(57)【要約】【課題】  ナノテクノロジー、特にナノスケールでのエレクトロニクス用途に適したナノスケールワイヤ及び関連デバイスをを提供することを目的とする。【解決手段】  少なくとも1012バイト/cm2の密度をもつメモリ素子のアレイを含み、  少なくともひとつのメモリ素子は、自立型バルクドープ半導体を含む物品を含み、該自立型バルクドープ半導体は、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含む、デバイスを使用する。【選択図】図１
2008300848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1012バイト/cm2の密度をもつメモリ素子のアレイを含み、
少なくともひとつのメモリ素子は、自立型バルクドープ半導体を含む物品を含み、該自立型バルクドープ半導体は、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分
を含む、
デバイス。
【請求項２】
該アレイが少なくとも5×1012バイト/cm2の密度をもつ請求項１のデバイス。
【請求項３】
ドープ半導体の交差アレイを含み、
少なくとも一つのドープ半導体は、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含む自立型バルクドープ半導体であり、
低いターンオン電圧をもつように構成されている、
デバイス。
【請求項４】
ドープ半導体の交差アレイを含み、
少なくとも一つのドープ半導体は、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含む自立型バルクドープ半導体であり、
高いターンオン電圧をもつように構成されている、
デバイス。
【請求項５】
自立型バルクドープ半導体を含む物品を有し、
前記自立型バルクドープ半導体は500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つ
の部分を含み、
前記物品は二つ以上の発光領域を含む、
発光ダイオード。
【請求項６】
自立型バルクドープ半導体を含む物品を有し、
前記自立型バルクドープ半導体は500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含み、
前記物品は二つ以上の波長で発光できる、
発光ダイオード。
【請求項７】
縦軸、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域、及び、この領域の間の境界とを含む半導体を含み、
前記半導体が前記境界において約100nm以下の最大寸法をもち、アスペクト比が少なくとも約100:1である、
デバイス。
【請求項８】
縦軸、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域、及び、この領域の間の境界とを含む半導体を含み、
前記半導体が前記境界において約100nm以下の最大寸法をもつ、
トランジスタ。
【請求項９】
縦軸、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域、及び、この領域の間の境界とを含む半導体を含み、
前記半導体が前記境界において約100nm以下の最大寸法をもつ、
メモリー素子。
【請求項１０】
縦軸、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域、及び、この領域の間の境界とを含む半導体を含み、
前記半導体が前記境界において約100nm以下の最大寸法をもち、
前記少なくとも二つの領域が、第一の濃度と、第一の濃度とは異なる第二の濃度でドーパントを含む、
デバイス。
【請求項１１】
ある組成をもつ第一の領域と、前記第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とをもつ自立型バルクドープナノスコピック物質を含むデバイスであって、
前記第一の領域と前記第二の領域の少なくとも一つは少なくとも約100：１のアスペクト比をもつ、
上記のデバイス。
【請求項１２】
あるドーパントをもつ第一の領域と、前記第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを含む自立型ワイヤを含むデバイスであって；前記第一の領域と前記第二の領域は重複して、前記第一の領域及び前記第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成し；前記重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の前記第一の領域のドーパントと、相補的な量の前記第二の領域のドーパントとを含み、
前記重複領域は約100nm未満の最大寸法をもつ、
上記のデバイス。
【請求項１３】
あるドーパントをもつ第一の領域と、前記第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを含むナノスコピックワイヤを含むデバイスであって；前記第一の領域と前記第二の領域は重複して、前記第一の領域及び前記第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成し；前記重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の前記第一の領域のドーパントと、相補的な量の前記第二の領域のドーパントとを含む、上記のデバイス。
【請求項１４】
ある組成をもつ第一の領域と、前記第一の領域とは異なる組成をもつ第二の領域とを含むナノスコピックワイヤを含むデバイスであって；前記第一の領域と第二の領域は重複して、前記第一の領域と前記第二の領域の組成物の混合物である組成をもつ重複領域を形成し；前記重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の前記第一の領域の組成物と、相補的な量の前記第二の領域の組成物とを含み、
前記重複領域は発光することができる、
上記のデバイス。
【請求項１５】
二つ以上の重複領域を含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
あるドーパントをもつ第一の領域と、前記第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを含むナノスコピックワイヤを含む発光ダイオードを含むデバイスであって、
前記第一の領域と前記第二の領域は重複して、前記第一の領域及び前記第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成し、前記重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の前記第一の領域のドーパントと、相補的な量の前記第二の領域のドーパントとを含み、
ここで前記発光ダイオードは前記重複領域の寸法によって決定される発光波長をもつ、上記のデバイス。
【請求項１７】
第一の抵抗率をもつ第一の領域と、前記第一の抵抗率と異なる第二の抵抗率をもつ第二の領域とを含む自立型ナノスコピックワイヤを含むデバイス。
【請求項１８】
自立型のフォトルミネセンスナノスコピックワイヤを含むデバイス。
【請求項１９】
偏光を発生し得る自立型ナノスコピックワイヤを含むデバイス。
【請求項２０】
少なくとも約0.60の偏光比をもつ光を発生し得るナノスコピックワイヤを含むデバイス。
【請求項２１】
前記偏光比が少なくとも約0.84である、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記偏光比が少なくとも約0.91である、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記偏光比が約0.96である、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２４】
均一なフォトルミネセンスのナノスコピックワイヤを含むデバイス。
【請求項２５】
少なくとも約3000A/Wの応答性をもつ光検出器を含むデバイス。
【請求項２６】
約100fs未満の検出速度をもつ光検出器を含むデバイス。
【請求項２７】
前記検出速度が約10fs未満である、請求項２６に記載のデバイス。
【請求項２８】
バルクドープ半導体材料で形成した物品を含むデバイスであって、
前記バルクドープ半導体材料は少なくとも約100:1のアスペクト比をもち、
前記物品は、前記バルクドープ半導体材料に固有の発光波長未満の波長で発光することができる、上記のデバイス。
【請求項２９】
バルクドープ半導体材料で形成した物品を含むデバイスであって、
前記バルクドープ半導体材料が約５nm未満の最小寸法をもち、
前記物品は、前記バルクドープ半導体材料に固有の発光波長未満の波長で発光することができる、上記のデバイス。
【請求項３０】
バルクドープ半導体材料で形成した物品を含むデバイスであって、
前記バルクドープ半導体材料がナノスコピックワイヤであり、
前記物品は、前記バルクドープ半導体材料に固有の発光波長未満の波長で発光することができる、上記のデバイス。
【請求項３１】
前記ナノスコピックワイヤが縦軸と、前記縦軸方向に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域とをもち、
前記少なくとも二つの領域が第一の濃度と、前記第一の濃度とは異なる第二の濃度とでドーパントを含む、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
バルクドープ半導体材料で形成した物品を含むトランジスタであって、
前記物品は、前記バルクドープ半導体材料に固有の発光波長未満の波長で発光することができる、上記のトランジスタ。
【請求項３３】
バルクドープ半導体材料で形成した物品を含むメモリー素子であって、
前記物品は、前記バルクドープ半導体材料に固有の発光波長未満の波長で発光することができる、上記のメモリー素子。
【請求項３４】
700nm未満の波長で半導体ワイヤから発光させることを含む方法。
【請求項３５】
前記波長が650nm未満である、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記波長が600nm未満である、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記波長が550nm未満である、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記波長が530nm未満である、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
p/n接合から発光させることを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記半導体ワイヤがp/n接合を形成するコアとシェルとを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記半導体ワイヤが縦軸と、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域を含み、前記二つの領域の間の境界がp/n接合を画定する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記半導体ワイヤがナノスコピックである、請求項３４に記載の方法。
【請求項４３】
前記半導体ワイヤがナノワイヤである、請求項３４に記載の方法。
【請求項４４】
前記半導体ワイヤがナノチューブである、請求項３４に記載の方法。
【請求項４５】
前記半導体ワイヤの少なくとも一部がバルクドープされている、請求項３４に記載の方法。
【請求項４６】
前記半導体ワイヤが自立型である、請求項３４に記載の方法。
【請求項４７】
前記半導体ワイヤが少なくとも一つのシェルを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４８】
前記半導体ワイヤが機能性部位を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４９】
前記半導体ワイヤが反応物質を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項５０】
前記半導体が二つ以上の波長で発光することができる、請求項３４に記載の方法。
【請求項５１】
約100nm未満の最小寸法をもつトランジスタを含むデバイスであって、
前記トランジスタがナノスコピックワイヤを含み、
前記ナノスコピックワイヤが縦軸と、前記縦軸に沿って組成の異なる二つの領域とをもつ、
上記のデバイス。
【請求項５２】
500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつドープ半導体を含む伝導性チャネルと、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部位をもつ細長い物質を含むゲート電極とを含む電界効果トランジスタであって、
前記電界効果トランジスタの幅が、前記ドープ半導体の幅と等しい、
上記の電界効果トランジスタ。
【請求項５３】
500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつドープ半導体を含む伝導性チャネルと、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部位をもつ細長い物質を含むゲート電極とを含む電界効果トランジスタであって、
前記ドープ半導体と前記細長い物質との交差部分が前記電界効果トランジスタの長さを画定する、
上記の電界効果トランジスタ。
【請求項５４】
ある組成をもつ第一の領域と、前記第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とを含む自立型ナノスケール半導体を提供し；
前記ドープ半導体の中に電流を流す；
工程を含む、半導体の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権出願
本出願は、USC119(e)に基づき、Lieberらの“Nanowire Electronic Devices Including
Memory and Switching Devices”という名称の2001年5月18日に出願された米国仮出願番号60/292,045、Lieberらの“Nanowire DevicesIncluding Emissive Elements and Sensors”という名称の2001年5月18日に出願された米国仮出願番号60/291,896、及び、Lieberらの“Nanowire Devices Including Emissive Elements and Sensors”という名称の2002年2月6日に出願された米国仮出願番号60/354,642の優先権を主張し、全ての目的のため、これらの各々は、その全体を、本明細書に引用して援用する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、ナノテクノロジー、特にナノエレクトロニクス、則ちナノスケールの半導体及び他の物品、並びに関連する方法及びデバイスに関する。このナノスケールを超えるサイズの物品及びデバイスも含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ナノテクノロジー、特にたとえば半導体量子ドット及びナノワイヤなどのサブ−ミクロ電子工学テクノロジーにおける関心は、ナノスケールでの化学と物理との挑戦、並びに電子工学及び関連デバイスにおいてこれらの構造体が利用できるのではないかという期待が動機となっていた。ナノスコピック物品は電荷キャリヤ及び励起子(たとえば、電子、電
子対など)の輸送によく適しているので、ナノスケールでのエレクトロニクス用途におけ
るビルディングブロックとして有用である一方で、標準的な小スケールのリソグラフィー技術を除いて、ナノエレクトロニクスはまだ十分に開発されていない分野である。従って、当業界では、ナノエレクトロニクスを含む新規で改良された物品及び方法に関する需要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の概要
本発明は、物品及びデバイス、それらの製造及び使用法、並びに関連する系に関する。本発明の大部分の側面及び態様は、ナノメートルスケールの物品及びデバイスを含むが、それより大きな物品及びデバイスも同様に含む。
【０００５】
一つの態様において、本発明は、物品及びデバイスの成長、アセンブリー、または製造法を含む。一つの態様において、本発明の方法は、半導体が成長する間に半導体をドープすることを含む。もう一つの態様では、本発明の方法は、発光できる複数の領域をもつナノスケール半導体を成長させる段階を包含する。
【０００６】
もう一つの態様において、細長い構造体、または表面上に(細長い構造体であってもよ
い）半導体である一つ以上の物品をアセンブリーすることを含む一連の方法であって、前記物品の少なくとも一つは以下の、その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満
の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満
の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである、かかる方法を提供する。一つの方法は、一つ以上の物品を表面に接触させることを含む。もう一つの方法は、前記表面の特定の位置に物品の一つ以上を引きつける一つ以上の官能基(functionality)で前記表面をコンディショニングし、次いで前記一つ以上
の官能基を使用して、前記一つ以上の物品を前記特定の位置に引きつけることによって一つ以上の物品を整列させることを含む。もう一つの方法は、前記表面に複数の物品を堆積
させ、次いでその表面を電気的に帯電させて前記物品の二つ以上の間に静電気力を生じさせることを含む。もう一つの方法は、液相の表面に前記物品の一つ以上を分散させてラングミュアー−ブロジェット膜形成し、そのラングミュア−ブロジェット膜を圧縮し、次いでこの圧縮したラングミュアー−ブロジェット膜を表面に移すことを含む。もう一つの方法は、軟質マトリックスに前記物品の一つ以上を分散し、この軟質マトリックスを、少なくとも一つの物品がその方向に整列するように物品に剪断力を生じさせる方向に引き延ばし、前記軟質マトリックスを取り除き、次いで表面上に少なくとも一つの整列させた細長い構造体を移すことを含む。
【０００７】
もう一組の態様では、本発明は、物品及び／またはデバイスを成長、アセンブリー、または製造するための系を含む。ドープ半導体を成長させる本発明の一つの系は、半導体の分子とドーパントの分子とを準備するための手段と、ドープ半導体を製造するための半導体の成長の間に、前記ドーパントの分子で半導体の分子にドープするための手段とを包含する。
【０００８】
一つ以上の細長い構造体を表面にアセンブリーするもう一組の系を提供する。一つの態様において、この系は、一つ以上の細長い構造体を含む流体を前記表面上に流すための手段と、前記表面に一つ以上の細長い構造体を整列させて、細長い構造体のアレイを形成するための手段とを含む。幾つかの態様において、前記細長い構造体の一つ以上は、以下の：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細
長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの
部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである。これらの態様の一つにおいて、この系は、前記表面の特定の位置に前記一つ以上の細長い構造体を引きつける一つ以上の官能基をもつ表面をコンディショニングするための手段と、前記一つ以上の官能基を使用して前記一つ以上の細長い構造体を特定の位置に引きつけることによって前記一つ以上の細長い構造体を整列させるための手段とを包含する。これらの態様のもう一つにおいては、この系は、表面に複数の細長い構造体を堆積させる手段と、その表面を電気的に帯電させて前記細長い構造体の二つ以上の間に静電気力を生じさせる手段とを含む。これらの態様のもう一つにおいては、この系は、液相の表面に前記一つ以上の細長い構造体を分散させてラングミュアー−ブロジェット膜を形成するための手段と、前記ラングミュアー−ブロジェット膜を圧縮するための手段と、表面に圧縮したラングミュアー−ブロジェット膜を移すための手段とを含む。これらの態様のもう一つにおいては、この系は、軟質マトリックスに前記一つ以上の細長い構造体を分散するための手段と、前記軟質マトリックスをある方向に引き延ばして、その方向に少なくとも一つの前記細長い構造体を整列させる剪断力を一つ以上の前記細長い構造体上に生じさせるための手段と、前記軟質マトリックスを取り除くための手段と、少なくとも一つの整列した細長い構造体を表面に移すための手段とを包含する。
【０００９】
もう一つの側面において、本発明は一連のデバイスを含む。一つの態様において、デバイスは、縦軸と、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域と、この領域の間の境界とをもつ半導体を包含する。この半導体は、境界で約100nm以下の最大寸法をもつ
。
【００１０】
もう一つの態様において、本発明のデバイスは、第一の領域と、前記第一の領域と異なる組成をもつ第二の領域とを含む、自立型ワイヤを包含する。前記第一の領域は、約100nm未満の最小寸法をもち、前記第二の領域は約100nm未満の最小寸法をもつ。
【００１１】
もう一つの態様において、本発明のデバイスは、ある組成をもつ第一の領域と、前記第一の領域の組成と異なる組成をもつ第二の領域とをもつ自立型バルクドープナノスコピック材料を含む。前記第一の領域と第二の領域の少なくとも一つは、少なくとも約100：１
のアスペクト比をもつ。
【００１２】
もう一つの態様において、本発明のデバイスは、ある組成をもつ第一の領域と、前記第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とを含む、自立型バルクドープ半導体を包含する。前記第一の領域と第二の領域の少なくとも一つは、約100nm未満の最大寸法を
もつ。
【００１３】
一組の態様において、本発明は、自立型ワイヤをそれぞれ含む一連のデバイスを提供する。それぞれの態様において、この自立型ワイヤはナノスコピックワイヤであってもよいし、そうでなくてもよい。一態様において、この自立型ワイヤは、あるドーパントをもつ第一の領域と、前記第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを包含する。この第一の領域と第二の領域は重複して、前記第一の領域と前記第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成する。この重複領域の組成は、前記第一の領域のドーパント約10容積%〜約90容積%と、相補的な量の前記第二の領域のドーパントとを含む。この重複領域は、約100nm未満の最大寸法をもつ。もう一つの態様では、
この自立型ワイヤはナノスコピックであり、第一の濃度でドーパントを含む第一の領域と、第二の濃度でドーパントを含む第二の領域とを包含する。この第二の濃度は前記第一の濃度とは異なる。もう一つの態様では、この自立型ワイヤはナノスコピックであり、第一の半導体と第二の半導体とを包含する。前記第一の半導体と第二の半導体の少なくとも一つは、ドープ半導体である。前記第一の半導体の組成と前記第二の半導体の組成は異なる。もう一つの態様において、自立型ワイヤはナノスコピックであり、第一の濃度の半導体物質をもつ第一の領域と、第二の濃度の半導体物質をもつ第二の領域とを含む。前記第一の濃度と前記第二の濃度とは異なる。もう一つの態様では、この自立型ナノスコピックワイヤは、第一の抵抗率をもつ第一の領域と、前記第一の抵抗率と異なる第二の抵抗率をもつ第二の領域とを含む。もう一つの態様において、自立型ナノスコピックワイヤは、第一のバンドギャップをもつ第一の領域と、前記第一のバンドギャップと異なる第二のバンドギャップをもつ第二の領域とを含む。
【００１４】
もう一つの態様において、本デバイスは自立型フォトルミネセンスのナノスコピックワイヤを包含する。もう一つの態様において、本デバイスは、偏光を生じ得る自立型ナノスコピックワイヤを包含する。もう一つの態様において、本デバイスは、複数の発光領域を含む自立型ナノスコピックワイヤを包含する。もう一つの態様において、本デバイスは、少なくとも約0.60の偏光比をもつ光を発生し得るナノスコピックワイヤを包含する。
【００１５】
もう一つの態様において、本デバイスは少なくとも約3000A/Wの応答性をもつ光ディテ
クタ(photodetector)を包含する。もう一つの態様において、本デバイスは約100fs未満の検出速度をもつ光センサを包含する。
【００１６】
もう一つの態様において、本デバイスは、第一の領域と、前記第一の領域と異なる組成をもつ第二の領域とをもつナノスコピックワイヤを包含する。この第一の領域と第二の領域とは重複して、前記第一の領域と第二の領域の組成物の混合物である組成をもつ重複領域を形成する。この重複領域の組成は、前記第一の領域の組成物約10容積%〜約90容積%と、相補的な量の前記第二の領域の組成物とを含む。この重複領域は発光することができる。
【００１７】
もう一つの態様において、本デバイスは、あるドーパントをもつ第一の領域と、前記第一の領域のドーパントと異なるドーパントをもつ第二の領域とを含むナノスケールワイヤを含む発光ダイオードを包含する。この第一の領域と第二の領域とは重複して、前記第一の領域と第二の領域とのドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成する。この重複領域の組成物は、前記第一の領域のドーパント約10容積%〜約90容積%と、相補的な量
の前記第二の領域のドーパントとを含む。この発光ダイオードは、この重複領域の寸法によって決定された発光波長をもつ。
【００１８】
もう一つの態様において、本デバイスは、あるドーパントをもつ第一の領域と、前記第一の領域のドーパントと異なるドーパントをもつ第二の領域とを含むナノスケールワイヤを包含する。この第一の領域と第二の領域とは重複して、前記第一の領域と第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成する。この重複領域の組成物は、前記第一の領域のドーパント約10容積%〜約90容積%と、相補的な量の前記第二の領域のドーパントとを含む。
【００１９】
もう一つの態様において、本デバイスは半導体を含むワイヤを包含し、このワイヤはバルク状態で半導体よりも高い周波数で発光し得る。もう一つの態様において、本デバイスは、均一なフォトルミネセンスを有するナノスコピックワイヤを包含する。
【００２０】
もう一つの態様において、本デバイスは、前記半導体に場(field)を確立し得る誘導材
料に近接して配置された半導体を包含する。この誘導材料は、半導体の特性に特異的に影響し得る少なくとも二種類の異なる電子的または機械的状態をもつ。もう一つの態様において、本デバイスは、前記半導体に場を確立し得る誘導材料に近接して配置された半導体を包含する。この誘導材料は、前記半導体の特性に特異的に影響し得る少なくとも二種類の異なる状態をもつ。
【００２１】
もう一つの態様において、本デバイスは、ドープチャネルと、少なくとも二種類の電子的または機械的状態をもち、キャリヤフローに影響を与えるためにドープチャネル内に場を誘導するためにドープチャネルに近接して配置されている誘導材料とを包含する。もう一つの態様において、本デバイスは、ドープ半導体と、少なくとも二つの異なる状態をもつ誘導材料とを包含し、前記誘導材料はドープ半導体に近接して配置されている。
【００２２】
もう一つの態様において、本デバイスは、バルクドープ半導体物質で形成した物品を包含する。本物品は、バルクドープ半導体物質に固有の発光波長よりも低波長で発光することができる。
【００２３】
もう一つの態様において、本デバイスは、314μm3未満の容積をもつメモリ能動素子を
含むメモリ素子を含む。この能動素子は、前記第一の読み出し可能な状態と、前記第一の読み出し可能な状態とは電子的に識別可能な第二の読み出し可能な状態との間で電子的に切り替え可能である。
【００２４】
もう一つの態様において、本デバイスは、約100nm未満の最小寸法をもつトランジスタ
を包含する。
もう一つの態様において、本デバイスは、少なくとも一つのドープ半導体を包含し、ここで少なくとも一つのドープ半導体は、以下の：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノ
メートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノ
メートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである。
【００２５】
もう一つの態様において、本デバイスは、ドープチャネルと、少なくとも二つの異なる電子的または機械的状態をもち、キャリヤフローに影響を与えるためにドープチャネル内に電場を誘導するためにドープチャネルに近接して配置されている誘導材料とを含む半導体デバイスである。
【００２６】
もう一つの態様において、本発明のデバイスはドープ半導体と、少なくとも二種類の異
なる状態をもつ誘導材料とを包含し、前記誘導材料は、前記ドープ半導体の中でキャリヤフローに影響を与えられるように配置されている。
【００２７】
もう一組の態様では、本発明はセンサを含む。一態様において、このセンサは、少なくとも一つのナノスケールワイヤと、少なくとも一つの前記ナノスケールワイヤの特性の変化を測定するための手段とを包含する。もう一つの態様において、ソース電極を形成するために導体と電気的に接触している第一の端部と；ドレイン電極を形成するために導体と電気的に接触している第二の端部と；ゲート電極を形成するためにその上に形成されている酸化物を有する外部表面をもつ半導体と；選択された部位に対して特異性を持ち、前記外部表面に結合されている結合剤と；を含むナノセンサであって、これによって前記ゲート電極での電圧が、前記結合剤への前記部位の結合に応答して変動して、化学的にゲートされた電界効果センサデバイスを提供する。
【００２８】
もう一つの側面では、本発明は一連の物品を含む。一つの態様において、本発明の物品は、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含む自立型バルクドー
プ半導体を含む。もう一つの態様において、本発明の物品は、その縦軸の任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ、細長いバルクドープ半導体を含む。
【００２９】
もう一つの態様において、本発明の物品は、ナノスコピックワイヤと；機能性部位を含む相互作用によって前記ナノスコピックワイヤの特性において検出可能な変化をもたらすように、前記ナノスコピックワイヤに対して配置された機能性部位(functional  moiety)とを含む。もう一つの態様において、本物品は、サンプル露出領域とナノスコピックワイヤとを含み、その少なくとも一部はサンプル露出領域のサンプルによってアドレス可能(addressable)である。
【００３０】
もう一つの態様において、本発明の物品は、ドープ半導体を含む。前記半導体の少なくとも一部は、半導体を成長させる間に、半導体をドープする方法により製造する。
もう一つの態様において、本発明の物品には、サンプル露出領域とナノスケールワイヤとを含むサンプルカセットが含まれ、ナノスケールワイヤの少なくとも一部は前記サンプル露出領域中のサンプルによってアドレス可能である。このサンプルカセットは、ナノスケールワイヤに関連する特性を測定し得る検出装置に操作可能に接続できる。
【００３１】
もう一つの態様では、本発明は、所定の電流−電圧特性をもち、化学的または生物学的センサとして使用するために適合させた、検体−ゲート電界効果トランジスタを含む。このトランジスタは、第一の絶縁材料で形成された基板と、前記基板上に配置されたソース電極と、前記基板上に配置されたドレイン電極と、所定の電流−電圧特性をもつ電界効果トランジスタを形成するために前記ソース電極とドレイン電極との間に配置された半導体と、前記半導体の表面上に配置された検体−特異的結合剤とを包含し、標的検体と結合剤との間に発生した結合によって、前記電界効果トランジスタの電流−電圧特性に検出可能な変化が起きる。
【００３２】
もう一つの態様において、本発明は電界効果トランジスタを含む。本トランジスタは、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつドープ半導体を含む伝
導性チャネルと、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ細長
い物質を含むゲート電極とを包含する。
【００３３】
もう一つの態様において、本発明は論理ゲートである。この論理ゲートは、500ナノメ
ートル未満の最小幅をもつドープ半導体を含む。
もう一つの態様において、本発明は、以下の：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノ
メートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノ
メートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであるバルクドープ半導体を含む。このバルクドープ半導体の部分(section)により生じた現象は、この部分の寸法により生じた量子閉じ込めを示す。
【００３４】
もう一つの態様において、本発明は、コヒーレント輸送を示すバルクドープ半導体を含む。もう一つの態様において、本発明は、バリスティック輸送を示すバルクドープ半導体を含む。もう一つの態様において、本発明は、ラッティンジャー(Luttinger)液体挙動を
示すバルクドープ半導体を含む。もう一つの態様において、本発明は単結晶を含むドープ半導体を含む。
【００３５】
もう一つの態様において、本発明は、一つ以上のドープ半導体を含む溶液を含み、ここで前記半導体の少なくとも一つは、以下の：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメー
トル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメー
トル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである。
【００３６】
もう一つの態様において、本発明は、以下の：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノ
メートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノ
メートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含む500ナノメートル未満の最小幅
をもつ少なくとも一つの部分を備えた自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであるドープ半導体を成長させるための試薬の集合(collection)を含む。この集合は、半導体試薬とドーパント試薬とを含む。
【００３７】
もう一つの側面において、本発明は物品及びデバイスの使用法を含む。一連の態様では、導体及び／または半導体の使用を含む。一つの方法は、自立型ナノスケール半導体を提供し、次いでその半導体を通して電流を流すことを含み、その自立型ナノスケール半導体は、第一の領域と、前記第一の領域の組成と異なる組成をもつ第二の領域とを有する。
【００３８】
もう一つの態様において、本発明は、導体を電磁放射源に露出し、前記供給源と導体との間で回折格子(grating)の非存在下で電磁放射の極性(polarity)を変えることによって
、導体の伝導性を変化させることを含む方法を含む。
【００３９】
もう一つの態様において、本発明の方法は、700nm未満の周波数で半導体ワイヤから発
光させることを含む。もう一つの態様において、本発明は、一つ以上の半導体にエネルギーを加えて、前記一つ以上の半導体を発光させることを含む。この半導体の少なくとも一つは、以下の：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をも
つ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少な
くとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである。
【００４０】
もう一組の態様では、本発明は、種(species)を検出または測定する方法を提供する。
一態様においては、ナノスコピックワイヤとサンプルとを接触させ；ナノスコピックワイヤがサンプルと接触したときに、特性の変化がサンプル中の検体の存在及び／または量を示す、ナノスコピックワイヤに関連する特性を測定する；ことを含む。もう一つの態様において、本方法は、伝導体またはナノスコピックワイヤとサンプルとを接触させ；この接触によって得られた導体の特性における変化を測定することにより、サンプル中の検体の存在及び／または量を測定する；ことを含み、ここで前記検体の１０個未満の分子が前記特性における変化に寄与する。
【００４１】
もう一つの態様において、本発明の方法は、検体を含むと思われるサンプルとナノスコピックワイヤとを接触させ；前記ナノスコピックワイヤの特性における変化を測定する；
ことを包含する。もう一つの態様において、本方法は、約10マイクロリットル未満の容積のサンプルとナノスコピックワイヤとを接触させ；この接触から得られたナノスコピックワイヤの特性の変化を測定する；ことを含む。
【００４２】
本発明の他の利点、新規な特徴及び目的は、概略的であり、縮尺を意図していない添付図面と組み合わせて考えるときに、非限定的な態様の説明を含む、以下の本発明の詳細な説明から明らかになろう。図面において、種々の図面で説明されたそれぞれ同一の、または実質的に同様の要素は、単独の数字または記号により表す。明確にするために、全ての図面において全ての成分に数字をつけているとは限らず、また当業者に本発明を理解させるのに説明図が不要な場合には、本発明のそれぞれの態様の要素が全て示されているわけではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下の米国仮特許出願及び実用新案の文書は、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される：2000年８月２２日出願の出願番号第0/226,835号”Semiconductor  Nanowires”；2000年１２月１１日出願の出願番号第60/254,745号”Nanowire  and
Nanotube  Nanosensors”；2001年５月１８日出願の出願番号第60/292,035号”Nanowire  and  Nanotube  Nanosensors”；2001年５月１８日出願の出願番号第60/292,121号”Semiconductor  Nanowires”；2001年５月１８日出願の出願番号第60/292,045号”Nanowire  Electronic  Devices  Including  Memory  and  Switching  Devices”；2001年５月１８日出願の出願番号第60/291,896号”Nanowire  Devices  Including  Emissive  Elements  and  Sensors”；2001年８月２２日出願の出願番号第09/935,776号”Doped  Elongated  Semiconductors，Growing  Such  Semiconductors，Devices  Including  Such  Semiconductors，and  Fabricating  Such  Devices”；2001年１２月１１日出願の出願番号第10/020,004号”Nanosensors”；2001年１１月９日出願の出願番号第60/348,313号”Transistors，Diodes，Logic  Gates  and  Other  Devices  Assembled  from  Nanowire
Building  Blocks”；及び2002年２月６日出願の出願番号第60/354,642号”Nanowire  Devices  Including  Emissive  Elements  and  Sensors”。以下の国際特許出願は、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される：国際特許出願2002年２月２８日公開の公開番号第WO02/17362号”Doped  Elongated  Semiconductors，Growig  Such  Semiconductors，Devices  Including  Such  Semiconductors，and  Fabricating
Such  Devices”。
【００４４】
本発明は、一般にサブ-ミクロ電子回路及びデバイス、特にナノメートルスケールの物
品、たとえば種々の場所で選択的にドープし得るナノスケールワイヤに関する。一部の例では、本物品は単結晶である。このナノスケールワイヤは、たとえばドーパントの同一性、ドーパントの濃度の点から、またはその両方においてその長さに沿ってまたは半径方向に差を付けてドープすることができる。このことを利用して、たとえばクロスバーアレイにおいて、互いに近接して種々の物体（item）または単一の物体でn-型とp-型伝導率の両方を提供することができる。そのような物品の作製及び成長、並びにそのような物品を配列して電子デバイス、オプトロニクスデバイスまたはスピントロニクスデバイスを製造することを記載する。たとえば、半導体材料にドープして、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、相補型インバータ、トンネルダイオード、発光ダイオード、センサなどの種々のデバイスを製造するためのn-型及びp-型半導体領域を形成することができる。
【００４５】
好ましい態様において、本発明のデバイスは、ナノチューブ及びナノワイヤを包含するナノメートルスケールのワイヤと同等のスケールのワイヤまたは他の部品を含むことができる。しかし、特定の態様において、本発明は、ナノメートルサイズよりも大きくてもよい(たとえばマイクロメートルサイズの)物品を含む。
【００４６】
本明細書中で使用する全ての定義は、本出願の目的にのみ関するものである。これらの定義は、本出願に関係してもしなくても、本出願人の他の出願に必ずしも帰属すべきではない。
【００４７】
本明細書中で使用する、「族」なる用語は、当業者に理解される通常の定義で与えられる。たとえば、第II族の元素としては、Zn、Cd及びHgが挙げられ；第III族の元素として
は、B、Al、Ga、In及びTlが挙げられ；第IV族の元素としては、C、Si、Ge、Sn及びPbが挙げられ；第V族の元素としては、N、P、As、Sb及びBiが挙げられ；並びに第VI族の元素と
しては、O、S、Se、Te及びPoが挙げられる。それぞれの群の二つ以上の元素を含む組合せも可能である。たとえば、II−VI族の物質は、第II族から少なくとも一つの構成員と、第VI族から少なくとも一つの構成員とを含むことができ、たとえばZnS、ZnSe、ZnSSe、ZnCdS、CdSまたはCdSeがある。同様にIII−V族の元素は、第III族から少なくとも一つの構成
員と第V族から少なくとも一つの構成員を含むことができ、たとえばGaAs、GaP、GaAsP、InAs、InP、AlGaAsまたはInAsPがある。他のドーパントもこれらの物質及びこれらの組合
せと一緒に含むことができ、たとえばFe、Co、Te、Auなどの遷移金属がある。
【００４８】
本明細書中で使用する「ナノスコピック-スケール(nanoscopic-scale)」、「ナノスコ
ピック(nanoscopic)」、「ナノメートル-スケール」、「ナノスケール」、「ナノ」接頭
辞などは、通常、約１μm未満、場合によっては好ましくは約100nm未満の幅または直径をもつ元素または物品を指す。全ての態様において、指定の幅は最小の幅(則ち、その場所
において、物品は別の寸法の大きな幅であってもよい場合に指定された幅）または最大幅(則ち、その場所において、物品の幅は指定された幅よりも広くはないが、それより長く
てもよい）であってもよい。
【００４９】
「ワイヤ」は一般に、任意の半導体または任意の金属の伝導率をもつ任意の材料を指し、態様によっては、互いに電子的に連通しているように、二つの電子部品を接続するために使用することができる。「伝導性」ワイヤまたはナノスケールワイヤに関してに使用される、たとえば「電気的に伝導性（導電性、electronically conductive）」または「導
体」または「伝導体」なる用語は、そのワイヤが電荷を通す能力を指す。好ましい伝導性物質は、約10-3Ω未満、より好ましくは約10-4Ω未満、最も好ましくは約10-6または10-7Ω未満の抵抗率をもつ。
【００５０】
「ナノスコピックワイヤ」(本明細書中、「ナノスコピック-スケールワイヤ」または「ナノスケールワイヤ」ともいう）なる用語は、一般に、その長さに沿った任意の点で、少なくとも一つの断面寸法をもち、態様によっては、１μm未満、好ましくは約500nm未満、好ましくは約200nm未満、より好ましくは約150nm未満、さらに好ましくは約100nm未満、
さらにより好ましくは約70nm未満、より好ましくは約50nm未満、さらに好ましくは約20nm未満、より好ましくは約10nm未満、さらに好ましくは約５nm未満の二つの直交断面寸法(orthogonal  corss-sectional  dimension)をもつワイヤである。他の態様において、この断面寸法は、２nmまたは１nm未満であってもよい。一組の態様において、このナノスケールワイヤは、0.5nm〜200nmの範囲の少なくとも一つの断面寸法をもつ。たとえばコア及び外部領域をもつナノスケールワイヤが記載されている場合、上記寸法は一般に、コアの寸法に関する。細長い半導体の断面は任意の形状であってもよく、たとえば円形、正方形、長方形、管状、または楕円を含むがこれらに限定されず、規則的または不規則的形状であってもよい。このナノスケールワイヤは中実または中空であってもよい。他に記載しない限り、カーボンナノチューブ、ナノロッド、ナノワイヤ、有機及び無機の伝導性及び半伝導性ポリマーなどの任意のナノスケールワイヤを使用することができる。分子ワイヤでなくてもよいが、種々の小さなナノスコピックスケール寸法の他の伝導性または半伝導性元素を使用することもでき、たとえば主族と金属原子ベースのワイヤ様シリコン、遷移金属を含有するワイヤ、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、ゲルマニウム、セ
レン化カドミウム構造体などの無機構造体である。これら及び他のナノスケールワイヤの数々を、必要以上の実験をすることなく、ナノスケールワイヤを含む本明細書中に記載の方法と同様の方法で、電子デバイスに有用なパターンで表面上に成長及び／または表面に適用することができる。このナノスケールワイヤは、少なくとも１μm、好ましくは少な
くとも３μm、より好ましくは少なくとも５μm、より好ましくは少なくとも10〜20μmの
長さで、好ましくは約100nm未満、より好ましくは約75nm未満、より好ましくは約50nm未
満、より好ましくは約25nm未満の厚さ(高さ及び幅)で形成できなければならない。このワイヤは少なくとも約２：１、好ましくは約１０：１を超え、より好ましくは約１０００：１を超えるアスペクト比(長さ対厚さ)をもたねばならない。
【００５１】
本明細書中で使用するように、「ナノチューブ」(たとえばカーボンナノチューブ）は
、一般に、中空、則ちくり抜いたコアをもつナノスコピックワイヤであり、たとえば当業者に公知のナノチューブがある。「ナノチューブ」は、本明細書中、「NT」と省略する。ナノチューブは、本明細書で使用するために小さなワイヤの一例として使用し、好ましい態様では、本発明のデバイスはナノチューブと同等のスケールのワイヤを含む。
【００５２】
「ナノワイヤ」（たとえばシリコンまたは他の半導体物質を含む)は、一般に中実ワイ
ヤであるナノスコピックワイヤであり、場合により細長くてもよい。好ましくはナノワイヤ(本明細書中、「NW」と省略する）は細長い半導体、則ちナノスケール半導体である。
「非-ナノチューブナノワイヤ」は、ナノチューブではない任意のナノワイヤである。本
発明の一組の態様において、変性していない表面をもつ非-ナノチューブナノワイヤは、
ナノワイヤまたはナノチューブを使用し得る本明細書中で記載した本発明の任意の配置で使用する。
【００５３】
本発明に従って使用する多くのナノスコピックワイヤは、個々のナノスコピックワイヤである。本明細書中で使用するように「個々のナノスコピックワイヤ(individual  nanoscopic  wire)」とは、もう一つのナノスコピックワイヤと接触していないナノスコピックワイヤを意味する(しかし、クロスバーアレイの個々のナノスコピックワイヤ間の望まし
いタイプの接触を除く)。たとえば「個々の」または「自立型(free-standing)」物品は、それ自体いくつかの点で、もう一つの物品、たとえばもう一つのナノスコピックワイヤに付着していなくてもよいし、また自立型物品は溶液中にあってもよい。一例として、典型的な個々のナノチューブは、約0.5nm程度の小さな厚さをもってもよい。これは、レーザ
蒸着法により主に製造されるナノチューブと対照的であり、レーザ蒸着法は高品質材料を生成するが、その材料は多くの個々のナノチューブを含み、約２〜約50nm以上の寸法をもつロープとして形成される (たとえば、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、Thessらの”Crystalline  Ropes  of  Metallic  Carbon  Nanotubes”，Science  273：483-486(1996年))。
【００５４】
本明細書中、「細長い」物品(たとえば半導体またはその部分)は、その物品の縦軸に沿った任意の点で、その地点での物品の長さ対最大幅の比が２：１を超える物品である。この比は「アスペクト比」という。
【００５５】
態様によっては、ナノスコピックワイヤの少なくとも一部はバルクドープ半導体であってもよい。本明細書中で使用するように、「バルクドープ(bulk-doped)」物品(則ち、物
品または物品の部分若しくは領域)とは、ドーパントが原子スケールで結晶格子の特定領
域、たとえば表面または外部だけに含まれている物品と対照的に、ドーパントが物品の結晶格子内に実質的にくまなく含まれている物品である。たとえば、カーボンナノチューブなどの幾つかの物品は、通常、ベース物質が成長した後でドープするので、ドーパントはその結晶線格子(crystalline  line  lattice)の内部にその表面または外部から有限の距離(finite  distance)だけ延在する。この「バルクドープ」なる用語は、半導体でドープ
する濃度または量を規定するものでも示すのでもなく、またドープが必ずしも均一であることを示すわけでもないことを理解すべきである。特に態様によっては、バルクドープ半導体は二つ以上のバルクドープ領域をもつことがある。従って、ナノスコピックワイヤを記載するのに本明細書中で使用するように、「ドープされた」なる用語は、バルクドープされたナノスコピックワイヤを指し、従って「ドープナノスコピック(またはナノスケー
ル)ワイヤ」なる用語は、バルクドープナノスコピックワイヤを指す。「高濃度でドープ
された（heavily  doped）」または「低濃度でドープされた(lightly  doped)」なる用語は、当業者に明確に理解される意味である。
【００５６】
本明細書中で使用する物品の「幅」とは、物品の周囲のある点から、物品の中心を通って、物品の周囲のもう一つの点までの直線距離である。本明細書中で使用する、物品の縦軸に沿ったある点での「幅」または「断面寸法」なる用語は、その地点で物品の断面の中心を通って、断面の周囲の二つの点を結ぶ直線に沿った距離である。物品の縦軸に沿ったある点の「断面」とは、物品を横切る点での平面であり、物品の縦軸に対して直交する。物品の「縦軸」とは、物品の最大寸法に沿った軸である。同様に、物品の「縦部分(longitudinal  section)」とは、ゼロを超え、物品の長さに等しいかそれ未満の任意の長さを
もち得る物品の縦軸に沿った物品の一部である。さらに細長い物品の「長さ」とは、物品の端部から端部までの縦軸に沿った距離である。図１は、円柱状半導体L1の一例、たとえばナノワイヤなどのワイヤ様半導体を示す斜視図である。円柱状半導体L1は長さL2と縦軸L3とをもつ。縦軸L3に沿ったある地点Ｌ５では、円柱状半導体L1は断面L6を横切る複数の幅L4をもち、幅L4の一つは点L5での最小幅である。
【００５７】
本明細書中で使用するように、「円柱状」物品は、筒のような形の外観をもつ物品であるが、物品の内部に関して特性を全く定義することも反映することもない。言い換えれば、円柱状物品は、中実の内部であってもよいし、くり抜いた内部であってもよい。一般に、円柱状物品の断面は、円形またはほぼ円形であるようであるが、他の断面の形状、たとえば六角形なども可能である。この断面は、正方形、長方形または楕円形を含むがこれらに限定されない任意の形状をとることができる。規則性の形状または非規則性の形状も含まれる。
【００５８】
本明細書中で使用されるように、第二の物品に「結合した(coupled)」第一の物品(たとえば、ナノスコピックワイヤまたは大きなサイズの構造体)は、第二の物品の特性(たとえば電気的特性、光学的特性または磁気的特性)に影響を与えるのに十分に第二の物品に近
接するか、または第一の物品が第二の物品に物理的に接触するように配置される。検体または反応体などのもう一つの部分とナノスコピックワイヤに関して使用する際の「電気的に結合した」なる用語は、電子が互いに移動できるように、または一方の電気的特性における変化が他方によって測定できるように、検体、他の部分及びナノスコピックワイヤのどれかの間のつながり(association)を指す。これは、これらのものの間の電子の流れ、
または電荷状態、酸化状態、レドックス電位などの状態における変化も含み得る。例として、電気結合は、検体または他の部位とナノスコピックワイヤとの間の直接共有結合(direct  covalent  linkage)、間接的な共有結合(indirect  covalent  coupling)(例えば結合部位を介する)、直接若しくは間接的イオン結合または、他のタイプの結合(たとえば疎水性結合)を含み得る。実際の結合が必要とされない場合があり、検体または他の部位は
、単にナノスコピックワイヤ表面に接触しているだけでもよい。ナノスコピックワイヤが、検体とナノスコピックワイヤとの間に電子トンネル形成または他の電界効果をもたらすように検体に対して十分に近い態様では、ナノスコピックワイヤと検体または他の部分との間には必ずしも全く接触が必要ではない。
【００５９】
本明細書中で使用するように、物品(たとえばナノスコピックワイヤ)のアレイは、複数の物品を含む。本明細書中で使用するように「交差アレイ(crossed  array)」とは、少な
くとも一つの物品がもう一つの物品または単一ノード(node)(たとえば電極)のいずれかに接触するアレイである。
【００６０】
本明細書中で使用するように、「単結晶」物体(たとえば半導体)とは、その物体の中にくまなく共有結合、イオン結合またはその組合せをもつアイテムである。そのような単結晶物体としては結晶内に欠陥を含むことがあるが、イオン的にも共有結合的にも結合しておらず、単に互いに近接しているだけの一つ以上の結晶を含むアイテムからは区別される。
【００６１】
態様によっては、本発明は、ナノスコピックワイヤが露出されるサンプル中の検体を測定するために構築され且つ配置された系の一部であってもよい。この状況において「測定する」及び同様の用語は、サンプル中の検体などのある物体(entity)の量及び／または存在を測定することを意味する。測定工程としては、たとえば、電子的測定、圧電測定、電気化学的測定、電磁気的測定、光検出(photodetection)、機械的測定、音響測定、重量測定などが挙げられる。検体の存在は、ナノスコピックワイヤの特性、たとえば、電気的特性または光学的特性における変化を測定することにより決定することができ、この変化は検出可能である。「測定すること」とは、二つの種の間の結合の検出など、種の間での相互作用を検出または定量化することを指す。
【００６２】
