(57)【要約】ナノ構造体、例えばナノワイヤのドーピング方法を開示する。該方法は、現行のナノ構造体のドーピング方法を改良する様々な手法を提供する。実施形態としては、ナノ構造体合成後のドーピング中における、ナノ構造体内の均一なドーパントの分布を促進するための犠牲層の使用が挙げられる。別の実施形態では、高エネルギーイオン注入が使用される場合に、ナノ構造体の損傷をアニーリングするために高温環境が使用される。別の実施形態では、ナノ構造体上のドーパント層からドーパントをナノ構造体に送り込むために、高速熱アニーリングが使用される。別の実施形態では、ナノワイヤをプラスチック基板上にドーピングする方法が提供され、該方法は、プラスチック基板をドーピング処理の間の損傷から保護するために、プラスチック基板上に誘電体スタックを蒸着する工程を含む。
2009513368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ構造体をドーピングするための方法であって、該方法は、
（ａ）ナノ構造体を洗浄する工程、
（ｂ）該ナノ構造体を犠牲層で被覆する工程、
（ｃ）該犠牲層の表面にドーパントを蒸着する工程、
（ｄ）該ドーパントを、犠牲層を通してナノ構造体に押し込む工程、
（ｅ）該犠牲層を除去する工程、および
（ｆ）該ドーパントを、さらに該ナノ構造体に押し込む工程
を包含する、方法。
【請求項２】
前記ナノ構造体が、ナノワイヤ、ナノロッドまたはナノチューブである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ナノ構造体がＳｉを含み、前記犠牲層がＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３およびＷＮのうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ナノ構造体を洗浄する工程が、ＨＦ蒸気を使用して該ナノ構造体から自然酸化物を除去する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
Ｏ２蒸気、ＩＰＡ蒸気およびアセトン蒸気のうちの１つを使用して前記ナノ構造体から有機物を除去する工程をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記犠牲層の厚みを変化させて、前記ナノ構造体内のドーパントのプロファイルを制御する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記犠牲層の組成を変化させて、前記ナノ構造体内のドーパントのプロファイルを制御する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ドーパントを、前記犠牲層を通して前記ナノ構造体に押し込む工程が、熱アニーリングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ドーパントを、前記犠牲層を通して前記ナノ構造体に押し込む工程が、温度または時間を変化させて、該ナノ構造体内の該ドーパントのプロファイルを制御する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ドーパントを、さらに前記ナノ構造体に押し込む工程が、熱アニーリングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ナノ構造体をドーピングするための方法であって、該方法は、
（ａ）ナノ構造体を含有する成長ウエハをある温度まで加熱する工程、
（ｂ）該ナノ構造体にイオンドーパントを注入する工程、および
（ｃ）該ナノ構造体を、該注入されたイオンドーパントでアニーリングする工程
を包含する、方法。
【請求項１２】
前記ナノ構造体を含有する成長ウエハを、イオン注入源に対して、該成長ウエハの垂直軸および／または水平軸の周囲を回転させる工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノ構造体が、ナノワイヤ、ナノチューブまたはナノロッドである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記温度が、イオン注入による損傷が該注入の間にアニーリングによって消失するのに十分な温度である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記温度が、約１００℃〜２００℃の間にある、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
ナノワイヤをドーピングするための方法であって、該方法は、
（ａ）ナノ構造体の表面にドーパント層を形成する工程、
（ｂ）高速熱アニーリングを用いて、該ドーパント層からドーパントを該ナノ構造体に送り込む工程、および
（ｃ）該ナノ構造体の表面から過剰のドーパントを除去する工程
を包含する、方法。
【請求項１７】
前記ナノ構造体が、ナノワイヤ、ナノチューブまたはナノロッドを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ドーパントが、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
化学蒸着法を使用して、前記ドーパント層の形成を制御する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記化学蒸着法のプロセスパラメータが、圧力、分圧、温度および時間を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
所望のドーパントレベルを達成するために、犠牲バリア層を形成してドーパントの拡散を制限する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
ナノワイヤをドーピングするための方法であって、該方法は、
（ａ）ナノ構造体の表面にドーパント層を形成する工程、
（ｂ）高ランピング速度アニーリングを使用して、該ドーパント層からドーパントを該ナノ構造体に送り込む工程、および
（ｃ）該ナノ構造体の表面から過剰のドーパントを除去する工程
を包含する、方法。
【請求項２３】
前記ナノ構造体が、ナノワイヤ、ナノチューブまたはナノロッドを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ドーパントが、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
所望のドーパントレベルを達成するために、犠牲バリア層を形成してドーパントの拡散を制限する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
工程（ｂ）が、レーザアニーリング、フラッシュランプアークアニーリングまたはプラズマ融合アニーリングを使用して、前記ドーパント層からドーパントを前記ナノ構造体に送り込む工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
ナノワイヤをプラスチック基板上にドーピングするための方法であって、
（ａ）該プラスチック基板上に誘電体スタックを蒸着する工程、
（ｂ）該誘電体スタック上にナノワイヤを蒸着する工程、
（ｃ）該ナノワイヤ上にドーパントを蒸着する工程、および
（ｄ）該ドーパントをナノワイヤ中にレーザアニーリングする工程であって、ここで、該誘電体スタックが、レーザエネルギーを反射して該プラスチック基板への損傷を防ぐ、工程
を包含する、方法。
【請求項２８】
前記誘電体スタックが、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはＡｌＯＮを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
新規な構造を有する規則的なドープナノワイヤの合成方法であって、ナノワイヤを合成する工程を含み、該ナノワイヤを合成する工程中に、高濃度のドーパントが導入される、方法。
【請求項３０】
前記ナノワイヤがケイ素を含み、前記ドーパントがホウ素を含み、前記方法が、該ナノワイヤを合成する工程中に、約１０％のＢＣｌ３をＳｉＣｌ４とともに導入する工程をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
