专利汇可以提供纳米结构及其制造方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且通过采用具有不同带隙的不同材料形成晶须的长度部分,将共振隧穿 二极管 和其它一维 电子 、 光子 结构以及机电MEMS装置制成 纳米晶 须中的 异质结 构。因此,共振隧穿二极管包括纳米晶须,该纳米晶须在其一端具有籽晶颗粒熔融体并具有纳米尺寸的恒定直径的柱,从而展现出 量子局限 效应,该柱包括:分别包含发射极和集 电极 的第一和第二 半导体 部分、位于第一和第二半导体部分之间的第三和第四部分以及位于第三和第四部分之间并形成 量子阱 的第五中央部分,其中,第三和第四部分的材料具有不同于第一和第二半导体部分的带隙,第五中央部分的半导体材料具有不同于第三和第四部分的带隙。RTD通过一种方法制成,该方法包括:在衬底上沉积颗粒,并将该籽晶颗粒暴露于处于 温度 和压 力 控制条件下的材料中,从而用该籽晶颗粒形成熔融体,因此,该籽晶颗粒在柱的顶端爬升,以形成纳米晶须,该纳米晶须的柱具有纳米尺寸的恒定直径;在柱的生长过程中,有选择地改变所述气体的组分,从而不连续地改变该柱在沿着其长度区域中的材料组分,并同时维持 外延 生长 ,其中,所述部分的材料之间的晶格失配通过边界处的晶须沿径向向外膨胀得以调适。,下面是纳米结构及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种纳米晶须,包括:具有纳米尺寸直径的柱,
该柱沿着其长度至少包括不同结晶材料的第一和第二长度部分,在 该第一和第二部分之间具有组分边界,其中所述柱的直径使得由组分边 界处的晶格失配所导致的晶格应变基本上通过向外的原子侧位移得以调 适,其中该第一和第二部分结晶材料之间的组分边界在不超过8个径向 晶面的轴向间距上延伸。
2.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱的直径沿着 该柱的长度基本上恒定。
3.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,所述纳米晶须呈锥 形,以使得其直径沿着所述柱的长度以被控制的方式变化。
4.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱的直径使该 纳米晶须展现出量子局限效应。
5.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,所述纳米晶须还包 括位于其一端的催化颗粒。
6.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,所述第一和第二部 分的结晶材料之间的组分边界在不超过7个径向晶面的轴向间距上延伸。
7.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,所述第一和第二部 分的材料为半导体III-V族材料。
8.一种阵列,其包括多个如权利要求1所述的纳米晶须,且各晶须 相互平行延伸。
9.一种纳米晶须,包括:具有纳米尺寸直径的柱,
该该柱沿着其长度至少包括不同结晶材料的第一和第二长度部分, 该第一部分具有A1-xBxC形式的化学计量组分,该第二部分具有A1-yByC 形式的化学计量组分,其中A、B和C为选定元素,x和y为在0与1 之间范围内的不同数字,其中,位于第一和第二部分之间的组分边界表 现为在预定数量的径向晶面上从变量x至变量y的变化。
10.如权利要求9所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱的直径沿着 该柱为恒量。
11.如权利要求9所述的纳米晶须,其特征在于,所述纳米晶须呈锥 形,从而使得其直径沿着所述柱的长度以被控制的方式变化。
12.如权利要求9所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱的直径使纳 米晶须展现出量子局限效应。
13.如权利要求9所述的纳米晶须,其特征在于,所述纳米晶须还包 括位于其一端的催化颗粒。
14.如权利要求9所述的纳米晶须,其特征在于,组分边界处的晶格 失配基本上通过向外的原子侧位移得以调适。
15.如权利要求9所述的纳米晶须,其特征在于,所述第一和第二部 分的材料为半导体III-V族材料。
16.一种阵列,其包括多个如权利要求9所述的纳米晶须,且各晶须 相互平行延伸。
17.一种纳米晶须,包括:具有纳米尺寸直径的柱,
该柱沿着其长度至少包括不同结晶材料的第一和第二长度部分,在 该第一和第二部分之间具有径向材料边界,所述材料边界由出现在不超 过8个径向晶面的轴向间距之内的所述不同结晶材料之间的转变确定。
18.如权利要求17所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱的直径沿 着该柱为恒量。
