專利名稱：形成納米尺寸簇群并由此建立有序結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子學(xué)，尤其是涉及形成納米尺寸簇群并由此建立用 于信息信號的傳輸，轉(zhuǎn)換，存儲和產(chǎn)生的納米電子結(jié)構(gòu)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
一種用于形成納米尺寸簇群并由此建立納米電子結(jié)構(gòu)的方法是 已知的，該方法是把合適的物質(zhì)引入到一些天然或人造材料的結(jié)構(gòu)中
存在的納米尺寸空腔中(例如，見1999年3月22日至25日在Oxford 舉行的XI國際半導(dǎo)體材料會議上報告的文章中所列舉的，V. N. Bogomolov: "A crysta出ne ( amorphous ) silicon 3-D bubble lattice in a synthetic opal matrix")。
按照這個方法，利用碲的熔體或溶液在壓力下填充到合成蛋白石 中的孔隙，從而在蛋白石基巖中得到碲的納米簇群柵格。
然而，由于存在互相連接這些納米孔隙的通道的網(wǎng)絡(luò)，利用這個 方法確保建立孤立簇群的柵格是困難的。
利用這個方法，從基片的不同層中的納米孔隙中排列的孤立簇群 建立三維結(jié)構(gòu)也是不可能的。
此外，這個方法產(chǎn)生的簇群是按照隨機方式排列的，蛋白石體內(nèi) 的納米尺寸空腔也是如此；因此，建立電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)是均勻的 離散納米單元并把它們組織成有序結(jié)構(gòu)是不可能的。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知一種形成納米簇群的柵格并由此建立二維柵 格的方法(例如，見RF Patent No. 2214359， IPC7: B 8 2B 3/00 )。
已知的方法允許形成大小尺寸是均勻的簇群，并安排它們在二維 柵格的節(jié)點上具有相同的間距。
然而，這個方法在技術(shù)上是復(fù)雜的，具有低的效能，且不允許建 立三維柵格。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)中已知一種在薄片材料上形成預(yù)定拓樸的金屬
化圖4象的方法(例如，見PCT publication No. WO 01/38940 A2， IPC: G03F 7/26)。按照這個方法，金屬粒子是從放置在薄片材料上方的 玻璃板上的層中運動，并在激光輻射脈沖的作用下沉積下來。
然而，利用這種方法，不可能在薄片材料上形成與在其上面運動 的大尺寸粒子相關(guān)的簇群或布線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供這樣一種用于形成納米尺寸簇群并由此建 立有序結(jié)構(gòu)的方法，該方法允許在基片的表面上和在預(yù)定深度的基片 體內(nèi)形成簇群，并從該簇群中建立三維結(jié)構(gòu)。
因此，實現(xiàn)該目的是借助于一種用于形成納米尺寸簇群并由此建
立有序結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟引入形成簇群的材料到
具有預(yù)定物理參數(shù)的一些天然或人造材料的基片中，并產(chǎn)生具有可控
性質(zhì)的復(fù)合物，按照本發(fā)明，形成簇群的材料^L引入到基片材料中作
為溶液成分，在基片的預(yù)定點，該溶液曝光在激光輻射脈沖的作用下，
因此，在激光光斑區(qū)內(nèi)形成低溫等離子體，從而在等離子體存在的區(qū)
域內(nèi)產(chǎn)生氣態(tài)介質(zhì)，等離子體用于減少簇群材料中的離子成為純材
