專利名稱：納米線、納米線的生產(chǎn)方法及電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種包含富硅氧化物的納米線(nanowire)、納米線的生產(chǎn)方法 及電子裝置。更具體地說(shuō)，這里公開的是一種具有良好的導(dǎo)電性質(zhì)和光學(xué)特 性的納米線。所述納米線包含富硅氧化物。這里還公開了一種易于生產(chǎn)所述 納米線的方法。
背景技術(shù)：
納米線是一種具有線性形狀的材料。通常，納米線的直徑為納米級(jí)，長(zhǎng) 度為幾百納米、微米或毫米，并且具有取決于其直徑和/或長(zhǎng)度的不同的物理 性質(zhì)。直徑在納米范圍內(nèi)的納米線表現(xiàn)出量子限制(quantum-limited)的電學(xué)和 /或光學(xué)特性。這些特性與大塊(bulk)形式的相同材料的特性明顯不同。結(jié)果，
納米線受到了相當(dāng)多關(guān)注。近來(lái)，作為克服在幾十納米長(zhǎng)度范圍內(nèi)的工藝設(shè) 備設(shè)計(jì)中的局限性的替代方法，能夠在當(dāng)前的硅半導(dǎo)體技術(shù)中應(yīng)用的硅納米 線已經(jīng)引起越來(lái)越多的興趣和關(guān)注。
因此，需要一種具有改善的電學(xué)和/或光學(xué)特性的新型納米線，此外，需 要一種用于大規(guī)模生產(chǎn)所述納米線的簡(jiǎn)單方法。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開了涉及一種具有良好的導(dǎo)電性質(zhì)和光學(xué)特性的納米線的實(shí)施 例，所述納米線包含富硅氧化物。
這里還公開了提供一種用于容易地根據(jù)在基底上的位置形成具有不同結(jié) 構(gòu)的納米線的方法的實(shí)施例。
這里還公開了一種為一種電子裝置提供的實(shí)施例，所述電子裝置包括所
4述納米線；所述納米線通過(guò)所公開的方法制造；所述納米線顯示出優(yōu)良的感 光性和導(dǎo)電性。
根據(jù)本公開的另一實(shí)施例，提供一種用于生產(chǎn)包含富硅氧化物的納米線 的方法，所述方法包括以下步驟用金屬催化劑涂覆硅基底；制備室；將氣 體引入到室中；加熱所述室，使得納米線源從硅基底擴(kuò)散或蒸發(fā)，以形成納 米線。
根據(jù)本公開的又一實(shí)施例，提供一種電子裝置，所述電子裝置包括如上 所述的包含富硅氧化物的納米線；所述電子裝置是太陽(yáng)能電池、傳感器、光 電探測(cè)器、發(fā)光二極管、激光二極管、電致發(fā)光(EL)裝置、光致發(fā)光(PL)裝 置、陰極發(fā)光(CL)裝置、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、電荷捕獲閃速存儲(chǔ)器(CTF)、 表面等離子波導(dǎo)和金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電容器等。


通過(guò)參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其 它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，在附圖中
圖1A至圖1H是示出納米線的示例性實(shí)施例的示意性透視圖2A和圖2B是示出用于生產(chǎn)納米線的設(shè)備的示例性實(shí)施例的示意性剖
視圖3A至圖3C是示出根據(jù)制備示例l形成的第一種納米線的示例性實(shí)施 例的透射電子顯微鏡(TEM)照片；
圖4A是示出對(duì)根據(jù)本公開中的制備示例1形成的第一種納米線的電子 能量損失譜(EELS)分析的結(jié)果的曲線圖4B是示出對(duì)根據(jù)本公開中的制備示例1形成的第一種納米線的能量 色散語(yǔ)(EDS)分析的結(jié)果的曲線圖5是示出根據(jù)本公開中的制備示例1形成的第二種納米線的TEM照
片；
圖6A和圖6B是示出根據(jù)本公開中的制備示例1形成的第二種納米線的 TEM照片；
