包括纳米结构的器件及其制造方法技术

一种制造器件(300，410-412)的方法，所述器件包括第一衬底(201)，所述第一衬底包括布置在所述第一衬底上的多组纳米结构(207)，其中每一组纳米结构是单独电学可寻址的，所述方法包括步骤：提供(101)具有第一面(202)的衬底(200)，所述衬底具有绝缘层(210)，所述绝缘层包括布置在所述衬底的所述第一面(202)上的绝缘材料，形成在所述绝缘层和所述衬底之间的界面；在所述第一衬底上提供(102)多个叠层(204)，所述叠层彼此间隔开，其中每一个叠层包括第一导电层(205)和第二导电层(206)，所述第一导电层包括第一导电材料，所述第二导电层包括与所述第一材料不同的第二导电材料，所述第二导电层布置在所述第一导电层上、用于催化纳米结构生长；在还原气氛中加热(103)所述第一衬底，所述第一衬底具有在其上布置的所述多个叠层，以使能所述第二导电材料上的纳米结构的形成；在气氛氛围下加热(103)所述第一衬底，所述第一衬底具有在其上布置的所述多个叠层，使得在所述第二层(206)上形成纳米结构(207)；其中选择所述绝缘材料和所述第一导电材料，使得在所述加热步骤期间，所述第一导电材料与所述绝缘材料相互作用以在每一个叠层(204)下面的所述绝缘层(201)内形成导电部分(208)，其中所述导电部分包括所述第一导电材料和所述绝缘材料和/或其反应加合物的混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括单独可寻址纳米结构束的电子器件及其制造方法。
技术介绍
碳纳米管(CNT)由碳原子的石墨烯片组成，所述碳原子的石墨烯片卷起成为柱体，所述柱体具有纳米范围的直径和纳米到厘米范围的长度。CNT可以是所谓的单壁纳米管(SWNT)，所述单壁纳米管具有单一石墨烯片的均匀柱体的结构。备选地，CNT可以是所谓的多壁纳米管(MWNT)，所述多壁纳米管由具有不同直径并且因此布置在彼此内部的多个SWNT组成，或者由围绕自身卷起多次从而实现多个层的单一石墨烯片组成。已知多种生产CNT的方法，包括例如电弧放电、激光消融和化学气相沉积(CVD)，其中CVD最常用于CNT的商业生产，典型地包括:准备具有金属催化剂(例如，铁、钴或镍)的衬底，随后在包括诸如氨气、氮气或氢气之类的工艺气体和包括碳源(例如乙炔、乙烯或乙醇)的气体的气氛下加热衬底。这样，在金属催化剂的表面生长了 CNT。可以通过改变反应条件来控制金属催化剂上CNT的朝向，使得产生垂直对齐的CNT，即CNT垂直于金属催化剂的表面而延伸。假定CNT具有高的机械强度和高热导率和电导率，已经提议了 CNT的许多潜在应用，包括例如传感器、氢存储介质、探针、半导体器件、场发射器件以及导电高强度合成物坐寸。与CNT的这种传统制造方法相关联的问题是难以对以下两者进行控制:在衬底上的特定位置处以预定朝向和配置的CNT生长，以及与诸如金属电极之类的其他材料的分界面。US6, 900，580B2公开了一种场发射器件和这种器件的制造方法，其中所述器件具有在衬底上平行对齐的CNT束，所述束只从利用催化剂材料构图的衬底区域延伸，从而提供了对于衬底表面上所述束的尺寸、形状和分布的精确控制，并且可以通过将构图的金属化线与所述束相连来单独地控制每一个束。然而，根据US6，900，580B2的制造CNT的方法冗长并且可能不是非常节省成本。因此，技术中需要促进CNT的制造以用在电子器件中。
技术实现思路
考虑到现有技术的上述和其他缺点，本专利技术的一般目的是为了提供一种制造包括纳米结构的器件的改进方法，具体地所述器件具有单独电学可寻址的纳米结构组。根据本专利技术，提出了一种制造器件的方法，所述器件包括第一衬底，所述第一衬底包括布置在所述第一衬底上的多组纳米结构，其中每一组纳米结构是单独电学可寻址的，所述方法包括步骤:提供具有第一面的衬底，所述衬底具有绝缘层，所述绝缘层包括布置在衬底的第一面上的绝缘材料，从而在绝缘层和衬底之间形成界面；在第一衬底上提供多个叠层，所述叠层彼此间隔开，其中每一个叠层包括第一导电层和第二导电层，第一导电层包括第一导电材料，第二导电层包括与第一材料不同的第二导电材料，第二导电层布置在第一导电层上以催化纳米结构生长；在还原气氛中加热上面布置有多个叠层的第一衬底，以使能第二导电材料上纳米结构的形成；在气氛中加热上面布置有多个叠层的第一衬底，使得在第二层上形成纳米结构；其中绝缘材料和第一导电材料被选择为使得在加热步骤期间，第一导电材料与绝缘材料起反应，以在每一个叠层下面的绝缘层内形成导电部分，其中导电部分包括第一导电材料与绝缘材料的混合物和/或其反应加合物。