專利名稱：制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的方法以及包含該納米結(jié)構(gòu)的 交叉結(jié)構(gòu)的裝置。
背景技術(shù)：
在過去的數(shù)十年間，在a微電子的能力方面已有近乎恒定的指數(shù)生
長。Intel Corporation的共建者Gordon E. Moore預測的能夠安裝在計算 機芯片上的晶體管數(shù)目將每18個月將倍增已經(jīng)證明是正確的，并且電子元 件的尺寸已有顯著縮小。然而，由于妨礙當前i殳計在納米凡變上可靠J4i^ 行的基本物理限制以及經(jīng)濟限制如高的制造成本，所以這些J^H^勢不可 能持續(xù)i^下一個十年。
近來，納米技術(shù)由于其有克服g技術(shù)限制的潛力而已經(jīng)獲得巨大的 關(guān)注。例如，已經(jīng)開發(fā)了具有令人感興趣的電和/或光學性能的基于碳納米 管和/或納米線的各種納米尺度器件。此外，基于納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu) (cross-structures)如碳納米管和納米線的納米電子器件(諸如PN 二極 管和發(fā)光二極管)已經(jīng)有報道。然而，大量制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)是極 其困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中公開了用于制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的技術(shù)。在一個實施方 案中，用于制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的方法包括提供襯底，圖案化位于 所述襯底上的第一掩模層，將第一納米結(jié)構(gòu)吸附到其中不存在第一掩模層 的襯底的表面區(qū)域上，將第一掩模層從襯底除去，圖案化位于其上組裝有 第一納米結(jié)構(gòu)的襯底上的第二掩模層，和在襯底上有效制造納米結(jié)構(gòu)的交 叉結(jié)構(gòu)的條件下，將第二納米結(jié)構(gòu)吸附到其中不存在第二掩模層的襯底的 表面區(qū)域上。
提供本發(fā)明內(nèi)容部分從而以簡化形式引入概念的選擇，這些概念在以 下詳述中進一步描述。該發(fā)明內(nèi)容部分不是要確認所要求權(quán)利的主題的關(guān)鍵特征或者必要特征，也不是用于限制所要求主題的范圍。


圖1A-1F是說明根據(jù)一個實施方案用于制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的工 藝的示意圖。
圖2A-2E是說明根據(jù)另 一實施方案通過光刻進行分子圖案化的工藝的 示意圖。
圖3是說明根據(jù)另一實施方案用于將納米結(jié)構(gòu)吸附到襯底上的工藝的 示意圖。
具體實施例方式
在以下詳述中，參考構(gòu)成說明書一部分的所述附圖。在附圖中，除非 上下文另有說明，否則相同的附圖標記通常表示相同的元件。在說明書、 附圖和權(quán)利要求中的說明性的實施方案不是意圖限制。可以使用其它的實 施方案，并且可以做出其它的改變，而沒有脫離本文所述的主題的精神或 范圍。顯而易見，當前公開的元件(如通常在本發(fā)明中描述和在附圖中說 明的)可以以各種不同的結(jié)構(gòu)來布置、取代、結(jié)合和設計，所有這些顯然 是可預期的并且構(gòu)成4^^開內(nèi)容的一部分。
參考圖1A-1F，說明用于制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的方法的一個實施 方案。如圖1A所示，提供其上將組裝交叉結(jié)構(gòu)的襯底IIO。舉例來說，而 不是限制，襯底110可包括例如金、二氧化硅、玻璃、石英、硅和鋁。
然后，如圖1B所示，在襯底110的表面上圖案化第一掩模層120。在 一個實施方案中，第一掩模層120可包括光刻膠材料。在某些實施方案中， 可以通過常規(guī)的光刻方法在襯底110的表面上圖案化第一掩模層120，所 述常規(guī)的光刻方法可涉及光刻膠旋涂步驟、^/硬-烘烤步驟、使用光掩模 的UV啄光步驟以及除去未掩蔽的光刻膠的顯影步驟。除光刻方法之外， 也可使用其它的方法，只要其導致第一掩模層120保留在襯底110上即可， 如圖1B所示。用于光刻膠材料的適合的例子包括但不限于AZ5214E、 PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)等。
然后，如圖1C所示，將第一納米結(jié)構(gòu)130吸附到襯底110的表面上。在一個實施方案中，第一納米結(jié)構(gòu)130可包括碳納米管。在另一個實施方 案中，第一納米結(jié)構(gòu)130可包括納米線。納米線可包括直徑為納米級別的 任意的導電或半導電的線。
在一個實施方案中，可將利用第一掩模層120圖案化的襯底110置于 包含第一納米結(jié)構(gòu)130的溶液中，其中溶液中的第一納米結(jié)構(gòu)130可以選 擇性地吸附在其中不存在第一掩模層120的襯底110的表面區(qū)域上。在另 一實施方案中，包含笫一納米結(jié)構(gòu)130的溶液可包含浸沒在能夠容易^L 預定納米結(jié)構(gòu)的溶劑中的預定納米結(jié)構(gòu)。以下將通過參考圖3更詳細地描 述使用納米結(jié)構(gòu)的溶液來吸附第一納米結(jié)構(gòu)130的工藝。
然后，如圖1D所示，將第一掩模層120從襯底110移除。在一個實 施方案中，可以通過丙酮或任何可用作蝕刻劑的其它溶劑移除第一^^模層 120。第一4^模層120的移除導致在襯底110上組裝第一納米結(jié)構(gòu)130。
