平面带的制作方法

专利名称：平面带的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及具有高纵横比的结构从实质上非平面配置到实质上平面布置的 转换。本发明具体涉及包含低维度结构的结构从实质上非平面配置到实质上平面布置的转 换。要求上述平面配置使用处理技术对上述结构的特性进行慎重的修改，所述处理技术是 无法应用的或者至少强加了很大的技术挑战。
背景技术：
为了简单起见，本发明关注于实质上垂直于衬底表面而延伸以大纵横比创建的结 构的示例(即，这些结构的垂直于衬底表面而延伸的维度比平行于衬底表面而延伸的至少 一个维度大得多)。这些结构的示例包括但不限于诸如纳米线、纳米柱和纳米管或例如待审 英国专利申请0620134. 7 (英国专利申请公开号GB2442768A)中描述的鳍型结构之类的低 维度伸长结构。使用合适的蚀刻掩模和诸如反应离子蚀刻之类的减性方法来制造纳米柱。由于蚀 刻的特性，纳米柱将实质上垂直于衬底表面向外延伸。另一方面，通常使用诸如化学气相沉 积或与合适的金属催化剂相结合的分子束外延等加性技术来制造纳米线，并且纳米线可以 沿若干不同的晶体取向生长，所述晶体取向由上面形成有该纳米线的衬底的晶体取向来确 定。然而，可再现的并且良好受控的纳米线生长通常与有且只有一个生长方向的抑制相关 联。在硅纳米线从(111)硅表面生长的情况下，四个可能的[111]生长方向中只有一个生 长方向垂直于硅表面延伸，对工艺条件的高度控制通常由与衬底表面高度垂直的一个占优 势生长方向来反映。在形成上述结构之后，通常希望与光刻技术相结合应用以下技术中的 至少一种技术来修改上述结构的特性，以便得到具体器件(例如，晶体管、二极管、传感器、 激光器或发光器件)1.加性(例如，沉积、转印) 沉积方法包括但不限于直接或间接的热蒸发、溅射沉积、化学气相沉积、旋涂、 以及喷墨印刷。 转印方法包括干转印方法(如，基于戳的转印和器件接合)以及湿转印方法，在 湿转印方法中，从溶液中发生所需结构的转印。2.减性(例如，蚀刻、溅射、溶解) 蚀刻包括湿化学蚀刻和干法 蚀刻(例如，反应离子蚀刻)。干法蚀刻技术可以与 溅射技术相结合。 溅射包括离子铣削。3.选择性(例如，自组装、化学功能化、局部加热、局部暴露于颗粒、局部暴露于机 械应力) 局部加热的发生可以是由于局部地暴露于能量源(例如，聚焦的激光束、使用 掩模的选择性暴露)，或者是由于伸长低维度结构或伸长低维度结构中的段的能量吸收特 性。
化学功能性可以利用由材料成分限定的伸长低维度结构的具体表面性质。 颗粒的局部暴露除了包括上述光刻方法以外还包括聚焦离子束的使用。局部暴 露于机械应力包括压印技术。注意，上述许多技术要求或受益于平面器件配置(各向同性蚀刻剂和溶剂的使 用、保形涂覆技术、热氧化技术除外)以及包括最常用的光刻法在内的绝大多数光刻技术。此外，可能希望应用上述技术中的任何技术以在与上面形成有可转换结构的衬底 不同的合适衬底上得到所需的器件。这将要求应用转印方法，如，基于戳的转印或直接器件 接合，对于这一点，结构的平面配置是优选的。如果上面形成有结构的衬底的特性对于所需的应用没有益处而所需结构不能被 直接制造在所需的最终衬底上以实现单片式集成，典型地则要求这种转印。单片集成可能 并不可行，因为单片集成可能在技术上不可实现或者不节约成本。单片集成可能是一种不节约成本的选择的示例是MEMS传感器上互补-金属氧化 物半导体(CMOS)接口的单片集成，这通常要求经过昂贵的不会覆盖整个衬底区域的CMOS 工艺。单片集成可能在技术上并不切实可行，这是因为要在上面集成器件的衬底无法承 受工艺条件(例如，高温度阶跃)，或者不能以足够好的质量将所需的材料沉积到前述衬底 上(例如，由于结构上不兼容)，或者工艺流程可能与先前制造在接收衬底上的器件不兼容 (例如，在前述器件的镀金属之后的高温阶跃或者污染问题)。显示技术是结构不兼容性与玻璃衬底的低温度预算抑制在无定形玻璃衬底上形 成单晶半导体的示例，这有利于集成具有不同功能的高性能半导体器件。这些器件的示例 包括在诸如玻璃衬底或塑料衬底(可以是柔性的)等透明衬底上的npn晶体管和pnp晶体 管(例如，以形成互补金属氧化物半导体(CMOS)电路)、压力传感器(例如，触觉式界面)、 光传感器(例如，用于使显示器适于环境照明条件)以及最后但不是最不重要的红色、绿色 和蓝色发光器件(LED)(例如，用于发射性显示器)。这些器件可以包含伸长低维度结构，所述伸长低维度结构形成到合适的衬底上， 但是可以随后被转印到不同衬底上。可以包含伸长低维度结构的器件的示例是npn晶体 管、pnp晶体管、传感器、电容器、红色、绿色和蓝色LED。接收衬底的整体可以由玻璃、聚合 物、金属或半导体构成。这里使用的术语“低维度结构”是指有至少一个维度比至少第二维度小得多的结 构。这里使用的术语“伸长结构”是指有两个维度比第三维度小得多的结构。“伸长结 构”的定义落在“低维度结构”定义的范围内，并且纳米线是既是低维度结构又是伸长结构 的结构示例。不是伸长结构的低维度结构是已知的。例如，有两个维度彼此大小相当而第三 (厚度)维度比前两个维度小得多的“小盘”或带构成“低维度结构”而不是“伸长结构”。现有技术的描述已知从第一衬底向第二衬底转印结构特征的方法。然而，目前没有合适的技术可 用于将伸长/低维度结构从实质上竖直取向转换成实质上平面，使得满足以下迫切需要1.实质上维持在每组内由伸长/低维度结构构成或包含伸长/低维度结构的结构的空间布置和间隔；2.不要求对伸长低维度结构的物理特性的折中；3.不要求附加的光刻技术 ；4.维持包括对齐和取向的平面平面配置，同时应用合适的后续处理技术。需要对一个或多个(优选地全部)上述因素进行控制，以允许使用这种伸长结构 或低维度结构来改进已有的纳米技术和开发新的纳米技术。美国专利No. 7067328公开了一种将纳米线从施主衬底(例如，上面形成所述纳米 线的衬底)转印到接收衬底的方法。这通过在接收衬底上设置粘合层并使该粘合层与施主 衬底紧密配合来实现的。通过在施主衬底与接收衬底相接触时将施主衬底和接收衬底相对 于彼此而移动来实现接收衬底上纳米线的对齐和排序的程度。该方法对纳米线的空间对齐 的控制较差，这在要转印顺应性较差的半导体纳米线的情况下将成为严重的问题。例如，直 径超过SOnm的纳米线易折断。美国专利No. 6872645提出了一种在表面上定位和取向伸长纳米结构的方法，该 方法通过将纳米线从第一衬底收获到液体溶液中，然后使溶液沿着在第二衬底与弹性体戳 之间形成的流体通道流动。纳米线以与流体流动方向相对应的优选取向从溶液粘附到第二 衬底。本发明遇到与试图从溶液中组装纳米线的任何方法有关的挑战获得对空间布置、取 向和密度的高度控制。美国专利No. 7091120公开了一种工艺，其中，在附着到第一衬底并且纵轴与第一 衬底的平面垂直的纳米线群体上设置液体材料。然后处理该材料，以便使该材料凝固成矩 阵，所述矩阵被设计为粘附到纳米线并且在将纳米线从第一衬底分开并将纳米线转印到第 二衬底的过程中用作纳米线的支撑。US 7091120还公开了一种该工艺的扩展，从而将嵌入矩阵材料中的纳米线的复合 物以光刻图案化成块。然后将块应用到第二衬底，使得嵌入的纳米线沿它们平行于第二衬 底平面的纵轴对齐。然而，本发明没有公开可以如何促进导致平面布置的重新取向。为了解决这种局限性，在US 7091120的方法的一个实施例中，通过在纳米线的有 序或随机布置上无方向地设置矩阵材料来形成复合材料。