「反応物質(reaction  entity)」なる用語は、ナノスコピックワイヤの特性において検出可能な変化をもたらすような方法で、(化学的または生物学的種などであってもよい)検体などのもう一つの物質と相互作用し得る任意の物質を指す。この反応物質は、ナノスコピックワイヤと検体との間の相互作用を促進するか、ナノスコピックワイヤに対して高親和性または低親和性をもつ新規化学種を生成するか、またはナノスコピックワイヤの周囲に検体を富化することができる。この反応物質は、検体が結合する結合パートナーを含むことができる。結合パートナーを含むときの反応物質は、その検体の特異的結合パートナーを含むことができる。たとえば、反応物質は、核酸、抗体、糖、炭水化物またはタンパク質であってもよい。他の態様において、この反応物質は、ポリマー、触媒または量子ドットであってもよい。触媒を包含する反応物質は、検体を含む反応に触媒作用をもたらし、たとえば、ナノスコピックワイヤに電気的に結合した生成物の補助的な結合パートナーに結合することによって、ナノスコピックワイヤに検出可能な変化をもたらす生成物を与える。もう一つの例の反応物質は、検体と反応する反応体であり、ナノスコピックワイヤに検出可能な変化をもたらし得る生成物を与える。この反応物質は、ナノスコピックワイヤの少なくとも一部の上またはそれを取り囲むシェルまたはコーティングの少なくとも一部を画定してもよい。一例として、シェルは、たとえば気体または液体サンプル中で分子を識別するポリマーを含み、ポリマーの伝導率に変化をもたらし、そしてナノスコピックワイヤに検出可能な変化をもたらすことができる。場合により、この反応物質は、たとえばそれに固定された結合パートナーをもつナノ粒子などの、ナノ粒子を含んでもよい。
【００６３】
「量子ドット(quantum  dot)」なる用語は、当業界で通常の意味をもち、一般に光を吸収し、異なる色の光を再放出する半導体または金属ナノ粒子(たとえば、セレン化カドミ
ウムナノ粒子)を指す。放出光の波長は、量子ドットのサイズに依存する。たとえば、２nmの量子ドットは緑色光を放出することができ、５nmの量子ドットは赤色光を放出するこ
とができる。
【００６４】
もう一つの種または物品の表面に対する種に関して本明細書中で使用する「〜に付着させる」なる用語は、その種が、共有結合、特異的な生物学的結合(たとえばビオチン/ストレプトアビジン)、キレート/金属結合などの配位結合を介する結合を介して化学的または生化学的に結合していることを意味する。たとえば、この状況における「付着した」とは、複数の化学結合、複数の化学/生物的結合が挙げられる。
【００６５】
「結合パートナー(binding  partner)」なる用語は、もう一つの物質(構成要素)たとえば、検体またはその個々の「結合パートナー」と結合を受けられるタンパク質、抗原、抗体、小さな分子などの化学的または生物学的種を指す。この用語は、当業者に公知の如く、特異的、半-特異的及び非-特異的結合パートナーを含む。一例として、タンパク質Ａは通常、「非-特異的」または「半-特異的」バインダーとみなされる。結合パートナー(た
とえばタンパク質、核酸、抗体など)を参照する際に、「特異的に結合する」なる用語は
、異種分子(たとえば、タンパク質及び他の生物製剤を含む)の混合物中に結合対の一つ以上の構成員の存在及び／または同定の決定要因である反応を指してもよい。従って、たとえばレセプター/リガンド結合対の場合には、リガンドは分子の複雑な混合物からそのレ
セプターを特異的に及び／または優先的に選択し、また逆の場合も同様である。他の例としては、その基質に特異的に結合する酵素、その補体に特異的に結合する核酸、またはその抗原に特異的に結合する抗体が挙げられる。他の例としては、その補体に特異的に結合またはハイブリダイズする核酸、その抗原に特異的に結合する抗体などが挙げられる。この結合は、イオン相互作用、共有結合作用、疎水的相互作用、ファンデルワールス相互作用などを含むがこれらに限定されない種々のメカニズムの一つ以上であってもよい。
【００６６】
「流体」なる用語は、一般に、その容器の外形に流れ、且つ適合する傾向をもつ物質を指す。通常、流体は静的剪断応力に耐えられない物質である。剪断応力を流体に適用すると、流体は継続する永久歪を経験する。典型的な流体としては、液体及び気体が挙げられるが、自由に流通する固体粒子、粘弾性流体なども挙げられる。
【００６７】
「サンプル」なる用語は、生物学的供給源(「生物学的サンプル」）、または他の同様
の、生物学的若しくは非-生物学的媒体から誘導し得るかまたは生じ、及び体液、環境物
質、水などの本発明に従って評価し得る任意の細胞、組織、または流体であってもよい。サンプルとしては、生命体(たとえば、ヒト、非-ヒト哺乳類、無脊椎動物、植物、菌類、藻類、バクテリア、ウイルスなど）から選ばれた生物学的サンプル；ヒトが摂取するように設計された食品から選択されたサンプル；牧畜飼料、ミルクなどの動物が摂取するように設計された食品を含むサンプル；臓器提供サンプル；輸血用血液となる血液サンプル；給水由来のサンプルなどが挙げられるが、これらに限定されない。サンプルの一例としては、特異的な核酸配列の存在の有無を検出するためにヒトまたは動物から選択したサンプルがある。
【００６８】
特定の成分を「含有すると思われるサンプル」なる用語は、その成分量が未知であるサンプルを意味する。たとえば、神経変性病または非-神経変性病などの病気に罹患してい
ると思われるが、罹患していることが未知であるヒト由来の流体サンプルは、神経変性病を含むと思われるサンプルを定義する。この状況において「サンプル」は、ヒトまたは他の動物由来の生理学的サンプル、食品、牧畜飼料などの由来のサンプルなどの天然サンプルが挙げられる。ヒトまたは他の動物から採取される典型的なサンプルとしては、組織生検、細胞、全血、血清または他の血液画分、尿、眼球流体(ocular  fluid)、唾液、脳脊
髄液、扁桃、リンパ節、針生検由来の流体または他のサンプルが挙げられる。
【００６９】
「ポリペプチド」、「ペプチド」及び「タンパク質」なる用語は、本明細書中で互換的に使用でき、アミノ酸残基のポリマーを指す。この用語は、一般に、一つ以上のアミノ酸残基が天然または人造アミノ酸であるアミノ酸ポリマーに適用する。この用語は、アミノ酸と結合してポリペプチドを形成する伝統的なペプチド結合、例えばエステル結合の変異体も含む。
【００７０】
本明細書中の「核酸」、「オリゴヌクレオチド」及びその文法上の等価物なる用語は、一緒に共有結合的に結合した少なくとも２個のヌクレオチドを指す。本発明の核酸は、一
本鎖または二本鎖であるのが好ましく、通常、ホスホジエステル結合を含むが、場合により以下に概説の如く、たとえば、ホスホルアミド[Beaucageら(1993年)、Tetrahedron  49巻(10)：1925頁及びその中の参考文献；Letsinger(1970年)J.Org.Chem.35巻：3800頁；Spinzlら(1977年)Eur.J.Biochem.81巻：579頁；Letsingerら(1986年)Nucl.Acids  Res.14巻：3487頁；Sawaiら(1984年）Chem.Lett.805頁、Letsingerら(1988年)J.Am.Chem.Soc.110
巻：4470頁；及びPauwelsら(1986年)Chemica  Scripta26巻：1419頁]、ホスホロチオエート(phosophorothioate)[Magら(1991年)Nucleic  Acids  Res.19巻：1437頁及び米国特許
第5,644,048号]、ホスホロジチオエート(phosophorodithioate)[Briuら(1989年)J.Am.Chem.Soc.111巻：2321頁]、O-メチルホスホロアミジテ結合[Eckstein、Oligonucleotides  and  Analogues：A  Practical  Approach，Oxford  University  Press参照]並びにペプ
チド核酸骨格及び結合[Egholm(1992年)J.Am.Chem.Soc.114巻：1895頁；Meierら(1992年)Chem.Int.Ed.Engl.31巻：1008頁；Nielsen(1993年)Nature，365：566頁；Carlssonら(1996年)Nature  380：207参照]を含む別の骨格をもってもよい核酸類似体も含まれる。他の類似の核酸としては、正の骨格(positive  backbone)[Denpcyら(1995年)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、92巻：6097頁]；非-イオン性骨格[米国特許第5,386,023号、同第5,637,684号、同第5,602,240号、同第5,216,141号及び同第4,469,863号；Angew(1991年)Chem.Intl.Ed.English、30巻：423頁；Letsingerら(1988年)J.Am.Chem.Soc.110巻：4470頁；Letsingerら(1994年)Nucleoside＆Nucleotide、13巻：1597頁；第２及び３章、ASC  Symposium  Series
580”Carbohydrate  Modifications  in  Antisense  Research”，Ed.Y.S.Sanghui及
びP.Dan  Cook；Mesmaekerら(1994年)Bioorganic＆Medicinal  Chem.Lett.４巻：395頁；Jeffsら(1994年)J.Biomolecular  NMR、34巻：17頁；Tetrahedron  Lett.37巻：743頁(1996年)]及び、米国特許第5,235,033号及び同第5,034,506号、並びに第６及び７章、ASC  Symposium  Series  580、Carbohydrate  Modifications  in  Antisense  Research,Ed.Y.S.Sanghui及びP.Dan  Cookに記載のものを含む非-リボース骨格をもつものが挙げられる。一つ以上の炭素環式糖を含む核酸も、核酸の定義に含まれる[Jenkinsら(1995年)、Chem.Soc.Rev.169-176頁参照]。Rawls、C&E  News  1997年６月２日号35頁には数種の核酸類
似体が記載されている。これらのリボース-ホスフェート骨格の変性を実施して、たとえ
ば標識などの追加の部分を加え易いようにしたり、または生理学的環境でそのような分子の安定性及び半減期を高めることができる。同様に、「ポリヌクレオチド」または「オリゴヌクレオチド」は一般に、ヌクレオチドのポリマーを指し、これは天然のヌクレオシド(たとえばアデノシン、チミジン、グアノシン、シチジン、ウリジン、デオキシアデノシ
ン、デオキシチミジン、デオキシグアノシン、及びデオキシシチジン)、ヌクレオシド類
似体(たとえば、2-アミノアデノシン、2-チオチミジン、イノシン、ピロロピリミジン、3-メチルアデノシン、C5-ブロモウリジン、C5-フルオロウリジン、C5-ヨードウリジン、C5-プロピルウリジン、C5-プロピニルシチジン、C5-メチルシチジン、7-デアザアデノシン
、7-デアザグアノシン、8-オキソアデノシン、8-オキソグアノシン、O6-メチルグアノシ
ン若しくは2-チオシチジン)、化学的または生物学的に変性した塩基(たとえば、メチル化塩基)、介在塩基(intercalated  base)、変性糖(2'-フルオロリボース、アラビノース若
しくはヘキソース)、または変性ホスフェート基(たとえば、ホスホロチオエート、若しくは5'-N-ホスホロアミジテ結合)が挙げられる。
【００７１】
本明細書中で使用するように「抗体」なる用語は、免疫グロブリン遺伝子のフラグメントまたは免疫グロブリン遺伝子により実質的にコードされた一つ以上のポリペプチドからなるタンパク質または糖蛋白質を指す。認識された免疫グロブリン遺伝子としては、たとえばカッパ、ラムダ、アルファ、ガンマ、デルタ、イプシロン及びミュー定常領域遺伝子、並びに他の免疫グロブリン可変領域遺伝子が挙げられる。L鎖(Light  chain)は、カッ
パまたはラムダとして分類することができる。H鎖(Heavy  chain)は、ガンマ、ミュー、
アルファ、デルタまたはイプシロンとして分類することができ、これはたとえば、それぞれIgG、IgM、IgA、IgD及びIgEの免疫グロブリンクラスを定義することができる。典型的
な免疫グロブリン(抗体)構造単位は四量体である。各四量体は、ポリペプチド鎖の二つの
同一または同様の対から構成され、それぞれの対は一つの「軽い」(約25kD)鎖と一つの「重い」(約50〜70kD)鎖をもつ。それぞれの鎖のN-末端は、主に抗体認識を担う約100〜110個以上のアミノ酸の可変領域を画定することができる。可変のL鎖(VL)及び可変のH鎖(VH)なる用語は、それぞれこれらL鎖とH鎖とを指し、当業者に公知である。
【００７２】
抗体は完全な免疫グロブリンとして、または種々のペプチダーゼによる消化によって産生した若干の十分に特徴付けられたフラグメントとして存在することができる。従って、当業者により理解される一例として、ペプシンはヒンジ領域のジスルフィド結合より下流で(則ち、Fcドメインに向かって)抗体を消化して、F(ab)'2、Fabの二量体を産生し、これはそれ自身ジスルフィド結合によりVH-CHに結合したL鎖である。このF(ab)'2は、温和な
条件下で還元され、ヒンジ領域でジスルフィド結合が破壊して、F(ab)'2二量体をFab'モ
ノマーに転化する。このFab'モノマーはヒンジ領域の一部と一緒にFabとなることができ
る。[Paul(1993年)、Fundamental  Immunology、Raven  Press、N.Y.，他の抗体フラグメントに関する詳細な記載に関する]。種々の抗体フラグメントが完全な抗体(intact  antibody)の消化の観点から定義することができるが、当業者はそのようなフラグメントは、
組換えDNA法を利用することにより、「ファージディスプレイ」法(たとえば、Vaughanら
、1996年、Nature  Biotechnology、14(3)巻、309-314頁及びPCT/US96/10287号)により化学的に、または他の同様の方法により新規に合成することができることを理解するだろう。抗体としては、可変H鎖及び可変L鎖が一緒に(直接またはペプチド結合を経て)結合して連続性ポリペプチドを形成する、単一鎖抗体、たとえば単一鎖Fv(scFv)抗体も挙げられる。
【００７３】
本明細書中、「複数の」なる用語は、２個以上を意味する。
本明細書中、一「組」の物体（item）なる用語は、かかる物体の一つ以上を含み得る。
本明細書中、「含む」、「包含する」、「保持する」、「もつ」、「含有する」、「含む」などの用語は、制限がないものとして、則ち、含むけれどもそれに限定されないと理解すべきである。
【００７４】
本発明は、多くの態様において、ナノスコピックワイヤを含み、そのそれぞれは、ナノロッド、ナノワイヤ、有機及び無機の伝導性及び半伝導性ポリマー、ナノチューブ、半導体部品または路(pathway)を含む任意のナノスコピックワイヤであってもよい。ある場合
に使用し得る他のナノスケールの伝導性または半伝導性元素としては、たとえば、以下に記載の第IV族、第III族/第V族、第II族/第VI族の元素、遷移金属元素などの無機構造体が挙げられる。たとえば、ナノスケールワイヤは、シリコン、インジウム、リン化物、窒化ガリウムなどの半伝導性物質で製造することができる。ナノスケールワイヤは、分極可能なまたは複数の電荷状態をとる任意の有機、無機分子も包含し得る。たとえばナノスコピックスケール構造体は、主族及び金属原子ベースのワイヤ様シリコン、遷移金属含有ワイヤ、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、ゲルマニウムまたはセレン化カドミウム構造体を包含し得る。
【００７５】
ナノスケールワイヤは、半導体及びドーパントを含む、材料の種々の組合せを含むことができる。以下は、ドーパントとして使用し得る材料の非包括的な例である。たとえば、ドーパントは、シリコン、ゲルマニウム、スズ、セレン、テルル、ホウ素、ダイアモンドまたはリンなどの単体半導体であってもよい。ドーパントは、種々の単体半導体の固溶体であってもよい。たとえば、ホウ素と炭素の混合物、ホウ素とP(BP6)との混合物、ホウ素とシリコン(ケイ素)との混合物、シリコンと炭素との混合物、シリコンとゲルマニウムとの混合物、シリコンとスズとの混合物、またはゲルマニウムとスズとの混合物が挙げられる。
【００７６】
態様によっては、ドーパントまたは半導体は、第IV族元素の混合物、たとえばシリコン
と炭素との混合物またはシリコンとゲルマニウムとの混合物を含むことができる。他の態様では、ドーパントまたは半導体としては、第III族と第V族の元素との混合物、たとえば、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、また
はInSbが挙げられる。これらの混合物、たとえばBN/BP/BAsまたはBN/AlPの混合物も使用
し得る。他の態様では、ドーパントは、第III族と第Ｖ族の元素の合金も含むことができ
る。たとえば、合金としては、AlGaN、GaPAs、InPAs、GaInN、AlGaInN、GaInAsPなどの混合物が挙げられる。他の態様では、ドーパントは、第II族と第VI族の半導体の混合物も含むことができる。たとえば半導体としては、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSeなどが挙げられる。これらのドーパントの合金または混合物も可能であり、たとえば(ZnCd)SeまたはZn(SSe)などがある。さらに、
半導体の異なる族の合金も可能であり、第II族-第VI族と第III族-第V族の半導体の組合せ、たとえば(GaAs)x(ZnS)1-xも可能である。ドーパントの他の例としては、第IV族と第VI
族の元素の組合せ、たとえばGeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSeまたはPbTeが挙げられる。他の半導体混合物としては、第I族と第VII族との組合せ、たとえばCuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgIなどが挙げられる。他のドーパント化合物としては、これらの元素の種々の混合物、たとえば、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al、Ga、In)2(S、Se、Te)3、Al2CO、(Cu、Ag)(Al、Ga、In、Tl、Fe)(S、Se、Te)2などが挙げられる。
【００７７】
第IV族のドーパント物質に関しては、p-型ドーパントは、第III族から選択することが
でき、n-型ドーパントは、たとえば第Ｖ族から選択することができる。シリコン半導体材料に関しては、p-型ドーパントはB、Al及びInからなる群から選択することができ、n-型
ドーパントは、P、As及びSbからなる群から選択することができる。第III族−第V族半導
体材料に関しては、p-型ドーパントはMg、Zn、Cd及びHgを含む第II族から、またはC及びSiを含む第IV族から選択することができる。n-型ドーパントは、Si、Ge、Sn、Ｓ、Se及びTeからなる群から選択することができる。本発明はこれらのドーパントに限定されるもの
でなく、他の元素、合金または物質も同様に含み得ることは理解されるだろう。
【００７８】
ナノスケールワイヤの制御ドーピングを実施して、n-型またはp-型半導体を形成することができる。一組の半導体は、n-型またはp-型半導体が望まれているかによって選択したドーパント(たとえばホウ素、アルミニウム、リン、ヒ素など)で制御可能にドープした少なくとも一つの半導体の使用を含む。バルクドープ半導体としては、他の半導体及びドーパントを含む物質の種々の組合せを含むことができる。たとえば、ナノスコピックワイヤは、所望により適切なドーパントでドープして、n-型またはp-型半導体を形成することができる半導体であっても良い。一例として、シリコンをホウ素、アルミニウム、リンまたはヒ素と一緒にドープすることができる。種々の態様において、本発明は、リン化物、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、セレン化カドミウムの中から選択した半導体の制御ドーピングを含む。これらに限定されないが、亜鉛、カドミウムまたはマグネシウムなどのドーパントを使用して、この組の態様におけるp-型半導体を形成することができ、これらに限定されないが、テルル、硫黄、セレンまたはゲルマニウムなどのドーパントを使用してこれらの物質からn-型半導体を形成することができる。これらの物質は、直接バンドギャップ半導体材料を規定し、これら及びドープシリコンは当業者に公知である。本発明は、種々の用途に関して任意のドープシリコンまたは直接バンドギャップ半導体材料の利用を意図する。
【００７９】
本発明で使用し得るナノチューブとしては、分子エレクトロニクスに特に好適である特徴的な電子及び化学的特性を示す単層ナノチューブ(SWNT)がある。構造的に、SWNTはたとえば約0.5nm〜約５nmのオーダーでありうる直径と、約10μm、約20μmまたは場合により
それ以上に超えることがある長さとをもつシームレスチューブに巻いた一枚のグラフェンシートで形成することができる。直径及びヘリシティに依存して、SWNTは、一次元の金属
または半導体物質として挙動することができ、金属と半伝導性領域との混合物として形成することもできる。SWNTなどのナノチューブの製造法及びキャラクタリゼーションは公知である。ナノチューブの末端及び／または側面の選択的機能化法も公知であり、本発明は、分子エレクトロニクスで使用するためのこれらの能力を利用する。ナノチューブのこの基本構造及び電子的特性を利用して、接続または入口/出口シグナルを作り出すことがで
き、ナノチューブは分子またはナノスコピックスケールの構造と合ったサイズをもつ。
【００８０】
本発明は、一側面において、ナノスケールワイヤ、たとえば、500nm未満の最小幅をも
ち、異なる組成をもつ二つ以上の領域をもつナノスケールワイヤを意図する。この領域は、コア/シェル配置のように放射状に、または互いに縦方向に配置することができる。こ
れらの配置の組合せも可能である。それぞれの領域は、その領域の少なくとも一つがナノスコピック的サイズである限り、任意の形状または寸法であってもよい。たとえば、この領域は、１μm未満、100nm未満、10nm未満または１nm未満の最小寸法をもつことができる。場合により、一つ以上の領域は、一枚の単原子層(デルタ-ドーピング)を含むことがで
きる。特定の場合には、この領域は一枚の単分子層の厚さよりも薄くてもよい(たとえば
、単分子層内に幾つかの原子が存在しないならば)。
【００８１】
本明細書中で使用するように、組成が異なる領域は、異なる材料若しくは元素を含むことができ、または同一材料若しくは元素を、異なる割合若しくは濃度で含んでもよい。それぞれの領域はワイヤの中で任意のサイズまたは形状をとることができ、たとえばこの領域は、ナノスケールワイヤの縦軸に沿って隣接して配置することができる。この接合としては、たとえばp/n接合、p/p接合、n/n接合、p/i接合(ここでiは、真性半導体を指す)、n/i接合、i/i接合などが挙げられる。接合はショットキー接合であってもよい。この接合
は、半導体/半導体接合、半導体/金属接合、半導体/不導体接合、金属/金属接合、金属/
不導体接合、不導体/不導体接合などであってもよい。この接合は、二種類の材料、ドー
プ半導体とドープ若しくは非ドープ半導体の接合、または種々のドーパント濃度をもつ領域の間の接合であってもよい。この接合は、欠陥領域と完全な単結晶、アモルファス領域と結晶、結晶ともう一つの結晶、アモルファス領域ともう一つのアモルファス領域、欠陥領域ともう一つの欠陥領域、アモルファス領域と欠陥領域などであってもよい。
【００８２】
２を超える領域が存在してもよく、これらの領域は固有の組成であってもよく、または同一組成を含んでいてもよい。一例として、ワイヤは第一の組成をもつ第一の領域と、第二の組成をもつ第二の領域と、第三の組成または前記第一の組成と同一組成をもつ第三の領域とを含んでもよい。非限定的な具体例としては、２〜２１層を含むヒ化ガリウム/リ
ン化ガリウムの組成的に変調した超格子または、n-シリコン/p-シリコン及びn-リン化イ
ンジウム/p-リン化インジウム変調ドープナノスケールワイヤが挙げられる。
【００８３】
ナノスケールワイヤの領域は、交差汚染がごく僅かで互いにはっきりしていてもよいし、またはナノスケールワイヤの組成は一つの領域から次の領域へ徐々に変動してもよい。この領域は、両方をナノスケールワイヤ上に、互いに縦方向に配置しても、また放射状に配置(たとえばコア/シェル配置)してもよい。一例として、ナノスケールワイヤは、それ
ぞれの領域が約500nmのセグメント長をもつ縦方向に配置した半導体物質が交互になった
複数の領域をもつことができる。別の例では、ナノスケールワイヤは、他の領域の組成と異なる組成をもつ第三またはそれ以上の領域によって周囲を囲まれた、縦方向に配置された異なる組成をもつ二つの領域をもつことができる。具体例として、この領域はナノスケールワイヤ内の重層構造中に配置されてもよく、一つ以上の領域はデルタ-ドープまたは
部分的にデルタ-ドープされていてもよい。
【００８４】
幾つかの態様において、二つの異なる領域の間の接合は、「原子的に急峻である(atmonically-abrupt)」ことができ、ここで組成が異なる二つの隣接領域の間に原子スケールで
急激な遷移(sharp  transition)がある。しかしながら、他の態様において、二つの異な
る領域の間の接合は、もっと緩やかであってもよい。たとえば、この隣接領域の間の「重複領域」は、数ナノメートルの幅、たとえば約10nm未満、約20nm未満、約40nm未満、約50nm未満、約100nm未満、または約500nm未満であってもよい。特定の態様では、ある組成をもつ第一の領域と、前記第一の領域とは異なる組成(則ち、異なる濃度または異なる種)をもつ第二の領域との間の重複領域は、その重複領域の組成が、約10容積%〜約90容積%の前記第一の領域のドーパントと、相補的な量の前記第二の領域のドーパントとを変動する間の距離として定義することができる。本発明の特定の態様においては、異なる組成をもつ二つの領域の間に二つ以上の接合をもつナノスケールワイヤも意図する。たとえばナノスケールワイヤは、２、３、４以上の重複領域をもつことができる。周期数とその繰り返し間隔は、成長の間に一定でも変化してもよい。
【００８５】
態様によっては、二つの隣接領域の間の組成が緩やかに変化することは、歪みを軽減し、欠陥のない接合及び超格子を可能にできる。しかし、他の態様において、たとえば特定の光及び電子用途においては、原子的に急峻な界面が望ましいことがある。この二つの隣接領域の間の界面の性質は、たとえば反応体を合成の間に差し替えるときに、成長温度を変えることにより、または種々のナノクラスター触媒を使用することにより、任意の好適な方法により制御することができる。原子的に急峻な領域をもつナノスケールワイヤは、たとえば、ナノスケールワイヤの直径を小さくすることにより、たとえば出発ナノクラスターサイズを小さくすることにより、または成長するワイヤのドーパントガスへの露出を制御することにより、たとえば種々のガス露出または反応条件の間にワイヤを取り囲む領域を選択的にパージまたは減圧することによって、作製することができる。これらの態様の全ては、一つまたは複数のシェルを提供することができる。これらのシェルは、互いに同一または異なる組成であってもよく、シェルはどれでもコアのセグメントと同一組成または異なる組成であってもよく、コアの部分に提供されたドーパントと同一または異なる組成を含んでいてもよい。
【００８６】
本発明のあるデバイスは、たとえばp-型及びn-型半導体領域などの、ナノスケールワイヤに異なる組成をもつ隣接領域を特別に使用する。p/n接合は、ナノスケールワイヤ内に
互いに隣接して配置された少なくとも一つのn-型半導体と少なくとも一つのp-型半導体によって画定され、ここでそれぞれの領域の少なくとも一部分は、もう一方の領域の少なくとも一部分と接触し、半導体はそれぞれもう一方の成分と接触しない部分を含む。
【００８７】
種々の態様において、本発明は、ナノスケールワイヤでの半導体のドーピングを制御し変更することも含む。特定の態様において、ナノスケールワイヤは、ナノスケールワイヤを直接且つ制御成長ができる方法を使用して製造することができる。ドープナノスケールワイヤの直接成長(direct  growth)によって、ナノスケールワイヤの製造の間にリソグラフィー工程を利用する必要性を省略することができるので、複雑な機能性構造体の「ボトムアップ」アセンブリがし易くなる。
【００８８】
図７１に説明するように、本発明で意図する単一ナノスケールワイヤデバイスの製造パラダイムとしては、合成の間にナノスケールワイヤ接合を直接製造すること、またはポスト合成法(post-synthesis  technique)(たとえば、接触に由来するドーパントをアニール化、または溶液プロセッシングする方法)によりナノスケールワイヤをドーピングするこ
とが挙げられるが、これらに限定されない。このドーパントは、ナノスケールワイヤの成長の間に、任意の点で変更することができる。
【００８９】
一組の態様において、ナノスコピックワイヤの領域(たとえばナノスコピックワイヤの
シェル)は、一つの端部が、内部コア領域などのもう一つの領域の表面と反応することが
できるアルコキシシラン基[たとえば、-Si(OCH3)]をもつ分子を含むことができ、そのも
う一つの端部は、-CH3、-COOH、-NH2、-SH、-OH、ヒドラジドまたはアルデヒド基を含む
ことができる。もう一つの態様において、この端部は、アリールアジド、フッ素化アリールアジド、ベンゾフェノンなどの光活性化可能部分を含むことができる。外部基板及び電極も特定の官能基で変性させて、ナノスコピックワイヤと表面との相互作用をベースとして、ナノスコピックワイヤを基板/電極表面に特異的に結合させるか、または結合させな
いようにすることができる。
【００９０】
表面-官能基化ナノスコピックワイヤ(たとえば、機能性部位を含むシェルをもつワイヤ)を、たとえばホモ二官能性NHSエステル類、ホモ二官能性イミドエステル類、ホモ二官能性スルフヒドリル-反応性リンカー、ジフルオロベンゼン誘導体、ホモ二官能性光活性リ
ンカー、ホモ二官能性アルデヒド、ビスエポキシド、ホモ二官能性ヒドラジド類を含むホモ二官能性(homobifunctional)架橋剤；ヘテロ二官能性架橋剤；または三官能性架橋剤などの、官能性架橋剤で基板表面に結合させることができる。もう一つの態様において、領域はアモルファスオキサイドを含むことができ、これによって他の分子を領域の表面に付着させることができる。これによって、特定の場合に付着または変性が容易になる。
【００９１】
この機能性部位としては、単純な官能基、これらに限定されないが、たとえば-OH、-CHO、-COOH、-SO3H、-CN、-NH2、-SH、-COSH、COOR、またはハライド；生体高分子成分(biomolecular  entity)、これらに限定されないが、アミノ酸、タンパク質、糖、DNA、抗体
、抗原及び酵素；ナノスケールワイヤコアの直径よりも短い鎖長をもつグラフト化ポリマー鎖、これらに限定されないが、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ポリアクリル酸；ナノスケールワイヤコアの表面を覆う薄いコーティング(たとえばシェル)、これらに限定されないが以下の物質群：金属、半導体及び、金属元素であっても良い不導体、酸化物、スルフィド、窒化物、セレン化物、ポリマー及びポリマーゲルも挙げられる。もう一つの態様において、本発明は、検体がナノスケールワイヤの特性における変化を測定することによって決定することができるように、ナノスケールワイヤに関連して配置した、検体が相互作用を起こす反応物質とナノスケールワイヤとを提供する。
【００９２】
電子及び正孔が組み合わさって発光する発光源も同様に、本発明に従って提供される。本発明の発光源の一態様としては、少なくとも一つのp/n接合、特に、単一の自立型ナノ
スケールワイヤ内のp/n接合が挙げられる。順バイアス（たとえば正の電荷がp-型領域に
加えられ、負の電荷がn-型領域に加えられる)のとき、電子はn-型領域の接合に流れ、正
孔はp-型領域の接合に流れる。p/n接合において、正孔と電子は、結合して発光すること
ができる。他の方法を使用して、以下により詳細に記載するように、一つ以上のナノスケールワイヤまたは他の半導体を発光させることができる。
【００９３】
本発明のサイズスケール(ナノスケール)において、発光波長は、p/n接合のサイズ、た
とえばp-型領域とn-型領域との間の重複領域、ナノスケールワイヤの直径を制御することにより、または交差ワイヤを含む配置をもつ態様で少なくとも一つ、好ましくは両方の成分のサイズを制御することによって、制御することができる。ナノワイヤを使用する場合、最小寸法の大きなナノワイヤは、低い周波数で発光する。たとえば、ドープされたリン化インジウムワイヤの場合、通常の製造プロセスでのサイズスケールでは、物質はドーパントに依存して920nmで発光することができる。本発明のサイズスケールでは、発光波長
は、920nmより短い波長、たとえば920〜580nmで発光を制御することができる。ワイヤサ
イズに依存して、900、850、800、750、700nmなどのこの範囲内で波長を選択することが
できる。
【００９４】
従って、本発明の一つの側面では、本明細書中で量子閉じ込めと呼ばれるように、そのバルク状態においてドープ半導体により放出されるよりも高い周波数で電磁放射するドープ半導体発光源を含む。この点において「バルク状態(bulk  state)」とは、一般に、500
nm以上の最小寸法をもつ要素の一部、または要素として存在する状態を指す。「バルク状態」は、材料の発光の固有波長または周波数をもたらす状態として、則ち、材料のマス(mass)における成長によって、電磁放射の放射周波数に変化がもはや起きない状態としても定義することができる。本発明は、本質的に任意の半導体材料またはドープ半導体材料の発光周波数でのそのような制御も提供する。
【００９５】
特定の態様において、本ナノスケールワイヤは、たとえばリン化インジウムを含むナノスケールワイヤにおいて、フォトルミネセンスであることができる。これらの態様において、量子閉じ込めにより、ナノスケールワイヤ直径が小さくなるほど発光最大(emission
maxima)は体系的にブルーシフトする。この励起は、量子効果により、低い実験温度に
非局在化されたままとすることができる。本発明のナノスコピックワイヤは、ナノスコピックワイヤの光学的及び電子的特性が、量子閉じ込め効果により強くサイズに依存するようなサイズをもつ。
【００９６】
ナノスケールワイヤのフォトルミネセンスは、ナノスコピックワイヤの全長にわたって均一な発光強度を示すことができる。さらに、ナノスコピックワイヤ軸に沿った種々の位置でのルミネセンススペクトルは、殆ど同一の線形(line  shape)または発光エネルギー
をもつことができる。ナノスコピックワイヤのフォトルミネセンスの均一性は、ナノスコピックワイヤの構造規則性による。この均一性により、それぞれ同一直径及び組成をもつが、長さが異なる複数のナノスコピックワイヤは全て、殆ど同一ルミネセンス最大(luminecence  maxima)及び線形を示すことができる。この線幅は、ハイゼンベルグの不確定性
原理由来の非局在化により広くなってもよい。さらに、量子閉じ込めに関して予想されたように、ナノスコピックワイヤの直径が小さくなるに連れて、フォトルミネセンススペクトルは、体系的に高エネルギー側へのシフトを示す。
【００９７】
このナノスケールワイヤは、態様によっては偏光異方性(polarization  anisotropy)も示すことがある。この偏光異方性は、異なる組成をもつ二つ以上の領域をもつナノスケールワイヤに固有の大きな誘電定数から生じることがある。対照的に、量子閉じ込めによる価電子帯の混合によって、単一領域ナノスケールワイヤには小さな偏光比(polarization
ratio)(則ち、約0.60未満)が生じる。従って、本発明のナノスケールワイヤを使用して、偏光-感受性ナノスケール光検出器を構築することができ、これは、集積光回路、近接
場画像化、または他の高解像度若しくは高速検出器で使用することができる。
【００９８】
ナノスケールワイヤの励起及び発光スペクトルは、偏光角度が回転するに連れて本質的に「オン」及び「オフ」する、ワイヤ軸に平行な強い線形化偏光(linearized  polarization)を示すことがある。平行対垂直発光の比は、態様によっては大きくなる場合がある。定量的には、ワイヤ軸に対して平行強度I||及び垂直強度I⊥の測定した励起及び発光分極比：
【００９９】
【数１】
2008300848.tif 000003
【０１００】
は0.91±0.07であり、ナノスコピックワイヤによっては、本発明の特定のリン化インジウムワイヤの場合に理論最大分極0.96を示す。
個々のナノスケールワイヤのコンダクタンス(G)は、場合により励起エネルギー密度が
高くなるにつれて、約２〜３オーダー増加することがある。態様によっては、個々のナノスケールワイヤが検出エレメントとして機能する偏光感受性光ディテクタを構築することができる。これらの光ディテクタは、殆ど瞬時の応答時間(則ち、約１秒未満、好ましく
は約1ms未満、より好ましくは約１μs未満、さらに好ましくは約１ns未満、より好ましく
は約１ps未満、さらに好ましくは約１fs未満)で再現可能な光伝導性をもつ。好ましくは
、この光伝導性は、偏光異方性も示す場合があり、平行励起は、垂直励起よりも１オーダー大きい。定量的には、光伝導性異方性比(photoconductivity  anisotropy  ratio)：
【０１０１】
【数２】
2008300848.tif 000004
【０１０２】
｛ここで、G||は、平行励起の場合のコンダクタンスであり、G⊥は、垂直励起の場合のコンダクタンスである｝は0.91±0.07であり、ナノ検出器によっては、特定のリン化インジウムの場合に理論最大偏光値0.96を示す。本発明のアクティブデバイス・ナノスケールワイヤ・エレメントも、光の多重波長に対して感受性であってもよい。
【０１０３】
本発明は、半導体ナノスケールワイヤをベースとする情報記録デバイスも提供する。特定の態様において、切り替えメモり(switching  memory)は、ナノスケールワイヤの表面
が、たとえば分子、官能基、またはナノ結晶によって適切に変性されるとき、これらの半導体ナノスケールワイヤのコンダクタンスが、ゲートまたはバイアス電圧パルスにおいて有意に変化できる観測結果に基づいて達成することができる。このナノスケールワイヤの他の特性を使用して、たとえばこれらに限定されないが、ナノスケールワイヤの酸化還元状態、機械的変化、磁気的変化、近接場源からの誘導など、メモリを記録することもできる。
【０１０４】
具体的には、コンダクタンスでの変化に関しては、正または負のゲートまたはバイアス電圧パルスによって、分子またはナノ結晶の電荷状態に変化が生じ、デバイスが高い抵抗状態と低い抵抗状態との間に完全可逆遷移を作れるように誘導することができる。電圧源を切った後でさえも、この異なる状態は、設定された状態に持続することができる。この特徴(電圧パルスをかけた時の電気的特性の変化)によって、可逆状態がナノスケールワイヤのコンダクタンスによって表される電気的に消去可能で且つ書き換え可能なメモリ切り替えデバイスが作製可能になる。さらに、このメモリ切り替えデバイスは、ナノスケール材料ビルディングブロックから具体的にアセンブリーすることができ、リソグラフィーによる平面的な材料に作ることはできない。
【０１０５】
図３４は、単一半導体ナノスケールワイヤを含むメモリセルの略図である。メモリデバイス４１０は、シリコンオキサイド(silicon  oxide)４１６とゲート誘電体を含むシリコン基板４１４上に単一のn-InPナノスケールワイヤ４１２を含むことができる。二つの金
属電極４１８をナノスケールワイヤの二つの端部に配置して、ナノスケールワイヤを電気的にアドレスする。このシリコン基板はゲート電極としても作用することができる。ナノスケールワイヤのコンダクタンス対ゲート電圧を測定すると、１ボルトの一定バイアスでゲート電圧に関してソースドレイン電流に小さなヒステリシスが現れる(図３５ａ）。こ
のヒステリシスは、特定の有機分子、たとえば、コバルト(II)フタロシアニン、コバルト(II)2,3-ナフタロシアニン及びコバルト(II)1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-ヘキサデカフルオロ-29H,31H-フタロシアニンなどをナノスケールワイヤ上に添加する
と、非常に促進される(図３５ｂ）。何れの特定の理論やメカニズムに拘束されるもので
はないが、正のゲート電圧は吸収された分子を帯電させ、それでナノスケールワイヤのコンダクタンスが変動し、負のゲート電圧が吸収された分子を放電させるものと考えられる。この大きなヒステリシスによって、特定のメモリ切り替えデバイスを製造することができる。特に図３５ｂに関して、負または正の10Vゲートパルスで「１」または「０」の書
き込みができ、ゼロゲート電圧領域付近でナノスケールワイヤのコンダクタンスを測定することによって「１」または「０」の読み出しができる。このメモリデバイスは、特定の態様において数千回以上にわたって可逆的に書き込み及び読み出しできる。さらに、ナノ
スケールメモリデバイスは、数週間に至るまで室温、空気中で安定である。数時間のオーダーの保持時間も可能である。態様によっては、デバイスの電源を切った後でさえも、デバイスは記憶可能なことがある。このデバイスは、２〜４オーダーの大きさまでのオン−オフ比も可能である。p-Si  n-GaNナノスケールワイヤで作製した同様のデバイスも、同
様の挙動を示した。
【０１０６】
合成の間にナノスケールワイヤ接合を直接作製する一つの方法は、通常、レーザ触媒成長(laser  catalytic  growth：LCG)といわれている。この方法によって、p/n接合などのナノスケールワイヤ内に異なる組成をもつ隣接領域、及び／または特定の元素の濃度または組成が異なる隣接領域を直接形成することができる。LCGによって、種々の組成の多層
を成長させる半導体超格子の作成も可能になり、薄膜研究から公知の多量子状態(multiple  quantum  state)の一次元類似体を生みだすことができる。LCGでは、ナノスケールワ
イヤの成長の間にナノ粒子触媒を使用し、成長の間にナノスケールワイヤを種々の半導体試薬にさらに露出することができる。半導体試薬を変えて、成長用半導体材料の組成を急激にまたは穏やかに変化させて、ヘテロ構造物質を合成することができる。LCGで成長さ
せた半導体の一例を図７２に示す。ここでは単一20nmナノワイヤ内のGaP/GaAsヘテロ接合が示されている。最初にGaAsを成長させ、続いてGaPを成長させると、透過電子顕微鏡法(TEM)の元素マッピングから解るように、一つのナノワイヤの中に急峻な接合ができる。
【０１０７】
ナノスケールワイヤのポスト合成ドーピング法を図７３に説明する。この図面では、実質的に均質組成をもつナノスケールワイヤを最初に合成し、次いで以下に記載するように、種々のドーパントでポスト合成的にドープする。たとえば図７３において、一つのナノスケールワイヤにp-型とn-型ドーパントを導入することによって、p/n接合を作り出す。
次いでこのp/n接合をさらにアニールして、ナノスケールワイヤ内にドーパントをさらに
移動させて、バルクドープ・ナノスケールワイヤを製造する。
【０１０８】
一例として、このナノスケールワイヤをナノスケールワイヤの成長の間にドープすることができる。成長の間にナノスケールワイヤをドーピングすると、ドープナノスケールワイヤがバルクドープされた特性が得られる。さらに、そのようなドープナノスケールワイヤは、ドープナノスケールワイヤ内のドーパント濃度を制御でき一貫して再現することができるよう、制御可能にドープすることができ、そのようなナノスケールワイヤの商業生産が可能になる。最終的なナノスケールワイヤが、第一のドーパントを含む第一のドープ領域と、第一の領域とは異なる組成の第二のドープ領域（たとえば第二のドーパントを含むことによって、異なる濃度で第一のドーパントを含むことによって、または前記第一のドーパントを省略することによって得られる）を含むよう、ナノスケールワイヤの成長の間にドーパントを体系的に変更することができる。
【０１０９】
態様によっては、レーザ触媒成長法(LCG)を使用して、ナノスケールワイヤの気相成長
の間にドーパントを制御可能に誘導することができる。図２及び図３に示されているように、所望の材料(たとえばシリコンまたはリン化インジウム)と触媒材料(たとえば金)から構成された複合ターゲットをレーザ気化によって、熱く、密な蒸気をつくることができる。バッファガスを使用して衝突によって、この蒸気を液体ナノクラスターに凝縮することができる。液体ナノクラスターが所望の相に過飽和されて、反応体が利用可能な限り持続できると、成長が始まる。ナノスケールワイヤが熱反応領域を出るか、温度が低下すると、成長は止まる。
【０１１０】
LCGにおいて、ナノスケールワイヤ成長に必要な気相半導体反応体は、固体ターゲット
、気相分子種などのレーザアブレーションによって製造することができる。ナノスケールワイヤの中に一つの接合を作り出すために、成長の間に第一の反応体の添加を停止し、次いで残りの合成用に第二の反応体を導入することができる。成長の間に反応体を繰り返し
調節することも考えられ、これによってナノスケールワイヤ超格子を製造することができる。LCGも、種々の超格子組成の成長に好適なナノクラスター触媒が必要であり、たとえ
ば幅広い第III族〜第Ｖ族及び第IV族材料で金のナノクラスター触媒を使用することがで
きる。殆ど単分散の金属ナノクラスターを使用して、半導体ナノスケールワイヤの直径、成長時間及び長さを制御することができる。
【０１１１】
ナノスケールワイヤの製造を触媒作用できる任意の触媒を使用することができる。特定の態様では金が好ましい。広範な他の物質、たとえば銀、銅、亜鉛、カドミウム、鉄、ニッケル、コバルトなどの遷移金属も考えられる。通常、所望の半導体材料に関して合金を形成し得るが、所望の半導体物質の元素よりもより安定な化合物を形成しない任意の金属を触媒として使用することができる。
【０１１２】
バッファガスは、任意の不活性ガス、たとえばN2またはアルゴンなどの不活性ガスであってもよい。態様によっては、残存酸素ガスによる不都合な酸化を軽減させるために、H2とバッファガスとの混合物を使用することができる。
【０１１３】
所望により、ナノスケールワイヤの合成の間に使用する反応性ガス、たとえば窒素を含有する半導体、たとえば窒化ガリウムに関してはアンモニアも導入することができる。複合ターゲットに一つ以上のドーパント、たとえばInPのn-型ドーピングの間にゲルマニウ
ム合金を導入することによって、ナノスケールワイヤは柔軟にドープすることができる。ドーピング濃度は、複合ターゲットに導入されるドーピング元素の相対量をたとえば、０〜約10%または約20%に調整することによって制御することができる。
【０１１４】
レーザアブレーションによって、ナノスケールワイヤのサイズを画定し、成長方向を方向付ける液体ナノクラスターを発生させることができる。得られたナノスケールワイヤの直径は、触媒クラスターのサイズによって決定され、これは、圧力、温度、流速などの成長条件を制御することによって変動させることができる。たとえば、特定の場合において、圧力が低いと直径の小さなナノスケールワイヤができる。均一な直径の触媒クラスターを使用することによって、さらに直径を制御することができる。
【０１１５】
LCGと同じ基本原理を使用して、均一な直径のナノクラスター(どれだけナノクラスターが均一であるかに依存して10〜20%未満の偏差：variation)を触媒クラスターとして使用
すれば、均一なサイズ(直径)分布のナノスケールワイヤを製造することができ、ここでナノスケールワイヤの直径は、図４に図解されているように、触媒クラスターのサイズによって決定される。成長時間を調節することによって、種々の長さのナノスケールワイヤを成長させることができる。
【０１１６】
均一直径またはサイズ分布をもつナノスケールワイヤは、ナノスケールワイヤの直径が触媒クラスターのサイズによって決定される態様で製造することができる。たとえば、(
たとえば平均直径で約10%〜約20%未満の偏差をもつ)均一な直径のナノクラスターを出発
触媒クラスターとして使用することができる。成長時間を調整することによって、種々の長さのナノスケールワイヤを成長させることができる。
【０１１７】
触媒クラスターまたは気相反応体は、任意の好適な方法により製造することができる。たとえば、レーザアブレーション法を使用して、LCGの間に使用し得る触媒クラスターま
たは気相反応体を製造することができる。他の方法、たとえば熱蒸発法(thermal  evaporation  technique)を使用することも考えられる。
【０１１８】
レーザアブレーション法は、ナノスコピックワイヤのサイズを画定し成長方向を方向付けることができる液体ナノクラスターを生成することができる。得られたナノスケールワ
イヤの直径は、触媒クラスターのサイズにより決定され、これは背圧、温度、反応体の流速などの成長条件を変える日常的な実験を用いて決定することができる。一般にたとえば圧力が低いと、直径の小さなナノスケールワイヤが生成する。均一な直径の触媒クラスターを使用することにより、さらに直径を制御することができる。
【０１１９】
本発明の特定の側面では、分子エレクトロニクス用のナノチューブなどの個々のナノスコピックスケールのワイヤを合成するために、金属触媒化CVD法(化学気相成長法)を使用
することができる。バルクの形態で表面に直接個々のワイヤを製造するのに必要なCVD合
成法は一般的に知られており、当業者により容易に実施することができる。たとえば、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、Kongらの”Synthesis
of  Individual  Single-Walled  Carbon  Nanotubes  on  Patterned  Silicon  Wafers”，Nature,395巻：878-881頁(1998年)；またはKongらの”Chemical  Vapor  Deposition  of  Methane  for  Single-Walled  Carbon  Nanotubes”，Chem.Phys.lett.，292：567-574頁(1998年)を参照されたい。ナノスコピックワイヤは、レーザ触媒成長によって
も成長させることができる。たとえば、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、Moralesらの”A  Laser  Ablation  Method  for  the  Synthesis  of  Crystalline  Semiconductor  Nanowires”，Science，279巻：208-211頁(1998年)を参照されたい。LCGと同じ基本原理を使用して、均一な直径のナノクラスター(どれだけナノクラスターが均一であるかに依存して10〜20%未満の偏差)を触媒クラスターとして使用すれば、均一なサイズ(直径)分布のナノスケールワイヤを製造することができ、ここでナノスケールワイヤの直径は、図４に図解されているように、触媒クラスターのサイズによって決定される。成長時間を調節することによって、種々の長さのナノスケールワイヤを成長させることができる。
【０１２０】
ナノスケールワイヤを成長させるのに使用し得る一つの方法は、触媒化学気相成長法(C-CVD)である。C-CVD法において、反応体分子(たとえばシラン及びドーパント)をレーザ蒸着法とは対照的に気相から形成する。C-CVDにおいて、ナノスケールワイヤは、気相の反
応体にドーピング元素(たとえばp-型及びn-型ドープ領域に関してはジボラン及びホスフ
ァン)を導入することによってドープすることができる。このドーピング濃度は、複合タ
ーゲットに導入したドーピング化合物の相対量を調整することによって制御することができる。最終ドーピング濃度または比は、気相濃度または比と同じであるとは限らない。温度、圧力などの成長条件を制御することによって、同一ドーピング濃度をもつナノスケールワイヤを製造することができる。
【０１２１】
ナノスケールワイヤ内に種々の組成の隣接領域をもつナノスケールワイヤを製造するために、ガス反応体の比を単に変動させることによって(たとえば、約１ppm〜約10%、約10ppm〜約20%、約100ppm〜約50%など)変動させてもよく、また使用するガス反応体のタイプ
をナノスケールワイヤの成長の間に変えてもよい。使用するガス反応体の比またはガス反応体のタイプは、ナノスケールワイヤの成長の間に数回変えることができ、これによって、その全てが特徴的であってもそうでなくてもよいが、多くの組成の領域をもつナノスケールワイヤを製造することができる。
【０１２２】
ナノスケールワイヤなどのナノスケール半導体を製造する他の方法も本発明の範囲内である。たとえば、気相−固相(vapor-solid)プロセスにより気相から直接、種々の物質のどのナノスケールワイヤも成長させることができる。また、図５に示されているように、表面のステップのエッジ、または他のタイプのパターンの施された表面上にも蒸着によりナノスケールワイヤを製造することができる。さらに、たとえば図６に示されているように、任意の細長いテンプレートの中またはその上に蒸着によってナノスケールワイヤを成長させることができる。この多孔質膜は多孔質シリコン、陽極アルミナ、ジブロックコポリマーまたは任意の他の同様の構造体であってもよい。天然繊維はDNA分子、タンパク質
分子、カーボンナノチューブ、任意の他の細長い構造体であってもよい。上記方法の全てに関して、供給源物質は溶液または蒸気であってもよい。態様によっては、上記のテンプレートに加えて、溶液相に界面活性剤分子により形成した円柱ミセルも含むことができる。
【０１２３】
ドープ半導体に関しては、半導体の成長の間に半導体をドープすることができる。成長の間に半導体をドープすると、ドープ半導体がバルクドープされた特性を得ることができる。さらにそのようなドープ半導体は、ドープ反応体内のドーパント濃度を制御でき、一貫して再現できるように制御可能にドープすることができ、そのような反応体の商業生産が可能になる。
【０１２４】
成長後に、ナノスコピックワイヤを所定の場所で成長させるか、または付着させることができる。電場を使用してナノスコピックワイヤを並べることによって、成長後に表面上でナノスコピックワイヤのアセンブリー又は制御された配置が可能である。電場は、電極の間に発生させることができる。ナノスコピックワイヤは、(懸濁させた流体中の電極の
間の領域に場合により流した)電極の間に配置することができ、電場内に並べることがで
き、それによってそれぞれの電極の間を埋め接触させることができる。
【０１２５】
もう一つの態様では、個々の接触点は、互いに向かい合って配置することができる。この個々の接触点はテーパになって、互いの方へ向く点を形成することができる。接触点の間の距離を埋めるように単一ナノスコピックワイヤに引きつける点の間に電界を発生させて、接触点の間に電気的な連通路を形成することができる。従って、個々のナノスコピックワイヤは、電気接触の個々の対の間にアセンブリーすることができる。多くの交差(第
二の方向に対して垂直または殆ど垂直に、多くの平行ワイヤによって交差させた第一の方向の多くの平行ワイヤ)を含む交差ワイヤ配置は、交差ワイヤの反対側の端部が望ましい
状態に置かれている場所に、接触点(電極)を最初に配置することにより、容易に形成できる。電極、または接触点は、本明細書中に記載のような、任意の好適なマイクロ加工法によって製造することができる。
【０１２６】
これらのアセンブリー法は、ナノスケールワイヤを好適に配置する位置の配置方向に向かって、懸濁させたナノスコピックワイヤを有しうる流体に流量配向装置(fluid  flow  directing  apparatus)を配置することを含む、位置決め処置で置換または補完すること
ができる。ナノスコピックワイヤ溶液は以下のようにして製造することができる。ナノスコピックワイヤを合成した後、これらを溶液(たとえばエタノール)に移し、次いで数秒間から数分間、超音波処理にかけて安定な懸濁液を得ることができる。
【０１２７】
もう一つの処置法は、選択的にナノスケールワイヤを引きつけない領域によって取り囲まれたナノスケールワイヤを選択的に引きつける領域を含む表面を形成することを含む。たとえば、-NH2を表面上の特定のパターンに存在させることができ、このパターンがアミン類を引きつける表面官能基をもつナノスケールワイヤまたはナノチューブを引きつける。本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、国際特許出願国際公開第WO96/29629号、1996年７月26日発行または、1996年４月30日公布の米国特許第5,512,131号に記載のような、電子ビームパターン化、「ソフト-リソグラフィー」などの公知方法を使用して表面をパターン形成することができる。さらなる方法については、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、Lieberらの1999年７月２日出願の米国特許出願第60/142,216号に記載されている。流体フローチャネルは、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、1997年９月１８日公開の国際特許出願国際公開第WO97/33737号に記載のような種々の方法を使用して、表面上にナノスケールワイヤを配置するのに好都合なサイズスケールで作り出すことができる。他の方法としては、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、2000年５
月２５日出願の米国特許出願第09/578,589号に記載されているものが挙げられる。
