(57)【要約】本発明は、ナノワイヤ成長および採取のための系および方法に関する。１つの実施形態において、シリコン前駆体の組み合わせを用いるエピタキシャル配向のナノワイヤ成長のための方法を含む、ナノワイヤ成長およびドーピングのための方法が提供される。本発明のさらなる局面において、犠牲成長層を用いることを通じてナノワイヤの質を改善する方法が提供される。本発明の別の局面において、ナノワイヤを１つの基板から別の基板へと転移させる方法が提供される。
2007535413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノワイヤを生成するための方法であって、以下の工程：
（ａ）基板材料上に１つ以上の核形成粒子を堆積させる工程；
（ｂ）該核形成粒子を第１温度に加熱する工程；
（ｃ）該核形成粒子と第１前駆体ガス混合物とを接触させて液体の合金滴を作製し、ナノワイヤ成長を開始させる工程；
（ｄ）該合金滴を第２温度に加熱する工程；および
（ｅ）該合金滴と第２前駆体ガス混合物とを接触させる工程
を包含し、それによってナノワイヤが該合金滴の部位で成長する、方法。
【請求項２】
前記基板材料が結晶である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板材料がシリコンを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板材料が非晶質である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板材料が、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４またはアルミナを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記成長が、エピタキシャルに起こる、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記成長が、前記基板材料の面から突き出ている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノワイヤが、電荷を転移し得る、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１温度が、前記第２温度よりも高い、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１温度が、前記第２温度よりも少なくとも５０℃高い、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記核形成粒子が、第１前駆体ガス混合物および第２前駆体ガス混合物の両方と反応してＳｉが沈殿する共晶を形成する金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記核形成粒子が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｇａ、ＮｉまたはＳｎを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記核形成粒子が、ＡｕコロイドまたはＡｕフィルムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１前駆体ガス混合が、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み、そしてさらにＢ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３またはＰＨ３を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２前駆体ガス混合が、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み、そしてさらにＢ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３またはＰＨ３を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記工程（ｃ）または（ｅ）における接触が、プラズマ励起スパッタ堆積によって生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、以下の工程：
（ｆ）成長するナノワイヤと、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み、そしてさらにＢ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３またはＰＨ３を含む１つ以上のさらなる前駆体ガス混合物とを接触させて、前記ナノワイヤを所望の長さに成長させる工程
をさらに包含する、方法。
【請求項１８】
前記工程（ｆ）における接触が、プラズマ励起スパッタ堆積によって生じる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ナノワイヤを生成するための方法であって、以下の工程：
（ａ）基板材料上に１つ以上の核形成粒子を堆積させる工程；
（ｂ）該核形成粒子を、第１前駆体ガスが該核形成粒子との共晶相を有する温度である第１温度に加熱する工程；
（ｃ）該核形成粒子と、該第１前駆体ガスを含む第１前駆体ガス混合物とを接触させて、ナノワイヤ成長を開始させる工程であって、ここで、該第１前駆体ガス混合物が、ナノワイヤの配向を補助する少なくとも１つの原子種を含む、工程；
（ｄ）該核形成粒子と、該第１温度よりも低い第２温度で核形成粒子との共晶相を有する、第２前駆体ガスを含む第２前駆体ガス混合物とを接触させる工程；および
（ｆ）該核形成粒子を該第２温度に加熱する工程
を包含する、方法。
【請求項２０】
前記第１前駆体ガス混合物が、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２前駆体ガス混合物が、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１温度が、８００℃よりも高い、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２温度が、３００℃と５００℃の間である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記核形成粒子と第２前駆体ガス混合物の接触が、前記第２温度への加熱の前に行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１および第２前駆体ガス混合物の各々が、１種以上のドーパントガスを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記核形成粒子の第１温度への加熱が、該核形成粒子と前記第１前駆体ガス混合物とを接触させた後に行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
ナノワイヤを生成するための方法であって、以下の工程：
（ａ）基板材料をヒドロキシル化する工程；
（ｂ）該基板材料と第１前駆体ガス混合物とを接触させる工程；
（ｃ）１つ以上の核を該基板材料の表面上に形成させる工程；
（ｄ）該核と第２前駆体ガス混合物とを接触させる工程；および
（ｅ）該１つ以上の核の部位でナノワイヤを成長させる工程
を包含する、方法。
【請求項２８】
前記基板材料が、結晶である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記基板材料が、シリコンを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記基板材料が、非晶質である、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板材料が、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、またはアルミナを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１前駆体ガス混合物が、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み、そしてさらにＢ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３またはＰＨ３を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２前駆体ガス混合が、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み、そしてさらにＢ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３またはＰＨ３を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
前記成長が、エピタキシャルである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記成長が、前記基板材料の面から突き出ている、請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
前記ナノワイヤが、電荷を転移し得る、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
前記工程（ｃ）または（ｅ）における接触が、プラズマ励起スパッタ堆積によって生じる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
請求項２７に記載の方法であって、以下の工程：
（ｆ）成長するナノワイヤと、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み、そしてさらにＢ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３またはＰＨ３を含む１つ以上のさらなる前駆体ガス混合物とを接触させて、前記ナノワイヤを所望の長さに成長させる工程
をさらに包含する、方法。
【請求項３９】
前記工程（ｆ）における接触が、プラズマ励起スパッタ堆積によって生じる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
請求項１に記載の方法によって生成したナノワイヤ。
【請求項４１】
請求項１９に記載の方法によって生成したナノワイヤ。
【請求項４２】
請求項２７に記載の方法によって生成したナノワイヤ。
【請求項４３】
請求項１に記載の方法によって生成したナノワイヤを含む電子回路。
【請求項４４】
請求項１９に記載の方法によって生成したナノワイヤを含む電子回路。
【請求項４５】
請求項２７に記載の方法によって生成したナノワイヤを含む電子回路。
【請求項４６】
ナノワイヤを生成するための方法であって、以下の工程：
（ａ）反応チャンバ内において１つ以上の核形成粒子を上に堆積した基板材料を提供する工程；
（ｂ）該ナノワイヤの成長を補助する少なくとも１つの原子種、および該成長するナノワイヤの配向を補助する少なくとも１つの原子種を含む、前駆体ガス混合物を導入する工程；ならびに
（ｃ）該核形成粒子の部位でナノワイヤを成長させる工程
を包含する、方法。
【請求項４７】
前記前駆体ガス混合物が、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項４８】
前記前駆体ガス混合物が、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項４９】
前記導入が、８００℃よりも低い温度で起こる、請求項５０に記載の方法。
【請求項５０】
前記成長するナノワイヤの配向を補助する原子種が、塩素である、請求項５０に記載の方法。
【請求項５１】
前記前駆体ガス混合物が、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給源とは別個の独立した塩素ガス供給源からの塩素ガスを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５２】
前記前駆体ガス混合物が、１種以上のドーパントガスをさらに含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２からのＳｉの反応種、および前記独立した塩素ガス供給源からの塩素の反応種が、プラズマ中で独立して制御されて配向ナノワイヤ成長を促進する、請求項５５に記載の方法。
【請求項５４】
請求項５０に記載の方法によって生成したナノワイヤ。
【請求項５５】
請求項５０に記載の方法によって生成したナノワイヤを含む電子回路。
【請求項５６】
ナノワイヤ合成のための方法であって、以下の工程：
（ａ）第１温度で容器の一端に粒状のナノワイヤ前駆体材料を配置する工程；
（ｂ）第２温度で該容器の反対端に触媒粒子を配置する工程；
（ｃ）該容器の一端から該容器の他端に材料を輸送する工程；および
（ｄ）輸送剤を粒状のナノワイヤ前駆体材料と反応させてナノワイヤを形成する工程
を包含する、方法。
【請求項５７】
前記粒状のナノワイヤ前駆体材料を輸送するために熱蒸発が用いられる、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記粒状のナノワイヤ前駆体材料を輸送するために化学気相輸送剤が用いられる、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
前記化学気相輸送剤が、塩素、ヨウ素および臭素の１つである、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記粒状のナノワイヤ前駆体材料が、Ｓｉ、ＣｄＳ、ＧａＮおよびＣｄの１つである、請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
前記触媒粒子がＡｕ粒子であり、かつ、前記粒状のナノワイヤ前駆体材料がＳｉである、請求項５６に記載の方法。
【請求項６２】
前記触媒粒子がＮｉ粒子であり、かつ、前記粒状のナノワイヤ前駆体材料がＧａＮである、請求項５６に記載の方法。
【請求項６３】
ナノワイヤ構造体上のダングリングボンドから表面準位を低減させる方法であって、以下の工程：
（ａ）該ナノワイヤ構造体を作製する工程；
（ｂ）該ナノワイヤ構造体上に犠牲層を堆積させる工程；
（ｃ）該ナノワイヤ構造体を該犠牲層で不動態化する工程；および
（ｄ）該犠牲層を化学的に除去する工程
を包含する、方法。
【請求項６４】
前記犠牲層が、ＳｉＮまたはＳｉＯ２である、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記ナノワイヤ構造体が、ナノワイヤである、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記ナノワイヤ構造体が、基板上に誘電体およびゲートが形成されたナノワイヤである、請求項６３に記載の方法。
【請求項６７】
前記誘電体が、ＳｉＮまたはＳｉＯ２誘電体である、請求項６３に記載の方法。
【請求項６８】
前記ゲートが、ドープされた非晶質のＳｉゲートである、請求項６３に記載の方法。
【請求項６９】
前記ゲートが、Ｓｉ基板である、請求項６３に記載の方法。
【請求項７０】
ナノワイヤを採取する方法であって、以下の工程：
（ａ）ナノワイヤの所望の部分を成長させる工程；
（ｂ）該ナノワイヤの所望の部分とは異なる特性を有する該ナノワイヤの犠牲部分を成長させる工程；
（ｃ）該ナノワイヤの犠牲部分を差次的に除去する工程；および
（ｄ）該ナノワイヤの所望の部分から成長スタブを除去する工程
を包含する、方法。
【請求項７１】
前記ナノワイヤの犠牲部分および前記ナノワイヤの所望の部分が、別々にドープされる、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記ナノワイヤの犠牲部分および前記ナノワイヤの所望の部分が、別々にドープされる、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記ナノワイヤの犠牲部分を差次的に除去する工程が、該ナノワイヤの犠牲部分内で用いられるドーピングのタイプに基づいて該ナノワイヤの犠牲部分を選択的に除去するためにウェットエッチング液を用いる工程を包含する、請求項９１に記載の方法。
【請求項７４】
前記ナノワイヤの犠牲部分がｎドープされ、そして前記ナノワイヤの所望の部分がｐドープされる、請求項７１に記載の方法。
【請求項７５】
前記ナノワイヤの犠牲部分がｐドープされ、かつ、前記ナノワイヤの所望の部分がｎドープされる、請求項７１に記載の方法。
【請求項７６】
前記ナノワイヤの犠牲部分を成長させるために、ホウ素ＮＷＳがドーパントとして用いられる、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記ナノワイヤの犠牲部分を別々に除去する工程が、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、またはエチレンジアミン／ピロカテコール／水（ＥＤＰ）を用いる工程を包含する、請求項７６記載の方法。
【請求項７８】
前記ナノワイヤの犠牲部分がドープされず、かつ、前記ナノワイヤの所望の部分がｐドープされる、請求項７１に記載の方法。
【請求項７９】
前記ナノワイヤの犠牲部分がドープされず、かつ、前記ナノワイヤの所望の部分がｎドープされる、請求項７１に記載の方法。
【請求項８０】
前記ナノワイヤの所望の部分が、ＳｉまたはＧｅを含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項８１】
ナノワイヤを第１基板から第２基板へ転移させる方法であって、以下の工程：
（ａ）転移面をこびりつかないコーティングでコーティングする工程；
（ｂ）該こびりつかないコーティングを施した転移面を、該ナノワイヤを含む第１基板にプレスする工程；
（ｃ）該こびりつかないコーティングを施した転移面を、該第２基板上に配置する工程；および
（ｄ）該ナノワイヤを、該こびりつかないコーティングを施した転移面から取り外して該第２基板上に配置する工程
を包含する、方法。
【請求項８２】
前記こびりつかないコーティングが、テフロン（登録商標）またはテフロン（登録商標）様コーティングである、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記第１基板が、ナノワイヤ成長基板である、請求項８１に記載の方法。
【請求項８４】
前記第２基板が、デバイス基板である、請求項８１に記載の方法。
【請求項８５】
前記ナノワイヤを前記こびりつかないコーティングを施した転移面から取り外して第２基板上に配置する工程が、該転移面の裏側に圧力をかける工程を包含する、請求項８１に記載の方法。
【請求項８６】
前記ナノワイヤを、前記第２基板上の特定の領域内に配置するために、パターン化した様式で圧力がかけられる、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記転移面をこびりつかない面でコーティングする工程が、前記ナノワイヤが第２基板上に設置されるべき位置に対応する特定の位置に基づいて、パターン化される、請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】
