(57)【要約】【課題】本発明は、微構造体及びその製造方法に関し、特にナノスケールの微構造体及びその製造方法に関するものである。【解決手段】本発明の微構造体の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体を提供する第一ステップと、カーボンナノチューブ構造体を懸架して設置する第二ステップと、カーボンナノチューブ構造体の表面に予備層を形成し、カーボンナノチューブ複合構造体を形成する第三ステップと、カーボンナノチューブ複合構造体を基板の表面に転移し、溶剤でカーボンナノチューブ複合構造体を処理し、カーボンナノチューブ複合構造体を基板の表面に貼り付ける第四ステップと、温度５００℃〜７００℃でカーボンナノチューブ複合構造体をアニーリング処理し、カーボンナノチューブ構造体を除去し、予備層を軟化するステップであって、軟化した予備層が収縮して集まって、相互に間隔をあける微構造粒を形成する第五ステップと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ構造体を提供するステップであって、前記カーボンナノチューブ構造体が同じ方向に沿って配列される複数のカーボンナノチューブを含む第一ステップと、
前記カーボンナノチューブ構造体を懸架して設置する第二ステップと、
前記カーボンナノチューブ構造体の表面に予備層を形成してカーボンナノチューブ複合構造体を形成するステップであって、前記予備層の厚さが２ｎｍ〜１０ｎｍである第三ステップと、
前記カーボンナノチューブ複合構造体を基板の表面に転移し、溶剤で前記カーボンナノチューブ複合構造体を処理し、前記カーボンナノチューブ複合構造体を前記基板の表面に貼り付ける第四ステップと、
温度５００℃〜７００℃で前記カーボンナノチューブ複合構造体をアニーリング処理し、前記カーボンナノチューブ構造体を除去し、前記予備層を軟化するステップであって、軟化した前記予備層が収縮し、集まって、相互に間隔をあける微構造粒を形成する第五ステップと、を含むことを特徴とする微構造体の製造方法。
【請求項２】
分子間力で、基板と緊密に結合される微構造体であって、
前記微構造体と前記基板は一体構造体であり、
前記微構造体は複数の微構造粒からなり、
複数の前記微構造粒は相互に間隔をあけて、複数の直線上に配列され、
前記微構造粒のサイズは２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、
前記直線の延伸する方向に、隣接する二つの前記微構造粒の距離は１０ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする微構造体。
【請求項３】
第二基板と、第一半導体層と、活性層と、第二半導体層と、第一電極及び第二電極と、請求項２に記載の微構造体と、透明導電層と、を含む発光ダイオードであって、
前記第一半導体層、前記活性層及び前記第二半導体層は、前記第二基板の表面上に、前記表面から離れる方向に順に積層され、
前記第一電極は前記第一半導体層の表面に設置され、
前記第二電極及び前記微構造体は前記第二半導体層の表面に設置され、
分子間力で、前記微構造体は前記第二半導体層と緊密に結合され、一体構造体を形成することを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微構造体及びその製造方法に関し、特にナノスケールの微構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な半導体デバイスを製造する際、数十ナノメートルから数百ナノメートルまでの微構造粒を製造する要望があった。しかし、金属層を蒸着又は堆積した後、エッチングによって、ナノスケールの微構造粒を獲得することは難しく、更に、複数の微構造粒が特定の方向に沿って配列され、且つ隣接する二つの微構造粒の距離が短いことを実現することは難しい。また、エッチングによって微構造粒を製造する設備は複雑であり、且つその設備を操作することは難しい。よって、エッチングによって微構造粒を製造する方法はコストが高く、生産率が低い。更に、光学素子では、大きいサイズの構造体は光の出射率を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０１２３９７１２号明細書
【特許文献２】特開２００４−１０７１９６号公報
【特許文献３】特開２００６−１６１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、前記課題を解決するために、本発明は微構造体であって、前記微構造体における微ボールのサイズ及び間隔がナノスケールである微構造体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の微構造体の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体を提供するステップであって、カーボンナノチューブ構造体が同じ方向に沿って配列される複数のカーボンナノチューブを含む第一ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架して設置する第二ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体の表面に予備層を形成してカーボンナノチューブ複合構造体を形成するステップであって、前記予備層の厚さは２ｎｍ〜１０ｎｍである第三ステップと、前記カーボンナノチューブ複合構造体を基板の表面に転移し、溶剤で前記カーボンナノチューブ複合構造体を処理し、前記カーボンナノチューブ複合構造体を前記基板の表面に貼り付ける第四ステップと、温度５００℃〜７００℃で前記カーボンナノチューブ複合構造体をアニーリング処理し、前記カーボンナノチューブ構造体を除去し、前記予備層を軟化するステップであって、軟化した前記予備層が収縮して集まって、相互に間隔をあける微構造粒を形成する第五ステップと、含む。
【０００６】
本発明の微構造体は、分子間力で、基板と緊密に結合され、前記微構造体と前記基板は一体構造体であり、前記微構造体は複数の微構造粒からなり、複数の前記微構造粒は相互に間隔をあけて、複数の直線上に配列され、前記微構造粒のサイズは２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、前記直線の延伸する方向に、隣接する二つの前記微構造粒の距離は１０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【０００７】