圖6C是示出根據(jù)本公開中的制備示例1形成的第二種納米線的EELS 分析結(jié)果的曲線圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的制備示例2形成的納米線的示例性實(shí)施例的TEM照片。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，在下文中將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā) 明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施，并且不應(yīng) 理解為局限于在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例使得本公開將是徹 底的和完全的，并將把本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。相同的 標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。
應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件被稱作"在"另一元件"上"時(shí)，該元件可以直 接在另一元件上，或者可以在它們之間存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱作 "直接在"另一元件"上"時(shí)，不存在中間元件。如在這里使用的，術(shù)語(yǔ)"和 /或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任意組合和所有組合。
應(yīng)該理解的是，盡管在這里可使用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等來(lái)描述不同 的元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部 分不應(yīng)該受這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù)語(yǔ)僅是用來(lái)將一個(gè)元件、組件、區(qū)域、 層或部分與另一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開來(lái)。因此，在不脫離 本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可被 命名為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。
這里使用的術(shù)語(yǔ)僅為了描述特定實(shí)施例的目的，而不意圖限制本發(fā)明。 如這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù) 形式。還應(yīng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)"包含"和/或"包括"時(shí)， 說(shuō)明存在所述特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存 在或附加一個(gè)或多個(gè)其它特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件、組件和/或 它們的組。
此外，在這里可4吏用相對(duì)術(shù)語(yǔ)，例如"下面的"或"底部的"以及"上 面的"或"頂部的"等，來(lái)描述在圖中所示的一個(gè)元件與其它元件的關(guān)系。 應(yīng)該理解的是，相對(duì)術(shù)語(yǔ)意圖包含除了在附圖中描述的方位之外的裝置的不 同方位。例如，如果在一幅附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則描述為在其它元件"下" 側(cè)的元件隨后將被定位為"在"其它元件"上"側(cè)。因此，根據(jù)附圖的特定 方位，示例性術(shù)語(yǔ)"下"可包括"下"和"上"兩種方位。相似地，如果在 附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則描述為"在"其它元件"下方"或"之下"的元件隨后將被定位為"在"其它元件"上方"。因而，示例性術(shù)語(yǔ)"在…下方"或 "在…之下"可包括"在…上方"和"在…下方"兩種方位。
除非另有定義，否則這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)) 具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。還將 理解的是，除非這里明確定義，否則術(shù)語(yǔ)(例如在通用的字典中定義的那些 術(shù)語(yǔ))應(yīng)該被解釋為具有與本公開和相關(guān)領(lǐng)域的上下文中它們的意思一致的 意思，而不將理想地或者過(guò)于正式地解釋它們的意思。