19.如权利要求17所述的纳米晶须,其特征在于,所述纳米晶须呈 锥形,以提供沿着所述柱的长度以被控制的方式变化的直径。
20.如权利要求17所述的纳米晶须,其特征在于,所述纳米晶须的 直径使该纳米晶须展现出量子局限效应。
21.如权利要求17所述的纳米晶须,其特征在于,所述纳米晶须还 包括位于其一端的催化颗粒。
22.如权利要求17所述的纳米晶须,其特征在于,第一和第二部分 结晶材料之间的组分边界在1-3个晶面的轴向间距上延伸。
23.如权利要求17所述的纳米晶须,其特征在于,所述第一和第二 部分的材料为半导体III-V族材料。
24.一种阵列,包括多个如权利要求1所述的纳米晶须,且各晶须相 互平行延伸。
25.一种异质结构纳米晶须,包括:具有纳米尺寸直径的柱,
该柱沿着其长度具有多个不同材料组分的长度部分,在相邻部分之 间具有预定的组分边界,所述组分边界在该纳米晶须柱的预定长度上延 伸,并在该边界处产生预定的带隙变化。
26.一种共振隧穿二极管,其包括纳米晶须,该纳米晶须包含具有纳 米尺寸直径的柱,从而展现出量子局限效应,
该柱沿着其长度依次包括发射极部分、第一势垒部分、量子阱部分、 第二势垒部分和集电极部分,每个所述势垒部分的带隙大于相邻部分的 带隙,且具有这样的长度,以使电荷载流子可在所述发射极部分与所述 量子阱部分之间以及所述量子阱部分与所述集电极部分之间隧穿。
27.如权利要求26所述的共振隧穿二极管,其特征在于,所述势垒 部分由绝缘宽带隙材料组成。
28.如权利要求26所述的共振隧穿二极管,其特征在于,所述发射 极部分、势垒部分、量子阱部分以及集电极部分由半导体材料组成。
29.如权利要求28所述的共振隧穿二极管,其特征在于,所述发射 极部分、量子阱部分以及集电极部分由砷化铟制成,所述势垒部分由磷 化铟制成。
30.如权利要求26所述的共振隧穿二极管,其特征在于,所述柱的 直径沿该柱的长度基本上为恒量。
31.如权利要求26所述的共振隧穿二极管,其特征在于,所述纳米 晶须呈锥形,以使得所述柱的直径沿着该柱的长度以被控制的方式变化。
32.一种异质双极性晶体管,包括纳米晶须,该纳米晶须包含具有纳 米尺寸直径的柱,
该柱沿着其长度依次包括发射极、基极和集电极半导体部分,每个 所述半导体部分具有带隙,其中,发射极半导体部分的带隙大于基极和 集电极半导体部分的带隙,且基极和集电极半导体部分以相反的类型进 行掺杂,以提供位于它们之间的p-n结。
33.如权利要求32所述的异质双极性晶体管,其特征在于,所述位 于基极与集电极半导体部分之间的p-n结包括缓变化学计量组分。
34.一种单光子光源,包括一维纳米元件,该纳米元件沿着其长度布 置有用于形成量子阱的大量光学活性材料,隧穿势垒形成于该量子阱的 任一侧,从而在使用时该量子阱可一次发射一个光子。
35.一种发光二极管,包括纳米晶须,该纳米晶须包含具有纳米尺寸 直径的柱,从而展现出量子局限效应,
该柱沿着其长度依次包括第一、第二和第三半导体长度部分,该三 个部分分别包括发射极、量子阱激活部分和集电极,所述第二半导体长 度部分具有不同于第一和第三半导体长度部分的带隙,并形成发光二极 管的激活区。
36.如权利要求35所述的发光二极管,其特征在于,包括激光器, 并包括位于所述第一和第二部分中的反射镜面。
37.如权利要求36所述的发光二极管,其特征在于,所述反射镜面 由所述纳米晶须中的超晶格形成,每个超晶格由不同带隙材料的交替序 列形成。
38.一种用于生物材料的近场选择激发的结构,该结构包括:
发光二极管,该发光二极管包括一维纳米元件,该纳米元件沿着其 长度布置有大量光学活性材料,这些材料足够小,以形成量子阱,隧穿 势垒形成于该量子阱的任一侧,以用于发出电磁辐射;以及
定位装置,其用于将生物材料定位于该二极管附近,以由该二极管 发出的近场辐射激发该生物材料。
39.一种用于在纳米压印蚀刻工艺中在光致抗蚀剂层上形成图案的 装置,该装置包括一托架,该托架可在一光致抗蚀剂表面上方移动并携 带有发光二极管阵列,
所述阵列的每个发光二极管包括一维纳米元件,该纳米元件沿着其 长度布置有大量光学活性材料,这些材料足够小,以形成量子阱,隧穿 势垒形成于该量子阱的任一侧,
这些纳米元件并排设置但可以有选择地进行激发,从而在所述光致 抗蚀剂表面上形成所需图案。
40.一种光电探测器,包括纳米晶须,该纳米晶须包含具有纳米尺寸 直径的柱,
该柱沿着其长度包括第一和第二部分,该两部分具有用于形成p-n 结的界面。
41.一种光电探测器,包括纳米晶须,该纳米晶须具有纳米尺寸直径 的柱,
该柱包括第一p型掺杂半导体长度部分、第二n型掺杂半导体长度 部分以及位于所述第一和第二半导体部分之间的第三本征半导体长度部 分,以形成PIN二极管。
42.一种太阳能电池,包括:
导电衬底;
多个从所述衬底延伸的纳米晶须,每个纳米晶须包含具有纳米尺寸 直径的柱,该柱包括第一p型掺杂半导体长度部分和第二n型掺杂半导 体长度部分,所述第一和第二半导体部分之间具有用于形成p-n结的界 面,
