半导体材料中的长纳米结构阵列及其方法技术

本发明专利技术提供纳米线阵列及其方法。纳米线阵列包括多个纳米线。多个纳米线分别包括多个第一端和多个第二端。对于多个纳米线的每个，从多个第一端所选的对应第一端以及从多个第二端所选的对应第二端分开至少200μm的距离。多个纳米线的所有纳米线基本上相互平行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供纳米线阵列及其方法。纳米线阵列包括多个纳米线。多个纳米线分别包括多个第一端和多个第二端。对于多个纳米线的每个，从多个第一端所选的对应第一端以及从多个第二端所选的对应第二端分开至少200μm的距离。多个纳米线的所有纳米线基本上相互平行。【专利说明】
本申请要求2010年11月19日提交的共同转让的美国临时申请N0.61/415577的优先权，为了所有目的，通过引用结合到本文中。本文所述的工作部分由美国空军SBIR合同号FA8650-10-M-2031支持。因此，美国政府对本专利技术具有某些权利。本专利技术针对纳米结构。更具体来说，本专利技术提供半导体衬底中的长纳米结构阵列及其方法。仅作为举例，本专利技术应用于具有某些热电性质的硅中的长纳米线阵列。但是，大家会理解，本专利技术具有更广范围的应用性，包括但不限于用于太阳能电力、电池电极和/或能量储存、催化和/或发光二极管中。
技术介绍
热电材料是在固体状态并且没有移动部分的情况下例如能够在所施加温度梯度(例如塞贝克效应)下将可观的热能量转换为电力或者在所施加电场(例如珀尔帖效应)下抽吸热量的材料。固态热力发动机的应用是大量的，包括从无论是一次还是废热源的各种热源来发电，以及冷却诸如微芯片和传感器之类的空间或物体。部分由于具有增强热电性能(例如效率、功率密度或“热电优值”ZT，其中ZT等于S2O/k并且S是塞贝克系数，O是电导率，以及k是热电材料的热导率)的纳米结构材料的进步，并且还由于对于将废热作为电力回收以改进能量效率或者冷却集成电路以改进其性能的系统的增加需要，对使用包括热电材料的热电装置的关注近年来已经增长。至今，热电学因这些装置与实现能量生成或冷藏的相似手段的其它技术相比的较差成本性能而具有有限商业适用性。在其它技术通常不像热电学同样适合在轻便和低占用面积应用中使用的情况下，热电学然而常常受到其高昂成本限制。在商业应用中实现热电学的有用性方面重要的是包括高性能热电材料的装置(例如模块)的可制造性。这些模块优选地按照使得以最小成本确保例如最大性能的方式来产生。当前可用的商业热电模块中的热电材料一般由均是有毒、难以制造并且获取和处理成本高的碲化铋或碲化铅来组成。随着对备选能量产生和微型级冷却能力的当前强烈需要，高度可制造、低成本、高性能热电学的推动力正在增长。热电装置常常分为由诸如Bi2TejP PbTe之类的常规热电材料所构成的、电接触的和在冷藏(例如珀尔帖)或能量转换(例如塞贝克)装置中组装的热电分支。这常常涉及将热电分支接合到允许串联配置的电连接的配置中的金属触点，同时提供热并联配置，以使得同时建立跨所有分支的温度梯度。但是，许多缺点存在于常规热电装置的产生中。例如，与处理和组装外部构成的热电分支关联的成本常常较高。常规处理或组装方法通常使得难以制造许多热电应用所需的小型热电装置。常规热电材料通常是有毒且昂贵的。纳米结构常常指的是具有在纳米级(例如在0.1nm与IOOOnm之间)所测量的至少一个结构尺寸。例如，纳米线表征为具有一种截面面积，其中截面面积具有在纳米级所测量的对边距离(distance across),即使纳米线的长度可能相当长。在另一个示例中，纳米管或者空心纳米线的特征在于具有一种壁厚度和总截面面积，其中总截面面积具有在纳米级所测量的对边距离，即使纳米管的长度可能相当长。在又一个示例中，纳米孔表征为具有一种截面面积的空隙，其中具有在纳米级所测量的对边距离，即使纳米孔的长度可能相当长。在又一个示例中，纳米网是一种阵列(有时相互链接)，包括诸如纳米线、纳米管和/或纳米孔之类的多个其它纳米结构。