然后，如圖1E所示，在其上組裝有第一納米結(jié)構(gòu)130的襯底110的表 面上圖案化第二掩模層140。可圖案化第二掩模層140以留下用于吸附第 二納米結(jié)構(gòu)150的空間。在一個實施方案中，第二4^模層140可包括光刻 膠層。在另一實施方案中，第二掩模層140可包括疏水分子層。疏水分子 層可提高第二納米結(jié)構(gòu)150的對準(排列)特性。
在一個實施方案中，通過分子圖案化方法可圖案化第二4^模層。在一 個實施方案中，分子圖案化方法可包括直接分子圖案化方法例如蘸筆納米 光刻技術(shù)(dip-pen nanolithography )和微接觸印刷法(microcontact printing methods )。在另一實施方案中，可通過光刻方法進行分子圖案化 方法。在一個實施方案中，通過光刻的分子圖案化可使用常規(guī)的微制造設 備。通過參考圖2A~2 (E)，以下將更詳細地描述通過光刻的分子圖案化 工藝的一個實施方案。
如圖2A和2B所示，在村底210的表面上圖案化光刻膠層220。在一 個實施方案中，可以在95'C的溫度下采用短的烘烤時間例如小于10分鐘 進行光刻膠圖案化。短的烘烤時間允許后續(xù)在分子沉積之后將光刻膠層 220完全地移除而在襯底的表面上沒有任何殘留。
然后，如圖2C所示，可用無水物質(zhì)230漂洗圖案化后的襯底。作為非限制性實例，無水物質(zhì)230可包括無水己烷等。這樣的漂洗可除去襯底 上殘留的表面水。
然后，如圖2D所示，將漂洗的襯底置于包含用于第二掩模層的材料 如自組裝單分子層(SAM)的溶液240中。作為非限制性實例，用于SAM 的材料可包括l-十八烷硫醇(ODT)或十八烷基三氯硅烷(OTS)。然后， 可以將用于SAM的材料選擇性地沉積到其中不存在光刻膠層220的襯底 的表面區(qū)域上，以在襯底210上形成SAM圖案250。
然后，如圖2E所示，移除光刻膠層220以獲得具有SAM圖案250的 襯底210。作為非限制性實例，可通過劑諸如丙酮移除光刻膠層220。其中 在光刻膠移除之前存在光刻膠的區(qū)域可具有與分子圖案化之前的襯底210 的表面的相同狀態(tài)，而SAM圖案250可在其中光刻膠不存在的區(qū)域上形 成。在一個實施方案中，SAM圖案250可作為如圖IE和IF中所示的第 二掩模140。
返回參考圖1 ，如圖1 F所示，第二納米結(jié)構(gòu)150吸附到利用第二掩 模140圖案化的襯底表面上。在一個實施方案中，第二納米結(jié)構(gòu)150可包 括碳納米管。在另一實施方案中，第二納米結(jié)構(gòu)150可包括納米線。
在一個實施方案中，可將利用第二4^^層140圖案化的襯底110置于 包含第二納米結(jié)構(gòu)150的溶液中，其中溶液中的第二納米結(jié)構(gòu)150可以選 擇性地吸附到其中不存在第二掩模層140的圖案化襯底的表面區(qū)域上。在 一個實施方案中，由于表面區(qū)域的極性，第二納米結(jié)構(gòu)150可以自發(fā)地吸 附到其中不存在第二掩模層的圖案化襯底的表面區(qū)域上。第二納米結(jié)構(gòu)的 吸附可導致形成第一和第二納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)，如圖1F所示。上述無 分子連接(molecular linker-free)的組裝方法允許大量制造納米結(jié)構(gòu)的交 叉結(jié)構(gòu)。通過參考下圖3，以下將更詳細地描述使用納米結(jié)構(gòu)的溶液吸附 第二納米結(jié)構(gòu)的工藝。
圖3 ^:說明用于吸附納米結(jié)構(gòu)到襯底上的工藝的一個實施方案的示意 圖。作為非限制性實例，所述納米結(jié)構(gòu)可包括納米線和碳納米管。如圖3 所示，可將具有掩模層320的襯底310置于包含納米結(jié)構(gòu)330的溶液340 中，其中溶液340中的納米結(jié)構(gòu)330可以選擇性地吸附到其中不存在掩模 層320的襯底310的表面區(qū)域上。包含納米結(jié)構(gòu)330的溶液中的溶劑不溶
7解掩模層320。
在一個實施方案中，可將納米結(jié)構(gòu)330浸沒在能夠容易地^t納米結(jié) 構(gòu)330的溶劑中。作為非限制性實例，在納米結(jié)構(gòu)330是氧化釩(V2Os) 納米線的情況下，可使用去離子水作為溶劑，在納米結(jié)構(gòu)是氧化鋅(ZnO) 納米線的情況下，可以使用乙醇或去離子7jC作為溶劑。作為非限制性實例， 如果納米結(jié)構(gòu)330是碳納米管，那么可使用1,2-二氯苯、1,3,4-三氯苯、1，3-二氯苯、二氯乙烷、氯苯等作為溶劑。
納米結(jié)構(gòu)330吸附到圖案化襯底上可取決于各種因素，如納米結(jié)構(gòu)上 的電荷和范德華相互作用。在一個實施方案中，由于表面區(qū)域的極性，納 米結(jié)構(gòu)330可以自發(fā)地吸附到襯底310的表面上。在另一實施方案中，納 米結(jié)構(gòu)330可吸附到襯底310的表面上，其中可使用電勢來進一步提高納 米結(jié)構(gòu)的吸附。電勢可施加于襯底310以控制納米結(jié)構(gòu)330的吸附的程度 和/或量。
由上所述，應該理解的是，為了說明的目的在本文中已經(jīng)說明了在此 所公開的各種實施方案，可做出各種改變而沒有脫離本公開的范圍和精 神。因此，本文中公開的各種實施方案并非意圖限制，本發(fā)明真正的范圍 和精神由所附權(quán)利要求來表示。
權(quán)利要求
