ナノワイヤー分散組成物およびその使用
少なくとも１つの低分子量および／または低ＨＬＢ（親水性−親油性バランス）値分散剤を含む水溶液または非水溶液に懸濁された複数の無機ナノワイヤーを含むナノワイヤー分散組成物（およびその使用）が開示される。水溶液または非水溶液への複数の無機ナノワイヤーの分散性をさらに改善する方法は、例えば、水溶液または非水溶液にナノワイヤーを分散させる前にナノワイヤーの表面を酸化することを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本件出願は、本明細書に全体が援用される、２００５年４月１３日出願の米国仮特許出願第６０／６７１，１３１号の優先権を主張するものである。
【０００２】
連邦支援研究に関する言明
該当なし
【背景技術】
【０００３】
ナノテクノロジーは、次期社会的進化への道を開くであろう次期技術的進化として歓迎され、そして同時に、技術的に過度の熱心さによって広められた単なる最新版のほらとして厳しく批判されてきた。基本的には、論争の両側面がそれらの立場を支持する多くの妥当なポイントを有する。例えば、ナノ材料がそれらの化学的、構造的および電気的能力の点から見て非常にユニークで非常に望ましい特性を有することは絶対に明らかである。しかしながら、今まで、ナノスケール材料を製造しそして道理にかなった商業的なやり方でマクロスケール界へ統合するための技術および／またはより複雑な見込みのある用途向けのより複雑なシステム、例えば、ナノコンピュータ、ナノスケール機械、電子デバイスなどへこれらのナノ材料を組み立てる方法についての議論が非常に少なかったこともまた明らかである。様々な早期の研究者らは、彼らの役割の放棄および分子セルフアセンブリ、電磁アセンブリ技法などについての言及によって統合およびアセンブリ問題に対処するための多くの異なる方法を提案してきた。しかしながら、これまで公表された成功がほとんどなかったか、これらの分野での公表された努力がほとんどなかったかのどちらかであった。
【０００４】
ある種のケースでは、これらの材料のユニークで興味深い特性を、個々のアセンブリを必要とする個々のエレメントとしてよりバルク材料としてもっと利用するナノ材料の使用が提案されてきた。例えば、デュアン（Ｄｕａｎ）ら著、Ｎａｔｕｒｅ、４２５、２７４−２７８ページ（２００３年９月）は、リジッド半導体ウェハーの代わりにバルク処理された配向した半導体ナノワイヤーフィルムまたは層を用いる、例えば、ディスプレイ、アンテナなど用の、大面積電子基板での使用のためのナノワイヤーベースのトランジスタを記載している。その結果は、単結晶ウェハー基板と同等に機能するが、より不満足な性能の非晶質半導体プロセスで用いられる通常のそしてそれほど高価でないプロセスを用いて製造可能であり、かつ、多様な構造、例えば、柔軟なおよび／または成形した材料によりなじみやすい電子基板である。この技術に従って、唯一の新しいプロセス要件は、所与の軸に沿って実質的に配向しているナノワイヤーのフィルムを提供する能力である。かかる配向のための技術は、例えば、国際公開第０３／０８５７００号パンフレット、国際公開第０３／０８５７０１号パンフレットおよび国際公開第２００４／０３２１９１号パンフレット、ならびに米国特許出願公開第２００５／００６６８８３号明細書（それらのそれぞれの全開示が、あらゆる目的のためにそっくりそのまま、本明細書に参照により本明細書によって援用される）に詳細に既に記載されてきたし、製造プロセスに容易に拡大可能である。
【０００５】
別の模範的なケースでは、バルク処理ナノ結晶は光電子デバイス用の柔軟なそして効率的な活性層としての使用について記載されてきた。特に、量子閉じ込め半導体結晶をホール伝導マトリックス中に提供する（タイプ−ＩＩバンドギャップ・オフセットを提供する）能力は、光起電装置か光電子検出器かのどちらかとして利用することができる光活性層の製造を可能にする。活性複合材料に配置されるとき、これらのナノ材料は、当業界で利用可能である標準フィルムコーティング法を用いて簡単に処理される。例えば、あらゆる目的のためにそっくりそのまま参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２００４／０１１８４４８号明細書を参照されたい。
【特許文献１】国際公開第０３／０８５７００号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０３／０８５７０１号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００４／０３２１９１号パンフレット
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／００６６８８３号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００４／０１１８４４８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナノ材料が用いられるべき用途にかかわらず、改良された製造、それらの究極的な用途またはデバイスへのこれらの材料の加工および統合に対するニーズが存在する。特に、機能性ナノ構造体の実現で残っている難問の１つは、それらの表面化学の信頼できるコントロールを得るための方法を解明すること、および水性および非水性媒体などへのそれらの分散性を改善してこれらの材料のハンドリングおよび加工性を改善することである。本発明は、これらのおよび様々な他のニーズを満たす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、得られたナノワイヤー薄層の溶解性および加工性を改善するために１つもしくはそれ以上の界面活性剤を使用するナノワイヤー（例えば、半導体ナノワイヤーなどの無機ナノワイヤー）を異なる水性または非水性溶媒（例えば、蒸留水、エタノール、メタノール、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、それらの組み合わせなど）に分散させるためのナノワイヤー分散組成物を一般に指向する。異なる組成物へのナノワイヤーの分散は、ワイヤーの取り扱いを容易にし、そして高性能エレクトロニクスならびに下にさらに説明される他のデバイスおよびシステム用の有用なビルディングブロックであるナノワイヤーの安定なフィルムを提供する。ナノワイヤー分散組成物は、表面張力および粘度などの広範囲の所望の特性を示すために、ワイヤー凝集を最小限にするために、デバイス基板に薄膜として塗布されたときに迅速な乾燥を示すために、そして実用的な期間にわたって安定である分散組成物を提供するために調合することができる。
【０００８】
本発明の第１態様に従って、溶媒（例えば、エタノール、水、メタノールなどおよび／またはそれらの組み合わせ）に懸濁された複数のナノワイヤーを一般に含む、そして陰イオン性、陽イオン性、非イオン性、両性または高分子界面活性剤からなる群から選択された少なくとも１つの低分子量（例えば、約１０，０００未満、例えば、約５，０００未満、例えば、約３，０００未満）界面活性剤を含むナノワイヤー分散組成物が開示される。現在好ましい一実施形態では、ナノワイヤー分散組成物は非イオン性または高分子分散剤から選択された分散剤を含む。例えば、分散剤は、シルウェット（ＳｉｌＷｅｔ）（登録商標）、サ−フィノール（Ｓｕｒｆｙｎｏｌ）（登録商標）、プルロニック（Ｐｌｕｒｏｎｉｃ）ポリマー、ならびにそれらの組み合わせおよび混合物からなる群から選択される。アンモニウムポリアクリレートアクリゾールＧ−１１１（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ Ａｃｒｙｓｏｌ Ｇ−１１１）（ＡＧ−１１１）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、およびポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）などの１つもしくはそれ以上の低鎖高分子分散剤との分散剤の組み合わせは、高められたワイヤー分散度およびコーティング一様性を提供することがさらに分かった。
【０００９】
より低い分子量およびより低いＨＬＢ（親水性−親油性バランス）値（例えば、約２０未満、例えば、約１５未満、例えば、約１０未満）の両方の分散系は最良のワイヤー分散およびコーティング一様性を提供することもまた分かった。ナノワイヤー分散組成物は、例えば、約０．０１〜２０重量％の分散剤、例えば、約１〜１５重量％分散剤、例えば、約１〜８重量％分散剤を含んでもよい。ナノワイヤー分散組成物はまた、１つもしくはそれ以上のバインダー、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、およびヒドロキシルエチルセルロースなどからなる群から選択された１つもしくはそれ以上の水溶性または水分散性ポリマーを含んでもよい。本発明の分散剤組成物は、半導体（例えば、シリコン）または金属酸化物ナノワイヤーなどの無機ナノワイヤーで特定の実用性を見いだすが、導電性ポリマー、セラミックスなどのような他のナノワイヤー材料でも同様にうまく使用することができる。本発明のナノワイヤー分散組成物は、約１０より大きい、例えば、約１００より大きい、例えば、約１０００より大きいアスペクト比を有するナノワイヤーで特にうまく働く。
【００１０】
場合により、本発明の別の態様では、ナノワイヤーは本発明のナノワイヤー分散組成物に懸濁される前に酸化されてもよく、例えば、ナノワイヤーは、ナノワイヤー分散組成物のコーティングおよび溶液一様性をさらに改善するために、迅速熱酸化（ＲＴＯ）チャンバーでまたは通常の酸化炉で熱酸化されてもよい。
【００１１】
本発明は、上に薄膜として堆積された本発明のナノワイヤー分散組成物を含むフレキシブル（例えば、プラスチック）またはリジッド（例えば、ガラスまたは半導体）基板を提供し、それらの基板は、様々な電気システム、光学システム、消費者エレクトロニクス、工業用エレクトロニクス、ワイヤレスシステム、宇宙用途、または、例えば、アクティブマトリックスディスプレイ、アンテナアレイ、無線周波数確認タグ、スマートカード、光学センサーなどをはじめとする任意の他の用途に使用することができる。
【００１２】
図面の簡単な説明
図１Ａは単結晶半導体ナノワイヤーコア（本明細書では以下「ナノワイヤー」）１００を例示する。
【００１３】
図１Ｂはコア−シェル構造に従ってドープされたナノワイヤー１１０を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本明細書に示されるおよび記載される特定の実施は本発明の例であり、そして形はどうあれ本発明の範囲を別のやり方で限定することを意図されないことは理解されるべきである。実際に、簡潔さのために、通常のエレクトロニクス、製造、半導体デバイス、およびナノワイヤー（ＮＷ）（そしてナノロッド、ナノチューブ、およびナノリボンなど）テクノロジーならびにシステム（およびシステムの個々の動作部品の構成要素）の他の機能態様は本明細書では詳細に説明されないかもしれない。さらに、簡潔さの目的のために、本発明はナノワイヤーに関連するものとして本明細書ではしばしば説明される。
【００１５】
個々の無機ナノワイヤー（ＮＷ）（例えば、シリコンナノワイヤーなどの半導体ナノワイヤー）は、現在商業的に入手可能な最高品質の単結晶材料のそれに匹敵するそして幾つかのケースではそれを超える電子性能のナノスケール電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を製造するために使用することができる。これらのナノ−ＦＥＴはモーア（Ｍｏｏｒｅ）の法則を分子レベルに向かって広げる。しかしながら、それらは、複雑さおよびデバイス製造プロセスの制限されたスケーラビリティのために、生産規模ナノエレクトロニクス用に実施するのが現在困難である。電子デバイスでのナノワイヤーの成功実施は、高密度でおよび最小凝集で一様に広域基板の一面にそれらを堆積させ、パターン化するための方法を必要とする。そうすることは、それらを商業的用途に好適なコントロールされたおよび再現性のあるやり方で電子デバイス基板上に堆積させることができるようにナノワイヤーを溶液に適切に分散させるための分散剤または添加剤の使用を必要とする。
【００１６】
ナノワイヤーがしばしば言及されるが、本明細書に記載される技法はまた、ナノロッド、ナノチューブ、ナノテトラポッド、ナノリボンおよび／またはそれらの組み合わせなどの他のナノ構造体にも適用できることが理解されるべきである。本明細書に記載される処理技法は任意の半導体デバイスタイプ、および他の電子部品タイプで用い得ることがさらに理解されるべきである。さらに、本技法は、電気システム、光学システム、消費者エレクトロニクス、工業用エレクトロニクス、ワイヤレスシステム、宇宙用途、または任意の他の用途での適用に好適であろう。
【００１７】
本明細書で用いるところでは、「アスペクト比」は、ナノワイヤーの第２および第３軸の長さの平均で割られたナノワイヤーの第１軸の長さであり、ここで、第２および第３軸は、その長さが互いに最もほぼ等しい２つの軸である。例えば、完全なワイヤーについてのアスペクト比は、長軸に垂直の（法線の）断面の直径によって割られたその長軸の長さであろう。
【００１８】
ナノワイヤーに関して用いられるときに用語「ヘテロ構造体」は、少なくとも２つの異なるおよび／または区別できる材料タイプによって特徴付けられる構造体を意味する。典型的には、ナノワイヤーの一領域は第１材料タイプを含むが、ナノワイヤーの第２領域は第２材料タイプを含む。ある種の実施形態では、ナノワイヤーは、第１材料のコアおよび第２（または第３など）材料の少なくとも１つのシェルを含み、ここで、異なる材料タイプは、例えば、ナノワイヤーの長軸、分岐ナノ結晶のアームの長軸、またはナノ結晶の中心の周りに放射状に分布する。シェルは、シェルと考えられるためにまたはナノワイヤーがヘテロ構造体と考えられるために隣接材料を完全にカバーする必要はない。例えば、第２材料の小さな島でカバーされた一材料のコアで特徴付けられるナノワイヤーはヘテロ構造体である。他の実施形態では、異なる材料タイプはナノワイヤー内で異なる位置に分布する。例えば、材料タイプは、ナノワイヤーの主（長）軸に沿って分布することができる。ヘテロ構造体内の異なる領域は、全く異なる材料を含むことができ、または異なる領域はベース材料を含むことができる。
【００１９】
本明細書で用いるところでは、「ナノ構造体」は、少なくとも１つの領域または約５００ｎｍ未満、例えば、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、もしくは約２０ｎｍ未満さえの寸法の特徴的次元を有する構造体である。典型的には、領域または特徴的次元は構造体の最小軸に沿って存在するであろう。かかる構造体の例には、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノチューブ、分岐ナノ結晶、ナノテトラポッド、トリポッド、バイポッド、ナノ結晶、ナノドット、量子ドット、ナノ粒子、分岐テトラポッド（例えば、無機デンドリマー）などが挙げられる。ナノ構造体は材料特性の点で実質的に均一であることができ、またはある種の実施形態では不均一（例えば、ヘテロ構造体）であることができる。ナノ構造体は、例えば、実質的に結晶質である、実質的に単結晶である、多結晶である、非晶質である、またはそれらの組み合わせであることができる。一態様では、ナノ構造体の三次元のそれぞれが約５００ｎｍ未満、例えば、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、または約２０ｎｍ未満さえの寸法を有する。
【００２０】
本明細書で用いるところでは、用語「ナノワイヤー」は一般に、５００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満である少なくとも１つの断面寸法を含み、そして１０より大きい、好ましくは５０より大きい、より好ましくは１００より大きい、または１０００より大きいアスペクト比（長さ：幅）を有する任意の細長い導電性もしくは半導体材料（または本明細書に記載される他の材料）を意味する。
【００２１】
