(57)【要約】移送基体上に複数のナノ材料を供給し、これらナノ材料を、受取基体の表面又は複数部分上に配置した付着性材料と接触させることを特徴とする、ナノ材料を受取基体上に沈着し、任意にナノ材料を所望の配向で沈着させる方法及びシステム。配位は任意に、移送工程中、移送基体及び受取基体を互いに対し移動することにより付与される。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
移送基体上に配置した複数のナノ構造を供給する工程、
受取基体の１箇所以上の選択領域に沈着した付着性材料を供給する工程、
移送基体と受取基体とを合体させ、そこで移送基体上のナノ構造を受取基体の１箇所以上の選択領域と接触させる工程、及び
受取基体の１箇所以上の選択領域に付着したナノ構造の集団を残すため、受取基体から移送基体を分離する工程、
を含む、ナノ材料を基体上に沈着させる方法。
【請求項２】
複数のナノ構造が複数のナノ繊維を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数のナノ繊維が複数の半導体ナノワイヤーを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数の半導体ナノワイヤーが第ＩＩ族−第ＶＩ族半導体、第ＩＩＩ族−第Ｖ族半導体又は第ＩＶ族半導体から選ばれた半導体材料を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ナノ構造が移送基体上で合成される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ナノ構造が移送基体上に沈着する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
合体工程が、移送基体を受取基体の選択領域に押圧する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
移送基体が可とう性平坦シート基体を含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
移送基体がロール上に配置される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
移送基体のロールが受取基体上で転がる請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
受取基体が可とう性平坦シート基体を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
受取基体がロール上に配置される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
合体工程と分離工程間で、移送基体及び受取基体の少なくとも一方が、他の移送基体及び受取基体に対しほぼ平行方向に移動し、受取基体に付着したナノ構造をほぼ整列させる請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
受取基体の１箇所以上の選択領域に付着したナノ構造集団中のナノ構造の少なくとも５０％が共通軸に対し３０°未満内に整列する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
受取基体の１箇所以上の選択領域に付着したナノ構造集団中のナノ構造の少なくとも５０％が共通軸に対し１０°未満内に整列する請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
受取基体の１箇所以上の選択領域に付着したナノ構造集団中のナノ構造の少なくとも５０％が共通軸に対し５°未満内に整列する請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
受取基体の１箇所以上の選択領域に付着したナノ構造集団中のナノ構造の少なくとも８０％が共通軸に対し３０°未満内に整列する請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
受取基体の１箇所以上の選択領域に付着したナノ構造集団中のナノ構造の少なくとも８０％が共通軸に対し１０°未満内に整列する請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
受取基体の１箇所以上の選択領域に付着したナノ構造集団中のナノ構造の少なくとも９０％が共通軸に対し３０°未満内に整列する請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
受取基体の１箇所以上の選択領域に付着したナノ構造集団中のナノ構造の少なくとも９０％が共通軸に対し１０°未満内に整列する請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
分離工程に続いて、受取基体の表面から付着性材料が除去される請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
除去工程が受取基体のプラズマ清掃工程を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
除去工程が受取基体表面の溶剤による清掃工程を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
付着性材料がホトレジストを含み、かつ除去工程が付着性材料を露光する工程及び付着性材料を現像液と接触させる工程を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
各々主軸を有する複数のナノ構造を表面に沈着した移送基体を供給する工程、
付着性材料含有表面を有する受取基体を供給する工程、
移送基体表面上のナノ構造を受取基体表面上の付着性材料と接触させて、ナノ構造を付着性材料に付着させる工程、
移送基体及び受取基体の１つ以上を他方の移送基体及び受取基体に対し移動させて、ナノ構造を共通軸と平行に配向する工程、及び
移動工程後、移送基体からナノ構造を分離して、共通軸と平行にほぼ配向された複数のナノ構造を受取基体上に残す工程、
を含む、ほぼ配向した複数のナノ構造を基体上に沈着させる方法。
【請求項２６】
ナノ構造の大部分は、主軸が移送基体上のナノ構造の表面の平面にほぼ垂直な移送基体上に沈着される請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
第一表面を有する基体と、
該第一表面に沈着した高分子付着性材料と、
各々、主軸を有すると共に、第一表面上に沈着し、かつ付着性材料に付着してなり、複数のナノ構造が共通軸と平行にほぼ配向された該複数のナノ構造と、
を備えた物品。
【請求項２８】
複数のナノ構造の少なくとも５０％が、共通軸に対し、３０°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項２９】
複数のナノ構造の少なくとも５０％が、共通軸に対し、１０°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３０】
複数のナノ構造の少なくとも５０％が、共通軸に対し、５°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３１】
複数のナノ構造の少なくとも６０％が、共通軸に対し、３０°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３２】
複数のナノ構造の少なくとも６０％が、共通軸に対し、１０°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３３】
複数のナノ構造の少なくとも６０％が、共通軸に対し、５°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３４】
複数のナノ構造の少なくとも８０％が、共通軸に対し、３０°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３５】
複数のナノ構造の少なくとも８０％が、共通軸に対し、１０°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３６】