在此參照作為本發(fā)明的理想實(shí)施例的示意圖的剖視圖來(lái)描述本發(fā)明的示 例性實(shí)施例。這樣，預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)例如由制造技術(shù)和/或公差引起的圖示的形狀 的變化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)該被理解為局限于在此示出的區(qū)域的特 定形狀，而將包括例如由制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，示出或描述為平坦的 區(qū)域通?？删哂写植诘幕蚍蔷€性的特征。另外，示出的尖銳的角可以被倒圓。 因此，在圖中示出的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，它們的形狀并不意圖示出區(qū)域 的精確形狀，也不意圖限制本發(fā)明的范圍。
如上所述，根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有優(yōu)良的導(dǎo)電性質(zhì)和光學(xué)特性的納 米線在各種應(yīng)用(例如，太陽(yáng)能電池、傳感器、光電探測(cè)器、發(fā)光二極管、激
光二極管、EL裝置、PL裝置、CL裝置、FET、 CTF、表面等離子波導(dǎo)(surface plasmon waveguide)、 MOS電容器等)中被有效地4吏用。
現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。
根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，納米線包含富硅氧化物。富硅氧化物以 SiOx((Kx〈2)的形式存在，并且包含過(guò)量的硅。當(dāng)納米線包含具有高硅含量的 富硅氧化物時(shí)，納米線可表現(xiàn)出比其它對(duì)比的大塊二氧化硅納米線(silica nanowire)更好的導(dǎo)電性質(zhì)和光學(xué)特性，從而克服限制在各種商業(yè)應(yīng)用中使用 二氧化硅納米線或硅納米線的技術(shù)局限性。
圖1A至圖1H是示出根據(jù)該公開的示例性實(shí)施例的納米線的示例性示意 透視圖。參照?qǐng)D1A,根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的納米線100是線性形狀的，并 且只包含富硅氧化物。參照?qǐng)D1B,根據(jù)另一示例性實(shí)施例的納米線包含芯部 分1和殼部分2，其中，芯部分1包含晶體的富硅氧化物或非晶的富硅氧化 物，而殼部分2包含二氧化硅。在這種情況下，在形成納米線的過(guò)程中，可 通過(guò)用氧來(lái)氧化硅，從而生成包含在殼部分2中的二氧化硅。
如圖1C所示，根據(jù)另一示例性實(shí)施例的納米線可具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，在包含富硅氧化物的納米線中，金屬納米點(diǎn)3沿特定方向排列。在一個(gè) 實(shí)施例中，納米點(diǎn)3沿與納米線的長(zhǎng)度平行的方向排列。納米點(diǎn)通常沿納米 線的縱軸方向排列。
如圖1D所示，才艮據(jù)另一示例性實(shí)施例的納米線包括芯部分1和殼部分2， 其中，芯部分1包括沿特定方向排列的金屬納米點(diǎn)3。包括沿特定方向在納 米線中心排列的納米點(diǎn)陣列的納米線可以有利于應(yīng)用在電子裝置和/或光學(xué) 裝置的制造中。這樣，納米線的芯部分1的功能為與金屬納米點(diǎn)工作地連通 并物理地連通。
金屬納米點(diǎn)3可包含能夠用作使納米線生長(zhǎng)的催化劑的金屬。在一個(gè)實(shí) 施例中，用作催化劑的金屬是從由金(Au)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、銀(Ag)、鋁(A1)、 鈀(Pd)等以及它們的混合物組成的組中選出的至少 一種。
這里，在納米線中沿特定方向排列的金屬納米點(diǎn)的直徑可以等于或小于 納米線的直徑，而不受任何特殊限制。金屬納米點(diǎn)可以以大約10納米(nm) 至大約1微米(iim)的期望間距來(lái)排列。
根據(jù)本公開的另一示例性實(shí)施例，如圖1E所示，納米線可以在包含富硅 氧化物的納米線100中包括硅點(diǎn)4。
此外，如圖1F所示，根據(jù)另一示例性實(shí)施例的納米線可包括芯部分1和 殼部分2，其中，殼部分2可包括分散在其中的硅點(diǎn)4。
如圖1G所示，根據(jù)另一示例性實(shí)施例的包含富硅氧化物的納米線100 可包括在納米線100中沿特定方向排列的金屬納米點(diǎn)3，并且還可包括在納 米線100中的硅點(diǎn)4。