该纳米晶须被封装在透明材料中;以及
透明电极,其延伸于该晶须的自由端上,并与其电接触。
43.如权利要求42所述的太阳能电池,其特征在于,每个纳米晶须 具有多个位于半导体长度部分之间的p-n结,所述半导体被选择,以形成 吸收太阳辐射的多种不同波长的p-n结。
44.一种太赫辐射源,包括纳米晶须,该纳米晶须包含具有纳米尺寸 直径的柱,该柱包括与多层第二带隙材料交替插入的多层第一带隙半导 体,从而形成超晶格,该尺寸被选择,以使电子能够以一波矢在所述超 晶格中运动,从而发出太赫辐射。
45.一种光子晶体,包括衬底和从该衬底的一侧延伸的一维纳米元件 阵列,每个元件从该衬底竖直延伸并具有基本上恒定不变的纳米尺寸直 径,
其中该纳米元件阵列布置在二维点阵中,从而为入射电磁辐射提供 光子带隙。
46.如权利要求45所述的光子晶体,其特征在于,每个纳米元件的 直径不大于100nm。
47.如权利要求45所述的光子晶体,其特征在于,所述纳米元件以 大约300nm的距离隔开。
48.如权利要求45所述的光子晶体,其特征在于,每个纳米元件包 括具有多个第一类型的长度部分的纳米晶须,该第一类型的长度部分由 具有第一折射率和具有第一预定长度的材料组成,所述第一类型的部分 与至少一个第二类型的部分交替,该第二类型的部分由具有第二折射率 和具有第二预定长度的材料组成,所述第一和第二折射率以及所述第一 和第二预定长度被选择,以形成三维光子晶体。
49.一种形成光子晶体的方法,该方法包括:
在衬底表面上形成籽晶颗粒形成区域的阵列,该阵列布置在一二维 点阵结构中;
处理所述区域,以形成籽晶颗粒;以及
利用所述籽晶颗粒生长纳米晶须,从而使得每个纳米晶须从衬底竖 直延伸并具有基本上恒定不变的预定尺寸的直径,以为入射电磁辐射提 供光子带隙。
50.一种用于在第一结晶材料的衬底上形成第二结晶材料的外延层 的方法,所述第一结晶材料不同于所述第二结晶材料,该方法包括:
在衬底表面上形成多个籽晶颗粒材料区域;
在所述籽晶颗粒材料区域周围形成一层覆盖材料;
从该籽晶颗粒材料区域生长所述第二结晶材料的纳米晶须;以及
利用该纳米晶须作为生长点,继续生长所述第二结晶材料,从而产 生在所述衬底上延伸的所述第二结晶材料的外延层。
51.如权利要求50所述的方法,其特征在于,该介电材料为碳基材 料。
52.一种层状结构,包括:
由第一结晶材料组成的结晶衬底;
覆盖所述结晶衬底的覆盖材料层,所述覆盖材料层可抑制在所述结 晶衬底的表面上的外延生长,并在其中还具有纳米尺寸的孔阵列,所述 结晶衬底的表面上的外延生长点暴露于所述孔内;以及
第二结晶材料的外延层,其从所述结晶衬底的表面上的所述外延生 长点生长而成。
53.一种用于在第一结晶材料的衬底上形成第二结晶材料的外延层 的方法,所述第一结晶材料不同于所述第二结晶材料,该方法包括:
在所述衬底上形成催化籽晶颗粒材料区域的阵列;
在所述籽晶颗粒区域周围形成覆盖材料层;
在催化籽晶颗粒区域下面催化生长所述第二结晶材料结晶相的初始 生长区域;以及
利用所述初始生长区域作为生长点,继续生长所述第二结晶材料, 从而产生在所述第一结晶材料的衬底上延伸的所述第二结晶材料的外延 层。
54.一种用于在第一结晶材料的衬底上形成第二结晶材料的外延层 的方法,所述第一结晶材料不同于所述第二结晶材料,该方法包括:
在第一结晶材料的所述衬底的上表面上形成V形凹槽;
在所述V形凹槽中提供多个催化籽晶颗粒;
从该催化籽晶颗粒生长所述第二结晶材料的纳米晶须;以及
利用该纳米晶须作为生长成核点,继续生长所述第二结晶材料,从 而产生在所述第一结晶材料的衬底上延伸的所述第二结晶材料的外延 层。
55.如权利要求54所述的方法,其特征在于,所述第一结晶材料的 衬底的上表面为<100>面,且该V形凹槽将<111>面暴露于该V形凹槽中。
56.一种层状结构,包括:
在第一结晶材料衬底的表面上生长的第二结晶材料的外延层,所述 第二结晶材料不同于所述第一结晶材料,
其中,所述第一结晶材料衬底的表面上设有V形凹槽,且多个从所 述V形凹槽延伸的纳米晶须构成所述第二结晶材料的生长外延层的成核 点。
57.一种在衬底上形成纳米晶须的方法,该方法包括:
提供衬底;
在所述衬底的表面上形成多个催化籽晶颗粒;
在第一生长条件下从所述催化籽晶颗粒初始生长纳米晶须,该第一 生长条件产生沿着<111>生长方向从衬底延伸的纳米晶须;以及
随后,通过在所述晶须中生长矮的势垒材料部分,将所述晶须的 <111>生长方向改变为<100>方向,选择所述势垒材料,以将所述<111> 生长方向改变为所述<100>生长方向。
58.一种在衬底上形成纳米晶须的方法,包括:
提供衬底;
在所述衬底的表面上形成多个催化籽晶颗粒;
在第一生长条件下从所述催化籽晶颗粒初始生长纳米晶须,该第一 生长条件产生沿着<111>生长方向从衬底延伸的纳米晶须;以及
