[发明专利]纳米结构及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2003年7月8日、申请号为03821285.4、发明名称为“纳米结构及其制造方法”的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

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。

技术领域

本发明总体上涉及本质上为一维形式的结构，该结构的宽度或直径为纳米尺寸，它们一般被称为纳米晶须、纳米棒、纳米线、纳米管等；为便于说明，此种结构将被称为“一维纳米元件”。本发明更具体地但不限于涉及纳米晶须以及形成纳米晶须的方法。

背景技术

利用所谓的VLS(气-液-固)机理在衬底(基片)上形成晶须的基本工艺是众所周知的。衬底上的催化材料(例如通常为金)的颗粒在特定气体氛围中被加热，以形成熔融体。在熔融体下面形成柱状物，该熔融体在该柱状物的顶部上升。因此，便得到所需材料的晶须，其中固化颗粒熔融体位于顶部-参见“Growth of Whiskers by the Vapour-Liquid-SolidMechanism”，Givargizov，Current Topics in Materials Science，卷1，79-145页，North Holland Publishing Company，1978。这种晶须的尺寸在微米范围内。

国际专利申请WO 01/84238在图15和16中公开了一种形成纳米晶须的方法，其中来自气溶胶的纳米尺寸的颗粒沉积在一衬底上，这些颗粒被用来作为生成晶丝或纳米晶须的籽晶(籽晶)。为便于说明，术语纳米晶须意在表示直径为纳米尺寸的一维纳米元件，该元件采用VLS机理制成。

通常，纳米结构是具有至少两个小于约1μm(即纳米尺寸)的维度的装置。一般地，具有厚度小于1μm的一层或多层的层状结构或堆垛材料并不被视为纳米结构，尽管如下所述，纳米结构可能用在这种层的制备中。因此，术语纳米结构包括具有两个小于约1μm的维度的自立或孤立结构，其具有不同于较大结构的功能和效用，并且通常通过与用于制备略大一些即微米量级结构的现有工序不同的方法加工。因此，尽管没有用特定的数字尺寸界限来定义纳米结构量级的精确边界，该术语已经意味着本领域的技术人员所公认的这种量级。在许多情况下，表征纳米结构的维度尺寸的上限大约为500nm。

当纳米元件的直径小于一定的值例如50nm时，则会出现量子局限，即电子只能沿着该纳米元件的长度方向运动；而对于直径面(径向平面)，电子则占据量子力学本征态。