n型SiNWs的I-V行為被測試而顯示為線性的。圖29C中的插圖展開了顯示出NDR的那部分I-V曲線。圖29D示出了交叉的SiNW隧道二極管的能帶圖。在反向偏壓時(例如，在圖29C中的位置1)，電子可以隧道穿透結(jié)(左邊的圖)。在小的正向偏壓時(例如，在圖29C中的位置2)，電子隧道穿透也是允許的(中間的圖)。在進一步增加的正向偏壓時(例如，在圖29C中的位置3)，電子隧道穿透被禁止(右邊的圖)。
表面上的納米線的受控放置1.在超聲處理(sonicate)槽中，對乙醇中的納米線超聲處理約3分鐘，制備得到穩(wěn)定的乙醇中的納米線懸浮液。
2.將襯底(硅片)使用帶有-NH2末梢的自組裝分子層(SAM)覆蓋。
3.由PDMS構(gòu)成微流體的模型。當(dāng)襯底與PDMS模型接觸時，形成微通道，導(dǎo)管的三個面對應(yīng)于在模型中的模型化的三個特征，第四個面對應(yīng)于襯底的表面，該襯底如步驟2中所描述的進行化學(xué)改性。
4.在襯底上施加+100伏偏壓時，使納米線懸浮液流過已經(jīng)制作好的微通道。大約10分鐘的流動時間后，用乙醇清洗通道，接著自然風(fēng)干。當(dāng)移除PDMS印模時，我們在襯底表面得到在流動方向排列的納米線陣列。
5.通過改變流動方向，以及應(yīng)用逐層的方案，我們能夠由納米線陣列得到多個十字交叉(cross-bar)，這被認為是用于我們從納米線制作的器件的最重要的構(gòu)造。
6.通過在表面形成圖案，我們能夠在某個地方排列(定位)的納米線，于是使得創(chuàng)建更規(guī)則的器件陣列成為可能。
圖案化過程I、在襯底表面旋轉(zhuǎn)涂覆一層PMMA，接著使用EBL(電子束光刻技術(shù))來刻寫圖案，即選擇性地曝光Si表面，這些被曝光的Si表面后來被化學(xué)官能團化(如在步驟2中)。II、現(xiàn)在我們已經(jīng)有了PMMA溝槽，在溝槽地底部是被有-NH2的SAM覆蓋的曝光的Si表面。當(dāng)我們使納米線懸浮液流過這些圖案時(如在步驟4，5中所描述的，本情況中，就是這些表面被圖案化)，納米線將被引導(dǎo)進入PMMA溝槽。最后，我們揭下PMMA，以及粘在PMMA表面上的納米線。因此，僅有停留在PMMA溝槽底部的納米線留在了襯底表面，于是我們得到潔凈的器件陣列。
引導(dǎo)一維納米結(jié)構(gòu)組裝為功能網(wǎng)絡(luò)如納米線和納米管的一維納米結(jié)構(gòu)代表了用于電子和激子有效輸運的最小的尺度，因此是用于功能性納米尺度的電子和光子結(jié)構(gòu)的分級組裝的理想的結(jié)構(gòu)單元。我們報道了一種用于將一維納米結(jié)構(gòu)分級組裝為完好的功能網(wǎng)絡(luò)的方法。我們示出了，通過控制平均間隔，以及將流控排列和表面圖案化技術(shù)結(jié)合，能夠?qū)⒓{米線組裝為平行的陣列，表面圖案化技術(shù)對于控制周期也是可能。此外，復(fù)雜交叉的納米線陣列能使用對連續(xù)的步驟有不同的流動方向的逐層組裝來制備。輸運研究表明交叉地納米線陣列形成了電導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，在每一個交叉點有單獨地可尋址的器件功能。
如納米團簇和納米線的納米尺度材料代表了用于功能性納米尺度器件的分級組裝的有吸引力的結(jié)構(gòu)單元，這些納米尺度器件可以克服傳統(tǒng)的基于光刻技術(shù)制造的基本理論和經(jīng)濟方面的限制。集中在零維納米團簇的研究已經(jīng)導(dǎo)致了重要的進步，包括具有從納米到微米長度尺度有序拓展的陣列組裝。相反，如納米線(NWs)和碳納米管(NTs)的一維納米結(jié)構(gòu)的組裝很少成功，雖然這些材料提供了作為納米電子學(xué)和光學(xué)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)單元的巨大潛力。
為了獲得在這些和其他納米技術(shù)領(lǐng)域中的納米線和碳納米管實質(zhì)性的潛力，將需要完好納米結(jié)構(gòu)的受控和可預(yù)測的組裝。我們報道了一種用于1D納米結(jié)構(gòu)的分級組裝的方法，通過該方法用容易控制的間隔和空間位置在液流中對齊納米線。交叉的納米線陣列也使用對連續(xù)的步驟有不同的流動方向逐層組裝來制備。輸運研究表明交叉的納米線陣列形成了電導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，在每一個納米線/納米線交叉點有單獨的可尋址的器件功能。該方法能潛在地用于組織其他1D納米結(jié)構(gòu)成為高集成地器件陣列，因此為新的電子和光子系統(tǒng)的倒置組裝提供一條一般性途徑。
使用激光輔助催化劑生長合成在這些研究中使用的磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、硅(Si納米線)，隨后將它們懸浮在乙醇溶液中。通常地，通過將納米線懸浮液通過在聚二甲基硅氧烷(PDMS)模型和平的襯底之間形成的流控通道結(jié)構(gòu)，我們組裝了納米線陣列(圖30A和30B)。對于下面所述的組裝過程，分別使用單個(圖30A)和依次交叉的(圖30B)流動，能夠輕易地得到平行和交叉的納米線陣列。
一個典型的納米線平行組裝的例子(圖31A)表明幾乎所有的納米線都沿一個方向排列，即流動方向。也存在一些相對流動方向的小的偏差，這個我們將在下面進行討論。在更大長度尺度進行的組裝的納米線的測試表明，該排列輕易地超過了數(shù)百個納米。事實上，基于使用寬度從50到500μm，長度從6到20mm的通道進行的實驗，發(fā)現(xiàn)這些納米線的排列延伸到毫米長度尺度，它們看起來是被流控通道的尺寸所限制。
我們已經(jīng)進行了幾類實驗來理解控制納米線的排列和平均間隔的因子。首先，我們發(fā)現(xiàn)通過流速能夠控制排列的程度。隨著流速的增加，相對于流動方向(例如，圖31C的插圖)的納米線的角度分布寬度顯著地變窄。對比在一系列條件下測量的分布寬度表明，寬度從我們的最低的流速(～4mm/s)快速下降，而在～10mm/s時趨近一個幾乎恒定的值(圖31C)。在我們研究中檢測的最高的流速，超過80％的納米線排列在流動方向±5度的范圍內(nèi)(插圖，圖31C)。我們所觀察的結(jié)果能夠在剪切流的框架內(nèi)解釋。特別的是，在襯底表明的通道流類似于剪切流，并且在納米線被固定在襯底上之前將它們排列在流動方向上。更高的流速產(chǎn)生更高的剪切力，于是導(dǎo)致更好的排列。
此外，能夠通過流動持續(xù)時間來控制平均納米線表面覆蓋率(圖31D)。在恒定流速下進行的實驗表明納米線密度系統(tǒng)地隨著流動持續(xù)時間而增加。在這些實驗中，30min的流動持續(xù)時間產(chǎn)生約250納米線/100μm的密度或者～400nm的平均納米線/納米線間隔。延長沉積時間能夠產(chǎn)生間距為100nm和更少量級的納米線陣列。我們注意到，沉積速率強烈地依賴于表面化學(xué)官能度，因此平均間隔-時間關(guān)系強烈地依賴于表面化學(xué)官能度。特別地，我們已經(jīng)示出了GaP，InP和SiNWs在氨基終止(terminated)的單層上比在甲基終止的單層或裸SiO2表面上沉積更快，氨基終止的單層有部分正電荷。也很重要的是認識到，沒有納米線-納米線接觸的所能得到的納米線排列的最小間隔將依賴于在組裝過程中所使用的納米線的長度。最近的進展應(yīng)該增加了可利用的無接觸間距的范圍，該進展顯示了從100納米到數(shù)十個微米尺度的納米線長度的控制。