複数のナノ構造の少なくとも８０％が、共通軸に対し、５°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３７】
複数のナノ構造の少なくとも９０％が、共通軸に対し、３０°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３８】
複数のナノ構造の少なくとも９０％が、共通軸に対し、１０°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項３９】
複数のナノ構造の少なくとも９０％が、共通軸に対し、５°以内に配向されている請求項２７に記載の物品。
【請求項４０】
高分子付着性材料がレジストを含む請求項２７に記載の物品。
【請求項４１】
レジストがホトレジストを含む請求項４０に記載の物品。
【請求項４２】
付着性材料及び付着性材料に付着したナノ構造が、第一表面の選択領域に配置される請求項２７に記載の物品。
【請求項４３】
付着性材料の層と、
該付着性材料層の表面にほぼ整列して付着した複数のナノ構造と、
を含む組成物。
【請求項４４】
複数のナノ構造の少なくとも５０％が、共通軸に対し、３０°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項４５】
複数のナノ構造の少なくとも５０％が、共通軸に対し、１０°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項４６】
複数のナノ構造の少なくとも５０％が、共通軸に対し、５°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項４７】
複数のナノ構造の少なくとも６０％が、共通軸に対し、３０°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項４８】
複数のナノ構造の少なくとも６０％が、共通軸に対し、１０°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項４９】
複数のナノ構造の少なくとも６０％が、共通軸に対し、５°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項５０】
複数のナノ構造の少なくとも８０％が、共通軸に対し、３０°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項５１】
複数のナノ構造の少なくとも８０％が、共通軸に対し、１０°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項５２】
複数のナノ構造の少なくとも８０％が、共通軸に対し、５°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項５３】
複数のナノ構造の少なくとも９０％が、共通軸に対し、３０°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項５４】
複数のナノ構造の少なくとも９０％が、共通軸に対し、１０°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項５５】
複数のナノ構造の少なくとも９０％が、共通軸に対し、５°以内に配向されている請求項４３に記載の物品。
【請求項５６】
移送基体の第一表面に複数のナノ構造を配置してなる移送基体と、
該移送基体の第一表面とは対向面に第一表面を配置してなる受取基体と、
移送基体及び受取基体の少なくとも一方の基体に連結し、移送基体の第一表面と受取基体の第一表面とを互いに接触させた後、受取基体の第一表面から移送基体の第一表面を分離するための自動移動モジュール、
とを備えたシステム。
【請求項５７】
自動移動モジュールが、移送基体のシートを受取基体のシートと接触させる方向に向けるため、１個以上のローラーを有する請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
移動システムが移動して移送基体の第一表面を受取基体の第一表面と接触させる前に受取基体の第一表面上に付着性材料を沈着させるため、受取基体の第一表面上に配置された付着性材料沈着用アプリケーターを更に備える請求項５６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は２００３年９月２５日出願の“ナノ構造を沈着、配向する方法、装置及び組成物”と題する米国出願Ｎｏ．１０／６７３，０９２の一部継続出願である。本出願は、該出願による利益及び優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
ナノテクノロジーは、次の大きな技術的跳躍として、電子的、光学的及び構造的特性等の材料特性の点で種々の実質的な利点が得られることが予言される前触れとなっていた。ナノテクノロジーの進歩は、Ｍｏｏｒｅの法則の寿命を延ばすための最良の希望であると予測した者もいる。
【０００３】
ナノテクノロジーの進歩により、広い潜在的利用可能性と共に無数の関心のある特性を有する材料が作られているが、これら材料を有用な装置、システム及び材料中に合体させるには、工業的な製造可能性という観点から見ると、若干の障害が残っていた。一例として、多くの場合、ナノ材料の保証品と見られている炭素ナノチューブは、例えば全体的に大きな複合体に構造的な、恐らく本来の（ｃｒｕｄｅ）電気特性を与えるには、工業的観点から複合材料の充填剤を超えるものとして、余り利用できない。ナノチューブの場合、或るナノチューブから隣のナノチューブまでの電気特性が予測できないことが多いからで、例えばエレクトロニクス等で一層強制的な要件に対し、これらチューブを再現可能に使用できるようにするには、鋭敏な選択法を必要とする。
【０００４】
ほぼ全てのナノ材料に影響を与える他の難点は、この種の材料の配置、例えば電気接点のブリッジ、ゲート電極の橋渡し（ｓｐａｎｎｉｎｇ）等が重要な装置及び／又はシステムへの一体化である。特にこれらの材料は、非常に小さいので、人手による巧みな操作法を用いて、例えば大量に高収率で、正確に配置するのは、特に工業的な製造上の見地から殆ど不可能である。更に管理可能な方法を用いて、これら材料を配置するため、多くの方法が提案され、説明されてきた。例えば流れ指向式配置法は、半導体ナノワイヤーを所望の位置に向けて配置するため、例えばワイヤー又はナノチューブを含む溶液を流して基体と接触させ、両者をこの流れにより整列させ、この接触領域を介してワイヤーを基体表面に配置するため、首尾よく利用されてきた。基体の所望位置にナノ材料を配置するため、例えば基体の所望位置上の化学基やナノ材料上の補完基を用いた分子認識及び自動組立技術も提案され、説明されている。これらの方法がナノ材料の配置に有効であるとの報告にも拘わらず、現在まで、例えば材料の沈着、配向及び配置の均一性に、広範な全く異なる結果が得られている。均一性の欠如は、特に例えば製品間のばらつきが事実上、存在してはならないエレクトロニクス産業に適用した場合、工業的製造の設定に非常に有害である。これらの方法は、実質的な構造基盤の開発や、これら方法を実施する際、“技術”形態の開発を必要とする製造要件を満足できない。
【特許文献１】米国特許出願公開ＵＳ−２００３−００８９８９９−Ａ１
【特許文献２】米国特許Ｎｏ．５，５０５，９２８
【特許文献３】米国特許Ｎｏ．６，２２５，１９８
【特許文献４】米国特許Ｎｏ．６，３０６，７３６
【特許文献５】ＵＳ−２００２／０１７９４３４
【特許文献６】ＵＳ−２００３−００８９８９９−Ａ１
【特許文献７】米国特許出願Ｎｏ．６０／４１４，３２３
【特許文献８】米国特許出願Ｎｏ．６０／４１４，３５９
【特許文献９】米国特許出願Ｎｏ．６０／４６８，２７６
【特許文献１０】米国特許出願Ｎｏ．６０／４４５，４２１
【特許文献１１】米国特許出願Ｎｏ．６０／４７４，０６５
【特許文献１２】米国特許出願Ｎｏ．６０／４８８，８０１
【特許文献１３】米国特許出願Ｎｏ．６０／４９３，００５
【特許文献１４】米国特許出願Ｎｏ．１０／６７３，６６９
【特許文献１５】米国特許出願Ｎｏ．１０／６７４，０６０
【特許文献１６】米国特許出願Ｎｏ．１０／６７４，０７１