矩阵材料的方向流使纳米线在复 合材料内取向为与第一衬底的表面平行。该方法实质上与US 7067328 —样受到具有充分 顺应性的纳米线的限制。Angew. Chen. Int. Ed. 2005，44，2-5公开了一种对锚定的锗纳米线进行对齐的方 法。将水滴布置在包含纳米线的样品上，然后用氮气来吹。纳米线沿着水滴流动所产生的 方向对齐。该方法需要具有足够的柔性和长度的纳米线，不能应用于较厚或非常短的纳米 线。因此，该方法与US 7067328和US 7091120受到同样的限制。除了上述现有技术以外，待审未公开英国专利申请0620134. 7描述了一种制造密 封式低维度结构的方法，该方法使得所述密封式低维度结构适于被转印到不同的衬底。在 转印多个伸长结构期间，保持这些伸长结构的对齐、间隔以及它们的取向。此外，可以随后 与减性(例如，干法蚀刻)和加性技术(例如，金属沉积)相结合使用传统光刻方法将这些 结构处理成器件。每个器件内伸长结构的数目受到良好控制。在一个实施例中，限定弱结 合点，以使得可以更加容易地从衬底释放密封式结构。然而，这种应用并没有解决如何可以 将纳米线从相对于衬底的垂直取向重新取向到相对于第二衬底的平行取向。
US2006/0110738提出了 “分子发动机”，所述分子发动机具有基本结构和可以相 对于基本结构而旋转的分子转子。所述分子发动机由Fl-ATP酶过程，所述Fl-ATP酶具有 由阿尔法亚基和贝塔亚亚基构成的基本结构，并且也具有可以相对于所述基本结构旋转的 “伽马亚基”。US2006/0110738提出将金纳米线附着到伽马亚基，以便使伽马亚基的旋转的 检测更容易——纳米线散射光，并且散射特性依赖于纳米线的旋转角，从而依赖于伽马亚 基的旋转角。在另一实施例中，不将纳米颗粒直接附着到伽马亚基，而是附着到寡核苷酸或 抗体，所述寡核苷酸或抗体附着到伽马亚基。

发明内容
本发明解决了以下问题将由低维度伸长结构构成或包括低维度伸长结构的结构 从非平面取向转换成实质上平面配置。本发明具体解决了以下问题将由低维度伸长结构构成或包含低维度伸长结构的 结构从实质上竖直取向转换成实质上平面配置，以便满足以下需要中的一些(优选地，满 足所有需要)1.实质上维持在每组内由伸长/低维度结构构成或包含伸长/低维度结构的结构 的空间布置和间隔；2.不需要对伸长低维度结构的那些部分中的物理特性的折中，这些物理特性进而 确定预期器件的性能，例如，不需要修改这些部分来适应所需的取向变化；3.不需要附加的光刻技术；4.维持包括对齐和取向的所需平面配置，同时应用合适的后续处理技术。为了避免疑惑，“实质上垂直的取向”或“实质上竖直取向”是指低维度伸长结构与 表面之间的最小角度超过45°。此外，平面配置是指结构的最大维度平行于衬底表面延伸， 而最短维度垂直于衬底表面延伸。如果两个最短维度非常相似或甚至相同(如在伸长低维 度结构的情况下一样)，这两个最短维度中只有一个最短维度需要垂直于衬底延伸，以得到 平面配置。本发明的第一方面提供了一种包括多个低维度结构的结构的制造方法，所述方法 包括提供柔性元件，所述柔性元件将至少两个低维度结构连接至衬底，所述柔性元件 具有与低维度结构的本体部分的弹性特性不同的弹性特性。本发明可以用于重新取向包括伸长结构组的结构，所述伸长结构例如是纳米线， 所有这些纳米线都沿着实质上相同的方向延伸。提供柔性元件使得可以通过对结构施加合 适的力来重新取向该结构。当结构被重新取向时，柔性元件继续将低维度结构连接至衬底， 并且柔性元件可以并入最终得到的器件中(尽管备选地可以将柔性元件去除)。在重新取 向之后，低维度结构可以与上面发生了重新取向的衬底的表面平行地延伸。然后可以进一 步处理该结构，以使用完善的平面处理技术来形成器件。备选地，结构可以在被重新取向之 后平移到另一衬底。 柔性元件优选地足够柔性以使得结构可以被重新取向90° (即，使得低维度结构 从垂直于衬底被重新取向为平行于衬底)。然而实际上，当低维度结构被重新取向时，可 能破坏一些低维度结构与衬底之间的连接，和/或一些低维度结构在与衬底的连接附近断开，而并不阻碍阵列的良好的重新取向。柔性元件可以将所有或实质上所有低维度结构连接至衬底。并不一定每个且每一个低维度结构都需要或将需要通过柔性元件来连接至衬底；例如，一些低维度结构与衬底 之间的连接可能由于重新取向结构的动作而断开，或者一些低维度结构与衬底之间的连接 可以在结构被重新定向之前被有目的地断开(或者另外地)。至少，需要仅两个低维度结构 通过柔性元件连接至衬底，以便限制整体上重新取向结构的方向。提供柔性元件使得可以在不失去对结构位置的控制的情况下改变结构的取向。本发明还允许低维度结构在实质上多于一个方向上延伸，以实质上沿着一个共同 的方向对齐。例如，如果纳米线已经生长为使得纳米线不彼此对齐并且沿着随纳米线的不 同而不同的相应方向延伸，则提供本发明的柔性元件使得可以将纳米线重新取向为实质上 沿着共同的方向延伸。该方向可以与上面发生了重新取向的衬底的表面平行地延伸。然后 可以进一步处理低维度结构以形成器件，或者可以将低维度结构平移到另一衬底。(可以想 至IJ，可以以两个或更多个步骤来重新取向低维度结构，例如，将低维度结构重新取向为实质 上沿着彼此相同方向延伸的第一步骤，以及将所有低维度结构重新取向为实质上沿着所 需共同方向伸展的第二步骤。)再次地，可以重新取向单独的伸长结构而不失去对这些伸长 结构的位置的控制。柔性元件可以被限定在两个或更多个低维度结构中，或者柔性元件可以是低维度 结构的附加物。使用本发明的方法来对齐沿不同的相应方向延伸的纳米结构或其他低维度结构 可以例如通过使用如以下图4或5所描述的方法来实现，其中，在不使用掩模的情况下限定 了柔性元件。要求使用掩模来限定柔性元件的方法可能难以应用于沿不同方向延伸的低维 度结构或最长维度没有平行于衬底表面而延伸的低维度结构。本发明的另一优点是提供了能够设计柔性元件的机械和/或弹性特性，而无须对 纳米线的其余部分的特性进行折中，从而无须对并入了纳米线的任何器件的性能进行折 中。尽管例如如Angew. Chem. Int. Ed(上文)所述，已知纳米线具有足够小的直径以至于 纳米线是柔性的，然而这些纳米线沿着它们的长度具有均勻的直径，这限制了并入纳米线 的任何器件的性能。然而在本发明的实施例中，低维度结构的没有形成柔性元件部分的段 不受形成柔性元件所需的处理步骤的影响。此外，即使低维度结构的没有形成柔性元件部 分的段受形成柔性元件(该接合)所需的处理步骤的影响，也可以通过纳米线的初始制造 来补偿这一点(例如，通过以比最终器件所需的横截面大的横截面来初始地制造低维度结 构)。伴随的优点是，可以与柔性元件沿纳米线或其他结构的位置无关地限定柔性元件 的特性。原则上，可以随着低维度结构的生长形成柔性元件。例如，如下所述，可以通过为 两个或更多个体模型提供具有减小的横截面维度的部分来实现柔性元件。当使用金属催化 剂来生长纳米线时，在纳米线生长期间使用的催化剂金属的表面张力影响催化剂与纳米线 的已生长部分之间的接触区域。该接触区域确定了纳米线的直径。例如通过改变温度和/ 或气体成分来改变表面张力因此将影响纳米线的直径，并使得可以将纳米线生长为与纳 米线沿着其长度方向在其他点处的直径相比，某段的截面直径更小。然而，通常希望在已经生长了伸长结构之后更便于形成柔性元件。该方法可以包括形成具有与低维度结构的本体部分的弹性特性不同的弹性特性 的柔性元件。