随后,通过将第一生长条件改变为第二生长条件,将所述晶须的 <111>生长方向改变为<100>方向,该第二生长条件使所述纳米晶须沿着 <100>生长方向生长。
59.一种形成于衬底上的纳米晶须,该纳米晶须开始时沿着<111>方 向从衬底延伸,该纳米晶须的大部分长度沿着<100>方向延伸。
60.一种场致发射显示器,包括:
衬底,在其表面上具有可独立寻址的电接点区域的阵列;
至少一个一维纳米元件,其基本上从每个所述接点区域延伸并终止 于一自由端;以及
安装成与所述至少一个一维纳米元件的自由端相邻的荧光显示屏, 从而提供场致发射显示,其中该显示器的元件可独立寻址。
61.一种用于将红外区中的图像上转换成可见光区中的图像的显示 系统,该系统包括:
可透过红外辐射的导电衬底,以用于在其一个表面上接收红外图像;
从该衬底的另一侧面延伸的一维导电纳米元件的阵列,每个所述一 维纳米元件终止于一自由端;以及
结合与该一维纳米元件的自由端相邻布置的一电极的荧光显示屏, 以产生由红外图像转换成的可见光图像。
62.一种用于红外或可见光或紫外电磁辐射的天线,包括从衬底上的 金属接点区延伸的一维导电纳米元件,该一维纳米元件具有约为所述电 磁辐射的四分之一波长的长度。
63.一种形成共振隧穿二极管的方法,该方法包括:
通过一工艺在衬底上形成纳米晶须,该纳米晶须包括具有纳米尺寸 直径并由结晶半导体材料构成的柱,该工艺包括:
在衬底上沉积具有纳米尺寸直径的催化籽晶颗粒;
将所述衬底和所述催化籽晶颗粒加热至一温度,所述催化籽晶颗粒 在该温度处熔化;
将用于在温度和压力控制条件下形成第一半导体材料的成分供应给 籽晶颗粒,从而使得所述成分溶解在所述熔化催化籽晶颗粒中并从那里 结晶,以形成从所述衬底延伸的所述纳米晶须的第一部分,所述纳米晶 须的所述第一部分由所述第一结晶半导体材料组成;
停止将用于形成所述第一半导体材料的成分向所述籽晶颗粒的供 应;
在一段时间中将用于形成第二半导体材料的成分供应给籽晶颗粒, 以足以形成所述纳米晶须的第二部分,该第二半导体材料的带隙大于所 述第一半导体材料的带隙,该第二部分具有允许有效地使电荷载流子隧 穿过去的长度;
停止将用于形成所述第二半导体材料的成分向籽晶颗粒的供应;
在一段时间中将用于形成第三半导体材料的成分供应给籽晶颗粒, 以足以形成所述纳米晶须的第三部分,该第三半导体材料的带隙小于所 述第二半导体材料的带隙,该第三部分具有使得所述第三部分形成一量 子阱的长度;
停止将用于形成所述第三半导体材料的成分向籽晶颗粒的供应;
在一段时间中将用于形成第四半导体材料的成分供应给籽晶颗粒, 以足以形成所述纳米晶须的第四部分,该第四半导体材料的带隙大于所 述第三半导体材料的带隙,该第四部分具有允许有效地使电荷载流子隧 穿过去的长度;
停止将用于形成所述第四半导体材料的成分向籽晶颗粒的所述供 应;
在一段时间中将用于形成第五半导体材料的成分供应给籽晶颗粒, 以足以形成所述纳米晶须的第五部分,该第五半导体材料的带隙小于所 述第四半导体材料的带隙;以及
在所述纳米晶须的第一和第五部分之间制作电接点,并制作电终端 引线,从而形成所述共振隧穿二极管的发射极和集电极。
64.一种形成纳米晶须的方法,该方法包括:
在衬底上沉积具有纳米尺寸直径的催化籽晶颗粒;
将所述衬底和所述催化籽晶颗粒加热至一温度,所述催化籽晶颗粒 在该温度处熔化;
将用于在温度和压力控制条件下形成第一半导体材料的成分供应给 籽晶颗粒,从而使得所述成分溶解在所述熔化催化籽晶颗粒中并从那里 结晶,以形成从所述衬底延伸的所述纳米晶须的第一部分,所述纳米晶 须的所述第一部分由所述第一结晶半导体材料组成;以及
停止将用于形成所述第一结晶半导体材料的成分向籽晶颗粒的供 应,并将用于形成第二结晶半导体材料的成分供应给籽晶颗粒,从而形 成所述纳米晶须的第二部分,该第二结晶半导体材料具有不同于所述第 一结晶半导体材料的带隙,该第二部分与所述纳米晶须的所述第一部分 具有组分边界,从而形成具有至少第一和第二半导体部分的柱,其中, 由这些部分的材料之间的晶格失配所导致的晶格应变基本上通过向外的 原子侧位移得以调适。
65.一种形成纳米晶须的方法,该方法包括:
在衬底上沉积具有纳米尺寸直径的催化籽晶颗粒;
将所述衬底和所述催化籽晶颗粒加热至一温度,所述催化籽晶颗粒 在该温度处熔化;
将用于在温度和压力控制条件下形成第一半导体材料的成分供应给 籽晶颗粒,从而使得所述成分溶解在所述熔化催化籽晶颗粒中并从那里 结晶,以形成从所述衬底延伸的所述纳米晶须的第一部分,所述纳米晶 须的所述第一部分由所述第一结晶半导体材料组成;
停止将用于形成所述第一结晶半导体材料的成分向籽晶颗粒的供 应;以及
将用于形成第二结晶半导体材料的成分供应给籽晶颗粒,以形成所 述纳米晶须的第二部分,该第二结晶半导体材料具有不同于所述第一结 晶半导体材料的带隙,该第二部分与所述纳米晶须的所述第一部分具有 组分边界,以形成具有至少第一和第二半导体部分的柱,其中,该组分 边界在不超过8个晶面的轴向间距上延伸。
