(57)【要約】本発明は、ナノマテリアル、特に細長いナノワイヤーマテリアルを集積し、組み込み、利用する方法に関する。本発明は、ナノワイヤー成長基板上に配置された犠牲層を選択的にエッチングしてナノワイヤーを取り出すことを含むナノワイヤーの集積方法を提供する。本発明はまた、円筒の外面をナノワイヤーの流動性懸濁液と接触させて配置し、ナノワイヤーで被覆された円筒を回転させて表面にナノワイヤーを被着させることを含むナノワイヤーを電子機器に組み込む方法を提供する。また、インクジェットプリンターを使用するか又はナノワイヤーを整列させるための開口を使用してナノワイヤーを被着させる方法が提供される。本発明の別の局面は、ナノワイヤーベースのトランジスタにおけるゲート短絡の防止方法を提供する。ナノワイヤーを集積し、組み込む追加の方法が提供される。
2008506254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノワイヤーの集積方法であって、
第一の半導体材料に対して選択的に溶解可能な第一の犠牲層が表面に被着された第一の基板を提供する工程、
前記第一の犠牲層上に、前記第一の半導体材料を含むナノワイヤーの群を成長させる工程、および
前記ナノワイヤーを溶解させることなく前記犠牲層を選択的に溶解させて、前記ナノワイヤーの群を前記第一の基板から剥離させる工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記第一の半導体材料をシリコンとして提供し、前記犠牲層を窒化ケイ素又は二酸化ケイ素として提供する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一の半導体材料をシリコンとして提供し、前記犠牲層をタングステン及びモリブデンから選択される金属として提供する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ナノワイヤーの集積方法であって、
成長基板の表面に付着させた半導体ナノワイヤーの群を提供する工程、
前記ナノワイヤーの群をエッチング剤に暴露させて、前記ナノワイヤーの群から犠牲層を除去する工程、および
前記ナノワイヤーの群を前記成長基板から集積する工程、
を包含する、方法。
【請求項５】
前記犠牲層を酸化物層として提供する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記犠牲層を窒化ケイ素層として提供する請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記犠牲層を前記基板上に被着させたフォトレジストの層として提供する請求項４に記載の方法。
【請求項８】
ナノワイヤーの集積方法であって、
成長基板の表面に付着させた半導体ナノワイヤーの群を提供する工程、および
前記ナノワイヤーの群のナノワイヤーの基部をエッチング剤に選択的に暴露させて、前記ナノワイヤーの群を前記成長基板から剥離させる工程、
を包含する、方法。
【請求項９】
ナノワイヤーの集積方法であって、
成長基板の表面に付着させた直立コアナノワイヤーの群を提供する工程、
第一の内部シェル層を前記ナノワイヤーコア群の上に被着させて前記成長基板の表面を覆う工程、
前記第一のシェル層とは別にエッチング可能な第二の外部シェル層を第一の内部シェル層上に被着させる工程、
前記基板表面を覆う前記第二の外部シェル層の少なくとも一部分を選択的にエッチングする工程、
前記基板表面を覆う前記内部シェル層の少なくとも露出した部分を選択的にエッチングして前記ナノワイヤー群のコアナノワイヤーの端部を露出させる工程、および
前記コアナノワイヤーの前記端部をエッチングして前記ナノワイヤーを前記成長基板から剥離させる工程、
を包含する、方法。
【請求項１０】
ナノワイヤーを第一の表面に実質的に整列させた配向で被着させる方法であって、
前記第一の表面を円筒の外面として提供する工程、
前記円筒の前記外面の一部分をナノワイヤーの流動性懸濁液と接触させて配置する工程、および
前記円筒を回転させて前記第一の表面の種々の部分を前記ナノワイヤーの流動性懸濁液の中に出し入れする工程、
を包含する、方法。
【請求項１１】
前記ナノワイヤーの流動性懸濁液を前記第一の円筒よりも大きい内径を有し第二のシリンダー中に置き、前記第一の表面の少なくとも一部分を前記流動性懸濁液と接触させて配置する工程が、前記第一の円筒を前記第二の円筒に挿入する工程を包含し、前記第一の円筒及び前記第二の円筒の少なくとも一つをそれぞれ前記第一の円筒又は前記第二の円筒の主軸の周りに回転させる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一の円筒及び前記第二の円筒を異なる速度又は異なる方向で回転させる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
基板の第一の表面にナノワイヤーを実質的に整列した配向で塗布する方法であって、
外面と軸とを有するアプリケーターローラーを提供する工程、
前記アプリケーターローラーをその軸の周りに回転させて前記ローラーの前記外面の少なくとも一部分をナノワイヤーの流動性懸濁液と接触させて配置する工程、および
前記回転するアプリケーターローラーに対して前記基板の前記第一の表面を移動させて前記基板の前記第一の表面を前記ナノワイヤーの流動性懸濁液で被覆する工程、
を包含する、方法。
【請求項１４】
前記アプリケーターローラーは前記基板の動きの方向と反対の方向に回転する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アプリケーターローラーは前記基板の動きの方向と同じ方向に回転する請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
基板の第一の表面にナノワイヤーを実質的に整列した配向で塗布する方法であって、
外面と、軸と、前記外面に一連のストライプに配置されたナノワイヤーの流動性懸濁液とを有するアプリケーターローラーを提供する工程、および
前記回転するアプリケーターローラーに対して前記基板の前記第一の表面を移動させて前記基板の前記第一の表面を前記ナノワイヤーの流動性懸濁液で前記基板の前記第一の表面上の一連のストライプに対応させて塗布する工程、
を包含する、方法。
【請求項１７】
基板の表面にナノワイヤーを実質的に整列した配向で塗布する方法であって、
複数のナノワイヤーを含有する溶液を、前記基板の前記表面の一つ以上のパターン化領域にインクジェットプリンターを使用して被着させる工程、
導電性金属インキを含有する一つ以上の電極対を、前記一つ以上のパターン化領域の全体にインクジェットプリンターを使用して被着させる工程、および
前記一つ以上の電極対の間に電場を印加して、前記ナノワイヤーを前記基板の前記表面の前記一つ以上のパターン化領域に静電気的に整列させる工程、
を包含する、方法。
【請求項１８】
前記ナノワイヤーが、疎水性液体を含有する溶液に分散させられる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記導電性金属インキを水溶液として提供する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
基板の表面にナノワイヤーを実質的に整列した配向で塗布する方法であって、
基板の表面を疎水性領域及び親水性領域でパターニングする工程、
複数のナノワイヤーを含有しかつ前記疎水性領域または親水性領域の一つに対して親和性を有するナノワイヤー溶液を、前記基板の表面に被着させる工程、
前記基板の前記疎水性領域又は親水性領域の他方に対して親和性を有しかつ被着ナノワイヤーの一つ以上の領域全体に一つ以上の電極対を形成する導電性溶液を、前記基板上に被着さる工程、および
前記一つ以上の電極対の間に電場を印加して、前記基板の前記表面に前記複数のナノワイヤーを静電気的に整列させる工程、
を包含する、方法。
【請求項２１】
前記ナノワイヤー溶液が前記基板の前記疎水性領域に対して親和性を有しかつ前記導電性溶液が前記基板の前記親水性領域に対して親和性を有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ナノワイヤー溶液が前記基板の前記親水性領域に対して親和性を有しかつ前記導電性溶液が前記基板の前記疎水性領域に対して親和性を有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記導電性溶液を導電性金属インキとして提供する請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記ナノワイヤー溶液を、前記複数のナノワイヤーが中に分散した水溶液として提供する請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、前記基板表面に前記ナノワイヤーを一連のストライプにパターニングする工程を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
ナノワイヤーを第一の基板の第一の表面に被着させる方法であって、
基板を通る開口内に固定された複数の実質的に整列させたナノワイヤーを提供する工程、
第二の基板を前記第一の基板の前記第一の表面に隣り合わせて配置工程、および
開口内に配置された前記ナノワイヤーに力を加えて、前記ナノワイヤーを前記第一の前記基板の前記第一の表面に実質的に整列した状態で移動させる工程、
を包含する、方法。
【請求項２７】
前記提供する工程は、前記第二の基板を通る少なくとも２つの実質的に相対する内壁を有する細長い開口を提供する工程、前記少なくとも２つの実質的に相対する内壁上でナノワイヤーを成長させて、前記開口内に固定された前記複数のナノワイヤーを提供する工程を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
さらに、前記開口内のマトリックス材料中に前記複数のナノワイヤーを固定する工程を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記マトリックス材料を、重合体マトリックスとして提供する請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
さらに、開口の内壁に提供されたコロイド状触媒粒子から前記ナノワイヤーを成長させる工程を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記開口内のナノワイヤーに力を加える工程が、打ち抜き部材を前記開口の中に向ける工程を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
さらに、前記複数のナノワイヤーに圧力を加えるための前記打ち抜き部材としてフラット先端を使用する工程を包含する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
さらに、前記複数のナノワイヤーに圧力を加えるための前記打ち抜き部材として円形断面の形状又は長方形断面の形状を有するカップ状先端を使用する工程を包含する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
さらに、前記第一の基板に対して前記第二の基板を移動さる工程、ならびに前記配置工程及び前記力を加える工程を反復する工程を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
ナノワイヤーベースのトランジスタにおいてゲート短絡を防止する方法であって、
少なくともナノワイヤーの群であって、前記ナノワイヤーの群のサブセットはソース電極及びドレイン電極をまたがり、かつナノワイヤーの長さに延びる半導体コア領域と、前記ナノワイヤーの長さに延びる誘電体シェル領域とを有するナノワイヤーの群を提供する工程、
前記ソース電極およびドレイン電極と、これらと接触する任意のナノワイヤーの群との間にオーム接触を提供する工程、ならびに
前記ソース電極およびドレイン電極とオーム接触していないナノワイヤー群のコア領域を別にエッチングする工程、
を包含する、方法。
【請求項３６】
素子基板の表面からナノワイヤーのサブセットを除去する方法であって、前記ナノワイヤーのそれぞれが約５ミクロン未満の長さを有しかつ前記基板上に前記ナノワイヤーの薄膜群として被着されており、前記方法は、ＸｅＦ２エッチング剤を前記ナノワイヤーの群に塗布して前記ナノワイヤーのサブセットを選択的に除去する工程を包含する、方法。
【請求項３７】
素子基板の表面から汚染シリコン粒子を除去する方法であって、ＸｅＦ２エッチング剤を前記基板の前記表面に塗布して前記シリコン粒子を選択的に除去する方法。
【請求項３８】
表面に薄膜として被着されたナノワイヤーの群を含み、平均長が前記ナノワイヤー群中のワイヤーの約５０％未満である前記ナノワイヤー群中のナノワイヤーのサブセットが選択的に除去されている、素子基板。
【請求項３９】
半導体コアと、前記コアの周りに配置された一つ以上の外部シェル層とを含むナノワイヤーであって、前記半導体コアが前記一つ以上の外部シェル層内に埋め込まれている、ナノワイヤー。
【請求項４０】
前記半導体コアがその一つ以上の端部で前記一つ以上のシェル層に対して部分選択的にエッチングされている請求項３９に記載のナノワイヤー。
【請求項４１】
前記一つ以上の外部シェル層が酸化物シェル層を含む請求項３９に記載のナノワイヤー。
【請求項４２】
前記半導体コアがシリコンを含む請求項４１に記載のナノワイヤー。
【請求項４３】
さらに、前記酸化物シェル層上に被着された金属シェル層を含有する請求項４１に記載のナノワイヤー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、ナノワイヤーに関し、特にナノワイヤーの集積及び組み込みに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
ナノマテリアル、特にナノワイヤーは、全く新しい世代の電子機器を促進する可能性を有する。例えば、ある場合には、これらのマテリアルの独特かつ興味深い特性を、個別に組み立てを要する個々の要素としてよりもバルクマテリアルとして利用するナノマテリアルの使用が提案されている。例えば、非特許文献１には、硬質半導体ウエハの代わりにバルク処理され、配向された半導体ナノワイヤー膜又は層を用いる大面積電子基板、例えばディスプレイ、アンテナなどに使用されるナノワイヤーベースのトランジスタが記載されている。その結果は、従来のより性能の低い非晶質半導体を製造するのに使用される方法よりも安価な従来の方法を使用して製造することができる単結晶ウエハ基板と同等に機能する電子基板であり、これは様々な構造、例えば可撓性及び／又は付形材料の影響をよりいっそう受けやすい。
