專利名稱：制造半導(dǎo)體納米線組以及包括納米線組的電器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造具有期望的布線直徑的半導(dǎo)體納米線組的方法和設(shè)備。
本發(fā)明還涉及包括納米線組的電器件。
US-A1-2002/0,130,311公開了一種制造半導(dǎo)體納米線組的方法的實(shí)施例，所述半導(dǎo)體納米線具有期望的布線直徑。納米線是準(zhǔn)一維導(dǎo)體或半導(dǎo)體。它們沿著縱軸延伸并且具有沿著該縱軸的從幾百納米或以下到幾微米或者甚至更長(zhǎng)的布線長(zhǎng)度。垂直于縱軸，納米線具有布線直徑，該布線直徑引起下述量子局限(quantum confinement)效應(yīng)并且通常小于幾百納米。該布線直徑可以在100nm以下并且例如可以在2與20或50nm之間的范圍內(nèi)。由于垂直于縱軸的相對(duì)較小的尺寸，而使諸如電子和空穴的電荷載流子被限制成垂直于縱軸，即在徑向方向上。結(jié)果，電荷載流子具有由布線直徑確定的離散量子機(jī)械能級(jí)。與此相反，由于沿著縱軸的相對(duì)較大的尺寸，而使電荷載流子不被限定在作為布線長(zhǎng)度的函數(shù)的離散量子機(jī)械能級(jí)中。
在公知的方法中，通過(guò)激光催化生長(zhǎng)(LGG)工藝來(lái)形成GaP納米線，即通過(guò)對(duì)固態(tài)GaP靶的激光燒蝕來(lái)產(chǎn)生Ga和P反應(yīng)物。GaP靶包括相對(duì)少量的金，其用作納米線生長(zhǎng)的催化劑。相對(duì)較差地限定由此獲得的納米線的直徑?；蛘?，靶沒(méi)有催化劑并且可以通過(guò)金納米團(tuán)(nanocluster)催化將反應(yīng)物引入到納米線結(jié)構(gòu)中。為此，可以使用由SiO2襯底支撐的還被稱作為納米點(diǎn)的催化劑納米團(tuán)。反應(yīng)物和金納米點(diǎn)通過(guò)汽-液體-固體(VLS)生長(zhǎng)機(jī)制產(chǎn)生納米線。為了生長(zhǎng)具有期望直徑的布線，使用具有與期望的布線直徑相似的尺寸的納米點(diǎn)。以這種方式生長(zhǎng)的納米線具有由納米點(diǎn)的平均尺寸所確定的平均布線直徑。
公知方法的缺點(diǎn)是不能很好地控制布線直徑，即，經(jīng)常納米線中的至少一個(gè)不具有期望的布線直徑。在公知的方法中，需要尺寸與期望的布線直徑相似并且由襯底支撐的納米點(diǎn)。當(dāng)錯(cuò)誤地使用一個(gè)或多個(gè)具有錯(cuò)誤直徑的納米點(diǎn)時(shí)，獲得一個(gè)或多個(gè)具有與期望的布線直徑不同的布線直徑的納米線。此外，可能發(fā)生在需要相對(duì)高溫的VLS生長(zhǎng)期間，一個(gè)或多個(gè)納米點(diǎn)與襯底分離并且與一個(gè)或多個(gè)其他納米點(diǎn)聚合。從得到的成團(tuán)的納米點(diǎn)生長(zhǎng)納米線，其布線直徑由成團(tuán)的納米點(diǎn)的尺寸決定而不是由單個(gè)納米點(diǎn)的尺寸決定，產(chǎn)生布線直徑大于期望的布線直徑的納米線。為了減小和在理想情況下防止這種不希望出現(xiàn)的聚合成團(tuán)，催化劑納米顆粒的密度由此納米線的密度必須相對(duì)較低。
本發(fā)明的目的是提供一種制造半導(dǎo)體納米線組的方法，其中相對(duì)較好地控制布線直徑。
本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求限定。從屬權(quán)利要求限定有利的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)該目的是因?yàn)樵摲椒òㄒ韵虏襟E提供預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線組，至少一個(gè)預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的布線直徑大于期望的布線直徑；并且通過(guò)蝕刻來(lái)減小所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線的布線直徑，通過(guò)由所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線所吸收的電磁輻射來(lái)引起蝕刻，選擇電磁輻射的最小波長(zhǎng)，使得當(dāng)所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線達(dá)到期望的布線直徑時(shí)，大大減小所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線的吸收。
為了減小布線直徑大于期望的布線直徑的所述至少一個(gè)預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的布線直徑，對(duì)預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線組進(jìn)行由電磁輻射引起的蝕刻處理。從US-4,518,456中獲知的由電磁輻射引起的蝕刻處理是一種其中將要被蝕刻的半導(dǎo)體物體例如放置在如H3PO4或HCl的水溶液中的方法。在物體與溶液接觸的同時(shí)，通過(guò)電磁輻射照射該物體要被蝕刻的部分。電磁輻射對(duì)于肉眼可以是可見的或不可見的，并且在該申請(qǐng)的下文中被簡(jiǎn)稱為“光”。光至少部分被將要蝕刻的物體吸收，由此產(chǎn)生電子和空穴。這些光產(chǎn)生的電荷載流子，即電子和/或空穴，然后擴(kuò)散并在物體與溶液之間的界面處引起化學(xué)反應(yīng)。在這些在現(xiàn)有技術(shù)中還被稱為光蝕刻的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，將納米線的原子離子化并使其溶解在溶液中?？梢酝ㄟ^(guò)光產(chǎn)生的電荷載流子例如空穴來(lái)引起這些原子的離子化。溶解由此產(chǎn)生的離子的工藝可以包括將這些離子與溶液中的離子化合。后一種離子可以由光產(chǎn)生的電荷載流子例如電子引起。對(duì)于含有溶液的氟中的InP，六個(gè)空穴可以從InP中形成In3+和P3+。。這些正離子可以與負(fù)的氟離子F-化合，其是通過(guò)使F2+2電子產(chǎn)生2F-的反應(yīng)而形成的。本領(lǐng)域公知的相似工藝可以用于其他的納米線組分物。
在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體”表示一類其中可以例如以上述方式通過(guò)引發(fā)蝕刻的光來(lái)產(chǎn)生電子空穴對(duì)的材料。如果沒(méi)有不同的陳述，在該申請(qǐng)的剩余部分中，術(shù)語(yǔ)“納米線”意味著半導(dǎo)體納米線。
如上所述，蝕刻需要由預(yù)制造的納米線來(lái)吸收光。由于量子機(jī)械局限，由光所產(chǎn)生的電子和空穴可用的量子機(jī)械能級(jí)取決于布線直徑。隨著布線直徑減小，能級(jí)之間的間隔，即導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的間隔，也被稱為帶隙，也增加并且相應(yīng)地需要較大的能量來(lái)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。
當(dāng)使用具有給定波長(zhǎng)λ的光時(shí)，存在某一布線直徑，在該布線直徑下，光子的能量不再足以產(chǎn)生電子空穴對(duì)。結(jié)果，大大地減小了蝕刻效率。蝕刻工藝實(shí)際上停止，即蝕刻處理自行終止。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇光的光譜，尤其是最短的波長(zhǎng)，在下文中被稱為光譜的最小波長(zhǎng)，當(dāng)至少一個(gè)預(yù)制造的納米線具有期望的布線直徑時(shí)可以實(shí)現(xiàn)蝕刻處理的自行終止。由于這種自行終止，而在所獲得的半導(dǎo)體納米線組中，相對(duì)較好地控制布線直徑。該方法具有另外的優(yōu)點(diǎn)布線直徑不取決于在公知方法中所使用的用來(lái)控制布線直徑的納米點(diǎn)的尺寸。因此，在根據(jù)本發(fā)明蝕刻納米線之后，納米點(diǎn)的尺寸并不重要并且偶然的納米點(diǎn)的聚合成團(tuán)不會(huì)產(chǎn)生具有大于期望的布線直徑的布線直徑的納米線。
每一個(gè)期望的布線直徑對(duì)應(yīng)于某一波長(zhǎng)，其值取決于納米線的化學(xué)組成。通常對(duì)于越小的布線直徑，需要越短的光波長(zhǎng)。假如最短的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于期望的布線直徑，則可以使用包括幾個(gè)各自具有不同波長(zhǎng)的光譜分量的光來(lái)代替具有單個(gè)波長(zhǎng)的光。換句話說(shuō)，選擇光的光譜使得當(dāng)至少一個(gè)預(yù)制造的納米線達(dá)到期望的布線直徑時(shí)顯著地減小該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線的吸收。
對(duì)于納米線，由光所產(chǎn)生的電子和空穴可用的量子機(jī)械能級(jí)不取決于布線長(zhǎng)度，如以上討論的那樣。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法用于所有的納米線，而與它們的布線長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。
從D.Talapin等人發(fā)表在2002年的Journal of Physical Chemistry B的106卷第12659-12663頁(yè)上的文章“Etching of colloidal InPnanocrystals with fluoridesphotochemical nature of the process resultingin high photoluminescence efficiency”中，獲知可以蝕刻尺寸為5.2nm或以下的納米點(diǎn)。根據(jù)該文章，通過(guò)由納米點(diǎn)吸收的光來(lái)引起蝕刻。選擇光的光譜使得當(dāng)納米點(diǎn)達(dá)到期望的尺寸時(shí)顯著減小納米點(diǎn)的吸收。