電気接点を有するナノワイヤの合成方法であって、
（ａ）ナノワイヤの成長を開始する工程であって、ここで、高濃度のドーパントが導入され、該ナノワイヤの末端部分が金属特性を示す、工程
（ｂ）ある期間の間ドーパントの濃度を減少させる工程であって、ここで、該ナノワイヤの中央部が半導体特性を示す、工程および
（ｃ）該ナノワイヤの成長の終わり近くにドーパントの濃度を増加させる工程であって、ここで、該ナノワイヤの第二の末端部分が金属特性を示す、工程
を包含する、方法。
【請求項３２】
前記ナノワイヤがケイ素を含み、前記ドーパントがホウ素を含む、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、ナノ構造体に関し、より詳細には、ナノ構造体のドーピングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ構造体の効果的なドーピングは、ナノ構造体に基づく電子装置の製作における重要な処理である。例えば、ナノ構造体コンタクトの製作のためのドーピングは、接触抵抗に影響を与える。同様に、チャネルドーピングは、装置の閾値およびオン／オフ率に影響を与える。その結果、ナノ構造体におけるドーピング濃度を制御することは、望ましい装置性能を達成するために重要である。
【０００３】
従来の半導体処理に使用される現行のドーピング技法は、ナノ構造体のドーピングへの適用性が限られている。既知の従来の半導体ドーピング処理、例えば熱拡散（気相、固相および液相）、イオン注入およびインサイチュドーピングをナノ構造体のドーピングに使用することができるが、これらは均一性、共形性（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ）およびドーピング濃度の制御において限られている。例えば、熱拡散は均一かつ共形性のあるナノ構造体へのドーピングに有用であり得るが、ドーピング濃度の制御、特に低レベルの濃度（例えば、１０１９／ｃｍ３）の制御は、ナノワイヤの飽和した表面濃度（通常、約１０２０／ｃｍ３を超える）および限られた体積のために非常に難しい。
【０００４】
一方、ナノ構造体をドーピングするためのイオン注入の使用は、ドーピング濃度の制御性が非常に良好である。しかし、そのビームラインの特性のために、ナノ構造体への共形性ドーピングを達成することは非常に困難である。ドーピング処理がナノ構造体の成長ウエハ上で行われることが好ましいため、イオン注入を使用して均一かつ共形性のあるワイヤのドーピングを行うことはほとんど不可能である。
【０００５】
ナノ構造体をドーピングするためのインサイチュドーピングの使用は、処理の簡便性と均一なドーピングという利点を有する。ワイヤ成長のための前駆体とドーピング成分との相互作用のために、良好な結晶構造を作製し所望のドーピングレベル制御を達成するために必要なプロセス制御は、特に複数のウエハが同時に処理される場合に、非常に困難であり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の手法の欠点に対処する、ナノ構造体を効果的にドーピングする方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
ナノ構造体、例えばナノワイヤのドーピング方法を開示する。一実施形態では、ナノ構造体のドーピング方法は、ナノ構造体を洗浄する工程、該ナノ構造体を犠牲層で被覆する工程、および該犠牲層の表面にドーパントを蒸着する工程を含む。次いで、該ドーパントは、犠牲層を通してナノ構造体に押し込まれる。次いで、該犠牲層は除去され、該ドーパントはさらにナノ構造体に押し込まれる。
【０００８】
別の実施形態では、ナノ構造体のドーピング方法は、ナノ構造体を含有する成長ウエハをある温度まで加熱する工程、およびイオン注入を用いて該ナノ構造体にイオンドーパントを注入する工程を含む。上記温度は、イオン注入による損傷が注入の間にアニーリングによって消失するのに十分な高さである。一旦イオンドーパントが注入されると、ドーパントは、ナノ構造体をさらにアニーリングすることによって活性化される。
【０００９】
別の実施形態では、ナノ構造体のドーピング方法が提供され、該方法は、ナノ構造体の表面にドーパント層を形成する工程、および高速熱アニーリングを用いて、該ドーパント層からドーパントをナノ構造体に送り込む工程を含む。次いで、過剰のドーパントがナノ構造体の表面から除去される。
【００１０】
別の実施形態では、ナノ構造体をプラスチック基板上にドーピングする方法が提供され、該方法は、プラスチック基板上に誘電体スタックを蒸着する工程、次いで、該誘電体スタック上にナノ構造体を蒸着する工程を含む。次いで、該ナノ構造体上にドーパントが蒸着される。次いで、該ドーパントは、ナノ構造体中にレーザアニーリングされる。誘電体スタックは、レーザエネルギーを反射してプラスチック基板への損傷を防ぐ。
【００１１】
別の実施形態では、電気接点を有するナノワイヤの合成方法が提供され、該方法は、ナノワイヤの末端部分が金属特性を示すように、高濃度のドーパントの存在下でナノワイヤの成長を開始する工程を含む。ドーパント濃度の量は、該ナノワイヤの中央部が半導体特性を示すように、ある期間の間減少させられる。次いで、ドーパントの量は、該ナノワイヤの第二の末端部分が金属特性を示すように、増加させられる。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態、特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および操作を、添付の図面を参照して、以下に詳細に記載する。
【００１３】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明を例示し、説明と一緒になって、さらに本発明の原理を説明し、当業者が本発明を実施し利用できるようにする役割を果たす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（発明の詳細な説明）
本発明を、添付の図面を参照して以下に説明する。図面において、同様の参照番号は同一であるか、または機能的に類似した要素を示す。さらに、参照番号の一番左の桁は、その参照番号が最初に出現する図を示す。
【００１５】
本明細書に示し、記載する特定の手段は、本発明の例であって、本発明の範囲を別段に限定することを何ら意図しないことを理解されたい。事実、簡潔を期すために、従来の電子装置、製造装置および半導体装置ならびにナノワイヤ（ＮＷ）、ナノロッド、ナノチューブおよびナノリボン技法およびシステムのその他の機能的性質（およびシステムの個々の操作部品の構成要素）は、本明細書中に詳細に記載しないことがある。さらに、簡潔を期すために、本発明を、本明細書においてしばしばナノワイヤおよび半導体ダイオード装置に関するものとして記載する。
【００１６】
さらに、考察する具体的な手段として単一ナノワイヤを例示するが、手段を限定する意図はなく、広範囲の多数のナノワイヤおよびスペーサも利用できる。ナノワイヤについてしばしば言及するが、本明細書に記載する技法は、他のナノ構造体、例えばナノロッド、ナノチューブ、ナノテトラポッド、ナノリボンおよび／またはそれらの組み合わせにも適用できることを理解されたい。さらに、本明細書に記載された製造技法は、いかなる半導体装置の種類および他の電子部品の種類の製作にも使用され得ることを理解されたい。さらに、上記技法は、電気システム、光学システム、家庭用電化製品、産業用電子装置、無線システムにおける用途、宇宙用途またはその他のいかなる用途にも好適であろう。
【００１７】
本明細書において使用する場合、「アスペクト比」とは、ナノ構造体の第１軸の長さをナノ構造体の第２軸および第３軸の長さの平均値で割ったものであり、ここで、第２軸および第３軸は、その長さが互いに非常に近似している２つの軸である。例えば、理想的なロッドのアスペクト比は、その長軸の長さを該長軸に垂直な断面の直径で割ったものになる。
【００１８】