【０１２８】
図７は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)モールドを使用する流体フローチャネルを作るためのそのような方法の一つを示す。チャネルを作って表面に適用し、モールドを外して別の方向に再適用して、交差フロー配置または異なる配置を提供することができる。このフローチャネル配置は、約１mm未満、好ましくは0.5mm未満、より好ましくは約200μm未
満の最小幅をもつチャネルを含むことができる。そのようなチャネルは、上記特許出願及び国際特許出願に記載の如く、フォトリソグラフィーを使用してマスターを形成し、次いでこのマスター上にPDMSをキャストすることによって容易に製造される。大きなスケールのアセンブリも同様に可能である。ナノスケールワイヤアレイでパターン化可能な領域は、希望通り大きくできるチャネルの特徴によってのみ限定される。
【０１２９】
基板及び電極上へのナノスケールワイヤのアセンブリーは、特定の態様において二分子認識(bimolecular  recognition)を使用して、たとえばナノスケールワイヤ表面に一つの生物学的結合パートナーを、そして基板または電極上にもう一方の結合パートナーを物理的吸着または共有結合を利用して固定することによって、支援することができる。本発明で使用するのに好適な生体認識法としては、DNAハイブリダイゼーション、抗体-抗原結合、ビオチン-アビジン、ビオチン-ストレプトアビジン結合などが挙げられる。
【０１３０】
ナノスコピックワイヤのアセンブリをデバイス内に導くのに使用し得るもう一つの方法は、SAM、則ち自己組織化単分子層(self-assembled  monolayer)を使用することである。このSAMは、特定の態様では化学的にパターンを施すことができる。本発明のナノスコピ
ックワイヤを使用するナノスコピックスケール回路のアセンブリに関するSAMのパターン
化の一例において、原子間力顕微鏡法(AFM)を使用して、高解像度でSAMにパターンを書き、その後SAMを除去することができる。このパターンは、たとえば線形若しくは平行アレ
イ、または線の交差アレイであってもよい。
【０１３１】
もう一つの態様において、マイクロコンタクト・プリンティング(microcontact  printing)を使用して、基板にパターンの施されたSAMを作成することができる。パターン化表
面の空いた領域(則ち、線形SAMの間のSAMを含まない線形領域)は、たとえば、ナノチューブなどのナノスコピックワイヤを使用して非常に特異的な方法で相互作用し得るアミノ-
末端化SAMを充填することができる。アミノ-末端化SAM材料の線によって分けられた線形SAM部分を含む、基板上のパターン化SAMを得ることができる。任意の好適なパターンを形
成することができ、そこでアミノ-末端化SAM物質の領域は、ワイヤ付着が望ましい領域に対応する。次いでパターンを施した表面を、ナノスコピックワイヤ、たとえばナノチューブの懸濁液に浸漬して、次いで濯いでナノスケールワイヤのアレイを作り出すことができる。ナノチューブを使用する場合、ジメチルホルムアミドなどの有機溶媒を使用して、ナノチューブの懸濁液を形成することができる。他のナノスコピックスケールワイヤの懸濁及び堆積は、当業者に公知の溶媒を使用して実施することができる。
【０１３２】
種々の基板及びSAM-形成性物質はどれも、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、1996年６月２６日発行のWhitesidesらの国際特許出願国際公開第WO96/26929号に記載のような、マイクロコンタクト・プリンティング法と一緒に使用することができる。パターン化SAM表面を使用して、種々のナノスコピックワイヤまたはナノ
スコピックスケールの電子素子 (electronic  element)を割り当てることができる。好適な露出化学官能基をもつSAM-形成性物質を選択して、種々の電子素子のアセンブリに割り当てることができる。ナノチューブを含む電子素子は、パターン化SAM表面の具体的な、
予定領域に特異的に引きつけられるように化学的に調整することができる。好適な官能基の例としては、SH、NH3などが挙げられるが、これらに限定されない。公知の如く、ナノ
チューブは、その外部表面上の化学官能基形成に関して特に好適である。
【０１３３】
SAM-誘導体化表面以外の化学的にパターンの施した表面を使用することができ、表面を化学的にパターンを施す多くの方法が公知である。表面に化学的にパターンを施すための好適な例示的化学反応及び方法は、中でも、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、Hidberらの国際特許出願国際公開第WO97/34025号”Microcontact
Printing  of  Catalytic  Colloids”及びLandoの米国特許第3,873,359号、同第3,873,360号及び同第3,900,614号に記載されている。化学的にパターンを施した面のもう一つ
の例は、ミクロ相で分離したブロックコポリマー(micro-phase  separated  blockcopolymer)であってもよい。これらの構造体は密なラメラ相の積層(stack)を提供する。これら
の相を切り開くと、それぞれが単層を表す一連の「レーン」があらわれる。通常、ブロックコポリマーは交互ブロックであり、ナノスコピックワイヤの成長及びアセンブリに割り当てる種々のドメインを提供することができる。さらなる方法は、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、Lieberらの2000年６月30日出願の国際特許出願第PCT/US00/18138号に記載されている。
【０１３４】
本発明は、多種多様のデバイスも含む。そのようなデバイスとしては、電気デバイス、光学デバイス、オプトロニクスデバイス、スピントロニクスデバイス、機械的デバイスまたは、その任意の組合せ、たとえばオプトエレクトロニクスデバイス及び電気機械デバイスがある。本発明のナノスケールワイヤから組み立てた機能的デバイスを使用して、種々のコンピューターまたはデバイス構造を製造することができる。たとえば、本発明のナノスケールワイヤを、ダイオード、発光ダイオード(LED)、インバータ、センサ及びバイポ
ーラトランジスタなどの慣用の半導体デバイスのナノスケールバージョンにアセンブリーすることができる。これらの発明としては、単一の自立型ナノスケールワイヤ、交差ナノスケールワイヤ、または単一のナノスケールワイヤと他の成分との組合せが挙げられる。種々のドーパント、ドーピングレベル、またはドーパントの組合せをもつナノスケールワイヤは、これらのデバイスを製造する特定の場合でも使用することができる。特別な場合において、ナノスケールワイヤは複数の領域をもっていてもよく、そのそれぞれは異なる組成であってもよい。態様によっては、さらなる工程でナノスケールワイヤ自体の中にこれらの構造体の作製を含み、単一ナノスケールワイヤは機能的デバイスとして機能することができる。他の態様において、ナノスケールワイヤを二つのデバイスの間、またはデバイスと外部回路若しくは系との間の内部接続として使用することもできる。
【０１３５】
本発明の一つの側面としては、隣接するn-型及びp-型半導体要素から本質的に任意の電子デバイスを製造する能力を含む。これには、当業者がn-型とp-型反応体を組み合わせて作製する、本発明のこの態様に従って製造した任意のデバイスが挙げられる。そのようなデバイスの例としては、電界効果トランジスタ(FET)、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、トンネルダイオード、変調ドープ超格子、相補型インバータ、発光デバイス、光ディテクタ、生体系イメージャ、生物学的及び化学的検出器またはセンサ、熱または温度検出器、ジョセフィン接合、ナノスケール光源、光センサ、たとえば偏光-感受性光センサ、ゲ
ート、インバータ、ANDゲート、NANDゲート、NOTゲート、ORゲート、TORゲート及びNORゲート、ラッチ、フリップフロップ、抵抗器、スイッチ、クロック回路、スタティックまたはダイナミックメモリデバイス及びアレイ、状態機械(state  machine)、ゲートアレイ、並びに他の任意のダイナミック論理またはシーケンシャル論理または他のデジタルデバイス、たとえばプログラマブル回路が挙げられるが、これらに限定されない。アナログデバイス及び回路、たとえば増幅器、スイッチ及びアクティブ・トランジスタ・デバイスを使用する他のアナログ回路、並びに混合シグナルデバイス及びシグナルプロセシング回路が挙げられるが、これらに限定されない。低いターンオン電圧のp/n接合デバイス；高いタ
ーンオン電圧のp/n接合；及び半加算器などのコンピューターデバイスも挙げられる。さ
らにこの二つの領域の間に大きな誘電コントラスト(dielectric  contrast)をもつ接合を使用して、ナノスケールワイヤレーザ用のキャビティまたはビルトインの光バンドギャッ
プのついた１Ｄ導波路を製造することができる。態様によっては、本発明のナノスケールワイヤは、デバイス製造プロセスの間に製作することができる。他の態様では、本発明のナノスケールワイヤを最初に作製し、次いでデバイスにアセンブリーすることができる。
【０１３６】
本発明の一つの側面では、隣接するn-型及びp-型半導体要素から形成することができる任意の電子デバイスを含み、この成分は予備加工(ドープするときに、互いに異なる成分
を使用して個別のプロセスで、ドープ)し、次いでドープ後に接触させる。これは、単一
半導体が一つの領域でn-ドープされて隣接領域でp-ドープされるが、n-型半導体領域とp-型半導体領域は、ドープ前は最初は隣接しており、ドープ前後でも互いに移動しない典型的な従来の配置と対照的である。則ち、最初は非-接触配置されるn-型及びp-型半導体を
互いに接触させて有用な電子デバイスを形成することができる。本発明のこの側面に従って、n-型及びp-型半導体を組み合わせて当業者が望み通りに製造する本質的に任意のデバイスを製造することができる。
【０１３７】
本発明の多くのデバイスは、交差ナノスケールワイヤに特に役立つ。これらの場合において、交差ナノスケールワイヤは、交差n-型及びp-型ナノスケールワイヤの接合で形成し得るp/n接合を含むことができる。交差p/n接合は、少なくとも一つのn-型半導体と少なくとも一つのp-型半導体によって画定され、それぞれの材料の少なくとも一部分はもう一方の物質の少なくとも一部分と接触し、それぞれの半導体は他の成分と接触しない部分を含んでいる。これらはナノスケールワイヤをプレドープし、次いで以下に記載する技術を使用して、互いに近接させることによって配置することができる。
【０１３８】
一組の態様において、本発明はナノスケールインバータを含む。種々の組成をもつ隣接領域、たとえばp-型及びn-型半導体領域を使用して構築する任意のナノスケールインバータを検討することができる。たとえば、一態様において、本発明は、p-型半導体領域とn-型半導体領域とを接触させることによって配置した、低濃度でドープした(lightly-doped)相補型インバータ(相補型酸化金属半導体)を提供する。本発明は、p-型半導体とn-型半
導体とを単に接触させることにより、たとえば交差n-型及びp-型半導体ナノスケールワイヤを配置することによって、または二つの隣接領域を配置することによって配置した、低濃度でドープした相補型インバータ(相補型酸化金属半導体)も提供する。
【０１３９】
もう一組の態様において、本発明はナノスケールダイオードを含む。種々の組成、たとえばp-型とn-型半導体領域をもつ隣接領域を使用して構築する、任意のナノスケールダイオード、たとえばツェナーダイオード、トンネルダイオード、発光ダイオードなどを検討することができる。たとえば、このダイオードは、半導体成分で高濃度でドープした(heavily-doped)トンネルダイオードであってもよい。トンネルダイオードは、相補型インバ
ータと同様に、または全く同じに配置することができ、半導体は低濃度でドープするよりも高濃度でドープされている。
【０１４０】
もう一組の態様では、本発明は、ナノスケールトランジスタ、たとえば電界効果トランジスタ(FET)、またはバイポーラ接合トランジスタ(BJT)を含む。このトランジスタは、500nm未満、100nm未満の最小幅、または上記の幅であってもよい。種々の組成の隣接領域、たとえばp-型及びn-型半導体領域を使用して構築した任意のトランジスタを検討することができ、たとえば単一ワイヤ内に縦方向に配置、ワイヤ内に放射状に配置、または隣接する交差ワイヤの間に配置することができる。態様によっては、トランジスタは、トランジスタ作製に係わる当業者に公知の通り、p-型またはn-型半導体などのドープ半導体を含むことができる。当業者の知識ではFETはナノチューブを使用することは公知であるが、従
来の配置では、ナノチューブが金属性であるか半導体であるかに関係なく、ランダムにナノチューブを選択していた。そのような場合、非常に低い割合、おそらく20個に１個未満、または50個に１個、あるいは100個におよそ１個のデバイスだけが機能する。本発明は
、50個のうち２個を大きく超えるデバイスが機能する技術によって、製造プロセスが機能性FETを製造することを含むよう、ナノスケールワイヤを制御ドープすることについて検
討する。たとえば、本発明はドープナノスケールワイヤを製造し、それからFETを製造す
ることを含む。
【０１４１】
一態様において、ナノスケールワイヤを含むFETは、伝導性チャネルとして機能するこ
とができ、500nm未満の最小幅をもつ細長い物質(たとえばナノスケールワイヤ)はゲート
電極として機能する。そのようなFETに関しては、ナノスケールワイヤ及び細長い物質の
幅はFETの幅を画定することができる。もう一つの態様では、電界効果トランジスタは、500nm未満の最小幅を有する少なくとも一部分を有するドープ半導体を含む伝導性チャネル；及び、500nm未満の最小幅を有する少なくとも一部分を有する細長い物質を含むゲート
電極；を含む。さらにこのナノスケールワイヤは半導体を含み、またはコア/シェル配置
を含み、そのようなシェルはFETのゲート誘電体として機能することができる。もう一つ
の態様において、この二つの領域は縦方向に配置されていてもよい。またもう一つの態様において、ナノスケールワイヤと細長い物質との相互作用は、FETの長さを画定すること
ができる。
【０１４２】
そのような明確なナノメートルスケールの測定基準によって、高ゲイン、高速及び低ワット損などの非常に優れたデバイスの特徴とすることができる。さらに、そのようなFET
は、容易に集積可能であり、そのようなFETのアセンブリは、簡単な方法でナノメートル
スケールに収縮化することができる。そのようなボトムアップアプローチは、今日の半導体業界で通常使用される従来のトップダウン法に関して予測されるものよりもはるかに超えるサイズに縮小することができる。さらに、そのような上昇型アセンブリは、従来の下降型アプローチよりもはるかに安価なことが判明するだろう。
【０１４３】
半導体ナノスケールワイヤを含む電子デバイスは、たとえば電気的、光学的または磁気的シグナルなどの任意の入力シグナルを使用して、制御することができる。制御は、二つ以上の分離した状態の間の切替を含むか、またはナノスケールワイヤ電流の連続制御、則ちアナログ制御を含むことができる。電気的シグナル、光学的シグナル及び磁気的シグナルに加えて、デバイスは、たとえばDNA、タンパク質、金属イオンなどの生物学的及び化
学的種に応答して特定の態様で制御することもできる。もっと一般的な意味では、これらの種は帯電しているか、双極子モーメントをもっていてもよい。他の態様では、本デバイスは、たとえば機械的延伸、振動及び屈曲などの機械的刺激に応答して切り替え可能であってもよい。さらに他の態様では、本デバイスは、温度、圧力または周囲ガス若しくは液体の移動などの流体移動に応答して切り替え可能であってもよい。
【０１４４】
図７１に説明するように、一例として、p/n接合を含むナノスケールワイヤをナノスケ
ールLEDとして使用することができる。順バイアスの場合、個々のナノスケールワイヤデ
バイスはp/n接合から発光することができ、それぞれ一次元構造及び放射状量子閉じ込め
により、非常に偏光しブルーシフトする。その効率は、少なくとも約0.1%であり、好ましくは少なくとも約0.5%であり、より好ましくは少なくとも約１%であり、さらにより好ま
しくは約５%以上である。ナノスケールワイヤ合成の間にp/n接合の中に量子ドットヘテロ構造体を画定することによって、明確な偏光をもつ電気的に駆動された単一光子供給源(single  photon  source)を製造することができる。製造することができる他のナノスケール光及び電子デバイスとしては、これらに限定されないがナノスケールエミッタ及び相補型論理回路が挙げられ、これらは一連のナノスケールワイヤp/n接合から得ることができ
る。さらに、本発明では、ナノスケールワイヤ接合レーザまたは「人工(engineered)」1D電子導波路で使用し得る複合周期超格子(complex  periodic  superlattice)を検討する
。
【０１４５】
本発明の発光供給源のもう一つのタイプとしては、少なくとも一つの交差p/n接合、特
に交差p-型及びn-型ナノスケールワイヤが挙げられる。交差ナノスケールワイヤを使用する本発明のこの配置及び他の配置において、ワイヤは垂直である必要はないが、垂直であってもよい。順バイアス(正の電荷をp-型ワイヤに加え、負の電荷をn-型ワイヤに加える)のとき、電子はn-型ワイヤの接合に流れ、正孔はp-型ワイヤの接合に流れる。接合では、正孔と電子は結合して発光する。
【０１４６】
特定の態様において、発光することができる二つ以上の領域をもつナノスケールワイヤを検討する。たとえば、多くのp-型及びn-型領域をもつナノスケールワイヤを製造することができ、ここでそれぞれのp/n接合は発光することができる。このナノスケールワイヤ
は、２、３、４以上のp/n接合をもっていてもよい。それぞれのp/n接合の間の繰り返し間隔(repeat  spacing)及び周期の数は、成長の間、一定であってもよいしまたは変動して
もよい。従って、複数の発光領域と非-発光領域とをもつナノスケールワイヤは、発光領
域と非-発光領域の種々の配列、パターン、及びまたは周波数を使用して、ナノスケール
ワイヤが使用される物品を独自に「タグ付け」またはラベルできる「ナノ-バーコード」
として使用することができる。(たとえば、種々のドーパントを使用することにより)それぞれのp/n接合の組成を変更させると放出光の周波数を変えることができるので、多成分
超格子を使用して発光領域の色を変えることによって、さらに情報をエンコードすることができる。
【０１４７】
態様によっては、ナノ光ディテクタの応答性は約1000A/Wを超え、より好ましくは約3000A/Wを超え、さらに好ましくは約5000A/Wを超え、より好ましくは約10000A/Wを超える。
特定の態様において、半導体光検出器の応答時間は、ナノスケールワイヤの電気容量が小さく、場合によっては約100aFまたは約10aF未満であるので、１ps未満であり、好ましく
は約100fs未満であり、より好ましくは約10fs未満であり、さらに好ましくは約1fs未満である。
【０１４８】
可逆状態と優れた保持時間をもつ電気的に消去可能で、書き換え可能なメモリ構造体及びデバイスは、ナノスケールワイヤ、ナノチューブ、ナノ結晶及び分子などのビルディングブロックから構築することができる。このメモリ構造体は、個々の半導体ナノスケールワイヤまたは交差ナノスケールワイヤp/n接合をベースとすることができる。これらのデ
バイスの表面が分子またはナノ結晶で適切に変性されている場合、反対の極性の電気パルスが加えられると、可逆的メモリ切り替え挙動を観測することができる。具体的には、ゲート電圧またはバイアス電圧のいずれかで正または負の電圧パルスを与えることによって、デバイスが低い抵抗状態と高い抵抗状態の間に十分に可逆的な遷移を作りだせる。場合により、この状態の間の遷移は、デバイスまたは構成要素を通る電子のフローによって、直接行われる。他の場合では、この状態の間の遷移は、電界効果、電子トンネル効果などによって、間接的に行われる。
【０１４９】
ナノスケールメモリ切り替えデバイスは、ナノスケールのビルディングブロック(異な
る組成の二つ以上の領域をもっていてもよいナノワイヤ、ナノチューブ、ナノ結晶及び分子を含む)から組み立てることができる。このメモリ切り替えデバイスは、複数の状態、
不揮発性可逆性状態(non-volatile  reversible  state)、または大きなオン/オフ比をもっていてもよい。このナノスケールメモリ切り替えデバイスは、高度に平行であり、単純な化学アセンブリープロセスで拡大縮小可能であることができ、場合により化学的にアセンブリーされたコンピューターの構成で有用なことがある。
【０１５０】
一態様において、メモリ切り替えデバイスは、二つの状態の間、たとえば高い抵抗状態と低い抵抗状態との間の切替を誘導するためにゲートパルスを使用する、個々のナノスケールワイヤをベースとする３端子デバイスである。もう一つの態様において、このメモリ
切り替えデバイスは、高い抵抗状態と低い抵抗状態との間の切替を誘導するためにバイアスパルスを使用する、個々のナノスケールワイヤをベースとする２端子デバイスである。もう一つの態様において、このメモリ切り替えデバイスは、たとえばコア/シェル配置、
二つの領域が互いに縦方向に配置されている配置、または交差ナノスケールワイヤp-n接
合をもつ配置に種々の組成をもつ二つの領域の間の接合をベースとする。バイアスパルスまたはゲートパルスを使用して、たとえばコア領域を通って、ナノスケールワイヤまたはその領域を通って電荷または電流を供給することによって、高い抵抗状態と低い抵抗状態との間の切替を誘導することができる。他の態様において、メモリ切り替えデバイスは、３、４、６、８つまたは他の多くの状態若しくは構成であってもよい。
【０１５１】
これらのナノマテリアルを使用するメモリ系は、たとえば超高密度データ記憶を実行するための二次元の平行、交差または三次元の積層メモリアレイ及び、ケミカルアセンブリによって作製したコンピューターシステム用の不揮発性状態スイッチなどの新規構造体の形態をとることができる。
【０１５２】
もう一つの態様において、ナノスケールメモリ切り替えデバイスは、個々の半導体ナノスケールワイヤで製造した２端子メモリセルを含む。特に、大きなバイアス電圧は、ナノスケールワイヤのコンダクタンスに同様の効果がある。図３６ａを参照すると、p-Siナノスケールワイヤの電流-電圧曲線には大きなヒステリシスを観察することができ、このこ
とは、２端子メモリデバイスで使用できる可能性があるように、バイアスパルスを使用して、高いコンダクタンス状態と低いコンダクタンス状態との間でナノスケールワイヤが切り替え可能であることを示している。このナノスケールメモリデバイスは、２〜３オーダーの大きさまでの大きさのオンとオフで可逆的に切り替えることができる(図３６ｂ）。
同様の挙動は、n-InPナノスケールワイヤで観察することができる。これらのデバイスの
２端子の特徴によって高度に平行にし、高度集積デバイスアレイを製造するためにスケールアップすることができる（図３６ｃ）。
【０１５３】
もう一つの態様において、ナノスケールメモリデバイスは、交差p/n接合から製造した
メモリセルを含むことができる。同様に、これらのp/n接合は、ゲート電圧またはバイア
スパルスによって高いコンダクタンス状態と低いコンダクタンス状態との間で切り替えることができる。図３７ａを参照して、交差ナノスケールワイヤp/n接合は、電流-電圧挙動において明確な整流作用と大きなヒステリスとを示すことができる。書き込みは、用途に応じて負または正の電圧パルスで実施することができ、読み出しはヒステリシス領域の周囲で実施することができる。場合により、これらのナノスケールメモリデバイスでは、室温で数百回となく可逆的にオンオフの切り替えができる。このオンオフ比は、４オーダーの大きさまで異なることがある（図３７ｂ）。交差p/n接合から製造した２端子メモリセ
ルは、二次元(図３７ｃ）及び三次元でもメモリセルの超高密度集積化を可能にすること
ができる。
【０１５４】
従って、少なくとも1011メモリ素子/cm2、好ましくは少なくとも約1012メモリ素子/cm2のアクティブエレメント二次元密度を達成することができる。これは、分子ワイヤ４２のアレイが20nm間隔で配置された場合に容易である(図３７ｂ)。ワイヤ４６が同様に配置されている場合、この密度が達成される。10μm長さのナノチューブを使用し、それぞれの
ナノチューブに沿って20nm毎にメモリ素子とすると、それぞれの方向で500本の平行ワイ
ヤのアレイを形成することができ、それぞれのワイヤは500本のクロスバーアレイ接合(メモリ素子)を含有する。250,000個のメモリ素子がそのようなアレイに形成される。三次元アレイも同様に作り出すことができる。１μmの間隔を二次元アレイ平面の間に作る場合
、本発明は、少なくとも約1014メモリ素子/cm3、好ましくは少なくとも約1015メモリ素子/cm3を提供する。
【０１５５】
もう一つの態様において、本ナノスケールメモリデバイスは、３つ以上の状態をもつメモリを含むことができる。書き込み時間と電圧を変動させることにより、このデバイスは指定したコンダクタンスで指定した状態に切り替えることができる。図３８は、書き込み時間に依存した多くの状態を備えたそのようなデバイスを示す。
【０１５６】
図３９ａは、本発明に従ったAND論理ゲートを概略的に示す。図３９ｂは、(Vi1，Vi2)
における電圧の関数としての出力電圧を示し、図３９ｃは、出力電圧(voltage  out)対入力電圧(voltage  in)Vi1を示す。図３９ｄは、出力電圧対入力電圧Vi2を示す。図３９ｅ
は、図３９ｂの電圧の結果を表にしたものである。図４０ａは、OR論理ゲートを概略的に示す。図４０ｂは、(Vi1，Vi2)における電圧の関数としての出力電圧を示し、図４０ｃは、出力電圧対入力電圧Vi1を示す。図４０ｄは、出力電圧対入力電圧Vi2を示す。図４０ｅは、図４０ｂの電圧の結果を表にしたものである。図４１ａは、NOT論理ゲートを示し、
ここでVcc1＝５V、Vcc2＝２V、Vi＝0.5Vである。図４１ｂは、バイアス電圧の関数としての電流を示す。図４１ｃは、出力電圧対入力電圧Viを示す。図８ｄは、出力電圧対入力電圧Vi2を示す。図４１eは、図４１bの電圧結果を表にしたものである。図４２aと図４２ｂは、NOR論理ゲートを示す。図４３aと図４３ｂは、XOR論理ゲートを示す。
【０１５７】
本発明は、検出素子も提供し、これは種を含有するか、含有すると考えられるサンプル(たとえば流体サンプル)中の検体などの種の存在、不存在及び／または量(濃度)を検出できる電子検出エレメント及びナノスケールワイヤであってもよい。本発明のナノスケールセンサは、金属イオンの存在またはpHを検出するための化学的用途で；タンパク質、核酸(たとえばDNA、RNAなど)、糖または炭水化物、及び／または金属イオンを検出するための生物学的用途で；並びにpH、金属イオンまたは当該他の検体を検出するための環境的用途で使用することができる。また、ナノスケールワイヤの電気的特性における変化を検出するために構築し配置したナノスケールワイヤ及び検出器を含む物品も提供する。ナノスケールワイヤの少なくとも一部は、検体を含有するか、または含有すると考えられるサンプルによってアドレス可能である。「アドレス可能である」なる用語は、流体中にあると考えられる検体がナノスケールワイヤと相互作用できるように、流体がナノスケールワイヤに対して配置できる能力として定義される。この流体はナノスケールワイヤに近接しているか、または接触していてもよい。
【０１５８】
ナノチューブが選択される場合でもナノワイヤが選択される場合でも、本発明で使用するためのナノスケールワイヤ及び他の導体または半導体の選択基準は、ある場合に、主にナノスケールワイヤそれ自体が検体と相互作用できるかどうか、または適当な反応物質(
たとえば結合パートナー)がナノスケールワイヤの表面に容易に付着することができるか
どうか、若しくは適当な反応物質(たとえば結合パートナー)がナノスケールワイヤの表面付近にあるかどうかをベースとする。ナノチューブまたはナノスケールワイヤを含む好適な導体または半導体の選択は、本開示により当業者には明らかであり且つ容易に再現可能であろう。
【０１５９】
本発明で使用したナノスケールワイヤに関連する化学的変化により、ワイヤの特性を変調し、種々のタイプの電子デバイスを作り出すことができる。検体が存在すると、ナノスケールワイヤの結合剤と電気的に結合することによってナノスケールワイヤの電気的特性を変化させることができる。所望により、ナノスケールワイヤは、特定の検体へのその化学的または生物学的特異性に関して選択した、特有な反応物質、結合パートナーまたは特有な結合パートナーでコーティングしてもよい。
【０１６０】
反応物質は、ナノスケールワイヤにおいて検出可能な変化をもたらすようにナノスケールワイヤに対して配置される。この反応物質は、ナノスケールワイヤの100nm以内、好ま
しくはナノスケールワイヤの50nm以内、より好ましくはナノスケールワイヤの10nm以内に
配置することができ、その近接性は当業者によって決定することができる。一態様において、反応物質は、ナノスケールワイヤの５nm未満以内に配置する。別の態様では、反応物質は、ナノスケールワイヤの４nm、３nm、２nm及び１nm以内に配置する。一態様において、反応物質は、リンカーを介してナノスケールワイヤと付着する。
【０１６１】
本発明は、検体の存在または不存在を検出することができるナノスケールワイヤとサンプル露出領域とを含む物品も提供する。このサンプル露出領域は、ナノスケールワイヤに近接した任意の領域であってよく、ここでサンプル露出領域中のサンプルがナノスケールワイヤの少なくとも一部にアドレスする。サンプル露出領域の例としては、ウェル、チャネル、ミクロチャネル及びゲルが挙げられるが、これらに限定されない。好ましい態様において、サンプル露出領域は、ナノスケールワイヤ近くにサンプルを保持するか、サンプル中の検体を検出するためにサンプルをナノスケールワイヤの方に向けることができる。このナノスケールワイヤは、サンプル露出領域に近接して、またはその中に配置することができる。あるいは、ナノスケールワイヤは、流体または流体フローパスに挿入されたプローブであってもよい。ナノスケールワイヤプローブは、マイクロニードルも含み、生物学的サンプルによってアドレス可能であってもよい。この配置において、生物学的サンプルにマイクロニードルプローブを挿入するために構築し配置されたデバイスは、サンプル露出領域を画定するマイクロニードルを取り囲む領域を含み、サンプル露出領域中のサンプルは、ナノスケールワイヤによってアドレス可能であり、逆の場合もまた同じである。流体フローチャネルは、本明細書中、全ての目的に関してその全体が引用により援用される、1997年９月18日発行の国際特許出願国際公開第WO97/33737号に開示された種々の方法を使用して、本発明で使用するのに好都合なサイズ及びスケールで作ることができる(ミ
クロチャネル)。
【０１６２】
本発明のもう一つの側面において、物品は、一つ以上の多数の検体の存在または不存在を検出することができる多数のナノスコピックワイヤ（２）を含むことができる。個々のナノスケールワイヤは、上記の通り区別を付けてドープすることができるので、検体に対して個々のナノスケールワイヤ感度を変動させることができる。あるいは、個々のナノスケールワイヤは、特定の検体と相互作用するその能力をベースとして選択することができるので、種々の検体の検出が可能である。複数のナノスケールワイヤをランダムに向けてまたは互いに平行にすることができる。あるいは複数のナノスケールワイヤは、基板上のアレイに方向を合わせることができる。
【０１６３】
図４４ａは、本発明の物品の一例を示す。図４４ａにおいて、ナノスケール検出デバイス５１０は、基板５１６の上面５１８の上に配置された単一ナノスケールワイヤ５３８から構成される。チップキャリヤ５１２は、基板５１６と電気接続５２２とを支持するための上面５１４をもつ。チップキャリヤ５１２は、電気接続５２２を電極５３６に接続させる任意の絶縁材料であってもよい。好ましい態様において、このチップキャリヤはエポキシである。このチップキャリヤの上面５１４は、たとえば平面、とつ形及びおう形等の任意の形状であってもよい。好ましい態様において、このチップキャリヤの上面５１４は平面である。
【０１６４】
図４４ａに示されているように、基板５１６の５２０の下面は、このチップキャリヤの上面５１４に隣接して配置され、電気接続５２２を支持する。基板５１６は、典型的には、ポリマー、シリコン、石英またはガラスなどでできている。好ましい態様において、基板５１６は、シリコンオキサイド600nmでコーティングされたシリコンでできている。基
板５１６の上面５１８と下面５２０は、平面、とつ形及びおう形等の任意の形状であってよい。好ましい態様において、基板５１６の下面５２０は、チップキャリヤ５１２の上面５１４の輪郭に沿う。同様に、モールド５２４は、上面５２６と下面５２８とをもち、そのいずれも任意の形状であってもよい。好ましい態様において、モールド５２４の下面５
２６は、基板５１６の上面５１８の輪郭に沿う。
【０１６５】
モールド５２４は、ミクロチャネルとして示されているサンプル露出領域５３０をもち、５３０はモールド５２４の上面５２６に、図４４ａに示されている流体入口５３２と流体出口５３４とをもつ。ナノスケールワイヤ５３８は、ナノスケールワイヤの少なくとも一部がサンプル露出領域５３０内に配置されるように配置される。電極５３６は、ナノスケールワイヤ５３８を電気接続５２２に接続される。場合により電気接続５２２は、ナノスケールワイヤの電気的特性または他の特性における変化を測定する検出器(示されてい
ない)に接続する。図４６ａと図４６ｂは、それぞれ本発明の一態様の低解像度と高解像
度の走査電子顕微鏡写真である。単一のシリコンナノスケールワイヤ５３８が２つの金属電極５３６に接続されている。図５０は、２つの電極に対して配置された典型的なSWNTの原子間力顕微鏡画像を示す。図５０に示されているように、電極５３６間の距離は約50nmである。特定の好ましい態様において、電極距離は50nm〜約20000nmの範囲にあり、より
好ましくは約100nm〜約10000nmの範囲にあり、最も好ましくは約50nm〜約5000nmの範囲にある。
【０１６６】
検出器が存在する場合、ナノスケールワイヤに関連する特性を検出し得る任意の検出器を使用することができる。この特性は電気的、光学的などであってよい。ナノスケールワイヤの電気的特性としては、たとえばその伝導率、抵抗率がある。ナノスケールワイヤに関連する光学的特性としては、ナノスケールワイヤが、発光がp/n接合で起きる発光可能
なナノスケールワイヤである場合、その発光強度、または発光波長が挙げられる。たとえば、検出器は、電子的または磁気的特性(たとえば電圧、電流、伝導率、抵抗、インピー
ダンス、インダクタンス、電荷など)における変化を測定できるように構築することがで
きる。検出器は通常、電源と、電圧計または電流計を含む。一態様において、１nS未満のコンダクタンスを検出することができる。好ましい態様において、数千nSの範囲のコンダクタンスを検出することができる。種、または検体の濃度は、マイクロモル〜モル濃度以上まで検出することができる。公知の検出器でナノスケールワイヤを使用することにより、10個の分子未満または１個の分子まで感度を拡大することができる。一態様において、本発明の物品は、ナノスケールワイヤに刺激を輸送でき、検出器はこの刺激からのシグナルを検出するように構築し配置する。たとえば、p/n接合を含むナノスケールワイヤに刺
激(電子電流)を輸送し、そこで検出器はこの刺激からのシグナル(電磁放射)を検出するように構築し配置される。そのような配置では、検体とナノスケールワイヤ、またはナノスケールワイヤに近接して配置された反応物質との相互作用が、検出可能な状態でシグナルに影響を与えることができる。反応物質が量子ドットであるもう一つの例では、量子ドットは、一つの波長の電磁波長を受けて、種々の波長の電磁放射を放出するように構築することができる。刺激物質が電磁放射の場合、刺激物質は検体との相互作用によって影響を受け、検出器はそれからのシグナルにおける変化を検出することができる。刺激物質の例としては、定電流/電圧、交流電圧及び、光などの電磁放射が挙げられる。
【０１６７】
一例において、検出及び／または定量すべき検体を含有すると考えられる流体などのサンプル、たとえば特有の化学物質は、ナノスコピックワイヤ５３８でまたはその近くに対応する反応物質をもつナノスケールワイヤと接触する(あるいは少なくとも流体サンプル
は、反応物質と接触する)。流体に存在する検体は対応する反応物質と結合し、ナノスケ
ールワイヤの少なくとも一つの特性に変化、たとえば慣用的な電子工学を利用して検出されるナノスケールワイヤの電気的特性における変化をもたらす。すなわち、反応物質と検体との相互作用により、電気的な意味で変化をもたらす、ナノスケールワイヤにおける変化を誘導する。検体が流体中に存在しない場合、ナノスケールワイヤの電気的特性は不変のままで、検出器は変化ゼロを測定する。特定の化学物質の存在または不存在は、ナノスケールワイヤの電気的特性における変化、または変化がないことをモニターすることによって測定することができる。「測定する、検出する：determine」なる用語は、圧電測定
、電気化学的測定、電磁気測定、光検出、機械的測定、音響測定、重力測定などによる、種の定量的または定性的分析を意味する。「測定する、検出する」なる用語は、二つの種の間の結合の検出など、種の間の相互作用を検出または定量することも意味する。
【０１６８】
本発明で使用するのに特に好ましいフローチャネル５３０は、「ミクロチャネル」である。「ミクロチャネル」なる用語は、流体動力学が慣性力よりもむしろ粘性力で決定される、低いレイノルズ数の操作を提供する寸法をもつチャネルとして本明細書中で使用する。慣性力対粘性力の比として参照されることがあるレイノルズ数は、以下に与えられる：
【０１６９】
【数３】
2008300848.tif 000005
【０１７０】
｛式中、uは速度ベクトルであり、ρは流体密度であり、ηは流体の粘度であり、ｄはチ
ャネルの特徴的な寸法であり、τは速度が変化する時間スケールである(但しu/τ＝δu/dt)｝。「特徴的な寸法」なる用語は、当業者に公知の通り、レイノルズ数を決定する寸法に関して本明細書で使用する。円柱状チャネルに関しては、直径である。長方形のチャネルに関しては、主に幅と深さの小さい方によって決まる。Ｖ形チャネルの場合には、「Ｖ」の上部の幅によって決まり、以下同様である。種々のモルフォロジーのチャネルに関するReの計算は、流体力学の標準的なテキストに見出すことができる[たとえばGranger(1995年)Fluid  Mechanics，Dover,N.Y.；Meyer(1982年)Introduction  to  Mathematical  Fluid  Dynamics，Dover，N.Y.]。
【０１７１】
定常状態における流体フロー挙動(τ−>無限)は、レイノルズ数、Re＝ρud/ηによって特徴付けられる。サイズが小さいことと速度が遅いことにより、微細加工された流体系は、低レイノルズ数型(約１未満のRe)であることが多い。この領域では、乱流と二次流を起こし、流れの中で混合する慣性効果は僅かであり、粘性効果が動力学を決定する。これらの条件下で、チャネルを通るフローは通常、層流である。特に好ましい態様において、典型的な検体を含む流体を含むチャネルは、約0.001未満、より好ましくは約0.0001未満の
レイノルズ数を与える。
【０１７２】
このレイノルズ数はチャネル直径だけでなく、流体密度、流体粘度、流体速度及び速度が変化する時間スケールにも依存するので、チャネル直径に対する絶対上限ははっきりとは画定されない。実際、よく設計されたチャネル構成では、R＜100及び、あるいはR＜1000でも乱流を避けることができるので、比較的大きなチャネルサイズのハイスループット
系も可能である。好ましいチャネルの特徴的な寸法範囲は、約１ミリメートル未満であり、好ましくは約0.5mm未満であり、より好ましくは約200ミクロン未満である。
【０１７３】
一態様において、流体フローチャネル３０などのサンプル露出領域は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)モールドを使用して形成することができる。チャネルを作り出し、表面に適用し、モールドを除去することができる。特定の態様では、上記参照の特許出願及び国際公開に記載の通り、チャネルは、フォトリソグラフィーを使用してマスターを製造し、次いでマスター上にPDMSをキャストすることによって容易に製造できる。大きなスケールのアセンブリも同様に可能である。
【０１７４】
図４４ｂは、図４４ａのナノスケール検出装置５１０がさらに多数のナノスケールワイヤ５３８a〜ｈ（示されていない)を含む、本発明の別の態様を示す。図４４ｂにおいて、ワイヤ配線(wire  interconnect)５４０ａ〜ｈは、対応するナノスケールワイヤ５３８ａ〜ｈをそれぞれ電気接続５２２ａ〜ｈ(示されていない)に接続する。好ましい態様において、各ナノスケールワイヤ５３８ａ〜ｈは、流体中で種々の検体を検出するように選択された特徴的な反応物質をもつ。このようにして、数種の検体の存在または不存在は、一つ
の試験を実施しながら一つのサンプルを使用して測定することができる。
【０１７５】
図４５ａは、ナノスケールワイヤ５３８が、検体５４４を検出するための結合パートナー５４２である反応物質で変性されたナノスケール検出デバイスの一部を概略的に示す。図４５ｂは、検体５４４が特異的な結合パートナー５４２に付着した、図４５ａのナノスケール検出デバイスの一部を概略的に示す。ナノスケールワイヤの表面を選択的に官能基化することは、たとえば、ナノスケールワイヤをシロキサン誘導体で官能基化することによって実施することができる。たとえば、ナノスケールワイヤは、コーティングすべき変性用化学薬品を含有する溶液中にデバイスを浸漬することによって、ナノスケール検出デバイスを構築した後に変性することができる。あるいは、微小流体チャネル(microfluidic  channel)を使用して化学薬品をナノスケールワイヤに輸送することができる。たとえ
ば、最初にナノスケール検出デバイスを、酸素プラズマまたは酸及び／または酸化剤によって親水性にし、次いでアミノシランを含む溶液にナノスケール検出デバイスを浸漬することによって、アミノ基を付着させることができる。たとえば、最初に上記の通りアミノ基を付着させ、次いで必要に応じ二官能性架橋剤を含む溶液に変性済みナノスケール検出デバイスを浸漬し、次いでDNAプローブを含む溶液に変性済みナノスケール検出デバイス
を浸漬することによって、DNAプローブを付着させることができる。このプロセスは、ナ
ノスケールワイヤにバイアス電圧を印加することによって加速及び促進することができ、このバイアス電圧は反応種の性質に依存して正負いずれであってもよく、たとえば正のバイアス電圧は、負に帯電したDNAプローブ種をナノスケールワイヤ表面近くに運び、表面
アミノ基とのその反応の機会を増やすのに役立つ。
【０１７６】
図４７ａは、バックゲート(backgate)５４６をもつナノスケールセンサのもう一つの態様を示す。図４７ｂは、−10V〜＋10Vの範囲のバックゲート電圧でのコンダクタンス対時間を示す。図４７ｃは、コンダクタンス対バックゲート電圧を示す。このバックゲート電圧は、ナノスケールワイヤからの電荷キャリヤを注入または引き抜くのに使用することができる。従って、これはナノスケールワイヤセンサの感受性及びダイナミックレンジを制御し、且つ検体をナノスケールワイヤに牽引するのに使用することができる。
【０１７７】
図４８ａ及び図４８ｂは、pHの関数として、それぞれ元来のものと、コーティングした単一シリコンナノスケールワイヤのコンダクタンスを示す。図４７に示されるように、サンプルが変化すると、シリコンナノスケールワイヤのコンダクタンスは７から2.5に変化
する。図４８のシリコンナノスケールワイヤは、ナノスケールワイヤの表面のアミン基に露出するように変性してある。図４８は、図４７の応答と比較して、pHに対する応答での変化を示す。図４８の変性ナノスケールワイヤは、血液中の生理学的状態で存在するような温和な条件に対する応答を示す。
【０１７８】
図４９は、オリゴヌクレオチド試薬反応物質で変性した表面をもつシリコンナノスケールワイヤのコンダクタンスを示す。このコンダクタンスは、相補的なオリゴヌクレオチド検体が付着したオリゴヌクレオチド試薬に結合すると、劇的に変化する。
【０１７９】
図５１ａは、単層ナノチューブに関しゲート電圧を変化させた静電環境における変化を示す。図５１ｂ及び図５１ｃは、単層カーボンナノチューブのNaCl及びCrClxの存在によ
り誘導されたコンダクタンスにおける変化を示す。
【０１８０】
図９ａは、ヒドロキシル表面基をもつナノセンサをpHレベル２から９に露出したときのコンダクタンスにおける変化を示す。図５２ｂは、アミン基で変性したナノセンサをpHレベル２から９に露出したときのコンダクタンスにおける変化を示す。図５２ｃは、pHレベルを変化させたナノセンサの相対コンダクタンスを示す。この結果は、広範囲のpHで線形の応答を示し、このことは、このデバイスが生理学的流体のpH条件をモニターまたは測定
するのに好適であることをはっきりと示している。
【０１８１】
図５３ａは、最初にブランク緩衝溶液に、次いで検体である250nMストレプトアビジン
を含む溶液に露出したときの、反応物質BSAビオチンで変性させたシリコンナノワイヤ(SiNW)のコンダクタンスにおける増加を示す。図５３ｂは、最初にブランク緩衝溶液に、次
いで検体である25pMストレプトアビジンを含む溶液に露出したときの、BSAビオチンで変
性させたSiNWのコンダクタンスにおける増加を示す。図５３ｃは、最初にブランク緩衝溶液に、次いでストレプトアビジンを含む溶液に露出したときに、裸のSiNWのコンダクタンスに変化がないことを示す。図５３ｄは、最初にブランク緩衝溶液に、次いでd-ビオチンストレプトアビジンを含む溶液に露出したときの、BSAビオチンで変性させたSiNWのコン
ダクタンスを示す。図５３ｅは、最初にブランク緩衝溶液に、次いでストレプトアビジンを含む溶液に、次いで再びブランク緩衝溶液に露出したときの、ビオチンで変性させたナノセンサのコンダクタンスにおける変化を示す。ストレプトアビジンをブランク緩衝液と置き換えてもコンダクタンスに変化はなく、このことは、ストレプトアビジンがBSAビオ
チン変性ナノセンサに不可逆的に結合したことを示している。図５３ｆは、緩衝溶液と、ストレプトアビジンを含有する溶液とに交互に露出したとき、裸のSiNWのコンダクタンスには変化がないことを示す。これらの結果は、このナノスケールワイヤセンサが、非常に高い感受性でバイオマーカー(bio-marker)の特異的な検出に好適であることを示している。
【０１８２】
図５４ａは、最初にブランク緩衝溶液に、次いで抗ビオチンを含む溶液に露出したときの、BSA-ビオチンで変性させたSiNWのコンダクタンスの減少を示す。抗ビオチンを含む溶液をブランク緩衝溶液と置き換えるとコンダクタンスは増加し、抗ビオチンを含む溶液に再びナノセンサを露出すると減少する。図５４ａは、ビオチンと抗ビオチンとの間の可逆的結合を示す。図５４ｂは、緩衝溶液、続いて抗ビオチンを含む溶液に接触させる間の裸のSiNWのコンダクタンスを示す。図５４ｃは、緩衝液、他のIgG型抗体、次いで抗ビオチ
ン、ビオチンに対するIgG１型抗体に露出する間のBSA-ビオチン変性SiNWのコンダクタン
スにおける変化を示す。図５４ｃは、このBSAビオチン変性SiNWが、他のIgG型抗体の存在によって妨げられることなく、抗ビオチンの存在を検出することを示す。これらの結果は、実際の生理学的条件下で動的なバイオマーカーモニタリングに関してこのナノスケールワイヤセンサの重要性を示す。
【０１８３】
アミン変性SiNWは、金属イオンの存在も検出することができる。図５５ａは、ブランク緩衝溶液と1mMのCu(II)を含有する溶液に交互に露出したときの、アミン変性SiNWのコン
ダクタンスにおける変化を示す。図５５ｂは、アミン変性SiNWをCu(II)0.1mM〜１mMの濃
度に露出したときのコンダクタンスにおける増加を示す。図５５ｃは、コンダクタンスにおける増加対Cu(II)濃度を示す。図５５ｄは、最初にブランク緩衝溶液、次いで１mMのCu(II)に露出したとき、未変性SiNWのコンダクタンスに変化がないことを示す。図５５eは
、最初にブランク緩衝溶液に、次いで１mMのCu(II)-EDTAに露出したとき、アミン変性SiNWのコンダクタンスに変化がないことを示す。ここでEDTAは、Cu(II)の変性SiNWへの結合
能力を妨げる。これらの結果は、無機化学薬品の分析で使用するのに本ナノスケールワイヤセンサの重要性を示している。
【０１８４】
図５６ａは、カルモジュリン、カルシウム結合タンパク質で変性したシリコンナノスケールワイヤのコンダクタンスを示す。図５６ａにおいて、領域１は、ブランク緩衝溶液に露出したときのカルモジュリン変性シリコンのコンダクタンスを示す。領域２は、下向きの矢印で示した図４６に記載のカルシウムイオンを含有する溶液に露出したときの、同じナノスケールワイヤのコンダクタンスの低下を示す。領域３は、上向き矢印で示した、同じナノスケールワイヤをブランク緩衝溶液と再び接触させたときのコンダクタンスの増加を示す。続いて元のレベルにコンダクタンスが戻ることは、このカルシウムイオンがカル
モジュリン変性ナノスケールワイヤに可逆的に結合することを示す。図５６ｂは、最初にブランク緩衝溶液に、次いでカルシウムイオンを含有する溶液に露出したとき、未変性ナノスケールワイヤのコンダクタンスには変化がないことを示す。
【０１８５】
上記の通り、一態様において、本発明は、サンプル中に存在すると考えられる検体の存在または不存在を測定するための、電気をベースとするナノスケールのセンサを提供する。このナノスケールセンサは、マクロスケールセンサによって提供されたものよりも、ずっと高い検出感度を提供することができる。さらに、ナノスケールセンサで使用するサンプルサイズは、約10マイクロリットル以下であり、好ましくは約１マイクロリットル以下であり、より好ましくは約0.1マイクロリットル以下である。サンプルサイズは約10nl未
満まで小さくてもよい。このナノスケールセンサは、生物学的種に特徴的に接近することもでき、in-vivo及びin-vitro用途のいずれにおいても使用することができる。in-vivoで使用するとき、このナノスケールセンサと対応する方法によって、侵襲手順を最小にすることができる。
【０１８６】
図５７ａは、ドープ濃度とナノスケールワイヤ直径と比較した５つまでの電荷を検出するための感度の計算を示す。図のように、ナノスケールワイヤの感度は、ドープ濃度を変化させることにより、またナノスケールワイヤの直径を調整することによって制御することができる。たとえば、ナノスケールワイヤのドープ濃度を高めると、ナノスケールワイヤが検出できる電荷が増加する。また、20nmワイヤには、同じ数の電荷を検出するための５nmのナノスケールワイヤよりもドープが少なくてよい。図５７ｂは、ナノスケールワイヤ直径と比較して、単一電荷を検出するための閾値ドープ密度の計算を示す。20nmナノスケールワイヤは、単一電荷を検出するのに５nmナノスケールワイヤよりもドープが少なくてよい。
【０１８７】
図５８ａは、InPナノスケールワイヤの略図を示す。このナノスケールワイヤは均質で
あってもよく、またはドーパントの別々の領域を含んでいてもよい。図５８ｂは、pHを変動させたときの、経時における図５８ａのナノスケールワイヤのルミネセンスにおける変化を示す。図のように、ナノスケールワイヤの発光強度は、結合レベルに比例して変化することができる。pHが高くなるに連れて、光強度は下がり、pHが低下するに連れて、光強度は増加する。本発明の一態様では、マイクロアレイのそれぞれの電極を通して掃引(sweep)することによって、個々にアドレスした光シグナル検出も検討する。本発明のもう一
つの態様は、電気的検出器と組み合わせた光学センサなどの、二つのシグナル検出器を検討する。
【０１８８】
図５９ａは、ナノスケールワイヤセンサの一態様を示す。図５９ａに示されているように、本発明のナノスケールワイヤセンサは、ドープシリコン５５０の単一分子を含む。このドープシリコンはチューブの形で、ドープはn-ドープまたはp-ドープである。いずれにしろ、ドープシリコンナノスケールワイヤは、電圧を加える高電気抵抗の半導体材料を形成することができる。外面及び内面は、酸化物または他のコーティングであってもよい。表面は、FETデバイスのゲート５５２として機能し、いずれかの端部の電気的接触によっ
てナノスケールワイヤがドレイン５５６及びソース５５８として機能することができる。示された態様では、デバイスは対称性であり、デバイスのどちらの端部もドレインまたはソースとしてみなすことができる。例示の目的のため、図５９ａのナノスケールワイヤはソースとして左側を画定し、ドレインとして右側を画定する。図５９ａは、ナノスケールワイヤデバイスが二つの導体素子５５４上に配置され、且つ電気的に接続されていることも示している。
【０１８９】
図５９ａ及び５９ｂは、化学的及び／またはリガンド-ゲート電界効果トランジスタ(FET)の一例を示す。FETはエレクトロニクス業界では公知である。手短に言えば、FETは、一
つがドレインに結合し一つがソースに結合する二つの電極の間の導体がソースとドレインの間のチャネルの電荷利用性に依存する、３端子デバイスである。FETは、本明細書中、
全ての目的に関してその全体が引用により援用される、たとえばThe  Art  of  Electronics,第二版、Paul  Horowitz及びWinfiled  Hill、Cambridge  University  Press、1989年、113〜174頁に詳細が記載されている。電荷キャリヤの利用可能性は、ゲート電極としても公知の第三の「制御電極」に適用した電圧によって制御することができる。チャネルの電気伝導性は、チャネルを横切って電界を作るゲート電極に適用した電圧によって制御される。図５９ａと図５９ｂのデバイスは、化学薬品またはリガンドがゲートに電圧をもたらし、その電圧が電場を生じてチャネルの伝導性を変えるので、化学-FETまたはリガンドFETとみなすことができる。このチャネルでの伝導性の変化は、チャネルを通る電流の
フローに影響を与える。この理由のため、FETは、ゲートの電圧がソースとドレインを通
るチャネルの電流を制御するトランスコンダクタンスのデバイス(transconductant  device)としても参照される。FETのゲートは、たとえば接合FET(JFET)中の半導体接合または
、金属酸化物半導体FET(MOFET)中の酸化物不導体を使用することにより、電気伝導性チャネルから絶縁される。従って、図５９ａ及び５９ｂにおいて、ナノスケールワイヤセンサのSiO2外面は、ゲートに対しゲート絶縁材として機能することができる。
【０１９０】
適用時、図５９ｂに説明するナノスケールワイヤデバイスはFETデバイスを提供し、そ
のFETデバイスは、サンプルフローパス内に配置されるか、サンプルと接触することがで
きる。サンプル内の当該素子は、特定の条件下でナノスケールワイヤデバイス表面と接触し、表面と結合するか、接着する。
【０１９１】
この目的に関しては、デバイスの外面は、当該部位に特異的である結合パートナーなどの反応物質をもつことができる。この結合パートナーは、サンプル中の当該部分が外部表面と接着し結合するよう、その部位に結合するか、その部分を引きつけることができる。この一例が図５９ｃに示されており、ここでは、ナノスケールワイヤデバイスの表面に結合している当該５６０の部位(縮小して描かれていない)がある。
【０１９２】
図５９ｃを参照して、図示されているように、この部位が形成するに連れて、空乏領域(depletion  region)５６２がナノスケールワイヤデバイス内に作られて、ワイヤを通過
する電流を制限する。この空乏領域は、チャネルのタイプに依存して、正孔または電子を減らすことがある。これは図５９ｄに概略的に示されている。この部位は、ゲート/ドレ
イン接合を横切って電圧変化をもたらし得る電荷をもつ。
【０１９３】
本発明のナノスケールセンサは、態様によってはリアルタイムデータを集めることができる。特異的な化学的または生物学的反応の反応速度をモニターするために、このリアルタイムデータを使用することができる。in-vivoで存在する生理学的状態または薬剤濃度
は、ドラッグデリバリーシステムを制御するのに使用し得るリアルタイムシグナルも生じることができる。たとえば、本発明は、一側面において、ナノスケールワイヤ検出器、読み取り器、及びコンピューター制御応答系を含む、集積システムを包含する。この例において、本ナノスケールワイヤ検出器は、サンプル中の検体の平衡における変化を検出し、コンピューター制御応答系にシグナルを供給して、化学薬品または薬剤を引き留めたり放出させたりする。これは、その小さなサイズと低エネルギー要件のため、埋込可能な薬剤または化学薬品送達系として特に有用である。当業者は、本発明と関連して使用するのに好適な埋込可能なデバイス、読み取り器、及びコンピューター制御応答系を構築するためのパラメータ及び要件を承知しているだろう。則ち、当業者の知識を、センサとしてのナノスケールワイヤの本発明の開示と組み合わせれば、埋込可能なデバイス、リアルタイム測定デバイス、集積系などが可能である。そのような系は、一つまたは複数の生理学的特徴を個別にまたは同時にモニターするように製造することができる。そのような生理学的特徴としては、酸素濃度、二酸化炭素濃度、グルコースレベル、特定の薬剤の濃度、特定