ナノワイヤを採取する方法であって、以下の工程：
（ａ）１つ以上のナノワイヤが上面に付着した基板材料を提供する工程；
（ｂ）該基板の上面に配向される転移基板を提供する工程；
（ｃ）該転移基板が１つ以上のナノワイヤと接触するように、該転移基板に圧力を加える工程；
（ｄ）１つ以上のナノワイヤを、該基板から該転移基板へ転移させる工程；および
（ｅ）該転移基板を除去する工程
を包含する、方法。
【請求項８９】
前記転移基板が、可塑性ポリマーである、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
前記転移基板が、該転移基板の底面上に接着剤層を含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項９１】
前記工程（ｃ）が、前記転移基板の上面とプローブとを接触させることによって該転移基板に圧力をかける工程を包含する、請求項８８に記載の方法。
【請求項９２】
前記工程（ｃ）の前におよび／または（ｃ）の間に、前記プローブを加熱する工程をさらに包含する、請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記工程（ｃ）の前におよび／または（ｃ）の間に、前記基板を加熱する工程をさらに包含する、請求項９１に記載の方法。
【請求項９４】
前記工程（ｃ）が、前記転移基板の上面を前記プローブと２回以上接触させることによって、該転移基板に圧力をかける工程を包含する、請求項９１に記載の方法。
【請求項９５】
前記工程（ｃ）が、前記転移基板に実質的に均一な圧力をかける工程を包含する、請求項８８に記載の方法。
【請求項９６】
前記工程（ｃ）が、前記転移基板と前記基板の間を真空にすることによって、該転移基板に実質的に均一な圧力をかける工程を包含する、請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記工程（ｃ）の前にまたは（ｃ）の間に、前記基板を加熱する工程をさらに包含する、請求項９５に記載の方法。
【請求項９８】
前記工程（ｂ）の前に、１つ以上のナノワイヤを整列させる工程をさらに包含する、請求項８８に記載の方法。
【請求項９９】
前記整列させる工程が、電場を用いて１つ以上のナノワイヤを整列させる工程を包含する、請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】
前記転移基板が、１つ以上のデバイス接触を含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項１０１】
前記採取したナノワイヤ上に１つ以上のデバイス接触を堆積する工程をさらに包含する、請求項８８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明はナノワイヤに関し、より詳細には、ナノワイヤ成長および採取に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
ナノ構造体、特にナノワイヤは、次世代のあらゆる電子デバイスを促進する可能性を有する。ナノ構造体に基づくこの次世代の電子デバイスの出現にとって主な障害は、一貫した特徴を有するナノワイヤおよび他のナノ構造体を、効率的に成長させて採取する能力である。ナノワイヤを成長させて採取する現在のアプローチでは、大量生産が実現しにくく、一貫したナノワイヤの性能特性が得られない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一貫した性能特性を有するナノワイヤを成長させて採取する系および方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（発明の要旨）
本発明は、基板材料上に１つ以上の核形成粒子を堆積させる工程；核形成粒子を第１温度に加熱し、この核形成粒子と第１前駆体ガス混合物とを接触させて液体の合金滴を作製し、ナノワイヤ成長を開始させる工程；合金滴を第２温度に加熱し、この合金滴と第２前駆体ガス混合物とを接触させることによって、ナノワイヤが合金滴の部位で成長する工程を包含する、ナノワイヤを生成する方法を提供する。本発明のプロセスにおいて利用される基板材料は、結晶であっても非晶質であってもよい。適切には、基板材料は、多結晶または単結晶の結晶質のいずれかの結晶シリコンを含む。他の実施形態において、基板は、非晶質のＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、またはアルミナであってもよい。
【０００５】
別の実施形態において、本発明は、ナノワイヤ（例えば、Ｓｉナノワイヤ）を生成するための方法を提供し、この方法は、以下の工程を包含する：１つ以上の核形成粒子（例えば、金ナノ粒子のような金属触媒）を、基板材料上に堆積させる工程（または、基板表面上にナノ粒子を核形成させる工程（例えば、基板表面上の金フィルムコーティング層を加熱することによって））；核形成粒子を、第１前駆体ガスが核形成粒子との共晶相を有する温度である第１温度に加熱する工程；核形成粒子と、成長するナノワイヤの配向を（例えば、以下により詳細に記載されるようなエッチングによって）補助する少なくとも１つの原子種（例えば、Ｃｌ）を含む第１前駆体ガス混合物とを、接触させる工程；ナノワイヤ成長の開始後に、核形成粒子と、第１温度よりも低い第２温度で核形成粒子との共晶相を有する前駆体ガスを含む第２前駆体ガス混合物とを、接触させる工程；および、核形成粒子を第２温度に加熱する工程。
【０００６】
上記の方法は逆にされ得、その結果、ナノワイヤ成長のプロセスが、より低い温度で前駆体ガスを用いて開始され、次いで、第２前駆体ガス（例えば、塩素のようなナノワイヤ配向を補助するために反応性エッチング液種を含むガス）を用いてより高い温度でナノワイヤ成長が継続される。第１温度での解離の際に利用される第１前駆体ガスは、好ましくはＳｉ原子およびＣｌ原子を含むＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２である。Ｓｉ原子は、ナノワイヤ成長をもたらし、そしてＣｌ原子は、シリコン基板上の天然の酸化物層をエッチングすることにより、ワイヤを結晶基板上で成長させる場合、＜１１１＞配向に成長させる。一旦、ナノワイヤ成長が開始されると、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６のような前駆体ガスを含む第２前駆体ガス混合物（これは、第１前駆体ガスよりも低い温度で核形成粒子との共晶相を有する）が導入され得る。第２温度でＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６から解離されたＳｉ原子は、Ｓｉナノワイヤの成長を継続させる。従って、ナノワイヤ成長は、例えば、配向ワイヤを所望の長さに成長させながら、一方で、成長するナノワイヤ中への金属触媒の拡散を最小にすることにより、ナノワイヤ成長が開始される温度よりも低い温度で遊離のＳｉ原子を用いて継続することができる。
【０００７】
これらの方法において利用される基板材料は、結晶であっても非晶質であってもよい。適切には、基板材料は、多結晶または単結晶の結晶質のいずれかの結晶シリコンを含む。他の実施形態において、基板は、非晶質のＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、またはアルミナであってもよい。
【０００８】
結晶基板が利用される実施形態において、基板材料上に成長するワイヤは、エピタキシャル配向に成長し得ることが好ましい。本発明のプロセスに従って生成されるナノワイヤは、基板材料の面の外に伸び、電荷を輸送し得る。
【０００９】
本発明の方法の特定の適切な実施形態において、核形成粒子が加熱される第１温度は、合金滴が加熱される第２温度よりも高い。適切には、第１温度は、第２温度よりも少なくとも約５０℃高い。本発明の実施において利用される核形成粒子は、適切には金属触媒であり、第１前駆体ガス混合物および第２前駆体ガス混合物の両方と反応してＳｉが沈殿し得る共晶を形成する金属を含む。適切な金属触媒は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｇａ、ＮｉまたはＳｎを含み、特定のこのような実施形態において、ＡｕコロイドまたはＡｕフィルムであってもよい。
【００１０】
本発明のプロセスにおいて利用される第１前駆体ガス混合物および第２前駆体ガス混合物は、適切にはＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み、そしてＢ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３またはＰＨ３をさらに含み得る（例えば、ドーパント材料として）。本発明のプロセスのさらなる実施形態は、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み、さらにＢ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３またはＰＨ３を含む、１つ以上のさらなる前駆体ガス混合物と、成長するナノワイヤを接触させて、ナノワイヤを所望の長さに成長させる工程をさらに含み得る。本発明のプロセスで用いられる前駆体ガスは、プラズマ励起スパッタ堆積によって適切に導入され得る。
【００１１】
本発明の別の実施形態において、異なる温度でナノワイヤを成長させる必要性は、プラズマ励起スパッタ堆積（またはプラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ））を用いて、より低い温度（例えば、約８００℃よりも低い温度）でナノワイヤを成長させることによって回避され得る。本実施形態において、核形成粒子は、好ましくは、成長するナノワイヤの配向を補助する反応種（例えば、Ｃｌ）を含む前駆体ガス（例えば、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２）を含む前駆体ガス混合物と接触させられる。あるいは、前駆体ガス混合物は、上記の１種以上の前駆体ガス（例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２）と組み合わせて提供され得る、別個の独立した供給源からの塩素ガス（またはプラズマ）を含み得る。前駆体ガス混合物がＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含む場合には、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２が、キャリアガス（例えば、Ｈ２、Ｈ２Ａｒ）の存在下でＳｉおよびＣｌに分解することにより、ＨＣｌを生成する。このため、以下により詳細に論じられるように、ＨＣｌでのエッチングとＳｉ蒸気からの成長との間の競合を生じる。塩素は、配向ナノワイヤ成長をもたらすＳｉ基板上の界面酸化物の除去を補助する。塩素ガスの独立した供給源の添加により、ＳｉおよびＣｌの反応種がプラズマ中で独立して制御されて、必要に応じてエッチングを増強するかまたは抑制してナノワイヤ成長を促進することが可能になるという利点がある。スパッタ堆積は、当業者に公知の任意の方法（例えば、ダイオード、無線周波および直流堆積）によって達成され得る。
【００１２】
本発明はまた、例えば、基板材料をヒドロキシル化する工程、この基板材料と第１前駆体ガス混合物とを接触させる工程、１つ以上の核（例えば、ナノ粒子）をこの基板材料の表面上に形成させる工程、この核と第２前駆体ガス混合物とを接触させる工程、および、この１つ以上の核の部位でナノワイヤを成長させる工程を包含する、金属触媒を含まないナノワイヤを生成する方法を提供する。
【００１３】
本発明の別の局面において、ナノワイヤ合成のための更なる方法が提供される。１つの実施形態において、ナノワイヤ合成のための方法は、ある温度で容器の片端に粒状の前駆体材料を配置する工程、および別の温度で容器の反対端に触媒粒子を配置する工程を包含する。次いで、材料を容器の片端から別の端に転移させる。輸送剤は、粒状のナノワイヤ前駆体材料と反応して、ナノワイヤを形成する。代替の実施形態において、同様の方法が、ナノワイヤをドープするために提供される。
【００１４】
本発明のさらなる局面において、製造中にナノワイヤの質を改善する方法が提供される。特に、ナノワイヤ構造体上のダングリングボンドから表面準位を低減させる方法が提供される。１つの実施形態において、この方法は、ナノワイヤ構造体を作製する工程、ナノワイヤ構造体上に犠牲層を堆積させる工程、ナノワイヤ構造体を犠牲層で不動態化する工程、および犠牲層を化学的に除去してナノワイヤを遊離する工程を包含する。
【００１５】
別の実施形態において、ナノワイヤデバイスを提供する方法が開示され、この方法は、以下の工程を包含する：ナノワイヤが垂直配向で表面に付着した基板を提供する工程；ナノワイヤの表面上に誘電体層を堆積させる工程；ナノワイヤ上に接触する１つ以上のナノワイヤを堆積させる工程；ナノワイヤの上に金属を堆積させて、ナノワイヤ複合体を形成させる工程；およびナノワイヤ複合体を基板から分離する工程。
【００１６】
ナノワイヤを採取するための一連の方法も提供される。１つの実施形態において、方法は、所望の部分および犠牲部分を有するナノワイヤを成長させる工程を包含する。所望の部分は、犠牲部分の特性とは異なる特性を有する。１つの例において、犠牲部分は合金であり、そして所望の部分は合金ではない。別の例において、犠牲部分は所望の部分とは違った方法でドープされる。ウェットエッチング液は、ナノワイヤの犠牲部分を差次的に除去するために用いられる。例えばウェットエッチング液は、ナノワイヤの犠牲部分を所望の部分よりもはるかに高い率でエッチング除去する。その結果、ナノワイヤは一貫した長さで生成され得る。
【００１７】
別の実施形態において、シリコンナノワイヤは、ナノワイヤ中のシリコンの配向が基板中のシリコンの配向と異なる、シリコン基板上で成長する。例えば、シリコンナノワイヤ中の原子は、１１１のミラー指数を有し得、一方、基質中のシリコン原子は、１００のミラー指数を有し得る。先の場合のように、ウェットエッチング液を用いて、ナノワイヤを遊離するためにシリコン基板の一部を差次的に除去し得る。
【００１８】
本発明の別の局面において、ナノワイヤを１つの基板から別の基板へ転移させる方法が提供される。これらの方法は、例えば、ナノワイヤをナノワイヤ成長基板からデバイス基板へ転移させるのに用いられ得る。１つの実施形態において、この方法は、テフロン（登録商標）のようなこびりつかないコーティングで転移面をコーティングする工程を包含する。次いで、転移面は、ナノワイヤ成長基板に取り付けられたナノワイヤにプレスされ得る。ナノワイヤは、こびりつかないコーティングを施した転移面にくっついて動かなくなる。次いで、転移面をデバイス基板上に配置し、そして転移面の背面に圧力を加えて、ナノワイヤをデバイス基板上に放出させる。代替の実施形態において、転移面は、ナノワイヤが配置されるべきデバイス基板上の領域と一致させるために、こびりつかないコーティングで模様付けされ得る。類似の代替の実施形態において、こびりつかないコーティングは、転移面全体に分布し得、そして圧力は、デバイス基板の特定の領域にナノワイヤを放出するために模様付けされた様式で転移面の背面上にかけられ得る。
【００１９】
さらなる実施形態において、ナノワイヤを採取および転移する方法が開示され、この方法は、以下の工程を包含する：１つ以上のナノワイヤが上面に付着した基板材料を提供する工程；この基板の上面に配向される転移基板を提供する工程；転移基板が１つ以上のナノワイヤと接触するように、転移基板に圧力を加える工程；１つ以上のナノワイヤを、基板から転移基板へ転移させる工程；およびこの転移基板を除去する工程。本実施形態において、転移基板は可塑性ポリマーであってもよく、そしてプローブは圧力を加えるために用いられ得る。実施形態において、プローブが加熱されても、または基板が加熱されてもよい。
【００２０】
本発明のさらなる実施形態、特徴および利点、ならびに本発明の種々の実施形態の構造および操作は、添付の図面を参照して以下に詳細に記載される。
【００２１】
本発明は、添付の図面を参照して記載される。図面において、類似の参考番号は、同一かまたは機能的に類似の要素を示す。要素が初めて出現する図面は、対応する参照番号の一番左の桁で示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（発明の詳細な説明）
本明細書中に示されかつ記載される特定の実施は、本発明の例であり、本発明の範囲を多少なりとも限定するようには意図されないことが理解されるべきである。実際に、簡潔さのために、従来のエレクトロニクス、製造、半導体デバイス、およびナノワイヤ（ＮＷ）、ナノロッド、ナノチューブ、およびナノリボン技術ならびにシステム（およびシステムの個々の作動部品の構成要素）の他の機能的局面は、本明細書中に詳細に記載されないことがある。さらに、簡潔さのために、本発明は、頻繁にナノワイヤに関して本明細書中に記載される。
【００２３】
ナノワイヤが頻繁に言及されるが、本明細書中に記載される技術は、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のような他のナノ構造体にも適用可能であることが理解されるべきである。さらに、本明細書中に記載される製造技術は、任意の半導体デバイス型、および他の電子部品型の作製に用いられ得ることが理解されるべきである。さらに、これらの技術は、電気系統、光学系、家電、産業電子工学、無線系、宇宙応用における用途、または任意の他の用途に適している。
【００２４】
本明細書中で使用される場合、「アスペクト比」は、ナノ構造体の第２軸および第３軸の長さが互いにほとんど等しい２つの軸である場合、この第２軸および第３軸の長さの平均で割ったナノ構造体の第１軸の長さである。例えば、完全なロッドについてのアスペクト比は、長軸に垂直な（長軸の法線の）断面の直径で割った、長軸の長さになる。
【００２５】
用語「ヘテロ構造体」は、ナノ構造体に関連して用いられる場合、少なくとも２種の異なるおよび／または識別可能な材料タイプを特徴とするナノ構造体をいう。代表的には、ナノ構造体の１つの領域は、第１材料タイプを含み、一方、ナノ構造体の別の領域は、別の材料タイプを含んでいながら、第２材料タイプを含む。特定の実施形態において、異なる材料タイプが、例えば、ナノワイヤの長軸、分枝ナノ結晶のアームの長軸、またはナノ結晶の中心の周りに放射状に分布する場合、ナノ構造体は、第１材料のコアおよび第２（または第３など）の材料の少なくとも１つのシェルを含む。シェルは、シェルとみなされるかまたはナノ構造体についてはヘテロ構造とみなされる、隣接する材料を完全に覆う必要はない。例えば、１つの材料のコアが別の材料の小島で覆われることを特徴とするナノ結晶は、ヘテロ構造である。他の実施形態において、異なる材料タイプは、ナノ構造体内の異なる位置に分布する。例えば、材料タイプは、ナノワイヤの主（長）軸に沿って、または分枝鎖ナノ結晶のアームの長軸に沿って分布し得る。ヘテロ構造体内の異なる領域は、完全に異なる材料を含み得るか、またはこれらの異なる領域は、基板を含み得る。
【００２６】
