專利名稱：用來使納米結(jié)構(gòu)沉積和取向的方法、器件和組合件的制作方法
相關(guān)申請交叉引用本申請是2003年9月25日提交的名為″用來使納米結(jié)構(gòu)沉積和取向的方法、器件和組合件(METHODS，DEVICES AND COMPOSITIONS FOR DEPOSITINGAND ORIENTING NANOSTRUCTURES)″的USSN 10/673,092部分的延續(xù)。本申請要求該申請的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
納米技術(shù)被預(yù)言為下一重大技術(shù)飛躍，這是由于預(yù)言通過該技術(shù)能夠得到由包括電性能、光學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能的材料性能帶來的各種重要優(yōu)點(diǎn)。有人預(yù)言納米技術(shù)的發(fā)展是延長Moore定律的壽命的最佳希望。
盡管納米技術(shù)的發(fā)展提供了一些具有無數(shù)有趣的性質(zhì)、有廣泛潛在實(shí)用性的的材料，但是從工業(yè)制造方面來看，將這些材料組合為有用的器件、系統(tǒng)和材料仍存在一定的障礙。例如，從工業(yè)角度來看，經(jīng)常被看做納米材料的標(biāo)志的碳納米管僅能用作復(fù)合材料的填料，例如用來使全部的整體復(fù)合物具有結(jié)構(gòu)，也許還可使其具有原生的電性質(zhì)。這是由于這些納米管中的各納米管經(jīng)常具有無法預(yù)料的電性質(zhì)，需要靈敏的選擇方法，以便將其可重現(xiàn)地用于要求更嚴(yán)格的領(lǐng)域，例如用于電子設(shè)備等。
另一個對幾乎所有納米材料造成重要影響的困難是將這些材料組合為器件(device)和/或系統(tǒng)(system)，其中這些材料在所述器件和/或系統(tǒng)中的布置很重要，所述器件和/或系統(tǒng)是例如橋接電接觸、跨越柵電極等。具體來說，這些材料過小，實(shí)際上不可能采用人工操作技術(shù)對其進(jìn)行準(zhǔn)確定位，特別是從工業(yè)制造的角度，例如大量高產(chǎn)率來看更是不可能。已經(jīng)提出了許多方法，說明了采用更可操作的方法對這些材料進(jìn)行定位。例如，成功應(yīng)用流動定向放置法使半導(dǎo)體納米線定向和放置在所需的位置，例如，其中包含納米線或納米管的溶液流入與基材接觸，通過流動使納米線在基材表面上排列，經(jīng)由接觸區(qū)域使納米線放置在基材表面上。還提出了分子識別和自組裝技術(shù)，例如在基材所需的區(qū)域使用化學(xué)基團(tuán)，在納米材料上使用互補(bǔ)的基團(tuán)，已證明這些方法可以將納米材料放置在基材的所需位置。盡管這些方法能夠有效地放置納米材料，但是迄今為止這些方法產(chǎn)生了許多完全不同的結(jié)果，例如沉積的均一性、材料的取向(orientation)和定位(positioning)。缺乏均一性對工業(yè)制造設(shè)置具有很大的害處，特別是當(dāng)將其用于例如產(chǎn)品之間必須幾乎不存在差別的電子工業(yè)時，更是如此。在需要實(shí)質(zhì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)展同時還需要技術(shù)實(shí)施中“工藝”形式發(fā)展的制造中，這些方法也受影響。
因此，需要有能夠穩(wěn)定而可重復(fù)地使納米材料在其它基材材料上定位和/或取向，用于例如電子、光電子、光學(xué)和材料應(yīng)用領(lǐng)域的方法。本發(fā)明滿足了這種需求以及各種其它需求。
發(fā)明簡述本發(fā)明主要提供了將納米結(jié)構(gòu)定位在基材表面上并任選進(jìn)行取向或排列的方法、制品、組合件、系統(tǒng)(system)、成套元件等，特別是用來將納米結(jié)構(gòu)組合成功能器件或組合件。
具體來說，在第一個主要方面，本發(fā)明提供將納米材料沉積在基材上的方法。根據(jù)本發(fā)明，提供了大量沉積在轉(zhuǎn)移基材上的納米結(jié)構(gòu)。提供了沉積在接收基材選定區(qū)域的粘合材料。所述轉(zhuǎn)移基材與所述接收基材配對，轉(zhuǎn)移基材上的納米結(jié)構(gòu)與接收基材的選定區(qū)域接觸。當(dāng)轉(zhuǎn)移基材與接收基材分離時，轉(zhuǎn)移基材留下了粘合在接收基材選定區(qū)域的納米結(jié)構(gòu)。
所述大量納米結(jié)構(gòu)可以是任意種類的形式。例如，所述納米結(jié)構(gòu)可包括納米纖維、半導(dǎo)體納米線和/或諸如此類的結(jié)構(gòu)。在一實(shí)施方式中，構(gòu)成納米結(jié)構(gòu)的大量半導(dǎo)體納米線包括第II-VI族半導(dǎo)體、III-V族半導(dǎo)體和/或第IV族半導(dǎo)體之類的半導(dǎo)體材料。納米結(jié)構(gòu)可在轉(zhuǎn)移基材上合成，或者可獨(dú)立合成，然后沉積在轉(zhuǎn)移基材上。
所述轉(zhuǎn)移基材和接收基材可為任意形式，例如可以是或可包括平面片狀基材(例如撓性片)或卷。所述配對步驟可包括將轉(zhuǎn)移基材擠壓在接收基材上，反之也可。例如，所述接收基材可以是撓性片，轉(zhuǎn)移基材為卷，轉(zhuǎn)移基材在撓性平面片上輥軋，將轉(zhuǎn)移基材上的材料沉積在接收基材上。類似地，接收基材可包括卷，或可置于卷上，用卷在撓性平面轉(zhuǎn)移基材上輥軋，以將材料沉積在位于卷上的接收基材上。
所述轉(zhuǎn)移基材與接收基材任選地沿基本互相平行的方向移動，使粘合在接收基材上的納米結(jié)構(gòu)基本對齊。粘合在接收基材一個或多個選定區(qū)域的納米結(jié)構(gòu)中至少約50％、60％、70％、80％、90％或更多的納米結(jié)構(gòu)可沿與公共軸線成30°、20°、10°、5°或更小角度的方向排列。
在轉(zhuǎn)移基材和接收基材分離之后，可通過例如對接收(和/或轉(zhuǎn)移)基材進(jìn)行溶劑清潔或等離子體清潔，從其上除去粘合材料。所述粘合材料任選包括光致抗蝕劑，所述光致抗蝕劑能夠在曝光之后、通常是然后再與顯影劑溶液而除去。
在相關(guān)的方面，在沉積過程中，通過使轉(zhuǎn)移基材和接收基材中的一個或多個相對于轉(zhuǎn)移基材和接收基材中的另一個運(yùn)動，使沉積的納米結(jié)構(gòu)基本沿公共軸線取向。例如，可使大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)以長軸基本垂直于轉(zhuǎn)移基材上納米結(jié)構(gòu)表面平面的形式沉積在轉(zhuǎn)移基材上。移動步驟后，將納米結(jié)構(gòu)從轉(zhuǎn)移基材上分離，在接收基材上留下大量基本沿公共軸線取向的納米結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還提供具有第一基材的制品，所述第一基材具有位于其表面上的粘合材料和位于該粘合材料上的大量納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)任選基本沿公共軸線取向。類似地，本發(fā)明提供包括聚合物粘合材料層的組合件，在此粘合材料層表面上粘合有大量基本對齊的納米線。在任意情況下，所述納米結(jié)構(gòu)可如上所述地排列。類似地，該粘合層可同樣如上所述地包含光致抗蝕劑之類的抗蝕劑。