本专利技术是基于这样的认识:通过在绝缘层上提供至少第一层和第二层的叠层，可以在绝缘层内形成将每单独一组纳米结构电连接的导电部分，同时在相同的加热周期期间在具有绝缘层的衬底上生长纳米结构组，其中绝缘层包括绝缘材料，第一层和第二层分别包括第一材料和第二材料，第二层布置在第一层上，第一层布置在绝缘层上。第二材料被选择为在升高的温度下催化纳米结构的生长，而第一材料和绝缘材料被选择为使得第一材料是导电的并且在加热时与绝缘材料混合、扩散和/或反应从而产生导电和/或半导电混合物。这样，通过加热上面布置有这种叠层的衬底，可以产生多组纳米结构，其中纳米结构组下面的绝缘层的部分包括导电和/或半导电材料。因此，每一组纳米结构可以是单独电学可连接的。在本专利技术的场景中，术语“纳米结构”应该理解为具有纳米范围的直径或宽度的任意结构。这种纳米结构的示例包括但不限于碳纳米管、各种材料(例如ZnO)的纳米线和纳米棒以及碳纳米纤维。在本专利技术的场景中，术语“纳米结构组”应该理解为在衬底的一部分上彼此邻近(例如，从微米到亚微米)布置的多个纳米结构，该部分与包括纳米结构的衬底的其他部分分离，并且包括纳米结构组下面的导电部分。纳米结构组可以包括布置成束的纳米结构。纳米结构组可以与长度和宽度在纳米到微米范围内的衬底的部分相对应。另外，当对纳米结构组单独寻址时，通常对组中包含的所有纳米结构进行寻址。在本专利技术的实施例中，第一材料可以是导电或半导电的。因此，可以通过将第一材料扩散到第一衬底中来实现导电或半导电的导电部分。在本专利技术的实施例中，第一层的第一材料和绝缘层的绝缘材料可以被选择为使得可以通过它们之间的化学反应来实现导电或半导电材料。加热在其绝缘层上布置有叠层的衬底可以使第一叠层的第一材料扩散或者与第一衬底的绝缘材料的下面部分混合，从而可以依赖于第一材料的电学特性使这些部分导电或者半导电。附加地或者备选地，加热在其绝缘层上布置有第一材料的衬底可以引起第一材料与第一衬底的绝缘材料的下面部分反应，从而得到可以是导电和/或半导电的反应产物，在这种情况下第一材料不必须是导电或者半导电的以实现所述导电或者半导电部分。在本专利技术的实施例中，第一材料和绝缘材料被选择为使得可以通过将上面布置有叠层的第一衬底加热到100°c到1000°c优选温度范围内来实现第一材料到第一衬底的扩散和/或第一材料和绝缘材料之间的反应。根据本专利技术的一个实施例，优选地所述温度范围是在500°C和1000°C之间，更优选地在700°C和900°C之间，最优选地在750°C和800°C之间。在本专利技术的实施例中，第一材料和绝缘材料之间的热反应可以是氧化-还原反应，其中例如对第一材料进行氧化并且对绝缘材料进行还原。因此，所得到的反应产物可以包括氧化的和未氧化的第一材料以及还原的和为还原的绝缘材料。在本专利技术的实施例中，第一材料可以包括金属和/或其氧化物或氮化物。例如，第一材料可以是铝。在本专利技术的实施例中，绝缘材料可以是类金属(或半金属)的氧化物，例如二氧化硅。可以通过第一材料和/或绝缘材料的选择来控制导电部分的电学特性。因此，可以相对于绝缘材料来有利地选择第一材料，或者反之亦然，使得在对其加热时实现导电和/或半导电混合物。在示范性实施例中，第一材料可以是铝(A1)并且绝缘材料可以是二氧化硅(Si02)，在这种情况下第一材料和绝缘材料之间的相应反应混合物包括Al、Alx0y、Si02、Alx(Si02)y和Si，得到了具有导电(即A1)和半导电(即Si)电学性质的反应混合物。类似地，金(Au)也可以用于形成绝缘材料内的导电部分。另外，加热温度和/或诱导时间当然也可以改变，以便实现导电部分的所需电学性质。例如，通过改变温度，可以控制反应和/或扩散的速率，通过改变反应时间，可以控制反应和/或扩散的程度。