本明細書中で使用される場合、「ナノ構造体」は、約５００ｎｍ未満（例えば、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、または約２０ｎｍ未満）の寸法を有する少なくとも１つの領域または固有の寸法を有する構造体である。代表的には、領域または固有の寸法は、構造体の最小軸に沿っている。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、分枝ナノ結晶、ナノテトラポッド、トライポッド、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）などが挙げられる。ナノ構造体は、材料特性において実質的に同質であってもよく、または特定の実施形態において、異質（例えば、ヘテロ構造体）であってもよい。ナノ構造体は、例えば、実質的に結晶、実質的に単結晶、多結晶、非晶質、またはそれらの組み合わせであってもよい。１つの局面において、ナノ構造体の３次元の各々は、約５００ｎｍ未満（例えば、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、または約２０ｎｍ未満）の寸法を有する。
【００２７】
本明細書中で使用される場合、用語「ナノワイヤ」は、一般に、５００ｎｍ未満の、そして好ましくは１００ｎｍ未満の少なくとも１つの断面寸法を含み、かつ、１０よりも大きい、好ましくは５０よりも大きい、そしてより好ましくは、１００よりも大きいアスペクト比（長さ：幅）を有する、任意の細長い導体または半導体材料（または、本明細書中に記載される他の材料）をいう。
【００２８】
本発明のナノワイヤは、材料特性において実質的に同質であってもよく、または特定の実施形態において、異質（例えば、ナノワイヤヘテロ構造体）であってもよい。ナノワイヤは、本質的に任意の便利な単数または複数の材料で製造され得、例えば、実質的に結晶、実質的に単結晶、多結晶、または非晶質であってもよい。ナノワイヤは、可変直径を有してもよく、または実質的に均一の直径（すなわち、可変性が最も大きい領域にわたって、および少なくとも５ｎｍ（例えば、少なくとも１０ｎｍ、少なくとも２０ｎｍ、または少なくとも５０ｎｍ）の直線寸法にわたって、約２０％未満（例えば、約１０％未満、約５％未満、または約１％未満）の分散を示す直径）を有してもよい。代表的には、直径は、ナノワイヤの両端を避けて（例えば、ナノワイヤの中央の２０％、４０％、５０％、または８０％にわたって）評価される。ナノワイヤは、直線であってもよく、または、例えばナノワイヤの長軸の全長またはその一部にわたって、湾曲しているかもしくは屈曲していてもよい。特定の実施形態において、ナノワイヤまたはその一部は、２次元または３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、カーボンナノチューブを明確に除外し得、そして特定の実施形態において、「ウィスカー」または「ナノウィスカー」、特に１００ｎｍよりも大きいかまたは約２００ｎｍよりも大きい直径を有するウィスカーを明確に除外し得る。
【００２９】
このようなナノワイヤの例としては、公開された国際特許出願番号ＷＯ０２／１７３６２、ＷＯ０２／４８７０１、およびＷＯ０１／０３２０８に記載されるような半導体ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、および類似の寸法の他の細長い導体または半導体構造体（これらは、本明細書中に参考として援用される）が挙げられる。
【００３０】
本明細書中で使用される場合、用語「ナノロッド」は、一般に、ナノワイヤに類似しているが、ナノワイヤのアスペクト比（長さ：幅）よりも小さいアスペクト比を有する、任意の細長い導体または半導体材料（または本明細書中に記載される他の材料）をいう。２つ以上のナノロッドは、それらの縦軸に沿って連結され得、それによって、連結したナノロッドが電極間の全範囲に及ぶ。あるいは、２つ以上のナノロッドは、それらの縦軸に沿って実質的に整列され得、それによって、これらの２つ以上のナノロッドの端部の間に小さなギャップが存在する。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ギャップを飛び越えて横断することにより、１つのナノロッドから別のナノロッドへ流れ得る。これらの２つ以上のナノロッドは、電子が電極間を移動し得る経路を形成するように、実質的に整列され得る。
【００３１】
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、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、ならびに２つ以上のこのような半導体の適切な組み合わせから選択される半導体材料を含む、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なタイプの材料が用いられ得る。
【００３２】
ナノワイヤはまた、金、ニッケル、パラジウム、イラジウム（ｉｒａｄｉｕｍ）、コバルト、クロム、アルミニウム、チタン、スズなどのような金属、金属合金、ポリマー、導電性ポリマー、セラミックス、および／またはそれらの組み合わせのような、他の材料で形成され得る。他の現在公知であるかまたは後に開発される導電性材料または半導体材料が用いられ得る。
【００３３】
特定の局面において、半導体は、以下からなる群からのドーパントを含み得る：周期表第ＩＩＩ族からのｐ型ドーパント；周期表第Ｖ族からのｎ型ドーパント；Ｂ、ＡｌおよびＩｎからなる群より選択されるｐ型ドーパント；Ｐ、ＡｓおよびＳｂからなる群より選択されるｎ型ドーパント；周期表第ＩＩ族からのｐ型ドーパント；Ｍｇ、Ｚｎ、ＣｄおよびＨｇからなる群より選択されるｐ型ドーパント；周期表第ＩＶ族からのｐ型ドーパント；ＣおよびＳｉからなる群より選択されるｐ型ドーパント；またはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択されるｎ型ドーパント。他の現在公知であるかまたは後に開発されるドーパント材料が用いられ得る。
【００３４】
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、または導体もしくは半導体の有機ポリマー材料（例えば、ペンタセン、および遷移金属酸化物）で形成されるナノチューブを含み得る。
【００３５】
従って、用語「ナノワイヤ」は、例示の目的で本明細書中の記載全体を通して呼ばれるが、本明細書中の記載が、ナノチューブ（例えば、中を通って軸方向に形成される中空管を有する、ナノワイヤ様構造体）の使用も包含することが意図される。ナノチューブは、本明細書中に記載される特性および利点を提供するために、ナノワイヤ単独かまたはナノワイヤと組み合わせて、ナノチューブについて本明細書中に記載されるようにナノチューブと組み合わせて／ナノチューブの薄膜に形成され得る。
【００３６】
本明細書中になされる空間描写（例えば、「上に」、「下に」、「上へ」、「下へ」、「上部」、「下部」など）は、単に例示目的のためであり、本発明のデバイスは、任意の配向または様式で空間的に配列され得ることが理解されるべきである。
【００３７】
（ナノワイヤのタイプおよびそれらの合成）
図１Ａは、単結晶半導体ナノワイヤコア（以下、「ナノワイヤ」）１００を示す。図ｌＡは、均一にドープされた単結晶ナノワイヤである、ナノワイヤ１００を示す。このような単結晶ナノワイヤは、適正に制御された様式でｐ型またはｎ型半導体のいずれかの中にドープされ得る。ナノワイヤ１００のようなドープされたナノワイヤは、電子特性の改善を示す。例えば、このようなナノワイヤは、ドープされて、バルク単結晶材料に匹敵するキャリア移動度を有し得る。
【００３８】
図１Ｂは、コアシェル構造に従ってドープされるナノワイヤ１１０を示す。図１Ｂに示すように、ナノワイヤ１１０は、ドープされた表層１１２を有し、この表層１１２は、ナノワイヤ１１０の表面上の分子単層のみであることを含めて、種々の厚みを有し得る。
【００３９】
絶縁シェルの価電子帯は、ｐ型ドープワイヤのためのコアの価電子帯よりも低くてもよく、またはシェルの伝導帯は、ｎ型ドープワイヤのためのコアよりも高くてもよい。一般に、コアナノ構造体は、任意の金属または半導体材料から作製され得、そしてシェルは、同じかまたは異なる材料から作製され得る。例えば、第１コア材料は、以下からなる群より選択される第１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材料は、第１半導体と同じであるかまたは異なる第２半導体を含み得、これは、例えば、以下からなる群より選択される：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。半導体の例としては、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。上記のように、金、クロム、スズ、ニッケル、アルミニウムなどのような金属材料、およびそれらの合金は、コア材料として用いられ得、そして金属コアは、二酸化ケイ素または他の絶縁材料のような適切なシェル材料で上塗りされ得る。
【００４０】
ナノ構造体が作製され得、それらのサイズは、種々の材料に適合し得る多くの便利な方法のいずれかによって制御され得る。例えば、種々の組成物のナノ結晶の合成は、例えば、以下に記載される：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；ＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらのＵＳＰＮ６，３０６，７３６号（２００１年１０月２３日）表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ−Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」；ＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらのＵＳＰＮ６，２２５，１９８号（２００１年５月１日）表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩ−ＶＩ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」；ＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらのＵＳＰＮ５，５０５，９２８号（１９９６年４月９日）表題「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＩＩＩ−Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」；ＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらのＵＳＰＮ５，７５１，０１８号（１９９８年５月１２日）表題「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ  ｂｏｕｎｄ  ｔｏ  ｓｏｌｉｄ  ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ」；ＧａｌｌａｇｈｅｒらのＵＳＰＮ６，０４８，６１６号（２０００年４月１１日）表題「Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｓｉｚｅｄ  ｄｏｐｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｓａｍｅ」；およびＷｅｉｓｓらのＵＳＰＮ５，９９０，４７９号（１９９９年１１月２３日）表題「Ｏｒｇａｎｏ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ｐｒｏｂｅｓ  ｆｏｒ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ａｎｄ  ｕｓｉｎｇ  ｓｕｃｈ  ｐｒｏｂｅｓ」。
【００４１】
制御された直径を有するナノワイヤを含む、種々の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；ＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらのＵＳＰＮ６，３０６，７３６号（２００１年１０月２３日）表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ−Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」；ＡｌｉｖｉｓａｔｏｓらのＵＳＰＮ６，２２５，１９８号（２００１年５月１日）表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩ−ＶＩ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」；ＬｉｅｂｅｒらのＵＳＰＮ６，０３６，７７４号（２０００年３月１４日）表題「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」；ＬｉｅｂｅｒらのＵＳＰＮ５，８９７，９４５号（１９９９年４月２７日）表題「Ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」；ＬｉｅｂｅｒらのＵＳＰＮ５，９９７，８３２号（１９９９年１２月７日）「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｉｄｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」；Ｕｒｂａｕら（２００２）「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ  ｎ���ｎｏｗｉｒｅｓ  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。
【００４２】
分岐ナノワイヤ（例えば、ナノテトラポッド、トライポッド、バイポッド、および分岐テトラポッド）の成長は、例えば、以下に記載される：Ｊｕｎら（２００１）「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉ−ａｒｍｅｄ  ＣｄＳ  ｎａｎｏｒｏｄ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｍｏｎｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２３，５１５０−５１５１；ａｎｄ  Ｍａｎｎａら（２０００）「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ  Ｒｏｄ−，Ａｒｒｏｗ−，Ｔｅａｒｄｒｏｐ−，ａｎｄ  Ｔｅｔｒａｐｏｄ−Ｓｈａｐｅｄ  ＣｄＳｅ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２２，１２７００−１２７０６。
【００４３】
ナノ粒子の合成は、例えば、以下に記載される：Ｃｌａｒｋ  Ｊｒ．らのＵＳＰＮ５，６９０，８０７号（１９９７年１１月２５日）表題「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」；Ｅｌ−ＳｈａｌｌらのＵＳＰＮ６，１３６，１５６号（２０００年１０月２４日）表題「Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄｅ  ａｌｌｏｙｓ」；ＹｉｎｇらのＵＳＰＮ６，４１３，４８９号（２００２年７月２日）表題「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｍｅｔｅｒ−ｓｉｚｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｂｙ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｍｉｃｅｌｌｅ  ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」；およびＬｉｕら（２００１）「Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｅａｄ  Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２３，４３４４。ナノ粒子の合成も、ナノ結晶、ナノワイヤ、および分岐ナノワイヤの成長について上記引用文中に記載され、その引用文中で得られたナノ構造体は、約１．５未満のアスペクト比を有する。
【００４４】
コアシェルナノ構造ヘテロ構造体、すなわちナノ結晶およびナノワイヤ（例えば、ナノロッド）コアシェルヘテロ構造体の合成は、例えば、以下に記載される：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。同様のアプローチが、他のコアシェルナノ構造体の成長に適用され得る。
【００４５】
ナノワイヤの長軸に沿った種々の位置に種々の材料が分布するようなナノワイヤヘテロ構造体の成長は、例えば、以下に記載される：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Ｅｍｐｅｄｏｃｌｅｓの米国特許出願第６０／３７０，０９５号（２００２年４月２日）表題「Ｎａｎｏｗｉｒｅ  ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ」。同様のアプローチが、他のヘテロ構造体の成長に適用され得る。
【００４６】
（シリコン前駆体の組み合わせを用いるエピタキシャル配向のナノワイヤ成長）
図２は、本発明の実施形態による、Ｓｉ前駆体の組み合わせを用いてナノワイヤを調製する方法２００のフローチャートである。方法２００は、工程２０２で始まる。工程２０２において、１つ以上の核形成粒子（適切には金属触媒）が基板材料上に堆積して、ナノワイヤ成長のための核形成部位を作製する。工程２０４に示されるように、核形成粒子を第１温度まで加熱し、この核形成粒子と第１前駆体ガス混合物とを接触させることにより、液体の合金滴を作製し、ナノワイヤ成長を開始させる（これは、表示２０６で示される）。工程２０８において、合金滴を第２温度まで加熱し、そしてこの合金滴と第２前駆体ガス混合物とを接触させることにより、ナノワイヤが、工程２１４に示されるように所望のサイズおよび配向に到達するまで、合金滴の部位で成長する（これは、表示２１０で示される）。
【００４７】
適切な実施形態において、ナノワイヤが上に成長する基板材料は、結晶基板である。用語「結晶基板」は、代表的にはおよそ１０オングストローム（A）以上の大きな原子間距離にわたって反復配列または周期的配列に位置する原子を含む、任意の基板材料を含む。そのような結晶基板は、多結晶であってもよく、または単結晶を含んでもよい。適切には、本発明のプロセスで利用される結晶基板は、シリコン（Ｓｉ）である。他の適切な結晶材料としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、サファイア、石英、およびシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）が挙げられるが、これらに限定されない。本発明の他の実施形態において、基板材料は、非晶質を含み得る。本発明の実施に用いられ得る適切な非晶質の基板材料としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４およびアルミナが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４８】