如圖1H所示，根據(jù)另一示例性實(shí)施例的納米線100可包括芯部分1和 殼部分2，其中，芯部分1具有金屬納米點(diǎn)陣列，而殼部分2包括分散在其 中的硅點(diǎn)4。
與其它對(duì)比的市場(chǎng)上可買到的現(xiàn)有的體硅相比，這種硅點(diǎn)4可用于改善 光學(xué)特性，因此，這種硅點(diǎn)4被有效地應(yīng)用于發(fā)光裝置、光接收裝置和/或存 儲(chǔ)裝置。例如，將包含富硅氧化物的納米線加熱到至少1000。C的高溫和/或用 激光照射所述納米線會(huì)允許過(guò)量的硅形成硅核(silicon nucleus)并產(chǎn)生平均粒 度為若干納米的硅量子點(diǎn)。對(duì)于圖1F和圖1H中示出的納米線，由于芯部分 1中的富硅氧化物中包含的過(guò)量的硅，所以在殼部分2中產(chǎn)生硅點(diǎn)4。這種硅 點(diǎn)可表現(xiàn)出通常在傳統(tǒng)的體硅中不能獲得的光學(xué)特征，因此發(fā)射和/或吸收可
8見光語(yǔ)中的光。
其它示例性實(shí)施例提出了一種用于生產(chǎn)具有上述結(jié)構(gòu)的包含富硅氧化物的納米線的方法。
根據(jù)本公開的 一 個(gè)示例性實(shí)施例， 一 種用于生產(chǎn)納米線的方法包括用金屬催化劑涂覆硅基底。然后，在與金屬催化劑的暴露的表面相對(duì)的位置處設(shè)
置蓋子。蓋子與硅基底(涂覆有金屬催化劑)的組合稱作室(chamber)。形成室之后，氣體被引入到室中?？稍跔t中執(zhí)行將氣體引入到室中的步驟。然后，
并促進(jìn)納米線的生產(chǎn)。
在納米線的生產(chǎn)過(guò)程中，可在硅基底下方放置基座(susceptor)。換言之，基座可設(shè)置在硅基底的與金屬催化劑接觸的表面相對(duì)的表面上。
可通過(guò)氣-液-固(VLS)工藝、固-液-固(SLS)工藝或它們的組合來(lái)舉例說(shuō)明納米線生長(zhǎng)工藝。
更具體地說(shuō)，VLS工藝包括以下步驟用金屬催化劑(例如Au、 Co、 Ni等)涂覆硅基底；將涂覆過(guò)的基底放置在高溫爐中；將外部硅源(例如，硅烷(SiH4))以氣相形式引入到爐室中，使得蒸氣狀態(tài)(vaporphase)的硅基成分凝聚在(熔融狀態(tài)的)催化劑的表面上并在該表面上形成晶體，所述晶體隨后生長(zhǎng)為石圭納米線。
另一方面，SLS工藝的特征在于從固態(tài)基底(即，涂覆有金屬催化劑的硅基底)擴(kuò)散的硅凝聚在熔融狀態(tài)的催化劑的表面并在該表面上形成晶體，所述晶體隨后生長(zhǎng)為硅納米線，而不需要添加可選的蒸氣狀態(tài)的硅。
上面公開的示例性實(shí)施例基本上適合SLS工藝和/或VLS工藝，以形成納米線，通過(guò)下面的描述將更加清楚地理解它們的每個(gè)操作。
(a)用金屬催化劑涂覆硅基底
參照?qǐng)D2A，根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的生產(chǎn)納米線的工藝包括將金屬催化劑(例如，Au催化劑的層)涂覆到硅基底10上，以形成涂覆層20。為了去除異物或雜質(zhì)，可在根據(jù)任何傳統(tǒng)的方法沉積金屬催化劑之前清洗基底10。
只要通常的基底可作為用于生長(zhǎng)納米線的線源，則硅基底IO就可包括它
們。更具體地說(shuō)，基底可包括硅基底。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用涂覆有硅的玻璃基底或塑料基底來(lái)代替硅基底。只要通常的金屬催化劑能夠使線生長(zhǎng)，則涂覆到硅基底上的金屬催化劑
就可包括它們。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬催化劑是過(guò)渡金屬。催化劑可包括Au、Ni、 Fe、 Ag、 Al、 Pd及它們的混合物，但是不具體局限于此。
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形式的涂覆層20。這樣的涂覆層的厚度可以不超過(guò)大約50nm。
除非與本公開的目的相背，否則可以使用任何用金屬催化劑涂覆基底的
方法。這可包括這樣的工藝，例如，化學(xué)氣相沉積(CVD)、';賤射、電子束蒸
發(fā)、真空氣相沉積、旋涂、浸漬等。在示例性實(shí)施例中，對(duì)于利用任何公知
的催化劑涂覆基底的目可執(zhí)行旋涂或浸漬。
根據(jù)另 一 示例性實(shí)施例的納米線具有基于金屬催化劑的直徑的不同直
徑。因此，調(diào)節(jié)金屬催化劑的直徑控制納米線的直徑。
