(57)【要約】本発明は、ナノワイヤ−材料複合体を生成するシステムおよび処理に関わる。ナノワイヤ（６０６）が少なくとも一つの表面の一部分（６０４）に取り付けられた基板が提供される。ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう、当該部分上に材料が堆積される。処理は、独立したナノワイヤ−材料複合体を生成するよう基板からナノワイヤ−材料複合体を分離することを必要に応じて含む。独立したナノワイヤ−材料複合体は、必要に応じて、電子基板に更に処理される。様々な電子基板は本明細書記載の方法を用いて形成される。例えば、多色発光ダイオードは、それぞれの複合体層が異なる波長で光を発するナノワイヤ−材料複合体の多数の積層された層から形成され得る。
2007501525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノワイヤ−材料複合体を生成する方法であって、
（ａ）ナノワイヤが少なくとも一つの表面の一部分に取り付けられた基板を提供する工程と、
（ｂ）該ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう該一部分上に材料を堆積する工程と、を包含する方法。
【請求項２】
前記基板が、シリコンウェハである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板が、半導体、ガラス、セラミック、ポリマー、金属、または、その複合体である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記半導体が、ＩＶ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、または、ＩＩＩ−Ｖ族半導体である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ポリマーが、エラストマー、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記工程（ａ）が、
少なくとも一つの表面が剥離層によって被覆され、ナノワイヤが該剥離層の一部分に取り付けられた基板を提供する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記剥離層がポリマー、ガラス、金属、または、半導体である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
（ｃ）独立したナノワイヤ−材料複合体を生成するよう前記基板および前記複合体から前記剥離層を除去する工程を更に包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記除去する工程が、前記剥離層を流体と接触させ前記流体が前記剥離層を除去する工程を包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記工程（ｂ）が、前記材料を前記表面にドロップ・キャスティングする工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記工程（ｂ）が、前記材料を前記表面にスピン・コーティングする工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記工程（ｂ）が、前記材料を前記表面にブレード・コーティングする工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ブレード・コーディングが、前記ナノワイヤが長軸に対して平行に整列されるよう、前記材料を前記表面にブレード・コーティングする工程を包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記工程（ｂ）が、前記材料が前記一部分に堆積され、前記ナノワイヤが長軸に対して平行に整列されるよう前記材料のバスから該一部分を除去する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記工程（ｂ）が、前記ナノワイヤが長軸に対して平行に実質的に整列されるよう前記材料を前記基板に一方向に適用する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料が、ポリマー、プレポリマー、セラミック、ガラス、金属、または、その複合体である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記材料が、エラストマー、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記材料が、少なくとも二つ以上の異なるポリマーの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記材料が、ポリマーと溶媒の混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記材料が、ニート・ポリマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記材料が、少なくとも二つ以上のエポキシ・プレポリマーの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記材料が、単量体と開始剤の混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記開始剤が光開始剤または加熱活性開始剤を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記工程（ｂ）の後に前記材料を硬化させる工程を更に包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記硬化させる工程が、前記材料から溶媒を蒸発する工程を包含する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記硬化させる工程が、エポキシ・ポリマーを生成するよう少なくとも二つ以上のエポキシ・プレポリマーを混ぜる工程を包含する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記硬化させる工程が、前記プレポリマーを重合する工程を包含する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記工程（ｂ）の後に、
（ｃ）独立したナノワイヤ−材料複合体を生成するよう前記基板から前記ナノワイヤ−材料複合体を分離する工程を更に包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記分離する工程が、ブレードを用いて前記ナノワイヤ−材料複合体を前記基板から分離する工程を包含する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記分離する工程が、前記基板を溶解して前記独立したナノワイヤ−材料複合体を生成する工程を包含する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記分離する工程が、前記基板を電気化学的にエッチングして、前記独立したナノワイヤ−材料複合体を生成する工程を包含する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
（ｄ）前記独立したナノワイヤ−材料複合体から前記ナノワイヤを分離する工程を更に包含する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記工程（ｄ）が、前記材料が流体に溶解されるよう、前記独立したナノワイヤ−材料複合体を該流体と接触させる工程を包含する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記工程（ｄ）が、前記材料を灰化するに十分な温度まで前記独立したナノワイヤ−材料複合体を加熱する工程を包含する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
（ｄ）前記独立したナノワイヤ−材料複合体を第２の独立したナノワイヤ−材料複合体上にラミネートする工程を更に包含する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
方向付けられたナノワイヤを堆積する方法であって、
（ａ）ナノワイヤが少なくとも一つの表面の一部分に取り付けられた第１の基板を提供する工程であって、各ナノワイヤの第１の端部が該一部分に取り付けられている工程と、
（ｂ）ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう該一部分上に材料を堆積する工程と、
（ｃ）パターン化された複合体を生成するよう該ナノワイヤ−材料複合体をパターン化する工程と、
（ｄ）該第１の基板から該パターン化された複合体を分離する工程と、
（ｅ）該ナノワイヤが第２の基板に対して実質的に平行に整列されるよう該第２の基板に該パターン化された複合体を適用する工程と、を包含する方法。
【請求項３７】
前記工程（ａ）の前に、前記端部において前記各ナノワイヤの一部分がドーピングされるように前記第１の基板に前記ナノワイヤを成長させる工程を包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記工程（ａ）が、前記第１の基板上に剥離層を提供する工程であって、前記ナノワイヤが前記剥離層の一部分に取り付けられる工程を包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記工程（ｄ）が、前記第１の基板および前記ナノワイヤ−材料複合体から前記剥離層を分離する工程を包含する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ナノワイヤが、約１０〜約２０ミクロンの長さを有する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記工程（ａ）が、前記ナノワイヤが少なくとも一つの表面の一部分に対して実質的に垂直に取り付けられた前記第１の基板を提供する工程を包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記工程（ｂ）が、前記材料が前記ナノワイヤを被覆するよう前記材料を堆積する工程を包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記材料がポリマー、プレポリマー、セラミック、ガラス、金属、または、その複合体である、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
前記材料が、エラストマー、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂である、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記材料が、少なくとも二つ以上のエポキシ・プレポリマーの混合物を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４６】
前記材料が、単量体と開始剤の混合物を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４７】
前記工程（ｂ）の後に、硬化されたナノワイヤ−材料複合体を生成するよう前記単量体を光重合する工程を更に包含する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記工程（ｂ）の後に、前記ナノワイヤ−材料複合体をドーピングする工程を更に包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４９】
前記ドーピングする工程が、前記ナノワイヤの第２の端部をドーピングする工程を包含する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記工程（ｃ）が、ＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＣｌ４、ＣＣｌ２Ｆ２、Ｃｌ２、Ｏ２、Ｈ２、および、Ａｒよりなる群から選択されるイオン・エッチング流体を用いて前記ナノワイヤ−材料複合体をパターン化する工程を包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項５１】
前記工程（ｃ）が、
（１）複数のナノワイヤ−材料ブロックに前記ナノワイヤ−材料複合体をパターン化する工程を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項５２】
前記工程（１）が、複数のナノワイヤ−材料ブロックに前記ナノワイヤ−材料複合体をパターン化する工程であって、前記ブロックが約１０ミクロン未満の高さを有する、工程を更に包含する、請求項４２に記載の方法。
【請求項５３】
前記工程（ｅ）が、
（１）前記第２の基板の一部分に前記複数のナノワイヤ−材料ブロックを適用する工程を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記工程（ｅ）（１）が、前記第２の基板の一部分に所定のパターンで前記複数のナノワイヤ−材料ブロックを適用する工程を包含する、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記工程（ｅ）の後に、
（ｆ）前記ナノワイヤ−材料ブロックの一部分を平坦化する工程を更に包含する、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記工程（ｆ）が、前記ナノワイヤの表面を露出するよう酸素プラズマを用いて前記ナノワイヤ−材料ブロックを平坦化する工程を包含する、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記工程（ｅ）の後に、
（ｆ）前記第２の基板に対して実質的に平行に整列され、動作電流レベルを実現するに十分な密度を有するナノワイヤの薄膜を前記第２の基板に形成するよう前記ナノワイヤ−材料複合体から前記材料を除去する工程と、
（ｇ）前記ナノワイヤの薄膜に複数の半導体デバイス領域を画成する工程と、
（ｈ）前記半導体デバイス領域にコンタクトを形成し、前記複数の半導体デバイスに電気的接続性を与える工程と、を更に包含する、請求項３６に記載の方法。
【請求項５８】
前記第２の基板が液晶ディスプレイのバックプレートである、請求項３６に記載の方法。
【請求項５９】
電子基板を生成する方法であって、
（ａ）複数のナノワイヤを有するナノワイヤ−材料複合体を基板の一部分に取り付ける工程と、
（ｂ）一つ以上の半導体デバイス領域を画成するよう該ナノワイヤ−材料複合体をパターン化する工程と、
（ｃ）該半導体デバイス領域にコンタクトを形成し、該デバイス領域に電気的接続性を与える工程と、を包含する方法。
【請求項６０】
前記工程（ａ）が、前記ナノワイヤ−材料複合体を前記基板にラミネートする工程を包含する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記ナノワイヤ−材料複合体が、動作電流レベルを実現するに十分な密度を有する複数のナノワイヤを包含する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記ナノワイヤが、長軸に対して実質的に平行に整列される、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記ナノワイヤが、約１０ミクロン〜約２０ミクロンの長さを有する、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
前記基板が、半導体、ガラス、セラミック、ポリマー、金属、または、その複合体である、請求項５９に記載の方法。
【請求項６５】
前記ナノワイヤ−材料複合体の前記材料が、ポリマー、プレポリマー、セラミック、ガラス、金属、または、その複合体である、請求項５９に記載の方法。
【請求項６６】
前記ナノワイヤ−材料複合体の前記材料が、エラストマー、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂である、請求項５９に記載の方法。
【請求項６７】
前記取り付ける工程が、前記ナノワイヤ−材料複合体を前記基板上にコーティングする工程を包含する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６８】
前記工程（ａ）の後に、
（ｄ）前記ナノワイヤの一部分を露出するよう前記ナノワイヤ−材料複合体を平坦化する工程を更に包含する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６９】
前記平坦化する工程が、プラズマ・エッチングによって前記ナノワイヤ−材料複合体を平坦化する工程を包含する、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記工程（ｂ）が、
（１）前記ナノワイヤ−材料複合体上に誘電層を堆積する工程を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項７１】
前記誘電層がＳｉＮである、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記工程（ｂ）が、
（２）一つ以上の半導体デバイス領域を画成するように前記誘電層のパターンを形成し、露出されたナノワイヤ−材料複合体のパターンを形成するよう前記誘電層をエッチングする工程を含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７３】
前記工程（ｂ）が、
（３）前記露出されたナノワイヤ−材料複合体をドーピングする工程を包含する、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記工程（ｂ）が、
（４）前記誘電層を除去する工程を包含する、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記工程（ｃ）が、前記デバイス領域に電気的接続性を与えるよう前記半導体デバイス領域を金属化する工程を包含する、請求項５９に記載の方法。
【請求項７６】
前記金属化する工程が、電子ビーム蒸発によって前記半導体デバイス領域を金属化する工程を包含する、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記金属化する工程が、