纳米结构已经表明对于改进热电性能是有希望的。从热电材料来创建0D、1D或2D纳米结构在一些情况下可改进那种材料的热电发电或冷却效率，并且在其它情况下有时非常显著(100或以上的因子)。但是，在包括许多纳米结构的实际宏观热电装置中所需的纳米结构的对齐和标度方面存在许多限制。按照与硅和其它半导体的处理相似的方法来处理纳米结构的能力具有巨大的成本优点。因此，极大地期望改进用于使用诸如硅、其合金和其它适当半导体之类的不太昂贵并且较小毒性的材料来形成诸如纳米线或纳米孔之类的超长纳米结构的大阵列的技术。还极大地期望从具有有利电和热性质的材料来形成超长纳米结构的这些大阵列供热电装置中使用。
技术实现思路
本专利技术针对纳米结构。更具体来说，本专利技术提供半导体衬底中的长纳米结构阵列及其方法。仅作为举例，本专利技术适用于具有某些热电性质的硅中的长纳米线阵列。但是，大家会理解，本专利技术具有更广范围的适用性，包括但不限于用于太阳能电力、电池电极和/或能量储存、催化和/或发光二极管中。按照一个实施例，纳米线阵列包括多个纳米线。多个纳米线分别包括多个第一端和多个第二端。对于多个纳米线的每个，从多个第一端所选的对应第一端以及从多个第二端所选的对应第二端分开至少200 u m的距离。多个纳米线的所有纳米线基本上相互平行。按照另一个实施例，纳米结构阵列包括多个纳米结构。多个纳米结构分别包括多个第一端和多个第二端。对于多个纳米结构的每个，从多个第一端所选的对应第一端以及从多个第二端所选的对应第二端分开至少200 u m的距离。多个纳米结构的所有纳米结构基本上相互平行。多个纳米结构的每个包括半导体材料。按照又一个实施例，纳米线阵列包括多个纳米线。多个纳米线的每个包括在第一表面的第一端，以及第二端。第一端和第二端分开至少200 的第一距离。多个纳米线对应于第一表面上的第一面积。多个纳米线的所有纳米线基本上相互平行。按照又一个实施例，纳米结构阵列包括多个纳米结构。多个纳米结构的每个包括在第一表面的第一端以及第二端。第一端和第二端分开至少200 的第一距离。多个纳米结构对应于第一表面上的第一面积。多个纳米结构的所有纳米结构基本上相互平行。多个纳米结构的每个包括半导体材料。按照又一个实施例，用于形成纳米线阵列的方法包括:提供包括第一表面和一个或多个第二表面的半导体衬底；掩膜一个或多个第二表面的至少一个或多个部分，其中第一表面的第一部分外露；将金属化膜至少施加到第一表面的外露部分；使用第一蚀刻剂溶液至少经由第一表面的外露第一部分来蚀刻半导体衬底；以及形成第一批多个纳米线。第一批多个纳米线的每个包括在第三表面的第一端以及第二端。第一端和第二端分开至少200 μ m的第一距离。第一批多个纳米线对应于第一表面上的第一面积。第一表面上的第一面积基本上对应于第一表面的外露第一部分。第一批多个纳米线的所有纳米线基本上相互平行。根据实施例，可实现这些有益效果的一个或多个。参照以下详细描述和附图，能够全面理解本专利技术的这些有益效果以及各种附加目的、特征和优点。【专利附图】【附图说明】图1A是示出按照本专利技术的一个实施例的纳米线阵列的简化图。图1B是示出按照本专利技术的一个实施例的纳米孔阵列的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。图2A、图2B和图2C是示出按照本专利技术的某些实施例的多个纳米线的各种视图的示范扫描电子显微镜图像。图3是示出按照本专利技术的一个实施例、用于形成半导体衬底中的纳米线阵列的方法的简化图。图4A和图4B是示出按照本专利技术的某些实施例、如图3的方法所示的用于形成纳米线阵本文档来自技高网...

【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：明强·易，马修·L·斯卡林，加布里埃尔·马特斯，道恩·L·希尔肯，齐广·李，塞尔文·姆肯海恩，
申请(专利权)人：阿尔法贝特能源公司，
类型：
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