纳米颗粒材料(ngm)材料、用于制造所述材料的方法和装置及包括所述材料的电部件的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及一种纳米颗粒材料(NGM)，包括嵌入绝缘基质和周围层中的导电纳米晶体。该材料通过纳米晶体之间的电子的可变范围跃迀而载送高电流密度。
[0002]US 6，246，055公开了一种纳米颗粒材料以及由其制造的光子检测器，该光子检测器以可用于信号的低光子数量和能量进行输送。该光子检测器部分地由纳米晶体相组成，并且包括在绝缘碳基质中且其可用简单的生产机器和过程来生产。在H.W.P.Koops, A.Kaya, M.Weber 于 J.Vac.Sc1.Technol.B 13(6) Nov/Dec (1995) 2400-2403 中的“Fabricat1n and Characterizat1n of Platinum nano crystalline Material Grownby Electron-beam Induced Deposit1n”中描述了使用有机金属前体的类似材料的生产。200 kV下的高分辨率透射电子显微镜图像显示出0，408 nm距离的铂或金单晶的12至14晶格平面。800至1000个原子形成被嵌入富勒烯(Fullerene)基质中的完美晶体。
[0003]晶体尺寸对于Au/C而言为:从二甲基一一金一一三氟醚一一乙酰丙酮基获得的3-4 nm,并且对于Pt/C而言为:从环戊二烯基一一铂一一三甲基沉积的1，8-2, I nm。[J.Kretz, M.Rudolph, M.Weber, H.ff.P.Koops 在 Microelectronic Engineering23 (1994) 477-481 中的“Three Dimens1nal Structurizat1n by Additive Lithography,Analysis of Deposits using TEM and EDX, and Applicat1n for Field EmitterTips，，] o
[0004]然而，Au/C和Pt/C材料中的基质来自Fullerene并且呈现围绕具有Fullerene基质的NGM材料的2D电阻器。此基质随着使用时间的推移而被水和活性气体离子蚀刻掉。这限制了检测器的寿命。
【发明内容】
[0005]任务是具有一种纳米颗粒材料，其在长寿命的情况下具有类似于高电流导电率和辐射灵敏性的异常性质。
[0006]根据本发明，用包括嵌入基质中的导电纳米晶体的高电流密度载送纳米颗粒材料来解决此任务，其中，基质由绝缘不含碳材料组成。
[0007]优选地，绝缘材料是氧化物、氧氮化物或氮化物。甚至可以使用半导体，如果其由于其小的层厚度而通过表面耗尽来绝缘的话。
[0008]本发明严格地不同于例如在美国光检测器专利US 6246055 BI中教导的发明。纳米晶体材料由有机金属前体产生并具有低导电率的含碳基质。此类材料被物质中和周围表面中的含碳化合物的反应毁坏，该反应在存在从环境输送并被要检测的电磁辐射激励的激励水或气体原子的情况下发生。
[0009]不含碳基质和涂层以有利的方式防止电流引导导线或片材、开关、光检测器或太阳电池由于与类似于水或大气气体之类的周围材料的反应而毁坏，所述周围材料被碰撞的尚能光子激励。
[0010]根据本发明的材料使得能够实现许多应用和新的电部件，由此，纳米晶体之间的间隔小于2 nm。如果在特定情况下要求，则可以使得间隔更大，例如达到5 nm。
[0011]在优选电部件中，将材料成形为薄层，其具有用于辐射的进入平面和用于向材料施加电场的电极。
[0012]在本发明部件的一个实施例中，所述电极被电连接到材料。此类部件可以用作用于可见光、紫外辐射或X射线的检测器。
[0013]在本发明部件的另一实施例中，所述电极与材料电绝缘，并且其他集电器被电连接到材料的相对边缘。被由绝缘电极提供的弱电场激励的入射光促使电子流到集电器中的一个，并且空穴流到集电器中的另一个。因此，本实施例是高效太阳电池。随后结合附图进行详细说明。