本発明の発光ダイオードは、第二基板と、第一半導体層と、活性層と、第二半導体層と、第一電極及び第二電極と、前記微構造体と、透明導電層と、を含み、前記第一半導体層、前記活性層及び前記第二半導体層は、前記第二基板の表面上に、前記表面から離れる方向に順に積層され、前記第一電極は前記第一半導体層の表面に設置され、前記第二電極及び前記微構造体は前記第二半導体層の表面に設置され、分子間力で、前記微構造体は前記第二半導体層と緊密に結合され、一体構造体を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
従来の技術と比べて、本発明の微構造体及びその製造方法は、以下の優れた点がある。本発明の微構造体の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体をテンプレートとするので、形成された複数の微構造粒はカーボンナノチューブの延伸する方向に配列され、複数の微構造粒が一定方向に配列される大面積の微構造体を製造できる。且つ、複数の微構造粒が分子間力で第一基板と緊密に結合し、一体構造体を形成する。これにより、微構造粒は脱離しにくく、工業に好適に応用できる。また、微構造体の製造方法は簡単であり、効率が高く、産業化に有利である。微構造体において、複数の微構造粒は相互に間隔をあけて均一に分布し、微構造体粒のサイズはナノスケールであり、隣接する二つの微構造粒の距離もナノスケールである。微構造体を発光ダイオードに応用すると、微構造体に到達する光が散乱され、光の出射方向を変化させ、発光ダイオードにおける大きい角度の光を出射させることができるので、発光ダイオードの光出射率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１における微構造体の製造方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】本発明の実施例１における非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の実施例１におけるねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施例１における微構造体の走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の実施例１におけるもう一つの微構造体の走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施例３における発光ダイオードの構造図である。
【図８】図７の発光ダイオードに異なる微構造体が設置された後の光出射強度を示す図である。
【図９】図７の発光ダイオード及び従来の発光ダイオードに対して電流値を変化させた際の光出射強度を示す図である。
【図１０】図７の発光ダイオード及び従来の発光ダイオードに対して０．１Ａの電流を流した際の光出射強度を示す図である。
【図１１】本発明の実施例４における微構造体の構造図である。
【図１２】本発明の実施例４における微構造体の走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。また、以下の各実施例において、同じ構成要素は同じ参照符号を付与している。
【００１１】
（実施例１）
図１を参照すると、本実施例は微構造体１０１の製造方法を提供する。微構造体１０１の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体１１０を提供するステップであって、カーボンナノチューブ構造体１１０が同じ方向に沿って配列される複数のカーボンナノチューブを含むステップ（Ｓ１０）と、カーボンナノチューブ構造体１１０を懸架して設置するステップ（Ｓ２０）と、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に予備層１２０を形成してカーボンナノチューブ複合構造体１３０を形成するステップであって、予備層１２０の厚さが２ｎｍ〜１０ｎｍであるステップ（Ｓ３０）と、カーボンナノチューブ複合構造体１３０を第一基板１４０の表面に転移し、溶剤でカーボンナノチューブ複合構造体１３０を処理し、カーボンナノチューブ複合構造体１３０を第一基板１４０の表面に貼り付けるステップ（Ｓ４０）と、温度５００℃〜７００℃でカーボンナノチューブ複合構造体１３０をアニーリング処理し、カーボンナノチューブ構造体１１０を除去し、予備層１２０を軟化するステップであって、軟化した予備層１２０が収縮して集まって、相互に間隔をあける微構造粒１５０を形成するステップ（Ｓ５０）と、を含む。
【００１２】
ステップ（Ｓ１０）において、カーボンナノチューブ構造体１１０は複数のカーボンナノチューブを含み、好ましくは、カーボンナノチューブ構造体１１０は複数のカーボンナノチューブのみからなる。複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面と平行である。複数のカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブの一種または多種である。単層カーボンナノチューブの直径は０．５ｎｍ〜１０ｎｍであり、二層カーボンナノチューブの直径は１ｎｍ〜１５ｎｍであり、多層カーボンナノチューブの直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍである。カーボンナノチューブの長さは５０μｍより大きい。好ましくは、カーボンナノチューブの長さは２００〜９００μｍ又はそれ以上である。
【００１３】