本発明のナノワイヤーは材料特性の点で実質的に均一であり得るし、またはある種の実施形態では不均一であり得る（例えば、ナノワイヤーヘテロ構造体）。ナノワイヤーは本質的に任意の便利な材料から製造することができ、例えば、実質的に結晶質である、実質的に単結晶である、多結晶である、または非晶質であることができる。ナノワイヤーは変動する直径を有することができ、または実質的に一様な直径、すなわち、最大ばらつきの領域にわたっておよび少なくとも５ｎｍ（例えば、少なくとも１０ｎｍ、少なくとも２０ｎｍ、もしくは少なくとも５０ｎｍ）の線寸法にわたって約２０％未満（例えば、約１０％未満、約５％未満、もしくは約１％未満）の不偏分散を示す直径を有することができる。典型的には、直径はナノワイヤーの端から離れて評価される（例えば、ナノワイヤーの中心２０％、４０％、５０％、または８０％にわたって）。ナノワイヤーは、その長軸の全体長さまたはその一部にわたって、真っ直ぐであることができまたは例えば湾曲しているもしくは曲がっていることができる。ある種の実施形態では、ナノワイヤーまたはその一部は二もしくは三次元量子閉じ込めを示すことができる。本発明によるナノワイヤーはカーボンナノチューブを明確に排除することができ、そして、ある種の実施形態では、「ウィスカー」または「ナノウィスカー」、特に１００ｎｍより大きい、または約２００ｎｍより大きい直径を有するウィスカーを排除する。かかるナノワイヤーの例には、参照により本明細書に援用される、国際公開第０２／１７３６２号パンフレット、国際公開第０２／４８７０１号パンフレット、および国際公開第０１／０３２０８号パンフレットに記載されているような半導体ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、および類似の寸法の他の細長い導電性または半導体構造体が挙げられる。
【００２２】
本明細書で用いるところでは、用語「ナノロッド」は一般に、ナノワイヤーに似ているが、ナノワイヤーのそれ未満のアスペクト比（長さ：幅）を有する任意の細長い導電性もしくは半導体材料（または本明細書に記載される他の材料）を意味する。２つもしくはそれ以上のナノロッドは、連結されたナノロッドが電極間に様々に広がるようにそれらの縦軸に沿って一緒に連結し得ることに留意されたい。あるいはまた、２つもしくはそれ以上のナノロッドは、小さなギャップが２つもしくはそれ以上のナノロッドの端間に存在するように、それらの縦軸に沿って実質的に整列させることができるが、一緒に連結することはできない。このケースでは、電子は、１ナノロッドから別のものへ飛び越えて小さいギャップを横断することによって１ナノロッドから別のものへ流れることができる。２つもしくはそれ以上のナノロッドは、電子が電極間を移動することができるパスをそれらが形成するように、実質的に整列させることができる。
【００２３】
例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、Ｐ、Ｂ−Ｃ、Ｂ−Ｐ（ＢＰ６）、Ｂ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｓｉ−ＳｎおよびＧｅ−Ｓｎ、ＳｉＣ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／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、ＣｕＩ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＢｅＳｉＮ２、ＣａＣＮ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＳｎＡｓ２、ＺｎＳｎＳｂ２、ＣｕＧｅＰ３、ＣｕＳｉ２Ｐ３、（Ｃｕ、Ａｇ）（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｆｅ）（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）２（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）３、Ａｌ２ＣＯ、ならびに２つもしくはそれ以上のかかる半導体の適切な組み合わせから選択された半導体材料をはじめとする、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノチューブおよびナノリボン用の広範囲のタイプの材料を使用することができる。
【００２４】
ナノワイヤーはまた、金、ニッケル、パラジウム、イリジウム、コバルト、クロム、アルミニウム、チタン、ルテニウム、スズなどのような金属、金属合金、ポリマー、導電性ポリマー、セラミックス、および／またはそれらの組み合わせなどの他の材料から形成することもできる。他の現在公知のまたは最近開発された導電性または半導体材料を用いることができる。
【００２５】
ある種の態様では、ナノワイヤーは、周期表のＩＩＩ族からのｐ型ドーパント；周期表のＶ族からのｎ型ドーパント；Ｂ、ＡｌおよびＩｎからなる群から選択されたｐ型ドーパント；Ｐ、ＡｓおよびＳｂからなる群から選択されたｎ型ドーパント；周期表のＩＩ族からのｐ型ドーパント；Ｍｇ、Ｚｎ、ＣｄおよびＨｇからなる群から選択されたｐ型ドーパント；周期表のＩＶ族からのｐ型ドーパント；ＣおよびＳｉからなる群から選択されたｐ型ドーパント；またはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択されたｎ型ドーパントからなる群からのドーパントを含んでもよい。他の現在公知のまたは最近開発されたドーパント材料を用いることができる。
【００２６】
さらに、ナノワイヤーまたはナノリボンは、カーボンナノチューブ、または導電性もしくは半導性有機ポリマー材料（例えば、ペンタセンおよび遷移金属酸化物）でできたナノチューブを含むことができる。
【００２７】
従って、用語「ナノワイヤー」は例示目的のために本明細書での説明の全体にわたって言及されるが、本明細書での説明はまたナノチューブ（例えば、中空チューブがそれを通して軸方向に形成されたナノワイヤー様構造体）の使用をも包含することが意図される。ナノチューブは、本明細書に記載される特性および利点を提供するために、単独でまたはナノワイヤーと組み合わせて、ナノワイヤーについて本明細書で記載されるようにナノチューブの組み合わせ／薄膜で形成することができる。
【００２８】
本明細書で行われる空間的な記載（例えば、「の上に」、「の下に」、「の上へ」、「の下へ」、「トップ」、「ボトム」など）は例示目的だけのためであること、そして本発明のデバイスは任意の配向またはやり方で空間的に配置できることが理解されるべきである。
【００２９】
ナノワイヤーのタイプおよびそれらの合成
図１Ａは、単結晶半導体ナノワイヤーコア（本明細書では以下「ナノワイヤー」）１００を例示する。図１Ａは、一様にドープされた単結晶ナノワイヤーであるナノワイヤー１００を示す。かかる単結晶ナノワイヤーは、かなりコントロールされた方法でｐ型かｎ型半導体かのどちらかへドープすることができる。ナノワイヤー１００などのドープナノワイヤーは改善された電子特性を示す。例えば、かかるナノワイヤーは、バルク単結晶材料に匹敵する担体モビリティレベルを有するようにドープすることができる。
【００３０】
図１Ｂは、コア−シェル構造に従ってドープされたナノワイヤー１１０を示す。図１Ｂに示されるように、ナノワイヤー１１０はドープ表面層１１２を有し、表面層はナノワイヤー１１０の表面上の分子単層のみであることをはじめとする、様々な厚さレベルを有することができる。
【００３１】
絶縁シェルの価電子帯はｐ型ドープワイヤーのコアの価電子帯より低いことができる、またはシェルの伝導帯はｎ型ドープワイヤーのコアより高いことができる。一般に、コアナノ構造体は、任意の金属または半導体材料から製造することができ、シェルは同じまたは異なる材料から製造することができる。例えば、第１コア材料は、ＩＩ〜ＶＩ族半導体、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体、ＩＶ族半導体、およびそれらの合金からなる群から選択された第１半導体を含むことができる。同様に、シェルの第２材料は、例えば、ＩＩ〜ＶＩ族半導体、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体、ＩＶ族半導体、およびそれらの合金からなる群から選択された、第１半導体と同じまたはそれとは異なる第２半導体を含むことができる。実例半導体には、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、およびＰｂＴｅが含まれるが、それらに限定されない。上に指摘されたように、金、クロム、スズ、ニッケル、アルミニウムなどおよびそれらの合金などの金属材料をコア材料として使用することができ、金属コアは二酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素または他の絶縁材料などの適切なシェル材料でオーバーコートすることができる。
【００３２】
異なる材料に適合させることができる多数の便利な方法のいずれかによってナノ構造体を製造することができ、それらのサイズをコントロールすることができる。例えば、様々な組成のナノ結晶の合成は、例えば、ペング（Ｐｅｎｇ）ら著、「ＣｄＳｅナノ結晶の形状コントロール（Ｓｈａｐｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＣｄＳｅ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）」、Ｎａｔｕｒｅ、４０４（２０００年）、５９−６１ページ；プンテス（Ｐｕｎｔｅｓ）ら著、「コロイド状ナノ結晶形状およびサイズコントロール：コバルトの場合（Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｃｏｎｔｒｏｌ：Ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｃｏｂａｌｔ）」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２９１（２００１年）、２１１５−２１１７ページ；「造形されたＩＩＩ〜Ｖ族半導体ナノ結晶の形成方法、および方法を用いて形成された製品（Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｈａｐｅｄ ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ−Ｖ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ、ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｏｒｍｅｄ ｕｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）」という表題のアリヴィサトス（Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ）らに付与された米国特許第６，３０６，７３６号明細書（２００１年１０月２３日）；「造形されたＩＩ〜ＶＩ族半導体ナノ結晶の形成方法、および方法を用いて形成された製品（Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｈａｐｅｄ ｇｒｏｕｐ ＩＩ−ＶＩ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ、ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｏｒｍｅｄ ｕｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第６，２２５，１９８号明細書（２００１年５月１日）；「ＩＩＩ〜Ｖ半導体ナノ結晶の製造（Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＩＩ−Ｖ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第５，５０５，９２８号明細書（１９９６年４月９日）；「セルフアセンブルド単一層を用いて固体無機表面に共有結合した半導体ナノ結晶（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ ｂｏｕｎｄ ｔｏ ｓｏｌｉｄ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｕｓｉｎｇ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第５，７５１，０１８号明細書（１９９８年５月１２日）；「カプセル化量子サイズのドープ半導体粒子およびそれの製造方法（Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ ｑｕａｎｔｕｍ ｓｉｚｅｄ ｄｏｐｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓａｍｅ）」という表題のガラハー（Ｇａｌｌａｇｈｅｒ）らに付与された米国特許第６，０４８，６１６号明細書（２０００年４月１１日）；ならびに「生物学的用途向け有機ルミネセント半導体ナノ結晶プローブならびにかかるプローブの製造および使用方法（Ｏｒｇａｎｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ ｐｒｏｂｅｓ ｆｏｒ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｍａｋｉｎｇ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｓｕｃｈ ｐｒｏｂｅｓ）」という表題のウェイス（Ｗｅｉｓｓ）らに付与された米国特許第５，９９０，４７９号明細書（１９９９年１１月２３日）に記載されている。
【００３３】
コントロールされた直径のナノワイヤーをはじめとする、様々なアスペクト比を有するナノワイヤーの成長は、例えば、グディックセン（Ｇｕｄｉｋｓｅｎ）ら著、「半導体ナノワイヤーの直径−選択的合成（Ｄｉａｍｅｔｅｒ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２２（２０００年）、８８０１−８８０２ページ；キュイ（Ｃｕｉ）ら著、「単結晶シリコンナノワイヤーの直径コントロールされた合成（Ｄｉａｍｅｔｅｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７８（２００１年）、２２１４−２２１６ページ；グディックセンら著、「単結晶半導体ナノワイヤーの直径および長さの合成コントロール（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、１０５（２００１年）、４０６２−４０６４ページ；モラレス（Ｍｏｒａｌｅｓ）ら著、「結晶質半導体ナノワイヤーの合成のためのレーザー切断法（Ａ ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２７９（１９９８年）、２０８−２１１ページ；デュアンら著、「化合物半導体ナノワイヤーの一般的合成（Ｇｅｎｅｒａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１２（２０００年）、２９８−３０２ページ；キュイら著、「シリコンナノワイヤーでのドーピングおよび電気輸送（Ｄｏｐｉｎｇ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、１０４（２０００年）、５２１３−５２１６ページ；ペングら著、「ＣｄＳｅナノ結晶の形状コントロール」、Ｎａｔｕｒｅ、４０４（２０００年）、５９−６１ページ；プンテスら著、「コロイド状ナノ結晶形状およびサイズコントロール：コバルトの場合」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２９１（２００１年）、２１１５−２１１７ページ；「造形されたＩＩＩ〜Ｖ族半導体ナノ結晶の形成方法、および方法を用いて形成された製品」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第６，３０６，７３６号明細書（２００１年１０月２３日）；「造形されたＩＩ〜ＶＩ族半導体ナノ結晶の形成方法、および方法を用いて形成された製品」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第６，２２５，１９８号明細書（２００１年５月１日）；「金属酸化物ナノロッドの製造方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｎａｎｏｒｏｄｓ）」という表題のリーバー（Ｌｉｅｂｅｒ）らに付与された米国特許第６，０３６，７７４号明細書（２０００年３月１４日）；「金属酸化物ナノロッド（Ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｎａｎｏｒｏｄｓ）」という表題のリーバーらに付与された米国特許第５，８９７，９４５号明細書（１９９９年４月２７日）；「炭化物ナノロッドの製造（Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｉｄｅ ｎａｎｏｒｏｄｓ）」という表題のリーバーらに付与された米国特許第５，９９７，８３２号明細書（１９９９年１２月７日）；アーバウ（Ｕｒｂａｕ）ら著、「チタン酸バリウムおよびチタン酸ストロンチウムからなる単結晶ペロブスカイト・ナノワイヤーの合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｂａｒｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４（２００２年）、１１８６ページ；ならびにユン（Ｙｕｎ）ら著、「走査プローブ顕微鏡法によって研究された個々のチタン酸バリウムナノワイヤーの強誘電特性（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ Ｂａｒｉｕｍ Ｔｉｔａｎａｔｅ Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ Ｓｃａｎｎｅｄ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｎａｎｏｌｅｔｔｅｒｓ、２（２００２年）、４４７ページに記載されている。