図２に概説されるように、特定の実施形態において、本発明の方法は、まず核形成粒子を基板材料上に堆積する工程を含む。本発明の実施に用いられ得る核形成粒子としては、金属触媒が挙げられ、第１前駆体ガス混合物および第２前駆体ガス混合物の両方と反応して共晶相を形成する、任意の材料であり得る。このような混合物は、すべての成分が溶液状態である最低の融点を有する。前駆体ガス分子（例えば、シリコン）の添加の際に、共晶相図上の飽和点に到達し、その結果、半導体粒子（例えば、Ｓｉ）が金属溶液からの沈殿を開始し、それによって、成長するナノワイヤを生成する。共晶を飽和状態にするまで前駆体ガスの連続的な添加を続け、それによって、ナノワイヤ成長のためのさらなる材料を生成する。
【００４９】
適切な実施形態において、核形成粒子は金属触媒であり、周期表からの任意の遷移金属を含み得、これらとしては、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、プラチナ、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、スズ、オスミウム、マンガン、クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウムおよびガリウム（これらの金属の１種以上の混合物を含む）が挙げられるが、これらに限定されない。本発明の好ましい実施形態において、金属触媒は、金（Ａｕ）コロイド（すなわち、Ａｕナノ粒子）またはＡｕフィルムを含み得る。特定のこのような実施形態において、直径６０ナノメーター（ｎｍ）の金コロイドが用いられ得る。目標は、１平方マイクロメートル（μｍ）当たり２−４粒子の間の密度で金ナノ粒子の均一な堆積を達成することである。重要なことは、金粒子のクラスタ形成を最小限にすることである。クラスタは、望ましくないより大きな直径のナノワイヤ成長を生じ得る。スピンコーティング法および自己集合法は、堆積について調査され得る（例えば、２００３年９月３０日出願の米国特許出願第１０／６７４，０６０号（その全体が本明細書中に参考として援用される）を参照のこと）。
【００５０】
スピンコーティングは、かなり単純なプロセスである。堆積密度は、前駆体コロイド中の金の粒子濃度の変動、シリコンウエハーの界面化学の操作、および回転速度を変化させることによって制御され得る。スピンコーティングの欠点は、金コロイド溶液の低い利用効率であり得る。是認される場合には、生成段階でリサイクルプロセスが用いられ得る。
【００５１】
自己集合は、十分に確立された化学的性質の一部を使用する。４インチのシリコン酸化物をコーティングしたウエハーの表面は、（３−アミノプロピル）−トリメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）または（３−メルカプトプロピル）−トリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）のいずれかで官能化され、次いで、６０ｎｍの金コロイド溶液でコーティングされる。金粒子は、表面に集められる。２つの異なる化学的性質の間の差異が比較され、そして、接触時間および接触溶液中の金粒子濃度を制御することによって、金粒子の密度を制御する可能性が用いられ得る。
【００５２】
本発明を実施するために用いられる核形成粒子はまた、基板表面上の金フィルムコーティング層を加熱することによって、基板表面上に形成されてもよい。
【００５３】
１つの実施形態において、本発明は、第１前駆体ガス混合物を、１）このガスが遊離の成分原子に解離し、かつ、２）核形成粒子（例えば、金属触媒）が融解して液体になる温度まで加熱する工程を含む。次いで、遊離のガス分子は、金属触媒中に拡散して、液体の合金滴を形成し得る。このプロセスは、一般に化学気相堆積（ＣＶＤ）として当業者に知られている。
【００５４】
本発明の適切な実施形態において、第１前駆体ガスは、ナノワイヤの成長を促進する少なくとも１種の原子種（例えば、Ｓｉ）、および成長の間にナノワイヤを配向させるのを補助する原子種（例えば、Ｃｌ原子）を含むガスを含み得る。例えば、第１前駆体ガスは、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４およびＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、好ましくはＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２から選択され得るが、これらに限定されない。
【００５５】
これらのＳｉ前駆体ガスを、熱エネルギーがガス状分子間の結合エネルギーを破壊するのに十分な温度よりも高い温度で加熱することにより、遊離のＳｉ原子を生成する。（例えば、Ｓｉ−Ｈ結合：９３ｋｃａｌ／モル、Ｓｉ−Ｃｌ結合：１１０ｋｃＡｌ／モル、Ｓｉ−Ｓｉ結合；７７ｋｃａｌ／モル、Ｍ．Ｔ．Ｓｗｉｈａｒｔ  およびＲ．Ｗ．Ｃａｒｒ，Ｊ．Ｐｈｙｓ  Ｃｈｅｍ  Ａ  １０２：１５４２−１５４９（１９９８）を参照のこと）。さらに、この温度が金属触媒を液化するのに十分に高いならば、遊離のＳｉ原子は金属中に拡散し、共晶相を生成する。ＳｉＨ４およびＳｉ２Ｈ６の解離温度、ならびにＳｉＣｌ４およびＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの解離温度は、それぞれ、約３００℃〜５００℃の間（Ｓｉ２Ｈ６およびＳｉＨ４について）、および約８００℃よりも上（ＳｉＣｌ４およびＳｉＨ２Ｃｌ２について）にある。ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２の場合には、Ｃｌ原子も生成される。キャリアガス（例えば、Ｈ２、Ｈ２Ａｒ）の存在下でのＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２のＳｉおよびＣｌへの分解により、ＨＣｌが生成する。
【００５６】
以下により詳細に論じられるように、これは、ＨＣｌでのエッチングとＳｉ蒸気からの成長との間の競合を生じる。塩素は、Ｓｉ基板上の界面酸化物の除去を補助して、ＮＷ成長を配向させる。しかしながら、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２のＳｉおよびＣｌへの分解は、比較的高温（例えば、約８００℃よりも高い温度）で起こるため、温度が長期間約８００℃よりも高く維持される場合、成長するナノワイヤへの金属触媒の金属拡散がより起こりやすい。
【００５７】
さらに、温度が高いほど、触媒の融解の増加により金属触媒の損失が起こりやすく、ナノワイヤの成長を促進するのに利用可能な触媒がより少ししか残らない（または全く残らない）ため、ナノワイヤが成長し得る長さが制限される。従って、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を用いたナノワイヤ成長および配向の開始後に、別の前駆体ガス混合物（例えば、Ｓｉ２Ｈ６またはＳｉＨ４が挙げられる）を導入して、金属触媒と接触させることが好ましい。このガス混合物としては、第１前駆体ガスよりも低い温度で（しかし、金属触媒と共晶相を形成するのに十分に高い温度で）Ｓｉ原子に分解する前駆体ガスが挙げられる。
【００５８】
本発明の全ての実施形態において、ナノワイヤ成長プロセスのいずれかの間に用いられる前駆体ガス混合物は、１種以上のドーピングガスをさらに含み得る。本発明の実施に用いられ得る適切なドーピングガスの例としては、Ｂ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３およびＰＨ３が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５９】
本発明の１つの実施形態において、第１前駆体ガスは、ＳｉＣｌ４を含み得、そして適切には、Ｈｅ、Ａｒ、または他の不活性ガスのような、キャリアガスを含み得る。このガス混合物を十分に高い温度（例えば、約８００℃よりも高い温度）に加熱することにより、遊離のＳｉ原子およびＣｌ原子を生成する。適切なこのような実施形態において、第１前駆体ガスは、本願の全体を通して記載されたドーパントガスから選択される、１種以上のドーパントガスを含み得る。第１前駆体ガス混合物が、核形成粒子（適切には、全圧が約２０〜約５０Ｔｏｒｒの間で基板材料上に堆積される金属触媒粒子（例えば、金ナノ粒子））を通過する間に、これらの核形成粒子は、約８００℃の温度まで加熱される。本発明の他の実施形態において、ガス圧力を増加させても減少させてもよく、それによって、前駆体ガス混合物を分解するのに必要な温度の修正を必要とする。
【００６０】
例えば、ＳｉＣｌ４は、適切な温度に加熱されると、遊離のＳｉ原子およびＣｌ原子に分解する。Ｂ２Ｈ６が前駆体ガス混合物の中に存在する場合には、Ｂ原子も生成される。ＳｉおよびＢは、金属触媒中に拡散し、液体の合金滴を生成する。この金属触媒と前駆体ガスの共晶相は、前駆体ガスが金属触媒中に溶媒和されると存在し続ける。一旦過飽和に到達すると、Ｓｉ／Ｂ原子は沈殿し、ナノワイヤ成長を開始させる。ナノワイヤ成長を継続させるために、Ｓｉ前駆体ガスおよびドーピングガスの連続供給が必要である。しかしながら、長期間の間約８００℃よりも高い温度を維持することにより、成長するナノワイヤ中への金属触媒の拡散が生じ、トラップ状態を引き起こし、そして得られる全体的なナノワイヤの直径および長さを減少させ得る。
【００６１】
本発明の特定の実施形態において、一旦ナノワイヤ成長が開始されると（例えば、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を用いて）、第２前駆体ガスに置換され得（例えば、ＳｉＨ４）、そしてナノワイヤ成長が継続される。第２前駆体ガスが系に導入される時点は、当業者によって実験的に決定され得る。本発明の他の実施形態において、ナノワイヤ成長は、ＳｉＨ４を用いて開始され得、続いて、第２前駆体ガスとしてＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を用いることによって、Ｃｌエッチングが可能になる。特定のこのような実施形態において、ナノワイヤ成長を開始させるために第１前駆体ガス混合物が添加される第１温度と、第２前駆体ガス混合物を用いてナノワイヤ成長が継続される第２温度とは、用いられる温度がガスの分解ならびにＳｉおよびドーパントの液体金属触媒中への拡散を可能にするのに十分に高い限り、同じであってもよい。他の実施形態において、ナノワイヤ成長を開始させるために用いられる第１温度は、ナノワイヤ成長を継続させるために用いられる第２温度よりも高い。これらの温度は、用いられる温度がガスの解離ならびに液体金属触媒中へのＳｉおよびドーパントの拡散を可能にするのに十分に高い限り、任意の量（例えば、約数℃〜数十℃〜数百℃）だけ異なり得る。
【００６２】
本発明の特定の実施形態において、一旦ナノワイヤ成長が、適切には、約８００℃の温度を用い、かつ、第１前駆体ガスとしてＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を用いて開始されると、第２前駆体ガスに置換し、かつ、温度を変化させて、ナノワイヤ成長を継続させ得る。第２前駆体ガスが系に導入される時点は、当業者によって実験的に決定され得る。特定のこのような実施形態において、ナノワイヤ成長が開始される第１温度は、ナノワイヤ成長が継続する第２温度よりも高くなる。適切な実施形態において、第２前駆体ガスはＳｉＨ４を含み、成長は約３００℃〜約５００℃の温度で継続される。特定の実施形態において、第１温度は、第２温度よりも少なくとも約５０℃高い。より低い温度でナノワイヤの成長を継続させることにより、金属触媒が成長させるナノワイヤ中へ拡散され得る可能性が減少する。
【００６３】
本発明は、ナノワイヤを成長させるプロセスにおける、多数の前駆体ガスの使用を包含する。例えば、ナノワイヤ成長は、ＳｉＣｌ４を含む第１前駆体ガスを用いて、適切には約８００℃の温度で開始させ得、次いで、ＳｉＨ２Ｃｌ２を含む第２前駆体ガスを用いて、適切には約７５０℃の温度で継続される。他の実施形態において、ＳｉＨ２Ｃｌ２は、第１前駆体ガスとして用いられ得る。次いで、これらのワイヤは、例えばＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を含む第３前駆体ガスと、適切には約３００〜５００℃の温度で接触され得る。図２の工程２１２に示されるように、本発明の他の実施形態において、多数の前駆体ガスが、開始プロセスおよび成長プロセスの間、ナノワイヤが所望のサイズおよび配向に到達するまでナノワイヤに導入され得る（これは、工程２１４に示される）。前駆体ガスが金属触媒と接触する温度が、ガス混合物の解離温度よりも高く、かつ、金属触媒を液化するのに必要な温度よりも高ければ、Ｓｉ（または全体を通して記載されるような他の適切な半導体材料）およびドーパントが金属触媒により沈殿を続けて液滴を生じるため、これらのワイヤは成長し続ける。
【００６４】
特定の実施形態において、ナノワイヤ成長は、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を用いて開始され得、次いで、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を用いて継続されて、基板表面上の望ましくない位置および配向で成長するＳｉのＣｌエッチングを可能にする。次いで、所望の場合、前駆体ガス混合物は、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６に切り替えられ得る。特定のこのような実施形態において、温度は、３種のガスが同一を保持し得る温度であるか、または遊離のＳｉ原子が液化金属触媒と混合され得る限り、必要に応じて変更され得る。本発明の他の実施形態において、必要に応じて、遊離のＳｉ、ＣｌまたはＨ原子が成長するナノワイヤに供給されて、成長（例えばＳｉ）、エッチング（例えばＣｌ）またはガス解離（例えばＨ）を補助し得る。
【００６５】
全体を通して記載されるように、本発明のプロセスに用いられる前駆体ガス混合物は、さらにドーパントを含み得る。本発明の適切な実施形態において、ワイヤは、各前駆体ガス混合物中で、同じドーピングガスを用いて成長され得る。このような実施形態において、得られるワイヤ全体は、ドーパントの選択に応じて、ｐ型またはｎ型のいずれかであり得る。本発明の他の実施形態において、種々のドーピングガスが、プロセスの間中、種々の前駆体ガスの成分として導入され得る。例えば、ワイヤ成長は、ｎ型ドーパント（例えば、Ｐ、ＡｓまたはＳｂ）を含む前駆体ガスを用いて開始され得、次いで、ｐ型ドーパント（例えば、Ｂ、ＡｌまたはＩｎ）を用いる前駆体ガスを用いて継続され得る。他の実施形態において、ｐ型ドーピングガスが開始の間に用いられ、次いで、ｎ型ドーピングガスが成長の間に用いられる。
【００６６】
他の実施形態において、前駆体ガスが切り替えられると、ドーピングガスのタイプは、成長プロセス全体にわたって複数回切り替えられ得る。従って、得られたナノワイヤは、それらの長さ全体にわたっていくつかの異なるドーパント部分を含み得る。例えば、本発明によって生成されるナノワイヤは、ｎ型基部、ｐ型中央部、およびｎ型上部、または当業者によって想定されるような任意の適切な組み合わせを含み得る。本発明のこのような実施形態により、ｎ型ワイヤがｐ型基部上に成長することが可能になり、逆もまた同様である。
【００６７】
第２前駆体ガス混合物（および第３、第４、第５など）を連続的に供給することにより、ナノワイヤが、局所状態の変化によって引き起こされる要求または終焉による終結まで成長し続けることが可能になる。ナノワイヤの質は、金ナノ粒子の質、基板上の金ナノ粒子分布の制御、ならびに温度、ドーパントの前駆体ガスに対する比率、前駆体ガスの分圧、および前駆体ガスの反応器中の滞在時間を含む成長条件に依存する。本発明の適切な実施形態において、本発明のプロセスは、コンピューター制御される８インチ半導体炉を用いて達成され得る。
【００６８】
適切な実施形態において、本発明の任意のプロセスで導入される種々の前駆体ガス混合物は、プラズマ励起スパッタ堆積（またはプラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ））および低温で実行されるプロセスによって導入され得る。（Ｈｏｆｍａｎｎら、「Ｇｏｌｄ  Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  ｂｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．９４：６００５−６０１２（２００３）を参照のこと）。キャリアガス（例えば、Ｈ２、Ｈ２Ａｒ）の存在下でのＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２のＳｉおよびＣｌへの分解により、ＨＣｌが生成する。これは、ＨＣｌでのエッチングとＳｉ蒸気からの成長との間の競合を生じる。塩素は、配向ＮＷ成長をもたらすＳｉ基板上の界面酸化物の除去を補助する。金属触媒（例えば、Ａｕ）の損失は、エッチングまたは生成し得るＡｕＣｌの熱蒸発のいずれかによって起こり得る。ＰＥＣＶＤを用いて、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２からの塩素ガスを添加して、ならびに／あるいはＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２の供給源とは別個の供給源からの塩素ガスを添加して、約８００℃よりも低い温度でＮＷを成長させることにより、ＳｉおよびＣｌの反応種は、必要に応じてエッチングを増強または抑制してナノワイヤ成長を促進するために、プラズマ中で独立して制御され得る。スパッタ堆積は、当業者に公知の任意の方法（例えば、ダイオード、無線周波および直流堆積）によって達成され得る。
【００６９】
本発明のこれらの特定の実施形態のシリコンナノワイヤの直径分布は、核形成粒子（例えば、金属（適切には金）ナノ粒子）の直径分布によって決定される。市販の６０ナノメーターの金コロイドは、±１０％の直径分布を有し得る。ナノワイヤにおいて同様の分布が達成され得る。金ナノ粒子は、成長条件によって、より小さな金ナノ粒子に分割されてより小さな直径ナノワイヤを生じ得る。成長条件を最適化してこれを最小化し得る。ナノワイヤの長さは、成長条件を考慮して、成長の期間を変更することによって制御され得る。シリコンナノワイヤの結晶化度およびドーパント濃度もまた、成長条件に依存する。これらは、他の重要なナノワイヤ特性とともに、最適化され、かつ制御され得る。
【００７０】
本発明の任意のプロセスに従って生成されるナノワイヤは、基板材料の面から適切に成長する。このような成長としては、基板に対して任意の角度で基板材料の面から突き出ているナノワイヤが挙げられる。例えば、ナノワイヤは、基板材料の面に対して約１°〜約９０°の角度、およびこれらの値の間の任意の角度で成長し得る。本明細書中に記載されるプロセスによって生成されるナノワイヤが、基板の面から突き出ていなければならないことは、本発明の要件である。すなわち、本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤは、単一分子の大きさよりも大きな距離を基板材料の面から伸長しなければならない。このように、本発明に従って生成されるナノワイヤは、例えば単一のＳｉ分子の原子直径を越える距離を基板の面から突き出ているような様式で成長するというよりは、基板材料の表面上に広がる薄膜および量子ドットのような構造とは異なる。