66.如权利要求65所述的方法,其特征在于,所述衬底安装在超高 真空室中,并将所述成分作为引入至该超高真空室中的分子束供应给籽 晶颗粒。
67.如权利要求65所述的方法,其特征在于,不同组分之间的迅速 转换经由一程序实现,在该程序中,生长率被降低至可忽略的程度,然 后重新建立起继续生长的过饱和条件。
68.如权利要求65所述的方法,其特征在于,所述催化籽晶颗粒为 金气溶胶颗粒,选择其尺寸,以得到具有介于大约10和50nm之间的均 匀直径的纳米晶须。
69.如权利要求65所述的方法,其特征在于,所述第一半导体材料 和所述第二半导体材料中的一个为III-V族材料,其由至少一个第III族 元素和至少一个第V族元素组成,且通过改变所述温度控制条件,在纳 米晶须的形成过程中有选择性地改变该第III族元素的扩散常数。
70.一种电极结构,包括一衬底,在该衬底的一表面上形成有电接点 区域的矩阵,且在选定的电接点区域上形成一个或多个纳米晶须,该纳 米晶须从该衬底表面直立,因此每个所述纳米晶须或所述多个纳米晶须 中的每一个均可通过电信号独立寻址。
71.如权利要求70所述的电极结构,其特征在于,其适于植入神经 结构中。
72.一种纳米晶须,其中该纳米晶须由可被氧化的材料形成,且该纳 米晶须被氧化,以沿着其长度形成氧化物环绕层,而位于该纳米晶须的 自由端的催化籽晶颗粒熔融体则保持无氧化物状态。
73.一种纳米晶须,其中该纳米晶须由具有第一带隙的材料形成,且 该纳米晶须被处理,以沿着其长度形成具有第二带隙的材料的环绕层, 而位于该纳米晶须的自由端的催化籽晶颗粒熔融体则保持无第二带隙的 材料的状态。
74.一种悬臂梁阵列,包括:具有多个纳米晶须的基底件,该纳米晶 须从该基底件并排延伸并相互隔开,从而形成一排纳米晶须,每个纳米 晶须用作在外力作用下发生弯曲的梁,以及用于检测该梁的弯曲运动的 装置。
75.如权利要求74所述的阵列,其特征在于,在所述梁上设有涂层, 该涂层对一定的有机分子或生物分子敏感,从而当分子接触悬臂梁时便 会经受一定的化学反应而产生弯曲应力。
76.一种纳米晶须结构,包括在其上具有绝缘材料层的衬底,该绝缘 层上形成有导电层,在该导电层和绝缘层中形成有孔,纳米晶须形成于 该孔中并从该衬底延伸,以使位于纳米晶须自由端的导电籽晶颗粒熔融 体大致上与导电层平齐,从而该纳米晶须的机械振动在所述导电层中产 生电振荡信号。
77.如权利要求76所述的纳米晶须结构,其特征在于,所述纳米晶 须在其上具有涂层以吸引一定类型的分子,从而将分子沉积到该纳米晶 须上将改变该纳米晶须的惰性特征,并因而改变所述导电层中的振荡信 号的频率。
78.如权利要求76所述的纳米晶须结构,其特征在于,该结构提供 一标准电流发生器,其中,在该纳米晶须的每个振动周期内,一个单电 子经由导电籽晶颗粒熔融体迁移通过导电层。
79.一种扫描隧道显微镜的尖端,包括柔性悬臂梁,并在该梁的端部 处或朝向该端部形成从该悬臂梁直立的纳米晶须。
80.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,第一和第二部分的 结晶材料之间的组分边界延伸过不超过6个径向晶面的轴向间距。
81.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,第一和第二部分的 结晶材料之间的组分边界延伸过不超过5个径向晶面的轴向间距。
82.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,第一和第二部分的 结晶材料之间的组分边界延伸过不超过4个径向晶面的轴向间距。
83.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,第一和第二部分的 结晶材料之间的组分边界延伸过不超过3个径向晶面的轴向间距。
84.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,第一和第二部分的 结晶材料之间的组分边界延伸过不超过2个径向晶面的轴向间距。
85.如权利要求1所述的纳米晶须,其特征在于,第一和第二部分的 结晶材料之间的组分边界延伸过不超过1个径向晶面的轴向间距。
86.一种形成共振隧穿二极管的方法,包括:
通过一工艺在衬底上形成纳米晶须,该纳米晶须包括具有纳米尺寸 直径并由结晶半导体材料组成的柱,该工艺包括:
在衬底上提供具有纳米尺寸直径的催化籽晶颗粒;
将所述衬底和所述催化籽晶颗粒加热至一温度,所述催化籽晶颗粒 在该温度处发挥催化剂的作用;
将用于在温度和压力控制条件下形成第一半导体材料的成分供应给 籽晶颗粒,因此所述成分从所述籽晶颗粒结晶而形成从所述衬底延伸的 所述纳米晶须的第一部分,所述纳米晶须的所述第一部分由所述第一结 晶半导体材料组成;以及
停止将用于形成所述第一半导体材料的成分向籽晶颗粒的供应;