【０００３】
別の例において、バルク処理されたナノ結晶が、光電素子用の可撓性で有効な活性層として使用するために記載されている。特に、（タイプ−ＩＩバンドギャップオフセットを提供するための）正孔導電性マトリックスにおいて量子閉じ込め半導体結晶を提供できることは、光起電素子又は光電検出器として利用することができる光活性層の製造を可能にする。活性複合材料中に配置されると、これらのナノマテリアルは、標準的なフィルムコーティング法を使用して簡単に処理される。例えば、２００３年９月４日付で出願された米国特許出願第１０／６５６，８０２号（これは、全体が本明細書中に参考として援用される）参照。
【０００４】
ナノワイヤー及びその他のナノマテリアルのこれらの使用に従って、新規なプロセス要件は、所定の軸に沿って実質的に配向されるナノワイヤーの膜を提供することができることである。このような配向のための技術は、例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３、並びに２００３年９月２５日付で出願された米国特許出願第１０／６７３，０９２号（これらは全体が本明細書中に参考として援用される）に詳細に記載されている。
【０００５】
ナノ構造物に基づくこの新しい世代の電子機器の出現に対する主な障害は、ばらつきのない特性を有するナノワイヤー及びその他のナノ構造物を効果的に成長させる能力である。現行のナノワイヤーを集積し組み込むアプローチは、大量生産を容易にしないし、ばらつきのないナノワイヤー性能特性をもたらさないし、またナノワイヤーに基づいたよりよい素子性能を生じるために改良の余地がある。
【０００６】
大量生産を容易にし、ばらつきのないナノワイヤー性能特性をもたらしかつ改良された素子性能を生じるナノワイヤーの集積及び組み込みシステム及び方法が求められる。
【特許文献１】国際公開第０３／０８５７００号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０３／０８５７０１号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００４／０３２１９１号パンフレット
【非特許文献１】Ｄｕａｎら、Ｎａｔｕｒｅ、２００３年９月、第４２５巻、ｐ．２７４−２７８
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の開示）
本発明は、大量生産を容易にし、ばらつきのないナノワイヤー性能特性をもたらしかつナノワイヤーに基づいた素子において改良された素子性能を生じるナノワイヤーを集積し、組み込む方法を提供する。
【０００８】
本発明の第一の局面において、ナノワイヤーを集積する方法が提供される。この方法は、第一の半導体材料に対して選択的に溶解可能な第一の犠牲層が表面に被着された第一の基板を提供する工程、第一の犠牲層上に第一の半導体材料を含むナノワイヤーの群を成長させる工程、ナノワイヤーを溶解させることなく前記犠牲層を選択的に溶解させて、前記ナノワイヤーの群を第一の基板から剥離させる工程を包含する。
【０００９】
別の局面において、本発明は、成長基板の表面に付着させた半導体ナノワイヤーの群を提供し、前記ナノワイヤーの群をエッチング剤に暴露させて、前記ナノワイヤーの群から犠牲層を除去し、前記ナノワイヤーの群を前記成長基板から集積するナノワイヤーの集積方法を提供する。犠牲層は、例えば、基板上に被着させた酸化物層、窒化ケイ素層、フォトレジストなどの層を含み得る。
【００１０】
本発明の別の局面において、ナノワイヤーを第一の表面に実質的に整列させた配向で被着させる方法が提供される。この方法は、前記第一の表面を円筒の外面として提供する工程、前記円筒の前記外面の一部分をナノワイヤーの流動性懸濁液と接触させて配置する工程、前記円筒を回転させて前記第一の表面の種々の部分を前記ナノワイヤーの流動性懸濁液の中に出し入れする工程を包含する。
【００１１】
本発明の関連局面において、ナノワイヤーを基板の第一の表面に実質的に整列させた配向で塗布する方法が開示される。この方法は、外面と軸とを有するアプリケーターローラーを提供する工程、前記アプリケーターローラーをその軸の周りに回転させて前記ローラーの前記外面の少なくとも一部分をナノワイヤーの流動性懸濁液と接触させて配置する工程、前記回転するアプリケーターローラーに対して前記基板の前記第一の表面を移動させて前記基板の前記第一の表面を前記ナノワイヤーの流動性懸濁液で被覆する工程を包含する。
【００１２】
アプリケーターローラーは、例えば、標準的なダイレクトグラビアコーター又はリバースグラビアコーターの一部であることができるし、又は当業者に知られているその他の適当なコーターであることができる。アプリケーターローラーは、基板の動きの方向に対して同じ方向で又は反対の方向で回転させるように構成することができる。アプリケーターローラーと、基板の表面の間の相対運動は、一定の量のナノワイヤー被覆材料をローラーから基板に移動させて、基板を実質的に整列したナノワイヤーで被覆するのを促進する。被覆材料は、適当な溶媒中のナノワイヤーからなっていてもよいし、又は被覆材料は追加の安定剤、結合剤、界面活性剤などであってもよく、これらは適当なナノワイヤー被膜を作製するのに使用できる。ナノワイヤー被覆溶液の計量は、グラビアローラーにより従来の方法で達成することができる。
【００１３】
別の局面において、本発明は、ナノワイヤーを基板の第一の表面に被着させる方法であって、基板を通る開口内に固定された複数の実質的に整列させた（又は整列されていない）ナノワイヤーを提供する工程を包含する、方法を提供する。次に、第二の基板を前記第一の基板の前記第一の表面に隣り合わせて配置し、前記開口内に配置された前記ナノワイヤーに力を加えて、前記ナノワイヤーを前記第一の前記基板の前記第一の表面に実質的に整列した状態で移動させる。
【００１４】
さらなる局面において、本発明は、ナノワイヤーベースのトランジスタにおいてゲート短絡を防止する方法であって、少なくともナノワイヤーの群であって、前記ナノワイヤーの群のサブセットはソース電極及びドレイン電極をまたがり、かつナノワイヤーの長さを伸長する半導体コア領域と、前記ナノワイヤーの長さに延びる誘電体シェル領域とを有するナノワイヤーの群を提供する工程、前記ソース電極およびドレイン電極と、これらと接触する任意のナノワイヤーの群との間にオーム接触を提供する工程、前記ソース電極およびドレイン電極とオーム接触していないナノワイヤー群のコア領域を別にエッチングして除去する工程、ナノワイヤーの群全体にわたってゲート電極を提供することによりゲート電極がナノワイヤーの群のコア領域とオーム接触しないようにする工程を包含する方法を提供する。
【００１５】
本発明の別の実施形態、特徴、及び利点、並びに本発明の種々の実施形態の構造及び操作を、添付の図面を参照して以下で詳しく説明する。
【００１６】
本発明を、添付の図面を参照して説明する。図面において、同様の参照番号は、同じ要素又は機能的に類似する要素を示す。図面において、要素が最初に現れる図面は、対応する参照番号において最も左側の数字によって示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（発明の詳細な説明）
本明細書に示され記載される特定の実施は、本発明の例であり、本発明の範囲を決して限定することを意図するものではないことが理解されるべきである。実際、簡潔にするために、従来のエレクトロニクス、製造、半導体素子、ナノワイヤー（ＮＷ）、ナノロッド、ナノチューブ、及びナノリボン技術、並びにその他のシステムの機能的局面（及びシステムの個々の作動部品の構成要素）については、本明細書では詳細に説明されないかもしれない。さらに、簡潔にするために、本発明は、本明細書中で、ナノワイヤーに関して説明されることが多い。
【００１８】
ナノワイヤーについて言及することが多いが、本明細書に記載の技術は、その他のナノ構造物、例えばナノロッド、ナノチューブ、ナノテトラポッド、ナノリボン及び／又はこれらの組み合わせにも適用できることが理解されるべきである。さらに、本明細書に記載の製造技術は、任意の種類の半導体素子及びその他の種類の電子部品を製作するのに使用できることも理解されるべきである。さらにまた、この技術は、電気システム、光学システム、家庭用電化製品、産業用電子機器、無線システム、航空宇宙用途、又はその他の用途に適している。
【００１９】
本明細書中で使用される場合、「アスペクト比」とは、ナノ構造物の第一の軸の長さをナノ構造物の第二及び第三の軸の長さの平均で割ったものであり、ここで第二及び第三の軸は、その長さが相互にかなり等しい二つの軸である。例えば、最適なロッドについてのアスペクト比は、長軸の長さをこの長軸に直角をなす（長軸の法線）断面の直径で割ったものである。
【００２０】
ナノ構造物に関して使用される場合の「ヘテロ構造」という用語は、少なくとも２つの異なる及び／又は区別し得る材料種に特徴づけられるナノ構造をさす。典型的には、ナノ構造の一つの領域は第一の材料種を含み、ナノ構造の第二の領域は第二の材料種を含む。ある実施形態においては、ナノ構造は、第一の材料のコアと、第二の（又は第三、その他の）材料の少なくとも一つのシェルとを含み、ここで異なる材料種は、例えばナノワイヤーの長軸、分岐ナノ結晶のアームの長軸、又はナノ結晶の中心の周りに放射状に分布する。シェルは、シェルとみなされる又はナノ構造がヘテロ構造であるとみなされるためには、隣り合った材料を完全に覆う必要はない。例えば、第二の材料の複数の小さなアイランドによって被覆された一つの材料のコアに特徴があるナノ結晶はヘテロ構造である。別の実施形態においては、異なる材料種は、ナノ構造内に種々の配置で分布する。例えば、材料種は、ナノワイヤーの主軸（長軸）又は分岐ナノ結晶のアームの長軸に沿って分布させることができる。ヘテロ構造内の種々の領域は完全に異なる複数の材料からなることができるし、又は種々の領域は基材を含んでもよい。
【００２１】
本明細書中で使用される場合、「ナノ構造物」とは、約５００ｎｍ未満、例えば、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、又はさらには約２０ｎｍ未満の寸法を有する少なくとも一つの領域又は特性寸法を有する構造物である。典型的には、前記の領域又は特性寸法はナノ構造物の最も小さい軸に沿ったものである。このような構造物の例としては、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノチューブ、分岐ナノ結晶、ナノテトラポッド、トリポッド、ビポッド、ナノ結晶、ナノドット、量子ドット、ナノ粒子、分岐テトラポッド（例えば、無機デンドリマー）などが挙げられる。ナノ構造物は、材料特性において実質的に同質であることができるし、又はある実施形態においては異質（例えばヘテロ構造物）であることができる。ナノ構造物は、例えば、実質的に結晶質、実質的に単結晶質、多結晶質、非結晶質、又はこれらの組み合わせであることができる。一つの局面においては、ナノ構造物の三つの寸法のそれぞれは、約５００ｎｍ未満、例えば、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、又はさらには約２０ｎｍ未満の寸法を有する。
【００２２】
本明細書中で使用される場合、「ナノワイヤー」という用語は、一般的に５００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満である少なくとも一つの断面寸法を含み、かつアスペクト比（長さ：幅）が１０よりも大きい、好ましくは５０よりも大きい、さらに好ましくは１００よりも大きい、細長い導電性又は半導電性材料（又は本明細書に記載のその他の材料）をさす。
【００２３】
本発明のナノワイヤーは、材料特性において実質的に同質であることができるし、又はある実施形態では異質（例えばナノワイヤーヘテロ構造物）であることができる。ナノワイヤーは、本質的に任意の都合のよい一つ又は複数の材料から製作することができ、例えば実質的に結晶質、実質的に単結晶質、多結晶質、又は非結晶質であることができる。ナノワイヤーは、可変直径を有することができるし又は実質的に均一な直径、すなわち、最も大きい変動の領域に対して及び少なくとも５ｎｍ（例えば、少なくとも１０ｎｍ、少なくとも２０ｎｍ、又は少なくとも５０ｎｍ）の線寸法に対して約２０％未満（例えば、約１０％未満、約５％未満、又は約１％未満）の変化を示す直径を有することができる。典型的には、直径は、ナノワイヤーの両端から離れた箇所で（例えばナノワイヤーの中心の２０％、４０％、５０％、又は８０％にわたって）求めることができる。ナノワイヤーは、その長軸の全長又はその部分にわたって線状であることができるし、あるいは例えば湾曲又は曲がっていることができる。ある実施形態では、ナノワイヤー又はその部分は、２次元又は３次元量子閉じ込めを示すことができる。本発明のナノワイヤーは、明確に炭素ナノチューブを除外することができ、ある実施形態では、「ホイスカー」又は「ナノホイスカー」、特に１００ｎｍよりも大きい直径又は約２００ｎｍよりも大きい直径を有するホイスカーを除外する。
【００２４】
このようなナノワイヤーの例としては、国際公開第ＷＯ０２／１７３６２号、同第ＷＯ０２／４８７０１号及び同第ＷＯ０１／０３２０８号に記載の半導体ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、及び同様の寸法をもつその他の細長い導電性又は半導電性構造物が挙げられ、これらの国際公開は本明細書中に参考として援用される。
【００２５】
本明細書中で使用される場合、「ナノロッド」という用語は、一般的に、ナノワイヤーに類似しているが、ナノワイヤーのアスペクト比よりも小さいアスペクト比（長さ：幅）を有する任意の細長い導電性又は半導電性の材料（あるいは本明細書に記載のその他の材料）を意味する。２つ以上のナノロッドは、これらの長手方向軸に沿って一緒に結合することができ、それによって結合されたナノロッドが電極同士の間の回路全てに橋渡しすることに留意のこと。あるいは、２つ以上のナノロッドは、これらの長手方向軸に沿って実質的に整列することができるが、小さな隙間が２つ以上のナノロッドの両端の間に存在するように一緒に結合されていない。この場合、電子は、一方のナノロッドから他方のナノロッドへのホッピングにより小さな間隙を横断することによって、一方のナノロッドから他方のナノロッドに流れることができる。２つ以上のナノロッドは、電子が電極同士の間を移動することができる通路を形成するように、実質的に整列させることができる。