【００３４】
分岐ナノワイヤー（例えば、ナノテトラポッド、トリポッド、バイポッド、および分岐テトラポッド）の成長は、例えば、ジュン（Ｊｕｎ）ら著、「単一界面活性剤システムを用いるマルチ−アームドＣｄＳナノロッド・アーキテクチャの制御合成（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ−ａｒｍｅｄ ＣｄＳ ｎａｎｏｒｏｄ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ｍｏｎｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２３（２００１年）、５１５０−５１５１ページ；ならびにマンナ（Ｍａｎｎａ）ら著、「可溶性および加工性ロッド−、アロー−、ティアドロップ−、およびテトラポッド−造形ＣｄＳｅナノ結晶の合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｓｏｌｕｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ Ｒｏｄ−、Ａｒｒｏｗ−、Ｔｅａｒｄｒｏｐ−、ａｎｄ Ｔｅｔｒａｐｏｄ−Ｓｈａｐｅｄ ＣｄＳｅ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２２（２０００年）、１２７００−１２７０６ページに記載されている。
【００３５】
ナノ粒子の合成は、例えば、「半導体粒子の製造方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」という表題のクラーク Ｊｒ．（Ｃｌａｒｋ Ｊｒ．）らに付与された米国特許第５，６９０，８０７号明細書（１９９７年１１月２５日）；「酸化ケイ素合金のナノ粒子（Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ ａｌｌｏｙｓ）」という表題のエル−シャル（Ｅｌ−Ｓｈａｌｌ）らに付与された米国特許第６，１３６，１５６号明細書（２０００年１０月２４日）；「逆ミセル媒介技法によるナノメートル−サイズ粒子の合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ−ｓｉｚｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ ｒｅｖｅｒｓｅ ｍｉｃｅｌｌｅ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）」という表題のイング（Ｙｉｎｇ）らに付与された米国特許第６，４１３，４８９号明細書（２００２年７月２日）；ならびにリュー（Ｌｉｕ）ら著、「自立強誘電体ジルコン酸チタン酸鉛ナノ粒子のゾル−ゲル合成（Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｅａｄ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２３（２００１年）、４３４４ページに記載されている。ナノ粒子の合成はまた、生じたナノ構造体が約１．５未満のアスペクト比を有する、ナノ結晶、ナノワイヤー、および分岐ナノワイヤーの成長についての上記引用文献にも記載されている。
【００３６】
さらに、１つもしくは多数のシェルのナノワイヤー構造体もまた製造することができる。コア−シェルナノワイヤー（および他のナノ結晶）ヘテロ構造体の合成は、それらのそれぞれの全内容が本明細書に参照により援用される、例えば、バークレイ（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ）の米国特許出願公開第２００２／０１７２８２０号明細書；２００４年８月３０日出願の「機能性ナノワイヤーベースのデバイスへのナノワイヤーの製造、収穫、および統合方法（Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ，ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ｉｎｔｏ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ Ｂａｓｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」という表題の同時譲渡および係属米国特許出願第６０／６０５，４５４号明細書；ペングら著、「光安定性および電子アクセス可能性を持った高度ルミネセントＣｄＳｅ／ＣｄＳコア／シェルナノ結晶のエピタキシャル成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｈｉｇｈｌｙ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ＣｄＳｅ／ＣｄＳ ｃｏｒｅ／ｓｈｅｌｌ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ ｗｉｔｈ ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１９（１９９７年）、７０１９−７０２９ページ；ダボウシ（Ｄａｂｂｏｕｓｉ）ら著、「（ＣｄＳｅ）ＺｎＳコア−シェル量子ドット：サイズシリーズの高度ルミネセント単結晶子の合成およびキャラクタリゼーション（（ＣｄＳｅ）ＺｎＳ ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｉｚｅ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈｌｙ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ）」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、１０１（１９９７年）、９４６３−９４７５ページ；マンナら著、「コロイド状ＣｄＳｅナノロッド上での傾斜ＣｄＳ／ＺｎＳシェルのエピタキシャル成長および光化学アニーリング（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｆ ｇｒａｄｅｄ ＣｄＳ／ＺｎＳ ｓｈｅｌｌｓ ｏｎ ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ＣｄＳｅ ｎａｎｏｒｏｄｓ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４（２００２年）、７１３６−７１４５ページに記載されている。類似のアプローチが、ナノワイヤーをはじめとする他のコア−シェルナノ構造体の成長に適用することができる。
【００３７】
異なる材料がナノワイヤーの長軸に沿って異なる位置に分布するナノワイヤーヘテロ構造体の成長は、例えば、グディックセンら著、「ナノスケールのフォトニックスおよびエレクトロニクス用のナノワイヤー超格子構造体の成長（Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｎａｎｏｗｉｒｅ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」、Ｎａｔｕｒｅ、４１５（２００２年）、６１７−６２０ページ；ブジョーク（Ｂｊｏｒｋ）ら著、「実現される電子用の一次元ステープルチェイス（Ｏｎｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｅｅｐｌｅｃｈａｓｅ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ）」、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２（２００２年）、８６−９０ページ；ウ（Ｗｕ）ら著、「単結晶Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子ナノワイヤーのブロック−バイ−ブロック成長（Ｂｌｏｃｋ−ｂｙ−ｂｌｏｃｋ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉ／ＳｉＧｅ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２（２００２年）、８３−８６ページ；ならびに米国特許出願公開第２００４／００２６６８４号明細書に記載されている。類似のアプローチが、他のヘテロ構造体の成長に適用することができる。
【００３８】
本発明の一実施形態では、ナノワイヤーは成長基板上に合成され、次に、本発明のナノワイヤー分散組成物を使用して究極的デバイス基板へ移され、組み入れられてもよい。例えば、ある種の態様では、無機半導体または半導体酸化物ナノワイヤーは、蒸気−液体−固体（ＶＬＳ）合成法に基づいてコロイド状触媒を用いて成長基板の表面上に成長させられる。この合成技法に従って、コロイド状触媒（例えば、金、白金などの粒子）は基板の所望の表面上に堆積される。コロイド状触媒を含む基板は次に、基板の表面に結合したナノワイヤーを生み出す合成法にかけられる。他の合成法は、基板の表面の一面に堆積された、例えば、５０ｎｍもしくはそれ未満の、薄い触媒フィルムの使用を含む。ＶＬＳ法の熱は次にフィルムを溶融させてナノワイヤーを形成する触媒の小さい小滴を形成する。典型的には、この後者の方法は、繊維直径均一性が究極的用途に対してそれほど決定的に重要ではない場合に用いられてもよい。典型的には、触媒は金属、例えば、金または白金を含み、そして基板の表面上へ電気めっきされてももしくは蒸着されてもよいし、または多数の他のよく知られた金属堆積法、例えば、スパッタリングなどのいずれかで堆積されてもよい。コロイド堆積のケースでは、コロイドは典型的には、コロイドが表面に付くように基板の表面を先ず処理することによって堆積される。処理表面付き基板は次にコロイドの懸濁液に浸漬される。さらに、上記のように、１つもしくは多数のシェル付きナノワイヤー構造体もまた製造することができる。
【００３９】
ナノワイヤーの成長後に、ナノワイヤーは次に、それらの合成場所から収穫される。さらに下に記載されるように、ナノワイヤーは典型的には、１つもしくはそれ以上の界面活性剤および／または他の化合物をその中に有する溶液中へ導入される。例えば、それらの全開示があらゆる目的のためにそっくりそのまま参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第２００５／００６６８８３号明細書、および米国特許出願公開第２００４／０００５７２３号明細書に記載されているような、様々な他の堆積法もまた、デバイス基板上へナノワイヤーを堆積させるために用いられてもよい。
【００４０】
ナノワイヤー分散組成物
ナノワイヤーは、水性および極性溶媒などの液体媒体へのそれらの分散性を改善するために様々な陰イオン性、非イオン性、両性および陽イオン性界面活性剤およびポリマーに懸濁されてもよい。好ましくは、ナノワイヤー溶液は少なくとも１つの分散剤を含む。好適な分散剤には、さらに下に記載されるような高分子界面活性剤と陰イオン性、陽イオン性、両性および非イオン性界面活性剤との両方が含まれる。
【００４１】
特に、本発明のナノワイヤー分散組成物には、その中に複数のナノワイヤー（例えば、半導体ナノワイヤーなどの無機ナノワイヤー、例えば、シリコンナノワイヤー）を分散された液体媒体または溶液が含まれる。液体媒体は専ら水であることができ、１つもしくはそれ以上の有機溶媒と組み合わせて水を含有することができ、または専ら有機溶媒であることができる。一実施形態では、液体媒体は水、例えば、少なくとも２０重量％の水、例えば、約５０％〜１００％の水を含有する。
【００４２】
有機溶媒は、例えば、ナノワイヤー分散組成物の表面張力をコントロールするために、分散剤の、またはマイナー成分として原料のいずれかの溶解を可能にするために、液体媒体に含めることができ、例えば、有機溶媒は分散組成物への原料として添加された界面活性剤に存在してもよい。
【００４３】
有機溶媒は、存在するとき、当業者に公知の任意の数の有機溶媒であることができる。例えば、好適な水混和性有機溶媒には、Ｃ１〜５アルカノール、例えばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、第二ブタノール、第三ブタノールおよびイソブタノール；アミド、例えばジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミド；ケトンおよびケトンアルコール、例えばアセトンおよびジアセトンアルコール；Ｃ２〜４エーテル、例えばテトラヒドロフランおよびジオキサン；Ｃ２〜６アルキレン基を含有するアルキレングリコールまたはチオグリコール、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコールおよびヘキシレングリコール；ポリ（アルキレングリコール）およびチオグリコール）、例えばジエチレングリコール、チオジグリコール、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコール；ポリオール、例えばグリセロールおよび１，２，６−ヘキサントリオール；ならびに低級アルキルグリコールおよびポリグリコールエーテル、例えば２−メトキシエタノール、２−（２−メトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、３−ブトキシプロパン−１−オール、２−［２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ］エタノール、２−［２−（２−エトキシエトキシ）エトキシ］エタノール、；環状エステルおよび環状アミド、例えば場合により置換されたピロリドン；スルホラン；ならびに２つもしくはそれ以上の上述の水混和性有機溶媒を含有する混合物が含まれる。
【００４４】
液体媒体内の有機溶媒および／または水の量は、粘度、表面張力、乾燥速度などのようなナノワイヤー分散組成物の特に所望の特性などの、多数の因子に依存することができ、それらは順繰りに、ナノワイヤー分散系が堆積されることが意図される基板のタイプ、ナノワイヤーのサイズ、形状、組成、および／またはアスペクト比などのような因子に依存することができる。幾つかの用途向けに、液体媒体は、水と溶媒との混合物を含む水溶液を含むことができる。かかる水ベースの媒体については、有機溶媒の好ましい量は、１００重量部の液体媒体（水プラス有機溶媒と定義される）を基準として０〜約８０重量部の範囲の有機溶媒、例えば、１００部の液体媒体当たり約２〜５０重量部の有機溶媒であることができる。
【００４５】