(b) 制備室
接著，制備室。所述室可包括具有足夠生長(zhǎng)納米線的尺寸的普通室。硅基底位于該室中。然后，將氣體(例如，Ar和氧氣)引入到室中以促進(jìn)納米線的生長(zhǎng)。將在下面的部分(c)中給出對(duì)納米線的生長(zhǎng)的詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D2A,通過(guò)在上面的操作(a)中描述的涂覆有金屬催化劑的硅基底10上設(shè)置蓋子30來(lái)制備室。蓋子設(shè)置在與金屬催化劑被暴露的表面相對(duì)的位置處。蓋子30和基底IO之間存在大約10)im至大約100)im的間隙，然而本公開的實(shí)施例不具體地局限于此?？墒褂弥T如石英、碳化硅(SiC)等耐火材料來(lái)制造蓋子30,然而本公開的實(shí)施例不具體地局限于此。
如圖2B所示，室作為用于使納米線生長(zhǎng)的反應(yīng)爐。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，從操作(a)獲得的涂覆過(guò)的硅基底10與基座60結(jié)合使用，以形成室。如上所述，涂覆過(guò)的硅基底IO和基座60之間可具有大約lO)im至大約100|im的縫隙，從而形成室。
(c) 利用在加熱過(guò)程中從硅基底擴(kuò)散或蒸發(fā)的納米線源形成納米線根據(jù)本公開的實(shí)施例，利用從基底擴(kuò)散或蒸發(fā)的納米線源來(lái)形成納米線，
而不需要添加可選的蒸氣狀態(tài)的納米線源。
當(dāng)在室中形成納米線時(shí)，可以將氧氣(oxygen)以期望的量與從氬氣(Ar)、氮?dú)?N2)、氦氣(He)、氫氣(H2)及它們的任意混合物中選擇的至少一種氣體一起引入，使得室內(nèi)部的氧氣分壓為大約2xl(T'托(torr)至大約2><10-6托，或者為大約2xl(^托至大約2xl(^托。在這種情況下，這些少量的氧氣起著在室
10中使納米線生長(zhǎng)的作用。如上所述，納米線包含富硅氧化物。換言之，將足
以達(dá)到大約2xl(T'托至大約2xlO"托的內(nèi)部氧氣分壓的期望量的氧氣引入到室中使得具有SiOx(其中，0〈x〈2)組成的納米線的生長(zhǎng)，從而生產(chǎn)包含富硅氧化物的納米線。如果將被引入的氧氣的量超過(guò)期望水平，因此使內(nèi)部氧氣分壓增加到大于大約2xl0-'托，則會(huì)獲得二氧化硅(Si02)納米線。另一方面，當(dāng)將被引入的氧氣的量少于期望水平，因此使內(nèi)部氧氣分壓減小到小于大約2><10-6托，則會(huì)形成硅(Si)納米線。
對(duì)于在圖2A和圖2B中示出的室中納米線的形成，在硅基底10上形成金屬催化劑涂覆層20,然后用蓋子30覆蓋涂覆過(guò)的基底(圖2A)，或者相反，將具有涂覆層的基底朝基座60反過(guò)來(lái)設(shè)置(圖2B)，以形成室。將氣體引入室中的同時(shí)加熱室會(huì)促進(jìn)納米線源從基底的擴(kuò)散或蒸發(fā)，從而形成作為最終產(chǎn)品的納米線。
用于在室中生產(chǎn)納米線的氣體不被具體地限定，但可包括Ar、 N2、 He、H2及它們的任意混合物。另外，將被引入的氣體的流速可以是大約0.001至大約10標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slm),然而當(dāng)使用不同工藝時(shí)，這些值可以改變。
將氣體引入到室中同時(shí)加熱室的步驟可以這樣執(zhí)行，即，在壓力為大約10托至760托下，在溫度為大約400'C至大約1300'C或大約80(TC至大約1200。C下，加熱幾分鐘至幾小時(shí)。然而，例如工藝壓力、加熱溫度和/或加熱時(shí)間的條件可取決于使納米線生長(zhǎng)所應(yīng)用的不同工藝，因此可改變所指定的條件。
此外，將氣體引入室中同時(shí)加熱室會(huì)使硅基底上的催化劑涂覆層的金屬成分在使納米線生長(zhǎng)的過(guò)程中混入納米線中。
不受理論限制，納米線的生長(zhǎng)可基于這樣的構(gòu)思，即，最初與液相的金屬催化劑共存的硅和包含在催化劑中的金屬成分一起沉淀。例如，施加電場(chǎng)和/或機(jī)械力可調(diào)節(jié)金屬納米點(diǎn)之間的間隙和/或調(diào)整納米線中的富硅氧化物的含量，因此生產(chǎn)具有不同的物理(或機(jī)械)性質(zhì)的納米線。
如上所述，在使納米線生長(zhǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生包含在納米線中的金屬納米點(diǎn)。因此，納米點(diǎn)的數(shù)量取決于涂覆到最初的硅基底上的金屬催化劑的量。
