包含延长纳米级元件的器件及制造方法技术

揭示了包含延长纳米级元件的器件的一种制造方法以及这种器件。此器件包含外延生长层，其中置入例如碳纳米管的延长纳米级元件器件。提供支持外延层的外延生长的基片，将延长纳米级元件置于该基片上并且通过外延层外延地快速生长。该延长纳米级元件由此至少部分地由外延生长层封装。在该层中制备一个或者多个部件，该一个或者多个部件通过平版印刷的方法制备。因此可以提供以碳纳米管作为活性元件的器件。该方法适用于在传统半导体器件和纳米器件之间混合的混合装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含延长纳米级元件的器件以及该器件的制造。该器件包含具有例如碳纳米管的延长纳米级元件的外延生长层。
技术介绍
自从集成电路和计算机芯片出现，这些器件的性能正在以显著的速度增加，主要是由集成电路基本元件微型化和增加芯片中元件密度的能力的进展来推动的进步使得每单位区域的集成电子器件能够执行更多的功能。然而，这种技术已经接近达到例如金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)的传统元件微型化所可能的极限。举例来说，几何结构正在逐渐接近由于材料扩散引起的散热和结构稳定性的极限，同时用于确定电路结构的平版印刷技术也逐渐接近于它们的分辨率极限。不同类型的延长纳米级元件已经存在，一个重要的例子是碳纳米管。碳纳米管是碳的纳米结构管状分子。纳米管拥有潜在的对许多技术应用非常有用的电的和机械的性能。纳米管以多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的形式存在。例如碳纳米管的延长纳米级元件的小尺寸使得处理延长纳米级元件非常具有挑战性。已经提出了将碳纳米管结合到器件中的一些方式。US 6,515,325以及US 5,581,091都揭示了在垂直的纳米管上材料的生长，其中仅仅在纳米管的末端和顶端表面上是快速生长的。WO 00/63115和WO 02/081366都揭示了通过在玻璃基片上高温分解形成包含层的纳米管的可能性，以及其后借助于另一种材料快速生长包含层的纳米管来形成部件，例如场效应晶体管(FET)、电极等。在许多应用中，使用外延生长材料是形成某些结构的先决条件，并且外延生长材料在许多技术应用中形成了主干，例如芯片的制造和如光学、电子、机械和传感器部件的制造。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供使用外延材料快速生长延长纳米级元件的一种方法。本专利技术的另一目的是提供制造优于集成电路类型传统电子设备器件的器件的一种方法。依照本专利技术的第一方面，上面所述的和其它的目的可以通过提供用至少一个外延层快速生长延长纳米级元件的一种方法来实现，该方法包括以下步骤(a)提供基片，其中此基片或者至少基片的顶层具有支持外延层的外延生长的表面；(b)将延长纳米级元件置于该基片上；(c)用外延层外延地快速生长该基片和延长纳米级元件，并且由此至少部分地将该延长纳米级元件封装到外延生长层中；并且(d)在该层中制备一个或者多个部件，该一个或者多个部件通过平版印刷的方式制备。延长纳米级元件可以是任何类型的延长纳米级元件，例如纳米管、像纳米棒或纳米须的纳米线。延长纳米级元件可以延长为大分子，例如蛋白质，并且延长纳米级元件也可以延长为纳米级聚合分子，例如DNA。延长纳米级元件可以是无机或者有机纳米级元件，延长纳米级元件也可以是分子链，如聚合链，或者延长纳米级元件是单一延长分子如碳-70。延长纳米级元件可以具有任何类型的延长形状，例如大体上的圆柱状，大体上的椭圆状等。纳米级元件可以是无缝元件，例如无缝实心元件或者无缝中空元件，其可能拥有核心结构。可以从外部来源提供纳米级元件给基片，也就是不直接在基片上生长或者合成。纳米级元件可以是一种或者多种部件的活性结构，例如包括活性结构的单一元件，包括活性结构的元件群或者包括活性结构的很多元件。纳米级元件可以化学合成、外延生长、如烃基气体的催化分解生长或者由在本领域技术中公知的任何其它方法得到。纳米级元件可以是绝缘的、半导体的或者金属的，这取决于纳米级元件材料的特性以及对于此材料所可能的例如掺杂物的添加物的特性。该纳米级元件长度可以达到1厘米，例如可以达到0.5厘米，例如达到5微米，例如1000纳米，例如达到500纳米，例如达到250纳米以及例如达到100纳米。纳米级元件可以具有从1纳米到1厘米的长度，例如从100纳米到1000微米，从250～500纳米。