半导体材料纳米线的分散系制造技术

一种制造半导体材料纳米线的方法，包括步骤：　　　　在由半导体材料构成的衬底表面上提供具有开口的图形化刻蚀掩模，这些开口具有基本均匀的间距；　　　　将具有刻蚀掩模的衬底放置在用于半导体材料的液体刻蚀剂中；　　　　在某个电流密度下进行阳极刻蚀以形成基本上平行的孔，这些孔的间距和刻蚀掩模中开口的间距相对应，使得所述孔的直径变得至少和所述孔的间距一样大，由此形成纳米线；　　　　氧化纳米线的表面，通过刻蚀去除所述表面；以及　　　　通过振动从衬底去除纳米线，　　　　其特征在于，在第一和第二时间段进行阳极刻蚀，这两个时间段对应于沿纳米线的第一和第二区域，从而使得刻蚀在第二时间段以比第一时间段中高的电流密度发生，以便所形成的纳米线在第一区域比第二区域有更大的直径，结果是去除时纳米线在第二区域断裂。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到一种用半导体材料制造纳米线的方法，该方法包含权利要求1的前序部分中的步骤。本专利技术也涉及到半导体材料纳米线在分散剂中的分散系(dispersion)。本专利技术还涉及到一种制造衬底上具有纳米线的器件的方法，在该方法中在衬底上提供纳米线的分散系。这样一种方法来自于J.van den Meerakker，Pcoc.PorousSemiconductors，9-16March 2002。在已知的方法中，纳米线从半导体衬底阳极刻蚀而成。由此可以在约20分钟的时间段内形成多于十亿(109)条纳米线。发现约30nm的直径是可能的，而对于纳米线的长度可以获得100μm的值。经过可能的氧化步骤和随后的刻蚀步骤，可以通过超声振动从衬底移走纳米线。已知方法的一个缺点是纳米线长度不够均匀，特别是在形成长度大大小于100μm的纳米线的情况下。因此本专利技术的第一个目的是提供在第一段中所描述的一种方法，利用该方法，获得在给定误差范围内具有基本均匀的长度的纳米线。该目的的实现在于在第一和第二时间段内进行阳极刻蚀，第一和第二时间段对应于沿纳米线的第一和第二区域，使得在第二时间段刻蚀以比第一时间段更高的电流密度进行，从而在第一区域所形成的纳米线的直径大于第二区域的，结果在去除纳米线的时候，第二区域的纳米线断裂，纳米线的去除在形成纳米线分散系的池中进行。根据本专利技术的方法形成在给定误差范围内具有基本均匀的长度的纳米线。该方法依据一个事实，即被刻蚀的孔在相对于衬底表面的特定深度处变得更宽。这意味着在纳米线的某些位置处形成变窄的部分。然后通过氧化去除该表面。此处另人惊奇地发现，在变窄部分(即第二区域)的层被去除，该层并不比其它区(即第一区域)中的显著薄。换言之，变窄的区域甚至变得更薄从而形成断裂点。当具有纳米线的衬底被振动时，优选超声振动，纳米线此时会在断裂点断裂。由此，形成在给定误差范围内具有基本均匀的长度的纳米线。特别地，误差范围尤其取决于第二区域的长度。在申请EP 02075950.2中更详细地描述了通过阳极刻蚀制造纳米线的方法，该申请不先于本申请书公开，此处引用作为参考。多次重复纳米线的表面氧化和去除步骤是有利的。氧化和刻蚀步骤的四步循环获得尤其好的结果。这样做的结果是发现可以很好地调节纳米线的最终厚度。在一个优选实施例中，在多个交替的第一和第二时间段中进行阳极刻蚀，从而形成多个沿纳米线长度交替排列的第一和第二区域。该实施例的一个优点是可以形成大量纳米线。更重要的优点是不必每一步骤都在表面提供新的掩模。还有一个优点是可以用具有有限数量的不同长度的纳米线制备分散系。优选制备长度小于5μm，更优选小于约3μm的纳米线分散系。尤其优选的是长度为0.3-1.0μm的纳米线的分散系。这些分散系的优点是它们日益增加的稳定性。现在发现具有约5μm长度的纳米线在没有稳定剂稳定的分散系保持稳定约1小时。如果该分散系是用于通过旋涂、印刷或类似技术在衬底表面提供纳米线，1小时的稳定时间在实践中是非常充分的。较短的纳米线特别是长度不超过1μm的纳米线，形成胶体稳定分散系。如果该分散系作为层提供，尤其是对于类似液晶材料的应用，这种分散系是我们所期望的。衬底材料尤其可以是GaAs、Si、InP或其它III-V或II-VI型半导体。在Si的情况下，既可以是n-型掺杂也可以是p型掺杂。在n型掺杂的情况下，曝光特别发生在第二表面，即背离具有刻蚀掩模的表面。如果在该第二表面存在P型亚层，则不一定如此。如果使用Si，该表面优选处于(100)晶面。然后可以通过预刻蚀制造金字塔形缺口。这些缺口的制造，例如，用KOH溶液刻蚀剂进行。金字塔形出现是因为在(111)方向基本不发生刻蚀。在另一个有趣的实施例中，在分散系中为纳米线提供期望材料的层。以从溶液提供到表面上的方式制备纳米线，并因此可以获得期望的功能特性。