の薬剤副生成物の濃度などが挙げられる。集積生理学的デバイスは、本発明のセンサによって感受した条件に依存した機能を発揮するように構築することができる。たとえば、本発明のナノスケールワイヤセンサは、グルコースを検出するように構築し配置することができ、測定したグルコースレベルに基づいて、適当な制御機構によって被験者にインスリンを放出することができる。
【０１９４】
もう一つの態様において、本物品は、サンプル露出領域とナノスケールワイヤとを含むカセットを含むことができる。サンプル露出領域のサンプル中の検体の検出は、カセットと検出装置との接続を切り、一方の側でサンプルを集め、もう一方の側で検出しながら行うことができる。このカセットは、ナノスケールワイヤと関連する特性を測定するための検出装置に動作可能に接続可能である。本明細書中で使用するように、デバイスがもう一つの装置に取付け、相互作用する能力をもつ場合、デバイスは「動作可能なように接続可能」である。
【０１９５】
もう一つの態様において、一つ以上のナノスケールワイヤを微小流体チャネルに配置することができる。一つ以上のナノスケールワイヤを異なる検体を検出するために、または同一検体の流速を測定するために種々の位置で同一ミクロチャネルを交差させることができる。もう一つの態様では、一つ以上のナノスケールワイヤを微小流体チャネルに配置することができ、これはマイクロニードルプローブまたはディップ・アンド・リード(dip-and-read)プローブ中の多数の分析素子の一つを形成することができる。このマイクロニードルプローブは場合により埋込可能であり、リアルタイムで同時に数種の検体を検出することができる。もう一つの態様では、一つ以上のナノスケールワイヤを微小流体チャネルに配置することができ、チップデバイス上のカセットまたはラボ(lab)用のマイクロアレ
イに分析素子の一つを形成することができる。当業者は、チップデバイス上のそのようなカセットまたはラボが、化学分析またはコンビナトリアル創薬 (combinational  drug  discovery)に特に好適であることを理解するだろう。本発明のナノスケールセンサを使用
する関連法は、他の特定の検出法などのように、標識化を必要としない。一つのナノスケールセンサで複数のナノスケールワイヤを含ませることができる能力によって、単一サンプル中に存在すると考えられる種々の検体の同時検出が可能になる。たとえば、ナノスケールpHセンサは、それぞれが種々のpHレベルを検出する多数のナノスケールワイヤを含むことができ、また多数のナノスケールワイヤのついたナノスケールオリゴセンサは、複数の配列若しくは、配列の組合せを検出するのに使用することができる。
【０１９６】
本発明のこれら及び他の態様の機能及び好都合な点は、以下の実施例により詳細に理解することができるだろう。これらの実施例は、本発明の本質の例示的なものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例】
【０１９７】
実施例１
単結晶ｎ−型及びｐ−型シリコンナノワイヤ（ＳｉＮＷ）を調製し、電気輸送特性によりキャラクタライズした。本明細書で使用される通り、「単結晶」体は、その物体にわたり共有結合、イオン結合、又はそれらの組み合わせを有する物体である。そのような単結晶体は結晶内に欠陥を含む場合があるが、イオン結合又は共有結合性ではなく互いが近接するにすぎない１以上の結晶を含む物体から区別される。レーザ結晶成長は、ＳｉＮＷの気相成長の間にホウ素又はリンドーパントの何れかを制御して導入するために使用された。ゲートに依存した輸送測定によるキャリア移動度の見積もりは、拡散輸送と矛盾しない。それに加え、これらの研究は、ＳｉＮＷを高濃度でドープすることができ金属領域に近づきうることを示す。高濃度でドープしたＳｉＮＷについて行われた温度に依存した測定は、４．２Ｋまでクーロンブロッケードの証拠を示さず、ＳｉＮＷが構造的及び電子的に均一性であることを立証する。
【０１９８】
現在、ナノスケールのワイヤ（“１Ｄ”構造）には大きな興味が持たれている理由は、次元とサイズが物性にどの様な影響を与えるかについて基礎的な概念を試験できる可能性があり、新たに広がりつつあるナノテクノロジーの重要なビルディングブロックとして機能する可能性があるからである。１Ｄナノ構造に特に重要なことは、ワイヤを通した電気輸送であり、その理由は、多くのナノスケールエレクトロニクス用途にとって、予測可能で制御可能なコンダクタンスが重要だからである。
【０１９９】
ＳｉＮＷの制御されたドーピング、及び、これらドープされたナノスケールワイヤの電気特性の輸送測定を用いたキャラクタリゼーションが報告されている。ゲートに依存した２端子測定は、ボロンドープ（Ｂ−ドープ）及びリンドープ（Ｐ−ドープ）ＳｉＮＷがそれぞれｐ−型及びｎ−型材料として振る舞うことを実証し、キャリ移動度の見積もりは、これらのナノスケールワイヤにおける拡散輸送を示唆する。
【０２００】
ＳｉＮＷはレーザ支援触媒成長（ＬＣＧ）を用いて合成された。簡潔に説明すると、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ（532 nm; パルス幅  8ns、300 mJ/パルス、10Hz）を金ターゲットのアブレーションに用い、それによりリアクター内に金ナノクラスター触媒粒子を生成させる。ＳｉＮＷは、反応体としてのＳｉＨ４のフロー中で成長させることができる。その様なＳｉＮＷは反応体フロー中にＢ２Ｈ６を組み込むことによりホウ素でドープすることができ、Ａｕ−Ｐターゲット（９９．５：０．５ｗｔ％、Alfa Aesar）及び反応体ガス入り口における追加の赤リン（99% Alfa Aesar）を用いてリンでドープすることができる。透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）測定は、この技術を用いて成長させたドープＳｉＮＷが、以前に記載された通り、密なＳｉＯｘ又はＳＯ２シース（sheath）で覆われた単結晶シリコンコアを有することを実証する。
【０２０１】
個々のＳｉＮＷの電気的なコンタクトは、JEOL 6400ライターを用いて標準的な電子ビ
ームリソグラフィーを用い行われた。ナノスケールワイヤは、バックゲートとして使用される導電性Ｓｉを下部に有する酸化されたＳｉ基板（抵抗1-10Ωcm、600nm SiO2、Silicon Sense Inc.）上に担持された。ＳｉＮＷへのコンタクトは、加熱により気化されたＡｌ（５０ｎｍ）及びＡｕ（１５０ｎｍ）を用いて行われた。電気輸送測定は、コンピュータ制御下でノイズが1pA以下である手製システムを用いて行われた。温度依存測定は、Quantum Design 磁気特性測定システムで行われた。
【０２０２】
TEMの研究は、ホウ素及びリンドープされたＳｉＮＷが単結晶であることを示す。電気
輸送スペクトロスコピーにより、ｐ−型（ホウ素）又はｎ−型（リン）ドーパントの存在及び相対的なドーピングレベルがはっきりと実証された。これらの測定では、ナノスケールワイヤの電流対電圧の測定をする間、ＳｉＮＷの静電ポテンシャルを変動させるためゲート電極が使用された。ＳｉＮＷのコンダクタンスは正（負）のゲート電圧を増加させると逆向きに変動するため、ゲート電圧の関数としてのコンダクタンスの変化は、所定のナノスケールワイヤがｐ−型であるかｎ−型であるかを区別するために用いることができる。
【０２０３】
真性及びＢ−ドープＳｉＮＷについて記録された、ゲートに依存した典型的な電流対バイアス電圧（Ｉ−Ｖ）曲線を、図８Ａ−８Ｃに示す。図８Ｂ及び８Ｃに示す２つのＢ−ドープワイヤは、ＳｉＨ４：Ｂ２Ｈ６比をそれぞれ１０００：１及び２：１として合成された。一般的に、２端子Ｉ−Ｖ曲線は直線であり、金属電極がＳｉＮＷとオーミックコンタクトを生じていることを示唆する。真性ナノスケールワイヤで観測された小さな非線形性は、このコンタクトがやや非オーミックであることを示す。ゲート電圧が０で記録されたＩ−Ｖデータの解析は、接触抵抗及びＳｉＮＷの酸化物被膜からの寄与を説明し、３．９ｘ１０２Ωｃｍの抵抗をもたらす。注目すべきことに、Ｖｇを負（正）方向に増加させた
場合、コンダクタンスが増加（減少）する。このゲート依存性は、ＳｉＮＷがｐ−型半導体であることを示す。低濃度のＢ−ドープＳｉＮＷについて記録された同様のＩ−Ｖ対Ｖｇ曲線は、ｐ−型であることを示す。さらに、このＢ−ドープＳｉＮＷ（１Ωcm）のＶｇ＝０での抵抗は、真性ＳｉＮＷより２桁以上小さく、化学的に伝導性を制御できることを明確に実証する。後者の点は、図８Ｃに示す高濃度のＢ−ドープＳｉＮＷについてのＩ−Ｖカーブ測定により、さらに裏付けられる。このワイヤは６．９ｘ１０−３Ωcmという非常に低い抵抗を有し、Ｖｇに依存しない；つまり、Ｖｇが０Ｖ及び２０Ｖで記録されたＩ−Ｖデータは、重なる。これらの結果は、金属限界に近い高キャリア濃度と矛盾しない。
【０２０４】
低濃度及び高濃度のＰ−ドープＳｉＮＷのＶｇに依存した輸送を測定した。低濃度ドープナノスケールワイヤについて記録したＩ−Ｖ（図９Ａ）は幾分非線形であり、電極とナノスケールワイヤ間の接触が理想的でないことを示し、Ｖｇ依存性はＢ−ドープＳｉＮＷについて観測されたものと反対である。注目すべきことに、この観測されたゲート依存性は、Ｐ−ドーピングについて予想されるｎ−型材料と矛盾しない。このワイヤについて見積もられたＶｇ＝０での抵抗は２．６ｘ１０２Ωcmであった。この比較的高い抵抗は、低いドーピングレベル及び／又は低い移動度を示唆している。それに加え、高濃度のＰ−ドープＳｉＮＷも作成され研究された。典型的な高濃度Ｐ−ドープワイヤについて記録されたＩ−Ｖデータは直線であり、２．３ｘ１０−２Ωcmの抵抗を有し、Ｖｇに依存しないことを示す。この低抵抗（低密度Ｐ−ドープ試料より４桁小さい）及びＶｇへの非依存性は、高キャリア濃度がＳｉＮＷのＰ−ドープによっても生成できることを実証する。
【０２０５】
上記の結果は、多くの桁にわたってＳｉＮＷの伝導性を変化させるためにホウ素及びリンを用いることができることを示し、ドープされたＳｉＮＷの伝電性がホウ素及びリンドーパントについて正（負）のＶｇに対し逆に応答することを示す。事実、Ｖｇ依存性は、ＳｉＮＷにおけるホウ素によるｐ−型（ホール）ドーピングとリンによるｎ−型（電子）ドーピングについての強い証拠を提供する。観測されたゲート依存性は、図１０Ａ及びＢに示した概略図を参照して理解することができ、これらの図は静電ポテンシャルがＳｉＮＷバンドにもたらす効果を示す。これらのダイアグラムでは、ｐ−型ナノスケールワイヤ（図１０Ａ）及びｎ−型ナノスケールワイヤ（図１０Ｂ）は両端で金属電極と接触している。従来の金属−半導体界面のように、ＳｉＮＷバンドはベンディングし（ｐ−型については上向き、ｎ−型については下向き）、金属接点のフェルミレベルに沿ってナノスケールのフェルミレベルを移動させる。Ｖｇ＞０では、バンドが低下し、Ｂ−ドープＳｉＮＷにおけるホールを欠乏させ、伝導性を押し下げる。反対に、Ｖｇ＜０ではバンドを上昇させ、Ｂ−ドープ（ｐ−型）ＳｉＮＷの伝電性を増加させ、Ｐ−ドープ（ｎ−型）ＳｉＮＷの導電性を低下させる。
【０２０６】
それに加え、トランスコンダクタンス、dI/dVg=μC/L2 )V（式中、μはキャリア移動度であり、Ｃはキャパシタンスであり、ＬはＳｉＮＷの長さである）からキャリア移動度を見積もることができる。ＳｉＮＷのキャパシタンスはＣで与えられ、2πεε0Ｌ/ln(2h/r)（式中、εは誘電率であり、hはシリコンオキサイド層の厚さであり、rはSiNWの半径で
ある）にほぼ等しい。このモデルから予想される通り、dI/dVg対Vのプロットは真性（図
８Ａ）及び低濃度Ｂ−ドープ（図８Ｂ）ＳｉＮＷでは直線である。真性ＳｉＮＷのdI/dVgの傾き（２．１３ｘ１０−１１）及びＢ−ドープＳｉＮＷの傾き（９．５４ｘ１０−９）は、それぞれ５．９ｘ１０−３ｃｍ２／Ｖ／ｓ及び３．１７ｘ１０２ｃｍ２／Ｖ／ｓをもたらす。Ｂドープナノスケールワイヤの移動度は、ドーピング濃度１０２０ｃｍ−３でのバルクＳｉで予想される移動度に匹敵する。
【０２０７】
高濃度Ｂ−ドープＳｉＮＷの温度依存性の研究が行われた。温度依存のＩ−Ｖ曲線は、ドープされた半導体について予測される通り、温度を下げるにつれてコンダクタンスが低下することを示す（図１１Ａ及び１１Ｂ）。より重要なことには、達成可能な最低温度ま
でクーロンブロッケードの証拠がない（図１１Ｂ）。高分解能Ｉ−Ｖ対Ｖｇ測定はクーロンブロッケードの痕跡を示さないため、Ｖ＝０付近での小さな非線形性はコンタクト効果による。電極間のこの均一なワイヤ（厚さ１５０ｎｍ、長さ２．３μｍのワイヤ）内のクーロン荷電効果には、ｋＴ＝ｅ２／２Ｃから見積もられる約２６ｍＫ未満の温度を要する。これは、ＳｉＮＷの直径の変化及び欠陥は充分に小さく、これらの温度でクーロンブロッケードを示す小さいアイランドにＳｉＮＷを効果的に「分断（break up）」できないことを強く示している。これらの結果は、リソグラフィーでパターンを施されたＳｉＮＷがクーロンブロッケードを示すという研究と対照的であり、これらの自立型ナノスケールワイヤの高い品質を立証する。
【０２０８】
単結晶ｎ−型及びｐ−型シリコンナノスケールワイヤ（ＳｉＮＷ）を調製し、電気輸送測定によりキャラクタリゼーションを行った。レーザ触媒成長を用いて、ＳｉＮＷの気相成長の間、ホウ素又はリンドーパントを制御して導入した。個々のホウ素ドープ及びリンドープＳｉＮＷについて行われた２端子のゲート依存測定は、これらの材料がそれぞれｐ−型及びｎ−型材料であることを示す。ゲート依存輸送測定からのキャリア移動度の見積もりは、拡散輸送と矛盾せず、ワイヤの直径が小さくなると移動度が減少する兆候を示す。それ加え、これらの研究は、ＳｉＮＷに高ドーパント濃度を組み込むことができること、そして金属領域に近づきうることを示す。高濃度のドープＳｉＮＷで行われた温度依存測定は、４．２Ｋまでの温度で単一電子荷電の証拠を示さず、ＳｉＮＷが構造及びドーピングの点で高い程度に均一性を有することを示す。
【０２０９】
具体的には、ｐ−型（ｎ−型）ＳｉＮＷをｎ−型（ｐ−型）ＳｉＮＷの上に直接アセンブリーすることにより、交差ＳｉＮＷｐ−ｎ接合を形成した。輸送測定は、逆バイアスで整流作用を示し、順バイアスでは急峻な電流の立ち上がりを示す。接合を形成するｐ−型及びｎ−型ＳｉＮＷについて行われた同時測定は、これらのナノスケールワイヤへのコンタクトがオーミック（非整流）であり、整流的な挙動が二つのＳｉＮＷ間のｐ−ｎ接合によることを実証する。
【０２１０】
図８Ａは、直径７０ｎｍの真性ＳｉＮＷについて異なるゲート電圧（Ｖｇ）で記録された電流（Ｉ）対バイアス電圧（Ｖ）曲線を示す。曲線１，２，３，４，５，６，及び７は、それぞれＶｇ＝−３０、−２０、−１０、０Ｖ、１０，２０、３０Ｖに対応する。挿入図は、金属と接触したＳｉＮＷの典型的な走査電子顕微鏡像である（スケールバー＝１０μｍ）。図８Ｂは、直径１５０ｎｍのＢ−ドープＳｉＮＷで記録されたＩ−Ｖデータを示す；曲線１−８はＶｇ＝−２０、−１０、−５、０、５，１０、１５，２０Ｖにそれぞれ対応する。図８Ｃは、直径１５０ｎｍの高濃度Ｂ−ドープＳｉＮＷについて記録されたＩ−Ｖ曲線を示す；Ｖｇ＝２０Ｖ（実線）及び０Ｖ（破線）。
【０２１１】
図９Ａは、直径６０ｎｍのＰ−ドープＳｉＮＷについて記録されたＩ−Ｖデータを示す。曲線１，２，３，４，５，及び６は、それぞれＶｇ＝２０，５，１，０，−２０，−３０Ｖに対応する。図９Ｂは、直径９０ｎｍであり高濃度でＰ−ドープされたＳｉＮＷについて記録されたＩ−Ｖ曲線を示す；Ｖｇ＝０Ｖ（実線）、及び−２０Ｖ（破線）。
【０２１２】
図１０Ａは、ｐ−型ＳｉＮＷデバイスのエネルギーバンドダイアグラムを示す。図１０Ｂは、ｎ−型ＳｉＮＷデバイスのエネルギーバンドダイアグラムを示す。ダイアグラムは、ナノスケールワイヤの両方の型についてＶｇが静電ポテンシャルに与える影響を概略的に示す。
【０２１３】
図１１Ａ及びＢは、高濃度でＢ−ドープされたＳｉＮＷについて記録された温度依存のＩ−Ｖ曲線を示す。図１１Ａでは、曲線１，２，３，４，５，及び６がそれぞれ温度２９５，２５０，２００，１５０，１００，５０Ｋに対応する。図１１Ｂは、４．２Ｋでナノ
スケールワイヤについて記録されたＩ−Ｖデータを示す。
【０２１４】
実施例２
このレーザ触媒成長（ＬＣＧ）法で触媒としてよく規定された（well-defined）金コロイドを使用することにより、単結晶性ＧａＰナノワイヤのほぼ単分散の試料を、直径１０，２０、３０ｎｍで長さが１０μｍ以上として合成した。この方法では、Ｇａ及びＰの反応体は固体ＧａＰのレーザブレーションで生成され、続いて金ナノクラスター触媒によりナノワイヤ構造体へ導かれる。この方法で調製されたナノワイヤの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による研究は、ナノワイヤの直径の分布がナノクラスター触媒により規定されることを実証する。高分解能ＴＥＭは、ワイヤが［１１１］の成長方向を有する単結晶閃亜鉛構造であることを示し、エネルギー分散型Ｘ線分析により、ナノワイヤ組成が定比のＧａＰであることが確認される。単分散ナノクラスター触媒をＬＣＧ法と組み合わせて用いることにより、よく規定されて制御された直径を有する幅広い半導体ナノスケールワイヤの成長が確立され、一次元（１Ｄ）系の基礎的な特性から機能性ナノデバイスのアセンブリーまでの機会が提供される。
【０２１５】
この実施例は、ＬＣＧ法による自立型単結晶半導体ナノスケールワイヤへの一般的な合成アプローチの発展も実証する。ＬＣＧでは、固体ターゲットのレーザブレーションを使用して、金属ナノスケール触媒クラスターと、気相−液相−固相成長メカニズムによりナノスケールワイヤを生成する反応性半導体原子とを同時に発生させる。この方法は、幅広い範囲のＩＩＩ−ＩＶ−ＩＶ族及びＩＩ−ＶＩ族ナノスケールワイヤの生成に用いられた。ナノクラスター触媒のサイズは、成長の間、ワイヤのサイズを決定し、そのため単分散ナノクラスター触媒を用いることにより、狭いサイズ分布のワイヤを生成することができる。ナノメータの直径の金コロイドがこの技術に使用された。
【０２１６】
直径８．４，１８．５、及び２８．２ｎｍの金コロイドを用いてＬＣＧによりＧａＰナノスケールワイヤを成長させた。これらの実験では、ナノクラスター触媒はＳｉＯ２基板上に担持され、レーザブレーションを使用してＧａＰの固体ターゲットからＧａ及びＰ反応体を発生させる。電界放出走査電子顕微鏡（ＦＥＳＥＭ）は、３つのサイズの触媒全てを用いて、１０μｍを超える長さのナノスケールワイヤ（図１３Ａ）が得られたことを実証する。ナノスケールワイヤの末端の調査も、ナノクラスター触媒の存在を示す。Ａｕコロイドなしで行われた対照実験では、ナノスケールワイヤが生成しなかった。ＦＥＳＥＭ像は、ナノスケールワイヤの直径分布がコロイド触媒なしの実験で得られたものより狭い分布であることを示す。
【０２１７】
これらの実験で用いられた成長装置を以下に記載する。基板は、６００ｎｍの熱酸化オキサイド（Silicon Sense）を有するシリコンウエハを０．４％Ｎ−［３−（トリメトキ
シシリル）プロピル］−エチレンジアミンを有する９５：５  ＥｔＯＨ：Ｈ２Ｏ溶液に入れ、１００−１１０℃で１０分間硬化させることにより作成した。Ａｕコロイド溶液を１０９−１０１１粒子／ｍＬで希釈して凝集を最小化し、基板上に堆積した。基板を石英管の炉の下流端に置き、炉の上流端の３−４ｃｍ外側にＧａＰの固体ターゲットを置いた。チャンバーを１００ｍＴｏｒｒ未満に排気し、１００ｓｃｃｍのエアフローにより２５０Ｔｏｒｒに保持した。炉を７００℃に加熱し、ターゲットをＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ、１００ｍＪ／パルス、１０Ｈｚ）で１０分間アブレーションした。冷却後、基板をＦＥＳＥＭ（ＬＥＯ９８２）で調べた。ＴＥＭ（ＪＥＯＬ  ２００ＣＸ及び２０１０）及びＥＤＡＸ分析のため、ナノスケールワイヤをエタノール中で超音波処理して基板から除去した後、銅グリッドに堆積した。
【０２１８】
金コロイドを用いて生成されたナノスケールワイヤの直径分布の定量的な測定を行い、それらの構造と組成をよりよくキャラクタライズするため、ＴＥＭを使用した。高分解能
ＴＥＭは、ワイヤが単結晶であり（図１３Ｂ）、［１１１］方向に成長していることを示し、ＥＤＡＸは、組成が定比のＧａＰ（Ｇａ：Ｐ＝１．００：０．９４）であり、この技術の限界内であることを確認する。注目すべきは、ナノスケールワイヤの直径の詳細なＴＥＭ分析が、コロイド触媒の直径及び分散と非常に良い相関を示すことである（図１４Ａ及びＢ）；つまり、２８．２±２．６、１８．５±０．９、及び８．４±０．９ｎｍコロイドから成長したワイヤについて、平均直径が３０．２±２．３、２０．０±１．０、及び１１．４±０．９ｎｍであることが観測された。ナノスケールワイヤの平均直径は、一般にコロイドの直径より１−２ｎｍ大きい。この増加は、Ｇａ及びＰ反応体の合金が、ナノスケールワイヤの核生成が起きる前にコロイドと反応するためである。３０ｎｍ及び２０ｎｍワイヤ（それぞれ図１４Ａ及びＢ）について、ナノスケールワイヤ分布の幅はコロイドの分布幅を反映し、ワイヤの単分散性がコロイドの分散のみに制限されることを示唆している。直径１０ｎｍのワイヤ（図１４Ｃ）について、ワイヤ分布が少しブロード化（１ｎｍ）していることは、コロイドの凝集に起因する可能性がある。基板に堆積するコロイド溶液の濃度が増加するにつれて、平均直径及び分布幅が増加した。分布が約２．５ｎｍ離れたピークを有するという事実は、２つのコロイドの凝集物から成長したワイヤがあることを示唆する。全ての場合において、ワイヤの直径の分布は、コロイド触媒を使用せずに成長させた分布より一桁以上狭いものであった（図１４Ｄ）：４３±２４ｎｍ。
【０２１９】
この研究は、様々なコロイドについて半導体ナノスケールワイヤの直径を系統的に制御できることを示す。要約すると、単分散の直径分布を有する半導体ワイヤの制御された合成の実証が実現された。
【０２２０】
具体的には、図１２は、よく規定されたＧａＰ半導体ナノスケールワイヤの成長のため触媒として単分散金コロイドを使用することを示す概略である。
具体的には、図１２は、よく規定されたＧａＰ半導体ナノスケールワイヤの成長のための単分散金コロイドの使用を示す概略である。
【０２２１】
図１３Ａは、２８．２ｎｍコロイドから合成されたナノスケールワイヤのＦＥＳＥＭ像を示す（スケールバーは５μｍである）。挿入図は、これらのワイヤのひとつの末端のＴＥＭ像である（スケールバーは５０ｎｍである）。高いコントラストの特徴は、ワイヤの末端のコロイド触媒に対応する。図１３Ｂは、この試料の別のワイヤのＴＥＭ像を示す（スケールバーは１０ｎｍである）。［１１１］格子面が解像され、初期の研究と一致して、この軸に沿ってワイヤ成長がおきることを示す。面間間隔の測定は、ワイヤについて格子間隔が０．５４ｎｍ（±０．０５ｎｍ）を与え、この値はＧａＰのバルクの値と一致する。
【０２２２】
図１４Ａ−Ｃは、２８．２ｎｍ（図１４Ａ）、１８．５ｎｍ（図１４Ｂ）、及び８．４ｎｍ（図１４Ｃ）コロイドから成長したワイヤについて測定された直径のヒストグラムを示す。実線は、ワイヤの分布を示す。図１４Ｄは、コロイドなしで従来の方法を用いて成長させたワイヤの直径のヒストグラムを示し、ＡｕナノクラスターとＧａＰ反応体との両者の発生にレーザが用いられる。分布は非常のブロードであり（標準偏差＝２３．９ｎｍ）、平均直径（４２．７ｎｍ）は、予め規定されたコロイド触媒を用いて合成されたものよりずっと大きい。全ての場合において、報告されたナノスケールワイヤは結晶性コアに対応する。全てのナノスケールワイヤの表面上のアモルファス酸化物層は、同じ実験内ではワイヤ間で比較的均一であるが、合成ごとに厚みが２−６ｎｍ変動する。
【０２２３】
実施例３
多成分半導体ナノスケールの広い範囲の合成が、レーザ支援触媒成長を用いて実現された。２成分のＩＩＩ−Ｖ材料（ＧａＡｓ、ＧａＰ，ＩｎＡｓ、及びＩｎＰ）、３成分のＩＩＩ−Ｖ材料（ＧａＡｓ／Ｐ、ＩｎＡｓ／Ｐ）、２成分のＩＩ−ＶＩ化合物（ＺｎＳ，Ｚ
ｎＳｅ，ＣｄＳ，及びＣｄＳｅ）、及び２成分のＳｉＧｅ合金のナノスケールワイヤは、高純度（＞９０％）単結晶と同様のバルク純度で調製された。ナノスケールワイヤは３から数十ナノメートルの範囲で変動する直径を有し、数十マイクロメートルに及ぶ長さを有する。技術的に重要な半導体ナノスケールワイヤのこの広い範囲の合成は、多くの他の材料の拡張できる。
【０２２４】
本技術は、ＬＣＧ法を用いた単体のＳｉ及びＧｅナノスケールワイヤの成長を包含し、ＬＣＧ法は、レーザブレーションを用いて、サイズを規定するナノメートルの直径を有する触媒クラスターを発生させ、気相−液相−固相（ＶＬＳ）メカニズムによる結晶性ナノスケールワイヤの成長を方向づける。ＶＬＳ成長過程及びＬＣＧ法はレーザブレーション法の鍵となる特徴は、平衡相図を用いて触媒及び成長条件を選択できることであり、それにより新たなナノスケールワイヤ材料の合理的な合成が可能になることである。注目すべきことに、本試料はＩＩＩ−Ｖ材料ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ，ＩｎＰ及びＩｎＡｓＰ；ＩＩ−ＶＩ材料ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、及びＣｄＳｅ；並びに、ＩＶ−ＩＶ合金であるＳｉＧｅ；の半導体ナノスケールワイヤを高収率かつ高純度でこのアプローチを用いて合成できる。化合物半導体、例えばＧａＡｓ及びＣｄＳｅは、その直接バンドギャップが魅力的な光学及び電子光学特性をもたらすため、特に興味深いターゲットである。ナノスケールワイヤは、強い放射量子閉じ込めをもたらす３ｎｍ未満の直径と、１０μｍを上回る長さとを有する単結晶として調製された。
【０２２５】
２成分以上の複合ナノスケールワイヤのためのＬＣＧ法を用いた成長条件の選択及び制御は、触媒と当該化合物半導体の擬２成分相図を考慮することにより充実させることができる。例えば、Ａｕ−ＧａＡｓの擬２成分相図は、６３０℃以上でＧａＡｓの多い領域では、Ａｕ−Ｇａ／Ａｓ液体及びＧａＡｓ固体が基本的な相であることを示す（図１５）。このことは、ターゲットの組成及び成長温度を相図のこの領域に設定する場合、ＬＣＧ法によりＧａＡｓナノスケールワイヤを成長させる触媒としてＡｕが作用しうるということを示す。実際、（ＧａＡｓ）０．９５Ａｕ０．０５ターゲットを用いるＬＣＧは、主にナノスケールワイヤからなる試料を生成する。８９０℃で調製された材料の典型的な電界放出走査顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）像は、生成物がワイヤ状であり、長さが１０μｍ以上に伸長することを示す。これらの高分解能ＳＥＭ像の解析は、ＬＣＧ法で生成された生成物の少なくとも９０％が、少量の粒子材料のみを有するナノスケールワイヤであることを示す。バルク試料のＸ線回折データは、閃亜鉛（ＺＢ）構造で指数付けされ、格子定数がバルクＧａＡｓと矛盾しないことを示し、この材料が１％のレベルまで純粋なＧａＡｓであることを示す。最後に、Ａｇ及びＣｕ触媒を用いて高収率でＧａＡｓナノスケールワイヤが得られることに注意すべきである。これらのデータは、これらの金属（Ｍ＝Ａｇ及びＣｕ）が擬２成分相図のＧａＡｓの多い領域でＭ−Ｇａ／Ａｓ液相及びＧａＡｓ固相を示すという事実と矛盾せず、さらに、ＬＣＧアプローチのナノスケールワイヤ成長への予測可能性を示す。
【０２２６】
ＧａＡｓナノスケールワイヤの構造及び組成を、走査電子顕微鏡（ＴＥＭ）、収束ビーム電子回折（ＥＤ）、及びエネルギー分散型Ｘ線蛍光分析（ＥＤＸ）を用いて詳細にキャラクタライズした。ＴＥＭの研究は、ナノスケールワイヤの直径が約３ｎｍから約３０ｎｍの範囲にあることを示す。直径２０ｎｍの単一のワイヤの典型的な回折コントラスト像（図１７Ａ）は、ワイヤが単結晶であり（均一なコントラスト）、直径が均一であることを示す。ＥＤＸで決定されたＧａ：Ａｓ組成、５１．４：４８．６は、装置感度の限界内にあり、ＧａＡｓ結晶標準品の分析で得られた組成と同じである。さらに、このナノスケールワイヤの長軸と垂直に記録されたＥＤパターン（挿入図、図１７Ａ）は、ＺＢ  ＧａＡｓ構造の＜１１２＞晶帯軸に指数付けすることができ、＜１１１＞方向に成長が起きていることを示す。個々のＧａＡｓワイヤの詳細な測定は、全ての場合に［１１１］方向に成長が起きることを示す。この方向と単結晶構造は、ワイヤ軸に垂直な（１１１）格子面
（間隔０．３２±０．０１ｎｍ；バルクＧａＡｓ  ０．３２６ｎｍ）を明確に示す格子分解能のＴＥＭ像（例えば、図１７Ｂ）により確認される。最後に、ＴＥＭの研究は、大半のナノスケールワイヤはナノ粒子の一端で終端することを明らかにする。ＥＤＸ分析は、ナノ粒子は主にＡｕで構成されることを示す。ナノスケールワイヤの末端におけるＡｕナノ粒子の存在は、擬２成分相図と矛盾せず、ＬＣＧについて提案されるＶＬＳ成長メカニズムの強い証拠を表す。
【０２２７】
ＬＣＧによる２成分ＧａＡｓナノスケールワイヤの合成の成功は孤立したものではなく、広い範囲の２成分以上の複合ナノスケールワイヤ材料（表１）に一般的である。この合成アプローチを広い範囲のナノスケールワイヤに拡張するため、ナノスケールワイヤ成分元素を液相で溶解するが、ナノスケールワイヤ相より安定な固体化合物を形成しない金属を同定することにより、ＬＣＧの触媒を詳細な相図なしに選択することができる；つまり、理想的な金属触媒は物理的には活性でなければならず、化学的には安定でなければならない。この概念から、貴金属Ａｕが多くの材料にとって優れた出発点である。このＬＣＧ法は、単に当該材料の固体ターゲット及び触媒を生成することにより、多くの異なる材料（例えば、表１）に容易に拡張することができる。
【０２２８】
ＧａＡｓの研究は、ＧａＰ及び３成分合金ＧａＡｓ１−ｘＰｘを含むよう拡張された。ＬＣＧにより（ＧａＰ）０．９５Ａｕ０．０５ターゲットから得られた生成物のＦＥＳＥＭ像は、１０μｍを超える長さを有する高純度のナノスケールワイヤを示す（図１６Ｂ）。詳細なＴＥＭキャラクタリゼーションは、これらのナノスケールワイヤが；（ｉ）単結晶ＧａＰであり；（ｉｉ）＜１１１＞方向に成長し；（ｉｉｉ）ＬＣＧメカニズムについて予測される通り、Ａｕナノ粒子で終端する（挿入図、図１６Ｂ）；ことを示す。ＬＣＧの限界は、３成分ＧａＡｓＰナノスケールワイヤの研究を通じて試験された。３成分ＩＩＩ−Ｖ合金の合成は、電子及び光学デバイスにとって重要なバンドギャップエンジニアリングにおいて特に興味が持たれている。ＧａＡｓ０．６Ｐ０．４ターゲットとＡｕ触媒を用いたＧａＡｓＰナノスケールワイヤのＬＣＧは、ほぼ純粋なナノスケールワイヤをもたらした（図１６Ｃ）。ＴＥＭ像、ＥＤ、及びＥＤＸは、これらのナノスケールワイヤが単結晶であり、＜１１１＞方向に成長し、Ｇａ：Ａｓ：Ｐ比が１．０：０．５８：０．４１であり（本質的に出発ターゲット材料と同じである）、主にＡｕで構成されるナノクラスターで終端する（挿入図、図１６Ｃ）。約１０から６ｎｍの直径を有するナノスケールワイヤについて記録された高分解能ＴＥＭ像は、よく整列した（１１１）格子面を示し、組成の変調についての証拠を示さない。
【０２２９】
ＬＣＧはＩＩＩ−Ｖの２成分及び３成分材料（Ｉｎ−Ａｓ−Ｐを含む）（表１）を調製するため使用され成功した。この合成アプローチは、多くの他のクラスのナノスケールワイヤ（ＩＩ−ＶＩ材料であるＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＣｄＳ，及びＣｄＳｅ（表１）、ＩＶ−ＩＶのＳｉＧｅ合金が含まれる）の調製に容易に拡張できる。ＩＩ−ＶＩナノスケールワイヤＣｄＳ及びＣｄＳｅの場合、これらの材料の安定な構造相、ウルツ鉱が、上記のＩＩＩ−Ｖ材料のＺＢ構造及びＺｎＳ及びＺｎＳｅのＺＢ構造と区別されるため、特に重要である。注目すべきことに、ＣｄＳ及びＣｄＳｅのナノスケールワイヤがＬＣＧアプローチでＡｕ触媒を用いて高純度で構成できることが見出された（図１８Ａ）。それぞれのＣｄＳｅナノスケールワイヤのＴＥＭ及びＥＤデータ（例えば、図１８Ｂ及び１８Ｃ）は、これらの材料が単結晶であり、Ｗ−型構造を有し、ＺＢ構造の＜１１１＞構造と明確に区別される＜１１０＞成長方向を有することを実証する。
【０２３０】
ＬＣＧは、ＩＶ−ＩＶ２成分Ｓｉ−Ｇｅ合金（表１）のナノスケールワイヤを調製するためにも使用された。Ａｕ触媒を用い、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ組成範囲全体にわたって、単結晶ナノスケールワイヤを合成することができた。上記のＧａＡｓＰと異なり、Ｓｉ−Ｇｅ合金は出発ターゲットと同じ組成を示さない。むしろ、成長リアクター内で組成が連続的
に変化し、中央の温度の高い領域でＳｉの多い材料が製造され、温度の低い領域でＧｅの多い材料が製造される。具体的には、（Ｓｉ０．７０Ｇｅ０．３０）０．９５Ａｕ０．０５ターゲットからの１１５０℃でのＬＣＧ成長は、炉の中央から末端にかけてそれぞれＳｉ：Ｇｅ比が９５：５，８１：１９，７４：２６、３４：６６、及び１３：８７であるナノスケールワイヤを生成した。この組成変動は、２つのそれぞれのナノスケールワイヤ材料の最適な成長温度が大きく異なるという事実による。そのような違いは、単一の成長実験で、幅のある合金組成を調製するために用いることができる。
【０２３１】
結論として、幅広い単結晶２成分及び３成分化合物半導体ナノスケールワイヤがこのＬＣＧ技術を用いて合成され、このアプローチが合理的なナノスケールワイヤ合成に有用であることを実証する。これらのナノスケールワイヤは、１Ｄにおけるエキシトンの閉じ込め、ダイナミクス、及び輸送を確かめるために用いることができ、ナノ構造材料の光学活性なビルディングブロックとして作用しうる。さらに、ＬＣＧアプローチは、より複雑なワイヤ構造体（シングルワイヤのホモー及びヘテロ接合、及び超格子が含まれる）の合成に用いることができ、ナノスケールの発光ダイオード及びレーザデバイスを可能にする。
【０２３２】
ナノスケールワイヤのＬＣＧ成長のための装置及び一般的手順が、具体的に記載される。合成で用いられるターゲットは、（材料）０．９５Ａｕ０．０５からなる。合成に使用される典型的な条件は：（ｉ）１００−５００Ｔｏｒｒ  Ａｒ：Ｈ２（９５：５）、（ｉｉ）５０−１５０ｓｓｃｍガスフロー、及び（ｉｉｉ）パルスＮｄ：ＹＡＧレーザによるアブレーション（波長＝１０６４ｎｍ；１０Ｈｚパルスレーザ；平均パワー２．５Ｗ）。様々なナノスケールワイヤ材料の成長に用いられる具体的な温度は、表１に与えられる。ナノスケールワイヤ製品は、炉の下流の冷却端で集められた。
【０２３３】
ナノスケールワイヤ試料は、Ｘ線回折（ＳＣＩＮＴＡＧ  ＸＤＳ  ２０００）、ＦＥ−ＳＥＭ（ＬＥＯ  ９８２）、及びＴＥＭ（フィリップス  ４２０及びＪＥＯＬ２０１０）を用いてキャラクタライズされた。電子回折及び組成分析（ＥＤＸ）測定は、ＴＥＭについても行われた。ＴＥＭ分析の試料は、以下の通り調製された；試料はエタノールで短時間、超音波処理され、それによりナノスケールワイヤ材料を懸濁させ、そして懸濁液を一滴ＴＥＭグリッドに置き、乾燥させた。
【０２３４】
表１は、合成された単結晶ナノスケールワイヤをまとめたものである。成長温度はこれらの検討でなされた範囲に対応する。最小（Ｍｉｎ．）及び平均（Ａｖｅ．）のナノスケールワイヤ直径（Ｄｉａｍ）は、ＴＥＭ及びＦＥ−ＳＥＭ像から決定された。構造は電子回折及び格子分解能ＴＥＭイメージングを用いて決定された；ＺＢ、閃亜鉛；Ｗ、ウルツ鉱；Ｄ，ダイアモンド構造型。
【０２３５】
組成は、個々のナノスケールワイヤについて行われたＥＤＸ測定から決定された。ナノスケールワイヤの全ては、Ａｕを触媒として合成され、ただしＧａＡｓについてはＡｇ及びＣｕも用いられた。Ａｇｕ及びＣｕ触媒により得られたＧａＡｓナノスケールワイヤは、Ａｕ触媒により得られたものと同じサイズ、構造、及び組成を有する。
【０２３６】
【表１】
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【０２３７】
実施例４
単結晶性ＧａＮナノスケールワイヤが、レーザ支援触媒成長（ＬＣＧ）を用いてバルク量で合成された。（ＧａＮ，Ｆｅ）複合ターゲットのレーザブレーションにより、結晶性ナノスケールワイヤの成長の制限と方向付けをする触媒サイトとして機能する液体ナノクラスターを発生させる。電界放出走査電子顕微鏡は、生成物が主にワイヤ状構造体からなり、直径が１０ｎｍのオーダーであり、長さが１μｍを大きく超えることを示す。バルクナノスケールワイヤ試料の粉体Ｘ線回折は、ＧａＮウルツ構造に指数付けすることができ、９５％を上回る相純度を示す。個々のナノスケールワイヤの透過電子顕微鏡、収束ビーム電子回折、エネルギー分散型Ｘ線蛍光分析は、それらが［１００］の成長方向を有するＧａＮ単結晶であることを示す。
【０２３８】
ナノ構造のＧａＮ材料は、以下の様に形成された。触媒は、成長方法に基づき選択された。具体的には、触媒は、ＧａＮと混和性の液相を形成するがナノスケールワイヤ成長条件下でより安定な固相を形成しないよう選択された。Ｆｅは、Ｇａ及びＮの両方を溶解し、ＧａＮより安定な化合物を形成せず、ＬＣＧによるＧａＮナノスケールワイヤの良い触媒であると決定された。そレーザブレーションによる触媒ナノクラスターの発生に続くナノスケールワイヤ成長の全体の進展を、図１９に示す。
【０２３９】
注目すべきことに、ＧａＮ／Ｆｅターゲットを使用するＬＣＧは、直径がナノメートルのワイヤ状構造体を高収率で生成することが見出された。ＬＣＧにより生成された生成物の典型的なＦＥ−ＳＥＭ像（図２０Ａ）は、生成物が、直径が１０ｎｍのオーダーにあり長さが１μｍを大きく上回る１Ｄ構造体（つまり、高アスペクト比のナノスケールワイヤ）から主としてなることを示す。ＦＥ−ＳＥＭデータは、生成物の約９０％がナノスケールワイヤであり、残りはナノ粒子であることを示す。バルクナノスケールワイヤ試料の全
体の結晶構造及び相純度も、ＰＸＲＤを用いて評価される（図２０Ｂ）。ＰＸＲＤにおける比較的鋭い回折ピークの全てが、格子定数ａ＝３．１８７Å及びｃ＝５．１７８Åとしウルツ構造に指数付けできる。これらの値は、バルクＧａＮの文献値：ａ＝３．１８９，ｃ＝５．１８２Åとよく一致する。それに加え、バックグラウンドシグナルと観測ピークを比較すると、ＧａＮウルツ鉱相は、合成により生成した結晶性材料の＞９５％を表す。
【０２４０】
ＬＣＧ実験装置は以下の通りであった：ＧａＮ／Ｆｅ（原子比（ＧａＮ）：Ｆｅ＝０．９５：０．０５））複合ターゲットを石英管とともに炉の中央に位置決めした。実験系を３０ｍＴｏｒｒに排気し、乾燥アンモニアガスで再充填した。圧力及びフロー速度を約２５０Ｔｏｒｒ及び８０ｓｃｃｍに保ちつつ、炉の温度を９００℃まで３０℃／ｍｉｎで上昇させた。次にパルスＮｄ−ＹＡＧレーザ（１０６４ｎｍ，パルス幅８ｎｓ、繰り返し１０Ｈｚ、平均パワー２．５Ｗ）を用いてターゲットをアブレーションさせ、典型的なアブレーション持続時間は５ｍｉｎであった。アブレーションの後、炉をオフにして室温まで冷却した。系をベントし、薄黄色の粉末を石英内壁の末端から集めた。生成物を、ＦＥ−ＳＥＭ及びＰＸＲＤの検討に直接用いた。生成物をエタノールに懸濁させ、ＴＥＭ、ＣＢＥＤ、及びＥＤＸ測定のためＴＥＭグリッドに移した。
【０２４１】
ＧａＮナノスケールワイヤのモルフォロジー、構造、及び組成をＴＥＭ、ＣＢＥＤ、及びＥＤＸを用いてさらに詳細にキャラクタライズした。ＴＥＭの研究は、ナノスケールワイヤが均一な直径でまっすぐであり、典型的には一方の端でナノ粒子で終端することを示した。図２０Ａは、ナノスケールワイヤの代表的な回折コントラスト像を示す。ワイヤ軸に沿った均一なコントラストは、ナノスケールワイヤが単結晶であることを示す。ナノスケールワイヤの終端で観測されるナノ粒子（暗く、高いコントラストの特徴）は、液体ナノクラスターについて引き続いて起こると予測される結晶化によりファセット化されている。また、ＥＤＸもナノスケールワイヤ及び終端のナノ粒子の組成を定めるために用いられる。ナノスケールワイヤについて記録されたデータは、Ｇａ及びＮがＧａＮ標準品とほぼ同じであることを示し、ナノ粒子はＧａ，Ｎ、及びＦｅを含有する。Ｆｅ（Ｇａ及びＮとともに）が末端のナノ粒子にのみ存在することは、合成におけるＦｅの触媒の性質を確認する。
【０２４２】
触媒の重要性をさらに検証するため、Ａｕ触媒を用いるＧａＮナノスケールワイヤ成長を調べた。近年、金は、数多くのＩＩＩ−Ｖ及びＩＩ−ＶＩ材料のナノスケールワイヤの成長に触媒として用いられており、ＧａＮナノスケールワイヤの成長にも有効に機能することが予測される。しかし、ＡｕはＮの溶解性に乏しく、Ｎを液／固成長界面に有効に輸送しない場合がある。この解析と一致して、ＧａＮナノワイヤは、Ａｕ触媒を用いては得られない。このことは、触媒の重要な役割と、どのようにして触媒が合理的に選択されうることを強調する。
【０２４３】
ＧａＮナノスケールワイヤの構造は、ＣＢＥＤ及び高分解能ＴＥＭ（ＨＲＴＥＭ）を用いて非常に詳細にキャラクタライズされた。ナノスケールワイヤの典型的なＣＢＥＤパターンは（挿入図、図２１Ａ）、回折コントラスト像から推察される単結晶構造と矛盾しない明瞭な回折パターンを示す。このパターンの指数付けは、ワイヤ軸に沿って［１００］方向が並んでいることをさらに示す。さらに、図２１Ｂは、直径が約１０ｎｍであるＧａＮナノスケールワイヤの格子分解能ＨＲＴＥＭ像を示す。この像は、＜００１＞晶帯軸方向に沿って記録されたが、ナノスケールワイヤの単結晶構造と［１００］、［０１０］、［−１１０］方向の格子面とを明確に示す。この像は、［１００］方向がワイヤ軸と平行にあり、ＧａＮナノスケールワイヤにおける［１００］成長方向を確証する。
【０２４４】
結論として、ＧａＮナノスケールワイヤの合理的な合成のためのＬＣＧ法が用いられた。非常に純度が高く、ユニークな［１００］成長方向を有するＧａＮナノスケールワイヤ
が得られた。このアプローチは、ＩｎＮ、（ＧａＩｎ）Ｎ合金及び関連する窒化物ナノスケールワイヤに容易に拡張することができる。
【０２４５】
図１５は、Ａｕ及びＧａＡｓの擬２成分相図を示す。液体Ａｕ−Ｇａ−Ａｓ成分がＬによって表示される。
図１６Ａ−Ｃは、ＬＣＧにより調整されたＧａＡｓ（図１６Ａ）、ＧａＰ（図１６Ｂ）、及びＧａＡｓ０．６Ｐ０．４ナノスケールワイヤのＦＥ−ＳＥＭ像を示す。図１６Ａ−１６Ｃのスケールバーは２μｍである。図１６Ａ−１６Ｃの挿入図は、それぞれＧａＡｓ、ＧａＰ、及びＧａＡｓ０．６Ｐ０．４ナノスケールワイヤのＴＥＭ像を示す。スケールバーは全て５０ｎｍである。高いコントラスト（濃）の特徴は、固化したナノクラスター触媒に対応する。
【０２４６】
図１７Ａは、直径約２０ｎｍのＧａＡｓナノスケールワイヤの回折コントラストＴＥＭ像を示す。挿入図は、＜１１２＞晶帯軸に沿って記録された収束ビーム電子回折パターンを示す。ＥＤパターンの［１１１］方向はワイヤ軸に平行であり、［１１１］方向に沿って成長が起きることを示す。スケールバーは２０ｎｍに対応する。図１７Ｂは直径約２０ｎｍのＧａＡｓナノスケールワイヤの高分解能ＴＥＭ像を示す。ナノスケールワイヤに垂直な格子間隔、０．３２±０．０１ｎｍは、バルクＧａＡｓの（１１１）面の間隔０．３２６ｎｍとよく一致する。スケールバーは１０ｎｍである。図１７Ｃ及び１７Ｄは、それぞれ直径１０及び６ｎｍのＧａＡｓ０．６Ｐ０．４ナノスケールワイヤの高分解能ＴＥＭ像を示す。（１１１）格子面（ワイヤ軸に垂直）は、３つのナノスケールワイヤ全てで明確に解像される。図１７Ｃ及び１７Ｄのスケールバーは５ｎｍである。
【０２４７】
図１８Ａは、ＬＣＧにより調製されたＣｄＳｅナノスケールワイヤのＦＥ−ＳＥＭ像を示す。スケールバーは２μｍに対応する。図１８Ａの挿入図は、ワイヤ端でナノクラスター（暗いコントラスト）を示す個々のＣｄＳｅナノスケールワイヤのＴＥＭ像である。スケールバーは５０ｎｍである。図１８Ｂは、直径１８ｎｍＣｄＳｅナノスケールワイヤの回折コントラストＴＥＭ像を示す。均一なコントラストは、ナノスケールワイヤが単結晶であることを示す。図１８Ｂの挿入図は＜００１＞晶帯軸に沿って記録されたＥＤパターンであり、ウルツ構造に指数付けされた。ＥＤパターンの［１１０］方向はワイヤ軸に平行であり、［１１０］方向に沿って成長がおきることを示す。スケールバーは５０ｎｍである。図１８Ｃは、よく解像された（１００）格子面を示す直径約１３ｎｍのＣｄＳｅナノスケールワイヤの高分解能ＴＥＭ像を示す。実験的な格子間隔０．３６±０．０１ｎｍは、バルク結晶の０．３７２ｎｍ間隔と矛盾しない。ナノスケールワイヤ軸に対して３０°の方向にある（１００）格子面は、ＥＤにより決定された［１１０］成長方向と矛盾しない。スケールバーは５ｎｍに対応する。
【０２４８】
実施例５
この実施例は、電気特性がドーピングにより制御された化合物半導体ＮＷビルディングブロックによる機能性ナノスケールデバイスの合理的なアセンブリーを示す。ゲートに依存した輸送測定は、制御されたｎ−型及びｐ−型ドーピングを有するインジウムリン（ＩｎＰ）ＮＷを合成することができ、ナノスケールＦＥＴとして機能できることを実証した。それに加え、充分に規定されたｎ−及びｐ−型材料が入手可能であるため、交差ＮＷアレイの形成によりｐ−ｎ接合が可能となった。輸送測定は、ナノスケールｐ−ｎ接合がよく規定された電流の整流作用を示すことを明らかにした。注目すべきことに、順バイアスされたＩｎＰ  ｐ−ｎ接合は、強い量子閉じ込め発光を示し、これらの構造が非常に有効で非常に小さい発光ダイオードとなる。電場の向けられたアセンブリーは、これらの新しいナノスケールビルディングブロックから非常に集積された機能デバイスを作り出すことを可能にするストラテジーの一つとなることが示される。
【０２４９】
単結晶ＩｎＰ  ＮＷは、レーザ支援触媒成長（ＬＣＧ）により調製された。ｎ−型及びｐ−型ＩｎＰ  ＮＷは、テルル（Ｔｅ）及び亜鉛（Ｚｎ）をそれぞれドーパントとして用いて調製され、ドーパントを添加しない場合に生成されるＮＷと同様に高い品質であることがわかった。合成されたＺｎ−ドープＩｎＰ  ＮＷの電界放出走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）像（図２２Ａ）は、ワイヤが数十μｍの長さまで伸長し、直径が１０ｎｍのオーダーであることを実証する。高分解能透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像（挿入図、図２２Ａ）はさらに、ドープＮＷが＜１１１＞を成長方向とする単結晶であることを示す。一般に、ＮＷの上のアモルファスの１−２ｎｍの被覆層は、ＴＥＭ像で識別することができる。この薄い層は、ＮＷを合成の後に空気に露出する際に形成される酸化物による。個々のＮＷの全体組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により決定され、Ｉｎ：Ｐ＝１：１であることがわかり、ＮＷの量論組成が確証された。しかし、ＥＤＸ及び他の元素分析法は、個々のＮＷのドーピングレベルを決定するには感度が不十分である。
【０２５０】
ＮＷ中のドーパントの存在と型を確かめるため、ゲートに依存した２端子の輸送測定を個々のＮＷについて行った。これらの測定では、ＮＷのコンダクタンスは、ｎ−型及びｐ−型ＮＷについてゲート電圧（Ｖｇ）の変化に対する応答が逆である。具体的には、Ｖｇ＞０において、ｎ−型ＮＷでは電子が蓄積しコンダクタンスが増加するが、同じ印加ゲート電圧において、ｐ−型ＮＷではホールが欠乏してコンダクタンスが減少する。図２２Ｂ及び２２Ｃは、個々のＴｅ−及びＺｎ−ドープＮＷから得られる典型的なゲート依存Ｉ−Ｖ曲線をしめす。Ｖｇ＝０において、Ｉ−Ｖ曲線は両方のＮＷの型についてほぼ直線であり、金属電極がＮＷとオーミックコンタクトを形成することを示す。Ｔｅ−ドープＮＷについて記録された輸送データ（図２２Ｂ）は、Ｖｇ＞０でコンダクタンスの増加を示すが、Ｖｇ＜０ではコンダクタンスが減少する。これらのデータは、Ｔｅ−ドープＩｎＰ  ＮＷがｎ−型であることを明確に示す。Ｚｎ−ドープＮＷについて記録されたゲート依存の輸送データは、ｎ−型のＴｅ−ドープＩｎＰ  ＮＷと比較して、Ｖｇの変動によるコンダクタンスの変化が逆であることを示す。具体的には、Ｖｇ＞０でコンダクタンスが増加し、Ｖｇ＜０でコンダクタンスが減少する（図２２Ｃ）。これらの結果は、Ｚｎ−ドープＩｎＰ  ＮＷがｐ−型であることを示す。
【０２５１】
２０の個々のＮＷ（直径が２０ｎｍから１００ｎｍの範囲にある）から得られた測定は、それぞれの場合のゲート効果を示し、ＩｎＰ  ＮＷ合成中に使用されたドーパントと矛盾しない。それに加え、ゲート電圧を用いてｎ−及びｐ−型ＮＷの電子及びホールを欠乏させ、コンダクタンスが測定不能となる程小さくすることができる。例えば、図２２ＢのＮＷのコンダクタンスは、Ｖｇを−２０Ｖ以下にすると、伝導性（オン）から絶縁性（オフ）状態に切り替えることができ、ＦＥＴとして機能する。コンダクタンスの変調は、一部のＮＷについて４−５桁まで大きくなることがある。比較的大きい切り替え電圧（switching voltage）は、これらの測定に用いられる厚い（600 nm）酸化物バリアに関係する
。このゲート依存の挙動は、金属−酸化物−半導体（ＭＯＳ）ＦＥＴ及び半導体ＮＴ  ＦＥＴの最近の研究と同様である。これらの結果を合わせると、単結晶ＩｎＰ  ＮＷをキャリア型を制御して合成することができる。これらのＮＷがバルク量で生成されるため、デバイス及びデバイスアレイをアセンブリーするための容易に入手可能な材料を提供する。
【０２５２】
２つのｎ−型、２つのｐ−型、及び１つのｎ−型と１つのｐ−型の交差により形成されるｎ−ｎ、ｐ−ｐ、及びｐ−ｎ接合の輸送挙動がそれぞれ研究された。図２３Ａは、直径２９ｎｍ及び４０ｎｍのＮＷにより形成される交差ＮＷデバイスの代表的な例を示す。４つのアームは、以下の考察を簡略にするためＡ，Ｂ，Ｃ、Ｄと呼ばれる。注目すべきことに、アセンブリーの前に交差接合を生成するため使用されるＮＷの型を選択できるため、検討される接合の型はそれぞれの実験において制御可能である。
【０２５３】
図２３Ｂ及び２３Ｃは、ｎ−ｎ及びｐ−ｐ接合についてそれぞれ記録された電流−電圧
（Ｉ−Ｖ）データを示す。両方の型の接合について、個々のＮＷ（ＡＣ，ＢＤ）について記録された輸送データは直線又はほぼ直線のＩ−Ｖ曲線を示す（曲線８０，図２３Ｂ及び曲線８２、図２３Ｃ）。これらの結果は、実験で使用される金属電極が、ＮＷにオーミック又はほぼオーミックコンタクトし、接合を通じたＩ−Ｖ測定に非線形の寄与を生じないことを示す。一般に、ｎ−ｎ及びｐ−ｐ接合を通じた輸送測定は直線又はほぼ直線の挙動を示し、この方法で作成された接合について二つの重要な点が推察される。第１に、個々のＮＷ間の界面酸化物は重大なトンネル障壁とはならない。その理由は、そのような障壁は非常に非線形のＩ−Ｖ挙動につながるからである。第２に、隣接するアームのそれぞれの対（ＡＢ、ＡＤ、ＣＢ、ＣＤ）を通じて記録されたＩ−Ｖ曲線は同様の電流レベルを示し、その電流レベルは個々のＮＷ自体のものより小さい。これらの結果は、接合が輸送挙動を支配していることを実証する。これらのデータは、小さい接触面積（１０−１２−１０−１０ｃｍ２）であり接合作製が簡便な方法であるにもかかわらず、個々のＮＷが互いに良い電気接触をすることを示す。
【０２５４】
個々のＮＷ間の良い接触は、機能デバイスの基礎を提供する。例えば、ｐ−ｎ接合が、交差されたｐ−及びｎ−型ＮＷから作成された。これらの接合は、ｎ−及びｐ−型ＮＷの希釈溶液を逐次堆積し、その中間で乾燥することにより、再現性よく作成できる。図２３Ｄは、交差ＮＷｐ−ｎ接合の典型的なＩ−Ｖ挙動を示す。個々のｎ−及びｐ−型ＮＷ要素の直線的なＩ−Ｖ（曲線８４及び８６）は、ＮＷと金属電極間のオーミックコンタクトを示す。ｐ−ｎを通じた輸送挙動（曲線８８）は、明確な電流の整流を示す（つまり、逆バイアスでは電流の流れが小さく、順バイアスでは急峻な電流の立ち上がりが生じる）。注目すべきことに、この挙動は、多くの重要なエレクトロニクス及びオプトエレクトロニクスデバイスの基礎を形成するバルク半導体のｐ−ｎ接合と同様である。標準的なｐ−ｎ接合では、ｐ−及びｎ−型材料の界面で形成されるポテンシャル障壁から整流作用が生じる。接合に順バイアスがかかる（ｐ−型が正にバイアスされる）場合、バリアは減少し比較的大きな電流が接合を通って流れうる；その一方、逆バイアスではバリアがさらに増大するため、小さい電流しか流れない。
【０２５５】
観測された整流作用がｐ−及びｎ−型ＩｎＰ  ＮＷ間の交差点で形成されるｐ−ｎ接合に起因するという幾つかの理由がある。第１に、接合を形成するため使用された個々のｐ−及びｎ−型ＮＷの直線又はほぼ直線のＩ−Ｖ挙動は、ＮＷ及び金属電極間にオーミックコンタクトが作成されることを示す。このことは、金属−半導体ショットキーダイオードから整流作用が生じるという可能性を排除する。第２に、隣接する電極のそれぞれの対（ＡＢ、ＡＤ、ＣＤ、ＣＤ）を通じて決定される接合のＩ−Ｖ曲線の挙動（図２３Ｄの曲線８８）は、同様の整流効果及び電流レベルを示し、その電流レベルは個々のＮＷを通じた電流レベルよりもずっと小さい。これらの結果は、接合がＩ−Ｖ挙動を支配することを示す。第３に、４端子測定（電流は２つの隣接する電極（例えばＡ−Ｂ）を通過し、接合電圧低下は２つの独立した電極（例えばＣ−Ｄ）で測定される）は、同様のＩ−Ｖ及び整流作用を示し、同じ電流レベルの２端子測定と比較して電圧低下がわずかに小さい（０．１−０．２Ｖ）のみである。最後に、１０個の独立したｐ−ｎ接合について行われた測定は、Ｉ−Ｖデータに同様の整流作用を示した（つまり、ｐ−型ＮＷが正にバイアスされる場合、ｐ−ｎ接合を通じて有意な電流が流れる）。
【０２５６】
上記のデータは、ナノスケールｐ−ｎ接合の合理的な作製を明瞭に示す。ＩｎＰの様な直接バンドギャップ半導体では、ｐ−ｎ接合が重要なオプトエレクトロニクスデバイス（発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザが含まれる）の基礎を形成する。これらのナノスケールデバイスが同様に挙動しうるかどうかを評価するため、交差ＮＷｐ−ｎ接合からのフォトルミネセンス（ＰＬ）及びエレクトロルミネセンス（ＥＬ）が研究された。注目すべきことに、順バイアスでこれらナノスケール接合からＥＬを容易に観測することができる。図２４Ａは、順バイアスで典型的なＮＷｐ−ｎ接合から得られるＥＬ像を示し、挿入図
は交差ＮＷ接合のＰＬ像を示す。ＰＬ像は、２つの細長いワイヤ状の構造を明確に示し、ＥＬ像は、点状の源から光が来ることを示す。ＥＬ及びＰＬ像を比較すると、ＰＬ像の交点がＥＬの最大に対応することがわかり、光が確かにＮＷ  ｐ−ｎ接合から生じることを示す。
【０２５７】
接合のＩ−Ｖ特性（挿入図、図２４Ｂ）は、約１．５Ｖで急峻な電流の立ち上がりを有する明確な整流作用を示す。接合のＥＬ強度対電圧曲線は、１．７Ｖの低い電圧でも系で有意な光が検出できることを示す。ＥＬ強度はバイアス電圧とともに急速に増加し、Ｉ−Ｖ曲線と類似する。ＥＬスペクトル（図２４Ｃ）は、８２０ｎｍ付近で最大強度を示し、ＩｎＰのバルクのバンドギャップ（９２５ｎｍ）と比較して有意にブルーシフトしている。ブルーシフトは、１つには励起子の量子閉じ込めよるものであるが、他の要素も寄与しうる。量子閉じ込めの重要性は、より小さい（又はより大きい）直径のＮＷからアセンブリーされたｐ−ｎ接合で記録された、より大きい（又はより小さい）ブルーシフトを示すＥＬの結果において、明確に理解される（図２４Ｄ）。これらのナノＬＥＤにおいてサイズにより色を調節できることは、特に有用である。
【０２５８】
ＧａＮは直接ワイドバンドギャップ半導体材料であり、短波（ＵＶ又は青）領域の光を室温で発光する。強くエネルギー効率が高く信頼性が高い光源が必要とされる場合、青色ＬＥＤは発光源として重要である。また、青色は３原色（赤、緑、及び青）の一つであるため、フルカラーＬＥＤディスプレイ及びＬＥＤ白色ランプの生産を可能にするために重要である。本明細書で、ｐ−型Ｓｉ及びｎ−型（意図せずにドープされた）ＧａＮナノワイヤで構築される青色／ＵＶナノＬＥＤを（１０ｎｍのオーダーの発光領域）を記載する。
【０２５９】
図２５Ａは、２つのｐ−型Ｓｉ及びｎ−型ＧａＮ交差ナノ接合から得られたＥＬ像を示す。ｐ−Ｓｉはホウ素でドープされる。図２５Ｂは、様々なゲート電圧について電流対電圧を示す。ナノ接合は、異なるゲート電圧で良い整流作用を示す。図２５Ｃに示すＥＬスペクトルは、発光が約３８０ｎｍ及び４７０ｎｍであることを示す。ｎ−ＩｎＰ及びｐ−Ｓｉナノ接合は良い整流作用を示す。
【０２６０】
高度に集積されたＮＷ−ベースのデバイスを作成するには、これらのビルディングブロックをよく規定されたアレイに並べアセンブリーする必要がある。このことを実証するため、電場（Ｅ−場）を使用して、個々のＮＷを平行及び交差アレイ−集積のための２つの基本的なジオメトリー−に並べ位置決めした。Ｅ−場の向けられたアセンブリーは、ＮＷ溶液を電極間に置き（図２６Ａ）、続いて５０−１００Ｖのバイアスを印加することによって行われた。このアプローチの有用性は、平行電極間のクロロベンゼンに懸濁されたＮＷの整列の場合に容易に理解される（図２６Ｂ）。ＦＥ−ＳＥＭ像は、ほぼ全てのＮＷが平行電極と垂直に、そしてＥ場に沿って整列していることを示す。電極アレイは、個々のＮＷを特定の位置に位置決めするためにも用いられた。例えば、電極アレイ間のＮＷのＥ−場アセンブリー（図２６Ｃ）は、個々のＮＷがまさに対向する電極の対を橋渡ししするよう位置決めされ、平行アレイを形成できることを実証する。それに加え、場の向きを変えることにより、交差ＮＷ接合（図２６Ｄ）を生成するレイヤー・バイ・レイヤーの方式で整列させることができる。これらのデータは、Ｅ−場アセンブリーが個々のＮＷを制御して堆積するために有用であることを示す。
【０２６１】