カーボンナノチューブ構造体１１０は、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ、又は少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルムと少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤの組み合わせである。カーボンナノチューブ構造体１１０が少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルムである場合、カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されている。複数のカーボンナノチューブが配列されている方向はカーボンナノチューブフィルムの表面と平行である。好ましくは、カーボンナノチューブフィルムは、ドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｌｍ）である。カーボンナノチューブ構造体１１０が少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤである場合、カーボンナノチューブワイヤは少なくとも一本の非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、少なくとも一本のねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。カーボンナノチューブ構造体１１０が複数のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、複数のカーボンナノチューブワイヤは相互に平行に配列されて束の構造体を形成し、又は相互にねじれた螺旋状の線状構造体を形成する。
【００１４】
図２を参照すると、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、自立構造体であり、複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。複数のカーボンナノチューブセグメントは、長軸方向に沿って、分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメントは、相互に平行な、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列され、端と端が接続されている。即ち、複数のカーボンナノチューブが分子間力で長軸方向に端部同士が接続される。カーボンナノチューブセグメントの長さは１０ｎｍ〜２００ｎｍである。カーボンナノチューブ構造体１１０が単層のカーボンナノチューブフィルムのみからなる場合、隣接するカーボンナノチューブセグメント間に間隙を有し、その間隙の間隔は１ｎｍ〜０．５μｍである。カーボンナノチューブ構造体１１０が相互に積層された複数のカーボンナノチューブフィルムからなる場合、隣接する二層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、交差する角度βを有し、該角度βは０°〜９０°である。これにより、隣接する二層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは交差して、ネット構造体を形成する。該ネット構造体は複数の微孔を含み、且つ該複数の微孔はカーボンナノチューブ構造体１１０に均一に分布する。微孔の直径は１ｎｍ〜０．５μｍである。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムはカーボンナノチューブアレイから引き出して得られたものであり、その厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍである。カーボンナノチューブフィルムの構造及び製造方法は、特許文献１に記載されている。
【００１５】
カーボンナノチューブフィルムは自立構造体である。ここで、自立構造体とは、支持体を利用せず、カーボンナノチューブフィルムを独立して利用することができる形態のことである。すなわち、カーボンナノチューブフィルムを対向する両側から支持して、カーボンナノチューブフィルムの構造を変化させずに、カーボンナノチューブフィルムを懸架させることができることを意味する。
【００１６】
図３を参照すると、カーボンナノチューブワイヤが、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤである場合、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。さらに、各カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。カーボンナノチューブセグメントの長さ、厚さ、均一性及び形状は制限されない。一本の非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの長さは制限されず、その直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。有機溶剤によって、カーボンナノチューブフィルムを処理して、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを得る。具体的には、有機溶剤によって、カーボンナノチューブフィルムの全ての表面を浸す。揮発性の有機溶剤が揮発すると、表面張力の作用によって、カーボンナノチューブフィルムにおける相互に平行な複数のカーボンナノチューブが分子間力によって互いに緊密に結合するので、カーボンナノチューブフィルムが収縮して非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤが得られる。前記有機溶剤はエタノール、メタノール、アセトン、塩化エチレン又はクロロホルムである。本実施例において、有機溶剤はエタノールである。有機溶剤によって処理されないカーボンナノチューブフィルムと比較して、有機溶剤によって処理された非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの比表面積は減少し、且つ接着性も弱い。また、カーボンナノチューブワイヤの機械強度及び強靭さを増強させ、外力によってカーボンナノチューブワイヤが破壊される可能性を低くする。
【００１７】
