(57)【要約】【課題】なし【解決手段】一次元のナノ構造は、約２００ｎｍ未満の均一な直径を有する。“ナノワイヤー”と呼ばれる、かかる新規のナノ構造は、異なる化学的な構成を有する少なくとも２つの単結晶の物質のヘテロ構造と同様に、単結晶のホモ構造を含む。単結晶の物質がヘテロ構造を形成するために使用されるので、結果となるヘテロ構造は、同様に単結晶となるであろう。ナノワイヤーのヘテロ構造は、一般的に、異なる物質を含むワイヤーを生成する、ドーピング及び構成が縦若しくは放射方向の何れかで制御されるか、又は両方向で制御される、半導体ワイヤーに基づく。結果となるナノワイヤーのヘテロ構造の例は、縦のヘテロ構造のナノワイヤー（ＬＯＨＮ）及び共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）を含む。【選択図】図３
2010167560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の材料の第一のセグメント；及び
前記第一のセグメントに連結させられた組成的に異なる材料の第二のセグメント
：を含むナノワイヤーにおいて；
前記セグメントの少なくとも一つは、おおよそ２００ｎｍと比べてより少ない実質的に均一な直径を有すると共に；
前記ナノワイヤーは、直径の実質的に単分散の分布を有するナノワイヤーの集団から選択されたものであると共に；
前記集団内の直径の分布は、ｒｍｓのおおよそ５０％と比べてより少ない又はそれに等しいものである、
ナノワイヤー。
【請求項２】
請求項１に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第一のセグメントは、半導体材料のものである；と共に
前記第二のセグメントは、半導体材料のものである、
ナノワイヤー。
【請求項３】
請求項１に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第一のセグメントは、実質的に結晶質の材料のものであると共に、
前記第二のセグメントは、組成的に異なる材料のものである、
ナノワイヤー。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第一のセグメントは、ドープされた半導体材料を含むと共に；
前記第二のセグメントは、前記第一のセグメントに連結させられたドープされた半導体材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のナノワイヤーにおいて、
前記ナノワイヤーは、長さの実質的に単分散の分布を有するナノワイヤーの集団から選択されたものである、ナノワイヤー。
【請求項６】
請求項１又は３に記載のナノワイヤーにおいて、
前記ナノワイヤーは、おおよそ一つの原子の層からおおよそ２０ｎｍまでの範囲にわたる距離にわたって前記第一のセグメントから前記第二のセグメントへ移行する、ナノワイヤー。
【請求項７】
請求項１、３又は６に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第二のセグメントは、実質的に結晶質の材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項８】
請求項１に記載のナノワイヤーにおいて、
前記おおよそ２００ｎｍと比べてより少ない直径を有するセグメントの前記少なくとも一つの直径は、前記セグメントの長さにわたっておおよそ１０％と比べてより多いものだけ変動するものではない、ナノワイヤー。
【請求項９】
請求項８に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第一のセグメント及び前記第二のセグメントの各々は、半導体材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項１０】
請求項４に記載のナノワイヤーにおいて、
前記ドープされた半導体材料は、本質的にＩＩＩ−Ｖ族の半導体、ＩＩ−ＶＩ族の半導体、ＩＩ−ＩＶ族の半導体、並びに、それらの第三級のもの及び第四級のものからなる群より選択されたものである、ナノワイヤー。
【請求項１１】
請求項１、２、３、４、６又は８に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第二のセグメントは、前記第一のセグメントに縦方向に隣接したものである、ナノワイヤー。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、６又は８に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第二のセグメントは、前記第一のセグメントに同軸に隣接したものである、ナノワイヤー。
【請求項１３】
請求項１、２、３、４、６又は８に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第一のセグメントは、実質的に単結晶質の材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項１４】
請求項１、２、３、４、６又は８に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第二のセグメントは、実質的に単結晶質の材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項１５】
請求項１、２、３、４、６又は８に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第一の及び第二のセグメントは、ｐ−ｎ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項１６】
請求項１、２、３、４、６又は８に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第一の及び第二のセグメントは、ｐ−ｉ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項１７】
請求項１に記載のナノワイヤーであって、
前記第一の及び第二のセグメントの少なくとも一つに連結された第三の材料の第三のセグメントをさらに含むと共に、
前記材料の少なくとも二つは、組成的に異なる材料を含むと共に；
前記セグメントの少なくとも二つは、隣接したものである、ナノワイヤー。
【請求項１８】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記おおよそ２００ｎｍと比べてより少ない直径を有するセグメントの前記少なくとも一つの直径は、前記セグメントの長さにわたっておおよそ１０％と比べてより多いものだけ変動するものではない、ナノワイヤー。
【請求項１９】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記ナノワイヤーは、おおよそ一つの原子の層からおおよそ２０ｎｍまでの範囲にわたる距離にわたって前記セグメントの少なくとも一つから隣接したセグメントへ移行する、ナノワイヤー。
【請求項２０】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも二つは、縦方向に隣接したものである、ナノワイヤー。
【請求項２１】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第二のセグメントは、前記第一のセグメントに縦方向に隣接したものであると共に；
前記第三のセグメントは、前記第二のセグメントに縦方向に隣接したものである、
ナノワイヤー。
【請求項２２】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも二つは、同軸に隣接したものである、ナノワイヤー。
【請求項２３】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記材料の少なくとも一つは、実質的に結晶質の材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項２４】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも一つは、半導体材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項２５】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも一つは、ドープされた半導体材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項２６】
請求項１、２、３、又は１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記おおよそ２００ｎｍと比べてより少ない直径を有するセグメントの少なくとも一つは、おおよそ５ｎｍからおおよそ５０ｎｍまでの範囲にわたる直径を有する、ナノワイヤー。
【請求項２７】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも二つは、ｐ−ｎ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項２８】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも二つは、ｐ−ｉ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項２９】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも二つは、ｉ−ｎ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項３０】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントは、ｐ−ｎ−ｐ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項３１】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントは、ｎ−ｐ−ｎ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項３２】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントは、ｐ−ｉ−ｎ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項３３】
請求項１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントは、ｐ−ｉ−ｐ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項３４】
請求項１、２、３、４、６又は８に記載のナノワイヤーにおいて、
前記第一の及び第二のセグメントは、ｉ−ｎ接合を形成する、ナノワイヤー。
【請求項３５】
請求項１５、１６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３又は３４に記載のナノワイヤーにおいて、
前記ナノワイヤーは、半導体デバイスを含む、ナノワイヤー。
【請求項３６】
請求項１、２、３、４、６、８又は１７に記載のナノワイヤーであって、
前記セグメントの少なくとも一つに電気的に結合させられた電極をさらに含む、ナノワイヤー。
【請求項３７】
請求項１、２、３、４、６、８又は１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも一つは、本質的にＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、及びＶＩ族の元素並びにそれらの第三級のもの及び第四級のものからなる元素の群より選択された材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項３８】
請求項１、２、３、４、６、８又は１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも一つは、重合体のマトリックスに埋め込まれたものである、ナノワイヤー。
【請求項３９】
請求項１、２、３、４、６、８又は１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記セグメントの少なくとも一つの少なくとも一部分は、鞘によって覆われたものである、ナノワイヤー。
【請求項４０】
請求項３９に記載のナノワイヤーにおいて、
前記鞘は、非晶質の材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項４１】
請求項３９に記載のナノワイヤーにおいて、
前記鞘は、実質的に結晶質の材料を含む、ナノワイヤー。
【請求項４２】
請求項１７又は４１に記載のナノワイヤーにおいて、
前記実質的に結晶質の材料は、実質的に単結晶質のものである、ナノワイヤー。
【請求項４３】
請求項１、２、３、４、６、８又は１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記ナノワイヤーは、本質的に、フォノンバンドギャップデバイス、量子ドットデバイス、熱電のデバイス、フォトニックデバイス、ナノ電気機械的アクチュエータ、ナノ電気機械的センサー、電界効果トランジスタ、赤外検出器、共鳴トンネルダイオード、単一電子トランジスタ、赤外検出器、磁気センサー、発光デバイス、光変調器、光検出器、光導波路、光結合器、光スイッチ、及びレーザーからなるデバイスの群より選択されたデバイスの機能的な構成部分である、ナノワイヤー。
【請求項４４】
請求項１、２、３、４、５、８又は１７に記載のナノワイヤーにおいて、
前記ナノワイヤーは、ナノワイヤーのアレイの要素である、ナノワイヤー。
【請求項４５】
請求項４４に記載のナノワイヤーにおいて、
前記アレイは、配向させられたアレイを含む、ナノワイヤー。
【請求項４６】
請求項４４に記載のナノワイヤーにおいて、
前記アレイにおける前記ナノワイヤーの各々は、基体に対して実質的に法線方向の角度で配向させられたものである、ナノワイヤー。
【請求項４７】
請求項４４に記載のナノワイヤーにおいて、
前記アレイにおける前記ナノワイヤーの各々は、基体に対して法線方向ではないものである角度で配向させられたものである、ナノワイヤー。
【請求項４８】
請求項１、２又は３に記載のナノワイヤーにおいて、
前記ナノワイヤーは、本質的に、量子閉じ込め効果によって前記第一の及び第二の材料のバルクの特性に対して相対的に変更されたものである、電子的な性質、光学的な性質、物理的な性質、磁気的な性質及び化学的な性質からなる群より選択された特性を表示する、ナノワイヤー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にナノ構造に関し、より詳細には、直径での最大の変化を示すセクション上において約１０％未満で変化するワイヤー軸に沿った、約２００ｎｍ未満の直径を有する本質的に結晶のナノワイヤー構造に関する。かかるナノワイヤー構造は、ホモ構造、ヘテロ構造、及びそれらの組み合わせとして形成できる。
【背景技術】
【０００２】
図１に例示されるような異なる形態間で効率的にエネルギーを変換する性能は、すべての現代の経済のインフラストラクチュアを作成し、科学と技術の進歩において最も認識しうるシンボルのうちの１つである。例えば、光電子技術（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）は、現代の情報技術の多くの様相の基礎を築いた、光と電子形態との間の転換に対処する。熱エネルギーと電力との間の転換は、余分な効率の改善及び転換方法が、貯蓄、エネルギー貯蔵の両者、及び環境に対して、多大な影響を及ぼすことができる、エネルギー経済の証である。同様に、電子機械エネルギーの変換は、技術において広範囲に使用されている、多くの現代の機械及びセンサーの中心に位置する。その重要性が与えられて、ナノスケールの科学及び技術がエネルギー転換で役割を果たすことができるかどうかを疑問視することは当然である。明らかに、装置の小型化及び高効率の探究の継続を考慮して、ナノスケール装置はエネルギー転換に役割を果たすことができる。したがって、一次元の無機のナノ構造（ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）又はナノワイヤー（ｎａｎｏｗｉｒｅ）に基づいた高機能エネルギー転換装置のブロードなスペクトルを必要とする。本発明は、他と同様に、上に記載の必要を満たし、従来装置で固有の欠点を克服する。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は一般的に実質的に結晶のナノワイヤー構造に関し、より詳細には、直径の最大の変化を示すセクションにおいて約１０％以上は変化しない縦軸に沿った直径と、最大直径の点で約２００ｎｍ未満の直径を有する一次元のナノ構造に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
我々が“ナノワイヤー”と呼ぶこれらの進歩的なナノ構造は、インターフェース又は結合が形成される際に少なくとも一つの実際的な結晶物質と別の物質のヘテロ構造と同様に、好ましくは、実質的に単結晶のホモ構造を有する。本発明によるヘテロ構造はまた、ホモ構造とヘテロ構造の組み合わせを含むことができる。実質的な結晶の物質がヘテロ構造を形成するために使用される場合、結果となるヘテロ構造は、同様に実質的に結晶となるであろう。加えて、本発明によるナノワイヤーは、下記に限定しないが、円形、正方形、長方形及び六角形を含有する、様々な断面形状を有することができる。
【０００５】
ヘテロ構造は、隣接したセグメントが実質的に結晶であるか、又は実質的な結晶のセグメントが実質的に結晶でない物質に隣接している際に、縦に且つ同軸の両者で、任意の多数のセグメントで形成できる。本発明による多数のナノワイヤーのヘテロ構造は、一般に、半導体ワイヤーに基づいており、ドーピング及び構成は異なる物質を含むワイヤーを生じるために、縦方向若しくは放射状方向のいずれかの方向、又は両方向で制御される。ヘテロ構造のセグメントは、例えば、ドープされるか又は、ｐｎ、ｐｎｐ、ｎｐｎ、ｐｉｎ、ｐｉｐなどのような結合を備えた様々な半導体装置を形成するために本質的に配置された、半導体物質を含む様々な物質になり得る。
【０００６】
本発明の態様による、さらなる実施例の手法によって、ナノワイヤーは、縦方向に見る場合、少なくとも２つのセグメントが異なる物質を含むところで、異なる物質又は多重のセグメント化されたナノワイヤーの交替セグメント若しくは周期的なセグメントの場合になるような、異なる物質を含み得る。我々はこの配置を縦のヘテロ構造のナノワイヤー（ＬＯＨＮ）と呼ぶ。例は、隣接するセグメントがＳｉ及びＳｉＧｅなどの異なる化学的構成物を有する場合のＬＯＨＮとなるであろう。
【０００７】
本発明の別の態様によると、ナノワイヤーは、第二物質のジャケットによって囲まれる第一物質のコアを有する、共軸型構造であり得る。我々は、共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）と呼ぶ。
【０００８】
本発明によるナノワイヤーのヘテロ構造を定義する、構成的な実質的な結晶物質間の結合は、一般的に、高い度合いの鋭利さを表す。例えば、本発明と一致して、かかる物質間のインターフェースは、約２０ｎｍまで約１つの原子の層と同じくらい鋭利になることができる。しかしながら、本発明によるヘテロ構造が、縦、共軸のいずれか、又は両者の多重セグメントを有するために、数多の結合が高い度合いの鋭利さを表し、他のものは特定の適用及び必要性に依存しない、ヘテロ構造を形成することが可能である。さらに、物質の構成が鋭利又は徐々に隣接するセグメントを形成するだけでなく、物質のドーピングを制御することによって、ヘテロ構造のセグメントを形成し、セグメント間で鋭利又は徐々のドーパント推移を有することが可能である。
【０００９】
本発明のある実施態様において、この発明のナノ構造は、カーボンナノチューブを有する構造及び／又は“ウィスカー（ｗｈｉｓｋｅｒｓ）”若しくは“ナノ−ウィスカー（ｎａｎｏ−ｗｈｉｓｋｅｒｓ）”と共通に呼ばれるものを有する構造を明らかに除外する。
【００１０】
様々な形態が数多はすでに記載した、先の進歩性のある構造の使用によって達成できることが認識されるであろう。限定されないが、さらなる実施例の手法によって、それらの形態は、単一及び複数の結合ＬＯＨＮｓと、単一及び複数の結合ＣＯＨＮｓと、ＬＯＨＮ構造とＣＯＨＮ構造の組み合わせと、２つのターミナルの形態と、Ｎ＞２のターミナルの形態と、ヘテロ構造とホモ構造の組み合わせと、一つ以上の電極を備えるホモ構造（また、全体的にヘテロ構造である）と、一つ以上の電極を備えるヘテロ構造と、絶縁体を備えるホモ構造と、絶縁体を備えるヘテロ構造と、及び同様のものを含む。ナノワイヤーとターミナルとの間のインターフェースがヘテロ結合を構成することが認識されるであろう。様々な装置は、下記に限定はしないが、フォノンバンドギャップ装置と、特定のエリアで電子を制限する量子ドットと、熱電気装置（例えば、固体状の冷却装置及びエンジン）と、光子装置（例えば、ナノレーザー）と、ナノ電気機械（ＭＥＭ）装置（電気機械アクチュエータ及びセンサー）と、例えば、光を機械エネルギーに、若しくは熱エネルギーを光に変換することを含む様々な形態のエネルギー変換装置と、及び他の装置とを含む、構造と形態を使用して組み立てできる。
【００１１】
本発明の別の態様によると、ナノワイヤーを組み立てる工程が開発された。特に、本発明のかかる態様は、総数内の直径の分配が約５０％ｒｍｓ以下であるか、より好ましくは２０％以下であるか、最も好ましくは１０％以下である場合に、直径の実質的な単分散の分配でナノワイヤーのヘテロ構造の総数を成すための工程を含む。本発明のさらなる態様は、長さの実質的な単分散の分配でナノワイヤーの総数を形成する工程を含む。ナノワイヤーの総数は、総数内の分配での長さの単分散の分配が、２０％ｒｍｓ以下であるか、より好ましくは１０％以下であるか、さらにより好ましくは５％以下であるか、最も好ましくは１％以下であることを有するように考慮される。本発明のさらなる態様は、大量におけるバッチの組み立てを可能にする、ナノワイヤーの設計を含む。本発明の別の態様は、ヘテロ構造又はホモ構造のいずれかから形成できる、レーザー装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、一次元の半導体と本発明による誘電体ナノワイヤーによって可能になるエネルギーの異なる形態間の変換を例証する図である。
【図２】図２は、ホモ構造のコアに関するサックを有する本発明による共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）を概略する斜視図である。
【図３】図３は、５つのセグメント（例えば、スーパーラチス）を有する本発明による、縦のヘテロ構造のナノワイヤー（ＬＯＨＮ）を概略する斜視図である。
【図４】図４は、ホモ構造のコアに関するセグメント化されたサックを有する本発明による共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）を概略する斜視図である。
【図５】図５は、セグメント化されたコア（例えば、ＬＯＨＮ）を有する本発明による共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）を概略する斜視図である。
【図６】図６は、セグメント化されたコア（例えば、ＬＯＨＮ）及びセグメント化されたサックを有する本発明による共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）を概略する斜視図である。
【図７】図７は、スーパーラチス（例えば、ＬＯＨＮ）を有する本発明による共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）を概略する斜視図である。
【図８】図８は、ホモ構造のコア（例えば、ＬＯＨＮ）に部分的なサックを有する本発明による共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）を概略する斜視図である。
【図９】図９は、セグメント化されたコア（例えば、ＬＯＨＮ）に関する部分的なサックを有する本発明による共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）を概略する斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明によるｐｎへテロ接合を概略する斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明によるｐｎｐ、ｎｐｎ、ｐｉｎ、ｐｉｐへテロ接合を概略する斜視図である。
【図１２】図１２は、触媒としてＡｕナノクラスタ及び蒸気源としてＳｉＨ４を使用する本発明による一次元のＳｉナノワイヤーの蒸気−液体−固体（ＶＳＬ）型成長を例証する概略的な流れ図である。
【図１３】図１３は、ｐ型物質（ｐ−Ｓｉ（Ｂ））としてホウ素でドープされたＳｉ及びｎ型物質（ｎ−Ｓｉ（Ｐ））としてリンでドープされたＳｉを使用する本発明によるｐｎ型ＬＯＨＮを概略する側面図である。
【図１４】図１４は、本発明によるＳｉ／ＧｅＬＯＨＮを概略する側面図である。
【図１５】図１５は、本発明による共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）の電導バンド図である。
【図１６】図１６は、本発明による縦のヘテロ構造のナノワイヤー（ＬＯＨＮ）の電導バンド図である。
【図１７】図１７は、本発明によるＧａＡｓでキャップ化され、ＧａＳｂで自己アセンブルされた量子ドットにおけるバンドプロファイルの概略図である。
【図１８】図１８は、図１７でプロファイルされたＧａＳｂ／ＧａＡｓの自己アセンブルされた量子ドットにおける、特徴的なバリスティックな電子放射顕微鏡（ＥＥＥＭ）のスペクトルを示すグラフである。
【図１９】図１９は、本発明によるＳｉ／ＧｅＬＯＨＮの局地的な電気バンド構造を決定するＢＥＥＭ形態の概略図である。