具体的には、ＩｎＰ  ＮＷがＬＣＧを用いて合成された。典型的には、ＬＣＧターゲットは９４％（原子比）ＩｎＰ、触媒としての５％Ａｕ、ドーピング元素としての１％のＴｅ又はＺｎからなった。成長の間、炉温（中央）は８００℃に設定され、ターゲットは炉の中央ではなく上流端に置かれた。パルスＮｄ−ＹＡＧレーザ（８ｎｓ、１０Ｈｚ、１０６４ｎｍ）を用いて、ターゲットを気化した。典型的には、成長は１０分間行い、ＮＷを
下流の炉の冷却端に集めた。
【０２６２】
個々のＮＷの輸送測定は、以下のようにして行った。簡単に説明すると、ＮＷは初めエタノールに分散され、バックゲートとして用いられる導電性シリコンを有する酸化されたシリコン基板（６００ｎｍ、抵抗  １−１０Ωｃｍ）上に堆積された。ＮＷへの電気コンタクトは、電子ビームリソグラフィー（ＪＥＯＬ  ６４００）を用いて規定された。Ｎｉ／Ｉｎ／Ａｕ接触電極を加熱して気化した。電気輸送測定は、コンピュータ制御下でノイズがＴ１／ｐＡ未満である手製のシステムを用いて行われた。
【０２６３】
ｎ−ｎ及びｐ−ｐ接合は、ランダム堆積によって得られた。ＮＷは、酸化されたシリコン基板上に比較的高い濃度を用いて置かれ、交差ＮＷの位置が決定され、電子ビームリソグラフィーにより交差の４つのアーム全てに電極が規定された。ＮＷへのコンタクトのため、Ｎｉ／Ｉｎ／Ａｕ電極が使用された。
【０２６４】
ｐ−ｎ接合は、レイヤー・バイ・レイヤー堆積により得られた。第１に、１つの型（例えばｎ−型）のＮＷの希釈溶液を基板に堆積し、個々のＮＷの位置を記録した。第２の工程で、別の型（ｐ−型）のＮＷの希釈溶液を堆積し、交差したｎ−及びｐ−型ＮＷの位置を記録した。次いで金属電極を規定し、輸送挙動を測定した。
【０２６５】
ＥＬは手製のマイクロルミネセンス装置により検討した。ＰＬ又は散乱光（５１４ｎｍ、Ａｒ−イオンレーザ）を使用して、接合の位置を決めた。接合の位置が決まると、レーザを止め、接合に順バイアスをかけた。ＥＬ像を液体窒素で冷却したＣＣＤカメラで得て、ＥＬスペクトルを、３００ｍｍスペクトロメータにおける１５０ライン／ｍｍグレーティングの分散ＥＬにより得た。
【０２６６】
図２２Ａ−２２Ｃは、ＩｎＰ  ＮＷのドーピングと電気輸送を説明する。図２２Ａは、ＺｎドープＩｎＰ  ＮＷの典型的なＦＥ−ＳＥＭ像を示す。スケールバーは１０μｍである。（１１１）格子面はワイヤ軸に垂直であると識別できる。図２２Ｂ及びＣは、Ｔｅ−及びＺｎドープＮＷのゲートに依存したＩ−Ｖ挙動をそれぞれ示す。図２２Ｂ及び２２Ｃの挿入図は、２端子Ｎｉ／Ｉｎ／Ａｕコンタクト電極により測定されたＮＷを示す。スケールバーは１μｍに対応する。図２２ＢのＮＷの直径は４７ｎｍであり、図２２Ｃの直径は４５ｎｍである。測定で用いられた具体的なゲート電圧は、Ｉ−Ｖ曲線と対応し図２２Ｂ−２２Ｃの右側に示す。データは室温で測定された。
【０２６７】
図２３Ａ−２３Ｄは、交差ＮＷ接及び電気特性を示す。図２３Ａは、Ｎｉ／Ｉｎ／Ａｕ電極を有する典型的なＮＷデバイスのＦＥ−ＳＥＭ像を示す。スケールバーは２μｍに対応する。ＮＷの直径は２９ｎｍ（Ａ−Ｃ）及び４０ｎｍ（Ｂ−Ｄ）である；デバイスを作成するために使用されるＮＷの直径は、２０−７５ｎｍの範囲にあった。図２３Ｂ−２３Ｄは、それぞれｎ−ｎ、ｐ−ｐ、及びｐ−ｎ接合のＩ−Ｖ挙動を示す。曲線８０及び８２は、それぞれ、接合中の個々のｎ−及びｐ−ＮＷのＩ−Ｖ挙動に対応する。曲線８８は、接合通じたＩ−Ｖ挙動を表す。図２３Ｄのｐ−及びｎ−型ＮＷについて記録された電圧は、よく見えるように１０で割ってある。実線は、隣接するアームの１つの対を通じた輸送挙動を表し、破線は、隣接するアームのその他３つの対の輸送挙動を表す。データは室温で記録された。
【０２６８】
図２４Ａ−２４Ｄは、ＮＷ  ｐ−ｎ接合の光電子的なキャラクタリゼーションを説明する。図２４Ａは、２．５Ｖで順バイアスされたＮＷ  ｐ−ｎ接合からの発光のＥＬ像である。図２４Ａの挿入図は、接合のＰＬ像を示す。スケールバーは両方とも５μｍに対応する。図２４ＢはＥＬ強度対電圧を示す。図２４Ｂの挿入図はＩ−Ｖの特徴を示し、挿入図中の挿入図は接合自体のＦＥ−ＳＥＭ像を示す。スケールバーは５μｍに対応する。この
接合を形成するｎ−型及びｐ−型ＮＷの直径は、それぞれ６５ｎｍ及び６８ｎｍである。図２４Ｃは、図２４Ａに示す接合のＥＬスペクトルを示す。スペクトルのピークは８２０ｎｍである。図２４Ｄは、順バイアスされた第２の交差ＮＷ  ｐ−ｎ接合から記録されたＥＬスペクトルを示す。ＥＬの最大は６８０ｎｍで起きる。図２４Ｄの挿入図はＥＬ像を示し、ＥＬが接合領域から生じることを実証する。スケールバーは５μｍである。この接合を形成するｎ−型及びｐ−型ＮＷの直径は、それぞれ３９ｎｍ及び４９ｎｍである。
【０２６９】
図２６Ａ−２６Ｄは、電場を用いたＮＷの平行及び直交アセンブリ−を説明する。図２６Ａは、Ｅ−場整列の概略図である。電極（オレンジ）には、一滴のＮＷ溶液を基板（青）上に堆積した後、５０−１００Ｖのバイアスをかける。図２６Ｂは、２つの平行電極間に整列されたＮＷの平行アレイを示す。ＮＷはクロロベンゼン中に懸濁され、１００Ｖの印加電圧を用いて整列させた。図２６Ｃは、８０Ｖのバイアスを用いてＥ−場アセンブリーして得られた、空間的に位置決めされたＮＷ平行アレイを示す。図２６Ｃの上部の挿入図は、個々のＮＷを有する平行電極の１５の対を示し、そのＮＷは、まさに対向する電極対を橋渡しする。図２６Ｄは、Ｅ−場により２つのアセンブリー工程で直交する向きにレイヤー・バイ・レイヤー整列させて得られた交差ＮＷ接合を示す。両方の工程での印加電圧は８０Ｖであった。図２６Ｂ−２６Ｄのスケールバーは１０μｍに対応する。
【０２７０】
実施例６
よく制御されたドーパント型及びレベルを有するｐ−及びｎ−型シリコンナノワイヤ（ＳｉＮＷ）からの合理的なボトムアップアセンブリ−によって、４つの型の重要な機能ナノデバイスが作り出された。これらのデバイス全てにおいて、個々のｐ−及びｎ−型ＳｉＮＷについての電気輸送測定は、ＳｉＮＷ及びリード間のコンタクトがオーミック又はほぼオーミックであることを示した。注目すべきことに、交差ｐ−型及びｎ−型ＳｉＮＷからなるｐｎ接合を通じた４プローブ測定は、ｐｎダイオードの挙動について予測される通り電流整流挙動を示した。また、バイポーラトランジスタを作り出すためｎ＋ｐｎ交差接合がアセンブリーされ、０．９４／１６という大きさの共通ベース／エミッタ電流利得が得られた。低濃度でドープされたｐｎ接合で作られた相補型インバータは、入力電圧の出力電圧への明確な反転を示し、利得は０．１３であった。高濃度でドープされたＳｉＮＷ
ｐｎ交差の形態にあるトンネルダイオードは、順バイアスで負の微分抵抗（ＮＤＲ）挙動を示し、ピーク：谷比（peak-to-valley ratio）は５：１であった。
【０２７１】
ｐｎダイオード、バイポーラトランジスタ、相補型インバータ、及びトンネルダイオードを含む４つの型の重要な機能構造は、ＳｉＮＷをｐ及びｎ型ドーピングレベルの変動と制御して組み合わせることにより作り出された。ナノスケールｐｎ接合は、交差ＳｉＮＷ接合の形態で作られた。これらのｐｎ接合についての電気輸送測定は、電流整流を示した。ｎ＋ｐＮ交差ＳＩＮＷ接合構造をバイポーラトランジスタに採用できることが実証され、共通ベース／エミッタ電流利得は０．９４／１６であった。低濃度でドープされたｐｎ交差で作られたインバータは、電圧利得０．１３で入力電圧の出力電圧への反転を明確に示した。高濃度でドープされたｐｎ交差で作られたトンネルダイオードの結果は、順バイアスでＮＤＲ挙動を示し、ＰＶＲは５：１であった。ｐ−型及びｎ−型ＳｉＮＷは、ＳｉＮＷのレーザ支援触媒成長の間ドーピング源としてジボラン及びリンをそれぞれ用いることによって合成した。６００ｎｍの熱酸化オキサイドを有するドープシリコン基板上のＳｉＮＷとの金属リードコンタクトは、電子ビームリソグラフィーにより規定された。ｐｎ，ｐｐ、及びｎｎ接合は、１つのｐ−型及び１つのｎ−型、２つのｐ−型、２つのｎ−型ＳｉＮＷをそれぞれ交差させることにより形成された。接合の型は、所定の接合を作り出すため用いられるＳｉＮＷの型を選択することによって制御された。交差接合の典型的な電界放出走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）像を図２７Ａに示し、ここでは、４つのコンタクトリードに、考察の便宜のため１，２，３，及び４とラベルされている。図２７Ｂは、ｐ−及びｎ−型ＳｉＮＷの直径がそれぞれ２０．３ｎｍ及び２２．５ｎｍであるｐｎ交差
接合についての電流対電圧（Ｉ−Ｖ）データを示す。接合を通じた４端子測定は、２つの隣接するリード（例えば、リード１−２又はリード１−４、正の電流方向はｐからｎ−ＳｉＮＷ）間に電流を流し、他の２つのリード（例えば、リード３−４及びリード３−２）の電圧降下を測定することにより行われた。接合を通じたＩ−Ｖ曲線（図２７Ｂ  曲線１３０）は、逆バイアス（このセットアップで負のバイアス）で電流が小さく、順バイアス（正のバイアス）で非常に急峻な電流の立ち上がりを示す。対照的に、単独のｐ（リード１−３間）及びｎ（リード２−４間）ＳｉＮＷは、直線的なＩ−Ｖ挙動（それぞれ図２７Ｂの曲線１１０及び１２０）を示し、ＳｉＮＷ及びリード間のオーミックコンタクトを示唆する。この整流挙動は接合自体により引き起こされたはずであり、ｐｎ接合ダイオードのエネルギーバンドダイアグラムにより説明できる。ｐ及びｎ−型ＳｉＮＷが互いに接触する場合、ビルトインされたポテンシャル障壁が接合界面に形成される。電子は、接合界面に形成される広い空間電荷領域をトンネルすることができないが、熱励起により輸送することができる。順バイアスではビルトインポテンシャル障壁が減少し、大量の電流が流れうるが（図２７Ｅ）、逆バイアスでは障壁が増大し、電流レベルが低い（図２７Ｆ）。
【０２７２】
ｐ及びｎ−型ＳｉＮＷは、別々にアセトンに分散された。ｐ−ｎ接合は逐次的な堆積によって得られた。１つの型のＳｉＮＷ（例えば、ｎ−型）の溶液を最初に基板上に堆積し、ＳｉＮＷの位置を整列マークと関連させて記録した。次に、もう一方の型のＳｉＮＷ（例えば、ｐ−型）溶液を堆積し、交差ｐｎ接合の位置を記録した。ｐｐ又はｎｎ接合は、１つの型のＳｉＮＷ（ｐ−型又はｎ−型）のみを堆積することによって得られた。そして接合の位置を記録した。
【０２７３】
ＳｉＮＷの固有の酸化物層は充分薄く、電子は容易に酸化物層をトンネルすることができ、接合においてｐ及びｎ−型ワイヤ間の適度なカップリングが存在し、ビルトインのポテンシャル障壁を形成しうる。これは、ｐｐ及びｎｎ接合における輸送測定により確認される。ｐｐ（図２７Ｃ、曲線１１０）及びｎｎ接合（図２７Ｄ、曲線１２０）の単一のワイヤ（１−３、２−４リード間）は、直線又は殆ど直線のＩ−Ｖ挙動を示し、良好なコンタクトを示唆する。ｐｐ（図２７Ｃ、曲線１３０）及びｎｎ（図２７Ｄ、曲線１３０）接合の２端子測定（リード１−２，１−４，２−３、又は３−４）は、直線又は殆ど直線のＩ−Ｖ曲線を示す。接合を通じた２端子測定の抵抗と単一のＳｉＮＷの固有の抵抗とを比較すると、接合抵抗の大きさはワイヤの抵抗と同様であり、酸化物は有意な電子トンネル障壁をもたらさないことが示唆される。２０個の独立のｐｎ接合についての測定は、一貫した電流整流挙動を示した。
【０２７４】
バイポーラトランジスタはｎ＋ｐｎ（図２８Ａ、左）又はｐ＋ｎｐ接合デバイスであり、エミッタでは高いドーピングレベル、ベース及びコレクタでは低いドーピングレベルが求められる。ＳｉＮＷのドーピングの良好な制御は、この複雑なデバイスを作成する能力をもたらす。ｎ＋ｐｎバイポーラトランジスタは、１つの低濃度でドープされたｐ−型ワイヤ上で２つのｎ−型ＳｉＮＷ（一つは高濃度でドープされ、もう一方は低濃度でドープされる）を機械的に操作することにより構成され、共通ベース構成で作動させた（図２８Ａ、右）。図２８Ｂは、バイポーラトランジスタの典型的なＳＥＭ像である。トランジスタのＳｉＮＷ及び接合は、まずそれぞれにキャラクタライズされた。３つの個々のＳｉＮＷのＩ−Ｖ曲線は直線であり、２つの個々の接合は電流整流挙動を有する。ｎ＋−型ＳｉＮＷはエミッタとして用いられ、ｎ−型をコレクタとして、バイポーラトランジスタ測定を行った。エミッタ−ベース（Ｅ−Ｂ）は通例、電子をベース領域に注入するため、順バイアスされる。コレクタ−ベース（Ｃ−Ｂ）電圧はゼロより大きく、トランジスタは能動モードで作動させ、Ｃ−Ｂ接合は逆バイアスされて僅かな漏れ電流のみが接合を通じて流れる。しかし、エミッタから注入された電子はベースを通って拡散し、Ｃ−Ｂ接合の空間電荷領域に達し、コレクターに集められる。実際のコレクタ電流はエミッタからの注入電子にのみ依存し、Ｅ−Ｂ電圧にのみ依存する。このことは、図２８Ｃの領域ＩＩから明ら
かに理解され、ここではコレクタ電流が順Ｅ−Ｂ電圧とともに高くなるが、Early効果と
逆バイアスでゆっくり増加する漏れ電流の存在とから生じるＣ−Ｂ電圧についてはゆっくり変化する。トランジスタの作用は、逆バイアスされたコレクタ接合での大きな電流の流れにより実証され、近くのエミッタ接合から注入されるキャリアにより生じうる。（Ｃ−Ｂ）電圧がゼロ未満の場合、バイポーラトランジスタは飽和モードで働き（図２８Ｃ  領域Ｉ）、ここではＥ−Ｂ及びＣ−Ｂ接合の両方で順バイアスされる。エミッタ注入からのコレクタ電流は、順バイアスされたＣ−Ｂ電流により補償される。従って、コレクタ電流は順Ｃ−Ｂ電圧ともに低下する。Ｅ−Ｂの順バイアスが高くなるほど、電流をゼロに補償するのに必要なＣ−Ｂの順バイアスも高くなる（図２８Ｃ  曲線１−４）
ｎ＋ｐｎバイポーラトランジスタは、堆積及び機械的な操作により作製された。最初に、ｐ−型ＳｉＮＷが基板上に溶液から堆積された。第２の工程で、ｎ＋及びｎ型ＳｉＮＷを鋭利なＳＴＭ探針に付着させ、光学顕微鏡の下、ｐ−型ＳｉＮＷ上で放出した。
【０２７５】
能動モードでのバイポーラトランジスタの共通ベース電流利得は０．９４であり（図２８Ｄ）、共通エミッタ電流利得は１６である。の大きな電流利得から、３つの重要な点が示唆される。エミッタからベースの電流注入の効率は極めて高く、ベースよりも高いエミッタのドーピング濃度に起因する。ベース領域は広いが（１５μｍ）、エミッタ及びコレクタ間のアクティブな相互作用は依然として存在する。エミッタから注入された電子の大半はベースを通過してコレクタに達し、ベース中の電子の移動度が極めて高いことを示唆する。ベース及びコレクタ間の空間電荷領域は、電子を集めコレクタへ掃引する高い効率を有し、界面の酸化物障壁が大きくは寄与しないことを示唆し、単一のｐｎ接合についての解析をさらに確証するものである。バイポーラトランジスタは、例えばベース幅を低減することにより改善することができ、典型的な共通ベース電流利得が０．９９より大きい市販のトランジスタの性能に近づけることができる。
【０２７６】
低濃度のｐドープ及低濃度のｎドープＳｉＮＷ交差の形態にある相補型インバータは、ロジック回路においてボトムアップビルディングブロックの用途に利用するため、そしてＳｉＮＷの制御されたドーピングの能力を実証するために用いられた。交差ＳｉＮＷのインバータ構造の概略は、図２９Ａ（下部）に示されており、半導体物理におけるインバータ構造は図２９Ａに示される。インバータにおいて低濃度でドープされたｐ及びｎ−型ＳｉＮＷは非常に大きなゲート効果を示し、図２９Ｂの挿入図でｐ−型ＳｉＮＷについて示した通り、完全に抑制される。図２９Ｂからわかる通り、正（負）の入力電圧で出力電圧は負（正）であり、典型的なインバータの挙動である。ｎ−型（ｐ−型）ワイヤの負（正）の入力による抑制により、出力はグラウンド（バイアス）となる。電圧利得、つまり電圧変換の傾きは、０．１３と計算される。利得は、市販のインバータのもの（１より大きい）と比較すると低いが、ゲート酸化物相を６００ｎｍの酸化物に代えて薄くし、ＳｉＮＷのゲート応答を低減することにより改善することができ、より低濃度でドープされたＳｉＮＷを使用することにより改善することができる。なお、低濃度でドープされたＳｉＮＷにオーミックコンタクトを作成するためにはさらに努力が必要であり、さらに検討が必要である。
【０２７７】
低濃度でドープされｐ−型及びｎ−型である２つの交差ＳｉＮＷはインバータを形成するが、縮重してドープされたｐ−型及びｎ−型の２つの交差ＳｉＮＷはトンネルダイオードを形成しうる。ｐｎ接合と対照的に、トンネルダイオードは整流挙動を示さず、むしろ順バイアスでＮＤＲ挙動を示し、図２９Ｃに示す通りＰＶＲは５：１である。この違いは、江崎ダイオードのメカニズムにより説明できる。ｐ＋及びｎ＋型が互いに接触する場合、ビルトインポテンシャルが形成されるが、空間電荷領域の幅は充分薄く、電子のトンネリングが可能である。電子は、逆バイアスの下で（図２９Ｄ  左）及び低い順バイアス（図２９Ｄ  中央）この薄い空間電荷領域をトンネルすることができ、電流の流れを起こす。一定の点を超えると、順バイアスを更に増加すると、ｎ側の伝導帯がｐ側のバンドギャ
ップに移動し、電子のトンネリングを抑制して電流を低減する。順バイアスをさらに増加すると、ビルトインポテンシャル障壁が低下し、熱励起メカニズムが伝導を支配して電流が増加する。
【０２７８】
具体的には、図２７Ａ−２７Ｆは、交差ＳｉＮＷ接合を説明する。図２７Ａは、Ａｌ／Ａｕをコンタクトリードとして有する交差ＮＷ接合の典型的なＦＥ−ＳＥＭ像を示す。スケールバーは２μｍである。ＮＷの直径は２０から５０ｎｍの範囲にある。図２７Ｂ−２７Ｄは、それぞれｐｎ、ｐｐ、及びｎｎ接合のＩ−Ｖ挙動を示す。曲線１１０及び１２０は、接合中の個々のｐ及びｎ−型ＳｉＮＷのＩ−Ｖ挙動にそれぞれ対応する。曲線１３０は、図２７Ｂでｐｎ接合を通じた４端子Ｉ−Ｖを表し、図２７Ｃ及び２７Ｄでｐｐ及びｎｎ接合を通じた２端子Ｉ−Ｖを表す。図２７Ｂでは、実線は、リード１及び２の間の電流を追跡し、同時にリード３及び４の間の電圧を測定することによるＩ−Ｖであり；破線は、１及び４の間の電流を追跡し、３及び２の間の電圧を測定することによるＩ−Ｖである。図２７Ｃ及び２７Ｄは、隣接するリード（１−２）の１つの対を通じたＩ−Ｖであり、破線は、その他の３つの対（１−４、２−３、３−４）を通じたＩ−Ｖである。図２７Ｅ及び２７Ｆは、それぞれ順バイアス及び逆バイアス下でのｐｎ接合のエネルギーバンドダイアグラムを示す。
【０２７９】
図２８Ａ−２８Ｄは、ｎ＋ｐｎ交差ＳｉＮＷバイポーラトランジスタを説明する。図２８Ａは、半導体物理（左）及び交差ＳｉＮＷ構造（右）のｎ＋ｐｎバイポーラトランジスタの共通ベース構成の概略を示す。ｎ＋、ｐ、及びｎ−型ＳｉＮＷは、それぞれエミッタ、ベース、コレクタとして機能する。ベースはグラウンドとされる。エミッタは特定の値で負にバイアスされる。コレクタ電流は正から負に走査される。図２８Ｂは、ＳｉＮＷバイポーラトランジスタの典型的なＦＥ−ＳＥＭ像を示す。スケールバーは５μｍである。図２８Ｃは、エミッタ及びベースが１５μｍ離れたＳｉＮＷであるｎ＋ｐｎトランジスタのコレクタ電流対コレクター−ベース電圧挙動を示す。曲線１−４は、−１、−２、−３、−４Ｖのエミッタ−ベース電圧での挙動に対応する。領域Ｉ及びＩＩは破線で分離され、飽和モードと能動モードにそれぞれ対応する。図２８Ｄは、共通ベース電流利得  対  コレクター−ベース電圧を示す。
【０２８０】
図２９Ａ−２９Ｄは、相補型インバータ及びトンネルダイオードを説明する。図２９Ａは、半導体物理の相補型インバータ構造の概略（上）と、低濃度でドープされたｐｎ交差により形成されたもの（下）とを説明する。下の概略図では、ｎ−型ＮＷの一方の末端が−５Ｖにバイアスされ、ｐ−型ＮＷの一方の末端はグラウンドにされる。入力電圧はバックゲート電圧であり、ｐ−及びｎ−型ＮＷのもう一方の端は出力端子に短絡される。図２９Ｂは、ｐｎ交差インバータの出力電圧対入力電圧を示す。図２９Ｂの挿入図は、インバータのｐ−型ＮＷのＩ−Ｖ曲線を示す。曲線１−５は、それぞれバックゲート電圧＝−５０、−３０、−１０、０及び１０ＶでのＩ−Ｖ曲線に対応する。このインバータのｎ−型ＮＷは同様のＩ−Ｖ挙動を有し、ゲート電圧が−３０Ｖにおいて完全に抑制される。図２９Ｃは、高濃度でドープされたｐｎ交差から作成されたトンネルダイオードの２端子測定のデータを示す。試験の結果、個々のｐ−及びｎ−型ＳｉＮＷのＩ−Ｖ挙動は直線であった。図２９Ｃの挿入図は、ＮＤＲを示すＩ−Ｖ曲線の一部を拡大したものである。図２９Ｄは、交差ＳｉＮＷトンネルダイオードのエネルギーバンドダイアグラムを示す。逆バイアスでは（例えば、図２９Ｃの位置１）、電子は接合をトンネルできる（左のダイアグラム）。小さい順バイアスでは（例えば、図２９Ｃの位置２）、電子のトンネリングも許される（中央のダイアグラム）。さらに順バイアスを増加させると、電子トンネリングは禁じられる（右のダイアグラム）。
【０２８１】
実施例７
この実施例は、本発明の実施態様の準備を説明する。ナノワイヤ（ＮＷ）の安定なエタ
ノール懸濁液は、超音波浴中で約３分間、ＮＷをエタノール中で音波処理することによって調製される。基板（シリコンウエハ）は、ＮＨ２末端を有する自己組織化単層膜（ＳＡＭ）によって覆われる。そしてＰＤＭＳのミクロ流体モールドが作成される。基板がＰＤＭＳモールドと接触すると形成されるマイクロチャネルは、モールド中の型取りされた形状に対応するコーディットの３つの壁を有し、４つ目は、既に述べた通り化学的に修飾された基板表面に対応する。
【０２８２】
ＮＷ懸濁液は、基板に＋１００Ｖのバイアスを印加しながら、作成されたままのマイクロチャネルを通じて流通させる。フロー時間約１０分の後、チャネルをエタノールで洗浄し、自然乾燥する。ＰＤＭＳスタンプを除去し、ＮＷアレイが基板表面の流通方向に整列するのが観測された。
【０２８３】
流通方向を改変し、レイヤー・バイ・レイヤーのスキームを適用することによって、ＮＷアレイから多重交差バーが形成された。
表面にパターンを施すことにより、ＮＷはある所定の場所に整列又は位置決めされた。
【０２８４】
パターニングプロセスは、以下の通りであった。ＰＭＭＡの層を基板表面にスピンコートし、ＥＢＬ（電子ビームリソグラフィー）を用いてパターン（例えば、後で化学的に官能基化される、選択的に露出したＳｉ表面）を書き込む。ＰＭＭＡトレンチの底を、ＮＨ２−ＳＡＭで覆われたＳｉ表面に露出する。ＮＷ懸濁液のフローがこれらのパターン（上記の通り、表面のパターンを施された場所）を移動すると、ＮＷはＰＭＭＡトレンチに配向される。そして、ＰＭＭＡを持ち上げる。ＮＷはＰＭＭＡ表面に固着し、正常なアレイのデバイスが形成される。
【０２８５】
実施例８
これらの研究で使用されるガリウムリン（ＧａＰ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、及びシリコン（Ｓｉ）ナノワイヤは、レーザ支援触媒成長により合成され、続いてエタノール溶液に懸濁された。一般にＮＷアレイは、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）モールドと平坦な表面との間に形成されるフローチャネル構造にＮＷ懸濁液を通すことによってアセンブリーされる（図３０Ａ及び３０Ｂ）。ＮＷの平行及び交差アレイは、それぞれ単一（図３０Ａ）及び逐次的な交差フロー（図３０Ｂ）を用いて容易に実現され、アセンブリープロセスは以下の通りである。
【０２８６】
ＮＷの平行アセンブリーの典型的な例では、ほぼ全てのＮＷが１つの方向（例えば、フロー方向）に整列する。フロー方向から少しの小さいずれもある。より大きな長さのスケールでアセンブリーされたＮＷの調査（図３１Ｂ）では、整列が容易に数百μｍを超えることが分かる。実際に、幅が５０から５００μｍで長さが６−２０ｍｍの範囲にあるチャネルを用いて行った実験に基づくと、ＮＷの整列はミリメートルの長さのスケールまで伸び、フローチャネルのサイズに制限されているようである。
【０２８７】
ＮＷの整列と平均間隔を制御する要因を理解するため、幾つかの種類の実験を行った。第１に、整列の程度はフロー速度により制御できる。フロー速度を増加させると、フロー方向に対するＮＷの角度分布の幅が有意に狭くなる（図３１Ｃの挿入図）。広い条件にわたって測定された幅の分布の比較から、最低フロー速度、約４ｍｍ／ｓから幅は急速に低下し、約１０ｍｍ／ｓでほぼ一定の値に近づく（図３１Ｃ）。この研究で調べられた最大フロー速度では、ＮＷの８０％以上が、フロー方向の±５度内に整列した（挿入図、図３１Ｃ）。観測された結果は、シアーフロ−（剪断フロー；shear flow）の枠組みで説明できる。具体的には、基板表面付近のチャネルフローは、シアーフローに類似しており、基板に固定される前に流動方向にＮＷを整列させる。フロー速度が大きくなるほど、剪断力は大きくなり、整列が改善される。
【０２８８】
それに加え、平均ＮＷ表面被覆率は、フロー持続時間により制御できる（図３１Ｄ）。一定のフロー速度で行われた実験は、ＮＷ密度が、フローの持続に応じて系統的に増加することを示す。これらの実験によると、フロー持続が３０分では約２５０ＮＷ／１００μｍの密度となり、又はＮＷ／ＮＷの間隔が４００ｎｍとなる。堆積時間を延長すると、ＮＷアレイの間隔を１００ｎｍ以下のオーダーにすることができる。堆積速度及び平均間隔
対  時間は、表面の化学的官能基に強く依存する。具体的には、部分的に正の電荷を有するアミノ末端単層膜上では、メチル末端単層膜又は素のＳｉＯ２表面のいずれと比較しても、急速にＧａＰ、ＩｎＰ、及びＳｉＮＷが堆積される。ＮＷ−ＮＷを接触させずに実現できる整列ＮＷの最小間隔は、アセンブリープロセスに用いられるＮＷの長さに依存するということを認識することが重要である。ＮＷの長さを１００ナノメートルから数十マイクロメートルスケールの範囲で制御することを実証する最近の進展によれば、接触することなく実現できる間隔の範囲を広げられるはずである。
【０２８９】
これらの結果は、複数の長さのスケールにわたってＮＷ構造を秩序化すること  −  １００ｎｍからμｍスケールの間隔で、ｍｍスケールの範囲にわたり、ｎｍの直径のワイヤを組織化すること  −  を実証する。非常に制御されたアセンブリーを可能にするためには空間的な位置を規定することも求められるが、この階層的な秩序は、微視的な世界と巨視的な世界とを橋渡しする。この重要な目的は、化学的にパターンを施された基板とＮＷとの相補的な化学的相互作用を用いることにより、達成される。代表的な実験のＳＥＭ像（図３２Ｂ−３２Ｄ）は、表面パターンと同じ横の周期を有する平行なＮＷアレイを示す。これらのデータは、ＮＷが化学パターンによって規定される位置で優先的にアセンブリーされることを実証し、さらに、周期パターンがＮＷを規則的な超構造に組織化することを示す。パターンを施された表面のみが１Ｄナノ構造組織化の良好な制御をもたらすわけではないことを認識することは重要である。パターンを施された表面上でのＮＴ及びＮＷのアセンブリーは、１Ｄナノ構造が、あまり方向的な制御をされることなく、パターンを施された領域で整列し、橋渡しし、その周囲を取り巻くことを示す。これらの重大な問題を避けるため、そして１以上の方向でアセンブリーを制御できるようにするため、流体のフローが用いられる。このアプローチを他の表面パターニング法（例えばジブロックコポリマー中のナノスケールドメイン形成及び分子の自発的な秩序化）と組み合わせることにより、従来のリソグラフィーの限界を超えてよく秩序化されたＮＷアレイを発生させることができる。
【０２９０】
この一般的なアプローチを用い、図３１Ｂに説明するレイヤー・バイ・レイヤースキームにより、ＮＷを組織化して、密度の高いナノデバイスアレイを構築するために重要な、より複雑で交差した構造にすることができる。より複雑で交差した構造の形成には、ナノ構造−基板相互作用が充分強く、逐次的なフロー工程が先行するフロー工程に影響しないことが求められる。例えば、２工程のアセンブリー法において直交する方向にフローを交替することにより、交差バー構造がえられる（図３３Ａ及び３３Ｂ）。図３３Ａ−Ｂは、非常に簡単で低コストで迅速で拡張性のある方法により、個々の交差点間が僅か数百ナノメートル間隔である複数の交差バーが得られることを示す。個々のＮＷ間の間隔は完全に均一という訳ではないが、上記のパターンを施された表面を用いることにより、周期アレイを容易に描くことができる。注目すべきことに、これらの交差バー構造は機能デバイスをもたらしうる。
【０２９１】
この流体アプローチは、本質的に非常に並列的で拡張性があり、その上、逐次的なアセンブリー工程において単にフロー方向間の角度を制御することにより、幾何学的に複雑な構造の方向性のあるアセンブリーを可能にする。例えば、３つのフロー方向間を６０°とする３層堆積の手順により、正三角形（図３３Ｃ）がアセンブリーされた。この様に、フロー整列の方法は、多くのデバイス構成の要求（ＮＷの複数「層」のアセンブリーを必要
とするものも含まれる）を充たす柔軟性のある方法を提供する。
【０２９２】
電場を用いて半導体ＮＷの懸濁液を整列させ、平行ＮＷアレイ及び単一ＮＷ交差にすることができ、パターン化の施されたマイクロ電極アレイが電場の発生に用いられる。しかし、フリンジの場及び荷電は、サブミクロンスケールで複数の交差のアセンブリーに重大な複雑性をもたらしうる。
【０２９３】
このレイヤー・バイ・レイヤーセンブリースキームの重要な特徴は、それぞれの層が互いに独立であり、各々の工程で用いられるＮＷ懸濁液の組成を単に変更することにより、ホモ及びヘテロ接合構成が各々の交差点で得られることである。例えば、ｎ−型及びｐ−型ＮＷ及びＮＴにこのアプローチを用いることにより、個々のナノスケールデバイスを直接アセンブリし、続いてアドレスすることができ、ＮＷ／ＮＴは配線及び能動デバイス素子の両者として作用する。ＮＷの８個の末端全てで金属電極に接続されたｎ−型ＩｎＰ  ＮＷでできた典型的な２ｘ２交差バーアレイは、この点を実証する（図３３Ｄ）。輸送測定（図３３Ｅ）は、電流が８つの末端の任意の２点を通って流れること、個々のＮＷ及びＮＷ−ＮＷ接合の特徴を評価できることを示す。４つの交差点の各々について記録された電流−電圧（Ｉ−Ｖ）データは、直線又はほぼ直線を示し（曲線２００）、ｎ−ｎ型の接合の予想と矛盾しない。ランダムな堆積によって形成された単一のＮＷ／ＮＷ  ｐ−ｎ接合が発光ダイオード（ＬＥＤ）に特徴的な挙動を示すため、このアプローチを用いて、高密度でありそれぞれアドレス可能なナノＬＥＤ及び電子的に更に複雑なナノデバイスをアセンブリーできる。
【０２９４】
追加的な検討は、単層カーボンナノチューブ及び二重ＤＮＡの懸濁液を流体アプローチを用いて平行なアレイに整列できることを示す。
具体的には、図３０Ａ及び３０Ｂは、フローアセンブリーの為の流体チャネル構造の概略である。図３０Ａは、ＰＤＭＳモールドを平坦な基板と接触させる場合に形成されるチャネルを示す。ＮＷアセンブリーは、設定した持続時間の間、制御されたフロー速度で、チャネル内にＮＷ懸濁液を流通させることによって行われた。ＰＤＭＳモールドを除去すると、基板上にフロー方向にＮＷの平行アレイが観察された。図３０Ｂは、レイヤー・バイ・レイヤー法でフロー方向を逐次的に変えることにより、複数の交差ＮＷアレイが得られることを説明する。
【０２９５】
図３１Ａ−３１Ｄは、ＮＷアレイの平行アセンブリーを説明する。図３１Ａ及び３１Ｂは、チャネルフロー中に整列したＩｎＰ  ＮＷの平行アレイのＳＥＭ像である。スケールバーは、図３１Ａ及び３１Ｂにおいて、２μｍ及び５０μｍにそれぞれ対応する。フローアセンブリーに用いられるシリコン（ＳｉＯ２／Ｓｉ）基板は、１ｍＭの３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＳＡＭ）のクロロホルム溶液に３０分間浸漬し、続いて１１０℃で１０分間加熱することにより、アミノ末端自己組織化単層膜により官能基化される。以下の実験で用いられる基板のほとんどは、特に記載しない限り同様の方法で官能基化された。図３１Ｃは、フロー方向からのＮＷ角度の広がり対フロー速度を示す。図３１Ｅのそれぞれのデータ点は、約２００ＮＷの角度分布の統計的な解析により得られたものであり、フロー速度９．４０ｍｍ／ｓでのＮＷの角度分布のヒストグラムを示す。図３１Ｄは、ＮＷアレイ対フロー時間の平均密度を示す。平均密度は、任意のチャネル交差点で平均ＮＷ数をチャネル幅で割ることにより計算した。実験のほとんどは、フロー速度６．４０ｍｍ／ｓで行われた。
【０２９６】
図３２Ａ−Ｄは、周期ＮＷアレイのアセンブリーを説明する。図３２Ａは、化学的にパターンの施された基板上のＮＷアセンブリーの概略図である。薄いグレーの領域はアミノ末端表面に対応し、濃いグレーの領域はメチル末端又は素の表面の何れかに対応する。ＮＷは、表面のアミノ末端領域に優先的に引き寄せられる。図３２Ｂ及び３２Ｃは、５μｍ
及び２μｍの間隔でポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）でパターンの施された表面上に整列したＧａＰ  ＮＷの平行アレイを示す。像の濃い領域は残存したＰＭＭＡに対応し、明るい領域はアミノ末端ＳｉＯ２／Ｓｉ表面に対応する。ＮＷは、アミノ末端領域に優先的に引き寄せられる。ＰＭＭＡは標準的な電子ビーム（Ｅ−ビーム）リソグラフィーでパターンを施され、生じたＳｉＯ２表面は、０．５％ＡＰＴＥＳのエタノール溶液に１０分間浸漬し、続いて１００℃において１０分で官能基化された。図３２Ｂ及び３２Ｃにおいて、スケールバーはそれぞれ５μｍ及び２μｍに対応する。図３２Ｄは、パターンの施されたＳＡＭ表面を用いて得られた５００ｎｍ間隔のＧａＰ  ＮＷ平行アレイを示す。ＳｉＯ２／Ｓｉ表面を、純粋なヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）に５０℃で１５分間浸漬し、続いて１１０℃１０分間により、先ずメチル末端ＳＭＡで官能基化した。この表面を、Ｅ−ビームリソグラフィーでパターンを施し、５００ｎｍの周期で平行な形状のアレイを形成し、続いてＡＰＴＥＳを用いて官能基化した。スケールバーは５００ｎｍに対応する。
【０２９７】
図３３Ａ−３３Ｅは、交差ＮＷアレイのレイヤー・バイ・レイヤーセンブリー及び輸送測定を説明する。図３３Ａ及び３３Ｂは、逐次工程でフロー方向を直交させる２工程のアセンブリー法において得られたＩｎＰ  ＮＷ交差アレイの典型的なＳＥＭ像を示す。フロー方向は、像中の矢印で表示される。図３３Ｃは、数字を付けた矢印で示されるフロー方向間の角度を６０°とする３工程のアセンブリー法において得られた正三角形のＧａＰ  ＮＷを示す。３つの像でスケールバーは５００ｎｍに対応する。図３３Ｄは、直交するフローを用いてｎ−型のＩｎＰ  ＮＷの逐次アセンブリーにより作成された典型的な２ｘ２交差アレイのＳＥＭ像を示す。Ｎｉ／ＩＮ／Ａｕコンタクト電極は、熱気化により堆積され、Ｅ−ビームリソグラフィーによりパターンを施された。ＮＷは、電極蒸着の前にアモルファス酸化物外層を取り除くため、６％ＨＦ溶液で短く（３−５ｓ）エッチングされた。スケールバーは２μｍに対応した。図３３Ｅは、２ｘ２交差アレイの２端子測定からの代表的なＩ−Ｖ曲線を示す。曲線２１０は４つの個々のＮＷ（ａｄ，ｂｇ、ｃｆ，ｅｈ）のＩ−Ｖを表し、曲線２００は４つのｎ−ｎ交差接合（ａｂ，ｃｄ，ｅｆ，ｇｈ）を通じたＩ−Ｖを表す。
【０２９８】
電界効果トランジスタ、ｐｎ接合、発光ダイオード、バイポーラトランジスタ、相補型インバータ、トンネルダイオードが実証された。半導体デバイスの既存の型をナノスケールワイヤを用いて作成することができる。以下は、用途の例の一部である：化学及び生物センサ；メモリ及びコンピューティング；フォトディテクタ及び偏光ディテクタ；フォトルミネセンス特性を用いる表示タグ；単一電子トランジスタ；光起電力太陽電池；走査プローブ顕微鏡及び近接場イメージングのための超尖化探針；電気化学及び生物用とための超微少電極；ナノエレクトロニクス及びオプトエレクトロニクスのための配線；温度センサ；圧力センサ；フローセンサ；質量センサ；単一光子エミッタ及びディテクタ；量子コンピューティングのためのバリスティック輸送及びコヒーレント輸送；スピントロニクスデバイス；２Ｄ及び３Ｄフォトニックバンドギャップ材料のためのナノスケールワイヤのアセンブリー。
【０２９９】
以下は、ナノスケールワイヤをアセンブリーしてデバイスを形成するための代替技術の記載である。
【０３００】
ナノスケールワイヤ（又は任意のその他の細長い構造体）は、表面上でのナノスケールワイヤ溶液のフローを生じさせることにより整列させることができ、ここでフローはチャネルフローであっても任意のその他の方法によるフローであってもよい。制御された位置と周期性とを有するナノスケールワイヤアレイは、基板表面にパターンを施すことにより、及び／又はナノスケールワイヤの表面を異なる官能基でコンディショニングすることにより生成することができ、位置及び周期性の制御は、パターンを施された表面とワイヤと
の間の特定の相補的な力（化学的、生物学的、静電的、磁気的、又は光学的な力）を設計することにより、実現される。例えば、ＡワイヤがＡ’パターン化領域へ行き、ＢワイヤがＢ’パターン化領域へ行き、ＣワイヤがＣ’パターン化領域へ行き、すべての他のワイヤがそれぞれのパターン化領域へ行く。基板表面及び／又はナノスケールワイヤは異なる分子／材料、異なる電荷、異なる磁子、異なる光強度（例えば、光ビームからの干渉／回折パターン）、又は任意のこれらの組み合わせによりコンディショニングすることができる。アセンブリーされたままのワイヤアレイは、別の基板に（例えば、スタンピングにより）移すこともできる。ナノスケールワイヤは、相補的な相互作用によりアセンブリーすることができる。フローは上記の方法においてナノスケールワイヤのアセンブリーに用いることができるが、フローのみに限られるものではない。相補的な化学的、生物学的、静電的、磁気的、又は光学的相互作用のみを用いてナノスケールワイヤのアセンブリーを行うこともできる（ただし、あまり制御されない）。ナノスケールワイヤは、表面ステップの角に沿って、又はトレンチに沿って整列しうる。ナノスケールワイヤは、物理的なパターンを用いてアセンブリーすることができる。ナノスケールワイヤは、物理的パターン（例えば、表面ステップ、トレンチ、その他）により溶液を用いて基板に堆積される。物理的パターンは、加工していない結晶格子のステップ、自己組織化されたジブロックコポリマーストライプ、インプリントされたパターン、又は任意のその他のパターンにより形成することができる。ナノスケールワイヤは、ナノスケールワイヤ間の静電的又は磁気的な力によりアセンブリーしてもよい。ナノスケールワイヤ表面に電荷を導入することにより、ナノスケールワイヤ間の静電力がナノスケールワイヤを一定のパターン、例えば平行アレイに整列させることができる。ナノスケールワイヤは、ラングミュア−ブロジェット（ＬＢ）フィルムを用いてアセンブリーすることができる。ナノスケールワイヤは、先ず表面コンディショニングされ、液相の表面に分散されて、ラングミュア−ブロジェット（ＬＢ）フィルムを形成する。ナノスケールワイヤは、表面を圧縮することにより、異なるパターン（例えば、平行アレイ）に整列させることができる。そして、ナノスケールワイヤパターンは、所望の基板に移すことができる。
【０３０１】
ナノスケールワイヤは、柔軟なマトリックス（例えばポリマー）中にナノスケールワイヤを分散させて剪断伸長し、続いてマトリックスを１の方向に伸長することによりアセンブリーすることができ、ナノスケールワイヤを、導入した剪断力により伸長方向に整列させることができる。そしてマトリックスを取り除き、整列したナノスケールワイヤアレイを所望の表面に移すことができる。マトリックスの伸長は、機械的、電気的、光学的、磁気的な力により引き起こされる。伸長方向は、基板面内にあってもよく、そうでなくてもよい。
【０３０２】
実施例９
この実施例は、組成が変調されたナノスケールワイヤ超格子の合成とキャラクタリゼーションを説明する。この実施例では、ＧａＡｓ及びＧａＰから形成されたナノスケールワイヤが研究された。ＧａＡｓは直接バンドギャップ半導体として知られており、ＧａＰは間接ギャップ半導体である。
【０３０３】
ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）／ガリウムリン（ＧａＰ）超格子は、ＧａＡｓ及びＧａＰターゲットを用いてレーザ支援触媒成長（ＬＣＧ）により成長させた。合成法の概略を図６７に示す。ナノクラスター触媒２１１を使用して、１次元半導体ナノスケールワイヤ２１２の成長について核を生成し方向付け（図６７Ａ）、触媒をナノスケールワイヤの末端に保持した。第１の成長工程が完了すると、別の材料２１３をナノスケールワイヤの末端から成長させた（図６７Ｂ）。これらの工程の繰り返しにより、単一ナノスケールワイヤの中で組成的な超格子を生成した（図６７Ｃ）。
【０３０４】
ナノスケールワイヤは、ＬＣＧ（ＧａＡｓ、ＧａＰ、及びＩｎＰ）又はＣＶＤ（Ｓｉ）
の何れかを用い、成長を方向づけるため金のナノクラスターを用いて合成した。金のナノクラスターは酸化されたシリコン基板上に堆積され、反応器炉中に置かれた。ＬＣＧ法はレーザブレーション成長ナノスケールワイヤについて、パルスＡｒＦエキシマ又はＮｄ−ＹＡＧレーザを用いてＧａＡｓ，ＧａＰ、及びＩｎＰの固体ターゲットをアブレーションし、７００−８５０°で１００Ｔｏｒｒで１００標準立方ｃｍ／分（ｓｃｃｍ）のアルゴンフロー中で成長を行った。所定の超格子の各々の層の間で、アブレーション中に約４５秒の休止を入れた。シリコンナノスケールワイヤは、シラン（３ｓｃｃｍ）とヘリウム（１８ｓｃｃｍ）中の１００ｐｐｍジボラン（ｐ−型）又はリン（ｎ−型）とを用い、４５０°でＣＶＤにより成長させた。炉はドーパントを切り替える前に排気した。
【０３０５】
生成したナノスケールワイヤは、エタノール中で短時間超音波処理を行い、ＴＥＭ解析のため銅グリッドに堆積した。ナノスケールワイヤ超格子からのＨＲＴＥＭ像及びＥＤＳスペクトルは、ＪＥＯＬ２０１０Ｆマイクロスコープで取られた。単一の接合の元素マッピングは、ＶＧ  ＨＢ６０３  ＳＴＥＭで行われた。
【０３０６】
エタノール中に分散されたナノスケールワイヤはシリコン基板（６００ｎｍオキサイド）上に堆積され、電気的コンタクトは電子ビームリソグラフィーを用いて規定された。Ｔｉ／ＡｕコンタクトはＳｉナノスケールワイヤのため用いられ、堆積に続き４００℃でアニールされた。ＩｎＰ  ＬＥＤ接触は２工程の方法で加工され、第１のコンタクト（ｎ−型）はＧｅ／Ａｕ又はＮｉ／Ｉｎ／Ａｕを用いて作成され、第２のコンタクト（ｐ−型）はＺｎ／Ａｕを用いて作成された。接触は、堆積に続き３００−３５０℃でアニールされた。
【０３０７】
拡張モジュールを有するDigital Instruments Nanoscope IIIをEFM及びSGM測定に用い
た。５ｎｍのＣｒ／４５ｍｍＡｕで被覆されたFESP探針を画像化のために用いた。ＥＦＭについて、NanoscopeをLiftModeでリフト高さを60nmとしスキャン速度を０．５Ｈｚとし
て作動させた。
【０３０８】
単一ナノスケールワイヤフォトルミネセンス像及びスペクトルは、手製の遠距離場エピ蛍光顕微鏡を用いて得られた。励起光（４８８ｎｍ）を、レンズ（ＮＡ＝０．７）により、ナノスケールワイヤを堆積した石英の基板に直径約３０μｍのスポットに焦点を合わせた。典型的な励起エネルギー密度は約１．０ｋＷ／ｃｍ２であった。λ／２の波長板を用いて、励起光の偏光を変えた。試料を大気中で室温において（つまり約２５℃）装着するか、又はクライオスタットのコールドフィンガーに装着して７Ｋに冷却した。生じたフォトルミネセンス像及びスペクトルは、同じレンズにより集められ、フィルターを通して励起光を除去し、収束し、画像化するか又は液体窒素で冷却した電荷結合デバイスに分散させた。発光の偏光は、スペクトロメーターの前においたGlan-Thompson偏光子により解析
した。
【０３０９】
この合成の生成物の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を図６８に示す。ナノスケールワイヤ超は成長時間により直接制御できるため、ＴＥＭは接合領域に焦点を合わせることができる。ＧａＡｓ／ＧａＰ接合領域の光分解能ＴＥＭ（ＨＲＴＥＭ）像は、図６８Ａに示す通り、明瞭な欠陥を有しない結晶性のナノスケールワイヤコアを示し、ナノスケールワイヤ軸は＜１１１＞方向に沿うことを示す。試料は、２０ｎｍの金ナノクラスター触媒から成長された。スケールバーは１０ｎｍである。接合領域を含有する高分解能像から計算される２次元フーリエ変換（２ＤＦＴ）は、図６８Ａの挿入図に示す通り、異なる格子方向に沿って逆格子ピークの対を示し、接合の上及び下の領域から計算された２ＤＦＴは単一の逆格子ピークのみを示す（図に示していない）。これらのピークデータ解析から格子定数０．５４７４±０．００７３ｎｍ及び０．５６６８±０．００８５ｎｍがわかり、ＧａＰ及びＧａＡｓの閃亜鉛構造に指数付けされ、それぞれＧａＰ（０．５４５１ｎｍ）及びＧ
ａＡｓ（０．５６３３ｎｍ）の値と一致する。２ＤＦＴは、［０−２２］晶帯軸の＜１１１＞、＜−１１１＞、及び＜−２００＞格子方向にそった逆格子ピークの分裂も明らかにし、ＧａＡｓ及びＧａＰの格子定数に対応する。
【０３１０】
エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）によるヘテロ接合の局所元素マッピングを用いて、接合を横切る組成変動を調べた。走査ＴＥＭ像から生成された元素マップは、ガリウムがナノスケールワイヤの長さに沿って均一に分散したことを示し（図６８ｃ）、リン（図６８ｄ）及びヒ素（図６８ｅ）は、それぞれナノスケールワイヤヘテロ構造のＧａＰ及びＧａＡｓの部分に局在しているようであった。図６８ｆに説明するリン／ヒ素組成変動の定量的解析は、この特定のナノスケールワイヤの遷移が原子レベルで急激に起きているのではなく、１５−２０ｎｍの長さのスケールに渡りＧａＰ及びＧａＡｓ相間を遷移していることを示す。このナノスケールワイヤの直径は約２０ｎｍであった。
【０３１１】
この様に、この実施例は、組成が変調されたナノスケールワイヤの合成とキャラクタリゼーションを説明する。
【０３１２】
実施例１０
この実施例は、周期の数及び繰り返し間隔が成長の間変動された、組成の変調されたナノスケールワイヤ超格子の合成及びキャラクタリゼーションを説明する。
【０３１３】
ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）／ガリウムリン（ＧａＰ）の調製及び合成は、実施例１に記載された手順を用いて行われた。ＬＣＧ工程の繰り返しを用いて、単一ナノスケールワイヤの組成超格子を生成した。
【０３１４】
これらの技術を用いて調製したナノスケールワイヤのＴＥＭ像は、６周期構造を示し、（ＧａＰ／ＧａＡｓ）３超格子に対応する。これらの像を図６９ａに示す。ナノスケールワイヤは直径が約２０ｎｍであり、３μｍの長さにわたり均一な特徴を有した。図６９ａのバックグラウンドメッシュは、画像化のためにナノ堆積されたカーボンフィルムからである。スケールバーは３００ｎｍを表す。
【０３１５】
ナノスケールワイヤの空間分解ＥＤＳ測定（図６９ｂに示す）は、リン及びヒ素領域が互いに区別されており、２つの型の領域間で交互の重複又は重なりが最小であることをさらに実証する。その上、これらのデータは、ＧａＰ及びＧａＡｓナノスケールワイヤセグメントの各々が約５００ｎｍの長さを有し、それぞれのセグメントについて用いられた等しい成長時間と矛盾しないことを示す。これらのデータはまた、成長時間はナノスケールワイヤ合成全体の間に比較的一定であることを示す。図６９ｂ中の記号は、超格子の元素分析が行われた、図６９ａ中に示すナノスケールワイヤの位置を示す。Ｐ  Ｋαピークは約２．０１５ｋｅＶであり、Ａｓ  Ｋαピークは約１０．５４３ｋｅＶであることが分かった。スペクトルは、ナノスケールワイヤ組成の周期的変調と、３つの均一なＧａＡｓスペクトルの周期により隔てられた３つの均一なＧａＰスペクトルを示す。
【０３１６】
上記の（ＧａＰ／ＧａＡｓ）３超格子試料からの個々のナノスケールワイヤのフォトルミネセンス像は、図６９ｃに示す通り、これらのナノスケールワイヤが、暗い領域で隔てられた３つのスポットの発光パターンを呈することを示す。このパターンは、光学的な「スペーサ」として作用する暗いＧａＰ領域により隔てられた３つのＧａＡｓ領域から生じる発光と矛盾しない。純粋なＧａＡｓ及びＧａＰナノスケールワイヤの個々の例の対照実験は、ＧａＰからではなくＧａＡｓから強いルミネセンスが得られることを示す。
【０３１７】
ＧａＡｓ領域も強い偏光依存性を示し、図６９ｃに示す通り、励起がナノスケールワイヤ軸に平行に偏光されている（||）場合に発光し、偏光がナノスケールワイヤ軸に垂直で
ある（⊥）場合に暗くなる。超格子からの発光は、ワイヤ軸に沿って非常に偏光されていることも見出された。
【０３１８】
図６９ｃは、平行励起下（||）及び垂直励起下（⊥）でのフォトルミネセンス性のナノスケールワイヤを説明する（挿入図）。平行励起下での３つの明るい領域は３つのＧａＡｓ（直接バンドギャップ）領域に対応し、暗いセグメントはＧａＰ（間接バンドギャップ）領域に対応する。ナノスケールワイヤ及びその周囲の間の誘電コントラスト（dielectric contrast）のため、垂直励起についてバックグラウンドを超えるフォトルミネセンス
は観測されなかった。スケールバーの長さは５μｍである。
【０３１９】
成長時間の系統的な変動により、周期性についてよく規定された変化を有するナノスケールワイヤ超格子が生成した。例えば、図６９ｄに示す通り、ＧａＰ領域の長さが層毎に２倍にされＧａＡｓ周期は一定に保った１１層の超格子のフォトルミネセンス像では、発光ＧａＡｓ領域間の間隔がナノスケールワイヤの長さに沿って２倍にされることを示す。図６９ｄ中に示すナノスケールワイヤの直径は約４０ｎｍであり、超格子は以下の構造を有した：ＧａＰ（５ｎｍ）／ＧａＡｓ（５ｎｍ）／ＧａＰ（５ｎｍ）／ＧａＡｓ（５ｎｍ）／ＧａＰ（１０ｎｍ）／ＧａＡｓ（５ｎｍ）／ＧａＰ（２０ｎｍ）／ＧａＡｓ（５ｎｍ）／ＧａＰ（４０ｎｍ）／ＧａＡｓ（５ｎｍ）／ＧａＰ（１０ｎｍ）。挿入図は、この構造を説明する。スケールバーは５μｍである。
【０３２０】
それに加え、短い４周期（ＧａＰ／ＧａＡｓ）の繰り返しと、それに続く３つの長いＧａＰスペーサの繰り返しと、最後に比較的短い４周期（ＧａＡｓ／ＧａＰ）の繰り返しとからなる２１層のＧａＰ／ＧａＡｓ超格子のフォトルミネセンススペクトルを図６９ｅに説明し、このスペクトルは２つの領域の間によく規定された間隔を示す。図６９ｅに示すナノスケールワイヤの構造は（ＧａＰ／ＧａＡｓ）１０ＧａＰであり、ナノスケールワイヤは左に等間隔の４つのスポットのグループ、中央により大きなギャップを有する２つ、最後に等間隔の４つの別のセットを有する。ナノスケールワイヤは約２５μｍの長さである。
【０３２１】
このように、この実施例は、周期の数及び繰り返し間隔が成長の間に変動された、組成の変調されたナノスケールワイヤ超格子の合成及びキャラクタリゼーションを説明する。
【０３２２】
実施例１１
この実施例は、ダイオードとしての特徴を有するナノスケールワイヤの例を説明する。
ｐ／ｎ接合を有する個々のシリコンナノスケールワイヤは、金ナノクラスターで触媒される化学気相成長及びドーパント変調により作成された。ＥＤＳではドーパントのプロファイルをキャラクタライズするには感度が不十分であるため、これらのナノスケールワイヤｐ／ｎ接合は、図７０に示す通り、様々な電気的測定により単一ナノワイヤレベルでキャラクタライズされた。図７０のスケールバーは５００ｎｍである。
【０３２３】
図７０ａに示す通り、電流（Ｉ）対電圧（Ｖｓｄ）のシリコンナノスケールワイヤ測定は、ナノワイヤ内のｐ／ｎ接合の存在と矛盾しない整流挙動を示す。挿入図は、記載の通りソース（Ｓ）及びドレイン（Ｄ）電極を有するシリコンナノスケールワイヤデバイスの輸送及びプローブ顕微鏡による単一ナノスケールワイヤの電気的キャラクタリゼーション、並びに走査電子顕微鏡像を説明する。
【０３２４】
局所的なナノスケールワイヤのポテンシャル及びゲート応答は、それぞれ静電力顕微鏡（ＥＦＭ）及び走査ゲート顕微鏡（ＳＧＭ）でキャラクタライズされ、ナノスケールワイヤ内ｐ／ｎ接合による電流整流を決定した。逆バイアスにおける典型的なｐ／ｎ接合のＥＦＭ像（例えば、図７０ｂに示す）は、電圧降下全体がｐ／ｎ接合自体で起きることを示
した；ＥＦＭ測定は、順又は逆バイアス（示していない）下でのコンタクト領域においてポテンシャル降下が起きていないことを示し、Ｉ対Ｖｓｄ挙動における整流源としてのコンタクト／ナノスケールワイヤ界面を排除する。図７０ｂでは、ナノスケールワイヤダイオードのＥＦＭ相像が、探針を＋３Ｖとしドレイン（右）を＋２Ｖとする逆バイアス下で得られた。シグナルは、探針−表面ポテンシャル差の平方根に比例し、接合におけるワイヤの中央で急激な降下を示す。
【０３２５】
図７０ｃでは、順バイアスで走査探針−ゲートを正にした条件下でのナノスケールワイヤデバイスについて記録されたＳＧＭ像が、接合の右で伝導性が高まる（ｎ−型領域であることを示す）ことを示し、接合の左側で導電性が低下する（ｐ−型領域の欠乏を示す）ことを示す。像は、プローブの探針（＋１０Ｖ）をデバイスにわたってスキャンするにつれて記録されたソース−ドレイン電流を示す。ドレインを−２Ｖ（Ｖｓｄ＝２Ｖ）でバイアスした場合、明るい領域は正の量のＩＳＤの増加に対応し、暗い領域はＩＳＤの低下に対応する。垂直の白の断続線は図７０ｂ及び７０ｃにも示されている接合を示す。
【０３２６】
図７０ｄは、ＩｎＰナノスケールワイヤＬＥＤの概略を説明し、図７０ｅは、ナノスケールワイヤ軸に沿ったＬＥＤからの偏光された発光を説明する。図７０ｅで、白の破線は電極の縁を示し、白の光の像から決定された。垂直偏光では、エレクトロルミネセンスでは検出されなかった。図７０ｅのスケールバーは３μｍを示す。
【０３２７】
結論として、主要なキャリア型の急激な変化は、ＥＦＭで決定されるナノスケールワイヤ内接合の位置と一致する。この様に、このドープされたナノスケールワイヤはダイオードの挙動を示す。
【０３２８】
実施例１２
この実施例では、本発明の一定の実施態様のフォトルミネセンスを説明するために構築された量子閉じ込めモデルが説明される。
【０３２９】
電子及びホールについて円柱内電子（particle-in-a cylinder）波動関数を用い、有効質量モデル（ＥＭＭ）が構築された。このモデルでは、ナノスケールワイヤ半径Ｒの関数として、バルクバンドギャップに対するエネルギーシフトΔＥが
【０３３０】
【数４】
2008300848.tif 000007
【０３３１】
（式中、ｍ＊は減少した有効励起子質量(me mh/(me+mh)）、
【０３３２】
【数５】
2008300848.tif 000008
【０３３３】
はプランク定数であり、α01（≒2.405）は０次ベッセル関数の最初のゼロ次項であり、
Ｌは有効なナノスケールワイヤの長さであり、ｅは電子の電荷であり、εはＩｎＰの誘電定数である。
【０３３４】
式（１）のエキシトン波動関数は、円柱座標での単一粒子電子及びホールの波動関数の単純な積から取られた：
【０３３５】
【数６】
2008300848.tif 000009
【０３３６】
（式中、Ｊ０（α01 ｒｅ，ｈ））は０次ベッセル関数であり、Ｌは円柱の長さであり、
Ｎは規格化定数である。）
で与えられた。式（１）の第１の項は、ナノスケールワイヤ円柱の壁により課せられるサイズに依存した運動エネルギーの閉じ込めを表す。第２の項は、摂動論における一次の電子及びホール間のクーロン引力相互作用であり、ベッセル関数に関しては１／｜ｘｅ−ｘｈ｜についてのグリーン関数の展開を用いて数値解が得られた。
【０３３７】
減少した有効質量ｍ＊を主要なフィッティングパラメータとして用いて、このモデルで実験データをフィッティングし、このモデルがこのシステムの本質的な物理を捉えていることが示された。フィッティングから決定された室温における減少した有効質量０．０５２ｍ０（ｍ０は自由電子質量である）は、バルクのＩｎＰについて以前報告された値０．０６５ｍ０と一致する。より小さい有効質量は、ナノスケールワイヤの結晶性の方向に起因した；つまり、ナノスケールワイヤ成長軸は、ＩｎＰの重いホールの向きに対応した。より小さい観測された有効質量は、ホールの質量が減少する結晶成長に垂直な閉じ込めと矛盾しなかった。７Ｋで決定された減少した質量の値、０．０８２ｍ０は、温度を下げるにつれてＩｎＰでの有効キャリア質量が増加するという観測と矛盾しなかった。
【０３３８】
従って、この実施例は、本発明の一定の実施態様のフォトルミネセンスを説明するために構築された量子閉じ込めモデルを説明する。
【０３３９】
実施例１３
この実施例は、インジウムリンナノスケールワイヤ中の理論的な偏光比の計算を説明する。
自立型材料に固有である、ナノスケールワイヤ／空気の誘電性の大きな差異の点から、必然的に説明できる。
【０３４０】
ナノスケールワイヤの大きな偏光応答は、励起光の波長がワイヤの直径よりもずっと大きいため、真空中で無限の誘電性円柱としてナノスケールワイヤを定量的にモデル化することによって得られる。入射場が円柱に平行に偏光した場合、円柱内で電場は低下せず、円柱に垂直に偏光した場合、強度は以下の式に従い減衰した：
【０３４１】
【数７】
2008300848.tif 000010
【０３４２】
（式中、Ｅｉは円柱内の電場であり、Ｅｅは励起場であり、εは円柱の誘電定数であり、ε０はは真空の誘電定数である。）バルクＩｎＰの誘電定数１２．４を用い、理論的な偏光比は０．９６と計算された。
【０３４３】
このように、この実施例は、インジウムリンナノスケールワイヤの理論的な偏光比の計算を説明する。
【０３４４】
実施例１４
この実施例は、本発明の１つの実施態様に従い、ナノスケールワイヤの形成とキャラクタリゼーションを説明する。
【０３４５】
単分散の単結晶ＩｎＰナノスケールワイヤビルディングブロックは、コロイドを介したレーザ支援触媒成長により合成され、溶液懸濁液（solution suspension）から石英基板
の上にフォトルミネセンス測定のために堆積された。図６３ａに示す原子間力顕微鏡測定は、この方法で堆積された個々のナノスケールワイヤは単分散であり、よく分離しており、集合測定で特有の平均化なしに、固有のフォトルミネセンス特性を調べることができることを示す。スケールバーは５μｍである。
【０３４６】