對(duì)于在室中形成的納米線，在硅基底的周圍形成了與在硅基底的中心部分形成的納米線種類不同的納米線(具有不同的物理性質(zhì))。更具體地說(shuō)，在硅基底的周圍附近形成了第一種納米線，而在基底的內(nèi)側(cè)形成第二種納米線。如從圖2A和圖2B中可見的，第二種納米線被第一種納米線包圍?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述生產(chǎn)納米線的工藝。參照?qǐng)D2A和圖2B，第一種納 米線40利用從固態(tài)基底擴(kuò)散的硅原子作為納米線源，通過(guò)SLS工藝形成在 硅基底的周圍(位置P1)附近。每個(gè)形成的納米線40由芯部分和殼部分組成， 其中，芯部分可包含晶體的富硅氧化物或非晶的富硅氧化物，而殼部分可包 含二氧化硅。
取代直接引入外部納米線源，例如，從硅基底蒸發(fā)的蒸氣狀態(tài)硅作為納 米線源，第二種納米線50可通過(guò)類似VLS的工藝形成在基底內(nèi)側(cè)，具體地 說(shuō)，形成在基底的被第一種納米線40包圍的內(nèi)部區(qū)域(位置P2)處。換言之， 雖然VLS工藝需要引入外部蒸氣狀態(tài)納米線源，但是該工藝的特征在于首 先在硅基底中形成由第 一種納米線圍繞的區(qū)域；在加熱基底以提高基底的內(nèi) 部溫度的同時(shí)從基底產(chǎn)生硅蒸氣；用硅蒸氣填充基底的內(nèi)部空間；利用從處 理過(guò)的基底蒸發(fā)的蒸氣狀態(tài)硅作為納米線源，因此導(dǎo)致第二種納米線的生長(zhǎng)。 這里可將上面公開的工藝定義為"類似氣-液-固(VLS)工藝"。
上面描述的第二種納米線可包括沿特定方向在其中排列的金屬納米點(diǎn)。
從基底蒸發(fā)的納米線源取決于基底的表面面積。即，隨著表面面積增加， 蒸發(fā)的納米線源的量增加，同時(shí)促進(jìn)納米線的形成。
改變加熱溫度和/或加熱時(shí)間可控制將要生長(zhǎng)的納米線的長(zhǎng)度。另外，自 然冷卻或在例如氮?dú)獾臍饬?流速為若干標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)至若干升)下冷 卻以將基底的溫度降低至大約700°C，可終止納米線的生長(zhǎng)。
此外，可執(zhí)行另外的氧化工藝以控制納米線的寬度。更具體地說(shuō)，在形 成納米線之后可執(zhí)行氧化工藝，以加速在納米線的外表面的氧化硅(silicon oxide)層的形成，從而控制納米線的厚度。
(d)在形成的納米線上產(chǎn)生硅點(diǎn)
根據(jù)本公開的其它實(shí)施例，在操作(c)之后加熱所形成的納米線或用激光 照射所形成的納米線可形成硅點(diǎn)。可在大約80(TC至大約1300。C下執(zhí)行加熱 工藝大約IO分鐘至大約1500分鐘，然而，該加熱工藝取決于不同的工藝條件。
如上面公開的，高溫加熱和/或用激光照射包含富硅氧化物的納米線可形 成由過(guò)量的硅產(chǎn)生的硅核，從而產(chǎn)生大小為若干納米的硅點(diǎn)。這種硅點(diǎn)可分 布在整個(gè)納米線中。
本公開的其它示例性實(shí)施例在于一種具有上述包含富硅氧化物的納米線
12的電子裝置。該電子裝置表現(xiàn)出良好的感光性和導(dǎo)電性，因此，該電子裝置 可用于包括例如太陽(yáng)能電池、傳感器、光電探測(cè)器、發(fā)光二極管、激光二極
管、EL裝置、PL裝置、CL裝置、FET、 CTF、表面等離子體波導(dǎo)和/或MOS 電容器的各種應(yīng)用中。
在下文中，將參照下面的示例更詳細(xì)地解釋所公開的實(shí)施例。然而，給 出這些示例是出于示意性的目的，而不意圖限制本公開。 示例
制備示例1:形成納米線
圖2A是示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的生產(chǎn)納米線的設(shè)備的示意性 剖視圖。參照該圖，將對(duì)生產(chǎn)納米線的工藝給出詳細(xì)描述。
通過(guò)有機(jī)清洗并通過(guò)使用氟酸去除涂覆在硅基底10上的自然氧化膜，然 后，用金納米顆粒(由Nippon Paint Co. Ltd.制造)旋涂處理過(guò)的基底至30nm的 厚度。然后，具有由金屬催化劑制成的涂覆層20的基底被放置在基座上，或 用蓋子30覆蓋基底以形成室。金屬催化劑包含金納米顆粒。室保持真空然后 被加熱到1000 °C ，同時(shí)以70sccm引入Ar氣以達(dá)到5 00托的工藝壓力，因此 在硅基底10的周圍側(cè)(P1)附近形成第一種納米線40。