【図２０】図２０は、Ｔ２の挙動が二次元でのフォノン制限を提示し、高温での熱伝導度における単調な増加がフォノンとフォノンの拡散の抑制を提示し、及び非常に長い（約１μｍ）平均のフリーパスの存在を提示し、温度機能として、多壁のカーボンナノチューブのバンドルの熱伝導度を示すグラフである。
【図２１】図２１は、２つのヒーター部分がブリッジ形成されるように２つのヒーター部分を越えて位置する多壁のカーボンナノチューブのバンドルを備えた、本発明による電子ビームのリソグラフィックで組立てられたワイヤーを含む２つのサスペンドされたヒーターを備えてなる小型に組み立てられた計測構造を使用して多壁のカーボンナノチューブの熱力測定を示すグラフである。
【図２２】図２２は、ナノワイヤーを横切って静電気の電位を測定する一方で、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）カンチレバープローブを使用して本発明による圧電性又はピロ電気のナノワイヤーの機械的移動を測定するための実験的なセットの概略図である。
【図２３】図２３は、パルスレーザーを使用してナノワイヤーのヘテロ構造のブロックごとの成長のための蒸気−液体−固体（ＶＬＳ）成長チャンバーを概略する側面図である。
【図２４】図２４は、図２３に示される成長チャンバーを使用して本発明による一次元のＳｉ／ＳｉＧｅスーパーラチス構造の蒸気−液体−固体（ＶＬＳ）型成長を例示する概略した工程の流れ図である。
【図２５】図２５は、本発明によるＳｉ／ＳｉＧｅスーパーラチスのナノワイヤーを概略する斜視図である。
【図２６】図２６は、本発明によるＳｉ／ＳｉＧｅスーパーラチスのナノワイヤー上のＧｅリッチの領域のエネルギー散布的なＸ線分光（ＥＤＳ）のスペクトルを示すグラフである。
【図２７】図２７は、本発明によるＳｉ／ＳｉＧｅスーパーラチスのナノワイヤーの成長軸に沿うＳｉ及びＧｅ構成部分からのＥＤＳ信号のラインプロファイルを示す図である。
【図２８】図２８は、本発明によるナノワイヤーの成長率と観察された直径との間の相関関係の例を示すグラフである。
【図２９】図２９は、Ｂｉ量子ウェル（２Ｄ）及び量子ワイヤー（１Ｄ）の規模でＺＴに依存した計算を例示するグラフである。
【図３０】図３０は、ポリマーマトリックスに埋め込まれたｎ又はｐでドープされた熱電気ナノワイヤーアレイの合成物に基づく本発明による熱電気装置の実施態様を概略する側面図である。
【図３１】図３１は、光放射のために形成された本発明によるナノワイヤーとポリマーの合成物アレイを概略する斜視図である。
【図３２】図３２は、本発明によるナノワイヤーに基づいた電子放射の発光ダイオード／レーザーダイオードの概略図である。
【図３３】図３３は、本発明による量子ドットを備えた縦のヘテロ構造のナノワイヤー（ＬＯＨＮ）を概略する斜視図である。
【図３４】図３４は、本発明による３ターミナルのナノワイヤー装置の実施態様の概略図である。
【図３５】図３５は、本発明による３ターミナルのナノワイヤー装置の第二の実施態様の概略図である。
【図３６】図３６は、本発明によるナノワイヤーに基づいて縦方向に形成された電気機械的な変換機の実施態様を概略する側面図である。
【図３７】図３７は、図３６の線３７によって得られた変換機の断面図である。
【図３８】図３８は、本発明によるナノワイヤーに基づいて横方向に形成された電気機械的な変換機の実施態様を概略する側面図である。
【図３９】図３９は、図３８の線３９によって得られた変換機の断面図である。
【図４０】図４０は、本発明によるサファイア基板で成長したＺｎＯナノワイヤーのＸ線回析（ＸＲＤ）パターンを示すグラフである。
【図４１】図４１は、ポンプ力を本発明によるサファイア上のＺｎＯナノワイヤーに増加させることに起因する放射スペクトルの展開を示しており、曲線ａが永続する閾値より低い励起強度でのスペクトルを示し、曲線ｂと挿入は、レーザー放射の閾値が超過した後のスペクトルを示すグラフである。
【図４２】図４２は、光ポンプ強度の機能として、本発明によるサファイア上のＺｎＯナノワイヤーから統合された放射強度を示すグラフである。
【図４３】図４３は、反射鏡として作用する当然に切子面のある２つの六角形の面を備える本発明による共鳴孔としてのサファイア上のＺｎＯナノワイヤーの概略図である。
【図４４】図４４は、周波数が３倍のモードロックのＴｉ：パルス励起のためのサファイアレーザー及び検出のためのｐｓ−解像度を備えたストリークカメラを使用して本発明によるサファイア上のＺｎＯナノワイヤーからのルミネセンスの衰退を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のさらなる目的と利点は、詳細な記載は、制限をせずに、発明の好ましい実施例を完全に示す目的の下記の明細書からもたらされるであろう。
【００１４】
本発明は、例示する目的だけの添付図を参照することによって、より完全に理解されるだろう。
【００１５】
１．イントロダクション
本発明は、我々が“ナノワイヤー”と呼ぶナノ構造の属を含む。本発明と一致するナノワイヤーは、一般的に、少なくとも一つの実質的な結晶物質のヘテロ構造と、インターフェース又は結合が物質間で形成される、他の一つの構成的に異なる物質とを含む。しかしながら、本発明によるナノワイヤーのヘテロ構造はまた、物質は同一であるが、異なる結晶配向を有するヘテロ構造を有する。さらに、本発明（ホモ構造又はヘテロ構造のどちらか）によるナノワイヤーの表面は、特定の化学的又は生物学的種を捕獲するために機能的にされ得る。実質的に結晶物質がヘテロ構造を形成するために使用される場合、結果となるヘテロ構造は、同様に、実質的に結晶になるであろうことが認識される。好ましくは、ヘテロ構造での少なくとも一つの物質は、実質的に単結晶である。この点に関して、物質が長期の範囲のオーダリング（ｏｒｄｅｒｉｎｇ）を示す場合、私たちは実質的な結晶として物質を呼ぶ。
【００１６】
好ましくは、本発明によるナノワイヤーは、かかるワイヤーの最大点において約２００ｎｍ未満の直径を有し、好ましくは、縦軸に沿ったかかる直径は、直径での最大変化を表すセクションの約１０％未満で変化する。追加として、本発明によるナノワイヤーは、下記に限定しないが、円形、正方形、長方形、及び六角形を含む、様々な断面の形状を有することができる。例えば、ＺｎＯナノワイヤーは六角形の断面を有し、ＳｎＯ２ナノワイヤーは長方形断面を有し、ＰｂＳｅナノワイヤーは正方形断面を有し、Ｓｉ又はＧｅナノワイヤーは円形断面を有する。各場合において、用語“直径”は、構造の断面の主軸と短軸との平均によって定義される、効果的な直径として参照されるように目的とする。
【００１７】
本発明のナノ物質が、基本のＶＳＬ成長技術によって形成される半導体“ウィスカー”として共通で参照されるものと基本的に異なることを認識すべきである。それら“ウィスカー”の成長の原因であるメカニズムは、約１μｍより大きい直径の半導体ワイヤーの生成に限定されることが理解される。
【００１８】
本発明の方法は、触媒のサイズが約１ｎｍ乃至約２００ｎｍの直径を備えたナノワイヤーを形成するために阻止される、ＶＬＳ成長の修正方法を記載する。量子制限効果により、それらの構造は、構造が形成されるバルクの半導体のボーア励起子半径より大きい、ウィスカーとは基本的に異なり、したがって問題の独特な構成を表わす。それらの物質の物理的、光学的、及び電子特性は、ウィスカーの特性がさらなる小型サイズに向かって単に推測される場合に達成されるよりも基本的に異なる。ナノワイヤーのサイズの範囲において、かかる物質は、独特で明白でない方法でのバルク物質とは異なる、問題の新規な形態を表す。ナノワイヤーと伝統的な“ウィスカー”との間の区別の重要性は認識されるべきである。ウィスカーは小型の“バルク”半導体ワイヤーとして機能し、それによって、標準のフォトリソグラフィック半導体処理技術によって形成されるワイヤーとして同一の機能性を提供する。しかしながら、本発明で記載されたナノワイヤーは、ナノワイヤーが形成されるバルク物質とは基本的に異なり、“ウィスカー”の特質とは特徴的に異なる、電子的及び光学的特質の両特質を表示する。
【００１９】
本発明によるナノワイヤーのヘテロ構造は、２つ以上の実質的な単結晶が、量子制限効果は新しく独特な方法で開発されるような手法で空間的に配置される形態を含む。このアプローチは科学的な発見への道を開くだけでなく、劇的にエネルギー転換技術を変化する有望な見通しを提示すると予想される。
【００２０】
本発明のある実施態様では、組み立ては、ここに記載される周知の蒸気−液体−固体（ＶＬＳ）化学的合成処理で容易になる。その基本の（無修正）ＶＬＳ処理は、参照としてここに組み入れられた、下記の文献、Ｗａｇｎｅｒ，Ｒ．Ｓ．，  “ＶＬＳ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ”，  Ｗｈｉｓｋｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｐｐ．４７−１１９  （１９７０）；  Ｗａｇｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ”，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．４．，  Ｎｏ．５，  ｐｐ．８９−９０  （１９６４）；  Ｇｉｖａｒｇｉｚｏｖ，Ｅ．，  “Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ａｓｐｅｃｔｓ  ｏｆ  ＶＬＳ  Ｇｒｏｗｔｈ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，  Ｖｏｌ．３１，  ｐｐ．２０  （１９７５）で詳細に記載される。基本の（無修正）ＶＬＳを用いて、約１μｍより大きい平均直径と５０％より大きい直径分配と多ミリメートルまでか又は多ミリメートルを越える長さを備える、変化に富んだ半導体物質（例えば、Ｓｉ，Ｇｅ，ＺｎＯなど）の単結晶のナノワイヤーを成長することが可能である。本発明は、約２００ｎｍ未満で、好ましくは約５ｎｍ乃至５０ｎｍの範囲の直径と、約１００ｎｍ乃至１００μｍの範囲の長さで、好ましくは約１μｍ乃至２０μｍの範囲の長さとを備えるナノワイヤーの構造を形成する方法を提供する。
【００２１】
さらに、半導体ナノワイヤーの直径が約５ｎｍ乃至約５０ｎｍの範囲まで減少された場合、電子と孔の量子制限は、すべてのナノワイヤーの、又はナノワイヤー内の１つ以上の領域の電子バンド構造の調節を可能にする。光子及び／又はフォノンのスペクトル並びに有効寿命の両者は著しく修正することができるので、そのような制限はさらに強くナノワイヤーでの光子及び／又はフォノンの移動に影響を及ぼし得る。表面エネルギーの重要性とナノワイヤー合成での成長の異方性はまた、ナノワイヤーの形状で安定しているが、バルクにおいて、又は薄膜のように準安定の相を合成する可能性を与える。したがって、独特な相及び特質を備える物質は、かかる手法で生成できる。
【００２２】
２．ナノワイヤーのヘテロ構造
図２及び３を参照するに、本発明の態様は、別のヘテロ構造及び装置のためのビルディングブロックとして下記の２つのナノワイヤーのヘテロ構造を含み、それらは、（ｉ）共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮ）１０と、（ｉｉ）縦のヘテロ構造のナノワイヤー（ＬＯＨＮ）１２とを含む。図２に示される実施例において、ＣＯＨＮ１０は、結合１８が異なる物質間に形成される構造的に異なる物質のサック１６によって囲まれる、実質的に結晶コア１４を含む。サック１６は実質的に結晶であり得るか、又は、非晶質か、ポリマーか、半導体か、酸化物或いは同様のものであり得る。図３に示された実施例において、ＬＯＨＮ１２は、結合２４が異なる物質間に形成される構造的に異なる物質の少なくとも一つの他のセグメント２２に隣接する、実質的に結晶物質の少なくとも一つのセグメント２０を含む。
【００２３】
本発明によるヘテロ構造は、縦方向及び共軸の両者で多数のセグメントで形成でき、様々な形態の数多は下記に記載される。
【００２４】
例えば、図３は、追加的なセグメント２６、２８、及び３０のスーパーラチス（ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ）を示し、それによって、ヘテロ構造が２つの隣接するセグメントだけに制限されないことを例示している。しかしながら、少なくとも２つのセグメントは、ヘテロ構造となるために、構造的に異なる物質を含むべきであることが認識される。“構造的に異なる”ことによって、（ｉ）物質が異なる化学的構成（本質的であるか、若しくは、ドープされたか）を有するか、又は（ｉｉ）物質が異なる結晶方向（例えば、同一物質であるが、異なる結晶の配向）を有することを意味する。ナノワイヤーのヘテロ構造は、少なくとも２つのセグメントが異なる物質を含む際に、異なる物質若しくは多数のセグメントのナノワイヤーの交互のセグメント若しくは周期的なセグメントの場合になる、縦方向に見る場合では、構造的に異なる物質を含み得る。隣接するセグメントが異なる構成部分を有するＬＯＨＮの例は、セグメントＳｉＧｅに隣接するＳｉのセグメントであるだろう。
【００２５】
図４乃至図７は、追加的なセグメントを有するＣＯＨＮｓの様々な例を例示する。例えば、図４はコア３４と、第一及び第二セグメント３６，３８をそれぞれ含む、サックを有するＣＯＨＮ３２を示す。図５は、サック４６によって囲まれた、第一及び第二セグメント４２，４４をそれぞれ含む、コアを有するＣＯＨＮ４０示す。図６は、第一及び第二のコアセグメント５０、５２をそれぞれ含むコアと、第一及び第二のサックセグメント５４，５６をそれぞれ含むサックとを有するＣＯＨＮ４８を示す。図７は、サック７２によって囲まれたセグメント６０、６２、６４、６６、６８、７０のスーパーラチスを含むコアを有するＣＯＨＮ５８を例示する。サックは結晶又は非晶質になり得、ポリマー、半導体、酸化物など同様の物質を含むことができる。加えて、ＣＯＨＮｓは複数のサック層を有することができることを注意する。
【００２６】
ある実施態様において、ＣＯＨＮｓは，単一セグメントのナノワイヤー又はＬＯＨＮを部分的にコーティングすることによって形成できる。例えば、図８は、サック７８によって部分的にのみ囲まれた単一のセグメントコア７６を有するＣＯＨＮ７４を示す。図９は、セグメント８２，８４を含むＬＯＨＮコアを有するＣＯＨＮ８０を示し、コアはサック８６によって部分的にだけ囲まれる。代替として、コアは、部分的なサックを備えるスーパーラチスを含む。サック部分は同様にセグメント化されて、さらにサックのセグメントは隣接するか、又は間隔が離れるであろうことを注意する。従来のマスキング技術を用いてかかるサックの形態が達成されて、それらの形態がここに記載のナノワイヤー構造に基づきわずかに可能な形態を表すことを当業者は認識するであろう。
【００２７】
先の記載から、ヘテロ構造のセグメントが、例えば、ドープされたか、又はドープされず（つまり、純粋な固有の半導体）、ｐｎ、ｐｎｐ、ｎｐｎ、ｐｉｎ、ｐｉｐなどの結合を備える様々な半導体を形成するために配置された半導体物質を含む、様々な物質を含むことができることを認識されるであろう。ある実施態様において、物質は従来の手法でドープできる。例えば、Ｂ，Ｐｈ，Ａｓ，Ｉｎ及びＡｌなどの従来のドーパントが使用できる。ナノワイヤーとドーパント物質の両者は、グループＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩなどから選択でき、酸化物と同様に第三級及び第四級を含むことができる。
【００２８】
本発明の一つの新規性の態様は、ナノ構造が“均質にドープ”（つまり、ドーパント分子は微視的に均質な手法で分散されるようにドープされる）できないように共通して信じられている一方で、ドーパント分子が均質的に物質全体にわたって分配されるのであれば、予期されたように物質は導くので、本発明の物質は、あたかも均質なドーピングが実行されるように操作することである。この結果は、予期されなかった。なぜなら、ナノワイヤーの高温度及び小型サイズは、すべてのドーパント分子がワイヤーの表面にアニールされ、ここでドーパント分子が“均質にドープされた”半導体の電子特性を複製するよりもトラップサイト（ｔｒａｐ  ｓｉｔｅｓ）の手法で振舞うことを提案するためである。
【００２９】
多くの実施態様において、本発明は、下記に限定しないが、型ＩＩ−ＶＩ半導体と、型ＩＩＩ−Ｖ半導体と、型ＩＩ−ＩＶ半導体と、及び同等な物とを含むグループから選択される一つ以上のドープされた半導体を含むナノワイヤーのヘテロ構造を熟考する。
【００３０】
本質的に、任意の半導体物質とその合金は、本発明によるナノワイヤーのヘテロ構造で隣接する物質として使用できる。例えば、図１０は、ｐｎ結合装置８８である、ナノワイヤーのヘテロ構造８８を概略して例示する。図１１は、ｐｎｐ、ｎｐｎ、ｐｉｎ、ｐｉｐなどの結合装置である、ナノワイヤーのヘテロ構造９０を概略して例示する。本発明による多くのナノワイヤーのヘテロ構造は、一般的に半導体ワイヤーに基づいており、構成的に異なる物質を含むワイヤーを生じるために、ドーピング及び構成は縦方向若しくは放射方向のいずれかの方向、又は両方向で制御される。
【００３１】
上に示されるように、本発明によるヘテロ構造では、少なくとも一つのセグメントは、特にその物質のコアでは実質的に結晶である、物質を含む。ナノワイヤー表面の酸化物は、ナノワイヤーのコアの実質的な結晶のオーダリングを破壊せずに非晶質である。加えて、ナノクリスタルは、本質的な長い範囲のオーダリングを破壊せずに、欠損、原子の代用、ある混乱及び前述の組み合わせを含むことができる。一般的に、物質が実質的な長い範囲のオーダリング（例えば、約１００ｎｍの距離にわたるオーダリング）を示す限りでは、実質的に結晶で、及び／又は、実質的に単結晶であるものと見なされる。物質が長い範囲のオーダリングを示す限りでは、物質は本発明により実質的に結晶であると考慮される。好ましくは、断面の中心から外に向かう物質の少なくとも内部の２０％は、実質的に単結晶である。シリコンのナノワイヤーの場合、エピタキシャル成長が好まれる（つまり、蒸気からシリコンを沈殿することによるシリコンウェハー上のシリコンのための単結晶成長）。
【００３２】
本発明によるナノワイヤーの直径は、一般的に、直径の最大点において約２００ｎｍ未満であり、好ましくは、約５ｎｍ乃至５０ｎｍの範囲である。加えて、同じ処理で合成されたワイヤーの全体にわたる直径における変化は、直径の分配が典型的に約５０％未満、好ましくは約２０％未満、より好ましくは約１０％未満であるように、比較的鋭い。ナノワイヤーの断面が円形でない場合、本開示での用語“直径”は、ナノワイヤーの縦軸に垂直な平面を備え、ナノワイヤーの断面での主軸と短軸の長さの平均を意味する。
【００３３】
ある実施態様において、本発明によるナノワイヤーは、一般的に末端から末端までの直径の高い均一性を表す。より詳細には、ナノワイヤーのセクション上に、直径での最大の変化が好ましくは約１０％を越えず、より好ましくは約５％を越えず、さらにより好ましくは５％を越えないことを示す。直径の変化は、（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）／（ｄｍｉｎ）によって与えられると考慮されてよい。ナノワイヤーの末端が、おそらく無限の傾斜を表す、直径の鋭い変化を含み、上に記載の測定がナノワイヤーの末端から離れた位置であることが考慮されることを当業者によって認識されるべきである。好ましくは、測定は少なくとも５％で末端から分離された位置で成され、より好ましくはワイヤーの全体の長さの少なくとも１０％である。ある実施態様において、直径の変化は、ナノワイヤーの全長の約１％から好ましくは約２５％まで、より好ましくはナノワイヤーの全長の約７５％まで、さらにより好ましくはナノワイヤーの全長の約９０％までの範囲でのナノワイヤーの長さにわたって評価される。
【００３４】
本発明によるナノワイヤーのヘテロ構造を定義する構成的に異なる実質的な結晶物質間の結合は、一般的に、鋭さの高い度合いを表す。例えば、本発明と一致して、かかる物質間の変化領域は、ナノワイヤーの全体の側面の長さに対する約１つの原子の層と同じくらい鋭く作ることができる（つまり、ワイヤーの長さに沿う一連の変化する合金）。典型的には、変化は比較的鋭利になるべきであるが、しかしながら、変化は単一の原子層と約５０ｎｍとの間の期間であるかもしれない、より好ましくは、単一の原子層と約２０ｎｍとの間の期間であるかもしれない。
【００３５】
ＬＯＨＮの場合での変化（変化領域）の長さを評価する目的において、第一物質から第二物質へ変化する変化領域の開始は、第一物質から第二物質へ移動する縦軸に沿ったポイントとして定義できる。ここで、第一物質の物質構成（例えば、ドーパント濃度及び／又は基部の物質構成）の偏差は、約２０％未満であり、より好ましくは約１０％未満であり、さらにより好ましくは約１％未満である。第一物質から第二物質まで変化する変化領域の末端は、第一物質から第二物質まで移動する縦軸に沿ったポイントとして定義でき、第二物質の構成（例えば、ドーパント濃度及び／又は基部の物質構成）と比較されるポイントでのナノワイヤーの物質構成の偏差は、約２０％未満であり、より好ましくは約１０％未満であり、さらにより好ましくは約５％未満であり、最も好ましくは１％未満である。ＣＯＨＮの場合では、変化領域の開始と終了は、ナノワイヤーの中心から放射状の構成の機能として測定される。いずれの場合でも、変化領域は、実質的な結晶及び好ましくは実質的な単結晶物質から構成的に異なる物質までの変化を表すべきである。しかしながら、本発明によるヘテロ構造が縦若しくは共軸の何れか又は両者で複数のセグメントを含むことができるので認識されるべきである。特異的な適用及び要求に依存するとして、数多の結合が高い度合いの鋭さを表し、一方で他は表さない、ヘテロ構造を形成することがさらに可能であることをさらに認識されるべきである。さらに、隣接したセグメントを形成する物質の構成が鋭利であるか又は緩和であるだけでなく、ヘテロ構造のセグメントを形成する物質のドーピングのコントロールによって、セグメント間の鋭利であるか又は緩和なドーパント推移を有することが可能である。
【００３６】
図２を参照するに、ＣＯＨＮでの物質１４及び１６のバンド構造が選択されて、モジュレーションドーピングを達成でき、それによってドーパント原子はサック１６に残存し、キャリアは一般的にコア１４内に制限される、これは、減少されたドーパント及びコーティングされていないナノワイヤーで観察されるインターフェーススキャタリングによる、非常に高い電子の移動性を提供する。これは、半導体の二次元のヘテロ構造によって生成された二次元（２Ｄ）の電子ガスの一次元（１Ｄ）形態である。かかる一次元の電子ガスは活用可能であり、例えば、高機能の熱電気及び光子装置において、電子の移動性は需要な役割をする。
【００３７】
３．ナノワイヤー合成
ナノワイヤーなどの大きさを減少したナノ構造は、基本的に興味深く、技術的に重要である。さらに、ナノワイヤーの合成は、一次元制御での困難さのために、物質の科学者にとって多大な挑戦である。カーボンナノチューブはまた、異なる構成のナノロッドを比較するためにテンプレートとして使用できる。さらに、金属又は半導体のナノロッドを生成するために膜のテンプレートを使用する努力がある。しかしながら、それらのナノロッドは、ほとんどがポリクリスタルであり、それらの潜在的な利用性を部分的に限定する。かかる一次元のシステムのための明確な構造−特質の相関性を得るために、一定のサイズ及び縦横比を備えた単結晶のナノワイヤーの合成のための一般的で予言的な方法論を展開することが必要である。
【００３８】
３．１  ＶＬＳメカニズム
本発明のナノワイヤーとナノワイヤーのヘテロ構造は、様々な幅広い方法によって合成できる。しかしながら、好ましい実施態様において、ナノワイヤーは、修正された蒸気液体固体（ＶＬＳ）処理を活用して合成される。かかる処理は、ここに提供される実施例で詳細に記載され、具体的な処理の多くの修正が熟考されて、本発明の範囲内にある。
【００３９】
上の合成アプローチとは対照的に、蒸気液体固体（ＶＬＳ）処理は、単結晶の一次元のナノ物質を化学的に合成するために非常に強力な方法である。ミクロンサイズのウィスカーと様々な構成部分を備える最近のナノワイヤーを生成するためにすでに使用されているこの処理は、単結晶のナノウィスカーの一次元の成長が後続する、ナノサイズ化された触媒の液体におけるガス反応物の溶解を含む。触媒は、平衡位相図の分析に基づき、容易に選択できる。
【００４０】
例１
図１２の概略図を参照するに、Ｓｉ（１１１）基板１００上のＳｉナノワイヤーの成長プロセスの例が例示される。この実施例において、ＳｉＨ４ガス１０２は、触媒としてのＳｉ蒸気源及びＡｕナノクラスタ１０４として活用される。化学蒸着（ＣＶＤ）は、好ましくは約６００℃乃至約８００℃で実行される。この温度で、Ａｕナノクラスタ１０４はＳｉを伴う液体合金を形成し、同時にナノメートルサイズのＡｕ−Ｓｉ合金の小滴１０６に分割される。次に、Ｓｉは連続して、Ｓｉナノワイヤー１０８の成長がシリコンによって金の過飽和で開始される、Ａｕ−Ｓｉ合金の小滴に沈着する。プロセスは、ナノワイヤー１０８が所望の長さに達成するまで続けられる。ナノワイヤーは、従来の化学蒸気移動／化学蒸着（ＣＶＴ／ＣＶＤ）システムにおけるかかる機能を活用してＳｉ、Ｇｅ、及びＺｎＯから成功裏に調製される。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びＸ線回折（ＸＲＤ）研究は、無機ナノワイヤーが好ましい成長方向（例えば、Ｇｅの〔１１１〕）を有する単結晶であることを示している。かかるナノワイヤーの直径は、約２００ｎｍ未満の直径で正確に制御できる。好ましくは、直径は、約１００ｎｍ未満で制御され、より好ましくは約５０ｎｍ未満、さらに最も好ましくは、約２５ｎｍ、１５ｎｍ、又は１０ｎｍ未満で制御される。単分散の直径分配を備え、及び異なるサイズ（例えば、約１ｎｍ乃至約１０ｎｍ、より一般的には、約５ｎｍ乃至約１００ｎｍ）を備えた触媒のナノクラスタ（例えば、Ａｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ）の使用によって、かかるナノワイヤーは容易に生成できる（例えば、約５ｎｍ乃至約２００ｎｍ、さらに最も一般的には約１０ｎｍ乃至５０ｎｍの範囲の直径を有する。）。かかる触媒は、Ｓｉ基板（例えば、他の望ましい物質からなるＳｉ基板又は基板）上に分散されるか、又は、メスポラスなシリカ膜（例えば、他の望ましい物質からなるＳｉフィルム若しくは代替フィルム）の最上部に分散される。ナノワイヤーの縦横比は、約１．５又は２から１，０００，０００オーダーまで、さらに一般的には約１００から１００，０００まで、異なる成長時間を用いることによって変化できる。