ナノ構造体に関して使用する場合の用語「ヘテロ構造体」は、少なくとも２つの異なるおよび／または識別可能な材料タイプによって特徴づけられるナノ構造体をいう。典型的には、ナノ構造体の１つの領域は第１の材料タイプを含み、一方、ナノ構造体の２つめの領域は第２の材料タイプを含んで成る。特定の実施形態では、ナノ構造体は、第１の材料のコアと、第２（または第３など）の材料の少なくとも１つのシェルとを含み、ここで様々な材料タイプが、例えば、ナノワイヤの長軸、分岐ナノ結晶の腕の長軸またはナノ結晶の中央部の周りに放射状に分布する。シェルは、シェルと考えられる隣接する複数の材料またはヘテロ構造体と考えられるナノ構造体を完全に被覆する必要はない；例えば、第２の材料の小さな島状部で被覆された１つの材料のコアを特徴とするナノ結晶は、ヘテロ構造体である。別の実施形態では、様々な材料タイプが、ナノ構造体内の様々な位置；例えば、ナノワイヤの主（長）軸沿いに、または分岐ナノ結晶の腕の長軸沿いに分布する。ヘテロ構造体内の様々な領域は、全く異なる複数の材料を含み得、または、様々な領域は、基材を含み得る。
【００１９】
本明細書において使用する場合、「ナノ構造体」とは、少なくとも１つの領域を有する構造体、または寸法約５００ｎｍ未満、例えば約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、またはさらに約２０ｎｍ未満の特徴的寸法を有する構造体である。典型的には、上記領域または特徴的寸法は、構造体の最小の軸に沿っている。このような構造体の例としては、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノチューブ、分岐ナノ結晶、ナノテトラポッド、トリポッド、バイポッド、ナノ結晶、ナノドット、量子ドット、ナノ粒子、分岐テトラポッド（例えば、無機デンドリマー）等が挙げられる。ナノ構造体は、材料特性において実質的に均一であり得、または特定の実施形態において不均一（例えば、ヘテロ構造体）であり得る。ナノ構造体は、例えば、実質的に結晶質、実質的に単結晶質、多結晶質、非晶質またはそれらの組み合わせであり得る。１つの態様において、ナノ構造体の３つの寸法のそれぞれは、約５００ｎｍ未満、例えば約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、またはさらに約２０ｎｍ未満の寸法を有する。
【００２０】
本明細書において使用する場合、用語「ナノワイヤ」は、一般に、５００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満の断面寸法を少なくとも１つ含み、１０を超える、好ましくは５０を超える、より好ましくは１００を超えるアスペクト比（長さ：幅）を有するあらゆる細長い導性または半導性の材料（または本明細書中に記載するその他の材料）をいう。
【００２１】
本発明のナノワイヤは、材料特性において実質的に均一であり得るか、または特定の実施形態において、不均一であり得る（例えば、ナノワイヤへテロ構造体）。ナノワイヤは、本質的にいかなる好都合な材料（単数または複数）から製造されてもよく、例えば、実質的に結晶質、実質的に単結晶質、多結晶質または非晶質であり得る。ナノワイヤは、変動性の最も大きい領域にわたって、および５ｎｍ以上（例えば、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上または５０ｎｍ以上）の線寸法にわたって、可変の直径を有するか、または実質的に均一な直径、すなわち、約２０％未満（例えば、約１０％未満、約５％未満または約１％未満）の変動を示す直径を有し得る。典型的には、直径は、ナノワイヤの両端部を避けて（例えば、ナノワイヤの中央の２０％、４０％、５０％または８０％にわたって）求められる。ナノワイヤは、真っ直ぐでも、例えば、その長軸の全長にわたって、またはその一部にわたって湾曲したり折れ曲がったりしていてもよい。特定の実施形態では、ナノワイヤまたはその一部は、二次元または三次元の量子閉じ込めを示し得る。本発明によるナノワイヤは、明確にカーボンナノチューブを除き得、特定の実施形態では、「ウィスカー」または「ナノウィスカー」、特に直径が１００ｎｍを超える、または約２００ｎｍを超えるウィスカーを除き得る。
【００２２】
そのようなナノワイヤの例としては、国際特許出願公開ＷＯ０２／１７３６２、ＷＯ０２／４８７０１およびＷＯ０１／０３２０８に記載された半導体ナノワイヤ、カーボンナノチューブおよび本明細書に参照として組み込んだ類似の寸法を有するその他の細長い導性または半導性の構造体が挙げられる。
【００２３】
本明細書において使用する場合、用語「ナノロッド」は、一般に、ナノワイヤに類似するが、ナノワイヤよりも小さいアスペクト比（長さ：幅）を有するあらゆる細長い導性または半導性の材料（または本明細書に記載する他の材料）をいう。２つ以上のナノロッドをその長軸に沿って組み合わせて、組み合わされたナノロッドが電極間の全長に伸びるようにすることができることに留意されたい。もしくは、２つ以上のナノロッドを、組み合わせずに、２つ以上のナノロッドの両端部の間に小さな間隙が存在するように、その長軸に沿って実質的に整列させてもよい。この場合、電子は１つのナノロッドから別のナノロッドへ小さな間隙を横切って移動することによって、１つのナノロッドから別のナノロッドへと流れることができる。この２つ以上のナノロッドは、それによって電子が電極間を移動することができる通路を該ナノロッドが形成するように、実質的に整列させることができる。
【００２４】
ナノワイヤ、ナノロッド、ナノチューブおよびナノリボンのための広範囲の種類の材料を使用することができ、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、Ｐ、Ｂ−Ｃ、Ｂ−Ｐ（ＢＰ６）、Ｂ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｓｉ−ＳｎおよびＧｅ−Ｓｎ、ＳｉＣ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＺｎＯ／ＺｎＳ／ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ、ＣｄＳ／ＣｄＳｅ／ＣｄＴｅ、ＨｇＳ／ＨｇＳｅ／ＨｇＴｅ、ＢｅＳ／ＢｅＳｅ／ＢｅＴｅ／ＭｇＳ／ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＩ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＢｅＳｉＮ２、ＣａＣＮ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＳｎＡｓ２、ＺｎＳｎＳｂ２、ＣｕＧｅＰ３、ＣｕＳｉ２Ｐ３、（Ｃｕ，Ａｇ）（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｆｅ）（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）２（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）３、Ａｌ２ＣＯおよびこれらの半導体の２つ以上の適切な組み合わせから選択される半導体材料が挙げられる。
【００２５】
ナノワイヤはまた、他の材料、例えば金、ニッケル、パラジウム、イリジウム、コバルト、クロム、アルミニウム、チタン、スズなどの金属、合金、ポリマー、導電性ポリマー、セラミックおよび／またはそれらの組み合わせから形成することもできる。現在知られている、または後に開発される他の導電性材料または半導体材料を使用することができる。
【００２６】
特定の態様においては、半導体は、以下のものから成る群からのドーパントを含有し得る：周期表の第ＩＩＩ族からのｐ型ドーパント；周期表の第Ｖ族からのｎ型ドーパント；Ｂ、ＡｌおよびＩｎから成る群から選択されるｐ型ドーパント；Ｐ、ＡｓおよびＳｂから成る群から選択されるｎ型ドーパント；周期表の第ＩＩ族からのｐ型ドーパント；Ｍｇ、Ｚｎ、ＣｄおよびＨｇから成る群から選択されるｐ型ドーパント；周期表の第ＩＶ族からのｐ型ドーパント；ＣおよびＳｉから成る群から選択されるｐ型ドーパント；またはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、ＳｅおよびＴｅから成る群から選択されるｎ型ドーパント。現在知られている、または後に開発される他のドーパント材料を使用することができる。
