纳米结构和纳米线的制造方法及由其制造的器件技术

本发明专利技术涉及纳米结构和纳米线的制造方法及由其制造的器件。一维纳米结构具有小于约２００ｎｍ的均匀直径。这些发明专利技术的纳米结构，我们称之为“纳米线”，包括至少两种单晶材料的单晶同质结构和异质结构，所述单晶材料具有不同化学成分。由于单晶材料用于形成异质结构，因此得到的异质结构将也是单晶的。该纳米线异质结构一般基于半导电线，其中在纵向或径向、或者在这两个方向控制掺杂剂和成分，以便制造包括不同材料的线。得到的纳米线异质结构的例子包括纵向异质结构纳米线（ＬＯＨＮ）和同轴异质结构纳米线（ＣＯＨＮ）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
纳米结构和纳米线的制造方法及由其制造的器件本申请是申请日为2002年3月29日、申请号为2007100082590、专利技术名称为纳米结构和纳米线的制造方法及由其制造的器件的 专利申请的分案申请。相关申请的交叉参考 本申请要求在2001年3月30日申请的美国临时申请系列号 60/280676、在2002年1月15日申请的美国临时申请系列号60/349206 的优先权，这里引证这两篇文献供参考。关于同盟主办者调查或发展的状态 本专利技术是在由Deparment of Energy签定的合同号为 No.DE-AC03-76SF00098、由National Science Foundation授予的授权号 为DMR-0092086、由National Science Foundation授予的授权号为 CTS-0103609下由政府支持所做的。政府在本专利技术中具有一定权利。参考计算机程序附录 没有可适用的
技术介绍
1、 专利
本专利技术一般涉及纳米结构，特别涉及沿着线轴具有直径的基本上是 晶体的纳米线(nanowire)结构，它在直径上呈现最大变化的截面上以 少于约10%的量变化，并还具有小于约200nm的直径。纳米线结构可 形成为同质结构、异质结构、及其组合。2、
技术介绍
的说明如附图说明图1所示，在不同形式(例如热、电、机械和光学)之间有效地 转换能量的能力产生了任何现代经济的基础，并且是在科学和工程学 中发展的最公认的标记。例如，光电子学处理光学和电学形式之间的 转换，它己经放置了用于现代信息技术的很多方面的基础。热能和电能之间的转换是能量经济学的特点，其中在效率上有少量改进，并且 转换方法对节省金钱、能量储备和环境可能具有经济冲击。同样，电 化学能量转换处于很多现代机器和传感器的核心，已经发现在技术上 它们被广泛地使用。给定它的重要性，基本是询问纳米刻度科学和工 程学是否能在能量转换中担当任何角色。很清楚，鉴于连续寻求最小 化和提高器件效率，纳米刻度器件可以在能量转换中担当角色。相应 地，需要一种在一维无机纳米结构或纳米线基础上的高性能转换器件 的宽能谱。本专利技术满足了该需要以及其它需要，并克服了常规器件中 存在的不足。专利技术概述本专利技术一般涉及基本上为晶体的纳米结构，特别涉及具有沿着纵轴 的直径的一维纳米结构，该纳米结构在呈现直径上的最大变化的截面上不会改变超过约10%，并具有在最大直径的位置的小于约200nm的 直径。这些专利技术的纳米结构我们称之为纳米线，优选包括基本上单 晶同质结构以及在其间形成界面或结的至少一种基本上晶体材料和一 种其它材料的异质结构。根据本专利技术的异质结构还可包括同质结构和 异质结构的组合。在基本上是晶体的材料用于形成异质结构的情况下， 得到的异质结构将基本上为晶体。另外，根据本专利技术的纳米线可具有 各种横截面形状，包括但不限于圆形、正方形、矩形和六边形。异质结构可形成有任何数量的段，纵向和轴向的，其中相邻段基本 上为晶体或其中基本上是晶体的段与基本上不是晶体的材料相邻。根 据本专利技术的很多纳米线异质结构一般基于半导电线，其中掺杂剂和成 分在纵向或径向、或者在两个方向被控制，以便产生包括不同材料的 线。异质结构的段可以是各种材料，例如包括掺杂或本征的半导体材 料，并设置以形成具有结如pn、 p叩、叩n、 pin、 pip等的各种半导体 器件。借助其它例子，根据本专利技术的方案，当从纵向观看时纳米线可包括 不同材料，如可以是不同材料的交替或周期段或者是其中至少两段包 括不同材料的多段纳米线。我们将这种结构称为纵向异质结构纳米线 (LOHN)。例子将是LOHN，其中相邻段具有不同化学成分，如Si和SiGe。根据本专利技术的另一方案，纳米线将是同轴型结构，包括被第二材料 的套管包围的第一材料的芯。我们将这种结构称为同轴异质结构纳米 线(COHN)。限定根据本专利技术的纳米线异质结构的组成的基本上是晶体的材料 之间的结通常呈现高度的锐度。例如，根据本专利技术，这些材料之间的 界面可以制成为约一个原子层到约20nm的锐度。然而，由于根据本发 明的异质结构可包括纵向、同轴的或这两个方向上的多个段，因此还 可以形成这样的异质结构，其中一些结呈现高锐度，其它结不呈现高 锐度，这取决于特定应用和需要。此外，形成相邻段的材料的成分不 仅可以是锐利的或平缓的，而且通过控制形成异质结构的段的材料的 掺杂，可以具有段之间的锐利或平缓的掺杂剂过渡。