我們的結(jié)果展示了在多個納米直徑的線的長度尺度組織(scales-organization)上的納米線結(jié)構(gòu)的序列化，該納米直徑的線在超過毫米尺度的面積上具有從100nm到微米尺度的間隔。該分級序列能輕易地連接起微觀和宏觀世界，雖然要使具有最大控制的組裝成為可能需要空間位置也被確定。通過利用在化學(xué)圖案化的襯底和納米線之間的互補的化學(xué)交互作用(圖32A)，我們已經(jīng)實現(xiàn)了這個重要的目的。代表性實驗的SEM圖像(圖32B-32D)示出了具有與表面圖案相同橫向周期的平行納米陣列。這些數(shù)據(jù)表明納米線優(yōu)選地在化學(xué)圖案所確定位置被組裝，而且，表明周期型的圖案能夠?qū)⒓{米線組織為一個規(guī)則的超結(jié)構(gòu)。認識到圖案化的表面不能單獨提供對1D納米結(jié)構(gòu)組織好的控制是重要的。在圖案化的表面上的納米管和納米線的組裝顯示，與圖案化的表面對齊，搭接和環(huán)繞圖案化的表面的1D納米結(jié)構(gòu)有很少方向控制。我們使用液體流動避免了這些重要的問題，使得在一個或更多方向上受控的組裝成為可能。通過將該方法與表面圖案化方法結(jié)合，應(yīng)該可能產(chǎn)生超越傳統(tǒng)光刻技術(shù)的限制的完好的納米線陣列，這些其他的表面圖案化方法如在雙嵌段共聚物的納米尺度疇中形成和分子自發(fā)排序。
使用如圖31B說明的逐層方案，我們通常的方法能被用來將納米線組織為更為復(fù)雜的交叉結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)對于建造緊密的納米器件陣列是關(guān)鍵的。交叉的和更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的形成需要納米結(jié)構(gòu)-襯底的相互作用足夠強，以使后續(xù)的流動步驟不會影響前面的步驟，我們發(fā)現(xiàn)該條件是能獲得的。例如，在二步組裝過程中，在直角方向上變換流動產(chǎn)生了十字交叉(crossbar)結(jié)構(gòu)(圖33A和33B)。兩幅圖都表明，以一種非常直接、低成本、快速和可度量的過程，能夠得到在單獨的交叉點之間、僅有數(shù)百個納米的間隔的多個十字交叉。雖然在單獨的納米線之間的間隔不完全一致，使用如上所述的圖案化的表面能輕易地設(shè)想到周期性的陣列。重要地，這些十字交叉結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生功能性器件(如下所示)。
我們相信我們用于多個交叉的納米線陣列的受引導(dǎo)的組裝的方法相對現(xiàn)在的工作提供很大的優(yōu)勢，該方法使用了隨機的沉積、對單獨的納米線和納米管的直接操縱和電場來制作單個交叉的結(jié)構(gòu)。使用隨機沉積和操縱很難獲得集成化納米器件所需的多個十字交叉。但是電場使對組裝更多的控制成為可能，該方法也受限于(i)相鄰的電極之間的靜電干擾，因為間隔是在微米水平下度量的，(ii)對制作用于多個納米線器件結(jié)構(gòu)的組裝的電極的大規(guī)模的光刻技術(shù)的需要。我們的流控方法本質(zhì)上是非常平行的和可度量的，而且，通過在連續(xù)的組裝步驟中簡單地控制液流方向間的角度，它顧及到幾何上復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的受引導(dǎo)的組裝。例如，在三層沉積順序中使流動方向之間成60°角，組裝了一個等邊三角形(圖33C)。因此，該流動排列方法提供一種靈活的方法來滿足對許多器件構(gòu)造的需要，包括那些需要多個納米線“層”的組裝。
電場能夠用來將半導(dǎo)體納米線的懸浮液排列為平行的納米線陣列和單個的納米線交叉，其中圖案化的微電極被用來創(chuàng)建場模式。但是，場邊緣化和充電能導(dǎo)致亞微粒尺度下多個交叉的組裝中的明顯的困難。
逐層組裝方案一個重要的特征是，每一層是獨立于其他層的，因此，通過簡單地改變用于每一步的納米線懸浮液的成分能在每一個點獲得多種的均質(zhì)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)造。例如，應(yīng)該可能的是，使用我們的方法直接組裝n型和p型納米線和納米管，隨后標注單獨的納米尺度器件的位置，其中納米線/納米管起到配線和有源器件元件的作用。典型的由n型InP納米線組成的2×2十字交叉陣列展示了這個觀點，其中納米線的所有八個端子通過金屬電極連接(圖33D)。輸運測量(33E)表明電流能流經(jīng)八個端子中的任意兩個，使得單獨的納米線以及納米線-納米線結(jié)的電學(xué)性質(zhì)能被評估。四個交叉點中的每一個上記錄的電流-電壓(I-V)數(shù)據(jù)顯示了線性和近似線性的行為(曲線200)，與n-n型結(jié)的期望值一致。因為由隨機沉積形成的單個的納米線/納米線p-n結(jié)顯示了發(fā)光二極管(LED)的行為特征，我們相信，很明顯我們的方法可以被用來組裝高密度和可以單獨尋址的納米發(fā)光二極管(nanoLED)和電學(xué)上更復(fù)雜的納米器件。
這些研究為使1D納米材料成為完好的功能網(wǎng)絡(luò)的分級組裝提供了一種普遍和合理的方法，該功能網(wǎng)絡(luò)能夠連接納米到微米尺寸領(lǐng)域。我們已經(jīng)顯示了，通過對平均間隔的控制，和將液控排列與表面圖案化技術(shù)結(jié)合，能夠?qū)⒓{米線組裝為平行陣列，表面圖案化技術(shù)也可能用來控制周期。此外，我們已經(jīng)展示了通過在序列的步驟中改變流動方向來逐層合成交叉的和更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的可能性，并獲得了初步的結(jié)果，提示該方法能被拓展到如碳納米管的1D納米結(jié)構(gòu)。我們相信流動組裝代表了用于組裝納米線和納米管結(jié)構(gòu)單元成為布線、互聯(lián)和功能性器件所需的結(jié)構(gòu)的一種普遍的策略，因此可以使得用于未來納米技術(shù)的倒置制作的范例成為可能。
額外的研究表明，使用流控方法能將單層的碳納米管和雙層DNA懸浮液排列為平行陣列。
圖30A-30B是用于流動組裝的流控通道結(jié)構(gòu)的示意圖。圖30A示出了在PDMS模型與平的襯底接觸時形成的通道。通過在通道中使納米線懸浮液以受控的流速流動一段所設(shè)定的持續(xù)時間，來進行納米線的組裝。當(dāng)PDMS模型被移除時，在襯底上的流動方向上可以觀察到納米線的平行陣列。圖30B說明了，在逐層組裝過程中通過改變流動方向能夠獲得多個交叉的納米線陣列。