図６３ｂでは、個々のワイヤについて記録された全フォトルミネセンス強度の室温像が、ナノスケールワイヤの長さ全体にわたり、これらの実験の約１μｍという空間分解能内で、均一な発光強度を示す。この図のスケールバーは５μｍを表す。フォトルミネセンス像は約２ｓの露出時間で室温において取られた。
【０３４７】
それに加え、図６３ｃに示す通り、ナノスケールワイヤ軸に沿って異なる位置で記録されたルミネセンススペクトルは、ほぼ同じ線の形状及び発光エネルギーを示す。フォトルミネセンススペクトルは、図６３ｂに示す通り、ナノスケールワイヤに沿って異なる位置で集められた。明確にするために、異なる位置からのスペクトルは共通の最大に対し規格化し、上にシフトさせた。均一なフォトルミネセンスは、低温（例えば７Ｋ）で記録された測定でも観測され、ナノスケールワイヤが充分規則的な構造であり、このエネルギースケール７−３００ｋＢにおいて強く局在することを防ぐ示唆した。フォトルミネセンス像は、約１０ｓの露出時間で室温において取られた。
【０３４８】
１次元半導体の光学的及び電子的特性は、量子閉じ込め効果のためサイズに依存性した。これらの効果は、直径５０，２０，１５，及び１０ｎｍである個々の分離したＩｎＰナノスケールワイヤのフォトルミネセンスの研究から直接的に調査された。室温（図６４ａ）及び７Ｋ（図６４ｂ）で記録されたスペクトルは、ナノスケールワイヤの直径が減少するにつれてエネルギーが高い方へ系統的にシフトすることを示した。図６４ａ及び６４ｂでの典型的な線幅は、それぞれ９０−１５０及び５０−６０ｍｅＶであることが分かった。それに加え、これらの実験は、７Ｋで記録された直径依存スペクトルの全てが高エネルギーシフトし、温度が室温から７Ｋに低下するにつれてバルクバンドギャップが１．３５から１．４２ｅＶにシフトとすることと矛盾しない。
【０３４９】
単分散の試料を用い、各々の直径を有する多くの自立型ワイヤから記録されたデータも、それぞれの直径及び温度について、同じルミネセンスの最大と線形状とを示す。室温（図６４ｃ）及び７Ｋ（図６４ｄ）で決定された、直径に依存するフォトルミネセンスの最大をまとめたプロットは、値の不確定性がサイズ依存の変化と比べて小さいことを実証する。ワイヤの直径はＴＥＭを用いて測定され、最大強度の発光エネルギーは、単一ナノスケールワイヤのフォトルミネセンススペクトルから得られた。試料あたり２０から５０のワイヤが測定された。これらの結果は、ナノスケールワイヤの均一性を説明する。
【０３５０】
直径に依存したフォトルミネセンスのデータへのデータフィッティングは、Ｌの値に比較的鈍感であり、Ｌ＞１０ｎｍで合理的なフィッティングが得られた。真のナノスケールワイヤ長より小さいＬの値は、５０ｎｍナノスケールワイヤで存在するわずかなブルーシフト（バルクのＩｎＰと同様であると期待された）を現象論的に説明する。
【０３５１】
線幅も、これらの単一ワイヤフォトルミネセンス測定では一貫して広がった。ブロードニングは非局在化を意味する場合があるが、表面状態による不均一なブロードニング及び直径の小さい揺らぎもブロードニングに寄与しうる。空間分解スペクトルが非常に均一であり、局在の証拠が像中に観測されないため、後者の寄与はあまり重要でないという可能性がある。このように、これらのデータは非局在化した１次元系を示し、強く局在してい
ない量子ドット状の発光を示す。
【０３５２】
図６５ａは、単一ＩｎＰのナノスケールワイヤのフォトルミネセンス偏光異方性を説明する。これらのスペクトルは、ワイヤ軸に対して平行（実線）及び垂直（破線）に揃えられたレーザの偏光で記録された。偏光比、ρ（ρ）は、０．９６であることがわかった。挿入図は、ワイヤ軸に対するレーザ偏光角の関数としての強度の変化を説明する。
【０３５３】
図６５ｂでは、図６５ａのワイヤの発光スペクトルを示す。これらのスペクトルは、ワイヤに平行な励起で取られ、偏光子が検出光学系に置かれた。平行（実線）の垂直（破線）発光に対する偏光比は、０．９２であることが分かった。図６５ａ及び６５ｂのスペクトルは室温で取られたが、７Ｋで記録されたスペクトルはほぼ同じ挙動を示した。
【０３５４】
図６５ｃは、偏光異方性の誘電差異モデルを説明する。ナノスケールワイヤは真空中の無限誘電性円柱として扱われ、レーザ偏光は記載の向きの電場として考えられた。マクスウェル方程式から計算される場の強度（｜Ｅ｜２）は、垂直偏光Ｅ⊥ではナノスケールワイヤの内部で場が大きく減衰し、平行偏光Ｅ||ではナノスケールワイヤ内部の場が影響を受けないことを示す。
【０３５５】
図６６は、様々なＩｎＰナノスケールワイヤフォトディテクタを説明する。図６６ａは、入射光強度及び偏光の関数として光導電性の変化を測定することにより、フォトディテクタとしてのナノスケールワイヤの使用を示す。挿入図は、コンタクト電極を有する直径２０ｎｍのナノスケールワイヤのＦＥ−ＳＥＭ像を説明する。スケールバーは２μｍである。ナノスケールワイヤへの電気的コンタクトは、電子ビームリソグラフィーにより規定され、Ｎｉ／Ｉｎ／Ａｕコンタクト電極は熱的に気化される。
【０３５６】
図６６ｂはコンダクタンスＧ対励起エネルギー密度のグラフである。照射がワイヤに対して平行（○）及び垂直（□）である場合の光伝導性応答が示される。挿入図は、図６６ｂのグラフから計算された光伝導異方性σ（σ）対励起エネルギーを説明する。示したデバイスについて測定された異方性は、０．９６であることが決定された。
【０３５７】
図６６ｃは、コンダクタンス対偏光角のグラフである。全ての光伝導性測定は室温で測定された。ドレイン電極で集められた電流は、励起電圧を３１Ｈｚで５０ｍＶとし、標準のロックイン技術を用いて測定された。ゲート電圧は印加しなかった。励起波長５１４．５ｎｍがこれらの測定に用いられた。
【０３５８】
このように、この実施例は、本発明の１つの実施態様によるナノスケールワイヤの形成及びキャラクタリゼーションを説明する。
【０３５９】
実施例１５
この実施例は、交差ナノスケールｐ−ｎ接合及び接合アレイを形成するｐ−型シリコン（ｐ−Ｓｉ）及びｎ−型ガリウムヒ素（ｎ−ＧａＮ）ＮＷのアセンブリーを実証し、ｐ−ｎ接合及び接合アレイでは、電子的特性及び機能を制御して高収率でダイオード及びＦＥＴ素子が提供される。注目すべきことに、ナノスケールｐ−ｎ接合及びＦＥＴアレイは相当な利得のあるＯＲ，ＡＮＤ、及びＮＯＲ論理ゲートとして構成され、これらのゲートは半加算器による計算を実証するために相互接続された。このアプローチは、ボトムアップパラダイムを通ってナノスケールの統合に必然的につながり、洗練されたナノエレクトロニクスの生成に向かったステップを表す。
【０３６０】
使用される単結晶ｐ−Ｓｉ及びｎ−ＧａＮ  ＮＷはナノクラスターに触媒される方法により合成され、それぞれ１０−２５及び１０−３０ｎｍの直径を有する。２ｎｍの小ささ
のＮＷが調製できる。これらのＮＷは、表面上の酸化物コーティングを独立に変化させて接合電子特性を良好に制御できるため、選択される。より複雑な集積デバイスのアセンブリーに重要なこの点を実証するため、多数の交差ｐ−Ｓｉ／ｎ−ＧａＮ接合の電子特性が提供される（図６０）。電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定は、ｐ−Ｓｉ／ｎ−ＧａＮ交差ＮＷデバイスがｐ−ｎダイオードの電流整流という特徴を示し、典型的なターンオン電圧が約１．０Ｖであることを示す（図６０ａ）。これらの結果は、非常に再現性が高い。７０より多くの検討された交差ｐ−ｎＮＷデバイスの９５％以上で、明確な電流整流作用が観測され、さらに、デバイスの８５％において０．６−１．３Ｖという低いターンオン電圧を示した（図６０ａの左上の挿入図）。再現性のある電気特性を有する交差ＮＷ構造の再現性のあるアセンブリーは、ＮＴベースのデバイスからの結果と鮮やかな対照を示す。注目すべきことに、典型的な４ｘ１交差ｐ−Ｓｉ／ｎ−ＧａＮ接合アレイ（図６０ｂ）について行われた電気輸送特性は、４つのナノスケール交点が独立にアドレス可能なｐ−ｎ接合を形成し、明確な電流整流作用及び同様のターンオン電圧を有することを示す。これらのデータは、交差ＮＷ  ｐ−ｎデバイスが高収率で再現性があることを明確に実証し、論理ゲートといった更に複雑なデバイスの合理的なアセンブリーにとって重要で必要なステップを表す。
【０３６１】
これらの低いターンオン電圧ダイオードに加え、高いターンオン電圧のｐ−ｎ接合も、ナノスケールＦＥＴとして用いることができる（図６０ｃ）。具体的には、ナノスケール伝導性チャネル及びナノスケールゲートを有するｐ−チャネルＦＥＴが、ｎ−ＧａＮ／ｐ−Ｓｉ交差ＮＷ構造から形成され、交差ＮＷ  ＦＥＴ（ｃＮＷ−ＦＥＴ）と呼ばれる。ＳｉＮＷを加熱酸化することによって、又は空気中で接合に高電流を流すことによって接合における酸化物層の厚みを増加させることによって、ｃＮＷ−ＦＥＴのアセンブリーに求められる高いターンオン電圧が再現性よく形成された。この方法で調製された５０のｐ−ｎ接合について記録された輸送データ（図６０Ａ）は、５Ｖを超えるターンオン電圧がほぼ定量的な収率で実現でき、個々のＮＷの良好な伝電性も維持されることを示す。典型的なｃＮＷ−ＦＥＴについて記録された対応するＩ−Ｖデータは（ｎ−ＧａＮ  ＮＷはナノゲートとして用いることができる）、ゲート電圧を増すにつれてコンダクタンスが大きく減少することを示す（図６０ｃ）。具体的には、僅か１−２Ｖの変動でコンダクタンスが１０５倍以上変化し、その一方、グローバルバックゲートを用いる場合、コンダクタンスは僅か１０倍しか変化しない（図６０ｃの左上の挿入図）。ｃＮＷ−ＦＥＴの高い感度は、交差ＮＷの本質的に薄いゲート誘電体による。再現性、大きなゲート応答、及びナノスケール集積のポテンシャルのため、ＦＥＴが重要な素子である複雑なエレクトロニクスデバイスのアセンブリーにとってｃＮＷ−ＦＥＴが魅力的なものとなる。その上、これらの特徴は、グローバルバックゲート、又はリソグラフィーにより規定されるローカルゲートの何れかを用いるＮＴの最近の研究と対照的であり、グローバルバックゲートは独立のデバイス機能と両立せず、リソグラフィーによるローカルゲートはナノスケール構造を得るための慣用のリソグラフィーによりその使用が制約される。
【０３６２】
具体的には、図６０は交差ナノスケールワイヤのナノデバイス素子を説明する。図６０ａは、交差ＮＷ接合のターンオン電圧分布を説明する。緑の斜線領域は、アセンブリーされたままのＮＷ接合から形成された低いターンオン電圧接合の領域を示し、赤の斜線領域は、接合の局所酸化の後の高いターンオン電圧デバイスを示す。左上の挿入図は、７０をこえるアセンブリーされたままの接合についてターンオン電圧のヒストグラムを示し、１Ｖ付近に狭い分布であることを示す。高いターンオン電圧デバイスは広い分布を有するが、概ね５−１０Ｖの範囲に入る。右上の挿入図は、低（緑）及び高（赤）ターンオン電圧素子のＩ−Ｖ応答の例を示す。見やすいよう、赤の曲線は１０００倍していることに注意すべきである。右上の挿入図は、交差ＮＷデバイスの典型的なＳＥＭ像を示す。スケールバーは１マイクロメートルである。図６０ｂは、４（ｐ）ｘ１（ｎ）複数接合アレイのＩ−Ｖ挙動を説明する。４つの曲線は、４つの接合の各々のＩ−Ｖを表し、アセンブリーさ
れたデバイス素子の再現性を強調する。挿入図は、複数交差ＮＷデバイスの例を示す。スケールバーは２マイクロメートルである。図６０ｃは、交差ＮＷ−ＦＥＴのゲート依存Ｉ−Ｖの特長を説明する。各々のＩ−Ｖ曲線のＮＷゲート電圧を示す（０，１，２，３Ｖ）。左上の挿入図の赤及び緑の曲線は、バイアスを１Ｖに設定した場合のｎ−ＮＷ（赤）及びグローバルバックゲート（青）についてＩ対Ｖｇａｔｅを示す。このデバイスのトランスコンダクタンスは、グローバルバックゲート及びＮＷゲートを用いてそれぞれ８０及び２８０ｎＳ（Ｖｓｄ＝１Ｖ）である。右下の挿入図は、測定の構成を示す。
【０３６３】
交差ＮＷ  ｐ−ｎ接合及びｃＮＷ−ＦＥＴの高収率アセンブリーは、論理ゲートといった更に複雑な機能エレクトロニクスデバイスの形成に用いられるボトムアップアプローチを可能にする。これらのＮＷデバイス素子の柔軟性を実証するため、ダイオード及びＦＥＴベースのロジックの両者を検討した。初めに、入力として２つのｐ−Ｓｉ  ＮＷを、出力としてｎ−ＧａＮ  ＮＷを有する２（ｐ）−１（ｎ）交差ｐ−ｎ接合アレイを用い、２入力ＯＲゲートを実現した（図６１ａ）。このデバイスでは、両方の入力電圧が低い（０Ｖ）場合には出力が低く（ロジック  ０）、入力電圧の一方又は両方の電圧が高い（５Ｖ）場合には出力が高く（ロジック  ０）（図６１Ｂ）、高入力は対応するｐ−ｎ接合の順バイアスに対応する。出力−入力（Ｖｏ−Ｖｉ）電圧応答（挿入図、図６１ｂ）は、０Ｖ付近の領域をのぞき、一つの入力が低く（０Ｖ）設定されるとＶｉに比例してＶｏが増加することを示す。この低応答領域は、ｐ−ｎ接合の有限のターンオン電圧に起因し、入力電圧より典型的に０．４−０．２Ｖ低いロジック出力をもたらす。低いターンオン電圧の寄与は再現性があり、０及び１の状態の定義において容易に説明できるため、Ｖｏの小さな減少は、論理ゲートの作動に影響しない。Ｖｏ−Ｖｉデータは、第二の入力を高く（例えば５Ｖ）に設定した場合、ほぼ一定の高い出力を示す。１ｘ２交差ＮＷデバイスの実験的な真偽表（図６１ｃ）は入力−出力応答をまとめ、ＮＷデバイスがロジックＯＲゲートとして振る舞うことを確証する。さらなるｐ−ｎ接合のアセンブリーにより、複数入力ＯＲゲート；つまり、ｎ−入力ＯＲゲートのための１ｘｎ接合アレイを生成することができる。
【０３６４】
１（ｐ−Ｓｉ）ｘ３（ｎ−ＧａＮ）複数接合アレイからＡＮＤゲートも加工された。この構造では、ｐ−Ｓｉ  ＮＷは５Ｖにバイアスされた。２つのＧｎＡ  ＮＷが入力として使用され、３番目は一定電圧のゲートとして使用され、ｐ−ＮＷの一部を欠乏化することにより抵抗を発生させた。Ｖｉ＝０は順バイアスされた低抵抗ｐ−ｎ接合に対応し、出力を下げるため（ロジック“０”）、入力の一方又は両方が低い場合に、このデバイスからロジック０が観測される（図６１ｅ）。両方の入力が高い場合のみロジック１が観測される。その理由は、この条件は、一定の抵抗よりずっと大きい抵抗を有する逆バイアスされたｐ−ｎダイオードに対応するからである；つまり、一定の抵抗を横切る電圧効果は小さく、出力で大きな電圧がもたらされる。Ｖｏ−Ｖｉデータは（挿入図、図６１ｅ）、他方の入力が低い場合に一定の低いＶ０を示し、他の入力が高く設定された場合にはほぼ直線の挙動であることを示す。ＮＷデバイスの真偽表（図６１ｆ）は入力−出力応答をまとめたものであり、このデバイスがロジックＡＮＤゲートとして機能することを確証する。
【０３６５】
それに加え、１（ｐ−ＳＩ）ｘ３（ｎ−ＧａＮ）ｃＮＷ−ＦＥＴアレイ（図６１ｇ）を用いてロジックＮＯＲゲートがアセンブリーされた。ＮＯＲゲートは、約１００Ｍオームの抵抗を発生させるため１つのｃＮＷ−ＦＥＴアレイに２．５Ｖを印加して構成され、ｐ−ＳｉＮＷチャネルは５Ｖにバイアスされた。残る２つのｎ−ＧａＮ  ＮＷ入力は、一連の２つのｃＮＷ−ＦＥＴのゲートとして作用する。この方法で、出力は、２つのｃＮＷ−ＦＥＴ及び一定の抵抗の抵抗比に依存する。一方又は両方の入力が高い場合、ロジック０が観測された（図６１ｈ）。この場合、トランジスタはオフであり、一定の抵抗よりもずっと高い抵抗を有し、電圧降下の大半はトランジスタを通る際に生ずる。ロジック１の状態は、両方のトランジスタがオンである場合；つまり、両方の入力が低い場合にのみ実現
する。Ｖｏ−Ｖｉの関係（挿入図、図６１ｈ）は、他方の入力が高い場合には一定の低いＶｏを示し、他方の入力を低く設定した場合には、Ｖｏに大きな変化が生じる非線形の挙動を示す。このデータの解析及び同様の構造の解析は、これら２入力ＮＯＲゲートは通常５を上回る利得を示すことを実証し、この利得はＳｉＮＷ及びカーボンＮＴに基づく相補型インバータについて報告された利得よりもずっと大きい。高い利得は、それぞれの段階でシグナルを保存することなく論理ゲートのアレイの相互接続を可能にするため、ゲートの重要な特長である。このＮＷデバイスの真偽表（図６１Ｉ）はＶｏ−Ｖｉの応答をまとめ、デバイスがロジックＮＯＲゲートとして振る舞うことを実証する。最後に、複数入力ロジックＮＯＲゲートは、入力の１つを削除することにより、ＮＯＴゲート（単なる反転）として機能しうる。
【０３６６】
具体的には、図６１はこれらのナノスコピックなナノ論理ゲートを説明する。図６１ａは、２ｘ１交差ＮＷ  ｐ−ｎ接合から構成された論理ＯＲゲートの概略を説明する。挿入図は、アセンブリーされた“ＯＲ”ゲートのＳＥＭ像の例（スケールバー：１マイクロメートル）と、記号で表した電子回路とを示す。図６１ｂは、出力電圧対４つの可能なロジックアドレスレベル入力：（０，０）；（０，１）；（１，０）；（１，１）を説明し、ここでロジック０入力は０Ｖであり、ロジック１入力は５Ｖであり、以下でも同じである。挿入図は、出力−入力（Ｖｏ−Ｖｉ）関係を示す。赤（青）の実線及び波線は、他方の入力が０（１）である場合のＶｏ−Ｖｉ１及びＶｏ−Ｖｉ２を示す。図６１ｃはＯＲゲートの実験的な真偽表を説明する。図６１ｄは、１ｘ３交差ＮＷ接合アレイから構築されたロジックＡＮＤゲートの概略を説明する。挿入図は、アセンブリーされたＡＮＤゲートの典型的なＳＥＭ像（バーは１マイクロメートル）と、記号で表された電子回路とを示す。図６１ｅは、出力電圧対４つの可能なロジックアドレスレベル入力を説明する。挿入図はＶｏ−Ｖｉを示し、ここで赤（青）の実線及び波線は、他方の入力が０（１）である場合のＶｏ−Ｖｉ１及びＶｏ−Ｖｉ２を示す。図６１ｆは、ＡＮＤゲートの実験的な真偽表を説明する。図６１ｇは、１ｘ３交差ＮＷ接合アレイから構築されたロジックＮＯＲゲートの概略を説明する。挿入図は、ＳＥＭ像（バーは１マイクロメートルである）の例と、記号で表された電子回路とを示す。図６１ｇは出力電圧対４つの可能なロジックアドレスレベルを説明する。挿入図はＶｏ−Ｖｉ関係を示し、ここで赤（青）の実線及び波線は、他方の入力が０（１）である場合のＶｏ−Ｖｉ１及びＶｏ−Ｖｉ２を示す。データの傾きは、デバイスの電圧利得が５より大きいことを示す。図６１ｉは、測定されたＮＯＲゲートの真偽表を説明する。
【０３６７】
ロジックＯＲ、ＡＮＤ、及びＮＯＲ（ＮＯＴ）ゲートの制御可能なアセンブリーは、事実上任意のロジック回路の組織化を可能とし、重要な進歩を示す。
相互接続された複数のＡＮＤ及びＮＯＲゲートは、バイナリ論理関数ＳＵＭに対応するＸＯＲゲートの形態（図６２ａ）、及び、２つのバイナリビットの加算に対応する半加算器の形態（図６２ｂ）における基本的な計算を実行する。ＸＯＲゲートは、ＡＮＤ及びＮＯＲゲートからの出力を２番目のＮＯＲゲートへの入力として用いることによって構成され、ロジック半加算器は、追加のロジックＡＮＤゲートをＣＡＲＲＹ（キャリ、桁上げ）として用いる。提案したロジックＸＯＲの真偽表を、図６２ｃにまとめる。具体的には、ＸＯＲデバイスの実験的なＶｏ−Ｖｉ輸送データ（図６２ｄ及び６２ｅ）は、（１）入力が両方とも低いか、又は両方とも高い場合、出力は論理状態０であるか又は低く；一方の入力が低く他方が高い場合には、出力の論理状態１であるか又は高く、その上（２）応答は非常に非線形である。線形応答領域は、５を越える電圧利得に対応し、これまで測定したデバイスに典型的である。この大きな利得は、低い利得のダイオードＡＮＤゲートから構成されたＸＯＲで実現され、ｃＮＴ−ＦＥＴ  ＮＯＲゲートの高い利得に起因する。全てのロジック素子についてｃＮＴ−ＦＥＴを用いることによって、デバイスの性能における更なる改良を得ることができた。注目すべきことに、実験的な真偽表（図６２ｆ）にまとめたデータは、応答がバイナリロジックＳＵＭのものであり、ＮＷロジックデバイスに
より基本的な計算が実行できることを実証する。
【０３６８】
具体的には、図６２はこれらの計算デバイスを説明する。図６２ａは、ＡＮＤ及びＮＯＲからの出力を第二のＮＯＲゲートへの入力として用いて構築された論理ＸＯＲゲートの概略を説明する。図６２ｂは、ロジック半加算器の概略を説明する。図６２ｃは、ロジックＸＯＲゲートの真偽表を説明する。図６２ｄはＸＯＲ出力電圧対入力電圧を説明する。赤（青）の実線及び破線は、他方の入力が０（１）である場合のＶｏ−Ｖｉ１及びＶｏ−Ｖｉ２を示す。Ｖｏ−Ｖｉ１データの傾きは、利得が１０を超えることを示す。ＸＯＲゲートは、ＡＮＤ及びＮＯＲゲートの出力電極を、別のＮＯＲゲートの２つの入力に接続することにより実現された。図６２ｅは、ＸＯＲゲートについて出力電圧対４つの可能なロジックアドレスレベル入力を説明する。図６２ｆは、ロジック半加算器の実験的な真偽表を説明する。ロジック半加算器は、ＸＯＲゲートをＳＵＭとして、ＡＮＤゲートをＣＡＲＹＹとして用いることにより得られた。
【０３６９】
全体として、ナノスケールの交差ｐ−ｎダイオード及びｃＮＷ−ＦＥＴ素子及びアレイの制御可能で再現性のあるベンチトップアセンブリーは、全ての重要な論理ゲート及び基本的な計算の実証を可能にし、主にボトムアップ対トップダウンアプローチから尽くされる集積ナノエレクトロニクスへ向けた重要なステップを表す。更なるステップには、ＮＷをあらかじめ規定された電極アレイ上に直接アセンブリーすること、及び、ＮＷからの出力をＮＷへフィードすることによって更に高度に集積された回路素子を作り出すことが含まれる。これらのアプローチを実行することにより、この研究でワイヤ−アップデバイスに用いられた従来のリソグラフィーを取り除くことができる。さらに、直径５ｎｍのＮＷを用いたクロスバーアレイでは、デバイス密度を１０１２／ｃｍ２に近づけることができ、この密度は、トップダウン製造のための現在の半導体ロードマップから外れたところにある。
【０３７０】
本明細書において、本発明の幾つかの実施態様を記載し説明したが、当業者は、これらの機能を発揮するため、及び／又は、本明細書に記載した結果又は利点を得るため、様々な他の手段や構造を容易に発案することができ、その様な変更や改変の各々は、本発明の範囲内にあると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記載した全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成が例示的であるとされていることを理解し、そして、実際のパラメータ、寸法、材料、及び構造は本発明の開示が用いられる特定の用途に依存することを理解する。当業者は、本明細書に記載した発明の特定の実施態様について多くの均等物を認識し、又は通常の実験の範囲を使用して確かめることができる。従って、前述の実施態様が単なる例示として表されており、添付の請求項及びその均等物の範囲内で、特定的に記載されたのとは異なる方法で本発明を実施できるということが理解されるべきである。本発明は、本明細書に記載された各々の特徴、システム、材料、及び／又は方法に向けられている。それに加え、その様な特徴、システム、材料、及び／又は方法の２以上の任意の組み合わせも、その様な特徴、システム、材料、及び／又は方法が互いに矛盾しない限り、本発明の範囲内に含まれる。請求項で、「含む」「包含する」「保持する」「有する」「含有する」等の移行句又は包含句は、開かれている、つまり、含むがそれらに限定されない、ということを意味していると理解されるべきである。「からなる」「から本質的になる」という移行句のみが、それぞれ閉じた句、閉じた句に準ずるとして解釈されるべきである。
【０３７１】
本発明の各種態様は以下の通りである。
１．500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含む、自立型バルク-ドープ半導体を含む物品。
２．少なくとも一つの部分が500nm未満の最大幅をもつ、上記１に記載の物品。
３．第一の半導体を含むコアと、コアの少なくとも一部を取り囲む少なくとも一つのシェルとを含み、少なくとも一つのシェルは第一の半導体とは異なる物質を含む、上記１に記載の物品。
４．シェルが半導体を含む、上記３に記載の物品。
５．少なくとも一つのシェルが機能性部位を含む、上記３に記載の物品。
６．少なくとも一つのシェルが酸化物を含む、上記３に記載の物品。
７．酸化物がアモルファスである、上記６に記載の物品。
８．機能性部位が光-活性化可能である、上記３に記載の物品。
９．少なくとも一つのシェルが本質的に機能性部位からなる、上記３に記載の物品。
１０．少なくとも一つのシェルが反応物質を含む、上記３に記載の物品。
１１．少なくとも一つのシェルが単原子層である、上記３に記載の物品。
１２．少なくとも一つのシェルがデルタ-ドープされている、上記３に記載の物品。
１３．少なくとも一つのシェルが第一のシェルと、異なる組成の第二のシェルとを含む、上記３に記載の物品。
１４．第一のシェルが、第二のシェルの少なくとも一部を取り囲む、上記１３に記載の物品。
１５．第一のシェルの少なくとも一部と、第二のシェルの少なくとも一部とが同一半径方向である、上記１３に記載の物品。
１６．物品が縦軸をもち、第一のシェルが第二のシェルの縦方向に配置されている、上記１３に記載の物品。
１７．少なくとも一つのシェルが誘導シェルである、上記３に記載の物品。
１８．コアが少なくとも一つのシェルの中に変化を誘導することができる、上記３に記載の物品。
１９．少なくとも一つのシェルが分極可能である、上記３に記載の物品。
２０．少なくとも一つのシェルが強磁性である、上記３に記載の物品。
２１．少なくとも一つのシェルが機械的に誘導可能である、上記３に記載の物品。
２２．少なくとも一つのシェルが酸化可能である、上記３に記載の物品。
２３．少なくとも一つのシェルが還元可能である、上記３に記載の物品。
２４．少なくとも一つのシェルが光活性化可能である、上記３に記載の物品。
２５．少なくとも一つのシェルが約５nm未満の厚さである、上記３に記載の物品。
２６．少なくとも一つのシェルが約３nm未満の厚さである、上記３に記載の物品。
２７．少なくとも一つのシェルが約１nm未満の厚さである、上記３に記載の物品。
２８．物品が検体と結合可能である、上記１に記載の物品。
２９．物品が反応物質を含む、上記１に記載の物品。
３０．シェルが反応物質を含む、上記１に記載の物品。
３１．反応物質が、核酸、抗体、糖、炭水化物及びタンパク質からなる群から選択される、上記２９に記載の物品。
３２．反応物質が触媒を含む、上記２９に記載の物品。
３３．半導体が単体半導体を含む、上記１に記載の物品。
３４．単体半導体が、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、ダイアモンド及びPからなる群から選択される、上記３３に記載の物品。
３５．半導体が単体半導体の固溶体を含む、上記１に記載の物品。
３６．固溶体が、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn及びGe-Snからなる群から選択される、上記３５に記載の物品。
３７．半導体が第IV族−第IV族の半導体を含む、上記１に記載の物品。
３８．第IV族−第IV族の半導体がSiCである、上記３７に記載の物品。
３９．半導体が第III族−第V族の半導体を含む、上記１に記載の物品。
４０．第III族−第V族の半導体が、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSbからなる群から選択される、上記３９に記載の物品。
４１．半導体が、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSbからなる群から選択される二種以上の第III族−第V族の半導体の組合せを含む合金を含む、上記１に記載の物品。
４２．半導体が第II族−第VI族の半導体を含む、上記１に記載の物品。
４３．半導体が、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSeからなる群から選択される、上記４２に記載の物品。
４４．半導体が、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSeからなる群から選択される二種以上の第II族−第VI族の半導体の組合せを含む合金を含む、上記１に記載の物品。
４５．半導体が、ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe、CdS/CdSe/CdTe、HgS/HgSe/HgTe、BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSeからなる群から選択される第II族−第VI族の半導体と、BN/BP/BAs、AlN/AlP/AlAs/AlSb、GaN/GaP/GaAs/GaSb、InN/InP/InAs/InSbからなる群から選択される第III族−第V族の半導体との組合せを含む合金を含む、上記１に記載の物品。
４６．半導体が第IV族−第VI族の半導体を含む、上記１に記載の物品。
４７．半導体が、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTeからなる群から選択される、上記４６に記載の物品。
４８．半導体が第I族−第VII族の半導体を含む、上記１に記載の物品。
４９．半導体が、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgIからなる群から選択される、上記４８に記載の物品。
５０．半導体が、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及びAl2COからなる群から選択される半導体を含む、上記１に記載の物品。
５１．半導体がp-型ドーパントを含む、上記１に記載の物品。
５２．半導体がn-型ドーパントを含む、上記１に記載の物品。
５３．半導体が周期律表の第III族のp-型ドーパントを含む、上記１に記載の物品。
５４．半導体が周期律表の第V族のn-型ドーパントを含む、上記１に記載の物品。
５５．半導体が、B、Al及びInからなる群から選択されるp-型ドーパントを含む、上記１に記載の物品。
５６．半導体が、P、As及びSbからなる群から選択されるn-型ドーパントを含む、上記１に記載の物品。
５７．半導体が、周期律表の第II族のp-型ドーパントを含む、上記１に記載の物品。
５８．p-型半導体が、Mg、Zn、Cd及びHgからなる群から選択される、上記５１に記載の物品。
５９．半導体が周期律表の第IV族のp-型ドーパントを含む、上記１に記載の物品。
６０．p-型ドーパントがC及びSiからなる群から選択される、上記５１に記載の物品。
６１．n-型が、Si、Ge、Sn、S、Se及びTeからなる群から選択される、上記５２に記載の物品。
６２．最小幅が200ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
６３．最小幅が150ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
６４．最小幅が100ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
６５．最小幅が80ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
６６．最小幅が70ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
６７．最小幅が60ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
６８．最小幅が40ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
６９．最小幅が20ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
７０．最小幅が10ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
７１．最小幅が5ナノメートル未満である、上記１に記載の物品。
７２．半導体が細長く、少なくとも一部が縦部分である、上記１に記載の物品。
７３．縦部分の長さ対最長幅の比が４：１を超える、上記７２に記載の物品。
７４．縦部分の長さ対最長幅の比が10：１を超える、上記７２に記載の物品。
７５．縦部分の長さ対最長幅の比が100：１を超える、上記７２に記載の物品。
７６．縦部分の長さ対最長幅の比が1000：１を超える、上記７２に記載の物品。
７７．半導体が単結晶を含む、上記１に記載の物品。
７８．半導体がデバイスの一部である、上記１に記載の物品。
７９．半導体がn-ドープされている、上記１に記載の物品。
８０．半導体がp-ドープされている、上記１に記載の物品。
８１．半導体が磁性である、上記１に記載の物品。
８２．半導体が半導体を磁性にするドーパントを含む、上記８１に記載の物品。
８３．半導体が強磁性である、上記８１に記載の物品。
８４．半導体が半導体を強磁性にするドーパントを含む、上記８３に記載の物品。
８５．半導体がマンガンを含む、上記８４に記載の物品。
８６．少なくとも1012バイト/cm2の密度をもつメモリ素子のアレイを含み、少なくともひとつのメモリ素子は上記１に記載の物品を含む、デバイス。
８７．アレイが少なくとも５×1012バイト/cm2の密度をもつ、上記８６に記載のデバイス。
８８．ナノ粒子が半導体に対して固定されている、上記１に記載の物品。
８９．ナノ粒子が金を含む、上記８８に記載の物品。
９０．ナノ粒子がガリウムを含む、上記８８に記載の物品。
９１．ナノ粒子が窒素を含む、上記８８に記載の物品。
９２．ナノ粒子が鉄を含む、上記８８に記載の物品。
９３．ナノ粒子が触媒作用性である、上記８８に記載の物品。
９４．ナノ粒子がファセット化されている、上記８８に記載の物品。
９５．上記１に記載の物品を含むメモリ素子を含むデバイス。
９６．メモリ素子が314μm3未満の容積をもつ、上記９５に記載のデバイス。
９７．メモリ素子が、第一の読み出し可能な状態と、第一の読み出し可能な状態とは電子的に区別可能な第二の読み出し可能な状態との間を電子的に切替可能である、上記９５に記載のデバイス。
９８．ドープ半導体のアレイを含み、少なくとも一つの半導体が上記１に記載の半導体であるデバイス。
９９．アレイが交差アレイである、上記９８に記載のデバイス。
１００．少なくとも一つの半導体が、異なる伝導型のもう一つの半導体と接触している、上記９９に記載のデバイス。
１０１．少なくとも一つの半導体が、同一伝導型のもう一つの半導体と接触している、上記９９に記載のデバイス。
１０２．上記のデバイスが低いターンオン電圧をもつように構成されている、上記９９に記載のデバイス。
１０３．上記のデバイスがメモリ素子である、上記９８に記載のデバイス。
１０４．上記のデバイスが論理ゲートである、上記９８に記載のデバイス。
１０５．上記のデバイスが電界効果トランジスタである、上記９８に記載のデバイス。
１０６．上記のデバイスがコンピュータデバイスである、上記９８に記載のデバイス。
１０７．ドープ半導体の少なくとも一つが単結晶を含む、上記９８に記載のデバイス。
１０８．ドープ半導体の少なくとも一つが、その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ細長いバルクドープ半導体である、上記９８に記載のデバイス。
１０９．上記のデバイスが高いターンオン電圧をもつように構成されている、上記９８に記載のデバイス。
１１０．上記１に記載の物品を含むコンピュータデバイス。
１１１．物品が単結晶を含む半導体を含む、上記１１０に記載のコンピュータデバイス。
１１２．半導体が、その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ細長いバルクドープ半導体である、上記１１０に記載のコンピュータデバイス。
１１３．コンピュータデバイスが半加算器である、上記１１０に記載のコンピュータデバイス。
１１４．半導体が、ある組成を含む第一の領域と、第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とを含む、上記１に記載の物品。
１１５．第一の領域が、第二の領域の少なくとも一部を取り囲む、上記１に記載の物品。
１１６．半導体が縦軸を含み、第一の領域は第二の領域の縦方向に配置されている、上記１に記載の物品。
１１７．自立型ナノスコピックワイヤがn-型半導体とp-型半導体とを含む、上記１に記載の物品。
１１８．上記１に記載の電気部品であって、電気部品は、ショットキーダイオード、光ダイオード、発光源、単光子エミッタ、フォトルミネセンスデバイス、エレクトロルミネセンスデバイス、電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、単一電子トランジスタ、整流器、変換器、相補型インバータ、光検出器、p-n太陽電池、単光子ディテクタ、トンネルダイオード、光センシングデバイス、ゲート、ANDゲート、NANDゲート、ORゲート、XORゲート、NORゲート、ラッチ、フリップフロップ、抵抗器、スイッチ、クロック回路、スタティックメモリデバイス、ダイナミックメモリデバイス、プログラマブル回路、増幅器、アナログ回路、アクティブトランジスタ、混合シグナルデバイス、及びシグナルプロセシング回路からなる群から選択される、電気部品。
１１９．上記１に記載の物品を有するダイオード。
１２０．ダイオードが発光ダイオードである、上記１１９に記載のデバイス。
１２１．物品が二つ以上の発光領域を含む、上記１２０に記載のデバイス。
１２２．物品が二つ以上の波長で発光できる、上記１２０に記載のデバイス。
１２３．ダイオードが、二つのドープナノワイヤの間のp/n接合の寸法によって決定される発光波長をもつ、上記１２０に記載のダイオード。
１２４．半導体が、縦軸と、縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域とを含む、上記１に記載の物品。
１２５．少なくとも二つの領域は濃度が異なる、上記１に記載の物品。
１２６．少なくとも二つの領域のドーパントが異なる、上記１に記載の物品。
１２７．半導体が少なくとも100：１のアスペクト比をもつ、上記１に記載の物品。
１２８．半導体がナノスコピックワイヤである、上記１に記載の物品。
１２９．半導体がナノワイヤである、上記１に記載の物品。
１３０．半導体がナノチューブである、上記１に記載の物品。
１３１．その長さ方向に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ、細長いバルクドープ半導体。
１３２．（Ａ）半導体の成長時に半導体をドープする工程を含む方法。
１３３．少なくとも一つの他の部品に半導体を取り付ける工程を含む半導体と少なくとも一つの他の部品とを含むデバイスを製造する工程を包含する上記１３２に記載の方法。
１３４．半導体が：その縦軸に沿った任意の点で500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ、単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである、上記１３２に記載の方法。
１３５．（Ｂ）ドープ半導体の表面に一種以上の他の物質を加える工程をさらに含む、上記１３２に記載の方法。
１３６．操作（Ｂ）が、ドープ半導体の周囲にシェルを形成することを含む、上記１３５に記載の方法。
１３７．操作（Ａ）がドープの程度を制御することを含む、上記１３２に記載の方法。
１３８．操作（Ａ）が、分子の集合にエネルギーを加えることによってドープ半導体を成長させることを含み、分子の集合は、半導体の分子とドーパントの分子とを含む、上記１３２に記載の方法。
１３９．操作（Ａ）が、ドープ範囲を制御することを含む、上記１３８に記載の方法。
１４０．ドーピングを制御する操作が、半導体分子の量：ドーパント分子の量の比を制御することを含む、上記１３９に記載の方法。
１４１．操作（Ａ）が、さらにレーザを使用して分子を気化させて気化分子を形成することを含む、上記１３９に記載の方法。
１４２．操作（Ａ）が、さらに気化分子から半導体を成長させることを含む、上記１４１に記載の方法。
１４３．操作（Ａ）が、さらに気化分子を液体クラスターに凝縮することを含む、上記１４１に記載の方法。
１４４．操作（Ａ）が、さらに液体クラスターから半導体を成長させることを含む、上記１４２に記載の方法。
１４５．操作（Ａ）をレーザ支援触媒成長を用いて実施する、上記１４１に記載の方法。
１４６．分子の集合が触媒材料の分子のクラスターを含む、上記１３８に記載の方法。
１４７．操作（Ａ）が半導体の幅を制御することを含む、上記１４６に記載の方法。
１４８．半導体の幅の制御が、触媒クラスターの幅を制御することを含む、上記１４７に記載の方法。
１４９．操作（Ａ）が、さらに少なくとも分子上で化学気相成長を実施することを含む、上記１３２に記載の方法。
１５０．成長半導体が、20ナノメートル未満の最小幅の少なくとも一つの部分をもつ、上記１３２に記載の方法。
１５１．成長半導体が、10ナノメートル未満の最小幅の少なくとも一つの部分をもつ、上記１５０に記載の方法。
１５２．成長半導体が、５ナノメートル未満の最小幅の少なくとも一つの部分をもつ、上記１５０に記載の方法。
１５３．成長半導体が磁性である、上記１３２に記載の方法。
１５４．操作（Ａ）が、成長半導体を磁性にする材料を半導体にドープすることを含む、上記１５３に記載の方法。
１５５.成長半導体が強磁性である、上記１３２に記載の方法。
１５６．操作（Ａ）が、成長半導体を強磁性にする材料を半導体にドープすることを含む、上記１５５に記載の方法。
１５７．操作（Ａ）が、半導体にマンガンをドープすることを含む、上記１５６に記載の方法。
１５８．半導体を成長させる際に、半導体に第一のドーパントをドープし；次いで
その後第一のドーパントとは異なる第二のドーパントを半導体にドープすることを含む、上記１３２に記載の方法。
１５９．半導体を少なくとも一つの他の部品に取り付けることをさらに含む、上記１５８に記載の方法。
１６０．第一のドーパントとは異なる第二のドーパントを半導体にドープすることをさらに含む、上記１５８に記載の方法。
１６１．操作（Ａ）が、第一の濃度でドーパントを半導体にドープすることを含む、上記１３２に記載の方法。
１６２．半導体を少なくとも一つの他の部品に取り付けることをさらに含む、上記１６１に記載の方法。
１６３．第一の濃度とは異なる第二の濃度で半導体にドープすることをさらに含む、上記１６１に記載の方法。
１６４．操作（Ａ）が、半導体にドープして、ある組成をもつ第一の領域と、第一の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とをもつナノスケールワイヤを形成することを含む、上記１３２に記載の方法。
１６５．操作（Ａ）が、半導体を成長させて、ある組成をもつ第一のバルクドープ領域と、第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二のバルクドープ領域とを含む成長半導体を形成する工程を含む、上記１３２に記載の方法。
１６６．縦軸、縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域、及び、この領域の間の境界とを含む半導体を含み、半導体が境界において約100nm以下の最大寸法をもつ、
デバイス。
１６７．境界における最大寸法が約20nm以下である、上記１６６に記載のデバイス。
１６８．境界における最大寸法が約10nmである、上記１６７に記載のデバイス。
１６９．半導体がナノスコピックである、上記１６６に記載のデバイス。
１７０．半導体がナノスコピックワイヤである、上記１６６に記載のデバイス。
１７１．半導体がナノワイヤである、上記１６６に記載のデバイス。
１７２．半導体がナノチューブである、上記１６６に記載のデバイス。
１７３．少なくとも二つの領域の少なくとも一つがバルクドープされている、上記１６６に記載のデバイス。
１７４．少なくとも二つの領域の少なくとも一つがp-型ドーパントを含む、上記１６６に記載のデバイス。
１７５．少なくとも二つの領域の少なくとも一つがn-型ドーパントを含む、上記１６６に記載のデバイス。
１７６．半導体が自立型である、上記１６６に記載のデバイス。
１７７．半導体が少なくとも一つのシェルを含む、上記１６６に記載のデバイス。
１７８．半導体が機能性部位を含む、上記１６６に記載のデバイス。
１７９．半導体が反応物質を含む、上記１６６に記載のデバイス。
１８０．半導体が少なくとも約100：１のアスペクト比である、上記１６６に記載のデバイス。
１８１．上記のデバイスが半導体に固定化されたナノ粒子をさらに含む、上記１６６に記載のデバイス。
１８２．上記のデバイスがダイオードである、上記１６６に記載のデバイス。
１８３．上記のデバイスがトランジスタである、上記１６６に記載のデバイス。
１８４．上記のデバイスがメモリ素子である、上記１６６に記載のデバイス。
１８５．上記のデバイスが発光することができる、上記１６６に記載のデバイス。
１８６．上記の境界が発光することができる、上記１６６に記載のデバイス。
１８７．上記のデバイスが二つ以上の波長で発光することができる、上記１６６に記載のデバイス。
１８８．少なくとも二つの領域が異なるドーパントを含む、上記１６６に記載のデバイス。
１８９．少なくとも二つの領域が、第一の濃度と、第一の濃度とは異なる第二の濃度でドーパントを含む、上記１６６に記載のデバイス。
１９０．半導体が検体と結合することができる、上記１６６に記載のデバイス。
１９１．半導体が三つ以上の境界を含み、それぞれの境界は、縦軸に沿って組成が異なる二つの領域の間である、上記１６６に記載のデバイス。
１９２．三つ以上の境界の少なくとも一つは発光することができる、上記１９１に記載のデバイス。
１９３．ある組成をもつ第一の領域と、第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とを含む自立型ワイヤを含むデバイスであって、第一の領域は約100nm未満の最小寸法をもち、第二の領域は約100nm未満の最小寸法をもつ、上記のデバイス。
１９４．第一の領域と第二の領域の少なくとも一つがバルクドープされている、上記１９３に記載のデバイス。
１９５．ワイヤが半導体である、上記１９３に記載のデバイス。
１９６．ワイヤがナノワイヤである、上記１９３に記載のデバイス。
１９７．上記のデバイスがナノチューブである、上記１９３に記載のデバイス。
１９８．ある組成をもつ第一の領域と、第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とをもつ自立型バルクドープナノスコピック物質を含むデバイスであって、第一の領域と第二の領域の少なくとも一つは少なくとも約100：１のアスペクト比をもつ、上記のデバイス。
１９９．ある組成をもつ第一の領域と、第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とを含む自立型バルクドープ半導体を含むデバイスであって、第一の領域と第二の領域の少なくとも一つは約100nm未満の最大寸法をもつ、上記のデバイス。
２００．あるドーパントをもつ第一の領域と、第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを含む自立型ワイヤを含むデバイスであって、
第一の領域と第二の領域は重複して、第一の領域及び第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成し、重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の第一の領域のドーパントと、相補的な量の第二の領域のドーパントとを含み、重複領域は約100nm未満の最大寸法をもつ、上記のデバイス。
２０１．第一の濃度のドーパントを含む第一の領域と、第二の濃度のドーパントを含む第二の領域とを含む自立型ナノスコピックワイヤを含むデバイスであって、第二の濃度は第一の濃度と異なる、上記のデバイス。
２０２．第一の半導体と第二の半導体とを含む自立型ナノスコピックワイヤを含むデバイスであって、第一の半導体と第二の半導体の少なくとも一つはドープ半導体であり、ここで第一の半導体の組成と第二の半導体の組成とが異なる、上記のデバイス。
２０３．第一の濃度の半導体材料をもつ第一の領域と、第二の濃度の半導体材料をもつ第二の領域とを含む自立型ナノスコピックワイヤを含むデバイスであって、第一の濃度と第二の濃度とが異なる、上記のデバイス。
２０４．第一の抵抗率をもつ第一の領域と、第一の抵抗率と異なる第二の抵抗率をもつ第二の領域とを含む自立型ナノスコピックワイヤを含むデバイス。
２０５．第一のバンドギャップをもつ第一の領域と、第一のバンドギャップと異なる第二のバンドギャップをもつ第二の領域とを含む自立型ナノスコピックワイヤを含む、デバイス。
２０６．自立型フォトルミネセンスのナノスコピックワイヤを含むデバイス。
２０７．偏光を発生し得る自立型ナノスコピックワイヤを含むデバイス。
２０８．少なくとも約0.60の偏光比をもつ光を発生し得るナノスコピックワイヤを含むデバイス。
２０９．偏光比が少なくとも約0.84である、上記２０８に記載のデバイス。
２１０．偏光比が少なくとも約0.91である、上記２０８に記載のデバイス。
２１１．偏光比が約0.96である、上記２０８に記載のデバイス。
２１２．少なくとも約3000A/Wの応答性をもつ光検出器を含むデバイス。
２１３．約100fs未満の検出速度をもつ光検出器を含むデバイス。
２１４．検出速度が約10fs未満である、上記２１３に記載のデバイス。
２１５．ある組成をもつ第一の領域と、第一の領域とは異なる組成をもつ第二の領域とを含むナノスコピックワイヤを含むデバイスであって、第一の領域と第二の領域は重複して、第一の領域と第二の領域の組成物の混合物である組成をもつ重複領域を形成し、重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の第一の領域の組成物と、相補的な量の第二の領域の組成物とを含み、ここで重複領域は発光することができる、上記のデバイス。
２１６．上記のデバイスが二つ以上の重複領域を含む、上記２１５に記載のデバイス。
２１７．複数の発光領域を含む自立型ナノスコピックワイヤを含むデバイス。
２１８．発光し得る複数の領域を含むナノスケール半導体を成長させる工程を含む方法。
２１９．あるドーパントをもつ第一の領域と、第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを含むナノスケールワイヤを含む発光ダイオードを含むデバイスであって、第一の領域と第二の領域は重複して、第一の領域及び第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成し、重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の第一の領域のドーパントと、相補的な量の第二の領域のドーパントとを含み、ここで発光ダイオードは重複領域の寸法によって決定される発光波長をもつ、上記のデバイス。
２２０．あるドーパントをもつ第一の領域と、第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを含むナノスケールワイヤを含むデバイスであって、第一の領域と第二の領域は重複して、第一の領域及び第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成し、重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の第一の領域のドーパントと、相補的な量の第二の領域のドーパントとを含む、上記のデバイス。
２２１．半導体を含むワイヤを含むデバイスであって、ここでワイヤはバルク状態の半導体よりも高い周波数で発光し得る、上記のデバイス。
２２２．均一なフォトルミネセンスのナノスコピックワイヤを含むデバイス。
２２３．ナノスコピックワイヤと機能性部位とを含み、
機能性部位が関係する相互作用によってナノスコピックワイヤの特性において検出可能な変化をもたらすよう、機能性部位がナノスコピックワイヤに対して配置される物品。
２２４．機能性部位が検体と結合し得る、上記２２３に記載の物品。
２２５．ナノスコピックワイヤが、Si、GaN、AlN、InN、GaAs、AlAs、InAs、InP、GaP、SiC、CdSe、ZnSe、ZnTe、ZnO、SnO2及びTiO2からなる群から選択される物質を含む、上記２２３に記載の物品。
２２６．ナノスコピックワイヤが、0.5nm〜200nmの範囲の直径である、上記２２３に記載の物品。
２２７．ナノスコピックワイヤが、２を超えるアスペクト比である、上記２２３に記載の物品。
２２８．機能性部位が、-OH、-CHO、-COOH、-SO3H、-CN、-NH2、-SH、-COSH、COOR及びハロゲン化物、並びにその組合せからなる群から選択される、上記２２３に記載の物品。
２２９．機能性部位が、-CH3、ヒドラジド及びアルデヒドからなる群から選択される、上記２２３に記載の物品。
２３０．機能性部位が光活性化可能である、上記２２３に記載の物品。
２３１．機能性部位がアリールアジド、フッ素化アリールアジド及びベノフェノンからなる群から選択される、上記２２３に記載の物品。
２３２．機能性部位が、アミノ酸、タンパク質、核酸、抗体、抗原及び酵素からなる群から選択される、上記２２３に記載の物品。
２３３．機能性部位が、ナノスコピックワイヤの直径よりも小さい鎖長をもつポリマー鎖を含む、上記２２３に記載の物品。
２３４．ポリマーが、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ポリアクリル酸及びそれらの組合せからなる群から選択される、上記２３３に記載の物品。
２３５．機能性部位が、ナノスコピックワイヤの表面を覆う薄いコーティングを含み、コーティングは金属、半導体及び絶縁体からなる群から選択される、上記２２３に記載の物品。
２３６．コーティングが、金属元素、酸化物、硫化物、窒化物、セレン化物、ポリマー及びポリマーゲルからなる群から選択される、上記２３５に記載の物品。
２３７．ナノスコピックワイヤがナノワイヤである、上記２２３に記載の物品。
２３８．ナノスコピックワイヤがナノチューブである、上記２２３に記載の物品。
２３９．ナノスコピックワイヤが自立型である、上記２２３に記載の物品。
２４０．ナノスコピックワイヤがバルクドープされる、上記２２３に記載の物品。
２４１．ナノスコピックワイヤがコアとシェルとを含む、上記２２３に記載の物品。
２４２．ナノスコピックワイヤが縦軸と、縦軸に沿って組成が異なる二つの領域とを含む、上記２２３に記載の物品。
２４３．物品がさらに、ナノスコピックワイヤに対して固定されたナノ粒子を含む、上記２２３に記載の物品。
２４４．特性が発光を包含する、上記２２３に記載の物品。
２４５．サンプル露出領域と、ナノスコピック領域とを含む物品であって、ナノスコピックワイヤの少なくとも一部分が露出領域でサンプルによりアドレス可能である、物品。
２４６．ナノスコピックワイヤと結びついた特性を検出するために構築且つ配置された検出器をさらに含む、上記２４５に記載の物品。
２４７．サンプル露出領域がマイクロチャネルを含む、上記２４５に記載の物品。
２４８．サンプル露出領域がウェルを含む、上記２４５に記載の物品。
２４９．ナノスコピックワイヤが半導体である、上記２４５に記載の物品。
２５０．ナノスコピックワイヤがシリコンを含む、上記２４５に記載の物品。
２５１．ナノスコピックワイヤが少なくとも一つのp/n接合を含む、上記２４５に記載の物品。
２５２．ナノスコピックワイヤが複数のナノスコピックワイヤの一つであり、ここで複数のナノスコピックワイヤはそれぞれ異なる濃度のドーパントでドープされている、上記２４５に記載の物品。
２５３．ナノスコピックワイヤがカーボンナノチューブである、上記２４５に記載の物品。
２５４．ナノスコピックワイヤがナノチューブである、上記２４５に記載の物品。
２５５．ナノスコピックワイヤがナノワイヤである、上記２４５に記載の物品。
２５６．ナノスコピックワイヤが単層である、上記２４５に記載の物品。
２５７．ナノスコピックワイヤが多層である、上記２４５に記載の物品。
２５８．ナノスコピックワイヤが変性されていない、上記２４５に記載の物品。
２５９．サンプル中の検体と反応物質との相互作用によって、ナノスコピックワイヤの特性に検出可能な変化がもたらされるように、ナノスコピックワイヤに対して配置した反応物質をさらに含む、上記２４５に記載の物品。
２６０．反応物質が、検体の結合相手を含む、上記２４に記載の物品。
２６１．結合相手が非特異的である、上記２６０に記載の物品。
２６２．結合相手が特異的である、上記２６０に記載の物品。
２６３．結合相手が、ナノスコピックワイヤ表面上に、-OH、-CHO、-COOH、-SO3H、-CN、-NH2、-SH、-COSH、COOR及びハロゲン化物、並びにその組合せからなる群から選択される化学基を含む、上記２６０に記載の物品。
２６４．結合相手が、DNA、DNAフラグメント、抗体、抗原、タンパク質及び酵素からなる群から選択される特異的生体高分子レセプターを含む、上記２６０に記載の物品。
２６５．結合相手が、ナノスコピックワイヤ表面上にグラフトされた短いポリマー鎖を含み、ここでこの鎖は、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリル酸、及びポリイミドからなる群から選択される、上記２６０に記載の物品。
２６６．結合相手が、ナノスコピックワイヤ表面上にコーティングされた薄いヒドロゲル層を含む、上記２６０に記載の物品。
２６７．結合相手が、ナノスコピックワイヤ表面上に薄いコーティングを含み、ここでコーティングは酸化物、硫化物及びセレン化物からなる群から選択される、上記２６０に記載の物品。
２６８．ナノスコピックワイヤが、ケミカルゲート・ナノスコピック電界効果トランジスタを含み、ここでナノスコピックワイヤの電気的特徴は、ナノスコピックワイヤ表面上の化学的変化に感受性である、上記２４５に記載の物品。