本發(fā)明還包括系統(tǒng)，例如包括在其第一表面上具有大量納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移基材的系統(tǒng)。通常包括第一表面的接收基材與轉(zhuǎn)移基材的第一表面相對放置。自動移動系統(tǒng)與所述轉(zhuǎn)移基材和接收基材中的至少一種相連，用來使轉(zhuǎn)移基材的第一表面與接收基材的第一表面互相接觸，然后使轉(zhuǎn)移基材的第一表面與接收基材的第一表面分離。例如，在一實(shí)施方式中，該移動系統(tǒng)包括用來引導(dǎo)轉(zhuǎn)移基材片與接收基材片接觸的一個或多個卷。該系統(tǒng)任選地包括位于接收基材第一表面上方、用來在其上(例如當(dāng)移動系統(tǒng)移動轉(zhuǎn)移基材使其第一表面與接收基材的第一表面接觸之前)沉積粘合材料的粘合材料沉積涂布器。
包括本文各種制品、組合件或系統(tǒng)的成套元件也是本文的特征。這些成套元件可包括本文所述的制品、組合件或系統(tǒng)元件，例如與合適的包裝元件(例如用來固定相應(yīng)部件的容器)以及結(jié)構(gòu)材料結(jié)合，例如用來操作相應(yīng)的制品、組合件或系統(tǒng)。
從以下說明書可以顯而易見地看出許多本發(fā)明的用途、應(yīng)用和改變，這些用途、應(yīng)用和改變通常包括在本發(fā)明中。上面的系統(tǒng)、制品、組合件和方法也可以各種組合一起使用。
附圖簡述

圖1是說明本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)沉積法的示意圖。
圖2是晶體管之類納米線基電子器件的示意圖。
圖3是使用取向的納米線集合作為器件導(dǎo)電通道制備的晶體管陣列和單獨(dú)器件的示意圖。
圖4是本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)沉積和排列/取向法的示意圖。
圖5是用來制造較高體積納米線基材的卷到卷法示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明在硅晶片上沉積和取向的半導(dǎo)體納米線的SEM圖。
詳述本發(fā)明一般涉及用來使納米材料、特別是具有高長寬比的納米材料在其它基材材料上定位和/或取向的器件、系統(tǒng)和方法。一般地說，本發(fā)明包括從稱為″轉(zhuǎn)移基材″的第一基材將納米材料轉(zhuǎn)移到需要安置這些納米材料的被稱為″接收基材″的第二基材上。因此，起初將納米材料提供于所述轉(zhuǎn)移基材表面之上。然后在需要在其上使納米材料沉積、定位和/或取向的接收基材表面上沉積粘合材料，以進(jìn)行轉(zhuǎn)移。然后使所述兩個基材表面接觸，使轉(zhuǎn)移基材上的納米材料與接收基材上的粘合材料接觸，使納米材料粘在接收基材上。
一旦將兩個基材分離，與接收基材上的粘合材料接觸的納米材料離開轉(zhuǎn)移基材，被轉(zhuǎn)移到接收基材包括粘合材料的部分上。人們可以通過控制粘合材料在接收基材上的位置，在接收基材所需區(qū)域有效地使納米材料形成圖案或定位納米材料，同時使接收基材的其它區(qū)域不含納米材料。另外，人們還可通過控制接觸和分離步驟，在很大程度上控制如此沉積的納米結(jié)構(gòu)的取向和/或構(gòu)型。從以下說明書可顯而易見地看出，可根據(jù)所述的基本發(fā)明實(shí)施許多改變、修改和改進(jìn)。
圖1是本發(fā)明所用方法的示意圖。如示意圖所示，該圖僅是用來說明本發(fā)明的某些方面，不劃定本發(fā)明任何方面的范圍，也不是對本發(fā)明任何方面的詳細(xì)表示，也不應(yīng)將其看作對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。如圖(panel)A所示，提供了在其表面104上具有納米線106之類納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移基材102之類的第一基材。提供了第二基材即接收基材108。在接收基材108需要沉積納米結(jié)構(gòu)的表面110上提供粘合材料或表面處理112。如圖B所示，將此兩個基材放在一起，使納米結(jié)構(gòu)106接觸接收基材108上的粘合表面112，使至少一部分的納米結(jié)構(gòu)106粘合在接收基材的粘合表面112上。當(dāng)分離這兩個基材時(見圖C)，納米線106被轉(zhuǎn)移到接收基材108的粘合表面112上。
如上所述，真正的納米材料，例如橫截尺寸至少小于500納米、優(yōu)選小于100納米的結(jié)構(gòu)材料，具有許多有趣的性質(zhì)，包括電性質(zhì)、光電性質(zhì)、光性質(zhì)和結(jié)構(gòu)性能。盡管其中某些性質(zhì)可用于大量應(yīng)用，例如將納米材料的結(jié)構(gòu)特征結(jié)合在復(fù)合材料中，但是更多的有效應(yīng)用需要對納米材料精密地定位、構(gòu)型和取向。關(guān)于納米材料構(gòu)型的問題可至少部分地通過新合成法解決，人們可通過這些新合成法制備輪廓(population)非常分明的零維和一維納米材料。高長寬比納米材料，例如納米棒、納米線和納米管在許多電子和光電子應(yīng)用中特別有用。為便于討論，在本文中將所有這些高長寬比納米材料統(tǒng)稱為納米線。另外，盡管主要描述高長寬比納米材料，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明許多方面也同樣可用于將球形或接近球形的納米晶體之類的較低長寬比納米材料安置在接收基材上。
當(dāng)應(yīng)用于電子應(yīng)用、特別是大面積或“宏電子(macroelectronic)”應(yīng)用時，高長寬比半導(dǎo)體納米材料具有特別有價值的性質(zhì)。具體來說，由于半導(dǎo)體納米線通常具有單晶或接近單晶的結(jié)構(gòu)，沿它們的整個長度尺寸具有較高的電子遷移率，該遷移率通常與單晶硅基材中的遷移率是相同數(shù)量級。然而，由于它們是獨(dú)立結(jié)構(gòu)，可以制造成本低于單晶半導(dǎo)體片的方式處理，更像是處理無定形半導(dǎo)體(對于許多應(yīng)用，無定形半導(dǎo)體的電子遷移率過低)。與無定形半導(dǎo)體類似，也可使用制得撓性電子元件的方法處理這些納米棒和納米線。在以下專利中更詳細(xì)地描述了納米材料、特別是半導(dǎo)體納米線在這些用途中的應(yīng)用例如2002年9月30日提交的美國臨時專利申請?zhí)柕?0/414,323號和第60/414,359號，2003年5月7日提交的第60/468,276號，2003年2月5日提交的第60/445,421號，2003年5月29日提交的第60/474,065號，2003年7月22日提交的第60/488,801號和2003年8月7日提交的第60/493,005號，這些專利都結(jié)合入2003年9月30日提交的美國專利申請第10/673,669號，第10/674,060號和第10/674,071號的一個或多個中作為參考，出于所有目的，將其全文引入本文作為參考。
通常由納米線材料制備電子元件，例如薄膜晶體管(TFT)等，包括將納米線或納米棒沉積在基材材料上，使納米線與所制造的器件的其它電子元件適當(dāng)?shù)亟佑|，例如在源極和漏極之間提供導(dǎo)電路徑。圖2是將納米線用作電子元件的示意圖。具體來說，圖中顯示了簡單的納米線晶體管器件200，該器件包括連接著兩個電極、例如源極204和漏極206的納米線202，所述納米線202和電極都位于底部基材210上。如果是場效應(yīng)晶體管，在納米線附近提供柵電極208以調(diào)節(jié)納米線202的電導(dǎo)率。盡管圖中顯示描述了晶體管但是應(yīng)當(dāng)理解可制造許多種包括基礎(chǔ)納米線結(jié)構(gòu)的電子器件，包括基礎(chǔ)晶體管、MOSFETS、MESFETS、內(nèi)線二極管和間線二極管(intraand inter wire diode)等。將會理解，可通過在沉積過程中使納米線取向，例如通過確保制造電極間所有必需的連接，顯著提高制造器件的方法的產(chǎn)率。