元件的直径可以从小于1纳米到几十纳米的级别，例如0.1～100纳米，例如1～50纳米，例如2～40纳米，例如3～30纳米，例如4～20纳米，例如5～10纳米。优选的纳米级元件可以是碳纳米管。碳纳米管可以是上述的单壁或者多壁的。单壁纳米管的典型直径是1纳米数量级，而多壁纳米管可以达到数十纳米数量级。碳纳米管可以具有达到大约1厘米的长度，但是其长度通常在微米的范围内。碳纳米管可以是半导体的，本征半导体的或者掺杂半导体的，并且在一些应用中，优选采用高浓度掺杂半导体纳米管。进一步地，纳米管可以是导电的，例如金属导体。这两种类型都以在管方向电子的一维传输为特征。一个或者多个部件可以通过采用平版印刷确定的结构，然后进行蚀刻来制造。例如，一个或者多个部件可以通过采用下述标准平版印刷技术之一，单独地或者组合地进行制备电子束、X射线束、离子束、紫外平版印刷、AFM平版印刷、纳米印刻平版印刷、荫罩(shadow mask)技术等。采用外延层快速生长的延长纳米级元件提供一种具有合成在其中的延长纳米级元件的外延层。外延层可以在许多技术应用中用作重要的元件，取决于如何把延长纳米级元件合成到外延层。依照本专利技术的另一方面，上述的和其它目的可以通过提供一种制造电子器件和/或部件的方法以及提供电子器件和/或部件来实现。该器件可以是电子器件，例如包含至少一个金属氧化物型的集成电子部件的集成电路。因此，该器件可以是相应于传统的半导体集成电路的集成电路器件，但其具有由于延长纳米级元件合成到外延层而产生的改善的特性。而且，器件可以是依照本专利技术的任何其它类型的器件，例如发光器件、电子发射器件、自旋电子器件、传感器器件等。可以制造包含任何类型延长纳米级元件的部件，举例来说，如包含单壁或者多壁纳米管，并且也可以制造包含单壁和多壁纳米管混合体的部件。与传统的晶体管部件相比，由于例如碳纳米管的延长纳米级元件的较小尺寸，可以制造出占据更小的空间集成电路。另外由于如碳纳米管的延长纳米级元件具有优良的导热性能，当在集成电路中采用碳纳米管或者具有良好导热性的其它类型的延长纳米级元件时抑制了热的问题，其与采用传统晶体管部件的集成电路相比，进一步地有利于在较小的空间中堆积更多的部件。当集成电路尺寸减少时，由于信号的传输距离缩短，电路计算速度增加。通过采用如碳纳米管的延长纳米级元件来作为在CMOS基晶体管中的通道或者在双极晶体管中的基极，由于通过使用碳纳米管使得损耗降低，器件的能耗能够显著的减少。优选地，器件可以是包含外延生长半导体异构部件的器件。由于例如碳纳米管、铂纳米线等许多类型的延长纳米级元件的高热导性，通过外延层快速生长并因此形成包含延长纳米级元件的层的延长纳米级元件可以用作热散发层。基片和快速生长的延长纳米级元件可能因此形成制造包含例如高功率部件、激光器或者其它发热部件的器件的基础，其中快速生长的延长纳米级元件可以提供以通过或者离开该层的任何方式来消除、传导、发散或者传递热量的层。例如碳纳米管的热导率依赖几个因素，例如沿纳米管的单元长度、纳米管的类型和温度。热导率可以在1500～600W/mK之间，例如在2000～3500W/mK之间，例如在2600～3200W/mK之间，例如在300K时测得3000W/mK。配置于在含层散热延长纳米级元件之上生长的外延材料中或之上的部件或者器件在其结构中散发的热量，随后可以从该部件或者器件中导离，来保证器件的冷却并且避免过热。这样，由于许多电子部件在运行中的过热是部件性能的至关重要的方面，包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用至少一个外延层快速生长延长纳米级元件的方法，该方法包括步骤：（ａ）提供基片，其中此基片或者至少基片的顶层具有支持外延层的外延生长的表面；（ｂ）将延长纳米级元件置于该基片上；（ｃ）用外延层外延地快速生长该基片和 延长纳米级元件，并且由此至少部分地将该延长纳米级元件封装到外延生长层中；以及，（ｄ）在该层中制备一个或者多个部件，该一个或者多个部件通过平版印刷的方式制备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DK 2003-9-12 PA 2003 013251.一种使用至少一个外延层快速生长延长纳米级元件的方法，该方法包括步骤(a)提供基片，其中此基片或者至少基片的顶层具有支持外延层的外延生长的表面；(b)将延长纳米级元件置于该基片上；(c)用外延层外延地快速生长该基片和延长纳米级元件，并且由此至少部分地将该延长纳米级元件封装到外延生长层中；以及，(d)在该层中制备一个或者多个部件，该一个或者多个部件通过平版印刷的方式制备。