【特許文献１７】ＷＯ  ０２／０８０２８０
【特許文献１８】米国特許出願Ｎｏ．１０／４０５，９９２
【特許文献１９】米国特許出願Ｎｏ．１０／６６１，３８１
【特許文献２０】ＷＯ  ０２／１７３６２
【非特許文献１】Ｇｒｅｅｎｅ等、“Ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｗａｆｅｒ  ｓｃａｌｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＺｎＯ  ｎａｎｏｗｉｒｅ  ａｒｒａｙｓ”，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．４２，３０３１−３０３４，２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、例えばエレクトロニクス、光エレクトロニクス、光学的用途及び材料の用途に使用するため、ナノ材料を他の基体材料上に配置及び／又は配向する、確実に繰り返し可能な方法が必要である。本発明はこれらの要件及び他の各種要件を満足する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の簡単な概要
本発明は一般には、通常、機能的な装置又は組成物中に一体化するため、基体の表面にナノ構造を配置し、任意に配向又は配列する方法、物品、組成物、システム、キット等を提供する。
【０００７】
特に、第一の一般的態様では本発明は、ナノ材料を基体上に沈着させる方法を提供する。本発明では、複数のナノ構造を移送基体上に配置して供給する。付着性材料を受取基体の選択領域に沈着させて供給する。移送基体は受取基体と一体化し（ｍａｔｅ）、そこでナノ構造は、移送基体上のナノ構造を受取基体の選択領域と接触させる。受取基体から移送基体を分離すると、受取基体の選択領域にナノ構造が付着して残る。
【０００８】
複数のナノ構造は、各種形態のいずれかの形態を取ることができる。例えばナノ構造は、ナノ繊維、半導体ナノワイヤー等を含むことができる。一実施態様では、ナノ構造を構成する複数の半導体ナノワイヤーとしては、第ＩＩ族−第ＶＩ族半導体、第ＩＩＩ族−第Ｖ族半導体及び／又は第ＩＶ族半導体のような半導体材料がある。ナノ構造は移送基体上で合成でき、或いは別途に合成した後、移送基体上に沈着することができる。
【０００９】
移送基体も受取基体も各種形態のいずれの形態も取ることができ、例えばどちらも平坦なシート基体（例えば可とう性シート）又はロールであってよいし、或いは含んでもよい。一体化工程は、移送基体を受取基体に押圧する工程又はその逆の工程を含むことができる。例えば受取基体は可とう性で平坦なシートであってよいし、移送基体はロールであってよく、移送基体は、可とう性平坦シート上を転がって、移送基体上の材料を受取基体に沈着させる。同様に、受取基体はロールを含んでよく、或いはロール上に沈着してよい。この場合、ロールは、可とう性で平坦な移送基体上を転がって、ロール上に配置された受取基体上に材料を沈着する。
【００１０】
移送基体及び受取基体は任意に、互いに対しほぼ平行方向に移動して、受取基体に付着したナノ構造をほぼ整列させる。受取基体の１つ以上の選択領域に付着したナノ構造集団中のナノ構造の少なくとも約５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又はそれ以上は、共通軸に対し３０°、２０°、１０°、５°又はそれ以下内に配列できる。
【００１１】
移送基体と受取基体との分離に続いて、付着性材料は、例えば関連基体の溶剤又はプラズマ清掃により受取（及び／又は移送）基体から除去できる。付着性材料は、任意にホトレジストを含有する。ホトレジストは、露光及び次いで通常、現像液との接触により除去できる。
【００１２】
関連する態様では、沈着したナノ構造は、沈着処理中、移送基体及び受取基体の１つ以上を、移送基体及び受取基体の他方の基体に対し移動させることにより、ほぼ配向される。例えばナノ構造の大部分は、主軸が移送基体上のナノ構造の表面の平面にほぼ正常である移送基体上に沈着できる。これらのナノ構造は、移動工程後、移送基体から分離され、受取基体上に共通軸と平行して、ほぼ配向された複数のナノ構造を残す。
【００１３】
本発明は、第一基体の表面上に配置された付着性材料と、付着性材料上に配置され、かつ任意に、共通軸と平行してほぼ配向された複数のナノ構造とを有する第一基体を備えた物品も提供する。同様に本発明は、付着性材料層の表面に付着して、ほぼ整列した複数のナノワイヤーを有する高分子付着性材料層を含む組成物を提供する。いずれの場合も、ナノ構造は前述のように整列できる。同様に付着性材料層は、前述のように、ホトレジストのようなレジストを含有できる。
【００１４】
本発明は、例えば第一表面上に複数のナノ構造を配置してなる移送基体を備えたシステムも含む。通常、移送基体の第一表面とは反対面に、第一表面を有する受取基体が配置される。移送基体及び受取基体の少なくとも一方の基体には、移送基体の第一表面と受取基体の第一表面とを互いに接触させた後、受取基体の第一表面から移送基体の第一表面を分離するため、自動可能移動（ａｕｔｏｍｏｔａｂｌｅ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）システムが連結される。例えば一実施態様では、移動システムは、移送基体のシートを受取基体のシートと接触させる方向に向けるため、１個以上のローラーを有する。任意に、このシステムは、例えば移動システムが移動して移送基体の第一表面を受取基体の第一表面と接触させる前に、受取基体の第一表面上に付着性材料を沈着するため、受取基体の第一表面上に配置された付着性材料沈着用塗布器を備える。
【００１５】
各種物品、組成物又はシステムを内蔵するキットも本発明の特徴である。このようなキットは、前述の物品、組成物又はシステム部材を、例えば適当な包装部材（例えば関連部品を保持するための容器）や例えば関連物品、組成物又はシステムを使用又は操作するための指示資料を含有できる。
【００１６】
本発明の多数の用法、用途及び変化は以下の開示から容易に明らかとなるし、また一般に本発明内に含まれる。以上のシステム、物品、組成物及び方法は、種々組合せて併用することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図面の簡単な説明
図１は、本発明によるナノ構造沈着方法の概略図である。
【００１８】
図２は、ナノワイヤーベースの電子装置、例えばトランジスターの概略図である。
【００１９】
図３は、装置の導電性チャンネルとしてナノワイヤーの配向集団を用いて作製したトランジスター配列及び個々の装置の概略図である。
【００２０】
図４は、本発明によるナノ構造の沈着及び整列／配向方法の概略図である。
【００２１】
図５は、ナノワイヤー基体を比較的大容量で製造するロール−ロール方法の概略図である。
【００２２】
図６は、本発明に従ってシリコンウエーハー基体上に沈着、配向した半導体ナノワイヤーの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真像である。
【００２３】
詳細な説明
本発明は一般にはナノ材料、特に他の基体材料上に高アスペクト比を有するナノ材料の配置及び／又は配向に使用する装置、システム及び方法に向けたものである。概括的な言葉では本発明は、ナノ材料を“移送基体”とも呼ばれる第一基体から、“受取基体”とも呼ばれる第二基体への移送を含む。ここで、第二基体上にはナノ材料を配置することが望ましい。こうして、まず、ナノ材料は、移送基体の表面上に供給する。移送は、受取基体の表面上に付着した付着性材料を供給することにより行われる。ここで、受取基体上にはナノ材料を沈着、配置及び／又は配向させることが望ましい。次いで移送基体上のナノ材料は、受取基体上の付着性材料と接触させ、両基体表面を共に接触させることにより、ナノ材料を受取基体上に付着させる。
【００２４】
両基体を分離すると、受取基体上の付着性材料と接触するナノ材料は、移送基体から持ち上げられて、付着性材料を有する受取基体の対応部分に移送される。受取基体上の付着性材料の位置を制御することにより、受取基体の所望領域にナノ材料を効果的にパターン化又は配置しながら、受取基体にナノ材料を除去した他の領域を残すことができる。更に、接触工程及び分離工程を制御することにより、こうして沈着したナノ構造の配向及び／又は配置（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を大幅に制御することも可能である。以下の説明から明らかなように、基本的な本発明に対し広範な各種の変化、変形及び改良を実施してもよい。