1.一種制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的方法，包括提供襯底；圖案化在所述襯底上的第一掩模層；將第一納米結(jié)構(gòu)吸附到其中不存在所述第一掩模層的所述襯底的表面區(qū)域上；將所述第一掩模層從所述襯底移除；圖案化在其上組裝有所述第一納米結(jié)構(gòu)的所述襯底上的第二掩模層；和在對制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)有效的條件下，將第二納米結(jié)構(gòu)吸附到其中不存在所述第二掩模層的所述襯底的表面區(qū)域上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一納米結(jié)構(gòu)是納米線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一納米結(jié)構(gòu)是碳納米管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二納米結(jié)構(gòu)是納米線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二納米結(jié)構(gòu)是碳納米管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過光刻法進行所述第一掩模層的圖案化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一掩模層包含光刻膠材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一納米結(jié)構(gòu)的吸附步驟包括將所述圖案化襯底置于包含所述第 一納米結(jié)構(gòu)的溶液中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一納米結(jié)構(gòu)的吸附步驟還包括對所述村底施加電勢。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過選自光刻法、蘸筆納米光刻法和微接觸印刷法中的分子圖案化方法進行所述第二掩模層的圖案化。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二掩模層的圖案化包括圖案化疏水分子層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二掩模層的圖案化包括圖案化自組裝單分子層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通過光刻法進行所述第二掩模層的圖案化。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第二掩模層的圖案化包括圖案化在其上組裝有所述第一納米結(jié)構(gòu)的所述襯底上的光刻膠層；在有效將第二掩模層沉積到其中不存在所述光刻膠層的所述襯底的表面區(qū)域上的條件下，將所述襯底置于包含用于所述第二掩模層的材料的溶液中；和將所述光刻J!^從所述村底移除。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二掩模層的圖案化還包括將所述襯底置于所述包含用于第二掩模層的材料的溶液中之前，用無水物質(zhì)漂洗所述襯底。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中利用小于IO分鐘的烘烤時間來進行所述光刻膠層的圖案化。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述襯底的放置包括將所述襯底置于包含選自1-十八烷硫醇(ODT)和十八烷基三氯硅烷(OTS)中的化合物的溶液中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二納米結(jié)構(gòu)的吸附步驟包括將所述圖案化襯底置于包含所述第二納米結(jié)構(gòu)的溶液中。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第二納米結(jié)構(gòu)的吸附步艱&包括對所述襯底施加電勢。
20. —種具有由包括以下步驟的方法所制造的納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的裝置提供襯底；圖案化在所述襯底上的第 一掩模層；將第 一納米結(jié)構(gòu)吸附到其中不存在所述第 一掩模層的所述襯底的表面區(qū)域上；將所述第 一掩模層從所述襯底移除；圖案化在其上組裝有所述第 一納米結(jié)構(gòu)的所述襯底上的第二掩模層；和在對制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)有效的條件下，將第二納米結(jié)構(gòu)吸附到其中不存在所述第二掩模層的所述襯底的表面區(qū)域上。
全文摘要
本發(fā)明提供制造諸如納米線和碳納米管的納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的技術(shù)。在一個實施方案中，制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的方法包括提供襯底，圖案化所述襯底上的第一掩模層，將第一納米結(jié)構(gòu)吸附到其中不存在第一掩模層的襯底的表面區(qū)域上，將第一掩模層從襯底移除，圖案化其中吸附有第一納米結(jié)構(gòu)的襯底上的第二掩模層，和在襯底上有效制造納米結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)的條件下，將第二納米結(jié)構(gòu)吸附到其中不存在第二掩模層的襯底的表面區(qū)域上。
文檔編號H01L21/00GK101645391SQ20081017261
公開日2010年2月10日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者南宮宣, 樸成英, 洪承焄 申請人:首爾大學校產(chǎn)學協(xié)力團