【００４１】
基板１００のナノワイヤーの位置は、触媒をパターン化する任意の便利な方法により制御できる。様々なスパッタリング及び制御された沈着技術に限定されないが、かかる方法は、追加的な方法及びそれら方法の組み合わせに沿った、様々なリソグラフィックなマスキング及び／またはエッチング技術を含む。ある実施態様において、ナノワイヤーアレイは、基板上で薄膜の触媒をリソグラフィックなパターン化によって、及び各小滴が個々のナノワイヤーにおいて触媒として作用する、複数の小滴に膜が溶解するまで膜を加熱することによって組み立てできる。
【００４２】
さらに、基板物質はＳｉに限定されないか、又は、単一物質にも限定されず、サファイアなどの絶縁体は基板として使用できる。一般的に、適切な触媒で可溶であるか、又は懸濁できる任意の物質は、本発明の方法によってナノワイヤーの形成に活用されてよい。かかる物質は、下記に限定されないが、グループＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、及びＶＩ物質又は前述に列記した合金を含む。
【００４３】
金属の触媒は、同様にＡｕ以外の物質となり、さらに単一物質に限定される必要はない（例えば、様々な合金物質の使用が考慮される。）。実施例の手法によって、ＧａＮナノワイヤーは、Ｎｉ触媒とＧａ及びＮＨ３の蒸気を使用して、Ｃ−サファイア基板に組み立てできる。ここで、好ましい成長は（００２）方向であるだろう。さらに、ナノワイヤーは、ＭｎＯ２及びＣの混合物の使用によってＭｎでドープされる。同様に、Ｇａ（Ｃｏ）Ｎナノワイヤーは、Ｎｉ触媒を使用して成長でき、Ｃサファイア基板にＧａとＮＨ３の使用は、Ｃｏ３Ｏ４とＣ混合物によってＣｏでドープする。ＧａＮナノワイヤーはまた、Ｎｉ触媒、Ｃサファイア基板及びＧａ２Ｏ３とＣ混合物を使用して成長できる。合金化されたＧａ−Ｎ−Ｚｎ−Ｏナノワイヤーは、Ｎｉ触媒、Ｃサファイア基板及びＧａとＮＨ３の使用によって成長でき、ＺｎＯとＣ混合物による層となる。
【００４４】
例２
高温ＴＥＭは、インサイチュでＧｅナノワイヤーの成長を観察するために使用された。ここで、少数のＧｅ粒子は、Ａｕクラスタと共にＴＥＭグリッドに分散され、サンプル段階が真空チャンバーで加熱される場合にＧｅ蒸気源として役立った。Ｇｅ蒸気凝縮プロセスでの液体小滴のサイズの増大はこれに続けられた。小滴がＧｅ構成物で過飽和である場合、Ｇｅナノワイヤーは合金の小滴から吐き出し（放出され）、成長を開始する。ナノワイヤーのリアルタイムの観察は、図１２で示されるメカニズムを直接反映する。
【００４５】
かかる観察に基づき、ナノワイヤーの成長制御の数多の態様は直ちに明白である。
【００４６】
（１）異なる構成物（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＣｄＳｅ、ＧａＮ、ＡＩＮ、Ｂｉ２Ｔｅ３、ＺｎＯ及びその他）を備える無機ナノワイヤーは、適切な金属触媒と、ガスプレカーサーと、及び反応温度を使用して合成できる。後者は、第２級又は第三級相の図を検査することによって決定できる。
【００４７】
（２）Ｂ、Ｐｈ、Ａｓ、Ｉｎ及びＡｌなどの従来のドーパントが使用できる。
【００４８】
（３）物質は型ＩＩＩ−Ｖ、ＩＩ−ＶＩ、ＩＩ−ＩＶなどから選択でき、酸化物と同様に、第三級及び第四級を含むことができる。本質的に、任意の半導体物質とその合金は、本発明によるナノワイヤーのヘテロ構造で隣接する物質として使用できる。
【００４９】
（４）第１オーダーの近似に、ナノワイヤー直径は触媒サイズによって決定される。小型のナノクラスタは、薄いナノワイヤーを生じるであろう。これは、ＧａＰ及びＳｉナノワイヤーシステムで成功裏に実証された。
【００５０】
本発明の合成方法は、半導体成長表面の再建を禁じることにより、媒介物質（溶解金属のナノ粒子又は単層のそれぞれの形態）がエピタキシャルな成長に触媒作用を及ぼす界面活性剤を媒介としたエピタキシャル成長の数多の特徴を共有する。連続的に逆アセンブルされて再建されるべき安定した改造が存在しないので、ナノワイヤーの成長は、選択的にかつ従来のエピタキシャルな成長よりも低温度で発生できる。低温度は、新しい相にアクセスし、より鋭利なインターフェースを生産し、成長プロセス（例えば、レーリーの分解）の間にナノワイヤー物質の形態上の発展を禁じる機会を提供する。
【００５１】
３．２  変更された相の平衡
ナノワイヤーの幾何学は、バルクか薄膜形態で安定していない相を合成する機会を提供する。表面対体積の高比率の結果、表面のエネルギーは、特に高度に異方性の表面のエネルギーを備えた結晶相のために、自由エネルギーでの完全な自由エネルギー関係により多大に寄与する。例えば、ＩＩＩ−Ｖ及びＩＩ−ＶＩ半導体の閃亜鉛鉱（立方体）とウルツ鉱（六角形）のポリタイプ間の平衡相境界は、バルク平衡境界に関する、圧力及び温度で変化するであろう。例えば、同じ構成の＜０００１＞に配向されたウルツ鉱ナノワイヤーと＜１１１＞に配向された閃亜鉛鉱ナノワイヤーとを比較すると、円筒状のウルツ鉱ナノワイヤーは、低い表面エネルギープリズムの面を露出して、より緊密に平衡（ウルフ（Ｗｕｌｆｆ））形状に接近するであろう。ウルツ鉱相は、ＯＭＣＶＤによって、ナノワイヤー合成についての従来の研究でのＧａＡｓの好ましい相として確かに観察された。加えて、基板とナノワイヤーとの間のエピタキシャルな関係は、ナノワイヤー形態での準安定相をトラップするために活用され得る。この戦略は、薄膜成長で成功裏に使用された。
【００５２】
３．３  ナノワイヤーのヘテロエピタキシー
半導体のヘテロ構造は、光を導き選択的にドープする、電子及び孔の制限を可能にするが、しかし、装置の活発な領域に存在する場合、これらのインターフェースは転位がないに違いない。所望の厚さまで与えられた基板にコヒーレントエピタキシーによって成長できる物質の範囲は、格子の不適合によって多大に制限される。与えられた格子の不適合において、コヒーレントエピタキシーにおける平衡で重大な厚さは、フィルムの弾性的な特性及び不適合の転位（例えば、バーガースベクトルの面内端の構成部分）のコアエネルギー及び結晶学についての知識で評価されるかもしれない。コヒーレントエピタキシャルなフィルムが平衡で重要な厚さを越えて良好に成長できるが、転位メカニズムによってフィルムは弛緩に対して準安定である。本発明の方法によって生成されたナノワイヤーの形態論は、境界状態の変化により平衡及び運動の重大な厚さ（又は、等しく与えられた厚さに収容できる格子の不適合）の両方を著しいほどに拡張する機会を提供する。
【００５３】
２つの主要な効果がある。第一は、成長方向に垂直な弾性の境界条件の弛緩である。理想的な薄膜形態論において、単位エリアにおけるコヒーレントフィルムに蓄積された負荷エネルギーは、フィルムの厚さにつれて直線的に増加する。ナノワイヤーのヘテロ構造において、“フィルム”は、  インターフェースでのみ横に抑制される。ナノワイヤーの“フィルム”が厚くなるにつれて、蓄積された弾性の負荷エネルギーが飽和されるように、横に緩むだろう。かかる物質が同様に横に緩むように、実際に、いくらかの負荷エネルギーは“基板”側に蓄積されるだろう。与えられた格子のミスマッチにおける平衡で重要な厚さが薄膜値に関して拡張されるであろうことが結果である。フィルムの場合と違って、厚さで蓄積された弾性の負荷エネルギーでの飽和により、無限の重大な厚さに関係している格子の不適合の有限範囲が存在するだろう。この第一の効果に逆らうことは、ナノワイヤーの縮小された容積により、不適合の転位の負荷フィールドに関連した負荷エネルギーのペナルティが縮小されるという事実である。しかしながら、コアのエネルギー条件は残り、したがって、第一効果が支配すると予想される。
【００５４】
３．４  縦のヘテロ構造のナノワイヤー（ＬＯＨＮｓ）
半導体集積回路の成功は、制御されたドーピングによる欠陥技術の性能によって大部分は決定される。ドーピングに寄与し、それによって新規な装置を導くだけでなく、電子の拡散に多大な影響を及ぼす理由のために、欠陥技術がナノワイヤーに、さらにより深遠な効果があると予想される。
【００５５】
ここに記載の方法を使用して、図１０、１１、及び１３に示されるような構成的なプロファイルは、異なるドーパントガスの連続的な給送によるワイヤー軸に沿って生成される。例えば、図１３に例示されるようなＳｉのｐｎ結合を含むＬＯＨＮを達成するために、Ｂ２Ｈ６及びＰＨ３などの形式は、ナノワイヤーの成長において連続的に使用されうる。ＣＶＤプロセスは、構成的なプロファイルの正確な成長の制御を可能にし、鋭い構成的なインターフェースで結合を組み立てることを可能にする。Ｓｉ／Ｇｅの一次元のスーパーラチス１３０と、様々なＩＩＩ−Ｖ、ＩＩ−ＶＩ、ＩＩ−ＩＶと、第三級及び第四級の物質はまた、図１４に例示されるようなかかるアプローチを使用して組み立てできる。したがって、ＶＬＳプロセスで使用されるガスの連続的な変化によって、ＬＯＨＮｓは容易に合成可能である。一般的に、かかるプロセスは一次元のバンドギャップ技術を可能にし、それによって、一連の複数の量子ドットの作成を可能にする。量子ドットは、液体、又は薄膜成長でのアイランド形成（ｉｓｌａｎｄ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）によるいずれかで現在成長される。かかる量子ドットの位置は先験的に知られていないので、個々の量子ドットとの接触は非常に困難になる。単一のナノワイヤー内に量子ドットを正確に統合することによって、接触問題は除外される。したがって、“ナノワイヤーでのシステム”として我々が言及するものを得る。それらの新規な一次元のナノ構造は、低次元のシステムのための新しい物理学及び現象を調査する多大な機会を提示する。それらは潜在的に、有効なナノ電子、ナノ光、ナノ熱電気或いはナノ電気機械の装置として使用することができる。さらに、閃亜鉛鉱及びウルツ鉱のＣｄＳｅ及びＧａＮナノワイヤーなどの、異なる結晶の構造のナノワイヤーの合成が可能である。これは、基板とナノワイヤーとの間のエピタキシャルな成長関係による、ある準安定な相をトラップするために異なる基板を使用することによって達成できる。
【００５６】
３．５  共軸ヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮｓ）
物理的なテンプレートとして作られたナノワイヤーを使用して図２に示されるような共軸ナノ構造の合成が可能である。例えば、Ｇｅナノワイヤー上の等角で一定のカーボンコーティングは、ワイヤー表面上の有機分子の分解により得ることができる。このアプローチは、強力な電子制限効果を備えたＣＯＨＮｓを生成するために容易に拡張できる。例えば、ＶＬＳを使用して組み立てられたＧａＡｓナノワイヤーは、ワイヤー軸に沿った結晶の成長を効果的に避け、Ａｌ１−ｘＧａｘＡｓの表面の異常な成長を促進する、低温度の化学蒸気沈着プロセスを用いることによって、Ａｌ１−ｘＧａｘＡｓの薄層で結果としてコーティングされ得る。しかしながら、サックは結晶かもしれないし、又は非晶質かもしれない、また、ポリマー、半導体、酸化物及びその他同種のような物質を含むことができることに注意する。ＣＯＨＮを形成するために、単一セグメントのナノワイヤー又はＬＯＨＮは、ここに記載の任意の方法によって最初に形成され得る。ＣＯＨＮのコアになるであろう、単一セグメントのナノワイヤー又はＬＯＨＮは、サックを形成するためのテンプレートとして使用される。例えば、サックは、単一セグメントのナノワイヤー又はＣＯＨＮの表面にモノマーの重合によって形成できる。代替として、物理蒸着（ＰＶＤ）又は化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスは、単一セグメントのナノワイヤー又はＬＯＨＮをコーティングするために使用できる。コア／サックの例は、下記に限定しないが、それぞれ、ＳｉとＺｎＯ、ＧｅとＣ、ＳｉとＳｉＯ２、ＳｎＯ２とＴｉＯ２、ＧａＮとＺｎＯ、ＧａＡｌＮとＧａＮを含む。本質的に、コア／サックの物質形態の限定されない数があることを注意する。ＺｎＯなどの酸化物でさえ、コア物質のために使用できる。下記は、例えば、コアとサックの両物質が単結晶である場合のコア／サック形態のリストである。かかるリストは、ＴｉＯ２／ＳｎＯ２、Ｍ：ＴｉＯ２／ＳｎＯ２（Ｍ＝Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒなど）、ＰｂＴｉＯ３／ＳｎＯ２、ＢａＴｉＯ３／ＳｎＯ２、ＬａＭｎＯ３／ＳｎＯ２、ＨＴＳＣ／ＳｎＯ２（高温半導体−ＨＴＳＣ）、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓである。
【００５７】
さらに、このアプローチがナノチューブを合成するために使用できることを注意する。例えば、Ｇｅナノワイヤーのコアは、有機分子物質でコーティングされる。有機物質の表面は、真空内の熱分解によって炭化され得る。Ｇｅナノワイヤーのコアは、約８００℃乃至１０００℃の範囲の温度で溶解されるか、又は気化されて、それによって、カーボンナノチューブを形成する。加えて、同じプロセスは、ＣＯＨＮ構造が形成されて、次いで外部サック（又はシリンダ）だけを残してコアが差別的にエッチングされる、“ナノシリンダ”を形成するために活用されてよい。かかるシリンダは、下記に限定しないが、Ｃ、ＳｉとＳｉＯ２、ＳｎＯ２とＴｉＯ２、ＧａＮとＺｎＯ、ＧａＡｌＮとＧａＮを含む、サックが生成される、任意の物質から生成されてよい。かかるナノワイヤーの構造的な特徴づけが、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びＸ線回折（ＸＲＤ）に多大に依存していることが認識されるであろう。ＸＲＤとＴＥＭの両者は、ナノワイヤーの構造／相の決定を可能にするだろう。加えて、ＴＥＭは、個々のワイヤー内の欠陥構造の情報、インターフェースでの局地的な小型構造の情報、成長方向の情報、及び全面的な結晶度の情報を提供する。
【００５８】
４．ナノワイヤー特性
４．１  電気的な構造と特性
４．１．１  モデリング
ナノワイヤーのインターフェースの粗さとローカライズの役割は、電子ビームリソグラフィーを使用し、又は、分離したゲート方法で静電気の制限を使用して定義された量子ワイヤーにおいて広範囲に研究されている。バリスティックな移動から拡散性移動までの遷移、正と負の磁気発電気抵抗、コンダクタンスの量子化及び普遍的な変動は、低温度で観察された。本発明のプロセスを用いて組み立てられたナノワイヤーは、一次元の電子物質の変化における電子の移動を研究するために独特の機会を提供する。加えて、薄膜物質へのＣＶＤ蒸着と同様にナノワイヤーをドープする可能性は、様々な電子密度で支配的な分散メカニズムを調査するために余分な自由度を与える。図２及び図１５を参照するに、ＣＯＨＮｓにおいて、より広いバンドギャップ物質の調整ドーピングは、イオン化されたドーパント１４０及びフリーキャリア１４２の空間的な分離を可能にし、したがって、より高い可動性を達成することができ得る。ナノワイヤーサック内部のコア領域に対してフリーキャリアを制限することは、表面拡散効果を縮小するだろう。電子が共軸ナノワイヤーでヘテロ構造インターフェースの隣の円筒状の領域を占領する場合、新規の量子化されたウィスパリングギャラリー（ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ  ｇａｌｌｅｒｙ）の電子状態はさらに形成できる。図１６を参照するに、ＬＯＨＮナノワイヤーの方向に沿ったヘテロ構造は、量子ドット状態１４４の形成を可能にする。かかる状態はナノワイヤーの電子特性に著しい影響を及ぼす。一次元の共振トンネル特徴と同様にクーロン障壁を観察することができた。
【００５９】
ある実施態様において、好ましくは、モデリングは２つの段階で実行される。第一に、簡素な一次元バンドの構造モデル及び緩和時間近似が、高温度でナノワイヤーに沿った電子の移動度を評価するために使用される。その後、より多くの入念に作られたモデルが、表面／インターフェース拡散を考慮に入れて、かつ電気的な伝導性の温度依存を計算するために可変な範囲を跳ぶように利用される。フォノン・スペクトル及び拡散回数の修正などの他の要因、電子フォノン相互作用などはボルツマンの方程式のモンテカルロ・シュミレーションを使用して研究されるかもしれない。ヘテロ構造のナノワイヤーは、数多に制限されて、バルク半導体に見られるものとは異なって電子を拡散することができるインターフェース・フォノン・モードを含むことができる。
【００６０】
４．１．２  特徴づけ
バルク及びヘテロ構造のナノワイヤーの電気的特質を特徴づけるために、ナノワイヤー、電子移動性、ヘテロインターフェースでの電位バリア、などに沿ったドーピング濃度のプロファイルを測定することが需要である。従来のバルク又は薄膜の特徴づけ方法は、ナノワイヤー物質に適用される前に注意深く検査されるべきである。ナノワイヤーに沿った電気的な伝導性は重要なパラメータであり、広範囲な温度で特徴づけられるべきである。加えて、磁気発電気抵抗の測定は、どのように表面拡散が電子の移動に影響するかのさらなる情報を与えるだろう。熱電気特性（シーベック（Ｓｅｅｂｅｃｋ）係数）の測定は、電子の密度状態及びフェルミ面の近くの分散メカニズムに関してさらなる情報を与えるだろう。熱電子放射電流の測定は、ナノワイヤー方向に沿ったヘテロ構造障壁を決定するために使用することができる。
【００６１】
バリスティックな電子放射顕微鏡（ＢＥＥＭ）は、ナノワイヤー構造の“ローカライズ”電子特性を測定し、共軸のヘテロ構造を特徴づける一つの理想的技術である。ＢＥＥＭは、側面画像及び分光（表面下３０ｎｍまでに配置された埋設構造におけるｎｍの解像度での）のための強力な低エネルギーの電子顕微鏡技術である。ＢＥＥＭ技術は、ＧａＡｓ上に成長した様々なセルフアセンブルの量子ドット構造を研究するために使用されている。
【００６２】
例３
ＧａＡｓ上に成長したＧａＳｂ量子ドットは、ＳＴＭ及びＢＥＥＭ画像により観察される。ＳＴＭ画像において、おおまかな円形の特徴は、直径が約５０ｎｍで高さが約５０ｎｍであり、埋設されたドットの側面位置はマークされた。ＳＴＭでのドットプロファイルで整列されたＢＥＥＭ画像でのエリアは、取り囲み領域よりも暗く、ドットによるＢＥＥＭ電流がドットの潜在的な障壁からの電子反射により縮小されることを意味する。かかる障壁の高さ（つまり、ローカルバンドオフセット）は、オンとオフ間のＢＥＥＭスペクトルでの変化から抽出できる。数多のドットのオンドット及びオフドットのＢＥＥＭスペクトルは、０．０８±０．０２ｅＶのＧａＡｓ上のＧａＳｂドットにおけるローカルの電導バンドのオフセットを与える、修正されたベル−カイザー平面のトンネリングモデルを使用して適合される。図１７はバンドプロファイルを示し、図１８はＧａＳｂ／ＧａＡｓのセルフアセンブルされた単一量子ドットにおける特徴的なＢＥＥＭスペクトルを示す。
【００６３】
ヘテロ結合のバンドのオフセットなどの特性の測定に加えて、かかる技術は、ＧａＡｓ１−ｘＮＸ合金などの新規な物質の電子バンド構造を研究するために使用されており、ＩｎＰ量子ドットによって、ＧａＩｎＰ及び共鳴トンネリングのバンド構造上で処理する効果は、ＡｌＩｎＰ障壁間に閉じ込められた。
【００６４】
ＢＥＥＭが個々のナノワイヤーの電子特質だけでなく、図１９の形態１５０で例示されるように、ここに記載された型の縦のヘテロ構造の変化を特徴づけるために使用できることは明白である。制限効果は、第２の派生的な（ＳＤ）ＢＥＥＭ分光によって分析することができるＢＥＥＭ電流の構造に結びつくであろう。
【００６５】
４．２  光の特質
ナノワイヤーから観察する光の放射は、表面状態の役割、且つ、それらの状態での非放射の組替えでるので、非常に挑戦的である。共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮｓ）の使用で、電子はワイヤー内部の中心領域で制限される。したがって、自由な表面の効果が減少される。幅広い温度のフォトルミネセンス分光は、サブ波長の空間解像度を備えた画像を獲得するために超解像度技術を活用して、ナノワイヤーからの発光を研究するために使用できる。加えて、走査型固体浸入レンズは、個々のナノワイヤーからローカライズされた発光を特徴づけるために使用できる。ナノワイヤーのｐｎ結合の組立及び特徴づけは、光電子装置における重要なビルディングブロックの一つである。ＤＣ及びパルス化された電気的で光の方法は、光電流と、ナノワイヤーでの有効寿命とエレクトロルミネセンスの組替えを測定するために使用できる。
４．３  熱の特質
半導体の熱特性は、一般的に、アコースティックフォノンの移動によって支配される。フォノンによる熱伝導性は、（ｉ）フォノン分散関係と（ｉｉ）フォノン有効寿命の２つの基本的な特徴に関連できる。熱伝導性は、下記の関係を使用して計算でき、
【００６６】
【数１】
2010167560.tif 000003
ここでｐはフォノン分極、
【００６７】
【数２】
2010167560.tif 000004
は分極及びエネルギーの機能であるグループ速度であり、
【００６８】
【数３】
2010167560.tif 000005
はフォノンエネルギーであり、
【００６９】
【数４】
2010167560.tif 000006
はボーズ−アインシュタイン平衡分配であり、Ｔは温度であり、
【００７０】
【数５】
2010167560.tif 000007
は状態の密度であり、及び
【００７１】
【数６】
2010167560.tif 000008
は位置と、分極と、エネルギーの機能としてのフォノンの有効寿命である。室温（
【００７２】
【数７】
2010167560.tif 000009
：デバイ（Ｄｅｂｙｅ）温度）において、ほとんどのバルク半導体の伝導性はフォノンアンクラップ（Ｕｍｋｌａｐｐ）拡散によって制限される。
【００７３】
ナノワイヤーのヘテロ構造でのフォノン移動は、分散関係が２つの方向へ制限を課すことにより著しく修正されるので、主としてバルク半導体でのフォノン移動とは大幅に異なることができる。第二として、ヘテロ構造のインターフェースの存在は、インターフェースで存在するフォノンモードを導入する。これらは、バルク半導体で見られる２つの横軸及び１つの縦のアコースティックブランチ（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｂｒａｎｃｈｅｓ）以外の多くの異なるフォノン分極に帰着する。分散関係でのそれらの変化は、グループ速度及び各ブランチの状態の密度を修正する。フォノン温度は２つの供給源から変化する。第一に、フォノンとフォノンとの相互作用は、エネルギー保存及び波とベクトルとの関係に基づく選択ルールが分散関係に依存するために変化できる。第二に、境界拡散は、バルク半導体よりもナノワイヤーにおいてはるかに強くなり得る。最終的に、私たちが新しい結晶相にアクセスすることをナノワイヤー制限が可能にすることができるので、フォノン分散関係は徹底的に修正することができる。
【００７４】
本発明によるナノワイヤーの熱及び熱電気の特質は、電子ビームのリソグラフィックな組み立てワイヤーを含む２つのサスペンドされたヒーターを有する小型組み立て構造を使用して測定できる。試験において、２つのヒーター部分がブリッジとなるように、多壁のカーボンナノチューブのバンドルは２つのヒーター部分を横切って位置される。一つのヒーターからの熱の入力と両ヒーターからの温度をモニターすることによって、ナノチューブの熱伝導性が抽出された。図２０は、二次元物質でのフォノン制限を暗示するＴ２の挙動を示す、１０°Ｋ乃至３５０°Ｋの多壁カーボンナノチューブの温度の関数として熱伝導性を図示している。熱伝導性での単調な増加は、フォノンとフォノンとの拡散の抑制及び非常に長い（例えば、１μｍほどまで）平均のフリーパスを提示する。さらに、このアプローチは、本発明によるＣＯＨＮｓ及びＬＯＨＮｓの熱伝導性を測定するために使用できる。加えて、バッチ組立型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブは、熱及び熱電気的にＣＯＨＮｓ及びＬＯＨＮｓをローカルに特徴付けるように、走査型熱顕微鏡（ＳＴｈＭ）を走査するための先端の温度センサーで使用された。
【００７５】
ある実施態様において、ナノワイヤーの特徴付けのコンピュータ処理は、３つの態様に集約され、それらは、（ｉ）フォノン分散関係の計算と、（ｉｉ）ドーパント拡散に基づくフォノンの有効寿命と、ナノワイヤーのサイズ及び境界拡散と、及び３つのフォノンのエンハルモニーの相互作用の計算と、（ｉｉｉ）フォノン移動の計算とである。波効果（フォノンのバンドギャップ）が分散関係で既に説明されるので、拡散を無作為化する相が仮定されるかもしれない。これらの状況の下では、ボルツマン移動方程式が、周波数に依存するグループ速度及びフォノンの有効寿命と同様に、ナノワイヤーでの異なる分極ブランチの状態の密度を単に説明する、モンテカルロ・シュミレーションを使用して解決されるかもしれない。
【００７６】
４．４  熱電気
半導体の熱力は、基本的に３つの特質に依存する。それらは、（ｉ）フェルミレベルに近い電子状態の密度と、（ｉｉ）電子有効質量と、及び（ｉｉｉ）キャリア拡散率である。電子バンド構造（状態の密度及び拡散率）は、ナノワイヤーの電子の制限量子によって著しいほどに変化するので、熱力を調整するためにバンド構造及びフェルミレベルの位置を巧みに計画実行することができる。上に記載の、サスペンドされたヒーター装置は、ナノワイヤーを横切って温度及び電位差の両方を測定することができる。例えば、図２１は、１０°Ｋ乃至３５０°Ｋの温度範囲の多壁カーボンナノチューブの熱力測定を示す。正の熱量の外観は、これらのカーボンナノチューブでの支配的なキャリアとして孔を示す。したがって、かかる装置は上に記述されたＣＯＨＮｓ及びＬＯＨＮｓなどのナノワイヤーのヘテロ構造の熱量を測定するために使用することができる。
【００７７】
４．５  圧電特性
ウルツ鉱構造は自発的で電気的なダイポールモーメントを支援し、したがって、この構造を備える物質はピロ電気で、圧電性である。これらの特徴は、適用された機械的なストレスと分極（直接的な圧電効果）との間と、適用された電場と負荷（反対の圧電効果）との間と、温度変化と分極変化（ピロ電気効果）との間の強力な線形の結合を許容する。ウルツ鉱のナノワイヤー（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＡＩＮ、ＺｎＯなど）及びナノワイヤーのヘテロ構造は、したがって、ナノスケールのセンサー及びアクチュエータとして潜在的に有用である。潜在的な適用は、統合された原子間力顕微鏡のプローブと、単一分子の感度の共鳴質量センサーと、ナノスケールの熱センサーと、電場調整可能なＧＨｚフィルタと、及びナノスケールのフローセンサーとを含む。