在圖2所示納米線電子組件(electronics)的改良應(yīng)用中，可使用大量納米線，例如作為膜，使電子組件性能提高，例如使如晶體管陣列300所示大面積電子組件的制造更加容易，而且具有較高性能。具體來說，從圖A可看出，使用置于基材表面上或部分表面上的納米線集合制造大面積宏電子器件、陣列或基材。在此陣列中，由于包括大量基本跨越兩個或多個電極之間空間的取向的納米線，單獨(dú)的器件，例如晶體管302，還可由這些納米線材料的高長寬比獲益。具體來說，圖B顯示了簡化的陣列300中的電子電路器件，該器件使用大量沉積在基材表面306上的取向的納米線304作為兩個電極，例如源極308和漏極310之間的半導(dǎo)體通道。通過使這些材料如此取向，可以在電極之間有效地提供單晶半導(dǎo)體電子遷移率，例如單獨(dú)的納米線，同時提供具有極低側(cè)向(例如從一個電極到另一個電極的方向正交的方向)電子遷移率的足夠的電流密度(例如通過多根線)。另外，如上所述，由于單個納米線長度和寬度的整體尺寸很小，所以可以使用簡化的處理技術(shù)制造撓性總體電子器件。如圖所示，晶體管302還包括柵電極312。以下專利更詳細(xì)描述了圖3所示那樣的器件的制造、應(yīng)用和性能例如2002年9月30日提交的美國專利申請第60/414,323號和第60/414,359號，2003年5月7日提交的第60/468,276號，2003年2月5日提交的第60/445,421號，2003年5月29日提交的60/474,065，2003年7月22日提交的第60/488,801號和2003年8月7日提交的第60/493,005號，這些專利結(jié)合入2003年9月30日提交的一個或多個相關(guān)的美國專利申請第10/673,669號，第10/674,060號和第10/674,071號中，出于所有目的，其全文結(jié)合入本文作為參考。
通常用于電子應(yīng)用的納米線是通過在平面基材表面上生長或合成這些伸長的結(jié)構(gòu)而制備的。例如公開的美國專利申請第US-2003-0089899-A1號揭示了使用氣相外延法由粘附在固體基材上的金膠體生長均勻的半導(dǎo)體納米線集合的方法。Greene等(″Low-temperature wafer scale production of ZnO nanowire arrays″，L.Greene，M.Law，J.Goldberger，F(xiàn).Kim，J.Johnson，Y.Zhang，R.Saykally，P.Yang，Angew.Chem.Int.Ed.42，303 1-3034，2003)揭示了另一種溶液基、低溫線生長法合成納米線的方法。使用各種其它方法合成其它伸長的納米材料，包括美國專利第5,505928號，第6225,198號和第6,306,736號揭示的用來制造較短納米材料的表面活性劑基合成法，以及制造碳納米管的方法見例如Dai等的US-2002/0179434。如本文所述，可將任意的或所有這些材料用于本發(fā)明的方法、器件和系統(tǒng)中。對于半導(dǎo)體應(yīng)用，可根據(jù)所制造器件的最終應(yīng)用使用許多種III-V，II-VI和IV半導(dǎo)體。通常來說，在例如US-2003-0089899-A1中描述了這些半導(dǎo)體納米線，該專利結(jié)合入本文作為參考。類似地，據(jù)報道半導(dǎo)體納米棒和量子點(diǎn)可由任意數(shù)量不同種類的III-VI，III-V和IV半導(dǎo)體制造。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，所述納米線選自Si，Ge，Sn，Se，Te，B，金剛石，P，B-C，B-P(BP6)，B-Si，Si-C，Si-Ge，Si-Sn和Ge-Sn，SiC，BN/BP/BAs，AIN/AlP/AlAs/AlSb，GaN/GaP/GaAs/GaSb，InN/InP/InAs/InSb，BN/BP/BAs，AIN/AlP/AlAs/AlSb，GaN/GaP/GaAs/GaSb，InN/InP/InAs/InSb，ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe，CdS/CdSe/CdTe，HgS/HgSe/HgTe，BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe，GeS，GeSe，GeTe，SnS，SnSe，SnTe，PbO，PbS，PbSe，PbTe，CuF，CuCl，CuBr，Cul，AgF，AgCl，AgBr，AgI，BeSiN2，CaCN2，ZnGeP2，CdSnAs2，ZnSnSb2，CuGeP3，CuSi2P3，(Cu，Ag)(Al，Ga，In，Tl，F(xiàn)e)(S，Se，Te)2，Si3N4，Ge3N4，Al2O3，(Al，Ga，In)2(S，Se，Te)3，Al2CO，以及兩種或兩種以上這些半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。
在各方面，至少一種半導(dǎo)體可任選地包含選自以下的摻雜物周期表第III族的p型摻雜物；周期表第V族的n型摻雜物；選自B、Al和In的p型摻雜物；選自P、As和Sb的n型摻雜物；選自周期表第II族的p型摻雜物；選自Mg，Zn，Cd和Hg的p型摻雜物；選自周期表第IV族的p型摻雜物；選自C和Si的p型摻雜物；或選自Si，Ge，Sn，S，Se和Te的n型摻雜物。
除單晶納米線以外，在本發(fā)明某些方面，如果器件的最終應(yīng)用需要，可使用納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如縱向或共軸異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在例如公開的國際申請第WO02/080280號中詳細(xì)揭示了這些共軸和縱向異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米線，出于所有目的，該專利結(jié)合入本文作為參考。
盡管主要描述關(guān)于無機(jī)半導(dǎo)體材料，但是應(yīng)當(dāng)理解本文所述的沉積和排列技術(shù)可用于任何納米材料的沉積和/或取向，對于本發(fā)明取向方面，可以用于任何伸長的納米材料，例如納米棒、碳納米管、聚合納米纖維、有機(jī)或無機(jī)納米絲、蛋白質(zhì)納米微絲等。
根據(jù)本發(fā)明，將納米線置于轉(zhuǎn)移基材表面上，優(yōu)選粘合在轉(zhuǎn)移基材表面上。出于本發(fā)明的目的，所述轉(zhuǎn)移基材可包括在其上通過例如膠體基法合成納米線的基材，或者可包括不同的基材。例如，在第一方面，所述轉(zhuǎn)移基材包括在其上生長或合成納米線的基材。具體來說，對于許多制備納米線的方法，將顆?；蚰z體，例如金膠體沉積在基材表面上作為晶種，通過氣相外延生長法生長半導(dǎo)體納米線。制得的納米線結(jié)合在它們在其上合成的基材表面上。在例如US-2003-0089899-A1中討論了這種納米線合成。
在另一方面，納米線可在轉(zhuǎn)移基材以外的地方制備，然后沉積在轉(zhuǎn)移基材上。例如，可在生長基材上制備納米線，并收集起來。然后將例如為了便于處理通常置于懸浮液中的游離的納米線，沉積在轉(zhuǎn)移基材表面上。可通過許多方法將納米線沉積在轉(zhuǎn)移基材表面上。例如，可通過例如旋涂法將納米線懸浮液涂敷在轉(zhuǎn)移基材表面上，或者可使納米線懸浮液簡單地在轉(zhuǎn)移基材表面上流動，然后固定在轉(zhuǎn)移基材的表面上?？衫眉{米線與所述表面之間的自然作用力，例如范德華力，將納米線固定在轉(zhuǎn)移基材表面上，或者在基材和/或納米線表面上結(jié)合功能層，例如化學(xué)結(jié)合層，即聚賴氨酸、聚凝胺、硅烷或其它氧化物涂層來提高粘合性。在例如2003年4月1日提交的美國專利申請第10/405,992號中討論了可用來將納米線固定在轉(zhuǎn)移基材之類基材表面上的粘合劑，出于所有目的，將該專利結(jié)合入本文作為參考。
