[發(fā)明專利]石墨基板上生長(zhǎng)的納米線或納米錐

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680053114.X
• 申請(qǐng)日: 2016-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN108352424B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金東徹;艾達(dá)·瑪麗·E·霍埃斯;卡爾·菲利普·J·海姆達(dá)爾;比約恩·奧韋·M·菲姆蘭;赫爾格·韋曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 科萊約納諾公司;挪威科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/08
• 分類號(hào): H01L33/08;H01L33/18;H01L33/24;H01L33/44
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 沈敬亭;鄭希元

一種物質(zhì)的組合物，其包含：可選地?cái)y載于支撐件上的石墨基板；直接沉積于該基板的頂部上與任何支撐件相對(duì)的具有不大于50nm的厚度的晶種層；及直接于該晶種層的頂部上的氧化物或氮化物遮罩層；其中多個(gè)孔是貫通該晶種層及貫通該遮罩層至該石墨基板而存在；且其中多個(gè)納米線或納米錐來自于該基板于該孔中生長(zhǎng)，該納米線或納米錐包含至少一種半導(dǎo)III?V族化合物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及于作為用于優(yōu)選借由金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)方法或分子束外延(MBE)方法生長(zhǎng)的納米線或納米錐陣列的透明、導(dǎo)電及可撓性基板的薄石墨層上制造孔圖案化遮罩層。該石墨基板設(shè)有晶種層，該晶種層可經(jīng)圖案化以容許納米線或納米錐以諸如納米線或納米錐陣列的圖案化形式生長(zhǎng)。或者，該晶種層本身設(shè)有可經(jīng)圖案化(連同該晶種層)以容許納米線或納米錐生長(zhǎng)的遮罩層。頂部具有種晶及可選地遮罩層的石墨層可自基板轉(zhuǎn)移至其他可增強(qiáng)垂直納米線或納米錐生長(zhǎng)的支撐件表面上。

背景技術(shù)

近幾年來，隨著納米技術(shù)變?yōu)橹匾こ桃?guī)則，對(duì)半導(dǎo)體納米線的興趣愈加強(qiáng)烈。已發(fā)現(xiàn)納米線，一些作者亦稱為納米須、納米棒、納米柱、納米管柱等，于各種電裝置(諸如感測(cè)器、LED的太陽能電池)中的重要應(yīng)用。

針對(duì)本申請(qǐng)的目的，術(shù)語納米線應(yīng)視為基本上呈一維形式的結(jié)構(gòu)，即，其寬度或直徑具有納米尺寸且其長(zhǎng)度通常在幾百nm至幾μm的范圍內(nèi)。通常，認(rèn)為納米線具有至少兩個(gè)不大于500nm(諸如不大于350nm)，尤其不大于300nm(諸如不大于200nm)的尺寸。

存在許多不同類型的納米線，其包括金屬(例如，Ni、Pt、Au、Ag)、半導(dǎo)(例如，Si、InP、GaN、GaAs、ZnO)及絕緣(例如，SiO₂、TiO₂)納米線。本發(fā)明者主要涉及半導(dǎo)體納米線，然而設(shè)想下文詳細(xì)闡述的原則適用于納米線技術(shù)的所有方式。

通常，半導(dǎo)體納米線已生長(zhǎng)于與納米線本身相同的基板上(同質(zhì)外延生長(zhǎng))。因此，GaAs納米線是生長(zhǎng)于GaAs基板等等上。當(dāng)然，此確保基板的晶體結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)納米線的晶體結(jié)構(gòu)之間的晶格匹配。基板及納米線兩者可具有相同晶體結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明涉及于石墨基板上生長(zhǎng)的納米線(異質(zhì)外延生長(zhǎng))。

石墨基板是由石墨烯或其衍生物的單層或多層組成的基板。在其最佳形式中，石墨烯是一個(gè)原子層厚度的與呈蜂巢晶格圖案布置的雙電子鍵(稱為sp²鍵)結(jié)合在一起的碳原子的片。石墨基板是薄、輕且可撓，然而其非常牢固。

相較于其他現(xiàn)存的透明導(dǎo)體(諸如ITO、ZnO/Ag/ZnO、TiO₂/Ag/TiO₂)，已證明石墨烯具有絕佳光電性質(zhì)，如顯示于Nature Photonics 4(2010)611的最新綜述文章中。

納米線(NW)于石墨烯上的生長(zhǎng)并不新穎。在WO2012/080252中，有對(duì)使用MBE使半導(dǎo)納米線于石墨烯基板上生長(zhǎng)的討論。WO2013/104723涉及于‘252公開內(nèi)容上的改善，其中將石墨烯頂部接觸件應(yīng)用于在石墨烯上生長(zhǎng)的NW上。

就許多應(yīng)用而言，納米線或納米錐可垂直(與基板表面垂直)生長(zhǎng)將是重要的。半導(dǎo)體納米線通常以[111]方向(如果是立方形晶體結(jié)構(gòu))或[0001]方向(如果是六邊形晶體結(jié)構(gòu))生長(zhǎng)。此意謂該基板表面需為(111)或(0001)定向，其中該基板的表面原子呈六邊形對(duì)稱布置。