【００２７】
さらに、ナノワイヤまたはナノリボンは、カーボンナノチューブ、または導電性または半導性有機ポリマー材料（例えば、ペンタセンおよび遷移金属酸化物）から形成されるナノチューブを含み得る。
【００２８】
したがって、用語「ナノワイヤ」には本明細書の記載全体にわたって例示目的で言及するが、本明細書の記載は、ナノチューブ（例えば、その中を通って軸方向に形成される中空のチューブを有するナノワイヤ様構造体）の使用をも包含することが意図される。ナノチューブは、本明細書に記載する特性および利点を提供するために、単独でまたはナノワイヤと組み合わせて、ナノワイヤに関して本明細書に記載するように、ナノチューブの組み合わせで／薄膜で形成することができる。
【００２９】
本明細書中でなされる空間の説明（例えば、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「上部」、「下部」等）は、例示のみを目的とし、本発明の装置は、いかなる配置または様式においても空間的に配置することができることを理解されたい。
【００３０】
標準的な半導体と比較して、ナノワイヤの利点は数多く存在し、絶縁性の、柔軟な、または低損失の基板の使用、コスト、および大きな構造体にナノワイヤを一体化する能力が挙げられる。本発明は、ナノワイヤを使用してこれらの利点を人工誘電体に応用する方法に向けられている。提供する実施例および考察は、ナノワイヤ、ナノチューブ、ナノロッドに焦点を合わせているが、ナノリボンも使用することができる。
【００３１】
図１Ａは、単結晶半導体ナノワイヤコア（以下「ナノワイヤ」という）１００を示す。図１Ａは、ナノワイヤ１００を図示し、これは、均一にドーピングされた単結晶ナノワイヤである。このような単結晶ナノワイヤは、かなり制御されたやり方でｐ型またはｎ型半導体へとドーピングされ得る。ドーピングされたナノワイヤ、例えばナノワイヤ１００は、改善された電子特性を示す。例えば、そのようなナノワイヤは、ドーピングされてバルク単結晶材料に匹敵するレベルのキャリア移動度を有し得る。
【００３２】
図１Ｂは、コアシェル構造に従ってドーピングされたナノワイヤ１１０を図示する。図１Ｂに示すとおり、ナノワイヤ１１０はドーピングされた表面層１１２を有し、該層は、ナノワイヤ１１０の表面上の分子単層にすぎない場合も含め、様々な厚みレベルを有し得る。
【００３３】
絶縁シェルの価電子帯は、ｐ型ドーピングされたワイヤのコアの価電子帯よりも低くてよく、または、シェルの伝導帯は、ｎ型ドーピングされたワイヤのコアよりも高くてもよい。一般に、コアナノ構造体は、いかなる金属材料または半導体材料から成ってもよく、シェルは、同一または異なる材料から成ってよい。例えば、第１のコア材料は、以下のものから成る群から選択される第１の半導体を含み得る：第ＩＩ−ＶＩ族半導体、第ＩＩＩ−Ｖ族半導体、第ＩＶ族半導体およびそれらの合金。同様に、シェルの第２の材料は、第１の半導体と同じかまたは異なる第２の半導体、例えば、以下のものから成る群から選択される第２の半導体を含み得る：第ＩＩ−ＶＩ族半導体、第ＩＩＩ−Ｖ族半導体、第ＩＶ族半導体およびその合金。例示的な半導体としては、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳおよびＰｂＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。上述のとおり、金属材料、例えば金、クロム、スズ、ニッケル、アルミニウム等およびそれらの合金をコア材料として使用することができ、金属コアを、適切なシェル材料、例えば二酸化ケイ素またはその他の絶縁材料で上塗りすることができる。
【００３４】
様々な材料に適合させ得る多くの好都合な方法のいずれによっても、ナノ構造体を作製し、その大きさを制御することができる。例えば、様々な組成のナノ結晶の合成が、例えば、以下に記載されている：Ｐｅｎｇら、（２０００）「Ｓｈａｐｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ＣｄＳｅ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」Ｎａｔｕｒｅ  ４０４，５９−６１；Ｐｕｎｔｅｓら、（２００１）「Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ｓｈａｐｅ  ａｎｄ  ｓｉｚｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ：Ｔｈｅ  ｃａｓｅ  ｏｆ  ｃｏｂａｌｔ」Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９１，２１１５−２１１７；表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ−Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」のＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらに対する米国特許第６，３０６，７３６号（２００１年１０月２３日）；表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩ−ＶＩ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」のＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらに対する米国特許第６，２２５，１９８号（２００１年５月１日）；表題「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＩＩＩ−Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」のＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらに対する米国特許第５，５０５，９２８号（１９９６年４月９日）；表題「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ  ｂｏｕｎｄ  ｔｏ  ｓｏｌｉｄ  ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ」のＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらに対する米国特許第５，７５１，０１８号（１９９８年５月１２日）；表題「Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｓｉｚｅｄ  ｄｏｐｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｓａｍｅ」のＧａｌｌａｇｈｅｒらに対する米国特許第６，０４８，６１６号（２０００年４月１１日）；表題「Ｏｒｇａｎｏ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ｐｒｏｂｅｓ  ｆｏｒ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ａｎｄ  ｕｓｉｎｇ  ｓｕｃｈ  ｐｒｏｂｅｓ」のＷｅｉｓｓらに対する米国特許第５，９９０，４７９号（１９９９年１１月２３日）。
【００３５】
