纳米结构体器件和用于制造纳米结构体的方法技术

一种用于在基板(102)上制造多个纳米结构体(101)的方法。所述方法包括以下步骤：在基板(102)的上表面上沉积底层(103)，所述底层(103)包含具有第一平均粒度的晶粒；在所述底层(103)的上表面上沉积催化剂层(104)，所述催化剂层(104)包含具有与所述第一平均粒度不同的第二平均粒度的晶粒，从而形成包含底层(103)和催化剂层(104)的层的堆叠体；将所述层的堆叠体加热至纳米结构体(101)可以形成的温度；和提供包含反应物的气体，以使得所述反应物与所述催化剂层(104)接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造纳米结构体的方法，并且涉及纳米结构体器件。
技术介绍
因为半导体器件持续缩小进入纳米领域，对用于取代传统器件和技术的新的和改进的纳米结构体的研究日益增多。在文献中已知很多制造纳米结构体的方法。例如，US7 687 876公开了一种用于制造纳米结构体的方法，其中在基板上沉积数个中间层，之后沉积从其上生长纳米结构体的催化剂层。通过多层堆叠体在基板与催化剂层之间的设置，可以将纳米结构体的形态学和电学性质调整为适于宽范围的多种应用。对于其中不需要大范围调整能力的特定应用，希望的是减少形成纳米结构体中所包括的工艺步骤的数目。专利技术概述考虑到以上情况，本专利技术的目的是提供一种用于制造纳米结构体的改进方法，并且特别是能够通过降低制造复杂性而减少成本的用于制造纳米结构体的方法。根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种用于在基板上制造多个纳米结构体的方法，所述方法包括:在基板的上表面上沉积底层，所述底层包含具有第一平均粒度的晶粒；在底层的上表面上沉积催化剂层，所述催化剂层包含具有与所述第一平均粒度不同的第二平均粒度的晶粒，从而形成包含底层和催化剂层的层的堆叠体；将所述层的堆叠体加热至纳米结构体可以形成的温度，并且提供包含反应物的气体，以使得所述反应物与催化剂层接触。本专利技术基于以下认识:在设置在基板上的具有少至两层的结构中，通过适当地选择设置在基板上的各层的粒度之间的关系，可以促进纳米结构体的生长。具有不同平均粒度的两层将给出不同的层的机械性质，更具体地，平均粒度上的差别将对层的应力性质具有影响。层中的应力可以依次影响晶体学性质和形态。此处，以使得催化剂层的表面性质促进纳米结构体生长的方式改变催化剂层的表面。此外，粒度上的差别将使得在两个相邻的层之间能够存在互相扩散。因为互相扩散可以改变互相扩散的层的晶体学性质，它还可能导致层中应力的变化，从而通过再结晶改变催化剂层表面的晶体学和形态学性质。纳米结构体的生长由它们从其上生长材料表面的晶体学结构和形态两者影响。因此，通过提供具有不同平均粒度的底层和催化剂层，可以获得使用少至两层促进纳米结构体生长的条件，从而取得降低的制造成本和工艺复杂性。基板可以用宽范围的材料中的任何一种制成。最常使用的是半导体系材料如硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、硅化物、AlGaAs, AlGaN或SiGe，但其他材料如任选地透明的基板(ΙΤ0、石英、玻璃、蓝宝石、钻石)、聚合物(聚酰亚胺、环氧树脂、PDMS, SU8、SAL6001)或任何金属、金属合金或绝缘体是可能的。作为底层，可以使用宽范围的绝缘、半导体或导体材料，并且作为催化剂层，可以优选地使用金属或金属合金如Fe、N1、NiCr、Au、Cu、Pt、Pd或Co。此外，使用基于Co的双金属作为催化剂也是可能的，这种双金属的实例是Co-V、Co-Fe, Co-N1、Co-Pt、Co-Y, Co-Cu和 Co-Sn。对沉积可用在底层和催化剂层中的绝缘、半导体或导体材料的薄膜，数种不同的沉积方法是可得的。在最普通的沉积方法中有溅射和不同的蒸发方法如电子束蒸发、热蒸发或电阻蒸发，但也可以使用其他方法如化学气相沉积(CVD)或电镀，只要将这些方法调整为获得所需的不同平均粒度即可。从现在起，当讨论粒度时，它总是指平均粒度。平均粒度可以使用数种不同的方法测量。