對(duì)于納米點(diǎn)，由光所產(chǎn)生的電子和空穴可用的量子機(jī)械能級(jí)取決于納米點(diǎn)的尺寸，即取決于所有三個(gè)方向上的尺寸。相反，根據(jù)本發(fā)明的方法與三個(gè)尺寸中的一個(gè)無(wú)關(guān)，即與布線長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。因此，根據(jù)Talapin的這篇文章的方法不能在獨(dú)立于它們的布線長(zhǎng)度的情況下用于所有的納米線。
可以通過(guò)任何用于制造納米線的公知方法例如LCG或VLS方法來(lái)獲得所提供的預(yù)制造的納米線?；蛘?，納米線例如可以通過(guò)從單晶對(duì)它們進(jìn)行蝕刻來(lái)獲得。
可以將預(yù)制造的納米線附著到襯底上，可以使它們分散在液體溶液中或者可以將它們松散地布置在襯底上。
納米線組可以包括一個(gè)或多個(gè)納米線。
期望的布線直徑可以是一個(gè)直徑，或者當(dāng)納米線組包括一個(gè)以上的納米線時(shí)，它可以是許多的針對(duì)各納米線的布線直徑。
納米線組可以包括納米線的選擇，所述納米線包括在襯底上或溶液中。
納米線可以具有一致的組成物，即它們可以具有相同的作為布線直徑和布線長(zhǎng)度的函數(shù)的化學(xué)組成?；蛘?，一些或所有的納米線具有不一致的組成物，即它們可以具有作為布線直徑和/或布線長(zhǎng)度的函數(shù)的化學(xué)組成。由于半導(dǎo)體納米線的摻雜而可以改變化學(xué)組成，其取決于布線直徑和/或布線長(zhǎng)度。
在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“納米線”表示具有實(shí)心的納米線和具有空心的納米線。在本領(lǐng)域中，后者還被稱為納米管。而且在后一種類型的納米線中，由于垂直于縱軸的尺寸相對(duì)較小，所以諸如電子和空穴的電荷載流子被限定成垂直于縱軸，即限定在徑向上。結(jié)果，電荷載流子具有離散的量子機(jī)械能級(jí)，其主要由限定這種類型的納米線的中心的厚度決定。由于沿著縱軸的尺寸相對(duì)較大，所以不將電荷載流子限制在作為布線長(zhǎng)度的函數(shù)的離散量子機(jī)械能級(jí)中，類似于具有實(shí)心的納米線。當(dāng)納米線具有空心時(shí)，布線直徑是指中心的厚度。中心的厚度是外布線直徑與內(nèi)布線直徑的差，即中空部分的直徑。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用輻射源，其發(fā)射引發(fā)蝕刻的電磁輻射以及除此之外的波長(zhǎng)短于最小波長(zhǎng)的電磁輻射。對(duì)由輻射源發(fā)出的電磁輻射進(jìn)行光譜濾波以充分減少波長(zhǎng)短于最小波長(zhǎng)的電磁輻射。后一種波長(zhǎng)短于最小波長(zhǎng)的電磁輻射能夠引發(fā)對(duì)具有期望的布線直徑的預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的蝕刻，即該電磁輻射具有比某一特定波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)，在所述特定波長(zhǎng)下蝕刻工藝在期望的布線直徑下終止。在將電磁輻射射到預(yù)制造的納米線上之前，對(duì)由輻射源發(fā)射的電磁輻射進(jìn)行光譜過(guò)濾以充分減少波長(zhǎng)短于最小波長(zhǎng)的電磁輻射。這樣，充分減小并且優(yōu)選地有效防止對(duì)具有期望的布線直徑的預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的蝕刻。在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“光源”用作術(shù)語(yǔ)“輻射源”的同義詞。術(shù)語(yǔ)“光源”不限于發(fā)射可見的電磁輻射的輻射源，而且可以包括發(fā)射對(duì)于肉眼來(lái)說(shuō)不可見的電磁輻射的輻射源。
在一個(gè)實(shí)施例中，在減小布線直徑的步驟之前，預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線具有大于或等于期望的布線直徑的布線直徑。在減小布線直徑的步驟期間，對(duì)布線直徑大于期望的布線直徑的預(yù)制造的納米線進(jìn)行蝕刻直到它們具有期望的布線直徑。這樣，獲得基本上具有相同的期望的布線直徑的納米線組，這可由包含在光譜中的最短波長(zhǎng)所決定。由于納米線的帶隙直接與光引發(fā)蝕刻的終止有關(guān)，所以基本上該組所有的納米線具有相同的帶隙，所述帶隙由包含在光譜中的最短波長(zhǎng)所決定。
可以沿著軸對(duì)引發(fā)蝕刻處理的光進(jìn)行線性偏振。通常，由半導(dǎo)體納米線進(jìn)行的光吸收是偏振選擇性的。平行于納米線的縱軸偏振的光，與垂直于該軸偏振的光相比，被納米線更為有效地吸收。當(dāng)半導(dǎo)體納米線周圍的介質(zhì)具有與半導(dǎo)體納米線不同的介電常數(shù)時(shí)，該差異特別大。通過(guò)利用線性偏振光，蝕刻效率取決于納米線的取向平行于軸取向的納米線被相對(duì)有效地蝕刻，而垂直于軸取向的納米線被相對(duì)無(wú)效地蝕刻。以中間蝕刻效率來(lái)蝕刻縱軸取向既不平行于偏振軸又不垂直于偏振軸的中間納米線，所述中間蝕刻效率是縱軸與偏振軸之間的角度的函數(shù)。這樣，可以獲得具有依賴于取向的布線直徑的納米線組。
引發(fā)蝕刻處理的光可以包括沿著第一軸被線性偏振的第一分量和沿著第二軸被線性偏振的第二分量，該第二軸與第一軸形成大于零的角度。這樣，可以以與平行于第二軸取向的納米線不同的方式蝕刻平行于第一軸取向的納米線。第一軸可以垂直于第二軸。為此，可以調(diào)整兩個(gè)分量的光譜特性和/或強(qiáng)度?？梢酝瑫r(shí)或依次、即一個(gè)接一個(gè)地提供第一分量和第二分量?；蛘?，可以部分同時(shí)地提供它們，即在某一時(shí)間段內(nèi)一起提供這兩個(gè)分量，而在另一時(shí)間段內(nèi)，提供兩個(gè)分量中的一個(gè)而不提供另一個(gè)。
當(dāng)?shù)谝环至亢芯哂械谝蛔钚〔ㄩL(zhǎng)的第一光譜，而第二分量含有具有與第一最小波長(zhǎng)不同的第二最小波長(zhǎng)的第二光譜時(shí)，將平行于第一軸取向的納米線蝕刻到由第一最小波長(zhǎng)確定的布線直徑，而將平行于第二軸取向的納米線蝕刻到由第二最小波長(zhǎng)確定的布線直徑。因此可以獲得在化學(xué)上一致的納米線組，該組的納米線根據(jù)它們的取向而具有不同的布線直徑。換句話說(shuō)，獲得具有一致的化學(xué)組成的納米線組，該納米線組具有各向異性的帶隙。
另一種獲得帶隙在納米線組中的各向異性分布的方法是基于蝕刻速率對(duì)吸收并且由此對(duì)光強(qiáng)度的依賴性。在一個(gè)實(shí)施例中，第一分量具有第一強(qiáng)度，而第二向量具有與第一強(qiáng)度不同的第二強(qiáng)度。結(jié)果，依賴于取向來(lái)對(duì)例如隨機(jī)取向的納米線組進(jìn)行蝕刻。與主要平行于第二軸的納米線相比，主要平行于第一軸的納米線被更為有效地蝕刻。在一個(gè)實(shí)施例中，第二強(qiáng)度基本上為零，并且平行于第二軸的納米線根本沒(méi)被蝕刻。結(jié)果，可以獲得具有期望的布線直徑的納米線組，該組的所有納米線具有平行于第二軸的縱向方向。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，期望的布線直徑可以包括零，即通過(guò)由光引發(fā)的蝕刻將至少一個(gè)預(yù)制造的納米線從預(yù)制造的納米線組中除去。發(fā)明人已經(jīng)理解的是，布線直徑小于某一閾值的納米線不再穩(wěn)定，即它們破碎并且被有效地蝕刻掉。閾值通常取決于納米線的化學(xué)組成并且可以遠(yuǎn)小于3nm，例如大約1nm。
布線直徑小于或等于閾值的納米線的不穩(wěn)定性可以用于從預(yù)制造的納米線組中除去納米線。為此，使用包含由布線直徑小于或等于閾值的納米線所吸收的波長(zhǎng)的光。該光引發(fā)對(duì)納米線的蝕刻，使其降到某一布線直徑，在該布線直徑下納米線破碎并由此消失。
當(dāng)引起對(duì)期望的布線直徑為零的納米線進(jìn)行蝕刻的光被線性偏振時(shí)，可以除去縱軸平行于光偏振的納米線，而縱軸垂直于光的偏振方向的納米線遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有被有效地蝕刻。這樣，可以除去基本上所有的平行于偏振方向的納米線。當(dāng)施加光甚至更長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，除去基本上所有的大體上不垂直于偏振方向的納米線，并且獲得沿著垂直于偏振方向的軸取向的納米線組。由于沒(méi)有對(duì)剩余的納米線進(jìn)行有效的蝕刻，所以它們具有基本上不變的布線直徑分布。
可以將預(yù)制造的納米線分布在表面上或體積內(nèi)，并且可以將引發(fā)對(duì)期望的布線直徑為零的納米線進(jìn)行蝕刻的光施加到表面或體積的一部分。結(jié)果，可以將納米線從表面或體積的被照射部分中除去，而不將其從表面或體積的剩余部分中除去?？梢酝ㄟ^(guò)將光聚焦在要被照射的部分上來(lái)照射該部分?；蛘撸梢酝ㄟ^(guò)諸如光刻掩模的掩模來(lái)部分地阻擋光。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線可以由襯底支撐。預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線可以位于表面上，可以將它們附著到表面和/或可以使它們與表面化學(xué)鍵合。如上所述，由于納米線中的電荷載流子的量子局限，而使光引發(fā)的蝕刻處理自行終止。發(fā)明人已經(jīng)理解的是，當(dāng)由襯底支撐納米線時(shí)沒(méi)有顯著地干擾量子局限。迄今為止這是令人驚訝的，因?yàn)橐r底附近通常改變電荷載流子可用的量子機(jī)械能級(jí)。然而，發(fā)明人觀察到量子機(jī)械能級(jí)的這種改變相對(duì)較小，并且蝕刻在基本相同的布線直徑下自行終止。甚至當(dāng)襯底是電導(dǎo)體并且預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線電連接到襯底時(shí)，該效應(yīng)也發(fā)生。這種具有附著到其的納米線的襯底對(duì)于制造包括這種納米線的電器件來(lái)說(shuō)是非常好的起點(diǎn)。