【００７１】
適切には、本発明の任意のプロセスに従って生成されるナノワイヤは、約１００ｎｍ〜約１μｍ未満の最終長さを達成するように、基板材料の面から突き出ている。適切なこのような実施形態において、本発明に従って生成されるナノワイヤは、数百ｎｍの最終長さを達成し得る。本発明のナノワイヤは、適切には直径が少なくとも約１ｎｍ〜約１μｍ未満である。本発明のナノワイヤは、電子デバイスで用いるために、約数ｎｍ〜数百ｎｍの直径を有し、これによってナノワイヤを、適切には導電性媒体としての役割を果たすようにプラスチック基板中にワイヤを配置することにより、電子デバイス中で採取し、かつ利用することが可能になる。（ナノワイヤ採取の記載については、本明細書中に参考として援用される米国特許出願第６０／４９１，９７９号（２００３年８月４日出願）を参照のこと。）
本発明の適切な実施形態において、ナノワイヤは、結晶基板（多結晶または単結晶のいずれかにかかわらず）上で成長する場合、好ましくはエピタキシャル配向で成長する。しかしながら、本発明はまた、ナノワイヤがエピタキシャル配向で成長しない結晶基板上での成長を包含する。本明細書中で使用される場合、ナノワイヤの成長について言及する用語エピタキシャルとは、ナノワイヤが、上にナノワイヤが成長する基板材料と同じ結晶特性（単数または複数）を有することを意味する。例えば、基板材料の配向は、＜１１１＞、＜１１０＞、＜１００＞および＜２１１＞が挙げられるがこれらに限定されない、当業者に公知の任意の結晶学的配向であり得る。次いで、適切な実施形態において、本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤは、全体を通して記載される、当業者に公知の配向を含む、任意の結晶学的配向で成長し得、そして適切には、基板材料と同じ配向で成長し得る。
【００７２】
全体を通して記載されるように、本発明のプロセスに用いられ得る適切な前駆体ガスは、ＳｉＣｌ４およびＳｉＨ２Ｃｌ２を含む。これらのガスの解離により、気相中に遊離の塩化物イオン（Ｃｌ）が生成する。これらのＣｌイオン、および／または塩素ガスの別個の供給源から導入されるさらなる塩素イオンは、優先的に＜１１１＞配向である配向で成長するＳｉナノワイヤのエッチングを行う。
【００７３】
他の適切な本発明の実施形態において、基板材料の結晶面は、０°の水平面の軸から離れ得る。このような基板材料の表面上に成長するナノワイヤは、ワイヤが結晶面に対して垂直であり得るような角度（すなわち、結晶面に対して９０°）であり得るような角度で基板材料から突き出し得るか、または、０°の水平面に垂直であり得るように結晶面に対して離れた軸であり得る。
【００７４】
非晶質の基板が利用される本発明の実施形態において、本発明のプロセスに従って生成されるナノワイヤは、非晶質材料が結晶学的配向を含まない場合、エピタキシャルに成長しない。しかしながら、上記のように、このような基板上に成長したナノワイヤは、水平面に対して任意の角度で基板の面から突き出し得る。
【００７５】
本発明のプロセスにより、電子を２点の間に間隔を空けて担持し得、これによって電荷を転移させる役割を果たすナノワイヤが生成される。このようにして、本発明のナノワイヤは、ナノドットとさらに区別され、かつ、そのサイズおよび配向によって、半導体フィルムと区別される。
【００７６】
別の実施形態において、本発明は、図３に概説されるような開始金属触媒を必要としないナノワイヤを生成するためのプロセスを提供する。図３は、本発明の実施形態による、開始金属触媒を必要としないＳｉ前駆体の組み合わせを用いてナノワイヤを調製する方法のフローチャートである。
【００７７】
方法３００は、工程３０２で始まる。工程３０２において、基板材料はヒドロキシル化されて、核形成部位を生成する。工程３０４において基板材料と第１前駆体ガス混合物とを接触させることにより、基板材料の表面上に１つ以上の核を生成させる（これは、表示３０６で示される）。工程３０８においてこれらの核と第２前駆体ガス混合物とを接触させることにより、ナノワイヤを、所望のサイズおよび配向に到達するまで（これは、表示３１４で示される）、表示３１０で示されるように１つ以上の核の部位で成長させる。
【００７８】
本発明のこのプロセスは、ナノワイヤに核形成部位を提供するために金属触媒を使用する必要がないため、成長するナノワイヤ中に拡散する金属によって生じる問題および懸念が除外される。ナノドットの形態でのナノ結晶の生成について、同様のプロセスが、Ｄｅ  Ｓａｌｖｏらによって記載されているが（「Ｈｏｗ  ｆａｒ  ｗｉｌｌ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｐｕｓｈ  ｔｈｅ  ｓｃａｌｉｎｇ  ｌｉｍｉｔｓ  ｏｆ  ＮＶＭｓ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ？」、ＩＥＥＥ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ，Ｓｅｓｓｉｏｎ  ２６，ｐ．１（２００３））、本発明におけるようなナノワイヤの生成にまで及んではいない。
【００７９】
全体を通して論じられるように、任意の適切な基板材料が、本発明のプロセスに用いられ得る。適切には、基板材料は、多結晶および単結晶の両方の基板を含む、結晶学的基板である。特定の実施形態において、本発明の本実施形態に用いられる基板材料は、シリコンを含む。本発明の他の適切な実施形態において、基板材料は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、またはアルミナが挙げられるがこれらに限定されない、非晶質材料である。
【００８０】
本発明のこれらの実施形態における基板材料のヒドロキシル化は、当業者に公知の任意の適切なプロセスによって生成され得る。例えば、本発明の基板材料のヒドロキシル化は、基板材料を希ＨＦ溶液で化学処理することによって生成され得る。基板材料の表面上のヒドロキシル基の生成により、Ｓｉまたは他の半導体材料を堆積するための核形成ポイントを作製し、かつ、ナノワイヤ成長を開始させる。
【００８１】
次いで、ヒドロキシル化に続いて、基板材料と１つ以上の前駆体ガス混合物とを接触させて、核形成およびナノワイヤ成長の開始を可能にする。当業者に公知の任意の前駆体ガス混合物が本発明のプロセスで用いられ得、そして適切にはドーパントを含み得る。本発明の実施に有用な前駆体ガスの例としては、基板の表面上に粒子を核形成するＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４およびＳｉＨ２Ｃｌ２、好ましくはＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６が挙げられるが、これらに限定されず、そして適切な実施形態において、Ｂ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３およびＰＨ３などが挙げられるが、これらに限定されないドーパントをさらに含み得る。ナノワイヤの解離および核形成のための温度は、全体を通して論じられるような前駆体ガス混合物の解離温度に依存する。適切な実施形態において、この温度は少なくとも約３００℃であるが、全体を通して論じられるような前駆体ガス混合物の解離温度に基づいて最適化される。特定のこのような実施形態において、第１前駆体ガス混合物は、ＳｉＨ４を含む。
【００８２】
次いで、核形成および成長の開始に続いて、全体を通して論じられるような、そして適切にはＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み得、好ましくはＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含み得、そしてさらにＢ２Ｈ６、ＰＯＣｌ３またはＰＨ３を含み得る、１つ以上の第２前駆体ガス混合物を、基板材料と接触させる。特定の実施形態において、第２前駆体ガス混合物は、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含む。このような前駆体ガスの使用により、上記のような解離Ｃｌからのエッチングの結果として結晶基板上で成長する場合、＜１１１＞配向での成長が可能になる。本発明の他の実施形態において、図３の工程３１２に示されるように、１つ以上の前駆体ガスが基板の表面上に粒子を核形成し得、かつ、１つ以上の前駆体ガスが成長プロセスの間ナノワイヤを配向させ得る限り（例えば、エッチングによって）、開始プロセスおよび成長プロセスの間、多数の前駆体ガスがナノワイヤに導入され得る。さらに、ワイヤが金属触媒と接触する温度が、ガス混合物の解離温度よりも高ければ、ワイヤは成長し続ける。他の実施形態において、遊離Ｈ、ＣｌまたはＳｉ原子は、全体を通して論じられるように、成長するナノワイヤに添加され得る。全体を通して論じられるように、本発明のプロセスは、ナノワイヤの長さ全体にわたって種々のドーパントおよびこれらのドーパントの種々の領域を含むナノワイヤを生成するのに用いられ得る。
【００８３】
結晶基板が用いられる本発明の実施形態において、生成されるナノワイヤは、好ましくはエピタキシャル配向に成長するが、本発明はまた、結晶基板上の成長がエピタキシャルではない実施形態も包含する。本発明のプロセスは、全体を通して論じられるように、基板材料の面から成長して突き出るナノワイヤを生成する。このように、本発明のナノワイヤは、そのような配向で成長せず基板材料の面に残存するナノドットとは異なる。本発明は、基板材料の面から突き出ているＳｉ構造体を提供することによって、全体を通して論じられるような電荷の転移に用いられ得るナノワイヤの生成が可能になる。
【００８４】
１つの実施形態において、ナノワイヤを生成する方法は、以下の工程を包含する：基板材料をヒドロキシル化する工程；基板材料と、基板材料の表面に１つ以上の核形成粒子を形成し得る第１前駆体ガスを含む、第１前駆体ガス混合物とを接触させる工程；１つ以上の核形成粒子と、成長するナノワイヤの配向を補助する少なくとも１つの原子種を含む、第２前駆体ガス混合物とを接触させる工程；１つ以上の核形成粒子の部位でナノワイヤを成長させる工程。本実施形態の１つの局面において、第１前駆体ガス混合物は、ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６を含む。本実施形態の別の局面において、第２前駆体ガス混合物は、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含む。本実施形態の別の局面において、第２前駆体ガス混合物は、ＳｉＣｌ４またはＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給源とは別個の独立した塩素ガス供給源からの塩素ガスを含む。ナノワイヤは、この方法によって生成され得る。この方法によって生成されたナノワイヤを含む電子回路も生成され得る。
【００８５】
本発明はまた、本発明の任意のプロセスによって生成されるナノワイヤも提供する。全体を通して論じられるように、本発明のプロセスによって生成されたナノワイヤは、適切には、長さが少なくとも約１００ｎｍであり、直径が少なくとも約１ｎｍ〜約１μｍ未満であり、そして長さ全体にわたって種々のドーパント（すなわち、ｐ型領域およびｎ型領域）を含むナノワイヤである。
【００８６】
本発明はまた、本発明の任意のプロセスによって生成されたナノワイヤを含む電子回路を提供する。本発明のプロセスに従って生成されるナノワイヤの適切な集合体は、高性能エレクトロニクスに有用なビルディングブロックである。実質的に同じ方向に配向したナノワイヤの集合体は、高い移動値（ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｖａｌｕｅ）を有する。さらに、ナノワイヤは、溶液状態で柔軟に処理され得ることにより、安価な製品が可能になる。ナノワイヤの集合体は、溶液から任意のタイプの基板上に容易に構築されて、ナノワイヤの薄膜をもたらし得る。例えば、高性能エレクトロニクスに用いる２、５、１０、１００、およびこれらの数の間にあるかまたはこれらの数よりも大きい他の数のナノワイヤを含む、半導体デバイスで用いられるナノワイヤの薄膜が、形成され得る。
【００８７】
本発明のナノワイヤはまた、任意のタイプの基板上に柔軟に回転成形され得る、ポリマー／有機半導体材料のような材料と組み合わせて、高性能複合材料を作製するのに用いられ得る。ナノワイヤ／ポリマー複合体は、純粋なポリマー材料よりも優れた特性を与え得る。ナノワイヤ／ポリマー複合体についてのさらなる詳細は、以下に記載される。
【００８８】
本発明のナノワイヤの集合体または薄膜は、互いに実質的に平行になるように整列されてもよく、または非整列のままであるかもしくはランダムであってもよい。ナノワイヤの非整列の集合体または薄膜は、代表的には１〜１０ｃｍ２／Ｖ・ｓの範囲内の移動値を有する、ポリシリコン材料と同等であるかまたはポリシリコン材料よりも優れた電子特性を与える。
【００８９】
本発明のナノワイヤの整列した薄膜は、種々の方法で得られ得る。例えば、ナノワイヤの整列した薄膜は、以下の技術を用いて生成され得る：（ａ）Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ膜整列；（ｂ）米国特許第１０／２３９，０００号（２００２年９月１０日出願）（代理人整理番号０１−０００５４０）に記載され、その全体が本明細書中に参考として援用されるような、流体流動アプローチ；および（ｃ）機械的剪断力の適用。例えば、機械的剪断力は、表面と裏面の間にナノワイヤを配置し、次いで、表面と裏面を反対方向に移動させてナノワイヤを整列させることによって用いられ得る。ナノワイヤ／ポリマー複合体の整列した薄膜は、これらの技術を用い、続いて、作製されたナノワイヤの薄膜上に所望のポリマーを回転成形することによって得られ得る。例えば、ナノワイヤは、整列したポリマー溶液中に堆積され得、次いで、これらまたは他の整列プロセスの１つに従って整列が行われ得、そして次いで、整列したナノワイヤが硬化され得る（例えば、ＵＶ硬化、架橋など）。ナノワイヤ／ポリマー複合体の整列した薄膜はまた、ナノワイヤ／ポリマー複合体のランダムに配向した薄膜を、機械的に引き伸ばすことによっても得られ得る。
【００９０】
本発明のプロセスによって生成されるｐドープナノワイヤおよびｎドープナノワイヤは、別々に製造され、巨大電子基板のような表面上へ均質な混合物中に堆積し得る。巨視的レベルでは、得られた材料は、高濃度のｎドーパントおよびｐドーパントの両方を含むようである。このようなｐドープおよびｎドープナノワイヤの混合物の作製によって、ｎドープおよびｐドープされているかのように応答する巨大電子デバイスが作製され得る。例えば、ｎドープナノワイヤとｐドープナノワイヤの両方を含む、得られたナノワイヤの薄膜は、ｎドープナノワイヤとｐドープナノワイヤの両方の特性を示し得る。例えば、ダイオード、トランジスター、および他の公知の電気デバイスは、ｐドープナノワイヤおよびｎドープナノワイヤの組み合わせを含むように作製され得る。
【００９１】
本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤも、本明細書中に記載されるようなナノワイヤヘテロ構造体を用いて、ｐ−ｎダイオード、トランジスター、および他の電気デバイス型のような、電気デバイスを生成するために用いられ得る。ナノワイヤヘテロ構造体は、ナノワイヤの長さに沿って複数のｐ−ｎ接合を含み、そして異なってドープされるナノワイヤの長さに沿って交互の部分またはセグメントを含み得る。
【００９２】
（ナノワイヤ合成の方法）
図４は、本発明の実施形態による、ナノワイヤ合成の方法４００のフローチャートである。方法４００は、図４Ａに例示されるような合成容器４５５を用いるナノワイヤの合成のための方法を提供する。１つの実施形態において、合成容器４５５は、密封された石英管である。合成容器４５５は、チューブ、ピペットなどであり得るが、これらに限定されない。合成容器４５５の寸法は、ユーザーの特定の生産要求を満たすために変更され得る。研究スケールの操作では、合成容器４５５の寸法は、代表的には長さ６〜１８インチおよび直径１／２インチ〜１インチの範囲で変動する。方法４００は工程４１０で始まる。工程４１０において、粒状の前駆体材料を、温度Ｔ１で、合成容器の一端に配置する。例えば、図４Ａを参照して、前駆体材料４７０を、合成容器４５５の端部４６０に配置する。粒状の前駆体材料の例としては、Ｓｉ、ＣｄＳおよびＧａＮが挙げられるが、これらに限定されない。Ｔ１は、粒状の前駆体材料のタイプの関数である。例えば、粒状の前駆体材料がＣｄＳである場合、Ｔ１は、約８００〜９５０℃の範囲内であり得る。この例において、Ｔ２は、本明細書中の教示に基づき関連分野の当業者に公知であるように、輸送機構および輸送剤のタイプに基づいて多少分散するが、Ｔ１よりも約５０℃低い。
【００９３】
工程４２０において、基板によって担持される触媒粒子を、温度Ｔ２で、合成容器の他端に配置する。例えば、図４Ａを参照して、基板４７０によって担持される触媒粒子を、合成容器４５５の端部４６５に配置する。例示的実施形態において、触媒粒子は、Ｓｉが粒状の前駆体材料として用いられる場合にはＡｕを含み得、そしてＧａＮが粒状の前駆体材料として用いられる場合にはＮｉを含み得る。
【００９４】
工程４３０において、材料は、合成容器の一端から他端に輸送される。１つの実施形態において、熱蒸発は、粒状の前駆体材料４７０のような粒状の前駆体材料を、容器の他端へ輸送するのに用いられる。別の実施形態において、化学気相輸送剤は、粒状の前駆体材料を輸送するのに用いられ得る。化学気相輸送剤としては、塩素、ヨウ素、および臭素が挙げられるが、これらに限定されない。
【００９５】
工程４４０において、転移剤は、粒状の前駆体材料と反応してナノワイヤを形成する。特に、転移剤は、Ｔ１で粒状の前駆体材料と反応して揮発性物質を形成し、この揮発性物質は、触媒粒子の表面に拡散し、そして分解して、Ｔ２でナノワイヤを成長させる。同時に、輸送剤は再生され、そしてより多くのナノワイヤを生成するために別のサイクルに備えられる。この成長サイクルは、プロセスが終了するまで継続する。
【００９６】
（ナノワイヤドーピングの方法）
図５は、本発明の実施形態による、ナノワイヤをドーピングする方法のフローチャートである。方法５００は、方法４００で行われたようなナノワイヤを合成する工程の代わりに、方法４００の工程に類似したアプローチを用いてナノワイヤをドープすることを除いては、方法４００に類似している。方法５００は、工程５１０で始まる。工程５１０において、ドーパント前駆体材料を、温度Ｔ１で、合成容器の一端に配置する。ドーパント前駆体材料の例としては、Ｍｇ、Ｂ、およびＰＯ４が挙げられるが、これらに限定されない。
【００９７】
工程５２０において、ナノワイヤを、温度Ｔ２で、合成容器の他端に配置する。ナノワイヤの例としては、ＧａＮナノワイヤおよびＳｉナノワイヤが挙げられるが、これらに限定されない。工程５３０において、材料は、合成容器の一端から他端に輸送される。１つの実施形態において、熱蒸発は、ドーパント前駆体材料を、容器の他端へ輸送するのに用いられる。別の実施形態において、化学気相輸送剤は、ドーパント前駆体材料を輸送するのに用いられ得る。化学気相輸送剤としては、塩素および臭素が挙げられるが、これらに限定されない。リン酸塩が前駆体ドーパント材料として用いられる場合、このリン酸塩は、化学気相輸送剤としての役割も果たし得る。