或者可以使用下文詳述的用來將納米線固定在接收基材上的粘合材料，只要將其適宜地配制在轉(zhuǎn)移基材和接收基材上，使得納米材料能夠從前者轉(zhuǎn)移到后者上即可。
如上所述，轉(zhuǎn)移基材幾乎可包括任何材料。例如，對于在其上生長納米線的轉(zhuǎn)移基材，該轉(zhuǎn)移基材可包括固體，剛性基材，例如硅晶片、玻璃板、聚合物板、陶瓷板等?；蛘呖砂〒闲圆牧希鐡闲圆?，例如，鋁箔、金箔等，或撓性聚合物片，只要這些撓性材料適于納米線合成法。對于轉(zhuǎn)移基材是中間基材的情況，例如制造納米線之后，將納米線沉積在其上的基材，這種基材幾乎可包括任何合適的材料，例如適于根據(jù)最終方法進(jìn)行控制，適于接收納米線并將納米線粘合在其上的基材。在特別優(yōu)選的方面，在其上制造納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移基材可包括任何適于這種制造的基材材料。例如，對于通過較高溫度CVD或其它氣相合成法制備的納米線或其它結(jié)構(gòu)，該基材可包括固體二氧化硅或其它半導(dǎo)體基的基材，例如硅或玻璃，或用于本方法的任何其它基材表面，或者在其上沉積預(yù)先合成的納米線的轉(zhuǎn)移基材可由任何數(shù)量的不同材料組成，這些材料包括上述固體基材，以及對溫度或化學(xué)物質(zhì)更加敏感的基材，例如聚合物膜或其它有機(jī)材料。
在一些情況下，納米結(jié)構(gòu)可在轉(zhuǎn)移基材上預(yù)先取向，以便將此結(jié)構(gòu)以基本排列或取向的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到接收基材上，例如接收基材上的結(jié)構(gòu)如上所述基本取向?？赏ㄟ^許多方法使納米結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)移基材上取向。例如，可將這些結(jié)構(gòu)“梳理”至排列或取向。這種梳理可包括使支承著該納米結(jié)構(gòu)的基材與一種物理結(jié)構(gòu)，例如直的邊緣或表面接觸，將此物理結(jié)構(gòu)拖過所述納米結(jié)構(gòu)，使這些納米結(jié)構(gòu)剪切對齊(shearalign)?；蛘呖墒褂靡夯ǎ诖朔椒ㄖ?，液體流過支承該所述納米結(jié)構(gòu)的表面，使結(jié)合在該表面上的納米結(jié)構(gòu)流動對齊(flow align)。在其它方面，可制得預(yù)先排列取向的納米結(jié)構(gòu)。在例如美國專利第10/405,992號中描述了納米線的排列生長，出于所有目的，該專利結(jié)合入本文作為參考。另外，盡管描述的是納米結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)移基材上的排列，但是應(yīng)當(dāng)理解可以在轉(zhuǎn)移后，使納米結(jié)構(gòu)在接收基材上進(jìn)行這種排列。
除了簡單地將納米線從轉(zhuǎn)移基材轉(zhuǎn)移到接收基材上以外，本發(fā)明某些方面還提供了對轉(zhuǎn)移到接收基材上的納米線進(jìn)行具體定位和/或排列。例如，通過在整個基材的選定區(qū)域提供粘合材料或表面處理，可精確選擇納米線之類的納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移/安置在基材上的位置。例如，參見圖3，通過僅在基材的選定區(qū)域，例如區(qū)域314(如點(diǎn)折線框所示)內(nèi)以圖案形式提供粘合材料，從而在整個接收基材表面306的選定部分定位納米線?？刹捎萌我獬Ｒ?guī)技術(shù)很簡便地在粘合表面上形成圖案。例如，可通過物理掩模法在選定的區(qū)域涂布粘合材料，或者可以使用常規(guī)的光刻法由光致抗蝕劑形成圖案。
通常本發(fā)明使轉(zhuǎn)移基材或接收基材相對于另一者移動，同時使納米線與接收基材表面接觸并結(jié)合在其上，但是并未與轉(zhuǎn)移基材分離，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移的納米線的排列。具體來說，當(dāng)其上具有納米線的轉(zhuǎn)移基材與表面帶有粘合材料的接收基材接觸時，轉(zhuǎn)移基材或接收基材的其中之一相對于另一者移動，使納米線在移動方向?qū)R，例如通過牽拉使納米線對齊。當(dāng)基材分離時，沉積的納米線設(shè)置成基本對齊的取向。
″基本對齊的取向″表示納米結(jié)構(gòu)集合中大多數(shù)的納米結(jié)構(gòu)主要基本沿特定的軸取向，這意味著該集合中大多數(shù)結(jié)構(gòu)的排列取向偏離該給定軸不超過30度，優(yōu)選不超過20度，在許多情況下偏離給定軸不超過10度或5度。
通常一個基材相對于另一個的運(yùn)動在進(jìn)行沉積和排列的納米線的平均長度范圍以內(nèi)，通常小于其平均長度。同樣地，這些基材通常在高達(dá)5毫米(從初始接觸位置算起)范圍內(nèi)相對移動。在許多情況下，可進(jìn)行更小的移動，例如使基材相對彼此移動不超過1毫米、100微米、10微米或1微米，或者甚至小于1微米。在一些情況下，可在基材上提供更大的牽拉距離、或重復(fù)更短的與分離步驟和重新接觸步驟交替的牽拉步驟，在單個區(qū)域沉積更多的納米線或其它納米結(jié)構(gòu)，以達(dá)到更高的沉積納米線或納米結(jié)構(gòu)密度。
通常，用來進(jìn)行本文所述操作的設(shè)備很容易購得，這些設(shè)備包括精密移動臺，顯微操作器等。在卷到卷傳送的情況下，可改變一個基材卷相對于另一個的速度，例如使一個基材的移動速度略慢于另一個，使一個基材相對于另一個移動，將接觸接收基材的納米線拉伸成沿不同速度的方向排列。
圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)移和排列結(jié)合法(the combined transfer and alignment process)的示意圖。簡單來說，固定著納米線406的轉(zhuǎn)移基材402與接收基材408的粘合表面412接觸(見圖A和圖B)，納米線粘合在該表面上(見圖B)。在分離這兩個基材之前，轉(zhuǎn)移基材402和接收基材408中的一個或兩個相對于另一個移動，例如如圖C箭頭所示地移動，拉伸這些納米線，使其沿相對移動方向排列。進(jìn)行這種排列之后，分離基材，在接收基材408表面上留下基本對齊的納米線414。另外，盡管上述方法描述的是在接收基材上沉積排列的納米結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)當(dāng)理解在某些情況下，這種接收基材可用作轉(zhuǎn)移基材，例如可使用上述排列和沉積法制備預(yù)先排列的納米結(jié)構(gòu)，用于隨后的轉(zhuǎn)移步驟，例如將預(yù)先排列或取向的納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到另外的接收基材上。