在達(dá)到1000。C的工藝溫度之后，該溫度被保持30分鐘。從硅基底蒸發(fā) 的硅氣體在硅基底10中(即，硅基底的被第一種納米線40包圍的內(nèi)部區(qū)域(P2) 處)被用作納米線源，以使在其中具有金屬納米點(diǎn)的第二種納米線50生長(zhǎng)。 然后，納米線在環(huán)境條件下被緩慢冷卻至大約70(TC的溫度，以終止納米線 的生長(zhǎng)。
圖3A至圖3C是示出根據(jù)本公開的制備示例1形成的第一種納米線的 TEM照片。更具體地說(shuō)，圖3A是示出在圖2A中指出的Pl處生長(zhǎng)的第一種 納米線的照片?？梢杂^察到納米線具有芯/殼結(jié)構(gòu)，并且所形成的芯部分是晶 體而殼部分具有非晶相。參照?qǐng)D3B，芯部分具有清晰的晶格。如圖3C所示， 從原子TEM圖像中觀察到一些例如晶體形式的孿晶的缺陷。
圖4A和圖4B是示出根據(jù)本公開的制備示例1形成的第 一種納米線的電 子能量損失譜(EELS)和能量色散譜(EDS)分析的結(jié)果的曲線圖。參照?qǐng)D4A, 在對(duì)應(yīng)于第一種納米線的芯部分的曲線Al和對(duì)應(yīng)于第一種納米線的殼部分 的曲線A2之間觀察到差別。因此，可以相信，雖然芯部分和殼部分由相同 的成分制成，但是芯部分和殼部分具有不同的組成或相(phase)。
13參照?qǐng)D4B,曲線Al表示Si與氧含量的比(％)，即，Si:0=47:53，而曲 線A2表示Si:0=33:67，意思是曲線Al和曲線A2兩者在^:和氧的含量方面 具有不同的組成。因此，可證明芯部分包含富硅氧化物，而殼部分包含二氧化硅。
圖5是示出在圖2A中示出的P2處生長(zhǎng)的一條第二種納米線的TEM照 片，所述納米線包含富硅氧化物并具有在其中沿特定方向排列的金屬(Au)納 米點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。
圖6A和圖6B是示出在圖2A中示出的P2處生長(zhǎng)的另一條第二種納米 線的TEM照片。如圖6A中可見，納米線具有芯部分和殼部分，以及在芯部 分中沿特定方向排列的Au納米點(diǎn)。Au納米點(diǎn)沿納米線的縱軸方向排列。
圖6B是圖6A中的高亮區(qū)域Q的放大照片，參照?qǐng)D6B，清晰地觀察到 納米線包括與Au納米點(diǎn)4妄觸的芯部分Ql和圍繞Au納米點(diǎn)的殼部分Q2。通 過(guò)EELS分析來(lái)確定芯部分和殼部分的構(gòu)成成分，如圖6C所示。曲線Si-L, 或曲線Si丄2，3表示由于硅的原子軌道差異而產(chǎn)生的峰的位置。由此，可證明 與Au納米點(diǎn)接觸的芯部分Ql包含晶體的富硅氧化物，而殼部分Q2包含二 氧化硅。
另外，在圖2A中的基底的中心部分(由位置P3表示)，納米線不生長(zhǎng)至 任何顯著長(zhǎng)度。通常，在位置P3，納米線生長(zhǎng)至小于l)am的長(zhǎng)度。
因此，應(yīng)注意的是，在基底的不同位置上生長(zhǎng)具有不同形狀的納米線。 換言之，納米線的形狀和種類與位置相關(guān)。
制備示例2:形成納米線
將由制備示例1獲得的納米線在IIOO'C下加熱360分鐘，以獲得完成的 納米線。在圖7的TEM照片中示出了獲得的納米線，其中，可在納米線內(nèi)部 觀察到硅點(diǎn)。
已經(jīng)參照前述示例性實(shí)施例詳細(xì)地描述了/^開的實(shí)施例。然而，提出這 些實(shí)施例僅僅是為了示意性的目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本 公開的范圍和精神的情況下，能夠進(jìn)行各種修改和改變。因此，尋求保護(hù)的 主題的范圍僅由權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1、一種納米線，所述納米線包含富硅氧化物。
2、 如權(quán)利要求1所述的納米線，其中，所述納米線包括芯部分和殼部分； 芯部分包含晶體的富硅氧化物或非晶的富硅氧化物，而殼部分包含二氧化硅。
3、 如權(quán)利要求1所述的納米線，其中，所述納米線包含金屬納米點(diǎn)；金 屬納米點(diǎn)沿與納米線的縱軸平行的方向排列。
4、 如權(quán)利要求2所述的納米線，其中，納米線中的芯部分包含金屬納米 點(diǎn)；金屬納米點(diǎn)沿與納米線的縱軸平行的方向排列。
5、 如權(quán)利要求1所述的納米線，其中，所述納米線包含硅點(diǎn)。
6、 如權(quán)利要求2所述的納米線，其中，納米線的殼部分包含硅點(diǎn)。
7、 如權(quán)利要求3所述的納米線，其中，金屬納米點(diǎn)包含從由Au、 Ni、 Fe、 Ag、 Al、 Pd及它們的混合物組成的組中選擇的至少一種金屬。