【００２６】
ナノワイヤー、ナノロッド、ナノチューブ及びナノリボン用の幅広い種類の材料、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、Ｐ、Ｂ−Ｃ、Ｂ−Ｐ（ＢＰ６）、Ｂ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｓｉ−Ｓｎ及びＧｅ−Ｓｎ、ＳｉＣ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＺｎＯ／ＺｎＳ／ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ、ＣｄＳ／ＣｄＳｅ／ＣｄＴｅ、ＨｇＳ／ＨｇＳｅ／ＨｇＴｅ、ＢｅＳ／ＢｅＳｅ／ＢｅＴｅ／ＭｇＳ／ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ，ＣｕＩ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＢｅＳｉＮ２、ＣａＣＮ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＳｎＡｓ２、ＺｎＳｎＳｂ２、ＣｕＧｅＰ３、ＣｕＳｉ２Ｐ３、（Ｃｕ，Ａｇ）（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｆｅ）（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）２（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）３、Ａｌ２ＣＯから選択される半導体材料、並びにこのような半導体の２つ以上の適切な組み合わせを使用することができる。
【００２７】
ナノワイヤーはまた、その他の材料、例えば金、ニッケル、パラジウム、イリジウム、コバルト、クロム、アルミニウム、チタン、スズなどの金属、金属合金、重合体、導電性重合体、セラミックス、及び／又はこれらの組み合わせから形成することもできる。その他の現在知られているか又は今後開発される導電性材料又は半導体材料を用いることができる。
【００２８】
ある局面において、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及びＩｎからなる群から選択されるｐ型ドーパント；Ｐ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択される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及びＨｇから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及びＳｉからなる群から選択されるｐ型ドーパント；又はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅからなる群から選択されるｎ型ドーパントからなる群からのドーパントを含有していてもよい。その他の現在知られているか又は後で開発されるドーパント材料を用いることができる。
【００２９】
さらに、ナノワイヤー又はナノリボンは、カーボンナノチューブ、又は導電性若しくは半導電性の有機ポリマー材料（例えば、ペンタセン及び遷移金属酸化物）から形成されるナノチューブを包含することができる。
【００３０】
従って、「ナノワイヤー」という用語は、本明細書の記載全体を通じて説明のために言及されるが、本明細書の記載はナノチューブ（例えば、それの軸方向に形成された中空チューブを有するナノワイヤー様構造物）の使用も包含することが意図される。ナノチューブは、本明細書に記載の特性及び利点を提供するために、ナノワイヤーについて本明細書に記載のようなナノチューブの組み合わせ／薄膜で、ナノチューブ単独で、又はナノワイヤーと組み合わせて形成することができる。
【００３１】
本明細書で行われる空間的な記載（例えば、「〜より上」、「〜より下」、「上に」、「下に」、「上部」、「下部」など）は、説明の目的のためだけのものであり、本発明の素子は任意の配向又は方法で空間的に配置することができることが理解されるべきである。
【００３２】
ナノマテリアルは、種々様々な異なる方法で製造されている。例えば、溶液型の界面活性剤媒介結晶成長が、球状無機ナノマテリアル、例えば、量子ドット、並びに細長いナノマテリアル、例えばナノロッド及びナノテトラポッドの製造について記載されている。その他の方法、例えば気相法もまたナノマテリアルを製造するのに用いられている。例えば、シランガスのレーザー熱分解により製造されるシリコンナノ結晶が報告されている。
【００３３】
その他の方法は、基板ベースの合成方法、例えば、Ｇｒｅｅｎｅ他（Ｌ．Ｇｒｅｅｎｅ，Ｍ．Ｌａｗ，Ｊ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇｅｒ，Ｆ．Ｋｉｍ，Ｊ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｙ．Ｚｈａｎｇ，Ｒ．Ｓａｙｋａｌｌｙ，Ｐ．Ｙａｎｇ，Ａｎｇｅｗ．「Ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｗａｆｅｒ  ｓｃａｌｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＺｎＯ  ｎａｎｏｗｉｒｅ」「Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．」４２，３０３１−３０３４，２００３）によって記載されているようなＺｎＯナノワイヤーを製造するための低温合成法、及び例えば加熱すると粒子を形成するコロイドとして又は薄膜として被着される触媒金粒子を用いる高温ＶＬＳ法を用いる。ナノワイヤーを製造するこのようなＶＬＳ法は、例えば、国際特許出願公開第ＷＯ０２／０１７３６２号に記載されており、その全ての開示は、全ての目的にその全体を参照することより本明細書に組み込まれる。
【００３４】
（ナノワイヤーの種類及びその合成）
図１Ａは、単結晶半導体ナノワイヤーコア（以下、「ナノワイヤー」）１００を例示する。図１Ａは、均一にドープされた単結晶ナノワイヤーであるナノワイヤー１００を表す。このような単結晶ナノワイヤーは、かなり制御された方法でｐ型半導体又はｎ型半導体中にドープされることができる。ナノワイヤー１００のようなドープナノワイヤーは、改良された電気特性を示す。例えば、このようなナノワイヤーは、バルク単結晶材料に匹敵するキャリア移動度レベルを有するためにドープされることができる。
【００３５】
図１Ｂは、コアシェル構造に従ってドープされたナノワイヤー１１０を表す。図１Ｂに示されるように、ナノワイヤー１１０は、ドープ表面層１１２を有し、ドープ表面層は種々の厚みのレベルを有することができ、例えばナノワイヤー１１０の表面の分子単一層のみである。
【００３６】
絶縁性シェルの価電子帯は、ｐ型ドープワイヤーについてコアの価電子帯よりも低いものであってもよいし、又はシェルの伝導帯はｎ型ドープワイヤーについてコアよりも高いものであってもよい。一般に、コアナノ構造物は、任意の金属材料又は半導体材料から調製することができ、シェルは同じ材料又は異なる材料から調製することができる。例えば、第一のコア材料は、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＶ族半導体、及びこれらの合金からなる群から選択される第一の半導体を含むことができる。同様に、シェルの第二の材料は、例えばＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＶ族半導体、及びこれらの合金からなる群から選択される第二の半導体、すなわち第一の半導体と同じか又は異なる半導体を含むことができる。半導体の例としては、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、及びＰｂＴｅが挙げられるが、これらに限定されない。上記のように、金属材料、例えば金、クロム、スズ、ニッケル、アルミニウムなど及びこれらの合金は、コア材料として使用することができ、また金属コアは適当なシェル材料、例えば二酸化ケイ素又はその他の絶縁材料で上塗りすることができる。
【００３７】
ナノ構造物は製造することができ、その大きさは、種々の材料に適合させることができる多数の都合のよい方法のいずれかで制御することができる。例えば、種々の組成のナノ結晶の合成が、例えば、Ｐｅｎｇ他「Ｓｈａｐｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ＣｄＳｅ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」『Ｎａｔｕｒｅ』４０４，５９−６１（２０００）、Ｐｕｎｔｅｓ他「Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ｓｈａｐｅ  ａｎｄ  ｓｉｚｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ：  Ｔｈｅ  ｃａｓｅ  ｏｆ  ｃｏｂａｌｔ」『Ｓｃｉｅｎｃｅ』２９１，２１１５−２１１７（２００１）、Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓらに付与された「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ−Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」という表題の米国特許第６，３０６，７３６号（２００１年１０月２３日）、Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓらに付与された「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩ−ＶＩ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」という表題の米国特許第６，２２５，１９８号（２００１年５月１日）、Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓらに付与された「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＩＩＩ−Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ」という表題の米国特許第５，５０５，９２８号（１９９６年４月９日）、Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓらに付与された「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ  ｂｏｕｎｄ  ｔｏ  ｓｏｌｉｄ  ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｕｓｉｎｇ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ」という表題の米国特許第５，７５１，０１８号（１９９８年５月１２日）、Ｇａｌｌａｇｈｅｒらに付与された「Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｓｉｚｅｄ  ｄｏｐｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｓａｍｅ」という表題の米国特許第６，０４８，６１６号（２０００年４月１１日）、及びＷｅｉｓｓらに付与された「Ｏｒｇａｎｏ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ｐｒｏｂｅｓ  ｆｏｒ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ａｎｄ  ｕｓｉｎｇ  ｓｕｃｈ  ｐｒｏｂｅｓ」という表題の米国特許第５，９９０，４７９号（１９９９年１１月２３日）に記載されている。
【００３８】