料，因此，在等離子體冷卻的同時，所迷簇群形成與基片材料連接的
單晶量子圓點和布線。
利用這種用于形成納米尺寸簇群并由此建立結(jié)構(gòu)的方法，就不需 要復(fù)雜和昂貴的專用設(shè)備以及引入形成簇群的材料進入基片的特殊技術(shù)。
最好是，利用金屬，非金屬和半導(dǎo)體作為形成簇群的材料。 利用這種用于形成納米尺寸簇群并由此建立結(jié)構(gòu)的方法，可以提
供用于形成簇群作為單晶的條件。
最好是，利用這樣的材料制作基片，該材料對于所用波長的激光
輻射是透明的，并且在其存在的溫度下對溶液是化學(xué)惰性，而制成的
溶液能夠充分濕潤基片材料，吸收預(yù)定波長的激光輻射，并且還能夠
在低溫等離子體的作用下形成原子氫。 利用這種用于形成納米尺寸簇群并由此建立結(jié)構(gòu)的方法，可以在 基片內(nèi)形成它們。
最好是，在激光輻射作用到被引入基片材料中的溶液之前，利用 對這種輻射是透明的材料覆蓋該基片。
利用這種用于形成納米尺寸簇群的方法，可以確保激光輻射對溶 液的定向作用。
最好是，引入溶液到基片材料中的天然或人造的起源的多個納米 孔隙中，聚焦激光束到基片表面的預(yù)定區(qū)域上，并且誘發(fā)簇群形成在 位于激光光斑區(qū)內(nèi)的那些納米孔隙的開孔中。
利用這種用于形成納米尺寸簇群的方法，同時形成納米尺寸簇群 發(fā)生在位于激光光斑區(qū)內(nèi)的所有納米孔隙中。
最好是，聚焦激光束到基片體內(nèi)一個相同層的不同點上，以使簇 群形成在位于這層中的那些納米孔隙的通道中。
利用這種用于形成納米尺寸簇群的方法，可以把它們形成在納米 孔隙中的預(yù)定深度。
最好是，在多個基片層中從最低的一層開始，相繼地形成簇群， 從而從簇群建立三維結(jié)構(gòu)，在相鄰層中形成簇群的步驟之間，填充該 溶液到基片的納米孔隙中。
利用這種用于形成納米尺寸簇群的方法，可以由此建立空間的三 維結(jié)構(gòu)。
最好是，在每個納米孔隙中，利用不同的材料形成連接的簇群， 并在從第 一種材料形成簇群之后，利用含不同材料的溶液填充納米孔 隙。
利用這種用于形成納米尺寸簇群的方法，可以從用不同材料形成 的簇群中建立三維結(jié)構(gòu)。
最好是，具有穿通的納米孔隙的基片放置在薄片材料上，利用溶 液填充那些納米孔隙，激光輻射脈沖作用在該溶液上，從而在與納米 孔隙的出口開孔相對著的薄片材料的表面上形成簇群。
利用這種用于形成納米尺寸簇群的方法，可以在薄片材料的表面 上建立二維納米簇群柵格。
最好是，在基片的表面上形成多個延伸的溝槽，每個溝槽有具有 納米尺寸凹口的預(yù)定拓樸，利用含產(chǎn)生簇群的材料的溶液填充該溝 槽，激光輻射脈沖作用到溝槽的每個點上，從而在溝槽的凹口內(nèi)形成 布線。
利用這種用于形成納米尺寸的有序結(jié)構(gòu)的方法，可以形成與基片 材料連接的任意拓樸的布線。
最好是，從基片的有機材料和溶液兩者中產(chǎn)生精細分散的混合 物，該混合物以均勻?qū)邮┘拥讲Ａ?，聚焦激光束到該層的預(yù)定區(qū)域， 以使在激光光斑內(nèi)形成簇群，施加到玻璃上的薄膜發(fā)生聚合作用，并 形成金屬-聚合物復(fù)合體。
利用這種用于形成納米尺寸簇群的方法，可以簡化制作用于信息 顯示的大屏幕的技術(shù)。


參照附圖詳細地描述本發(fā)明，這些附圖展示本發(fā)明的具體實施
例，但不是對本發(fā)明的限制，其中
圖l說明本發(fā)明的方法，其中在人工的起源的納米孔隙中建立二
維簇群柵格；
圖2說明本發(fā)明的方法，其中在人工的起源的納米孔隙中建立三
維簇群柵格；
圖3說明本發(fā)明的方法，其中在從人工的起源的納米孔隙的連接 簇群中建立三維柵格；
圖4和圖5 (圖4中的截面A-A)說明本發(fā)明的方法，其中在基
片的表面上形成預(yù)定拓樸的布線，為的是與它進行連接；
圖6說明本發(fā)明的方法，其中在薄片材料的表面上建立二維納米
簇群柵格；