在中間轉(zhuǎn)移基材，例如轉(zhuǎn)移基材是不同于接收基材的情況下，可能需要對中間基材進(jìn)行處理，以便能夠簡單地從轉(zhuǎn)移基材上除去納米結(jié)構(gòu)，例如將其轉(zhuǎn)移到接收基材上。例如，可對轉(zhuǎn)移基材表面進(jìn)行化學(xué)處理，使其與納米結(jié)構(gòu)的粘合性遜于接收基材，從而能夠容易地轉(zhuǎn)移。這些處理的例子包括例如涂布非粘性材料，例如聚四氟乙烯或其它有機(jī)涂布材料。類似地，可進(jìn)行能夠提供活化剝離的化學(xué)處理，例如將納米結(jié)構(gòu)結(jié)合在轉(zhuǎn)移基材上的可光裂解、化學(xué)裂解或熱裂解的化學(xué)鍵合基團(tuán)。當(dāng)可活化基團(tuán)與接收基材接觸時(或接觸之前)，對這些基團(tuán)進(jìn)行活化以釋放納米結(jié)構(gòu)，以便容易地轉(zhuǎn)移。也可使用其它可逆鍵合或連接技術(shù)將納米結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)移基材相連接，包括使用靜電力或磁力將納米結(jié)構(gòu)保持在轉(zhuǎn)移基材上，直至需要進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
與轉(zhuǎn)移基材一樣，接收基材幾乎也可由適于所制器件最終應(yīng)用需要的任何材料組成。例如，某些應(yīng)用可能需要高度耐極端高溫、耐化學(xué)試劑等能力的剛性基材。在另外的應(yīng)用中，最終器件可能宜為撓性、透明而薄的，而且會得益于下層基材所賦予的很多其它特性，例如低成本或低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。例如，對于天線應(yīng)用，優(yōu)選具有良好RF工作特性的材料，所述工作特性是指例如高介電常數(shù)或控制的介電常數(shù)、低成本、良好控制的厚度等。類似的特性也可用于層疊電路或分層電路，或用于RFID電纜終端之類電子元件的大量生產(chǎn)，這些元件可能會從選擇性且區(qū)別性地為各層提供不同的基礎(chǔ)基材的能力中受益，以分別利用各層的基材性質(zhì)。
在某些優(yōu)選的方面，所述轉(zhuǎn)移基材是撓性基材，可以是平坦的片或卷成卷的片。通過以卷或片的形式提供轉(zhuǎn)移基材，可以很容易地使用常規(guī)的卷到卷法或?qū)盈B式過程將納米線沉積在接收基材上。類似地，所述接收基材優(yōu)選是可用作最終應(yīng)用的基礎(chǔ)基材的撓性材料、片或基材的形式，例如撓性宏電子基材。例如，圖5是使用卷到卷法使納米結(jié)構(gòu)在接收基材表面上沉積和取向的方法和配套設(shè)備500的示意圖。具體來說，提供了卷在適當(dāng)?shù)妮佂不蜉?04上的轉(zhuǎn)移基材502。類似的，提供了卷在第二輥筒或輥508上的接收基材506。所述轉(zhuǎn)移基材包括位于其表面510上的納米結(jié)構(gòu)。可用粘合材料或處理(treatment)對接收基材表面進(jìn)行預(yù)處理，或者可在接收基材從輥筒展開、但是尚未與轉(zhuǎn)移基材接觸時，使用例如涂布器512施涂該粘合材料。根據(jù)所用粘合材料的性質(zhì)以及所需的粘合材料涂層的厚度和/或均一性，涂布器512可包括噴涂器、氣相涂布器、刮刀涂布器等?；蛘咴谀承﹥?yōu)選方面，使用涂布器512向預(yù)先設(shè)置在接收基材506表面上的材料施涂活化劑。例如，涂布器可施加活化能使表面上的化學(xué)基團(tuán)活化，以提供粘合表面?；蛘撸稍诮邮栈纳咸峁┕庵驴刮g劑聚合物之類的能夠在光照或丙酮之類溶劑處理下具有粘性的材料涂層。這些處理在本文中更詳細(xì)地描述。
在接收基材上施涂粘合表面和/或?qū)ζ溥M(jìn)行活化之后，使轉(zhuǎn)移基材片和接收基材片通過包括進(jìn)樣輥514和516的移動裝置(translation module)進(jìn)入輥筒壓力機(jī)(drum press)518、520和任選的522和524，通過擠壓使轉(zhuǎn)移基材具有納米線的表面與接收基材上的粘合表面接觸。輥壓機(jī)之間施加的壓力通常取決于納米結(jié)構(gòu)和粘合材料的性質(zhì)。另外，在一些情況下，接觸步驟可使用其它處理，包括例如加熱等。兩個基材片接觸之后，將層疊的片分開，轉(zhuǎn)移基材表面510上一些部分的納米線完全或部分轉(zhuǎn)移到接收基材506的表面上。然后將轉(zhuǎn)移基材廢料卷和剛沉積過的接收基材移到隨后的處理步驟，例如分別卷到收集輥筒526和528上。
當(dāng)需要納米結(jié)構(gòu)同時在接收基材的粘合表面上沉積和取向的時候，可簡單地通過使轉(zhuǎn)移基材輥筒，例如進(jìn)料輥筒504和收集輥筒526以略高于或略低于接收基材的進(jìn)料輥筒(如輥筒508)和收集輥筒(如輥筒528)的速度移動，對本方法進(jìn)行略微的改變。其結(jié)果是在接觸步驟中，一種基材將比另一種移動得更快，使兩種基材表面之間的納米線在同時與這兩種基材連接的情況下，沿不同基材速度的方向伸長或拉伸排列。
可將許多種不同材料用作接收基材表面上的粘合材料。這些粘合材料的例子可包括，但不限于涂敷在接收基材表面上的材料，例如粘合聚合物的薄膜，或者可包括對接收基材或其它基材進(jìn)行表面處理，使該表面具有合適的粘性。在另一方面，粘合材料可包括對接收基材或其它基材表面施加的表面衍生，例如直接在所述接收基材或其它基材表面部分上連接化學(xué)官能團(tuán)，以提供粘合性。最后，在一些情況下，所述接收基材或其它基材可以其現(xiàn)有形式，例如在不進(jìn)行改性的情況下提供粘合性。
如上所述，在優(yōu)選的方面，將聚合粘合材料用于本發(fā)明，通常以薄膜形式施加在接收基材或其它基材的表面上?？赏ㄟ^各種已知方法施加聚合物薄膜，這些方法包括例如旋涂、浸涂、噴涂、層壓、原位聚合等。
實(shí)際上，根據(jù)最終器件或制品的應(yīng)用性質(zhì)，幾乎任何聚合物粘合劑，例如觸敏或壓敏粘合劑均可用于本發(fā)明。然而，在某些優(yōu)選方面，使用光致抗蝕劑之類的抗蝕材料聚合物作為粘合層，這是由于它們能夠很容易地在基材上形成用來選擇性沉淀的粘合區(qū)域的圖案，而且還由于能夠通過光學(xué)方法或化學(xué)方法對它們的粘合性質(zhì)進(jìn)行改性。適用于這些應(yīng)用的可在市場上購得的光致抗蝕劑的例子包括例如Shipley S1800，S1813，SPR 220，STR 1000，SPR 3000，SPR 3600，SPR 500，SPR955-CM，Microchem Su-8和Su8 2000，PMMA，HD Microsystems HD 4000，4001和4010，Clariant AZ1518，AZ4400和AZ4620，以及Dow Cyclotene抗蝕劑。
在另外方面，可將其它聚合物粘合劑用作粘合材料，可很容易地提供在接收基材表面上。在對粘合層形成圖案的情況下，可在物理掩模上方采用旋涂法、噴墨印刷法、幕涂法或氣相或噴涂沉積在接收基材表面上所需的區(qū)域選擇性地施涂粘合劑。作為上述方法的替代或與上述情況同時存在，相對于光掩模，這些粘合劑還可以是能夠在紫外光或其它光線下固化的，從而可以使用光掩?；蚱渌毓庀到y(tǒng)，例如激光記錄等，很容易地在粘合劑上光成圖案(photopattern)。這些粘合劑包括可方便地購自例如3M，Dow Chemical公司，Rad-Cure的許多種粘合劑材料。