【００２５】
図１は、本発明で使用される方法の概略図である。概略図のように、これらの図は、単に本発明の特定の態様を明確にする目的のために提示するのであり、“一定の基準で決めること（ｔｏ  ｓｃａｌｅ）”又は本発明のいずれかの態様の詳細図として意図するものではないし、また本発明に対し何らかの限定を与えるものとみなすべきではない。図１のＡに示すように、第一基体、例えば移送基体１０２は、ナノ構造、例えばナノワイヤー１０６を基体表面１０４に配置して供給される。第二又は受取基体１０８を供給する。ナノ構造の沈着が望まれる受取基体１０８の表面１１０上には、付着性材料又は表面処理１１２が付与又は行われる。図１のＢに示すように、両基体は集合させ、これによりナノ構造１０６は、受取基体１０８上の付着性材料表面１１２と接触し、こうしてナノ構造１０６の少なくとも一部は受取基体の付着性材料表面１１２に付着する。両基体を分離すると（図１のＣ参照）、ナノワイヤー１０６は、受取基体１０８上の付着性材料表面１１２に移送される。
【００２６】
前述のように、ナノ材料、例えば少なくとも１つの横断寸法が５００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満の構造材料は、電気特性、光電子特性、光学特性、構造特性等、広範な各種の関心のある特性を有する。これら特性の或るものは、大きな（ｂｕｌｋ）用途、例えば複合体中に取り込んだナノ材料の構造特性に利用できるが、大多数の有用な用途には、ナノ材料の位置決め、配置及び配向に若干の精密測定を必要とする。ナノ材料の配置に関する問題は、ゼロ次元及び一次元ナノ材料の非常によく規定された集団を作製できる新規合成体系により少なくとも部分的には説明されている。高アスペクト比のナノ材料、例えばナノロッド、ナノワイヤー及びナノチューブは、多くの電子的及び光電子的用途に特に有用である。説明を容易にするため、これら高アスペクト比のナノ材料は全て、包括的にここではナノワイヤーという。主として高アスペクト比のナノ材料に焦点を絞っているにも拘わらず、本発明の多くの態様は、低アスペクト比のナノワイヤー、例えば球状又はほぼ球状のナノ結晶、例えば量子ドットの位置決めにも同等に適用できることは理解されよう。
【００２７】
電子的用途、特に大面積又は“マクロ電子的”用途に用いると、特に価値のある特性を示す。特に半導体ナノワイヤーは、一般に単結晶又はほぼ単結晶なので、これらは単結晶シリコン基体の場合と一般に同じオーダーの長さ沿い電子移動度である比較的高い電子移動度を有する。しかし、半導体ナノワイヤーは、自立構造なので、非晶質半導体（その電子移動度は多くの用途には低すぎる）と同様、単結晶半導体の厚板よりも、遥かに高い価格有効的方法で処理できる。非晶質半導体と同様、これらのナノロッド及びナノワイヤーは、可撓性エレクトロニクスを得る方法にも受け入れられる。これらの用途にナノ材料、特に半導体ナノワイヤーを使用することは、例えば各々２００２年９月３０日出願の米国暫定特許出願Ｎｏ．６０／４１４，３２３及び同６０／４１４，３５９；２００３年５月７日出願の同６０／４６８，２７６；２００３年２月５日出願の同６０／４４５，４２１；２００３年５月２９日出願の同６０／４７４，０６５；２００３年７月２２日出願の同６０／４８８，８０１；及び２００３年８月７日出願の同６０／４９３，００５に記載されている。これらの文献は、各々、２００３年９月３０日出願の関連米国特許出願Ｎｏ．１０／６７３，６６９、同１０／６７４，０６０及び同１０／６７４，０７１（各文献の全体の開示は、あらゆる目的のため、全体をここに援用する）の１つ以上に既に援用したものである。
【００２８】
一般に、ナノワイヤー材料、例えば薄膜トランジスター（ＴＦＴ）等から電子部品を製造するには、通常、例えばソース電極とドレン電極間に導電性通路を設けて、ナノワイヤーが製造中の装置の他の電子部品と適切に接触するように、基体材料上にナノワイヤー又はナノロッドを沈着する工程を含む。図２は、ナノワイヤーの電子部品としての使用法を示す。特に、単一ナノワイヤートランジスター装置２００を示し、この装置は、例えばソース電極２０４及びドレン電極２０６の２つの電極に接続するナノワイヤー２０２を備える。両電極は、ベース基体２１０上に配置されている。電界効果トランジスターの場合、ゲート電極２０８は、ナノワイヤー２０２の導電性を調整するため、ナノワイヤーの近くに設けられる。トランジスターとして例示し、説明したが、基本的トランジスター、ＭＯＳＦＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ワイヤー内（ｉｎｔｒａ−）及びワイヤー間（ｉｎｔｅｒ−）ダイオード等の基本的ナノワイヤー構造を含む多くの各種電気装置が製造できることは理解されよう。沈着工程中、ナノワイヤーを配向することにより、例えば電極間に全ての必要なコンタクトを作ることにより、装置の組立に使用される方法の収率を実質的に向上できることが理解されよう。
【００２９】
図２に示すナノワイヤーエレクトロニクスの変形利用には、例えばトランジスター配列３００で図示したように、大面積エレクトロニクスの組立を容易化、比較的高い性能のように高特性のエレクトロニクスを得るため、多数のナノワイヤーを例えばフィルムとして使用できる。特に図３Ａに見られるように、大面積電子装置、配列又は基体、例えば配列３００は、基体又はその複数部分の表面上に配置したナノワイヤー集団を用いて製造される。この配列では、個々の装置、例えばトランジスター３０２は、２つ以上の電極間の空間にほぼ架かる多数の配向ワイヤーを設けることにより、これらナノ材料高アスペクト比を更に利用できる。特に図３Ｂは、２つの電極、例えばソース電極３０８とドレン電極３１０間に半導体チャンネルとして、基体表面３０６上に配置した多数の配向ナノワイヤー３０４を用いて、配列３００から簡素化した電子回路装置を図示する。このようにこれら材料を配向することにより、例えば一電極から他の一電極への方向に対し直角の極めて低い横方向電子移動度で十分な電流密度を与えながら、例えば各ワイヤーの電極間に単結晶半導体電子移動度を効果的に付与できる。更に、前述のように、縦、横共に全体が小規模の各ナノワイヤーにより、簡素化された処理技術を用いて全体が可撓性の電子装置を製造できる。図示のように、トランジスター３０２は、ゲート電極３１２も有する。図３に概略図示したような装置の組立、利用及び性能は、例えば各々、２００２年９月３０日出願の米国特許出願Ｎｏ．６０／４１４，３２３及び同６０／４１４，３５９；２００３年５月７日出願の同６０／４６８，２７６；２００３年２月５日出願の同６０／４４５，４２１；２００３年５月２９日出願の同６０／４７４，０６５；２００３年７月２２日出願の同６０／４８８，８０１；及び２００３年８月７日出願の同６０／４９３，００５にほぼ詳細に記載されている。これらの文献は、各々、２００３年９月３０日出願の関連米国特許出願Ｎｏ．１０／６７３，６６９、同１０／６７４，０６０及び同１０／６７４，０７１（各文献の全体の開示は、あらゆる目的のため、全体をここに援用する）の１つ以上に援用したものである。
【００３０】