圖31A-31D說明了納米線陣列的平行組裝。圖31A和31B是在通道流中排列的InP納米線的平行陣列的SEM圖像。在圖31A和31B中，標尺分別等于2μm和50μm。通過在1毫摩爾三乙氧基.3-氨基丙基硅烷(APTES)的氯仿溶液浸泡30分鐘，接著在110℃加熱10分鐘，在流動組裝中使用的硅(SiO2/Si)襯底使用氨基終止的自組裝單層(SAM)進行官能團化。所有在下面實驗中用到的襯底都是以相似的方法官能團化，除非特別提到。圖31C示出了關(guān)于流動方向與流動速度關(guān)系的納米線角度展開。在圖中的每一個點是通過對～200條納米線的角度分布的統(tǒng)計分析獲得(例如，見插圖)。該插圖示出了在流速為9.40mm/s時的納米線角度分布的柱狀圖。平均密度通過將在任何通道交叉部分的納米線平均數(shù)目除以通道的寬度來計算。所有的實驗都是在流速為6.40mm/s時進行。
圖32A-32D說明了周期性納米線陣列的組裝。圖32A是將納米線組裝到化學(xué)圖案化的襯底上的示意圖。淡灰色區(qū)域?qū)?yīng)于氨基終止的表面，而深灰色區(qū)域?qū)?yīng)于甲基終止的或裸露的表面。納米線被優(yōu)選地附著在表面上氨基終止的區(qū)域。圖32B和32C示出了在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)圖案化表面上排列的間距為5μm和2μm的GaP納米線陣列。圖像中暗的區(qū)域?qū)?yīng)于殘留的PMMA，而亮的區(qū)域?qū)?yīng)氨基終止的SiO2/Si表面。納米線被優(yōu)選地附著在表面上氨基終止的區(qū)域。通過標準的電子束(E束)光刻技術(shù)圖案化PMMA，得到的SiO2表面在0.5％的APTES的乙醇溶液中浸泡30分鐘，接著在110℃加熱10分鐘被官能團化。在圖32B和32C中標尺分別等于5μm和2μm。圖32D示出了使用圖案化的SAM表面得到的間距為500nm的GaP納米線平行陣列。SiO2/Si表面首先使用甲基終止的SAM進行官能團化，50℃時在純的六甲基二硅胺烷(HMDS)中浸泡15分鐘，接著在110℃加熱10分鐘。該表面通過E束光刻技術(shù)來形成具有500nm周期的平行特征的陣列來進行圖案化，接著使用APTES進行官能團化。標尺等于500nm。
圖33A-33E說明了交叉的納米線陣列的逐層組裝和輸運測量。圖33A和33B示出了InP納米線典型的SEM圖像，該InP納米線是在對連續(xù)的步驟中使用成直角的流動方向的二步組裝過程中獲得的。在圖中，用箭頭突出顯示了流動方向。圖33C示出了在三步組裝過程中獲得的GaP納米線的等邊三角形，流動方向之間成60°角，分別用帶數(shù)字的箭頭指示。在這三幅圖像中，標尺等于500nm。圖33D示出了由使用成直角的流動依次組裝n型InP納米線制作的典型的2×2交叉陣列。使用E-束光刻技術(shù)圖案化Ni/In/Au接觸電極。在進行電極沉積之前，將納米線在6％的HF溶液中短暫地(3-5s)腐蝕以去除不定形氧化物外層。圖33E示出了在2×2交叉陣列上的二端法測試的典型的I-V曲線。曲線210代表了四根單獨的納米線(ad，bg，cf，eh)的I-V，曲線200代表了穿過四個n-n結(jié)(ab，cd，ef，gh)的I-V。
我們已經(jīng)展示了場效應(yīng)晶體管、pn結(jié)、發(fā)光二極管、雙極性晶體管、互補反相器、隧道二極管。我們能夠使用納米線制作現(xiàn)存的所有類型的半導(dǎo)體器件。潛在的應(yīng)用如下(1)化學(xué)和生物學(xué)傳感器(2)存儲和計算(3)光電探測器和偏光探測器(4)使用光致發(fā)光性質(zhì)的指示標簽(5)單電子晶體管
(6)激光器(7)光生伏打太陽能電池(8)用于掃描探針顯微鏡和進場圖像的超細針尖(9)用于電化學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用的超小電極(10)用于納米電子學(xué)和光電子學(xué)的互連線(11)溫度傳感器(12)壓力傳感器(13)流量傳感器(14)質(zhì)量傳感器(15)單光子發(fā)射器和探測器(16)用于量子計算的彈道輸運和相干輸運(17)電子自旋器件(Spintronics device)(18)用于2D和3D光子能帶隙材料的納米線的組裝下面是對用于組裝納米線以形成器件的替代技術(shù)的描述。流控技術(shù)可以被用來組裝納米線。
納米線(或任何其他細長結(jié)構(gòu))能通過在表面引入納米線溶液流進行排列，其中該液流可以是通道流或通過任何其他路徑的液流。
具有受控位置和周期的納米線陣列能夠通過對襯底底表面圖案化和/或使用不同的官能度調(diào)制納米線的表面來生產(chǎn)。
其中，通過設(shè)計特別的在圖案化表面和線之間的互補性作用力(化學(xué)、生物、靜電、磁性的或光學(xué)的)來獲得對位置和周期的控制，例如A線進入A’模型化區(qū)域，B線進入B’模型化區(qū)域，C線進入C’模型化區(qū)域等。
其中，襯底和/或納米線的表面能夠使用不同的分子/材料，或不同的電荷，不同的磁電機(magneto)或不同的光強(例如，通過來自光束的干涉/衍射花樣)或這些的組合。
已經(jīng)組裝的納米線也可以被轉(zhuǎn)移到另一個襯底(例如，通過模印)。
納米線能通過互補性交互作用來組裝。在上面的方法中，使用液流來組裝納米線，雖然這并不僅限于液流?；パa性化學(xué)、生物、靜電、磁和光學(xué)相互作用單獨也能被研究用于納米線組裝(雖然有更少的控制)。
納米線能使用物理圖案(pattern)進行組裝。使用如表面的臺階、溝槽等物理模型將納米線溶液沉積在襯底上。
納米線能沿著表面臺階的轉(zhuǎn)角或沿著溝槽進行排列。
物理模型可以通過天然的晶格臺階、自組裝雙嵌段共聚物條紋、刻印的圖案或任何其他模型。
納米線可以通過納米線之間的靜電作用或磁力組裝。通過在納米線表面引入電荷，納米之間的靜電力能夠?qū)⑺鼈兣帕袨橐欢ǖ哪Ｐ?，例如平行陣列?br> 使用LB膜能夠組裝納米線。納米線首先被表面調(diào)制，分散到液相的表面以形成朗繆爾-貝里吉特(Langmuir-Blodgett，LB)膜。接著，通過壓縮表面，納米線能被排列成不同的模型(例如平行陣列)。接下來，該納米線模型能被轉(zhuǎn)移到想要的襯底上。
納米線能通過剪切拉伸組裝，通過將納米線分散在可伸縮基體(這可能是聚合物)中，接著在一個方向拉長該基體，在引起的剪切力的作用下，納米線能在拉伸方向排列。接著移除基體，排列后的納米線陣列能被轉(zhuǎn)移到想要的襯底上。
其中，基體的拉伸能夠通過機械、電學(xué)、光學(xué)、磁力引起。拉伸方向可以在或不在襯底的面上。