種々のアスペクト比をもつナノワイヤー、例えば調節された直径を有するナノワイヤーの成長は、例えば、Ｇｕｄｉｋｓｅｎ他「Ｄｉａｍｅｔｅｒ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ」『Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．』１２２，８８０１−８８０２（２０００）、Ｃｕｉ他「Ｄｉａｍｅｔｅｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎａｎｏｗｉｒｅ」『Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．』７８，２２１４−２２１６（２００１）、Ｇｕｄｉｋｓｅｎ他「Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ａｎｄ  ｌｅｎｇｔｈ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｗｉｒｅ」『Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ』１０５，４０６２−４０６４（２００１）、Ｍｏｒａｌｅｓ他「Ａ  ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｗｉｒｅ」『Ｓｃｉｅｎｃｅ』２７９，２０８−２１１（１９９８）、Ｄｕａｎ他「Ｇｅｎｅｒａｌ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｗｉｒｅ」『Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．』１２，２９８−３０（２０００）２、Ｃｕｉ他「Ｄｏｐｉｎｇ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｉｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎａｎｏｗｉｒｅ」『Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ』１０４，５２１３−５２１６（２０００）、Ｐｅｎｇ他「Ｓｈａｐｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ＣｄＳｅ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ」『Ｎａｔｕｒｅ』４０４，５９−６１（２０００）、Ｐｕｎｔｅｓ他「Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ｓｈａｐｅ  ａｎｄ  ｓｉｚｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ：  Ｔｈｅ  ｃａｓｅ  ｏｆ  ｃｏｂａｌｔ」『Ｓｃｉｅｎｃｅ』２９１，２１１５−２１１７（２００１）、Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ他に付与された「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ−Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」という表題の米国特許第６，３０６，７３６号（２００１年１０月２３日）、Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ他に付与された「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｈａｐｅｄ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩ−ＶＩ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ，ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒｍｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ」という表題の米国特許第６，２２５，１９８号（２００１年５月１日）、Ｌｉｅｂｅｒ他に付与された（２０００年３月１４日）「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」という表題の米国特許第６，０３６，７７４号、Ｌｉｅｂｅｒ他に付与された「Ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」という表題の米国特許第５，８９７，９４５号（１９９９年４月２７日）、Ｌｉｅｂｅｒ他に付与された「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｉｄｅ  ｎａｎｏｒｏｄｓ」という表題の米国特許第５，９９７，８３２号（１９９９年１２月７日）、Ｕｒｂａｎ他��Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ  ｂａｒｉｕｍ  ｔｉｔａｎａｔｅ  ａｎｄ  ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ  ｔｉｔａｎａｔｅ」『Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．』１２４，１１８６（２００２）、及びＹｕｎ他「Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  Ｂａｒｉｕｍ  Ｔｉｔａｎａｔｅ  Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ  ｂｙ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」『Ｎａｎｏｌｅｔｔｅｒｓ』２，４４７（２００２）に記載されている。
【００３９】
分岐ナノワイヤー（例えば、ナノテトラポッド、トリポッド、ビポッド、及び分岐テトラポッド）の成長は、例えば、Ｊｕｎ他「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉ−ａｒｍｅｄ  ＣｄＳ  ｎａｎｏｒｏｄ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｍｏｎｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ」『Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．』１２３，５１５０−５１５１（２００１）、及びＭａｎｎａ他「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ  Ｒｏｄ−，Ａｒｒｏｗ−，Ｔｅａｒｄｒｏｐ−，ａｎｄ  Ｔｅｔｒａｐｏｄ−Ｓｈａｐｅｄ  ＣｄＳｅ  Ｎａｎｏｃｒｖｓｔａｌｓ」『Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．』１２２，１２７００−１２７０６（２０００）に記載されている。
【００４０】
ナノ粒子の合成は、例えば、Ｃｌａｒｋ  Ｊｒ．他に付与された「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」という表題の米国特許第５，６９０，８０７号（１９９７年１１月２５日）、Ｅｌ−Ｓｈａｌｌ他に付与された「Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄｅ  ａｌｌｏｙｓ」という表題の米国特許第６，１３６，１５６号（２０００年１０月２４日）、Ｙｉｎｇ他に付与された「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｍｅｔｅｒ−ｓｉｚｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｂｙ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｍｉｃｅｌｌｅ  ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」という表題の米国特許第６，４１３，４８９号（２００２年７月２日）、及びＬｉｕ他「Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｅａｄ  Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」『Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．』１２３，４３４４（２００１）に記載されている。ナノ粒子の合成はまた、ナノ結晶、ナノワイヤー、及び分岐ナノワイヤーの成長について上記の引用文献に記載されており、この場合には得られるナノ構造物は約１．５未満のアスペクト比を有する。
【００４１】
コアシェルナノ構造ヘテロ構造物、すなわちナノ結晶及びナノワイヤー（例えば、ナノロッド）コアシェルヘテロ構造物の合成は、例えば、Ｐｅｎｇ他「Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ＣｄＳｅ／ＣｄＳ  ｃｏｒｅ／ｓｈｅｌｌ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｗｉｔｈ  ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ」『Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．』１１９，７０１９−７０２９（１９９７）、Ｄａｂｂｏｕｓｉ他「（ＣｄＳｅ）ＺｎＳ  ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔｓ：  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｉｚｅ  ｓｅｒｉｅｓ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｎａｎｏｃｒｙｓａｌｌｉｔｅｓ」『Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ』１０１，９４６３−９４７５（１９９７）、Ｍａｎｎａ他「Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｏｆ  ｇｒａｄｅｄ  ＣｄＳ／ＺｎＳ  ｓｈｅｌｌｓ  ｏｎ  ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ＣｄＳｅ  ｎａｎｏｒｏｄ」『Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．』１２４，７１３６−７１４５（２００２）、及びＣａｏ他「Ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｏｒｅ／ｓｈｅｌｌ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｗｉｔｈ  ＩｎＡｓ  ｃｏｒｅｓ」『Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．』１２２，９６９２−９７０２（２０００）に記載されている。同様のアプローチがその他のコアシェルナノ構造物の成長に応用できる。
【００４２】
異なる材料がナノワイヤーの長軸に沿って異なる位置に分配されるナノワイヤーヘテロ構造物の成長は、例えば、Ｇｕｄｉｋｓｅｎ他「Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｎａｎｏｗｉｒｅ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｎａｎｏｓｃａｌｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」『Ｎａｔｕｒｅ』４１５，６１７−６２０（２００２）、Ｂｊｏｒｋ他「Ｏｎｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｔｅｅｐｌｅｃｈａｓｅ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ  ｒｅａｌｉｚｅｄ」『Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ』２，８６−９０（２００２）、Ｗｕ他「Ｂｌｏｃｋ−ｂｙ−ｂｌｏｃｋ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉ／ＳｉＧｅ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ」『Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ』２，８３−８６（２００２）、及びＥｍｐｅｄｏｃｌｅｓの「Ｎａｎｏｗｉｒｅ  ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ」という表題の米国特許出願第６０／３７０，０９５号（２００２年４月２日）に記載されている。同様のアプローチがその他のヘテロ構造物の成長に応用できる。
【００４３】
（典型的なナノワイヤー素子）
半導体ナノワイヤー材料の典型的な用途としては、簡単な電子部品、例えばトランジスタが挙げられる。例えば、簡単なナノワイヤートランジスタ素子を図２Ａに示す。図に示されるように、基本的素子２００は、基板２０６上に配置されかつ相互に間隔を空けたソース電極２０２及びドレイン電極２０４を含む。前記２つの電極にまたがる半導体ナノワイヤー２０８が提供され、電極２０２と２０４に電気的に接続される。トランジスタは、典型的にはその表面全体にわたってナノワイヤー２０８と、例えばゲート電極２１０との間に絶縁を提供する絶縁体又は誘電体層を含む。図に示されるように、誘電体層は、酸化物シェル２１２として又はナノワイヤー２０８上の被膜として提供される。ゲート電極２１０に印加される場を調節することによって、従来の電場効果トランジスタ（ＦＥＴ）におけるようにナノワイヤー２０８の伝導率を変化させることができる。
【００４４】
図２Ｂは、図２Ａに示す簡単な素子の変形を概略的に図示する。図に示されるように、トランジスタ素子２５０は、基板２５６上に提供されたソース電極２５２、ドレイン電極２５４及びゲート電極２６０を含む。しかし、誘電体シェルを有する単一のナノワイヤーの代わりに、ゲート電極２６０をまたいでソース電極２５２とドレイン電極２５４との間をつなぐ実質的に配向されたナノワイヤー２５８の薄膜又は群を有する。図２Ａに例示された素子と比較すると、ナノワイヤーの薄膜２５８は、薄膜に基づいた加工及び均一性の加工性の利点を保持しながら、単一ナノワイヤーベースの素子よりもはるかに高い電流密度を提供する。特に、ナノワイヤー群中のナノワイヤー全てが必ずしもソースソース電極とドレイン電極をまたがるわけではないことは、圧倒的な数のナノワイヤーがこの機能性を提供するため、素子の動作に実質的には影響を及ぼさない。
【００４５】
（犠牲層及びナノワイヤーを集積するその他の方法）
いったん合成されると、多数の用途について、ナノワイヤーはそれを成長させた基板から分離することが必要である。例えば、ある種のナノワイヤー用途については、平坦基板表面全体にワイヤーの被膜として被着されたナノワイヤーを提供することが望ましい（例えば、国際特許出願公開第２００４／０３２１９３号、及びＤｕａｎ他『Ｎａｔｕｒｅ』  ４２５：２７４−２７８（２００３年９月）参照）。従って、ナノワイヤーをその成長基板から、例えば取り出す際にワイヤーを無作為に破断することなく均一に取り出すことができることが望ましい。これに関して、本発明は、成長基板に剥離層を組み込む方法であって、ワイヤーを基板表面から均一にかつ一様でない破断などを引き起こし得る外部からの機械的破壊がなく均一に剥離させることができる、成長基板に剥離層を組み込む方法を提供する。
【００４６】