[0014]在包括根据本发明的材料的另一电部件中，该材料形成在真空单元中布置的场发射体尖端，所述真空单元由两个平面(其中的至少一个对于光子而言是透明的)和平面之间的隔离物形成，该透明平面被每个单元中的发光层覆盖，所述场发射体尖端被与发光层相对地布置，并且隔离物承载加速器格栅。此部件非常高效地产生光。
[0015]在此电部件的另一开发中，所述单元形成组，在每个组内具有不同色彩的发光层。这使得能够在作为光源或显示器的应用处实现光的不同色彩，如果所述场发射体尖端或所述场发射体尖端组可以被相互单独地激活的话。
[0016]为了改善此电部件中的发射电子的聚焦，可以将提取器附着到所述场发射体尖端中的每一个。
[0017]电部件的另一实施例可以充当辐射检测器，其中，该材料形成场发射体尖端，其被布置在具有尖端结构的透明支撑平面上，并且其中，场发射体尖端发射电子，其占用由于发射体尖端与微通道板之间的提取电压而被IR、可见光或X辐射的入射光子提升至那些能级的已激励激子的水平，并通过该微通道板与电荷检测器阵列共同作用。
[0018]电部件的另一实施例形成高电压和高电流开关，其中，该材料形成场发射体尖端阵列，其被作为阴极布置在真空管的一端处，并且其中，所述真空管还包括阳极和在阴极附近的提取器。优选地，该提取器被布置成与阴极共面或者在承载阴极的绝缘层的下面(与阳极相对)，并且被用于以低电压来对发射进行开关。还可以用至少一个加速器倍增电极来改善本实施例。
[0019]在用于制造根据本发明的材料的有利方法中，在样本上指引产生二次电子的高能电子、离子或光子束，其中，供应多无机分子和金属前体气体，其被所述二次电子分离，导致绝缘基质和嵌入其中的金属纳米晶体的沉积。
[0020]一种用于制造根据本发明的材料的装置包括在真空室中的作为沉积系统的电子、离子或光子束源和计算机控制多无机分子和金属前体气体供应系统。
[0021]一种用于用区域场发射体尖端来制造根据本发明的电部件的装置包括在真空室中的作为沉积系统的电子、离子或光子束缩减图像投射系统，所述沉积系统具有计算机控制多无机分子和金属前体气体供应系统从而以结构化方式限定场发射体尖端的区域布置。
[0022]本发明还涉及一种用于制造根据本发明的材料的细长形式的装置，其包括在真空室中的作为沉积系统的电子、离子或光子束源和计算机控制多无机分子和金属前体气体供应系统，并且还包括用于该细长材料以便使材料移动通过反应区域的传输系统。优选地，此装置包括用于保持反应区域中的材料的温度的装置。这解决了用以沉积大面积的NGM材料的问题。
[0023]用于制造根据本发明的材料的另一装置，通过电子、离子或光子束阴影掩蔽图像投射系统使用具有计算机控制多前体气体供应系统的沉积系统和气体放电区域能量源的阳极降，以便以结构化方式沉积用于场发射电子或离子源的阵列、用于片材、用于长导线沉积、用于电源电缆、用于多像素空中光子检测器、用于IR、可见光和X射线体系中的快速成像以及用于太阳电池的NGM材料。出于扩大的该区域的目的，可以用静电或磁性多束偏转能力来进一步改善此装置。
[0024]用于制造根据本发明的纳米颗粒材料的另一有利方法尤其使用以纳米压印平版印刷手段复制且然后使用具有计算机控制多前体气体供应系统的沉积系统通过高场材料沉积以场发射体尖端供应的尖端阵列，测量电子场发射的改进方法是通过在与尖端生长过程相比非常短的时间内、在中间步骤中的尖端生长过程期间的电流上的发射的计算机评估，并将通过定义发射电流下的发射的计算机评估来停止用于所有并行生长尖端的生长。
[0025]本方法的另一开发的特征在于发射特性的中间测量还提出一种通过使用具有计算机控制多前体(超过一个)气体供应系统的沉积系统来更新所有尖端并用高场化学1、2或3分子沉积过程来将尖端重新生长至先前的完美地步的方法，所述计算机控制多前体(超过一个)气体供应系统还装配有卤素以蚀刻大面积发射体结构中的所有尖端。
[0026]在以下各项中公开了此类过程本身:
M.Bischoff Int.Journal of Electronics 1992，Vol.73 N0.5，827-828Η.B.Linden, e.Hilt, H.D.Beckeyj J.Phys.E: sc1.1nstruments, Vol11 1987 1033 ,,High -rate growth of dentrites on thin wire anodes for fielddesorpt1n mass sp