特に良好な分散を達成するために、追加の分散剤が加えられてもよい。好ましくは、分散剤は界面活性剤である。模範的な界面活性剤は、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム、ノノキシニル（ｎｏｎｏｘｙｎｙｌ）リン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウムなどの陰イオン性界面活性剤；アルキルフェノールエトキシレート、アルキルエトキシレート、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロック共重合体などの非イオン性界面活性剤；臭化ドデシルトリメチルアンモニウム、ビス（２−ヒドロキシエチル）牛脂アミンなどの陽イオン性界面活性剤；アンモニウムココアミノプロピオンアミドなどの両性界面活性剤である。分散剤の選択は、分散されるべきポリマーの量；液体媒体の性質；ナノワイヤーのサイズ、形状、組成、またはアスペクト比；ナノワイヤーの材料タイプなどをはじめとする多くの因子によって支配される。最適分散のために、幾つかの分散剤の混合物を使用することが必要であるかもしれない。
【００４６】
本発明の実施に使用することができる商業的に入手可能な陰イオン性界面活性剤の具体的な例には、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ−シグマ・アルドリッチ社（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｉｎｃ．））；スルホコハク酸アルキルアリルナトリウム（ＴＲＥＭ−コグニス・コーポレーション（Ｃｏｇｎｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ））；ナトリウムｎ−ラウロイルサルコシネート（サルコシル（Ｓａｒｋｏｓｙｌ）−シグマ・アルドリッチ）；ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ−シグマ・アルドリッチ）；ポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ−シグマ・アルドリッチ）が挙げられる。本発明の方法の実施に使用することができる商業的に入手可能な陽イオン性界面活性剤の具体的な例には、例えば、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム（ＤＴＡＢ−シグマ・アルドリッチ）および臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ−シグマ・アルドリッチ）が挙げられる。商業的に入手可能な非イオン性界面活性剤の具体的な例には、例えば、サーフィノール４２０、サーフィノール４４０、サーフィノール２１１、およびサーフィノール２２１（エア・プロダクツ、ペンシルバニア州（Ａｉｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ＰＡ））；ブリジ（Ｂｒｉｊ）（シグマ・アルドリッチ）；トゥイーン（Ｔｗｅｅｎ）（シグマ・アルドリッチ）；トリトン（Ｔｒｉｔｏｎ）Ｘ（例えば、トリトンＸ−１００、トリトンＸ−４０５など−シグマ・アルドリッチ）；スパン（Ｓｐａｎ）（例えば、スパン２０、スパン４０、スパン８０、スパン８５など−シグマ・アルドリッチ）；ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ−シグマ・アルドリッチ）；シルウェット（例えばシルウェット（登録商標）Ｌ−７７、Ｌ−７６０８、およびＬ−７２８０−ゼネラル・エレクトリック（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ））；ＰＥＯ−ＰＢＯ−ＰＥＯトリブロック共重合体（ＥＢＥ−ダウ・ケミカル・コープ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．））；ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯトリブロックポリマー（プルロニック・シリーズの化合物−バスフ（ＢＡＳＦ））が挙げられる。
【００４７】
より低い分子量（例えば、約１０，０００未満、例えば、約５，０００未満、例えば、約３，０００未満の分子量を有するもの）および／またはより低いＨＬＢ（親水性−親油性バランス）値（例えば、約１〜２０、例えば、約１〜１５、例えば、約１〜１０、例えば、約１〜８）の界面活性剤が好ましい界面活性剤であり、そして水溶液（または非水溶液）への最も一貫したナノワイヤー分散性を提供することが本発明の発明者らによって見いだされた。最も好ましい分散剤は、より低い分子量およびより低いＨＬＢ値の両方のそれらの界面活性剤（例えば、プルロニック・シリーズ界面活性剤プルロニックＬ−３１、プルロニックＬ−６２およびプルロニックＬ−８１；シルウェット・シリーズ界面活性剤シルウェットＬ−７７、シルウェットＬ−７２８０、およびシルウェットＬ−７６０８；そしてサーフィノール界面活性サーフィノール４２０およびサーフィノール４４０）、ならびに良好なワイヤー分散性およびコーティングの表面特性を提供する該界面活性剤と長鎖高分子分散剤（例えば、アンモニウムポリアクリレートアクリゾールＧ−１１１（ＡＧ−１１１）、ＰＶＡ、およびＰＶＰ）との組み合わせであることが分かった。ナノワイヤーの典型的に高い表面積（例えば、２８ｃｍ２／ｇより大きい）および高いアスペクト比（例えば、典型的には約１，０００より大きい）のために、ナノワイヤーを水溶液に分散させるために使用される分散剤の含有率は、ナノワイヤー溶液の総重量を基準として約０．０１〜２０重量％の範囲に、より好ましくは約１．０〜１５．０重量％、例えば、約１．０〜８重量％の範囲にあるべきであることが分かった。一般に、該含有率が０．５重量％未満である場合、ナノワイヤーの分散系は不十分になる傾向があり、ワイヤー凝集が起こるであろう。分散剤濃度が高すぎる場合、ナノワイヤー分散組成物は高すぎる粘度を与える量の分散剤を含有し、それは、デバイス基板にナノワイヤー分散組成物を塗布する能力に悪影響を与え得る。さらに、分散剤濃度が液体媒体への分散剤の溶解度を超えるほどに高い場合、相分離が起こるであろう。分散剤の適切な量は、分散されるべきナノワイヤーのタイプ、ナノワイヤーのサイズ、形状、組成およびアスペクト比、液体媒体のアイデンティティ、例えば、液体媒体が水などの極性溶媒または非極性有機溶媒を含むかどうかなどのような多数の因子に依存するであろう。
【００４８】
本発明のナノワイヤー分散組成物に、１つもしくはそれ以上のバインダーが必要に応じて加えられてもよい。バインダーは好ましくは高分子または重合性バインダー、より好ましくは水溶性または水分散性の高分子または重合性バインダーである。水溶性バインダーの例には、デンプン、例を挙げると、ヒドロキシアルキルデンプン、例えばヒドロキシエチルデンプン；セルロース、例えばセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースおよびカルボキシメチルセルロース（およびその塩）ならびにセルロースアセテートブチレート；ゼラチン；ゴム、例えばガァーガム、キサンタンガムおよびアラビアゴム；ポリビニルアルコール；ポリビニルホスフェート；ポリビニルピロリドン；ポリビニルピロリジン；ポリエチレングリコール；加水分解ポリ酢酸ビニル；ポリエチレンイミン；ポリアクリルアミド、例えばポリアクリルアミドおよびポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）；アクリルアミド−アクリル酸共重合体；ポリビニルピリジン；ポリビニルホスフェート；ビニルピロリドン−酢酸ビニル共重合体；ビニルピロリドン−スチレン共重合体；ポリビニルアミン；ポリ（ビニルピロリドン−ジアルキルアミノアルキルアルキルアクリレート）、例えばポリビニルピロリドン−ジエチルアミノメチルメタクリレート；酸官能性アクリルポリマーおよび共重合体、例えばポリ（メタ）アクリル酸および（メタ）アクリル酸と他の（メタ）アクリレートモノマーとの共重合体；アミン官能性アクリルポリマーおよび共重合体、例えばポリジメチルアミノエチルメタクリレート；酸またはアミン官能性ウレタンポリマー、例えば、ジメチロールプロパン酸および／またはペンダントもしくは末端ポリエチレングリコールを含有するもの；イオン性ポリマー、特に陽イオン性ポリマー、例えばポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチル−３，５−ジメチレンピペリジニウムクロリド）；ポリエステル、好ましくは水可溶化基、特に酸基を有するもの、例えばポリオールをソジオスルホイソフタル酸と重合させることによって得ることができるポリエステルが挙げられる。
【００４９】
水分散性バインダーの例は、水分散性ポリマー、例えば、ラテックスポリマー、例えば陽イオン性、非イオン性および陰イオン性表面改質スチレン−ブタジエンラテックス；酢酸ビニル−アクリル共重合体ラテックス；第四級アンモニウム基を有するアクリル共重合体ラテックス、例えばポリメチルアクリレートトリメチルアンモニウムクロリドラテックス；ならびにポリ（アクリレート）、ポリ（メタクリレート）、ポリエステル、ポリウレタンまたはビニルポリマーおよびそれらの共重合体である。ポリマー分散系は、例えば、乳化、懸濁、バルクまたは溶液重合、引き続く水への分散によって製造されてもよい。バインダーは単一バインダーを含んでも、または２つ以上のバインダー、特に上記の模範的なバインダーの混合物を含んでもよい。
【００５０】
オリゴマーポリオールは、靱性および疎水性または親水性特性をポリマー分散系に提供するために使用されてもよい。オリゴマーポリオールは、約５００〜５０００ダルトン（Ｄａｌｔｏｎ）の数平均分子量を有するポリオールと定義される。このクラスの好ましいメンバーはポリエステルジオール、ポリエーテルジオールおよびポリカーボネートジオールである。
【００５１】
また乾燥速度のコントロールにも役立つであろう他の有用な添加剤には、トリメチロールプロパン、ウレアおよびその誘導体、アミド、ブチルカルビトールまたはセロソルブ（Ｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ）ＴＭなどのヒドロキシエーテル誘導体、アミノアルコール、および他の水溶性または水混和性材料、ならびにそれらの混合物が含まれる。当該技術で一般に知られる他の添加剤には、殺生剤、殺真菌剤、消泡剤、腐食防止剤、粘度調整剤、ｐＨバッファー、浸透剤、金属イオン封鎖剤などが含まれる。ナノワイヤーはまた、ＰＶＡまたはＰＶＰなどの水溶性高分子を組み入れられてもよく、アクリルエマルジョンなどの熱硬化性樹脂、またはＡＤＣもしくはジアゾニウム塩などの架橋剤が、必要ならば、加えられてもよい。ナノワイヤー分散組成物の加熱はまた、コーティングの表面一様性を助けるかもしれない。
【００５２】
それらの分散性および加工性を改善するためのナノワイヤーの酸化
水溶液などの溶媒中のナノワイヤー（例えば、半導体（例えば、シリコン）ナノワイヤーなどの無機ナノワイヤー）の分散性および加工性をさらに改善し、そしてナノワイヤー薄膜堆積をより容易にするために、ナノワイヤー表面は、それらを溶媒に分散させる前に酸化（例えば、成長基板上のかそれからのかのどちらかで）によってさらに処理されてもよい。自然に成長したナノワイヤーの表面特性は、ワイヤー表面が前述のナノワイヤー合成プロセス中に非晶質酸化物層でしばしば部分酸化されるにすぎないので、非常に複雑である傾向がある。例えば、成長したままのシリコンナノワイヤーは、異なる分布、電荷および／または表面特性の多機能性表面基を含有することが分かった。これらのタイプのワイヤーは、前述のような１つもしくはそれ以上の分散剤または界面活性剤の存在下でさえも水性媒体に分散することがより困難である傾向がある。無機ナノワイヤーの酸化は、例えば、ナノワイヤーの表面をより一様にし、その結果ワイヤーがより少ない分散剤で、そして凝集なしに溶液により容易に懸濁されることを可能にする。
【００５３】
ナノワイヤーは、熱酸化または化学酸化をはじめとする様々な方法を用いて酸化されてもよい（例えば、ナノワイヤーの表面を溶液中で、例えば、異なる末端基のシランなどの小分子を使用することにより化学修飾することによって）。一実施形態では、ナノワイヤーは、ナノワイヤー担持ウェハーを迅速熱酸化（ＲＴＯ）チャンバーへ入れることによって迅速に熱酸化され、それは典型的にはＮ２雰囲気でチャンバーの温度を約５００℃以下に上げる。ＲＴＯチャンバーで、温度は次に酸素中で迅速に、例えば、１００℃／秒で、所望の温度、例えば、＞８５０℃（典型的には９００〜１１００℃）に上げられ、そしてＯ２飽和雰囲気中で数分間放置される。温度は次に、Ｎ２中で周囲温度に戻される。典型的には、９００〜１１００℃の温度で１〜１０分間は約５０〜約１００オングストロームの酸化物層をもたらす。類似の方法が、Ｏ２に加えて、例えば、ＮＨ３、Ｎ２ＯまたはＮＯをはじめとする異なる反応性ガスを使用して、窒化物またはオキシ窒化物シェルをコアナノワイヤー上に提供するために用いられてもよい。あるいはまた、窒化は、例えば、かかるガスを酸化後にＲＴＯチャンバーへ導入することによって、酸化物層の一面に行うことができる。同様に、ＲＴＯ法は、表面汚染物質およびシリコンナノワイヤー中の欠陥を除去することによって、比較的欠陥のない界面をコアナノワイヤーとその取り囲む酸化物層との間に提供するために、「成長−エッチ−成長」法で交互エッチ工程と組み合わせることができる（例えば、米国特許第６，３８０，１０３号明細書を参照されたい）。エッチング工程はＲＴＯチャンバー内で行われてもよいが、それが酸化物形成工程に影響を及ぼすかもしれないので、それは一般にあまり望ましくない。典型的には、蒸気エッチ工程が酸化物形成前に行われる。ＲＴＯチャンバーを用いる代わりに、ナノワイヤーは、標準酸化プロセスを用いて通常の酸化炉で酸化されてもよい。
【００５４】
ナノワイヤー分散組成物の塗布
本発明はまた、本発明のナノワイヤー分散組成物を含む電子回路を提供する。本発明の教示を用いる好適にも安定なナノワイヤー懸濁液は、高性能エレクトロニクス用の有用なビルディングブロックである。実質的に同じ方向に配向したナノワイヤーの収集物は高いモビリティ値を有するであろう。さらに、ナノワイヤーは、安価な製造を可能にするために溶液でフレキシブルに処理することができる。ナノワイヤーの収集物は、ナノワイヤーの薄膜を達成するために溶液からいかなるタイプの基板上へも容易にアセンブルすることができる。例えば、半導体デバイスに使用されるナノワイヤーの薄膜は、２、５、１０、１００、およびそれらの量の間のまたはそれらの量より多い任意の他の数のナノワイヤーを、高性能エレクトロニクスでの使用のために含むように形成することができる。
【００５５】
本発明のナノワイヤーはまた、いかなるタイプの基板上にもフレキシブルにスピンコートできる、有機半導体材料などのポリマー／材料と組み合わせられたときに高性能複合材料を製造するために使用することもできる。ナノワイヤー／ポリマー複合材料は、純ポリマー材料よりも優れた特性を提供することができる。ナノワイヤー／ポリマー複合材料に関するさらなる詳細は下に提供される。
【００５６】
本発明のナノワイヤーの収集物または薄膜は、互いに実質的に平行であるように整列させることができるか、または非整列かもしくはランダムのままにしておくことができる。ナノワイヤーの非整列収集物または薄膜は典型的には、１〜１０ｃｍ２／Ｖ・ｓの範囲のモビリティ値を有する、ポリシリコン材料に匹敵するまたはそれより優れた電子的特性を提供する。
【００５７】
本発明のナノワイヤーの整列薄膜は様々な方法で得ることができる。例えば、ナノワイヤーの整列薄膜は、次の技法：（ａ）ラングミュア−ブロジェット（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）膜整列物；（ｂ）米国特許第６，８７２，６４５号明細書に記載されているなどの、そしてそっくりそのまま参照により本明細書に援用される、流体流れアプローチ；および（ｃ）機械的剪断力の適用を用いることによって製造することができる。例えば、機械的剪断力は、ナノワイヤーを第１および第２表面の間に置き、そして次にナノワイヤーを整列させるために第１および第２表面を反対方向に動かすことによって用いることができる。ナノワイヤー／ポリマー組成物の整列薄膜は、これらの技法、引き続きナノワイヤーの生成薄膜上への所望ポリマーのスピン−キャスティングを用いて得ることができる。例えば、ナノワイヤーは液体ポリマー溶液で堆積させることができ、整列は次にこれらのまたは他の整列法の１つによって行うことができ、整列ナノワイヤーは硬化させる（例えば、ＵＶ硬化させる、架橋させるなど）ことができる。ナノワイヤー／ポリマー複合材料の整列薄膜はまた、ナノワイヤー／ポリマー複合材料のランダムに配向した薄膜を機械的に延伸することによって得ることもできる。
【００５８】