襯底可以具有由支撐預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的部分和在該部分之外的另一部分構(gòu)成的表面，至少另一部分為抗蝕劑。術(shù)語(yǔ)抗蝕劑意味著光引發(fā)的蝕刻不會(huì)或基本上不會(huì)改變表面。這樣，在對(duì)納米線的蝕刻期間，不對(duì)襯底的表面進(jìn)行蝕刻。其基本上保持其初始的形狀。這在將由襯底支撐的納米線附著到襯底時(shí)是特別有利的，因?yàn)榉駝t在蝕刻處理期間納米線會(huì)發(fā)生分離，這可能使得納米線在電器件中的應(yīng)用變得更加復(fù)雜。
襯底可以具有一致的組成物，該組成物是抗蝕劑。在另一實(shí)施例中，襯底包括不是抗蝕劑的第一層以及為抗蝕劑的第二層，第二層構(gòu)成表面。第一層和第二層的組合允許獲得期望的抗蝕劑表面，同時(shí)可以由第一層來(lái)提供不能由第二層單獨(dú)提供的其他期望的襯底特性。第一層例如可以在機(jī)械上是剛性的，而第二層獨(dú)自，即在沒(méi)有第一層的情況下，在機(jī)械上不是剛性的。第一層可以是導(dǎo)電的，而第二層獨(dú)自是絕緣的。如果第二層通過(guò)化學(xué)鍵連接到第一層則這經(jīng)常是有利的，所述第二層是抗蝕劑，即基本上不被蝕刻處理所破壞。這確保在蝕刻處理期間由第二層很好地保護(hù)第一層，在蝕刻之后留下完整無(wú)缺的襯底。
如果第二層由選自烷基三乙氧基硅氧烷和烷基三甲氧基硅氧烷的一種或多種材料構(gòu)成則這是有利的。這些材料可以形成有效保護(hù)第一層的層，所述第一層可以由選自硅、氧化硅、氧化鋁、諸如鉑的金屬或聚合物的一種或多種元素構(gòu)成。上述用于第二層的材料具有的優(yōu)點(diǎn)是例如由一個(gè)單層構(gòu)成的相對(duì)薄層已經(jīng)對(duì)第一層產(chǎn)生有效的保護(hù)。這是特別有利的，因?yàn)榧{米線可以由第二層部分包圍，被包圍的部分也被保護(hù)不受蝕刻的影響。這產(chǎn)生在其由襯底支撐的端部沒(méi)有被蝕刻或沒(méi)有被有效蝕刻的納米線。通過(guò)利用相對(duì)較薄的第二層，使沒(méi)有被蝕刻或沒(méi)有被有效蝕刻的納米線的部分保持得較小。
當(dāng)提供預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的步驟包括以下子步驟時(shí)提供襯底，該襯底不是抗蝕劑；并且在襯底的表面上生長(zhǎng)半導(dǎo)體納米線，所生長(zhǎng)的納米線是預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線，如果在通過(guò)蝕刻減小至少一個(gè)預(yù)制造的納米線的布線直徑的步驟之前，用抗蝕劑層覆蓋在提供預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的步驟之后暴露出來(lái)的襯底表面，則這是有利的。換句話說(shuō)，在生長(zhǎng)納米線之后提供抗蝕劑層。例如通過(guò)VLS生長(zhǎng)來(lái)生長(zhǎng)納米線需要相對(duì)較高的溫度。通過(guò)在納米線的生長(zhǎng)之后提供抗蝕劑層，確?？刮g劑層不經(jīng)受這些相對(duì)較高的溫度。由此可以使用由不能承受這些溫度的材料構(gòu)成的抗蝕劑層。
在許多的實(shí)施例中，將預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線分布在襯底的表面區(qū)域上。于是由第一光強(qiáng)度照射表面區(qū)域的一部分，而由小于第一光強(qiáng)度的第二光強(qiáng)度照射在該表面部分之外的另一表面部分是有利的。這樣，在表面的一部分中引發(fā)對(duì)預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的相對(duì)有效的蝕刻，而在表面的另一部分中基本上沒(méi)有對(duì)預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線進(jìn)行有效蝕刻，因?yàn)槲g刻效率與光強(qiáng)度成比例。這樣，可以獲得在一部分和另一部分中具有不同布線直徑的納米線的襯底。為此，當(dāng)表面的一部分中的納米線的布線直徑由于蝕刻工藝的自行終止而不再改變時(shí)可以停止照射。當(dāng)將這兩部分集成在發(fā)光器件中時(shí)，可以獲得與兩種不同的布線直徑相對(duì)應(yīng)的兩種不同的顏色。在一個(gè)實(shí)施例中，第二光強(qiáng)度基本上為零，即基本上不對(duì)表面的另一部分上的納米線進(jìn)行蝕刻。
在另一實(shí)施例中，將預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線分布在襯底的表面區(qū)域上，由具有第一最小波長(zhǎng)的光照射表面區(qū)域的第一部分，由具有不同于第一波長(zhǎng)的第二最小波長(zhǎng)的光照射在該表面部分之外的表面的第二部分。而且，在這種情況下，可以獲得在一部分和另一部分中具有不同布線直徑的納米線的襯底。當(dāng)蝕刻納米線直到蝕刻自行終止時(shí)，分別由第一最小波長(zhǎng)和第二最小波長(zhǎng)來(lái)確定布線直徑。這具有的優(yōu)點(diǎn)是與上述實(shí)施例相比，布線直徑的控制相對(duì)可靠。
根據(jù)本發(fā)明的電器件可以包括半導(dǎo)體納米線組，該組包括各自具有第一布線直徑的第一納米線子組和各自具有不同于第一布線直徑的第二布線直徑的第二納米線子組，將第一子組的納米線附著到襯底的第一部分，將第一子組的納米線附著到襯底在第一部分之外的第二部分。這種電器件例如可以是發(fā)光器件，在該發(fā)光器件中，可以分別通過(guò)第一和第二子組的納米線來(lái)發(fā)射不同波長(zhǎng)的光。該電器件可以是集成電路，其中納米線用作其電性能取決于帶隙并且由此取決于布線直徑的半導(dǎo)體元件。例子為晶體管，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極性晶體管，在所述MOSFET中納米線構(gòu)成半導(dǎo)體襯底。MOSFET的閾值電壓取決于納米線的帶隙。因此在同一電器件中可以獲得具有不同閾值電壓的晶體管。或者，半導(dǎo)體元件可以包括二極管。
可以將第一子組的納米線電連接到導(dǎo)體，可以將第二子組的納米線電連接到與上述導(dǎo)體電絕緣的另一導(dǎo)體元件。這樣，可以借助于電流對(duì)第一子組的納米線進(jìn)行尋址而與第二子組的納米線無(wú)關(guān)。
納米線可以包括形成p-n結(jié)的p摻雜部分和n摻雜部分。該p-n結(jié)可以構(gòu)成電特性取決于布線直徑的二極管。電器件可以包括不同特性的電子二極管。二極管可以用作發(fā)光二極管。N摻雜部分和p摻雜部分中的至少一個(gè)可以是直接半導(dǎo)體。
可以將n摻雜部分電連接到離p-n結(jié)具有第一距離的第一導(dǎo)體，可以將p摻雜部分電連接到離p-n結(jié)具有第二距離的第二導(dǎo)體，該第二距離小于第一距離。通常，p摻雜部分的電導(dǎo)小于n摻雜部分的電導(dǎo)。因此，當(dāng)p摻雜部分比n摻雜部分短時(shí)，電流相對(duì)較高。
n摻雜部分可以具有大于p摻雜部分的布線直徑的布線直徑。p摻雜部分中的多數(shù)電荷載流子即空穴的遷移率小于n摻雜部分中的多數(shù)電荷載流子即電子的遷移率。因此，主要在p摻雜部分中發(fā)生復(fù)合。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)所發(fā)出的光的波長(zhǎng)主要由其中發(fā)生復(fù)合的部分的布線直徑、即p摻雜部分的布線直徑來(lái)確定?？梢酝ㄟ^(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)控制p摻雜部分的布線直徑并由此控制波長(zhǎng)。當(dāng)n摻雜部分的布線直徑大于p摻雜部分的布線直徑時(shí)，n摻雜部分的電阻減小，導(dǎo)致更高的電流，而所發(fā)射的光的波長(zhǎng)主要由p摻雜部分的布線直徑所確定。這樣，可以獲得發(fā)光二極管，其發(fā)射相對(duì)較短的波長(zhǎng)并且具有相對(duì)較高的亮度。
參考附圖，來(lái)進(jìn)一步闡述和說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體納米線組的方法的這些和其他方案，其中

圖1A和1B是具有附著于其的預(yù)制造的納米線的襯底分別在蝕刻處理之前和在蝕刻處理之后的透視圖；圖2是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的設(shè)備的示意圖；圖3A和3B是預(yù)制造的納米線組分別在蝕刻處理之前和在由非偏振光引發(fā)的蝕刻處理之后的頂視圖；圖4A、4B和4C是預(yù)制造的納米線組分別在蝕刻處理之前、在由線性偏振光所引發(fā)的蝕刻處理持續(xù)第一時(shí)間段之后以及在該蝕刻處理持續(xù)比第一時(shí)間段長(zhǎng)的第二時(shí)間段之后的示意性頂視圖；圖5A、5B和5C是預(yù)制造的納米線組分別在蝕刻處理之前、在由沿著第一軸的線性偏振光所引發(fā)的蝕刻處理之后以及在由沿著垂直于第一軸的第二軸的線性偏振光所引發(fā)的蝕刻處理之后的示意性頂視圖；圖6是具有含有抗蝕劑部分的表面的襯底的橫截面圖；圖7是支撐預(yù)制造的納米線組的襯底的示意性頂視圖；圖8A和8B是在制造工藝第一階段的包含預(yù)制造的納米線組的電器件的示意性頂視圖和沿圖8A的線VIII-VIII的相應(yīng)示意性橫截面圖；圖9A和9B是在制造工藝第二階段的包含預(yù)制造的納米線組的電器件的示意性頂視圖和沿圖9A的線IX-IX的相應(yīng)示意性橫截面圖；圖10A和10B是在制造工藝第三階段的包含預(yù)制造的納米線組的電器件的示意性頂視圖和沿圖10A的線X-X的相應(yīng)示意性橫截面圖；圖11A和11B是在制造工藝第四階段的包含預(yù)制造的納米線組的電器件的示意性頂視圖和沿圖11A的線XI-XI的相應(yīng)示意性橫截面圖；圖12A和12B是在制造工藝第五階段的包含預(yù)制造的納米線組的電器件的示意性頂視圖和沿圖12A的線XII-XII的相應(yīng)示意性橫截面圖；圖13是另一電器件的示意性橫截面圖。
附圖未按比例繪制。通常，相同的元件由相同的參考標(biāo)記表示。