現(xiàn)在已經(jīng)描述了下面所要保護的發(fā)明的一些說明性的實施例，但是對于本領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員應(yīng)該明顯的是，前述的僅僅是說明性，而不是限制性的，僅以實例的方法將其表達出來。無數(shù)的改進和其他說明性的實施例是在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)，并且被認為落入下面設(shè)定的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。特別地，雖然許多這里說明的例子涉及特別的方法行為或系統(tǒng)元素的組合，但是應(yīng)該理解的是這些行為和這些元素可以用其他方法來組合以完成相同的目的。僅僅與系統(tǒng)或方法的一個實施例相關(guān)來討論的行為、元素和特征不是有意從其他實施例中相類似的角色被排除。而且，對于在下面權(quán)利要求中所提及的一個或更多方法加功能(method-plus-function)的限制，其方法不是有意地被局限于這里所公開的用于執(zhí)行所提及的功能的方法，而是有意地來覆蓋任何可用于執(zhí)行所提及的功能的等同的方法，無論現(xiàn)在是已知的或是以后發(fā)展的。
權(quán)利要求
1.一種體攙雜半導(dǎo)體，其特征在于，其至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，其中由體攙雜的半導(dǎo)體剖面產(chǎn)生的現(xiàn)象表現(xiàn)出所述剖面尺寸所引起的量子限制。
2.如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體，其中所述半導(dǎo)體被拉長，并且所述尺寸是在沿著所述半導(dǎo)體的縱剖面任意點上的寬度。
3.如權(quán)利要求2所述半導(dǎo)體，其中所述縱剖面能夠不散射地輸送電載流子。
4.如權(quán)利要求3所述半導(dǎo)體，其中所述縱剖面能夠輸送電載流子以便電載流子沿彈道通過縱剖面。
5.如權(quán)利要求3所述半導(dǎo)體，其中所述縱剖面能夠輸送電載流子以便電載流子相干地通過縱剖面。
6.如權(quán)利要求2所述半導(dǎo)體，其中所述縱剖面能夠輸送電載流子以便電載流子被自旋極化。
7.如權(quán)利要求6所述半導(dǎo)體，其中所述縱剖面能夠輸送電載流子以便自旋極化的電載流子不丟失自旋信息地通過縱剖面。
8.如權(quán)利要求2所述半導(dǎo)體，其中所述縱剖面能夠響應(yīng)激發(fā)發(fā)光，其中所發(fā)射光的波長和所述寬度相關(guān)。
9.如權(quán)利要求99所述半導(dǎo)體，其中所發(fā)射光的所述波長和所述寬度成比例。
10.一種體攙雜半導(dǎo)體，其表現(xiàn)出相干輸送。
11.一種體攙雜半導(dǎo)體，其表現(xiàn)出沿彈道輸送。
12.一種體攙雜半導(dǎo)體，其表現(xiàn)出Luttinger液態(tài)行為。
13.一種生長半導(dǎo)體的方法，所述方法包括操作(A)在所述半導(dǎo)體的生長過程中攙雜所述半導(dǎo)體的同時，通過向分子集合施加能量來控制所述半導(dǎo)體的寬度，所述分子集合包含所述半導(dǎo)體分子、攙雜物質(zhì)分子和催化劑材料分子。
14.如權(quán)利要求13所述方法，其中生長的半導(dǎo)體是至少是下列其中之一的攙雜半導(dǎo)體單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
15.如權(quán)利要求13所述方法，還包括操作(B)向所述攙雜半導(dǎo)體的表面增加一種或更多其他材料。
16.如權(quán)利要求15所述方法，其中操作(B)包括形成圍繞所述攙雜半導(dǎo)體的殼。
17.如權(quán)利要求13所述方法，其中操作(A)包括控制攙雜的程度。
18.如權(quán)利要求13所述方法，其中操作(A)包括通過向分子集合施加能量來生長攙雜半導(dǎo)體，所述分子集合包含所述半導(dǎo)體分子和攙雜物質(zhì)分子。
19.如權(quán)利要求18所述方法，其中操作(A)包括操作控制攙雜的程度。
20.如權(quán)利要求19所述方法，其中所述控制攙雜操作包括控制所述半導(dǎo)體分子的數(shù)量和所述攙雜物質(zhì)分子數(shù)量的比值。
21.如權(quán)利要求19所述方法，其中操作(A)還包括使用激光汽化所述分子以形成汽化的分子。
22.如權(quán)利要求21所述方法，其中操作(A)還包括從所述汽化分子生長所述半導(dǎo)體。
23.如權(quán)利要求21所述方法，其中操作(A)還包括把所述汽化分子冷凝成液態(tài)團。
24.如權(quán)利要求22所述方法，其中操作(A)還包括從所述液態(tài)團生長所述半導(dǎo)體。
25.如權(quán)利要求21所述方法，其中操作(A)使用激光輔助催化生長執(zhí)行。
26.如權(quán)利要求18所述方法，其中分子集合包含催化劑材料分子團。
27.如權(quán)利要求26所述方法，其中操作(A)包括控制所述半導(dǎo)體的寬度。
28.如權(quán)利要求27所述方法，其中控制所述半導(dǎo)體的寬度包括控制所述催化團的寬度。
29.如權(quán)利要求13所述方法，其中操作(A)還包括至少在所述分子上進行化學(xué)氣相沉積。
30.如權(quán)利要求13所述方法，其中生長的所述半導(dǎo)體具有至少一個具有小于20納米的最小寬度的部分。
31.如權(quán)利要求30所述方法，其中生長的所述半導(dǎo)體具有至少一個具有小于10納米的最小寬度的部分。
32.如權(quán)利要求30所述方法，其中生長的所述半導(dǎo)體具有至少一個具有小于5納米的最小寬度的部分。
33.如權(quán)利要求13所述方法，其中生長的所述半導(dǎo)體是磁性的。
34.如權(quán)利要求33所述方法，其中操作(A)包括用使得所述生長的半導(dǎo)體有磁性的材料攙雜所述半導(dǎo)體。
35.如權(quán)利要求13所述方法，其中生長的所述半導(dǎo)體是鐵磁性的。
36.如權(quán)利要求35所述方法，操作(A)包括用使得所述生長的半導(dǎo)體有鐵磁性的材料攙雜所述半導(dǎo)體。
37.如權(quán)利要求36所述方法，其中操作(A)包括用二氧化錳攙雜所述半導(dǎo)體。
38.一種制造器件的方法，其特征在于，該方法包括如下操作(A)使得一種或更多半導(dǎo)體和表面接觸，其中，所述半導(dǎo)體中至少一種是下列至少其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
39.如權(quán)利要求38所述方法，其中所述表面是襯底。
40.如權(quán)利要求38所述方法，還包括操作(B)在操作(A)前，通過向半導(dǎo)體分子和攙雜物質(zhì)分子施加能量生長所述半導(dǎo)體中的至少一種。
41.如權(quán)利要求38所述方法，其中操作(A)包括使得包含所述至少一種或更多半導(dǎo)體的溶液和所述表面接觸。
42.如權(quán)利要求41所述方法，還包括(B)使用電場把所述半導(dǎo)體中的一種或更多在所述表面上對齊。