（１）ソース電極およびドレイン電極を形成する工程であって、前記ナノワイヤが前記ソース電極および前記ドレイン電極それぞれの間の長さを有するチャネルを形成する、工程を包含する、請求項７５に記載の方法。
【請求項７８】
前記金属化する工程が、
（２）ゲート電極を形成する工程を更に包含する、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記ナノワイヤが、前記ソースと前記ドレインのコンタクト間の軸に対してほぼ平行に整列される、請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
前記金属化する工程が、アノード電極とカソード電極とを形成する工程を包含する、請求項７５に記載の方法。
【請求項８１】
前記工程（２）が、前記ゲートと前記ナノワイヤとの間の距離が１００ナノメートル以下となるよう前記ナノワイヤ−材料複合体の表面にゲート電極を形成する工程を包含する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８２】
前記工程（２）が、前記ゲートと前記ナノワイヤとの間の距離が５ナノメートル以下となるよう前記ナノワイヤ−材料複合体の表面にゲート電極を形成する工程を包含する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８３】
（ｅ）前記工程（ａ）の前に、前記ナノワイヤを形成する工程を更に包含する、請求項５９に記載の方法。
【請求項８４】
前記工程（ｅ）が、
（１）ｐ−ｎ接合を含むよう前記ナノワイヤ−材料複合体を生成する工程を包含する、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記工程（ｅ）が、
（２）動作中に前記ｐ−ｎ接合が光を発するよう少なくとも一つの発光半導体材料から前記ナノワイヤを形成する工程を更に包含する、請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
前記工程（２）が、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＯ、および、その組み合わせの少なくとも一つを含む前記少なくとも一つの発光半導体材料から前記ナノワイヤを形成する工程を包含する、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
（ｆ）複数のナノワイヤ−材料複合体層から前記ナノワイヤ−材料複合体を生成する工程を更に包含し、
前記各ナノワイヤ−材料複合体層が、前記複数のナノワイヤ−材料複合体層の他の層とは異なる波長で光を発するよう選択される前記少なくとも一つの発光半導体材料の少なくとも一つを含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】
（ｇ）青色光波長で光を発するよう選択された少なくとも一つの発光半導体材料から前記複数のナノワイヤ−材料複合体層の第１のナノワイヤ−材料複合体層を形成する工程と、
（ｈ）緑色光波長で光を発するよう選択された少なくとも一つの発光半導体材料から前記複数のナノワイヤ−材料複合体層の第２のナノワイヤ−材料複合体層を形成する工程と、
（ｉ）赤色光波長で光を発するよう選択された少なくとも一つの発光半導体材料から前記複数のナノワイヤ−材料複合体層の第３のナノワイヤ−材料複合体層を形成する工程と、を更に包含する請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記工程（ｅ）が、
前記第１のナノワイヤ−材料複合体層を前記第２のナノワイヤ−材料複合体層の第１の表面に接続する工程、および、
前記第２のナノワイヤ−材料複合体層の第２の表面を前記第３のナノワイヤ−材料複合体層の第１の表面に接続する工程を包含し、
前記工程（ａ）が、前記第３のナノワイヤ−材料複合体層の第２の表面を前記基板に取り付ける工程を包含する、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
複合体を生成するシステムであって、
基板と、
該基板の一部分に成長される複数のナノワイヤであって、それぞれのナノワイヤの端部が該一部分に取り付けられている複数のナノワイヤと、
該一部分を被覆するよう該基板上に堆積される材料と、を備え、
該材料が、ナノワイヤ−材料複合体層を形成するよう該一部分上の該複数のナノワイヤを覆う、システム。
【請求項９１】
前記基板上に前記材料を堆積する材料アプリケータを更に備える、請求項９０に記載のシステム。
【請求項９２】
前記複数のナノワイヤが、前記材料において長軸に対して実質的に平行に整列される、請求項９１に記載のシステム。
【請求項９３】
前記材料アプリケータが、前記複数のナノワイヤを整列するよう前記基板上に前記材料を流す、請求項９１に記載のシステム。
【請求項９４】
前記一部分上の前記材料を硬化する複合体ハードナーを更に備える、請求項９０に記載のシステム。
【請求項９５】
複合体プロセッサを更に備える、請求項９０に記載のシステム。
【請求項９６】
前記基板から前記ナノワイヤ−材料複合体を分離する分離器を更に備える、請求項９０に記載のシステム。
【請求項９７】
ナノワイヤ−材料複合体を生成する方法であって、
（ａ）混合物を生成するようナノワイヤを材料と接触させる工程と、
（ｂ）ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう基板上に該混合物を堆積する工程と、を備える方法。
【請求項９８】
前記基板が、半導体、ガラス、セラミック、ポリマー、金属、または、その複合体である、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記基板が、チューブの内表面および外表面の一方または両方である、請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】
前記基板が、網状のマクロ多孔質金属、酸化物、または、セラミックである、請求項１または９７に記載の方法。
【請求項１０１】
前記材料が、ポリマーと溶媒の混合物を含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０２】
前記材料が、ニート・ポリマーである、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０３】
前記材料が、少なくとも二つ以上のエポキシ・プレポリマーの混合物を含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０４】
前記材料が、単量体と開始剤の混合物を含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０５】
前記工程（ｂ）の後に、前記複合体を硬化する工程を更に備える、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０６】
前記硬化する工程が、前記複合体から溶媒を除去する工程、または、前記材料を重合する工程を包含する、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
独立したナノワイヤ−材料複合体を生成するよう前記基板から前記ナノワイヤ−材料複合体を分離する工程を更に備える、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０８】
前記ナノワイヤを整列させるよう前記複合体に電場を印加する工程を更に備える、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０９】
前記ナノワイヤ−材料複合体の表面に対して垂直に前記ナノワイヤを整列させるよう前記複合体に約１０−３０００Ｖ／ｃｍのｄｃ場を印加する工程を更に備える、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
ナノワイヤアレイを形成する方法であって、
ナノワイヤ−材料複合体を提供する工程と、
マスクされた複合体を生成するよう該ナノワイヤ−材料複合体にパターンを有するマスクを適用する工程と、
材料の一部分に埋め込まれた該ナノワイヤを露出させ、該ナノワイヤ−材料複合体に露出されたナノワイヤのアレイを形成するよう該複合体から該材料の一部分を除去する工程と、を包含する方法。
【請求項１１１】
前記マスクが金属箔を含む、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１２】
前記マスクが、前記材料の選択的な除去を可能にするパターンを更に含む、請求項１１１に記載の方法。
【請求項１１３】
前記パターンが、円形、正方形、長方形、または、三角形のアレイを有する、請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１４】
前記パターンが、不規則なパターンを有する、請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１５】
前記除去する工程が、プラズマ・エッチングまたは有機溶媒を用いて前記材料を除去する工程を包含する、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１６】
請求項１１０に記載の方法により調製された、ナノワイヤアレイ。
【請求項１１７】
高容量コンデンサを作製する方法であって、
独立したナノワイヤ−材料複合体を提供する工程と、
該複合体の両表面に金属を堆積する工程と、
コンデンサ・フィルムを形成するよう金属表面に絶縁体を堆積する工程と、
コンデンサを組み立てる工程と、を包含する方法。
【請求項１１８】
前記金属が、ニッケル、銅、銀、金、または、白金を含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１１９】
前記絶縁体が酸化アルミニウムである、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
前記組み立てる工程が、リード線を前記金属表面に取り付ける工程を包含する、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２１】
前記組み立てる工程が、更に、
前記コンデンサ・フィルムを巻く工程、および、
前記巻かれたコンデンサ・フィルムを缶に密閉する工程を包含する、請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２２】
前記複合体における前記ナノワイヤが、前記複合体の表面に対して実質的に垂直に方向付けられる、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２３】
請求項１１７の方法により作製された、高容量コンデンサ。
【請求項１２４】
高容量コンデンサを作製する方法であって、
片側が絶縁体でコーティングされた金属箔を提供する工程と、
該絶縁体の一部分に金のナノ粒子を堆積する工程と、
該一部分にナノワイヤを成長させる工程と、
該ナノワイヤを埋め込みナノワイヤ−材料複合体を生成するよう該一部分上に材料を堆積する工程と、
コンデンサ・フィルムを形成するよう該ナノワイヤ−材料複合体に金属を堆積する工程と、
該コンデンサを組み立てる工程と、を包含する方法。
【請求項１２５】
前記金属がアルミニウムであり、前記絶縁体が酸化アルミニウムである、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
前記ナノ粒子が約１ｎｍ〜約５０ｎｍの直径を有する金のナノ粒子である、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２７】
前記ナノワイヤが、前記絶縁体の表面に対して垂直に成長される、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２８】
前記堆積工程の後に、前記材料を硬化する工程を更に備える、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２９】
前記硬化する工程が、溶媒を除去する工程、または、前記材料を重合する工程を包含する、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３０】
前記組み立てする工程が、更に、
両金属表面にリード線を取り付ける工程、
前記コンデンサ・フィルムを巻く工程、および、
前記巻かれたコンデンサ・フィルムを缶に密閉する工程を包含する、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１３１】
請求項１２４に記載の方法により作製された、高容量コンデンサ。
【請求項１３２】
管状のナノワイヤ−材料複合体を生成する方法であって、
混合物を生成するようナノワイヤを材料と接触させる工程と、
管状のナノワイヤ−材料複合体を生成するよう前記混合物を押し出す工程と、を包含する方法。
【請求項１３３】
前記ナノワイヤの一部分を露出するよう前記管状のナノワイヤ−材料複合体の内表面および外表面の一方または両方から前記材料の一部分を除去する工程を更に包含する、請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
ナノワイヤ−材料複合体を生成する方法であって、
（ａ）ナノワイヤが少なくとも一つの表面の一部分に対して垂直に取り付けられた基板を提供する工程と、
（ｂ）前記一部分に材料を堆積しナノワイヤ−材料複合体を生成する工程と、を包含する方法。
【請求項１３５】
前記複合体を硬化する工程を更に備える、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
前記硬化する工程が、溶媒を除去する工程または前記材料を重合する工程を包含する、請求項１３５に記載の方法。
【請求項１３７】
独立したナノワイヤ−材料複合体を生成するよう、前記基板から前記ナノワイヤ−材料複合体を分離する工程を更に包含する、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３８】
前記独立した複合体を片に切断する工程を更に包含する、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１３９】
管状のナノワイヤ−材料複合体を生成するよう前記独立したナノワイヤ−材料複合体の端部を一緒に結合する工程を更に包含する、請求項１３８に記載の方法。
【請求項１４０】
前記結合する工程が、管状のナノワイヤ−材料複合体を生成するよう前記独立した複合体の前記端部を一緒に接着する工程を包含する、請求項１３９に記載の方法。
【請求項１４１】
前記ナノワイヤを部分的に露出するよう前記管状のナノワイヤ−材料複合体の内表面および外表面の一方または両方から前記材料の一部分を除去する工程を更に包含する、請求項１４０に記載の方法。
【請求項１４２】
前記ナノワイヤの一部分を露出するよう、前記複合体の一つの表面から前記材料の一部分を除去する工程を更に包含する、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１４３】
プラズマ・エッチングまたは有機溶媒を用いて前記材料の一部分を除去する工程を更に包含する、請求項１４２に記載の方法。
【請求項１４４】
ナノワイヤが中に埋め込まれたポリマーを有する、ナノワイヤ−材料複合体。
【請求項１４５】
前記ポリマーシートがポリアリーレン、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、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリケトン、多糖類、ポリアミン、ポリペプチド、ポリイミン、ポリホスフェート、ポリホスホネート、ポリスルホネート、ポリスルホンアミド、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、および、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、または、これらのコポリマーである、請求項１４４に記載のナノワイヤ−材料複合体。
【請求項１４６】
前記ナノワイヤの一部分が露出されている、請求項１４４に記載のナノワイヤ−材料複合体。
【請求項１４７】
前記ナノワイヤの一部分が円形のウェルのアレイに露出されている、請求項１４６に記載のナノワイヤ−材料複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに係わり、特に、半導体デバイスで使用する能動素子の準備に関わる。
【背景技術】
【０００２】
産業では、低コストの電子機器を開発する、特に、低コストで大型の電子デバイスを開発することに関心が寄せられている。このような大型の電子デバイスの利用可能性は、民間から軍事的用途にわたる様々な技術の分野で革命を起こし得る。このようなデバイスの典型的な適用法は、アクティブ・マトリクス液晶表示装置（ＬＣＤ）および他のタイプのマトリクス表示装置用の駆動回路、スマート・ライブラリ、クレジット・カード、スマート・プライス用の無線周波数識別タグおよび在庫管理タグ、手荷物検査／安全監視または高速交通監視システム、大型のセンサ・アレイ等を含む。
【０００３】
現在のアプローチでは、アモルファス・シリコンまたは有機半導体を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような電子デバイスのベース材料として使用することを伴う。しかしながら、アモルファス・シリコンおよび有機半導体は、性能に限界がある。例えば、典型的には約１ｃｍ２／Ｖ＿ｓ（１ボルト秒当たり１平方センチメートル）以下といった低キャリア移動度を発揮する。更に、性能を向上させるためにレーザ励起されたアニーリング等の比較的高価な処理を必要とする。
【０００４】
代替的なアプローチは、大型の電子機器および光電子デバイスに対する基本的要素として半導体ナノワイヤを用いることを伴う。幅広い範囲のＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族、および、ＩＩ−ＶＩ族の半導体ナノワイヤは調節可能な化学組成、物理的寸法、および、電子的特性で合理的に合成され得る。全ての目的において本願でそれぞれ参照として援用する非特許文献１、非特許文献２、および、非特許文献３を参照する。