エレクトロニクス用に使用されるナノワイヤーは、平坦な基体表面上にこれらの延伸構造を成長又は合成して製造される。一例として、米国特許出願公開Ｎｏ．ＵＳ−２００３−００８９８９９−Ａ１は、蒸気相エピタクシーを用いて、固体基体に付着した金コロイドから均一な半導体ナノワイヤー集団を成長させる方法を開示している。Ｇｒｅｅｎｅ等（“Ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｗａｆｅｒ  ｓｃａｌｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＺｎＯ  ｎａｎｏｗｉｒｅ  ａｒｒａｙｓ”，Ｌ．Ｇｒｅｅｎｅ，Ｍ．Ｌａｗ，Ｊ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇｅｒ，Ｆ．Ｋｉｍ，Ｊ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｙ．Ｚｈａｎｇ，Ｒ．Ｓａｙｋａｌｌｙ，Ｐ．Ｙａｎｇ，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．４２，３０３１−３０３４，２００３）は、溶液ベース低温ワイヤー成長法を用いて、ナノワイヤーを交互に合成する方法を開示している。他の長いナノ材料の合成に、米国特許Ｎｏ．５，５０５，９２８；６，２２５，１９８；及び６，３０６，７３６に開示される短いナノ材料の製造のための界面活性剤ベース合成法、公知の炭素ナノチューブの製造法（例えばＤａｉ等のＵＳ−２００２／０１７９４３４参照）等、他の各種方法が使用されている。本発明方法、装置及びシステムには、ここで述べたようなこれら各種材料のいずれも又は全て使用してよい。半導体用には、製造する装置の最終の用途に従って、広範な種類のＩＩＩ−Ｖ、ＩＩ−ＶＩ及びＩＶ半導体を利用してよい。一般にこの種の半導体ナノワイヤーは、例えば前述のＵＳ−２００３−００８９８９９−Ａ１に記載されている。同様に、各種のＩＩＩ−Ｖ、ＩＩＩ−Ｖ及びＩＶ半導体のいずれかから組み立てた半導体ナノロッド及び量子ト゛ットも報告されている。特定の好ましい実施態様ではナノワイヤーは、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂ，ダイヤモンド，Ｐ，Ｂ−Ｃ，Ｂ−Ｐ（ＢＰ６），Ｂ−Ｓｉ，Ｓｉ−Ｃ，Ｓｉ−Ｇｅ，Ｓｉ−Ｓｎ及びＧｅ−Ｓｎ，ＳｉＣ，ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ，ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ，ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＳｂ，ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ，ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ，ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ，ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ，ＧａＮ／ＧａＰ／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及びこれら半導体の２種以上の適切な組合せよりなる群から選ばれる。
【００３１】
各種態様では、少なくとも１種のこれら半導体は、周期表第ＩＩＩ族のｐ型ドーパント；周期表第Ｖ族のｐ型ドーパント；Ｂ、Ａｌ及びＩｎよりなる群から選ばれたｐ型ドーパント；Ｐ、Ａｓ及びＳｂよりなる群から選ばれたｎ型ドーパント；周期表第ＩＩ族のｐ型ドーパント；Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ及びＨｇよりなる群から選ばれたｐ型ドーパント；周期表第ＩＶ族のｐ型ドーパント；Ｃ及びＳｉよりなる群から選ばれたｐ型ドーパント；Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅよりなる群から選ばれたｎ型ドーパント；よりなる群のドーパントを任意に含有してよい。
【００３２】
本発明の特定の態様では、単結晶ナノワイヤーの他に、ナノワイヤーヘテロ構造、例えば縦又は同軸のヘテロ構造を使用してもよい。このような同軸又は縦型ヘテロ構造のナノワイヤーは、例えば国際特許出願公開Ｎｏ．ＷＯ  ０２／０８０２８０に詳細に記載されている。この文献は、あらゆる目的のため、ここに援用する。
【００３３】
一般に無機半導体材料について説明したが、ここで述べた沈着及び整列技術は、いかなる材料、及び本発明の配向態様の目的で、いかなる長いナノ材料、例えばナノロッド、炭素ナノチューブ、重合体ナノ繊維、有機又は無機ナノフィラメント、蛋白質ナノ小繊維等の沈着及び／又は配向に使用してよい。
【００３４】
本発明ではナノワイヤーは、移送基体の表面に配置して、好ましくは移送基体の表面に付着して供給される。本発明目的には移送基体は、例えばコロイドベース法を用いて、表面にナノワイヤーを合成した基体を含んでもよいし、或いは異なる基体を含んでもよい。例えば第一の態様では移送基体は、表面にナノワイヤーを成長又は合成した基体を含んでよい。特に多くのナノワイヤー製造法には、基体表面に粒子又はコロイド、例えば金コロイドを沈着させ、蒸気相エピタキシャル成長を利用して半導体ナノワイヤーの成長を種付けするのに使用される。得られたナノワイヤーは、基体上で合成されたため、基体表面につなぎ止められる。このようなワイヤーの合成の検討については、例えばＵＳ−２００３−００８９８９９−Ａ１参照。
【００３５】
代りの態様ではナノワイヤーは、移送基体とは他の所で製造してから、移送基体上に沈着させてよい。例えばナノワイヤーは、成長基体上で製造し、ここから収穫してよい。例えば取扱い易さのため、通常、流体懸濁液中に配置した自由なナノワイヤーは、次に移送基体の表面上に沈着させる。ナノワイヤーを移送基体の表面上に沈着させるには、多くの手段で行ってよい。例えばナノワイヤーの流体懸濁液を例えばスピンコーティング法で表面に塗布してもよいし、或いは表面に流し、続いて移送基体の表面に定着させればよい。ナノワイヤー移送基体の表面に定着させるには、ナノワイヤーと表面間の自然力、例えばファンデルワールス力を利用するか、基体及び／又はワイヤーの表面に付着力を高める機能層、例えば化学結合層、即ち、表面にポリリシン、ポリブレン、シラン又は他の酸化物等の塗布層を組み込むことにより達成できる。ナノワイヤーを基体、例えば移送基体の表面に付着させるのに有用な付着材の検討については、例えば２００３年４月１日出願の米国特許出願Ｎｏ．１０／４０５，９９２参照。この文献は、あらゆる目的のため、全体をここに援用する。
【００３６】
或いは、以下に詳細に説明するように、ナノワイヤーを受取基体に付着させるための同様な付着性材料を使用してもよい。但し、これらの材料は、ナノ材料を移送基体から受取基体に移送できるようにこれらの基体上に適切に処方する。
【００３７】
前述のように、移送基体は、実質的にいかなる材料を含んでもよい。例えば表面上でナノワイヤーを成長させる移送基体の場合、硬い固体基体、例えばシリコンウエハー、ガラス板、重合体板、セラミック板等を含んでよい。或いは可撓性材料、例えば可撓性箔、例えばアルミニウム、金等の箔、可撓性重合体シートを含んでよい。但し、可撓性材料は、ナノワイヤー合成法と適合可能である。例えば移送基体が、中間基体、例えばその上にナノワイヤーを組み立て後、沈着させる基体である場合、このような基体は、実質的にいかなる好適な材料、例えば最終の方法に従って取り扱われる（ｍａｎｉｐｕｌａｔｅ）好適な材料やナノワイヤーを受取って付着させるのに好適な材料を含有できる。特に好ましい態様では、その上にナノ構造を組み立てる移送基体は、このような製造にいかなる好適な基体材料も含有してよい。例えば比較的高温のＣＶＤ又はその他の蒸気相合成法で製造されるナノワイヤー又はその他の構造の場合、基体は、シリコン又はガラスのような固体シリカ又はその他の半導体ベースの基体、或いはこの方法で使用されるいかなる他の基体表面も含んでよい。
【００３８】
或いは表面に予め合成したワイヤーを沈着させる移送基体は、前述のような固体基体屋重合体フィルム又はその他の有機材料のような更に温度又は化学的に敏感な基体等、多数の異なる材料で構成してよい。
【００３９】
幾つかの場合、ナノ構造は、ほぼ整列又は配向した状態でこれらの構造を受取基体に移送するように、移送基体上で予め配向させてよい。例えば受取基体上の構造は、以上のようにほぼ配向される。移送基体上でナノ構造を配向させるには、多くの方法で行ってよい。例えばこれらの構造は、“コーミング”して整列又は配向させてよい。このようなコーミングは、構造保持基体を、物理的構造、例えば直線定規（ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｅｄｇｅ）又は直線表面と接触させる工程を含んでよい。この物理的構造は、前記ナノ構造を横断して引きずられ、これら構造をずれさせ整列させるものである。或いは構造上に流体を流して、表面に付着される構造を流動整列させる流体をベースとする方法を採用してよい。他の態様では、これらの構造は、予め整列した配向に製造してよい。例えばナノワイヤーの整列した成長は、前述の米国特許出願Ｎｏ．１０／４０５，９９２に記載されている。この文献は、あらゆる目的のため、全体をここに援用する。更に、ナノ構造を受取基体上に整列させる点については、このような整列が移送後の受取基体上のナノ構造に適用してよいことは理解されよう。