43.如權(quán)利要求42所述方法，其中操作(B)包括在至少兩個電極之間產(chǎn)生電場；和把所述半導(dǎo)體中的一種或更多置于所述電極之間。
44.如權(quán)利要求41所述方法，還包括操作(B)使用另一種包含一種或更多其他半導(dǎo)體的溶液重復(fù)操作(A)，其中所述其他半導(dǎo)體中的至少一種是下列至少其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
45.如權(quán)利要求38所述方法，還包括操作(B)調(diào)節(jié)所述表面以把所述一種或更多接觸的半導(dǎo)體連接到所述表面。
46.如權(quán)利要求45所述方法，其中操作(B)包括在所述表面上形成溝道。
47.如權(quán)利要求45所述方法，其中操作(B)包括在所述表面上形成樣式。
48.如權(quán)利要求38所述方法，還包括(B)使用電場把所述半導(dǎo)體中的一種或更多在所述表面上對齊。
49.如權(quán)利要求48所述方法，其中操作(B)包括在至少兩個電極之間產(chǎn)生電場；和把所述半導(dǎo)體中的一種或更多置于所述電極之間。
50.一種產(chǎn)生光的方法，其特征在于該方法包括如下操作(A)向一種或更多半導(dǎo)體施加能量引起所述一種或更多半導(dǎo)體發(fā)光，其中，所述半導(dǎo)體中的至少一種是下列至少其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
51.如權(quán)利要求50所述方法，其中所述半導(dǎo)體包括直接帶隙半導(dǎo)體。
52.如權(quán)利要求50所述方法，其中操作(A)包括跨越兩種交叉的半導(dǎo)體的結(jié)施加電壓，每種半導(dǎo)體具有小于500納米的最小寬度。
53.如權(quán)利要求52所述方法，其中每種半導(dǎo)體具有小于100納米的最小寬度。
54.如權(quán)利要求50所述方法，還包括操作(B)通過控制所述至少一種具有小于100納米的最小寬度的半導(dǎo)體的尺寸控制所發(fā)射光的波長。
55.如權(quán)利要求54所述方法，其中所述半導(dǎo)體被拉長，并且操作(B)包括控制所述拉長半導(dǎo)體的寬度。
56.如權(quán)利要求54所述方法，其中該半導(dǎo)體具有一個性質(zhì)，即如果大量的所述半導(dǎo)體具有最小最短尺寸，則其在第一波長發(fā)光，并且所述半導(dǎo)體受控制的尺寸小于所述最小最短尺寸。
57.一種制造具有體攙雜半導(dǎo)體部件和一個和多個其他部件的裝置的方法，該方法包括以下操作(A)在半導(dǎo)體生長期間攙雜半導(dǎo)體以產(chǎn)生攙雜的半導(dǎo)體；以及(B)將攙雜的半導(dǎo)體部件附著到一個和多個其他部件中的至少一個部件上。
58.如權(quán)利要求57所述方法，其中體攙雜半導(dǎo)體部件至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸，以及至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
59.一種用于可控制的裝配具有拉長單元的半導(dǎo)體器件的過程，所述拉長單元在橫越所述單元的方向上在納米尺度上具有特征尺寸，所述過程包括產(chǎn)生至少一個第一攙雜類型的第一單元；將所述第一單元定向到第一方向上，并把所述第一單元連接到至少一個第一觸點上以使得電流得以流過所述第一單元。
60.如權(quán)利要求59所述過程，還包括產(chǎn)生至少一個第二攙雜類型的第二單元；將所述第二單元定向到第二方向上，使能所述第一單元和所述第二單元之間的電觸點，并把所述第二單元連接到至少一個第二觸點上以允許電流在所述第一和第二單元之間流動。
61.如權(quán)利要求60所述過程，其中如果所述第一攙雜類型是p型，則所述第二攙雜類型是n型，如果所述第一攙雜類型是n型，則所述第二攙雜類型是p型。
62.如權(quán)利要求60所述過程，其中通過施加電場和液體流中至少其一定向所述第二單元。
63.如權(quán)利要求59所述過程，還包括把所述第一單元連接到間隔開的觸點上并且在間隔開的觸點之間，接近所述第一單元處放置一個柵電極，藉此形成FET。
64.如權(quán)利要求59所述過程，其中所述半導(dǎo)體器件由選擇由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，Diamond、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3和Al2CO組成的一族的材料制成。
65.如權(quán)利要求59所述過程，其中所述第一攙雜類型是n型或p型之一。
66.如權(quán)利要求59所述過程，其中通過施加電場或液體流中至少其一定向所述第一單元。
67.如權(quán)利要求66所述過程，其中述第一單元懸浮在所述液體流中。
68.權(quán)利要求59所述過程，其中通過施加機械手段定向所述第一單元。
69.如權(quán)利要求59所述過程，其中述第二單元懸浮在所述液體流中。
70.權(quán)利要求59所述過程，其中通過施加機械手段定向所述第二單元。
71.一種半導(dǎo)體器件，其包括具有金屬觸點陣列的硅襯底；縱橫開關(guān)單元，所述單元和陣列電氣連通，并具有p型半導(dǎo)體納米線形成的第一接點和與第一接點間隔開并橫向放置的由n型半導(dǎo)體納米線形成的第二接點。
72.如權(quán)利要求71所述半導(dǎo)體器件，其中所述第二接點被與所述第一接點間隔開1到10納米。
73.一種用于制造納米線半導(dǎo)體器件的方法，包括通過在觸點之間施加電勢，在兩個觸點之間定位第一納米線；在另外兩個觸點之間定位第二納米線。
74.一種用于制造納米線半導(dǎo)體器件的方法，包括形成具有一個或更多選擇性地吸附納米線的區(qū)域的表面。
75.一種用于用納米線制造發(fā)光二極管的方法，所述二極管具有由在兩個攙雜的納米線之間的p-n結(jié)的尺寸決定的發(fā)射波長。
76.一種制造半導(dǎo)體的方法通過交叉的p型納米線和n型納米線連接。
77.一種在表面上裝配一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括操作(A)在所述表面上流動包含一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的液體；和(B)在所述表面上對齊一個或更多拉長結(jié)構(gòu)，以形成所述拉長結(jié)構(gòu)的陣列。
78.如權(quán)利要求77所述方法，其中操作(A)包括在第一方向上流動所述液體和操作(B)包含在所述液體沿第一方向流動時對齊一個或更多拉長結(jié)構(gòu)以形成第一層排成陣列的結(jié)構(gòu)，并且其中所述方法還包含(C)把所述液體流動方向從第一方向改變到第二方向；和(D)在第二方向上重復(fù)操作(A)和(B)以形成第二層排成陣列的結(jié)構(gòu)。