【００７８】
＜０００１＞のウルツ鉱のナノワイヤーにおいて、自発的な分極は、ワイヤー軸に沿って配向される。したがって、ワイヤー軸に沿って適用される電場及び金属の機械的ストレスは、最も大きい圧電反応を生成する。最も簡素な電極の形態は、基部と先端での接触を活用する。先端と基部の接触で適用された縦のストレスは、直接の圧電効果によって感じられるだろう。ワイヤーの断面エリアが小さいために、多大なストレスはわずかな力で生成できる。共鳴センサーとして使用されるナノワイヤーを備えて、ナノワイヤーの一つの端は機械的に自由であるべきで、隣接する伝導性の表面は、ナノワイヤー先端に対する電荷を検知し、かつトンネル効果によって電荷を削除するか、又は加えるために使用される。
【００７９】
図２２は、電圧センサー１６６でナノワイヤーを横切って静電気の電位を同時測定する一方で、ＡＦＭカンチレバープローブ１６４を用いて伝導基板１６２の圧電又はピロ電気のナノワイヤー１６０の機械的移動を測定するための実験装置を示す。ＡＦＭプローブの先端は、電気的で機械的な測定のためのナノワイヤーでの金属触媒“キャップ”１６８と接触する。
【００８０】
５．単結晶のＳｉ／ＳｉＧｅのブロックごとの成長
ヘテロ結合及びスーパーラチス形態は、ナノスケールの光電子の半導体ナノワイヤーの多くの潜在的な適用にとって不可欠である。したがって、我々は、縦に規則的なヘテロ構造の半導体ナノワイヤーの合成におけるハイブリッドのパルス型レーザーアブレーション／化学蒸着（ＰＬＡ−ＣＶＤ）処理を開発した。レーザーアブレーション処理は、ワイヤー軸に沿って明確な構成上を備えて、プロファイルでブロックごとの手法でナノワイヤーの成長を可能にする、プログラム可能なパルス型蒸気源を生成する。縦のＳｉ／ＳｉＧｅスーパーラチス構造を備える単結晶のナノワイヤーは、成功裏に合成された。ヘテロ構造型の一次元のナノ構造のかかる独特のクラスは、発光装置及び熱電気などの適用において多大に潜在性を保持する。
【００８１】
半導体集積回路の成功は、注意深く制御されたドーピング及びインターフェースによりヘテロ構造の可能性に多大に依存している。実際、二次元（２Ｄ）の半導体インターフェースは、発光ダイオード、レーザーダイオード、量子カスケードレーザー及びトランジスタなどの光電子装置でユビキタスである。一次元（１Ｄ）のナノ構造（ナノワイヤー）のヘテロ構造形成は、効率的な発光源及び良好な熱電気として潜在的な適用において等しく重要である。薄膜のヘテロ構造及びスーパーラチスの組み立てにおいて多くの良好に発展した技術（例えば、分子ビームエピタキシー）が存在する一方で、明確なコヒーレントなインターフェースを備えた一次元のナノ構造でのヘテロ接合及びスーパーラチス形態の一般的な合成スキームは、未だ欠乏している。ここで、ハイブリッドのパルス型レーザーアブレーション／化学蒸着（ＰＬＡ−ＣＶＤ）処理は、周期的な縦のヘテロ構造を備える半導体ナノワイヤーの合成のために記載される。Ｓｉ／ＳｉＧｅスーパーラチス構造を備えた単結晶のナノワイヤーは獲得され、電子顕微鏡を使用して完全に特徴付けられる。
【００８２】
例４
図２３を参照するに、本発明と一致するナノワイヤー成長の装置９０の実施態様が例示される。成長装置１７０は、クオーツ反応管１７４を有する炉１７２を含む。Ａｕの薄層でコーティングされた（１１１）Ｓｉウェハー１７６は、基板としてクオーツ反応管１７４内に置かれる。ＳｉＣｌ４とＨ２の混合ガスは、入り口１７８により反応管１７４に連続して導入される。コンピュータ制御されたレーザーパルス１８０は、純粋なＧｅターゲット１８２に集束された。残存ガスは出口１８４を通って排気された。
【００８３】
図２３と図２４を共に参照するに、金属溶剤としてのＡｕを使用するナノワイヤーの成長は、図１２にすでに記載されて例示された。このプロセスは、単結晶のワイヤーの核形成及び成長を後に続けて、金属溶剤のナノサイズ化された液体小滴でのガス反応物の分解で開始する。ヘテロ構造化されたナノワイヤーの概念は、正確な構成上のプロファイルを必要とし、ナノメーターで又は原子レベルでさえインターフェース制御を必要とし、一方でワイヤー軸に沿って高い結晶とコヒーレントなインターフェースを維持する。ＶＬＳナノワイヤー成長の我々の基本の機械学の理解に基づき、このレベルの制御は、異なる蒸気源の連続的な給送により可能になる。
【００８４】
本発明の一つの実施態様において、ナノワイヤーのへテロ構造のサイズ及びサイズ分配は、ナノワイヤーを形成するために事前に形成されてサイズが制御されたナノクリスタルな触媒の使用によって制御できる。
【００８５】
図２４の処理の流れ図を参照するに、実施例において、例示されたＳｉ／ＳｉＧｅスーパーラチスのナノワイヤーは、周波数が２倍のＮｄ−ＹＡＧレーザー（波長が５３２ｎｍ、６Ｈｚ、出力密度がパルスにつき１０Ｊ／ｃｍ２）で純粋なＧｅターゲット１８２のパルス化アブレーションによりパルス化形態でＧｅ蒸気を生成することによって合成できる。Ｈ２の流率は約１００ｓｃｃｍで、ＳｉＣｌ４とＨ２の比は約０．０２で、システムの圧力は大気圧である。一般的に、反応温度は、約８５０℃乃至約９５０℃の範囲である。かかる温度において、Ａｕの薄膜１８６はＳｉを備える液体合金を形成し、Ａｕ−Ｓｉ合金１８８のナノメートルサイズの小滴に同時に分解する。次に、Ｓｉナノワイヤー１９０の成長が過飽和で開始する際に、Ｓｉ形式はＡｕ−Ｓｉ合金の小滴に連続的に沈着する。レーザーがオフの場合、Ｓｉ形式だけが合金の小滴に沈着し、純粋なＳｉブロックが成長される。しなしながら、成長プロセスにおいてレーザーがオンの場合、Ｇｅ蒸気が生成され、Ｇｅ及びＳｉの両者の形式は合金の小滴に沈着するであろう。レーザーがオンの場合、ＳｉＧｅ合金１９２は、固体／液体インターフェースから沈殿するだろう。レーザーの電源をオンとオフを周期的に切り替えることによって（この流れは容易にプログラム可能である）、Ｓｉ／ＳｉＧｅスーパーラチス１９４は、ブロックごとの手法で各個々のナノワイヤーに形成される。全体の成長プロセスは、ブロックのコポリマーの現存の重合合成に類似している。
【００８６】
様々な他のナノワイヤー構造が異なる気体とターゲットを用いて成長できることを認識するだろう。例えば、ＰｂＳｅは、アルゴンガスのＰｂＳｅ／Ａｕターゲットのレーザーアブレーションによって成長できる。さらに、本発明によるナノワイヤーのスーパーラチスの成長は、上に記載の合成プロセスに限定されない。一つの代替となるアプローチは多重のターゲット物質を使用することであり、さらにターゲット物質の選択のためのコンピュータを備えたレーザーを操作することである。加えて、蒸気の供給を使用する、本質的な任意の物理的又は化学蒸着処理は、限定しないが、ＰＬＤ、ＣＶＤ及びＭＢＥを含んで使用され得る。例えば、所望のガスの流れを律動的に送るためにコンピュータ制御されるバルブで蒸気供給を形成することができ得る。
【００８７】
例５
図２５に概略的に描写されたナノワイヤーのアレイ２００は、実施例４に記載されたプロセスを用いて合成され、合成されたナノワイヤーアレイの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像が獲得された。示された実施例において、２０ｎｍのＳｉ（１１１）基板２０２の厚さを有するＡｕフィルムは、４サイトにリソグラフィックにパターン化された。各フィルムサイトは、対応するナノワイヤーのための触媒として作用される４つの小滴に溶解された。成長プロセスにおいて、レーザーは周期的に５秒おきに電源がつけられ、２５秒おきに電源が切られ、サイクルは１５分間繰り返された。すでに示されたように、Ｓｉナノワイヤーは、Ｓｉ（１１１）基板上の適応させられたエピタキシャルなナノワイヤーアレイの成長に帰着する、〔１１１〕方向に沿って好ましく成長する。合金の小滴は、すべてのナノワイヤー２０６の先端２０４の明るいスポットとして凝固し現われる。ナノワイヤーの接近している検査は、液体の合金小滴の凝固中に形成される、花状の形状を有するように先端を示した。それらのナノワイヤーの直径は、約５０ｎｍ乃至約３００ｎｍの範囲である。２００ＫｅＶで操作するＰｈｉｌｉｐ  ＣＭ２００透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を使用して、明るいフィールドモードにおける２つのナノワイヤーの走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像は、ＳｉＧｅ合金及びＳｉセグメントの周期的な沈着から発生したワイヤー軸に沿って周期的に現われる暗いストライプを示した。Ｇｅ原子の電子の拡散断面は、Ｓｉの拡散断面よりも広い。したがって、ＳｉＧｅ合金のブロックは、純粋なＳｉブロックよりも暗く現れる。より暗いエリアの化学的な構成は、強いＳｉピーク及び図２６で例証されるような明白なＧｅドーピング（Ｇｅの１２質量％までの）を示した、エネルギー拡散的なＸ線の分光（ＥＤＳ）を使用して検討された。Ｇｅドーピングの周期的な調整は、ナノワイヤー成長軸に沿って集束した電子ビームの走査及び図２７で例証されるようなワイヤーにおけるＳｉ及びＧｅの原子からのＸ線信号の変化の追跡によりさらに確認された。Ｓｉ及びＧｅ両者のＸ線信号は、反相互関連された周期的な調整及び強度を示した。換言すると、ＧｅからのＸ線信号が最大を示す場合はいつでも、Ｓｉからの信号は、ワイヤー軸に沿ったＳｉ／ＳｉＧｅスーパーラチスの形成を確認する、最小を示した。それらのナノワイヤーのＳｉ／ＳｉＧｅインターフェースの険しさは、この段階において理想的でないことに注意する。これは、分子ビームプロセスなどのより正確で迅速な蒸気添加／切り替えスキームを組み入れることによって改善されると信じられる。
【００８８】
ヘテロエピタキシャルな成長の弾性の境界条件は、平面の基板上のエピタキシャルなフィルム成長によって達成された従来の二次元配置において安定していない、スーパーラチスのナノワイヤーでの転位がないインターフェースを生成する可能性を提示することを強調するべきである。コヒーレントなエピタキシャルフィルムが平均の重要な厚さを良好に越えているが、フィルムは転位メカニズムによる弛緩に準安定である。ＶＬＳナノワイヤーの形態論は、著しく平衡及び運動の重大な厚さの両方を拡張する機会を提供し、又は、境界状態での変化により与えられた厚さで収容できる、格子の不適合を等しく提供する。
【００８９】
我々のスーパーラチスのナノワイヤーの高い結晶の特性は、選択されたエリアの電子回折（ＳＡＥＤ）及び高解像度の透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）によって特徴づけられる。ＳＡＥＤパターンは、ナノワイヤーの長い軸に対して垂直に記録される。次いで、パターンは、結晶Ｓｉの〔１１０〕ゾーン軸に沿った回析として指標づけられ、ナノワイヤー成長が〔１１１〕方向に沿って生じないことが示唆された。これは、ナノワイヤー軸に垂直な（１１１）原子の平面（分離０．３１４ｎｍ）を明白に示したＨＲＴＥＭ画像でさらに確認された。インターフェースのコントラストがＳＴＥＭ画像で容易に見られる一方で、我々は、ＳｉＧｅブロックの低いドーピング率により、ＨＲＴＥＭモードでのインターフェースを分解することができなかった。しかしながら、それらのＨＲＴＥＭ画像は、Ｓｉ／ＳｉＧｅスーパーラチスのナノワイヤーの高い結晶度を明らかに実証した。広範囲なＨＲＴＥＭ画像化は、少数の線形又は平面の欠陥を備えたワイヤー長さ全体に沿って、Ｓｉ／ＳｉＧｅスーパーラチスナノワイヤーのモノ結晶度が維持されることを示す。
【００９０】
ともに得られて、構造的で化学的な構成データは、本発明によるＰＬＡ−ＣＶＤ方法によって調整されたナノワイヤーが、ナノワイヤー軸に沿ったＳｉ／ＳｉＧｅスーパーラチス構造を備える、高度な結晶であることを示した。ナノワイヤーの直径と、Ｇｅの濃度及び化学的な調整の周期が、反応条件を調節することによって容易に制御できる。ナノワイヤーの直径は、基板のＡｕ層の厚さによって影響される。例えば、２０ｎｍ厚のＡｕ薄膜では、ナノワイヤーの平均的な直径は約１００ｎｍである。Ａｕの厚さが１ｎｍまで減少される場合、平均直径は２０ｎｍまで減少される。また、直径は反応温度によって影響され、低温度は薄いナノワイヤーに帰着する。スーパーラチスでのＧｅ濃度は、合金の小滴に沈着されたＧｅ原子とＳｉ原子の比によって制御される。レーザー強度の上昇又はＳｉＣｌ４の流率の減少は、Ｇｅ濃度を増大する。加えて、スーパーラチス周期（Ｌ）は、成長率（Ｖ）及びレーザーのオンとオフ周期（Ｔ）との生成物であり、Ｌ＝ＶｘＴである。したがって、成長率又はレーザーのオンとオフ周期を減少することによって、スーパーラチスの周期を減少できる。同様に、異なる構造上のブロックの比率は、レーザーのオン／オフ比を変化することによって容易に調節できる。
【００９１】
重要なことには、ワイヤー成長軸に沿ったこれらの“ラベル”を置くことによって、ＰＬＡ−ＣＶＤプロセスは、ナノワイヤーの成長率（Ｖ＝Ｌ／Ｔ）及び成長過飽和とその相関性とを測定する量的方法を提供する。レーザーのオンオフ周期Ｔがプレセットされる一方で、スーパーラチスの周期Ｌ、成長率Ｖを知ることは正確に計算される。成長率は同じ反応条件下に依存する直径であることが分かる。ナノワイヤーの直径が短くなると、我々の実験で観察された成長率と直径との相関性を示す、図２８に例示されるように成長率は遅くなる。Ｓｉ蒸気圧を増加させて、それによってナノワイヤーの直径がより小さくなるように過飽和を減少させるギブズ−トムソン効果によって、この傾向は質的に説明することができる。ナノワイヤーの直径（ｄ）の関数として過飽和の減少は、
【００９２】
【数８】
2010167560.tif 000010
によって与えられ、式中、Δμは、栄養（蒸気又は液体）相及びナノワイヤーでのＳｉの化学的な電位間の有効差であり、Δμ０は、平面インターフェースでの同一差であり、αｖｓはナノワイヤー表面の特異的なフリーエネルギーであり、ΩはＳｉの原子体積である。過飽和での結晶の成長率Ｖの依存は、一般的に非線形であり、多くの場合において、ｎ乗である。
【００９３】
【数９】
2010167560.tif 000011
ここで、ｂは過飽和の独立係数である。これは、これは、下記の式のようなＶ１／ｎと１／ｄ間の線形の依存に結びつく。
【００９４】
【数１０】
2010167560.tif 000012
ここで、
【００９５】
【数１１】
2010167560.tif 000013
及び、ｄｃは重要な直径である。
【００９６】
我々のＳｉ／ＳｉＧｅナノワイヤーの成長データは、ｎ＝２で容易に適合できる。この観察は、ギバルジコフ（Ｇｉｖａｒｇｉｚｏｖ）によってマイクロメートルサイズのＳｉウィスカーでの古典的なＣＶＤ結晶成長研究で良好に合意する。
【００９７】
ここに記載されたハイブリッドＰＬＡ−ＣＶＤ方法は、蒸気源の供給（レーザーアブレーション）の一部分がプログラムできるので、特注の手法で個々のナノワイヤーでの様々な他のヘテロ構造を調製するために使用できる。単一ナノワイヤーの様々な機能的な装置（例えば、量子ドット構造及びヘテロ構造型バイポーラトランジスタに接続されたｐ−ｎ結合）の生成が可能である。かかるナノワイヤーは、ナノスケールの電子回路及び発光装置を構築するための重要なビルディングブロックとして使用でき得る。例として、減少されたフォノン移動及び高電子移動度を備えるスーパーラチスのナノワイヤーは、良好な熱電気であると信じられている。
【００９８】
６．ナノワイヤーに基づくエネルギー変換装置
ここに記載されたナノワイヤーが、限定しないが、（ａ）熱電気のレフリジレータと、（ｂ）発光ダイオードと、（ｃ）電気機械のセンサーとを含む、多種多様な適用で使用されてよいことを当業者は認識するだろう。かかる装置の設計は、様々な物理的性質に対する一次元の制限の影響についての基本の科学的な理解から直接流れる。かかる科学的な理解が単一ナノワイヤー研究に依存するが、装置がシステムに統合するための複数のナノワイヤーを必要とするであろうことが認識されるだろう。したがって、一般的に、ナノワイヤーのアレイが採用され得る。
【００９９】
例６
議論の目的において、我々は上に記載の３つの装置に焦点を当てるが、しかしながら、それらはナノワイヤーを使用して可能な唯一の装置ではない。
【０１００】
６．１  熱電気のレフリジレータ及び発電
固体状のレフリジレータ及び発電は、ペルチエ効果を用いて達成可能であり、熱電気の結合生成を横切る電流の流れは冷却（又は加熱）を生成する。反対に、熱電気の物質における温度差は、電位の低下での電流の流れを生じ、それによって電力を生じる。現在の蒸気圧縮レフリジレータ及びガスに基づいたエンジンと比較して、かかる固体状の装置は、（ｉ）それらが移動部分を含まず、（ｉｉ）それらは環境に優しく、（ｉｉｉ）小型化を可能にするので、非常に有望である。それらの装置が現代において幅広く使用されていない理由は、それら装置の性能（エンジン効率及びレフリジレータにおける能率（ＣＯＰ））がガス／蒸気システムに比べて劣っているためである。しかしながら、性能が比較できるほど改善されるか、又は蒸気に基づくシステムよりも良好であり得るのであれば、私たちがどのようにエネルギーを利用するか、又は変換するかにおいて徹底的な変化の構想を描くことができ得る。これは、ナノワイヤーに基づいた熱電気の装置を開発する強烈で強制する理由を提供する。下記に議論されるように、これは、本発明によるナノワイヤーを使用して達成できるのみである。
【０１０１】
固体状の熱電気のレフリジレータ及び発電のために使用される物質は、利点を表す、ＺＴ＝Ｓ２σＴ／κによって特徴づけられ、式中、Ｓは熱力であり、κは熱伝導度であり、σは電気伝導度であり、Ｔは絶対温度である。Ｂｉ２Ｔｅ３及びその合金は、現在最も広く使用されている物質であり、ＺＴ＝１を有する。ＺＴ＝３である場合、熱電気のレフリジレータ及びエンジンの性能が蒸気圧縮レフリジレータの性能と比較可能であることが理論的に示される。実際に、熱電気の物質がナノ構造である場合、電子及びフォノンの量子制限は図２９に例示されるようにそれらのＺＴを著しく増加する。ワイヤーの直径が５ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲である場合、特に、一次元のナノワイヤーは、ＺＴが約２乃至５に到達し得る。
【０１０２】
６．１．１  ナノワイヤーの設計
高電子移動度が高ＺＴを提供する理由のため、ＣＯＨＮｓが多大に減少されたドーパント及びインターフェース拡散を有するので、ＣＯＨＮｓを使用することが好ましい。ＣＯＨＮｓの熱力は、バンドギャップ技術によって調整することができる。一般的に、物質の熱伝導度が原子量（ζ）に反比例するので、高いζの物質が選択物質となり得る。Ｂｉ又はＢｉ２Ｔｅ３ナノワイヤーが熱電気の適用において良好な候補であることは、この理由のためである。境界拡散が室温で２０ｎｍ未満のナノワイヤーの直径において支配的であることが予期されるために、熱伝導度は、ナノワイヤーの直径を短縮することによってさらに減少できる。Ｂｉ２Ｔｅ３に加えて、合金の拡散がフォノン移動を減少できる際のＳｉＧｅ又はＩｎＧａＡｓなど他の物質が使用できる。
【０１０３】
６．１．２  装置の設計
ナノワイヤーは壊れやすいので、ナノワイヤーが機械的な強度を提供するためにマトリックスに埋め込まれるべきである。例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３又はＳｉＧｅ  ＣＯＨＮナノワイヤーのアレイは、熱電気の装置２１０を形成するために図３０に例示されるようにポリマー又は誘電性物質に埋め込まれ得る。図３０の熱電気の装置２１０は、それぞれ上下の電気的な絶縁物質２１２及び２１４と、ナノワイヤー２２０がポリマーマトリックス２２２に埋め込まれている、基板２１８に分離して成長されたｎ−ドープ型ナノワイヤーアレイ２１６と、及びナノワイヤー２２８がポリマーマトリックス２３０に埋め込まれている、基板２２６に分離して成長されたｎ−ドープ型ナノワイヤーアレイ２２４とを含む。ｎ−及びｐ−ドープ型熱電気のナノワイヤーアレイのウェハーは、共にもたらされて、熱電気のクーラー又は発電を成すために一連の電気的な接続及び平行な熱結合に接続される。かかる結合は、示されるように、金属の接触パッド２３２、２３４、２３６、２３８及び２４０を形成し結合することによって達成される。ナノワイヤーアレイは、ナノワイヤーが組み立てられた後でポリマー溶液を流すことによってポリマーマトリックスに容易に埋め込みでき、次いで、熱又は紫外線照射を使用して回復する。上部の接触２３４、２４０（つまり、ナノワイヤーの先端で）を為すために、ポリマーは、金属に接触パッドが沈着された後で、ナノワイヤーが露出するまで好ましくエッチングダウンされる。
【０１０４】
かかる合成物のための設計パラメータは、（ａ）ナノワイヤーの表面密度と、及び（ｂ）装置の厚さである。目的は、高いＺＴを達成するために、ポリマーの極めて低い熱伝導度（κは約０．１Ｗ／ｍ−Ｋ）及びナノワイヤーの高い力率（Ｓ２σ）を開発することである。装置の性能は、（ａ）装置の効果的な電気伝導度と、（ｂ）装置の効果的な熱伝導度と、（ｃ）効果的なシーベック係数と、（ｄ）電流に反応して装置における温度差と、及び（ｅ）温度差又は熱の流率に反応する電気的な出力とを測定することによって特徴づけできる。
【０１０５】
６．２  発光装置
ナノワイヤーの合成物質は、発光装置の適用において使用できる２つの別個の特質を有する。一方で、電子の低次元の制限及びエネルギー準位の量子化は、吸収及び放射波長の同調のために使用することができる。ナノワイヤーに沿った結晶成長の一次元の性質は、異なる物質間での格子の不一致での多大な柔軟性を許容し、したがって、吸収と放射スペクトルで多大に変化する。もう一方では、Ｓｉ及びＩＩＩ−Ｖ半導体は、空気又はシリカファイバー（１乃至１．５）よりもかなり高い屈折率（３乃至４）を有する。これは、ファイバーと半導体装置との間に光を結合するために主要な困難の一つである、モードサイズの不一致を生成する。放射されたフォトンのほとんどが物質に再吸収されるので、これはまた、発光ダイオードの外部の量子効率を制限する。
【０１０６】
様々なＩＩＩ−Ｖ及びＩＩ−ＶＩナノワイヤーの電気的なバンド構造の科学的な理解に基づいて、ナノワイヤーはフォトンの効率的な吸収及び放射のために設計できる。例えば、図３１を参照するに、ナノワイヤーとポリマーの合成アレイ２５０は、すでに記載したように複数の半導体ナノワイヤー２５２をポリマーマトリックス２５４に統合することによって成すことができ、したがって、よりわずかな効果的な屈折率で光学的に活性な物質を生成する。温度でのポリマー屈折率での変化は、一般的に、従来の半導体よりも高いオーダーである。この大きな熱光係数は、新規のエネルギー転換装置を生成するために半導体ナノワイヤーの電子と電子の特質で組み合わせできる。
【０１０７】
好ましくは、高い放射効率のナノワイヤーは、発光装置を組み立て、特徴付けるために、ポリマーマトリックスの内部に統合される。加えて、異なる物質から成るナノワイヤーの混合物を使用して、広い放射スペクトル及び白色光の振る舞いを達成できる。
【０１０８】
図３２を参照するに、電子放射発光ダイオード／レーザーダイオード２６０は、ｎ型半導体２６６及びｐ型半導体２６８の成長から形成される、ｐｎ結合２６４を有するナノワイヤー２６２を含むように概略的に示される。正電極２７０及び負電極２７２は、ｎ型及びｐ型物質に対してそれぞれ付加される。電極を横切る電位の適用は、図３２に描写されるように電子放射によって発光を引き起こすだろう。例えば、この構造は、適切なドーパントを備えるＺｎＯと、Ｓｉ／Ｇｅと、及びＧａＮを使用して形成できる。
【０１０９】
図３３を参照するに、縦のヘテロ構造のナノワイヤー（ＬＯＨＮｓ）２８０を使用して、単一の量子ドットＬＥＤｓを作成でき、放射スペクトルでの量子ドットサイズ及び物質の効果を研究できる。量子ワイヤーの独特の幾何学は、電子の放出及びドット２８２への直接的な孔を可能にし、したがって、電子及び孔が他の場所で組み合う経路を回避する。例えば、量子ドットは、Ｓｉ／Ｇｅと、ＰｂＳｅ／ＰｂＴｅと、及びＢｉ２Ｔｅ３／Ｓｂ２Ｔｅ３を用いて形成できる。光のフィードバックのために提供し、かつ刺激された放射及びレーザー作用を研究するために垂直の孔に分配された誘電体鏡の内部の合成ナノワイヤーとポリマー媒体をさらに置くことができ得る。
【０１１０】
加えて、精錬されたＴ型で、Ｖ型溝リッジの量子ワイヤーレーザーと、さらに量子ドットレーザーは、組み立て可能であり、特徴づけされる。それら装置は、電子密度状態の一次元及び０次元の特質により、独特の特質を有する。特に、差異の利益の増加は、高速モジュレーションの特徴を改善する。サイズの変化はまた、電子エネルギー状態と放射スペクトルを変化するために使用される。ＣＯＨＮｓ及びＬＯＨＮｓでの発光は、光電子の特性が現在の方法で達成できることを越えて調節できる、新規な種類のエネルギー転換装置を生成する。
【０１１１】
６．３  ナノワイヤー装置の柔軟性
したがって、理解できるように、本発明によるナノワイヤーは、限定しないが、
（ａ）高い電子の移動度のナノワイヤー（ＣＯＨＮｓを使用する）と、
（ｂ）高い電子の移動度のナノワイヤーの電界効果トランジスタ（ＣＯＨＮｓを使用し、チャンネルを空にする／強めるために外部バイアスを適用する）と、
（ｃ）ナノワイヤーに基づく赤外線検出器（ＬＯＨＮｓ及び埋め込まれた量子ドットを使用する）と、
（ｄ）ナノワイヤーに基づく一次元の共鳴トンネルダイオード（ＬＯＨＮｓ及び埋め込まれた量子ドットを使用する）と、
（ｅ）ナノワイヤーに基づく単一の電子トランジスタ（ＬＯＨＮｓと、埋め込まれた量子ドットと、ＣＯＨＮｓとの可能な組み合わせを使用する）と、
（ｆ）ナノワイヤーに基づく赤外線検出器（ＣＯＨＮｓ及び量子化ウィスパリングギャラリー電子モードを使用する）と、
（ｇ）ナノワイヤーの磁気センサー（ＣＯＨＮｓ及び電界の影響を受ける量子化ウィスパリングギャラリー電子モードを使用する）と、
（ｈ）ポリマーとナノワイヤーの合成発光装置（高い外部の量子効率、広いスペクトル、ファイバーとの良好なカップリング）と、
（ｉ）ポリマーとナノワイヤーの合成光モジュレータ（電子及び光信号の速度が一致でき得るので非常に高速の移動波モジュレータを生成できる）と
（ｊ）ポリマーとナノワイヤーの合成光検出器と、
