[发明专利]石墨基板上生长的纳米线或纳米锥

说明书

一种物质的组合物，其包含：可选地携载于支撑件上的石墨基板；直接沉积于该基板的顶部上与任何支撑件相对的具有不大于50nm的厚度的晶种层；及直接于该晶种层的顶部上的氧化物或氮化物遮罩层；其中多个孔是贯通该晶种层及贯通该遮罩层至该石墨基板而存在；且其中多个纳米线或纳米锥来自于该基板于该孔中生长，该纳米线或纳米锥包含至少一种半导III‑V族化合物。

技术领域

本发明涉及于作为用于优选借由金属有机气相外延(MOVPE)方法或分子束外延(MBE)方法生长的纳米线或纳米锥阵列的透明、导电及可挠性基板的薄石墨层上制造孔图案化遮罩层。该石墨基板设有晶种层，该晶种层可经图案化以容许纳米线或纳米锥以诸如纳米线或纳米锥阵列的图案化形式生长。或者，该晶种层本身设有可经图案化(连同该晶种层)以容许纳米线或纳米锥生长的遮罩层。顶部具有种晶及可选地遮罩层的石墨层可自基板转移至其他可增强垂直纳米线或纳米锥生长的支撑件表面上。

背景技术

近几年来，随着纳米技术变为重要工程规则，对半导体纳米线的兴趣愈加强烈。已发现纳米线，一些作者亦称为纳米须、纳米棒、纳米柱、纳米管柱等，于各种电装置(诸如感测器、LED的太阳能电池)中的重要应用。

针对本申请的目的，术语纳米线应视为基本上呈一维形式的结构，即，其宽度或直径具有纳米尺寸且其长度通常在几百nm至几μm的范围内。通常，认为纳米线具有至少两个不大于500nm(诸如不大于350nm)，尤其不大于300nm(诸如不大于200nm)的尺寸。

存在许多不同类型的纳米线，其包括金属(例如，Ni、Pt、Au、Ag)、半导(例如，Si、InP、GaN、GaAs、ZnO)及绝缘(例如，SiO₂、TiO₂)纳米线。本发明者主要涉及半导体纳米线，然而设想下文详细阐述的原则适用于纳米线技术的所有方式。

通常，半导体纳米线已生长于与纳米线本身相同的基板上(同质外延生长)。因此，GaAs纳米线是生长于GaAs基板等等上。当然，此确保基板的晶体结构与生长纳米线的晶体结构之间的晶格匹配。基板及纳米线两者可具有相同晶体结构。然而，本发明涉及于石墨基板上生长的纳米线(异质外延生长)。

石墨基板是由石墨烯或其衍生物的单层或多层组成的基板。在其最佳形式中，石墨烯是一个原子层厚度的与呈蜂巢晶格图案布置的双电子键(称为sp²键)结合在一起的碳原子的片。石墨基板是薄、轻且可挠，然而其非常牢固。

相较于其他现存的透明导体(诸如ITO、ZnO/Ag/ZnO、TiO₂/Ag/TiO₂)，已证明石墨烯具有绝佳光电性质，如显示于Nature Photonics 4(2010)611的最新综述文章中。

纳米线(NW)于石墨烯上的生长并不新颖。在WO2012/080252中，有对使用MBE使半导纳米线于石墨烯基板上生长的讨论。WO2013/104723涉及于‘252公开内容上的改善，其中将石墨烯顶部接触件应用于在石墨烯上生长的NW上。

就许多应用而言，纳米线或纳米锥可垂直(与基板表面垂直)生长将是重要的。半导体纳米线通常以[111]方向(如果是立方形晶体结构)或[0001]方向(如果是六边形晶体结构)生长。此意谓该基板表面需为(111)或(0001)定向，其中该基板的表面原子呈六边形对称布置。