図４を参照すると、カーボンナノチューブフィルムの長手方向に沿う対向する両端に相反する力を印加することにより、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。好ましくは、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。さらに、各カーボンナノチューブセグメントには、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。カーボンナノチューブセグメントの長さ、厚さ、均一性及び形状は制限されない。一本のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの長さは制限されず、その直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。更に、有機溶剤によって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを処理する。有機溶剤によって処理されたねじれ状カーボンナノチューブワイヤは表面張力の作用によって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおける相互に平行な複数のカーボンナノチューブが分子間力によって互いに緊密に結合するので、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの比表面積が減少し、接着性が小さい一方、カーボンナノチューブワイヤの機械強度及び強靭が増強する。カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、特許文献２及び特許文献３に記載されている。
【００１８】
本実施例において、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０は単層のドローン構造カーボンナノチューブフィルムであり、カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイを直接引き出して得られるものである。カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列され、端と端が接続されている。 
【００１９】
ステップ（Ｓ２０）において、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０はフレーム１１２によって固定され、フレーム１１２の内部にカーボンナノチューブフィルム構造体１１０は懸架される。これにより、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０は十分に露出され、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に予備層１２０を形成し易くなる。フレーム１１２は中空構造体であり、貫通孔を有する。カーボンナノチューブフィルム構造体１１０の辺縁はフレーム１１２に固定され、他の部分はフレーム１１２の貫通孔によって露出され、懸架される。本実施例において、フレーム１１２は“口”字形のフレームであり、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０の辺縁はフレーム１１２に固定される。
【００２０】
更に、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０が懸架されることを保証すれば、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０が懸架される方式は他の方式でも良く、例えば、金属グリル又は中空構造を有する他の構造体によって、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０が懸架される。
【００２１】
ステップ（Ｓ３０）において、電子ビーム蒸着法によって、予備層１２０がカーボンナノチューブフィルム構造体１１０の表面に堆積される。予備層１２０が堆積される工程で、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０の形態及び構造が破壊されなければ、他の堆積法を用いることができる。例えば、マグネトロン・スパッタ法、原子層堆積法などの物理気相成長法である。
【００２２】
カーボンナノチューブフィルム構造体１１０は対向する二つの表面（図示せず）を有する。カーボンナノチューブフィルム構造体１１０が懸架されるので、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０の二つの表面が予備層１２０に完全に被覆され得る。具体的に、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０におけるカーボンナノチューブの少なくとも一部の表面が予備層１２０に被覆される。更に、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０は複数の微孔を有するので、複数の微孔に予備層１２０が分布し得る。カーボンナノチューブフィルム構造体１１０におけるカーボンナノチューブは予備層１２０と緊密に結合し、カーボンナノチューブフィルム複合構造体１３０を形成する。その中で、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０は予備層１２０を支持する。本実施例において、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０における複数のカーボンナノチューブは予備層１２０で完全に被覆される。
【００２３】
予備層１２０の材料は、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０の表面に堆積でき、且つアニーリング処理する工程において、空気に酸化されず、軟化でき且つ収縮できればよい。予備層１２０の材料は、金属、金属酸化物、非金属酸化物、金属硫化物の何れか一種である。金属は金、銀、ニッケル、チタン、鉄、アルミニウム、白金、パラジウム、クロム、モリブデン、タングステン、銅などの何れか一種である。金属酸化物は酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ハフニウムなどの何れか一種である。非金属酸化物は例えば、シリカである。予備層１２０の厚さは制限されず、例えば２ｎｍ〜１０ｎｍである。好ましくは、予備層１２０の厚さは２ｎｍ〜５ｎｍである。本実施例において、電子ビーム蒸着法によって、予備層１２０はカーボンナノチューブフィルム構造体１１０の表面に堆積される。予備層１２０の材料は金であり、その厚さは２ｎｍである。
【００２４】
ステップ（Ｓ４０）において、フレーム１１２及びカーボンナノチューブ複合構造体１３０を第一基板１４０の表面に転移した後、フレーム１１２を除去する。この際、カーボンナノチューブ複合構造体１３０が第一基板１４０との間に空気を有するので、カーボンナノチューブ複合構造体１３０が第一基板１４０の表面と緊密に接触しない。
【００２５】