在根據(jù)本發(fā)明的制造具有期望的布線直徑的半導(dǎo)體納米線組的方法中，首先提供預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線組10?？梢砸韵铝蟹绞絹?lái)獲得納米線10提供具有例如4埃的諸如Au、Ag、Pt、Cu、Fe、Ni或Co的金屬的等價(jià)物的襯底20，例如由硅構(gòu)成或由諸如可以具有天然氧化物的GaAs的III-V族半導(dǎo)體構(gòu)成的晶片、或者由例如氧化鋁或氧化硅制成的絕緣板，并將其放置在處于干燥爐(oven)下游端的由例如氧化鋁、氧化硅、陶瓷或石墨制成的絕緣襯底固定器上。通過(guò)使用熱電偶測(cè)量襯底下1mm處的襯底溫度。當(dāng)將具有金屬膜的襯底加熱到大約500攝氏度時(shí)，由金屬膜形成納米顆粒，所述納米顆粒可以用作用于納米線10生長(zhǎng)的催化劑。金屬膜的厚度可以在例如2和60埃之間。金屬膜越厚，納米顆粒的布線直徑越大。在470攝氏度下加熱由厚度為5埃的金構(gòu)成的金屬膜，獲得直徑為40nm的納米線。
將在λ＝193nm的波長(zhǎng)、100mJ每脈沖和1-10Hz的重復(fù)速率下操作的脈沖準(zhǔn)分子激光器聚焦到靶上，該靶放置在處于干燥爐的石英管上游端的干燥爐外3-4cm處。靶可以是InP靶?；蛘撸锌梢园ㄟx自例如Si、Ge、InAs、GaP和GaAs的一個(gè)或多個(gè)靶。通常，材料可以是任何IV、III-V或II-VI族半導(dǎo)體材料。
將靶材料蒸發(fā)并傳送到襯底20上。這導(dǎo)致納米線10在由金屬膜形成的納米顆粒的催化作用下的生長(zhǎng)。當(dāng)襯底溫度處于450-500℃的范圍內(nèi)時(shí)生長(zhǎng)InP納米線。溫度越高，所生長(zhǎng)的納米線的布線直徑越大。在500℃以上的溫度下，可以形成InP納米管，即具有空心的納米線。生長(zhǎng)期間的壓力在100-200mbar的范圍內(nèi)，并且施加在100-300sccm之間的氬氣流。當(dāng)時(shí)加15000個(gè)激光脈沖時(shí)，納米線的長(zhǎng)度可以為例如2-10微米。分別采用較少和較多的激光脈沖可以獲得較短和較長(zhǎng)的納米線。最終的布線直徑由金屬膜的厚度以及生長(zhǎng)期間的襯底溫度來(lái)決定?？梢砸岳?.001-1.0mol％的濃度添加摻雜劑以獲得n型和/或p型InP納米線。n型摻雜劑可以包括例如S、Se和Te，p型摻雜劑可以包括例如Zn?？梢詫诫s劑添加到由準(zhǔn)分子激光器照射的靶中，或者可以將其作為氣體提供給干燥爐，而與靶的照射無(wú)關(guān)。納米線中有效摻雜劑的最終水平為1017-1020原子/cm3。在生長(zhǎng)工藝期間，例如通過(guò)將激光束轉(zhuǎn)移到另一個(gè)靶上，例如選自上述靶中的一個(gè)，可以在布線中建立結(jié)，即p-n結(jié)和/或異質(zhì)結(jié)。
由此獲得的預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線10由圖1A所示的襯底20來(lái)支撐。至少一個(gè)預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線10’具有大于期望的布線直徑d的布線直徑d’。布線直徑d’可以歸因于兩個(gè)或多個(gè)納米顆粒在納米線10生長(zhǎng)期間的集合，和/或歸因于淀積太厚的金屬膜，和/或歸因于在納米線10合成期間的高溫。
襯底20可以是電導(dǎo)體，例如p摻雜或n摻雜的硅晶片?？梢詫㈩A(yù)制造的半導(dǎo)體納米線10導(dǎo)電連接到襯底20。為此，可以將金屬膜淀積在不具有天然氧化膜的襯底20上。當(dāng)在無(wú)氧氣氛中形成用作催化劑的納米顆粒和納米線10時(shí)，可以將納米線10導(dǎo)電連接到襯底20。
隨后，通過(guò)蝕刻來(lái)減小至少一個(gè)預(yù)制造的納米線10’的布線直徑。為此，通過(guò)將0.1-20vol.％例如2.5vol.％的HF和20-200g/l例如62.5g/l的氧化三辛基膦(trioctylphosphideoxide)(TOPO)添加到諸如1-丁醇、戊醇、丙醇或乙醇的醇樣品中，來(lái)制備蝕刻溶液。取代或除TOPO之外，可以使用三辛基膦(trioctylphosphide)(TOP)。TOP和TOPO的總量可以在20-200gl之間。將例如為20μl的由此獲得的蝕刻溶液21的液滴滴擲到具有預(yù)制造的納米線10的襯底20上?？梢詫D2所示的玻璃或特氟綸涂敷板22放置在液滴的頂部以避免溶液的蒸發(fā)。板22可以由未示出的支撐體結(jié)構(gòu)來(lái)支撐，以獲得蝕刻液體22的精確限定厚度。
通過(guò)使與蝕刻溶液接觸的納米線10經(jīng)受光照，來(lái)蝕刻納米線10。納米線10的蝕刻由其所吸收的光來(lái)引起。選擇光譜使得當(dāng)至少一個(gè)預(yù)制造的納米線10’到達(dá)期望的布線直徑d時(shí)顯著減小該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線10’的吸收。對(duì)于6、10、30、44和60nm的InP納米線所期望的布線直徑，最小波長(zhǎng)分別大約為760、820、870、890和905nm。大量(bulk)InP的發(fā)射是在λ＝920nm下。
光引發(fā)蝕刻的自行終止歸因于量子局限，其限制對(duì)如上所述的某些布線直徑以下的光的吸收。圖1B所示出的在該蝕刻處理之后的結(jié)果是預(yù)制造的納米線10’具有期望的布線直徑d。
在一個(gè)實(shí)施例中，在減小布線直徑的步驟之前，基本上所有預(yù)制造的納米線10’的直徑d’大于或等于期望的布線直徑d。為此，用于形成催化劑納米顆粒的金屬膜可以相對(duì)較厚，使得基本上所有預(yù)制造的納米線的布線直徑大于期望的布線直徑。在執(zhí)行蝕刻處理之后，基本上所有的納米線具有期望的布線直徑d。術(shù)語(yǔ)“基本上所有的預(yù)制造的納米線”和“基本上所有的納米線”意味著將納米線10’的預(yù)制造設(shè)計(jì)成產(chǎn)生具有大于期望直徑d的直徑d’的納米線。由于偶然不期望地由金屬膜形成一個(gè)或一些納米顆粒，而使一個(gè)或一些納米線會(huì)具有意外地小于期望的布線直徑d的布線直徑d’。
對(duì)于光引發(fā)的蝕刻，可以使用在圖2中示意性示出的設(shè)備29。該設(shè)備包括用于照射預(yù)制造的納米線10的光源30，其例如可以為HgXe燈。該光源的光可以是非偏振的。于是可以同時(shí)蝕刻大面積的具有預(yù)制造的納米線10的襯底20。光源30發(fā)射用于引發(fā)蝕刻的光譜。當(dāng)蝕刻InP納米線并以10nm的期望的布線直徑為目標(biāo)時(shí)，光譜具有820nm的最小波長(zhǎng)。光源還發(fā)射其他在820與254nm之間的波長(zhǎng)。具有其他波長(zhǎng)的光源能夠引發(fā)具有期望的布線直徑d的預(yù)制造半導(dǎo)體納米線10的蝕刻。為了大大減小對(duì)具有期望的布線直徑d的納米線10的蝕刻，通過(guò)濾波器31對(duì)由光源30發(fā)射的光進(jìn)行光譜濾波，以在引發(fā)蝕刻之前充分減少具有其他波長(zhǎng)的光?？梢允褂瞄L(zhǎng)通濾波器、諸如干擾濾波器的帶通濾波器和/或單色器來(lái)基本上防止對(duì)具有期望的布線直徑的納米線的蝕刻。應(yīng)用適當(dāng)?shù)臑V波器，對(duì)納米線進(jìn)行尺寸選擇性地光蝕刻以降至期望的布線直徑。蝕刻工藝通常用去2-10小時(shí)?；蛘?，使用激光器作為光源30。激光器的激光束可以被線性偏振，由此引發(fā)蝕刻處理的光沿著軸被線性偏振。激光器可以是可調(diào)激光器，例如二極管激光器或鈦藍(lán)寶石激光器。
可以通過(guò)物鏡33將光源30的光聚焦到具有預(yù)制造的納米線10的襯底20上。引發(fā)蝕刻的光的功率密度取決于所使用的物鏡的放大倍率。放大倍率例如可以在50至1000x之間。在457nm的波長(zhǎng)下，功率密度可以在0.5與10kW/cm2之間。例如通過(guò)偏振斜方六面體使偏振向量旋轉(zhuǎn)。針對(duì)InP納米線獲得的最大激發(fā)偏振率為0.95。在光蝕刻3-120分鐘之后，通常會(huì)觀察到藍(lán)色偏移和/或光致發(fā)光的強(qiáng)度增加。所獲得的發(fā)射強(qiáng)度的最大增加為倍數(shù)1300。
在使預(yù)制造的納米線經(jīng)受蝕刻溶液之前，可以使納米線經(jīng)受20vol.％的HF水溶液，其可以除去納米線外表面處的氧化物。這種處理可以減小通過(guò)光引發(fā)的蝕刻處理來(lái)減小布線直徑所需要的處理時(shí)間。
在蝕刻工藝期間，例如由于表示布線直徑的光致發(fā)光(photoluminescence)，而使納米線可以發(fā)射光信號(hào)?？梢酝ㄟ^(guò)監(jiān)控器單元35來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)光強(qiáng)度以及發(fā)光波長(zhǎng)，所述監(jiān)控器單元35可以提供與光致發(fā)光的強(qiáng)度相關(guān)的信號(hào)和/或與光致發(fā)光的波長(zhǎng)相關(guān)的信號(hào)?？梢愿鶕?jù)由監(jiān)控器單元35提供的一個(gè)或兩個(gè)信號(hào)來(lái)控制光源30。例如，當(dāng)監(jiān)控器單元35提供表示光致發(fā)光具有預(yù)定的光譜組成的信號(hào)時(shí)，可以阻擋光源。當(dāng)利用光引發(fā)蝕刻工藝的自行終止時(shí)，這允許減小并且優(yōu)選避免在納米線具有期望的布線直徑之后的不必要的曝光和工藝時(shí)間。為此，可以將監(jiān)控器單元35和光源30連接到諸如計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)控制單元36。在圖2所示的實(shí)施例中，由監(jiān)控器單元35檢測(cè)到的光由物鏡33收集并通過(guò)光束分裂器37將其與引發(fā)蝕刻的光分離。光束分裂器37可以是在光致發(fā)光的波長(zhǎng)下反射并在引發(fā)蝕刻的光的波長(zhǎng)下透明的二向色鏡。
在一個(gè)實(shí)施例中，不是通過(guò)由于量子局限而不再吸收光的這一事實(shí)來(lái)終止光引發(fā)的蝕刻。而是當(dāng)納米線具有期望的布線直徑d時(shí)終止蝕刻，在該布線直徑d下，仍吸收引發(fā)蝕刻的光。為了在蝕刻期間控制布線直徑d，例如通過(guò)監(jiān)控器35來(lái)監(jiān)測(cè)由納米線10發(fā)射的光，并且根據(jù)由納米線10所發(fā)射的光的光譜組成和/或強(qiáng)度，來(lái)終止引發(fā)蝕刻的光的施加。為此，可以通過(guò)未示出的遮光器來(lái)切斷或阻擋光源30。