具体的な局面において、犠牲層は成長基板上に被着されるか又は別の方法で成長基板上に提供される。犠牲層とは、機械的除去方法、例えば削り取り、剪断などを必要とすることなく犠牲層に付着しているナノワイヤーの容易な取り出しを可能にするために選択的に除去できる又は部分的に変えることができる層を意味する。例えば、犠牲層は、それに付着させたワイヤーを損傷することなく選択的にエッチング可能な層を含んでもよい。
【００４７】
例えば、シリコンナノワイヤーが成長する場合には、その下にある基板は、例えば窒化ケイ素層を具備していてもよい。窒化ケイ素層は、例えばオルトリン酸（これはシリコンナノワイヤーを侵蝕することなく窒化物層をエッチングする）を使用して選択的にエッチングされ得る。合成されるワイヤーの組成に応じて、種々の様々な犠牲層を用いてもよい。但し、これらの犠牲層はワイヤーを損傷することなく剥離させるために区別して処理できるものであることを条件とする。このような材料としては、例えば、酸化物層、金属層などが挙げられ、これらは種々のエッチング剤又はその他の化学薬品に対してシリコンなどの半導体ワイヤーとは異なる反応を示してもよい。
【００４８】
幾つかの代表的なワイヤー／剥離層の対としては、例えば、ＳｉＯ２基板上にタングステン又はモリブデン犠牲層を有するＳｉＯ２基板から成長するＳｉナノワイヤーが挙げられる。通常この金属層は、一般に市販されている緩衝弱アルカリ性フェリシアニド系エッチング剤製剤を使用して特異的にエッチングすることができる。同様に、ＳｉＮ層を、ＳｉＯ２基板とＳｉナノワイヤーの間に使用してもよい。このような犠牲層は、一般的にリン酸、例えば８５重量％のリン酸を使用してエッチングしてもよい。犠牲層は、鋳型とする垂直ナノワイヤー成長を生成させるために結晶質（及び／又は結晶基板上に鋳型とされたもの）であってもよい。例えば、原子層成長法（ＡＬＤ）を、サファイア基板上に触媒材料の薄膜を被着させるのに使用してもよく、この場合の薄膜はサファイアの結晶周期性を保持するが、サファイア及びナノワイヤーに比べて特異的にエッチングすることができる。
【００４９】
ナノワイヤーを成長基板から、例えば除去の際にワイヤーを無作為に破壊することなく、均一に除去するための本発明の別の実施形態において、ナノワイヤーをその基部で、例えばナノワイヤーの基部を選択的にエッチングすることによって剥離させる方法が開示される。この点で、本発明は、表面から均一にかつ一様でない破壊などを引き起こし得る外来の機械的破壊がなくワイヤーを除去するために、ナノワイヤーの基部を選択的に露出させて、その基部を化学的（又は機械的、超音波的など）に（例えば、エッチングにより）剥離させる方法を提供する。
【００５０】
例えば、最初に図３を参照して、一般的に使用されるフォトレジスト材料３０２を最初に基板（例えば、Ｓｉ基板）上に被着（例えば、スピンコート）させて基板３００の表面に最も近いナノワイヤー３０４の末端部分３０３を被覆する第一の実施形態を示す。ナノワイヤーの側壁表面に不注意で被着された過剰のフォトレジストは、例えば１種又はそれ以上の市販のフォトレジスト溶媒又は化学薬品及び／又は乾式酸素プラズマエッチングを使用して除去することができる。
【００５１】
次いで、第一のフォトレジスト材料３０２とは別にエッチングできる異なるフォトレジスト材料３０６の第二の層が、ナノワイヤーの側壁上にパターン形成され得る。ナノワイヤーの表面は、ナノワイヤーに接着するが、基板上のフォトレジスト３０２に接着しない第二のフォトレジスト材料３０６（例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような疎水性重合体）を引き付けるために、例えば標準的なシラン化学反応又はその他の化学部分を用いて、必要に応じて官能化させてもよい。
【００５２】
次いで、基板上のフォトレジスト３０２を、標準的な化学薬品又は溶媒を用いて及び／又はプラズマエッチングにより除去して、ナノワイヤーの末端部分３０３を露出させ得る。
【００５３】
次いで、基板に付着させたナノワイヤーの露出させた末端部分を、例えばシリコンナノワイヤー用のＨＦ／ＨＮＯ３のようなエッチング剤でエッチングしてナノワイヤーを剥離させ、取り出し、実質的に均一な長さの独立したナノワイヤーをもたらし得る。
【００５４】
ナノワイヤーは、成長すれば取り出してもよいし（例えば、酸化物及び／又は金属シェル被膜なしに）、又は成長後酸化（又はその他のプロセス工程）の後に取り出して、１つ又はそれ以上のシェル層（例えば、誘電体層又は金属ゲート層）をナノワイヤーコア上に形成してもよい（以下でさらに説明するように）。後者の場合には、１つ又はそれ以上のシェル層、例えば誘電体層又は導電性金属（例えば、ゲート）層を完全に除去するために別のＨＦエッチング又は金属エッチング工程を必要とし得る。
【００５５】
このプロセスで使用されるフォトレジストは、比較的塗布し易く、溶解し易い。このプロセスは、プロセスは現存の微細加工技術、例えば剥離及び素子基板への被着に先立つ成長基板上へのワイヤーの直接ドーピングにおいて使用される、大部分の材料およびプロセスと適合性がある。
【００５６】
図４Ａ−Ｄに示されるナノワイヤーを成長基板から剥離させるための別の実施形態において、プロセスフローを、コアシェルナノワイヤー構造物の成長及び成長基板４０１からの剥離について示す。このプロセスフローは、例えば所望の電子機能性（例えば、ＣＭＯＳ適合性、ＲＦ信号処理能、発光など）を提供するために選択される半導体コア、ゲート誘電体内部シェル及びゲート電極導電性外部シェルを備える多層コアシェルナノワイヤーを含む。
【００５７】
第一のシェルは、最終素子においてゲート誘電体として働く絶縁性誘電体層である。用いられる場合には、外部層は、最終素子においてそれぞれ個々のワイヤーの周りでコンフォーマルなゲート電極として働く導電性層である。このような多層（及び単層）コアシェルナノワイヤーは、さらに、２００３年９月３０日付で出願された「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｎａｎｏ−ｅｎａｂｌｅｄ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａ  Ｍａｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」という表題の同時係属中の米国特許出願第１０／６７４，０７１号に記載されている。その内容全体は本明細書中に参考として援用される。
【００５８】
この実施形態においては、コアナノワイヤー４００の成長（例えば、コアＳｉナノワイヤーを、例えばＡｕ又はＰｔのコロイド又は薄膜パターンを用いて適切に被覆された＜１１１＞Ｓｉウェーハ上でＣＶＤ炉で約９００℃でＳｉＣｌ４を分解することによって成長させるためにＶＬＳエピタキシャル成長を使用して）の後に、ナノワイヤーをエッチング剤（例えば、ＨＦ蒸気）に暴露させて自然（非晶質）酸化物層を除去する。薄い自然酸化物層がマクロ電子用途のような素子用途で使用される高電場に耐えるのに十分な品質を有してない場合には、自然酸化物層の除去が行われる。
【００５９】
自然酸化物層は、例えば、制御された熱酸化又は化学蒸着のいずれかにより生成される高品質誘電体材料層４０２（例えば、酸化ケイ素シェル）で置換することができる。誘電体材料層４０２は、種々の誘電体材料、例えばＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４から選択することができる。誘電体材料層４０２は、ナノワイヤーを酸化するか、ナノワイヤーを被覆するか、又は他の方法で誘電体層を形成することによって形成することができる。その他の非酸化高誘電率材料、例えば窒化ケイ素、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３などを使用することができる。ナノワイヤーの窒化は、ナノワイヤーの酸化で用いた方法と同様の方法で達成することができる。これらの材料は、ナノワイヤーに化学蒸着（ＣＶＤ）、溶液層オーバーコーティングによって塗布することができるし、又は簡単に適当な前駆物質を基板表面に回転塗布することによって塗布することができる。当業者には明らかであるように、その他の公知の方法も用いることができる。
【００６０】
次に、図４Ａに示されるように、高い処理温度（例えば、約１０００℃）に耐えることができることが好ましい導電性材料、例えばＷＮ、Ｗ、Ｐｔ、高ドープシリコンなどのゲート電極外部シェル層４０４は、内部誘電体材料層４０２上に、例えば、原子層成長（ＡＬＤ）法又はその他のコンフォーマル被着法により被着される。外部シェル層４０４は、最終素子のそれぞれ個々のワイヤーの周りにコンフォーマルなゲート電極として働く導電性層である。
【００６１】
この被着工程には、その後に図４Ｂに示されるように基板４０１を覆う外部シェル層４０４の部分をエッチングするための指向性エッチング工程が続く。これは、例えば、物理的エッチング（例えば、イオンミルエッチング又は逆スパッタリング）を使用することによって、あるいは適当な湿式化学エッチング剤（例えば、リン酸、塩酸、硝酸及び／又は酢酸、あるいは当業者に公知のその他のエッチング剤）を用いる化学エッチングによって達成することができる。その後に、基板は、緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）蒸気又はウエット溶液に約１０秒〜６０秒間、又は例えば約１０秒〜３０秒間暴露されて、図４Ｃに示されるように基板表面から及びナノワイヤー表面の露出された端部から露出された酸化物層４０２が除去される。
【００６２】
次いで、ナノワイヤー４００の暴露されたベース部４０６は、例えば、成長基板をウエットＳｉエッチング浴に浸すことによって、又は適当なＢＯＥエッチング（例えば、図４Ｃにおいて誘電体層を成長基板及びナノワイヤーの露出端部から除去した後に選択的酸化が続く）によってエッチングされ得る。
【００６３】
Ｓｉ酸浴は、図４Ｄに示されるように、シェル層４０２、４０４の内側のＳｉコアワイヤーをエッチングするという利点を有し、これはナノワイヤーを素子構造物、例えばＦＥＴ類、ダイオードなどに組み込むと被着金属又は外部導電性シェル層４０４に対する短絡を防止することを促進することができる。ナノワイヤーの露出端部をエッチングすると、図４Ｄに示されるようにこれらを成長基板から剥離させる。次いで、エッチングプロセスを停止させるために、成長基板は、酸浴から取り出され得るか、又はこの酸浴が、適当なアルカリ化学薬品を用いて中和され得る。次いで、取り出したナノワイヤーを溶液に分散し、以下でさらに説明するように適当な素子基板上に被着／塗布するのに利用できるようにし得る。
【００６４】
上記のプロセスは、さらに別のナノワイヤー材料及び別のコアシェル構造物、例えばより単純な単一コアシェル構造物並びに３層、４層、及びさらに多層のコアシェル構造物に適用できることが理解されるべきである。コアシェル構造物のドーピング及びドーピング種は、所望の性質を得るためにさらに成長プロセス中に柔軟に変えることができるし、制御することができる。
【００６５】
（ナノワイヤーの素子への組み込み）
ナノワイヤーの合成及び成長基板からの剥離の後に、多数の用途では、別の基板上、例えば電気接点などを接続する電子基板上への、ばらばらのナノワイヤーの制御された被着を必要とする。例えば、ある場合には、基板上に被着されかつ特定の位置に配置される及び／又は一つ以上の特定の軸に沿って実質的に配向されたナノワイヤーの薄膜を提供することが望ましい。ナノワイヤーを基板上に被着させ、整列させるか又は配向させるための多数の方法、例えばナノワイヤーを担持する流体を基板上に流す流れに基づいた整列は、既に記載されている。また、ナノワイヤーを所望の配向に貼り付けて、延伸するために接着性パッチを利用する別の方法も記載されている。本発明に従って、例えば米国特許出願公開第２００３／１８６５２２号（これは本明細書中に参考として援用される）に記載のように典型的な流れに基づいた整列方法に対する部分変更が意図される。
【００６６】
特に、前記の流れに基づいた配向方法は、配向されるワイヤーを被着させるべき基板の所望の部分全体に流路又はその他の流体管を適用した。表面は、典型的には、ワイヤーの接着又は会合を促進する化学部分を用いて処理された。流路に流した場合に、ワイヤーは流動流体の流線に沿って整列し、従って流れの方向に整列する傾向がある。この種の整列方法は非常に有効であるが、流路ブロックなどの使用を必要としたため、小規模の場合により適したものであった。
【００６７】
しかし、本発明は、配向したナノワイヤー薄膜又は基板のより大規模な生産に非常によく適した方法を用いる。具体的な実施形態において、ナノワイヤーの流動性懸濁液は、回転ドラムに被着させられる。典型的には、ドラムは、極めて少量の流体を使用することを可能にするが、さらにドラムの一部又はドラム全体の均一な被覆を可能にするように、横向きに配置される。次いで、基板、例えば可撓性基板は、この大きいほうのドラムの中に配置される小さい内側ドラムの回りに巻き付けられ、これにより、基板の表面の一部がワイヤーの流動性懸濁液と接触する。次いで、ドラムは、懸濁液が基板の表面全体に流れるように回転させられる。この流動は、前記の方法と同じ整列レベルを、これよりも広い可撓性材料の基板面積にわたって提供する。可撓性基板を用いて説明したが、その表面が回転中に幾つかの位置で回転ドラム中で流体と接触することを条件として小さな硬質基板も使用し得ることが理解される。
【００６８】
別の配置では、ドラムは、基板と大きい方のドラムの外壁と間に流動性懸濁液が挟まれた状態で、垂直な向きで配向し得る。両方の代表的な配置を図５Ａ及び５Ｂに例示する。図５Ａに示されるように、主ドラム５００は、回転を可能にするように水平軸５０２上に提供される。小ドラム５０４は、大きいほうのドラム５００の中に挿入される。幾つかの場合には、小ドラム５０４は、大きいほうのドラム５００と同じ軸５０２に固定して連結されていてもよいし、又は実際に大きいほうのドラム５００に結合されていてもよく、それにより両方のドラムが一緒に回転する。しかし、上記のように、ある場合には、２つのドラムの独立した回転を可能にすることが望ましい。そのため、内側ドラム５０４は、別の軸に連結されてもよいし、又は自由に回転できるように、単に大きいほうのドラム５００から独立して別のベアリング上にあってもよい。基板５０６は、大きいドラム５００の内部の内側ドラム５０４の外面に配置される。
【００６９】
少量の流動性ナノワイヤー懸濁液５０８が、基板５０６と流体５０８の接触を可能にするのに十分な量で大きいドラム内に提供される。
【００７０】