（ｋ）ポリマーとナノワイヤーの合成導波管とカプラー（ナノワイヤー間で指向的なチャンネルでナノワイヤーを成長することによって）と、
（ｌ）ポリマーとナノワイヤーの合成光スイッチと、
（ｍ）ポリマーとナノワイヤーの合成レーザー（エッジ放射、分配されたフィードバック又は垂直の孔構造）と、
を含み、上の記載に加えて様々な装置の組み立てにおいて使用できる。
【０１１２】
ＬＯＨＮｓがｐｎｐ装置などのマルチターミナル装置（つまり、Ｎ＞２）を組み立てるために使用できることがさらに認識されるだろう。図３４は、ｐ型物質２９２と、ｎ型物質２９４と、ｐ型物質２９６とで組み立てられてＴ１ターミナルと、Ｔ２ターミナルと、及びＴ３ターミナルとを有する、３つのターミナルのｐｎｐＬＯＨＮ２９０の例を示している。図３５は、３つのターミナルのＬＯＨＮ３００の別の例を例示する。
【０１１３】
６．４  ナノ電気機械装置
ナノワイヤーのピロ電気及び圧電装置は、原理的に、フィルム又はバルク装置とそれらの相違を示す、次の固有の特徴を有する：
（ａ）高品質の要因：拡張された欠損の不足は、ナノワイヤー共鳴装置の機械的に高品質な要因を可能にするべきである。低い欠損密度はさらに、低い欠失接線を示唆し、したがって長所を表す、高い電気機械のカップリングを示唆する（（ｔａｎδ）−１に比例する）。
【０１１４】
（ｂ）表面対体積の多大な比：ナノワイヤーの体積に対する吸着サイトの高い比率と組み合わされた単位長さに対するわずかな質量は、単一の分子レベルに接近する感度で質量増加の共鳴検出を可能にするであろう。
【０１１５】
（ｃ）物質の品質で変化を伴わない可変の長さ：ナノワイヤーの縦の共鳴装置は、サブミクロンから数十又は数百ミクロンまで様々な長さで生成可能であり、したがって、基本の共鳴周波数の広い範囲を備えるセンサー又はアクチュエータの組み立てを可能にする。
【０１１６】
（ｄ）ナノスケールの直径：短い直径は、原子と分子の規模で力の直接のプローブとして圧電性及びピロ電気のナノワイヤーの使用及びナノスケールの温度を許容する。さらに、影の蒸発（ｓｈａｄｏｗ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）によって組み立てられた縦の電極及び弾性の層を備えた“ナノビーム”のユニモルフベンダー（ｕｎｉｍｏｒｐｈ  ｂｅｎｄｅｒｓ）は、長さ：１０００対１に接近する厚さのアスペクト比及び適度な電圧で可能な大きく交わる電界（例えば、１０ｎｍ厚のナノビームに適用される１Ｖにおける１００ＭＶ／ｍ）により非常に大きな歪みができるだろう。
【０１１７】
図３６乃至図３９を参照するに、電気機械的な変換機のためのナノワイヤー装置の形態の例が例示される。図３６及び図３７は縦の形態を例示し、一方で図３８及び図３９は横の形態を例示する。
【０１１８】
最初に図３６及び図３７を参照するに、＜０００１＞のウルツ鉱において、自発的な分極は縦方向であり、つまり、ワイヤー軸に沿って方向付けられている。したがって、電界及びワイヤー軸に沿って適用される機械的なストレスは、多大な圧電反応を生じる。縦の形態３１０において、簡素な電極形態は、基部及び先端のそれぞれにおいて、接触（電極）３１２及び３１４を活用する。先端及び基部の接触に適用された縦のストレスは、直接の圧電効果によって検知されるであろう。ワイヤーの断面エリアが小さいので、多大なストレスはわずかな力で生じることができる。例えば、１００ｎＮの単軸の伸長力は、（１０ｎｍ）２の断面エリアのワイヤーにおける１００ＭＰａの単軸のストレスに対応する。したがって、５ｎＣ／Ｎの圧電係数は、明らかに検出可能である数値、０．５Ｃ／ｍ２の分極の変化を生じる。共鳴センサーとして使用されるナノワイヤーで、ナノワイヤーの一つの端は機械的に自由であるべきで、すぐそばの伝導性の表面は、ナノワイヤーの先端の電荷を検出するように、及びトンネル効果によって電荷を除去するか又は追加するように使用されるだろう。
【０１１９】
ここで図３８及び図３９を参照するに、完全に個別の感知及び発動能力は、＜ｈｋｉ０＞の配向でのウルツ鉱ナノワイヤーから予期され、すなわち、ワイヤーの成長方向に対して垂直の自発的な分極で予期される。かかるナノワイヤーは、例えば、（０００１）又は（ｈｋｉ０）配向での基板を備えるサファイアである、単一の結晶の基板の適切な表面方向を選択することによって成長できる。この横の形態３２０において、電極はワイヤー端に置かれ、したがって、圧電性のせん断モード（ｔｈｅ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｈｅａｒ  ｍｏｄｅ）、ｄ１５を活性化するか、又はｄ３１を採用するワイヤーの長さに沿って活性化する。電極３２２及び３２４がワイヤーの長さに沿って配置された、図３８に示されるｄ３１モードにおいて、高置換性のナノビームのユニモルフベンダー及び力センサーの両方を組み立てるために欠陥がないＡＩＮナノワイヤーの予期された大規模な電気的な崩壊強度及び高い破砕強度を開発することが可能である。適切な弾性の層が、電極ストライプの反対である、ナノワイヤーの一つの側に置かれた影であると仮定すると、ナノワイヤーの先端の置換δは、ｄ３１Ｌ２Ｖ／ｔ２のオーダーであるだろう。１Ｖの横断電圧、１０ｎｍの厚さ、５μｍの長さ、３ｐｍ／Ｖのｄ３１において、置換の先端は約０．７５μｍであると予測される。
【０１２０】
横の形態は、縦の形態において予期されることを越える合成及び処理の挑戦を表す。例えば、ナノワイヤーは結晶のウルツ鉱基板又はシードで核形成を必要とするであろう、横方向で核形成されなければならない。一旦、核形成されると、表面エネルギーの異方性は、影の配置に理想的である、長方形断面のナノワイヤーを生じることを予期する。ＧａＮの側面の成長実験上の実質的な文献に基づき、おそらく、横のナノワイヤーの成長率は、縦のウルツ鉱ナノワイヤーの成長率を多大に越えるだろう。一旦合成されると、ナノビームのユニモルフベンダーは、電極（例えば、Ｃｒ／Ａｕ）として役立つ薄い迎合的な１つの金属被覆と、電極として両方に役立つ反対側（例えば、Ｔｉ／Ｐｔ）の第二のより堅い層と、及びベンディングモードの発動のための中立軸の位置を最適化する弾性の層としての金属層の影の配置によって組み立てられてよい。代替として、溶液処理によって選択的に金属を配置する、反対の基部の面の本質的に異なる表面の特性を利用することが可能である。
【０１２１】
６．５  室温の紫外線ナノワイヤーのナノレーザー
短波長の半導体レーザーの開発は、今日の多大な関心事である。これは有効な層として、ＺｎＳｅ及びＩｎｘＧａ１−ｘＮで室温において緑青のダイオードレーザー構造の実現で最高潮に達した。ＺｎＯは、青の光電子の適用に適している、別のワイドなバンドギャップ（３．３７ｅＶ）の化合物半導体である。実際に、紫外線のレーザー放射作用は、乱れたＺｎＯ粒子及び薄膜で報告された。ワイドなバンドギャップ半導体物質では、電子孔プラズマ（ＥＨＰ）プロセスでのレーザー放射作用において、かなり十分である、光の増加を提供するために、通常は、高いキャリア濃度が必要とされる。従来のレーザーダイオードの操作において共通である、かかるＥＨＰ機能は、一般的に、高いレーザー放射の閾値を必要とする。ＥＨＰに対する代替として、半導体での励起子の組換えが、そのボソニックな（ｂｏｓｏｎｉｃ）特性のために、低い閾値の刺激された放射を容易にできる。室温で効率的な励起子のレーザー作用を達成するために、励起子結合エネルギー（Ｅｂｅｘ）は、室温の熱エネルギー（２６ｍｅＶ）よりはるかに大きくなければならない。この点に関して、ＺｎＯは、そのＥｂｅｘが、ＺｎＳｅ（２２ｍｅＶ）及びＧａＮ（２５ｍｅＶ）のＥｂｅｘよりも著しく大きく、約６０ｍｅＶであるのために、良好な候補である。
【０１２２】
閾値をさらに低くするために、低次元の化合物半導体のナノ構造が組み立てられ、その量子サイズ効果は、バンドエッジにおける実質的な密度状態を生じ、キャリア制限による放射性の組替えを増強する。低い閾値の光の増加媒体としての半導体の量子ウェル構造の使用は、半導体レーザー技術での著しい進展を表す。刺激された放射及び光の増加は、Ｓｉ及びＣｄＳｅナノクラスタ及びそれら全体で近年において実証されている。
【０１２３】
本発明のさらなる態様と一致して、我々は、光の励起下で４０ｋＷ／ｃｍ２の閾値でのＺｎＯナノワイヤーでの第一の励起子のレーザー放射作用を実証した。ナノワイヤーの一次元と同様に化学的な柔軟性は、それらを理想の小型のレーザー光源にさせる。それらの短波長のナノレーザーは、光のコンピュータ処理と、情報記憶と、及びナノ分析を含む無数の適用を有することができ得る。
【０１２４】
例７
ＺｏＮナノワイヤーは、サファイア（１１０）基板での触媒作用が及ぼされたエピタキシャルな結晶の成長を介して蒸気相の移動処理を使用して合成された。パターン化されたＡｕの薄膜は、ナノワイヤーの成長において触媒として使用された。ナノワイヤーの成長において、クリーンな（１１０）サファイア基板は、シャドーマスク（選択的なエッチングが後続するＡｕ上のチオールのミクロの接触印刷もＡｕパターンを生成するために使用された）としてＴＥＭグリッドの使用に関係なく、１０乃至３５オングストロームの薄い金でコーティングされた。等量のＺｎＯ粉末とグラファイト粉末は、粉砕されて、アルミナボートに移された。Ａｕでコーティングされたサファイア基板は、一般的にボートの中心から０．５乃至２．５ｃｍで配置された。次いで、開始物質及び基板は、アルゴンの流れにおいて８８０℃乃至９０５℃まで加熱された。Ｚｎ蒸気は、ＺｎＯのカーボサーマル（ｃａｒｂｏｔｈｅｒｍａｌ）減少によって生じ、ＺｎＯナノワイヤーが成長した基板まで移動された。成長は、一般的に２乃至１０分間内で発生した。
【０１２５】
ナノワイヤーは、基板でエピタキシャルに成長して、高度に配向したアレイを形成した。選択的なナノワイヤーの成長は、パターン化されたＡｕの薄膜が使用される場合に容易に達成可能である。ＺｎＯナノワイヤーは、Ａｕの薄層の触媒的な性質による、良好な選択性でＡｕがコーティングされたエリアでだけ成長した。それらナノワイヤーアレイのエリアは、ｃｍ２まで容易に延在できる。一般的に、それらワイヤーの直径は、２０ｎｍ乃至１５０ｎｍの範囲であり、一方でワイヤーの大多数は、７０ｎｍ乃至１００ｎｍの直径を有する。成長処理段階で基板がアニールされる場合、直径の分散は、Ａｕナノクラスタの触媒の不均一なサイズによる。それらナノワイヤーの長さは、成長時間を調節することによって、２μｍ乃至１０μｍ間で変化できる。パターン化されたナノワイヤーの成長能力は、制御可能な手法で基板にナノスケールの光エミッタを組み立てることを可能にする。
【０１２６】
ほとんどすべてのナノワイヤーが基板から垂直に成長することを我々は観察した。これは、ＺｎＯナノワイヤーの（０００１）平面と基板の（１１０）平面との間に良好なエピタキシャルなインターフェースが存在するという事実による。サファイアの理想ａ平面（１１０）は、対称的な２つ折りであり、一方でＺｎＯのｃ平面は、対称的な６つ折りである。それらは、ＺｎＯのａ軸とサファイアのｃ軸が４の要因によってほとんど正確に関連づけられるという例外を除いて本質的に比較にならない（室温で０．０８％未満の不整合）。サファイア〔０００１〕とは別の方向におけるインターフェースの矛盾点と同様にｃ方向で成長するＺｎＯの強い傾向に沿う、サファイア〔０００１〕に沿ったそのような一致した整合は、独特な垂直のエピタキシャルな成長形態を導く。サファイアのａ平面の異方性は、高品質でｃ方向のＺｎＯナノワイヤーアレイの成長のために重要である。
【０１２７】
ナノワイヤーアレイのＳＥＭ画像が獲得される。ナノワイヤーの六角形の末端平面は、明確に識別され得る。それらナノワイヤーが＜０００１＞方向に沿って成長し、末端及び側面の両方において確かに、良好な切子面が存在することは、強力な証拠である。それらナノワイヤーの良好な切子面の特質は、ナノワイヤーが効果的なレーザー媒体として使用された場合に重要な意味合いを有する。
【０１２８】
ＺｎＯナノワイヤーの追加の構造的な特徴は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を使用して実行される。単結晶のＺｎＯナノワイヤーの高解像度ＴＥＭ画像が獲得された。２つの（０００２）結晶の平面間の距離に一致した隣接する格子平面間の２．５６±０．０５オングストロームの間隔は、＜０００１＞がＺｎＯナノワイヤーのために好ましい成長方向であることをさらに提示している。著しいほどに、サファイア基板上のかかる＜０００１＞の優先的なナノワイヤーの成長はまた、Ｓｉｅｍｅｎｓ  Ｚ５０００で得られた図４０に示されるＸ線回折パターンで反射される。（０００１）ピークだけが観察され、広大な基板エリア一帯のこれらナノワイヤーアレイの優れた全体的なｃ軸整列を示している。
【０１２９】
ナノワイヤーのフォトルミネセンススペクトルは、励起源としてＨｅ−Ｃｄレーザー（３２５ｎｍ）を使用して測定された。３７７ｎｍまでの強力な近接なバンドギャップのエッジ放射が観察された。方向づけられたナノワイヤーからの可能な刺激された放射を探索するために、放射に依存する出力が試験された。サンプルは、室温でＮｄ：ＹＡＧレーザー（２６６ｎｍ、３ｎｓパルス幅）の第４の高調波によって光学的に注入された。ポンプビームは、ナノワイヤーの対称的な軸に対して１０度の入射角度でナノワイヤーに集束された。光の放射は、ナノワイヤーの末端表面の平面（対称軸に沿って）に垂直な方向で集中された。ナノワイヤーからの刺激された放射は、ペルチエ冷却型ＣＣＤ（ＥＧ＆Ｇ）と組み合わせたモノクロメーター（ＩＳＡ）を用いてナノワイヤーの垂直な末端平面に沿った方向（対称軸）で集中された。すべての実験は室温で行われた。著しく、いずれの組み立てられた鏡が存在しないで、それらＺｎＯナノワイヤーでのレーザー放射作用を我々は観察した。
【０１３０】
図４１は、ポンプ力が増加されたように放射スペクトルの展開を示す。低い励起強度（レーザー放射の閾値より低い）において、スペクトルは、約１７ｎｍの最大の半分の完全な幅（ＦＷＨＭ）での単一のブロードな自発性放射から構成される。自発的な放射は、バンドギャップ（３．３７ｅＶ）未満の１４０ｍｅＶで、光子を生成するために、励起子のうちの１つが選択的に組み合わせする際に励起子と励起子衝突プロセスによる励起子の組換えに起因する。ポンプ力が増大すると、放射ピークは、最大の獲得スペクトルに近い周波数の優先的な増幅により狭くなる。励起強度がレーザー放射の閾値（４０ｋＷ／ｃｍ２まで）を超過した場合、鋭いピークは放射スペクトル（曲線ｂ及び挿入図）で出現する。それらスペクトルのためのポンプ力は、それぞれ２０、１００及び１５０ｋＷ／ｃｍ２である。それらピークのラインの幅は、閾値未満の自発的な放射ピークのライン幅よりも５０倍以上小さい、０．３ｎｍ未満である。閾値よりも高く、統合した放射強度は、図４２に示されるように、ポンプ力で迅速に増大する。放射強度の狭いライン幅及び迅速な増大は、刺激された放射がそれらナノワイヤーで発生することを示す。観察された単一又は複数の鋭いピーク（図４１の曲線ｂ及び挿入図）は、３７０と４００ｎｍとの間の波長で異なるレーザー放射モードを表す。レーザー放射の閾値は、混乱した粒子又は薄膜で無造作にレーザー放射する（３００ｋＷ／ｃｍ２まで）以前に報告された値と比較して全く低いことが観察された。著しく、それら短波長ナノワイヤーのナノレーザーは室温で操作し、ナノワイヤーのエリア密度は１．１ｘ１０１０ｃｍ−２まで容易に達する。
【０１３１】
組み立てた鏡のないこれらのナノワイヤーアレイでレーザー放射作用を我々が観察したという事実は、刺激された放射を増幅するために単結晶で、良好な切小面のナノワイヤーが自然な共鳴孔として作用すること考慮するように我々に促す。図４３は、サファイア基板３３４上で成長した複数の切小面（この実施例の場合、六角形）のＺｎＯナノワイヤー３３２を使用して組み立てられたナノレーザー３３０を概略して例示する。この適用において、ナノワイヤー３３２がヘテロ構造ではなく、ホモ構造であることを注意するが、しかしながら、本発明がホモ構造のレーザー放射と同様にヘテロ構造でレーザー放射を可能にすることを認識するべきである。ナノワイヤーは、反射鏡として作用する２つの切小面を有する六角形の端面３３６、３３８を備える共鳴孔として作用する。励起子ボーアの半径より大きいが、光の波長より小さい規模を備えた高品質ナノワイヤー結晶で生じることができる巨大なオシレーターの強度効果が、これらのナノワイヤーアレイでの励起子の刺激された放射を可能にする。ＩＩ−ＶＩ半導体において、検体の切断エッジは、一般的に鏡として使用される。我々のナノワイヤーにおいて、一端は、サファイア基板３３４とＺｎＯとの間のエピタキシャルなインターフェース３３６であり、一方で、別の端はＺｎＯナノクリスタルの鋭い（０００１）平面３３８である。両者は、それぞれが１．８と、２．４５と、及び１．０である、サファイアと、ＺｎＯと、及び空気の屈折率を考慮する良好なレーザー孔鏡として役立つことができる。これが、このナノワイヤーの重要な特徴であり、すなわち、導波管に対して非常に容易に接することができることを注意する。ナノワイヤーでのこの自然の孔／導波管形成は、切断及びエッチングを伴わずにナノワイヤーのレーザー孔を形成する簡素な化学的アプローチを提示する。実際に、複数のレーザーモードがそれらのナノワイヤーで観察された場合（図４１の挿入図）、観察されたモードの間隔は５μｍ長までのワイヤーにおいて約５ｎｍであり、隣接した共鳴周波数ｖＦ＝ｃ／２ｎｌ間の計算された間隔に量子的に良好に一致する。式中、ｖＦは放射モード間隔であり、ｃは光速であり、ｎは屈折率であり、ｌは共鳴孔の長さである。導波管が形成され得る代替の手法は、ポリマー層でナノワイヤーをコーティングするであろうことをさらに注意する。
【０１３２】
本発明によるレーザーは、溶液中で固体のポリマー若しくはガラス質のマトリックスで支持されるナノワイヤーを有することができるか、又は基板の表面から延在する。基板に取り付けられたワイヤーにおいて、ワイヤーは、それらすべてのポイントが同一方向であるように、混乱又は配置されるかのいずれかができる。その方向は基板表面に対して垂直となることができるか、又は基板から他の角度となるように選択できる。加えて、マトリックス物質でのナノワイヤーでさえ、規則正しい構造を形成するように配列できる。本発明は、同一形態のノンレーザーのヘテロ構造と同様に、上に記載のナノワイヤー合成方向を備えるレーザーを含むことを注意する。
【０１３３】
ＺｎＯナノワイヤーからのルミネセンスの衰退が、パルス化された励起（２００ｆｓパルス長）のための周波数の３倍モードでロックされたＴｉ：サファイアレーザー及び検出のためのｐｓ解像度のストリークカメラを用いて研究された。図４４を参照するに、室温で記録された実験データ（点線）に対する良好な適合は、それぞれ、約７０ｐｓ及び３５０ｐｓの時間定数の迅速且つ遅延なプロセスを仮定する双指数関数的な崩壊モデルが獲得された。時間解決型スペクトルは、６．３９ｍＷの励起力で記録された。したがって、これらの有効寿命の測定は、励起子の放射性の組替えが、迅速且つ遅延プロセスの重ね合せであることを示す。ルミネセンスの有効寿命は、電子及び／又は孔をトラップして、結局のところ、それらの非放射性の組替えを引き起こす欠陥の集中によって、主として決定される。ルミネセンス衰微の正確な理由はこの段階で不明瞭なままであるが、これらのワイヤーにおいて測定された非常に長い有効寿命は、ナノワイヤー成長プロセスで達成された高い結晶の質を実証する。その間に、さらに、ここに報告された低いレーザー閾値における部分で説明する。
【０１３４】
概略すると、４０ｋＷ／ｃｍ２のレーザー放射の閾値で明確に配向された垂直のＺｎＯナノワイヤーアレイで室温における紫外線レーザー放射を我々は実証した。基板上のそれらナノクラスタのエリア密度は、１．１ｘ１０１０ｃｍ−２に容易に達することができる。レーザー放射の波長は、ＺｎＯ／ＣｄＯの合金ナノワイヤーを作製することによって青い領域に変更できることを我々は認識する。加えて、それら個々のナノワイヤーにｐｎ結合を生成することによって、個々のナノワイヤーからの電子放射の青色レーザーを合致する可能性の試験が可能となるべきである。かかる小型ナノワイヤーのナノレーザーは、ナノフォトニクス及びミクロ分析で適用するだろう。
【０１３５】
先の記載から、本発明のナノワイヤーは光の孔として使用できることが認識されるだろう。光の孔を生成する別の手法は、ワイヤー端の誘電体を生成することであり得る。加えて、ナノワイヤーの数多の部分は一つのエネルギー移動状態を有し、別の部分は、分配されたフィードバック・レーザーでのように異なるエネルギー移動状態を有する。光の孔の末端を外すことによって、レーザー又は光の増幅器が実現できることをさらに認識するであろう。加えて、孔は、すでに記載のようにナノワイヤー自体の一部分になることができ、孔はナノワイヤーの外部になり得る。本質的には、レーザー又は光の増幅器はナノワイヤーと、ポンプ源と、及び孔から形成することができ、そこで孔はナノワイヤーの一部ですあるか、又はナノワイヤーと分離している。さらに、従来の刺激された放射技術を使用して、孔は必要とされない。
【０１３６】
本発明のナノワイヤーが、ここに参照として組み込まれる米国特許第５，２６０，９５７号明細書で記載のような量子ドットレーザーの機能的な構成部分として採用され得、そこで、量子ドットがここに記載のようなナノワイヤーに統合され、ポンプ源が量子ドットで分布の反転を励起させるために形態化されるであろうことがさらに認識される。しかしながら、ポンピングがナノワイヤーでの分布の反転を促進する際に、ナノワイヤー自体がレーザー放射のためにポンプできることを注意する。ナノワイヤーはすでに記載のようにポリマーマトリックスに埋め込まれることができ、かかるレーザー放射装置のマトリックスにおける要素として機能できる。ポンプ源はポンプレーザーなどの光のポンプ源であるか、又は直接的であるか若しくはオーミック接触を介する何れかによって、ナノワイヤーと接触する陰極及び陽極を有する、電気的なポンプ源であることができる。ポンプレーザーが採用される場合、ポンプの波長は、好ましくは約１０ｍｅＶより大きい、さらに好ましくは１００ｍｅＶより大きいことによって、ナノワイヤーの波長よりも大きい。ナノワイヤーは孔又は末端に位置でき、ナノワイヤーが孔として機能するように反射面を備えて形成できる。
【０１３７】
６．６  追加的な装置
先の記載から、多くの装置が上に記載のナノワイヤーと合成方法を使用して組み立て可能であることが認識されるであろう。追加的な特定の装置は、限定しないが下記を含む。
【０１３８】
６．６．１フィールド効果トランジスタ（ＦＥＴ）
これは、ＣＯＨＮｓを用いて実現できる、３つのターミナル装置である。“ソース”から“ドレイン”への電流の流れは、“ゲート”での電圧によって制御される。ソース及びドレインは、ナノワイヤーのコアに接触する、ナノワイヤーに沿った任意の２つのポイントであることができる。ゲートコンタクトは、ソースとドレインとの間の数多のポイントでのナノワイヤーのサックに適用される。ゲート電圧は、ソースとドレインとの間のチャンネルの伝導性を制御する。少なくとも２つの型のＦＥＴｓは、この手法で組み立てできる。第一に、結合ＦＥＴは、ゲートでのリバースバイアスのｐｎ結合で組み立てられる。この場合、ナノワイヤーのコアはｎ型半導体であり、サックはｐ型である（又は、その逆）。結合でリバースバイアスを適用することは、コア内の消耗領域を増大することが可能で、したがって、ソースからドレインへの電流の流れを抑制する。第二の種類のＦＥＴは、金属酸化物（ＭＯＳＦＥＴ）又はゲートでの金属絶縁体（ＭＩＳＦＥＴ）に基づく。この場合、ナノワイヤーのサックは２つのサブサックからなる。ナノワイヤーのコアは、酸化物又は絶縁体の層で最初に塗布され、次いで、伝導層で塗布される。ナノワイヤーのコアがゼロゲート電圧でソースとドレインとの間に伝導チャンネルを有しない場合、伝導サックとナノワイヤーのコアとの間に電圧を印加することは、ソースとドレインとの間のチャンネルを取り除くことができるか（消耗モードＭＯＳＦＥＴ若しくはＭＩＳＦＥＴ）、又はチャンネルを生成する（増強モードＭＯＳＦＥＴ若しくはＭＩＳＦＥＴ）。加えて、限定しないが、図３４及び３５に描写したような３つのターミナル装置は、ソース及びドレインとして作用する２つのターミナル並びにゲートとしての第三の作用で活用され得る。特に、絶縁のヘテロ結合が、ソース−ドレイン・パスとゲート−電極との間に位置する、３つのターミナル装置でのＭＯＳＦＥＴ構造を生成することが可能である。
【０１３９】
６．６．２  赤外線検出器
赤外線（ＩＲ）検出器は、赤外線波長（１乃至２０ミクロン）内のバンドギャップを有する半導体物質からなるナノワイヤーを使用して作製できる。好ましくは、検出器は、ナノワイヤーの２つの端で２つの結合を有する、２つのターミナル装置である。光の存在は、２つのターミナル（光伝導体）間に適用されたバイアスを使用して測定される、ナノワイヤーの伝導性を変化するか、又は光は外部のバイアス回路（光起電力操作）なしでナノワイヤーにおいて電圧を生成する。光起電力操作は、ナノワイヤーでの内部電界を必要とする。これは、ナノワイヤーに沿ったｐｎ結合又はナノワイヤーの２つの末端に対する接触での金属／半導体結合を使用して実現できる。ナノワイヤーの直径が電子の電子ドブロイ波長よりも短い場合、量子制限効果は物質の効果的なバンドギャップ及び赤外線放射の感度領域を変化するであろう。第二の型の赤外線検出器は、ＬＯＨＮｓを使用して組み立てできる。量子源赤外線インターサブバンド光検出器と同様に、ナノワイヤーの方向に沿った一連のヘテロ構造は、物質の電導バンド又は原子価バンド内に量子化された電子状態を生成する。それら電子状態間の光の吸収は、物質のバンドギャップによって制限されない、任意の赤外線波長（１乃至２０ミクロン）でなるように調節できる。再度、ナノワイヤーの２つの末端の接触は、光伝導性又は光起電力赤外線検出器を実現させる。
【０１４０】
６．６．３  単一の電子赤外線検出器
この装置は、以前のＬＯＨＮに基づく赤外線検出器と同様である。唯一の差異は、ヘテロ構造の層のパラメータ（長さ、ナノワイヤーの直径、構成部分）が、自由電子が去るまで、この層を横切って他の電子を輸送することができないように、特にその層の内部の自由電子の生成が質量によって静電気エネルギーを変化するように、選択されることである（クーロンブロッケード）。これは、単一の電子（したがって、単一のフォトン）状態を検出することを可能にする。
【０１４１】
６．６．４  共鳴トンネルダイオード