ｐ−ドープナノワイヤーおよびｎ−ドープナノワイヤーは別々に製造し、マクロ電子基板などの、表面上へ均一混合物で沈積させることができる。巨視的なレベルで、生じた材料は高濃度のｎ−およびｐ−ドーパントの両方を含有するように見える。ｐ−およびｎ−ドープナノワイヤーのかかる混合物を生み出すことによって、あたかもそれらがｎ−およびｐ−ドープ両方されているように応答するマクロ電子デバイスを製造することができる。例えば、ｎ−ドープおよびｐ−ドープナノワイヤーの両方を含むナノワイヤーの生じた薄膜は、ｎ−ドープおよびｐ−ドープナノワイヤーの両方の特性を示すことができる。例えば、ダイオード、トランジスタ、および他の公知の電気デバイスは、ｐ−ドープナノワイヤーおよびｎ−ドープナノワイヤーの組み合わせを含むように製造することができる。
【００５９】
本発明のナノワイヤー分散組成物はまた、本明細書に記載されるようなナノワイヤーヘテロ構造体を用いて、ｐ−ｎダイオード、トランジスタ、および他の電気デバイスなどの電気デバイスを製造するために使用することもできる。ナノワイヤーヘテロ構造体は、ナノワイヤーの長さに沿ってまたは１つもしくは多数のコア−シェル構造体に複数のｐ−ｎ接合を含み、それらの長さに沿っておよび／または同軸上に、異なってドープされている交互の部分またはセグメントを含むことができる。
【００６０】
多数の電子デバイスおよびシステムは、本発明の方法によって製造されたナノワイヤーの薄膜と共に半導体または他のタイプのデバイスを組み入れることができる。本発明についての幾つかの実例用途は、例示目的のために本明細書で下にまたは別のところで記載され、限定的ではない。本明細書に記載される用途は、ナノワイヤーの整列または非整列薄膜を含むことができ、ナノワイヤーの複合または非複合薄膜を含むことができる。
【００６１】
半導体デバイス（または他のタイプのデバイス）は、他の電子回路の信号と結合することができ、および／または他の電子回路と統合することができる。半導体デバイスは大きいフレキシブルまたはリジッド基板上に形成することができ、それは次に分離するかまたはより小さい基板へダイスカットすることができる。さらに、大きな基板（すなわち、通常の半導体ウェハーより実質的に大きい基板）上で、その上に形成された半導体デバイスは相互接続することができる。
【００６２】
本発明のナノワイヤー分散組成物はまた、単一半導体デバイスを必要とする用途で、そしてマルチプル半導体デバイスに組み入れることもできる。例えば、本発明のナノワイヤー分散組成物は、その上に複数の半導体デバイスが形成される大面積マクロ電子基板に特に適用できる。かかる電子デバイスは、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤディスプレイ、電界放出ディスプレイ用のディスプレイ駆動回路を含むことができる。他のアクティブディスプレイは、ナノワイヤー−ポリマー、量子ドット−ポリマー複合材料から形成することができる（該複合材料はエミッターおよびアクティブ駆動マトリックスとして両方で機能することができる）。本発明のナノワイヤー分散組成物はまた、スマート図書館、クレジットカード、大面積アレイセンサー、およびスマートカード、スマート棚札などをはじめとする、無線ＩＣ（ＲＦＩＤ）タグにも適用できる。
【００６３】
本発明のナノワイヤー分散組成物はまた、デジタルおよびアナログ回路用途にも適用できる。特に、本発明のナノワイヤー分散組成物は、大面積基板で超大規模統合を必要とする用途で有用である。例えば、本発明の方法によって製造されたナノワイヤーの薄膜は、論理回路、記憶回路、プロセッサー、増幅器、ならびに他のデジタルおよびアナログ回路に組み入れることができる。
【００６４】
本発明のナノワイヤー分散組成物は光起電用途に適用することができる。かかる用途では、透明導電基板が特定の光起電デバイスの光起電特性を高めるために使用される。例えば、かかる透明導電基板は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などのフレキシブル大面積代替品として使用することができる。基板は、大きいバンドギャップ、すなわち、可視光より大きいバンドギャップを有するために形成されるナノワイヤーの薄膜でコートすることができ、その結果それは非吸収であろうが、その上部に形成されるであろう光起電デバイスの活性材料と足並みを揃えたＨＯＭＯバンドかＬＵＭＯバンドかのどちらかを有するように形成されるであろう。透明導体は、電流を光起電デバイスから運び去るために吸収光起電材料の２面上に置くことができる。２つの異なるナノワイヤー材料、光起電材料ＨＯＭＯバンドのそれと足並みを揃えたＨＯＭＯを有する１つ、および光起電材料のＬＵＭＯバンドと足並みを揃えたＬＵＭＯを有する他方を選ぶことができる。２つのナノワイヤー材料のバンドギャップは光起電材料のそれよりはるかに大きいように選ぶことができる。ナノワイヤーは、この実施形態によれば、基板がほとんど非吸収のままであることを可能にしながら、ナノワイヤーの薄膜の抵抗を下げるために軽くドープすることができる。
【００６５】
従って、広範囲の軍需品および消費者商品は、本発明のナノワイヤー分散組成物を組み入れることができる。例えば、かかる商品はパーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバー、ネットワークデバイス、ＰＤＡおよびパームパイロットなどのハンドヘルド電子デバイス、電話（例えば、携帯および標準）、ラジオ、テレビジョン、電子ゲームおよびゲームシステム、ディスプレイ（例えば、アクティブマトリックスディスプレイ）、ホームセキュリティシステム、自動車、航空機、ボート、医療デバイス、他の家庭および業務用電化製品などを含むことができる。
【００６６】
上記の無数のエレクトロニクス用途について、コーティング特性を改善するためにナノワイヤーの懸濁液に加えられたナノワイヤー分散組成物中の界面活性剤、バインダー、安定剤および／または他の化学薬品は、ナノワイヤーによって形成される薄膜の電気的特性に悪影響を及ぼすかもしれない。これらのケースでは、例えば、基板表面上へのナノワイヤーの堆積後にナノワイヤー表面とデバイス接点との間に十分な電気的接続性を提供するために、ナノワイヤーを乱すことなく、これらの化学薬品を除去することが望ましいかもしれない。残留化学薬品を洗い流すなどの幾つかの方法は、ナノワイヤーもまた除去する傾向がある。クリーニングの化学的方法に加えて、表面汚染物質を除去するために例えば、酸素、高周波プラズマを用いるプラズマクリーニングなどの物理的方法を用いることができる。基板表面をきれいにするために用いることができる他の物理的方法には、レーザークリーニング、他の低損傷、気相クリーニング法、および恐らく分子クリーニング（例えば、分子スケールでのすべての汚染物質の除去）が含まれる。
【実施例】
【００６７】
次の非限定的な実施例は、本発明の教示に従ったナノワイヤー分散組成物を例示する。
【００６８】
材料：
次の原材料を使用して次に来る実施例でのナノワイヤー分散組成物を調製した。
【００６９】
実施例で使用する非イオン性界面活性剤は、エア・プロダクツ、ペンシルバニア州から入手したサーフィノール４２０、サーフィノール４４０、サーフィノール２１１、およびサーフィノール２２１であり；プルロニックＬ−１７Ｒ、プルロニックＬ−３１、プルロニックＬ−６１、プルロニックＬ−６２、プルロニックＬ−６４、プルロニックＬ−８１、プルロニックＬ−９２、プルロニックＬ−１０１、プルロニックＦ−７７、およびプルロニックＦ−８８のブロック共重合体はバスフから入手し；シルウェットＬ−７７、シルウェットＬ−７６０８、シルウェットＬ−７０８７、シルウェットＬ−７２８０、およびシルウェットＬ−８６２０はＧＥシリコーンズ（ＧＥ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ）から入手した。
【００７０】
アンモニウムポリアクリレートは、ローム・アンド・ハース（Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ）からアクリゾールＧ−１１１として商業的に入手した。サンコア（ＳＡＮＣＯＲＥ）２７２５と称されるポリウレタンラテックスはノベオン社、オハイオ州クリーブランド（Ｎｏｖｅｏｎ，Ｉｎｃ．Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯＨ）から入手した。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、トリトンＸ−１００、トリトンＸ−４０５、トゥイーン４０、およびスパン２０はアルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）から入手した。
【００７１】
下に提供される表１は、下の支援実施例で使用された様々な陰イオン性、陽イオン性、非イオン性および高分子界面活性剤を示す。
【表１】
【００７２】
ナノワイヤー合成：
結晶性Ｓｉナノワイヤーを、上記のＶＬＳ法を用いて成長させた。ワイヤーを、ガス前駆体としてＳｉＨ４を使用して４インチウェハー上に大気圧で成長させた。ナノワイヤー成長は４９０℃で９０分間起こった。直径が６０ｎｍのＡｕナノ粒子をウェハー上にランダムに置き、ＶＬＳ反応用の触媒として使用した。すべてのウェハーを同じやり方で処理した。
【００７３】
超音波処理：
あらゆる４つのナノワイヤー成長ウェハーを別々に、１５０ｍｌの脱イオン（ＤＩ）水／エタノール（４／１）溶液入り１０００ｍｌビーカーに浸漬した。ビーカーを、出力レベル５を用いて２分間水浴中で超音波処理してナノワイヤーを溶液へ移した。ナノワイヤー溶液を撹拌セル膜濾過によって濃縮した。
【００７４】
撹拌セル膜濾過：
ナノワイヤー溶液を、４３ｍｍ直径撹拌セルを用いることによって濃縮した。８μｍ孔径のポリカーボネート膜を使用して幾らかの小さいワイヤー屑（＜１０μｍ）だけでなく水も濾過して取り除き、膜のトップに濃縮ナノワイヤーを保った。
【００７５】
対照１
ＤＩ水中０．０１重量パーセントのナノワイヤー溶液を、＃８マイアー棒を用いることによってビテックス（ＶＩＴＥＸ）フィルム上にコートした。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、暗視野光学顕微鏡を用いてナノワイヤー被覆フィルムの画像を記録した。ワイヤー分散性を写真上でのワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。このサンプルには多くの大きなワイヤー凝集体があり、そしてワイヤー分散は非常に不満足であることが分かった。
【００７６】
実施例１−１
分散混合物を、０．０４ｇのサーフィノール４４０を２ｇのナノワイヤー溶液（対照１での）に加え、そして混合することによって製造した。混合物を、＃８マイアー棒を用いることによってビテックス・フィルム表面上にコートした。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、光学顕微鏡を用いてコーティング上のワイヤー分散系を記録した。ワイヤー分散性をワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−１でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００７７】
実施例１−２
実施例１−２を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０１ｇのポリビニルアルコールを２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）を加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−２でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００７８】
実施例１−３
実施例１−３を、さらに０．０１ｇのポリビニルアルコールを実施例１−１の混合物に加えたことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１および実施例１−２と比較して、実施例１−３でのワイヤー分散は短鎖界面活性剤（サーフィノール４４０）および長鎖水溶性ポリマー（ＰＶＡ）の両方を一緒に混合することによってさらに改善されることが分かった。
【００７９】
実施例１−４
実施例１−４を、ポリビニルアルコールの代わりに、０．０３ｇのポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を実施例１−３の混合物に加えたことを除いては実施例１−３についての手順に従って製造した。対照１および実施例１−２と比較して、短鎖界面活性剤（サーフィノール４４０）および長鎖水溶性ポリマー（ＰＶＰ）の両方の添加はワイヤー分散のさらなる改善を提供することが分かった。
【００８０】
実施例１−５
実施例１−５を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのサーフィノール２１１を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−５でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められるが、コーティング一様性は前の実施例１−１〜１−４ほど良好ではないことが分かった。
【００８１】
実施例１−６
実施例１−６を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのサーフィノール２２１を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−６でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８２】
実施例１−７
実施例１−７を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのトリトンＸ−１００を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−７でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８３】
実施例１−８
実施例１−８を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのトリトンＸ−４０５を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−８でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８４】
実施例１−９
実施例１−９を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのスパン２０を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−９でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８５】
実施例１−１０
実施例１−１０を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのトゥイーン４０を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−１０でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８６】
第１セットの実施例の結果を下の表２にまとめる。示されるように、サーフィノール４２０および４４０界面活性剤などのより低い分子量およびより低いＨＬＢ値（例えば、約１０未満、例えば、約８未満）を有する界面活性剤が対照と比較して最も改善されたナノワイヤー分散性を提供した。分散組成物へのＰＶＰまたはＰＶＡなどの１つもしくはそれ以上の水溶性ポリマーの界面活性剤との適切な組み合わせは、ナノワイヤーの分散性およびコーティング表面特性をさらに改善することができる。
【表２】
【００８７】
対照２
対照２を、ＤＩ水／エタノール（３／７）中０．０５重量パーセントのナノワイヤー溶液を＃８マイアー棒を用いることによってビテックス・フィルム上にコートしたことを除いては対照１についての手順に従って製造した。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、暗視野光学顕微鏡を用いてナノワイヤー被覆フィルムの画像を記録した。ワイヤー分散性を写真上でのワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。このサンプルには多くの大きなワイヤー凝集体があり、そしてワイヤー分散は非常に不満足であることが分かった。