该方法可以包括在衬底上制造低维度结构，使得每个低维度结构实质上从衬底 表面沿着相应方向延伸。这可以包括在衬底上制造每个低维度结构，使得每个低维度结构 实质上垂直于衬底的表面延伸。提供柔性元件可以包括在至少两个低维度结构中，提供具有与第二部分的弹性 特性不同的弹性特性的第一部分，第一部分与第二部分沿着低维度结构处于不同的轴向位 置。提供柔性元件可以包括减小该部分的刚度，或通过释放第一部分的减小的面积二次 矩，或通过选择较低的弹性模量，或通过两者，来形成与其他部分相比具有较低刚度的部 分。 形成柔性元件可以包括在至少两个低维度结构中，使低维度结构的第一部分的 横截面维度小于该低维度结构的第二部分的相应横截面维度，从而该两个或更多个低维度 结构的第一部分包括柔性元件。例如，在圆柱形低维度结构的情况下，形成柔性元件可以包 括使第一部分的直径小于第二部分的直径。减小低维度结构的一部分的直径是获得柔性 元件的直接方法，可以通过选择低维度结构的直径减小部分的长度和直径的适当值，来选 择柔性元件的特性。然而本实施例不局限于减小第一部分的直径，S卩，使第一部分的直径在两个维度 上较小，本实施例还可以包括仅使第一部分的一个维度变细。可以通过方向性蚀刻(例如， 物理溅射、开拓蚀刻或氧化步骤，所述氧化步骤的氧化速率依赖于晶体取向)来实现这一 操作。当应用于圆柱形低维度结构时，这会产生横截面通常是椭圆形的第一部分。一般来说，所要求的是形成或提供其横截面的二次矩比第二部分横截面的二次矩 更小的第一部分。在本实施例应用于低维度结构组的情况下，不必减小每个低维度结构的一部分的 横截面维度以形成柔性元件。如果足够多的结构具有足够柔性且强的部分，使得在重新取 向过程中结构组整体上保持与衬底连接，则无所谓其他低维度结构是否应当在结构被重新 取向时折断，或者其他低维度结构是否已非故意地变得过细。该方法可以包括将低维度结构的第一部分的圆周部分氧化并去除氧化的部分。备选地，该方法可以包括蚀刻低维度结构的第一部分，从而减小所述第一部分的 横截面维度。该方法可以包括在低维度结构上提供蚀刻掩模，所述蚀刻掩模不在低维度结构 的第一部分上延伸。低维度结构的被蚀刻部分的长度由蚀刻掩模来限定。该方法可以包括在低维度结构上提供第一掩模层；在第一掩模层上提供第二掩 模层；使用第二掩模层作为掩模来蚀刻第一掩模层，从而从该低维度结构或每个低维度结 构的第一部分中去除第一掩模层；以及使用第一掩模层作为蚀刻掩模来蚀刻低维度结构。备选地，在低维度结构中形成柔性元件可以包括使得低维度结构的第二部分的 横截面维度大于该低维度结构的第一部分的相应横截面维度，从而低维度结构的第一部分 包括柔性元件。例如，在纳米线的情况下，可以初始地将纳米线制造为使得纳米线的横截面 提供了期望的柔性并且实质上沿纳米线的长度方向是均勻的。然后可以在纳米线的一部分上而不在另一部分上沉积附加的材料，以增加沉积了该材料的那部分的刚度；没有沉积材 料的那部分形成柔性元件。可以通过为没有沉积材料的那部分选择合适的初始横截面或合 适的长度来选择柔性元件的特性。低维度结构的第一部分和第二部分可以具有互不相同的成分。例如，第一部分可 以按照比第二部分更高的速率来蚀刻或氧化，使得可以在蚀刻或氧化步骤中限定柔性元件 而无须掩模。在衬底上提供低维度结构可以包括在形成衬底上形成低维度结构并随后将低维度结构附着到衬底，以及将低维度结构附着到衬底可以包括利用粘合材料的将低维度结构 附着到衬底，所述粘合材料具有比低维度结构低的弹性模量，从而粘合材料形成柔性元件。该方法可以包括将低维度结构与形成衬底分离。粘合材料可以包括具有较低弹性模量的布置在衬底上的第一层，以及具有高屈 服强度的布置在第一层上的第二层。这使得柔性元件可以既具有顺应性又对机械应变具有 抵抗性。该方法可以包括重新取向所述结构，以便改变低维度结构的本体部分相对于衬 底的倾角。这可以包括重新取向所述结构，使得每个低维度结构的本体部分实质上与衬底 表面平行。该方法可以包括对结构施加具有与衬底平行的非零分量的力，从而重新取向所 述结构。所述力可以源自于流体(气体或液体)流动，或者所述力可以是机械力(包括由 固体施加的力或地心引力)或静电力，或者所述力可以源自于液体的表面张力。该方法可以包括在重新取向结构的步骤之后将结构粘合到衬底。低维度结构可以以矩阵形式被密封。例如，根据待审英国专利申请No. 0620134. 7， 低维度结构可以已被制造成两组或更多组，然后将低维度结构组以矩阵的形式密封，使得 一个低维度结构组与另一个低维度结构组分开地被密封，待审英国专利申请No. 0620134. 7 的内容一并在此作为参考。低维度结构在结构上可以彼此相同或实质上相同。例如，低维度结构可以在名义 上彼此相同，即，低维度结构在用于形成低维度结构的制造过程中在制造容限的极限之内 彼此相同。类似地，通过为两个或更多个低维度结构提供具有与低维度结构本体部分的弹 性特性不同的弹性特性的接合部分来提供柔性元件的情况下，接合部分以及接合部分在低 维度结构中的位置将在低维度结构之间名义上相同。该方法可以包括以下步骤形成多个结构，每个结构包括沿着相应方向向衬底表面延伸的多个低维度结构， 以及柔性元件，所述柔性元件将两个或更多个低维度结构连接至衬底；重新取向所述结构，使得对于每个结构，低维度结构的本体部分相对于衬底沿着 共同的方向延伸；以及从衬底去除所述结构的选定结构。这使得可以通过制造尽可能多的与一个衬底平行的结构并将期望数目的结构平 移到另一衬底，来实现对结构的丰富的应用。低维度结构可以是伸长低维度结构，例如，纳米线、纳米柱或纳米管。
本发明的第二方面提供了一种包括多个低维度结构的结构，每个低维度结构沿着 相应方向向衬底表面延伸；其中，所述结构还包括柔性元件，所述柔性元件将两个或更多低维度结构连接至 衬底，所述柔性元件具有与低维度结构的本体部分的弹性特性不同的弹性特性。
柔性元件使得可以通过对结构施加合适的力来重新取向结构。柔性元件在结构被 重新取向时继续将低维度结构连接至衬底，并且可以并入最终得到的器件中(尽管可以备 选地在结构被重新取向之后去除柔性元件)。低维度结构可以实质上沿着共同方向延伸，例如，垂直于衬底延伸。备选地，低维 度结构可以沿互不相同的方向延伸。在至少两个低维度结构中，柔性元件可以包括具有与第二部分的弹性特性不同的 弹性特性的第一部分，第一部分与第二部分沿着低维度结构处于不同的轴向位置。在至少两个低维度结构中，低维度结构的第一部分可以具有比低维结构的本体部 分更小的面积二次矩。备选地，柔性元件可以包括粘合材料。粘合材料可以包括布置在衬 底上的具有低弹性模量的较厚第一层，以及具有布置在第一层上的具有较高屈服强度的较 薄第二层。(要求低弹性模量来使膜具有顺应性和柔性，但是要求高屈服强度来防止其破 裂。通常，低弹性模量意味着低屈服强度。为了提供低弹性模量和高屈服强度两者，可以向 低弹性模量的膜涂敷具有高抵抗性(=高屈服强度)的涂层。)每个低维度结构可以是伸长低维度结构，例如，纳米线、纳米柱或纳米管。低维度结构可以以矩阵的形式被密封。本发明的第三方面提供了一种器件，包括衬底；多个低维度结构，每个低维度结 构的本体部分实质上平行于衬底的表面延伸；以及接合部分，将两个或更多个低维度结构 连接至衬底，所述接合部分具有与低维度结构的本体部分的弹性特性不同的弹性特性。可以通过以下步骤形成所述器件使每个低维度结构实质上垂直于衬底表面延伸；形成将两个或更多个低维度结构连接至衬底的柔性元件作为接合部分；以及重新取向所述结构，使得低维度结构的本体部分实质上平行于衬底表面。