これは、ＬＯＨＮｓからなる２つのターミナル装置である。この基本的な考えは、ＬＯＨＮが５つのセグメント（エミッタ、バリア１、ウェル、バリア２、コレクタ）に分割されることである。ウェルの層は、電子エネルギー状態が量子化されるように十分に短い。バリア層のバンド構造は、電子波動関数はたちまち消滅するが、しかし、層における電子伝達の見込みは０でないように選択される。バイアスの下で、電子はエミッタの接触からコレクタの接触まで放射される。特定のバイアスでは、エミッタからの入射電子のエネルギーがウェルでの量子化エネルギーレベルに一致するように、全体の構造における伝達は、装置の電流と電圧の特質における負の差分抵抗の上昇が増強され（共鳴トンネル）、高速オシレーター又は論理回路を作製するように実施例の手法によって活用できる。
【０１４２】
６．６．５  発光ダイオード
単一ナノワイヤーの発光ダイオードは、ナノワイヤーに沿ったｐｎ結合から作製できる。消耗領域（電子と孔が再結合する）に近いヘテロ構造は、キャリアを制限することによって、より効率的なＬＥＤｓを作製するために使用できる。ナノワイヤーのアレイでＬＥＤｓを作製するために、低い吸収及び拡散ロスの適切な充填剤（ポリマーなど）を組み込むことは重要である。最終的な装置は、中間に合成ナノワイヤーを備えた２つの電極から構成されるだろう。
【０１４３】
６．６．６  電気的にポンプされたレーザー
これは、ナノワイヤーの合成ＬＥＤに光の孔を加えて作製される。光の孔は、垂直形態（ナノワイヤーの合成物質の２つの側面に対する接触に沿った）又は水平形態（分配されたブラッグリフレクタレーザーと同様）での誘電体鏡から作製できる。
【０１４４】
６．６．７  光の導波管／相互連結
この形態において、ナノワイヤーは、合成物質（ナノワイヤーに充填物質を加えて）の一部として、又は光がナノワイヤー自体の内部に導かれる、何れかで使用される。後者の場合において、設計における主要なパラメータは、ワイヤーに沿った光のロス及び側面のモードの数である。一般的な設計は、コア及びサックの層の指標が導かれたモード又はグループ分散バルブ（これはシリカベースの光ファイバーの設計と同様である）の特定数を達成するために選択される場合のＣＯＨＮｓに基づく。前者の場合（ナノワイヤーの合成物質）において、新規の技術的な物質として取り扱われ、導波管（リッジタイプ、スラブ層など）を組み立てる従来の方法が使用できる。
【０１４５】
６．６．８  光カップラー／モジュレータ／スイッチ
ナノワイヤーの合成物質の場合において、基本的に、光電子、光熱、又は光磁気の特質はナノワイヤーアレイを組み込むことによって修正される、充填物質（例えば、ポリマー）を有するだろう。所望の特徴（電子と光の係数を増大し、ナノワイヤーのｐｎ結合に光の増加を組み込む、など）を調節するために異なる様々な物質を選択することができる。一旦、ナノワイヤー物質が組み立てられると、新規な薄膜物質として処理でき、さらに導波スイッチ、モジュレータ、カップラー、などを実現する従来の技術が使用できる。主な利点は、受動的で活性のへテロ構造のナノワイヤーの富んだ特質がポリマーに基づく薄膜装置の簡素な処理と組み合わされることである。
【０１４６】
６．６．９  電気機械的／熱機械的な装置
圧電又は圧電抵抗性物質からなるナノワイヤーは、電気機械的なセンサーとして使用でき得る。単一軸の負荷下にて、ワイヤーに沿った方向（縦方向）で、圧電性（例えば、ＡＩＮ、ＺｎＯ）ナノワイヤーは電圧信号を生成でき、一方で圧電抵抗性のナノワイヤー（例えば、Ｓｉ）は、電流の通過によって測定できる、抵抗での変化を生成するだろう。それらのナノワイヤーがポリマーマトリックス合成物に形成される場合、単一軸の負荷を検出するために使用できる、柔軟で／等角の物質を本質的に獲得できる。圧電装置は、同様に単一軸を生成するために使用できる。ナノワイヤーのヘテロ構造が、単一結晶のナノワイヤーが別の物質（例えば、ここに記載のような部分的なＣＯＨＮ）で一つの側にコーティングされる方法で形成される場合、バイモルフ（ｂｉｍｏｒｐｈ）としての曲がり運動を生成するように使用される。例えば、２つの物質が異なる熱膨張係数を有する場合、温度と、温度を変更するものすべて（放射線吸収、電子的な消費、など）を検知するために、それらを使用することができ得る。加えて、温度を変化することによって、この装置は熱の発動作用のために使用でき得る。ナノワイヤーに基づくバイモルフは、ナノワイヤーの軸に対して垂直な負荷を検出するために使用することができる。
【０１４７】
６．６．１０  化学的な検出方法
ナノワイヤーが化学的なセンサーとして振舞うことができる一方で、ナノワイヤーはまた、化学的な論理として使用できる。例えば、物質Ａ、Ｂ、Ｃのセグメントを有するＬＯＨＮを考慮する。物質Ａが化学物質Ａ´を吸収する場合に伝導性になると仮定すると、化学物質Ｂ´を吸収する場合の物質Ｂは同様に伝導性になる。化学物質Ａ´、Ｂ´及びＣ´の存在においてのみナノワイヤーの高い伝導性となるだろう。これは一種の化学的な論理であり、つまり、Ａ´とＢ´とＣ´でないものが０などであるように、Ａ´とＢ´とＣ´は１である。それらの構造を連続／平行ネットワークに入力する場合、ＡＮＤ及びＯＲ論理を生成でき得る。当然のこととして、これを生物的な検出に拡張できる。事実、バイオレセプターは特異性が高いので、生物的な検出においてより容易になるであろう。
【０１４８】
７．結論
上の議論から、半導体が、約２００ｎｍ未満の範囲、好ましくは５ｎｍ乃至５０ｎｍの範囲のサイズの２、１又は０次元構造に制限される場合、それらの特質が新規な手法で操作できることが分かる。他の化学的合成技術に沿った、ここに記載の方法は、ナノワイヤー及び関連するヘテロ構造を成長するために使用できる。それらの構造は、共軸のヘテロ構造のナノワイヤー（ＣＯＨＮｓ）及び縦のヘテロ構造のナノワイヤー（ＬＯＨＮｓ）及びこれらの組み合わせを含む。ＣＯＨＮｓは極度に高い電荷キャリアの移動性を有するナノワイヤーが獲得できるようにモジュレーションドーピングを可能にし、一方で、ＬＯＨＮｓは、複数の量子ドット又は単一のナノワイヤー内に統合されたｐｎ結合を導くことができる、１次元のバンドギャップ技術を可能にする。フェルミレベルに近いバンド構造の計画実行はまた、それらの熱電気特質の調節を可能にするだろう。１次元制限は、それらの熱的な特質が著しく変化する、フォノン・スペクトル及び有効寿命において強烈な影響を有する。加えて、ナノワイヤーの構造は、ナノ電気機械的な変換機の結果となる、半導体ナノワイヤーで統合する圧電ナノ構造の特質を提供する。さらに、ＣＯＨＮｓ及びＬＯＨＮｓでの弾性の境界条件は、２次元（量子ウェル及びヘテロ構造）又は薄膜形態で安定でなく、転位がないインターフェースを可能にし、一方で、バルク又は薄膜形態で準安定な新規の安定相へのアクセスを提供する。
【０１４９】
ＣＯＨＮｓ及びＬＯＨＮｓはまた、熱電気レフリジレータ又は発電機、発光装置、及びナノ電気機械的変換機を含む、エネルギー変換装置の開発に向いている。好ましくは、それら装置での活性物質は、ミクロシステムにパターン化でき、統合できるようなポリマーマトリックスに埋め込まれる、ナノワイヤーアレイからなる合成物を含む。直径が５ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲の半導体のナノワイヤーは、比較可能な性能を備えた熱電気のレフリジレータ及び発電機を開発する独特な機会を提供するか、又はガス若しくは蒸気に基づいた熱電気のレフリジレータ及び発電機よりも良好である。かかる固体状態の装置は、環境と同様にエネルギー利用技術にも巨大な影響を及ぼす。統合された量子ドットを含むナノワイヤーの使用は、すべて効率的で、サイズ調整可能な光電子が転換可能である。
【０１５０】
さらに、ポリマーマトリックスにかかるナノワイヤーを埋め込むことは、光ファイバーと効率的な結合を可能にするだろう半導体よりもより低い屈折率の発光する柔軟な媒体を生成し、それによって外部の量子効率を著しく改善するだろう。単一電子と組み合う場合、かかる量子ドットのナノワイヤーは、情報の記憶及び処理に著しく影響を与えることができる、単一の光子装置の可能性を提供する。ナノワイヤーに基づく圧電変換機は、分子検出及びナノアクチュエータから高周波数信号のプロセッサまでの適用範囲において使用できる、高品質の要因及び高い共鳴周波数装置を導くだろう。最終的に、鏡として機能する自然な切小面の端面を備える単結晶のナノワイヤーは、ナノレーザー装置において使用できる。
【０１５１】
ナノワイヤーの長さに沿ったヘテロ構造を含有するＬＯＨＮｓはまた、下記に限定しないが、（ａ）光子装置のために使用でき得るｐｎ若しくはｐｎｐ又は様々なほかの結合、（ｂ）サイズの変更可能な光吸収／放射及び単一電子のトンネル特徴を備える複数の量子ドット、したがって単一の光子装置を導く、（ｃ）高い電子移動度及び減少した光子移動を備えたナノワイヤーのスーパーラチス、それによって熱電気装置で有用である、（ｄ）ナノ電気機械的変換のための圧電性及び電気的なヘテロ装置と、を含む非常に興味深い特質を有するように設計できる。ナノワイヤーのヘテロエピタキシャルな成長の弾性境界状態は、平面基板でのエピタキシャルなフィルム成長によって達成できる従来の２次元形態で安定でないスーパーラチスのナノワイヤーでの転位がないインターフェースを生成する可能性を提供する。一方で、同様に混乱が望ましい場合があり、本発明は欠陥制御を可能にする。
【０１５２】
過去における多大な努力が０次元（０−Ｄ）（量子ドット）及び２次元（量子ウェル及びヘテロ構造）の合成及び研究に集中するが、カーボンナノチューブ以外の半導体ナノワイヤーは、比較的わずかな注目を集めた。しかしながら、量子ドットと比較すると、約１μｍ乃至１０μｍ長のナノワイヤーは、一般的に約１μｍである、フォトリソグラフィーの小型に組み立てられた特徴を備える統合ナノ構造の独特の機会を提供する。加えて、ナノワイヤーはまた、過去において広範囲に研究され活用された２次元構造にわたり、さらなる制限を可能にする。これらの好意的な属性のために、ナノワイヤーのヘテロ構造に基づく装置の様々な他の型は、下記に限定しないが、（ｉ）高効率な熱電気のレフリジレータ又は発電機、（ｉｉ）調節可能な発光ダイオード、（ｉｉｉ）圧電性のナノ機械的なセンサー及びアクチュエータを含んで、同様に設計され組み立てできる。下記に詳細に記載されるように、それら装置が劇的に転換効率を改善するか、又は転換の新規の手法を切り開くので、かかる装置でのナノワイヤーのヘテロ構造の使用は重要である。それら簡素な装置はまた、より洗練された装置の基礎を形成する。
【０１５３】
様々な形態がすでに記載された数多の新規の構造を使用して達成できることが認識されるだろう。限定しないが、さらなる実施例の手法において、それらの形態は、単一及び複数の結合ＬＯＨＮｓと、単一及び複数の結合ＣＯＨＮｓと、ＬＯＨＮとＣＯＨＮ構造との組み合わせと、２つのターミナル形態と、Ｎが２より大きいターミナル形態と、ヘテロ構造とホモ構造の組み合わせと、一つ以上の電極（さらに、全体的なヘテロ構造となり得る）を備えるホモ構造と、一つ以上の電極を備えるヘテロ構造と、絶縁体を備えるホモ構造と、絶縁体を備えるヘテロ構造と、及び同様な構造を含む。さらに、ナノワイヤーとターミナルとの間のインターフェースがヘテロ結合に寄与することが認識されるだろう。様々な装置は、下記に限定しないが、光子バンドギャップ装置と、特定エリアでの電子を制限する量子ドットと、熱電気装置（例えば、固体状のレフリジレータ及びエンジン）と、光子装置（例えば、ナノクラスタ）と、ナノ電気機械的（ＭＥＭ）装置（電気機械的アクチュエータ及びセンサー）と、例えば、機械的なエネルギーに対する光又は光に対する熱エネルギーを含む様々な形態のエネルギー変換装置と、及び他の装置と、を含んでいる、それらの構造及び形態を使用して組み立て可能である。
【０１５４】
上の記載が多くの詳細を含むが、これらは、本発明の範囲の制限として、しかし本発明の提供された好ましい実施例のうちのいくつかの実例を単に提供することとして解釈されるべきではない。したがって、本発明の範囲は、当業者にとって明白になってよい、他の実施態様を完全に包含し、したがって、本発明の範囲は、付随の請求項以外の何によっても制限されないことを認識するだろう。付随の請求項において、単数の要素への言及は、“唯一の一つ”暗示的に示されるのでなければ、むしろ“一つ以上”を意味するようには意図されない。当業者に周知である上に記載の好ましい実施態様の要素に対するすべての構造的、化学的、及び機能的な等価は、参照によってここに表現されて組み込まれ、本請求項によって包含されるように意図される。さらに、本請求項によって包含される、現在の発明によって解決されるために求められたすべての問題を提示する装置又は方法において必要ではない。さらに、本開示の要素、構成部分、又は方法の段階は、要素、構成部分若しくは方法の段階が請求項で明示的である詳細な記載かどうかにかかわらず一般に専心的なように意図されない。「の手段」の表現を使用して、要素が明らかに詳細に記載されなければ、ここの請求項の要素は、３５ＵＳＣ１１２、第６段落の規定では解釈されない。
【０１５５】
関連出願の相互参照
本出願は、ここに参照として組み込まれた２００１年３月３０日に出願された米国仮特許出願番号６０／２８０，６７６号とここに参照として組み込まれた２００２年１月１５日に出願された米国仮特許出願番号６０／３４９，２０６号からの優先権を主張する。
【０１５６】
連邦政府に支持された研究又は開発に関する声明
本発明は、エネルギー省によって与えられた契約番号ＤＥ−ＡＣ０３−７６ＳＦ０００９８と、国立科学財団によって与えられた許可番号ＤＭＲ−００９２８６と、国立科学財団によって与えられた許可番号ＣＴＳ−０１０３６０９との下で合衆国政府の支持によって成された。合衆国政府は、本発明における権利を明らかに有する。
［付記］
付記（１）：
第一物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した第二物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記セグメントの少なくとも一つが約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有し、
前記ナノワイヤーは直径の実質的な単分散の分配を有するナノワイヤーの群から選択されることを特徴とするナノワイヤー。
付記（２）：
第一物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した第二物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記セグメントの少なくとも一つが約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有し、
前記ナノワイヤーは長さの実質的な単分散の分配を有するナノワイヤーの群から選択されることを特徴とするナノワイヤー。
付記（３）：
第一物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した第二物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記ナノワイヤーを表す特徴は、量子制限効果によって前記第一及び第二物質のバルク特徴に関して修正される、電子特質、光特質、物理特質、磁気特質及び化学特質から本質的に構成される群から選択されることを特徴とするナノワイヤー。
付記（４）：
第一物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した第二物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記ナノワイヤーは、前記ナノワイヤーの直径の機能として変化する、少なくとも一つの電子特性を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（５）：
前記少なくとも電子特性は、バンドギャップエネルギーを含むことを特徴とする付記（４）に記載のナノワイヤー。
付記（６）：
実質的に結晶物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した実質的に結晶物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（７）：
前記第一及び前記第二セグメントの各々がドープされた半導体物質を含むことを特徴とする付記（６）に記載のナノワイヤー。
付記（８）：
前記ドープされた半導体物質が、群ＩＩＩ−Ｖ半導体と、群ＩＩ−ＶＩ半導体と、群ＩＩ−ＩＶ半導体と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（７）に記載のナノワイヤー。
付記（９）：
前記第一及び第二セグメントの各々は、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（６）に記載のナノワイヤー。
付記（１０）：
実質的に結晶物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した構成的に異なる物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（１１）：
前記第二セグメントは、実質的に結晶物質からなることを特徴とする付記（１０）に記載のナノワイヤー。
付記（１２）：
半導体物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合する半導体物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（１３）：
前記第一及び前記第二セグメントの各々がドープされた半導体物質を含むことを特徴とする付記（１２）に記載のナノワイヤー。
付記（１４）：
前記ドープされた半導体物質が、群ＩＩＩ−Ｖ半導体と、群ＩＩ−ＶＩ半導体と、群ＩＩ−ＩＶ半導体と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（１３）に記載のナノワイヤー。
付記（１５）：
前記第一及び第二セグメントの各々は、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（１２）に記載のナノワイヤー。
付記（１６）：
ドープされた半導体物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合したドープした半導体物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（１７）：
前記ドープされた半導体物質が、群ＩＩＩ−Ｖ半導体と、群ＩＩ−ＶＩ半導体と、群ＩＩ−ＩＶ半導体と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（１６）に記載のナノワイヤー。
付記（１８）：
前記第一及び第二セグメントの各々は、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（１６）に記載のナノワイヤー。
付記（１９）：
実質的に結晶物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した構成的に異なる物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの範囲の距離にわたっており、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（２０）：
前記第二セグメントは、実質的に結晶物質を含むことを特徴とする付記（１９）に記載のナノワイヤー。
付記（２１）：
実質的に結晶物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した実質的に結晶物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの範囲の距離にわたっており、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（２２）：
前記第一及び前記第二のセグメントの各々は、半導体物質を含むことを特徴とする付記（２１）に記載のナノワイヤー。
付記（２３）：
前記第一及び前記第二のセグメントの各々は、ドープされた半導体物質を含むことを特徴とする付記（２１）に記載のナノワイヤー。
付記（２４）：
前記ドープされた半導体物質が、群ＩＩＩ−Ｖ半導体と、群ＩＩ−ＶＩ半導体と、群ＩＩ−ＩＶ半導体と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（２３）に記載のナノワイヤー。
付記（２５）：
前記第一及び第二セグメントの各々は、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（２１）に記載のナノワイヤー。
付記（２６）：
半導体物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した半導体物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの範囲の距離にわたっており、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（２７）：
前記第一及び前記第二セグメントの各々がドープされた半導体物質を含むことを特徴とする付記（２６）に記載のナノワイヤー。
付記（２８）：
前記ドープされた半導体物質が、群ＩＩＩ−Ｖ半導体と、群ＩＩ−ＶＩ半導体と、群ＩＩ−ＩＶ半導体と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（２７）に記載のナノワイヤー。
付記（２９）：
前記第一及び第二セグメントの各々は、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（２６）に記載のナノワイヤー。
付記（３０）：
ドープされた半導体物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合したドープされた半導体物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの範囲の距離にわたっており、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（３１）：
前記ドープされた半導体物質が、群ＩＩＩ−Ｖ半導体と、群ＩＩ−ＶＩ半導体と、群ＩＩ−ＩＶ半導体と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（３０）に記載のナノワイヤー。
付記（３２）：
前記第一及び第二セグメントの各々は、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（３０）に記載のナノワイヤー。
付記（３３）：
実質的に結晶物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した構成的に異なる物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの範囲の距離にわたっており、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの変化は、前記第一セグメントの構成が、前記第一セグメントの中心での前記第一セグメントの前記構成の約９９％まで減少する際に、前記第二セグメントに向かうポイントで開始し、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とするナノワイヤー。
付記（３４）：
前記第二セグメントは、実質的に結晶物質を含むことを特徴とする付記（３３）に記載のナノワイヤー。
付記（３５）：
実質的に結晶物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した実質的に結晶物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの範囲の距離にわたっており、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの変化は、前記第一セグメントの構成が、前記第一セグメントの中心での前記第一セグメントの前記構成の約９９％まで減少する際に、前記第二セグメントに向かうポイントで開始し、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の直径を有し、
約２００ｎｍ未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つの前記直径は、前記セグメントの前記長さにおいて約１０％以上で変化しないことを特徴とするナノワイヤー。
付記（３６）：
前記第一及び前記第二のセグメントの各々は、半導体物質を含むことを特徴とする付記（３５）に記載のナノワイヤー。
付記（３７）：
前記第一及び前記第二のセグメントの各々は、ドープされた半導体物質を含むことを特徴とする付記（３５）に記載のナノワイヤー。
付記（３８）：
前記ドープされた半導体物質が、群ＩＩＩ−Ｖ半導体と、群ＩＩ−ＶＩ半導体と、群ＩＩ−ＩＶ半導体と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（３７）に記載のナノワイヤー。
付記（３９）：
前記第一及び第二セグメントの各々は、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（３５）に記載のナノワイヤー。
付記（４０）：
半導体物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した半導体物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの範囲の距離にわたっており、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの変化は、前記第一セグメントの構成が、前記第一セグメントの中心での前記第一セグメントの前記構成の約９９％まで減少する際に、前記第二セグメントに向かうポイントで開始し、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００未満の直径を有し、
約２００未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つの前記直径は、前記セグメントの前記長さにおいて約１０％以上で変化しないことを特徴とするナノワイヤー。