該方法是基于這樣的理解在光引發(fā)的蝕刻期間由納米線10發(fā)射的光表示被蝕刻的納米線組的布線直徑d。納米線10越薄，由納米線發(fā)射的光更多地偏向藍(lán)。因此，通過(guò)在蝕刻期間監(jiān)測(cè)由納米線10發(fā)射的光的波長(zhǎng)，可以確定必須停止光施加以便獲得期望的布線直徑的時(shí)刻。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一組隨機(jī)取向的預(yù)制造的納米線10。例如可以通過(guò)以下方式中的一種獲得該組可以在具有紋理表面的襯底20上生長(zhǎng)納米線10，部分的紋理表面具有隨機(jī)的取向。這會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)取向的納米線10。或者，可以通過(guò)超聲波或通過(guò)在機(jī)械上去除掉納米線10而使納米線10與襯底20分離并且可以將所述納米線10分散在溶劑中?？梢詫⒓{米線10溶解在例如任意的烷烴或烷醇C2-C12的溶劑中?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明的方法通過(guò)照射包含溶液中的納米線的容器來(lái)蝕刻納米線。容器和溶劑對(duì)于引發(fā)蝕刻的光來(lái)說(shuō)至少部分透明。容器和溶劑對(duì)于用于表示布線直徑的光信號(hào)來(lái)說(shuō)可以至少部分透明。容器可以具有包含玻璃或石英的壁。
可以通過(guò)滴擲將包含納米線10的溶液淀積在襯底20上。可以利用流動(dòng)組裝(flow assembly)或電場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)來(lái)至少部分地確定納米線的方向。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供在圖3A中示意性示出的一組隨機(jī)取向的預(yù)制造的納米線10。至少一個(gè)預(yù)制造的納米線10’具有大于期望的布線直徑d的布線直徑d’。當(dāng)提供該組時(shí)，該組可以包括一個(gè)或多個(gè)具有期望的布線直徑d的納米線10。在一個(gè)實(shí)施例中，圖3A所示的在蝕刻處理前的預(yù)制造的納米線組具有相對(duì)較寬的布線直徑的分布?；蛘撸谖g刻處理之前提供的預(yù)制造的納米線組具有相對(duì)較窄的布線直徑的分布，如圖4A所示。通過(guò)利用例如HeXe燈的非偏振光的光引發(fā)蝕刻，來(lái)處理圖3A所示的預(yù)制造的納米線組10。用于引發(fā)蝕刻的光的光譜具有最小波長(zhǎng)λ，選擇該最小波長(zhǎng)使得光引發(fā)的蝕刻處理在期望的布線直徑d下自行終止?；蛘?，可以使用波長(zhǎng)短于λ的光并且當(dāng)用于表示布線直徑的光信號(hào)表示納米線組具有期望的布線直徑時(shí)，終止蝕刻工藝。在圖3B中示意性地示出由具有最小波長(zhǎng)λ的光引發(fā)的蝕刻結(jié)果，其中選擇所述最小波長(zhǎng)λ使得光引發(fā)的蝕刻處理在期望的布線直徑下自行終止在光引發(fā)的蝕刻處理之后，納米線組具有相對(duì)較窄的布線直徑的分布?；旧纤械募{米線10具有期望的布線直徑d，而與納米線10的取向無(wú)關(guān)。
可以例如沿著在圖4A與4B和4C之間示意性示出的軸40對(duì)引發(fā)蝕刻的光進(jìn)行線性偏振。在一個(gè)實(shí)施例中，圖4A所示的在蝕刻處理之前所提供的預(yù)制造的納米線組10具有相對(duì)較窄的布線直徑的分布?；蛘?，在蝕刻處理之前所提供的預(yù)制造的納米線組可以具有相對(duì)較寬的布線直徑的分布，如圖3A所示。利用線性偏振光來(lái)對(duì)圖4A所示的預(yù)制造的納米線組10進(jìn)行光引發(fā)的蝕刻處理，其中可以通過(guò)諸如激光器的光源在該偏振狀態(tài)下發(fā)射該線性偏振光，或者通過(guò)利用發(fā)射非線性偏振光例如非偏振光的光源，例如HeXe燈以及本例中的線性偏振器39，來(lái)獲得該線性偏振光。甚至當(dāng)例如由于光源30的偏振方向盡管不垂直于期望的偏振方向但也與其不同，和/或由于光源30的偏振比率較低而使光源30發(fā)射偏振光時(shí)，設(shè)備29也可以包括圖2所示的偏振器39。如果存在，偏振器39可以位于光源30與濾波器31之間，如圖2所示?；蛘?，偏振器39和濾波器31可以互換，例如當(dāng)濾波器31的傳輸取決于偏振方向時(shí)這可能是有利的?？梢酝ㄟ^(guò)圖2所示的且本領(lǐng)域公知的光學(xué)元件38，例如半拉姆達(dá)板或相互傾斜的鏡的組合，來(lái)旋轉(zhuǎn)引發(fā)蝕刻的光的偏振方向以獲得沿著軸40的期望偏振。
通過(guò)納米線10的線性偏振光的吸收取決于它們的取向其縱軸平行于軸40的納米線10相對(duì)有效地吸收光，其中使光沿著軸40偏振，而其縱軸垂直于軸40的納米線10相對(duì)無(wú)效地吸收光。蝕刻效率取決于光的吸收。光子吸收得越多，蝕刻就越有效。因此，由線性偏振光引發(fā)的蝕刻是各向異性的，即，它們的縱軸平行于軸40的納米線10被相對(duì)有效地蝕刻，而其縱軸垂直于軸40的納米線10被相對(duì)無(wú)效地蝕刻。
在光引發(fā)的蝕刻處理之后，那些其縱軸平行于軸40的納米線10a具有期望的布線直徑d，而那些其縱軸垂直于軸40的納米線10b基本上未被有效地蝕刻，即，在蝕刻處理之后，它們的布線直徑db基本上與蝕刻處理前相同，參見圖4B。對(duì)于由參考標(biāo)記10c和10d示例性示出的其縱軸即不平行又不垂直于軸40的納米線，吸收效率在這兩種極端之間。通常，吸收效率與納米線10的縱軸與軸40之間的角度的三角函數(shù)成比例。結(jié)果，在蝕刻期間，這些具有中間位置的納米線的布線直徑被減小，比較初始布線直徑dc’和dd’與圖4B中的布線直徑dc和dd。布線直徑的減小取決于縱軸相對(duì)于軸40的取向。當(dāng)平行于軸40的納米線10a具有期望的布線直徑d時(shí)，會(huì)停止光引發(fā)的蝕刻?？梢酝ㄟ^(guò)監(jiān)測(cè)用于表示布線直徑的光信號(hào)來(lái)確定停止蝕刻處理的時(shí)刻。當(dāng)該光信號(hào)包括用于表示期望的布線直徑的分量時(shí)，會(huì)停止蝕刻處理。
在光引發(fā)的蝕刻處理之后，在圖4B中示意性示出的納米線組10具有相對(duì)較寬的布線直徑的分布，而在光引發(fā)的蝕刻處理之前，在圖4A中示意性示出的納米線組10具有相對(duì)較小的布線直徑的分布。納米線10的布線直徑取決于納米線10的取向。
用于引發(fā)蝕刻的線性偏振光的光譜可以具有最小波長(zhǎng)λ，選擇該最小波長(zhǎng)λ使得光引發(fā)的蝕刻處理在期望的布線直徑d下自行終止?；蛘撸梢允褂貌ㄩL(zhǎng)短于λ的光，并且當(dāng)用于表示布線直徑的光信號(hào)表示納米線組中的至少一些具有期望的布線直徑d時(shí)，會(huì)終止蝕刻工藝。
當(dāng)引發(fā)蝕刻處理的光具有被選擇成使得光引發(fā)的蝕刻處理在期望的布線直徑d下自行終止的最小波長(zhǎng)λ時(shí)，可以在到達(dá)在圖4B中示意性示出的狀態(tài)時(shí)繼續(xù)光引發(fā)的蝕刻處理。由于平行于軸40的納米線10a具有期望的布線直徑d，所以它們不再相對(duì)有效地吸收引發(fā)蝕刻的光。結(jié)果，它們基本上未被有效地蝕刻。它們可以根本上不被有效地蝕刻。由于垂直于軸40的納米線10b也不相對(duì)有效地吸收引發(fā)蝕刻的光，所以它們也基本上未被有效地蝕刻。它們可以根本上不被有效地蝕刻。具有中間取向的納米線10c、10d被相對(duì)有效地蝕刻，直到它們達(dá)到期望的布線直徑d，在該期望的布線直徑d下，大大地減小引發(fā)蝕刻的光的吸收并由此大大減小蝕刻的效率。由此獲得的納米線組在圖4C中示意性地示出。
除了以上說(shuō)明的且還被稱為第一分量的線性偏振光之外，可以通過(guò)引發(fā)蝕刻處理的光的第二分量來(lái)照射隨機(jī)取向的預(yù)制造的納米線組。第二分量可以沿著垂直于第一軸的第二軸被線性偏振，所述第一軸例如平行于圖4A-4C中示出的納米線10b的縱軸。該第二分量可以引發(fā)納米線10b的相對(duì)有效的蝕刻，利用第一分量蝕刻該納米線10b相對(duì)無(wú)效。第一分量可以包含具有第一最小波長(zhǎng)λ1的第一光譜，而第二分量可以包含具有與第一最小波長(zhǎng)λ1不同的第二最小波長(zhǎng)λ2的第二光譜。第一最小波長(zhǎng)λ1和第二最小波長(zhǎng)λ2可以分別對(duì)應(yīng)于例如1.6和2.0eV的能量。平行于其帶隙在本例中小于2.0eV的第二軸的納米線吸收第二分量并且由此被蝕刻直到它們?cè)诒纠芯哂?.0eV的帶隙。以這種方式，垂直于軸40的納米線也可以被有效地蝕刻到期望的布線直徑，該期望的布線直徑可以與由第一最小波長(zhǎng)λ1確定的期望的布線直徑d不同。
可以同時(shí)、依次、或部分同時(shí)和部分依次地施加第一分量和第二分量。
當(dāng)?shù)诙钚〔ㄩL(zhǎng)λ2與第一最小波長(zhǎng)λ1不同時(shí)，色調(diào)調(diào)和(tone)可以以具有超出最大期望的布線直徑的布線直徑的納米線開始。
第一分量可以具有第一強(qiáng)度而第二分量可以具有與第一強(qiáng)度不同的第二強(qiáng)度。由于時(shí)刻處理的效率取決于由被蝕刻的納米線所吸收的光的數(shù)量，并且由于對(duì)于偏振光、該數(shù)量取決于納米線的取向，所以納米線可以被各向異性地蝕刻，即取決于它們的取向。這可以在第二最小波長(zhǎng)λ2不同于第一最小波長(zhǎng)λ1時(shí)以及在他們相等時(shí)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于從預(yù)制造的納米線組中除去一個(gè)或多個(gè)納米線。在這種情況下，各納米線的期望的布線直徑包括零。為此，具有大約2.4eV或以上能量的光子的光可以用于InP。引發(fā)對(duì)期望的布線直徑為零的納米線進(jìn)行蝕刻的光可以被線性偏振。
圖5A所示的在蝕刻處理之前所提供的預(yù)制造的納米線組包括基本上水平的納米線10h、基本上垂直的納米線10v以及處于中間、即既不基本平行也不基本垂直的納米線10i。當(dāng)通過(guò)具有相對(duì)較短的波長(zhǎng)的光照射該組，使得由納米線吸收光直到它們破碎時(shí)，可以從該組中除去納米線。
