[發明專利]納米結構體器件和用于制造納米結構體的方法

有效

• 申請號: 201080069525.0
• 申請日: 2010-10-18
• 公開（公告）號: CN103154340A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 穆罕默德·沙菲奎爾·卡比爾
• 申請（專利權）人: 斯莫特克有限公司
• 主分類號: D01F9/127
• 分類號: D01F9/127;C01B31/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王旭

發明領域

本發明涉及制造納米結構體的方法，并且涉及納米結構體器件。

技術背景

因為半導體器件持續縮小進入納米領域，對用于取代傳統器件和技術的新的和改進的納米結構體的研究日益增多。在文獻中已知很多制造納米結構體的方法。

例如，US7?687?876公開了一種用于制造納米結構體的方法，其中在基板上沉積數個中間層，之后沉積從其上生長納米結構體的催化劑層。通過多層堆疊體在基板與催化劑層之間的設置，可以將納米結構體的形態學和電學性質調整為適于寬范圍的多種應用。對于其中不需要大范圍調整能力的特定應用，希望的是減少形成納米結構體中所包括的工藝步驟的數目。

發明概述

考慮到以上情況，本發明的目的是提供一種用于制造納米結構體的改進方法，并且特別是能夠通過降低制造復雜性而減少成本的用于制造納米結構體的方法。

根據本發明的第一方面，因此提供了一種用于在基板上制造多個納米結構體的方法，所述方法包括：在基板的上表面上沉積底層，所述底層包含具有第一平均粒度的晶粒；在底層的上表面上沉積催化劑層，所述催化劑層包含具有與所述第一平均粒度不同的第二平均粒度的晶粒，從而形成包含底層和催化劑層的層的堆疊體；將所述層的堆疊體加熱至納米結構體可以形成的溫度，并且提供包含反應物的氣體，以使得所述反應物與催化劑層接觸。

本發明基于以下認識：在設置在基板上的具有少至兩層的結構中，通過適當地選擇設置在基板上的各層的粒度之間的關系，可以促進納米結構體的生長。

具有不同平均粒度的兩層將給出不同的層的機械性質，更具體地，平均粒度上的差別將對層的應力性質具有影響。層中的應力可以依次影響晶體學性質和形態。此處，以使得催化劑層的表面性質促進納米結構體生長的方式改變催化劑層的表面。此外，粒度上的差別將使得在兩個相鄰的層之間能夠存在互相擴散。因為互相擴散可以改變互相擴散的層的晶體學性質，它還可能導致層中應力的變化，從而通過再結晶改變催化劑層表面的晶體學和形態學性質。納米結構體的生長由它們從其上生長材料表面的晶體學結構和形態兩者影響。因此，通過提供具有不同平均粒度的底層和催化劑層，可以獲得使用少至兩層促進納米結構體生長的條件，從而取得降低的制造成本和工藝復雜性。

基板可以用寬范圍的材料中的任何一種制成。最常使用的是半導體系材料如硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、硅化物、AlGaAs、AlGaN或SiGe，但其他材料如任選地透明的基板(ITO、石英、玻璃、藍寶石、鉆石)、聚合物(聚酰亞胺、環氧樹脂、PDMS、SU8、SAL6001)或任何金屬、金屬合金或絕緣體是可能的。

作為底層，可以使用寬范圍的絕緣、半導體或導體材料，并且作為催化劑層，可以優選地使用金屬或金屬合金如Fe、Ni、NiCr、Au、Cu、Pt、Pd或Co。此外，使用基于Co的雙金屬作為催化劑也是可能的，這種雙金屬的實例是Co-V、Co-Fe、Co-Ni、Co-Pt、Co-Y、Co-Cu和Co-Sn。

對沉積可用在底層和催化劑層中的絕緣、半導體或導體材料的薄膜，數種不同的沉積方法是可得的。在最普通的沉積方法中有濺射和不同的蒸發方法如電子束蒸發、熱蒸發或電阻蒸發，但也可以使用其他方法如化學氣相沉積(CVD)或電鍍，只要將這些方法調整為獲得所需的不同平均粒度即可。

從現在起，當討論粒度時，它總是指平均粒度。平均粒度可以使用數種不同的方法測量。一種簡單的方式是，在材料上表面處或截面中的一個平面內的給定面積中數出顆粒的數量，從而計算定義了平均粒度的平均橫斷晶粒面積。根據該方法測量粒度面積可以有益地通過原子力顯微鏡(AFM)或透射電子顯微鏡(TEM)完成。

在本申請的上下文中，催化劑層是包含在催化過程中起催化作用的材料或材料組合的層，其中化學反應在催化劑和至少一種反應物物種之間發生，導致納米結構體從催化層生長。在催化過程中的典型反應是有機化合物的分解。在這種過程中，催化劑與有機化合物反應，通常形成隨后給出由其形成納米結構體的最終反應產物的中間物種。可以以蒸氣、氣體或作為載體氣體中的組分的形式有益地提供反應物。納米結構體的生長可以通過CVD方法，如遠距等離子體增強CVD(RPECVD)、熱CVD、金屬-有機CVD(MOCVD)、等離子體增強CVD(PECVD)、微波CVD、電感耦合等離子體CVD(ICPCVD)或本領域中已知的其他類型的CVD有益地進行。