【００８８】
実施例２−１
実施例２−１を、０．０５ｇのプルロニックＬ−１７Ｒ４を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照２についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照２（界面活性剤なし）と比較して、実施例２−１でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【００８９】
実施例２−２
実施例２−２を、プルロニックＬ−１７Ｒ４の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−６４を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−１についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照２（界面活性剤なし）および実施例２−１と比較して、実施例２−２でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【００９０】
実施例２−３
実施例２−３を、プルロニックＬ−１７Ｒ４の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−６２を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−１についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照２（界面活性剤なし）ならびに実施例２−１および２−２と比較して、実施例２−３でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【００９１】
実施例２−４
実施例２−４を、プルロニックＬ−１７Ｒ４の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−８１を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−１についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照２および実施例２−１〜２−３と比較して、実施例２−４でコーティングの最良のワイヤー分散が認められたことを示す。
【００９２】
実施例２−５
実施例２−５を、プルロニックＬ−８１の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−１０１を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−４についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照２より改善されたが、実施例２−４と比べて良好ではなかったことを示す。
【００９３】
実施例２−６
実施例２−６を、プルロニックＬ−１０１の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＦ−８８を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−５についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照２に似ていたことを示す。
【００９４】
実施例２−７
実施例２−７を、プルロニックＦ−８８の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＦ−７７を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−６についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照２に似ていたことを示す。
【００９５】
実施例２−８
実施例２−８を、プルロニックＦ−７７の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−３１を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−７についての手順に従って製造した。ワイヤー分散は対照２より改善されたが、ワイヤー分散は実施例２−４と比べて良好ではなかった。
【００９６】
実施例２−９
実施例２−９を、プルロニックＬ−３１の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−９２を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−８についての手順に従って製造した。ワイヤー分散は対照２より改善されたが、ワイヤー分散は実施例２−４および２−８と比べて良好ではなかった。
【００９７】
実施例２−１０
実施例２−１０を、さらに２％（ナノワイヤー溶液の総重量基準で）のサンコア２７２５（ポリウレタンラテックス分散系）を１ｇのナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−２についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照２（および実施例２−２）と比べて改善されたことを示す。加えて、コーティング表面粘着性はＰＵラテックスを加えることによって改善された。
【００９８】
第２セットの実施例の結果を下の表３にまとめる。示されるように、プルロニックＬ−３１、Ｌ−６２、およびＬ−８１などのより低い分子量およびより低いＨＬＢ値（例えば、約１０未満、例えば、約８未満）を有するプルロニック・ポリマー界面活性剤は、対照と比較して最も改善されたナノワイヤー分散性を提供した。ナノワイヤー分散系へのＰＵラテックスの添加は、ナノワイヤーの分散性を犠牲にすることなくナノワイヤー分散系コーティング表面の保護に役立つことができる。
【表３】
【００９９】
対照３
対照３を、ＤＩ水／エタノール（８／２）中０．０５重量パーセントのナノワイヤー溶液を＃８マイアー棒を用いることによってビテックス・フィルム上にコートしたことを除いては対照１についての手順に従って製造した。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、暗視野光学顕微鏡を用いてナノワイヤー被覆フィルムの画像を記録した。ワイヤー分散性を写真上でのワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。このサンプルには多くの大きなワイヤー凝集体があり、そしてワイヤー分散は非常に不満足であることが分かった。
【０１００】
実施例３−１
実施例３−１を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７７を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照３と比較して、実施例３−１でコーティングのわずかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０１】
実施例３−２
実施例３−２を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−１ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−１についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−１と比較して、実施例３−２でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０２】
実施例３−３
実施例３−３を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７６０８を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照３と比較して、実施例３−３でコーティングのわずかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０３】
実施例３−４
実施例３−４を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−３ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−３についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−３と比較して、実施例３−４でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０４】
実施例３−５
実施例３−５を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７２８０を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、コーティングのワイヤー分散が対照３より改善されたことを示す。
【０１０５】
実施例３−６
実施例３−６を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−５ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−５についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−５と比較して、実施例３−６でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０６】
実施例３−７
実施例３−７を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７０８７を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照３のように良好ではなかったことを示す。
【０１０７】
実施例３−８
実施例３−８を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−７ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−７についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−７と比較して、実施例３−８でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０８】
実施例３−９
実施例３−９を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７６５０を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照３のように良好ではなかったことを示す。
【０１０９】
実施例３−１０
実施例３−１０を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−９ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−９についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−９と比較して、実施例３−１０でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１１０】
実施例３−１１
実施例３−１１を、０．０１ｇのシルウェットＬ−８６２０を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照３と比べて良好ではなかったことを示す。
【０１１１】
実施例３−１２
実施例３−１２を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−１１ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−１１についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−１１と比較して、実施例３−１２でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１１２】
第３セットの実施例の結果を下の表４にまとめる。示されるように、シルウェットＬ−７７、Ｌ−７６０８、Ｌ−７０８７およびＬ−７２８０などのより低い分子量およびより低いＨＬＢ値を有するシルウェット界面活性剤は、対照と比較して最も改善されたナノワイヤー分散性を提供した。ナノワイヤー分散組成物へのＡＧ−１１１などの水溶性ポリマーの添加は、液体組成物中のナノワイヤーの分散をさらに高めた。
【表４】
【０１１３】
実施例４
次の非限定的実施例は、本発明の教示に従って、ワイヤーを溶液に分散させる前にナノワイヤー上に酸化物層を形成することによる改善されたナノワイヤー分散を例示する。
【０１１４】
ナノワイヤー合成：
結晶性Ｓｉナノワイヤーを、上記のＶＬＳ法を用いて成長させた。ワイヤーを、ガス前駆体としてＳｉＨ４を使用して４インチウェハー上に大気圧で成長させた。ナノワイヤー成長は４９０℃で９０分間起こった。直径が６０ｎｍのＡｕナノ粒子をウェハー上にランダムに置き、ＶＬＳ反応用の触媒として使用した。すべてのウェハーを同じやり方で処理した。
【０１１５】
ナノワイヤー酸化：
ナノワイヤー付きウェハーは迅速熱酸化（ＲＴＯ）システムにおいて大気圧でＯ２環境中９００℃で乾燥熱酸化を受けた。５００℃での１分チャンバー順化がその直前に行われるものの、酸化相は長さが８分であった。この方法は典型的にはＲＴＯシステムで１０〜１２ｎｍのＳｉＯ２を成長させる。類似の方法を、標準炉酸化システムを用いて、適宜に継続期間を調整して行うことができる。酸化はまた、より高い温度、典型的には約１０００℃以下の温度を用いて行うこともできる。酸化時間は、当該ケースで適宜短くされる必要がある。酸化物の品質は典型的にはこの間隔内ではそれほど異ならない。
【０１１６】
超音波処理：
あらゆる４つのナノワイヤー成長ウェハーを別々に、１５０ｍｌのＤＩ水／エタノール（２／１）溶液入り１０００ｍｌビーカー中へ浸漬した。ビーカーを、出力レベル５を用いて２分間水浴中で超音波処理してナノワイヤーを溶液へ移した。
【０１１７】
撹拌セル濾過：
ナノワイヤー溶液を、４３ｍｍ直径撹拌セルを用いることによって濃縮した。１２μｍ孔径のポリカーボネート膜を使用して水を濾過して取り除き、膜のトップに濃縮ナノワイヤーを保った。
【０１１８】
対照４
さらなる表面酸化なしのナノワイヤーを完全に超音波処理し、膜濾過によってＤＩ水／エタノール（８０／２０）中０．０３重量％溶液に濃縮した。分散混合物を、先ず０．０３ｇのサーフィノール４４０および０．０１５ｇのプルロニックＬ−６４を１ｇのナノワイヤー溶液（０．０３重量％）に加え、そして混合することによって製造した。次に、０．０１５ｇのアクリゾールＧ−１１１を固体で混合物に導入し、再び混合した。最終混合物を、７ｍｍドクターブレード手動ドローダウンを用いることによってビテックス・フィルム表面上にコートした。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、暗視野光学顕微鏡を用いてコーティングのワイヤー分散を画像形成した。ワイヤー分散性をワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。このコーティングには多くの大きなワイヤー凝集体があることが分かった。
【０１１９】
実施例４−１
実施例４−１を、対照４に使用したナノワイヤーと置き換えるために表面酸化ナノワイヤーを使用したことを除いては対照４についてと同じ手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真は、対照４と比較して、コーティングでの凝集体が表面酸化処理のために著しく減少したことを示す。
【０１２０】
本発明の様々な実施形態が上に記載されてきたが、それらはほんの一例として、そして限定ではなく提示されてきたことが理解されるべきである。本発明の精神および範囲から逸脱することなくそれらの中で形態および詳細の様々な変更を行い得ることは当業者に明らかであろう。このように、本発明の広がりおよび範囲は上記の模範的な実施形態のいかなるものによっても限定されるべきではないが、次の特許請求の範囲およびそれらの同等物に従ってただ単に規定されるべきである。