【００４０】
ナノワイヤーを移送基体から受取基体に簡単に移送する他、特定の態様では、本発明は、受取基体上に移送されるワイヤーに特定の位置決め及び／又は整列を行う。例えば基体全体の選択部分に付着性材料を供給するか、表面処理を行うことにより、ナノ構造、例えばナノワイヤーが移送及び／又は配置される場所を正確に選択できる。例えば図３において、複数のナノワイヤーは、基体上の選択領域だけ、例えば領域３１４（断続線輪郭箱で示す）だけパターン化した付着性材料を供給することにより、全受取基体３０６の選択部分に配置できる。付着性表面のパターン化は、従来、利用可能な多くの技術により容易に行える。例えば物理的マスキング法を用いて選択領域に付着性材料を塗布してもよいし、或いは従来の写真平版技術を用いてホトレジストからパターン化してもよい。
【００４１】
一般に本発明は、ナノワイヤーを受取基体表面に接触させながら、付着させるが、まだ移送基体から分離されずに、移送基体又は受取基体を相手の基体にシフトさせることにより、移送したナノワイヤーの整列に影響する。特に表面にナノワイヤーを配置した移送基体が、付着性材料を保持した受取基体表面と接触すると、移送基体又は受取基体の一方が他方の基体に対し移動して、例えばナノワイヤーを整列中に引っ張り込むことにより、移動方向にナノワイヤーを整列させる。これらの基体を分離すると、沈着したナノワイヤーは、ほぼ整列した配向で配置される。
【００４２】
“ほぼ整列した配向”とは、ナノ構造集団中の大部分のナノ構造が主として所定の軸とほぼ平行に配向されることを意味し、また集団の大部分の中でこのような構造の整列が所定の軸から３０度以下、好ましくは２０度以下変化し、多くの場合、所定の軸から１０度未満、又は更には５度未満変化する配向を有する。
【００４３】
一方の基体から他方の基体への相対移動は、通常、平均のナノワイヤーが沈着、整列している長さの範囲で、通常、それ以下である。したがって、これらの基体は、互いに対し５ｍｍ以下（最初の接触位置から）移動する。多くの場合、これより短い移動でよく、例えばこれらの基体は、互いに対し１ｍｍ、１００μｍ、１０μｍ又は１μｍ以下、更には１μｍ未満シフトさせてよい。幾つかの場合、高密度沈着のナノワイヤー又はナノ構造は、基体上の引きずり距離を長くするか、又は一箇所に更にナノワイヤー又は他のナノ構造を沈着させるため、分離及び再接触工程を間に入れて、短距離の引きずり工程を繰り返すことにより達成できる。
【００４４】
一般に、ここで述べた正確な移動段階、微細取扱機等の取扱操作を行う設備は容易に入手できる。ロール移送の場合、一方の基体から他方の基体への移動は、一方の基体のロール速度を他方の基体のロール速度に対し変化させることにより、影響を受け、例えば一方の基体を他方の基体よりも僅に遅く移動させると、受取基体と接触するナノワイヤーは、異なる速度方向で整列中に引っ張り込まれる。
【００４５】
図４は、本発明の移送及び整列の組合せ法の概略説明図である。要するに、ナノワイヤー４０６を保持する移送基体４０２は、受取基体４０８の付着性表面４１２（図４のＡ、Ｂ参照）と接触し、そこでワイヤーは付着性表面に付着する（図４のＢ参照）。両基体を分離する前に、移送基体４０２及び受取基体４０８の一方又は両方は、例えば図４Ｃの矢印で示すように、他方の基体に対し移動して、相対速度方向にワイヤーを整列中に引っ張り込む。このような整列に続いて、両基体は分離され、受取基体４０８上にほぼ整列して配置されたナノワイヤー４１４を残す。以上の方法は受取基体上へのナノ構造を整列配置について説明したが、特定の場合、受取基体は移送基体として使用でき、例えば前述の整列配置法は、次の移送工程でナノ構造を予め整列するため、例えば予め整列又は配向したナノ構造を別の受取基体に移送するのに使用できることは理解されよう。
【００４６】
中間移送基体の場合、例えば移送基体が受取基体以外の場合、このような中間基体は、例えばナノ構造を受取基体に移送するため、移送基体からナノ構造を容易に取り除けるように、処理することが望ましいかも知れない。一例として、移送基体表面は、化学的に処理して、ナノ構造に対する付着性を受取基体よりも弱くし、こうして容易に移送させる。このような処理の具体例としては、非粘着材料、例えばテフロン又はその他の有機塗膜材料の塗布がある。同様に、化学処理は、活性化剥離を与える、例えばナノ構造を移送基体に結合する光、化学又は熱分解性化学結合基を付与する処理でもよい。受取基体と接触すると（又はこのような接触の前に）、活性化可能基は活性化して、ナノ構造を剥離し、移送を容易にする。例えば移送が望まれるまで、静電力又は磁力を用いてナノ構造を移送基体上に維持する等のナノ構造を移送基体に連結する他の可逆的結合又は連結技術も採用してよい。
【００４７】
移送基体と同様、受取基体も材料から組み立てた装置の最終の用途に対する必要性に適合する材料であれば、事実上、いかなる材料で構成さててもよい。例えば特定の用途には、極限の熱に高度の耐性を有する硬質基体、薬剤等を必要とするかも知れない。更に他の用途では最終の装置は、可撓性、透明性、薄さで、又は下層の基体により付与できる多くの他の特性、例えば低価格又は低ガラス転移点（Ｔｇ）で利益を受ける。アンテナ用には、例えば高いか又は制御された誘電率、低損失、十分に制御された厚さ等、良好なＲＦ性能特性を有する材料が好ましい。同様な特性は、積み重ね回路又は積層回路、或いは量産電子部品、例えばＲＦＩＤタグに有用であるかも知れない。これらは、各層、別々に基体の特性を利用するため、各層にベース基体を選択的かつ差別的に付与する能力によっても利益を受けられる。
【００４８】
特定の好ましい態様では、移送基体は平坦なシート又はロールに巻けるシートとして供給される可撓性シートである。移送基体をロール又はシートとして供給することにより、ロールからロールへの工業的方法、或いはナノワイヤーを受取基体に沈着する際の積層型方法に容易に使用できる。同様に受取基体は、最終用途のベース基体として、例えば可撓性マクロ電子基体として使用できる可撓性の材料、シート又は基体として供給するのが好ましい。一例として図５の、ロールからロールへの方法を用いて、ナノ構造を受取基体上に沈着及び／又は配向する方法及び関連設備５００の概略図で説明する。特に、移送基体５０２は、適当なドラム又はローラー５０４に巻かれて供給される。同様に、受取基体５０６は、第二ドラム又はローラー５０８上に供給される。移送基体は、その表面５１０上に配置されたナノ構造を有する。受取基体表面は、付着性材料又は付着性材料処理で予備処理しておいてもよいし、或いは受取基体が移送基体に接触する前に、受取基体をドラムから巻き戻してから、このような付着性材料を例えばアプリケーター５１２で塗布しておいてもよい。アプリケーター５１２としては、使用される付着性材料及び所望厚さ及び／又は付着性材料塗膜の均一性に応じて、スプレーアプリケーター、蒸気相アプリケーター、ナイフアプリケーター等が挙げられる。或いは特定の好ましい態様では、アプリケーター５１２は、受取基体５０６の表面に予め配置した材料に活性化剤を塗布するのに使用される。例えばアプリケーターは、付着性表面となる表面上の化学基を活性化させる活性化エネルギーを適用してよい。或いは、受取基体は、露光又は溶剤、例えばアセトンにより、付着性にすることができる材料、例えばホトレジスト重合体の塗膜を備えてよい。このような処理はここで詳細に説明する。
【００４９】