カーボンナノチューブ複合構造体１３０の表面に溶剤を垂らすと、溶剤がカーボンナノチューブ複合構造体１３０を浸漬し、カーボンナノチューブ複合構造体１３０を軟化させ、カーボンナノチューブ複合構造体１３０と第一基板１４０との間の空気を排除する。溶剤が除去された後、カーボンナノチューブ複合構造体１３０は第一基板１４０の表面と緊密に接触する。これにより、後のステップでアニーリング処理する工程で形成される微構造粒１５０が、第一基板１４０の表面と緊密に結合する。
【００２６】
溶剤は、水、有機溶剤などである。有機溶剤は、エタノール、メタノール、アセトン、塩化エチレン又はクロロホルムである。本実施例において、有機溶剤はエタノールである。カーボンナノチューブ複合構造体１３０の表面にエタノールを垂らすことで、自然ウィザー（ｎａｔｕｒａｌ  ｗｉｔｈｅｒｉｎｇ）によって、カーボンナノチューブ複合構造体１３０を第一基板１４０の表面に緊密に貼り付ける。
【００２７】
第一基板１４０の材料は制限されず、後にアニーリング処理する工程において、第一基板１４０が予備層１２０と反応せず、且つ５００℃〜７００℃で物理反応又は化学反応を起こさないことが保証されればよい。例えば、第一基板１４０は絶縁基板、金属基板又は半導体基板である。本実施例において、第一基板１４０はケイ素基板である。
【００２８】
ステップ（Ｓ５０）において、ステップ（Ｓ４０）で処理されたカーボンナノチューブ複合構造体１３０を空気でアニーリング処理し、カーボンナノチューブ構造体１１０は空気中の酸素と反応し、除去される。予備層１２０を高温で軟化する。ここで、予備層１２０を高温で軟化することは、予備層１２０の厚さが薄いので、高温で予備層１２０が熱を吸収して、固体状態から溶融した液体へ変化することを意味する。カーボンナノチューブ構造体１１０が除去されるので、最小エネルギーの原理によって、軟化した予備層１２０は収縮して集まり、最後に室温で相互に間隔をあける複数の微構造粒１５０を形成する。
【００２９】
カーボンナノチューブ複合構造体１３０が第一基板１４０の表面と緊密に結合されているので、アニーリング処理された後、形成された複数の微構造粒１５０は分子間力によって第一基板１４０の表面と緊密に結合し、一体構造体を形成する。
【００３０】
複数の微構造粒１５０は相互に間隔をあけて、カーボンナノチューブ構造体１１０におけるカーボンナノチューブの延伸方向に沿って配列され、略カーボンナノチューブの形態となる。具体的に、カーボンナノチューブ構造体１１０が単層のドローン構造カーボンナノチューブフィルム又は平行に設置されるカーボンナノチューブワイヤである場合、単層のドローン構造カーボンナノチューブフィルム又はカーボンナノチューブワイヤは複数のカーボンナノチューブを含み、複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されるので、形成された複数の微構造粒１５０は相互に間隔をあけて、カーボンナノチューブの延伸方向に沿って配列され、複数の微構造粒１５０が一定方向に配列される微構造体が形成される。カーボンナノチューブ構造体１１０が相互に交差して重なった多層のカーボンナノチューブフィルム又は相互に交差して設置されるカーボンナノチューブワイヤである場合、複数の微構造粒１５０が相互に間隔をあけて、異なる方向に沿って配列される。相互に交差して重なった多層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの、交差する角度が９０°である場合、又は相互に交差して設置されるカーボンナノチューブワイヤの、交差する角度が９０°である場合、複数の微構造粒１５０が相互に間隔をあけて、直交する二つの方向に沿って配列され、例えば、チェスボード（ｃｈｅｓｓｂｏａｒｄ）状の配列となる。
【００３１】
アニーリング処理の条件はカーボンナノチューブ構造体１１０の酸化温度を考慮すると同時に、第一基板１４０の変形温度を考慮する必要がある。具体的に、アニーリング処理の温度はカーボンナノチューブ構造体１１０の酸化温度より高く、第一基板１４０の変形温度より低い。アニーリング処理の時間は、カーボンナノチューブ構造体１１０を完全に除去できると同時に、予備層１２０を軟化できることを保証するように設定する。第一基板１４０は高温を耐えることができ、第一基板１４０は溶融などの物理変化又は化学変化をしない。例えば、予備層１２０が金属又は非金属酸化物である場合、アニーリング処理の温度は５００℃〜７００℃であり、アニーリング処理の時間は５分間〜６０分間である。更に、予備層１２０の厚さが薄いので、予備層１２０は軟化し易く、軟化した予備層１２０は速く収縮して集まることができ、最後に室温で相互に間隔をあける複数の微構造粒１５０を速く形成することに有利である。
【００３２】
カーボンナノチューブ構造体１１０が同じである場合、微構造粒１５０のサイズ及び隣接する二つの構造粒１５０の距離は、予備層１２０の厚さ、アニーリング処理の温度及びアニーリング処理の時間に依存する。予備層１２０の厚さを薄くすればするほど、アニーリング処理の温度を高くすればするほど、アニーリング処理の時間を短くすればするほど、微構造粒１５０のサイズが小さく、隣接する二つの構造粒１５０の距離は長くなる。
【００３３】
微構造粒１５０の形状はボール形に類似の形状又はボール形である。微構造粒１５０のサイズは１０ｎｍ〜３００ｎｍであり、好ましくは、２０ｎｍ〜１００ｎｍである。カーボンナノチューブの延伸する方向に、隣接する二つの微構造粒１５０の距離は１０ｎｍ〜３００ｎｍであり、好ましくは、２０ｎｍ〜１００ｎｍである。予備層１２０の表面と垂直である方向の、微構造粒１５０の厚さを微構造粒１５０の高さと定義する。微構造粒１５０の高さは３０ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００３４】
本実施例において、アニーリング処理の温度は６００℃であり、アニーリング処理の時間は３０分間である。図５及び図６を参照すると、複数の微構造粒１５０は間隔をあけて、カーボンナノチューブの延伸する方向に配列される。微構造粒１５０のサイズは２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、カーボンナノチューブの延伸する方向に、隣接する二つの微構造粒１５０の距離は２０ｎｍ〜２００ｎｍであり、微構造粒１５０の高さは４０ｎｍである。
【００３５】