【０００５】
ナノワイヤは、その延長された長手軸方向の寸法および減少された横方向の寸法により、電気的キャリアの効率的な搬送に対する最小の寸法の材料となる。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、論理回路、メモリ・アレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、および、センサを含む、ナノワイヤを用いた様々なナノデバイスが発表されている。全ての目的において本願でそれぞれ参照として援用する非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８、米国特許出段第６０／４１４，３５９号、および、米国特許出願第６０／４１４，３２３号を参照する。
【非特許文献１】Ｄｕａｎ，Ｘら  Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｂｏｔｔｏｍ−ｕｐ，ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｘｓ，Ｒｅｅｄ，Ｍ．編，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（２００２）
【非特許文献２】Ｄｕａｎ，ＸおよびＬｉｅｂｅｒ，Ｃ．Ｍ．，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１２：２９８−３０２（２０００）
【非特許文献３】Ｇｕｄｉｋｓｅｎ，Ｍ．Ｓ．ら、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ１０５：４０６２−４０６２（２００１）
【非特許文献４】Ｈｕａｎｇ，Ｙ．ら、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ２：１０１−１０４（２００２）
【非特許文献５】Ｈｕａｎｇ，Ｙ．ら、Ｓｃｉｅｎｃｅ２９４：１３１３−１３１７（２００１）
【非特許文献６】Ｄｕａｎ，Ｘ．ら、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ２：４８７−４９０（２００２）
【非特許文献７】Ｗａｎｇ，Ｊ．ら、Ｓｃｉｅｎｃｅ２９３：１４５５−１４５７（２００１）
【非特許文献８】Ｃｕｉ，Ｙ．ら、Ｓｃｉｅｎｃｅ２９３：１２８９−１２９２（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナノワイヤは高い移動度の電気的キャリアとして有望であるが、合成されている基板からナノワイヤを採る際に生ずる問題によってデバイスでの使用が現在制限されている。ナノワイヤが採られない場合、ナノワイヤ合成に好適な基板だけがデバイスでは使用されるため、ナノワイヤを用いるナノデバイスの幅が制限される。現在、ナノワイヤは、かみそり刃または他のナイフ・エッジのような機械的デバイスを用いて基板からナノワイヤを分離することで採られる。この方法は、採る際にナノワイヤに物理的な損傷を与える可能性があることを含み、不都合な点を有する。したがって、合成されている基板からナノワイヤを採る効率的な方法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
第１の局面では、本発明は、ナノワイヤ−材料複合体を生成するシステムおよび処理に関わる。ナノワイヤが少なくとも一つの表面の一部分に取り付けられた基板が提供される。ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう当該部分上に材料が堆積される。ナノワイヤ−材料複合体は、独立したナノワイヤ−材料複合体を生成するよう基板から任意には分離される。
【０００８】
別の局面では、本発明は、方向付けられたナノワイヤを堆積するシステムおよび処理に関わる。ナノワイヤが少なくとも一つの表面の一部分に取り付けられた第１の基板が提供される。各ナノワイヤは、当該部分に第１の端部が取り付けられる。材料は、ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう当該部分上に堆積される。ナノワイヤ−材料複合体は、パターン化された複合体を生成するようパターン化される。パターン化された複合体は、第１の基板から分離される。パターン化された複合体は、ナノワイヤが第２の基板に対して実質的に平行に整列されるよう第２の基板に適用される。第２の基板に対して実質的に平行に整列され、動作電流レベルを実現するに十分な密度を有するナノワイヤの薄膜を第２の基板上に生成するようナノワイヤ−材料複合体から材料が任意には除去される。複数の半導体デバイス領域はナノワイヤの薄膜に画成される。半導体デバイス領域にコンタクトが形成され、それにより、複数の半導体デバイスに電気的接続性が与えられる。
【０００９】
別の局面では、本発明は、電子基板を生成するシステムおよび処理に関わる。ナノワイヤ−材料複合体は、基板の一部分に取り付けられた複数のナノワイヤを有する。ナノワイヤ−材料複合体は、一つ以上の半導体デバイス領域を画成するようパターン化される。コンタクトは、半導体デバイス領域に形成され、それにより、デバイス領域に電気的接続性が与えられる。ナノワイヤ−材料複合体は、ラミネートされることで基板の一部分に取り付けられ得る。ナノワイヤ−材料複合体は、複合体が基板に取り付けられた後、ナノワイヤの一部分を露出させるよう任意に平坦化される。誘電層は、ナノワイヤ−材料複合体に任意には堆積される。誘電層は、一つ以上の半導体デバイス領域を画成するように、パターン化された誘電層を形成し、ナノワイヤ−材料複合体の一部分を露出させるようエッチングされる。露出されたナノワイヤ−材料複合体は任意にはドーピングされる。誘電層が除去される。半導体デバイスは、デバイス領域に電気的接続性を与えるよう金属化される。
【００１０】
ｐ−ｎ接合は、ナノワイヤ−材料複合体に任意に生成される。ナノワイヤは、動作中にｐ−ｎ接合が光を発するように少なくとも一つの発光半導体材料から生成される。発光材料は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＯ、および、その組み合わせの少なくとも一つを含む。あるいは、ナノワイヤ−材料複合体は、複数のナノワイヤ−材料複合体層から生成される。各ナノワイヤ−材料複合体層は、他の層とは異なる波長で光を発するよう選択される発光半導体材料の少なくとも一つを含む。
【００１１】
ある局面では、複数のナノワイヤ−材料複合体層の第１のナノワイヤ−材料複合体層は、青色光波長で光を発するよう選択される少なくとも一つの発光半導体材料から生成される。複数のナノワイヤ−材料複合体層の第２のナノワイヤ−材料複合体層は、緑色光波長で光を発するよう選択される少なくとも一つの発光半導体材料から生成される。複数のナノワイヤ−材料複合体層の第３のナノワイヤ−材料複合体層は、赤色光波長で光を発するよう選択される少なくとも一つの発光半導体材料から生成される。第１のナノワイヤ−材料複合体層は、第２のナノワイヤ−材料複合体層の第１の表面に接続される。第２のナノワイヤ−材料複合体層の第２の表面は第３のナノワイヤ−材料複合体層の第１の表面に接続される。第３のナノワイヤ−材料複合体の第２の表面は基板に取り付けられる。
【００１２】
別の局面では、本発明は、複合体を生成するシステムおよび処理に関わる。複数のナノワイヤは、基板の一部分上に成長され、各ナノワイヤはその端部が一部分に取り付けられている。当該部分を被覆するよう材料が基板上に堆積される。材料は、ナノワイヤ−材料複合体層を生成するよう当該部分上の複数のナノワイヤを覆う。基板上に材料を堆積する材料アプリケータは任意である。複数のナノワイヤは、材料においてその長軸に対して平行に任意には実質的に整列される。材料アプリケータは、複数のナノワイヤを整列させるよう基板上に材料を流す。当該部分上の材料を硬化する複合体のハードナー（ｈａｒｄｅｎｅｒ）は任意である。複合体処理機は任意である。ナノワイヤ−材料複合体を基板から分離する分離器は任意である。
【００１３】
別の局面では、本発明は、ナノワイヤ−材料複合体を生成する処理に関わる。処理は、混合物を生成するようナノワイヤを材料と接触させる工程と、ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう混合物を基板に堆積する工程とを含む。基板は、半導体、ガラス、セラミック、ポリマー、金属、その複合体、チューブまたは不規則な形状の対象物、例えば、網状のマクロ多孔金属、酸化物、または、セラミックの内表面および外表面の一方または両方を有する。
【００１４】
処理は、任意には、複合体を硬化する工程と、独立したナノワイヤ−材料複合体を生成するよう基板から複合体を分離する工程と、複合体上に電界を印加する等によりナノワイヤを整列する工程とを更に含む。
【００１５】
別の局面では、本発明は、ナノワイヤアレイを生成する処理と、処理により準備されるナノワイヤアレイとに関わる。処理は、ナノワイヤ−材料複合体を提供する工程と、マスクされた複合体を生成するようパターンを有するマスクをナノワイヤ−材料複合体に適用する工程と、当該部分に埋め込まれたナノワイヤを露出するよう複合体から材料の一部分を除去する工程と、上記ナノワイヤ−材料複合体に露出されたナノワイヤのアレイを生成する工程とを含む。
【００１６】
マスクは、複合体からの材料の選択的な除去を可能にするパターンを有する金属箔を有する。パターンは、形状（例えば、円形、正方形、三角形、長方形等）のアレイを有する。材料は、プラズマ・エッチング、有機溶媒を用いて、あるいは、他の方法で除去される。
【００１７】
別の局面では、本発明は、高容量コンデンサを生成する処理と、処理によって生成されるコンデンサとに関わる。処理は、独立したナノワイヤ−材料複合体を提供する工程と、複合体膜の両表面に金属を堆積する工程と、コンデンサ・フィルムを生成するよう金属表面に絶縁体を堆積する工程と、コンデンサを組み立てる工程とを含む。組み立てる工程は、金属表面にリード線を取り付ける、コンデンサ・フィルムを巻く、および、フィルムを缶に密閉するといった更なる処理工程を含むがこれらに制限されない。ナノワイヤは、例えば、複合体の表面に対して垂直に方向付けられる等、ナノワイヤ−材料複合体において任意には方向付けられる。
【００１８】
別の局面では、本発明は、高容量コンデンサを生成する代替的な処理と、処理によって生成されるコンデンサとに関わる。処理は、絶縁体で表面がコーティングされた金属箔を提供する工程と、絶縁体の一部分に金のナノ粒子を堆積する工程と、当該部分上にナノワイヤを成長する工程と、ナノワイヤを埋め込みナノワイヤ−材料複合体を生成するよう当該部分上に材料を堆積する工程と、コンデンサ・フィルムを生成するようナノワイヤ−材料複合体上に金属を堆積する工程と、コンデンサを組み立てる工程とを有する。
【００１９】
別の局面では、本発明は、管状のナノワイヤ−材料複合体を生成する処理に関わる。処理は、混合物を生成するようナノワイヤを材料と接触させる工程と、管状のナノワイヤ−材料複合体を生成するよう混合物を押し出す工程とを有する。処理は、任意には、ナノワイヤの一部分を露出させるよう管状のナノワイヤ−材料複合体の内表面および外表面の一方または両方から金属の一部分を除去する工程を更に有する。
【００２０】
別の局面では、本発明は、管状のナノワイヤ−材料複合体を生成する代替的な処理に関わる。処理は、ナノワイヤが少なくとも一つの表面の一部分に対して垂直に取り付けられた基板を提供する工程と、ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう当該部分上に材料を堆積する工程とを有する。処理は、任意には、溶媒を除去するか材料を重合することで複合体を硬化する工程を更に有する。処理は、更に、独立したナノワイヤ−材料複合体を生成するよう基板からナノワイヤ−材料複合体を分離する工程と、任意には、独立した複合体を片に切断する工程と、管状のナノワイヤ−材料複合体を生成するよう独立した複合体の端部を一緒に結合する工程とを更に有する。結合する工程は、独立した複合体の端部を一緒に糊付けすることを含む。処理は、任意には、ナノワイヤを部分的に露出するよう管状のナノワイヤ−材料複合体の内表面および外表面の一方または両方から材料の一部分を除去する工程を更に有する。
【００２１】
別の局面では、本発明は、独立したナノワイヤ−材料複合体に関わる。独立したナノワイヤ−材料複合体は、巻かれ、後の使用または更なる処理のために保管され得るシートの形態でもよい。ナノワイヤ−材料複合体は、任意には、露出されたナノワイヤの部分を有する。露出されたナノワイヤは、任意には、円形のウェルのアレイで任意には露出される。
【００２２】
これらと他の物質、利点および特徴は、本発明の以下の詳細な説明において容易に明確になるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
上記および他の目的、利点、および、特徴は、本発明の以下の詳細な説明を鑑みて容易に明らかになるであろう。以下に、本発明を添付の図面を参照して説明する。図中、同様の参照番号は同一のまたは機能的に類似する構成要素を示す。更に、参照番号の一番左にある桁は、参照番号が最初に登場した図面を特定している。
【００２４】
はじめに
本願で例示し説明する特定の実行は、本発明の実施例であり、如何なる方法でも本発明の範囲を制限するものではないことは理解されるであろう。実際に簡略化するために、従来の電子機器、製造、半導体デバイス、および、ナノチューブ並びにナノワイヤ技術、システム（およびシステムの個々の動作構成要素の構成要素）の他の機能的特徴は、本願では詳細に説明しない。更に、簡略化のため、本発明は、半導体トランジスタデバイスに関わるとして本願で頻繁に説明する。本願で説明する製造技術が全ての半導体デバイスのタイプ、および、他の電子的構成要素を生成するために使用されてもよいことは理解されるであろう。当該技術は、電気的システム、光学的システム、家庭用電化製品、産業用電子機器、ワイヤレスシステム、スペース用途または全ての他の用途における適用に好適である。
【００２５】
本願で使用されるように、ナノワイヤといった用語は、５００ｎｍ未満、好ましくは、１００ｎｍ未満の少なくとも一つの断面寸法を含み、１０より大きい、好ましくは５０より大きい、より好ましくは１００より大きいアスペクト比（縦：幅）を有する全ての細長い伝導性または半伝導性材料を意味する。このようなナノワイヤの例は、それぞれ全ての目的について本願で全体的に組み込まれる国際特許出願公報ＷＯ０２／１７３６２、ＷＯ０２／４８７０１、および、ＷＯ０１／０３２０８に開示される半導体ナノワイヤ、カーボン・ナノチューブ、および、同様の寸法の他の細長い伝導性または半伝導性構造を含む。特に好ましいナノワイヤは、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイアモンド含む）、Ｐ、Ｂ−Ｃ、Ｂ−Ｐ（ＢＰ６）、Ｂ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｓｉ−Ｓｎ、および、Ｇｅ−Ｓｎ、ＳｉＣ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＺｎＯ／ＺｎＳ／ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ、ＣｄＳ／ＣｄＳｅ／ＣｄＴｅ、ＨｇＳ／ＨｇＳｅ／ＨｇＴｅ、ＢｅＳ／ＢｅＳｅ／ＢｅＴｅ／ＭｇＳ／ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＩ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＢｅＳｉＮ２、ＣａＣＮ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＳｎＡｓ２、ＺｎＳｂＳｂ２、ＣｕＧｅＰ３、ＣｕＳｉ２Ｐ３、（Ｃｕ，Ａｇ）（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｆｅ）（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）２、（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）３、Ａｌ２ＣＯおよび二つ以上のこのような半導体の適当な組み合わせから選択される半導体材料よりなる半導性ナノワイヤを含む。ある面では、半導体は、周期表のＩＩＩ族からのｐ型ドーパント、周期表のＶ族からのｎ型ドーパント、Ｂ、Ａｌ、および、Ｉｎよりなる群から選択されるｐ型ドーパント、Ｐ、Ａｓ、および、Ｓｂよりなる群から選択されたｎ型ドーパント、周期表のＩＩ族からのｐ型ドーパント、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、および、Ｈｇよりなる群から選択されるｐ型ドーパント、周期表のＩＶ族からのｐ型ドーパント、ＣおよびＳｉよりなる群から選択されるｐ型ドーパント、または、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、および、Ｔｅよりなる群から選択されるｎ型ドーパントよりなる群からのドーパントを有する。
【００２６】
したがって、ナノワイヤといった用語が例示目的として本願の説明にわたって参照されるが、本願の説明はナノチューブの使用も含むことを意図する。ナノチューブは、本願記載の特性および利点を提供するために、ナノワイヤについて本願で説明するナノチューブの組み合わせ／薄膜において、単独であるいはナノワイヤと組み合わせて生成される。
【００２７】
更に、本発明のナノワイヤの薄膜が、ナノワイヤおよび／またはナノチューブ、および／または、異なる組成および／または構造的特徴のナノワイヤおよび／またはナノチューブを組み込む異質の膜でもよい。例えば、異質の膜は、様々な直径および長さを有するナノワイヤ／ナノチューブ、および、様々な特徴を有するヘテロ構造のナノチューブおよび／またはナノチューブを含み得る。
【００２８】
本発明の文脈では、ナノワイヤが取り付けられる基板は、均一な基板、例えば、シリコン、ガラス、石英、ポリマー等のような固形物のウェハ、ガラス、石英、ポリカーボネート、ポリスチレン等のようなプラスチック等の大型の剛性な一枚の固形物を含んでよく、あるいは、構造的、組成的等の追加的な要素を含んでもよい。ポリオレフィン、ポリアミドのような一巻のプラスチック等の柔軟な基板、および、透明な基板、あるいは、それらの特徴の組み合わせが使用されてもよい。例えば、基板は、最終的に望まれるデバイスの一部となる他の回路または構造的要素を含んでもよい。このような要素の特定の例として、電気的接触部、ナノワイヤ、または、他のナノスケールの伝導要素を含む他のワイヤあるいは伝導路、光学的および／または光電子的要素（例えば、レーザ、ＬＥＤ等）、および、構造的要素（例えば、マイクロカンチレバー、ピット、ウェル、ポスト等）が挙げられる。