除了復(fù)合材料或聚合物粘合劑材料外，接收基材表面上的粘合材料還可包括對接收基材或其它基材的表面進(jìn)行改性，例如通過例如軟化表面或結(jié)合化學(xué)基團(tuán)或使表面衍生得粘性更大，從而使表面變軟或變粘；在基材表面結(jié)合化學(xué)部分、該基材表面能夠特定性地或非特定性地與接觸的或附近的納米結(jié)構(gòu)結(jié)合或以其它方式連接(出于本發(fā)明的目的，納米結(jié)構(gòu)與粘合材料間的接觸包括使該材料足夠靠近納米結(jié)構(gòu)，使其與這些部分結(jié)合或通過其它方式連接，從而使該結(jié)構(gòu)粘合在接收基材上)。因此，盡管粘合材料通常被描述為接收基材上的材料單層，但是應(yīng)當(dāng)理解接收基材可完全或部分地由作為粘合材料的材料組成。例如，用作接收基材的聚合物片可具有粘合表面，該粘合表面可以是本身具有的，或者使通過化學(xué)、光學(xué)或熱處理形成的。在至少一個例子中，可通過化學(xué)法、曝光或通過將表面溫度升高到高于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之類的光致抗蝕劑材料在表面部分地被軟化，在下層的剛性PMMA接收基材上生成PMMA粘合表面層。
對于溶劑處理，在一些情況下，可以有效地在氣相中使用溶劑，以更好地控制溶劑應(yīng)用，幫助僅部分地軟化抗蝕劑層(不論其是基材上的簡單層或整個接收基材或其它基材)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易了解溶劑/聚合物組合。例如，對于許多種聚合物材料，乳酸乙酯和丙酮酸乙酯是特別有用的溶劑。類似地，通常也可使用丙酮之類的其它有機(jī)溶劑，當(dāng)需要避免溶劑對下層的硅或二氧化硅材料，例如納米線或基材的影響時更是如此。
類似地，當(dāng)接收基材由本身具有對納米結(jié)構(gòu)的粘合性的材料組成的時候，該接收基材的表面可不經(jīng)改性提供粘合材料。例如，在硅納米線之類的二氧化硅基納米結(jié)構(gòu)的情況下，許多平面基材可通過范德華作用自然地與納米線結(jié)構(gòu)粘合。例如玻璃接收基材可以很強(qiáng)的粘合性與其接觸的納米線自然粘合。根據(jù)本發(fā)明，這種表面性質(zhì)可作為粘合材料。在2003年4月17日提交的美國臨時專利申請第60/463,766號，現(xiàn)在的2003年9月12日提交的美國專利申請第10/661,381號詳細(xì)描述了納米線表面與包括玻璃和其它材料的其它平面表面的粘合性，出于所有目的，這些專利全文結(jié)合入本文作為參考。
除了僅在接收基材上沉積納米材料，本文所述的方法、系統(tǒng)和組合件也可用來沉積基本取向的納米結(jié)構(gòu)。在本文中，術(shù)語″基本取向的″表示在納米結(jié)構(gòu)的集合或子集合中，至少一個較長的軸或長軸，例如長度取向或排列，使得其單獨(dú)的主軸基本平行于公共軸線，這意味著群體中至少50％、優(yōu)選至少60％、更優(yōu)選至少80％、更優(yōu)選至少90％的納米晶體主軸與公共軸線的夾角在30°內(nèi)，優(yōu)選至少在10°以內(nèi)，更優(yōu)選至少在5°以內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，納米結(jié)構(gòu)的基本排列，通常是根據(jù)“粘拉法”或其衍生方法進(jìn)行的。具體來說，如上沉積法所述，使支承著納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移基材與接收基材表面上的粘合層或材料接觸，將納米結(jié)構(gòu)粘合在接收基材上。然而，并不是僅僅使轉(zhuǎn)移基材與納米結(jié)構(gòu)分離，在納米結(jié)構(gòu)同時與轉(zhuǎn)移基材和接收基材有效結(jié)合的同時，使轉(zhuǎn)移基材和/或接收基材相對移動。結(jié)果，通常通過拉伸使納米結(jié)構(gòu)沿運(yùn)動方向排列。要理解，如果在此過程中，大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)沿著主軸在其任意一相對的端部或相對的端部附近結(jié)合，例如納米線或納米棒在一端與轉(zhuǎn)移基材連接，并從轉(zhuǎn)移基材垂直延伸出來，使另一端接觸接收基材的粘合部分，則該排列方法的效率會提高。然而，根據(jù)本發(fā)明，即使納米結(jié)構(gòu)更隨機(jī)地排列在轉(zhuǎn)移基材上，只要有足夠的后沉積(post deposition)和排列，使納米結(jié)構(gòu)如本文所述基本沿公共軸線取向，也能達(dá)到所需程度的排列。
沉積在接收基材上并取向之后，可對取向的納米線集合進(jìn)行其它處理，以用于最終應(yīng)用。例如，可從接收基材上除去粘合材料，留下取向沉積在接收基材的納米線。通?？赏ㄟ^許多不同的方法除去粘合材料，但是通常留下定位和取向相同的沉積的納米線。例如，特別是當(dāng)使用有機(jī)粘合材料時，可在納米線沉積之后，采用半導(dǎo)體工業(yè)中經(jīng)常使用的常規(guī)等離子體清潔技術(shù)清潔除去接收基材上的粘合材料。在許多情況下，等離子體或其它氣相基清潔法是優(yōu)選的，這是由于這些方法能夠除去粘合材料而不對粘合在其上的納米線產(chǎn)生物理影響。
在另外的方面中，可采用溶劑基方法除去粘合材料。例如當(dāng)使用光致抗蝕劑作為粘合材料時，在粘合材料上沉積納米線之后，可對粘合材料曝光，使其變得可溶于合適的顯影劑溶液。有用的光致抗蝕劑/顯影劑溶液組合在半導(dǎo)體工業(yè)中是眾所周知的，通?？梢院苋菀椎刭徸岳鏒ow，MicroChem，Shipley等。在其它實(shí)施方式中，丙酮、氯苯、丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、乳酸乙酯、乙基溶纖劑乙酸酯或甲基溶纖劑乙酸酯、二甘醇二酐醚或其它粘合材料易溶于其中的工業(yè)溶劑均可用來從接收基材除去粘合材料?？墒褂闷渌椒ǔト魏螝埩舨牧希鐚τ谝恍?yīng)用使用異丙醇、然后用丙酮處理。
或者可將粘合材料轉(zhuǎn)化為非粘性態(tài)，例如可對光致抗蝕劑進(jìn)行軟烘焙或硬烘焙或通過其他方法固化。可在納米結(jié)構(gòu)上沉積其它的層，以及/或者在接收基材上施加其它操作組分，例如氧化物層或其它絕緣體，源自源極、漏極和柵極等之類電極的金屬路徑(trace)或圖案。也可利用已有的粘合材料或在第一層納米結(jié)構(gòu)上施加另外的粘合材料，在取向沉淀的結(jié)構(gòu)層上施加另外的沉淀和/或取向的納米結(jié)構(gòu)。通過以這種方式施加包含不同材料的不同層的納米結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可用作例如二極管、接頭等。通過這種雙重沉積和/或取向法，可制造包括器件或系統(tǒng)的各種不均勻納米結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中存在獨(dú)立的均勻?qū)印?br> 其它處理步驟的例子包括在所有或部分的排列的納米線集合上沉積金屬，例如形成用于納米線基晶體管、二極管等的源極、漏極和/或柵極納米線。絕緣層可結(jié)合起來一起沉積在納米線上，或者它們可分別沉積在納米線上。在以下專利中描述了這些納米線集合的各種其它應(yīng)用和方法例如WO02/080280，WO02/17362和USSN60,414,323和2002年9月30日提交的60/414,359，2003年5月7日提交的60/468,276，2003年5月29日提交的60/474,065，2003年2月5日提交的60/445,421，2003年7月22日提交的60/488,801以及2003年8月7日提交的60/493,005，這些專利結(jié)合入2003年9月30日提交的美國專利申請第10/673,669號，第10/674,060號和第10/674,071號中作為參考，出于所有目的，其全文引入本文作為參考。
實(shí)施例將本文所述方法用來以基本對齊取向的方式在基材上沉積納米線。具體來說，使用4″硅晶片作為接收基材，用壓敏粘合劑溶液(PolySciences 534028 30％的異丙醇溶液)形成圖案，測得粘合劑點(diǎn)的直徑約為50微米。使用標(biāo)準(zhǔn)XYZ機(jī)器人和吸移管管理器(pipettor)進(jìn)行點(diǎn)樣。一旦沉積，這些點(diǎn)在60℃干燥，在基片表面上形成約10微米厚的粘合墊。