付記（４１）：
前記第一及び前記第二のセグメントの各々は、ドープされた半導体物質を含むことを特徴とする付記（４０）に記載のナノワイヤー。
付記（４２）：
前記ドープされた半導体物質が、群ＩＩＩ−Ｖ半導体と、群ＩＩ−ＶＩ半導体と、群ＩＩ−ＩＶ半導体と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（４１）に記載のナノワイヤー。
付記（４３）：
前記第一及び第二セグメントの各々は、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（４０）に記載のナノワイヤー。
付記（４４）：
ドープされた半導体物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合したドープされた半導体物質の第二セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの範囲の距離にわたっており、
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの変化は、前記第一セグメントの構成が、前記第一セグメントの中心での前記第一セグメントの前記構成の約９９％まで減少する際に、前記第二セグメントに向かうポイントで開始し、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００未満の直径を有し、
約２００未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つの前記直径は、前記セグメントの前記長さにおいて約１０％以上で変化しないことを特徴とするナノワイヤー。
付記（４５）：
前記ドープされた半導体物質が、群ＩＩＩ−Ｖ半導体と、群ＩＩ−ＶＩ半導体と、群ＩＩ−ＩＶ半導体と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（４６）：
前記第一及び第二セグメントの各々は、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（４７）：
前記物質の少なくとも一つは、実質的に結晶物質を含むことを特徴とする付記（１、２、３）又は（４）に記載のナノワイヤー。
付記（４８）：
前記第一及び第二物質は、構成的に異なる物質であることを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１２）、（１６）、（２１）、（２６）、（３０）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（４９）：
前記セグメントの少なくとも一つは、実質的に単結晶物質を含むことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（５０）：
前記第一セグメントから前記第二セグメントまでの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約１００ｎｍまでの距離範囲であることを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）又は（１６）に記載のナノワイヤー。
付記（５１）：
前記変化は、実質的に欠陥がない領域で発生することを特徴とする付記（５０）に記載のナノワイヤー。
付記（５２）：
前記変化は、実質的に結晶である領域で発生することを特徴とする付記（５０）に記載のナノワイヤー。
付記（５３）：
前記変化は、実質的に単結晶である領域で発生することを特徴とする付記（５０）に記載のナノワイヤー。
付記（５４）：
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの変化は、前記第一セグメントの構成が、前記第一セグメントの中心での前記第一セグメントの前記構成の約９９％まで減少する際に、前記第二セグメントに向かうポイントで開始することを特徴とする付記（５０）に記載のナノワイヤー。
付記（５５）：
前記第一セグメントから前記第二セグメントまでの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの距離範囲であることを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）又は（１６）に記載のナノワイヤー。
付記（５６）：
前記変化は、実質的に欠陥がない領域で発生することを特徴とする付記（５５）に記載のナノワイヤー。
付記（５７）：
前記変化は、実質的に結晶である領域で発生することを特徴とする付記（５５）に記載のナノワイヤー。
付記（５８）：
前記変化は、実質的に単結晶である領域で発生することを特徴とする付記（５５）に記載のナノワイヤー。
付記（５９）：
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの変化は、前記第一セグメントの構成が、前記第一セグメントの中心での前記第一セグメントの前記構成の約９９％まで減少する際に、前記第二セグメントに向かうポイントで開始することを特徴とする付記（５５）に記載のナノワイヤー。
付記（６０）：
前記セグメントの少なくとも一つは、半導体物質を含むことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１９）、（２１）、（３３）又は（３５）に記載のナノワイヤー。
付記（６１）：
前記セグメントの少なくとも一つは、ドープされた半導体物質を含むことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１９）、（２１）、（２６）、（３３）、（３５）又は（４０）に記載のナノワイヤー。
付記（６２）：
前記セグメントの少なくとも一つは、均質にドープされた半導体の電気的な特徴を表すことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（２０）、（１２）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（６３）：
約２００ｎｍ未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つは、約５ｎｍ乃至約５０ｎｍの範囲の直径を有することを特徴とする付記（１）、（２）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（６４）：
約２００ｎｍ未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つの前記直径は、前記セグメントの前記長さにおいて約５０％以上で変化しないことを特徴とする付記（１）、（２）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（６５）：
約２００ｎｍ未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つの前記直径は、前記セグメントの前記長さにおいて約１０％以上で変化しないことを特徴とする付記（１）、（２）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（６６）：
前記第二セグメントは、前記第一セグメントに縦に隣接することを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（６７）：
前記第二セグメントは、前記第一セグメントに共軸に隣接することを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（６８）：
前記第一セグメントは、実質的に単結晶物質を含むことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（６９）：
前記第二セグメントは、実質的に単結晶物質を含むことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（７０）：
前記第一及び第二セグメントは、ｐ−ｎ結合を形成することを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（７１）：
前記ナノワイヤーは半導体装置を含むことを特徴とする付記（７０）に記載のナノワイヤー。
付記（７２）：
前記第一及び第二セグメントは、ｐ−ｉ結合を形成することを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（７３）：
前記ナノワイヤーは半導体装置を含むことを特徴とする付記（７２）に記載のナノワイヤー。
付記（７４）：
前記第一及び第二セグメントは、ｉ−ｎ結合を形成することを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（７５）：
前記ナノワイヤーは半導体装置を含むことを特徴とする付記（７４）に記載のナノワイヤー。
付記（７６）：
前記セグメントの少なくとも一つに電気的に結合した電極をさらに含むことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（７７）：
前記セグメントの少なくとも一つは、群ＩＩの要素と、群ＩＩＩの要素と、群ＩＶの要素と、群Ｖの要素と、群ＶＩの要素と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される要素の群から選択される物質を含むことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（７８）：
前記セグメントの少なくとも一つは、ポリマーマトリックスに埋め込まれたことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（７９）：
前記セグメントの少なくとも一つの少なくとも一部分は、サックによってカバーされることを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（８０）：
前記サックは、非晶質物質を含むことを特徴とする付記（７９）に記載のナノワイヤー。
付記（８１）：
前記サックは、実質的に結晶物質を含むことを特徴とする付記（７９）に記載のナノワイヤー。
付記（８２）：
前記実質的な結晶物質は、実質的に単結晶であることを特徴とする付記（８１）に記載のナノワイヤー。
付記（８３）：
前記ナノワイヤーは、フォノンバンドギャップ装置と、量子ドット装置と、熱電気装置と、光子装置と、ナノ電気機械的アクチュエータと、ナノ電気機械的センサーと、フィールド効果トランジスタと、赤外線検出器と、共鳴トンネルダイオードと、単一電子のトランジスタと、赤外線検出器と、磁気センサーと、発光装置と、光モジュレータと、光検出器と、光導波管と、光カップラーと、光スイッチと、及びレーザーとから本質的に構成される群から選択される装置の機能的な構成部分であることを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（８４）：
前記ナノワイヤーは、ナノワイヤーのアレイの要素であることを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（８５）：
前記アレイは、配向されたアレイを含むことを特徴とする付記（８４）に記載のナノワイヤー。
付記（８６）：
前記アレイでの前記ナノワイヤーの各々は、基板に対して実質的に垂直である角度で配向されたことを特徴とする付記（８４）に記載のナノワイヤー。
付記（８７）：
前記アレイでの前記ナノワイヤーの各々は、基板に対して垂直でない角度で配向されたことを特徴とする付記（８４）に記載のナノワイヤー。
付記（８８）：
結合が形成される第二ナノワイヤーに電気的に接続されたことを特徴とする付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）に記載のナノワイヤー。
付記（８９）：
前記ナノワイヤーは前記第二ナノワイヤーとオーミック接触であることを特徴とする付記（８８）に記載のナノワイヤー。
付記（９０）：
前記ナノワイヤーは、前記第二ナノワイヤーに対して伝導性に結合されたことを特徴とする付記（８８）に記載のナノワイヤー。
付記（９１）：
前記ナノワイヤーは、前記第二ナノワイヤーを備えるトンネル結合を形成することを特徴とする付記（８８）に記載のナノワイヤー。
付記（９２）：
前記結合は、実質的に線形の電圧−電流関係を有することを特徴とする付記（８８）に記載のナノワイヤー。
付記（９３）：
前記結合は、実質的に非線形の電圧−電流関係を有することを特徴とする付記（８８）に記載のナノワイヤー。
付記（９４）：
前記結合は、実質的に段階関数の電圧−電流関係を有することを特徴とする付記（８８）に記載のナノワイヤー。
付記（９５）：
付記（１）、（２）、（３）、（４）、（６）、（１０）、（１２）、（１６）、（１９）、（２１）、（２６）、（３０）、（３３）、（３５）、（４０）又は（４４）のいずれかに記載される複数のナノワイヤーを含むことを特徴とするナノワイヤーの集合。
付記（９６）：
前記集合は、約１００のナノワイヤーより多くのナノワイヤーを含むことを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（９７）：
前記集合は、約１０００のナノワイヤーより多くのナノワイヤーを含むことを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（９８）：
前記集合の要素の８０％より多くは、実質的に同一のヘテロ構造を含むことを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（９９）：
実質的にすべての前記集合の要素は、実質的に同一のヘテロ構造を表すことを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１００）：
前記集合の前記要素は、ナノワイヤーの少なくとも２つの異なる部品を含むことを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１０１）：
前記集合の前記要素は、ナノワイヤーの少なくとも１０の異なる部品を含むことを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１０２）：
前記集合は、流体中に留まっていることを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１０３）：
前記集合は、液体と、ガラスと、ゲルと、及び気体から本質的に構成される群から選択される物質によって留まっていることを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１０４）：
前記集合は、マトリックスに留まっているか、又は埋め込まれることを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１０５）：
前記集合の一つ以上の要素は、前記集合の一つ以上の他の要素に電気的に結合されたことを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１０６）：
前記集合の一つ以上の要素は、前記集合の一つ以上の他の要素とオーミック接触であることを特徴とする付記（１０５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１０７）：
前記集合の一つ以上の要素は、前記集合の一つ以上の他の要素と伝導性に結合されたことを特徴とする付記（１０５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１０８）：
前記集合の一つ以上の要素は、前記集合の一つ以上の他の要素を備えるトンネル結合を形成することを特徴とする付記（１０５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１０９）：
前記電気的なカップリングは、実質的に非線形の電圧−電流関係を有することを特徴とする付記（１０５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１１０）：
前記電気的なカップリングは、実質的に線形の電圧−電流関係を有することを特徴とする付記（１０５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１１１）：
前記電気的なカップリングは、実質的に段階関数の電圧−電流関係を有することを特徴とする付記（１０５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１１２）：
前記集合は、ナノワイヤーの直径の単分散の分配を実質的に有することを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１１３）：
前記集合は、ナノワイヤーの長さの単分散の分配を実質的に有することを特徴とする付記（９５）に記載のナノワイヤーの集合。
付記（１１４）：
第一物質の第一セグメントと、
前記第一セグメントに結合した第二物質の第二セグメントと、
前記第一及び第二セグメントの少なくとも一つに結合した第三物質の第三セグメントと、からなるナノワイヤーであって、
前記セグメントの少なくとも一つが約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有し、
前記物質の少なくとも２つが構成的に異なる物質を含み、並びに
前記セグメントの少なくとも２つが隣接することを特徴とするナノワイヤー。
付記（１１５）：
約２００ｎｍ未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つの前記直径は、前記セグメントの前記長さにおいて約１０％以上で変化しないことを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１１６）：
前記セグメントの少なくとも一つから隣接するセグメントへの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの距離範囲であることを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１１７）：
前記変化は、前記第一セグメントの前記少なくとも一つの構成が、前記第一セグメントの中心での前記構成の約９９％まで減少する際に、前記隣接するセグメントに向かう前記セグメントの前記少なくとも一つから移動するポイントで開始することを特徴とする付記（１１６）に記載のナノワイヤー。
付記（１１８）：
前記セグメントの少なくとも２つは、縦に隣接することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１１９）：
前記第二セグメントは前記第一セグメントと縦に隣接し、及び
前記第三セグメントは前記第二セグメントと縦に隣接することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２０）：
前記セグメントの少なくとも２つは共軸で隣接することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２１）：
前記物質の少なくとも一つは、実質的に結晶物質を含むことを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２２）：
前記実質的な結晶物質は、実質的に単結晶であることを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２３）：
前記セグメントの少なくとも一つは、半導体物質を含むことを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２４）：
前記セグメントの少なくとも一つは、ドープされた半導体物質を含むことを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２５）：
前記セグメントの少なくとも一つは、均質にドープされた半導体の電気的特徴を表すことを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２６）：
約２００ｎｍ未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つは、約５ｎｍ乃至５０ｎｍの直径の範囲を有することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２７）：
前記セグメントの少なくとも２つは、ｐ−ｎ結合を形成することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２８）：
前記セグメントの少なくとも２つは、ｐ−ｉ結合を形成することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１２９）：
前記セグメントの少なくとも２つは、ｉ−ｎ結合を形成することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１３０）：
前記セグメントは、ｐ−ｎ−ｐ結合を形成することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１３１）：
前記セグメントは、ｎ−ｐ−ｎ結合を形成することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１３２）：
前記セグメントは、ｐ−ｉ−ｎ結合を形成することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１３３）：
前記セグメントは、ｐ−ｉ−ｐ結合を形成することを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１３４）：
前記ナノワイヤーは、半導体装置を含むことを特徴とする付記（１２７）、（１２８）、（１２９）、（１３０）、（１３１）、（１３２）又は（１３３）に記載のナノワイヤー。
付記（１３５）：
前記セグメントの少なくとも一つに電気的に結合された電極をさらに含むことを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１３６）：
前記セグメントの少なくとも一つは、群ＩＩの要素と、群ＩＩＩの要素と、群ＩＶの要素と、群Ｖの要素と、群ＶＩの要素と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される要素の群から選択される物質を含むことを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１３７）：
前記セグメントの少なくとも一つは、ポリマーマトリックスに埋め込まれたことを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１３８）：
前記セグメントの少なくとも一つの少なくとも一部分は、サックによってカバーされることを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１３９）：
前記サックは、非晶質物質を含むことを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１４０）：
前記サックは、実質的に結晶物質を含むことを特徴とする付記（１３８）に記載のナノワイヤー。
付記（１４１）：
前記実質的な結晶物質は、実質的に単結晶であることを特徴とする付記（１４０）に記載のナノワイヤー。
付記（１４２）：
前記ナノワイヤーは、フォノンバンドギャップ装置と、量子ドット装置と、熱電気装置と、光子装置と、ナノ電気機械的アクチュエータと、ナノ電気機械的センサーと、フィールド効果トランジスタと、赤外線検出器と、共鳴トンネルダイオードと、単一電子のトランジスタと、赤外線検出器と、磁気センサーと、発光装置と、光モジュレータと、光検出器と、光導波管と、光カップラーと、光スイッチと、及びレーザーと、から本質的に構成される群から選択される装置の機能的な構成部分であることを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１４３）：
前記ナノワイヤーは、ナノワイヤーのアレイの要素であることを特徴とする付記（１１４）に記載のナノワイヤー。
付記（１４４）：
第一セグメントの成長によって続く触媒液体で第一ガス反応物を溶解することと、及び
前記第一セグメントに結合した第二の構成的に異なるセグメントの成長によって続く触媒液体で第二ガス反応物を溶解することと、からなるナノワイヤーの組み立て方法であって、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とする方法。
付記（１４５）：
構成的に相違する液体合金が、各前記ガス反応物及び前記触媒液体から形成され、並びに
前記セグメントの各々は、１種の前記対応するガス反応物を備える前記液体合金の飽和上で形成することを特徴とする付記（１４４）に記載の方法。
付記（１４６）：
前記第一及び第二ガス反応物は、第一及び第二成長の種のそれぞれのレーザーアブレーションによって生成される蒸気を含むことを特徴とする付記（１４４）に記載の方法。
付記（１４７）：
前記第一及び第二ガス反応物は、キャリアガスをさらに含むことを特徴とする付記（１４６）に記載の方法。
付記（１４８）：
前記第二ガス反応物は、成長種のレーザーアブレーションによって生成される蒸気を含み、及び
前記第二セグメントは、前記第一及び第二ガス反応物での前記種の組み合わせを含むことを特徴とする付記（１４４）に記載の方法。
付記（１４９）：
前記触媒の液体は、事前に形成された金属コロイドから形成されることを特徴とする付記（１４４）に記載の方法。
付記（１５０）：
前記金属コロイドは、直径の実質的な単分散の分配を備える金属コロイドの集団の一部であることを特徴とする付記（１４９）に記載の方法。
付記（１５１）：
第一セグメントの成長によって続く触媒の液体でガス反応物を溶解することと、及び
構成的に異なる第二物質で前記第一セグメントをコーティングし、第二セグメントを形成することと、からなるナノワイヤーの組立方法であって、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とする方法。
付記（１５２）：