２６９．ナノスコピックワイヤがエレクトロルミネセンス材料、フォトルミネセンス材料、及びダイオードからなる群から選択される材料を含み、ここでナノスコピックワイヤの発光特性はナノスコピックワイヤ表面上の化学変化に感受性である、上記２４５に記載の物品。
２７０．反応物質は、核酸、抗体、糖、炭化水素及びタンパク質からなる群から選択される、上記２５９に記載の物品。
２７１．反応物質が触媒を含む、上記２５９に記載の物品。
２７２．反応物質が量子ドットを含む、上記２５９に記載の物品。
２７３．反応物質がポリマーを含む、上記２５９に記載の物品。
２７４．反応物質がナノスコピックワイヤに固定されている、上記２５９に記載の物品。
２７５．反応物質がナノスコピックワイヤの５ナノメートル以内に配置されている、上記２５９に記載の物品。
２７６．反応物質がナノスコピックワイヤの３ナノメートル以内に配置されている、上記２５９に記載の物品。
２７７．反応物質がナノスコピックワイヤの１ナノメートル以内に配置されている、上記２５９に記載の物品。
２７８．反応物質がリンカーを介してナノスコピックワイヤに取り付けられている、上記２５９に記載の物品。
２７９．反応物質がナノスコピックワイヤに直接取り付けられている、上記２５９に記載の物品。
２８０．反応物質が、ナノスコピックワイヤに電気的に結合しているように、ナノスコピックワイヤに対して配置され、
ここでサンプル中の検体と反応物質との間の検出可能な相互作用によって、ナノスコピックワイヤの電気的特性に検出可能な変化が生じる、上記２５９に記載の物品。
２８１．マイクロチャネルが１mm未満の最小横寸法をもつ、上記２４７に記載の物品。
２８２．マイクロチャネルが0.5mm未満の最小横寸法をもつ、上記２４７に記載の物品。
２８３．マイクロチャネルは200ミクロン未満の最小横寸法をもつ、上記２４７に記載の物品。
２８４．ナノスコピックワイヤは、センサを含む複数のナノスコピックワイヤの一つである、上記２４５に記載の物品。
２８５．複数のナノスコピックワイヤの各々が、サンプル露出領域に配置された少なくとも一部分を包含する、上記２８４に記載の物品。
２８６．複数のナノスコピックワイヤは少なくとも10個のナノスコピックワイヤを含む、上記２８４に記載の物品。
２８７．複数のナノスコピックワイヤは、平行に配置され、単一の対の電極によってアドレスされる、上記２４５に記載の物品。
２８８．複数のナノスコピックワイヤは互いに平行に配置され、複数の対の電極によって個別にアドレスされる、上記２４５に記載の物品。
２８９．複数のナノスコピックワイヤは異なり、それぞれが異なる検体を検出することができる、上記２４５に記載の物品。
２９０．複数のナノスコピックワイヤがランダムに配向している、上記２４５に記載の物品。
２９１．ナノスコピックワイヤが基板表面上に配置されている、上記２４５に記載の物品。
２９２．サンプル露出領域がマイクロチャネルを含み、ナノスコピックワイヤがマイクロチャネル中に懸濁されている、上記２４５に記載の物品。
２９３．物品が、基板表面上に形成されたセンサ内の複数のナノスコピックワイヤセンサの一つである、上記２４５に記載の物品。
２９４．基板がガラス、二酸化ケイ素−コーティング化シリコン及びポリマーからなる群から選択される、上記２９３に記載の物品。
２９５．マイクロチャネルが、サンプルを含む流体に関して約１未満のレイノルズ数を出すような寸法にされている、上記２４７に記載の物品。
２９６．レイノルズ数が約0.01未満である、上記２９５に記載の物品。
２９７．サンプル露出領域中で流体サンプルを受容するために構築及び配置された、上記２４５に記載の物品。
２９８．サンプルがガスストリームを含む、上記２４５に記載の物品。
２９９．サンプルが液体を含む、上記２４５に記載の物品。
３００．物品が複数のナノスコピックワイヤと複数の反応物質とを含み、その少なくとも一部は、反応物質と検体との間の相互作用によってナノスコピックワイヤの特性に検出可能な変化が生じるようにナノスコピックワイヤに対して配置される、上記２４５に記載の物品。
３０１．少なくとも一つの反応物質が、ナノスコピックワイヤの100ナノメートル以内に配置される、上記３００に記載の物品。
３０２．少なくとも一つの反応物質が、ナノスコピックワイヤの50ナノメートル以内に配置される、上記３００に記載の物品。
３０３．少なくとも一つの反応物質が、ナノスコピックワイヤの10ナノメートル以内に配置される、上記３００に記載の物品。
３０４．サンプル露出領域が生物学的サンプルによってアドレス可能である、上記２４５に記載の物品。
３０５．物品が、マイクロニードルプローブ用のセンサエレメントを形成する、上記２４５に記載の物品。
３０６．マイクロニードルが生体被験者に埋め込み可能である、上記３０５に記載の物品。
３０７．物品が生理学的特徴をモニターし得るセンサである、上記３０５に記載の物品。
３０８．物品が複数の生理学的特徴をモニターし得る、上記３０５に記載の物品。
３０９．物品が複数の生理学的特徴を同時にモニターし得る、上記３０５に記載の物品。
３１０．物品が、被験者の酸素濃度、二酸化濃度及びグルコースレベルの少なくとも一つを検出し得る、上記３０５に記載の物品。
３１１．物品が、集積ディップ-プローブ(dip-probe)センサの検出部を形成する、上記２４５に記載の物品。
３１２．物品が、プラグ・アンド・プレイセンサアレイ用の検出部を形成する、上記２４５に記載の物品。
３１３．物品が、ナノスコピックワイヤに刺激物質を輸送することができ、検出器が、刺激物質からのシグナルを検出するために構築され配置されている、上記２４６に記載の物品。
３１４．刺激物質が、一定の電流/電圧、交流電圧、及び電磁放射からなる群から選択される、上記３１３に記載の物品。
３１５．検出器が、ナノスコピックワイヤに関連する電気的特性を検出するために構築され配置される、上記２４６に記載の物品。
３１６．検出器が、ナノスコピックワイヤに関連する電磁的特性における変化を検出するために構築され配置される、上記２４６に記載の物品。
３１７．検出器が、ナノスコピックワイヤに関連する発光特性における変化を検出するために構築され配置される、上記２４６に記載の物品。
３１８．第二のナノスコピックワイヤをさらに含み、その少なくとも一部がサンプル露出領域のサンプルによってアドレス可能である、上記２４５に記載の物品。
３１９．ナノスコピックワイヤが機能性部位を含む、上記２４５に記載の物品。
３２０．ナノスコピックワイヤが少なくとも一つのシェルを含む、上記２４５に記載の物品。
３２１．ナノスコピックワイヤが発光することができる、上記２４５に記載の物品。
３２２．ナノスコピックワイヤが縦軸と、縦軸に沿って組成が異なる二つの領域とを含む、上記２４５に記載の物品。
３２３．検体を含むと思われるサンプルとナノスコピックワイヤとを接触させ；
ナノスコピックワイヤの特性における変化を検出する、各工程を含む方法。
３２４．ナノスコピックワイヤの特性を測定し；
ナノスコピックワイヤとサンプルとを接触させ；
ナノスコピックワイヤの特性における変化を測定する；
各工程を含む上記３２３に記載の方法。
３２５．検体とナノスコピックワイヤとの間の特異的結合相互作用が、ナノスコピックワイヤの特性に検出可能な変化を生じさせるように、ナノスコピックワイヤに対して検体を配置する工程をさらに含む、上記３２３に記載の方法。
３２６．ナノスコピックワイヤが機能性部位を含む、上記３２３に記載の方法。
３２７．検体がナノスコピックワイヤの５ナノメートル以内に配置される、上記３２５に記載の方法。
３２８．検体がナノスコピックワイヤの２ナノメートル以内に配置される、上記３２５に記載の方法。
３２９．検体がナノスコピックワイヤに対して固定される、上記３２５に記載の方法。
３３０．ナノスコピックワイヤの表面の少なくとも一部を官能基化する工程をさらに含む、上記３２３に記載の方法。
３３１．ナノスコピックワイヤとサンプルとを接触させるための流体チャネルを提供する工程をさらに含む、上記３２３に記載の方法。
３３２．結合相手に検体を結合させることによってナノスコピックワイヤの特性に検出可能な変化を生じるように、ナノスコピックワイヤに対して配置した検体の結合相手を提供する工程をさらに含む、上記３２３に記載の方法。
３３３．検体がナノスコピックワイヤの５nm以内に配置される、上記３３２に記載の方法。
３３４．検体がナノスコピックワイヤが単層である、上記３２３に記載の方法。
３３５．ナノスコピックワイヤが炭素を含む、上記３２３に記載の方法。
３３６．ナノスコピックワイヤがシリコンを含む、上記３２３に記載の方法。
３３７．ナノスコピックワイヤがナノワイヤである、上記３２３に記載の方法。
３３８．ナノスコピックワイヤがナノチューブである、上記３２３に記載の方法。
３３９．ナノスコピックワイヤが機能性部位を含む、上記３２３に記載の方法。
３４０．ナノスコピックワイヤが少なくとも一つのシェルを含む、上記３２３に記載の方法。
３４１．ナノスコピックワイヤが発光し得る、上記３２３に記載の方法。
３４２．ナノスコピックワイヤが縦軸と、縦軸に沿って組成が異なる二つの領域とを含む、上記３２３に記載の方法。
３４３．上記特性が発光を包含する、上記３２３に記載の方法。
３４４．サンプルが第二の検体を含むと思われる上記３２３に記載の方法であって、さらに第二のナノスコピックワイヤを提供し；
第二のナノスコピックワイヤの特性を測定し；
第二のナノスコピックワイヤと第二の検体とを接触させ；
第二のナノスコピックワイヤの特性における変化を測定する；
各工程を含む方法。
３４５．ナノスコピックワイヤの特性を最初に測定し、次いでナノスコピックワイヤとサンプルとを接触させ；
ナノスコピックワイヤに関連する特性における変化を検出する；
各工程を含む、上記３２３に記載の方法。
３４６．約10マイクロリットル未満の容積をもつサンプルとナノスコピックワイヤとを接触させ；次いで
この接触により得られたナノスコピックの特性における変化を測定することを含む方法。
３４７．検体を含む可能性のあるサンプルとナノスコピックワイヤとを接触させ；
この接触により得られたナノスコピックワイヤの特性における変化を測定することにより、検体の存在または量を検出し、ここで検体の１０個未満の分子が検出される特性変化に寄与する；
各工程を含む方法。
３４８．上記種の５個未満の分子が電気的特性における変化に寄与する、上記３４７に記載の方法。
３４９．上記種の１個の分子が検出される電気的特性における変化に寄与する、上記３４７に記載の方法。
３５０．ナノスコピックワイヤとサンプルとを接触させ；
ナノスコピックワイヤに関連する特性を測定し、ここでナノスコピックワイヤとサンプルとを接触させると、特性における変化は、サンプル中の検体の存在または量を示す；
工程を含む検体の検出方法。
３５１．伝導体とサンプルとを接触させ；
接触から得られた伝導体の特性変化を測定することによって、サンプル中の検体の存在または量を測定し、ここで検体の１０個未満の分子が特性変化に寄与する；
工程を含む方法。
３５２．バルクドープ半導体材料で形成した物品を含むデバイスであって、物品は、バルクドープ半導体材料に固有の発光周波数未満の周波数で発光することができる、上記のデバイス。
３５３．半導体材料がナノスコピックである、上記３５２に記載のデバイス。
３５４．半導体材料がナノスコピックワイヤである、上記３５２に記載のデバイス。
３５５．半導体材料が少なくとも一つのシェルを含む、上記３５２に記載のデバイス。
３５６．半導体材料がナノチューブである、上記３５２に記載のデバイス。
３５７．半導体材料がナノワイヤである、上記３５２に記載のデバイス。
３５８．半導体材料が少なくとも約100：１のアスペクト比をもつ、上記３５２に記載のデバイス。
３５９．半導体材料が約200nm未満の最小寸法をもつ、上記３５２に記載のデバイス。
３６０．半導体材料が約100nm未満の最小寸法をもつ、上記３５２に記載のデバイス。
３６１．半導体材料が約20nm未満の最小寸法をもつ、上記３５２に記載のデバイス。
３６２．半導体材料が約５nm未満の最小寸法をもつ、上記３５２に記載のデバイス。
３６３．半導体材料がn-ドープされている、上記３５２に記載のデバイス。
３６４．半導体材料がp-ドープされている、上記３５２に記載のデバイス。
３６５．物品が自立型である、上記３５２に記載のデバイス。
３６６．半導体材料が機能性部位を含む、上記３５２に記載のデバイス。
３６７．半導体材料が反応物質体を含む、上記３５２に記載のデバイス。
３６８．上記のデバイスがダイオードである、上記３５２に記載のデバイス。
３６９．上記のデバイスがトランジスタである、上記３５２に記載のデバイス。
３７０．上記のデバイスがメモリ素子である、上記３５２に記載のデバイス。
３７１．上記のデバイスが二つ以上の波長で発光することができる、上記３５２に記載のデバイス。
３７２．ナノスコピックワイヤが縦軸と、縦軸方向に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域とをもつ、上記３５２に記載のデバイス。
３７３．少なくとも二つの領域が異なるドーパントを含む、上記３７２に記載のデバイス。
３７４．少なくとも二つの領域が第一の濃度と、第一の濃度とは異なる第二の濃度でドーパントを含む、上記３７２に記載のデバイス。
３７５．700nm未満の周波数で半導体から発光させることを含む方法。
３７６．周波数が650nm未満である、上記３７５に記載の方法。
３７７．周波数が600nm未満である、上記３７５に記載の方法。
３７８．周波数が550nm未満である、上記３７５に記載の方法。
３７９．周波数が530nm未満である、上記３７５に記載の方法。
３８０．p/n接合から発光させることを含む、上記３７５に記載の方法。
３８１．半導体がp/n接合を形成するコアとシェルとを含む、上記３８０に記載の方法。
３８２．半導体が縦軸と、縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域を含み、二つの領域の間の境界がp/n接合を画定する、上記３８０に記載の方法。
３８３．半導体ワイヤがナノスコピックである、上記３７５に記載の方法。
３８４．半導体ワイヤがナノワイヤである、上記３７５に記載の方法。
３８５．半導体ワイヤがナノチューブである、上記３７５に記載の方法。
３８６．半導体ワイヤの少なくとも一部がバルクドープされている、上記３７５に記載の方法。
３８７．半導体ワイヤが自立型である、上記３７５に記載の方法。
３８８．半導体ワイヤが少なくとも一つのシェルを含む、上記３７５に記載の方法。
３８９．半導体ワイヤが機能性部位を含む、上記３７５に記載の方法。
３９０．半導体ワイヤが反応物質を含む、上記３７５に記載の方法。
３９１．半導体が二つ以上の波長で発光することができる、上記３７５に記載の方法。
３９２．314μm3未満の容積をもつメモリアクティブエレメントを含むメモリ素子を含むデバイスであって、アクティブエレメントは、第一の読み出し可能な状態と、第一の読み出し可能な状態とは電子的に識別可能な第二の読み出し可能な状態との間で電子的に切り替え可能である、上記のデバイス。
３９３．約10nm未満の最小寸法をもつトランジスタを含むデバイス。
３９４．トランジスタがバイポーラ接合トランジスタである、上記３９３に記載のデバイス。
３９５．トランジスタが電界効果トランジスタである、上記３９３に記載のデバイス。
３９６．最小寸法が約20nm未満である、上記３９３に記載のデバイス。
３９７．最小寸法が約10nm未満である、上記３９３に記載のデバイス。
３９８．トランジスタの少なくとも一部が半導体を含む、上記３９３に記載のデバイス。
３９９．トランジスタの少なくとも一部がバルクドープされる、上記３９３に記載のデバイス。
４００．トランジスタがナノスコピックワイヤを含む、上記３９３に記載のデバイス。
４０１．ナノスコピックワイヤが少なくとも一つのシェルを含む、上記４００に記載のデバイス。
４０２．ナノスコピックワイヤが縦軸と、縦軸に沿って組成の異なる二つの領域とをもつ、上記４００に記載のデバイス。
４０３．トランジスタがナノチューブを含む、上記３９３に記載のデバイス。
４０４．トランジスタがナノワイヤを含む、上記３９３に記載のデバイス。
４０５．トランジスタが自立型である、上記３９３に記載のデバイス。
４０６．トランジスタが少なくとも約100：１のアスペクト比をもつ、上記３９３に記載のデバイス。
４０７．トランジスタが一対の交差ワイヤを含む、上記３９３に記載のデバイス。
４０８．単結晶を含むドープトランジスタ。
４０９．半導体が、第一の半導体を含むコアと；
コアの少なくとも一部を取り囲む少なくとも一つのシェルと；を含み、
少なくとも一つのシェルは第一の半導体以外の物質を含む、上記４０８に記載の半導体。
４１０．半導体がバルクドープされている、上記４０８に記載の半導体。
４１１．半導体が自立型である、上記４０８に記載の半導体。
４１２．半導体が500ナノメートル未満の幅をもつ部分を含む、上記４０８に記載の半導体。
４１３．半導体が細長い、上記４０８に記載の半導体。
４１４．半導体がデバイスの一部である、上記４０８に記載の半導体。
４１５．半導体がn-ドープされている、上記４０８に記載の半導体。
４１６．半導体がp-ドープされている、上記４０８に記載の半導体。
４１７．ドープ半導体を含む物品であって、その少なくとも一部が半導体の成長の間に半導体にドープする方法によって製造される、物品。
４１８．ドープ半導体が、半導体の一つ以上の分子にエネルギーを加えることによって成長する、上記４１７に記載の半導体。
４１９．ドープ半導体が、ドーパントの一つ以上の分子にエネルギーを加えることによって成長する、上記４１７に記載の半導体。
４２０．ドープ半導体が、半導体の一つ以上の分子と、ドーパントの一つ以上の分子にエネルギーを加えることによって成長する、上記４１７に記載の半導体。
４２１．半導体の少なくとも一部がバルクドープされる、上記４１７に記載の半導体。
４２２．半導体が単結晶を含む、上記４１７に記載の半導体。
４２３．半導体の少なくとも一部が自立型である、上記４１７に記載の半導体。
４２４．半導体の少なくとも一部が500ナノメートル未満の幅をもつ部分を含む、上記４１７に記載の半導体。
４２５．半導体が細長い、上記４１７に記載の半導体。
４２６．半導体の少なくとも一部がn-ドープされている、上記４１７に記載の半導体。
４２７．半導体の少なくとも一部がp-ドープされている、上記４１７に記載の半導体。
４２８．半導体がナノスコピックである、上記４１７に記載の半導体。
４２９．半導体がナノスコピックワイヤである、上記４１７に記載の半導体。
４３０．半導体がナノワイヤである、上記４１７に記載の半導体。
４３１．半導体がナノチューブである、上記４１７に記載の半導体。
４３２．少なくとも一つのナノスケールワイヤと；少なくとも一つのナノスケールワイヤの特性変化を測定するための手段とを含むセンサ。
４３３．特性が電気的特性である、上記４３２に記載のセンサ。
４３４．化学薬品または生物学的薬品とその結合相手との間の特異的な結合相互作用が、ナノスコピックワイヤの電気的特性に検出可能な変化をもたらすように、ナノスコピックワイヤに対して配置された化学薬品または生物学的薬品をさらに含む、上記４３２に記載のセンサ。
４３５．化学薬品または生物学的薬品がナノスコピックワイヤに固定されている、上記４３４に記載のセンサ。
４３６．ナノスコピックワイヤが化学的薬品または生物学的薬品でコーティングされている、上記４３４に記載のセンサ。
４３７．化学薬品または生物学的薬品がナノスコピックワイヤの５ナノメートル以内に配置されている、上記４３４に記載のセンサ。
４３８．化学薬品または生物学的薬品がナノスコピックワイヤの３ナノメートル以内に配置されている、上記４３４に記載のセンサ。
４３９．化学薬品または生物学的薬品がナノスコピックワイヤの１ナノメートル以内に配置されている、上記４３４に記載のセンサ。
４４０．ナノスコピックワイヤが単層である、上記４３２に記載のセンサ。
４４１．ナノスコピックがカーボンナノチューブである、上記４３２に記載のセンサ。
４４２．ナノスコピックワイヤがナノチューブである、上記４３２に記載のセンサ。
４４３．ナノスコピックがシリコンナノワイヤである、上記４３２に記載のセンサ。
４４４．ナノスコピックワイヤがナノワイヤである、上記４３２に記載のセンサ。
４４５．流体チャネルがマイクロチャネルである、上記４３２に記載のセンサ。
４４６．マイクロチャネルが１mm未満の最小横寸法をもつ、上記４４５に記載のセンサ。
４４７．マイクロチャネルが0.5mm未満の最小横寸法をもつ、上記４４５に記載のセンサ。
４４８．マイクロチャネルが200ミクロン未満の最小横寸法をもつ、上記４３２に記載のセンサ。
４４９．第二のナノスコピックワイヤと；
第二の化学薬品または生物学的薬品と、その第二の結合相手との間の特異的結合相互作用によってナノスコピックワイヤの電気的特性に検出可能な変化がもたらされるように、ナノスコピックワイヤに対して配置した第二の化学薬品または生物学的薬品とをさらに含む、上記４３２に記載のセンサ。
４５０．その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであるバルクドープ半導体であって、
バルクドープ半導体の部分によって生じた現象により、部分の寸法によって量子閉じ込めを示す、上記のバルクドープ半導体。
４５１．半導体が細長く、その寸法は、半導体の縦方向の部分に沿った任意の点における幅である、上記４５０に記載の半導体。
４５２．縦方向の部分が、散乱させずに電気的キャリヤを輸送することができる、上記４５１に記載の半導体。
４５３．電気的キャリヤが縦方向の部分をバリスティックに通過するように、縦方向の部分は電気的キャリヤを輸送することができる、上記４５１に記載の半導体。
４５４．電気的キャリヤが縦方向の部分をコヒーレントに通過するように、縦方向の部分が電気的キャリヤを輸送することができる、上記４５１に記載の半導体。
４５５．電気的キャリヤがスピン分極されるように、縦方向の部分が電気的キャリヤを輸送することができる、上記４５１に記載の半導体。
４５６．スピン分極化された電気的キャリヤがスピン情報を失わずに縦方向の部分を通過するように、縦方向の部分が電気的キャリヤを輸送することができる、上記４５５に記載の半導体。
４５７．縦方向の部分が励起に応答して発光することができ、ここで発光波長は上記幅に関連する、上記４５１に記載の半導体。
４５８．発光波長が上記幅に比例する、上記４５７に記載の半導体。
４５９．コヒーレント輸送を示す、バルクドープ半導体。
４６０．バリスティック輸送を示す、バルクドープ半導体。
４６１．ラッティンジャー流体挙動を示す、バルクドープ半導体。
４６２．半導体の少なくとも一つが：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである、一つ以上のドープ半導体を含む溶液。
４６３．少なくとも一つの上記半導体が：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである、一つ以上のドープ半導体を含むデバイス。
４６４．上記のデバイスが少なくとも二つのドープ半導体を含み、
少なくとも二つの半導体はいずれも、その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであり、
少なくとも二つのドープ半導体の第一の半導体は量子閉じ込めを示し、少なくとも二つのドープ半導体の第二の半導体は、その第一の半導体の量子閉じ込めを操作する、上記４６３に記載のデバイス。
４６５．上記のデバイスが少なくとも二つのドープ半導体を含み、
少なくとも二つのドープ半導体はいずれも、その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである、上記４６３に記載のデバイス。
４６６．少なくとも二つのバルクドープ半導体が互いに物理的に接触している、上記４６４に記載のデバイス。
４６７．少なくとも二つのバルクドープ半導体の第一の半導体が第一の伝導性型であり、少なくとも二つのバルクドープ半導体の第二の半導体が第二の伝導性型である、上記４６６に記載のデバイス。
４６８．第一の半導体の伝導率型がn-型であり、第二の半導体の伝導率型がp-型である、上記４６７に記載のデバイス。
４６９．少なくとも二つのバルクドープ半導体がp/n接合を形成する、上記４６８に記載のデバイス。
４７０．少なくとも一つの半導体が自立型である、上記４６３に記載のデバイス。
４７１．少なくとも一つの半導体が細長い、上記４６３に記載のデバイス。
４７２．少なくとも一つの半導体が単結晶を含む、上記４６３に記載のデバイス。
４７３．少なくとも一つの半導体が、第一の半導体を含むコアと、第一の半導体と異なる物質を含む外部シェルとを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４７４．上記のデバイスがスイッチを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４７５．上記のデバイスがダイオードを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４７６．上記のデバイスが発光ダイオードを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４７７．上記のデバイスがトンネルダイオードを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４７８．上記のデバイスがショットキーダイオードを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４７９．トランジスタがバイポーラ接合トランジスタを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４８０．トランジスタが電界効果トランジスタを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４８１．上記のデバイスがインバータを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４８２．デバイスが相補型インバータを含む、上記４８１に記載のデバイス。
４８３．上記のデバイスが光学センサを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４８４．上記のデバイスが検体用のセンサを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４８５．検体がDNAである、上記４６３に記載のデバイス。
４８６．上記のデバイスがメモリデバイスを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４８７．メモリデバイスがダイナミックメモリデバイスを含む、上記４８６に記載のデバイス。
４８８．メモリデバイスがスタティックメモリデバイスである、上記４８６に記載のデバイス。
４８９．上記のデバイスがレーザを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４９０．上記のデバイスが論理ゲートを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４９１．論理ゲートがANDゲートである、上記４９０に記載のデバイス。
４９２．論理ゲートがNANDゲートである、上記４９２に記載のデバイス。
４９３．論理ゲートがEXCLUSIVE-ANDゲートである、上記４９０に記載のデバイス。
４９４．論理ゲートがORゲートである、上記４９０に記載のデバイス。
４９５．論理ゲートがNORゲートである、上記４９０に記載のデバイス。
４９６．論理ゲートがEXCLUSIVE-ORゲートである、上記４９０に記載のデバイス。
４９７．上記のデバイスがラッチを含む、上記４６３に記載のデバイス。
４９８．上記のデバイスが抵抗器を含む、上記４６３に記載のデバイス。
４９９．上記のデバイスがクロック回路を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５００．上記のデバイスが論理アレイを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５０１．上記のデバイスがステートマシーンを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５０２．上記のデバイスがプログラマブル回路を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５０３．上記のデバイスが増幅器を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５０４．上記のデバイスが変圧器を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５０５．上記のデバイスがシグナルプロセッサを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５０６．上記のデバイスがデジタル回路を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５０７．上記のデバイスがアナログ回路を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５０８．上記のデバイスが発光源を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５０９．半導体が、そのどの地点においても最小幅よりも大きい最小幅をもつ場合、発光源がその半導体よりも高い周波数で発光する、上記５０８に記載のデバイス。
５１０．上記のデバイスがフォトルミネセンスデバイスを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５１１．上記のデバイスがエレクトロルミネセンスデバイスを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５１２．上記のデバイスが整流器を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５１３．上記のデバイスがフォトダイオードを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５１４．上記のデバイスがp-n太陽電池を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５１５．上記のデバイスが光トランジスタを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５１６．上記のデバイスが単一電子トランジスタを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５１７．上記のデバイスが単光子エミッタを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５１８．上記のデバイスが単光子ディテクタを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５１９．上記のデバイスがスピントロニクスデバイスを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２０．上記のデバイスが原子間力顕微鏡用の超鋭利な探針を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２１．上記のデバイスが走査型トンネル顕微鏡を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２２．上記のデバイスが電界放出デバイスを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２３．上記のデバイスがフォトルミネセンスタグを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２４．上記のデバイスが光起電性デバイスを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２５．上記のデバイスがフォトバンドギャップ材料を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２６．上記のデバイスが走査近接場光学顕微鏡チップを含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２７．上記のデバイスが、デジタル部品とアナログ部品とをもつ回路を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２８．上記のデバイスが、少なくとも一つのバルクドープ半導体に電気的に結合したもう一つの半導体を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５２９．もう一つの半導体が、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含むバルクドープ半導体である、上記５２８に記載のデバイス。
５３０．上記のデバイスが、少なくとも一つのバルクドープ半導体に光学的に結合したもう一つの半導体を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５３１．もう一つの半導体が、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含むバルクドープ半導体である、上記５３０に記載のデバイス。
５３２．上記のデバイスが、少なくとも一つのバルクドープ半導体に磁気的に結合したもう一つの半導体を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５３３．もう一つの半導体が、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含むバルクドープ半導体である、上記５３２に記載のデバイス。
５３４．上記のデバイスが、少なくとも一つのバルクドープ半導体に物理的に接触するもう一つの半導体を含む、上記４６３に記載のデバイス。
５３５．もう一方の半導体が：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである、上記５３４に記載のデバイス。
５３６．少なくとも一つの半導体が電気コンタクトに結合している、上記４６３に記載のデバイス。
５３７．少なくとも一つの半導体が光学コンタクトに結合している、上記４６３に記載のデバイス。
５３８．少なくとも一つの半導体が電磁コンタクトに結合している、上記４６３に記載のデバイス。
５３９．少なくとも一つの半導体の伝導率がシグナルに対する応答において制御可能である、上記４６３に記載のデバイス。
５４０．少なくとも一つの半導体の伝導率が、広範な範囲内の任意の値をもつように制御可能である、上記５３９に記載のデバイス。
５４１．少なくとも一つの半導体が、二つ以上の状態の間を切替可能である、上記５３９に記載のデバイス。
５４２．少なくとも一つの半導体がシグナルによって伝導状態と絶縁状態との間を切り替え可能である、上記５４１に記載のデバイス。
５４３．少なくとも一つの半導体の二つ以上の状態が、印加シグナルなしで保持可能である、上記５４１に記載のデバイス。
５４４．少なくとも一つの半導体の伝導率が、電気的シグナルに対する応答において制御可能である、上記５３９に記載のデバイス。
５４５．少なくとも一つの半導体の伝導率が、光学的シグナルに対する応答において制御可能である、上記５３９に記載のデバイス。
５４６．少なくとも一つの半導体の伝導率が、磁気的シグナルに対する応答において制御可能である、上記５３９に記載のデバイス。
５４７．少なくとも一つの半導体の伝導率が、ゲート端子のシグナルに対する応答において制御可能である、上記５３９に記載のデバイス。
５４８．ゲート端子が、少なくとも一つの半導体と物理的に接触していない、上記５４７に記載のデバイス。
５４９．半導体の少なくとも二つがアレイを形成し、
アレイ中の半導体の少なくとも一つは：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである、上記４６３に記載のデバイス。
５５０．アレイが配列アレイである、上記５７９に記載のデバイス。
５５１．アレイが配列アレイではない、上記５７９に記載のデバイス。
５５２．上記のデバイスが二つ以上の別個で相互に連結した回路を含み、
回路の少なくとも一つは：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであるドープ半導体を含まない、上記４６３に記載のデバイス。
５５３．上記のデバイスが、二つ以上のピン配列をもつチップに組み込まれている、上記４６３に記載のデバイス。
５５４．チップが別個で相互に連結した回路を含み、
回路の少なくとも一つは：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであるドープ半導体を含まない、上記５５３に記載のデバイス。
５５５．その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであるドープ半導体を成長させるための試薬のコレクションであって、コレクションは半導体試薬とドーパント試薬とを含む、コレクション。
５５６．（Ａ）  一つ以上の半導体を表面に接触させる工程を含み、
半導体の少なくとも一つは：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；少なくとも一つである、デバイスの製造方法。
５５７．表面が基板である、上記５５６に記載の方法。
５５８．（B）  操作（Ａ）の前に、半導体の分子とドーパントの分子とにエネルギーを加えることによって半導体の少なくとも一つを成長させる工程をさらに含む、上記５５６に記載の方法。
５５９．操作（Ａ）が、一つ以上の半導体を含む溶液を表面に接触させる工程を含む、上記５５６に記載の方法。
５６０．（Ｂ）  電場を使用して、表面に半導体の一つ以上を整列させる工程をさらに含む、上記５５９に記載の方法。
５６１．操作（Ｂ）が、少なくとも二つの電極の間に電界を作り；電極の間に一つ以上の半導体を配置する；工程を含む、上記５６０に記載の方法。
５６２．（Ｂ）一つ以上の他の半導体を含むもう一つの溶液を使用して操作（Ａ）を繰り返す工程をさらに含む上記５５９に記載の方法であって、
他の半導体の少なくとも一つは：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである、上記の方法。
５６３．（Ｂ）表面をコンディショニングして、表面に接触させた一つ以上の半導体を取り付ける工程をさらに含む、上記５５６に記載の方法。
５６４．操作（Ｂ）が、表面にチャネルを形成する工程を含む、上記５６３に記載の方法。
５６５．操作（Ｂ）が表面にパターンを施す工程を含む、上記５６３に記載の方法。
５６６．（Ｂ）  電場を使用して表面に一つ以上の半導体を配列する工程をさらに含む、上記５５６に記載の方法。
５６７．
操作（Ｂ）が、少なくとも二つの電極の間に電場を形成し；
電極の間に一つ以上の半導体を配置する；
工程を含む、上記５５６に記載の方法。
５６８．光を発生させる方法であって、
（Ａ）一つ以上の半導体にエネルギーを適用して一つ以上の半導体を発光させる工程を含み、
ここで半導体の少なくとも一つは：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つである、上記の方法。
５６９．半導体が直接バンドギャップ半導体を含む、上記５６８に記載の方法。
５７０．操作（Ａ）が、二つの交差半導体の接合を横切って電圧を印加することを含み、それぞれの半導体は500ナノメートル未満の最小幅をもつ、上記方法。
５７１．それぞれの半導体が100ナノメートル未満の最小幅をもつ、上記５７０に記載の方法。
５７２．（Ｂ）  100ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの半導体の寸法を制御することによって、発光波長を制御する工程をさらに含む、上記５６８に記載の方法。
５７３．半導体が細長く、操作（Ｂ）が細長い半導体の幅を制御する工程を含む、上記５７２に記載の方法。
５７４．半導体が最小寸法をもつ場合、その半導体の大部分が第一の波長で発光する特性をもち、その半導体の制御された寸法が最小寸法未満である、上記５７２に記載の方法。
５７５．表面上で一つ以上の細長い構造体をアセンブリーする方法であって、
細長い構造体の一つ以上は：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであり、ここで、
（Ａ）表面の特定の位置に対して一つ以上の細長い構造体を引きつける一つ以上の官能基で表面をコンディショニングし、次いで
（Ｂ）一つ以上の官能基を使用して、特定の位置に一つ以上の細長い構造体を引きつけることによって、一つ以上の細長い構造体を配列させる各工程を含む、方法。
５７６．操作（Ａ）が、表面を一つ以上の分子でコンディショニングする工程を含む、上記５７５に記載の方法。
５７７．操作（Ａ）が、表面を一つ以上の電荷でコンディショニングする工程を含む、上記５７５に記載の方法。
５７８．操作（Ａ）は、表面を一つ以上の磁子でコンディショニングする工程を含む、上記５７５に記載の方法。
５７９．操作（Ａ）は、表面を一つ以上の光度でコンディショニングする工程を含む、上記５７５に記載の方法。
５８０．操作（Ａ）は、化学的な力を使用して表面上の特定の位置に一つ以上の細長い構造体を引きつける１つ以上の官能基で表面をコンディショニングする工程を含む、上記５７５に記載の方法。
５８１．操作（Ａ）は、光学的な力を使用して表面上の特定の位置に一つ以上の細長い構造体を引きつける一つ以上の官能基で表面をコンディショニングする工程を含む、上記５７５に記載の方法。
５８２．操作（Ａ）は、静電気力を使用して表面上の特定の位置に一つ以上の細長い構造体を引きつける一つ以上の官能基で表面をコンディショニングする工程を含む、上記５７５に記載の方法。
５８３．操作（Ａ）は、磁気力を使用して、表面上の特定の位置に一つ以上の細長い構造体を引きつける一つ以上の官能基で表面をコンディショニングする工程を含む、上記５７５に記載の方法。
５８４．表面に複数の細長い構造体を組み立てる方法であって、
細長い構造体の一つ以上は：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであり、ここで
（Ａ）表面上に複数の細長い構造体を堆積させ；
（Ｂ）表面を電気的に帯電させて、複数の細長い構造体の二つ以上の間に静電気的な力を引き起こす；
工程を含む、上記の方法。
５８５．静電気力によって二つ以上の細長い構造体を整列させる、上記５８４に記載の方法。
５８６．静電気力によって二つ以上の細長い構造体を一つ以上のパターンに整列させる、上記５８５に記載の方法。
５８７．一つ以上のパターンが、平行アレイを含む、上記５８６に記載の方法。
５８８．表面上に複数の細長い構造体を組み立てる方法であって、
細長い構造体の一つ以上は：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであり、ここで
（Ａ）液相表面に一つ以上の細長い構造体を分散させて、ラングミュアー−ブロジェット膜を形成し；
（Ｂ）このラングミュアー−ブロジェット膜を圧縮し；
（Ｃ）圧縮化ラングミュアー−ブロジェット膜を表面に移す；
工程を含む方法。
５８９．表面が基板表面である、上記５８８に記載の方法。
５９０．表面に複数の一つ以上の細長い構造体をアセンブリーする方法であって、
細長い構造体の少なくとも一つは：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであり、ここで
（Ａ）一つ以上の細長い構造体を軟質マトリックスに分散し；
（Ｂ）軟質マトリックスをある方向に引き延ばして、少なくとも一つの細長い構造体がその方向に整列する剪断力を一つ以上の細長い構造体に生じさせて；
（Ｃ）軟質マトリックスを除去し；
（Ｄ）少なくとも一つの整列した細長い構造体を表面に移す；
工程を含む方法。
５９１．上記方向が表面の平面に対して平行である、上記５９０に記載の方法。
５９２．操作（Ｂ）が、軟質マトリックスを電気的に誘導した力で引き延ばす工程を含む、上記５９０に記載の方法。
５９３．操作（Ｂ）が、軟質マトリックスを光学的に誘導した力で引き延ばす工程を含む、上記５９０に記載の方法。
５９４．操作（Ｂ）が、軟質マトリックスを機械的に誘導した力で引き延ばす工程を含む、上記５９０に記載の方法。
５９５．操作（Ｂ）が、軟質マトリックスを磁気的に誘導した力で引き延ばす工程を含む、上記５９０に記載の方法。
５９６．表面が基板表面である、上記５９０に記載の方法。
５９７．軟質マトリックスがポリマーである、上記５９０に記載の方法。
５９８．半導体の分子とドーパントの分子とを提供する手段と；
半導体が成長する間に、半導体の分子にドーパントの分子でドーピングして、ドープ半導体を製造する手段と；
を含む、ドープ半導体を成長させるシステム。
５９９．表面上に一つ以上の細長い構造体を含む流体を流すための手段と；
表面上に一つ以上の細長い構造体を整列させて、細長い構造体のアレイを形成するための手段と；
を含む、表面上に一つ以上の細長い構造体を組み立てるシステム。
６００．表面上に一つ以上の細長い構造体をアセンブリーする系であって、
細長い構造体の一つ以上は：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであり、
表面の特定の位置に一つ以上の細長い構造体を引きつける一つ以上の官能基で表面をコンディショニングするための手段と；
一つ以上の官能基を使用して特定の位置に一つ以上の細長い構造体を引きつけることによって、一つ以上の細長い構造体を整列させるための手段と；
を含む、上記のシステム。
６０１．表面上に複数の細長い構造体をアセンブリーする系であって、
細長い構造体の一つ以上は：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであり、
表面に複数の細長い構造体を堆積させるための手段と；
表面を電気的に帯電させて、複数の細長い構造体の二つ以上の間に静電気力を生じさせるための手段と；を含む、上記のシステム。
６０２．表面に複数の細長い構造体をアセンブリーするシステムであって、
細長い構造体の一つ以上は：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであり、
液相表面に上記一つ以上の細長い構造体を分散させて、ラングミュアー−ブロジェット膜を形成するための手段；
ラングミュアー−ブロジェット膜を圧縮するための手段；及び
圧縮化ラングミュアー−ブロジェット膜を表面に移すための手段；
を含む、上記のシステム。
６０３．表面に複数の一種以上の細長い構造体をアセンブリーするシステムであって、
細長い構造体の少なくとも一つは：その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体；及び、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつ自立型バルクドープ半導体；の少なくとも一つであり、
軟質マトリックスに一つ以上の細長い構造体を分散させるための手段；
軟質マトリックスをある方向に引き延ばして、少なくとも一つの細長い構造体を上記方向に整列させる剪断力を一つ以上の細長い構造体に生じさせるための手段；
軟質マトリックスを取り除くための手段；及び、
少なくとも一つの整列した細長い構造体を表面に移すための手段；
を含む、上記のシステム。
６０４．サンプル露出領域とナノワイヤとを含むサンプルカセットを含む物品であって、その少なくとも一部はサンプル露出領域中のサンプルによってアドレス可能であり、ここでサンプルカセットは、ナノワイヤに関連する特性を測定することができる検出装置に動作可能なように接続可能である、上記の物品。
６０５．ナノワイヤセンサデバイスであって、
ソース電極を形成するために導体と電気的に接触している第一の端部と、ドレイン電極を形成するために導体と電気的に接触している第二の端部と、ゲート電極を形成するためにその上に形成されている酸化物を含む外部表面とをもつ半導体ナノワイヤと、選択された部位に対して特異性を持ち、外部表面に結合されている結合剤とを含み、
これによってゲート電極での電圧が、上記部分と結合剤との結合に応答して変動して、化学的にゲートされる電界効果センサデバイスを提供する、上記のデバイス。
６０６．予定された電流−電圧特性を持ち、化学的または生物学的センサとして使用するために適合させた検体でゲートされる電界効果トランジスタであって、
（ａ）第一の絶縁物質でできた基板；
（ｂ）基板上に配置されたソース電極；
（ｃ）基板上に配置されたドレイン電極；
（ｄ）ソース電極とドレイン電極との間に配置されて、所定の電流−電圧特性を持つ電界効果トランジスタを形成する半導体ナノワイヤと；
（ｅ）ナノワイヤの表面に配置された検体−特異性結合剤とを含み、
標的検体と結合剤との間に生じた結合イベントによって、電界効果トランジスタの電流−電圧特性に検出可能な変化が生じる、トランジスタ。
６０７．検体が化学的部位である、上記６０６に記載の検体でゲートされる電界効果トランジスタ。
６０８．化学的部位が小さな有機化合物である、上記６０７に記載の検体でゲートされる電界効果トランジスタ。
６０９．化学的部位がイオンである、上記６０７に記載の検体でゲートされる電界効果トランジスタ。
６１０．検体が生物学的成分である、上記６０７に記載の検体でゲートされる電界効果トランジスタ。
６１１．検体が、タンパク質、核酸、炭水化物、脂質及びステロイド類からなる群から選択される、上記６１０に記載の検体でゲートされる電界効果トランジスタ。
６１２．上記６０６に記載の検体でゲートされる電界効果トランジスタ少なくとも１００個のアレイを含む物品。
６１３．物品に関連する検体−特異的結合剤の集団に対して均質な上記６１２に記載の物品。
６１４．物品に関連する検体−特異的結合剤の集団に対して均質でない上記６１２に記載の物品。
６１５．500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分をもつドープ半導体を含む伝導性チャネルと；
500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部位をもつ細長い物質を含むゲート電極とを含む、電界効果トランジスタ。
６１６．細長い物質が、500ナノメートル未満の最小幅をもつドープ半導体である、上記６１５に記載の電界効果トランジスタ。
６１７．ドープ半導体が自立型バルクドープ半導体である、上記６１５に記載の電界効果トランジスタ。
６１８．ドープ半導体が単結晶を含む、上記６１５に記載の電界効果トランジスタ。
６１９．ドープ半導体が、その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体である、上記６１５に記載の電界効果トランジスタ。
６２０．ドープ半導体と細長い物質とが交差する、上記６１５に記載の電界効果トランジスタ。
６２１．電界効果トランジスタの幅が、ドープ半導体の幅と等しい、上記６１５に記載の電界効果トランジスタ。
６２２．ドープトランジスタが、電界効果トランジスタ用のゲート誘電体として機能する酸化物層を包含する、上記６１５に記載の電界効果トランジスタ。
６２３．ドープ半導体と細長い物質との交差部分が電界効果トランジスタの長さを画定する、上記６１５に記載の電界効果トランジスタ。
６２４．500ナノメートル未満の最小幅をもつドープ半導体を含む、論理ゲート。
６２５．論理ゲートが５以上の電圧利得を生じるように構成されている、上記６２４に記載の論理ゲート。
６２６．論理ゲートがORゲートである、上記６２４に記載の論理ゲート。
６２７．論理ゲートがANDゲートである、上記６２４に記載の論理ゲート。
６２８．論理ゲートがNORゲートである、上記６２４に記載の論理ゲート。
６２９．論理ゲートがNOTゲートである、上記６２４に記載の論理ゲート。
６３０．論理ゲートがExclusive ORゲートである、上記６２４に記載の論理ゲート。
６３１．ドープ半導体が自立型バルクドープ半導体である、上記６２４に記載の論理ゲート。
６３２．ドープ半導体が単結晶を含む、上記６２４に記載の論理ゲート。
６３３．ドープ半導体が、その縦軸に沿った任意の点で、500ナノメートル未満の最大断面寸法をもつ単結晶の細長いバルクドープ半導体である、上記６２４に記載の論理ゲート。
６３４．ある組成をもつ第一の領域と、第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とを含む自立型ナノスケール半導体を提供し；
ドープ半導体の中に電流を流す；
工程を含む、半導体の使用法。
６３５．電磁放射のソースに導体を露出し；
ソースと導体との間にゲートの非存在下で、電磁放射の極性を変えることによって、導体の伝導性を変動させる；
工程を含む方法。
６３６．ナノワイヤに電界を確立し得る誘導性物質に近接して配置した半導体ナノワイヤを含むナノワイヤデバイスであって、誘導性物質は、ナノワイヤの特性に特異的に作用することができる少なくとも二種類の電子的または機械的状態をもつ、上記ナノワイヤデバイス。
６３７．半導体に電場を与えうる誘導性物質に近接して配置した半導体を含むデバイスであって、
誘導性物質は、半導体の特性に特異的に作用することができる少なくとも二種類の異なる状態をもつ、上記のデバイス。
６３８．少なくとも二種類の異なる状態が電子的状態である、上記６３７に記載のデバイス。
６３９．少なくとも二種類の異なる状態が機械的状態である、上記６３７に記載のデバイス。
６４０．特性が半導体の伝導率である、上記６３７に記載のデバイス。
６４１．半導体がナノスコピックである、上記６３７に記載のデバイス。
６４２．半導体がナノスコピックワイヤである、上記６３７に記載のデバイス。
６４３．半導体がナノチューブである、上記６３７に記載のデバイス。
６４４．半導体がナノワイヤである、上記６３７に記載のデバイス。
６４５．半導体が誘導性物質と接触する、上記６３７に記載のデバイス。
６４６．半導体が、誘導性物質の５nm以内に配置される、上記６３７に記載のデバイス。
６４７．誘導性物質が機能性部位を含む、上記６３７に記載のデバイス。
６４８．誘導性物質が反応性物質を含む、上記６３７に記載のデバイス。
６４９．半導体が自立型である、上記６３７に記載のデバイス。
６５０．半導体がバルクドープされている、上記６３７に記載のデバイス。
６５１．誘導性物質が第二の半導体を含む、上記６３７に記載のデバイス。
６５２．誘導性物質がナノ粒子を含む、上記６３７に記載のデバイス。
６５３．誘導性物質が第二のナノスコピックワイヤを含む、上記６３７に記載のデバイス。
６５４．半導体ナノワイヤデバイスであって、
ドープチャネルと；
少なくとも二つの電子的または電気的状態をもち、キャリヤのフローに影響を与えるためにドープチャネル内に電界を誘導するためにドープチャネルに近接して配置されている誘導性物質と；を含む、上記の半導体ナノワイヤデバイス。
６５５．
ドープ半導体と；
少なくとも二つの状態をもつ誘導性物質と；を含むデバイスであって、
誘導性物質がドープ半導体に近接して配置されている、上記のデバイス。
６５６．少なくとも二つの異なる状態が電子的状態である、上記６５５に記載のデバイス。
６５７．少なくとも二つの異なる状態が機械的状態である、上記６５５に記載のデバイス。
６５８．半導体がナノスコピックである、上記６５５に記載のデバイス。
６５９．半導体がナノスコピックワイヤである、上記６５５に記載のデバイス。
６６０．半導体がナノチューブである、上記６５５に記載のデバイス。
６６１．半導体がナノワイヤである、上記６５５に記載のデバイス。
６６２．半導体が誘導性物質と接触する、上記６５５に記載のデバイス。
６６３．半導体が誘導性物質の５nm以内に配置されている、上記６５５に記載のデバイス。
６６４．誘導性物質が機能性部位を含む、上記６５５に記載のデバイス。
６６５．誘導性物質が反応物質を含む、上記６５５に記載のデバイス。
６６６．半導体が自立型である、上記６５５に記載のデバイス。
６６７．半導体がバルクドープされている、上記６５５に記載のデバイス。
６６８．誘導性物質が第二の半導体を含む、上記６５５に記載のデバイス。
６６９．誘導性物質がナノ粒子を含む、上記６５５に記載のデバイス。
６７０．誘導性物質が第二のナノスコピックワイヤを含む、上記６５５に記載のデバイス。
６７１．  ドープチャネルと；
少なくとも二つの異なる電子的または機械的状態をもち、キャリヤのフローに影響を与えるためにドープチャネル内に電界を誘導するためにドープチャネルに近接して配置されている誘導性物質とを含む、半導体ナノワイヤデバイス。
６７２．ドープ半導体と；
少なくとも二つの状態をもつ誘導性物質と；を含むデバイスであって、
誘導性物質は、ドープ半導体内でキャリヤのフローに影響を与えることができるように配置されている、上記のデバイス。
６７３．少なくとも二つの異なる状態が電子的状態である、上記６７２に記載のデバイス。
６７４．少なくとも二つの異なる状態が機械的状態である、上記６７２に記載のデバイス。
６７５．半導体がナノスコピックである、上記６７２に記載のデバイス。
６７６．半導体がナノスコピックワイヤである、上記６７２に記載のデバイス。
６７７．半導体がナノチューブである、上記６７２に記載のデバイス。
６７８．半導体がナノワイヤである、上記６７２に記載のデバイス。
６７９．誘導性物質が機能性部位を含む、上記６７２に記載のデバイス。
６８０．誘導性物質が反応物質を含む、上記６７２に記載のデバイス。