制御された直径を有するナノワイヤを含む、様々なアスペクト比を有するナノワイヤの成長は、例えば、以下に記載されている：Ｇｕｄｉｋｓｅｎら（２０００）「Ｄｉａｍｅｔｅｒ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２２，８８０１−８８０２；Ｃｕｉら（２００１）「Ｄｉａｍｅｔｅｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ」Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７８，２２１４−２２１６；Ｇｕｄｉｋｓｅｎら（２００１）「Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ａｎｄ  ｌｅｎｇｔｈ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ」Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ  １０５，４０６２−４０６４；Ｍｏｒａｌｅｓら（１９９８）「Ａ  ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ」Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２７９，２０８−２１１；Ｄｕａｎら（２０００）「Ｇｅｎｅｒａｌ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ」Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１２，２９８−３０２；Ｃｕｉら（２０００）「Ｄｏｐｉｎｇ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｉｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ」Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ  １０４，５２１３−５２１６；Ｐｅｎｇら（２０００）「Ｓｈａｐｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ＣｄＳｅ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」Ｎａｔｕｒｅ  ４０４，５９−６１；Ｐｕｎｔｅｓら（２００１）「Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ｓｈａｐｅ  ａｎｄ  ｓｉｚｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ：Ｔｈｅ  ｃａｓｅ  ｏｆ  ｃｏｂａｌｔ」Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９１，２１１５−２１１７；表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ−Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」のＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらに対する米国特許第６，３０６，７３６号（２００１年１０月２３日）；表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩ−ＶＩ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」のＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらに対する米国特許第６，２２５，１９８号（２００１年５月１日）；表題「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」のＬｉｅｂｅｒらに対する米国特許第６，０３６，７７４号（２０００年３月１４日）；表題「Ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」のＬｉｅｂｅｒらに対する米国特許第５，８９７，９４５号（１９９９年４月２７日）；表題「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｉｄｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」のＬｉｅｂｅｒらに対する米国特許第５，９９７，８３２号（１９９９年１２月７日）；Ｕｒｂａｕら（２００２）「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｓ��ｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ  ｂａｒｉｕｍ  ｔｉｔａｎａｔｅ  ａｎｄ  ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ  ｔｉｔａｎａｔｅ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２４，１１８６；およびＹｕｎら（２００２）「Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  Ｂａｒｉｕｍ  Ｔｉｔａｎａｔｅ  Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ  ｂｙ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」Ｎａｎｏｌｅｔｔｅｒｓ  ２，４４７。
【００３６】
分岐ナノワイヤ（例えば、ナノテトラポッド、トリポッド、バイポッドおよび分岐テトラポッド）の成長は、例えば、以下に記載されている：Ｊｕｎら（２００１）「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉ−ａｒｍｅｄ  ＣｄＳ  ｎａｎｏｒｏｄ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｍｏｎｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２３，５１５０−５１５１；およびＭａｎｎａら（２０００）「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ  Ｒｏｄ−，Ａｒｒｏｗ−，Ｔｅａｒｄｒｏｐ−，ａｎｄ  Ｔｅｔｒａｐｏｄ−Ｓｈａｐｅｄ  ＣｄＳｅ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２２，１２７００−１２７０６。
【００３７】
ナノ粒子の合成は、例えば、以下に記載されている：表題「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」のＣｌａｒｋ  Ｊｒ．らに対する米国特許第５，６９０，８０７号（１９９７年１１月２５日）；表題「Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄｅ  ａｌｌｏｙｓ」のＥｌ−Ｓｈａｌｌらに対する米国特許第６，１３６，１５６号（２０００年１０月２４日）；表題「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｍｅｔｅｒ−ｓｉｚｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｂｙ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｍｉｃｅｌｌｅ  ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」のＹｉｎｇらに対する米国特許第６，４１３，４８９号（２００２年７月２日）；およびＬｉｕら（２００１）「Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｅａｄ  Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２３，４３４４。ナノ粒子の合成はまた、ナノ結晶、ナノワイヤおよび分岐ナノワイヤの成長に関する上記の引用文献にも記載されており、それらにおいて得られるナノ構造体は、約１．５未満のアスペクト比を有する。
【００３８】