8、 一種生產(chǎn)包含富硅氧化物的納米線的方法，該方法包括以下步驟 用金屬催化劑涂覆硅基底；在硅基底上制備室； 將氣體引入到所述室中；加熱所述室，使得納米線源從硅基底擴(kuò)散或蒸發(fā)以形成納米線。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過(guò)將涂覆過(guò)的硅基底設(shè)置在基座 上或在基底上覆蓋蓋子來(lái)執(zhí)行制備室的操作。
10、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過(guò)朝向基座裝載涂覆過(guò)的硅基 底來(lái)執(zhí)行制備室的操作；所述基座被設(shè)置為與金屬催化劑的暴露表面相對(duì)。
11、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，包含在硅基底上的催化劑涂覆層 中的金屬成分在使納米線生長(zhǎng)的過(guò)程中混入到納米線中。
12、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在40(TC至1300。C下并且在10 托至760托的壓力下執(zhí)行加熱步驟。
13、 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括加熱或用激光照射形成的納米線 以在納米線中產(chǎn)生硅點(diǎn)的操作。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在800。C至1300。C下執(zhí)行加熱 IO分鐘至1500分鐘。
15、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，金屬催化劑從由Au、 Ni、 Fe、 Ag、 Al、 Pd及它們的混合物組成的組中選擇，并且金屬催化劑以納米顆?；?薄膜的形式涂覆到所述基底。
16、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過(guò)將氧氣以期望的量與從Ar、 N2、 He、 H2及它們的任意混合物選擇的至少一種氣體一起引入，使得室具有 2xl(T1托至2x l(T6托的內(nèi)部氧氣分壓，從而執(zhí)行將氣體引入到室中的步驟。
17、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過(guò)以0.001標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘至10 標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘的量來(lái)引入從Ar、 N2、 He、 H2及任何它們?nèi)我獾幕旌衔镏羞x 擇的至少 一種氣體，從而執(zhí)行將氣體引入到室中的步驟。
18、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在硅基底的周圍附近形成第一種 納米線；通過(guò)從硅基底蒸發(fā)的蒸氣狀態(tài)硅作為納米線源在被第 一種納米線圍 繞的基底上形成第二種納米線。
19、 一種具有權(quán)利要求1的包含富硅氧化物的納米線的電子裝置。
20、 如權(quán)利要求20所述的電子裝置，其中，所述電子裝置從由太陽(yáng)能電 池、傳感器、光電探測(cè)器、發(fā)光二極管、激光二極管、電致發(fā)光裝置、光致 發(fā)光裝置、陰極發(fā)光裝置、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、電荷捕獲閃速存儲(chǔ)器、表面等離 子波導(dǎo)和MOS電容器組成的組中選擇。
全文摘要
這里公開了納米線、納米線的生產(chǎn)方法及電子裝置。所述納米線包含富硅氧化物。所述納米線表現(xiàn)出優(yōu)良的導(dǎo)電性質(zhì)和光學(xué)特性，因此所述納米線有效地應(yīng)用在包括例如太陽(yáng)能電池、傳感器、光電探測(cè)器、發(fā)光二極管、激光二極管、EL裝置、PL裝置、CL裝置、FET、CTF、表面等離子波導(dǎo)、MOS電容器等的各種應(yīng)用中。
文檔編號(hào)B82B1/00GK101643196SQ20091000418
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者崔秉龍, 樸京洙, 李銀京, 韓在熔 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社