通过根据本专利技术的方法获得的纳米线具有大致介于立方体和圆柱体中间的形状，同时它们具有一定刚性。这意味着与它们的体积相比，它们具有相对大的表面积，这可以作为优势使用。这样得到的纳米线与球体相比具有大的表面积。与金纳米线相比，半导体材料纳米线，特别是硅纳米线，具有低成本和易加工的优势。纳米线优于材料作为层提供的优点在于纳米线存在于稳定分散系中，优选是基于例如水和乙醇的简单溶剂的分散系中。因此在表面提供材料对身体或环境不造成危险。纳米线与晶体相比，优点在于可以得到大量尺寸均匀的体并且它们具有良好的附着性。优选用溶胶-凝胶工艺提供想要得到的材料层。或者，可以这样提供所述层，即使盐淀积在纳米线的表面上，该盐以超过其溶度积的浓度引入到分散系中。因此纳米线可以同样好地用作晶核或作为选择性吸附体。如果材料包含，例如，发光基团，可以用涂敷工艺在物体表面提供发光颗粒。可以以在表面提供结构的模式来实现发光。如果提供磁性材料，可以增强介质的磁化率。也可以通过使用根据本专利技术的具有合适材料的表面层的纳米线来调节光学和电学性能。在一个优选实施例中，用溶胶-凝胶工艺提供材料。特别优选的修改是利用正硅酸乙脂(tetraethoxyorthosilicate)(TEOS)提供二氧化硅层，在该层化学结合着色剂-如异硫氰酸盐(isothiocyanate)。这种着色剂和氧化硅颗粒的结合本身由van Blaaderen and Vrij，Langmuir，8(1992)，2921-2931已知。这样的结合特别通过异硫氰酸盐和烷氧基硅烷(alkoxysilane)如(3-氨丙基(aminopropyl))-三乙氧基甲硅烷(triethoxysilane)的结合发生，因此反应产物添加到TEOS溶液中。该TEOS溶液与分散系充分混合。本专利技术的第二个目的是提供半导体材料的纳米线分散系，可以通过常用技术在衬底上提供该分散系。实现该目的在于这样的分散系可以通过根据本专利技术的方法得到。本专利技术的另一个目的是提供分散系或溶剂，利用该分散系或溶液，可以通过常用技术在表面上提供期望的材料。该目的用分散剂中的半导体材料纳米线分散系实现，该纳米线具有期望材料的表面层。该分散系的第一个优点是它也很适合粗糙表面或者以其它方式非平坦的表面。利用薄膜技术时这种表面可能保留部分不被涂敷，但是利用根据本专利技术的分散系获得比较好的分布，这是因为其略微更粗糙的稠度。该分散系的第二个优点是也可以用这样的方式在表面上或在可能有或没有粘性或可能固化或不固化的分散系中提供期望的材料，期望的材料与该表面原则上没有充分粘附，或它在该分散系中不稳定或不够稳定。此处的纳米线实际上是吸附期望材料的一个微小的载体。该分散系的第三个优点是作为组成部分的纳米线具有相对大的表面积，特别是当与球体相比时。利用其中纳米线的长度为0.3-1.0μm的分散系获得较好的结果，该长度更优选在给定误差范围内是均匀的。这样的分散系在没有任何另外的稳定剂的情况下也是稳定的。这特别适合于其中分散剂不去除并且纳米线不粘附到表面的应用。这样的应用是，例如，那些类似于液晶材料的应用，特别是对于产生由施加的电压或电流的变化控制的光学效应的应用。在此情况下该分散系还另外包含期望浓度的盐，由此可以优化纳米线的转换特性。由于其高折射率，半导体材料Si的纳米线特别适合于这种用途。其表面具有SiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造半导体材料纳米线的方法，包括步骤在由半导体材料构成的衬底表面上提供具有开口的图形化刻蚀掩模，这些开口具有基本均匀的间距；将具有刻蚀掩模的衬底放置在用于半导体材料的液体刻蚀剂中；在某个电流密度下进行阳极刻蚀以形成基本上平行的孔，这些孔的间距和刻蚀掩模中开口的间距相对应，使得所述孔的直径变得至少和所述孔的间距一样大，由此形成纳米线；氧化纳米线的表面，通过刻蚀去除所述表面；以及通过振动从衬底去除纳米线，其特征在于，在第一和第二时间段进行阳极刻蚀，这两个时间段对应于沿纳米线的第一和第二区域，从而使得刻蚀在第二时间段以比第一时间段中高的电流密度发生，以便所形成的纳米线在第一区域比第二区域有更大的直径，结果是去除时纳米线在第二区域断裂。2.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除发生在形成纳米线分散系的池中。3.权利要求1所述的方法，其特征在于，纳米线表面的氧化和去除步骤重复多次。4.权利要求1或3所述的方法，其特征在于，阳极刻蚀在多个交...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·A·M·范德米拉克，A·范布拉亚德伦，C·M·范卡特斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：