【００２９】
ナノワイヤが成長され、取り付けられ、処理される基板は、更に不揃いな表面を有する。例えば、ナノワイヤは、チューブの内表面および外表面、並びに、網状のマクロ多孔質金属、酸化物、セラミック、および、他の多孔質といった多孔質媒体の内表面および外表面等の基板に成長され取り付けられる。
【００３０】
実質的に整列されるまたは方向付けられるとは、ナノワイヤの集合または集団における大部分のナノワイヤの長手軸が単一の方向の３０度以内に方向付けられるという意味である。大部分が５０％より大きいナノワイヤの数と考えられるが、様々な実施形態では６０％、７５％、８０％、９０％であり、または、ナノワイヤのパーセンテージは方向付けられている大部分として考えられてもよい。ある好ましい面では、ナノワイヤの大部分は所望の方向の１０度以内に方向付けられる。更なる実施形態では、ナノワイヤの大部分は所望の方向の他の数のまたは範囲内の度に方向付けられてもよい。
【００３１】
本願記載の空間的説明（例えば、上方、下方、上、下、上部、低部等）は例示的目的に過ぎず、本発明のデバイスが任意の姿勢または方法で空間的に配置されることは理解されるであろう。
【００３２】
（ナノワイヤ膜実施形態）
本発明は、システムおよびデバイスの製造を改善するためにシステムおよびデバイスにおけるナノワイヤを採る方法および、ナノワイヤの使用に関わる。例えば、本発明は、半導体デバイスにおけるナノワイヤの使用に関わる。本発明によると、多数のナノワイヤが高い移動度の薄膜および／またはナノワイヤ−材料複合体中に生成される。ナノワイヤの薄膜および／または複合体は、ナノワイヤを採るためにおよび／またはデバイスの性能および製造性を向上させるために電子デバイスで使用される。
【００３３】
図１は、本発明の例示的な実施形態による、ナノワイヤ１００の薄膜の近接図である。半導体ナノワイヤ１００の薄膜は、改善されたデバイス挙動を実現するために従来の電子デバイスにおいてアモルファス・シリコンまたは有機薄膜の代わりに使用されてもよく、単純且つ安価な製造処理を可能にする。ナノワイヤの薄膜を使用することにより、本発明は、高性能で低コストのデバイスを大きく柔軟な基板上に形成することに特に適合される。
【００３４】
本願記載のナノワイヤ１００の薄膜が幅広い範囲の可能な面積に形成される。例えば、本発明のナノワイヤ１００の薄膜は、１ｍｍ２より大きい、１ｃｍ２より大きい、１０ｃｍ２より大きい、１ｍ２より大きい、更には、それよりも大きいあるいは小さい領域の機能的領域を得るよう形成される。
【００３５】
図１に示すように、ナノワイヤ１００の薄膜は、一緒に近接して位置する複数の個々のナノワイヤを含む。ナノワイヤ１００の薄膜は、単一のナノワイヤの厚さ以上の様々な厚さの量を有する。図１の例では、ナノワイヤ１００の薄膜のナノワイヤは、その長軸が互いに対して実質的に平行となるよう整列される。代替的な実施形態では、ナノワイヤ１００の薄膜のナノワイヤは整列されず、ランダムにあるいは別な方法で互いに対して異なる方向に方向付けられてもよい。代替的な実施形態では、ナノワイヤ１００の薄膜のナノワイヤは等方性に方向付けられ、高い移動度が全ての方向に得られる。ナノワイヤ１００の薄膜のナノワイヤは、特定の用途で望まれる場合に性能を向上させるよう電子流の方向に対してどの方法で整列されてもよいことに注意する。
【００３６】
図２は、本発明の例示的な実施形態によるナノワイヤ１００の薄膜を含む半導体デバイス２００を示す図である。図２では、半導体デバイス２００は、基板２０８上に形成されるソース電極２０２と、ゲート電極２０４と、ドレイン電極２０６とを有するトランジスタとして示されている。ナノワイヤ１００の薄膜は、ソース電極２０２とドレイン電極２０６との間でゲート電極２０４の一部分に結合される。代替的に、ゲート電極２０４は、ソース電極２０２とドレイン電極２０６との間に結合されるナノワイヤ１００上に形成される。ナノワイヤ１００の薄膜は、半導体デバイス２００のトランジスタに対してチャネル領域として実質的に動作し、以下により詳細に説明するように、向上した特徴で半導体２００が動作することを可能にする。基板２０８に適用可能な多数の基板のタイプが本願の他の場所で記載されている。
【００３７】
半導体デバイス２００が例示目的のために図２ではトランジスタとして示されていることに注意する。当業者には、本願の教授から、ナノワイヤ１００の薄膜がダイオードを含みトランジスタ以外の半導体デバイスのタイプに含まれてもよいことは理解されるであろう。
【００３８】
実施形態では、ナノワイヤ１００の薄膜のナノワイヤは、ソース電極２０２とドレイン電極２０６間を全体的にわたる単結晶半導体ナノワイヤである。したがって、電気的キャリアは、単結晶ナノワイヤを通って転送することができ、結果として、現在のアモルファスおよびポリシリコン技術では事実上不可能な高い移動度が得られる。
【００３９】
更に、動作のどの特定の理論にも制限されることなく、ナノワイヤ・チャネル内を横断する電子波の一次元性質と、減少した散乱の可能性により、ナノワイヤが大量の単結晶材料よりもより高い移動度を実現することが可能となる。ナノワイヤは、電気的キャリアに対する「バリスティック」トランスポートとなるよう設計され得る。本願で用いる「バリスティック」といった用語は、散乱のないナノワイヤおよび量子化された抵抗をナノワイヤが有する場所でのトランスポートを意味する。
【００４０】
ナノワイヤを組み込む半導体デバイスに対して様々なコンタクト領域のタイプが形成される。本願で用いられるコンタクト領域とは、電極とデバイスの別の素子との間の電気的接続性、例えば、ゲート電極と、ＭＯＳＦＥＴにおける誘電層およびナノワイヤとの間の接続性を意味する。コンタクト領域は、オーミックでも非オーミックでもよい。あるいは、非オーミック・ショットキー・ダイオード障壁コンタクトが電極として使用されてもよい。ショットキー・ダイオード障壁コンタクトは、高質ゲート誘電体を形成することが困難な場合にＩＩＩ−Ｖ半導体材料に一般的に使用される。ソース電極２０２と、ゲート電極２０４と、ドレイン電極２０６は、当業者には明らかであるように、金属、合金、ケイ化物、ポリシリコン等およびその組み合わせのような導体材料より形成される。
【００４１】
上述した通り、ナノワイヤ１００の薄膜のナノワイヤは整列または方向付けられる。例えば、図２に示されるナノワイヤ１００の薄膜のナノワイヤは、ソース電極２０２とドレイン電極２０６との間のチャネルの長さに対して平行に整列されてもよく、あるいは、別の方法で整列されてもよい。
【００４２】
ナノワイヤ１００の薄膜は、半導体デバイス２００に所望の特徴を与えるために十分な数のナノワイヤで形成される。例えば、ナノワイヤ１００の薄膜は、特定の用途に望まれる所望の動作電流密度または電流レベルを実現するために十分な数のまたは密度のナノワイヤより形成される。例えば、電流レベルは、２ナノアンプを含むナノアンプ範囲内でもよく、それより大きいまたは少ない電流レベルでもよい。例えば、図２のトランジスタの例では、ナノワイヤ１００の薄膜は、約１０ナノアンプより大きいチャネルにおける電流レベルを有するよう形成される。
【００４３】
例えば、要求される動作電流密度を実現するためには、基板上の所与の領域に対して最小数のナノワイヤがナノワイヤの薄膜に含まれる。従って、形成された半導体デバイスそれぞれは、動作電流レベルで電流を運ぶために十分な数のナノワイヤを有する。例えば、１単位領域当たりのナノワイヤの要求される数は１ナノワイヤ、２ナノワイヤ、または、５、１０、１００、あるいは、それ以上を含む全ての他のより多数のナノワイヤでもよい。
【００４４】
別の面では、ナノワイヤ１００の薄膜は、非対称の移動度を有するよう形成される。これは、ナノワイヤ１００の薄膜のナノワイヤを非対称的に整列するおよび／または特定の方法でナノワイヤをドーピングすることで達成される。このような非対称の移動度は、第２の方向よりも第１の方向においてより大きいように実施される。例えば、非対称の移動度は、第２の方向よりも第１の方向において１０、１００、１０００、および、１００００のオーダー倍より大きく、または、これらの値の間、それらより大きい、または小さい全ての他の非対称移の動度比を有するよう形成される。
【００４５】
ナノワイヤ１００の薄膜のナノワイヤは、性能を変更するためおよびデバイス製作のために様々な方法でドーピングされ得る。ナノワイヤは、半導体デバイス２００に含まれる前、あるいは、含まれた後にドーピングされ得る。ナノワイヤは、成長および合成中、薄膜に形成される前、薄膜に形成された後、または、複合体に組み込まれるときにドーピングされ得る。ナノワイヤの薄膜は、基板に形成された後にドーピングされてもよい。更に、ナノワイヤは、その長軸の部分に沿って異なってドーピングされてもよく、ナノワイヤ１００の薄膜における他のナノワイヤから異なってドーピングされてもよい。個々のナノワイヤ、および、ナノワイヤの薄膜に対するドーピング・スキームの幾つかの例を以下に挙げる。しかしながら、当業者には、本願の教授から、ナノワイヤおよびその薄膜が更なる方法、および、本願記載の方法の任意の組み合わせにしたがってドーピングされてもよいことは明らかであろう。
【００４６】
図３Ａは、単結晶ナノワイヤ３００を示す。ナノワイヤ３００は、ドーピングされてもドーピングされなくてもよい。ナノワイヤ３００は、均一にまたは不均一にドーピングされ得る。単結晶ナノワイヤは、デバイス製作のために比較的制御された方法でｐ型またはｎ型半導体にドーピングされる。ナノワイヤ３００におけるドーパントの種類とドーパント濃度は、デバイスの動作特徴を調整するために変更され得る。ナノワイヤ３００におけるキャリア移動度、デバイス切換に対する閾値電圧、および、オフ状態の電流の流れは全てドーピングの種類および濃度によって影響を及ぼされる。単一のｐ型Ｓｉ（シリコン）ナノワイヤに対して最大で１５００ｃｍ２／Ｖのキャリア移動度レベルが発揮され、ｎ型ＩｎＰナノワイヤに対して最大で４０００ｃｍ２／Ｖのキャリア移動度レベルが発揮されている。
【００４７】
図３Ｂは、コア−シェル構造に従ってドーピングされたナノワイヤ３１０を示す。図３Ｂに示すように、ナノワイヤ３１０は、様々な厚さレベルのドーピングされた表面層３０２を有し、唯一のナノワイヤ３１０の表面上の単分子層となる。ドーピング濃度は、シェル表面層３０２の厚さにわたって変化してもよい。このような表面ドーピングは、伝導コア３００から不純物を分離し、コア３００とシェル３０２との界面における不純物に関連する散乱のイベントの可能性を低下させる。コア−シェル・アーキテクチャにより、ナノワイヤ・コア３００内、または、シェル３０２との界面でのキャリア移動度が大きく向上される。バリスティック・トランスポートは、散乱が生じず、ソース電極とゲイン電極との間の距離がナノワイヤ３１０の長さ未満の場合にナノワイヤ３１０で実現される。ナノワイヤのドーピングに関する更なる詳細は、以下の通りである。トランジスタ・タイプのデバイス製作に関して、誘電層およびゲートもナノワイヤ３１０に堆積される。
【００４８】
図３Ｃは、別のタイプのコア−シェル構造による、誘電材料層３０４でコーティングされたナノワイヤ３２０を示す。誘電材料層３０４は、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４のような様々な誘電材料から選択される。誘電材料層３０４の使用は、例えば、漏れを減少させることで半導体デバイス２００において保護層として機能し、電気的ショートを防止する。別の例では、誘電層は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）においてゲート誘電体として機能する。誘電層は、ナノワイヤを酸化し、ナノワイヤをコーティングし、さもなければ誘電層を形成することで形成される。例えば、窒化ケイ素、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＡｌＯ、ＳｉＣ、および、ペリレンのような有機材料を含む他の高誘電定数の材料が使用され得る。ナノワイヤの窒化物生成は、ナノワイヤの酸化に用いられる処理と同様の処理で実現される。これらの材料は、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ・アシスト化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）、および、物理蒸着（ＰＶＤ）、を含むがこれらに制限されない蒸着処理、溶液相オーバーコーティング、または、基板に適当な前駆物質を単にスピン・コーティングすることによってナノワイヤに塗布される。誘電体の蒸気は、溶融された誘電体、または、高電圧放電あるいは誘電体のスパッタリングによって発生される蒸気を用いるものを含む、技術において公知の全ての方法によって準備される。
【００４９】
図３Ｄは、図３Ｂに示すコア−シェル構造によるコア３００とドーピングされたシェル表面層３０２とを有するナノワイヤ３３０を示す。ナノワイヤ３３０は、図３Ｃに示すように誘電材料層３０４でコーティングされる。シェル材料３０２は、コア材料３００よりも高いバンドギャップを有するべきである。例えば、ＧａＡＳがコア３００に対して使用されるとき、ＧａＡｌＡｓがドーピングされたシェル３０２に対して使用される。ドーピングされたシェル３０２は、コア３００の直径未満の厚さを有する。誘電層３０４は、ドーピングされず、約５ナノメートル〜約１００ナノメートルの範囲の厚さを有する。
【００５０】
図３Ｅは、図３Ｄのコア−シェル誘電体アーキテクチャを有するナノワイヤ３４０を示し、ゲート層３０６が誘電層３０４上にコーティングされる。誘電層３０４は、ゲートとナノワイヤ３００との間の距離が５ナノメートル以下、１０ナノメートル以下、５０ナノメートル以下、または、１００ナノメートル以下となるようナノワイヤ−材料複合体の表面に生成されることが好ましい。
【００５１】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の例示的なドーピングの実施形態による、半導体デバイス２００の例を示す図である。図４Ａに示すように、基板２０８の上表面はドーパント層４０２でコーティングされている。ドーパント層４０２は、電子ドナーまたは電子アクセプタのドーピング材料を含む。半導体デバイス２００の特性は、ドーパント層４０２の導入により制御される。電子ドナーまたは電子アクセプタ材料は、それぞれｎ型またはｐ型チャネル・トランジスタを実現するためにナノワイヤに負または正の電荷キャリアを導入する。ドーパントが実際の伝導チャネルから離間されているため、半導体デバイス２００に対するこの構造によって非常に高い移動度レベルが得られる。
【００５２】
図４Ｂに示すように、ドーパント層４０２は、ナノワイヤ１００の薄膜の周囲に実質的に局所化される基板のある領域２０８を被覆する。実施形態では、半導体デバイス２００に適用されるドーパント層４０２は、異なるｎ型およびｐ型特性に従ってドーピングされる二つ以上の領域を有するようパターン化される。例えば、図４Ｂの実施形態では、ドーパント層４０２はｎ型特性でドーピングされた第１の部分４０４と、ｐ型特性でドーピングされた第２の部分４０６とを有する。このような実施形態では、ｐ−ｎ接合は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む様々な電子デバイスおよび光電子デバイスに従って実現される。デバイス２００以外の電子デバイスは、上述の方法を用いて加工される。ゲート電極２０４が不要となるためダイオードが電極２０２および２０６を有するが、図４Ｂに示されるようにダイオード加工される。ドーピングされた領域は、特定のデバイスを加工する際に必要であるため、ドーパントの種類、大きさ、および、デバイス中の位置において異なる。
【００５３】
上述の通り、ドーパント層４０２は、半導体デバイス２００の実際の加工前または加工後に基板２０８に導入される。
【００５４】
これらの材料で製造されるナノワイヤの集合は、高性能な電子機器のための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方向付けられるナノワイヤの集合は、高い移動度値を有する。更に、ナノワイヤは、安価な製造を可能にするために溶液で柔軟に処理される。ナノワイヤの集合は、ナノワイヤの薄膜を実現するために溶液から全てのタイプの基板に簡単に組み付けられる。例えば、半導体デバイスで使用されるナノワイヤの薄膜は、高性能な電子機器で使用されるよう、２、５、１０、１００、および、それらの量の間またはそれ以上の全ての他の数のナノワイヤを含むよう形成される。
【００５５】
ナノワイヤが、全てのタイプの基板上に柔軟にスピン・キャストにされる有機半導体材料のようなポリマー／材料と組み合わされた場合に高性能な合成材料を生成するよう使用されてもよいことに注意する。ナノワイヤ／ポリマー複合体は、純粋なポリマー材料より優れている特性を発揮する。ナノワイヤ／複合体の更なる詳細は以下の通りである。
【００５６】
上述の通り、ナノワイヤの薄膜の集合は、互いに対して実質的に平行となるよう整列される、または、非整列のままあるいはランダムのままでもよい。ナノワイヤの非整列な集合または薄膜は、１−１０ｃｍ２／Ｖの範囲の移動度値を典型的には有するポリシリコン材料に匹敵するあるいはそれよりも優れている電子特性を提供する。
【００５７】
ナノワイヤの整列された集合または薄膜は、単結晶材料に匹敵するまたはそれよりも優れている性能を有する材料を提供する。更に、整列したバリスティック・ナノワイヤ（例えば、図３Ｂに示されるコア−シェル・ナノワイヤ）を含むナノワイヤの集合または薄膜は、単結晶材料に対して著しく改善した性能を提供する。
【００５８】
ナノワイヤの整列されたまたは非整列の複合体または非複合体の薄膜は、本発明に従って、様々な方法で生成される。これらのタイプのナノワイヤの薄膜の組立および生産に対する例示的な実施形態は以下の通りである。
【００５９】
ナノワイヤのランダムに方向付けられた薄膜は、様々な方法で得られる。例えば、ナノワイヤは、適切な溶液に分散または浮遊され得る。ナノワイヤは、スピン・キャスティング、ドロップ・アンド・ドライ、フラッド・アンド・ドライ、または、ディップ・アンド・ドライといったアプローチ法を用いて所望の基板上に堆積される。これらの処理は、高被覆度を確実にするために多数回行われる。ナノワイヤ／ポリマー複合体のランダムに方向付けられた薄膜は、ナノワイヤが分散される溶液はポリマー溶液であるとして同様の方法で生成される。