【０１２１】
本明細書に述べられたすべての刊行物、特許および特許出願は、本発明に関係する当業者の技能のレベルを示すものであり、そしてまるで各個々の刊行物、特許または特許出願が参照により援用されるべきであると具体的に、そして個々に示されているかのように同じ程度に参照により本明細書に援用される。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】図１Ａは単結晶半導体ナノワイヤーコア（本明細書では以下「ナノワイヤー」）１００を例示する。図１Ｂはコア−シェル構造に従ってドープされたナノワイヤー１１０を示す。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本件出願は、本明細書に全体が援用される、２００５年４月１３日出願の米国仮特許出願第６０／６７１，１３１号の優先権を主張するものである。
【０００２】
連邦支援研究に関する言明
該当なし
【背景技術】
【０００３】
ナノテクノロジーは、次期社会的進化への道を開くであろう次期技術的進化として歓迎され、そして同時に、技術的に過度の熱心さによって広められた単なる最新版のほらとして厳しく批判されてきた。基本的には、論争の両側面がそれらの立場を支持する多くの妥当なポイントを有する。例えば、ナノ材料がそれらの化学的、構造的および電気的能力の点から見て非常にユニークで非常に望ましい特性を有することは絶対に明らかである。しかしながら、今まで、ナノスケール材料を製造しそして道理にかなった商業的なやり方でマクロスケール界へ統合するための技術および／またはより複雑な見込みのある用途向けのより複雑なシステム、例えば、ナノコンピュータ、ナノスケール機械、電子デバイスなどへこれらのナノ材料を組み立てる方法についての議論が非常に少なかったこともまた明らかである。様々な早期の研究者らは、彼らの役割の放棄および分子セルフアセンブリ、電磁アセンブリ技法などについての言及によって統合およびアセンブリ問題に対処するための多くの異なる方法を提案してきた。しかしながら、これまで公表された成功がほとんどなかったか、これらの分野での公表された努力がほとんどなかったかのどちらかであった。
【０００４】
ある種のケースでは、これらの材料のユニークで興味深い特性を、個々のアセンブリを必要とする個々のエレメントとしてよりバルク材料としてもっと利用するナノ材料の使用が提案されてきた。例えば、デュアン（Ｄｕａｎ）ら著、Ｎａｔｕｒｅ、４２５、２７４−２７８ページ（２００３年９月）は、リジッド半導体ウェハーの代わりにバルク処理された配向した半導体ナノワイヤーフィルムまたは層を用いる、例えば、ディスプレイ、アンテナなど用の、大面積電子基板での使用のためのナノワイヤーベースのトランジスタを記載している。その結果は、単結晶ウェハー基板と同等に機能するが、より不満足な性能の非晶質半導体プロセスで用いられる通常のそしてそれほど高価でないプロセスを用いて製造可能であり、かつ、多様な構造、例えば、柔軟なおよび／または成形した材料によりなじみやすい電子基板である。この技術に従って、唯一の新しいプロセス要件は、所与の軸に沿って実質的に配向しているナノワイヤーのフィルムを提供する能力である。かかる配向のための技術は、例えば、国際公開第０３／０８５７００号パンフレット、国際公開第０３／０８５７０１号パンフレットおよび国際公開第２００４／０３２１９１号パンフレット、ならびに米国特許出願公開第２００５／００６６８８３号明細書（それらのそれぞれの全開示が、あらゆる目的のためにそっくりそのまま、本明細書に参照により本明細書によって援用される）に詳細に既に記載されてきたし、製造プロセスに容易に拡大可能である。
【０００５】
別の模範的なケースでは、バルク処理ナノ結晶は光電子デバイス用の柔軟なそして効率的な活性層としての使用について記載されてきた。特に、量子閉じ込め半導体結晶をホール伝導マトリックス中に提供する（タイプ−ＩＩバンドギャップ・オフセットを提供する）能力は、光起電装置か光電子検出器かのどちらかとして利用することができる光活性層の製造を可能にする。活性複合材料に配置されるとき、これらのナノ材料は、当業界で利用可能である標準フィルムコーティング法を用いて簡単に処理される。例えば、あらゆる目的のためにそっくりそのまま参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２００４／０１１８４４８号明細書を参照されたい。
【特許文献１】国際公開第０３／０８５７００号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０３／０８５７０１号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００４／０３２１９１号パンフレット
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／００６６８８３号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００４／０１１８４４８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナノ材料が用いられるべき用途にかかわらず、改良された製造、それらの究極的な用途またはデバイスへのこれらの材料の加工および統合に対するニーズが存在する。特に、機能性ナノ構造体の実現で残っている難問の１つは、それらの表面化学の信頼できるコントロールを得るための方法を解明すること、および水性および非水性媒体などへのそれらの分散性を改善してこれらの材料のハンドリングおよび加工性を改善することである。本発明は、これらのおよび様々な他のニーズを満たす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、得られたナノワイヤー薄層の溶解性および加工性を改善するために１つもしくはそれ以上の界面活性剤を使用するナノワイヤー（例えば、半導体ナノワイヤーなどの無機ナノワイヤー）を異なる水性または非水性溶媒（例えば、蒸留水、エタノール、メタノール、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、それらの組み合わせなど）に分散させるためのナノワイヤー分散組成物を一般に指向する。異なる組成物へのナノワイヤーの分散は、ワイヤーの取り扱いを容易にし、そして高性能エレクトロニクスならびに下にさらに説明される他のデバイスおよびシステム用の有用なビルディングブロックであるナノワイヤーの安定なフィルムを提供する。ナノワイヤー分散組成物は、表面張力および粘度などの広範囲の所望の特性を示すために、ワイヤー凝集を最小限にするために、デバイス基板に薄膜として塗布されたときに迅速な乾燥を示すために、そして実用的な期間にわたって安定である分散組成物を提供するために調合することができる。
【０００８】
本発明の第１態様に従って、溶媒（例えば、エタノール、水、メタノールなどおよび／またはそれらの組み合わせ）に懸濁された複数のナノワイヤーを一般に含む、そして陰イオン性、陽イオン性、非イオン性、両性または高分子界面活性剤からなる群から選択された少なくとも１つの低分子量（例えば、約１０，０００未満、例えば、約５，０００未満、例えば、約３，０００未満）界面活性剤を含むナノワイヤー分散組成物が開示される。現在好ましい一実施形態では、ナノワイヤー分散組成物は非イオン性または高分子分散剤から選択された分散剤を含む。例えば、分散剤は、シルウェット（ＳｉｌＷｅｔ）（登録商標）、サ−フィノール（Ｓｕｒｆｙｎｏｌ）（登録商標）、プルロニック（Ｐｌｕｒｏｎｉｃ）ポリマー、ならびにそれらの組み合わせおよび混合物からなる群から選択される。アンモニウムポリアクリレートアクリゾールＧ−１１１（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ Ａｃｒｙｓｏｌ Ｇ−１１１）（ＡＧ−１１１）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、およびポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）などの１つもしくはそれ以上の低鎖高分子分散剤との分散剤の組み合わせは、高められたワイヤー分散度およびコーティング一様性を提供することがさらに分かった。
【０００９】
より低い分子量およびより低いＨＬＢ（親水性−親油性バランス）値（例えば、約２０未満、例えば、約１５未満、例えば、約１０未満）の両方の分散系は最良のワイヤー分散およびコーティング一様性を提供することもまた分かった。ナノワイヤー分散組成物は、例えば、約０．０１〜２０重量％の分散剤、例えば、約１〜１５重量％分散剤、例えば、約１〜８重量％分散剤を含んでもよい。ナノワイヤー分散組成物はまた、１つもしくはそれ以上のバインダー、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、およびヒドロキシルエチルセルロースなどからなる群から選択された１つもしくはそれ以上の水溶性または水分散性ポリマーを含んでもよい。本発明の分散剤組成物は、半導体（例えば、シリコン）または金属酸化物ナノワイヤーなどの無機ナノワイヤーで特定の実用性を見いだすが、導電性ポリマー、セラミックスなどのような他のナノワイヤー材料でも同様にうまく使用することができる。本発明のナノワイヤー分散組成物は、約１０より大きい、例えば、約１００より大きい、例えば、約１０００より大きいアスペクト比を有するナノワイヤーで特にうまく働く。
【００１０】
場合により、本発明の別の態様では、ナノワイヤーは本発明のナノワイヤー分散組成物に懸濁される前に酸化されてもよく、例えば、ナノワイヤーは、ナノワイヤー分散組成物のコーティングおよび溶液一様性をさらに改善するために、迅速熱酸化（ＲＴＯ）チャンバーでまたは通常の酸化炉で熱酸化されてもよい。
【００１１】
本発明は、上に薄膜として堆積された本発明のナノワイヤー分散組成物を含むフレキシブル（例えば、プラスチック）またはリジッド（例えば、ガラスまたは半導体）基板を提供し、それらの基板は、様々な電気システム、光学システム、消費者エレクトロニクス、工業用エレクトロニクス、ワイヤレスシステム、宇宙用途、または、例えば、アクティブマトリックスディスプレイ、アンテナアレイ、無線周波数確認タグ、スマートカード、光学センサーなどをはじめとする任意の他の用途に使用することができる。
【００１２】
図面の簡単な説明
図１Ａは単結晶半導体ナノワイヤーコア（本明細書では以下「ナノワイヤー」）１００を例示する。
【００１３】
図１Ｂはコア−シェル構造に従ってドープされたナノワイヤー１１０を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本明細書に示されるおよび記載される特定の実施は本発明の例であり、そして形はどうあれ本発明の範囲を別のやり方で限定することを意図されないことは理解されるべきである。実際に、簡潔さのために、通常のエレクトロニクス、製造、半導体デバイス、およびナノワイヤー（ＮＷ）（そしてナノロッド、ナノチューブ、およびナノリボンなど）テクノロジーならびにシステム（およびシステムの個々の動作部品の構成要素）の他の機能態様は本明細書では詳細に説明されないかもしれない。さらに、簡潔さの目的のために、本発明はナノワイヤーに関連するものとして本明細書ではしばしば説明される。
【００１５】
個々の無機ナノワイヤー（ＮＷ）（例えば、シリコンナノワイヤーなどの半導体ナノワイヤー）は、現在商業的に入手可能な最高品質の単結晶材料のそれに匹敵するそして幾つかのケースではそれを超える電子性能のナノスケール電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を製造するために使用することができる。これらのナノ−ＦＥＴはモーア（Ｍｏｏｒｅ）の法則を分子レベルに向かって広げる。しかしながら、それらは、複雑さおよびデバイス製造プロセスの制限されたスケーラビリティのために、生産規模ナノエレクトロニクス用に実施するのが現在困難である。電子デバイスでのナノワイヤーの成功実施は、高密度でおよび最小凝集で一様に広域基板の一面にそれらを堆積させ、パターン化するための方法を必要とする。そうすることは、それらを商業的用途に好適なコントロールされたおよび再現性のあるやり方で電子デバイス基板上に堆積させることができるようにナノワイヤーを溶液に適切に分散させるための分散剤または添加剤の使用を必要とする。
【００１６】
ナノワイヤーがしばしば言及されるが、本明細書に記載される技法はまた、ナノロッド、ナノチューブ、ナノテトラポッド、ナノリボンおよび／またはそれらの組み合わせなどの他のナノ構造体にも適用できることが理解されるべきである。本明細書に記載される処理技法は任意の半導体デバイスタイプ、および他の電子部品タイプで用い得ることがさらに理解されるべきである。さらに、本技法は、電気システム、光学システム、消費者エレクトロニクス、工業用エレクトロニクス、ワイヤレスシステム、宇宙用途、または任意の他の用途での適用に好適であろう。
【００１７】
本明細書で用いるところでは、「アスペクト比」は、ナノワイヤーの第２および第３軸の長さの平均で割られたナノワイヤーの第１軸の長さであり、ここで、第２および第３軸は、その長さが互いに最もほぼ等しい２つの軸である。例えば、完全なワイヤーについてのアスペクト比は、長軸に垂直の（法線の）断面の直径によって割られたその長軸の長さであろう。
【００１８】
ナノワイヤーに関して用いられるときに用語「ヘテロ構造体」は、少なくとも２つの異なるおよび／または区別できる材料タイプによって特徴付けられる構造体を意味する。典型的には、ナノワイヤーの一領域は第１材料タイプを含むが、ナノワイヤーの第２領域は第２材料タイプを含む。ある種の実施形態では、ナノワイヤーは、第１材料のコアおよび第２（または第３など）材料の少なくとも１つのシェルを含み、ここで、異なる材料タイプは、例えば、ナノワイヤーの長軸、分岐ナノ結晶のアームの長軸、またはナノ結晶の中心の周りに放射状に分布する。シェルは、シェルと考えられるためにまたはナノワイヤーがヘテロ構造体と考えられるために隣接材料を完全にカバーする必要はない。例えば、第２材料の小さな島でカバーされた一材料のコアで特徴付けられるナノワイヤーはヘテロ構造体である。他の実施形態では、異なる材料タイプはナノワイヤー内で異なる位置に分布する。例えば、材料タイプは、ナノワイヤーの主（長）軸に沿って分布することができる。ヘテロ構造体内の異なる領域は、全く異なる材料を含むことができ、または異なる領域はベース材料を含むことができる。
【００１９】
本明細書で用いるところでは、「ナノ構造体」は、少なくとも１つの領域または約５００ｎｍ未満、例えば、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、もしくは約２０ｎｍ未満さえの寸法の特徴的次元を有する構造体である。典型的には、領域または特徴的次元は構造体の最小軸に沿って存在するであろう。かかる構造体の例には、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノチューブ、分岐ナノ結晶、ナノテトラポッド、トリポッド、バイポッド、ナノ結晶、ナノドット、量子ドット、ナノ粒子、分岐テトラポッド（例えば、無機デンドリマー）などが挙げられる。ナノ構造体は材料特性の点で実質的に均一であることができ、またはある種の実施形態では不均一（例えば、ヘテロ構造体）であることができる。ナノ構造体は、例えば、実質的に結晶質である、実質的に単結晶である、多結晶である、非晶質である、またはそれらの組み合わせであることができる。一態様では、ナノ構造体の三次元のそれぞれが約５００ｎｍ未満、例えば、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、または約２０ｎｍ未満さえの寸法を有する。
【００２０】
本明細書で用いるところでは、用語「ナノワイヤー」は一般に、５００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満である少なくとも１つの断面寸法を含み、そして１０より大きい、好ましくは５０より大きい、より好ましくは１００より大きい、または１０００より大きいアスペクト比（長さ：幅）を有する任意の細長い導電性もしくは半導体材料（または本明細書に記載される他の材料）を意味する。
【００２１】