コアシェルナノ構造のヘテロ構造体、すなわちナノ結晶およびナノワイヤ（例えばナノロッド）コアシェルへテロ構造体の合成は、例えば、以下に記載されている：Ｐｅｎｇら（１９９７）「Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ＣｄＳｅ／ＣｄＳ  ｃｏｒｅ／ｓｈｅｌｌ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｗｉｔｈ  ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１９，７０１９−７０２９；Ｄａｂｂｏｕｓｉら（１９９７）「（ＣｄＳｅ）ＺｎＳ  ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔｓ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｉｚｅ  ｓｅｒｉｅｓ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｎａｎｏｃｒｙｓａｌｌｉｔｅｓ」Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．１０１，９４６３−９４７５；Ｍａｎｎａら（２００２）「Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｏｆ  ｇｒａｄｅｄ  ＣｄＳ／ＺｎＳ  ｓｈｅｌｌｓ  ｏｎ  ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ＣｄＳｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４，７１３６−７１４５；およびＣａｏら（２０００）「Ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｏｒｅ／ｓｈｅｌｌ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｗｉｔｈ  ＩｎＡｓ  ｃｏｒｅｓ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２２，９６９２−９７０２。同様の手法を、他のコアシェルナノ構造体の成長に適用することができる。
【００３９】
ナノワイヤの長軸に沿って様々な位置に様々な材料が分布するナノワイヤへテロ構造体の成長は、例えば、以下に記載されている：Ｇｕｄｉｋｓｅｎら（２００２）「Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｎａｎｏｗｉｒｅ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｎａｎｏｓｃａｌｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」Ｎａｔｕｒｅ  ４１５，６１７−６２０；Ｂｊｏｒｋら（２００２）「Ｏｎｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｔｅｅｐｌｅｃｈａｓｅ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ  ｒｅａｌｉｚｅｄ」Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２，８６−９０；Ｗｕら（２００２）「Ｂｌｏｃｋ−ｂｙ−ｂｌｏｃｋ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉ／ＳｉＧｅ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ」Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２，８３−８６；および表題「Ｎａｎｏｗｉｒｅ  ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ」のＥｍｐｅｄｏｃｌｅｓに対する米国特許出願第６０／３７０，０９５号（２００２年４月２日）。同様の手法を、他のヘテロ構造体の成長に応用することができる。
【００４０】
特定の実施形態では、人工誘電体に使用されるナノ構造体の集合体（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）または集団は、大きさおよび／または形状において実質的に単分散である。例えば、表題「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ」のＢａｗｅｎｄｉらに対する米国特許出願第２００２００７１９５２号を参照のこと。
【００４１】
図２は、本発明の一実施形態に従った、ナノ構造体のドーピング方法２００のフローチャートである。方法２００は、ナノ構造体、例えばナノワイヤを、均一で共形性があり制御可能なドーピング濃度でドーピングする方法を提供する。方法２００は、熱拡散の均一かつ共形性のあるドーピング特性を利用する。犠牲層は、ドーピングレベルが容易に制御できるように、拡散制限因子としての役割を果たす。
【００４２】
方法２００は、工程２１０から始まる。工程２１０では、ドーピングされるナノワイヤが洗浄される。一実施形態では、ナノワイヤ上に残存する自然酸化物を除去するために、ＨＦ蒸気が使用される。この洗浄は、室温で、または様々な周囲温度下で高温で行われ得る。さらに、任意選択により、有機物の除去のためにさらなる洗浄を行うことができる。これらの洗浄方法は、例えば、Ｏ２プラズマ、ＩＰＡ蒸気またはアセトン蒸気を使用することができる。
【００４３】
工程２２０において、ナノワイヤは犠牲層で被覆される。当業者に既知の酸化処理を使用して、ナノワイヤの周囲に犠牲層を形成することができる。例えば、Ｓｉナノワイヤの場合、ＳｉＯ２犠牲層を形成することができる。ＳｉＯ２等の犠牲層を使用することによって、ナノワイヤのドーピングプロファイルを所望の用途に適合させることができるように、ドーパントの拡散性を減少させることができる。例えば、犠牲層の厚みおよび組成を変化させることにより、ナノワイヤ中のドーパントのプロファイルを制御することができる。他の犠牲層としては、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮおよびＷＮが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４４】
工程２３０において、犠牲層の表面にドーパントが蒸着される。当業者に既知となるであろう熱予備蒸着を、犠牲層の表面へのドーパントの蒸着に使用することができる。この処理は、例えば炉内で行うことができる。ドーパントの源は、気体、液体または固体であってよい。ナノワイヤと犠牲層との間の密度差のために、ドーパントはナノワイヤと犠牲層との間の界面に集まり、これはドーパント偏析効果と呼ばれ得る。ドーパント偏析効果は、犠牲層の組成を変化させる（すなわち、偏析因子を変化させる）か、または処理条件を変化させることによって、ナノワイヤの表面におけるドーパント濃度の制御を可能にする。
【００４５】
工程２４０では、犠牲層を通してドーパントをナノワイヤに送り込むために、拡散前処理が使用される。拡散前処理のための温度および時間を変化させて、犠牲層およびナノワイヤの両方におけるドーパントプロファイルを決定することができる。所望のドーパントプロファイルを達成するためには熱制御が重要であるため、高速熱アニーリング処理が好ましい手法である。別の実施形態では、ドーパントの拡散のための高ランピング速度アニーリング（ｆａｓｔ  ｒａｍｐｉｎｇ  ｒａｔｅ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を使用することができる。高ランピング速度アニーリング処理としては、レーザアニーリング、フラッシュランプ（アーク）アニーリングおよびプラズマ融合アニーリングが挙げられるが、これらに限定されない。これらの処理は、当業者には既知であろう。高ランピング速度アニーリングを使用する利点は、要求されるサーマルバジェットが低く、正確なドーパントプロファイルの制御が達成できることであり、これらは、ナノ構造体ドーピング用途に重要である。
【００４６】
工程２５０において、犠牲層が除去される。犠牲層を除去するために、エッチングを使用することができる。ＳｉＯ２犠牲層を使用する場合、蒸気ＨＦエッチングを使用することができる。犠牲層を除去すると、ドーピング濃度を制御されたナノワイヤのみが残留する。
【００４７】