在至少两个低维度结构中，接合部分可以包括具有与第二部分的横截面维度不同 的横截面维度的第一部分，第一部分与第二部分沿着低维度结构处于不同的轴向位置。器件的有源区可以包括接合部分。 每个低维度结构的本体部分可以包括与器件的电接触。与器件的电接触可以被提供在衬底上。备选地，器件的有源区可以被限定在低维度结构的本体部分中。器件可以包括晶体管、传感器或存储器件。每个低维度结构可以是伸长低维度结构，例如，纳米线、纳米柱或纳米管。低维度结构可以以矩阵的形式被密封。在本发明的第一方面，柔性元件在伸长低维度结构与衬底表面之间提供了柔性接 合。本发明的特点是，可以与相邻伸长低维度结构的特性无关地设计该接合的机械和/或 弹性特性。因此，在低维度结构被并入器件中的情况下，每个低维度结构中不包含柔性接合 的部分的特性和/或维度可以被选择为给出期望的器件性能，而不考虑与每个低维度结构中限定了柔性接合的部分的特性和/或维度被选择为给出接合的期望机械和/或弹性特 性。柔性元件的弹性特性与低维度结构的本体部分的弹性特性不同。此外，可以与柔性元件的位置(例如，柔性元件沿着低维度结构的位置)无关地选择柔性元件的弹性特性。柔性接合需要满足以下要求1.必须保持足够的物理强度，例如，在将伸长低维度结构从实质上竖直布置调节 成实质上平面布置时，保证对伸长低维度结构的空间布置的最小程度的控制。2.必须足够柔性，以至于用于使低维度结构保持处于平面配置的力超过柔性接合 的恢复力。力包括但不限于范德华力、共价键、金属键和化学键，或者使结构处于期望位置 的第二衬底。在本发明的具体特征中，通过选择合适的几何维度来设计柔性接合的机械特性， 例如，将伸长低维度结构的与这些伸长低维度结构所附着到的衬底靠近的段变细。该变细 的部分形成了柔性接合，可以通过改变横截面维度(例如，其直径)和长度来改变柔性接合 的机械特性。例如，可以通过热氧化并然后去除氧化物，或者通过诸如湿化学蚀刻或干法蚀 刻之类的化学蚀刻来实现变细。为了在伸长低维度结构的基底处创建比沿低维度结构的任 何其他位置处横截面都小的横截面，可以应用以下方法中的至少一个1.伸长低维度结构的要变细的部分可以由对要应用的变细工艺敏感得多的材料 构成。例如，变细工艺可以利用硅的热氧化依赖于掺杂浓度的这一事实。2.伸长低维度结构的不要变细的部分可以被另一材料掩蔽。在本发明的另一实施例中，形成柔性接合的材料的弹性模量比要倾斜的结构的弹 性模量足够低。例如，如果要倾斜的结构由半导体材料构成，则柔性接合可以由聚合物构 成。本发明与现有技术的不同之处在于包含了允许将由低维度伸长结构构成或包含 低维度伸长结构的结构从一个共同的取向转换到另一取向，例如从实质上竖直取向转换到 实质上平面取向，或者使不具有共同取向的低维度伸长结构具有共同取向，使得满足以下 需求中的一些或全部1.实质上维持在每组内由伸长/低维度结构构成或包含伸长/低维度结构的结 构的空间布置和间隔；2.不要求对伸长低维度结构的那些段的物理特性的折中，这些物理特性随后确定 了预期器件的性能，例如，不需要修改这些段以适应期望的取向变化；3.不要求附加的光刻技术来限定柔性接合；4.维持所需的包括对齐和取向的平面配置，同时应用合适的后续处理技术。通过结合附图来阅读对本发明的以下描述，将更好地理解本发明的前述和其他目 的、特征和优点。


现在将参考附图通过说明性示例来描述本发明的优选实施例，附图中图1示出了一种通过使用催化剂3来制造伸长低维度结构1的方式，其中催化剂3使得可以在明确限定的点中生长所需的结构。图2示出了掩模层5和6的制造，从而允许后续使结构1在其基底处变细。图3示出了掩模层6的制造，从而允许后续使用图案化的牺牲层7使结构1在其 基底处变细。图4示出了不使用掩模层而是使用依赖于减性方法的材料对变细的段Ib的制造。图5示出了不使用掩模层而是使用依赖于热氧化的材料对变细的段Ib的制造。 图6示出了柔性接合的制造，如在先前示例中，所述柔性接合不是以根据其几何 结构来设计的而是根据其材料特性来设计的。柔性接合形成在层11内。图7示出了通过柔性接合而制造的本发明的期望结果使实质上竖直结构(a)转 化为实质上平面结构(b)。图8示出了如何可以使用流对齐来得到图7所示的结构。图9示出了如何可以使用流对齐和平面表面来得到图7所示的结构。图10示出了如何可以使用流对齐和倾斜平面表面来得到图7所示的结构。图11示出了如何可以使用流对齐和弯曲表面来得到图7所示的结构。图12示出了如何可以使用由液-气界面17a导致的表面张力来得到图7所示的 结构。图13示出了如何可以使用加性方法并利用结构13的掩模特性来得到非均勻涂 层。图13的(b)和(c)示出了在层18a和18b可以具有充分的潜在差异(在本示例中，层 18a和18b需要是导电的)的情况下图13(a)中的结构如何变成平面的。图14示出了如何可以使用加性方法创建层18并随后使用减性方法同时利用结构 13的掩模特性，来得到非均勻涂层。图15示出了如何可以使用平面表面来得到图7所示的结构。图16示出了如何可以使用流对齐在涂有图案化粘合剂19的弯曲表面上得到结构 13的平面布置。图17示出了如何可以使用流对齐在涂有粘合剂19的所构造的平面衬底16b上得 到结构13的平面布置。图18示出了如何可以将与图7所示结构相类似的结构转换成二端子器件。在这 种具体情况下，变细的区域19a可以确定最终的器件性能；以及图19示出了如何进一步处理与图7所示结构相类似的结构以允许沿结构Ib对所 选区域的注入。
具体实施例方式本发明公开分为三个部分1.柔性接合的概念和制造2.实现平面配置的方法3.得益于平面配置的制造技术现在将参考附图通过说明性示例来描述本发明的优选实施例。首先示出了伸长低维度结构的制造最初，在形成衬底2[图1]上形成多个低维度结构，在本示例中是伸长结构1。可以通过加性工艺在形成衬底2上生长低维度结构，或者可以通过诸如光刻或蚀刻之类的减性方法来形成低维度结构。在本实施例中，伸长结构1是纳米线，但是本发明不限于此。根据本发明，在形成衬底2上形成的伸长结构可以根据待审英国专利申请 No. 0620134. 7的方法被布置成组，例如，根据该No. 0620134. 7的方法，图1所示的纳米线类 似于这样的组。在该方法中，在形成两组或更多组伸长结构的地方，一组与相邻组之间的间 隔大于组中相邻纳米线之间的最大间隔。原理上，组与相邻组之间的间隔可以是确保相邻 组不在矩阵沉积过程之后混合的任何间隔(如以下描述的)。在一种适于用在本发明中的生长方法中，如图1(a)所示，首先在形成衬底2的生 长表面上，在希望生长纳米线的每个位置沉积合适的催化剂3。催化剂3可以是例如金属催 化剂。例如可以通过亚微米光刻/印刷和剥离的组合或者通过沉积金属胶质材料的沉积来 沉积催化剂3。接下来，如图1(b)所示，在形成衬底2的生长表面上沉积了催化剂3的每个位置 生长纳米线2。在不存在催化剂3的位置不会发生纳米线的生长。因此，如果将形成衬底2 的生长表面上沉积催化剂3的位置布置成组，则结果是在形成衬底2上生长的纳米线1也 被布置成组。图1(b)示出了布置成行的一组纳米线。生长在形成衬底上的低维度结构1优选地具有实质上无方向的取向。在图1(b) 中所示纳米线被取向为纳米线的纵轴总体上垂直于形成衬底2。此外，纳米线可以生长为使得上段Ia与下段Ib不同例如在成分上不同。