一种简单的方式是，在材料上表面处或截面中的一个平面内的给定面积中数出颗粒的数量，从而计算定义了平均粒度的平均横断晶粒面积。根据该方法测量粒度面积可以有益地通过原子力显微镜(AFM)或透射电子显微镜(TEM)完成。在本申请的上下文中，催化剂层是包含在催化过程中起催化作用的材料或材料组合的层，其中化学反应在催化剂和至少一种反应物物种之间发生，导致纳米结构体从催化层生长。在催化过程中的典型反应是有机化合物的分解。在这种过程中，催化剂与有机化合物反应，通常形成随后给出由其形成纳米结构体的最终反应产物的中间物种。可以以蒸气、气体或作为载体气体中的组分的形式有益地提供反应物。纳米结构体的生长可以通过CVD方法，如远距等离子体增强CVD (RPECVD)、热CVD、金属-有机CVD (MOCVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、微波CVD、电感耦合等离子体CVD(ICPCVD)或本领域中已知的其他类型的CVD有益地进行。在本专利技术的一个实施方案中，第一平均粒度和第二平均粒度中最大的一个可以比第一平均粒度和第二平均粒度中最小的一个大至少10%。此外，在本专利技术的一个实施方案中，第一平均粒度(底层的)可以比第二平均粒度(催化剂层的)小。此外，底层和催化剂层可以优选地具有不同的材料组成。因为在底层与催化剂层之间的界面处的扩散主要沿着晶界或围绕晶界发生，底层中具有较小的粒度提高对扩散过程的控制，从而使得能够更好地控制催化剂层表面的晶体学性质和形态，以促进纳米结构体生长。因为该原因，通过控制不同层的粒度的受控扩散提供对催化剂层更大程度的控制。此外，可以在一层或多层的沉积的过程中、在一层或两层的沉积之后、或者在纳米结构体生长的过程中将杂质元素有益地引入至底层和催化剂层中的至少一层中。可以将杂质元素作为反应性自由基、作为离子或以蒸气的形式引入至气相中。有益引入杂质元素的方法可以包括，例如，在含有杂质元素的环境气体中退火以及离子轰击。这些杂质元素的实例包括H、N、O、C02、Ar、H2O蒸气或它们的组合。在材料沉积的过程中引入的杂质元素可以改变薄膜的生长动力学，这可以导致额外的应力，或者杂质可以改变沉积膜中的粒度分布，从而影响扩散性质。此外，杂质元素的引入也可以改变在其中引入了它们的材料的晶体结构，从而提供调整粒度和扩散性质的额外可能性。存在多种方式控制底层的平均粒度与催化剂层的平均粒度之间的关系。通常，通过溅射沉积的材料将具有比通过蒸发沉积的材料更小的粒度。因此，可能有益的是通过溅射沉积一个层并且通过蒸发沉积另一个层以获得粒度上的不同。作为实例，可以使用不同的沉积方法用于形成底层和催化剂层，以获得不同的粒度。在本专利技术的一个实施方案中，可以在纳米结构体生长之前将催化剂层图案化，提供仅在所需预定位置生长纳米结构体的选择。根据本专利技术的第二方面，提供了一种纳米结构体器件，所述纳米结构体包括:基板、安置在基板的上表面上的底层，所述底层包含具有第一平均粒度的晶粒；安置在所述底层的上表面上的催化剂层，所述催化剂层包含具有与所述第一平均粒度不同的第二平均粒度的晶粒，从而形成层的堆叠体；在催化剂层上沉积多个纳米结构体，其中每个纳米结构体包括:紧邻所述催化剂层的基底；尖端；和所述基底与所述尖端之间的主体。本专利技术的该第二方面的效果和特征很大程度类似于上文关于本专利技术的第一方面描述的那些。在本专利技术的一个实施方案中，在底层和催化剂层之间的界面处存在其中存在两层混合的该互相扩散区。可以通过使用测量方法如AFM或TEM或化学分析如EDX或XPS辨别互相扩散区。根据本专利技术的一个实施方案，具有较小粒度的层可以有益地由选自具有相对高的熔点的材料的组的第一材料制成，并且具有较大粒度的层可以优选地由第二材料制成，所述第二材料与第一材料不同，选自具有比第一材料的熔点低的相对低的熔点的材料的组。通常，由具有较低熔点的材料形成的层展现比由具有较高熔点的材料形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·沙菲奎尔·卡比尔，
申请(专利权)人：斯莫特克有限公司，
类型：
国别省市：