６８１．半導体が自立型である、上記６７２に記載のデバイス。
６８２．半導体がバルクドープされている、上記６７２に記載のデバイス。
６８３．誘導性物質が第二の半導体を含む、上記６７２に記載のデバイス。
６８４．誘導性物質がナノ粒子を含む、上記６７２に記載のデバイス。
６８５．誘導性物質が第二のナノスコピックワイヤを含む、上記６７２に記載のデバイス。
【図面の簡単な説明】
【０３７２】
【図１】図１は、本発明の態様に従った半導体物品の一例の斜視図である。
【図２】図２は、半導体を製造するためのレーザ支援触媒成長プロセスの一例の単純化した略図である。
【図３】図３は、ナノスコピックワイヤ成長を説明する略図である。
【図４】ナノスコピックワイヤの直径を制御するための方法の一例を説明する略図である。
【図５】表面のステップのエッジ上に配置することによるナノスコピックワイヤ製造を説明する略図である。
【図６】細長いテンプレートの中またはその上に蒸着させることによるナノスケールワイヤ成長を説明する略図である。
【図７−Ａ】図７Ａは、デバイスを形成するための半導体ナノスケールワイヤの直交アセンブリを説明する。
【図７−Ｂ】図７Ｂは、デバイスを形成するための半導体ナノスケールワイヤの直交アセンブリを説明する。
【図７−Ｃ】図７Ｃは、デバイスを形成するための半導体ナノスケールワイヤの直交アセンブリを説明する。
【図７−Ｄ】図７Ｄは、デバイスを形成するための半導体ナノスケールワイヤの直交アセンブリを説明する。
【図７−Ｅ】図７Ｅは、デバイスを形成するための半導体ナノスケールワイヤの直交アセンブリを説明する。
【図８−Ａ】図８Ａは、種々のドーピングレベルとゲート電圧に関するバイアス電圧の関数としてのシリコンナノスケール電流を示す。
【図８−Ｂ】図８Ｂは、種々のドーピングレベルとゲート電圧に関するバイアス電圧の関数としてのシリコンナノスケール電流を示す。
【図８−Ｃ】図８Ｃは、種々のドーピングレベルとゲート電圧に関するバイアス電圧の関数としてのシリコンナノスケール電流を示す。
【図９−Ａ】図９Ａは、種々のリンドーピングレベルとゲート電圧に関するバイアスの関数としてのシリコンナノスケール電流を示す。
【図９−Ｂ】図９Ｂは、種々のリンドーピングレベルとゲート電圧に関するバイアスの関数としてのシリコンナノスケール電流を示す
【図１０−Ａ】図１０Ａは、ｐ−型シリコンナノスケールデバイスのエネルギーバンド図を示す。
【図１０−Ｂ】図１０Ｂは、ｎ−型シリコンナノスケールデバイスのエネルギーバンド図を示す。
【図１１−Ａ】図１１Ａは、高濃度ホウ素ドープ・シリコン・ナノスケールワイヤ上に記録された温度依存性の電流−電圧曲線を示す。
【図１１−Ｂ】図１１Ｂは、高濃度ホウ素ドープ・シリコン・ナノスケールワイヤ上に記録された温度依存性の電流−電圧曲線を示す。
【図１２】図１２は、よく規定されたGaP半導体ナノスケールワイヤの成長用触媒として単分散させた金コロイドの使用を示す略図である。
【図１３−Ａ】図１３Ａは、28.2ナノメートルのコロイドから合成したナノスケールワイヤのFE-SEM画像を示す。
【図１３−Ｂ】図１３Ｂは、サンプル中のもう一つのワイヤのTEM画像を示す。
【図１４−Ａ】図１４Ａは、種々の直径のコロイドから成長させたワイヤを測定した直径のヒストグラムを示す。
【図１４−Ｂ】図１４Ｂは、種々の直径のコロイドから成長させたワイヤを測定した直径のヒストグラムを示す。
【図１４−Ｃ】図１４Ｃは、種々の直径のコロイドから成長させたワイヤを測定した直径のヒストグラムを示す。
【図１４−Ｄ】図１４Ｄは、レーザを使用して金ナノクラスターとGaP反応体の両方を発生させる、コロイドを使用せずに前記方法を利用して成長させたワイヤの直径のヒストグラムを示す。
【図１５】図１５は、ヒ化金とヒ化ガリウムに関する疑２成分(pseudobinary)相図を示す。
【図１６−Ａ】図１６Ａは、レーザ支援触媒成長により製造した種々のナノスケールワイヤのFE-SEM画像を示す。
【図１６−Ｂ】図１６Ｂは、レーザ支援触媒成長により製造した種々のナノスケールワイヤのFE-SEM画像を示す。
【図１６−Ｃ】図１６Ｃは、レーザ支援触媒成長により製造した種々のナノスケールワイヤのFE-SEM画像を示す。
【図１７−Ａ】図１７Ａは、約２０ナノメートルの直径のヒ化ガリウムナノスケールワイヤの回折コントラストTEM画像を示す。
【図１７−Ｂ】図１７Ｂは、種々の直径のナノスケールワイヤの高解像度TEM画像を示す。
【図１７−Ｃ】図１７Ｃは、種々の直径のナノスケールワイヤの高解像度TEM画像を示す。
【図１７−Ｄ】図１７Ｄは、種々の直径のナノスケールワイヤの高解像度TEM画像を示す。
【図１８−Ａ】図１８Ａは、レーザ支援触媒成長により製造したCdSeナノスケールワイヤのFE-SEM画像を示す。
【図１８−Ｂ】図１８Ｂは、１８ナノメートル直径のCdSeナノスケールワイヤの回折コントラストTEM画像を示す。
【図１８−Ｃ】図１８Ｃは、約１３ナノメートル直径のCdSeナノスケールワイヤの高解像度TEM画像を示す。
【図１９】図１９は、レーザ支援触媒成長によるGaNナノスケールワイヤの成長を示す略図である。
【図２０−Ａ】図２０Ａは、レーザ支援触媒成長により合成したバルクGaNナノスケールワイヤのFE-SEM画像を示す。
【図２０−Ｂ】図２０Ｂは、バルクGaNナノスケールワイヤ上に記録されたPXRDパターンを示す。
【図２１−Ａ】図２１Ａは、コントラストの高いファセット化ナノ粒子中で終端したGaNナノスケールワイヤの回折コントラストTEM画像を示す。
【図２１−Ｂ】図２１Ｂは、約１０ナノメートルの直径をもつもう一つのGaNナノスケールワイヤのHRTEM画像を示す。
【図２２−Ａ】図２２Ａは、InPナノスケールワイヤのドーピングと電気輸送(electrical  transport)を説明する。
【図２２−Ｂ】図２２Ｂは、InPナノスケールワイヤのドーピングと電気輸送(electrical  transport)を説明する。
【図２２−Ｃ】図２２Ｃは、InPナノスケールワイヤのドーピングと電気輸送(electrical  transport)を説明する。
【図２３−Ａ】図２３Ａは、交差ナノスケールワイヤ接合と電気的特性を説明する。
【図２３−Ｂ】図２３Ｂは、交差ナノスケールワイヤ接合と電気的特性を説明する。
【図２３−Ｃ】図２３Ｃは、交差ナノスケールワイヤ接合と電気的特性を説明する。
【図２３−Ｄ】図２３Ｄは、交差ナノスケールワイヤ接合と電気的特性を説明する。
【図２４−Ａ】図２４Ａは、ナノスケールワイヤＰ−Ｎ接合の光電気的(optoelectrical)特性を説明する。
【図２４−Ｂ】図２４Ｂは、ナノスケールワイヤＰ−Ｎ接合の光電気的(optoelectrical)特性を説明する。
【図２４−Ｃ】図２４Ｃは、ナノスケールワイヤＰ−Ｎ接合の光電気的(optoelectrical)特性を説明する。
【図２４−Ｄ】図２４Ｄは、ナノスケールワイヤＰ−Ｎ接合の光電気的(optoelectrical)特性を説明する。
【図２５−Ａ】図２５Ａは、ｐ−型Siとｎ−型GaNナノ接合(nanojunction)からとったEL画像を示す。
【図２５−Ｂ】図２５Ｂは、種々のゲート電圧に関する電圧の関数としての電流を示す。
【図２５−Ｃ】図２５Ｃは、図２５Ａのナノ接合のELスペクトルを示す。
【図２６−Ａ】図２６Ａは、電界をもつナノスケールワイヤの平行または直交アセンブリを説明する。
【図２６−Ｂ】図２６Ｂは、電界をもつナノスケールワイヤの平行または直交アセンブリを説明する。
【図２６−Ｃ】図２６Ｃは、電界をもつナノスケールワイヤの平行または直交アセンブリを説明する。
【図２６−Ｄ】図２６Ｄは、電界をもつナノスケールワイヤの平行または直交アセンブリを説明する。
【図２７−Ａ】図２７Ａは、交差シリコンナノスケールワイヤ接合を説明する。
【図２７−Ｂ】図２７Ｂは、交差シリコンナノスケールワイヤ接合を説明する。
【図２７−Ｃ】図２７Ｃは、交差シリコンナノスケールワイヤ接合を説明する。
【図２７−Ｄ】図２７Ｄは、交差シリコンナノスケールワイヤ接合を説明する。
【図２７−Ｅ】図２７Ｅは、交差シリコンナノスケールワイヤ接合を説明する。
【図２７−Ｆ】図２７Ｆは、交差シリコンナノスケールワイヤ接合を説明する。
【図２８−Ａ】図２８Ａは、n＋pn交差シリコンナノスケールワイヤバイポーラトランジスタを説明する。
【図２８−Ｂ】図２８Ｂは、n＋pn交差シリコンナノスケールワイヤバイポーラトランジスタを説明する。
【図２８−Ｃ】図２８Ｃは、n＋pn交差シリコンナノスケールワイヤバイポーラトランジスタを説明する。
【図２８−Ｄ】図２８Ｄは、n＋pn交差シリコンナノスケールワイヤバイポーラトランジスタを説明する。
【図２９−Ａ】図２９Ａは、相補型インバータとトンネルダイオードを説明する。
【図２９−Ｂ】図２９Ｂは、相補型インバータとトンネルダイオードを説明する。
【図２９−Ｃ】図２９Ｃは、相補型インバータとトンネルダイオードを説明する。
【図２９−Ｄ】図２９Ｄは、相補型インバータとトンネルダイオードを説明する。
【図３０−Ａ】図３０Ａは、フローアセンブリの流体チャネル構造体の略図である。
【図３０−Ｂ】図３０Ｂは、フローアセンブリの流体チャネル構造体の略図である。
【図３１−Ａ】図３１Ａは、ナノスケールワイヤアレイの平行アセンブリを説明する。
【図３１−Ｂ】図３１Ｂは、ナノスケールワイヤアレイの平行アセンブリを説明する。
【図３１−Ｃ】図３１Ｃは、ナノスケールワイヤアレイの平行アセンブリを説明する。
【図３１−Ｄ】図３１Ｄは、ナノスケールワイヤアレイの平行アセンブリを説明する。
【図３２−Ａ】図３２Ａは、周期的なナノスケールワイヤアレイのアセンブリを説明する。
【図３２−Ｂ】図３２Ｂは、周期的なナノスケールワイヤアレイのアセンブリを説明する。
【図３２−Ｃ】図３２Ｃは、周期的なナノスケールワイヤアレイのアセンブリを説明する。
【図３２−Ｄ】図３２Ｄは、周期的なナノスケールワイヤアレイのアセンブリを説明する。
【図３３−Ａ】図３３Ａは、交差ナノスケールワイヤアレイのレイヤー・バイ・レイヤーアセンブリと輸送測定を説明する。
【図３３−Ｂ】図３３Ｂは、交差ナノスケールワイヤアレイのレイヤー・バイ・レイヤーアセンブリと輸送測定を説明する。
【図３３−Ｃ】図３３Ｃは、交差ナノスケールワイヤアレイのレイヤー・バイ・レイヤーアセンブリと輸送測定を説明する。
【図３３−Ｄ】図３３Ｄは、交差ナノスケールワイヤアレイのレイヤー・バイ・レイヤーアセンブリと輸送測定を説明する。
【図３３−Ｅ】図３３Ｅは、交差ナノスケールワイヤアレイのレイヤー・バイ・レイヤーアセンブリと輸送測定を説明する。
【図３４】図３４は、本発明の一態様のメモリセル(memory  cell)の略図である。
【図３５−Ａ】図３５Ａは、ヒステリシスを説明する。
【図３５−Ｂ】図３５Ｂは、ヒステリシスを説明する。
【図３５−Ｃ】図３５Ｃは、ヒステリシスを説明する。
【図３６−Ａ】図３６Ａは、ナノスケールメモリ切替デバイスを説明する。
【図３６−Ｂ】図３６Ｂは、ナノスケールメモリ切替デバイスを説明する。
【図３６−Ｃ】図３６Ｃは、ナノスケールメモリ切替デバイスを説明する。
【図３７−Ａ】図３７Ａは、ナノスケールメモリセルを説明する。
【図３７−Ｂ】図３７Ｂは、ナノスケールメモリセルを説明する。
【図３７−Ｃ】図３７Ｃは、ナノスケールメモリセルを説明する。
【図３８】図３８は、多様な状態のデバイスを説明する。
【図３９−Ａ】図３９Ａは、ＡＮＤ論理ゲートを説明する。
【図３９−Ｂ】図３９Ｂは、ＡＮＤ論理ゲートを説明する。
【図３９−Ｃ】図３９Ｃは、ＡＮＤ論理ゲートを説明する。
【図３９−Ｄ】図３９Ｄは、ＡＮＤ論理ゲートを説明する。
【図３９−Ｅ】図３９Ｅは、ＡＮＤ論理ゲートを説明する。
【図４０−Ａ】図４０Ａは、ＯＲ論理ゲートを説明する。
【図４０−Ｂ】図４０Ｂは、ＯＲ論理ゲートを説明する。
【図４０−Ｃ】図４０Ｃは、ＯＲ論理ゲートを説明する。
【図４０−Ｄ】図４０Ｄは、ＯＲ論理ゲートを説明する。
【図４０−Ｅ】図４０Ｅは、ＯＲ論理ゲートを説明する。
【図４１−Ａ】図４１Ａは、ＮＯＴ論理ゲートを説明する。
【図４１−Ｂ】図４１Ｂは、ＮＯＴ論理ゲートを説明する。
【図４１−Ｃ】図４１Ｃは、ＮＯＴ論理ゲートを説明する。
【図４１−Ｄ】図４１Ｄは、ＮＯＴ論理ゲートを説明する。
【図４１−Ｅ】図４１Ｅは、ＮＯＴ論理ゲートを説明する。
【図４２−Ａ】図４２Ａは、ＮＯＲ論理ゲートを説明する。
【図４２−Ｂ】図４２Ｂは、ＮＯＲ論理ゲートを説明する。
【図４３−Ａ】図４３Ａは、XOR論理ゲートを説明する。
【図４３−Ｂ】図４３Ｂは、XOR論理ゲートを説明する。
【図４４−Ａ】図４４Ａはナノスケール検出器を略図的に説明する。
【図４４−Ｂ】図４４Ｂは、ナノスケールワイヤの平行アレイをもつナノスケール検出器を略図的に説明する。
【図４５−Ａ】図４５Ａは、ナノスケールワイヤをコンプリメンタリ結合パートナーの検出用結合剤で変性させた、ナノスケール検出器を略図的に説明する。
【図４５−Ｂ】図４５Ｂは、相補型結合パートナーを結合剤に固定した、図２ａのナノスケール検出器を略図的に説明する。
【図４６−Ａ】図４６Ａは、二つの金属電極に接続した単一シリコンナノスケールワイヤの低解像度走査電子顕微鏡写真である。
【図４６−Ｂ】図４６Ｂは、二つの金属電極に接続した単一シリコンナノスケールワイヤデバイスの高解像度走査電子顕微鏡写真である。
【図４７−Ａ】図４７Ａは、バックゲート(backgate)をもつナノスケールセンサのもう一つの態様を略図的に説明する。
【図４７−Ｂ】図４７Ｂは、コンダクタンス対種々のバックゲート電圧での時間を示す。
【図４７−Ｃ】図４７Ｃは、コンダクタンス対バックゲート電圧を示す。
【図４８−Ａ】図４８Ａは、pHの関数としての単一シリコンナノスケールワイヤのコンダクタンスを示す。
【図４８−Ｂ】図４８Ｂは、表面でアミン基を露出するように変性された単一シリコンナノスケールワイヤのコンダクタンス対pHを示す。
【図４９】図４９は、オリゴヌクレオチド試薬で変性させた表面をもつシリコンナノスケールワイヤに関するコンダクタンス対時間を示す。
【図５０】図５０は、典型的な単層ナノチューブ検出器の原子間力顕微鏡画像である。
【図５１−Ａ】図５１Ａは、空気中における単層カーボンナノチューブデバイスの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定を示す。
【図５１−Ｂ】図５１Ｂは、NaCl中の図８ａの単層カーボンナノチューブデバイスの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定を示す。
【図５１−Ｃ】図５１Ｃは、CrClx中の図５１Ｂの単層カーボンナノチューブデバイスの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）測定を示す。
【図５２−Ａ】図５２Ａは、pHレベル２〜９に露出したときにヒドロキシル表面基をもつナノセンサのコンダクタンスを示す。
【図５２−Ｂ】図５２Ｂは、pHレベル２〜９に露出したときにアミン表面基をもつナノセンサのコンダクタンスを示す。
【図５２−Ｃ】図５２Ｃは、pHレベルが変化したナノセンサの相対コンダクタンスを示す。
【図５３−Ａ】図５３Ａは、ブランク緩衝液に最初に露出し、次いで250nMストレプトアビジンを含む溶液に露出したときの、BSAビオチンで変性したSiNWのコンダクタンスを示す。
【図５３−Ｂ】図５３Ｂは、ブランク緩衝液に最初に露出し、次いで25pMストレプトアビジンを含む溶液に露出したときの、BSAビオチンで変性したSiNWのコンダクタンスを示す。
【図５３−Ｃ】図５３Ｃは、ブランク緩衝液に最初に露出し、次いでストレプトアビジンを含む溶液に露出したときの、裸のSiNWのコンダクタンスを示す。
【図５３−Ｄ】図５３Ｄは、ブランク緩衝液に露出し、次いでd-ビオチンストレプトアビジンを含む溶液に露出したときの、BSAビオチンで変性したSiNWのコンダクタンスを示す。
【図５３−Ｅ】図５３Ｅは、ブランク緩衝液に露出し、次いでストレプトアビジンを含む溶液に露出し、次いでブランク緩衝液に再び露出したときの、ビオチンで変性したナノセンサのコンダクタンスを示す。
【図５３−Ｆ】図５３Ｆは、ブランク緩衝液とストレプトアビジンを含む溶液に交互に露出したときの、裸のSiNWのコンダクタンスを示す。
【図５４−Ａ】図５４Ａは、ブランク緩衝液に最初に露出し、次いでストレプトアビジンを含む溶液に露出したときの、BSAビオチンで変性したSiNWのコンダクタンスを示す。
【図５４−Ｂ】図５４Ｂは、緩衝液に露出し、次いで抗ビオチンを含む溶液に露出する間の、裸のSiNWのコンダクタンスを示す。
【図５４−Ｃ】図５４Ｃは、緩衝液、他のIgG型抗体、次いで抗ビオチンに露出する間のBSA−ビオチン変性SiNWのコンダクタンスを示す。
【図５５−Ａ】図５５Ａは、ブランク緩衝液と１mMのCu(II)を含有する溶液とに交互に露出したときの、アミン変性SiNWのコンダクタンスを示す。
【図５５−Ｂ】図５５Ｂは、0.1mM〜１mMのCu(II)の濃度に露出したときのアミン変性SiNWのコンダクタンスを示す。
【図５５−Ｃ】図５５Ｃは、コンダクタンス対Cu(II)濃度を示す。
【図５５−Ｄ】図５５Ｄは、最初にブランク緩衝液、次いで１mMCu(II)に露出したときの、未変性SiNWのコンダクタンスを示す。
【図５５−Ｅ】図５５Ｅは、最初にブランク緩衝液、次いで１mMCu(II)-EDTAに露出したときの、アミン−変性SiNWのコンダクタンスを示す。
【図５６−Ａ】図５６Ａは、緩衝液、次いでカルシウムイオンを含有する溶液に露出した、カルモジュリン−変性シリコンナノスケールワイヤのコンダクタンスを示す。
【図５６−Ｂ】図５６Ｂは、緩衝液、次いでカルシウムイオンを含有する溶液に露出した、裸のシリコンナノスケールワイヤのコンダクタンスを示す。
【図５７−Ａ】図５７Ａは、ドーピング濃度とナノスケールワイヤ直径と比較した、５個以下の電荷を検出する感度の計算を示す。
【図５７−Ｂ】図５７Ｂは、単一電荷を検出するためのナノスケールワイヤ直径と比較した閾値ドーピング濃度の計算を示す。
【図５８−Ａ】図５８Ａは、InPナノスケールワイヤの略図である。
【図５８−Ｂ】図５８Ｂは、pHが変動するにつれて経時での図５８Ａのナノスケールワイヤのルミネセンスにおける変化を示す。
【図５９−Ａ】図５９Ａは、ナノスケールワイヤセンサの一態様、具体的には化学的またはリガンド−ゲート電界効果トランジスタ(FET)を表す。
【図５９−Ｂ】図５９Ｂは、図５９Ａのナノスケールワイヤのもう一つの図である。
【図５９−Ｃ】図５９Ｃは、表面に成分がある図５９Ａのナノスケールワイヤを説明する。
【図５９−Ｄ】図５９Ｄは、空乏領域をもつ図５９Ｃのナノスケールワイヤを説明する。
【図６０−Ａ】図６０Ａは、種々の交差ナノスケールワイヤ・ナノデバイス・エレメントを説明する。
【図６０−Ｂ】図６０Ｂは、種々の交差ナノスケールワイヤ・ナノデバイス・エレメントを説明する。
【図６０−Ｃ】図６０Ｃは、種々の交差ナノスケールワイヤ・ナノデバイス・エレメントを説明する。
【図６１−Ａ】図６１Ａは、種々のナノ−論理ゲートを説明する。
【図６１−Ｂ】図６１Ｂは、種々のナノ−論理ゲートを説明する。
【図６１−Ｃ】図６１Ｃは、種々のナノ−論理ゲートを説明する。
【図６１−Ｄ】図６１Ｄは、種々のナノ−論理ゲートを説明する。
【図６１−Ｅ】図６１Ｅは、種々のナノ−論理ゲートを説明する。
【図６１−Ｆ】図６１Ｆは、種々のナノ−論理ゲートを説明する。
【図６１−Ｇ】図６１Ｇは、種々のナノ−論理ゲートを説明する。
【図６１−Ｈ】図６１Ｈは、種々のナノ−論理ゲートを説明する。
【図６１−Ｉ】図６１Ｉは、種々のナノ−論理ゲートを説明する。
【図６２−Ａ】図６２Ａは、種々のナノ計算(nanocomputation)デバイスを説明する。
【図６２−Ｂ】図６２Ｂは、種々のナノ計算(nanocomputation)デバイスを説明する。
【図６２−Ｃ】図６２Ｃは、種々のナノ計算(nanocomputation)デバイスを説明する。
【図６２−Ｄ】図６２Ｄは、種々のナノ計算(nanocomputation)デバイスを説明する。
【図６２−Ｅ】図６２Ｅは、種々のナノ計算(nanocomputation)デバイスを説明する。
【図６２−Ｆ】図６２Ｆは、種々のナノ計算(nanocomputation)デバイスを説明する。
【図６３−Ａ】図６３Ａは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６３−Ｂ】図６３Ｂは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６３−Ｃ】図６３Ｃは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６４−Ａ】図６４Ａは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６４−Ｂ】図６４Ｂは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６４−Ｃ】図６４Ｃは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６４−Ｄ】図６４Ｄは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６５−Ａ】図６５Ａは、本発明の一態様を説明する。
【図６５−Ｂ】図６５Ｂは、本発明の一態様を説明する。
【図６５−Ｃ】図６５Ｃは、本発明の一態様を説明する。
【図６６−Ａ】図６６Ａは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６６−Ｂ】図６６Ｂは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６６−Ｃ】図６６Ｃは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６７−Ａ】図６７Ａは、本発明の一態様の略図である。
【図６７−Ｂ】図６７Ｂは、本発明の一態様の略図である。
【図６７−Ｃ】図６７Ｃは、本発明の一態様の略図である。
【図６８−Ａ】図６８Ａは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６８−Ｂ】図６８Ｂは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６８−Ｃ】図６８Ｃは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６８−Ｄ】図６８Ｄは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６８−Ｅ】図６８Ｅは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６８−Ｆ】図６８Ｆは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６９−Ａ】図６９Ａは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６９−Ｂ】図６９Ｂは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６９−Ｃ】図６９Ｃは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６９−Ｄ】図６９Ｄは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図６９−Ｅ】図６９Ｅは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７０−Ａ】図７０Ａは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７０−Ｂ】図７０Ｂは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７０−Ｃ】図７０Ｃは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７０−Ｄ】図７０Ｄは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７０−Ｅ】図７０Ｅは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７１】図７１は、製造法を説明する。
【図７２−Ａ】図７２Ａは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７２−Ｂ】図７２Ｂは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７２−Ｃ】図７２Ｃは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７３−Ａ】図７３Ａは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７３−Ｂ】図７３Ｂは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７３−Ｃ】図７３Ｃは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図７３−Ｄ】図７３Ｄは、本発明の一態様のデータを説明する。
【図１】
2008300848.tif 000011
【図２】
2008300848.tif 000012
【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７−Ａ】
2008300848.tif 000017
【図７−Ｂ】
2008300848.tif 000018
【図７−Ｃ】
2008300848.tif 000019
【図７−Ｄ】
2008300848.tif 000020
【図７−Ｅ】
2008300848.tif 000021
【図８−Ａ】
2008300848.tif 000022
【図８−Ｂ】
2008300848.tif 000023
【図８−Ｃ】
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【図９−Ａ】
2008300848.tif 000025
【図９−Ｂ】
2008300848.tif 000026
【図１０−Ａ】
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【図１０−Ｂ】
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【図１１−Ａ】
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【図１１−Ｂ】
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【図１２】
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【図１３−Ａ】
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【図１３−Ｂ】
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【図１４−Ａ】
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【図１４−Ｂ】
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【図１４−Ｃ】
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【図１４−Ｄ】
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【図１５】
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【図１６−Ａ】
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【図１６−Ｂ】
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【図１６−Ｃ】
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【図１７−Ａ】
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【図１７−Ｂ】
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【図１７−Ｃ】
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【図１７−Ｄ】
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【図１８−Ａ】
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【図１８−Ｂ】
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【図１８−Ｃ】
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【図１９】
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【図２０−Ａ】
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【図２０−Ｂ】
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【図２１−Ａ】
2008300848.tif 000052
【図２１−Ｂ】
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【図２２−Ａ】
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【図２２−Ｂ】
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【図２２−Ｃ】
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【図２３−Ａ】
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【図２３−Ｂ】
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【図２３−Ｃ】
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【図２３−Ｄ】
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【図２４−Ａ】
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【図２４−Ｂ】
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【図２４−Ｃ】
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【図２４−Ｄ】
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【図２５−Ａ】
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【図２５−Ｂ】
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【図２５−Ｃ】
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【図２６−Ａ】
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【図２６−Ｂ】
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【図２６−Ｃ】
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【図２６−Ｄ】
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【図２７−Ａ】
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【図２７−Ｂ】
2008300848.tif 000073
【図２７−Ｃ】
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【図２７−Ｄ】
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【図２７−Ｅ】
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【図２７−Ｆ】
2008300848.tif 000077
【図２８−Ａ】
2008300848.tif 000078
【図２８−Ｂ】
2008300848.tif 000079
【図２８−Ｃ】
2008300848.tif 000080
【図２８−Ｄ】
2008300848.tif 000081
【図２９−Ａ】
2008300848.tif 000082
【図２９−Ｂ】
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【図２９−Ｃ】
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【図２９−Ｄ】
2008300848.tif 000085
【図３０−Ａ】
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【図３０−Ｂ】
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【図３１−Ａ】
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【図３１−Ｂ】
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【図３１−Ｃ】
2008300848.tif 000090
【図３１−Ｄ】
2008300848.tif 000091
【図３２−Ａ】
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【図３２−Ｂ】
2008300848.tif 000093
【図３２−Ｃ】
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【図３２−Ｄ】
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【図３３−Ａ】
2008300848.tif 000096
【図３３−Ｂ】
2008300848.tif 000097
【図３３−Ｃ】
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【図３３−Ｄ】
2008300848.tif 000099
【図３３−Ｅ】
2008300848.tif 000100
【図３４】
2008300848.tif 000101
【図３５−Ａ】
2008300848.tif 000102
【図３５−Ｂ】
2008300848.tif 000103
【図３５−Ｃ】
2008300848.tif 000104
【図３６−Ａ】
2008300848.tif 000105
【図３６−Ｂ】
2008300848.tif 000106
【図３６−Ｃ】
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【図３７−Ａ】
2008300848.tif 000108
【図３７−Ｂ】
2008300848.tif 000109
【図３７−Ｃ】
2008300848.tif 000110
【図３８】
2008300848.tif 000111
【図３９−Ａ】
2008300848.tif 000112
【図３９−Ｂ】
2008300848.tif 000113
【図３９−Ｃ】
2008300848.tif 000114
【図３９−Ｄ】
2008300848.tif 000115
【図３９−Ｅ】
2008300848.tif 000116
【図４０−Ａ】
2008300848.tif 000117
【図４０−Ｂ】
2008300848.tif 000118
【図４０−Ｃ】
2008300848.tif 000119
【図４０−Ｄ】
2008300848.tif 000120
【図４０−Ｅ】
2008300848.tif 000121
【図４１−Ａ】
2008300848.tif 000122
【図４１−Ｂ】
2008300848.tif 000123
【図４１−Ｃ】
2008300848.tif 000124
【図４１−Ｄ】
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【図４１−Ｅ】
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【図４２−Ａ】
2008300848.tif 000127
【図４２−Ｂ】
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【図４３−Ａ】
2008300848.tif 000129
【図４３−Ｂ】
2008300848.tif 000130
【図４４−Ａ】
2008300848.tif 000131
【図４４−Ｂ】
2008300848.tif 000132
【図４５−Ａ】
2008300848.tif 000133
【図４５−Ｂ】
2008300848.tif 000134
【図４６−Ａ】
2008300848.tif 000135
【図４６−Ｂ】
2008300848.tif 000136
【図４７−Ａ】
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【図４７−Ｂ】
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【図４７−Ｃ】
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【図４８−Ａ】
2008300848.tif 000140
【図４８−Ｂ】
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【図４９】
2008300848.tif 000142
【図５０】
2008300848.tif 000143
【図５１−Ａ】
2008300848.tif 000144
【図５１−Ｂ】
2008300848.tif 000145
【図５１−Ｃ】
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【図５２−Ａ】
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【図５２−Ｂ】
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【図５２−Ｃ】
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【図５３−Ａ】
2008300848.tif 000150
【図５３−Ｂ】
2008300848.tif 000151
【図５３−Ｃ】
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【図５３−Ｄ】
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【図５３−Ｅ】
2008300848.tif 000154
【図５３−Ｆ】
2008300848.tif 000155
【図５４−Ａ】
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【図５４−Ｂ】
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【図５４−Ｃ】
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【図５５−Ａ】
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【図５５−Ｂ】
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【図５５−Ｃ】
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【図５５−Ｄ】
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【図５５−Ｅ】
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【図５６−Ａ】
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【図５６−Ｂ】
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【図５７−Ａ】
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【図５７−Ｂ】
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【図５８−Ａ】
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【図５８−Ｂ】
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【図５９−Ａ】
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【図５９−Ｂ】
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【図５９−Ｃ】
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【図５９−Ｄ】
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【図６０−Ａ】
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【図６０−Ｂ】
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【図６０−Ｃ】
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【図６１−Ａ】
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【図６１−Ｂ】
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【図６１−Ｃ】
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【図６１−Ｄ】
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【図６１−Ｅ】
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【図６１−Ｆ】
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【図６１−Ｇ】
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【図６１−Ｈ】
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【図６１−Ｉ】
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【図６２−Ａ】
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【図６２−Ｂ】
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【図６２−Ｃ】
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【図６２−Ｄ】
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【図６２−Ｅ】
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【図６２−Ｆ】
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【図６３−Ａ】
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【図６３−Ｂ】
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【図６３−Ｃ】
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【図６４−Ａ】
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【図６４−Ｂ】
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【図６４−Ｃ】
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【図６４−Ｄ】
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【図６５−Ａ】
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【図６５−Ｂ】
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【図６５−Ｃ】
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【図６６−Ａ】
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【図６６−Ｂ】
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【図６６−Ｃ】
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【図６７−Ａ】
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【図６７−Ｂ】
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【図６７−Ｃ】
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【図６８−Ａ】
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【図６８−Ｂ】
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【図６８−Ｃ】
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【図６８−Ｄ】
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【図６８−Ｅ】
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【図６８−Ｆ】
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【図６９−Ａ】
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【図６９−Ｂ】
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【図６９−Ｃ】
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【図６９−Ｄ】
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【図６９−Ｅ】
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【図７０−Ａ】
2008300848.tif 000219
【図７０−Ｂ】
2008300848.tif 000220
【図７０−Ｃ】
2008300848.tif 000221
【図７０−Ｄ】
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【図７０−Ｅ】
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【図７１】
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【図７２−Ａ】
2008300848.tif 000225
【図７２−Ｂ】
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【図７２−Ｃ】
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【図７３−Ａ】
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【図７３−Ｂ】
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【図７３−Ｃ】
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【図７３−Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月19日(2008.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1012バイト/cm2の密度をもつメモリ素子のアレイを含み、
少なくともひとつのメモリ素子は、自立型バルクドープ半導体を含む物品を含み、該自立型バルクドープ半導体は、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含む、
デバイス。
【請求項２】
該アレイが少なくとも5×1012バイト/cm2の密度をもつ請求項１のデバイス。
【請求項３】
ドープ半導体の交差アレイを含み、
少なくとも一つのドープ半導体は、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含む自立型バルクドープ半導体であり、
低いターンオン電圧をもつように構成されている、
デバイス。
【請求項４】
ドープ半導体の交差アレイを含み、
少なくとも一つのドープ半導体は、500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含む自立型バルクドープ半導体であり、
高いターンオン電圧をもつように構成されている、
デバイス。
【請求項５】
自立型バルクドープ半導体を含む物品を有し、
前記自立型バルクドープ半導体は500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含み、
前記物品は二つ以上の発光領域を含む、
発光ダイオード。
【請求項６】
自立型バルクドープ半導体を含む物品を有し、
前記自立型バルクドープ半導体は500ナノメートル未満の最小幅をもつ少なくとも一つの部分を含み、
前記物品は二つ以上の波長で発光できる、
発光ダイオード。
【請求項７】
縦軸、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域、及び、この領域の間の境界とを含む半導体を含み、
前記半導体が前記境界において約100nm以下の最大寸法をもち、アスペクト比が少なくとも約100:1である、
デバイス。
【請求項８】
縦軸、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域、及び、この領域の間の境界とを含む半導体を含み、
前記半導体が前記境界において約100nm以下の最大寸法をもつ、
トランジスタ。
【請求項９】
縦軸、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域、及び、この領域の間の境界とを含む半導体を含み、
前記半導体が前記境界において約100nm以下の最大寸法をもつ、
メモリー素子。
【請求項１０】
縦軸、前記縦軸に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域、及び、この領域の間の境界とを含む半導体を含み、
前記半導体が前記境界において約100nm以下の最大寸法をもち、
前記少なくとも二つの領域が、第一の濃度と、第一の濃度とは異なる第二の濃度でドーパントを含む、
デバイス。
【請求項１１】
ある組成をもつ第一の領域と、前記第一の領域の組成とは異なる組成をもつ第二の領域とをもつ自立型バルクドープナノスコピック物質を含むデバイスであって、
前記第一の領域と前記第二の領域の少なくとも一つは少なくとも約100：１のアスペクト比をもつ、
上記のデバイス。
【請求項１２】
あるドーパントをもつ第一の領域と、前記第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを含む自立型ワイヤを含むデバイスであって；前記第一の領域と前記第二の領域は重複して、前記第一の領域及び前記第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成し；前記重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の前記第一の領域のドーパントと、相補的な量の前記第二の領域のドーパントとを含み、
前記重複領域は約100nm未満の最大寸法をもつ、
上記のデバイス。
【請求項１３】
あるドーパントをもつ第一の領域と、前記第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを含むナノスコピックワイヤを含むデバイスであって；前記第一の領域と前記第二の領域は重複して、前記第一の領域及び前記第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成し；前記重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の前記第一の領域のドーパントと、相補的な量の前記第二の領域のドーパントとを含む、上記のデバイス。
【請求項１４】
ある組成をもつ第一の領域と、前記第一の領域とは異なる組成をもつ第二の領域とを含むナノスコピックワイヤを含むデバイスであって；前記第一の領域と第二の領域は重複して、前記第一の領域と前記第二の領域の組成物の混合物である組成をもつ重複領域を形成し；前記重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の前記第一の領域の組成物と、相補的な量の前記第二の領域の組成物とを含み、
前記重複領域は発光することができる、
上記のデバイス。
【請求項１５】
二つ以上の重複領域を含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
あるドーパントをもつ第一の領域と、前記第一の領域のドーパントとは異なるドーパントをもつ第二の領域とを含むナノスコピックワイヤを含む発光ダイオードを含むデバイスであって、
前記第一の領域と前記第二の領域は重複して、前記第一の領域及び前記第二の領域のドーパントの混合物である組成をもつ重複領域を形成し、前記重複領域の組成物は、約10容積%〜約90容積%の前記第一の領域のドーパントと、相補的な量の前記第二の領域のドーパントとを含み、
ここで前記発光ダイオードは前記重複領域の寸法によって決定される発光波長をもつ、上記のデバイス。
【請求項１７】
第一の抵抗率をもつ第一の領域と、前記第一の抵抗率と異なる第二の抵抗率をもつ第二の領域とを含む自立型ナノスコピックワイヤを含むデバイス。
【請求項１８】
バルクドープ半導体材料で形成した物品を含むデバイスであって、
前記バルクドープ半導体材料は少なくとも約100:1のアスペクト比をもち、
前記物品は、前記バルクドープ半導体材料に固有の発光波長未満の波長で発光することができる、上記のデバイス。
【請求項１９】
バルクドープ半導体材料で形成した物品を含むデバイスであって、
前記バルクドープ半導体材料が約５nm未満の最小寸法をもち、
前記物品は、前記バルクドープ半導体材料に固有の発光波長未満の波長で発光することができる、上記のデバイス。
【請求項２０】
バルクドープ半導体材料で形成した物品を含むデバイスであって、
前記バルクドープ半導体材料がナノスコピックワイヤであり、
前記物品は、前記バルクドープ半導体材料に固有の発光波長未満の波長で発光することができる、上記のデバイス。
【請求項２１】
前記ナノスコピックワイヤが縦軸と、前記縦軸方向に沿って組成が異なる少なくとも二つの領域とをもち、
前記少なくとも二つの領域が第一の濃度と、前記第一の濃度とは異なる第二の濃度とでドーパントを含む、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
約100nm未満の最小寸法をもつトランジスタを含むデバイスであって、
前記トランジスタがナノスコピックワイヤを含み、
前記ナノスコピックワイヤが縦軸と、前記縦軸に沿って組成の異なる二つの領域とをもつ、
上記のデバイス。