在一段时间中将用于形成第二半导体材料的成分供应给籽晶颗粒, 以足以形成所述纳米晶须的第二部分,该第二半导体材料具有大于所述 第一半导体材料的带隙,该第二部分具有允许有效地使电荷载流子隧穿 过去的长度;
停止将用于形成所述第二半导体材料的成分向籽晶颗粒的供应;
在一段时间中将用于形成第三半导体材料的成分供应给籽晶颗粒, 以足以形成所述纳米晶须的第三部分,该第三半导体材料具有小于所述 第二半导体材料的带隙,该第三部分的长度使所述第三部分形成量子阱;
停止将用于形成所述第三半导体材料的成分向籽晶颗粒的供应;
在一段时间中将用于形成第四半导体材料的成分供应给籽晶颗粒, 以足以形成所述纳米晶须的第四部分,该第四半导体材料具有大于所述 第三半导体材料的带隙,该第四部分具有允许有效地使电荷载流子隧穿 过去的长度;
停止将用于形成所述第四半导体材料的成分向籽晶颗粒的供应;
在一段时间中将用于形成第五半导体材料的成分供应给籽晶颗粒, 以足以形成所述纳米晶须的第五部分,该第五半导体材料具有小于所述 第四半导体材料的带隙;以及
在所述纳米晶须的第一和第五部分之间制作电接点,并制作电终端 引线,从而形成所述共振隧穿二极管的发射极和集电极。
87.一种形成纳米晶须的方法,包括:
在衬底上提供具有纳米尺寸直径的籽晶颗粒;
将所述衬底和所述催化籽晶颗粒加热至一温度,所述催化籽晶颗粒 在该温度处发挥催化剂的作用;
将用于在温度和压力控制条件下形成第一半导体材料的成分供应给 所述籽晶颗粒,从而所述成分从所述籽晶颗粒结晶而形成从所述衬底延 伸的所述纳米晶须的第一部分,所述纳米晶须的所述第一部分由所述第 一结晶半导体材料组成;
停止将用于形成所述第一结晶半导体材料的成分向籽晶颗粒的供 应,并将用于形成第二结晶半导体材料的成分供应给籽晶颗粒,该第二 半导体材料具有不同于所述第一半导体材料的带隙,从而形成所述纳米 晶须的第二部分,该第二部分与所述纳米晶须的所述第一部分具有组分 边界,从而形成具有至少第一和第二半导体部分的柱,其中由这些部分 的材料之间的晶格失配所导致的晶格应变通过原子侧位移得以调适。
88.一种形成纳米晶须的方法,包括:
在衬底上提供具有纳米尺寸直径的籽晶颗粒;
将所述衬底和所述催化籽晶颗粒加热至一温度,所述催化籽晶颗粒 在该温度处发挥催化剂的作用;
将用于在温度和压力控制条件下形成第一半导体材料的成分供应给 籽晶颗粒,因此所述成分从所述籽晶颗粒结晶而形成从所述衬底延伸的 所述纳米晶须的第一部分,所述纳米晶须的所述第一部分由所述第一结 晶半导体材料组成;
停止将用于形成所述第一结晶半导体材料的成分向籽晶颗粒的供 应;以及
将用于形成第二结晶半导体材料的成分供应给籽晶颗粒,该第二半 导体材料具有不同于所述第一半导体材料的带隙,从而形成所述纳米晶 须的第二部分,该第二部分与所述纳米晶须的所述第一部分具有组分边 界,从而形成具有至少第一和第二半导体部分的柱,其中该组分边界在 不超过8个晶面的轴向间距上延伸。
89.如权利要求88所述的方法,其特征在于,所述衬底安装在超高 真空室中,并将所述成分作为引入至该超高真空室中的分子束供应给籽 晶颗粒。
90.如权利要求88所述的方法,其特征在于,不同组分之间的迅速 转换经由一程序实现,在该程序中,生长速率被减弱至可忽略的程度, 然后重新建立起继续生长的过饱和条件。
91.如权利要求88所述的方法,其特征在于,所述催化籽晶颗粒为 金气溶胶颗粒,选择该金气溶胶颗粒的尺寸,以得到具有介于大约10与 50nm之间的均匀直径的纳米晶须。
92.如权利要求88所述的方法,其特征在于,所述第一半导体材料 和所述第二半导体材料中的一个为III-V族材料,其由至少一个第III族 元素和至少一个第V族元素组成,而且通过改变所述温度控制条件,在 纳米晶须的形成过程中有选择性地改变该第III族元素的扩散常数。
93.如权利要求88所述的方法,其特征在于,所述催化籽晶颗粒通 过纳米压印蚀刻工艺形成,以得到具有介于大约10与50nm之间的均匀 直径的纳米晶须。
94.一种纳米晶须,包括:
具有纵轴的柱,该柱具有沿着所述轴的长度以及垂直于所述轴的至 少一个维度,所述垂直于轴的维度不超过约500nm;
所述柱至少包括:
具有第一组分的第一结晶半导体材料的第一长度部分;以及
具有第二组分的第二结晶半导体材料的第二长度部分,
所述第一长度部分与所述第二长度部分在一界面处接触,
所述界面构成一结,在该结处,在不超过8个径向晶面的轴向间距 内所述第一组分转变成所述第二组分。
95.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,垂直于所述轴的 所述至少一个维度不超过约100nm。
96.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,垂直于所述轴的 所述至少一个维度不超过约50nm。