受取基体上の付着性表面に塗布及び／又は活性化を行った後、移送基体シート及び受取基体シートは、供給ローラー５１４、５１６を有する移動モジュールに通し、更にドラムプレス５１８、５２０及び任意に５２２、５２４間に通す。ここで、ナノワイヤーを保持した移送基体は、受取基体上の付着性表面と接触する。これらのロールプレス間に加える圧力は、通常、ナノ構造の性能、付着性材料に依存する。更に幾つかの場合、接触工程には他の要素、例えば加熱等を適用してよい。両基体の接触に続いて、この積層シートは、それぞれの構成シートに分離すると、移送基体表面５１０上のナノワイヤーの或る部分は、受取基体５０６の表面に全部又は一部移送される。次に、移送基体及び新たに沈着した受取基体の用済みロールは、次の処理工程まで動かし、例えばそれぞれ引取ドラム５２６、５２８上に転がす。
【００５０】
ナノ構造を受取基体の付着性表面に同時に沈着、配向させたい場合、本方法は若干、変形してもよく、この場合は、単に移送基体ローラードラム、例えば供給ドラム及び引取ドラム５０４、５２６をそれぞれ、対応する受取基体用の供給ドラム及び引取ドラム、例えば５０８、５２８よりも若干、早いか遅い速度で動かすだけである。その結果、接触工程中、一方の基体は、他方の基体よりも早く移動し、ワイヤーは両基体に連結されながら、異なる基体速度の方向に両基体の表面間に配置されたナノワイヤーを伸び又は引っ張り整列させる。
【００５１】
受取基体上の付着性材料としては、広範な各種の異なる材料が使用できる。非限定的な具体例として、このような付着性材料は、例えば付着性重合対の薄膜のように、受取基体の表面に塗布する材料を含んでもよいし、或いは基体表面を適当な付着性にするため、受取基体又は他の基体の表面に適用する表面処理を含んでもよい。なお更なる代りの態様では、付着性材料は、付着性を得るため、受取基体又は他の基体の表面に適用する表面誘導体化、例えば付着特性が得られるように、受取基体又は他の基体の表面部分に直接、化学官能基を連結することを含んでよい。最後に、幾つかの場合、受取基体又は他の基体の表面は、例えばいかなる変形もない、現状の形態で付着特性を付与してもよい。
【００５２】
前述のように、本発明の好ましい態様では、重合体付着性材料が使用され、一般に受取基体又は他の基体の表面に薄膜として塗布される。重合体薄膜の適用は、スピン塗布、浸漬塗布、スプレー塗布、積層、現場での重合等、公知の各種方法で達成できる。
【００５３】
本発明では事実上、いかなる重合体接着剤、例えば接触又は感圧接着剤も、適用すべき最終の装置又は物品の適用性能に応じて適用できる。しかし、特定の好ましい態様では、付着性領域への選択的沈着の際、容易に基体上をパターン化できる能力があること、及び光学的又は化学的手段で付着特性を変性できる能力があることから、レジスト材料、例えばホトレジストである重合体が付着性層として使用される。このような適用に好適な市販のホトレジストとしては、例えばＳｈｉｐｌｅｙ  Ｓ１８００，Ｓ１８１３，ＳＰＲ  ２２０，ＳＴＲ  １０００，ＳＰＲ  ３０００，ＳＰＲ  ３６００，ＳＰＲ  ５００．ＳＰＲ  ９５５−ＣＭ，Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ  Ｓｕ−８及びＳｕ８  ２０００，ＰＭＭＡ，ＨＤ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ  ＨＤ  ４０００，４００１及び４０１０，Ｃｌａｒｉａｎｔ  ＡＺ１５１８，ＡＺ４４００及びＡＺ４６２０，及びＤｏｗ  Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅレジストが挙げられる。
【００５４】
代りの態様では、他の重合体接着剤が付着性材料として使用でき、受取基体の表面上に容易に供給できる。パターン化付着性層の場合、受取基体表面上の所望領域に接着剤を選択的に塗布するのに、スピン塗布法、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、或いは物理的マスク上への蒸気又はスプレー沈着を使用してよい。更に又は代りに、ホトマスクについては、このような接着剤は、更に紫外線又は光硬化性であってもよく、この場合、ホトマスク、又はその他の露光システム、例えばレーザー書き込みを用いて容易に光パターン化できる。この種の接着剤としては、例えば３Ｍ、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．、Ｒａｄ−Ｃｕｒｅ等から容易に入手できる広範な種類の接着材料がある。
【００５５】
或いは、複合又は重合体接着材料の他、受取基体表面上の付着性材料は、受取基体又は他の基体表面の変性、例えば表面を軟化させるか、化学基を取り付けるか、更に付着性にするため、表面を誘導体化して、表面を軟らかく又は粘着性にする；付着性材料と接触させるか、又は密に近接させるナノ構造と特異的又は非特異的に結合するか、さもなければ会合する基体表面に化学部分を連結する（本発明目的のため、ナノ構造と付着性材料との接触には、ナノ構造が受取基体上に付着できるように、このような付着性材料をナノ構造に十分密接に近接させて、化学部分と結合させるか、さもなければ会合させることが含まれる）等の変性を含んでよい。このように、付着性材料は一般に受取基体とは別の材料層として説明したが、受取基体は全体又はほぼ全体が付着性材料として機能する材料で構成されていてもよい。例えば受取基体として使用される重合体シートは、生来の、又は化学的、光学的又は熱的処理による付着性表面を持っていてよい。少なくとも１つの具体例では、ホトレジスト材料、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の表面を化学的又は露光により、又は重合体のガラス転移点を超える温度に上げることにより、部分的に軟化させ、下層の硬質ＰＭＭＡ受取基体上にＰＭＭＡ付着性表面を生成できる。
【００５６】
溶剤処理には、幾つかの場合、溶剤の塗布を更に良好に制御すると共に、レジスト層の一部だけ（単に基体又は受取基体全体又は他の基体全体上の層であるかどうか）容易に軟らかくできるように、蒸気相で使用するのが有用であるかも知れない。溶剤／重合体の組合せは当業者によく知られている。例えば広範な重合体材料には、乳酸エチルやピルビン酸エチルは特に有用な溶剤である。同様に、特に下層のシリコン又は酸化珪素材料、例えばワイヤー又は基体に対する溶剤の影響を避けることが望ましい場合は、一般にアセトンのような他の有機溶剤を使用してよい。
【００５７】
同様に、受取基体がナノ構造に対し、自然の付着性を持った材料からなる場合は、受取基体の表面を変性することなく、付着性材料を供給できる。例えばシリカベースのナノ構造、例えばシリコンナノワイヤーの場合、多くの平坦な基体は、ファンデアワールス相互作用により、自然にナノワイヤー構造に付着する。例えばガラス受取基体は、非常に強力な付着力で接触したナノワイヤーに自然に付着する。本発明ではこの表面性能は、付着性材料として包含される。ガラス、その他の材料等の他の平坦な表面へのナノワイヤー表面の付着力については、２００３年４月１７日出願の米国暫定特許出願Ｎｏ．６０／４６３，７６６で、現在は２００３年９月１２日出願の米国特許出願Ｎｏ．１０／６６１，３８１に詳細に記載されている。各文献は、あらゆる目的のため、全体をここに援用する。
【００５８】
受取基体上にナノ材料を単に沈着させる他、ここで説明した方法、システム及び組成物は、ほぼ配向したナノ構造の沈着にも有用である。ここで使用した“ほぼ配向した”とは、少なくとも１つの長い軸又は主軸、例えばナノ構造個々の主軸が共通軸にほぼ平行に配置されるように、配向又は整列した長さを有するナノ構造の集団又は副集団を言い、一集団中のナノ構造の少なくとも５０％は、共通軸に対し３０°以内に配置されたナノ構造の主軸で配置され、ナノ構造の好ましくは少なくとも６０％、更に好ましくは少なくとも８０％、なお更に好ましくは少なくとも９０％は、共通軸に対し３０°以内、好ましくは共通軸に対し少なくとも１０°以内、更に好ましくは共通軸に対し少なくとも５°以内に整列している。
【００５９】
本発明によるナノ構造の実質的な整列は、一般に“粘着（ｓｔｉｃｋ）及び引きずり（ｄｒａｇ）”法又はその誘導法で行われる。特に前述の沈着法と同様、ナノ構造保持移送基体を受取基体上の付着性層又は付着性材料と接触させて、ナノ構造を受取基体に付着させる。しかし、ナノ構造から移送基体を単に分離する代りに、ナノ構造を両基体に効果的に連結しながら、移送基体及び／又は受取基体を互いに対し移動させる。その結果、ナノ構造は、通常、移動方向に整列中に引っ張り込まれる。この整列法の有効性は、この工程中、ナノ構造の大部分が主軸と平行するナノ構造の対向端のいずれかの所又は近くに付着する場合、例えばナノワイヤー又はナノロッドが一端に付着し、他端は受取基体の付着性部分と接触するように、通常、受取基体から伸びている場合に増大することは理解されよう。しかし、本発明では、ここで定義したように、後の沈着及び整列の十分なナノ構造は共通軸と平行にほぼ配向していれば、移送基体上に更にランダムに配置されたナノ構造でも所望水準の整列は達成できる。