【００６０】
ナノワイヤの整列された薄膜は様々な方法で得られる。例えば、ナノワイヤの整列された薄膜は、（ａ）ラングミュア・ブロジェット法の膜整列、（ｂ）全ての目的のために本願で参照として全体的に援用する２００２年９月１０日に出願された米国特許出願第１０／２３９，０００号に開示されるような流体流れアプローチ、および、（ｃ）機械的せん断力の適用といった技法を用いて生成される。機械的せん断力は、ナノワイヤを第１の表面と第２の表面との間に配置し、ナノワイヤを整列するよう第１の表面と第２の表面とを反対方向に移動することで使用される。ナノワイヤ／複合体の整列された薄膜は、これらの技法を用いて得られ、生成されたナノワイヤの薄膜上への所望のポリマーのスピン・キャスティングによって後続される。例えば、ナノワイヤは、液体ポリマー溶液に堆積され、整列はこれらまたは他の整列処理の一つに従って実施され、整列されたナノワイヤは硬化される（例えば、ＵＶ硬化、架橋等）。ナノワイヤ／ポリマー複合体の整列された薄膜は、ナノワイヤ／ポリマー複合体のランダムに方向付けられた薄膜を機械的に引き延ばすことで得られる。
【００６１】
ナノワイヤの薄膜は、シリコン、ガラス、石英、ポリマー、および、本願記載のさもなければ公知の全ての他の基板のタイプを含む事実上全ての基板のタイプに生成され得る。基板は、大きい領域あるいは小さい領域でもよく、剛性あるいは柔軟なプラスチックあるいは薄膜基板タイプのように柔軟でもよい。更に、基板は、不透明あるいは透明でもよく、伝導性、半伝導性、あるいは、非伝導性の材料よりなり得る。
【００６２】
ソース、ドレイン、および、ゲート等を含むナノワイヤ・フィルム・コンタクトは、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、マイクロ・コンタクト印刷処理を用いて、または、他の処理によって基板上にパターン化される。
【００６３】
誘電層は、例えば、ゲート・コンタクトを電気的に絶縁するために基板上にナノワイヤの薄膜に適用され得る。これらの材料は、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ・アシスト化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）、および、物理蒸着（ＰＶＤ）、を含むがこれらに制限されない蒸着処理、溶液相オーバーコーティングまたは基板に適当な前駆物質を単にスピン・コーティングすることによってナノワイヤに塗布される。スパッタリング等の他の公知の技法を用いてもよい。このような基板への誘電層の堆積は、ナノワイヤがその誘電層によって絶縁されている場合には必要でない。
【００６４】
ナノワイヤ・フィルムがリソグラフィ技法を含む様々な処理を用いて基板上にパターン化され得る。ナノワイヤの薄膜の堆積およびパターン化は、インク・ジェット印刷またはマイクロ・コンタクト印刷方法のような様々な処理を用いて同時に行われる。
【００６５】
コンタクトがパターン化される順番は様々であることに注意する。例えば、図２に示すゲート２０４、ソース２０２、および、ドレイン２０６は、互いに対して同時に、あるいは、異なるときにパターン化される。これら全ては、ナノワイヤ１００の薄膜の堆積の前または後にパターン化される。ソース２０２およびドレイン２０６は、ナノワイヤ１００の薄膜の堆積前にパターン化され、ゲート２０４は後にパターン化される。あるいは、ゲート２０４は、ナノワイヤ１００の薄膜の堆積前にパターン化され、ソース２０２およびドレイン２０６は後にパターン化されてもよい。ソース２０２およびドレイン２０６のいずれか一方は、ナノワイヤ１００の薄膜の堆積前にパターン化され、他方が後でパターン化されてもよい。
【００６６】
幾つかの実施例では、ナノワイヤの薄膜の一枚以上の層が所与の領域において基板に適用され得る。多数の層により、より大きい導電性が可能となり、対応する半導体デバイスの電気的特徴を変更するために使用され得る。多数の層は類似してもよく、あるいは、互いに対して異なってもよい。例えば、異なる方向に整列され、異なるようにドーピングされ、および／または、異なって絶縁されるナノワイヤを有するナノワイヤの薄膜の二枚以上の層が特定の半導体デバイスに使用され得る。特定の半導体デバイスのコンタクト領域は、ナノワイヤの薄膜の多数の層のどの一枚以上の層に結合されてもよい。ナノワイヤの薄膜がナノワイヤの単層、ナノワイヤのサブ単層、および、所望であれば、ナノワイヤの単層よりも大きく形成され得る。
【００６７】
（本発明のナノワイヤの例示的な適用法）
（ナノワイヤ複合体の実施形態）
別の面では、本発明は、ナノワイヤ−材料複合体を生成するシステムおよび処理に関わる。例えば、図５は、本発明の実施形態によるナノワイヤ−材料複合体を生成する例示的なステップを示すフローチャート５００を示す。図６Ａ〜図６Ｃは、図５のステップの例示的な実行を示す。フローチャート５００は、ステップ５０２から開始される。ステップ５０２では、ナノワイヤが少なくとも一つの表面の一部分に取り付けられた基板が提供される。ステップ５０４では、ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう当該部分上に材料が堆積される。フローチャート５００は、更にステップ５０６を任意に含む。ステップ５０６では、独立したナノワイヤ材料の複合体を生成するよう基板からナノワイヤ−材料複合体が分離される。
【００６８】
図６Ａは、ステップ５０２の例示的な実行を示す図である。図６Ａを参照するに、ナノワイヤ６０６が部分６０４に取り付けられた基板６０２が提供される。部分６０４は、基板６０２の表面の全領域全てあるいはそれよりも小さい。当業者には、ナノワイヤが様々な方法によって準備され得ることは理解されるであろう。本発明において使用するナノワイヤが技術において公知の全ての方法によって準備され得る。特定の方法は、全ての目的について本願で全体的に参照として援用する、米国特許第５，９９７，８３２号、米国特許第６．０３６，７７４号、および、米国特許出願公報第２００３００８９８９９号に例示される。ナノワイヤは、基板上に準備され、基板に取り付けられる。例えば、ナノワイヤ６０６は、基板６０２上に成長されてもよく、または、別途成長されて後で取り付けられてもよい。基板は、ナノワイヤが準備される際にどの材料より生成されてもよい。基板６０２に対する好適な基板の例は、シリコン、酸化被覆シリコンウェハ、ガラス、セラミック、ポリマー・ウェハ、および、その複合体を含むがこれらに制限されない。あるいは、基板６０２は、チューブ、立方体、または、球体、あるいは他の三次元対象物の内表面および／または外表面でもよい。基板６０２は、網状のマクロ多孔質金属、酸化物、または、セラミックのような不規則な対象物あるいは多孔質媒体でもよい。一つの特定の実施例では、金ナノ粒子触媒化学蒸着（ＣＶＤ）は、ナノワイヤがランダムに整列されるか整列がないようシリコンウェハ基板上にナノワイヤを成長させる。
【００６９】
代替的に、金または他の材料のナノ粒子は、マクロ多孔質金属および／または酸化物から生成される対象物のような三次元対象物の内表面および／または外表面上に堆積される。対象物は、ナノ粒子を有する溶液に浸漬され、ナノ粒子は、対象物の表面に接着あるいは結合される。例えば、ナノ粒子は、静電気によって表面に結合される。
【００７０】
図６Ｂは、ステップ５０４の例示的な実行を示す。図６Ｂを参照するに、ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう材料６０８が部分６０４上に堆積される。本発明において材料６０８として使用される材料は、ナノワイヤ６０６と複合体を生成することができる全ての材料である。材料の特定の選択は、ナノワイヤの意図する適用法およびナノワイヤ−材料複合体に依存する。特定の例としてポリマー材料、ガラス、および、セラミックスが挙げられるがこれらに制限されない。材料６０８に対する好ましい材料は、基板から分離され、独立したナノワイヤ−材料複合体を生成することができる材料を含む。好ましい材料としては、ポリマーおよび樹脂を含むがこれらに制限されない柔軟な材料が挙げられる。更に、材料６０８の好ましい材料は、ナノワイヤが基板から外れて分離されても損なわれず無傷である複合体に埋め込まれるよう、ナノワイヤ−材料複合体が基板から分離される一方でナノワイヤに接着しナノワイヤを支持することができる材料である。
【００７１】
当業者には、材料６０８に対する好適なポリマーが、エラストマー、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂を含むがこれらに制限されないことは理解されるであろう。特に、使用されるポリマーは、単量体、二量体、三量体、四量体、五量体、六量体、七量体、八量体、九量体、十量体、１１量体、１２量体、ポリマーのブランチされた、ハイパーブランチされた、樹木状の、および、他の非線形な構造形態のポリマー、フェノキシおよびエポキシ・プレポリマーのようなプレポリマー、相互浸透および半相互浸透網状ポリマーのような網状ポリマー、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマー、および、ランダムな、統計的な、交互の、ブロックのおよび、グラフト・コポリマーを含む他のコポリマー、並びに、二つ以上の異なるポリマーの混合を含むオリゴマーを含むがこれらに制限されない。材料−ナノワイヤ複合体において使用するポリマーの特定の例は、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、ポリアリルビニレン、ポリヘテロアリーレン、ポリヘテロアリルビニレン、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、多糖類、ポリペプチド、ポリホスファゼン、  ポリリン酸、フェノール酸ホルムアルデヒド樹脂および、フェノールホルムアルデヒド樹脂、エポキシおよびフェノキシ樹脂、および、尿素およびメラミン−ホルムアルデヒド樹脂を含むがこれらに制限されない。
【００７２】
図６Ｂに示すナノワイヤ−材料複合体は、材料６０８の特性を変更するために添加物を任意には有する。添加物の一例は可塑剤である。可塑剤は、ポリマーの曲げ率を低下させることができる全ての材料を意味するとして本願では用いられる。可塑剤は、ポリマーの形態に影響を与え、溶融温度およびガラス転移温度に影響を与える。可塑剤の例として、小さい有機および無機分子、オリゴマー、および、小さい分子量のポリマー（分子量が約５０，０００未満）、非常にブランチされたポリマー、および、デンドリマーが挙げられるがこれらに制限されない。特定の例は、モノマー・カーボンアミドおよびサルファ剤、フェノール化合物、サイクリックケトン、フェノールおよびエステルの混合物、スルホン化エステルまたはアミド、Ｎ−アルキロアリルスルホンアミド、選択された脂肪族ジオール、アルコールのリン酸エステル、ジエチルフタラートのようなフタラート・エステル、ジヘキシルフタレート、ジオクチルフタレート、ジデシルフタレート、フタル酸ジ（２−エチルヘキシ）およびジイソノニルフタレート、グリセロールのようなアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールのオリゴマー、２−エチルヘキサノル、イソノニルアルコールおよびイソデシルアルコール、ソルビトールおよびマンニトール、ＰＥＧ−５００、ＰＥＧ１０００およびＰＥＧ２０００を含むポリエチレングリコールのオリゴマーのようなエーテル、および、トリエタノールアミンのようなアミン。
【００７３】
本発明において使用される他の添加物の例として、フィラー、酸化防止剤、染料、架橋、および、硬化剤、衝撃強さ変性剤、熱および紫外線安定剤、難燃剤、帯電防止剤、電気的および熱的伝導性変性剤、薬物および生物学的に活性な化合物並びに分子が挙げられるがこれらに制限されない。
【００７４】
図６Ｂを参照するに、材料６０８は、材料６０８の制御された堆積を可能にする任意の方法を用いて部分６０４上に堆積される。当業者には、多数の異なる堆積方法が利用可能であり、方法の選択が使用される材料６０８のタイプおよびナノワイヤ−材料複合体の所望の最終特性に依存することは理解されるであろう。材料６０８を堆積する方法は、ドロップ・キャスティング、スピン・キャスティング、ディップ・キャスティング、ラングミュア・ブロジェット、および、ブレード・コーティングを含むがこれらに制限されない。材料６０８が様々な形態で堆積され得ることは当業者に理解されるであろう。それらの形態は、例えば、ニート液体または融生物、および、好適な溶媒における溶液を含むがこれらに制限されない。好適な溶媒は、水溶媒および非水溶媒を含む。
【００７５】
堆積についての好ましい方法では、材料６０８は、ナノワイヤ６０６が堆積の結果としてその長軸に対して実質的に平行に整列されるよう一方向性に堆積される。例えば、材料６０８は、ナノワイヤ６０６が流れの方向に対して実質的に平行に整列されるようナノワイヤ６０６上を流れる。あるいは、材料６０８は、結果として、ナノワイヤ６０６の実質的な整列がその長軸に対して平行となり、移動方向に対して平行となるよう、基板６０２および／またはブレードを移動することによるブレード・コーティングによって堆積される。代替的に、ナノワイヤ６０６が上に取り付けられた基板６０２は、材料６０８のバスまたはラングミュア・ブロジェット・トラフに浸される。基板６０２は、ナノワイヤ６０６がその長軸に対して平行であり基板６０２がバスから除去される方向に対して実質的に平行に整列されるように除去される。当業者には、材料６０８の堆積中にナノワイヤを整列する代替的な手段も利用可能であることは明らかであろう。代替的な手段は、例えば、電場および／または磁場整列を含む。
【００７６】
材料６０８を部分６０４上に堆積した後、材料６０８は、任意には更に処理される。ナノワイヤ−材料複合体の所望の最終特性に依存して様々な処理ステップが実施される。処理ステップは、硬化、架橋、重合、光重合、溶融、結晶化、酸化、および、還元を含むがこれらに制限されない。
【００７７】
図６Ｂを再び参照するに、一つの特定の実施例では、材料６０８はポリマー溶液として部分６０４上に堆積される。本発明で使用されるポリマー溶液の例として、トルエンに溶解されるポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ナイロン６−テレフタル酸ポリエチレン、ジクロロメタンに溶解されるポリエチレンまたはポリプロピレン、および、水に溶解されるポリ乳酸を含むがこれらに制限されない。材料６０８から溶媒を除去することで材料６０８が硬化され、ナノワイヤ−材料複合体が生成される。溶媒は、例えば、溶媒を蒸発させる等、当業者に公知の全ての方法によって除去される。
【００７８】
別の実施例では、材料６０８は、少なくとも一つ以上のプレポリマーの混合物として部分６０４上に堆積される。プレポリマーを重合することで混合物を処理することにより、材料−ナノワイヤ複合体が生成される。特定の実施例では、低分子量のウレタンオリゴマーはニート膜として堆積され、熱硬化されて、ナノワイヤが中に埋め込まれた高分子量のエラストマーポリウレタン複合体が生成される。更なる実施例では、二つ以上のエポキシ・プレポリマーの混合物がニート膜としてナノワイヤ上に堆積され、または、二つ以上のエポキシ・プレポリマーが別途堆積され、エポキシ・ポリマーを生成するよう基板に混ぜられる。膜を硬化することでナノワイヤが中に埋め込まれたエポキシ樹脂の複合体が生成される。別の実施例では、ニートであるか開始剤、例えば、光開始剤または加熱活性化開始剤のような添加物を有する単量体膜がナノワイヤ上に堆積される。熱、光、Ｘ線、マイクロ波、または、他の電磁気エネルギーを用いて単量体膜を重合することで材料−ナノワイヤ複合体が生成される。ニートであるか開始剤のような添加物を有する異なる単量体の混合物を堆積し、混合物を重合することで、相互浸透および／または半相互浸透網状ポリマーをベース材料とする材料−ナノワイヤ複合体が生成される。
【００７９】
別の実施例では、材料６０８は、不規則な対象物の内表面に堆積される。全ての堆積方法が使用され得る。例えば、基板は、金属の孔の内部にナノワイヤが取り付けられたアルミニウムのような網状のマクロ多孔質金属を有する。マクロ多孔質基板は、材料６０８に含浸されるか注入される。含浸あるいは注入の際、材料６０８はナノワイヤが取り付けられる基板の部分を被覆する。ナノワイヤを被覆する材料は、本願に記載するように、任意には更に処理される。
【００８０】
実施形態では、ナノワイヤ−材料複合体は、生成された後に基板６０２に取り付けられながら任意には更に処理される。代替的には、ナノワイヤ−材料複合体は、任意に更に処理される前に基板６０２から分離される。任意の更なる処理は、平坦化、パターン化、パターン化されたナノワイヤ−材料複合体の基板６０２からの分離、ドーピング、金属化、および、更なるデバイス製作ステップを含むがこれらに制限されない。
【００８１】
図６Ｃは、ステップ５０６の例示的な実行を示す。図６Ｃを参照するに、ナノワイヤ−材料複合体が生成された後、複合体は、基板６０２から分離され、独立したナノワイヤ−材料複合体６１０が生成される。ナノワイヤ−材料複合体を基板６０２から分離するために様々な方法が利用可能であることは理解されるであろう。分離方法が結果として、独立したナノワイヤ−材料複合体６１０を生成し、このとき、ナノワイヤが基板６０２から引き離され、分離中に損傷を与えられることなく無傷の材料６０８に埋め込まれていることが好ましい。本発明において使用するナノワイヤ−材料複合体６１０を基板６０２から分離する方法は、以下の三つの実施例を含むがこれらに制限されない。
【００８２】
最初に、ブレードを用いてナノワイヤ−材料複合体６１０が基板６０２から物理的に持上げられる。ブレードといった用語は、複合体６１０を基板６０２から持上げ、ナノワイヤ６０６を損傷することなく基板６０２からナノワイヤ６０６を引き離すことができる全ての鋭利なエッジの対象物を意味するとして本願では使用される。ブレードは、複合体６１０全体を基板から分離するために使用される、あるいは、ブレードは、複合体６１０の第１の部分を基板６０２から分離するために使用される。複合体６１０の第２の部分は基板６０２から機械的に分離されるか、手あるいは手持ち式機器によって基板から持ち上げられる。
【００８３】