本実施例によって提供される、微構造体１０１の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に予備層１２０を設置し、アニーリング処理することによって、カーボンナノチューブ構造体１１０を除去した後、軟化した予備層１２０を収縮して、間隔をあけて且つ均一に分布する複数の微構造粒１５０を形成することを含む。本実施例の微構造体１０１の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体１１０をテンプレートとするので、形成された複数の微構造粒１５０はカーボンナノチューブの延伸する方向に配列され、複数の微構造粒１５０が一定方向に配列される大面積の微構造体を製造できる。且つ、複数の微構造粒１５０が分子間力で第一基板１４０と緊密に結合し、一体構造体を形成する。これにより、微構造粒１５０は脱離しにくく、工業に好適に応用できる。また、本実施例の微構造体１０１の製造方法は簡単であり、効率が高く、産業化に有利である。
【００３６】
（実施例２）
本実施例は微構造体１０１を提供する。微構造体１０１は複数の微構造粒１５０からなる。複数の微構造粒１５０は相互に間隔をあけて、複数の直線上に配列される（完全な直線ではない）。直線の延伸する方向はカーボンナノチューブの延伸する方向である。微視的に見ると、複数の微構造粒１５０が複数の直線上に配列されることは、複数の微構造粒１５０が基本的に直線の延伸する方向に沿って配列されるという意味であり、複数の微構造粒１５０が直線の延伸する方向に沿って厳密に配列されることではない。微構造粒１５０はボール形に類似の形状を有し、微構造粒１５０の断面は楕円形、三角形に類似の形状などの不規則な形状である。微構造粒１５０のサイズは１０ｎｍ〜３００ｎｍであり、好ましくは、２０ｎｍ〜１００ｎｍである。直線の延伸する方向に、隣接する二つの微構造粒１５０の距離は１０ｎｍ〜３００ｎｍであり、好ましくは、２０ｎｍ〜１００ｎｍである。微構造粒１５０の高さは３０ｎｍ〜５０ｎｍである。微構造粒１５０の材料は金属、金属酸化物、非金属酸化物の中の何れか一種である。金属は金、銀、ニッケル、チタンなどの何れか一種である。金属酸化物は例えば、酸化ハフニウムである。非金属酸化物は例えば、シリカである。
【００３７】
本実施例において、複数の微構造粒１５０は間隔をあけて、直線上に配列される。微構造粒１５０の寸法は２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、直線の延伸する方向に、隣接する二つの微構造粒１５０の距離は２０ｎｍ〜２００ｎｍであり、微構造粒１５０の高さは４０ｎｍである。微構造粒１５０の材料は金である。微構造体１０１は第一基板１４０の表面に設置され、分子間力によって第一基板１４０と緊密に結合され、一体構造体を形成する。
【００３８】
（実施例３）
図７を参照すると、本実施例は発光ダイオード２００を提供する。発光ダイオード２００は第二基板２１０と、第一半導体層２２０と、活性層２３０と、第二半導体層２４０と、第一電極２２２及び第二電極２４２と、微構造体２０１と、透明導電層２６０と、を含む。第一半導体層２２０、活性層２３０及び第二半導体層２４０は、第二基板２１０の表面上に、該表面から離れる方向に順に積層される。第一電極２２２は、第一半導体層２２０の表面に設置される。第二電極２４２及び微構造体２０１は、第二半導体層２４０の表面に設置される。透明導電層２６０は第二電極２４２と電気的に接続される。
【００３９】
第二基板２１０は形状維持作用を有する。第二基板２１０の厚さは３００μｍ〜５００μｍである。第二基板２１０の材料は、サファイア、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ＩｎＰ、メタホウ酸リチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ  ｍｅｔａａｌｕｍｉｎａｔｅ）、窒化アルミニウム、ケイ素、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素の何れか一種である。本実施例において、第二基板２１０の厚さは４００μｍであり、その材料はサファイアである。
【００４０】
第一半導体層２２０は、第一表面２２４及び第二表面２２６を有する。一つの例として、第一表面２２４と第二表面２２６は同一の水平面に存在しない。第一半導体層２２０の第一表面２２４及び第二表面２２６から、第二基板２１０と接触する表面に達するそれぞれの距離は異なる。活性層２３０及び第二半導体層２４０は第一半導体層２２０の第一表面２２４上に順に積層され、階段構造体が形成される。もう一つの例として、第一表面２２４と第二表面２２６は同一の水平面に存在している。この際、活性層２３０及び第二半導体層２４０は第一半導体層２２０の一部の表面に順に積層され、階段構造体が形成される。
【００４１】
第一半導体層２２０及び第二半導体層２４０は、それぞれｎ型半導体層又はｐ型半導体層である。即ち、第一半導体層２２０がｎ型半導体層である場合、第二半導体層２４０はｐ型半導体層であるが、第一半導体層２２０がｐ型半導体層である場合、第二半導体層２４０はｎ型半導体層である。ｎ型半導体層は電子を提供し、ｐ型半導体層は正孔を提供する。ｎ型半導体層は、ｎ型ガリウム窒化物、ｎ型ヒ化ガリウム及びｎ型リン酸銅の一種又は数種からなる。ｐ型半導体層は、ｐ型ガリウム窒化物、ｐ型ヒ化ガリウム及びｐ型リン酸銅の一種又は数種からなる。第一半導体層２２０の厚さは１μｍ〜５μｍである。第二半導体層２４０の厚さは０．１μｍ〜３μｍである。本実施例において、第一半導体層２２０はｎ型ガリウム窒化物であり、その厚さは２μｍである。第二半導体層２４０はｐ型ガリウム窒化物であり、その厚さは０．３μｍである。
【００４２】
活性層２３０は、単一量子井戸層又は多重量子井戸層であり、且つ発光する。活性層２３０は、窒化ガリウム、窒化ガリウム・インジウム（ＧａＩｎＮ）、窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ヒ化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、燐化ガリウム・インジウム（ＧａＩｎＰ）及びヒ化ガリウム・インジウム（ＧａＩｎＡｓ）の一種又は数種からなる。活性層２３０の厚さは、１０ｎｍ〜０．６μｍである。本実施例において、活性層２３０の厚さは、０．３μｍであり、且つ積層されたＧａＩｎＮ層及びＧａＮ層からなる。
【００４３】
微構造体２０１の構造は実施例２における微構造体１０１構造と同じである。微構造体２０１は透明導電層２６０と第二半導体層２４０との間に設置される。微構造体２０１は第二半導体層２４０の一部の表面を被覆する。