2.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中外延层是半导体的或金属的。3.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中外延层通过分子束外延生长。4.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中外延层通过化学气相沉积方法或液相沉积方法生长。5.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中外延层的厚度可以在5纳米到5微米之间，例如厚度在5纳米到1微米，例如厚度在5纳米到500纳米之间，例如厚度在5纳米到100纳米之间，例如厚度在10纳米到75纳米之间，例如厚度在20纳米到50纳米之间，例如厚度在20到30纳米之间。6.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中外延层是磁性的。7.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中外延层是GaMnAs、GaAlAs、GaAs、SiGe、GaInAs、InP、Si、SiGe、GaN、GaAlN、Al、Ag、Au、Cu、如MnGa的金属合金和单与双锰铝铜强磁性合金(CoMnGa、Co2MnGa)以及半金属铁磁体、有机半导体，例如3，4，9，10-二萘嵌苯四酸(perylenetetracarboxylic)、3，4，9，10-二酐(dianhydride)(PTCDA)和4，9，10-二萘嵌苯四酸二酐(PTCDA)染色剂分子。8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中一个或更多元件是通过下列方式确定的电子束、X射线束、离子束、紫外平版印刷、AFM平版印刷、纳米印刻平版印刷或荫罩技术。9.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中基片或至少基片的顶层是半导体的。10.根据权利要求9所述的方法，其中基片或至少基片的顶层是掺杂成n型或p型。11.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中至少基片的顶层是实质性的单晶形材料。12.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中至少基片的顶层通过分子束外延生长。13.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中至少基片的顶层通过化学气相沉积方法或液相沉积方法生长。14.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中基片和顶层中至少之一包含定位记号。15.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中基片包含GaAs、Si、SiN、SiC、玻璃、金属氧化物，如Al2O3。16.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中基片或顶层由阻挡层覆盖。17.根据权利要求16所述的方法，其中至少顶层和外延层的晶格常数是通过设置在基片和外延层之间的阻挡层来相匹配的。18.根据权利要求16到17中的任一项所述的方法，其中阻挡层包含堆叠的层。19.根据权利要求18所述的方法，其中至少一层包含与基片或顶层材料相适合的材料。20.根据权利要求18或19所述的方法，其中阻挡层形成超晶格。21.根据权利要求18到20中的任一项所述的方法，其中层堆中的层的厚度是在1纳米到5纳米之间，例如在1纳米到3纳米之间的厚度，例如在2纳米到4纳米之间的厚度，例如2纳米的厚度。22.根据权利要求18到21中的任一项所述的方法，其中堆叠的层的厚度可以在5纳米到1000纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳斯拉尔夫豪普特曼，阿尼珍森，波尔埃里克格雷格斯汉森林德罗夫，杰斯波尼杰拉德，贾纳兹萨多斯基，
申请(专利权)人：哥本哈根大学，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]