每一个导电部分在第一衬底内的深度与由于第一材料扩散或者混合到绝缘层中和/或第一材料与绝缘层的绝缘材料的反应导致的第一材料在绝缘层中的渗透深度相关，因此可以通过例如改变包括第一材料的第一层的厚度和/或绝缘层的厚度、改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造器件(300，410?412)的方法，所述器件包括第一衬底(201)，所述第一衬底包括布置在所述第一衬底上的多组纳米结构(207)，其中每一组纳米结构是单独电学可寻址的，所述方法包括步骤：提供(101)具有第一面(202)的衬底(200)，所述衬底具有绝缘层(210)，所述绝缘层包括布置在衬底的第一面(202)上的绝缘材料，从而在绝缘层和衬底之间形成界面(203)；在第一衬底上提供(102)多个叠层(204)，所述叠层彼此间隔开，其中每一个叠层包括第一导电层(205)和第二导电层(206)，所述第一导电层包括第一导电材料，所述第二导电层包括与第一材料不同的第二导电材料，所述第二导电层布置在所述第一导电层上以催化纳米结构生长；在还原气氛中加热(103)上面布置有所述多个叠层的第一衬底，以使能第二导电材料上纳米结构的形成；在气氛中加热(103)上面布置有所述多个叠层(204)的第一衬底，使得在第二层(206)上形成纳米结构(207)；其中绝缘材料和第一导电材料被选择为使得在所述加热步骤期间，第一导电材料与绝缘材料起反应，以在每一个叠层(204)下面的绝缘层(201)内形成导电部分(208)，其中所述导电部分包括第一导电材料与绝缘材料的混合物和/或其反应加合物。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.29 EP 11171883.9;2011.06.29 US 61/502,3411.一种制造器件(300,410-412)的方法，所述器件包括第一衬底(201),所述第一衬底包括布置在所述第一衬底上的多组纳米结构(207)，其中每一组纳米结构是单独电学可寻址的，所述方法包括步骤:提供(101)具有第一面(202)的衬底(200)，所述衬底具有绝缘层(210)，所述绝缘层包括布置在衬底的第一面(202)上的绝缘材料，从而在绝缘层和衬底之间形成界面(203)；在第一衬底上提供(102)多个叠层(204)，所述叠层彼此间隔开，其中每一个叠层包括第一导电层(205)和第二导电层(206),所述第一导电层包括第一导电材料,所述第二导电层包括与第一材料不同的第二导电材料，所述第二导电层布置在所述第一导电层上以催化纳米结构生长；在还原气氛中加热(103)上面布置有所述多个叠层的第一衬底，以使能第二导电材料上纳米结构的形成；在气氛中加热(103)上面布置有所述多个叠层(204)的第一衬底，使得在第二层(206)上形成纳米结构(207)；其中绝缘材料和第一导电材料被选择为使得在所述加热步骤期间，第一导电材料与绝缘材料起反应，以在每一个叠层(204)下面的绝缘层(201)内形成导电部分(208)，其中所述导电部分包括第一导电材料与绝缘材料的混合物和/或其反应加合物。2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一材料和/或绝缘材料被选择为使得通过将上面布置有叠层(204)的第一衬底加热到100°C到1000°C温度范围内，来实现第一材料到第一衬底(201)中的扩散和/或第一材料与绝缘材料之间的反应。3.根据权利要求2所述的方法，其中，优选地所述温度范围是在500°C和1000°C之间，更优选地在700°C和900°C之间，最优选地在750°C和800°C之间。4.根据任一前述权利要求所述的方`法，其中，导电部分(208)是穿过所述绝缘层(201)形成的路径，使得每一组纳米结构(207)经由每一个电连接结是可电连接的。5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述方法还包括提供连接结构(210)的步骤，所述连接结构配置为经由相应的导电部分(208)来提供与每一组纳米结构(207)的第一电连接。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括提供包括连接结构(210)的第二衬底(209)的步骤，所述连接结构配置为经由相应的导电部分(208)来提供与每一组纳米结构(207)的第一电连接。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述叠层包括布置在第二层和第一层之间的中间层，其中所述中间层包括导电和/或半导电材料，每一个中间层与电源或感测装置电连接，从而提供与每一组纳米结构的第二单独可寻址电连接。8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，第一导电材料包括金属。9.根据任一前述权利要求所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦卡斯·哈立德，
申请(专利权)人：瓦卡斯·哈立德，
类型：
国别省市：