圖7說明本發(fā)明的方法，其中在施加到玻璃上的有機材料層內(nèi)形
成納米簇群；和
圖8說明利用在液態(tài)基片上高速率結(jié)晶的由本發(fā)明方法產(chǎn)生的
銅單晶。
具體實施例方式
按照以下的方式完成用于形成納米尺寸簇群(nano-dimensional cluster)并由此建立有序結(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法。
在對所用波長的激光輻射2是透明的材料基片1上，利用任何已 知的方法，尤其是利用納米光刻法，制作二維柵格，因此，二維柵格 是由相同橫截面具有預(yù)定深度的納米孔隙3構(gòu)成，該納米孔隙垂直于 基片的表面4。
包含形成簇群5的材料的溶液，例如，這種材料的鹽的形式，被 引入到納米孔隙3中。然后，從基片1的表面4上去除這種溶液的剩 余部分，并利用對激光輻射是透明的材料，例如，利用玻璃6覆蓋這 個表面。
激光輻射2的脈沖被引導(dǎo)通過在納米孔隙3的溶液中的玻璃6， 該脈沖功率足以在位于激光光斑內(nèi)的納米孔隙3中填充的溶液中產(chǎn)生 低溫等離子體，以及在脈沖作用期間在它存在的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生氣態(tài)介 質(zhì)。
由于它在原子氫氣氛中的液態(tài)基片上的結(jié)晶，簇群材料在這個介 質(zhì)中被恢復(fù)成純材料。這種情況的發(fā)生是因為，溶液成分的選取考慮 到在低溫等離子體的作用下形成原子氫。
因此，簇群是在原子氫的保護氣氛下發(fā)生結(jié)晶，這允許它在低濃 度的混合物并且不存在其氧化過程的條件下達到高的結(jié)構(gòu)完整性。
圖8表示利用本發(fā)明方法產(chǎn)生的銅單晶，它是在原子氫的保護氣 氛下的液態(tài)基片上的高速率結(jié)晶。
類似的過程發(fā)生在建立三維簇群柵格的條件下(圖2)。在這種 情況下，簇群首先形成在基片的低層，然后，再次利用該溶液填充納 米孔隙，從而在基片的高層形成簇群。
本發(fā)明的方法允許在基片的體內(nèi)從不同的材料形成連接的簇群 (圖3)。為此目的，在基片的低層中形成簇群之后，利用含不同材 料的溶液填充納米孔隙以形成簇群。
利用本發(fā)明的方法，也可以在薄片材料的光滑表面上建立二維蔟
群柵格(圖6 )。
為此目的，具有穿通的納米孔隙3的基片l放置在薄片材料的表 面上，溶液被引入到納米孔隙中，利用玻璃6覆蓋基片1,然后，重 復(fù)以上描述的過程。
本發(fā)明的方法允許在基片的表面上得到任何預(yù)定拓樸的布線7 (圖4和5)。在這種情況下，溶液被引入到納米尺寸溝槽中，然后， 重復(fù)以上描迷的過程。利用這個方法，也可以得到兩種材料連接的布 線，正如以上我們已描述過的從不同材料得到的連接的簇群。
利用本發(fā)明的方法，可以在施加到玻璃上的均勻?qū)?內(nèi)的有機材 料內(nèi)形成簇群(圖7)。在這種情況下，首先從基片的有機材料中產(chǎn) 生精細分散的混合物，然后，在玻璃上施加均勻?qū)拥娜芤?。?dāng)激光輻 射脈沖作用到這層的預(yù)定部分時，該溶液的微小氣泡與激光束相互作 用。由于以上描述的過程，簇群形成在施加到玻璃上的層中。
工業(yè)應(yīng)用
形成納米尺寸簇群并由此建立有序結(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法允許從與 基片材料連接的單晶量子圓點和布線中制成二維柵格和三維柵格。
權(quán)利要求
