用于创建纳米线的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于创建纳米线的方法和装置
[0001]本申请是分案申请，原申请的申请号为201010218079.7，申请日为2010年6月29日，发明名称为“用于创建纳米线的方法和装置”。
技术领域
[0002]本发明的实施例涉及一种方法和装置。具体而言，它们涉及一种用于创建硅纳米线(nanowire)的方法。
【背景技术】
[0003]纳米线是直径非常小的线缆。纳米线的直径通常是纳米量级。纳米线的长度可以改变，但是通常在长度上至少为数十或数百纳米。纳米线可以通过诸如硅的材料制成。
[0004]硅纳米线提供了使得能够高效电荷传输的一维电子通道。这使得对于需要高效电荷传输的多种不同应用，硅纳米线很有用。例如，硅纳米线可以被用作为电池中的电触点。
[0005]能够通过使用一种简单和廉价的方法来创建纳米线会很有用。
【发明内容】
[0006]根据本发明的多种(但不一定是所有的)实施例，提供了一种方法，包括:a)在包括硅的基底上沉积掩蔽材料山)通过使用第一过程去除所述掩蔽材料，相比于硅所述第一过程优先去除所述掩蔽材料，并且被配置用于部分地去除掩蔽材料；c)通过使用第二过程去除硅，相比于掩蔽材料所述第二过程优先去除硅；d)重复步骤序列a)、b)和c)，直到对步骤序列a)、b)和c)的重复被停止为止，其中对步骤序列a)、b)和c)的重复创建了纳米线。
[0007]根据本发明的多种(但不一定是所有的)实施例，提供了一种装置，包括:金属层;包括凹陷的纳米线的硅基底；以及与所述凹陷的纳米线和所述金属层接触的电解液。
[0008]所述装置可以用于存储电能。例如，所述装置可以是电池。
【附图说明】
[0009]为了更好地理解本发明的实施例的多种示例，现在将通过示例仅对附图进行参考，在附图中:
[0010]图1是示出了根据本发明实施例的一种方法的框图；
[0011]图2A至2E示意性示出对纳米线的创建；以及
[0012]图3A至3E示意性示出根据本发明实施例的一种用于创建包括硅纳米线的装置的方法。
【具体实施方式】
[0013]附图示出了一种方法，包括:
[0014]a)在包括硅的基底21上沉积(cbposit) 11掩蔽材料25 ；
[0015]b)通过使用第一过程去除13所述掩蔽材料25，相比于硅所述第一过程优先去除掩蔽材料，并且被配置用于部分地去除掩蔽材料；
[0016]c)通过使用第二过程从基底21去除15硅，相比于掩蔽材料25所述第二过程优先去除娃；
[0017]d)重复步骤序列a)、b)和c)，直到对步骤序列a)、b)和c)的重复被停止为止，
[0018]其中对步骤序列a)、b)和c)的重复创建了纳米线。
[0019]步骤a)、b)和c)可以是短持续时间的过程(量级I秒)，并且步骤序列a)、b)和c)可以重复N次，以便创建纳米线35，其中M1〈N〈M2，并且其中M2>M1，并且Ml是范围在2至10000之间的任意自然数，并且M2是范围在3至10001之间的任意自然数。
[0020]图1是示出了根据本发明的某些实施例的一种方法的框图。所述方法可用于在硅基底21的表面上创建纳米线35。[100]硅晶片可被用作为基底21。硅基底21可以是重掺杂的。
[0021]在框11，掩蔽材料25被沉积在包括硅的基底21上。
[0022]掩蔽材料25可以使用钝化气(passivating gas)来创建。钝化气可以包括构成材料层的任意气体，所述材料层随后保护底层基底21不被蚀刻。
[0023]在本发明的某些实施例中，掩蔽材料25可以包括聚合物。例如，钝化气可以包括C4F8，其构成了包括聚四氟乙烯(PTFE)的掩蔽材料25。
[0024]在框13，通过使用第一过程去除掩蔽材料25，相比于硅所述第一过程优先去除掩蔽材料25。
[0025]第一过程可以使用任意适当过程。例如，第一过程可以是化学蚀刻过程。例如，第一过程可以使用氧等离子体。
[0026]在框15，通过使用第二过程从基底21去除硅，相比于掩蔽材料25所述第二过程优先去除娃。
[0027]第二过程可以使用化学蚀刻剂。例如，第二过程可以使用SF6。
[0028]在框15之后，所述过程返回框11，并且重复框11、13、15的循环。在框11，掩蔽材料25被沉积在包括硅的基底21上。现在，基底除了具有硅之外，还具有来自框11、13、15的第一循环的掩蔽材料的残存物。接下来，在框13，通过使用第一过程去除掩蔽材料25，相比于硅所述第一过程优先去除掩蔽材料25。接着，在框15，通过使用第二过程从基底21去除硅，相比于掩蔽材料25所述第二过程优先去除硅。接着，再次重复框11、13、15的循环。
[0029]框11、13、15的序列被持续重复，直到所述重复停止为止。重复的次数可以被用于控制由所述方法形成的纳米线35的长度。作为示例，纳米线可以直径为几纳米，并且长度为数百纳米。