【００９８】
工程５４０において、転移剤は、粒状の前駆体材料と反応してナノワイヤを形成する。特に、転移剤は、Ｔ１で粒状の前駆体材料と反応して揮発性物質を形成し、この揮発性物質は、ナノワイヤの表面に拡散し、そして分解して、Ｔ２でナノワイヤを成長させる。同時に、輸送剤は再生され、そしてより多くのナノワイヤをドープするために別のサイクルに備えられる。この成長サイクルは、プロセスが終了するまで継続する。
【００９９】
上記の方法はナノワイヤをドープする方法として要約され得、この方法は、以下の工程を包含する：第１温度で、容器の一端に粒状のドーパント前駆体材料を配置する工程；第２温度で、容器の反対端にナノワイヤを配置する工程；粒状のドーパント前駆体材料を、容器の一端から容器の他端に輸送する工程；および粒状のドーパント前駆体材料をナノワイヤと反応させて、ドープナノワイヤを形成する工程。熱蒸発は、粒状のナノワイヤ前駆体材料を輸送するのに用いられ得る。化学気相輸送剤は、粒状のナノワイヤ前駆体材料を輸送するのに用いられ得る。化学気相輸送剤は、塩素、ヨウ素および臭素の１つであり得る。粒状のドーパント前駆体材料はＭｇであり得、そしてナノワイヤはＧａＮであり得る。ナノワイヤはＳｉであり得、そして粒状のドーパント前駆体材料はＢであり得る。
【０１００】
（ナノワイヤの質を改善するための方法）
図６は、本発明の実施形態による、ナノワイヤ構造体上のダングリングボンドからの表面準位を低減する方法６００のフローチャートである。ナノワイヤ（例えばＳｉナノワイヤ）の成長において、ダングリングＳｉボンドは、Ｓｉナノワイヤとナノワイヤの性能を阻害する誘電体との間の接点に、しばしば形成される。この問題を解決するために、水素パッシベーションが、ダングリングボンドからの表面準位を低減するＳｉナノワイヤプロセシングにおいて、しばしば用いられる。しかしながら、水素プラズマは、プロセシングの間に表面の損傷を引き起こし得る。方法６００は、パッシベーションがダングリングボンドの表面準位を低減するために用いられると同時に、ナノワイヤを保護するために犠牲層を用いるアプローチを記載する。
【０１０１】
方法６００は、工程６１０で始まる。工程６１０において、ナノワイヤ構造体が作製される。工程６２０において、犠牲層が、このナノワイヤ構造体上に堆積される。例えば、図７は、本発明の実施形態による、犠牲層でコーティングされたナノワイヤ構造体の図である。ナノワイヤ構造体は、ナノワイヤ７１０、誘電体７２０、ゲート７３０および犠牲層７４０を含む。誘電体７２０はナノワイヤ７１０をコーティングし、一方、ゲート７３０は誘電体７２０をコーティングする。犠牲層７４０は、ゲート７３０をコーティングする。ナノワイヤ構造体全体は、基板７５０上に形成される。代替の実施形態において、ナノワイヤ構造体は、ナノワイヤ（例えば、ナノワイヤ７１０）のみを含み得、これは基板７５０上に形成される。犠牲層７４０としては、ＳｉＯ２またはＳｉＮが挙げられるが、これらに限定されない。誘電体７２０としては、ＳｉＯ２またはＳｉＮが挙げられるが、これらに限定されない。ゲート７３０としては、ドープされた非晶質Ｓｉが挙げられるが、ドープされた非晶質Ｓｉに限定されない。さらに、基板７５０としてはＳｉが挙げられるが、Ｓｉに限定されない。
【０１０２】
工程６３０において、犠牲層（例えば、犠牲層６４０）を含むナノワイヤ構造体は、不動態化される。１つの実施形態において、水素パッシベーションが用いられ得る。工程６４０において、犠牲層は、化学的に除去され得る。１つの実施形態において、ウェットエッチング液を用いた選択エッチングは、本明細書中の教示に基づき関連分野の当業者に公知であるように、犠牲層を化学的に除去するのに用いられ得る。用いられる特定のウェットエッチング液は、犠牲層内に含まれる特定の材料およびナノワイヤのタイプに基づいて選択される。
【０１０３】
（デバイス調製のために基板上でナノワイヤを直接改変する方法）
別の実施形態において、本発明は、ナノワイヤがデバイス調製のための基板上で直接改変され得るプロセスを提供する。好ましくは、これらのプロセスにおいて用いられるナノワイヤは、実質的に垂直のナノワイヤである。垂直のナノワイヤは、これらが成長させられるかまたは堆積される基板の表面に対して、実質的に垂直なナノワイヤを包含する。垂直のナノワイヤは、適切には、これらのナノワイヤが基板の水平面に対して約４５°と約９０°との間、より適切には約６０°〜約９０°、そして最も適切には基板の水平面に対して約８０°〜約９０°であるように配向される。このようなナノワイヤは、本明細書中に開示されたナノワイヤ成長プロセスを含む、当該分野で公知の任意の適切なナノワイヤ成長プロセスを用いて生成され得る。本明細書中に開示される任意の基板材料が、ナノワイヤ成長プラットフォームとして用いられ得るが、適切には基板材料は、基板からの成長により、配向された直線の単結晶相ワイヤ（適切には、エピタキシャルに配向されたナノワイヤ）を生成するように、単結晶または多結晶である。他の実施形態において、ナノワイヤは、例えば、２００４年１２月２日出願の米国仮特許出願第６０／６３２，３３７号（この開示内容は、その全体が参考として本明細書中に援用される）に記載されるように、水平であり得る。さらなる実施形態において、成長基板上のナノワイヤのプロセシングの後、ポリマーでナノワイヤをコーティングして複合体を形成し、次いでナノワイヤを基板から除去することによって、これらのナノワイヤが基板から除去され得る。
【０１０４】
１つの実施形態において、本発明は、以下の工程を包含する、ナノワイヤデバイスを生成するためのプロセスを提供する：ナノワイヤが表面に垂直配向で付着した基板を提供する工程；ナノワイヤの表面上に誘電体層を堆積させる工程；ナノワイヤ上に接触する１つ以上のナノワイヤを堆積させる工程；ナノワイヤを覆って材料を堆積させて、ナノワイヤ複合体を形成する工程；およびナノワイヤ複合体を基板から分離する工程。次いで、ナノワイヤ複合体は、ナノワイヤがそこで金属化され得る第２基板に転移され得る。
【０１０５】
当業者に公知であるかまたは必要とされる任意の基板上のプロセシングは、実質的に垂直なナノワイヤ上で行われ得る。別個の配向された垂直なナノワイヤを提供することによって、ワイヤのデバイスプロセシングは単純化され、そして改善される。特定の実施形態において、誘電体層は、ワイヤ上に直接成長または堆積され得る。誘電体層は、ナノワイヤを酸化させるか、またはさもなければ誘電体層を形成することによって、形成され得る。本発明で用いられるポリマー誘電体としては、例えば、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などが挙げられる。本発明で用いられる誘電体としては、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、および類似の物質が挙げられる。窒化物誘電体としては、ＡｌＮおよびＳｉＮが挙げられる。ワイヤは実質的に別個であるため、各ワイヤは、コーティングが施されないオーバーラップしたワイヤの部分に関係なく、誘電体で完全にコーティングされ得る。さらに、さらなるプロセシングとしては、ナノワイヤの酸化または窒化物化が挙げられる。ナノワイヤの窒化物形成は、ナノワイヤの酸化に用いられるプロセスに類似したプロセスを用いて達成され得る。これらの材料は、適切な前駆体を基板上に、化学気相堆積（ＣＶＤ）、液相被覆、またはスピンコーティングすることによって、ナノワイヤに塗布され得る。他の公知の技術は、例えばスパッタリングなどが用いられ得る。
【０１０６】
他の実施形態において、ゲート電極のような移植物が、ナノワイヤに付加され得る。例えばソース、ドレインおよびゲートを含めたナノワイヤ接点は、例えば標準的なフォトリソグラフィ、インクジェット印刷、またはミクロ接触印刷プロセスを用いるか、あるいは全体を通して記載される他のプロセスによって、基板上に降らせられ得る。
【０１０７】
図８は、本発明の１つの実施形態によるナノワイヤプロセシングを示す図である。図８に示すように、実質的に垂直なナノワイヤ８０４は、例えば、これらのナノワイヤ上に堆積した誘電体層８１２および／または金属接点８０８を有し得る。次いで、ナノワイヤは、ポリマー８０６中にカプセル化され得、それによって、ポリマーおよびナノワイヤを含む複合体を生成する。ナノワイヤの全てまたは一部を被覆することによって、種々の濃度のナノワイヤを含む複合体が生成され得る。垂直に成長したナノワイヤは、成長時間および条件の制御により、適切には同じ全長になる。さらに、成長時には、特に多結晶または単結晶の基板８０２からの成長時には、垂直なナノワイヤは既に実質的に整列されかつ配向されているため、ナノワイヤのさらなる整列は必須ではない。ポリマー複合体を作製することにより、複数のナノワイヤが一緒に除去され、続いて、金属接点が付加され得るかまたはさらなるプロセシングが行われ得る第２、第３、第４などの基板材料に転移されることが可能になる。
【０１０８】
ナノワイヤ複合体の形成に用いられる適切なポリマーとしては、エラストマー、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。有用なポリマーとしては、オリゴマー（単量体、２量体、３量体、４量体、５量体、６量体、７量体、８量体、９量体、１０量体、１１量体、および１２量体が挙げられるが、これらに限定されない）；分岐、多分岐、樹状およびポリマーの他の非線形構造形態；フェノキシプレポリマーおよびエポキシプレポリマーのようなプレポリマー；相互貫入ネットワークポリマーおよび半相互貫入ネットワークポリマーのようなネットワークポリマー；ホモポリマー、コポリマー、ターポリマー、およびランダムコポリマー、統計コポリマー、交互コポリマー、ブロックおよびグラフトコポリマーを含む他のコポリマー、ならびに２種以上の異なるポリマーのブレンドが挙げられる。ナノワイヤ複合体に用いられるポリマーの特定の例としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：ポリアルカン、ポリハロアルカン、ポリアルケン、ポリアルキン、ポリケトン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアリーレン、ポリアリールビニレン、ポリヘテロアリーレン、ポリヘテロアリールビニレン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリベンゾイミダゾール、ポリスルフィド、ポリシロキサン、ポリスルホン、多糖、ポリペプチド、ポリホスファゼン、ポリリン酸塩、フェノール樹脂およびフェノール−ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂およびフェノキシ樹脂、ならびに尿素‐ホルムアルデヒド樹脂およびメラミン‐ホルムアルデヒド樹脂。このような複合体およびその調製方法は、２００４年８月４日出願の米国特許出願第１０／９１０，８００号（その全体が、参考として本明細書中に援用される）に開示される。
【０１０９】
適切な実施形態において、ポリマー複合体は、少なくとも２種以上の異なるポリマーの混合物を含み、そして特定の実施形態において、少なくとも２種のエポキシポリマーの混合物を含む。
【０１１０】
ポリマーナノワイヤ複合体８１０の基板８０２からの除去は、機械的分離（例えば、ナノワイヤを基板から、ブレードを用いて切断するか、または引き裂く）、ウェットエッチングまたはドライエッチングを含む化学的分離、あるいは化学機械研磨を含む、任意の適切な方法によって達成され得る。適切なエッチング剤としては、ＫＯＨ、ＸｅＦ２およびフッ化水素酸が挙げられるがこれらに限定されず、そしてＨＮＯ３またはＨ２ＳＯ４のような酸化剤と組み合わせられ得る。本発明の他の実施形態において、除去可能な層により、基板材料からナノワイヤを分離し得る。ポリマー−ナノワイヤ複合体を生成した後、除去可能な層が除去され得る。例えば、この除去可能な層は、除去可能な層を溶解するがポリマー−ナノワイヤ複合体または除去可能な層の下の基板は溶解しない溶媒によって、溶解され得る。他の実施形態において、除去可能な層は、紫外線または他の適切な波長の光を用いて除去可能な層を除去することによって、ポリマー−ナノワイヤ複合体を基板から分離することが可能になる、光除去可能な層であり得る。光除去可能な層の１つの例は、紫外線光の存在下で分解し、かつ崩壊する物質である。適切には、ナノワイヤをカプセル化するのに用いられる複合材料は、基板からナノワイヤを除去する前に硬化される。
【０１１１】
ポリマー−ナノワイヤ複合体を除去した後、次に複合体は、さらなるプロセシングが行われ得る第２基板に転移され得る。例えば、この第２基板は、ナノワイヤのドーピングが行われ得るほどの高温に耐えるように選択され得る。ナノワイヤをドープする方法は、当該分野で周知であり、本発明のナノワイヤおよびポリマー−ナノワイヤ複合体をドープするのに用いられ得る。
【０１１２】
図９は、本発明の１つの実施形態による転移後のナノワイヤプロセシングを示す図である。図９に示すように、ポリマー−ナノワイヤ複合体８１０は、続いて、さらなる基板９０２に転移され得、この基板９０２では、ナノワイヤが９０４を金属化して、デバイス領域（例えば、ゲイン、ソース、ゲート（ｇａｉｔ））に電気伝導性を形成し得る。このような実施形態において、ナノワイヤ８０４は、ゲート電極９１０の一部を越えて、ソース電極９０６とドレイン電極９０８の間をカップリングし得る。他の実施形態において、ソース電極およびドレイン電極が付加され得、そしてオーム接触がワイヤ上に生成され得る。ワイヤが金属接触によってさらに「固着」されるため、当該分野で公知のようなゲート単離工程および金属プロセシング工程は、ナノワイヤ調製を終了させるのに用いられ得る。このようなプロセシングにより、同じベース基板上に複数の半導体デバイスを含み得るウエハーが可能になる。他の実施形態において、このようなプロセシングは成長基板８０２上で直接起こり得、続いて、全てかまたは実質的に全てのナノワイヤのプロセシングが初期成長基板８０２上で調製されるように、ナノワイヤ複合体が除去される。
【０１１３】
本発明に従って調製される半導体デバイスは、電気接続性を与えるために形成される多数の接触域を有し得る。例えば、陽極および陰極電極は、ダイオードまたは他の２端子デバイスで形成され得る。他の半導体デバイスは、形成された多数または少数の接触域を有し得る。本発明のプロセスおよびナノワイヤを用いて半導体デバイスを調製する適切な方法は、２００３年９月３０日出願の米国特許出願第１０／６７４，０６０号（その全体が、参考として本明細書中に援用される）に開示される。
【０１１４】
種々の接触域のタイプは、本発明に従って形成され得る。接触域は、オームであっても、非オームであってもよい。例えば、非オームのショットキーダイオードバリア接触は、電極として用いられ得る。ショットキーダイオードバリア接触は、高品質のゲート誘電体を作製するのが困難である場合、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料に通常使用される。ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極は、当業者に明らかであるように、導体材料（例えば、金属、合金、ケイ化物、ポリシリコンなど、またはそれらの組み合わせ）で形成される。ゲート、ソース、およびドレインがパターン化される順序は変更され得ることに留意されたい。例えば、ゲート、ソース、およびドレインは、互いに同時に、または異なる時に、パターン化され得る。
【０１１５】
ナノワイヤとの信頼性の高いオーム接触を作製することは、接触域が小さく、かつ、界面準位が複雑であるために、困難である。金属接触とシリコンの間の界面化学および界面物理学は、オーム接触に関する重要な技術領域である。成功の鍵は、金属化前の金属化プロセスおよび表面洗浄プロセスの正確な制御である。適切な金属化スキームは、電子ビーム（ｅ−ビーム）エバポレーションによるＴｉ−Ａｕ、ＮｉおよびＡｌを含む。イオン銃洗浄を含む種々のさらなるプロセス、またはＨＦエッチングを用いて、ソース−ドレイン電極の金属化前に、表面の誘電体が除去され得る。
【０１１６】
本発明の実施形態において、ナノワイヤデバイスを生成する方法は、以下の工程を包含する：ナノワイヤが基板に対して垂直配向で表面に付着された基板を提供する工程；ナノワイヤの表面上に誘電体層を堆積させる工程；ナノワイヤ上に接触する１つ以上のナノワイヤを堆積させる工程；ナノワイヤの上に金属を堆積させて、ナノワイヤ複合体を形成させる工程；およびナノワイヤ複合体を基板から分離する工程。この方法は、ナノワイヤ複合体を第２基板に転移する工程をさらに包含し得る。この方法は、ナノワイヤを金属化する工程をさらに包含し得る。この方法において、基板は、結晶であっても多結晶であってもよい。この方法において、材料は、エラストマー、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含むポリマーであり得る。この方法において、材料は、少なくとも２種以上の異なるポリマーの混合物を含み得る。この方法において、材料は、少なくとも２種のエポキシポリマーの混合物を含み得る。この方法において、材料は、ナノワイヤ複合体からナノワイヤの上に材料を堆積させた後、基板からナノワイヤ複合体を分離する前に、硬化され得る。この方法において、基板からナノワイヤ複合体を分離する工程は、ブレードを用いるかまたは基板からナノワイヤ複合体を化学的にエッチングする工程を包含する。
【０１１７】
（ナノワイヤを採取する方法）
図１０は、本発明の実施形態による、犠牲部分を用いてナノワイヤを採取する方法１０００のフローチャートである。ナノワイヤは、現在、ナノワイヤ成長を開始させるために触媒コロイドを用いて、基板上で成長する。高品質のナノワイヤを連続して成長させそして採取する能力を制限する問題は、ワイヤに物理的損傷（例えば、破損）を受けることなく基板からナノワイヤを除去する能力である。現行の除去方法は、超音波および機械的剪断を用いる工程を包含する。しかしながら、これらの各々に関する問題は、それらがナノワイヤにおいてランダムな切断を引き起こし、その結果、ナノワイヤの長さの不均等分布を生じることである。
【０１１８】
以下に記載される方法１０００、１２００、１３００、１５００および１６００は、この問題に対処するための方法を記載する。特に、方法１０００は、ナノワイヤをより効率的に除去するために、ナノワイヤの犠牲部分の使用を含む。
【０１１９】
方法１０００は、工程１０１０で始まる。工程１０１０において、ナノワイヤの所望の部分を成長させる。１つの実施形態において、Ａｕコロイドを用いて、ナノワイヤの所望の部分を成長させる。工程１０２０において、所望の部分とは異なる特性を有するナノワイヤの犠牲部分を成長させる。図１１は、本発明の実施形態による、ナノワイヤの所望の部分および犠牲部分を有するナノワイヤを例示する。特に、図１１は、以下に記載される、３つの部分（犠牲部分１１１０、所望の部分１１２０およびスタブ１１３０）を含むナノワイヤを示し、このナノワイヤは、基板１１４０上で成長する。
【０１２０】
１つの実施形態において、異なる特性は、ナノワイヤの犠牲部分および所望の部分に異なる合金が用いられることであり得る。例えば、犠牲部分はＳｉＧｅであり得、そして所望の部分はＳｉであり得る。
【０１２１】
別の実施形態において、ドーピングは、ナノワイヤの犠牲部分および所望の部分に対して異なる。例えば、犠牲部分はｎドープされ得、そして所望の部分はｐドープされ得る。あるいは、犠牲部分はｐドープされ得、そして所望の部分はｎドープされ得る。同様に、犠牲部分はドーピングなしであり得、そして所望の部分はｐドープまたはｎドープのいずれかがなされ得る。