液体合金が前記ガス反応物及び前記触媒の液体から形成され、及び
前記第一セグメントは、１種の前記ガス反応物を備える前記液体合金の飽和上で形成することを特徴とする付記（１５１）に記載の方法。
付記（１５３）：
前記触媒の液体は、事前に形成された金属コロイドから形成されることを特徴とする付記（１５１）に記載の方法。
付記（１５４）：
前記金属コロイドは、直径の実質的な単分散の分配を備える金属コロイドの集団の一部であることを特徴とする付記（１５３）に記載の方法。
付記（１５５）：
第一物質の成長によって続く触媒の液体で第一ガス反応物を溶解することによって第一セグメントを形成することと、
前記第一物質に結合された第二物質の成長によって続く前記触媒の液体で第二ガス反応物を溶解することによって前記第一セグメントに結合された第二セグメントを形成することと、からなるナノワイヤーの組立方法であって、
前記セグメントの各々は、１種の前記対応するガス反応物を備える前記液体合金の飽和上で形成し、及び第三セグメントを形成するために第三物質で前記セグメントの少なくとも一つの少なくとも一部分をコーティングし、
前記物質の少なくとも２つは構成的に異なり、並びに
前記セグメントの少なくとも一つは約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とする方法。
付記（１５６）：
物質の第一セグメントの成長によって続く触媒の液体で第一ガス反応物を溶解することと、
前記第一セグメントに結合された物質の第二物質の成長によって続く前記触媒の液体で第二ガス反応物を溶解することと、
前記第二セグメントに結合された物質の第三物質の成長によって続く前記触媒の液体で第三ガス反応物を溶解することと、からなるナノワイヤーの組立方法であって、
前記第一と、第二及び第三セグメントは縦に隣接し、
前記第二セグメントは前記第一及び第三セグメント間に位置されて、
前記セグメントの少なくとも２つは構成的に異なる物質を含み、並びに
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とする方法。
付記（１５７）：
前記ガス反応物の少なくとも２つは同一であり、及び
前記セグメントの少なくとも２つは同一物質を含むことを特徴とする付記（１５６）に記載の方法。
付記（１５８）：
液体金属は、前記ガス反応物及び前記触媒の液体から形成され、及び
前記ナノワイヤーの各々は、１種の前記対応するガス反応物を備える前記液体合金の飽和上で形成することを特徴とする付記（１５６）に記載の方法。
付記（１５９）：
前記ガス反応物の少なくとも一つは、成長種のレーザーアブレーションによって生成される蒸気を含み、
前記ナノワイヤーセグメントの少なくとも一つは、前記レーザーで生成された蒸気と少なくとももう一つのガス反応物における種の組み合わせを含むことを特徴とする付記（１５６）に記載の方法。
付記（１６０）：
第一物質の第一セグメントの成長によって続く触媒の液体で第一ガス反応物を溶解することと、及び
前記第一物質に縦に隣接する構成的に異なる第二物質の第二セグメントの成長によって続く前記触媒の液体で第二ガス反応物を溶解することと、からなるナノワイヤーのへテロ構造の組立方法であって、
前記第二ガス反応物は、成長種のレーザーアブレーションによって生成された蒸気を含み、
構成的に相違する液体合金は、前記ガス反応物及び前記触媒の液体の各々から形成され、
前記セグメントの各々は、１種の前記対応するガス反応物を備える前記液体合金の飽和上で形成し、
前記第二物質は、前記第一及び第二ガス反応物での前記種の組み合わせを含み、並びに
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満である実質的に均一な直径を有することを特徴とする方法。
付記（１６１）：
第一物質の第一セグメントの成長によって続く触媒の液体で第一ガス反応物を溶解することと、
前記第一ガスの存在下で成長種の連続的なレーザーアブレーションを行い、それによって第二ガス反応物を形成することと、
前記第一物質に縦に隣接する構成的に異なる第二物質の第二セグメントの成長によって続く前記触媒の液体で前記第二ガス反応物を溶解することと、からなるナノワイヤーのへテロ構造の組立方法であって、
前記第二物質は、前記第一及び第二ガス反応物での前記種の組み合わせを含み、並びに
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満である実質的に均一な直径を有することを特徴とする方法。
付記（１６２）：
構成的に相違する液体合金が前記ガス反応物及び前記触媒の液体の各々から形成され、
前記セグメントの各々は、１種の前記対応するガス反応物を備える前記液体合金の飽和上で形成することを特徴とする付記（１６１）に記載の方法。
付記（１６３）：
反応金属でコーティングされた基板を有している炉の反応チャンバーにガス反応物を導入することと、
前記基板上の前記金属が少なくとも１つの小滴に液化する温度まで前記反応チャンバーを加熱することと、
第一セグメントの核形成及び成長の際に飽和まで前記液体の小滴に前記ガス反応物を溶解することと、及び
前記第一セグメントでドープされた第二セグメントの核形成及び成長が発生する際に、飽和まで前記液体の小滴にドーパント及び前記ガス反応物を溶解することと、からなるドープされた半導体のスーパーラチスナノワイヤーの組立方法であって、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とする方法。
付記（１６４）：
前記基板は、群ＩＩＩ及び群ＩＶの要素から本質的に構成される要素の群から選択される要素を含むことを特徴とする付記（１６３）に記載の方法。
付記（１６５）：
前記金属は金を含むことを特徴とする付記（１６３）に記載の方法。
付記（１６６）：
前記金はコロイド状の金を含むことを特徴とする付記（１６５）に記載の方法。
付記（１６７）：
前記基板がシリコンを含み、
前記金属が金を含むことを特徴とする付記（１６３）に記載の方法。
付記（１６８）：
前記炉がクオーツ炉反応管を含むことを特徴とする付記（１６３）に記載の方法。
付記（１６９）：
前記ガス反応物が、Ｈ２及びＳｉＣｌ４の混合物を含むことを特徴とする付記（１６３）に記載の方法。
付記（１７０）：
基板にＡｕを沈着することと、
クオーツ炉反応管の内部に前記基板を配置することと、
Ｈ２及びＳｉＣｌ４のガス反応物の混合物を前記反応管に導入することと、
前記ＡｕがＡｕとＳｉ合金の少なくとも一つのナノサイズの小滴に液化する温度に前記反応管を加熱することと、
Ｓｉセグメントの核形成及び成長が発生する際の飽和まで前記ガス反応物を前記液体の小滴に溶解することと、
前記Ｓｉ成長処理において、レーザーでのＧｅターゲットのアブレーションによりＧｅ蒸気を生成することと、
ＳｉＧｅセグメントの核形成及び成長が前記Ｓｉセグメントで発生する際の飽和まで前記ＡｕとＳｉ合金の小滴にＧｅ及びＳｉの両種を沈着することと、からなるＳｉ／ＳｉＧｅスーパーラチスナノワイヤーのヘテロ構造の組立方法であって、
前記セグメントの少なくとも一つは、約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有することを特徴とする方法。
付記（１７１）：
断続的に前記レーザーをパルスすることをさらに有し、
Ｓｉ／ＳｉＧｅスーパーラチスがブロックごとの手法で形成されることを特徴とする付記（１７０）に記載の方法。
付記（１７２）：
前記基板は、群ＩＩＩ及び群ＩＶの要素から本質的に構成される要素の群から選択される要素を含むことを特徴とする付記（１７０）に記載の方法。
付記（１７３）：
前記金はコロイド状の金を含むことを特徴とする付記（１７０）に記載の方法。
付記（１７４）：
前記基板がシリコンを含むことを特徴とする付記（１７０）に記載の方法。
付記（１７５）：
約２００ｎｍ未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つの前記直径は、前記セグメントの前記長さにおいて約１０％以上で変化しないことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１７６）：
前記第一セグメントから前記第二セグメントまでの前記ナノワイヤーの変化は、約一つの原子の層から約２０ｎｍまでの距離範囲であることを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１７７）：
前記第一セグメントから前記第二セグメントへの変化は、前記第一セグメントの構成が、前記第一セグメントの中心での前記第一セグメントの前記構成の約９９％まで減少する際に、前記第二セグメントに向かうポイントで開始することを特徴とする付記（１７６）に記載の方法。
付記（１７８）：
前記セグメントの少なくとも一つは、実質的な結晶物質を含むことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１７９）：
前記実質的な結晶物質は、実質的に単結晶であることを特徴とする付記（１７８）に記載の方法。
付記（１８０）：
前記セグメントの少なくとも一つは、半導体物質を含むことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１８１）：
前記セグメントの少なくとも一つをドーピングすることをさらに含むことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１８２）：
約２００ｎｍ未満の直径を有する前記セグメントの少なくとも一つは、約５ｎｍ乃至約５０ｎｍの範囲の直径を有することを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１８３）：
前記第二セグメントは、前記第一セグメントに縦に隣接することを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１８４）：
前記第二セグメントは、前記第一セグメントに共軸で隣接することを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１８５）：
ｐ−ｎ結合を形成するために前記第一及び第二セグメントのドーピングをさらに含むことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１８６）：
前記ナノワイヤーは半導体装置を含むことを特徴とする付記（１８５）に記載のナノワイヤー。
付記（１８７）：
ｐ−ｉ結合を形成するために前記セグメントの一つのドーピングをさらに含むことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１８８）：
前記ナノワイヤーは半導体装置を含むことを特徴とする付記（１８７）に記載のナノワイヤー。
付記（１８９）：
ｉ−ｎ結合を形成するために前記セグメントの一つのドーピングをさらに含むことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１９０）：
前記ナノワイヤーは半導体装置を含むことを特徴とする付記（１８９）に記載のナノワイヤー。
付記（１９１）：
前記セグメントの少なくとも一つに電気的に結合した電極をさらに含むことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１９２）：
前記セグメントの少なくとも一つは、群ＩＩの要素と、群ＩＩＩの要素と、群ＩＶの要素と、群Ｖの要素と、群ＶＩの要素と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される要素の群から選択される物質を含むことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１９３）：
前記セグメントの少なくとも一つは、ポリマーマトリックスに埋め込まれたことを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１９４）：
前記セグメントの少なくとも一つの少なくとも一部分にサックを沈着することをさらに有することを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１９５）：
前記サックは、非晶質物質を含むことを特徴とする付記（１９４）に記載の方法。
付記（１９６）：
前記サックは、実質的に結晶物質を含むことを特徴とする付記（１９４）に記載の方法。
付記（１９７）：
前記実質的な結晶物質は、実質的に単結晶であることを特徴とする付記（１９６）に記載の方法。
付記（１９８）：
前記ナノワイヤーは、フォノンバンドギャップ装置と、量子ドット装置と、熱電気装置と、光子装置と、ナノ電気機械的アクチュエータと、ナノ電気機械的センサーと、フィールド効果トランジスタと、赤外線検出器と、共鳴トンネルダイオードと、単一電子のトランジスタと、赤外線検出器と、磁気センサーと、発光装置と、光モジュレータと、光検出器と、光導波管と、光カップラーと、光スイッチと、及びレーザーと、から本質的に構成される群から選択される装置の機能的な構成部分であることをさらに有することを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（１９９）：
前記ナノワイヤーは、前記ナノワイヤーのアレイの要素であることをさらに有することを特徴とする付記（１４４）、（１５１）、（１５５）、（１５６）、（１６０）、（１６１）、（１６３）又は（１７０）に記載の方法。
付記（２００）：
約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有するナノワイヤーと、及び
ポンプ源と、からなることを特徴とするレーザー。
付記（２０１）：
前記ナノワイヤーは、構成的に異なる物質の複数のセグメントを含むことを特徴とする付記（２００）に記載のレーザー。
付記（２０２）：
前記ポンプ源は、前記ナノワイヤーの分布の反転を励起するために形態化されたことを特徴とする付記（２００）に記載のレーザー。
付記（２０３）：
サポート物質を追加的に有し、該サポート物質は、固体のサポート物質と、液体のサポート物質と、ポリマーのサポート物質と、ガラス製のサポート物質と、及び基板物質から本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（２００）に記載のレーザー。
付記（２０４）：
レーザー孔をさらに含むことを特徴とする付記（２００）に記載のレーザー。
付記（２０５）：
前記レーザー孔は前記ナノワイヤー内に含まれることを特徴とする付記（２０４）に記載のレーザー。
付記（２０６）：
前記ナノワイヤーは、前記孔でリフレクタとして機能する末端を有することを特徴とする付記（２０４）に記載のレーザー。
付記（２０７）：
前記ポンプ源は、光源と、電気源と、熱源と、エネルギー移動源と、プラズマ源と、レーザーと、及びフラッシュランプと、から本質的に構成される群から選択されることを特徴とする付記（２００）に記載のレーザー。
付記（２０８）：
前記ナノワイヤーは、コア及びサックを有する共軸なヘテロ構造のナノワイヤーを含み、
前記ポンプ源は、前記コアと前記サックとの間に電流が流れる電源であることを特徴とする付記（２００）に記載のレーザー。
付記（２０９）：
前記共軸なヘテロ構造のナノワイヤーは、ｐ−ｎ結合を表すことを特徴とする付記（２０８）に記載のレーザー。
付記（２１０）：
電気的な接触は前記コアに作製され、電気的な接触は前記サックに作製されることを特徴とする付記（２０８）に記載のレーザー。
付記（２１１）：
前記ナノワイヤーは縦のヘテロ構造のナノワイヤーを含み、
前記ポンプ源は、一つのセグメントと前記縦のヘテロ構造のナノワイヤーとの間に電流が流れる電源であることを特徴とする付記（２０８）に記載のレーザー。
付記（２１２）：
前記縦のヘテロ構造のナノワイヤーは、ｐ−ｎ結合を表すことを特徴とする付記（２１１）に記載のレーザー。
付記（２１３）：
ナノワイヤーを形成する構成的に異なる物質の縦に隣接する複数のセグメントと、
約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有する前記セグメントの少なくとも一つと、及び
ポンプ源と、からなることを特徴とするレーザー。
付記（２１４）：
前記ポンプ源は、前記ナノワイヤーの分布の反転を励起するために形態化されたことを特徴とする付記（２１３）に記載のレーザー。
付記（２１５）：
約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有し、ナノワイヤーの縦の成長軸に対して実質的に垂直方向の平面で実質的に切子面のある末端を備えるナノワイヤーと、及び
ポンプ源と、からなることを特徴とするレーザー。
付記（２１６）：
ナノワイヤーを形成する構成的に異なる物質の縦に隣接する複数のセグメントと、
約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有する前記セグメントの少なくとも一つと、及び
前記ナノワイヤーの分布の反転を励起するためのポンプ源と、からなることを特徴とするレーザー。
付記（２１７）：
約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有するナノワイヤーと、及び
ポンプ源と、からなるレーザーあって、
前記レーザーからの放射は、前記ナノワイヤーの前記縦軸に対して平行方向で前記ナノワイヤーから離れて導かれることを特徴とするレーザー。
付記（２１８）：
前記ナノワイヤーは、ナノワイヤーのアレイでの要素であることを特徴とする付記（２１７）に記載のレーザー。
付記（２１９）：
前記アレイでのナノワイヤーは、実質的に同一方向に整列し、及び
前記アレイからのレーザー放射は、前記アレイでの前記ワイヤーに対して実質的に平行方向で導かれることを特徴とする付記（２１８）に記載のレーザー。
付記（２２０）：
約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有するナノワイヤーと、
前記ナノワイヤーに配置された複数の量子ドットと、及び
ポンプ源と、からなることを特徴とするレーザー。
付記（２２１）：
前記ナノワイヤーは、構成的に異なる物質の複数のセグメントを含むことを特徴とする付記（２２０）に記載のレーザー。
付記（２２２）：
前記ポンプ源は、前記量子ドットの分布の反転を励起するために形態化されたことを特徴とする付記（２２０）に記載のレーザー。
付記（２２３）：
ナノワイヤーを形成する構成的に異なる物質の縦に隣接する複数のセグメントと、
約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有する前記セグメントの少なくとも一つと、
前記ナノワイヤーに配置された複数の量子ドットと、及び
ポンプ源と、からなることを特徴とするレーザー。
付記（２２４）：
前記ポンプ源は、前記量子ドットの分布の反転を励起するために形態化されたことを特徴とする付記（２２３）に記載のレーザー。
付記（２２５）：
ナノワイヤーを形成する構成的に異なる物質の縦に隣接する複数のセグメントと、
約２００ｎｍ未満の実質的に均一な直径を有する前記セグメントの少なくとも一つと、
前記ナノワイヤーに配置された複数の量子ドットと、及び
前記量子ドットの分布の反転を励起するためのポンプ源と、からなることを特徴とするレーザー。
付記（２２６）：
前記ナノワイヤーは、実質的に結晶物質であることを特徴とする付記（２００）、（２１３）、（２１５）、（２１６）、（２１７）、（２２０）、（２２３）、又は（２２５）に記載のレーザー。
付記（２２７）：
前記実質的な結晶物質は、実質的に単結晶であることを特徴とする付記（２００）、（２１３）、（２１５）、（２１６）、（２１７）、（２２０）、（２２３）、又は（２２５）に記載のレーザー。
付記（２２８）：
前記ナノワイヤーは、約５ｎｍ乃至約５０ｎｍの範囲の直径を有することを特徴とする付記（２００）、（２１３）、（２１５）、（２１６）、（２１７）、（２２０）、（２２３）、又は（２２５）に記載のレーザー。
付記（２２９）：
前記ナノワイヤーの前記直径は、前記ナノワイヤーの前記長さにおいて約１０％以上で変化しないことを特徴とする付記（２００）、（２１３）、（２１５）、（２１６）、（２１７）、（２２０）、（２２３）、又は（２２５）に記載のレーザー。
付記（２３０）：
前記ナノワイヤーは、群ＩＩの要素と、群ＩＩＩの要素と、群ＩＶの要素と、群Ｖの要素と、群ＶＩの要素と、それらの第三級及び第四級とから本質的に構成される要素の群から選択される物質を含むことを特徴とする付記（２００）、（２１３）、（２１５）、（２１６）、（２１７）、（２２０）、（２２３）、又は（２２５）に記載のレーザー。
付記（２３１）：
前記ナノワイヤーは、ポリマーマトリックスに埋め込まれたことを特徴とする付記（２００）、（２１３）、（２１５）、（２１６）、（２１７）、（２２０）、（２２３）、又は（２２５）に記載のレーザー。
付記（２３２）：
前記ナノワイヤーは、前記ナノワイヤーのアレイの要素であることを特徴とする付記（２００）、（２１３）、（２１５）、（２１６）、（２１７）、（２２０）、（２２３）、又は（２２５）に記載のレーザー。
付記（２３３）：
前記ポンプ源は、光ポンプ源を含むことを特徴とする付記（２３８）、（２５１）、（２５３）、（２５４）、（２５５）、（２５８）、（２６１）、又は（２６３）に記載のレーザー。
付記（２３４）：
前記光ポンプ源は、ポンプレーザーを含むことを特徴とする付記（２３３）に記載のレーザー。
付記（２３５）：
前記ポンプ源は、電気的なポンプ源を含むことを特徴とする付記（２００）、（２１３）、（２１５）、（２１６）、（２１７）、（２２０）、（２２３）、又は（２２５）に記載のレーザー。
付記（２３６）：
前記電気的なポンプ源は、陽極及び陰極を有することを特徴とする付記（２３５）に記載のレーザー。
付記（２３７）：
前記陽極は、前記ナノワイヤーに電気的に結合されることを特徴とする付記（２３６）に記載のレーザー。
付記（２３８）：
前記電気的な結合は、オーミック接触を含むことを特徴とする付記（２３７）に記載のレーザー。
付記（２３９）：
前記電気的な結合は、直接接触を含むことを特徴とする付記（２３７）に記載のレーザー。
付記（２４０）：
前記陰極は、前記ナノワイヤーに電気的に結合されることを特徴とする付記（２３６）に記載のレーザー。
付記（２４１）：
前記電気的な結合は、オーミック接触を含むことを特徴とする付記（２４０）に記載のレーザー。
付記（２４２）：
前記電気的な結合は、直接接触を含むことを特徴とする付記（２４０）に記載のレーザー。
付記（２４３）：
前記陽極及び前記陰極は、前記ナノワイヤーに電気的に結合されることを特徴とする付記（２３６）に記載のレーザー。
付記（２４４）：
前記電気的な結合は、オーミック接触を含むことを特徴とする付記（２４３）に記載のレーザー。
付記（２４５）：
前記電気的な結合は、直接接触を含むことを特徴とする付記（２４３）に記載のレーザー。
付記（２４６）：
前記ナノワイヤーは、第一と第二末端とを有し、
前記第一と第二末端は反射性の表面を有することを特徴とする付記（２００）、（２１３）、（２１５）、（２１６）、（２１７）、（２２０）、（２２３）、又は（２２５）に記載のレーザー。
付記（２４７）：
前記ナノワイヤーは孔を有することを特徴とする付記（２４６）に記載のレーザー。
付記（２４８）：
約２００ｎｍ未満である実質的に均一な直径を有する、多重切子面のある、単結晶のＺｎＯナノ構造と、
第一及び第二末端を有する前記ナノ構造と、
前記ナノ構造と、前記ナノ構造が延在するサファイア基板との間のエピタキシャルなインターフェースを含んでいる前記第一末端と、
対応する反射性の面を有する前記第一及び第二末端と、からなるレーザーであって、
前記ナノ構造は前記末端の面間で共鳴孔として機能することを特徴とするレーザー。
付記（２４９）：
前記ナノ構造は、ポリマーマトリックスに埋め込まれたことを特徴とする付記（２４８）に記載のレーザー。
付記（２５０）：
前記ナノ構造は、前記ナノ構造のアレイの要素であることを特徴とする付記（２４８）に記載のレーザー。
付記（２５１）：
ポンプ源をさらに含むことを特徴とする付記（２４８）に記載のレーザー。
付記（２５２）：
前記ポンプ源は、光ポンプ源を含むことを特徴とする付記（２５１）に記載のレーザー。
付記（２５３）：
前記光ポンプ源は、ポンプレーザーを含むことを特徴とする付記（２５２）に記載のレーザー。
付記（２５４）：
前記ポンプ源は、電気的なポンプ源を含むことを特徴とする付記（２５１）に記載のレーザー。
付記（２５５）：
前記電気的なポンプ源は、陽極及び陰極を有することを特徴とする付記（２５４）に記載のレーザー。
付記（２５６）：
前記陽極は、前記ナノ構造に電気的に結合されることを特徴とする付記（２５５）に記載のレーザー。
付記（２５７）：
前記陰極は、前記ナノ構造に電気的に結合されることを特徴とする付記（２５５）に記載のレーザー。
付記（２５８）：
前記陽極及び前記陰極は、前記ナノ構造に電気的に結合されることを特徴とする付記（２５５）に記載のレーザー。
付記（２５９）：
前記電気的な結合は、オーミック接触を含むことを特徴とする付記（２５６）、（２５７）、又は（２５８）に記載のレーザー。
付記（２６０）：
前記電気的な結合は、直接接触を含むことを特徴とする付記（２５６）、（２５７）、又は（２５８）に記載のレーザー。
付記（２６１）：
量子制限効果を表すことが可能な半導体構造からなるレーザー孔であって、前記半導体構造はレーザー孔を含むことを特徴とするレーザー孔。
付記（２６２）：
前記半導体構造がナノワイヤーを含むことを特徴とする付記（２６１）に記載のレーザー孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
2010167560.tif 000046
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
2010167560.tif 000049
【図３７】
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【図３８】
2010167560.tif 000051
【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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