这将有 助于使纳米线在其基底处变细，这在取决于掩模层[图2和图3]的使用的前两个示例中是 可选的，但是在没有使用掩模的情况下是必不可少的[图4和图5]。典型地，纳米线具有小于200nm的直径和0. I-IOOym的长度。组中纳米线的节距 将典型地小于1 μ m。典型地，纳米线由半导体、金属或绝缘体构成。本发明的基本原理不限于低维度伸长结构组，而是可以扩展到诸如鳍状结构之类 的低维度结构，所述鳍状结构的最小维度平行于衬底表面而延伸。因此，为了简明起见，通 过如图1 (c)所示描述本发明实施例对于单个纳米线(也可以与带状结构的横截面相类似) 的应用来说明本发明实施例。如在待审英国专利申请No. 0620134. 7中一样，这里所使用的 术语“带状”和“鳍状”表示给定结构的不同取向；“鳍状”结构表示最小维度总体上平行于 衬底表面延伸的结构，“带状”结构表示最小维度总体上垂直于衬底表面延伸的结构。有些 情况下将这些结构称作“带”，而与它们的取向无关。图2和图3所示的前两个实施例说明了如何可以创建一种掩模，该掩模保护图 2(a)所示的纳米线结构的大部分不受到变细处理例如，通过使用诸如化学气相沉积之类的实质上各向同性沉积方法，将图2(a)所 示的纳米线1密封在第一掩模层5和第二掩模层6 [图2(b)]中。如果要旋转纳米线组，例 如图1(b)所示的组，则可以有利地确保这两层的组合厚度超过形成鳍状结构的纳米线之 间的间隔，如以下将在待审英国专利申请0620134. 7中进一步详细说明的，其内容一并在 此作为参考。接下来，将层6除了在纳米线侧壁上的部分以外的其余部分去除[图2 (c)]，可以 使用各向异性蚀刻来实现这一操作。层6起到在后续各向同性蚀刻期间保护层5的掩模层的作用，所述各向异性蚀刻使纳米线的基底暴露[图2(d)]。在大多数情况下，该后续蚀 刻还将使纳米线顶部暴露，如图2(d)所示。重要的是注意到，层5的厚度和各向同性蚀刻 的程度确定了纳米线的暴露基底部分的高度。接下来，使用各向同性蚀刻使纳米线的暴露 基底变细到期望的直径，以创建用作衬底其余部分与衬底之间的柔性接合的柔性元件[图 2(e)]。最后，如果层6的其余部分过厚以至于无法在不破坏变细的基底的情况下旋转结 构，则可以如图2(f)所示将层6的所述其余部分变细或完全去除。可选地，也可以将层5 的其余部分变细或去除。在本实施例的变体中，可以在图2(d)所示步骤之后但是在图2(e)所示变细之前， 在纳米线的变细处理之前去除层6。至于选择用于层6的材料方面，用于蚀刻层5和6的蚀刻速率需要具有足够的选 择性。可选地，至于选择用于层6的材料方面，用于蚀刻层5的蚀刻速率需要具有足够的选 择性。如果纳米线由硅构成，则层5例如可以由二氧化硅构成而层6可以由硅构成。在本实施例的优选变体中，图2(a)所示的纳米线涂有诸如二氧化硅之类的薄介电层(未示出)，层5由诸如高掺杂硅之类的导电材料构成，而层6可以由适于充分承受层 5的蚀刻的任何材料构成。如果用于使纳米线基底变细的蚀刻也蚀刻层5，则层5需要足够 厚。在这种情况下，可以在后续变细处理期间不需要层6并且可以将层6去除。在第二实施例[图3]中，形成柔性元件的变细的纳米线基底的长度不主要由层5 的厚度来确定，而是由覆盖生长衬底的介电层7来确定[图3 (a)]。将催化剂3定位到制造 于该层中的开口中，例如，如待审英国专利申请0620134. 7中描述的。层7可以由若干层构 成。接下来，制造纳米线1并为纳米线1涂敷层5 [图3 (b)]以及涂敷层6 [图3 (c)]。层7可以是二氧化硅或氮化硅，层5可以是二氧化硅。如果纳米线由硅构成，则可 以通过热氧化来形成层5。层6可以由硅构成。接下来，通过选择合适的各向异性蚀刻将层 6的除了纳米线1侧壁以外的其余部分去除，来使层7暴露[图3(d)]。现在，可以使用各 向同性蚀刻来去除层7 [图3(e)]。在这一点上，仍然可以为纳米线1的基底涂敷层6的材 料，其中需要使用各向同性工艺来去除层6 [图3 (f)]。接下来，使用各向同性蚀刻在基底处 去除层5[图3(g)]。在本实施例中，通过以下操作来使基底变细首先将基底处纳米线的 材料转换成随后可以被去除的不同材料8，而同时保持纳米线的其余部分在很大程度上不 受影响。例如，如果纳米线由硅构成，层5由二氧化硅构成，而层6由硅构成，则可以使用热 氧化工艺来形成二氧化硅。在该具体示例中，也可以将层6氧化[图3(h)]。最后，将材料 8去除，而不去除没有被覆盖的纳米线材料[图3 (i)]。可以多次重复纳米线材料(例如， 硅)向不同材料(例如，二氧化硅)的转换及其随后的去除。应注意，在这一点上，硅的热氧化依赖于掺杂杂质以及要氧化的硅表面的曲率。 为了补偿凹面基底处较快的氧化速率以及在纳米线的最基底(即，纳米线与衬底合并的地 方)处削穿纳米线的风险，可以有利地通过以下方式来提高氧化速率选择沿着段Ia进行 合适的掺杂，使得沿段Ia的氧化速率比纳米线与衬底合并的点处的氧化速率高。图2和图3所讨论的方法的不同方面可以组合。尤其是在纳米线基底处的不同材 料特性(图3中的lb)的选择可以应用于图2的方法，以帮助图2所示的变细处理。相反， 图3的方法可以与长度方向具有均勻材料特性的纳米线一起应用。同样，选择用于创建层5的沉积工艺使得层5也覆盖层7也增加了变细基底的长度。此外，可以使用热氧化来促进 图2中使用的变细处理而不是上述蚀刻处理，或者使用热氧化来促进图2中使用的变细处 理以及上述蚀刻处理。图2和图3所示的两个实施例还指示了获得柔性元件的不同方式如果图2d和图 3g中的低维度结构1在生长时已足够柔性，则附加的层5和6有效地提高了结构的上段中 的面积二次矩。例如图2(a)至2(f)所示的总体工艺等同于将材料添加至低维度结构的一 个部分(从而降低其柔性)，而不将材料添加至要用于形成柔性接合的部分。学术上假定这 两层5、6足够薄，使得这两层可以被看作是伸长低维度结构的一部分，得到具有柔性接合 的低维度结构。使用保形沉积工艺还确保了可以将低维度结构1定位在总体结构的中心。如果结 构非故意地弯曲，则低维度结构沿所谓的中性纤维而所处的区域以及围绕该中性纤维的区 域在总体结构中经历最小的应变。因此，当低维度结构处于栅格矩阵中心时，该栅格矩阵 (使应变最小化)使得在衬底弯曲的情况下对器件性能影响最小(例如，如在柔性显示器中
一样)。最后但不是最不重要的，如果沿图1所示的一条线来制造所有低维度结构，并使 用保形沉积工艺来密封这些低维度结构[图2和图3]，则所有低维度结构都将相对于矩阵 材料主要“位于”每个鳍状结构的相同平面中。一旦鳍被旋转为平躺在衬底上，这将便于后 续处理步骤(例如，打开接触区域以使低维度结构的截面暴露并随后制造触点)。如果鳍是 使用减性技术来制造的，则难以实现这种精度，其中所述减性技术要求对齐抗蚀刻的蚀刻 掩模并承受所需的各向异性蚀刻以形成如图1至3所示的高纵横比结构。在第二组实施例中，纳米线Ib的基底处的材料特性被选择为使得纳米线基底可 以比纳米线的其余部分变细得更快。因此，如果在变细过程之前选择合适的纳米线直径，则 纳米线的段Ia和Ib都将在变细之后具有期望的结构。图4示出了蚀刻的使用，其中，将纳米线的段Ia蚀刻得比段Ib更慢。图5示出了 与沿着纳米线的任何其他部位相比，将基底处的纳米线材料更快地转换成不同材料9的工 艺的使用。随后，去除该材料9。在硅纳米线的情况下，合适的转换工艺是热氧化，如果适当 地掺杂段lb，则可以加速热氧化。掺杂浓度影响氧化速率是公知的现象，已针对平面结构研 究了这种现象。