97.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,垂直于所述轴的 所述至少一个维度不超过约30nm。
98.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,垂直于所述轴的 所述至少一个维度不超过约20nm。
99.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,垂直于所述轴的 所述至少一个维度不超过约10nm。
100.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,垂直于所述轴的 所述至少一个维度不超过约5nm。
101.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过7个径 向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
102.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过6个径 向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
103.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过5个径 向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
104.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过4个径 向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
105.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过3个径 向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
106.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过2个径 向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
107.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过1个径 向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
108.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱具有大致 圆形或多边形横断面,且垂直于所述柱的轴的所述至少一个维度为该柱 的直径。
109.如权利要求108所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱的直径 通常沿着所述柱的轴是恒定的。
110.如权利要求108所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱呈锥形, 从而所述柱的直径沿着所述柱的轴减小。
111.如权利要求108所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱的直径 这样设定,以使所述柱沿着所述轴的至少一部分长度展现出量子局限效 应。
112.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱还包括与 其一端成一体的催化颗粒。
113.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,从由III-V族半 导体材料组成的组中选择所述第一和第二结晶材料。
114.一种纳米晶须阵列,包括多个如权利要求94所述的纳米晶须, 且各纳米晶须相互平行延伸。
115.如权利要求114所述的纳米晶须阵列,其特征在于,所述纳米 晶须中的每一个在其端部处与一衬底相连。
116.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,所述第一结晶半 导体材料具有A1-xBxC形式的化学计量组分,所述第二结晶半导体材料具 有A1-yByC形式的化学计量组分,其中A、B和C为选定元素,x和y为 在0-1范围内的不同数字。
117.如权利要求116所述的纳米晶须,其特征在于,所述元素A和 B为第III族半导体,所述元素C为第V族半导体。
118.如权利要求94所述的纳米晶须,其特征在于,所述第一和第二 结晶半导体材料被选择,以在所述结处产生预定的带隙变化。
119.一种纳米晶须,包括:
具有纵轴的柱,所述柱具有沿着所述轴的长度以及垂直于所述轴的 至少一个维度;