【０１２２】
ナノワイヤの所望の部分および犠牲部分に異なる合金が用いられる実施形態において、Ａｕ合金を用いてナノワイヤの犠牲部分を成長させ得る。Ａｕ合金としては、Ｓｉナノワイヤが成長および採取される場合、ＡｕＧｅまたはＡｕＳｉＧｅが挙げられるが、これらに限定されない。１つの実施形態において、ナノワイヤの犠牲部分はＳｉＧｅを含み得、そして所望の部分はＳｉを含み得る。本実施形態において、例えば、ナノワイヤ成長を促すために、Ａｕは工程１０１０に用いられ、そしてＡｕＧｅは工程１０２０に用いられる。
【０１２３】
ナノワイヤの犠牲部分がｐドープされ、そしてナノワイヤの所望の部分がｎドープされる実施形態において、ホウ素ＮＷＳは、ナノワイヤの犠牲部分の成長の間にドーパントとして用いられ得る。
【０１２４】
工程１０３０において、ナノワイヤの所望の部分は保護される。１つの例において、ナノワイヤの所望の部分にフォトレジストを塗布して、ナノワイヤを保護し得る。代替の実施形態において、ナノワイヤの所望の部分が保護される。
【０１２５】
工程１０４０において、ナノワイヤの犠牲部分は、差次的に除去される。ナノワイヤの犠牲部分は、ナノワイヤの所望の部分中の材料に対してよりも、犠牲部分中の材料に対して顕著に高いエッチング速度を有するウェットエッチング液を用いることによって、差次的に除去され得る。例えば、フッ化水素ペルオキシド酢酸（１  ＨＦ：２  Ｈ２Ｏ２：３  ＣＨ３ＣＯＯＨ）は、所望の部分がＳｉである場合、ＳｉＧｅを含む犠牲部分を除去するのに用いられ得る。このエッチング液を用いる場合、エッチング液は、ＳｉＧｅ合金を除去し、そして所望の部分のＳｉ表面で効率的に停止する。本明細書中の教示に基づき関連分野の当業者に公知であるように、他のエッチング液も用いられ得る。
【０１２６】
ナノワイヤの犠牲部分が、ドーパントとしてホウ素ＮＷＳを用いてｐドープされ、そしてナノワイヤの所望の部分がｎドープされる、代替の実施形態において、エッチング液の例としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）およびエチレンジアミン／ピロカテコール／水（ＥＤＰ）が挙げられるが、これらに限定されない。これらのエッチング液は、例えばＳｉナノワイヤが用いられる場合、ナノワイヤの犠牲部分を、所望の部分のエッチング速度と比較して２７：１〜５００：１を超える範囲の速度でエッチングする。当業者に公知であるように、この範囲は、特定のエッチング液および温度に依存する。
【０１２７】
工程１０５０において、ナノワイヤの先端でスタブが除去される。代表的には、このスタブは、ナノワイヤ成長を開始させるのに用いられる触媒の残りの望ましくない副産物である。除去の方法は、関連分野の当業者に公知である。工程１０６０において、方法１０００は終了する。
【０１２８】
図１２は、本発明の実施形態による、ＰＮ接合をモニタリングしながらナノワイヤを採取する方法１２００のフローチャートである。方法１２００は、方法１０００について記載される異なるドーピングレベルに関する実施形態に類似している。しかしながら、方法１２００においては、ナノワイヤの犠牲部分および所望の部分の間に作製されたＰＮ接合を横切る漏れ電流をモニターして、犠牲部分がうまくエッチング除去された時を決定する。
【０１２９】
方法１２００は、工程１２１０で始まる。工程１２１０において、ナノワイヤの所望の部分が成長する。工程１２２０において、ナノワイヤの犠牲部分が成長する。所望の部分は、所望の部分が犠牲部分とは差次的にドープされるように成長する。工程１２３０において、ナノワイヤの所望の部分が保護される。１つの実施形態において、フォトレジストがナノワイヤの所望の部分に塗布される。工程１２４０において、ナノワイヤの犠牲部分は、方法１０００の工程１０４０について記載される様式と類似の様式で、差次的にエッチングされる。工程１２５０において、ナノワイヤの所望の部分と犠牲部分の間のＰＮ接合間の漏れ電流がモニターされる。工程１２４０および１２５０は、同時に起こる。工程１２６０において、漏れ電流が急激に増加すると、犠牲部分がうまくエッチング除去されたことを示し、エッチングは停止される。工程１２７０において、方法１２００は終了する。
【０１３０】
図１３は、本発明の実施形態による、ナノワイヤ成長基板上の犠牲金属層を用いてナノワイヤを採取する方法１３００のフローチャートである。図１４は、例えば、犠牲金属層１４３０上でのナノワイヤ（例えば、ナノワイヤ１４１０）の成長を例示する。犠牲金属層１４３０は、シリコン酸化物層１４２０の上に層をなす。
【０１３１】
方法１３００は、工程１３１０で始まる。工程１３１０において、ナノワイヤ成長基板が選択される。工程１３２０において、シリコン酸化物層１３２０のような酸化物層または窒化物層が、ナノワイヤ成長基板上に配置される。工程１３３０において、金属層１４３０のような金属層が、窒化物層または酸化物層上に配置される。金属層としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、またはＣｒが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１３２】
工程１３４０において、ナノワイヤは、本明細書中の教示に基づき関連分野の当業者に公知であるように、金属層の表面上で成長する。工程１３５０において、金属層が除去される。１つの実施形態において、金属層を除去するが、ナノワイヤには影響を及ぼさない、金属エッチング液が用いられる。工程１３６０において、窒化物層または酸化物層が除去される。金属層を除去する場合と同様に、ナノワイヤに影響を及ぼすことなく窒化物層または酸化物層を除去するエッチング液が用いられる。この層を除去することによって、ナノワイヤが放出され、そして採取され得る。工程１３７０において、方法１３００は終了する。
【０１３３】
図１５は、本発明の実施形態による、非Ｓｉ基板を用いてＳｉナノワイヤを成長させる場合に、Ｓｉナノワイヤを採取する方法１５００のフローチャートである。方法１５００は、工程１５０５で始まる。工程１５０５において、非Ｓｉ基板が選択される。非Ｓｉ基板として用いられ得る材料の例としては、高温金属であるＧｅ、および石英が挙げられる。工程１５１０において、Ｓｉナノワイヤは、非Ｓｉ基板上で成長する。工程１５２０において、Ｓｉナノワイヤは保護される。１つの実施形態において、Ｓｉナノワイヤはフォトレジストでコーティングされる。代替の実施形態において、Ｓｉナノワイヤは保護されない。工程１５３０において、非Ｓｉ基板は、選択的にウェットエッチングされてＳｉナノワイヤを放出する。工程１５４０において、方法１５００は終了する。
【０１３４】
図１６は、本発明の実施形態による、異なる配向を有するナノワイヤ成長基板を用いる場合に、１つの配向を有するナノワイヤを採取する方法１６００のフローチャートである。図１７は、本発明の実施形態による、異なる配向を有するナノワイヤ成長基板１７１０上で成長する、１つの配向を有するナノワイヤ１７２０の図を提供する。図１７は、エッチング除去されてナノワイヤ１７２０を遊離する、ナノワイヤ成長基板１７１０の部分１７３０を示す。１つの実施形態において、ナノワイヤ１７２０は、ミラー指数が＜１１１＞であるように原子が配向されたＳｉであり得る。ナノワイヤ成長基板はまた、ミラー指数が＜１００＞であるように原子が配向されたＳｉであってもよい。代替の実施形態において、Ｓｉ原子は、ナノワイヤ１７１０においてミラー指数＜１１１＞を有し得、そしてＳｉナノワイヤ成長基板におけるＳｉ原子のミラー指数は＜１１０＞であり得る。
【０１３５】
方法１６００は、工程１６１０で始まる。工程１６１０において、第１の配向を有するナノワイヤ成長基板が選択される。例えば、＜１００＞または＜１１０＞のいずれかの配向を有するナノワイヤ成長基板１７１０が用いられ得る。工程１６２０において、ナノワイヤは、ナノワイヤ成長基板上で成長する。工程１６２０で成長したナノワイヤは、ナノワイヤ成長基板の配向とは異なる配向を有する。例えば、＜１１１＞配向を有するナノワイヤ１７２０が成長し得る。工程１６３０において、ナノワイヤは保護される。１つの実施形態において、フォトレジストは、ナノワイヤ（例えば、ナノワイヤ１７２０）に塗布され得る。工程１６４０において、ナノワイヤ成長基板は差次的にエッチングされて、ナノワイヤを遊離する。例えば、１つの実施形態において、ウェットエッチング液（ＫＯＨまたはＴＭＡＨが挙げられるがこれらに限定されない）を用いて、ナノワイヤ成長基板１６１０を差次的にエッチングし得る。工程１６５０において、方法１６００は終了する。
【０１３６】
本発明の別の実施形態において、ナノワイヤを採取する方法は、以下の工程を包含する：ナノワイヤの所望の部分を成長させる工程；ナノワイヤの所望の部分とは異なる特性を有するナノワイヤの犠牲部分を成長させる工程；ナノワイヤの犠牲部分を差次的に除去する工程；およびナノワイヤの所望の部分から成長スタブを除去する工程。この方法は、さらに、ナノワイヤの所望の部分を保護する工程を包含し得る。この方法において、Ａｕ合金（例えば、ＡｕＧｅまたはＡｕＳｉＧｅ）は、ナノワイヤの犠牲部分を成長させるのに用いられ得る。この方法において、ナノワイヤの犠牲部分はＳｉＧｅを含み得、そして所望の部分はＳｉを含み得る。この方法において、ナノワイヤの犠牲部分を差次的に除去する工程は、さらに、ウェットエッチング液を用いて選択的に化学的エッチングを行い、ナノワイヤの犠牲部分を除去する工程を包含し得る。１つの実施形態において、ウェットエッチング液は、フッ化水素ペルオキシド酢酸（１  ＨＦ：２  Ｈ２Ｏ２：３  ＣＨ３ＯＯＨ）であり得る。
【０１３７】
本発明の別の実施形態において、ナノワイヤを採取する方法は、以下の工程を包含する：ｎドープまたはｐドープされたナノワイヤの犠牲部分を成長させる工程；ドープされないかまたはナノワイヤの犠牲部分とは逆にドープされたナノワイヤの所望の部分を成長させ、それによって、ナノワイヤの犠牲部分とナノワイヤの所望の部分の間の接点でＰＮ接合がナノワイヤ内部に作製される工程；ナノワイヤの犠牲部分を差次的にエッチングする工程；ナノワイヤの犠牲部分とナノワイヤの所望の部分の間のＰＮ接合で漏れ電流をモニターする工程；およびＰＮ接合を横切る漏れ電流に急激な増加が起こると、エッチングを停止する工程。
【０１３８】
本発明の１つの実施形態において、ナノワイヤを採取する方法は、以下の工程を包含する：ナノワイヤ成長基板を構築する工程；ナノワイヤ成長基板上に窒化物層または酸化物層を形成する工程；窒化物層または酸化物層の上に金属層を形成する工程；ナノワイヤを成長させる工程；金属層を除去する工程；および酸化物層または窒化物層を除去してナノワイヤを遊離させる工程。この方法において、金属層は、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、またはＣｒを用いて形成され得る。この方法において、ナノワイヤをエッチングしない金属エッチング液が用いられる。この方法において、酸化物層または窒化物層を除去する場合、ナノワイヤをエッチングしないエッチング液が用いられる。
【０１３９】
本発明の１つの実施形態において、第１材料のナノワイヤを採取する方法は、以下の工程を包含する：第２材料の基板を構築する工程；第１材料のナノワイヤを第２材料の基板上に形成する工程；第１材料のナノワイヤを保護する工程；および第２材料の基板を選択的にウェットエッチングして、第１材料のナノワイヤを除去する工程。この方法において、第１材料はＳｉであり得、そして第２材料は高温金属であり得る。この方法において、第２材料はゲルマニウムであってもよい。この方法において、ナノワイヤはＳｉであり得、そしてＳｉＧｅスタブは成長開始時に形成されて、エッチング後のナノワイヤの長さを制御する。この方法において、第２材料は石英であってもよい。
【０１４０】
本発明の１つの実施形態において、第１の配向を有する第１材料を含むナノワイヤを採取する方法は、以下の工程を包含する：第２の配向を有する第２材料の基板を構築する工程；第２の配向を有する第２材料の基板上に、第１の配向を有する第１材料のナノワイヤを成長させる工程；第１の配向を有する第１材料のナノワイヤを保護する工程；および第２の配向を有する第２材料の基板の配向に基づいて選択的にウェットエッチングして、第１の配向を有する第１材料のナノワイヤを遊離させる工程。この方法において、第１材料はＳｉであり得、第２材料はＳｉであり得、第１の結晶方位は＜１１１＞であり、そして第２の方位は＜１００＞である。この方法において、選択的に、第２の配向を有する第２材料の基板を選択的にエッチングする工程は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いる工程を包含する。
【０１４１】
（テフロン（登録商標）様コーティング面を用いて第１基板から第２基板へナノワイヤを転移させる方法）
図１８は、本発明の実施形態による、第１基板から第２基板へナノワイヤを転移させる方法１８００のフローチャートである。図２０Ａおよび２０Ｂは、方法１８００の記載中に参照する。図２０Ａは、本発明の実施形態による、ナノワイヤ２０２０を担持する第１基板２０１０と、こびりつかないコーティング２０３０を施した転移基板２０４０の図である。図２０Ｂは、本発明の実施形態による、デバイス基板２０５０と、ナノワイヤ２０２０を転移させるためにこびりつかないコーティング２０３０を施した転移基板２０４０の図である。デバイス基板２０５０は、ナノワイヤが設置されるナノワイヤ配置領域（例えば、ナノワイヤ配置領域２０６０）を含む。他の実施形態において、ナノワイヤは、デバイス基板２０５０の上一面に設置され得る。
【０１４２】
図１８を再度参照して、方法１８００は、工程１８１０で始まる。工程１８１０において、転移面は、こびりつかないコーティング（例えば、テフロン（登録商標））でコーティングされる。例えば、転移基板２０４０は、こびりつかないコーティング２０３０でコーティングされる。他の実施形態において、こびりつかない表面を有するテフロン（登録商標）様のものが用いられ得る。
【０１４３】
工程１８２０において、こびりつかないコーティングを施した転移面が、第１基板に取り付けられたナノワイヤにプレスされる。十分な圧力を加えてナノワイヤをこびりつかないコーティングに取り付け、これらのナノワイヤを第１基板から除去する。例えば、こびりつかないコーティング２０３０を施した転移基板２０４０をナノワイヤ成長基板２０１０にプレスして、ナノワイヤ２０２０を除去し得る。
【０１４４】
工程１８３０において、転移基板は、第２基板上に配置される。例えば、図２０Ｂを参照して、ナノワイヤ２０２０を担持するこびりつかないコーティング２０３０を施した転移基板２０４０は、デバイス基板２０５０上に配置される。工程１８４０において、転移面の裏側に圧力をかけて、ナノワイヤを放出させる。１つの実施形態において、圧力は、転移面（たとえば、転移基板２０４０）の裏側に均一にかけられる。別の実施形態において、圧力は、ナノワイヤが第２基板上に設置されるべき領域に合わせて、パターン化した様式でかけられ得る。例えば、ナノワイヤ配置領域２０６０の上にのみ転移基板２０４０の裏側に圧力をかけてナノワイヤを放出させ、次いでナノワイヤをこれらの領域内に配置する。工程１８５０において、方法１８００は終了する。
【０１４５】
図１９は、本発明の実施形態による、パターン化コーティングを施した第１基板から第２基板へナノワイヤを転移させる方法１９００のフローチャートである。方法１９００は、こびりつかないコーティングが、ナノワイヤが転移される第２基板上のナノワイヤ配置領域に対応する、転移基板上の特定の領域にのみ施されることを除いては、方法１８００に類似している。
【０１４６】
方法１９００は、工程１９１０で始まる。工程１９１０において、転移面は、こびりつかないコーティング（例えば、テフロン（登録商標）またはテフロン（登録商標）様材料）を用いてパターン化される。上記のように、パターン化領域は、ナノワイヤが転移される第２基板上のナノワイヤ配置領域に対応し得る。
【０１４７】
工程１９２０において、転移面は、ナノワイヤ成長基板に取り付けられたナノワイヤにプレスされる。工程１９３０において、転移面は、第２基板上に配置される。工程１９４０において、転移面の裏側に圧力を均一にかけて、ナノワイヤを放出させる。代替の実施形態において、転移面のパターン化領域にのみ圧力がかけられ得る。工程１９５０において、方法１９００は終了する。
【０１４８】
（熱プレス技術を用いて第１基板から第２基板へナノワイヤを転移させる方法）
別の実施形態において、本発明は、ナノワイヤを成長基板から転移基板へ転移させる方法を提供する。例えば、これらの実施形態は、適切に柔軟性の高分子材料である転移基板へナノワイヤを転移させるのに有用である。全体を通して記載されるように、ナノワイヤプロセシングの目標は、実質的に配向された個々のナノワイヤ（これは、次いで、電子デバイスとして用いるためにさらにプロセシングされる）を生成することである。本実施形態において、ナノワイヤは、転移プロセスの間に個々に配向され得るか、またはナノワイヤは転移前に配向され得、次いで全体として転移されて、より容易なデバイスプロセシングが可能になる。
【０１４９】
図２１は、本発明の１つの実施形態によるプローブナノワイヤ転移スキームを示す図である。１つの実施形態において、図２１に例示されるように、本発明は、例えば転移スキーム２１００に示すような、プローブ２１０８によってかけられた圧力を用いてナノワイヤを成長基板２１０２から第２基板２１０６へ転移させるためのプロセスを提供する。ナノワイヤは、当該分野で公知の任意の適切な方法（本明細書中に記載される方法を含む）を用いて成長し得る。図２１に示されるように、ナノワイヤ２１０４は、基板２１０２上に成長する。ナノワイヤ成長に用いられる装置は、基板２１０２に加えて、除去可能な層またはさらなる離層を、基板２１０２とナノワイヤ２１０４との間にさらに含み得る。ナノワイヤ２１０４は、プローブ２１０８を用いて圧力をかけることによって、基板２１０２の表面から転移基板２１０６上へ転移される。任意の転移基板が、本発明の実施において用いられ得る。適切には、転移基板２１０６は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィルムのような可塑性の高分子シートまたは高分子フィルムである。転移基板２１０６として用いられ得るさらなるポリマーとしては、熱可塑性物質、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリアミド、ポリカーボネート、熱硬化性樹脂、エラストマーなどが挙げられるが、これらに限定されない。転移基板２１０６の柔軟性は、堅いが変形可能な材料と、高度に可鍛性の材料との間で変動し得る。ナノワイヤを転移基板へ転移するのに必要な熱量（下記参照）および圧力は、転移基板の選択に依存する。例えば、可鍛性の転移基板が選択される場合、中程度の熱量しか転移基板の表面を粘着性にするのに必要とされないことがある。しかしながら、より堅い転移基板が選択される場合、基板表面を粘着性にするだけでなく、基板を変形させて所望の領域で基板とナノワイヤを接触させ得るように十分に可鍛性にするためには、より高い熱量が必要とされ得る。
【０１５０】