在圖5A和5B的例子中，光沿著軸40被線性偏振，即它被垂直偏振。在這種情況下，基本上平行于軸40的納米線10v相對(duì)有效地吸收光并且可以將其從該組中除去，而基本上垂直于軸40的納米線10h相對(duì)較無(wú)效地吸收光。因此，不將它們從該組中除去。是否從該組中除去處于中間的、即既不基本水平也不基本垂直的納米線10i取決于照射的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)在除去最后一個(gè)基本垂直的納米線10v之后就立即終止照射時(shí)，納米線10i可以保留。當(dāng)繼續(xù)照射時(shí)，它們也會(huì)被除去。在這種情況下照射持續(xù)得越長(zhǎng)，剩余的納米線10h的取向被限定得越好。
在圖5A和5C的例子中，光沿著垂直于軸40的軸41被線性偏振，即它被水平偏振。在這種情況下，基本上平行于軸41的納米線10h相對(duì)有效地吸收光并且可以將其從該組中除去，而基本上垂直于軸41的納米線10v相對(duì)較無(wú)效地吸收光。因此，不將它們從該組中除去。是否從該組中除去處于中間的、即既不基本水平也不基本垂直的納米線10i取決于照射的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)在除去最后一個(gè)基本垂直的納米線10h之后就立即終止照射時(shí)，納米線10i可以保留。當(dāng)繼續(xù)照射時(shí)，它們也會(huì)被除去。在這種情況下照射持續(xù)得越長(zhǎng)，剩余的納米線10v的取向被限定得越好。
當(dāng)由襯底20支撐預(yù)制造的納米線10時(shí)，在蝕刻處理期間，襯底20可以具有表面23，其由支撐預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線10的部分23a和在部分23a之外的另外部分23b構(gòu)成，至少是該另一部分23b。襯底20可以是同質(zhì)的并且完全由作為抗蝕劑的材料例如特氟綸構(gòu)成。襯底20可以包括不作為抗蝕劑的第一層24，例如硅晶片上的天然氧化物層；以及作為抗蝕劑的第二層25，圖6所示的第二層25構(gòu)成表面23的另一部分23b。通過(guò)化學(xué)鍵將第二層25連接到第一層24，該化學(xué)鍵在這兩層之間產(chǎn)生相對(duì)較強(qiáng)的互連，并因此導(dǎo)致對(duì)第一層24的相對(duì)有效的保護(hù)。第二層25可以由選自烷基三乙氧基硅氧烷和烷基三甲氧基硅氧烷的一種或多種材料例如氨基丙基三乙氧基硅氧烷(APTES)構(gòu)成。烷基可以是丙烷基(C3)、丁基(C4)、戊基(C5)直到C12。氨基可以由巰基或羧基來(lái)代替。
在一個(gè)實(shí)施例中，具有由層24構(gòu)成的非抗蝕劑表面的襯底20，如具有例如天然氧化物的硅晶片，設(shè)置有金屬膜以產(chǎn)生用作用于上述納米線生長(zhǎng)的催化劑的納米顆粒。在納米線10生長(zhǎng)之后，具有納米線的襯底20的表面23設(shè)置有是APTES的第二層25。將支撐預(yù)制造的納米線的襯底在0.5％APTES在乙醇的溶液中浸入10分鐘。第二層25選擇性地結(jié)合，即它與構(gòu)成第一層24的氧化物結(jié)合而不與由InP或任何其他的除硅之外的半導(dǎo)體構(gòu)成的納米線10結(jié)合。最終的結(jié)構(gòu)在圖6中示出。
在該實(shí)施例中，提供預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的步驟包括提供可以具有第一層24的襯底20的子步驟。至少襯底20的一部分不是抗蝕劑。在襯底20的表面23a上生長(zhǎng)半導(dǎo)體納米線10。由此生長(zhǎng)的半導(dǎo)體納米線是預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線10。在提供預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線10的步驟之后并在通過(guò)如上所述的蝕刻來(lái)減小所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線10的布線直徑的步驟之前，利用抗蝕劑層25覆蓋襯底20的表面23的部分23b。
在另一實(shí)施例中，通過(guò)提供具有作為第一層24的天然氧化物的硅晶片來(lái)形成襯底20。然后，第一層24被設(shè)置有由APTES構(gòu)成的第二層25。隨后，通過(guò)滴擲包含納米線10的液體溶液來(lái)提供預(yù)制造的納米線10，如上所述。
當(dāng)預(yù)制造的納米線10由襯底20支撐并分布在襯底20的表面23上時(shí)，由用于引發(fā)蝕刻處理的光來(lái)照射表面的第一部分18，而表面中在第一部分18之外的第二部分19不被照射。以這種方式，不蝕刻第二部分19中的納米線，而蝕刻第一部分18中的納米線。結(jié)果，在蝕刻處理之后表面23的第一部分18中的納米線具有期望的布線直徑，而第二部分19中的納米線仍具有它們初始的布線直徑?？梢酝ㄟ^(guò)由光引發(fā)的蝕刻來(lái)除去第一部分18中的納米線10。
在一個(gè)實(shí)施例中，由第一光強(qiáng)度照射表面23的第一部分18，而由小于第一光強(qiáng)度的第二光強(qiáng)度照射第二部分19。結(jié)果，與第二部分19中的納米線相比，第一部分18中的納米線被更加有效地蝕刻。當(dāng)在第二部分19中的納米線的蝕刻自行終止之前例如通過(guò)阻擋光源30來(lái)停止光引發(fā)的蝕刻處理時(shí)，第一部分18中的納米線10獲得比第二部分19中的納米線小的布線直徑。
第一部分18中的納米線的蝕刻可以自行終止或可以在達(dá)到使蝕刻自行終止的布線直徑之前使其停止。在后一種情況下，可以根據(jù)用于表示布線直徑的光信號(hào)來(lái)阻擋光源30。
可以通過(guò)掩模來(lái)限定可以不被照射或可以利用第二強(qiáng)度照射的第一部分18和第二部分19。掩?？梢允窃O(shè)備29的分離部件?？梢詫⒀谀＜稍跒V波器31和/或板22中。當(dāng)不照射部分19時(shí)，掩模阻擋射向第二部分19的光。當(dāng)利用小于第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度來(lái)照射部分19時(shí)，掩模部分阻擋射向第二部分19的光。掩?？梢允强刮g劑并且可以在提供蝕刻溶液之前直接將其設(shè)置到第二部分19。取代掩模，可以提供光作為例如在表面23上進(jìn)行掃描的聚焦光斑。可以調(diào)整掃描速度以改變有效的強(qiáng)度，即其中掃描速度相對(duì)較低的區(qū)域被相對(duì)有效地蝕刻，而其中掃描速度相對(duì)較高的區(qū)域被相對(duì)無(wú)效地蝕刻?；蛘?，在掃描期間可以在作為位置的函數(shù)的強(qiáng)度和/或最小波長(zhǎng)方面調(diào)制光。為此，設(shè)備可以包括由系統(tǒng)控制單元控制的掃描單元。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以由具有第一最小波長(zhǎng)的光照射表面23的第一部分18，可以由具有與第一最小波長(zhǎng)不同的第二最小波長(zhǎng)的光照射表面23中在第一部分18之外的第二部分19。以這種方式，可以將第一部分18中和第二部分19中的納米線蝕刻到分別由第一最小波長(zhǎng)和第二最小波長(zhǎng)確定的不同的期望的布線直徑。
當(dāng)利用具有不同最小波長(zhǎng)的光照射第一部分18和第二部分19時(shí)，可以依次照射第一部分18和第二部分19。當(dāng)分別蝕刻第二部分19和第一部分18時(shí)，掩?？梢杂糜谧钃跎湎虻谝徊糠?8和第二部分19的光。該掩?？梢灶愃朴谏鲜鲇糜谡丈涞谝徊糠?8而不照射第二部分19的掩模。或者，可以使用被構(gòu)圖的濾波器31，其具有用于傳輸具有第一最小波長(zhǎng)的光的第一區(qū)域和用于傳輸具有第二最小波長(zhǎng)的光的第二區(qū)域。將第一區(qū)域和第二區(qū)域設(shè)計(jì)成使得它們分別將光傳輸?shù)降谝徊糠?8和第二部分19。
在制造電器件100的方法中可以使用根據(jù)本發(fā)明的納米線組的制造方法。電器件100包括具有期望的布線直徑的納米線組10。電器件100可以包括各自電連接到第一導(dǎo)體110和第二導(dǎo)體120的納米線10，第二導(dǎo)體120可以與第一導(dǎo)體110電絕緣。
電器件100可以包括納米線組10，該組包括納米線的第一子組10a，其各自具有第一布線直徑da；以及納米線的第二子組10b，其各自具有與第一布線直徑da不同的第二布線直徑db?？梢詫⒌谝蛔咏M的納米線10a附著到襯底20的第一部分，其在圖8A-12B的例子中由第一導(dǎo)體110a構(gòu)成。可以將第二子組的納米線10b附著到襯底20的第二部分，其在圖8A-12B的例子中由第一導(dǎo)體110b構(gòu)成并且在第一部分之外。
可以將第一子組的納米線10a電連接到導(dǎo)體，其在圖8A-12B的例子中由第一導(dǎo)體110a構(gòu)成?？梢詫⒌诙咏M的納米線10b電連接到另一導(dǎo)體，其在圖8A-12B的例子中由第一導(dǎo)體110b構(gòu)成并且與所述另一導(dǎo)體電絕緣。
該方法包括以下步驟根據(jù)上述方法的實(shí)施例制造具有期望的布線直徑的半導(dǎo)體納米線組10，并使其與第一導(dǎo)體110和第二導(dǎo)體120電接觸。在圖8A-12B中示出該方法的連續(xù)步驟。
在第一步驟中，可以為硅晶片的襯底20設(shè)置有隔離區(qū)102，其可以是圖8A和8B所示的淺溝槽絕緣(STI)區(qū)域，并且襯底20設(shè)置有第一導(dǎo)體110，其用于電接觸稍候?qū)⒁纬傻募{米線10?？梢酝ㄟ^(guò)摻雜襯底在STI區(qū)域之外的區(qū)域來(lái)形成第一電導(dǎo)體110?；蛘?，可以淀積導(dǎo)體用于形成第一導(dǎo)體110。襯底20可以是諸如石英襯底的絕緣體。在這種情況下，不需要隔離區(qū)102。在圖8A-12B的實(shí)施例中，提供三個(gè)平行的、相互絕緣的第一導(dǎo)體110。然而，本發(fā)明不限于三個(gè)互相絕緣的第一導(dǎo)體110?；蛘?，可以將第一導(dǎo)體110導(dǎo)電連接到該組的所有納米線10，或其可以包括N個(gè)相互電絕緣的導(dǎo)體，其中N是大于1的整數(shù)。這里以及在本申請(qǐng)的剩余部分中，術(shù)語(yǔ)“相互電絕緣”意味著不直接地使導(dǎo)體電連接。它并不排除間接地使導(dǎo)體電連接，即通過(guò)一個(gè)或多個(gè)附加的元件，例如納米線10和/或第二導(dǎo)體120，使導(dǎo)體電連接。襯底20對(duì)于可見光可以是透明的。