1.一種用于形成納米尺寸簇群并由此建立有序結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟引入形成簇群的材料到具有預(yù)定物理參數(shù)的一些天然或人造材料的基片中，并產(chǎn)生具有可控性質(zhì)的復(fù)合物，其特征是，形成簇群的材料被引入到基片材料中作為溶液成分，然后，在基片的預(yù)定點，該溶液曝光在激光輻射脈沖的作用下，因此，在激光光斑區(qū)內(nèi)形成低溫等離子體，從而在存在等離子體的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生氣態(tài)介質(zhì)，用于減少簇群材料中的離子成為純材料，因此，在等離子體冷卻的同時，所述簇群形成與基片材料連接的單晶量子圓點和布線。
2. 按照權(quán)利要求l的方法，其特征是，金屬，非金屬和半導(dǎo)體 被用作形成簇群的材料。
3. 按照權(quán)利要求l的方法，其特征是，基片是由這樣的材料制 成，它對于所用波長的激光輻射是透明的，并且在其存在的溫度下對 溶液是化學(xué)惰性，且制成的溶液能夠充分濕潤基片材料，吸收預(yù)定波 長的激光輻射，而且，還能夠在低溫等離子體的作用下形成原子氫。
4. 按照權(quán)利要求3的方法，其特征是，在激光輻射作用到被引 入基片材料中的溶液之前，利用對這種輻射是透明的材料覆蓋該基 片。
5. 按照權(quán)利要求4的方法，其特征是，溶液被引入到基片材料 中的天然或人造的起源的多個納米孔隙中，聚焦激光束到基片表面的 預(yù)定部分，和誘發(fā)簇群形成在位于激光光斑區(qū)內(nèi)的那些納米孔隙的開 孔中。
6. 按照權(quán)利要求5的方法，其特征是，聚焦激光束到基片體內(nèi) 一個相同層的不同點上，以使簇群形成在位于這層中的那些納米孔隙 的通道中。
7. 按照權(quán)利要求6的方法，其特征是，在多個基片層中從最低 的一層開始，相繼地形成簇群，并且從簇群建立三維結(jié)構(gòu)，在形成相 鄰層的簇群的步驟之間，填充該溶液到基片的納米孔隙中。
8. 按照權(quán)利要求7的方法，其特征是，在每個納米孔隙中，利 用不同的材料形成連接的簇群，并在從第一種材料形成蔟群之后，利 用含不同材料的溶液填充納米孔隙。
9. 按照權(quán)利要求5的方法，其特征是，具有穿通的納米孔隙的 基片放置在薄片材料上，利用溶液填充那些納米孔隙，所述溶液啄光 在激光輻射脈沖的作用下，從而使在與納米孔隙的出口開孔相對著的 薄片材料的表面上形成簇群。
10. 按照權(quán)利要求4的方法，其特征是，在基片的表面上形成 多個延伸的溝槽，每個溝槽有具有納米尺寸凹口的預(yù)定拓樸，利用含 產(chǎn)生簇群的材料的溶液填充所述溝槽，溝槽中的每個點曝光在激光輻 射脈沖的作用下，以使在溝槽的凹口內(nèi)形成布線。
11. 按照權(quán)利要求3的方法，其特征是，從基片的有機材料和 溶液中產(chǎn)生精細分散的混合物，所述混合物以均勻?qū)邮┘拥讲Ａ希?聚焦激光束到所述層的預(yù)定區(qū)域，以使在激光光斑的范圍內(nèi)形成簇 群，因此，施加到玻璃上的薄膜發(fā)生聚合作用，并形成金屬-聚合物復(fù) 合體。
全文摘要
形成納米尺寸簇群的本發(fā)明方法包括引入含簇群形成材料的溶液到基片材料中所含的天然或人造源的納米孔隙中，并隨后曝光所述溶液到激光輻射脈沖的作用下，其方式是，低溫等離子體在其存在的區(qū)域中產(chǎn)生氣態(tài)介質(zhì)，其中在等離子體冷卻的同時，利用它在液態(tài)基片上產(chǎn)生的結(jié)晶，簇群材料返回成純材料，從而形成與基片材料連接的單晶量子圓點。所述方法可以形成二維和三維簇群柵格以及由不同材料互相連接的簇群。本發(fā)明還能在基片的納米孔腔中制作不同材料的布線以及從玻璃上分布的有機材料的溶液微滴中制作量子圓點。
文檔編號B82B3/00GK101356115SQ200580052491
公開日2009年1月28日 申請日期2005年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
發(fā)明者塞爾吉·尼古拉耶維奇·馬克西莫夫斯基, 格里戈里耶·阿夫拉莫維奇·拉杜斯基 申請人:塞爾吉·尼古拉耶維奇·馬克西莫夫斯基;格里戈里耶·阿夫拉莫維奇·拉杜斯基