工程２６０では、所望の用途に依存して、ドーパントはさらにナノワイヤに送り込まれる。最後の熱アニーリング処理によってドーパントはナノワイヤに送り込まれ、所望のドーパントの分布（すなわち、ドーパントプロファイル）と活性化とがさらに達成される。この最後のドーパント送り込み工程は、単独で行うことができ、または、それに続く熱処理、例えばナノワイヤのゲート酸化に一体化させることができる。加熱炉に基づくアニーリングおよび高速熱アニーリングのいずれも、この工程に使用することができる。別の実施形態では、ドーパントの拡散のための高ランピング速度アニーリングを使用することができる。高ランピング速度アニーリング処理としては、レーザアニーリング、フラッシュランプ（アーク）アニーリングおよびプラズマ融合アニーリングが挙げられるが、これらに限定されない。これらの処理は、当業者には既知であろう。工程２７０において、方法２００は終了する。
【００４８】
図３は、本発明の一実施形態に従った、２ｎｍのＳｉＯ２犠牲層を有するナノワイヤのドーピング濃度の、様々な拡散前条件下でのグラフである。図４は、本発明の一実施形態に従った、２ｎｍのＳｉＯ２犠牲層を有するナノワイヤのドーピング濃度の、様々な拡散前条件下でのグラフである。各グラフにおいて、縦軸はドーピング濃度レベルを示し、横軸はケイ素ナノワイヤ中における測定の深さを示す。
【００４９】
図３を参照すると、線３１０は、拡散前工程２４０の間に６０秒間にわたってドーパントをナノワイヤに送り込むために１０５０℃の温度が使用される場合を示す。線３２０は、拡散前工程２４０の間に６０秒間にわたってドーパントをナノワイヤに送り込むために１０００℃の温度が使用される場合を示す。線３３０は、拡散前工程２４０の間に６０秒間にわたってドーパントをナノワイヤに送り込むために９５０℃の温度が使用される場合を示す。線３４０は、拡散前工程２４０の間に６０秒間にわたってドーパントをナノワイヤに送り込むために９００℃の温度が使用される場合を示す。
【００５０】
図４を参照すると、線４１０は、拡散前工程２４０の間に６０秒間にわたってドーパントをナノワイヤに送り込むために１０５０℃の温度が使用される場合を示す。線４２０は、拡散前工程２４０の間に６０秒間にわたってドーパントをナノワイヤに送り込むために１０００℃の温度が使用される場合を示す。線４３０は、拡散前工程２４０の間に６０秒間にわたってドーパントをナノワイヤに送り込むために９５０℃の温度が使用される場合を示す。線４４０は、拡散前工程２４０の間に６０秒間にわたってドーパントをナノワイヤに送り込むために９００℃の温度が使用される場合を示す。
【００５１】
図３および図４のグラフは、ナノワイヤの表面および内部の両方におけるドーピング濃度が、低いドーピングレベル、例えば１０１８／ｃｍ３であっても制御できることを例証している。
【００５２】
ドーピングのためのイオン注入
ナノ構造体のドーピングのための別の手法は、イオン注入機の使用を伴う。現在の低温注入物は、ナノワイヤを非晶質化し得る。したがって、そこから結晶が再成長することができる非ドープ領域を残すように、範囲および角度を制御しなくてはならない。また、それを下回ると非晶質化が起こり、良好な単結晶ケイ素を再成長させることが困難になる用量範囲が存在する。既存の手法を用いて成長ウエハ上にワイヤのランダムなもつれ（ｒａｎｄｏｍ  ｔａｎｇｌｅ）を均一にドーピングし、それと同時に各ワイヤの断面の一部を損傷のないまま維持することは困難である。
【００５３】
本発明の一実施形態は、ナノワイヤをドーピングするための既存のイオン注入機手法の欠点に対処している。図５は、本発明の一実施形態に従った、高エネルギーイオン注入機を使用したナノ構造体のドーピング方法５００を提供している。方法５００は、工程５１０から始まる。
【００５４】
工程５１０では、ナノワイヤを含有する成長ウエハを、イオン注入による損傷が注入の間にアニーリングによって消失するのに十分な温度まで加熱する。別の実施形態では、別の種類のナノ構造体、例えば、ナノチューブおよびナノロッドを使用することができる。例示的な温度は、約１００℃〜２００℃の範囲であり得る。好ましい温度は、ナノワイヤ材料の種類と、ドーピング材料の種類とイオン注入機のエネルギーレベルとの関数である。当業者であれば、その用途および本明細書の教示に基づいて、好ましい温度を決定することができるであろう。
【００５５】
工程５２０で、イオンドーパントがナノワイヤに注入される。注入は、回転しているウエハ上の様々な角度で行うことができる。これにより、ドーピングを多くの角度から生じさせることができ、シャドーイング効果を最小限にすることができる。
【００５６】
任意の工程５３０では、ナノワイヤウエハが回転させられる。ウエハが回転している間にイオン注入が生じ得、または、ナノワイヤウエハが回転後に静止している間にイオン注入が生じ得る。回転は、ウエハに対する縦軸および横軸の両方の周りの回転を伴い得る。工程５４０では、回転が終了したかどうかの判断が行われる。回転処理が終了していない場合、方法５００はさらなるドーパントイオンの注入のために工程５２０に戻る。回転処理が終了している場合、方法５００は工程５５０へ進む。
【００５７】
工程５５０では、ドーパントを注入されたナノワイヤがアニーリングされる。アニーリングはドーパントを活性化し、ドーパントがナノワイヤ全体に均一に分布するのを支援するとともに、シャドーイングを最小限にする。一実施形態では、さらなる成長処理工程が必要とされないように、アニーリング工程を、ナノワイヤ上にシェル（ゲート）酸化物を成長させる酸化工程と組み合わせることができる。
【００５８】
図６は、方法５００を用いた、ケイ素ナノワイヤ中へのホウ素ドーパントの分布を示す模擬グラフである。この例において、イオンの種類はホウ素であり、ナノワイヤの材料はケイ素である。イオンエネルギーは１０ｋｅＶであった。このグラフは、０〜２５０μｍの範囲のケイ素ナノワイヤ中での、標的深さにわたるイオン注入の比較的一定した濃度を示す。イオンエネルギーおよび用量の最適化に伴い、ほぼ均一なドーピング濃度対深さを達成することができる。
【００５９】
犠牲バリア層を伴う拡散ドーピング
図７は、本発明の一実施形態に従った、ナノワイヤ合成後のナノワイヤの制御ドーピング方法７００のフローチャートを提供する。
【００６０】
方法７００は、工程７１０から始まる。工程７１０では、ナノワイヤの表面上にドーパント層が形成される。別の実施形態では、別の種類のナノ構造体（例えば、ナノチューブおよびナノロッドが挙げられるが、これらに限定されない）を使用することができる。例えば、ホウ素を用いたケイ素ナノワイヤのｐドーピングの場合、ナノワイヤの表面上にＢ２Ｏ３のドーパント層が形成される。Ｂ２Ｏ３ドーパント層は、ジボランの分解温度（例えば、約３５０℃）を超える温度でジボランと酸素とを使用して形成することができる。化学気相蒸着（「ＣＶＤ」）炉におけるプロセスパラメータを、Ｂ２Ｏ３形成の制御のために使用することができる。プロセスパラメータとしては、全圧、構成分圧、流量、温度および時間が挙げられる。別の実施形態では、ＢＦ３、デカボランおよびＢ２Ｏ３などの他の前駆体も使用することができる。別の実施形態では、他の種類のｐ型ドーパントおよびナノ構造体材料を使用することができる。さらに、例えば燐光体前駆体を用いたｎ型ドーパントも、別の実施形態で使用することができる。
【００６１】
ナノ構造体ドーピングの他の方法としては、図５に関して考察したイオン注入が挙げられる。また、プラズマ助長シャワーシステムを使用することができ、低温でのホウ素前駆体の分解が可能になる。プラズマ反応器中のバイアスを用いて、ドーパントをナノ構造体に送り込むことができる。
【００６２】
工程７２０では、高速熱アニーリング（「ＲＴＡ」）を使用してホウ素をナノワイヤに送り込み、所望のドーピングレベルを達成することができる。ＲＴＡプロセスパラメータ、例えば時間および温度を変化させて、ドーパントを送り込み、活性化させる。代替的な実施形態では、ナノワイヤを過剰にドーピングしないように、ナノワイヤに犠牲バリア層を適用することができる。
【００６３】
工程７３０では、過剰のホウ素がナノワイヤから除去される。過剰のホウ素を除去する方法は、当業者には既知であろう。工程７４０において、方法７００は終了する。
プラスチック基板上のナノ構造体におけるドーパントのレーザアニーリング活性化の間のプラスチック基板への損傷を最小限にするための、誘電体反射鏡