図５Ｂは、同様の実施形態を例示するが、この場合には内側ドラム５００及び外側ドラム５０４は、垂直に配置された軸５０２上に配置される。この場合には、使用する流体の量を最小にするように、２つのドラムの間に小さい空間を提供することが望ましくあり得る。
【００７１】
ナノワイヤーの流動性懸濁液５０８の中を通る回転の後に、溶液中のワイヤーは、基板５０６の拡大図部分に示されるように、流れに基づいた接触の結果として、基板５０６の表面に実質的に整列した様式で被着される。基板上へのナノワイヤーの整列及び配向の流れに基づいた方法は、米国特許出願公開第２００３／１８６５２２号（先に参照することにより本明細書に先に組みこまれた）に記載されている。
【００７２】
本発明の関連した局面において、図６Ａに示されるようなグラビアコーターが、基板上への配向されたナノワイヤー薄膜の大規模生産を促進するために使用できる。この実施形態において、主アプリケーターローラー又はドラム６００は、ナノワイヤーの溶液６０４を通る回転を可能にするように水平軸６０２上に提供される。第二のインプレッションローラー又はドラム６０６が主ローラー６００の両側に配置され、主ローラー６００と同じ方向又は反対の方向に回転するために水平軸６０８上に配置される。被覆されるべき基板６１０は、インプレッションローラー６０６の周りを通り、ローラー６００と基板６１０の間で形成されるニップ６１２中でナノワイヤー溶液で被覆される。
【００７３】
ナノワイヤーの流動性懸濁液６０４の中を通る主アプリケーターローラー６００の回転の後に、溶液中のワイヤーは、流れに基づいた接触及び基板とグラビアローラー表面の間の剪断運動の結果として、図６Ｂを参照することにより明らかにされるように基板６１０の表面に実質的に配向した様式で被着される。相対運動は、一貫した量のナノワイヤー被覆材がグラビアアプリケーターローラー６００から基板６１０に移動して基板を実質的に整列したナノワイヤーで被覆するのを促進する。
【００７４】
被覆材は、適当な溶媒中のナノワイヤーからなっていてもよいし、又は適当なナノワイヤー被膜を作製するのに使用することができる追加の安定剤、結合剤、界面活性剤などがあってもよい。ナノワイヤー被覆溶液の計量は、グラビアローラーにより従来の方法で達成することができる。
【００７５】
ダイレクト又はリバースグラビアコーター以外の別の種類のコーター、例えば限定されることなくロッドコーター、差動オフセットグラビアコーター、マイクログラビアコーター、リバースロールコーター、３ロールコーター、含浸コーター、ホットメルトコーター、スプリットフィルムコーター、ナイフコーター、ディップコーター、スロットダイコーター、スライドコーター、ドクターブレードコーター、マイヤーロッド及びマイヤーロッド関連コーター、並びに当業者に周知のその他のロールコーターを、ナノワイヤーのロール被膜を基板の表面に塗布するために使用することができることが理解されるべきである。種々の被覆方法、例えば、ホットメルトコーティング、感圧コーティング、ＰＶＣ樹脂、ドクターブレードハンドドローダウン又はマイヤーロッドコーティング、及び適切なナノワイヤー整列を達成するために被覆中に液体流を作り出すことができるその他のコーティング技術又は機械も使用し得る。
【００７６】
マクロエレクトロニクス及びその他の用途において、電子部品は、基板表面の選択部分にまばらに整列させてもよい。例えば、同時係属中の同一人に譲渡された２００３年９月３０日付け出願の「Ｌａｒｇｅ−Ａｒｅａ  Ｎａｎｏｅｎａｂｌｅｄ  Ｍａｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  Ａｎｄ  Ｕｓｅｓ  Ｔｈｅｒｅｆｏｒ」という表題の米国特許出願第１０／６７４，０６０号には、シリコンウェーハのエレクトロニックパフォーマンスを提供するが、可撓性プラスチック基板上で大面積にわたって低温で処理することができる高性能大面積薄膜エレクトロニクス用の方法及びシステムが記載されている。この明細書に記載された基板は、それに被着されかつトランジスタ（又はダイオードなどのその他の電子機器）として作用するために配置された半導体ナノワイヤーの薄膜を組み込む。このような用途においては、ナノワイヤーは、半導体素子（例えば、トランジスタ、ダイオードなど）が形成されるべきある一定の位置で必要とされるのみである。これらの電子部品の製作に使用されるナノワイヤーは、基板の表面に均一に被着させることができるが、電子機器に実際に組み込まれていないナノワイヤーは「無駄にされる」。これらの無関係なワイヤーを取り出し、経費低減のためにリサイクルすることができるが、より直接的な経費節減は、無関係なナノワイヤーを被着させないパターン化被着法を用いて実現することが可能である。
【００７７】
巻き取り型の（例えば、ロール・ツー・ロール）処理用途において、ナノワイヤーの薄膜は、素子基板上に、例えば図７Ａ及び７Ｂに示されるようにナノワイヤーのフィルムが巻き取り動作の方向で整列されている一連のストライプ７０２にパターン形成される「ストライプ」模様を有するグラビアコーター７００を使用することによってパターン形成することができる。このようなストライプのあるグラビアコーター７００の使用は、図７Ｂに示されるように、ナノワイヤーベースの素子において使用される素子基板７０４上に、一連のストライプ７０２に対応するストライプ模様のナノワイヤー７１２を提供する。ナノワイヤーの節約は、ストライプのピッチ及び幅によって左右され、例えば、１ｍｍのピッチを有する１００ミクロンのストライプ幅は、ナノワイヤーの使用の７５％〜９０％（又はそれ以上）の低減を可能にし得る。
【００７８】
グラビアコーターのようなウェブコーターを用いるストライプ形成は、整列させたナノワイヤーを必要とされる箇所にストライプで被着させるために交互に平滑領域及び表面模様つき領域（例えば、非被着領域及び被着領域それぞれに対応する）を提供するために多数の方法で実現することができる。ナノワイヤーを整列させるとういう利点を有するグラビアコーター（例えば、前記のダイレクト又はリバースグラビアコーター）が使用される場合には、ストライプ形成は、例えば、ストライプが配置されるべきグラビアローラー７００の部分のみにテクスチャリングによって、又はストライプ同士の間の領域においてグラビアローラーの疎液性処理によって達成することができる。スロットコーティングを用いて、スロットはストライプ同士の間で閉じることができる。あるいは、ナノワイヤー被着は均一であることができるが、ストライプ形成は、被着のパターン形成ドクターブレード又はマイヤーロッドダウン−ウェブにより生じる。
【００７９】
また、本発明の別の局面によれば、ナノワイヤーは、例えばミクロ接触、オフセット又はインクジェット印刷技術を含む低コスト、低温プロセスを使用して大面積基板の特定のパターン形成位置で溶液から被着させることができる。一つの実施形態においては、例えば、インクジェット印刷技術が、ナノワイヤーを基板表面にパターン形成するのに及び被着したナノワイヤーの隔離された領域の周りに電極構造物を形成する金属インキをさらに被着させるために使用され得る。金属インキ電極は、例えばナノワイヤーを基板の表面に静電気的に整列させるために使用され得る。
【００８０】
そのために、インクジェットプリンターを、基板表面に２つの材料、すなわちナノワイヤーが望まれる特定の位置で基板上にパターン形成されるナノワイヤー含有「インキ」又はフィルムと、被着されたナノワイヤーの隔離された領域の近くに又はそれと接触している電極を形成する導電性金属インキとを印刷するのに使用することができる。ナノワイヤーが印刷される基板は、可撓性のあるものであってもよいし又は硬質であってもよく、ウェブ又はシート（例えば、ロール・ツー・ロール加工用途について）あるいはその他の適当な基板構造の形であることができる。好ましくは、印刷されるナノワイヤー溶液は、懸濁されたナノワイヤーを含有する水不混和性の疎水性液体を含み、導電性液体は、導電性にするためにイオン、導電性重合体などを含有する水（又はその他の溶液）、あるいはその他の親水性の導電性液体を含み得る。
【００８１】
あるいは、ナノワイヤーインキは水溶液であることができ、また金属インキは疎水性液体であることができる。いずれにしても、ナノワイヤーインキ及び導電性インキは、一方のインキの他方のインキへの混合も拡散も認められないように相互に混合しないことが好ましい。導電性液体は、電場がそれぞれの被着されたナノワイヤーインキ領域にわたって付与できるようなパターンで被着させることができる。次いで、２つ以上の電極の間に電位を、基板表面にナノワイヤーを実質的に整列させるために印加することができる。ＡＰＴＥＳ（（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン）のような接着促進剤又は脱保護性接着促進剤を、ナノワイヤーの被着及び／又はナノワイヤーと基板表面との会合を高めるために用いてもよいし、あるいはその他の化学部分又は結合剤を、ナノワイヤーを適当な位置に固定するために使用してもよい。所望ならば、電極は洗浄するか又は蒸発させることによって除去し得、この場合には、パターン形成され、整列されたナノワイヤーはさらに処理される準備ができている。
【００８２】
別の実施形態においては、オフセットリソグラフィーが、前記の方法と同様の方法を使用してナノワイヤーを表面にパターン形成するのに使用され得る。例えば、疎水性（又は親水性）インキに懸濁されたナノワイヤーが、疎水性領域及び親水性領域を用いて予めパターン形成されている基板表面に塗布され得る。ナノワイヤー溶液は、親水性（又は疎水性）領域を濡らし、次いでプレートが濡れていない領域を被覆する親水性（又は疎水性）導電性金属インキ（又は水）で被覆される。また、導電性インキに印加される電場を、基板表面上でナノワイヤーを整列させるために使用することができる。
【００８３】
あるいは、ナノワイヤーの整列は、電場を印加し得る電極対を形成するために濡れた領域同士の間に適当な隔離が存在する限りは、水（又はシリコーンゴムのようなその他の導電性媒体）を「電極」として使用して達成され得る。都合のよいことに、ナノワイヤーが前記のように基板表面にストライプとして塗布され／パターン形成される場合には、例えば、ストライプは水電極を相互に本質的に隔離して、ナノワイヤーを表面に整列させるために電場をナノワイヤーのストライプ領域の間に印加することを可能にする。次いで、水を表面から蒸発させて、さらなる処理に利用できる整列され、パターン形成されたナノワイヤーを残し得る。
【００８４】
受容基板上に予め配向されたナノワイヤーを被着させる別の方法も本明細書において提供される。特に、本発明は、成長基板に配置された開口におけるナノワイヤーの配向された成長、次いで例えばパンチング又はタイピング機構を使用して、配向されたナノワイヤーの受容基板への押出し又は「打ち抜き」を提供する。
【００８５】
認められるように、本発明の方法は、マトリックスに配置され、次に基板に配置されている開口内に配置される、一群の配向されたナノワイヤーを提供するナノワイヤー担持基板を用いる。基板開口は、受容基板、例えばナノワイヤーベースの素子を製作したい電子基板に隣り合わせて配置され、そしてパンチ又はスタンプが、配向されたナノワイヤー薄膜を受容基板上に貼るための開口を通してマトリックスの反対側に適用される。必要な程度まで、その後の処理を使用して受容基板上に配列されたナノワイヤー上に残るマトリックス材料を除去してもよい。
【００８６】
本発明のこの部分の特に新規な局面は、整列されたナノワイヤーを第一の基板から受容基板に移動させるスタンプ法ばかりではなく、整列されたナノワイヤーを第一の基板の開口に提供する方法にも関する。特に、成長基板に配置された細長い開口又はスロットの対向する内壁上にナノワイヤーを成長させることによって、開口の幅全体に実施的に配向された及び／又は整列させた一群のナノワイヤーを提供することができる。
【００８７】
本発明のこの局面のプロセス全体を、図８〜１０に概略的に図示する。本発明に従って及び図８に示されるように、その中に配置された一つ以上の開口８０２を有する第一の基板８００が提供される。好ましい局面において、及び図に示されるように、開口８０２は、所定の軸、例えば細長い開口８０２の主軸に平行に配置される開口の内壁表面積８０４の量を最大にするように、第一の基板８００に配置された細長い開口又はスロットとして提供される。
【００８８】
図９に示されるように、一群のナノワイヤー９０６は、開口９０２の少なくとも内壁表面９０４に提供される。内壁表面９０４は軸９１０に平行に延び、この軸は、開口９０２の長さに沿って延びる（図９の破線を参照）。内壁表面９０４Ａは、開口９０２のそれぞれの端で軸９１０に垂直に延びる。図に示されるように、ナノワイヤーの群は、典型的には内壁表面９０４及び９０４Ａの平面に垂直な方向で延びる。開口は細長いので、内壁の間隔の大部分は、一つの軸に平行に配置され、これに対してこれらの壁の間隔から延びるナノワイヤーの大部分はその軸を横切る方向又は法線に配向する。
【００８９】
内壁表面から延びる配向でナノワイヤーの群を提供することは、典型的にはこれらの表面でのナノワイヤーのその場での成長を含む。特に、ナノワイヤーは、金コロイド（又は金薄膜）をワイヤー成長が望まれる表面に被着させる触媒駆動ＶＬＳ法を使用して成長させられる。金コロイドの場合には、高温ＶＬＳ法を使用すると、金コロイドは、ナノワイヤーの気相半導体前駆物質と共融混合物を形成し、金コロイドの直径に対応する結晶形成を開始する。金薄膜の場合には、高温法は、典型的には金膜の溶融及び離散液滴への凝集（合体）を引き起こし、これは次に、気相半導体と共融混合物を形成し、結晶形成（及びワイヤー成長）を開始する。
【００９０】
ワイヤー成長は、これらの内壁表面に優先的に提供され得るか、又は成長基板の表面全体に均一に提供され得る。触媒を内壁部分上に優先的に提供するためには、例えば本明細書の他の場所に記載のような接着促進剤を、内壁部分のみに塗布してもよい。あるいは、単に触媒粒子の懸濁液を、例えば懸濁液を開口にのみ向ける流体マニホルドの使用によって、内壁部分とのみ接触させ得る。あるいは、基板全体を被覆し、次いで開口内に存在しない触媒を選択的に除去し得る。この選択的除去は、機械的に、例えば剥ぎ取りによって達成してもよいし、あるいは例えば、開口をレジストで満たして化学的に又は適当な溶媒の使用によって、暴露されたままで残る触媒を除去することによってリソグラフィーで行ってもよい。認められるように、フォトレジストは、基板の全表面を被覆し、次いで成長基板のその他の表面のレジストをフォトリソグラフィー除去に使用され得る。
【００９１】