【００６０】
いったん受取基体上に沈着、配向されると、ナノワイヤーの配向集団には、最終用途に使用される追加の処理を行ってよい。例えば受取基体上に配向沈着ワイヤーを残すため、受取基体から付着性材料を除去してもよい。通常、付着性材料は多くの異なる方法で除去できるが、一般には、同一場所及び配向で沈着したナノワイヤーは、なお残しておく。一例として、特に有機付着性材料を使用した場合、受取基体は、ワイヤー沈着後、半導体工業で正規に使用されている慣用のフラズマ清掃技術を用いて、付着性材料を除去してよい。プラズマ又は他の蒸気をベースとする清掃法は、付着したナノワイヤーを物理的に撹乱することなく、付着性材料を除去できるので、多くの場合、好ましい。
【００６１】
代りの態様では付着性材料は、溶剤をベースとする方法で除去できる。例えば付着性材料としてホトレジストを用いた場合、付着性材料にナノワイヤーを沈着後、付着性材料を露光して、適当な現像溶液に溶解させればよい。有用なホトレジスト／現像溶液の組合せは、半導体工業で周知であり、一般に、例えばＤｏｗ，ＭｉｃｒｏＣｈｍ，Ｓｈｉｐｌｅｙ等から市販品として入手できる。他の実施態様では、アセトン、クロロベンゼン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、乳酸エチル、エチル又はメチルセロソルブアセテート、ジグリム、又は付着性材料を容易に溶解できる他の工業用溶剤が受取基体から付着性材料を除去するのに使用できる。更に、例えば特定の用途にはアセトンに続いてイソプロパノール処理を用いて残存材料を除去してもよい。
【００６２】
或いは付着性材料は、非付着性状態に変換してもよく、例えばホトレジストを柔らかく又は硬く焼くか、硬化させてもよい。ナノ構造上に更に層を沈着してもよく、及び／又は受取基体上に更に任意成分、例えば酸化層又は他の絶縁体、金属痕跡又は電極、例えばソース、ドレン及びゲート電極からパターン化等を適用してもよい。現存の付着性材料を利用するか、ナノ構造の第一層上に更に付着性材料を適用することにより、配向沈着構造の層上に、例えば沈着及び／又は配向した更なるナノ構造を適用してもよい。このような構造は、例えば各々異種材料からなる異種のナノ構造層を、このような方法で適用することにより、例えばダイオード、接続部として使用できる。このような二元的沈着及び／又は配向方法を用いると、別々の均質層が存在する各種の異質ナノ構造を有する装置又はシステムを創作できる。
【００６３】
更なる処理工程の具体例としては、ナノワイヤーベースのトランジスター、ダイオード用等のソース、ドレン及びゲート電極を形成するための整列したナノ構造集団の金属沈着全体又は複数部分がある。絶縁層は、沈着ナノワイヤーに一体的であっても、或いはナノワイヤー上に別々に沈着していてもよい。これらナノワイヤー集団の他の各種用途及び方法については、例えばＷＯ  ０２／０８０２８０、ＷＯ  ０２／１７３６２；各々２００２年９月３０日出願のＵＳＳＮ（米国暫定特許出願Ｎｏ．）６０／４１４，３２３，６０／４１４，３５９；２００３年５月７日出願の同６０／４６８，２７６；２００３年５月２９日出願の同６０／４７４，０６５；２００３年２月５日出願の同６０／４４５，４２１；２００３年７月２２日出願の同６０／４８８，８０１；及び２００３年８月７日出願の同６０／４９３，００５に記載されている。これらの文献は、各々、２００３年９月３０日出願の関連米国特許出願Ｎｏ．１０／６７３，６６９、同１０／６７４，０６０及び同１０／６７４，０７１（各文献の全体の開示は、あらゆる目的のため、全体をここに援用する）の１つ以上に援用したものである。
【実施例】
【００６４】
実施例
ナノワイヤーを基体上にほぼ整列した配向で沈着させるため、ここで説明した方法を使用した。特に、受取基体として、４インチシリコンウエーハーを使用し、感圧接着剤の溶液（ＰｏｌｙＳｃｉｅｎｃｅｓ５３４０２８の３０％イソプロパノール溶液）を直径約５０μｍの接着剤スポットでパターン化した。スポット化はＸＹＺロボット及びピペッターを用いて行った。沈着後、スポットを６０℃で乾燥して、ウエーハーの表面上に約１０μｍ厚の接着剤パッドを形成した。
【００６５】
他の４インチシリコンウエーハー上にＬｉｅｂｅｒ等が概説している標準金コロイドベースのＣＶＤ成長法（ＵＳ２００３−００８９８９９−Ａ１参照）を用いて移送基体を作製した。得られた移送ウエーハーは、各々概略、直径約４０ｎｍ、長さ４０μｍの（ＳＥＭ検査で概算）のナノワイヤーの被覆を有していた。
【００６６】
ナノワイヤーと接着剤パッドとが圧力を掛けることなく接触するように、移送ウエーハーのワイヤー表面に、接着剤パッドを保持した受取ウエーハー基体の表面を着地させた。次いで両ウエーハーを反対方向に合計距離１ｍｍずらし分離した。
【００６７】
次いで受取基体をプラズマ清掃機に入れ、接着剤等の有機材料を除去した。いったん清掃後、受取基体をＳＥＭで分析した。図６は、清掃後、除去した接着剤パッドの所に固着した残存配向ナノワイヤーのＳＥＭ写真像である。
【００６８】
本発明を明確化及び理解のため、若干詳細に説明したが、本発明の真の範囲を逸脱しない限り、形態及び詳細の種々の変化が可能なことは当業者ならば明らかであろう。例えば以上説明した技術及び装置の全てを種々組み合せて使用できる。全ての文献、特許、特許出願、及び／又は他の文献は、各々個々の文献、特許、特許出願、及び／又は他の文献があらゆる目的で援用するように個別に指示したのと同じ程度に、あらゆる目的でそれらの全体を援用する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１のＡ、Ｂ、Ｃは各々、本発明によるナノ構造沈着方法を説明するための概略図である。
【図２】ナノワイヤーベースの電子装置、例えばトランジスターの概略図である。
【図３】装置の導電性チャンネルとしてナノワイヤーの配向集団を用いて作製したトランジスター配列及び個々の装置の概略図である。
【図４】図４のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは各々、本発明によるナノ構造の沈着及び整列／配向方法を説明するための概略図である。
【図５】ナノワイヤー基体を比較的大容量で製造するロール−ロール方法の概略図である。
【図６】本発明に従ってシリコンウエーハー基体上に沈着、配向した半導体ナノワイヤーの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真像である。
【符号の説明】
【００７０】
１０２    移送基体
１０４    移送基体表面
１０６    ナノワイヤー
１０８    受取基体
１１０    受取基体表面
２００    単一ナノワイヤートランジスター装置
２０４    ソース電極
２０６    ドレン電極
２０８    ゲート電極
２０２    ナノワイヤー
２１０    ベース基体
３００    トランジスター配列
３０２    トランジスター
３０４    配向ナノワイヤー
３０６    基体表面
３０８    ソース電極
３１０    ドレン電極
３１２    ゲート電極
３１４    パターン化領域
４０２    移送基体
４０６    ナノワイヤー
４０８    受取基体
４１４    ナノワイヤー
５００    設備
５０２    移送基体
５０４    ドラム又はローラー
５０６    受取基体
５０８    第二ドラム又はローラー
５１０    基体表面
５１２    アプリケーター
５１４、５１６    供給ローラー
５１８、５２０    供給ローラー
５２２、５２４    ドラムプレス
５２６、５２８    引取ドラム
【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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