ナノ構造体のいくつかのドーピング方法において、ドーパントは、９００℃での１０秒間のアニーリングによってナノ構造体中で活性化される。この温度は、プラスチック基板上で成長させられるナノワイヤ装置にとっては高すぎる。ドーパントのレーザアニーリングは、ドーパントの活性化のための考えられる技法として提案されており、半導体産業において現在使用されている。しかし、レーザアニーリングの使用は、プラスチック基板へのレーザエネルギーの吸収がプラスチック基板を加熱し破壊し得るという点において、依然として難題を提示している。
【００６４】
図８は、本発明の一実施形態に従った、プラスチック基板に損傷を与えずに、プラスチック基板上にナノ構造体をドーピングする方法８００のフローチャートを提供する。方法８００は、工程８１０から始まる。
【００６５】
工程８１０では、プラスチック基板上に誘電体スタックが蒸着される。誘電体スタックは、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはＡｌＯＮを含み得る。誘電体スタックは、プラスチック基板上へのナノワイヤの蒸着の前に、低温で、例えばプラズマ助長化学気相蒸着（「ＰＥＣＶＤ」）を用いて蒸着される。誘電体スタックの厚みおよび層数は、レーザアニーリングに使用されるレーザ波長に基づいて調節することができる。本明細書の教示に基づいて当業者に既知となる他の低温蒸着法を用いて、誘電体スタックを蒸着することができる。
【００６６】
工程８２０において、ナノワイヤが誘電体スタック上に蒸着される。誘電体スタック上にナノワイヤを蒸着する方法が、本明細書の教示に基づいて、当業者に既知となろう。別の実施形態では、別のナノ構造体、例えばナノチューブおよびナノロッドを使用することができる。工程８３０では、ドーパント材料がナノワイヤ上に蒸着される。ナノワイヤ上にドーパントを蒸着する方法は、本明細書の教示に基づいて当業者に既知となろう。
【００６７】
工程８４０では、ドーパント材料がナノワイヤ中にレーザアニーリングされる。工程８１０で蒸着された誘電体スタックは、レーザエネルギーを反射するための誘電体反射鏡として機能し、プラスチック基板を過熱およびそれに対応する劣化から保護する。工程８５０において、方法８００は終了する。
【００６８】
高い強度および良好な電気接点のための、ナノ構造体のドーピング方法
ナノ構造体の成長中にナノ構造体をドーピングすることは、難題である。図９は、本発明の一実施形態に従った、ナノワイヤをドーピングして、高い強度および良好な電気接点を提供する新規な構造体を作製するための、ナノワイヤのドーピング方法９００のフローチャートを提供する。ホウ素を用いた新規な単結晶ケイ素が日本の研究者らによって同定され、これは、＜１１１＞ケイ素基板上で成長させられる交互（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）双晶構造につながった。これらの双晶の境界には、線欠陥（散乱中心）が作製されない。次いで、この双晶構造は、非双晶構造と組み合わさって、界面転位を生じることなくケイ素ヘテロ構造装置を形成する。
【００６９】
本発明は、ホウ素でドーピングされたケイ素の別の新規な構造体を作製する方法を提供する。図９は、本発明の一実施形態に従った、ホウ素でドーピングされたケイ素の新規な構造体を作製する方法９００のフローチャートを提供する。方法９００は、工程９１０から始まる。工程９１０において、ケイ素ナノワイヤが合成される。
【００７０】
工程９１０の間に、工程９２０において高濃度のホウ素ドーパントが、合成工程９１０の最初と最後に導入される。高濃度のホウ素ドーパントは、また、合成プロセスの全体にわたって導入されて、ナノワイヤの強度を増加させることができる。例えば、ナノワイヤの成長中に、ＳｉＣｌ４とともに１０％のＢＣｌ３を導入することができる。ケイ素ナノワイヤ中におけるホウ素の秩序化は、ナノワイヤの成長方向と平行な結晶面上の高いドーピング濃度において見出される。秩序化が、ナノワイヤの成長方向と平行な結晶面上に観察された。＜２１１＞および＜１１１＞の両方の成長方向が、観察された。秩序化は、ナノワイヤ成長に関する方位を説明する回折パターンによって検出された。ナノワイヤの画像は、ナノワイヤに欠陥、例えば転位または積層欠陥が存在しないことを示す。秩序化は、転位を形成せずに局所ひずみを軽減する材料において発生する。秩序化したナノワイヤは、ホウ素がない場合に比べて、圧縮ひずみが高い。材料における秩序化は、降伏強度を増加させ、したがって、高い強度が要求されるケイ素ナノワイヤに有用であり得る。
【００７１】
さらに、電気計測によって、高度に秩序化されたナノワイヤは電縮する（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ）ことが示された。したがって、ナノワイヤ成長の最初と最後の高濃度のホウ素は、良好な電気接点のためにナノワイヤをドーピングする方法として応用することができる。
【００７２】
複数の実施形態において、他のドーパント、例えばＺｎを使用することができる。また、合成のためのケイ素源としては、ＳｉＣｌ４およびＳｉＨ４が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７３】
結論
本発明の様々な実施形態を上述してきたが、それらは例示のみを目的として提示されたものであって、限定するものではないことを理解されたい。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形式および詳細における様々な変更を本発明に対して行うことができることが、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の広がりおよび範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても制限されるべきではなく、以下の請求項およびその均等物に従ってのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１Ａ】図１Ａは、単結晶半導体ナノワイヤの図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、コアシェル構造に従ってドーピングされたナノワイヤの図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に従った、ナノ構造体のドーピング方法のフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に従った、２ｎｍの犠牲層を有するナノワイヤのドーピング濃度の、様々な拡散前条件下でのグラフである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に従った、５ｎｍのＳｉＯ２犠牲層を有するナノワイヤのドーピング濃度の、様々な拡散前条件下でのグラフである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従った、高エネルギーイオン注入機を使用したナノ構造体のドーピング方法のフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に従った、ケイ素ナノワイヤ中へのホウ素ドーパントの分布を示す模擬グラフである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に従った、ナノ構造体上のドーパント被覆を使用したナノ構造体の制御ドーピング方法のフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に従った、プラスチック基板に損傷を与えずに、プラスチック基板上にナノ構造体をドーピングする方法のフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に従った、選択された時点で高濃度のドーパントを使用するナノ構造体のドーピング方法のフローチャートである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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