可以將由諸如金的金屬構(gòu)成的納米顆粒111設(shè)置到第一導(dǎo)體110上，所述納米顆粒111可以用作用于生長(zhǎng)納米線10的催化劑，例如如上所述。在相應(yīng)的納米顆粒111的位置上生長(zhǎng)納米線10。圖9A和9B所示的由此獲得的預(yù)制造的納米線10’中的至少一個(gè)的布線直徑d’可以大于期望的布線直徑d。為了減小其布線直徑大于期望的布線直徑d的那些納米線10’的布線直徑d’，對(duì)納米線進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的光引發(fā)的蝕刻處理。在生長(zhǎng)納米線10’之后并且在提供蝕刻溶液之前，預(yù)制造的電器件100可以設(shè)置有諸如APTES的抗蝕劑層，以保護(hù)STI區(qū)域，如果其存在的話，和/或襯底。
為了引發(fā)對(duì)圖10A和10B所示的附著到第一導(dǎo)體110a的納米線10a的蝕刻處理，可以使用具有第一最小波長(zhǎng)的光來(lái)產(chǎn)生期望的布線直徑da。在對(duì)附著到第一導(dǎo)體110a的納米線10a進(jìn)行該蝕刻處理期間，例如通過(guò)利用掩?？梢苑乐狗謩e對(duì)附著到第一導(dǎo)體110b和110c的納米線10b和10c進(jìn)行蝕刻。隨后，通過(guò)利用具有第二最小波長(zhǎng)的光的光引發(fā)蝕刻，可以對(duì)圖10A和10B所示的附著到第一導(dǎo)體110c的納米線10c進(jìn)行蝕刻，產(chǎn)生期望的布線直徑dc。在對(duì)附著到第一導(dǎo)體110c的納米線10c進(jìn)行該蝕刻處理期間，例如通過(guò)利用掩模可以防止分別對(duì)附著到第一導(dǎo)體110a和110b的納米線10a和10b進(jìn)行蝕刻。如果需要，也可以對(duì)附著到第一導(dǎo)體110b的納米線10b進(jìn)行蝕刻以獲得期望的布線直徑db。如果相關(guān)，納米線10a、10b、以及10c的蝕刻可以自行終止或可以根據(jù)用于表示布線直徑的光信號(hào)而使其終止。
在該方法中，獲得一組納米線10a、10b、10c，其由三個(gè)納米線子組構(gòu)成，每個(gè)子組具有與其他兩個(gè)子組的納米線的布線直徑不同的布線直徑。將每個(gè)子組連接到特定的第一導(dǎo)體110a、110b、110c。
隨后，圖10A和10B所示的預(yù)制造的電器件100可以設(shè)置有圖11A和11B所示的優(yōu)選為透明的電介質(zhì)層130，例如旋涂玻璃(SOG)。由此獲得的預(yù)制造的電器件100的上表面設(shè)置有用于電接觸納米線10的上端部分的第二導(dǎo)體120。
可以將納米線10a、10b、10c的上端部分電連接到圖12A和12B所示的相互電絕緣的第二導(dǎo)體120a、120b、120c。第一導(dǎo)體110a、110b和110c與第二導(dǎo)體120a、120b和120c相互垂直，并在本例中形成三乘三陣列。在圖8A-12B的實(shí)施例中，將一個(gè)納米顆粒111并由此將一個(gè)納米線10設(shè)置在由第一導(dǎo)體110和第二導(dǎo)體120限定的每個(gè)交叉區(qū)域處，所述第一導(dǎo)體110和第二導(dǎo)體120在本例中限定矩形的三乘三陣列。本發(fā)明不限于該形狀或尺寸的陣列。本發(fā)明不限于每一個(gè)交叉區(qū)域僅有一個(gè)納米顆粒111和一個(gè)納米線10。而是一些或所有的交叉區(qū)域可以具有一個(gè)以上的納米顆粒111和一個(gè)納米線10。
對(duì)于可見光第二導(dǎo)體120a、120b、120c可以至少部分透明。它們例如可以由氧化銦錫(ITO)構(gòu)成。第一導(dǎo)體110和/或第二導(dǎo)體120可以由鋅或鋅合金構(gòu)成。
納米線10a、10b、10c可以各自包括圖13所示的形成p-n結(jié)的p摻雜部分10p和n摻雜部分10p。當(dāng)將電流從第一導(dǎo)體110經(jīng)由納米線10發(fā)送到第二導(dǎo)體120時(shí)，從各n摻雜部分10n和p摻雜部分10p中注入電子和空穴。當(dāng)這些電荷載流子復(fù)合時(shí)，發(fā)射出光。由于與空穴相比，電子的遷移率更高，所以主要在接近于p-n結(jié)的p摻雜部分10p中發(fā)光。
在圖12A和12B所示的電器件100中，納米線10a、10b和10c可以各自包括p-n結(jié)。通過(guò)空穴和電子的上述復(fù)合發(fā)射的光的波長(zhǎng)取決于帶隙，并且因此取決于在復(fù)合位置上的布線直徑。在圖12A和12B的實(shí)施例中，納米線10a、10b和10c可以具有不同的布線直徑da、db和dc，因此它們可以發(fā)射不同波長(zhǎng)的光。納米線可以由InP構(gòu)成，而且n摻雜部分10n例如由S、Se和/或Te摻雜，并且p摻雜部分10p例如由Zn或Cd摻雜。摻雜劑的濃度例如可以在1017-1020cm-3之間。
p-n結(jié)可以用作選擇器件，即由第一導(dǎo)體110和第二導(dǎo)體120形成的陣列中的像素可以通過(guò)對(duì)相應(yīng)的第一導(dǎo)體110和第二導(dǎo)體120施加偏壓來(lái)進(jìn)行選擇。位于第一導(dǎo)體110b和第二導(dǎo)體120b的交叉處的納米線10bb可以通過(guò)對(duì)這兩個(gè)導(dǎo)體施加偏壓來(lái)進(jìn)行選擇。在交叉處可以定位和選擇一個(gè)以上的納米線10bb。
或者，電器件100可以包括諸如晶體管的選擇器件的陣列，所述晶體管可以是薄膜晶體管并且可以集成在襯底中。通過(guò)用于選擇納米線10的子組的選擇線的柵格來(lái)對(duì)選擇器件進(jìn)行尋址。
在圖13所示的實(shí)施例中，將n摻雜部分10n電連接到離p-n結(jié)具有第一距離ln的第一導(dǎo)體110。P摻雜部分10p電連接到離p-n結(jié)具有第二距離lp的第二導(dǎo)體120，第二距離1p小于第一距離ln。n摻雜部分10n具有大于p摻雜部分10p的布線直徑dp的布線直徑dn。
由于p-n結(jié)的存在，而使由對(duì)引發(fā)蝕刻的光的吸收所產(chǎn)生的電子空穴對(duì)分離，使得電子流向n摻雜部分10n而空穴流向p摻雜部分10p。空穴主要負(fù)責(zé)光引發(fā)的蝕刻。p摻雜部分10p中的較高空穴濃度導(dǎo)致更高效的蝕刻，并且因此導(dǎo)致相對(duì)較小的布線直徑dp。結(jié)果，納米線具有兩個(gè)區(qū)域，分別為具有不同的直徑dn和dp的n摻雜部分10n和p摻雜部分10p。n摻雜區(qū)可以具有與蝕刻前的布線直徑相似的直徑。可以通過(guò)用于引發(fā)蝕刻的光的最小波長(zhǎng)來(lái)預(yù)先確定p摻雜部分10p的布線直徑dp。當(dāng)蝕刻具有n摻雜部分10n和p摻雜部分10p的納米線10時(shí)，可以觀察到用于表示布線直徑的光信號(hào)。由于p摻雜部分10p中的電子和空穴的復(fù)合而發(fā)射的光用于表示該部分的布線直徑dp。一旦光信號(hào)表示達(dá)到期望的布線直徑dp，則可以阻擋引發(fā)蝕刻的光以防止對(duì)n摻雜部分的任何進(jìn)一步的蝕刻，該蝕刻會(huì)導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的n摻雜部分10n的布線直徑dn的進(jìn)一步減小。
應(yīng)該注意的是，上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行舉例說(shuō)明，而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍下能夠設(shè)計(jì)出許多可選實(shí)施例。在權(quán)利要求書中，任何放置在括號(hào)內(nèi)的參考標(biāo)記不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明。詞“包括”不排除在權(quán)利要求中所列的那些元件或步驟之外的其他元件或步驟的存在。元件之前的詞“一個(gè)”不排除多個(gè)這種元件的存在。
制造具有期望的布線直徑d的半導(dǎo)體納米線組10的方法包括以下步驟提供預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線組10’，至少一個(gè)預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線具有大于期望的布線直徑d的布線直徑d’，并且通過(guò)蝕刻來(lái)減小該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線10’的布線直徑；由被該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線10’所吸收的光來(lái)引發(fā)該蝕刻，選擇光的光譜使得當(dāng)該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線達(dá)到期望的布線直徑d時(shí)顯著減小該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線的吸收。
電器件100可以包括具有期望的布線直徑d的納米線組10。設(shè)備29可以用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
權(quán)利要求