使用Lieber等(例如見US2003-0089899-A1)通常所述的標(biāo)準(zhǔn)金膠體基CVD生長法在另一4″硅晶片上制備轉(zhuǎn)移基材。所得的轉(zhuǎn)移晶片上覆蓋有通常測得直徑約40納米、長40微米的納米線(從SEM照片近似測得)。
轉(zhuǎn)移晶片的納米線表面放在接收晶片基材支承粘合墊的表面上，使納米線與粘合墊接觸，不另外施加壓力。然后該接收晶片和轉(zhuǎn)移晶片沿相反方向剪切1毫米的距離，然后分開晶片。
然后將接收基材置于等離子體清潔器中，除去基材上包括任何粘合劑在內(nèi)的的所有有機(jī)材料。清潔之后，立刻用SEM分析接收基材。圖6是在清潔除去粘合墊的區(qū)域余下的取向納米線的SEM照片。
盡管上面出于清楚和理解的目的比較詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過閱讀本說明書很清楚地明白，可以在不背離本發(fā)明真正范圍的前提下進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)的改變。例如，上述所有技術(shù)和設(shè)備可以各種組合使用。出于所有目的，本申請引用的所有出版物、專利、專利申請和/或其他文獻(xiàn)都以各單獨(dú)的出版物、專利、專利申請和/或其他文獻(xiàn)所述相同的程度全文結(jié)合作為參考。
權(quán)利要求
1.一種將納米材料沉積在基材上的方法，該方法包括提供大量位于轉(zhuǎn)移基材上的納米結(jié)構(gòu)；提供沉積在接收基材一個或多個選定區(qū)域上的粘合材料；將所述轉(zhuǎn)移基材與接收基材配對，轉(zhuǎn)移基材上的納米結(jié)構(gòu)與接收基材的一個或多個選定區(qū)域接觸；使轉(zhuǎn)移基材與接收基材分離，留下粘合在接收基材一個或多個選定區(qū)域上的納米結(jié)構(gòu)集合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)包括大量納米纖維。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述大量納米纖維包括大量半導(dǎo)體納米線。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述大量半導(dǎo)體納米線包括選自第II-VI族半導(dǎo)體、第III-V族半導(dǎo)體或第IV族半導(dǎo)體的半導(dǎo)體材料。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米結(jié)構(gòu)在所述轉(zhuǎn)移基材上合成。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米結(jié)構(gòu)沉積在所述轉(zhuǎn)移基材上。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述配對步驟包括將轉(zhuǎn)移基材壓在接收基材的選定區(qū)域上。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移基材包括撓性平面片狀基材。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移基材卷置于一卷上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移基材卷在接收基材上輥軋。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收基材包括撓性平面片狀基材。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述接收基材置于一卷上。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述配對步驟和分離步驟之間，轉(zhuǎn)移基材和接收基材中的至少一個以基本平行于所述轉(zhuǎn)移基材和接收基材中另一者的方向移動，使粘合在接收基材上的納米結(jié)構(gòu)基本對齊。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，粘合在所述接收基材一個或多個選定區(qū)域上的納米結(jié)構(gòu)集合中至少50％的納米結(jié)構(gòu)以與公共軸線小于30°的夾角排列。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，粘合在所述接收基材上的納米結(jié)構(gòu)集合中至少50％的納米結(jié)構(gòu)以與公共軸線小于10°的夾角排列。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，粘合在所述接收基材上的納米結(jié)構(gòu)集合中至少50％的納米結(jié)構(gòu)以與公共軸線小于5°的夾角排列。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，粘合在所述接收基材一個或多個選定區(qū)域上的納米結(jié)構(gòu)集合中至少80％的納米結(jié)構(gòu)以與公共軸線小于30°的夾角排列。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，粘合在所述接收基材一個或多個選定區(qū)域上的納米結(jié)構(gòu)集合中至少80％的納米結(jié)構(gòu)以與公共軸線小于10°的夾角排列。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，粘合在所述接收基材一個或多個選定區(qū)域上的納米結(jié)構(gòu)集合中至少90％的納米結(jié)構(gòu)以與公共軸線小于30°的夾角排列。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，粘合在所述接收基材上的納米結(jié)構(gòu)集合中至少90％的納米結(jié)構(gòu)以與公共軸線小于10°的夾角排列。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在分離步驟之后，從所述接收基材表面除去粘合材料。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述去除步驟包括對接收基材進(jìn)行等離子體清潔。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述去除步驟包括用溶劑清潔接收基材的表面。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述粘合材料包括光致抗蝕劑，所述去除步驟包括使粘合材料曝光，并使粘合材料與顯影劑溶液接觸。
25.一種在基材上沉積大量已基本取向的納米結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括提供其上沉積了大量納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移基材，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的每一個都具有長軸；提供具有包含粘合材料的表面的接收基材；使所述轉(zhuǎn)移基材表面上的納米結(jié)構(gòu)與所述接收基材表面上的粘合材料接觸，使所述納米結(jié)構(gòu)粘合在所述粘合材料上；使所述轉(zhuǎn)移基材和接收基材中的一個或多個相對于所述轉(zhuǎn)移基材和接收基材的另一個移動，使所述納米結(jié)構(gòu)基本沿公共軸線取向；在所述移動步驟之后，將納米結(jié)構(gòu)從轉(zhuǎn)移基材分離，在接收基材上留下大量基本沿公共軸線取向的納米結(jié)構(gòu)。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)以長軸與所述轉(zhuǎn)移基材上納米結(jié)構(gòu)表面的平面基本垂直的方式沉積在轉(zhuǎn)移基材上。