プローブ２１０８は、任意の適切な形状が用いられ得るが、適切には、プローブチップ２１１０での直径が約数ミリメートルから約数センチメートル程度であり、一般には、円錐状または針状の形状である。プローブ２１０８およびプローブチップ２１１０は、ポリマー、プラスチックおよび金属を含む、加圧力（および必要であれば熱）に耐える任意の適切な材料で作製され得る。特定の実施形態において、プローブチップ２１１０での加圧は、ナノワイヤ２１０４を基板２１０２から転移基板２１０６上へ転移させるのに十分である。他の実施形態において、プローブ２１０８による加圧によってナノワイヤ２１０４が転移基板２１０６に接着して残るように、接着剤は、転移基板２１０６の表面に塗布され得る。転移基板をコーティングするのに用いられ得る適切な接着剤としては、ポリイミド接着剤、エポキシ接着剤、および他のポリマー接着剤が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１５１】
さらなる実施形態において、転移基板２１０６の表面がわずかに融解するようにプローブ２１０８およびプローブチップ２１１０が加熱され得、それによって、接着剤のような役割を果たすようにべとつくか粘着性になる。このような実施形態において、プローブ２１０８およびプローブチップ２１１０は、加えられる熱に耐え得る金属で適切に作製される。プローブ２１０８を加熱するのに必要な温度は、転移基板２１０６がべとつくか粘着性になる温度に依存するが、転移基板２１０６が過剰に変形するか、または加えられた圧力下で流動するほど高くあるべきではない。適切には、この温度は、転移基板２１０６として選択される材料に依存して、約４０℃から約１００℃である。適切には、転移基板としてＰＥＴを用いる場合、用いられる温度は約６０℃である。プローブ２１０８およびプローブチップ２１１０に加えられる圧力量は、転移基板２１０６の柔軟性および安定性に大きく依存する。圧力は、ナノワイヤの転移が所望される領域でのみ基板がナノワイヤ２１０４と接触する程度であるべきである。適切な実施形態において、プローブ２１０８およびプローブチップ２１１０に加えられる圧力は、約数十ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）程度である。
【０１５２】
加熱したプローブチップ２１１０と併用して、圧力をナノワイヤ２１０４に加えることにより、ナノワイヤ２１０４を基板２１０２から転移基板２１０６上に転移させ、そして圧力および／または熱が低下してもそこに残存させ得る。本発明のプロセスを用いると、ナノワイヤは、単一のワイヤもしくは一群のワイヤの上面に熱および／または圧力を選択的にかけることによって、転移基板２１０６上に個々に整列され得、その結果、これらのワイヤは転移基板２１０６に転移されるが、おそらく別の方向に配向されたさらなるワイヤは接触されず、転移しない。加熱したプローブを用いる実施形態において、転移基板が冷めると、ナノワイヤは転移基板に付着して残るか、および／または転移基板中に埋め込まれて残る。接着剤が転移基板の表面をコーティングする実施形態において、プローブ２１０８によって加えられた圧力を除去すると、ナノワイヤは、ナノワイヤと接着剤との間の接着によって、転移基板に付着されたままである。
【０１５３】
本発明の他の実施形態において、プローブ２１０８およびプローブチップ２１１０が加熱されるのではなく、またはこれらと併せて、基板２１０２が加熱され得る。このような実施形態において、基板２１０２は転移スキーム２１００の発熱部分としての機能を果たし得、そして、プローブ２１０８によってかけられた圧力により転移基板２１０６の伝導加熱が可能になり、その結果、ナノワイヤ２１０４は転移基板２１０６に転移し、付着して残る。
【０１５４】
本発明のプロセスは、転移基板２１０６の選択領域にナノワイヤを転移させるのに用いられ得る。転移基板２１０６とナノワイヤ２１０４の間が接触する領域にのみ、ナノワイヤが転移される。本発明のこのような実施形態は、本明細書中でナノワイヤ転移の「タッピング」法と呼ばれる。このような実施形態において、プローブチップは、基板２１０２から転移基板２１０６への転移を促進するためにナノワイヤを下方に「タッピング」しながら、転移基板の周囲を移動し得る。他の実施形態において、プローブは固定された状態で、基板および転移基板がプローブの下を、ナノワイヤ転移が生じる位置および転移基板上のナノワイヤの配向を制御するように移動し得る。上記のように、このような実施形態において、基板２１０２およびプローブ２１０８／プローブチップ２１１０のいずれかまたは両方が加熱され得る。本発明のこのような実施形態により、ナノワイヤは、本明細書中に記載されるこのような方法（例えば、Ｌａｎｇｍｕｉｒ  Ｂｌｏｄｇｅｔ、電場、エピタキシャル成長、水平成長など）を用いて基板２１０２上に既に配向されたワイヤを選択的に転移することによって、転移基板２１０６上に直接配向させることが可能になる。あるいは、これらのワイヤを転移基板２１０６上に配向することは、個々のワイヤまたはワイヤの群を転移することによって、およびワイヤが転移されるときにこれらが転移基板上に配向するように転移基板２１０６を位置決めすること（例えば、回転させること）によっても達成され得る。
【０１５５】
図２２は、本発明の１つの実施形態による広面積のナノワイヤ転移を示す図である。本発明の他の実施形態において、図２２に示されるように、基板２１０２から転移基板２１０６へのナノワイヤ転移は、例えば広域圧縮デバイス２２０２または真空を用いて、基板のより広い面積に実質的に均一な圧力をかけることによって達成され得る。本明細書中で使用される場合、実質的に均一な圧力とは、転移基板２１０６の総面積の約５０％よりも広い面積にかけられる圧力が同じであることを示す。適切には、転移基板２１０６の総面積の約９０〜１００％が、全ての領域で同じ圧力をかけられる。特定のこのような実施形態において、転移基板２１０６の表面は接着剤層を含み得、その結果、接着剤層と接触したナノワイヤは付着して残る。本発明の他の実施形態において、基板２１０２は加熱され得、それによって転移基板２１０６を伝導加熱し、今やべとつくか粘着性である転移基板２１０６へのナノワイヤ２１０４の転移を補助する。このような実施形態において、基板２１０２から転移基板２１０６へのナノワイヤ２１０４の広面積の転移が起こり、ナノワイヤの大部分が転移基板に転移される。
【０１５６】
ワイヤの広面積の転移が所望される本発明の実施形態において、真空にすることによって、基板２１０２と転移基板２１０６の間に圧力がかけられ得る。このような実施形態において、転移基板２１０６と基板２１０２の間に圧力が生じ得、その結果、転移基板２１０６全体にわたって実質的に均一な圧力が存在することにより、転移基板２１０６とナノワイヤ２１０４の間の実質的に全ての接触点でのナノワイヤ転移が可能になる。適切な減圧は、当業者によって容易に決定され得、一般には数十ｐｓｉの範囲内、適切には約４０ｐｓｉ〜約１００ｐｓｉである。
【０１５７】
この広面積の転移技術が用いられる本発明の実施形態において、ナノワイヤ２１０４は、転移基板２１０６への転移の前に、まず基板２１０２上に予め整列され得る。任意の適切なナノワイヤ整列プロセスが用いられ得る。特定の実施形態において、ナノワイヤは、電場整列を用いて基板２１０２上に予め整列される。図２３Ａ〜Ｃは、電場整列されたワイヤの転移を示す。図２３Ａは、転移前のナノワイヤの電場整列を示す。図２３Ｂは、広面積の転移の後に基板２１０２上に残っているナノワイヤ２１０４を示す。図２３Ｃは、転移基板２１０６に転移されたナノワイヤを示す。広面積の転移技術、および上記のプローブ技術の１つの付加的な利点は、基板２１０２が、その表面上に成長したナノワイヤが転移基板に転移された後、ナノワイヤ成長および転移に繰り返し用いられ得ることである。
【０１５８】
本発明の任意の実施形態において利用される転移基板２１０６はまた、ナノワイヤ転移の前または後のいずれかに、その表面上に堆積される種々のデバイス接触を有し得る。例えば、本明細書中に記載されるように、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極は、転移基板２１０６に付加され得、次いで、ナノワイヤは、本明細書中に記載されるプローブ転移プロセス２１００または広面積の転移プロセス２２００のいずれかを用いて、転移基板２１０６の特定の領域に転移される。広面積の転移プロセスが用いられる実施形態において、ワイヤは、デバイスが転移基板上に直接アセンブルされ得るように、適切には転移の前に整列される。
【０１５９】
（例示的なデバイスおよび用途における本発明のナノワイヤの使用）
多数の電子デバイスおよびシステムは、本発明の方法によって生成されるナノワイヤの薄膜を含む半導体または他のタイプのデバイスを内蔵し得る。本発明の用途のいくつかの例は、本明細書中の以下または他のところに例示の目的で記載され、そして限定されない。本明細書中に記載される用途は、整列または非整列のナノワイヤの薄膜を含み得、かつ、複合または非複合のナノワイヤの薄膜を含み得る。
【０１６０】
半導体デバイス（または他のタイプのデバイス）は、他の電子回路のシグナルに連結され得、そして／あるいは他の電子回路と一体化され得る。半導体デバイスは、大きな基板上に形成され得、引き続いて、より小さな基板に分割されるかまたは角切りにされ得る。さらに、大きな基板（すなわち、従来の半導体ウエハーよりも実質的に大きな基板）の上で、この基板上に形成された半導体デバイスは、相互に連結され得る。
【０１６１】
本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤはまた、単一の半導体デバイスを必要とする用途に、および複合半導体デバイスに組み込まれ得る。例えば、本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤは、特に、複数の半導体デバイスが上に形成される広面積の巨大電子基板に適用可能である。このような電子デバイスとしては、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤディスプレイ、電界放出ディスプレイのためのディスプレイ駆動回路が挙げられる。他のアクティブディスプレイは、ナノワイヤ−ポリマー、量子ドット−ポリマー複合体（この複合体は、エミッターおよびアクティブ駆動マトリックスの両方として機能し得る）から形成され得る。本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤはまた、スマートライブラリー、クレジットカード、広面積アレイセンサー、およびスマートカード、スマート棚卸票などを含む高周波識別（ＲＦＩＤ）タグにも適用可能である
本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤはまた、デジタルおよびアナログ回路用途にも適用可能である。特に、本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤは、広面積基板上に極超大規模集積回路を必要とする用途に有用である。例えば、本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤの薄膜は、論理回路、メモリ回路、プロセッサ、増幅器、ならびに他のデジタルおよびアナログ回路に組み入れられ得る。
【０１６２】
本発明のプロセスによって生成されるナノワイヤは、光起電用途に適用され得る。このような用途において、透明導電性基板は、特定の光起電デバイスの光起電力特性を増強するのに用いられる。例えば、このような透明導電性基板は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの代わりに可撓性のある広面積の代替物として用いられ得る。基板は、大きなバンドギャップを有するために形成されるナノワイヤの薄膜でコーティングされ得る。すなわち、可視光よりも大きいので非吸収性であるが、その表面上に形成される光起電デバイスの活物質と整列されるＨＯＭＯバンドまたはＬＵＭＯバンドのいずれかを有するために形成される。透明導体は、吸収光起電材料の２辺に位置して、光起電デバイスから電流を運び出し得る。２つの異なるナノワイヤ材料は、光起電材料のＨＯＭＯバンドと整列されるＨＯＭＯを有する材料、および光起電材料のＬＵＭＯバンドと整列されるＬＵＭＯを有する他の材料が選択され得る。２つのナノワイヤ材料のバンドギャップは、光起電材料のバンドギャップよりもはるかに広いものが選択され得る。本実施形態によるナノワイヤは、ナノワイヤの薄膜の抵抗を減少させるために薄くドープされ得、一方、基板はほぼ非吸収性のまま残され得る。
【０１６３】
従って、広範な軍用物品および消費物品は、本発明のプロセスで生成されるナノワイヤを組み込み得る。このような物品としては、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバー、ネットワークデバイス、ＰＤＡおよびパームパイロットのような携帯用電子デバイス、電話（例えば、携帯電話および標準電話）、ラジオ、テレビ、コンピューターゲームおよびゲームシステム、ホームセキュリティシステム、自動車、航空機、船、他の家庭用器具および商用器具などが挙げられる。
【０１６４】
（結論）
本発明の例示的実施形態が提示された。本発明は、これらの実施例に限定されない。これらの実施例は、限定ではなく例示の目的で本明細書中に提示される。代替物（本明細書中に記載される代替物の等価物、拡大部分、変法、ずれなどを含む）は、本明細書中に含まれる教示に基づいて当業者に明らかである。このような代替物は、本発明の趣旨および範囲内にある。
【０１６５】
本明細書中に記載される刊行物、特許および特許出願はすべて、本発明が属する当業者の熟練度を示し、そしてあたかも個々の刊行物、特許または特許出願の各々が参考として援用されるように具体的にかつ個々に示されたと同程度に、本明細書中に参考として援用される。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【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プされるナノワイヤの図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、Ｓｉ前駆体の組み合わせを用いてナノワイヤを調製する方法のフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、Ｓｉ前駆体の組み合わせを用いてナノワイヤを調製する方法のフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、ナノワイヤ合成の方法のフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態による、ナノワイヤ合成容器の図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態による、ナノワイヤをドーピングする方法のフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施形態による、ナノワイヤ構造体上のダングリングボンドからの表面準位を低減する方法のフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態による、犠牲層でコーティングされたナノワイヤの図である。
【図８】図８は、本発明の１つの実施形態によるナノワイヤプロセシングを示す図である。
【図９】図９は、本発明の１つの実施形態による転移後のナノワイヤプロセシングを示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態による、犠牲部分を用いてナノワイヤを採取する方法のフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態による、犠牲部分を有するナノワイヤの図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態による、ＰＮ接合のモニタリングによってナノワイヤを採取する方法のフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態による、ナノワイヤ成長基板上の犠牲金属層を用いてナノワイヤを採取する方法のフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態による、ナノワイヤ成長基板上の犠牲金属層上で成長するナノワイヤの図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態による、非Ｓｉ基板を用いる場合にＳｉナノワイヤを採取する方法のフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態による、異なる配向を有するナノワイヤ成長基板を用いる場合に、１つの配向を有するナノワイヤを採取する方法のフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態による、異なる配向を有するナノワイヤ成長基板上で成長する、１つの配向を有するナノワイヤの図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態による、第１基板から第２基板へナノワイヤを転移させる方法のフローチャートである。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態による、パターン化コーティングを施した第１基板から第２基板へナノワイヤを転移させる方法のフローチャートである。
【図２０Ａ】図２０Ａは、本発明の実施形態による、ナノワイヤを担持した第１基板および転移基板の図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、本発明の実施形態による、デバイス基板およびナノワイヤを転移する転移基板の図である。
【図２１】図２１は、本発明の１つの実施形態によるプローブナノワイヤ転移スキームを示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の１つの実施形態による広面積のナノワイヤ転移を示す図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、本発明の実施形態による、転移の前に電場配向したナノワイヤを担持する基板を示す透過電子顕微鏡写真である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、本発明の実施形態による、転移の後に基板上に残ったナノワイヤを示す透過電子顕微鏡写真である。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、本発明の実施形態による、転移の後の転移基板上のナノワイヤを示す透過電子顕微鏡写真である。
【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４Ａ】
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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２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ−Ｃ】
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【国際調査報告】
2007535413.tif 000029
2007535413.tif 000030
2007535413.tif 000031