79.如權(quán)利要求78所述方法，包括重復(fù)操作(C)和(D)一次或更多次。
80.如權(quán)利要求78所述方法，其中來自所述第一層的至少一個第一拉長結(jié)構(gòu)和來自所述第二陣列的至少一個第二拉長結(jié)構(gòu)接觸。
81.如權(quán)利要求80所述方法，其中所述第一和第二拉長結(jié)構(gòu)之一是第一導(dǎo)電類型的攙雜半導(dǎo)體，第一和第二拉長結(jié)構(gòu)的另一個是第二導(dǎo)電類型的攙雜半導(dǎo)體。
82.如權(quán)利要求81所述方法，其中所述第一導(dǎo)電類型是p型并且所述第二導(dǎo)電類型是n型，并且其中所述第一和第二拉長結(jié)構(gòu)形成了p-n結(jié)。
83.如權(quán)利要求77所述方法，其中所述表面是襯底的表面。
84.如權(quán)利要求83所述方法，其中所述方法還包括(C)把拉長結(jié)構(gòu)的陣列從所述襯底的表面轉(zhuǎn)移到另一襯底的表面。
85.如權(quán)利要求84所述方法，其中操作(C)包括沖壓。
86.如權(quán)利要求77所述方法，其中所述一個或更多拉長結(jié)構(gòu)在仍被包括在所述液體中時在表面上對齊。
87.如權(quán)利要求77所述方法，其中所述方法還包括(C)用一種或更多把拉長結(jié)構(gòu)吸附到所述表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)所述表面，其中，操作(B)包含使用所述一種或更多功能把一種或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到特定位置。
88.如權(quán)利要求87所述方法，其中操作(C)包括用一個或更多分子調(diào)節(jié)所述表面。
89.如權(quán)利要求87所述方法，其中操作(C)包括用一個或更多電荷調(diào)節(jié)所述表面。
90.如權(quán)利要求87所述方法，其中操作(C)包括用一個或更多磁體調(diào)節(jié)所述表面。
91.如權(quán)利要求87所述方法，其中操作(C)包括用一個或更多光強調(diào)節(jié)所述表面。
92.如權(quán)利要求87所述方法，其中操作(C)包括用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用化學(xué)作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)所述表面。
93.如權(quán)利要求87所述方法，其中操作(C)包括用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用光作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)所述表面。
94.如權(quán)利要求87所述方法，其中操作(C)包括用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用靜電作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)所述表面。
95.如權(quán)利要求87所述方法，其中操作(C)包括用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用磁作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)所述表面。
96.如權(quán)利要求87所述方法，其中所述方法還包括(C)把所述表面做成在所述表面上的特定位置上接收一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的樣式。
97.如權(quán)利要求96所述方法，其中操作(C)包括在所述表面上創(chuàng)建物理樣式。
98.如權(quán)利要求97所述方法，其中所述物理樣式是溝槽。
99.如權(quán)利要求97所述方法，其中所述物理樣式是臺階。
100.如權(quán)利要求97所述方法，其中所述表面是襯底的表面，并且，其中，在所述表面上創(chuàng)建物理樣式包括使用所述襯底的晶格臺階。
101.如權(quán)利要求97所述方法，其中所述表面是襯底的表面，并且，其中，在所述表面上創(chuàng)建物理樣式包含使用使用自裝配二塊聚合物條帶。
102.如權(quán)利要求97所述方法，其中在所述表面上創(chuàng)建物理樣式包括使用樣式。
103.如權(quán)利要求102所述方法，其中在所述表面上創(chuàng)建物理樣式包括用印刷的樣式。
104.如權(quán)利要求77所述方法，其中操作(A)包括使用溝道控制所述液體的流動。
105.如權(quán)利要求77所述方法，其中所述拉長結(jié)構(gòu)中的至少一個是半導(dǎo)體。
106.如權(quán)利要求77所述方法，其中所述拉長結(jié)構(gòu)中的至少一個是攙雜半導(dǎo)體。
107.如權(quán)利要求106所述方法，其中所述拉長結(jié)構(gòu)中的至少一個是體攙雜半導(dǎo)體。
108.如權(quán)利要求77所述方法，其中所述拉長結(jié)構(gòu)中的至少一個是攙雜的單晶半導(dǎo)體。
109.如權(quán)利要求77所述方法，其中所述拉長結(jié)構(gòu)中的至少一個是拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸。
110.如權(quán)利要求77所述方法，其中所述拉長結(jié)構(gòu)中的至少一個是具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
111.如權(quán)利要求77所述方法，其中所述拉長結(jié)構(gòu)中的至少一個是至少是下列其中之一的攙雜半導(dǎo)體單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體。
112.如權(quán)利要求111所述方法，其中所述攙雜半導(dǎo)體包含選自由Si、Ge、Sn、Se、Te、B，Diamond、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、BN/BP/BAs、AIN/AIP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSb、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe、Ges、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SeTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZeGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO組成的一族的半導(dǎo)體。