氧化速率取决于温度、氧分压、气体成分(例如，水的存在)，还取决于要 氧化的硅材料、特别地取决于晶体取向、掺杂浓度、掺杂剂种类、表面曲率和已经生长的氧 化物的厚度。所有这些都是已经过仔细研究的现象。在图4和5的方法中，在蚀刻或氧化工艺期间，低维度结构的没有形成柔性元件的 部分Ia可能会在横截面维度上有所减小。可以当低维度结构生长时，通过在蚀刻/氧化之 后将低维度结构生长到希望使部分Ia具有针对具体应用的期望横截面的维度，来补偿这 种情况。上述方法用于利用期望柔性元件的几何维度来限定所述期望柔性元件的机械特 性。备选地可以通过使用低弹性模量的材料来限定具有期望特性的柔性元件。因为诸如聚 合物之类的低弹性模量的材料不与纳米线生长兼容，不能沿着原始纳米线形成柔性元件。 因此，选择另一方法[图6]。首先，在合适的形成衬底上形成结构10，结构10在其基地处具有弱接合(但是不必须是柔性的)[图6(a)]。此外，使用低弹性模量的粘合剂11来涂敷衬底12。一旦低弹 性模量的粘合剂与结构10接触，则施加足够的力，结构10将由于在基底处断裂而与形成衬 底分开并通过层11粘到衬底12[图6(b)]。这里，柔性元件的特性由靠近结构10的低弹性 模量的粘合剂11的特性来确定，即，由粘合剂的弹性模量、粘合剂的厚度以及与结构10的 粘合强度来确定。低弹性模量的粘合剂11可以是聚合物，更具体地，可以是可交联的聚合物。低弹性模量的粘合剂11可以由多于一个聚合物层构成，例如，由两层构成，其中 面对结构10的层可以比夹在该层与结构12之间的层明显更薄并且具有更大的屈服强度。 这样，粘合双层系统维持其顺应性(由厚且软的层来确定)，而同时对由结构10插入的机械 应变更具抵抗性(由薄且硬的层确定)。如果没有足够的工艺可用于使纳米线在其基地处变细，则图6所示的方法将是尤 为合适的，这可能是在化学上非常稳定的材料(如，GaN)的情况。为了描述简单，以上参考单个低维度结构描述了形成柔性元件的方法。在本发明 应用于衬底的低维度结构组的情况下，所有或实质上所有低维度结构可以具有柔性元件。 然而，如以上注意到的，可以不必为每个低维度结构提供柔性元件，原则上，仅为两个低维 度结构提供柔性元件就足以限制低维度结构可以重新取向的方向了。接下来将讨论实现平面配置的方法。现在将利用应用于图7(a)所示的结构13的说明性示例来描述本发明的优选实施 例。为了将结构13从实质上竖直取向[图7(a)]转换成实质上平面取向[图7 (b)]， 需要满足若干要求1.需要存在柔性元件，所述柔性元件提供了柔性接合，所述柔性接合允许结构13 例如绕虚拟枢轴移动。2.需要存在力分量，所述力分量用于移动所述结构与衬底表面平行，并且被施加 到要被转换成平面配置的结构。要倾斜的结构不需要必需垂直于表面延伸以实现平面配 置。具体地，在本发明应用于将多个低维度结构密封在矩阵中作为带或鳍结构的结构中的 情况下，带/鳍结构具有特殊几何结构，因为该带/鳍结构由于其锚定到衬底上的方式而仅 能够在两个方向上倾斜。如果使用流对齐，则带/鳍结构将倾斜为使得最小面积暴露于流 (当然，柔性接合类似于进料弹簧，使得理论上带/鳍结构从不会理想地平躺)。鳍结构可 以仅垂直于该鳍结构在衬底上的长维度而倾斜，因为沿着鳍结构长度方向的锚定意味着该 鳍结构不能绕与鳍垂直的轴而倾斜，而是绕与衬底平行的轴而倾斜——鳍结构的最长维度 由鳍中包含的纳米线的数目和间隔来确定。换言之，纳米线不会向相同鳍/带内其他纳米 线的锚定点倾斜(假定柔性接合的长度(在垂直于衬底的方向上)不是太大，并且假定接 合没有永久性变形，如，折断或破裂)。3.可能导致结构从期望的平面配置中重新取向其自身的力(例如，由于弯曲的柔 性接合而引起的恢复力)必需不超过使结构保持平面配置的力。在前述实施例中以说明性示例的方式讨论了可以如何限定柔性接合14，所述柔性 接合14确定了用于后续旋转结构的虚拟枢轴点。与在上面发生取向的衬底表面平行地作用的力分量可以是便利的，但是不限于可以使用以下至少一项的方法
1.液体的运动(例如，“流对齐”)
2.气体的运动
3.固体的运动(例如，夯或戳状结构)
4.表面张力
5.地心引力
6.正或负线性加速度
7.静电力
8.重力
9.磁力
使旋转后的结构保持处于平面配置的力包括但不限于
1.范德华力
2.离子键
3.金属键
4.氢键
5.永久偶极子相互作用
6.阳离子/n电子相互作用
7.共价键
8.第二衬底使结构保持处于期望的位置
柔性接合接合需要被设计为使得由于该柔性接合接合的弯曲而产生的恢复力比
将结构保持在原地的任何力都小，例如，通过选择具有足够低弹性模量的材料[图6]或通 过使纳米线的基底向下变细到适当的直径，所述直径与变细部分的长度成比例[图2-5]。图8示出了使用气体或液体以便使结构13成为更平面的配置。用于使结构成为 平面配置的介质的流动速率(由箭头的密度来指示)将确定结构13相对于衬底15的倾斜 [图8 (a)和8 (b)]。如果流动速率足够大，则结构13将处于平面位置[图8 (c)]。如果使用恒定的气体或液体流(由箭头指示)，则可以通过使结构16更靠近衬 底15来实现流动速率的提高以及从而结构13倾斜的加剧[图9(a)和9(b)]。在该示例 中，在结构将它们自身取向在期望平面取向内之前可以不必须提高流动速率，因为结构16 可以用于最终使这些结构与衬底16接触[图9(c)]。如果希望在结构13已处于平面取向 之后去除衬底16，则可能有利的是使用具有图案化表面的衬底(未示出)而不是使用图 9 (a)-9(c)所示的平面衬底16，所述具有图案化表面的衬底可以减小接触面积并且在去除 衬底16时减轻衬底16与结构13之间的表面引力的影响。图10中的连续图像演示了倾斜的衬底16a如何可以产生液体的流动，所述倾斜的 衬底16a—侧与衬底15接触，要倾斜的结构13附着到所述衬底15。随着衬底15与16a的 夹角的减小，导致这两个衬底所包封的液体的流动，流动速率取决于两个衬底15与16a夹 角减小的角速度。大箭头指示衬底16a表面运动的方向。小箭头指示液体流动的方向。图11的连续图像演示了使用弯曲衬底表面16b(例如，由圆柱体实现的)而不是 平坦衬底表面16a的前述实施例的变化。大箭头指示弯曲表面16b可以在滚动动作中移动 的运动方向，而小箭头指示液体流动的方向。
在使用固体衬底(16、16a、16b)来产生液体流动的上述任何实施例中，可以有利 的是使用顺应性衬底或相应地涂敷衬底16、16a或16b的表面。这在衬底16、16a或16b与 结构13接触而也在衬底15与衬底16、16a或16b之间形成了一个连续接触区(垂直于图 的表面而伸出)的情况下，可以减小结构13上的过度应变，这将导致流动速率的更均勻分布。图12示出了如何可以使用液体/气体界面17a(虚线)的表面张力来在结构13 上插入力。为此，液体表面需要在结构13上插入非对称力，S卩，在一侧的力(例如，图12(a) 的右侧)超过在另一侧的力。在图12所示的示例中，通过只将液体17布置在结构13的右 侧来实现这一操作，从而产生作用于结构13上的方向由箭头来指示的力。可以通过例如以各向异性加性工艺[图13(a)]改变结构一侧的表面特性，来实现 将液滴仅布置在一侧，其中，仅在结构13的一侧以及在结构13的该侧(图13(a)中的右 侧)延伸的衬底15表面上添加涂层18。备选地，可以如图14所示沉积均勻涂层18，并使 用各向异性减性工艺部分地去除均勻涂层18。在这两种情况下，结构13起到掩模的作用。 