【００４４】
透明導電層２６０は微構造体２０１の表面に設置され、少なくとも第二電極２４２の一部を被覆する。透明導電層２６０は金属二層構造体である。本実施例において、透明導電層２６０は積層されたニッケル層及び金層からなり、ニッケル層の厚さは２ｎｍであり、金層の厚さは５ｎｍである。
【００４５】
第一電極２２２は、第一半導体層２２０と電気的に接続されている。第二電極２４２は、第二半導体層２４０と電気的に接続されている。第一電極２２２は、ｐ型電極又はｎ型電極であるが、第一半導体層２２０のタイプと同じである必要がある。第二電極２４２はｐ型電極又はｎ型電極であるが、第二半導体層２４０のタイプと同じである必要がある。本実施例において、第一電極２２２はｎ型電極であり、第二電極２４２はｐ型電極である。
【００４６】
発光ダイオード２００が作動する際に、第二電極２４２で少量の正孔が発生し、第一電極２２２で少量の電子が発生する。第二電極２４２で発生した一部の正孔は、直接、第二半導体層２４０に移動し、第二半導体層２４０に至り、大量の正孔が発生する。同時に、第二電極２４２で発生した一部の正孔は、透明導電層２６０、微構造体２０１、第二半導体層２４０を順に通って、第二半導体層２４０に至り、大量の正孔が発生する。その後、発生した正孔は活性層２３０に移動する。透明導電層２６０は第二半導体層２４０と電気的に接続されるので、電流を横方向に分散して、均一に流すことに有利である。これにより、発光ダイオード２００の光出射率を高めることができる。第一電極２２２で発生した電子は、第一半導体層２２０に移動し、第一半導体層２２０に至り、大量の電子が発生する。その後、発生した電子は、活性層２３０に移動する。活性層２３０において、電子及び正孔が互いに結合して光子が生じ、可視光を放射する。
【００４７】
多くの光子は、第二半導体層２４０を通って、微構造体２０１に到達する。微構造体２０１は相互に間隔をあけた複数の微構造粒１５０からなり、且つ複数の微構造粒１５０は複数の直線上に配列されるので、光学偏向効果を有する。図８に、微構造体２０１が設置されない発光ダイオード及び微構造体２０１が設置された発光ダイオードの光出射強度を示す。微構造体２０１において、複数の微構造粒１５０は複数の直線上に配列される。前記複数の直線の延伸する方向を第二方向と定義し、第二方向と垂直である方向を第一方向と定義する。複数の微構造粒１５０が一定方向に沿って配列されるので、発光ダイオード２００から出射する光は偏向性を有し、微構造体２０１が設置される発光ダイオードの光出射強度は、微構造体２０１が設置されない発光ダイオードの光出射強度より大きい。また、発光ダイオードに微構造体２０１が設置される場合、カーボンナノチューブ構造体１１０に５ｎｍの金が蒸着されて形成される微構造体は、カーボンナノチューブ構造体１１０に２ｎｍの金が蒸着されて形成される微構造体と比べると、第二方向において、カーボンナノチューブ構造体１１０に５ｎｍの金が蒸着されて形成される微構造体における複数の微構造粒１５０の直径は大きく、隣接する二つの微構造粒１５０の距離は小さくなり、複数の微構造粒１５０が緊密に分布するので、カーボンナノチューブ構造体１１０に５ｎｍの金が蒸着されて形成される微構造体を有する発光ダイオードの光学偏向効果が更に優れている。
【００４８】
微構造体２０１に到達した光は散乱され、光の出射方向が変化し、発光ダイオード２００における大きい角度の光を出射させることができるので、発光ダイオード２００の光出射率が高まる。即ち、微構造体２０１を有する発光ダイオード２００は、偏向光を出射させることができ、且つ出射される偏向光の光出射率を高めることができる。
【００４９】
図９を参照すると、電流値を変化させた際、微構造体２０１が設置された発光ダイオードの光出射強度は、微構造体２０１が設置されない従来の発光ダイオードの光出射強度より大きい。図１０を参照すると、０．１Ａの電流が流れる場合、微構造体２０１が設置される発光ダイオードは、微構造体２０１が設置されない従来の発光ダイオード比べると、光出射強度が４０％大きい。
【００５０】
（実施例４）
本実施例は微構造体３０１の製造方法を提供する。微構造体３０１の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体１１０を提供するステップであって、カーボンナノチューブ構造体１１０が同じ方向に沿って配列される複数のカーボンナノチューブを含むステップ（Ｓ１１）と、カーボンナノチューブ構造体１１０を懸架して設置するステップ（Ｓ２１）と、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に、順に第一予備層１２１及び第二予備層１２２を形成し、カーボンナノチューブ複合構造体１３１を形成するステップであって、第一予備層１２１及び第二予備層１２２の厚さの総和が２ｎｍ〜１０ｎｍであるステップ（Ｓ３１）と、カーボンナノチューブ複合構造体１３１を第一基板１４０の表面に転移し、溶剤でカーボンナノチューブ複合構造体１３１を処理し、カーボンナノチューブ複合構造体１３１を第一基板１４０の表面に貼り付けるステップ（Ｓ４１）と、温度５００℃〜７００℃でカーボンナノチューブ複合構造体１３１をアニーリング処理し、カーボンナノチューブ構造体１１０を除去し、第一予備層１２１及び第二予備層１２２を軟化するステップであって、軟化した第一予備層１２１及び第二予備層１２２が収縮し、集まって、相互に間隔をあける微構造粒１５１を形成するステップ（Ｓ５１）と、を含む。
【００５１】
本実施例の微構造体３０１の製造方法は、実施例１の微構造体１０１の製造方法と基本的に同じであるが、以下の点において異なる。本実施例のステップ（Ｓ３１）において、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に、順に第一予備層１２１及び第二予備層１２２を形成する。また、ステップ（Ｓ５１）において、形成される微構造粒１５１の構造は、微構造粒１５０の構造と異なる。
【００５２】
ステップ（Ｓ３１）において、電子ビーム蒸着法によって、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に、順に第一予備層１２１及び第二予備層１２２を堆積する。第一予備層１２１及び第二予備層１２２が堆積される工程で、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０の形態及び構造が破壊されなければ、他の堆積法を用いることができる。例えば、マグネトロン・スパッタ法、原子層堆積法などの物理気相成長法である。