所述柱至少包括:
具有第一组分和第一晶格的第一结晶半导体材料的第一长度部分; 以及
具有第二组分和第二晶格的第二结晶半导体材料的第二长度部分,
所述第一长度部分与所述第二长度部分在一界面处接触,所述界面 构成一结,在该结处,在不超过8个径向晶面的轴向间距内所述第一组 分转变成所述第二组分,
垂直于所述轴的所述维度这样设定,以使得在所述第一长度部分与 所述第二长度部分之间的界面处产生的由所述第一晶格与所述第二晶格 之间的晶格失配所导致的晶格应变基本上可通过原子侧位移得以调适。
120.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过7个 径向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
121.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过6个 径向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
122.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过5个 径向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
123.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过4个 径向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
124.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过3个 径向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
125.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过2个 径向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
126.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,在不超过1个 径向晶面的轴向间距内所述第一组分转变成所述第二组分。
127.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱具有大 致圆形或多边形横断面,且垂直于所述柱的所述轴的所述至少一个维度 为该柱的直径。
128.如权利要求127所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱的所述 直径沿着所述柱的所述轴基本上是恒定的。
129.如权利要求127所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱呈锥形, 从而使得所述柱的直径沿着所述柱的轴减小。
130.如权利要求127所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱的直径 使得所述柱沿着所述轴的至少一部分长度展现出量子局限效应。
131.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,所述柱还包括 与其一端成一体的催化颗粒。
132.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,从由III-V族半 导体材料组成的组中选择所述第一和第二结晶材料。
133.一种纳米晶须阵列,包括多个如权利要求119所述的纳米晶须, 且各纳米晶须相互平行延伸。
134.如权利要求133所述的纳米晶须阵列,其特征在于,所述纳米 晶须中每一个在其端部处与一衬底相连。
135.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,所述第一结晶 半导体材料具有A1-xBxC形式的化学计量组分,所述第二结晶半导体材料 具有A1-yByC形式的化学计量组分,其中A、B和C为选定元素,x和y 为在0-1范围内的不同数字。
136.如权利要求135所述的纳米晶须,其特征在于,所述元素A和 B为第III族半导体,所述元素C为第V族半导体。
137.如权利要求119所述的纳米晶须,其特征在于,所述第一和第 二结晶半导体材料被选择,以在所述结处产生预定的带隙变化。
本申请要求2002年7月8日提交的美国临时申请60/393,835和2003 年4月4日提交的美国临时申请60/459,982的优先权,且它们的全部内 容结合在此作为参考。
发明背景
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