27.一種制品，該制品包括具有第一表面的基材；位于所述第一表面上的聚合物粘合材料；位于所述第一表面上、粘合在所述粘合材料上、各自具有長軸的大量納米結(jié)構(gòu)，所述大量納米結(jié)構(gòu)基本沿公共軸線取向。
28.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少50％的取向與公共軸線的夾角在30°以內(nèi)。
29.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少50％的取向與公共軸線的夾角在10°以內(nèi)。
30.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少50％的取向與公共軸線的夾角在5°以內(nèi)。
31.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所大量述納米結(jié)構(gòu)中的至少60％的取向與公共軸線的夾角在30°以內(nèi)。
32.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少60％的取向與公共軸線的夾角在10°以內(nèi)。
33.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少60％的取向與公共軸線的夾角在5°以內(nèi)。
34.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少80％的取向與公共軸線的夾角在30°以內(nèi)。
35.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少80％的取向與公共軸線的夾角在10°以內(nèi)。
36.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少80％的取向與公共軸線的夾角在5°以內(nèi)。
37.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少90％的取向與公共軸線的夾角在30°以內(nèi)。
38.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少90％的取向與公共軸線的夾角在10°以內(nèi)。
39.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中的至少90％的取向與公共軸線的夾角在5°以內(nèi)。
40.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述聚合物粘合材料包括抗蝕劑。
41.如權(quán)利要求40所述的制品，其特征在于，所述抗蝕劑包括光致抗蝕劑。
42.如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，所述粘合材料和粘合在所述粘合材料上的納米結(jié)構(gòu)位于所述第一表面的選定區(qū)域上。
43.一種組合件，該組合件包括粘合材料層；大量粘合在所述粘合層表面上的基本對齊的納米線。
44.如權(quán)利要求43所述的組合件，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少50％的取向與公共軸線的夾角在30°以內(nèi)。
45.如權(quán)利要求43所述的組合件，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少50％的取向與公共軸線的夾角在10°以內(nèi)。
46.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少50％的取向與公共軸線的夾角在5°以內(nèi)。
47.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少60％的取向與公共軸線的夾角在30°以內(nèi)。
48.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少60％的取向與公共軸線的夾角在10°以內(nèi)。
49.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少60％的取向與公共軸線的夾角在5°以內(nèi)。
50.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少80％的取向與公共軸線的夾角在30°以內(nèi)。
51.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少80％的取向與公共軸線的夾角在10°以內(nèi)。
52.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少80％的取向與公共軸線的夾角在5°以內(nèi)。
53.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少90％的取向與公共軸線的夾角在30°以內(nèi)。
54.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少90％的取向與公共軸線的夾角在10°以內(nèi)。
55.如權(quán)利要求43所述的制品，其特征在于，所述大量納米結(jié)構(gòu)中至少90％的取向與公共軸線的夾角在5°以內(nèi)。
56.一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括在其第一表面上具有大量納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移基材；包括與所述轉(zhuǎn)移基材的第一表面相對放置的第一表面的接收基材；與所述轉(zhuǎn)移基材和接收基材中的至少一個相連、用來使轉(zhuǎn)移基材的第一表面與接收基材的第一表面相互接觸、然后使所述轉(zhuǎn)移基材的第一表面與接收基材的第一表面分離的自動移動裝置。
57.如權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述移動裝置包括使轉(zhuǎn)移基材片與接收基材片接觸的一個或多個輥。
58.如權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括位于所述接收基材第一表面上方、用來在移動系統(tǒng)使轉(zhuǎn)移基材的第一表面移動至與接收基材第一表面接觸之前，在所述接收基材第一表面上沉積粘合材料的粘合材料沉積涂布器。
全文摘要
用來在接收基材上沉積納米材料、任選地以所需的取向沉積這些材料的方法和系統(tǒng)，其包括在轉(zhuǎn)移基材上提供納米材料，使這些納米材料與接收基材表面上或部分表面上的粘合材料接觸。任選地通過在轉(zhuǎn)移過程中使所述轉(zhuǎn)移基材和接收基材相對移動進(jìn)行取向。
文檔編號B29C51/00GK101023026SQ200480027780
公開日2007年8月22日 申請日期2004年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者R·杜布羅, L·T·羅曼諾, D·斯頓伯 申請人:奈米系統(tǒng)股份有限公司