113.如權(quán)利要求111所述方法，其中所述攙雜半導(dǎo)體包括來自由下列物質(zhì)組成的一族的攙雜物質(zhì)來自周期表的III族的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的V族的n型攙雜物質(zhì)；從由B、Al和In組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；從由P、As和Sb組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)；來自周期表的II族的p型攙雜物質(zhì)；從由Mg、Zn、Cd和Hg組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；來自周期表的IV族的n型攙雜物質(zhì)；從由C和Si組成的一族中選出的p型攙雜物質(zhì)；或從由Si、Ge、Sn、S、Se和Te組成的一族中選出的n型攙雜物質(zhì)。
114.如權(quán)利要求111所述方法，其中所述攙雜半導(dǎo)體在所述半導(dǎo)體的生長過程中被攙雜。
115.一種在表面上裝配一個和更多拉長結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述加長結(jié)構(gòu)中的一個或更多是至少下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，并且其中，所述方法包括如下操作(A)用一種或更多把一個或多個拉長結(jié)構(gòu)吸附到所述表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)所述表面；和(B)通過使用所述一種或更多功能把所述一個或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到特定位置對齊所述一個或更多拉長結(jié)構(gòu)。
116.如權(quán)利要求115所述方法，其中操作(A)包括用一個或更多分子調(diào)節(jié)所述表面。
117.如權(quán)利要求115所述方法，其中操作(A)包括用一個或更多電荷調(diào)節(jié)所述表面。
118.如權(quán)利要求115所述方法，其中操作(A)包括用一個或更多磁體調(diào)節(jié)所述表面。
119.如權(quán)利要求115所述方法，其中，操作(A)包括用一個或更多光強調(diào)節(jié)所述表面。
120.如權(quán)利要求115所述方法，其中操作(A)包括用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用化學(xué)作用力吸附到表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)所述表面。
121.如權(quán)利要求115所述方法，其中操作(A)包括用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用光作用力吸附到表面上的特定位置的功能條件所述表面。
122.如權(quán)利要求115所述方法，其中操作(A)包括用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用靜電作用力吸附到表面上的特定位置的功能條件所述表面。
123.如權(quán)利要求115所述方法，其中操作(A)包括用一個或更多把一個或更多拉長結(jié)構(gòu)用磁作用力吸附到表面上的特定位置的功能條件所述表面。
124.一種在表面上裝配多個拉長結(jié)構(gòu)的方法，其中所述加長結(jié)構(gòu)中的一個或更多是至少下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，并且其中，所述方法包括操作(A)在所述表面上沉積所述多個拉長結(jié)構(gòu)；和(B)對所述表面充電以在所述多個拉長結(jié)構(gòu)中的兩個或更多之間產(chǎn)生靜電作用力。
125.如權(quán)利要求124所述方法，其中所述靜電作用力使得所述兩個或更多拉長結(jié)構(gòu)對齊其自身。
126.如權(quán)利要求125所述方法，其中所述靜電作用力使得兩個或更多拉長結(jié)構(gòu)將其自身對齊到一個或更多樣式。
127.如權(quán)利要求126所述方法，其中所述一個或更多樣式包括平行陣列。
128.一種在表面上裝配多個拉長結(jié)構(gòu)的方法，其中所述加長結(jié)構(gòu)中的一個或更多是至少下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，并且其中，所述方法包括操作(A)在液相表面上沉積所述一個或更多拉長結(jié)構(gòu)以形成Langmuir-Blodgett薄膜；(B)壓縮所述Langmuir-Blodgett薄膜；和(C)把壓縮過的Langmuir-Blodgett薄膜轉(zhuǎn)移到表面上。
129.如權(quán)利要求128所述方法，其中所述表面是襯底的表面。
130.一種在表面上裝配多個一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述加長結(jié)構(gòu)中至少一個是至少下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，并且其中，所述方法包括操作(A)在可伸縮基體上分散一個或更多拉長結(jié)構(gòu)；(B)在一個方向上拉伸所述可伸縮基體以在一個或更多拉長結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生導(dǎo)致至少一個拉長結(jié)構(gòu)在所述方向上對齊的切變應(yīng)力；(C)移去可伸縮基體；和(D)把所述至少一個對齊的拉長結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到表面上。
131.如權(quán)利要求130所述方法，其中所述方向平行于所述表面的平面。
132.如權(quán)利要求130所述方法，其中操作(B)包括用電感應(yīng)作用力拉伸所述可伸縮基體。
133.如權(quán)利要求130所述方法，其中操作(B)包括用光感應(yīng)作用力拉伸所述可伸縮基體。
134.如權(quán)利要求130所述方法，其中操作(B)包括用機械感應(yīng)作用力拉伸所述可伸縮基體。
135.如權(quán)利要求130所述方法，其中操作(B)包括用磁感應(yīng)作用力拉伸所述可伸縮基體。
136.如權(quán)利要求130所述方法，其中所述表面是襯底的表面。
137.如權(quán)利要求130所述方法，其中所述可伸縮基體是聚合物。
138.一個用于在表面上裝配一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于在所述表面上流動包含一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的液體的裝置；和用于在所述表面上對齊所述一個或更多拉長結(jié)構(gòu)以形成拉長結(jié)構(gòu)陣列的裝置。