1.一種制造具有期望的布線直徑(d)的半導(dǎo)體納米線組(10)的方法，該方法包括以下步驟提供預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線組(10’)，至少一個(gè)預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線具有大于所述期望的布線直徑(d)的布線直徑(d’)，并且通過(guò)蝕刻減小所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線(10’)的布線直徑，由被所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線(10’)所吸收的電磁輻射來(lái)引發(fā)所述蝕刻，選擇所述電磁輻射的最小波長(zhǎng)使得當(dāng)所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線達(dá)到所述期望的布線直徑(d)時(shí)顯著減小所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線的所述吸收。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用輻射源(30)，該輻射源發(fā)射引發(fā)所述蝕刻的所述電磁輻射以及波長(zhǎng)短于所述最小波長(zhǎng)的電磁輻射，并且對(duì)由所述輻射源(30)發(fā)射的所述電磁輻射進(jìn)行光譜過(guò)濾以充分減少波長(zhǎng)短于所述最小波長(zhǎng)的電磁輻射。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在減小所述布線直徑的步驟之前，基本上所有的所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線具有大于或等于所述期望的布線直徑(d)的布線直徑(d’)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中引發(fā)蝕刻處理的所述光沿著軸(40)被線性偏振。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中引發(fā)所述蝕刻處理的所述光具有沿著第一軸(40)被線性偏振的第一分量和沿著第二軸(41)被線性偏振的第二分量，所述第二軸(41)與所述第一軸(40)形成大于零的角度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，所述第一分量包含具有第一最小波長(zhǎng)的第一光譜，而所述第二分量包含具有與所述第一最小波長(zhǎng)不同的第二最小波長(zhǎng)的第二光譜。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一分量具有第一強(qiáng)度而所述第二分量具有與所述第一強(qiáng)度不同的第二強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述期望的布線直徑(d)包括零。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中引發(fā)對(duì)期望的布線直徑為零的納米線進(jìn)行蝕刻的所述光被線性偏振。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中由襯底(20)來(lái)支撐所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線(10)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述襯底(20)包括電導(dǎo)體(110)，將所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線(10)導(dǎo)電連接到所述電導(dǎo)體(110)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述襯底(20)具有由支撐所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線(10)的部分(23a)和所述部分(23a)之外的另一部分(23b)構(gòu)成的表面(23)，至少所述另一部分(23b)為抗蝕劑。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述襯底(20)包括不為抗蝕劑的第一層(24)以及作為抗蝕劑的第二層(25)，所述第二層(25)構(gòu)成所述表面(20)的所述另一部分。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第二層(25)通過(guò)化學(xué)鍵連接到所述第一層(24)。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第二層(25)由選自烷基三乙氧基硅氧烷和烷基三甲氧基硅氧烷的一種或多種材料構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中提供所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線(10’)的步驟包括以下子步驟提供所述襯底(20)，所述襯底的表面是可蝕刻的，并且在所述襯底的所述表面上生長(zhǎng)半導(dǎo)體納米線(10’)，所生長(zhǎng)的半導(dǎo)體納米線是所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線，并且在提供所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線的步驟之后且在通過(guò)蝕刻來(lái)減小所述至少一個(gè)預(yù)制造的納米線的所述布線直徑的步驟之前，利用抗蝕劑層(25)覆蓋所述襯底的曝露表面。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線(10)分布在所述表面(23)上，由用于引發(fā)所述蝕刻處理的光來(lái)照射所述表面的第一部分(18)，防止蝕刻所述表面的第二部分(19)中的預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線(10)。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線(10)分布在所述表面上，通過(guò)第一光強(qiáng)度來(lái)照射表面區(qū)域的第一部分(18)，通過(guò)小于所述第一光強(qiáng)度的第二光強(qiáng)度來(lái)照射在所述表面的所述第一部分(18)之外的所述表面的第二部分(19)。
19.如權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線(10)分布在所述表面上，由具有第一最小波長(zhǎng)的光來(lái)照射所述表面的第一部分(18)，由具有與所述第一最小波長(zhǎng)不同的第二最小波長(zhǎng)的光來(lái)照射所述表面的第二部分(19)。
20.一種制造電器件(100)的方法，所述電器件(100)包括具有期望的布線直徑(d)的納米線組(10)，將該組中的每一納米線(10)電連接到第一導(dǎo)體(110)和第二導(dǎo)體(120)，該方法包括以下步驟根據(jù)權(quán)利要求1至19中任意一項(xiàng)所述的方法來(lái)制造具有所述期望的布線直徑的所述半導(dǎo)體納米線組；并且使該組的納米線與第一導(dǎo)體(110)和第二導(dǎo)體(120)電接觸。
21.一種電器件(100)，包括半導(dǎo)體納米線組(10)，該組包括其中的每條納米線具有第一布線直徑(da)的第一納米線子組(10a)和其中的每條納米線具有與所述第一布線直徑(da)不同的第二布線直徑(db)的第二納米線子組(10b)，將所述第一子組的納米線(10a)附著到襯底的第一部分(110a)，將所述第二子組的納米線(10b)附著到所述襯底的除所述第一部分(110b)之外的第二部分(110b)。
22.如權(quán)利要求21所述的電器件(100)，其中將所述第一子組的納米線(10a)電連接到導(dǎo)體(110a)，將所述第二子組的納米線(10b)電連接到另一導(dǎo)體(110b)，所述導(dǎo)體(110a)與所述另一導(dǎo)體(110b)電絕緣。
23.如權(quán)利要求21所述的電器件(100)，其中所述納米線(10)包括形成p-n結(jié)的p摻雜部分(10p)和n摻雜部分(10n)。
24.如權(quán)利要求23所述的電器件(100)，其中將所述n摻雜部分(10n)電連接到離所述p-n結(jié)具有第一距離(1n)的第一導(dǎo)體(110)，將所述p摻雜部分(10p)電連接到離所述p-n結(jié)具有比所述第一距離(1n)小的第二距離(1p)的第二導(dǎo)體(120)。
25.如權(quán)利要求23或24所述的電子器件，其中所述n摻雜部分(10n)具有大于所述p摻雜部分(10p)的布線直徑(dp)的布線直徑(dn)。
26.一種用于納米線(10)的光引發(fā)蝕刻的設(shè)備(29)，包括光源(30)，用于發(fā)射引發(fā)對(duì)所述納米線(10)進(jìn)行所述蝕刻的光，以及監(jiān)控器單元(35)，用于在所述蝕刻期間監(jiān)測(cè)由所述納米線(10)發(fā)射的光信號(hào)，該光信號(hào)用于表示所述納米線(10)的布線直徑。
27.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備(29)，還包括系統(tǒng)控制單元(36)，其用于根據(jù)由所述監(jiān)控器單元(35)監(jiān)測(cè)的所述光信號(hào)來(lái)控制所述光源(30)。
28.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備(29)，還包括偏振器(39)，其用于偏振引發(fā)所述蝕刻的所述光。
29.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備(29)，還包括光學(xué)元件(38)，其用于旋轉(zhuǎn)引發(fā)所述蝕刻的所述光的偏振。
全文摘要
一種制造具有期望的布線直徑(d)的半導(dǎo)體納米線組(10)的方法，包括以下步驟提供預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線組(10’)，至少一個(gè)預(yù)制造的半導(dǎo)體納米線具有大于期望的布線直徑(d)的布線直徑(d’)，并且通過(guò)蝕刻減小該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線(10’)的布線直徑，由被該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線(10’)所吸收的光來(lái)引發(fā)該蝕刻，選擇光的光譜使得當(dāng)該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線達(dá)到期望的布線直徑(d)時(shí)顯著減小該至少一個(gè)預(yù)制造的納米線的吸收。電器件(100)可以包括具有期望的布線直徑(d)的納米線組(10)。設(shè)備(29)可以用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
文檔編號(hào)C01B31/02GK1898156SQ200480038258
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者埃里克·P.·A.·M.·巴克斯, 路易斯·F.·費(fèi)內(nèi), 亞伯拉罕·R.·巴爾肯那德 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司