第２に、基板６０２は、ナノワイヤ−材料複合体６１０からエッチングされる。基板６０２をエッチングする方法は、基板６０２の材料に依存する。例えば、ナノワイヤ−材料複合体６１０からシリコンウェハ基板をエッチングするためにプラズマ・エッチングが使用される。あるいは、シリコンウェハ基板は、フッ化水素酸およびＨＮＯ３またはＨ２ＳＯ４のような酸化剤のような適切なエッチング剤を用いて複合体６１０から化学的にエッチングされる。他の化学的エッチング剤はＫＯＨおよびＸｅＦ２を含むがこれらに制限されない。金属基板は、ナノワイヤ−材料複合体６１０から電気化学的にエッチングされる。ポリマー基板は、ナノワイヤ−材料複合体６１０を溶解しない適切な流体に基板を溶解することでナノワイヤ−材料複合体６１０から分離され得る。
【００８４】
第３に、剥離層がナノワイヤ−材料複合体６１０を基板６０２から分離するために使用される。剥離層といった用語は、基板６０２からのナノワイヤ−材料複合体６１０の分離を容易化することができる全ての物質を意味するとして本願で使用される。本発明において使用される剥離層の実施例は、基板６０２とナノワイヤ−材料複合体６１０との間の化学的に除去可能な剥離層を含むがこれらに制限されない。例えば、基板６０２は、最初に、化学的に除去可能な剥離層で少なくとも一つの表面がコーティングされるおよび／または被覆される。ナノワイヤ６０６は、化学的に除去可能な剥離層上に成長される。材料６０８は、ナノワイヤ６０６上に堆積され、ナノワイヤ−材料複合体６１０が生成される。ナノワイヤ−材料複合体６１０は、化学的に除去可能な層を適切な溶媒で溶解することで基板６０２から分離される。適切な溶媒は、化学的に除去可能な層を溶解することができるか、ナノワイヤ−材料複合体６１０または基板を溶解しない。剥離層は、紫外線または他の適切な波長の光、あるいは、他の適切な電磁気エネルギーが剥離層を除去して、ナノワイヤ−材料複合体６１０を基板６０２から分離するために使用される光除去可能な層でもよい。光除去可能な層の実施例は、紫外線の存在によって分解され崩壊されて、適切な流体での洗浄によって簡単に除去される物質である。
【００８５】
本発明の実施形態では、独立したナノワイヤ−材料複合体６１０は、シートとして収集され、後の使用のために保管される。柔軟なナノワイヤ−材料複合体６１０は、任意には巻かれ、後の使用のために保管されるか、更に任意の処理を受ける。
【００８６】
実施形態では、独立したナノワイヤ−材料複合体６１０は、任意には更に処理される。あるいは、材料６０８は、ナノワイヤ６０８から分離され、更なる処理のためにナノワイヤ６０６は採られる。本発明では、材料６０８をナノワイヤ６０６から分離することができる全ての方法が使用され得る。特定の実施例は、材料６０８を適切な溶媒に溶解すること、材料６０８を灰化するに十分な温度までナノワイヤ−材料複合体６１０を加熱すること、および、材料をエッチングすることを含むがこれらに制限されない。適切な溶媒は、ナノワイヤ６０６を無傷で損傷を受けない状態のままにして材料６０８を溶解する流体を含む。溶媒は、ナノワイヤ−材料複合体６１０と接触し、材料６０８を溶解する。ナノワイヤ６０６は、フィルタ処理のような何らかの手段によって収集される。ナノワイヤ−材料複合体６１０を加熱することは、全ての適切な炉において行われ得る。ナノワイヤ６０６は、材料６０８からの灰が残らないよう洗浄され、収集される。材料６０８をエッチングすることは、プラズマ・エッチング、または、材料６０８からナノワイヤ６０６を分離することができる他のイオン・エッチングを用いて行われる。収集されたナノワイヤ６０６は、電子デバイス製作のための薄膜に任意には更に処理される。
【００８７】
（方向付けられたナノワイヤを堆積する実施形態）
実施形態では、本発明は、方向付けられたナノワイヤを堆積するシステムおよび処理に関わる。例えば、図７は、本発明の実施形態による堆積された方向付けられたナノワイヤに対する例示的なステップを示すフローチャート７００である。図８Ａ〜８Ｆは、図７のステップの例示的な実行を示す。フローチャート７００はステップ７０２から開始される。ステップ７０２では、ナノワイヤが少なくとも一つの表面に取り付けられた第１の基板が提供され、各ナノワイヤの第１の端部が上記部分に取り付けられている。ナノワイヤが基板の表面に対して実質的に垂直に方向付けられていることが好ましい。ステップ７０４では、ナノワイヤ−材料複合体が生成されるよう材料が当該部分上に堆積される。ステップ７０６では、パターン化された複合体が生成されるようナノワイヤ−材料複合体がパターン化される。ステップ７０８では、パターン化された複合体が第１の基板から分離される。ステップ７１０では、ナノワイヤが第２の基板に対して実質的に平行に整列されるようパターン化された複合体が第２の基板に適用される。
【００８８】
図８Ａは、ステップ７０２の例示的な実行を示す。図８Ａを参照するに、ステップ７０２の前に、ナノワイヤ８０４は、第１の基板８０２上に成長される。ナノワイヤ８０４は、基板８０２の表面に対して垂直に成長されることが好ましい。全ての目的のために本願で全体的に参照として援用する米国特許出願公報第２００２０１７２８２０号等を含む、技術において公知の全ての方法が表面に対して垂直にナノワイヤを成長するために使用される。ナノワイヤ８０４は、約１０〜約２０ミクロンの範囲にある長さ８１１に成長されることが好ましいが、本発明は、この範囲に制限されない。ナノワイヤ８０４は、基板８０２に取り付けられる端部にある各ナノワイヤの部分８０５がドーピングされるよう成長されることが好ましい。ナノワイヤをドーピングする方法は技術において周知である。基板に取り付けられる部分８０５をドーピングする、全てのドーピング方法が成長中に使用され得る。
【００８９】
フローチャート７００は、第１の基板上に剥離層を提供することを任意には含み、このとき、ナノワイヤは上記剥離層の一部分に取り付けられる。ナノワイヤ８０４は、剥離層に取り付けられる端部で任意にはドーピングされる。剥離層は、基板８０２からのナノワイヤ８０４の分離を容易化する。
【００９０】
図８Ｂは、ステップ７０４の例示的な実行を示す。図８Ｂを参照するに、材料は、ナノワイヤ−材料複合体８０６を生成するようある部分に堆積される。材料は、ナノワイヤが材料によって被覆され、ナノワイヤ−材料複合体８０６に埋め込まれるよう高さ８０７だけナノワイヤ上に堆積される。上述の通り、ナノワイヤ上に材料を堆積する技術において公知の全ての方法が本発明において使用され得る。ナノワイヤ上に材料が堆積された後、材料は、任意には、ナノワイヤ−材料複合体８０６を生成するよう処理される。材料は、硬化および／または硬化ステップにおいて重合または架橋されることが好ましい。材料は、ナノワイヤ−材料複合体８０６を生成するよう光重合および／または熱硬化されることが好ましい。
【００９１】
図８Ｃは、ステップ７０６の例示的な実行を示す。図８Ｃを参照するに、パターン化された複合体８０８が生成されるよう、ナノワイヤ−材料複合体はパターン化される。任意には、ナノワイヤ−材料複合体は、複数のパターン化された複合体８０８にパターン化される。ナノワイヤ−材料複合体は、任意の形状にパターン化され得る。ナノワイヤ−材料複合体は、複数の実質的に長方形のブロック８０８にパターン化されることが好ましい。ブロック８０８は、特定の用途に依存してどの寸法にパターン化されてもよい。ブロック８０８の高さ８０９は実質的にナノワイヤの長さ以上であり、結果として、ナノワイヤは各複合体ブロックに完全に埋め込まれる。代替的には、ナノワイヤは、ブロック８０８の高さ８０９がナノワイヤの長さ８１１未満となるようブロック８０８に完全には埋め込まれず、ブロック８０８に埋め込まれない部分８１３が残留する。ブロック８０８の高さ８０９は、約２ミクロン〜約５０ミクロンの範囲にあるが、本発明はこの範囲に制限されない。ブロックが約１０ミクロン未満の高さを有することが好ましい。複数のブロックは、寸法において均一でもよく、あるいは、ブロックは、各ブロックあるいはブロックの各グループが異なる寸法を有するようパターン化されてもよい。材料をパターン化する方法は、技術において周知である。ナノワイヤ−材料複合体の明確なパターンを結果として生ずる方法が本発明において使用され得る。本発明において使用されるパターン化方法は、フォトリソグラフィおよびソフト・リソグラフィを含むがこれらに制限されないリソグラフィック方法を含むがこれらに制限されない。代替的に、パターン化方法は、反応性イオン・エッチングでもよい。本発明によるこのようなエッチングは、ＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＣｌ４、ＣＣｌ２Ｆ２、Ｃｌ２、Ｏ２、Ｈ２、および、Ａｒのイオンを含むがこれらに制限されない。
【００９２】
図８Ｄは、ステップ７０８の例示的な実行を示す。図８Ｄを参照するに、パターン化されたブロック８０８は、基板８０２から分離される。上述の通り、全ての分離方法が使用され得る。図８Ｄを参照するに、一旦分離されると、ブロックは、独立したナノワイヤ−材料ブロック８１０を生成し、後の使用および更なる任意の処理のために保管され得る。ブロックが第２の基板に対して更に処理されることが好ましい。
【００９３】
図８Ｅは、ステップ７１０の例示的な実行を示す。図８Ｅを参照するに、独立したナノワイヤ−材料ブロック８１０は、ナノワイヤが第２の基板８１４の表面に対して実質的に平行となるよう第２の基板にラミネートされる。例えば、複数のナノワイヤ−材料ブロック８１０は、所定のパターンで基板８１４上にラミネートされ得る。あるいは、ブロック８１０は、パターンを有さずまたはランダムなパターンで基板８１４上に配置される。当業者に公知の全ての方法は、第２の基板８１４にブロック８１０をラミネートするために使用され得る。方法の選択は、ブロック８１０中の材料、および、基板８１４のタイプ等の要素に依存する。例えば、ブロック８１０は、共有結合および／または非共有結合を通じて基板８１４に接着されるよう設計され得る。例えば、複合体ブロック８１４は、ブロック８１０が表面に配置され、圧力が加えられると基板８１４に接着する圧感接着剤ポリマーから生成される。代替的に、別の接着剤が基板８１４にブロック８１０をラミネートするために使用され得る。接着剤は技術において周知であり、接着剤の選択は、特定の用途およびブロック８１０並びに基板８１４の材料に依存する。代替的に、ブロック８１０は、共有化学結合を介して基板８１４にラミネートされる。共有化学結合を生成する全ての方法が使用され得る。例えば、共有化学結合は、シロキサン結合でもよい。当業者には、ブロック８１０と基板８１４との間でシロキサン結合をどのようにして生成するかは理解されるであろう。例えば、ヒドロキシル基とハロシランとの間の反応が使用される。
【００９４】
図８Ｆは任意の更なる処理ステップの例示的な実行を示す。ナノワイヤ−材料ブロックは、平坦化されたブロック８１４および８１６を生成するよう任意には平坦化される。実施形態では、第２の基板にラミネートされる全てのナノワイヤ−材料ブロックは同じ高さに平坦化される。代替的に、第１の複数のナノワイヤ−材料ブロック８１４は、第１の高さに平坦化され、第２の複数のナノワイヤ−材料ブロック８１６は第２の高さに平坦化される。代替的に、ナノワイヤ−材料ブロックは、異なる高さに個別に平坦化される。更なる実施形態では、第２の基板にラミネートされる一つ以上のナノワイヤ−材料ブロックは平坦化されない。当業者に公知の全ての方法はナノワイヤ−材料ブロックを平坦化するために使用され得る。酸素プラズマがナノワイヤ−材料ブロックを平坦化するために使用されることが好ましい。
【００９５】
平坦化により、ナノワイヤ−材料複合体から材料が除去される。平坦化により、少なくとも一つのナノワイヤの少なくとも一つの表面が露出されることが好ましい。代替的に、平坦化により、ナノワイヤ−材料複合体から全ての材料が除去され、複合体に埋め込まれたナノワイヤが露出される。平坦化中に全ての材料を除去することが望ましい場合、ナノワイヤ−材料ブロックは、少なくとも一つのナノワイヤの第１の表面が露出された後に任意には基板から引き離される。引き離されたブロックは、反転され、基板に再び取り付けられ、ナノワイヤの他方の表面全てを露出するよう更に平坦化される。これにより、ナノワイヤ−材料複合体ブロックから全ての材料が完全に除去され、結果として、その長軸に対して平行に且つ基板の表面に対して実質的に平行に整列されたナノワイヤのニート薄膜が生成される。代替的に、平坦化は材料が除去するが、ナノワイヤのどの表面も露出しない。
【００９６】
実施形態では、平坦化により、基板の表面上にパターン化された露出されたナノワイヤの複数のブロックを結果として生ずる。露出されたナノワイヤは、電子デバイスを形成するよう任意には更に処理される。任意の更なる処理は、誘電層でのコーティング、ドーピング、パターン化、平坦化、金属化、および、更なるデバイス製作ステップを含むがこれらに制限されない。
【００９７】
例えば、デバイスを製作するためには、ナノワイヤ−材料ブロックは、ブロックから材料を除去するために第２の基板上で平坦化され得る。それにより、動作電流レベルを実現するに十分な密度で、第２の基板に対して実質的に平行にナノワイヤが整列されたナノワイヤの薄膜が第２の基板上に形成される。複数の半導体デバイス領域がナノワイヤの薄膜に画成され得る。半導体デバイス領域にコンタクトが形成され、複数の半導体デバイスに対して導電性を提供する。
【００９８】
更なる任意の処理ステップは、レイヤード・ブロックを生成するよう、第１の平坦化されたブロック８１４および８１６上に一つ以上の追加的なナノワイヤ−材料複合体ブロックをラミネートすることも含む。任意の処理ステップは、各層に対して個別的にまたはグループ毎に実施され得る。
【００９９】
（電子基板の実施形態）
実施形態では、本発明は、電子基板を形成するシステムおよび処理に関わる。例えば、図９は、本発明の実施形態による、電子基板を形成する例示的なステップを示すフローチャート９００を示す。図１０は、ステップ９０６の後でステップ９０８の前に実施され得る任意のステップを示すフローチャート１０００を示す。図１１Ａ〜図１８Ｂは、図９および図１０のステップの例示的な実行を示す。
【０１００】
スローチャート９００は、ステップ９０２から開始される。ステップ９０２において、複数のナノワイヤを有するナノワイヤ−材料複合体が基板の一部分に取り付けられる。ステップ９０４では、ナノワイヤの一部分を露出するようナノワイヤ−材料複合体が任意に平坦化される。ステップ９０６では、一つ以上の半導体デバイス領域を画成するようナノワイヤ−材料複合体がパターン化される。ステップ９０８では、半導体デバイス領域にコンタクトが形成され、それにより、上記デバイス領域に電気的接続性が与えられる。
【０１０１】
フローチャート１０００はステップ１００２から開始される。ステップ１００２では、誘電層がナノワイヤ−材料複合体に任意に堆積される。ステップ１００４では、一つ以上の半導体デバイス領域を画成するよう誘電層のパターンを形成し、露出されたナノワイヤ材料複合体のパターンを形成するよう誘電層が任意にはエッチングされる。ステップ１００６では、露出されたナノワイヤ材料複合体は任意にドーピングされる。ステップ１００８では、コンタクトを形成するステップ９０８の前に誘電層が任意には除去される。
【０１０２】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、ステップ９０２の例示的な実行を示す。図１１Ａは、基板の表面にラミネートされたナノワイヤ−材料複合体１１０２の平面図である。複合体１１０２は、動作電流レベルを実現するよう十分な密度で材料１１０６にナノワイヤ１１０４を埋め込んでいる。図１１Ｂは、基板１１０８の上表面にラミネートされた複合体１１０２の側面図である。多層のナノワイヤ１１０４が材料１１０６に埋め込まれている。あるいは、単層のナノワイヤ１１０４が材料に埋め込まれている。ナノワイヤ１１０４がその長軸に対して実質的に平行に、且つ、複合体１１０２がラミネートされる基板の表面に対して平行に整列されることが好ましい。基板１１０８に複合体１１０２がラミネートされた後、複合体は、ナノワイヤの層の表面を露出するよう任意には平坦化される。
【０１０３】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、ステップ９０４の例示的な実行を示す。図１２Ａは、材料１１０６にナノワイヤ１１０４が埋め込まれたナノワイヤ−材料複合体１１０２の平面図である。図１２Ｂは、基板１１０８にラミネートされ、ナノワイヤ１１０４を材料１１０６に埋め込み、平坦化により表面が露出されたナノワイヤ材料複合体１１０２を示す側面図である。複合体１１０２を任意に平坦化した後、複合体は、所定のパターンにパターン化される。
【０１０４】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、ステップ９０６の例示的な実行を示す。図１３Ａは、正方形の形状を有し、ナノワイヤ１１０４が材料１１０６に埋め込まれたパターン化されたナノワイヤ−材料複合体１３０２を示す平面図である。ナノワイヤ−材料複合体は、任意の形状、または、複数の同様のあるいは異なる形状の全てのパターンに平坦化され得る。代替的な形状は、円形、長方形、三角形、リング、長円形、星型、全ての他の形状または任意のランダムなパターンを含むがこれらに制限されない。図１３Ｂは、基板１１０８にラミネートされ、ナノワイヤ１１０４が材料１１０６に埋め込まれ、露出した表面を有するパターン化された複合体１３０２の側面図である。パターン化されたナノワイヤ−材料複合体１３０２が生成された後、誘電層が複合体１３０２および基板１１０８の露出した表面上に堆積される。
【０１０５】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、ステップ１００２の例示的な実行を示す。図１４Ａは、基板１１０８およびパターン化されたナノワイヤ−材料複合体１３０２に堆積される誘電層１４０２の平面図である。図１４Ｂは、パターン化されたナノワイヤ−材料複合体１３０２、埋め込まれた露出されたナノワイヤ１１０４、材料１１０６、および、基板１１０８を被覆する誘電層１４０２の側面図である。誘電層1402は、ポリマー、酸化物、または、全ての他の誘電体のドロップ・キャスティング、スピン・コーティング、または、ブレード・コーティング等を含む技術において公知の全ての処理を用いて堆積され得る。本発明において使用されるポリマー誘電体は、例えば、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリベンズイミダゾール等を含む全てのポリマーである。本発明で使用される酸化物誘電体は、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｈｆ２Ｏ、および、Ａｌ２Ｏ３を含む。窒化物誘電体は、ＡｌＮおよびＳｉＮを含む。ＳｉＮが好ましい誘電材料である。