139.一個用于在表面上裝配一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其中，所述拉長結(jié)構(gòu)中的一個或更多是至少下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，并且其中，所述系統(tǒng)包括用于用一種或更多把所述一個或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到所述表面上的特定位置的功能調(diào)節(jié)所述表面的裝置；和用于通過使用所述一種或更多功能把所述一個或更多拉長結(jié)構(gòu)吸附到特定位置對齊所述一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的裝置。
140.一個用于在表面上裝配多個拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其中，所述加長結(jié)構(gòu)中的一個或更多是至少下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，并且其中，所述系統(tǒng)包括用于把所述多個拉長結(jié)構(gòu)沉積到所述表面上的裝置；和用于對所述表面充電以在所述多個拉長結(jié)構(gòu)中的兩個或更多之間產(chǎn)生靜電作用力的裝置。
141.一個用于在表面上裝配多個拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其中，所述加長結(jié)構(gòu)中的一個或更多是至少下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，并且其中，所述系統(tǒng)包括用于在液相表面上分散所述一個或多個拉長結(jié)構(gòu)以形成Langmuir-Blodgett薄膜的裝置；用于壓縮所述Langmuir-Blodgett薄膜的裝置；和用于把壓縮過的所述Langmuir-Blodgett薄膜轉(zhuǎn)移到表面上的裝置。
142.一個用于在表面上裝配多個一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其中，所述加長結(jié)構(gòu)中的至少一個是至少下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；以及具有至少一個具有小于500納米的最小寬度的部分的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，并且其中，所述系統(tǒng)包括用于在可伸縮基體上分散所述一個或多個拉長結(jié)構(gòu)的裝置；用于在一個方向上拉伸所述可伸縮基體以在所述一個或多個拉長結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生導(dǎo)致至少一個拉長結(jié)構(gòu)在所述方向上對齊的切變應(yīng)力的裝置；用于移去所述可伸縮基體的裝置；和把所述至少一個對齊的拉長結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到表面上的裝置。
143.一種用于將一個或更多個半導(dǎo)體納米線選擇性地對準和定位在基體上的方法，該方法包括以下步驟提供基體；將兩個或更多的電極摹制在基體的表面上；提供與兩個或更多的電極接觸的環(huán)境，所述環(huán)境之中包含一個或更多的半導(dǎo)體納米線；以及提供介于兩個或更多的電極之間的電場，從而促成一個或更多的納米線在環(huán)境中相互對準，并且電連接所述兩個或更多的電極以形成介于電極之間的半導(dǎo)體通道。
144.如權(quán)利要求143所述的方法，其中所述環(huán)境包括液體懸浮液，而且所述方法包括液體懸浮液在基體表面上的流動。
145.如權(quán)利要求143所述的方法，進一步包括調(diào)整基體表面以將一個或更多的半導(dǎo)體納米線附著到表面。
146.如權(quán)利要求145所述的方法，其中所述調(diào)整包括摹制表面。
147.如權(quán)利要求145所述的方法，其中所述調(diào)整包括使具有一個或更多的功能團的表面職能化，所述功能團具有使一個或更多的半導(dǎo)體納米線相互吸引的親和力。
148.如權(quán)利要求147所述的方法，其中所述一個或更多的功能團包括一個或更多的烷氧基硅烷基團。
149.如權(quán)利要求143所述的方法，進一步包括在基體表面上制造場效應(yīng)晶體管。
150.如權(quán)利要求143所述的方法，其中一個或更多的半導(dǎo)體納米線從溶液中沉積到基體表面上。
151.如權(quán)利要求143所述的方法，其中一個或更多的半導(dǎo)體納米線包括選自II-VI族，III-V族或IV族的半導(dǎo)體的一個或更多的半導(dǎo)體納米線。
152.如權(quán)利要求151所述的方法，其中一個或更多的半導(dǎo)體納米線包括一個或更多的硅納米線。
153.如權(quán)利要求143所述的方法，進一步包括在所述半導(dǎo)體通道的上方或下方形成柵極引出線，以控制一個或更多的半導(dǎo)體納米線的導(dǎo)電性。
154.如權(quán)利要求143所述的方法，其中柵極引出線與一個或更多的半導(dǎo)體納米線之間不是體接觸的。
全文摘要
本發(fā)明提供體攙雜半導(dǎo)體，其至少是下列其中之一單晶體；拉長且體攙雜的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體在沿其縱軸上的任意點上具有小于500納米的最大橫截面尺寸；至少一部分具有小于500納米的最小寬度的獨立式且體攙雜的半導(dǎo)體，其中由體攙雜的半導(dǎo)體剖面產(chǎn)生的現(xiàn)象表現(xiàn)出所述剖面尺寸所引起的量子限制。此外還提供與體攙雜半導(dǎo)體相關(guān)的生長半導(dǎo)體的方法，制造器件的方法，半導(dǎo)體器件，制造納米線半導(dǎo)體器件的方法，用于用納米線制造發(fā)光二極管的方法，制造具有體攙雜半導(dǎo)體部件和一個和多個其他部件的裝置的方法，在表面上裝配多個拉長結(jié)構(gòu)的方法，在表面上裝配一個或更多拉長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)以及半導(dǎo)體納米線選擇性地對準和定位在基體上的方法。
文檔編號C30B29/60GK1996613SQ20061013998
公開日2007年7月11日 申請日期2001年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月22日
發(fā)明者查爾斯·M·利伯, 崔屹, 段鑲鋒, 黃昱 申請人:哈佛學(xué)院董事會