在本专利技术的某些实施例中，本专利技术的纳米结构特别地排除包括碳纳 米管的结构和/或包括通常称为晶须或纳米晶须的结构。应该明白采用前述本专利技术的结构可以实现各种结构，其中有些结构 己经在前面介绍了。借助进一步的例子，但不限制，这些结构可包括 单结和多结LOHN、单结和多结COHN、 LOHN和COHN结构的组合、 两端子结构、N>2端子结构、异质结构和同质结构的组合、具有一个 或多个电极(也将是总体异质结构)的同质结构、具有一个或多个电 极的异质结构、具有绝缘体的同质结构、具有绝缘体的异质结构、等 等。还应该明白纳米线和端子之间的界面构成异质结。采用这些结构 和构造可制造各种器件，包括但不限于光子带隙器件、将电子限制在 特定区域内的量子点、热电器件(例如，固态冰箱和发动机)、光子器 件(例如纳米激光器)、纳米机电(MEM)器件(机电激励器和传感 器)、各种形式的能量转换器件，包括例如光向机械能或热能向光的转 换、以及其它器件。根据本专利技术的另一方案，已经研制了用于制造纳米线的工艺。特别 是，如果在群体内(within the populationh)的直径分布少于或等于约 50%rms，更优选少于或等于20%，最优选少于10%rms，本专利技术的这 个方案包括用于制造具有基本上单分散分布直径的大量纳米线异质结 构的工艺。本专利技术的另一方案包括用于形成具有基本上单分散分布长度的大量纳米线的工艺。大量纳米线被认为具有在长度分布中的单分散分布长度，其中数量少于或等于20%rms，更优选少于或等于10%， 更优选少于或等于5%、最优选少于或等于1%。本专利技术的进一步方案 包括用于纳米线的设计，允许大量成批地制造。本专利技术的另一方案包 括可由异质结构或同质结构形成的激光器件。本专利技术的其它目的和优点将体现在说明书的下列部分中，其中详细 说明是为了全面地公开本专利技术的优选实施例而不是限制本专利技术。附图简述通过参照附图将更全面地理解本专利技术，附图只是用于表示目的的图1是表示由根据本专利技术的l-D半导电和绝缘纳米线进行的能量各 种形式之间的转换的示意图。图2是根据本专利技术的具有在同质结构芯上的套管的同轴异质结构纳 米线(COHN)的示意透视图。图3是根据本专利技术的具有五个段(例如超晶格)的纵向异质结构纳 米线(LOHN)的示意透视图。图4是根据本专利技术的具有在同质结构芯上的分段套管的同轴异质结 构(COHN)的示意透视图。图5是根据本专利技术的具有分段芯(例如LOHN)的同轴异质结构 (COHN)的示意透视图。图6是根据本专利技术的具有分段芯(例如LOHN)和分段套管的同轴 异质结构(COHN)的示意透视图。图7是根据本专利技术的具有超晶格(例如LOHN)的同轴异质结构 (COHN)的示意透视图。图8是根据本专利技术的具有在同质结构芯(例如LO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米线，包括：　第一材料的芯，至少部分地被成分不同的材料的套管包围；　其中所述纳米线被配置成是从具有基本上单分散分布直径的纳米线的群体选择的；　其中在群体内的直径分布少于或等于约５０％ｒｍｓ。

【技术特征摘要】
US 2001-3-30 60/280,676;US 2002-1-15 60/349,2061、一种纳米线，包括第一材料的芯，至少部分地被成分不同的材料的套管包围；其中所述纳米线被配置成是从具有基本上单分散分布直径的纳米线的群体选择的；其中在群体内的直径分布少于或等于约50％rms。2、 如权利要求1所述的纳米线，其中所述芯和所述套管中的每个 包括半导体材料。3、 如权利要求1所述的纳米线，其中所述芯和所述套管中的至少 一个包括掺杂半导体材料。4、 如权利要求1所述的纳米线，其中所述芯和所述套管中的至少 一个包括基本上是晶体的材料。5、 根据权利要求1所述的纳米线，其中所述芯和所述套管中的至 少一个具有小于约200nm的直径。6、 如权利要求5所述的纳米线，其中所述芯和所述套管中的所述 至少一个的直径相对于所述芯或者套管的长度的变化不超过约10%。7、 如权利要求5所述的纳米线，其中所述芯和所述套管中的所述至 少一个具有范围从约5nm到约50nm的直径。8、 如权利要求1所述的纳米线，还包括连接到所述芯和所述套管中 的至少一个的电极。9、 如权利要求1所述的纳米线，其中所述芯包括Si，并且所述套管 包括Si/Ge。10. 如权利要求1所述的纳米线，其中所述纳米线从约一个原子层 到约20nrn范围内的距离上从所述芯向所述套管过渡。11. 如权利要求1所述的纳米线，其中所述芯和所述套管中的至少 一个包括基本上是单晶的材料。12. 如权利要求1所述的纳米线，其中所述套管包括基本上是晶体 的材料。13. 如权利要求12所述的纳米线，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：A马亚姆达，A沙科里，TD桑德斯，P杨，SS毛，RE拉索，H费克，H金德，ER韦伯，M黄，H严，Y吴，R范，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]