【０１０６】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、ステップ１００４の例示的な実行を示す。図１５Ａを参照するに、一つ以上の半導体デバイス領域を画成するよう誘電層のパターンを形成し、露出されたナノワイヤ材料複合体のパターンを形成するよう誘電層１４０２がエッチングされる。図１５Ｂは、パターン化されたナノワイヤ−材複合体１３０２の一部分を露出するよう、誘電層１４０２に半導体デバイス領域１５０２がエッチングされた側面図である。エッチングは、上述のどの方法で行われてもよく、フッ素ベースのエッチング・プラズマまたは反応性イオン・エッチングが好ましくは使用される。
【０１０７】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、ステップ１００６の例示的な実行を示す。図１６Ａおよび図１６Ｂに示されるように、露出されたナノワイヤ材料複合体は、ドーピングされ、ドーピングされた複合体１６０２およびドーピングされた誘電層１６０４が形成される。ドーピングは、技術において公知のどの方法によって行われてもよい。好ましい方法は、スピン・オン・ドーピング、低エネルギーイオン注入またはイオン・シャワーを含むがこれらに制限されない。
【０１０８】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、ステップ１００８の例示的な実行を示す。図１７Ａに示されるように、誘電層１４０２は、パターン化されたナノワイヤ−材料複合体１３０２および露出されたナノワイヤ１１０４を露出するよう除去される。ドーピングされたナノワイヤ−材料複合体１６０２の領域も示される。図１７Ｂは、上表面にパターン化されたナノワイヤ−材料複合体１３０２がラミネートされた基板１１０８の側面図である。
【０１０９】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、ステップ９０８の例示的な実行を示す。半導体デバイス領域は、デバイス領域に電気的接続性を与えるよう金属化される。図１８Ａは、ソース、ゲート、および、ドレイントランジスタ電極をそれぞれ形成する金属化された半導体デバイス領域１８０２、１８０４、および、１８０６の平面図である。図１８Ｂは、領域１８０２、１８０４、および、１８０６の側面図である。金属化は、技術において公知のどの方法を用いて行われてもよい。半導体デバイス領域は、電子ビーム蒸発によって金属化されることが好ましい。ソース電極およびドレイン電極が形成され、それにより、ナノワイヤはソース電極とドレイン電極の対応する一方の長さを有するチャネルを形成し、ナノワイヤはソース・コンタクトとドレイン・コンタクト間の軸に対して実質的に平行に整列されることが好ましい。ゲート電極は、ゲートとナノワイヤとの間の距離が５ナノメートル以下、１０ナノメートル以下、５０ナノメートル以下、または、１００ナノメートル以下となるようナノワイヤ−材料複合体の表面に形成されることが好ましい。
【０１１０】
電子基板を形成する代替的な処理は、基板の平面図を示す図１９Ａ〜図１９Ｅに示される。図１９Ａに示されるように、ナノワイヤ１９０４が材料１９０５に埋め込まれたナノワイヤ−材料複合体１９０２が提供される。ナノワイヤは、その長軸に沿って実質的に平行に整列されることが好ましい。複合体１９０２は、基板の表面上に任意にはラミネートされる。
【０１１１】
図１９Ｂに示されるように、材料１９０５の一部分がナノワイヤ−材料複合体から除去され、材料１９０５が除去された領域１９０６が形成される。材料１９０５は、ナノワイヤ１９０４が領域１９０６に残留するように除去される。それにより、複合体は、露出されたナノワイヤを有する領域１９０６を有する一片のナノワイヤ−材料複合体にパターン化される。
【０１１２】
図１９Ｃに示されるように、複合体の片１９０７は、処理された片１９０８を形成するよう例えば、焼き入れ、硬化、または、架橋材料１９０５によって更に処理される。片１９０７は、平坦化された片となるよう平坦化され得る。誘電層が露出されたナノワイヤおよび／または平坦化された片１９０７の一部分に形成され得る。露出されたナノワイヤの一部分は、領域１９０６または平坦化された片１９０７のいずれか一方にドーピングされる。
【０１１３】
図１９Ｄに示されるように、露出されたナノワイヤの領域は、電気的接続性の領域およびアドレス指定可能な電極を形成するよう金属化され得る。当業者には、どのデバイスが望まれるかに依存して様々なアーキテクチャが金属化ステップで構築されることは理解されるであろう。例えば、図１９Ｅは、ダイオード１９１３を形成するよう堆積される金属化された正の電極１９１１および金属化された負の電極１９１２を示す。別の例では、アノードおよびカソード電極が金属化ステップで形成される。電圧は電極１９１１と電極１９１２上に印加されると、電極１９１１および１９１２間にｐ−ｎ接合が形成される。ｐ−ｎ接合は、動作中にナノワイヤ１９０４から光が発せられるよう、半導体ナノワイヤ１９０４に形成される。ナノワイヤから発せられる光の波長は、ナノワイヤ半導体材料、ナノワイヤ中の不純物の有無を含む幾つかの要素に依存する。ナノワイヤが光を発するために必要な最小電圧もこれらの要素に依存する。最小電圧は、約５ボルト未満であることが好ましい。ダイオード１９１３は、別々にアドレス指定可能であり、ディスプレイ用途のためにピクセル・サイズの寸法を有する。従って、フラットパネル・ディスプレイ用途のために複数の個別に且つ電気的にアドレス指定可能なピクセル・サイズのダイオードを有する一枚の複合体１９１３が生成され得る。
【０１１４】
（発光ダイオードの実施形態）
実施形態では、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を活性層として備えるフラットパネル・ディスプレイに関わる。ＬＥＤは、複数の独立且つ電気的にアドレス指定可能なピクセル・サイズ・ダイオードを有する一つ以上のナノワイヤ−材料複合体を有する。各アドレス指定可能なダイオードは、ナノワイヤを活性発光素子として含む。
【０１１５】
図２０は、三つの異なる独立した活性層を有する多層ディスプレイ２００２の例を示す。層は、異なる波長で光を発するナノワイヤを備える。基板２００８に取り付けられる層である底層は赤色の光を発することが好ましい。赤色を発光するナノワイヤの例は、ＧａＡｓＰよりなる。真ん中の層２００６は、緑色を発するナノワイヤ、例えば、ＩｎＧａＮナノワイヤを有することが好ましい。上層２００４は、青色を発するナノワイヤ、例えば、ＩｎＧａＮナノワイヤを有することが好ましい。しかしながら、層が異なる順番に配置されてもよく、異なる数の層を有してもよいことに注意する。発光用途に使用される他の半導体ナノワイヤ材料は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＯ、および、その組み合わせを含むがこれらに制限されない。
【０１１６】
実施形態において、上層は、下の二層により発せられる光を吸収しない、あるいは、少量の光だけを吸収する。つまり、図２０の構造では、青色層は、赤色層または緑色層から発せられる光を吸収しない。更に、緑色層は、赤色層からの光を吸収しない。当業者には、発光ナノワイヤ−材料複合体の層を積層する場合に異なる色が使用され得ることは理解されるであろう。色の組み合わせは、下の層から発せられる相当な量の光を上にラミネートされる層が吸収しないように選択されるべきである。
【０１１７】
図２１は、様々なナノワイヤ組成に対する吸収スペクトル２１０２を示す。約１．０ミクロより大きい波長を有する光を吸収するナノワイヤは、約０．７〜約１．０ミクロンの間の波長を有する光を吸収する層の下にあるべきである。約０．３〜約０．７ミクロの間の波長を有する光を吸収するナノワイヤが全ての他の層の上にラミネートされるべきである。あるいは、これらの層は異なる十分で積層されてもよい。
【０１１８】
従って、実施例において、本発明は、光を発し、ナノワイヤが中に埋めこられたポリマーを有するナノワイヤ−材料複合体に関わる。したがって、本発明は、テレビ、コンピュータ・ディスプレイ（例えば、手持ち式、ノート型、デスクトップ、ラップトップ）、オーバーヘッド・ディスプレイ、屋内または屋外照明、および、全ての他のこのような用途を含む全てのディスプレイおよび／または光源用途に使用される。
【０１１９】
（溶液ベース処理の実施形態）
実施形態では、本発明は、ナノワイヤ−材料複合体を生成する方法に関わる。図２２は、本発明の実施形態による溶液ベースの方法を用いてナノワイヤ−材料複合体を生成する例示的なステップを示す、フローチャート２２００を示す。ステップ２２０２では、混合物を生成するようナノワイヤが材料と接触される。図６に示す材料６０８のような任意の材料が混合物を生成するために使用され得る。混合物の生成は、材料にナノワイヤを分散させるために攪拌、音波処理、または、当業者に公知の全ての他の方法によって容易化され得る。
【０１２０】
ステップ２２０４では、ナノワイヤ−材料複合体を生成するよう、基板上に混合物が堆積される。混合物は、混合物の制御された堆積を可能にする全ての方法を用いて堆積される。当業者には、多数の異なる堆積方法が利用可能であり、方法の選択が使用される材料のタイプ、基板、および、ナノワイヤ、並びに、ナノワイヤ−材料複合体の所望の最終特性に依存することは理解されるであろう。堆積方法は、ドロップ・キャスティング、スピン・コーティング、ディップ・コーティング、ラングミュア・ブロジェット技法、および、ブレード・コーティングを含むがこれらに制限されない。当業者には、混合物が様々な形態で堆積され得ることは理解されるであろう。形態は、例えば、ニート液体または融生物、および、適切な溶媒の溶液を含むがこれらに制限されない。適切な溶媒は水溶媒または非水溶媒を含む。
【０１２１】
典型的な実施形態では、混合物は、ナノワイヤが堆積された結果その長軸に平行に実質的に整列されるよう、一方向に堆積される。例えば、混合物は、ナノワイヤが流れの方向に対して実質的に平行に整列されるよう基板上を流れるようにされる。あるいは、混合物は、長軸に対して平行且つ移動の方向に対して実質的に平行なナノワイヤの整列を結果として生ずるようにブレード・コーティングによって堆積される。あるいは、基板は、混合物または混合物を含むラングミュア・ブロジェット・トラフのバスに浸される。基板は、ナノワイヤがその長軸に対して平行且つ基板がバスから除去される方向に対して実質的に平行に整列されるよう除去される。当業者には、混合物の堆積中にナノワイヤを整列させる代替的な手段も利用可能であることは明らかであろう。代替的な手段は、例えば、電場および／または磁場整列を含む。
【０１２２】
電場を用いるナノワイヤを整列させる典型的な方法では、堆積された混合物またはナノワイヤ−材料複合体上で正および負の電極が保持される。直流（ＤＣ）電場は、約１０Ｖ／ｃｍ〜約３０００Ｖ／ｃｍの範囲、または、他の値で混合物または複合体に印加され、ナノワイヤを整列させるに十分な時間に一定にまたは変化させて保持される。
【０１２３】
基板上に混合物が堆積された後、材料が任意には更に処理される。ナノワイヤ−材料複合体の所望の最終特性に依存して様々な処理ステップが実施される。図２２を再び参照するに、材料が硬化される任意のステップ２２０６に一例が示される。代替的な処理ステップは、硬化、架橋、重合、光重合、溶融、結晶化、酸化、還元、および、溶媒、気体あるいは他の揮発性液体の除去を含むがこれらに制限されない。溶媒または揮発性気体および液体は、当業者に公知のどの方法を用いて除去されてもよい。揮発性気体／液体の除去は、揮発性気体／液体を迅速に除去することによって、または、適当な揮発性気体を選択的に選ぶことで複合体を多孔性にする。典型的な適当な揮発性気体は、窒素、ヘリウム、アルゴン等のように、埋め込まれたナノワイヤと反応または干渉しない不活性気体を含む。
【０１２４】
実施形態では、ナノワイヤ−材料複合体が生成された後、基板に取り付けられたまま任意には更に処理される。あるいは、ナノワイヤ−材料複合体は、任意の更なる処理の前に基板から分離され、独立したナノワイヤ−材料複合体が生成される。任意の更なる処理ステップは、平坦化、パターン化、基板からのパターン化されたナノワイヤ−材料複合体の分離、ドーピング、金属化、および、更なるデバイス製作ステップを含むがこれらに制限されない。
【０１２５】
（ナノワイヤアレイの実施形態）
実施形態では、本発明は、ナノワイヤアレイおよびそれを生成する方法に関わる。図２３Ａは、本発明の実施形態による、ナノワイヤアレイを生成する例示的なステップを示すフローチャート２３００を示す。ステップ２３０２では、ナノワイヤ−材料複合体が提供される。複合体は、基板上に設けられるか独立した複合体として提供される。複合体は、任意の方法で方向付けられる、埋め込まれたナノワイヤを有する。例えば、ナノワイヤは、基板の表面に対して垂直に方向付けられるかランダムに方向付けられる。複合体は、基板上に生成されるか、独立した複合体として生成され、後続する処理ステップで基板に取り付けられる。
【０１２６】
ステップ２３０４では、マスクはナノワイヤ−材料複合体に適用される。マスクは、複合体からの材料の一部分の制御された除去を可能にする。例えば、マスクは、シャドー・マスクである。マスクは、金属箔のような、複合体からの材料の選択的な除去を可能にするどの材料から生成されてもよい。マスクとして使用される金属箔は、複合体に対して不活性で非反応性の箔を含む。マスクは、材料のパターンが選択的に除去されることを可能にする形状のアレイを有し、例えば、マスクは円形、正方形、長方形、または、全ての他の規則的または不規則な形状、あるいは、パターンのアレイを有する。実施形態では、図２３Ｂに示すようにマスク２３５０がステップ２３０４および２３０６で使用されてもよい。マスク２３５０は、金属箔２３５２および円形２３５４のアレイを有する。
【０１２７】
ステップ２３０６では、材料は、ナノワイヤの一部分を露出するよう複合体から選択的に除去される。材料を除去するためにどの方法が使用されてもよい。例えば、材料は、プラズマ・エッチングまたは有機溶媒を用いて除去され得る。複合体から除去される材料の量は、アレイに対する特定の用途に依存する。一例では、露出されたナノワイヤを含む複合体ウェルのアレイを形成するよう、材料の一部分が複合体から除去される。例えば、ナノワイヤを有するウェルは、露出されたナノワイヤを感知素子として用いて分析される分析物を保持する。
【０１２８】
図２４は、ナノワイヤアレイ２４００の例を示す。ナノワイヤアレイ２４００は、図２３Ｂに示すマスク２３５０等によって形成され得る。材料２４０２は、中にナノワイヤ２４０４が埋め込まれているとして示される。材料が除去された領域２４０８が示される。露出されたナノワイヤ２４０６が示される。ナノワイヤ２４０６は、ウェルあるいは露出されたナノワイヤ２４０６を含む領域２４０８への分析物の効率的な分配を可能にするよう処理される。例えば、ナノワイヤ２４０６は、親水性の表面を有し、材料２４０２は疎水性の表面を有する。ナノワイヤ２４０６は代替的に疎水性の表面を有し、材料２４０２が親水性の表面を有してもよいことは理解されるであろう。当業者には、表面を疎水性にするためにナノワイヤがどのようにして処理され得るか理解されるであろう。例えば、ナノワイヤは、アルキルフルオロシランと反応し得る。本発明の実施形態に従って準備されるアレイは、様々なデバイスに使用され得る。例えば、アレイは、ＤＮＡ、ＲＮＡ、プロテイン、酵素、抗体等を含むがこれらに制限されない生物学的材料の分析のために感知素子として使用され得る。
【０１２９】
（高容量コンデンサの実施形態）
実施形態では、本発明は、ナノワイヤ−材料複合体を含む高容量コンデンサ、および、高容量コンデンサを生成する方法に関わる。図２５Ａは、本発明の実施例による、高容量コンデンサを生成する例示的なステップを示すフローチャート２５００を示す。図２５Ｂは、本発明の実施形態により生成される典型的なコンデンサ２５５０を示す。フローチャート２５００は、ステップ２５０２から開始される。ステップ２５０２では、ナノワイヤが複合体の表面に対して垂直に方向付けられる、独立したナノワイヤ−材料複合体が提供される。例えば、図２５Ｂは、ナノワイヤ２５５４が複合体の表面に対して垂直に方向付けられたナノワイヤ−材料複合体２５５２を示す。
【０１３０】
ステップ２５０４では、伝導膜が独立した複合体の両表面に堆積される。全ての伝導材料が複合体の上に堆積され、伝導材料は金属であることが好ましい。複合体の表面に金属を堆積するどの方法が使用されてもよい。例として、無電界メッキおよびスパッタリングが挙げられるがこれらに制限されない。どの金属が使用されてもよいが、金属は、非常に伝導性があり、複合体と化学的に反応しない不活性金属であることが好ましい。金属の例として、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、白金、および、金が挙げられるがこれらに制限されない。図２５Ｂは、例えば、複合体２５５２の両表面に堆積される金属層２５５６ａおよび２５５６ｂを示す。
【０１３１】
ステップ２５０６では、一方の金属表面に絶縁体が堆積される。どの絶縁体が使用されてもよい。例えば、酸化物が使用され得る。絶縁層は、当業者に公知の全ての方法を用いて表面に堆積され得る。例えば、図２５Ｂは、金属層２５５６ａに堆積される絶縁層２５５８を示す。
【０１３２】
ステップ２５０８では、コンデンサが組み立てられる。コンデンサの組立は、両方の金属表面にリード線を取り付け、膜を巻き上げ、巻き上げられた膜を缶に保管し、缶を密閉するといった様々なステップを含むがこれらに制限されない。図２５Ｃは、金属層２５５６ａおよび２５５６ｂにリード線２５６２が取り付けられた典型的なコンデンサ２５６０を示す。
【０１３３】