假定涂敷的区域18a和18b [图13(a)和14(b)]在结构13的右侧是亲水的并且未涂敷的 区域是亲水的，并且假定使用了图12中的极性液体(例如，水)17，可以将极性液体的液滴 只布置在图12(a)的结构(13)的右侧。随着该液滴的量由于蒸发而减小[图12(a)和12 (b)]，液体-气体表面变小，从而 改变了作用在结构13上的力的方向，并使结构13向衬底15倾斜，直到结构的最大维度与 衬底15的表面平行延伸为止。此外，可以使用静电力来使图13(a)和14(b)中的结构13倾斜。假定纳米线变细 的基底具有足够的电阻性并且层18a和18b具有足够的导电性，施加到层18b的快速电压 脉冲将暂时地在层18a与层18b之间产生电场(由时间常数RXC来确定，其中，R =基底处 的电阻率，C =结构13的电容，假定结构13整体导电)。可以利用所得到的力来使层18a 与18b接触，如图13中的连续图像所示。在本发明的另一实施例中，衬底16在相对于衬底15侧向平移时接近结构13[图 15(a)和15(b)]。一旦结构13足够倾斜，侧向运动就终止直到结构13在衬底15的表面上 平面取向为止[图15(c)]。现在，如果结构13与衬底15之间的粘合足够强，则可以去除结构16[图15(d)]。 在这种情况下，可以有利的是使用具有图案化表面的衬底(未示出)来代替图15所示的平 面衬底16，所述具有图案化表面的衬底可以减小接触面积并且在去除衬底16时减小衬底 16与平面结构之间的表面吸引力的影响。备选地，如果衬底16与结构13之间的粘合力被设计为使得这些粘合力不仅超过 了衬底15与结构13之间的粘合力，而且还足以破坏柔性接合接合，则结构13可以平移到 衬底16。可以通过为衬底16选择起到合适粘合剂(例如，聚合物)作用的材料或通过为衬 底16涂敷粘合材料来便于这种直接平移。(这还可以应用于图9的衬底16、图10的衬底 16a和图11的衬底16b)。如果有多个结构13要从衬底15平移到新的衬底16b、16c，则可能并不始终希望 将所有的结构13都平移到衬底16b、16c，而是可以仅平移一些。在这种情况下，可能希望 修改在良好限定的区域中衬底16b、16c的粘合强度，或者改变仅使这些要平移的结构13与衬底16b、16c接触的表面的拓扑(topography)。图16示出了这一点，其中，为弯曲表面16 涂敷图案化粘合剂19。图16将图11所示的用于重新取向结构13的工艺与图15(e)的构 思相结合，在图15(e)的构思中，将结构向衬底平移，这在使用图案化粘合剂时引起平面取 向。随后，可以将这些结构从弯曲的衬底平移到另一平面衬底。这样，以比在衬底15上的 密度低的密度将结构13分布在最终衬底上。图17所示的图演示了通过使用图案化衬底16c对一些结构13的平移，所述图案 化衬底16c具有涂有粘合层19a的非平面内表面。箭头指示衬底16c的运动。层19a可以 是聚合物。备选地，尤其在所有结构13都已经相对于衬底15而平面取向的情况下，可能希望 将这些结构13或将所选的结构平移到平面衬底。在图17所示的示例中，为图案化的衬底 16c均勻地涂敷合适的粘合剂，并使该图案化的衬底16c与已经被取向为与衬底15平行的 结构13接触。因此，在该示例中，将结构取向为与衬底15平行的步骤和将结构向衬底16 平移的步骤是分离的步骤，而在图16所示的示例中这两个步骤组合成一个过程。在图17中，要求粘合涂层19a足够薄，使得在应用粘合涂层19a期间衬底16c中 的凹槽不填充有粘合剂，这是因为这将有效地将衬底16c的表面拓扑平面化。图16和17示出了两个具体方法，其中，所选的结构向衬底平移。这两个方法均 依赖于确保仅要平移的结构与戳接触，这意味着为所构造的表面涂敷足够薄的粘合剂(图 17)构造足够厚的粘合剂(图16)。可以使用其他方法，例如，仅改变良好限定的区域(未 示出)内的戳的表面化学/粘合特性，或改变要平移的结构的表面化学性(未示出)，或上 述策略的任意组合。图17a指示了在本发明与用于将低维度结构密封成组的待审英国专利申请 0620134. 7相结合使用的情况下，本发明的另一有利特征。在旋转以使得所有伸长结构的最 大维度都与衬底表面平行之后，所有伸长结构都实质上共面。这具有重要意义，因为知道所 有伸长结构的精确位置(不仅是横向地，而且还垂直地)和取向使得更容易实现后续的处
理步骤。图18是在使用较厚区域Ib和层21来形成与变薄且发生应变的段Ia的电接触时 在Ia内形成最终有源器件区域的示例。可以通过部分地去除层23和24(例如与图2(e) 或3(i)的层5和6相对应)并添加导电材料25[图18(b)]来实现与Ib的接触。层20和 22是电绝缘的，而层21可以被图案化并且需要具有足够的导电性。在图18的示例中，在制 造结构13时，层20、21、22存在于衬底上。然而，备选地，可以在低维度结构已被重新取向 之后在衬底上提供接触层。图19示出了可以将材料23图案化成段23a并用作掩模，以随后仅将在未变细段 Ib的末端处注入掺杂原子，而Ib的精确在23a下面的区域保持不受影响。此后，可以将结 构处理成诸如晶体管、传感器或存储器件等工作器件，所述工作器件在衬底左侧或者被平 移到期望的衬底。尽管图17-19示出了通过图2至5的方法得到的结构的重新取向，然而类似的方 法也可以应用于通过图6的方法得到的结构。如果低维度结构伸出超过结构10的主体(图 7中未示出)，则伸出部分可能随结构的倾斜而折断，使得仅较厚的矩阵粘到粘合层11。随 着结构的倾斜，期望与粘合层11的接触区改变，变得越来越大，而初始接触区(顶侧)可以在不再处于与粘合层11接触的最终平面位置。使用硬和/或薄的粘合层可以使结构在倾 斜时与粘合剂分离，因此优选地使用较厚且较软的粘合层(或较高的温度)来避免这一情 况(或具体地，优选地使用上述粘合双层系统)。 因此描述了本发明，显然相同的方法可以以多种方式变化。这样的边缘不应被视 为脱离本发明的精神和范围，对于本领域就来说，显然所有这样的修改都将包含在所附权 利要求的范围之内。
权利要求
1 一种制造包括多个低维度结构的结构的方法，所述方法包括提供柔性元件，所述柔性元件将至少两个低维度结构连接至衬底，所述柔性元件具有 与低维度结构的本体部分的弹性特性不同的弹性特性。
2.根据权利要求1所述的方法，包括提供低维度结构，以便实质上从衬底表面沿着相 应方向延伸。
3.根据权利要求2所述的方法，包括在衬底上制造低维度结构，使得每个低维度结构 实质上从衬底表面沿着相应方向延伸。
4.根据权利要求2或3所述的方法，包括在衬底上制造低维度结构，使得每个低维度 结构实质上垂直于衬底的表面延伸。
5 根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其中，提供柔性元件包括在至少两个低维度 结构中，提供具有与第二部分的弹性特性不同的弹性特性的第一部分，第一部分与第二部 分沿着低维度结构处于不同的轴向位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，提供柔性元件包括在至少两个低维度结构中， 使低维度结构的第一部分的横截面维度小于该低维度结构的第二部分的相应横截面维度， 从而该低维度结构的第一部分包括柔性元件。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，提供柔性元件包括在至少两个低维度结构中， 使得低维度结构的第二部分的横截面维度大于该低维度结构的第一部分的相应横截面维 度，从而低维度结构的第一部分包括柔性元件。