【００５３】
カーボンナノチューブフィルム構造体１１０におけるカーボンナノチューブの少なくとも一部の表面は、第一予備層１２１で被覆される。第一予備層１２１は第二予備層１２２で被覆される。好ましくは、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０の二つの表面が、第一予備層１２１で完全に被覆される。第一予備層１２１及び第二予備層１２２は、それぞれ連続した層状構造体である。第一予備層１２１は、カーボンナノチューブフィルム構造体１１０と第二予備層１２２との間に設置される。
【００５４】
第一予備層１２１及び第二予備層１２２の材料は、金属、金属酸化物、非金属酸化物、金属硫化物の何れか一種であり、且つ第一予備層１２１の材料は第二予備層１２２の材料と異なる。金属は、金、銀、ニッケル、チタン、鉄、アルミニウム、白金、パラジウム、クロム、モリブデン、タングステン、銅などの何れか一種である。金属酸化物は酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ハフニウムなどの何れか一種である。非金属酸化物は例えば、シリカである。第二予備層１２２の材料は後のアニーリング処理する工程で酸化されない材料である。第一予備層１２１の厚さ及び第二予備層１２２の厚さは制限されず、好ましくは、２ｎｍ〜１０ｎｍである。更に、好ましくは、２ｎｍ〜５ｎｍである。
【００５５】
本実施例において、電子ビーム蒸着法によって、第一予備層１２１及び第二予備層１２２はカーボンナノチューブフィルム構造体１１０の表面に堆積される。第一予備層１２１の材料は銀であり、第二予備層１２２の材料はシリカである。第一予備層１２１の厚さは２ｎｍであり、第二予備層１２２の厚さは２ｎｍである。
【００５６】
ステップ（Ｓ５１）において、カーボンナノチューブ複合構造体１３１を空気中でアニーリング処理し、カーボンナノチューブ構造体１１０は酸化反応によって除去される。第一予備層１２１及び第二予備層１２２は高温で軟化する。最小エネルギーの原理によって、軟化した第一予備層１２１及び第二予備層１２２は収縮して集まって、最後に室温で相互に間隔をあける複数の微構造粒１５１を形成する。
【００５７】
本実施例において、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に、順に第一予備層１２１及び第二予備層１２２を形成した後、アニーリング処理することによって、カーボンナノチューブ構造体１１０を除去し、複数の一定方向に配列される微構造粒１５１を獲得する。複数の微構造粒１５１は内核１５１０及びシェル１５１２を含む。微構造粒１５１の製造方法は簡単であり、コストも低い。
【００５８】
（実施例５）
図１１及び図１２を参照すると、本実施例は微構造体３０１を提供する。微構造体３０１は複数の微構造粒１５１からなる。複数の微構造粒１５１は相互に間隔をあけて、複数の直線上に配列される。微構造粒１５１は内核１５１０及びシェル１５１２を含む。シェル１５１２は内核１５１０を被覆する。微構造体３０１は基板（図示せず）の表面に設置され、分子間力で第一基板と緊密に結合し、一体構造体を形成する。
【００５９】
図１１を参照すると、微構造粒１５１は内核１５１０及びシェル１５１２を含む。内核１５１０はボールに類似の構造体であり、シェル１５１２は層状構造体であり、シェル１５１２は内核１５１０を被覆する。シェル１５１２は内核１５１０と緊密に接触し、一体として微小のボールに類似の構造体を形成する。内核１５１０は第一予備層１２１が収縮して集まって形成するものであり、シェル１５１２は第二予備層１２２が収縮して集まって形成するものである。シェル１５１２は内核１５１０を被覆するので、内核１５１０を保護でき、アニーリング処理の際に、内核１５１０が酸化することを防止できる。
【００６０】
本実施例において、内核１５１０は銀からなり、シェル１５１２はシリカからなり、アニーリング処理する温度は６００℃であり、アニーリング処理する時間は３０分間である。図１２を参照すると、微構造粒１５１は均一に分布し、相互に間隔をあけて配列される。微構造粒１５１のサイズは１０ｎｍ〜３００ｎｍであり、好ましくは、４０ｎｍ〜１００ｎｍである。直線の延伸する方向に、隣接する二つの微構造粒１５１の距離は２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、好ましくは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。微構造粒１５０の高さは３０ｎｍ〜５０ｎｍであり、好ましくは、４０ｎｍである。
【００６１】
微構造粒１５１の誘電定数は、第一予備層１２１の誘電定数と第二予備層１２２の誘電定数の間である。従って、第一予備層１２１の誘電定数及び第二予備層１２２の誘電定数を選択することによって、所望の誘電定数を有する微構造粒１５１を形成できる。微構造粒１５１の内核１５１０が銀、金などの金属からなり、シェル１５１２がシリカなどの誘電体層からなる場合、微構造粒１５１がダクト推進に応用され、ダクト推進中、表面プラズモンは誘電体層と金属の界面を安定的に伝播できる。この際、金属が光信号を大きく吸収するによって、光信号が減衰することを防止し、光の伝播距離を延長する。
【符号の説明】
【００６２】
１０１、２０１、３０１  微構造体
１１０  カーボンナノチューブ構造体
１１２  フレーム
１２０  予備層
１２１  第一予備層
１２２  第二予備層
１３０、１３１  カーボンナノチューブ複合構造体
１４０  第一基板
１５０、１５１  微構造粒
１５１０  内核
１５１２  シェル
２００  発光ダイオード
２１０  第二基板
２２０  第一半導体層
２２２  第一電極
２３０  活性層
２４０  第二半導体層
２４２  第二電極
２６０  透明導電層
【図１】
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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２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１２】
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