図２６は、本発明の実施形態による、高容量コンデンサを生成する別の処理を示すフローチャート２６００を示す。ステップ２６０２では、金属箔の一方の表面が絶縁膜でコーティングされた金属箔が提供される。絶縁膜は、酸化アルミニウムを含むがこれに制限されない様々な絶縁材料よりなる。ステップ２６０４では、絶縁膜の一部分に金、または、他の材料のナノ粒子が堆積される。どの堆積方法が使用されてもよく、例えば、金のナノ粒子は、絶縁膜の表面にスピン・キャスティングまたはドロップ・キャスティングされる。ステップ２６０６では、ナノワイヤは金のナノ粒子を有する部分に成長される。ステップ２６０８では、ナノワイヤを埋め込む部分に材料が堆積され、絶縁膜の表面にナノワイヤ−材料複合体が生成される。一実施形態では、材料は、プレポリマーまたは単量体混合物を有する。材料は、任意には、更なる処理ステップにおいて更に処理される。例えば、材料は硬化される。一例では、材料はプレポリマーを有し、材料はプレポリマーを重合することで硬化される。ステップ２６１０では、コンデンサ・フィルムを形成するよう金属が複合体の表面に堆積される。ステップ２６１２では、コンデンサが組み立てられる。例えば、コンデンサは、リード線を金属表面に取り付け、コンデンサ・フィルムを巻き上げ、巻き上げられた膜を容器に入れて密閉することで組み立てられてもよい。
【０１３４】
（柔軟なナノ複合体シートおよびナノファーの実施形態）
実施形態では、本発明は、複合体の表面に対して垂直に方向付けられる部分的に露出されたナノワイヤを有するナノワイヤ−材料複合体膜、および、ナノワイヤ−材料複合体膜を生成する方法に関わる。図２７Ａは、部分的に露出されたナノワイヤを有する複合体の準備における例示的なステップを示すフローチャート２７００である。ステップ２７０２では、表面に対して垂直に方向付けられる埋め込まれたナノワイヤを有するナノワイヤ−材料複合体膜が提供される。あるいは、ナノワイヤおよび材料の混合物が押し出され、一枚のナノワイヤ−材料複合体が生成される。押し出し処理により、ナノワイヤが流体の流れの方向に方向付けられる。ステップ２７０４では、埋め込まれたナノワイヤを部分的に露出するよう材料の一部分が除去される。材料を除去するために当業者に公知のどの方法が用いられてもよく、例えば、プラズマ・エッチングまたは有機溶媒が用いられる。図２７Ｂは、ステップ２７０２および２７０４の実行の例を示す。ナノワイヤ−材料複合体２７５０は、材料２７５１と、材料２７５１に埋め込まれ、複合体の表面に対して垂直に方向付けられるナノワイヤ２７５２とを有する。ステップ２７０４の後、材料２７５１が複合体２７５０から部分的に除去される。したがって、複合体２７５０は、ナノワイヤ２７５２を有し、ナノワイヤ２７５２の一部分２７５４はナノファーを生成するよう露出される。
【０１３５】
（ナノワイヤ複合体チューブの実施形態）
実施形態では、本発明は、ナノワイヤ−材料複合体チューブ、および、ナノワイヤ−材料複合体チューブを生成する処理に関わる。図２８Ａは、ナノワイヤ−材料複合体チューブの準備における例示的なステップを示すフローチャート２８００を示す。ステップ２８０２では、ナノワイヤは、混合物を生成するよう材料と接触される。ステップ２８０４では、ナノワイヤおよび材料を有する混合物は、ナノワイヤ−材料複合体チューブを形成するよう、押し出される。当業者に公知のどの押し出し方法が使用されてもよい。押し出しは、様々な形状を有する材料を生成するために使用され得る。例えば、混合物は、管状となるよう円形の金型から押し出される。別の実施例では、混合物は、一枚の複合体を生成するよう線形の金型から押し出される。任意のステップ２８０６では、材料は、チューブの外表面および内表面の一方あるいは両方から除去され、埋め込まれたナノワイヤを部分的に露出させる。図２８Ｂは、フローチャート２８００のステップの実行の例を示す。図２８Ｂは、材料２８５４とその中に埋め込まれたナノワイヤ２８５２とを有する管状のナノワイヤ−材料複合体２８５０を示す。管状の複合体２８５８は、内表面から材料２８５４の一部分が除去され、部分的に露出されたナノワイヤ２８５６および埋め込まれたナノワイヤ２８５２を有する。
【０１３６】
図２９Ａは、ナノワイヤ−材料複合体チューブを準備する代替的な処理を示すフローチャート２９００である。ステップ２９０２では、複合体の表面に対して垂直に方向付けられる埋め込まれたナノワイヤを有する独立したナノワイヤ−材料複合体膜が提供される。任意のステップ２９０４では、複合体膜は、全ての所望の形状または大きさの片に切断される。ステップ２９０６では、片はチューブとなるよう巻かれ、その端部は一緒に結合される。複合体の端部の結合または取り付けは、当業者に公知のどの方法を用いて行われてもよい。典型的な方法は、複合体の端部を糊付けまたは熱溶接することを含むがこれらに制限されない。任意のステップ２９０８では、埋め込まれたナノワイヤを部分的に露出するようチューブの外表面および内表面の一方あるいは両方から材料が除去される。図３０は、チューブの内部に露出されたナノワイヤ３００４を有する管状のナノワイヤ−材料複合体３００２を示す。
【０１３７】
図２９Ｂは、フローチャート２９００の実行の例を示す。ナノワイヤ−材料複合体２９５０は、材料２９５２と、材料２９５２に埋め込まれ複合体の表面に対して垂直に方向付けられるナノワイヤ２９５４とを有する。複合体の片２９６０は、ステップ２９０４の例示的な実行を示す。巻かれて結合された複合体の片は管状の複合体２９７０となり、ステップ２９０６の典型的な実行を示している。結合された領域２９７２は、複合体の片２９６０の端部を取り付けて管状の複合体２９８０となる。ステップ２９０８の典型的な実行は、管状の複合体２９８０によって示される。管状の複合体２９８０は、管状の複合体２９８０の内部に一部分２９８２が露出されたナノワイヤ２９５４を有する。
【０１３８】
本発明の方法および複合体の以下の実施例は例示的であり、制限的ではない。当業者に公知の、ナノワイヤ−材料複合体の準備および処理における様々な条件およびパラメータの他の適切な変更および適合は本発明の精神および範囲内である。
【実施例】
【０１３９】
（実施例１）
（シート表面に対して垂直に方向付けられるナノワイヤを有するナノワイヤ複合体の準備）
約１０ｍｇの光開始剤２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを含む約１．０ｇの液体ポリエチレングリコールジアクリレートをガラスの水薬瓶に配置した。約１×３のシリコン基板を直径４０ｎｍのシリコン・ナノワイヤでコーティングした。ナノワイヤを、基板の表面に対して垂直に方向付けた。基板の一端の約３ｍｍを液体の混合物に含浸して基板をガラスの水薬瓶に配置した。１５分後、ナノワイヤは間の空間を充填するまで液体を逃した。基板を水薬瓶から取り除き、約１５分間ＵＶランプの下に配置して液体を重合した。ナノ複合体でコーティングされた基板がそれにより得られ、ナノワイヤはその元の成長方向において「凍結」していた。
【０１４０】
図３１は、材料がポリエチレンオキシドを有する、実施例から結果として得られた複合体材料の表面に対して垂直に方向付けられるナノワイヤの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【０１４１】
（実施例２）
（シートの表面に対して垂直に方向付けられたナノワイヤを有するナノワイヤ複合体の準備）
約０．５ｇのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）ポリマーを約１０ｇのアセトンと接触させた。透明な溶液が生成された後、約１１．６ｍｇの４０ｎｍのＳｉナノワイヤを音波処理によって溶液中に分散した。約５ｇの分散液を約３５ｍｍの内径を有する平坦底のガラス皿に移した。皿を一対の電極間に配置し、ＤＣ場（約３０００Ｖ／ｃｍ、負（−）の電極が上に印加され、正（＋）の電極が下に印加される）を印加し、溶媒を電場の下で蒸発させた。
【０１４２】
（実施例３）
（ランダムなナノワイヤの方向付けを有するナノワイヤ複合体の準備）
約１３ｍｇの４０ｎｍのＳｉナノワイヤが約１ｇのポリエチレングリコールジアクリレートに分散された。約１０ｍｇの光開始剤の２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンが添加された。約５滴の分散液が、約０．３ｍｍの隙間を有する二つのガラスのスライド間に配置される。ガラスのスライドは、１５分間ＵＶランプの下に配置され、ポリエチレングリコールジアクリレートを重合し、約０．３ｍｍの厚さの複合体シートを得た。
【０１４３】
図３２は、ナノワイヤがランダムに方向付けられ、材料がポリエチレンオキシドを有する、実施例の結果として得られたナノワイヤ−材料複合体のＳＥＭ画像である。
【０１４４】
（実施例４）
（ランダムなナノワイヤの方向付けを有するナノワイヤ複合体の準備）
約０．５ｇのＰＶＤＦポリマーを約１０ｇのアセトンに添加した。透明な溶液が生成された後、約８．５ｍｇの４０ｎｍのＳｉナノワイヤを音波処理によって溶液に分散した。約５ｇの分散液を約３５ｍｍの内径を有する平坦底のガラスの皿に移した。溶媒を蒸発させるよう皿をフードで軽く被覆し、配置した。溶媒の蒸発の際、約０．０９ｍｍの厚さの複合体シートが得られた。
【０１４５】
図３４は、ナノワイヤがランダムに方向付けられ、材料がＰＶＤＦポリマーである、実施例の結果として得られた多孔質ナノワイヤ−材料複合体を示すＳＥＭ画像である。材料は、溶媒アセトンを急速に蒸発させることで多孔質にされる。
【０１４６】
図３５は、ナノワイヤがランダムに方向付けられ、材料がＰＶＤＦポリマーである、ナノワイヤ−材料複合体を示すＳＥＭ画像である。複合体は、図３４に示す複合体よりもさほど多孔質ではない。溶媒が減少した速度で蒸発したため、さほど多孔質でない膜が形成された。この実施例は、揮発物（例えば、気体および液体）が処理中にナノワイヤ−材料複合体から除去される速度を制御することで複合体の多孔率が制御されることを示す。
【０１４７】
（結果）
本発明の様々な実施形態を上述したが、これらは制限的でなく例として挙げられたに過ぎないことは理解されるべきである。当業者には、本発明の精神および範囲から逸脱することなく形態および詳細に様々な変更を行えることは明らかであろう。したがって、本発明の幅および範囲は、上述のどの例示的な実施形態によっても制限されてはならず、添付の特許請求の範囲およびその等価物によってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
本願に組み込まれ、明細書の一部をなす添付の図面は、本発明を例示し、説明と共に本発明の原理を説明し且つ、当業者に本発明を作成し使用することを可能にさせる。
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態による、ナノワイヤの薄膜の一部分を示す図である。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態によるナノワイヤの薄膜を含む半導体デバイスを示す図である。
【図３】図３Ａ−Ｅは本発明の様々な例示的な実施形態に従ってドーピングされるナノワイヤを示す図である。
【図４】図４ＡおよびＢは、本発明の例示的なドーピングの実施形態に従ってドーピングされる半導体デバイスの例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態による、独立したナノワイヤ−材料複合体を生成する処理を示すフローチャートである。
【図６】図６Ａ〜Ｃは図５の処理による、基板に加工される独立したナノワイヤ−材料複合体を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態による、基板上にナノワイヤを整列させる処理を示すフローチャートである。
【図８】図８Ａ〜Ｆは図７の処理による基板上に整列されるナノワイヤを示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態による、ナノワイヤを用いて電子基板を生成する処理のフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施例による、ナノワイヤを用いて電子基板を生成する処理の任意の処理ステップのフローチャートである。
【図１１】図１１Ａ−Ｂは、それぞれ基板に取り付けられるナノワイヤ−材料複合体の平面図および側面図である。
【図１２】図１２Ａ−Ｂは、それぞれ、基板に取り付けられる平坦化されたナノワイヤ−材料複合体の平面図および側面図である。
【図１３】図１３Ａ−Ｂは、それぞれ基板に取り付けられるパターン化されたナノワイヤ−材料複合体の平面図および側面図である。
【図１４】図１４Ａ−Ｂは、それぞれパターン化されたナノワイヤ−材料複合体上に堆積される誘電層の平面図および側面図である。
【図１５】図１５Ａ−Ｂは、それぞれパターン化されたナノワイヤ−材料複合体を被覆し、露出されたナノワイヤを有するパターン化された誘電層の平面図および側面図である。
【図１６】図１６Ａ−Ｂは、それぞれドーピング・ステップ後の、パターン化されたナノワイヤ−材料複合体を被覆し、露出されたナノワイヤを有するパターン化された誘電層の平面図および側面図である。
【図１７】図１７Ａ−Ｂは、それぞれドーピングの領域を有するパターン化されたナノワイヤ−材料複合体の平面図および側面図である。
【図１８】図１８Ａ−Ｂは、それぞれナノワイヤ−材料複合体上に金属化されるソース、ゲート、および、ドレイン電極を有する電子基板の平面図および側面図である。
【図１９】図１９Ａ−Ｅは、本発明の実施形態による、電子基板を形成するよう処理されるナノワイヤ−材料複合体を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施例による、三層の異なるナノワイヤ−材料複合体を有する多層発光ダイオードを示す図である。
【図２１】図２１は、様々な半導体ナノワイヤの電子吸収スペクトルおよびそれぞれの吸収スペクトルを示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施形態による、ナノワイヤ−材料複合体を生成する溶液ベース処理のステップのフローチャートである。
【図２３Ａ】図２３Ａは、本発明の実施形態による、ナノワイヤアレイを生成する処理のステップのフローチャートである。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、本発明の実施形態による、ナノワイヤアレイを生成する処理において使用される例示的なマスクを示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施形態により準備されるナノワイヤアレイを示す図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、本発明の実施形態による、ナノワイヤ−材料複合体を有する高容量コンデンサを生成する処理のステップのフローチャートである。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、本発明の実施形態により生成される例示的なコンデンサを示す図である。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、本発明の実施形態による生成される例示的なコンデンサを示す図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施形態による、ナノワイヤ−材料複合体を有する高容量コンデンサを生成する別の処理のステップのフローチャートである。
【図２７Ａ】図２７Ａは、本発明の実施形態による柔軟なナノファーを生成する処理におけるステップのフローチャートである。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、本発明の実施形態により生成される典型的なナノファーを示す図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、本発明の実施形態による、管状のナノワイヤ−材料複合体を生成する処理におけるステップのフローチャートである。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、本発明の実施形態により生成される典型的な管状のナノワイヤ−材料複合体を示す図である。
【図２９Ａ】図２９Ａは、本発明の実施形態による、管状のナノワイヤ−材料複合体を生成する代替的な処理におけるステップのフローチャートである。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、本発明の実施形態により生成される別の典型的な管状のナノワイヤ−材料複合体を示す図である。
【図３０】図３０は、本発明の実施形態により準備される管状のナノワイヤ−材料複合体を例示する図である。
【図３１】図３１は、本発明の実施形態により準備される、複合体の表面に対して垂直に方向付けられるナノワイヤを有するナノワイヤ−材料複合体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図３２】図３２は、本発明の実施形態により準備される、ランダムに方向付けられたナノワイヤを有するナノワイヤ−材料複合体のＳＥＭ画像である。
【図３３】図３３は、本発明の実施形態により準備される、多孔質材料およびランダムに方向付けられたナノワイヤを有するナノワイヤ−材料複合体のＳＥＭ画像である。
【図３４】図３４は、本発明の実施形態により準備される、ランダムに方向付けられたナノワイヤを有するナノワイヤ−材料複合体のＳＥＭ画像である。
【図１】
2007501525.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2007501525.tif 000011
【図５】
2007501525.tif 000012
【図６Ａ】
2007501525.tif 000013
【図６Ｂ】
2007501525.tif 000014
【図６Ｃ】
2007501525.tif 000015
【図７】
2007501525.tif 000016
【図８Ａ】
2007501525.tif 000017
【図８Ｂ】
2007501525.tif 000018
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
2007501525.tif 000021
【図８Ｆ】
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【図９】
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【図１０】
2007501525.tif 000024
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図１９Ｅ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【国際調査報告】
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