8.根据权利要求6所述的方法，包括将低维度结构的第一部分的圆周部分氧化并去 除氧化的部分。
9.根据权利要求6所述的方法，包括蚀刻低维度结构的第一部分，从而减小所述第一 部分的横截面维度。
10.根据权利要求9所述的方法，包括在低维度结构上提供蚀刻掩模，所述蚀刻掩模 不在低维度结构的第一部分上延伸。
11.根据权利要求10所述的方法，包括在低维度结构上提供第一掩模层；在第一掩模 层上提供第二掩模层；使用第二掩模层作为掩模来蚀刻第一掩模层，从而从低维度结构的 第一部分中去除第一掩模层；以及使用第一掩模层作为蚀刻掩模来蚀刻低维度结构。
12.根据权利要求6、7、8、9、10或11所述的方法，其中，低维度结构的第一部分和第二 部分具有互不相同的成分。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，在衬底上提供低维度结构包括在形成衬底上形 成低维度结构并随后将低维度结构附着到衬底，其中将低维度结构附着到衬底包括利用粘 合材料将低维度结构附着到衬底，所述粘合材料具有比低维度结构低的弹性模量，从而粘 合材料形成柔性元件。
14.根据权利要求13所述的方法，包括将低维度结构与形成衬底分离。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，粘合材料包括布置在衬底上的具有低 弹性模量的第一层，以及布置在第一层上的具有高屈服强度的第二层。
16.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，包括重新取向结构，以便改变 每个低维度结构的本体部分相对于衬底的倾角。
17.根据权利要求16所述的方法，包括重新取向结构，使得每个低维度结构的本体部分实质上与衬底表面平行。
18.根据权利要求16或17所述的方法，包括对结构施加具有与衬底平行的非零分量 的力，从而重新取向结构。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述力源自于流体流动。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述力是机械力。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，所述力是静电力。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述力源自于表面张力。
23.根据权利要求16至22中任一项权利要求所述的方法，还包括在重新取向结构的 步骤之后将结构粘合到衬底。
24.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，低维度结构以矩阵形式被 密封。
25.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，低维度结构实质上彼此相同。
26.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，包括以下步骤形成多个结构，每个结构包括多个低维度结构和柔性元件，每个低维度结构沿着相应 方向向衬底表面延伸，所述柔性元件将两个或更多个低维度结构连接至衬底；重新取向结构，使得对于每个结构，包含在该结构内的低维度结构的本体部分相对于 衬底沿着共同的方向延伸；以及从衬底去除所选的结构。
27.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，低维度结构是伸长低维度结构。
28.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，每个低维度结构是纳米 线、纳米柱或纳米管。
29.—种包括多个低维度结构的结构，每个低维度结构沿着相应方向向衬底表面延伸；其中，所述结构还包括柔性元件，所述柔性元件将至少两个低维度结构连接至衬底，所 述柔性元件具有与低维度结构的本体部分的弹性特性不同的弹性特性。
30.根据权利要求29所述的结构，其中，在至少两个低维度结构中，柔性元件包括具有 与第二部分的弹性特性不同的弹性特性的第一部分，第一部分与第二部分沿着低维度结构 处于不同的轴向位置。
31.根据权利要求30所述的结构，其中，至少两个低维度结构的第一部分具有比所述 至少两个低维度结构的第二部分的横截面维度小的横截面维度。
32.根据权利要求29所述的结构，其中，柔性元件包括粘合材料。
33.根据权利要求32所述的结构，其中，粘合材料包括布置在衬底上的具有低屈服强 度的第一层，以及布置在第一层上的具有高屈服强度的第二层。
34.根据权利要求29至33中任一项权利要求所述的结构，其中，每个低维度结构是伸 长低维度结构。
35.根据权利要求29至34中任一项权利要求所述的结构，其中，每个低维度结构是纳 米线、纳米柱或纳米管。
36.根据权利要求29至35中任一项权利要求所述的结构，其中，低维度结构以矩阵的 形式被密封。
37.一种器件，包括衬底；以及多个低维度结构，每个低维度结构的本体部分实质上 平行于衬底的表面延伸；以及接合部分，将两个或更多个低维度结构连接至衬底，所述接合 部分具有与低维度结构的本体部分的弹性特性不同的弹性特性。
38.根据权利要求37所述的器件，所述器件是通过以下步骤形成的提供每个低维度结构以实质上垂直于衬底表面延伸；形成将至少两个低维度结构连接至衬底的柔性元件作为接合部分；以及重新取向结构，使得每个低维度结构的本体部分实质上平行于衬底表面。
39.根据权利要求37或38所述的器件，其中，在至少两个低维度结构中，接合部分包括 具有与第二部分的横截面维度不同的横截面维度的第一部分，第一部分与第二部分沿着低 维度结构处于不同的轴向位置。
40.根据权利要求37、38或39所述的器件，其中，器件的有源区包括至少两个低维度结 构的接合部分。
41.根据权利要求40所述的器件，其中，至少两个低维度结构的本体部分包括与器件 的电接触。
42.根据权利要求40或41所述的器件，其中，与器件的电接触被提供在衬底上。
43.根据权利要求37、38或39所述的器件，其中，器件的有源区被限定在低维度结构的 本体部分中。
44.根据权利要求37至43中任一项权利要求所述的器件，包括晶体管、传感器或存 储器件。
45.根据权利要求37至44中任一项权利要求所述的器件，其中，每个低维度结构是伸 长低维度结构。
46.根据权利要求37至45中任一项权利要求所述的器件，其中，每个低维度结构是纳 米线、纳米柱或纳米管。
47.根据权利要求37至46中任一项权利要求所述的器件，其中，低维度结构以矩阵的 形式被密封。
全文摘要
一种制造包括多个低维度结构的结构的方法，所述方法包括提供柔性元件(1b，14)，所述柔性元件将两个或更多个低维度结构连接至衬底。所述柔性元件使得可以例如将低维度结构重新取向为实质上与衬底平行。此外或备选地，这使得没有彼此对齐的低维度结构可以沿共同的方向对齐。
文档编号H01L29/06GK102007068SQ20098011150
公开日2011年4月6日 申请日期2009年3月30日 优先权日2008年4月1日
发明者克里斯蒂安·郎, 彼德·内尔·泰勒, 托马斯·赫兹-赫尔默特·阿尔特巴梅尔, 斯蒂芬·戴, 约内山·汉夫纳恩 申请人:夏普株式会社