例えば図９に示されるように、開口内に実質的に配向されたナノワイヤーを有する成長基板が製造されると、その表面の他の部分からナノワイヤー又はその他の砕片を除去するためにさらに処理してもよい。例えば、ワイヤー成長が開口の内壁に限定されなかった場合には、基板の他の表面からワイヤーを除去することが望ましくあり得る。
【００９２】
配向されたナノワイヤーの成長基板から受容基板への凝集様式での移動を、例えば破断又は分離を少なくしながら促進するために、ナノワイヤーを薄膜又はその他の複合材料マトリックスの開口内に入れることが望ましくあり得る。例えば、ナノワイヤーを取り囲み、開口内に入れるために、高分子材料を開口に導入してもよい。種々様々な重合体材料、例えば好ましくは、同様に処理利点を提供し得るフォトレジストのようなレジストが用いられ得る。例えば、ナノワイヤーをフォトレジストに入れることによって、レジストを全てのその他の表面から、基板のその他の領域を露光することにより、レジストをこれらのその他の場所で現像することによって、容易に除去することができる。種々様々なポジ及びネガフォトレジストを商業的に入手し得る。
【００９３】
基板のその他の部分の選択的なさらなる処理を可能にする他に、レジストはまた、例えばワイヤーを成長基板から受容基板に移動させる移動プロセスのために、ナノワイヤーを開口内に封入するために機能する。この移動に影響を及ぼすために使用される方法の概略図を図１０に示す。図に示されるように、例えば重合体マトリックスの開口１００２内に固定されるかあるいは基板の内壁表面に結合されたナノワイヤーを有する成長基板１０００は、受容基板１０１２に隣り合わせてかつそれと対をなして提供される。次いでスタンプ又はパンチ１０１４を、ある量の圧迫がナノワイヤーを基板１００２から分離するために及びもしあるならば全マトリックスの一部をマトリックスの残部から分離するために加えられるように、ワイヤーマトリックスと接触させる。これは、ある量のワイヤー含有マトリックスを開口１００４から、受容基板１０１２上に効果的に打ち抜きし、ワイヤー群１０１６として拡大図に示されるように、受容基板上に配向されたナノワイヤーの群を生じる。
【００９４】
パンチ又はスタンプは、所望の用途に合わせるために種々の異なる形状で構成され得る。例えば、それは、受容基板上に配向されたナノワイヤーの円形パターンを打ち抜くために円形先端を提供し得る。あるいは、それは、最終の用途に応じて長方形、正方形又はその他の多角形の形状であってもよい。パンチの先端の形状もまた、成長基板から受容基板への材料の最適移動を提供するために変化させ得る。例えば、先端は、ナノワイヤーの型打ちされる薄膜の端の周りに、内部に含まれるナノワイヤーを損傷することなく最適圧力を提供するためにカップ状の形状を有し得る。フィルム転写技術の当業者には、多数の従来の変形をこの基本的転写法について実施し得ることが認められる。
【００９５】
典型的には、ナノワイヤーと基板の間の接触が実際に被着、例えば接着、結合又はその他の半固定化会合をもたらすことを確実にすることにおいて、ナノワイヤーを基板表面に接着させるための多数の方法、例えばワイヤーを基板の接着表面に対して圧迫する乾式法がある。流れに基づく被着の場合には、化学結合部分が、典型的には、基板表面と接触するナノワイヤーが基板表面に接着する機会を有することを確実にするために用いられる。このような化学部分の例としては、例えば、高荷電化合物、例えばポリリシン、ポリアルギニンなどが挙げられ、これらは、例えばガラス又はシリコンなどの固体基板及び例えばシリコンなどの半導体ナノワイヤーの両方と関連付けられる。
【００９６】
機械的被着法、例えば、ワイヤーの剪断に基づいた被着又はスクレイプ・プレースメントデポジション（ｓｃｒａｐｅ  ｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような流れに基づかない被着において、少なくとも一つの具体的な実施形態においては、ＡＰＴＥＳ（（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン）のような接着促進剤を、被着及び／又はナノワイヤーと基板表面との会合を高めるために用いてもよい。その他の接着促進剤としては、例えば、ポリリシン、ポリアルギニン又はその他の高荷電分子が挙げられる。
【００９７】
ある場合には、パターン化された脱保護、従ってナノワイヤーの局在化を可能にするために、例えば化学反応について当該技術で知られている光脱保護性基を使用する脱保護性接着促進剤を用いてもよい。このような脱保護性基の例としては、オルトニトロピペロニル（すなわち、ベラトリル）オキシカルボニル基、例えばＮＰＯＣ、ＮＶＯＣ、ＭｅＮＰＯＣ及びＭｅＮＶＯＣが挙げられる。これらは米国特許第６，３１０，１８９号に記載されている。接着促進剤、例えばＡＰＴＥＳを使用する他に、ナノワイヤーを処理基板上に追いやることを目的として、適当な極性溶媒中にナノワイヤーを提供することによって、溶液中のナノワイヤーと処理基板表面との会合効率を高めてもよい。
【００９８】
例として、比較的極性の溶媒、すなわちエチレングリコール又はその他のアルコールなどに配置されたシリコンナノワイヤーは、例えばＡＰＴＥＳ処理シリコン表面に対してより大きな親和性を示す。その結果、この基板表面に、より高密度のナノワイヤーフィルムが被着される。
【００９９】
例えば前記の方法に従って基板の表面に被着されたナノワイヤーは、電子回路における種々の用途及びその他の用途において用途を有する。しかし、多数の用途において、組成上の問題は、最終素子の最終的実用性において問題を引き起こし得る。特に、少なくとも一つの特に有用な用途において、ナノワイヤーは電気基板上に、例えばフィルムの形態で配向されたナノワイヤーの群として被着される。ワイヤーは、実質的に、典型的な電気素子、例えばトランジスタ、ダイオードなどのソース電極及びドレイン電極にまたがる。
【０１００】
典型的なナノワイヤーフィルムベースのトランジスタの概略図を、図２Ａを参照して前記に記載した。図に示されるように、消耗または蓄積によってチャンネルの導電率に影響を及ぼすゲート電極が、ナノワイヤー群のナノワイヤー２０８のチャンネル領域の部分を横切って提供される状態で、ソース電極２０２及びドレイン電極２０４それぞれにまたがる一群のナノワイヤー２０８が提供される。トランジスタ素子は、ゲートとチャンネルの間の短絡を防止するために、ナノワイヤーの群の導電性チャンネル部分とゲート電極の間に誘電体層を含む。ナノワイヤーを素子の導電性チャンネルとして使用する一つの利点は、合成中に誘電体層をナノワイヤー上に直接に組み込むことができることである。
【０１０１】
少なくとも一つの局面においては、コンフォーマルな絶縁体層はワイヤー合成後に提供され、これに対してナノワイヤーは、その成長基板に、例えば除去及び／又は受容基板上への被着に先立って、結合されたままである。種々の従来の酸化法又は原子層被着のような被着法を、例えば熱酸化、周囲酸化などにおいて絶縁層を構築するのに用いてもよいが、特に好ましい方法においては、急速熱酸化が酸化物層を生成させるために使用される。急速熱酸化（「ＲＴＯ」）は、典型的には従来の熱酸化よりも高い温度をより短い時間で用いる。
【０１０２】
典型的には、本発明に従って、ＲＴＯ法に先立って、成長基板又は最終素子上のナノワイヤー上に存在するあらゆる自然酸化物が除去される。これは、典型的には簡潔なエッチング工程を行なうことによって、例えばナノワイヤーをフッ化水素酸（ＨＦ）に自然酸化物層及び表面のあらゆる欠陥又は汚染を除去するのに十分に長い時間暴露することによって達成される。自然酸化物を除去するために浸漬に基づくエッチングを使用することができるが、自然酸化物を蒸気に基づくエッチング工程を使用して、例えば、ＨＦ蒸気又はプラズマエッチングを使用して除去する場合には、さらに良好な素子性能がもたらされることが認められている。特定の理論に拘束されることなく、ナノワイヤー基板の浸漬に基づくエッチングは、基板上のナノワイヤーを、受容基板上での高密度ナノワイヤーフィルムの生成を防止する方法で凝集させるか、平らにするか又は集団にすると考えられる。
【０１０３】
エッチング工程の後に、ナノワイヤーは、ナノワイヤー担持ウエハを、典型的にはチャンバーの温度をＮ２雰囲気中で約５００℃まで勾配をつけるＲＴＯチャンバーに入れることによって急速に熱酸化される。酸化工程は、ワイヤーとその後に提供されるゲート電極又はゲート電極層の間に誘電体層を提供する絶縁体層をコア導電性ワイヤー上に提供するのに使用される。ＲＴＯチャンバーにおいては、次いで温度が、例えばＯ２中で所望の温度、例えば＞８５０℃（典型的には９００〜１１００℃の間）まで、例えば１００℃／秒で急速に高められ、Ｏ２飽和雰囲気中で数分間置かれる。次いで、温度はＮ２中で周囲温度に戻される。典型的には、９００〜１１００℃の間の温度で１〜５分間で、約５０〜１００オングストロームの酸化物層が生じる。同様の方法を用いて、Ｏ２の他に異なる反応性ガス、例えばＮＨ３、Ｎ２Ｏ又はＮＯを使用して窒化物シェル又はオキシ窒化物シェルをコアナノワイヤー上に提供してもよい。
【０１０４】
あるいは、窒化は、酸化物層上に、例えば酸化後にＲＴＯチャンバーにこのようなガスを導入することによって行なうことができる。同様に、ＲＴＯ法は、表面汚染及びシリコンナノワイヤー中の欠陥を除去することによってコアナノワイヤーとその周囲の酸化物層の間に比較的欠陥のない界面を提供するために、「成長−エッチング−成長」プロセスにおいて別のエッチング工程と組み合わせることができる（例えば、米国特許第６，３８０，１０３号参照）。エッチング工程は、ＲＴＯチャンバー内で行ってもよいが、一般的には酸化物形成工程に影響を及ぼし得ることからあまり望ましくない。典型的には、また本明細書の他の場所に記載のように、蒸気エッチング工程は酸化物形成の前に行われる。
【０１０５】
ナノワイヤーの薄膜又は配向ナノワイヤーフィルム用途の有用性は、幾分、基板上のナノワイヤーの位置決めに特に気を配ることなく、基板上でのナノワイヤーのバルク処理能力に依存する。結果として、相当な数のナノワイヤーがソース電極とドレイン電極とにまたがるが、ある場合には、個々のナノワイヤーは一方の電極又は他方の電極と接触するだけであり得、さらに別の場合には、ゲート領域とソース又はドレインの間をまたがるのみであり得る。ソース電極又はドレイン電極とゲート電極の間の潜在的な電気的接続又は短絡は、高性能電子機器の製造において本質的な問題を提供する。
【０１０６】
例として、ナノワイヤーは金属触媒を使用して合成される場合が多いので、ナノワイヤーの一端での残余の金属は、短絡、例えばＦＥＴなどにおいてゲート短絡を引き起こし得る電流路を提供し得る。同様に、酸化物被覆ナノワイヤーの開放端は、ナノワイヤーベースの素子について短絡路を提供し得る。従って、多くの場合に、基板上の被着ナノワイヤーをさらに処理して、例えばゲート短絡を生じ得る、ナノワイヤーそれ自体による以外の潜在的な電流路を除去することが望ましい。
【０１０７】
一般的に、本発明は、あらゆる潜在的な導電性短絡路の被覆を提供する。ナノワイヤーに付着したままである金属触媒粒子の場合には、これはまた典型的には得られた露出導電性パスを被覆する前に金属の除去を必要とする。
【０１０８】
従って、ナノワイヤーの金属部分、例えば金端部は、これらを区別してエッチングすることによってナノワイヤーから特異的に及び選択的に除去することができる。例えば、金先端を有するシリコンナノワイヤーの場合には、先端は酸化工程に先立ってＫＩ２又は臭素を使用してエッチングし得る。これは、下にある半導体ナノワイヤーをエッチングすることなく金先端を選択的にエッチングする。その他の種類の金属触媒は、当業者に理解されるように同様の方法を使用して選択的に除去され得る。
【０１０９】
金属部分が除去され、下にある半導体を露出させると、又は集積又は被着中の破損により露出される半導体の場合には、半導体部分は、潜在的な短絡路を提供することを避けるために被覆又は絶縁する必要がある。酸化及び／又は窒化が典型的には露出した半導体を被覆するのに用いられる。その理由は、酸化物被膜が有効な絶縁体であり、下にある面から、例えばＳｉワイヤーからＳｉＯを生じるからである。従って、ナノワイヤーの金属部分の除去後に、基板上に被着されたナノワイヤーは、公知の方法、例えば周囲酸化、熱酸化又はプラズマ酸化を使用して酸化及び／又は窒化に供される。例として、ナノワイヤーの開放端の窒素化、次いで酸化は、エンドキャップ酸化物の成長と比べて比較的少量のシェル酸化物の放射状成長をもたらすことが期待される。次いで、ドーパントアニール工程が、必要に応じて、予め露出された領域の完全な絶縁を確実にするために適用される。
【０１１０】
代替法もまた、集団の中の幾つかのワイヤーがソースとドレインにまたがるようにゲート電極を完全にはまたがず、例えばこれらがゲート電極下で終結する酸化の他に又はこれに代えてナノワイヤー端部とゲート電極の間で短絡を防止するのに使用し得る。例えば、ある場合には、ゲート電極上にあるかゲート電極によって被覆される（そしておそらく非被覆端部を通してこの電極に短絡する）領域で終わるナノワイヤー上での酸化物被膜の形成後に、露出コアワイヤーを等方的に及び選択的にエッチングして陥没末端を提供することができ、従ってナノワイヤー構成部品のゲート電極と導電性コアの間に直接電気接触を避けることができる。エッチング剤の例としてはＫＯＨ、ＴＭＡＨ又はＸｅＦ２が挙げられる。さらに、両方の材料をエッチングするエッチング剤を使用する場合には、触媒エッチングとシリコンコアエッチングを組み合わせることができる。
【０１１１】
本発明のこの局面を図１１Ａ及び１１Ｂに例示する。これらの図は、半導体コア１１０２と酸化物シェル１１０４を含むナノワイヤー１１００を表す。図に示されるように、端部１１０６は酸化物層でキャップされておらず、従ってコンフォーマルゲート電極１１１０に対して電気的短絡を潜在的に提供する。しかし、本発明のこの局面に従って、等方性エッチング工程が、合致する電極１１１０の被着に先立って基板に被着されたナノワイヤーに適用される。このエッチング工程を適用することによって、（図１１Ｂに示されるように）外部酸化物シェル１１０４内に凹んだコア１１０２が提供される。結果として、コンフォーマルゲート電極１１１０は、エッチングされた領域１１１１で示されるようにナノワイヤー１１００のコア１１０２に対して短絡しそうもない。この選択的エッチング工程はまた、欠陥のある酸化物層を有するナノワイヤーに対するゲート酸化物短絡を防止するのに使用することもできる。例えば、ゲート電極の領域においてナノワイヤーを選択的にエッチングすることによって、欠陥のある酸化物領域の位置でコアワイヤーを等方的に及び選択的にエッチングすることができることが認められた。それによって、欠陥のある酸化物層の中のナノワイヤーのゲート電極と導電性コアの間の直接電気接触を避けることができる。