[0030]在停止对框11、13、15的序列的持续重复之后，所述方法可以移动到框17。在框17，可以去除剩余的掩蔽材料25。这可以通过在较长时段内应用第一过程来实现。相比于硅第一过程优先去除掩蔽材料25。
[0031]在本发明的某些实施例中，在框13处的第一过程的持续时间可以受到控制。相对于硅，第一过程优先去除掩蔽材料。增加第一过程的持续时间减少了所形成的纳米线的数量，例如，其增加了随机分布的纳米线35之间的平均间距。增加纳米线35之间的间距改变了纳米线集合的光学属性，尤其是光散射属性。随着平均间距的改变，从纳米线集合反射的光的颜色可以改变。
[0032]假定增加第一过程的持续时间减少了掩蔽材料25的有效残存物27的“生存率”。假定这些有效残存物27可以在第二过程(框15)的期间掩蔽硅21 (其最终构成纳米线35)不被蚀刻。
[0033]在本发明的某些实施例中，所述方法可以在感应耦合等离子体(ICP)系统中执行。在所述实施例中，娃基底21被放置于ICP系统的容器(chamber)内。可以提供氦气，以便当正在执行所述方法时冷却硅基底21。提供等离子体的线圈可以连接于13.56MHz的射频电源。所使用的钝化气可以包括C4F8。C4F8的流动速率可以是200sCCm(标准立方厘米每分钟)。第一过程可以使用氧等离子体。氧等离子体的流动速率可以是lOOsccm。第二过程可以使用SF6。SF6的流动速率可以是250sccm。压力可以保持为大约5X 10 _2mbar。所使用的主要电感器功率可以是600W，并且基底功率可以是50W。钝化(框11)的持续时间可以被固定为1.5s，并且第二蚀刻过程(框15)的持续时间可以被固定为0.8s。第一过程(框13)的持续时间可以在0.5至1.5s之间变化。已经发现第一过程的持续时间上的变化使得硅纳米线35的密度能够如上所述地进行变化。
[0034]改变该过程并实现满意结果可以是可能的。三个关键参数在于:控制掩蔽材料的沉积的参数、影响优先去除掩蔽材料的第一过程的参数、以及影响优先去除硅的第二过程的参数。
[0035]通过使用钝化气可以实现对掩蔽材料25的沉积。一个示例是C4F8。C4F8的流动速率可以被固定在100和300sccm(标准立方厘米每分钟)之间，但是优选值是200sccm。此步骤的持续时间可以被固定在I和3秒之间，但是优选持续时间是1.5s。
[0036]第一过程可以使用氧等离子体。氧等离子体的流动速率可以被固定在50和150sccm之间，但是优选值是lOOsccm。此步骤的持续时间可以在0.5和2.0秒之间变化，以控制纳米线的间距。
[0037]第二过程可以使用SF6。SF6的流动速率可以被固定在100和400sccm之间，但是优选值是250SCCm。此步骤的持续时间可以被固定在0.5和1.5秒之间，但是优选持续时间是 0.8s。
[0038]针对掩蔽材料的优选沉积速率(200sCCm)、用于第一过程的蚀刻剂的优选沉积速率(lOOsccm)、以及用于第二过程的蚀刻剂的优选沉积速率(250SCCm)的比率是4:2:5，其大致为2:1:2。
[0039]针对掩蔽材料沉积的优选处理时间(1.5s)、第一过程的优选处理时间(0.5至1.5s)、以及第二过程的优选处理时间(0.8s)的比率在15:5:8至15:15:8之间变化。
[0040]第一过程的持续时间可以小于掩蔽材料沉积的持续时间。
[0041]第一过程的持续时间可以小于第二过程的持续时间。
[0042]第一过程的持续时间可以大于第二过程的持续时间。
[0043]图2A至2E示意性示出在参考图1描述的方法期间，基底21如何可以根据当前以及尚未证明的假设来进行发展。
[0044]当前相信，作为框11和13的结果，掩蔽材料25的残存物27初始被留在硅基底21的表面23上。这在图2A中示意性示出。
[0045]在框11处沉积的掩蔽材料25的量以及在框13处的第一过程的长度可以受到控制，从而使得掩蔽材料25的随机分布的残存物27平均具有理想间距。
[0046]在框15的第二过程可以去除某些残存物材料，但是其主要去除硅(图2B)。将第二过程的持续时间保持很短可以防止残存物27被第二过程完全去除。将第二过程的持续时间保持很短可以防止如果第二过程不是完全非均质的则在残存物27下面的硅基底21被破坏。
[0047]当前相信，作为框11和13的重复的结果，掩蔽材料的某些残存物27被保留在硅基底21上。在框15的第二过程主要去除硅，其中硅被暴露在掩蔽材料的残存物27之间。处于残存物27之下的硅不会被去除，从而开始纳米线35的形成。这在图2B中示意性示出。
[0048]通过对框11、13、15的循环的持续重复，可以相信，平均来说残存物27按它们初始被形成的样子被保留(图2C)，并且重复地从其它地方去