【０１１２】
興味深いことに、ＸｅＦ２のような乾式エッチング剤の使用は、素子に有用である長いナノワイヤー（例えば、約５ミクロンを超える長さを有するナノワイヤー）を構造的に損傷することなく、より短いナノワイヤー（例えば、約３〜５ミクロン未満の長さを有するナノワイヤー）からシリコンコアを実質的に除去することができることも認められた。従って、例えば所定のナノワイヤー群のナノワイヤーの平均長の約８０％未満、例えば所定のナノワイヤー群のナノワイヤーの平均長の約５０％未満、例えば所定のナノワイヤー群のナノワイヤーの平均長の約２０％未満、例えば所定のナノワイヤー群のナノワイヤーの平均長の約１０％未満であるナノワイヤーを除去して全体の性能を向上させることができる。乾式エッチングもまた、素子基板を汚染し得る不用なシリコン粒子を除去する。このようにして、例えば、ゲート電極及び／又はソース接点及びドレイン接点のような金属接点に電気的に結合されない素子基板上に被着されたワイヤーの薄膜群中の幾つかの短いナノワイヤーは、他の長いワイヤーを損傷することなく容易に除去することができる。さらに、このような不用な短いナノワイヤーのシリコンコアのエッチングは、これらの存在に関連するキャパシタンスを排除することができ、従って素子性能を向上することができる。
【０１１３】
あるいは、基板に被着された（そして酸化物層を有する）ナノワイヤーを、コアナノワイヤーのドーピングと反対のドーピングに供して、コアナノワイヤーの露出された端部で効果的な絶縁体を提供し、ゲート電極に対するコアの短絡を防止し得る。本発明のこの局面を図１１Ｃに図解する。示されるように、コアシェルナノワイヤー１１００が基板上に提供され、ゲート電極によって被覆されるか又はゲート電極を被覆する位置で終わる。コンフォーマルゲート電極１１１０がナノワイヤー１１００を覆って提供される。しかし、本発明のこの局面に従って、末端領域１１１２はコアナノワイヤー領域１１１４の残部とは逆にドープされる。この反対のドーピングは、短絡をもたらすであろうワイヤー末端１１１２中の伝導を防止する。短絡又はその他の問題を回避するために提供される種々のコンポジショナルエレメントを、合成中に又は基板への被着の後にナノワイヤーに組み込み得る。例えば、ある場合には、ドープ末端領域はワイヤー合成中にドープされ得る。また、例えば本明細書の他の場所に記載のように、ワイヤーの真下に犠牲層を組み込むことによって、又は成長中のワイヤーの剥離部分を組み込むことによって、ナノワイヤーの末端に関してこのような領域を比較的正確に配置することができ、例えば、成長したワイヤーの剥離又は分離部分から設定距離だけ離して配置することができる（例えば、全ての目的にその全体を本明細書中に参考として援用される国際特許出願公開第ＷＯ０３／０８５７００号参照）。
【０１１４】
（ナノワイヤーを使用して作製される改良された粒子品質のポリシリコン）
別の局面において、本明細書に記載の発明は、電子部品用途の半導体チャンネルエレメントとしてのナノワイヤー群の使用を包含する。全体として半導電性構成部品を提供すると上記に記載されるが、別の局面において、ナノワイヤーフィルムは変性材料のベースとして使用することができ、これは次に導電性チャンネルエレメントとして使用することができる。特に、ナノワイヤーフィルムは、非晶質シリコンを被着させ、次いでアニールし得るシーディング・エレメント（ｓｅｅｄｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）としてナノワイヤーを組み込むことによって高粒子品質のポリシリコン（又はその他の半導体材料）フィルムを製造するための基礎を形成し得る。
【０１１５】
例として、現在、ポリシリコンは、非晶質シリコンの薄膜を基板上に被着させ、次いでこの薄膜を加熱することにより再結晶することによって製造される。この加熱は、例えばオーブン中で従来の加熱を使用して行われるか又は正確な局部加熱を可能にするレーザー加熱法を使用して局部化された方法で行われる。この方法を用いて形成される得られる粒子は結晶質である。しかし、粒子の位置がそれから調製される素子について知られていないことから、結晶サイズが大きくなるに連れてフィルムの均一性が低下する。本発明は、ポリシリコン法において結晶形成用のシーディング・コンポーネント（ｓｅｅｄｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）として半導体ナノワイヤーを使用することによってこの問題を取り扱い、例えばソース電極とドレイン電極を容易にまたがる極めて細長い結晶粒子の製造を可能にする。また、このようなフィルムを配向された方法でシードすることによって、素子製作に適用するように、フィルムの均一性がさらに向上する。シリコンナノワイヤー、及び非晶質シリコンに関して記載されるが、種々の異なる半導体材料、例えばＧｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅなどが本発明に従って使用され得ることが理解される。あるいは、ナノワイヤーの緻密なフィルムを、例えば非晶質シリコンを使用することなくワイヤーフィルムのアニーリングによって、ポリシリコンフィルムを形成するのにもっぱら使用し得る。
【０１１６】
（代表的な素子及び用途における本発明のナノワイヤーの使用）
多数の電子機器及び電子システムは、本発明の方法によって製造されたナノワイヤーの薄膜を有する半導体又はその他の種類の素子を組み込むことができる。本発明の幾つかの例としての用途が、以下に又は本明細書の別の個所において例示を目的として説明され、そしてそれらは本発明を限定するものではない。本明細書に記載の用途としては、ナノワイヤーの整列した又は整列していない薄膜を挙げることができ、また、ナノワイヤーの複合薄膜又は非複合薄膜を挙げることができる。
【０１１７】
半導体素子（又はその他の種類の素子）は、別の電子回路の信号に連結することができ、そして／又はその他の電子回路に一体化することができる。半導体素子は、大きな基板上に形成することができ、これはその後により小さな基板に分離又はダイシングカットすることができる。さらに、大きな基板（すなわち、従来の半導体ウエハよりも相当に大きな基板）上において、その上に形成された半導体素子を、相互に接続することができる。
【０１１８】
本発明の方法によって製造されたナノワイヤーはまた、単一の半導体素子及び複数の半導体素子を必要とする用途に組み込むことができる。例えば、本発明の方法によって製造されたナノワイヤーは、複数の半導体素子が形成される大面積マクロエレクトロニクス基板に特に適用できる。そのような電子機器としては、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤディスプレイ、電界放出ディスプレイ用のディスプレイ駆動回路を挙げることができる。その他のアクティブディスプレイは、ナノワイヤーポリマー、量子ドットポリマー複合材料（その複合材料は、エミッター及びアクティブ駆動マトリックスの両方として機能することができる）から形成することができる。また、本発明の方法によって製造されたナノワイヤーは、スマートライブラリー、クレジットカード、大面積アレイセンサー及び高周波識別（ＲＦＩＤ）タグ、例えばスマートカード、スマート棚卸票などにも応用することができる。
【０１１９】
本発明の方法によって製造されたナノワイヤーはさらに、ディジタル回路及びアナログ回路の用途にも応用することができる。特に、本発明の方法によって製造されたナノワイヤーは、大面積基板上における超大規模集積を必要とする用途に有用である。例えば、本発明によって製造されるナノワイヤーの薄膜は、論理回路、メモリー回路、プロセッサ、増幅器、ならびにその他のディジタル回路及びアナログ回路において実装することができる。
【０１２０】
本発明の方法によって製造されたナノワイヤーは、光起電力用途に適用することができる。このような用途においては、特定の光起電力素子の光起電力特性を高めるために、透明な導電性基板が使用される。例えば、このような透明な導電性基板は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの代わりに可撓性大面積代替品として使用することができる。基板は、大きなバンドギャップ、すなわち、非吸収性となるように可視光よりも大きなバンドギャップを有するように形成されたナノワイヤーの薄膜で被覆することができるが、基板の上に形成される光起電力素子の活性材料と整列されたＨＯＭＯ又はＬＵＭＯバンドを有するように形成される。透明導体は、光起電力素子から電流を輸送するために吸収性光起電性材料の両側に配置することができる。２つの異なるナノワイヤー材料を選択することができ、一方の材料は、光起電性材料ＨＯＭＯバンドと整列するＨＯＭＯを有し、他方の材料は、光起電性材料のＬＵＭＯバンドと整列するＬＵＭＯを有する。２つのナノワイヤー材料のバンドギャップは、光起電性材料のバンドギャップよりもかなり大きくなるように選択することができる。この実施形態によるナノワイヤーは、基板をほとんど非吸収性のままにしておきながらナノワイヤーの薄膜の抵抗を減少させるために軽くドーピングすることができる。
【０１２１】
従って、広範囲にわたる軍事品及び民生品が、本発明の方法によって製造されたナノワイヤーを組み込むことができる。例えば、そのような物品としては、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバー、ネットワーク素子、携帯電子機器例えばＰＤＡ及びパーム・パイロット、電話（例えば、携帯電話及び固定電話）、ラジオ、テレビ、電子ゲーム機及びゲームシステム、ホームセキュリティシステム、自動車、飛行機、船舶、その他の家庭用及び商用電気製品などが挙げられ得る。
【０１２２】
（結論）
本発明の典型的な実施形態を示した。本発明は、これらの例に限定されるものではない。これらの例は、例示の目的に本明細書に示されるものであって、限定ではない。代替（本明細書に記載のものの均等物、発展、変形、変更等を含む）は、関連技術の当業者には本明細書に含まれる教示に基づいて明らかである。このような代替は、本発明の範囲及び精神の中に入るものである。
【０１２３】
本明細書で挙げた全ての刊行物、特許明細書及び特許出願明細書は、本発明が関係する当業者の技術レベルを示し、それぞれ個々の刊行物、特許明細書及び特許出願明細書が参照することにより組み込まれるべく具体的かつ個々に示したのと同じ程度まで本明細書中に参考として援用される。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１Ａ】単結晶半導体ナノワイヤーの図である。
【図１Ｂ】コアシェル構造に従ってドープされたナノワイヤーの図である。
【図２Ａ】ナノワイヤーベースのトランジスタ素子の図である。
【図２Ｂ】導電性チャンネルとして用いられる配向ナノワイヤーの膜を有するナノワイヤーベースのトランジスタ素子の図である。
【図３】フォトレジスト材料の組み合わせを使用して成長基板からナノワイヤーを集積する方法を概略的に図示する。
【図４Ａ】成長基板からナノワイヤー（例えば、コアシェルナノワイヤー構造物）を集積する方法を概略的に図示する。
【図４Ｂ】成長基板からナノワイヤー（例えば、コアシェルナノワイヤー構造物）を集積する方法を概略的に図示する。
【図４Ｃ】成長基板からナノワイヤー（例えば、コアシェルナノワイヤー構造物）を集積する方法を概略的に図示する。
【図４Ｄ】成長基板からナノワイヤー（例えば、コアシェルナノワイヤー構造物）を集積する方法を概略的に図示する。
【図５Ａ】ナノワイヤーの膜を基板上に整列させるためのドラム型装置であって、ドラムが水平に配置されているドラム型装置を図示する。
【図５Ｂ】ナノワイヤーの膜を基板上に整列させるためのドラム型装置であって、ドラムが垂直に配置されているドラム型装置の図示である。
【図６Ａ】例えば機能素子に組み込むための、基板の表面にナノワイヤーを被着させ、整列させるのに使用することができるリバースグラビアコーターの図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示されるリバースグラビアコーターを使用して基板の表面に実質的に整列されているナノワイヤーの群を示すＳＥＭ画像である。
【図７Ａ】ナノワイヤーの薄膜がコーター上に、コーターのウェブの動きの方向に整列される一連のストライプにパターン形成されている「ストライプ」模様を含むグラビアコーターの図である。
【図７Ｂ】図７Ａのストライプのグラビアコーターを使用して被覆されている基板（例えば、可撓性のあるプラスチック基板）の図である。
【図８】後で使用するナノワイヤーの配向成長において使用される溝付き又は開口付き基板の図である。
【図９】開口上にわたって成長させることによって開口をまたがる実質的に配向されたナノワイヤーを含む図８に示されるような基板上の開口の図である。
【図１０】実質的に配向されたナノワイヤーを、開口部を備えた成長基板から例えば機能素子に組み込むための受容基板に移動させるシステム及び方法を概略的に示す。
【図１１Ａ】ナノワイヤー及びナノワイヤー膜のさらなる処理によってナノワイヤーベースのトランジスタ素子においてゲート短絡を防止する方法を概略的に示す。
【図１１Ｂ】ナノワイヤー及びナノワイヤー膜のさらなる処理によってナノワイヤーベースのトランジスタ素子においてゲート短絡を防止する方法を概略的に示す。
【図１１Ｃ】ナノワイヤー及びナノワイヤー膜のさらなる処理によってナノワイヤーベースのトランジスタ素子においてゲート短絡を防止する方法を概略的に示す。
【図１Ａ】
2008506254.tif 000003
【図１Ｂ】
2008506254.tif 000004
【図２Ａ】
2008506254.tif 000005
【図２Ｂ】
2008506254.tif 000006
【図３】
2008506254.tif 000007
【図４Ａ】
2008506254.tif 000008
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【国際調査報告】
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