本発明のナノワイヤーは材料特性の点で実質的に均一であり得るし、またはある種の実施形態では不均一であり得る（例えば、ナノワイヤーヘテロ構造体）。ナノワイヤーは本質的に任意の便利な材料から製造することができ、例えば、実質的に結晶質である、実質的に単結晶である、多結晶である、または非晶質であることができる。ナノワイヤーは変動する直径を有することができ、または実質的に一様な直径、すなわち、最大ばらつきの領域にわたっておよび少なくとも５ｎｍ（例えば、少なくとも１０ｎｍ、少なくとも２０ｎｍ、もしくは少なくとも５０ｎｍ）の線寸法にわたって約２０％未満（例えば、約１０％未満、約５％未満、もしくは約１％未満）の不偏分散を示す直径を有することができる。典型的には、直径はナノワイヤーの端から離れて評価される（例えば、ナノワイヤーの中心２０％、４０％、５０％、または８０％にわたって）。ナノワイヤーは、その長軸の全体長さまたはその一部にわたって、真っ直ぐであることができまたは例えば湾曲しているもしくは曲がっていることができる。ある種の実施形態では、ナノワイヤーまたはその一部は二もしくは三次元量子閉じ込めを示すことができる。本発明によるナノワイヤーはカーボンナノチューブを明確に排除することができ、そして、ある種の実施形態では、「ウィスカー」または「ナノウィスカー」、特に１００ｎｍより大きい、または約２００ｎｍより大きい直径を有するウィスカーを排除する。かかるナノワイヤーの例には、参照により本明細書に援用される、国際公開第０２／１７３６２号パンフレット、国際公開第０２／４８７０１号パンフレット、および国際公開第０１／０３２０８号パンフレットに記載されているような半導体ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、および類似の寸法の他の細長い導電性または半導体構造体が挙げられる。
【００２２】
本明細書で用いるところでは、用語「ナノロッド」は一般に、ナノワイヤーに似ているが、ナノワイヤーのそれ未満のアスペクト比（長さ：幅）を有する任意の細長い導電性もしくは半導体材料（または本明細書に記載される他の材料）を意味する。２つもしくはそれ以上のナノロッドは、連結されたナノロッドが電極間に様々に広がるようにそれらの縦軸に沿って一緒に連結し得ることに留意されたい。あるいはまた、２つもしくはそれ以上のナノロッドは、小さなギャップが２つもしくはそれ以上のナノロッドの端間に存在するように、それらの縦軸に沿って実質的に整列させることができるが、一緒に連結することはできない。このケースでは、電子は、１ナノロッドから別のものへ飛び越えて小さいギャップを横断することによって１ナノロッドから別のものへ流れることができる。２つもしくはそれ以上のナノロッドは、電子が電極間を移動することができるパスをそれらが形成するように、実質的に整列させることができる。
【００２３】
例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、Ｐ、Ｂ−Ｃ、Ｂ−Ｐ（ＢＰ６）、Ｂ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｓｉ−ＳｎおよびＧｅ−Ｓｎ、ＳｉＣ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＰ／ＡｌＡｓ／ＡｌＳｂ、ＧａＮ／ＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、ＩｎＮ／ＩｎＰ／ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ、ＢＮ／ＢＰ／ＢＡｓ、ＡｌＮ／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、ＣｕＩ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＢｅＳｉＮ２、ＣａＣＮ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＳｎＡｓ２、ＺｎＳｎＳｂ２、ＣｕＧｅＰ３、ＣｕＳｉ２Ｐ３、（Ｃｕ、Ａｇ）（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｆｅ）（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）２（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）３、Ａｌ２ＣＯ、ならびに２つもしくはそれ以上のかかる半導体の適切な組み合わせから選択された半導体材料をはじめとする、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノチューブおよびナノリボン用の広範囲のタイプの材料を使用することができる。
【００２４】
ナノワイヤーはまた、金、ニッケル、パラジウム、イリジウム、コバルト、クロム、アルミニウム、チタン、ルテニウム、スズなどのような金属、金属合金、ポリマー、導電性ポリマー、セラミックス、および／またはそれらの組み合わせなどの他の材料から形成することもできる。他の現在公知のまたは最近開発された導電性または半導体材料を用いることができる。
【００２５】
ある種の態様では、ナノワイヤーは、周期表のＩＩＩ族からのｐ型ドーパント；周期表のＶ族からのｎ型ドーパント；Ｂ、ＡｌおよびＩｎからなる群から選択されたｐ型ドーパント；Ｐ、ＡｓおよびＳｂからなる群から選択されたｎ型ドーパント；周期表のＩＩ族からのｐ型ドーパント；Ｍｇ、Ｚｎ、ＣｄおよびＨｇからなる群から選択されたｐ型ドーパント；周期表のＩＶ族からのｐ型ドーパント；ＣおよびＳｉからなる群から選択されたｐ型ドーパント；またはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択されたｎ型ドーパントからなる群からのドーパントを含んでもよい。他の現在公知のまたは最近開発されたドーパント材料を用いることができる。
【００２６】
さらに、ナノワイヤーまたはナノリボンは、カーボンナノチューブ、または導電性もしくは半導性有機ポリマー材料（例えば、ペンタセンおよび遷移金属酸化物）でできたナノチューブを含むことができる。
【００２７】
従って、用語「ナノワイヤー」は例示目的のために本明細書での説明の全体にわたって言及されるが、本明細書での説明はまたナノチューブ（例えば、中空チューブがそれを通して軸方向に形成されたナノワイヤー様構造体）の使用をも包含することが意図される。ナノチューブは、本明細書に記載される特性および利点を提供するために、単独でまたはナノワイヤーと組み合わせて、ナノワイヤーについて本明細書で記載されるようにナノチューブの組み合わせ／薄膜で形成することができる。
【００２８】
本明細書で行われる空間的な記載（例えば、「の上に」、「の下に」、「の上へ」、「の下へ」、「トップ」、「ボトム」など）は例示目的だけのためであること、そして本発明のデバイスは任意の配向またはやり方で空間的に配置できることが理解されるべきである。
【００２９】
ナノワイヤーのタイプおよびそれらの合成
図１Ａは、単結晶半導体ナノワイヤーコア（本明細書では以下「ナノワイヤー」）１００を例示する。図１Ａは、一様にドープされた単結晶ナノワイヤーであるナノワイヤー１００を示す。かかる単結晶ナノワイヤーは、かなりコントロールされた方法でｐ型かｎ型半導体かのどちらかへドープすることができる。ナノワイヤー１００などのドープナノワイヤーは改善された電子特性を示す。例えば、かかるナノワイヤーは、バルク単結晶材料に匹敵する担体モビリティレベルを有するようにドープすることができる。
【００３０】
図１Ｂは、コア−シェル構造に従ってドープされたナノワイヤー１１０を示す。図１Ｂに示されるように、ナノワイヤー１１０はドープ表面層１１２を有し、表面層はナノワイヤー１１０の表面上の分子単層のみであることをはじめとする、様々な厚さレベルを有することができる。
【００３１】
絶縁シェルの価電子帯はｐ型ドープワイヤーのコアの価電子帯より低いことができる、またはシェルの伝導帯はｎ型ドープワイヤーのコアより高いことができる。一般に、コアナノ構造体は、任意の金属または半導体材料から製造することができ、シェルは同じまたは異なる材料から製造することができる。例えば、第１コア材料は、ＩＩ〜ＶＩ族半導体、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体、ＩＶ族半導体、およびそれらの合金からなる群から選択された第１半導体を含むことができる。同様に、シェルの第２材料は、例えば、ＩＩ〜ＶＩ族半導体、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体、ＩＶ族半導体、およびそれらの合金からなる群から選択された、第１半導体と同じまたはそれとは異なる第２半導体を含むことができる。実例半導体には、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、およびＰｂＴｅが含まれるが、それらに限定されない。上に指摘されたように、金、クロム、スズ、ニッケル、アルミニウムなどおよびそれらの合金などの金属材料をコア材料として使用することができ、金属コアは二酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素または他の絶縁材料などの適切なシェル材料でオーバーコートすることができる。
【００３２】
異なる材料に適合させることができる多数の便利な方法のいずれかによってナノ構造体を製造することができ、それらのサイズをコントロールすることができる。例えば、様々な組成のナノ結晶の合成は、例えば、ペング（Ｐｅｎｇ）ら著、「ＣｄＳｅナノ結晶の形状コントロール（Ｓｈａｐｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＣｄＳｅ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）」、Ｎａｔｕｒｅ、４０４（２０００年）、５９−６１ページ；プンテス（Ｐｕｎｔｅｓ）ら著、「コロイド状ナノ結晶形状およびサイズコントロール：コバルトの場合（Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｃｏｎｔｒｏｌ：Ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｃｏｂａｌｔ）」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２９１（２００１年）、２１１５−２１１７ページ；「造形されたＩＩＩ〜Ｖ族半導体ナノ結晶の形成方法、および方法を用いて形成された製品（Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｈａｐｅｄ ｇｒｏｕｐ ＩＩＩ−Ｖ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ、ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｏｒｍｅｄ ｕｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）」という表題のアリヴィサトス（Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ）らに付与された米国特許第６，３０６，７３６号明細書（２００１年１０月２３日）；「造形されたＩＩ〜ＶＩ族半導体ナノ結晶の形成方法、および方法を用いて形成された製品（Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｈａｐｅｄ ｇｒｏｕｐ ＩＩ−ＶＩ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ、ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｏｒｍｅｄ ｕｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第６，２２５，１９８号明細書（２００１年５月１日）；「ＩＩＩ〜Ｖ半導体ナノ結晶の製造（Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＩＩ−Ｖ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第５，５０５，９２８号明細書（１９９６年４月９日）；「セルフアセンブルド単一層を用いて固体無機表面に共有結合した半導体ナノ結晶（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ ｂｏｕｎｄ ｔｏ ｓｏｌｉｄ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｕｓｉｎｇ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第５，７５１，０１８号明細書（１９９８年５月１２日）；「カプセル化量子サイズのドープ半導体粒子およびそれの製造方法（Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ ｑｕａｎｔｕｍ ｓｉｚｅｄ ｄｏｐｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓａｍｅ）」という表題のガラハー（Ｇａｌｌａｇｈｅｒ）らに付与された米国特許第６，０４８，６１６号明細書（２０００年４月１１日）；ならびに「生物学的用途向け有機ルミネセント半導体ナノ結晶プローブならびにかかるプローブの製造および使用方法（Ｏｒｇａｎｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ ｐｒｏｂｅｓ ｆｏｒ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｍａｋｉｎｇ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｓｕｃｈ ｐｒｏｂｅｓ）」という表題のウェイス（Ｗｅｉｓｓ）らに付与された米国特許第５，９９０，４７９号明細書（１９９９年１１月２３日）に記載されている。
【００３３】
コントロールされた直径のナノワイヤーをはじめとする、様々なアスペクト比を有するナノワイヤーの成長は、例えば、グディックセン（Ｇｕｄｉｋｓｅｎ）ら著、「半導体ナノワイヤーの直径−選択的合成（Ｄｉａｍｅｔｅｒ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２２（２０００年）、８８０１−８８０２ページ；キュイ（Ｃｕｉ）ら著、「単結晶シリコンナノワイヤーの直径コントロールされた合成（Ｄｉａｍｅｔｅｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７８（２００１年）、２２１４−２２１６ページ；グディックセンら著、「単結晶半導体ナノワイヤーの直径および長さの合成コントロール（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、１０５（２００１年）、４０６２−４０６４ページ；モラレス（Ｍｏｒａｌｅｓ）ら著、「結晶質半導体ナノワイヤーの合成のためのレーザー切断法（Ａ ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２７９（１９９８年）、２０８−２１１ページ；デュアンら著、「化合物半導体ナノワイヤーの一般的合成（Ｇｅｎｅｒａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１２（２０００年）、２９８−３０２ページ；キュイら著、「シリコンナノワイヤーでのドーピングおよび電気輸送（Ｄｏｐｉｎｇ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、１０４（２０００年）、５２１３−５２１６ページ；ペングら著、「ＣｄＳｅナノ結晶の形状コントロール」、Ｎａｔｕｒｅ、４０４（２０００年）、５９−６１ページ；プンテスら著、「コロイド状ナノ結晶形状およびサイズコントロール：コバルトの場合」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２９１（２００１年）、２１１５−２１１７ページ；「造形されたＩＩＩ〜Ｖ族半導体ナノ結晶の形成方法、および方法を用いて形成された製品」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第６，３０６，７３６号明細書（２００１年１０月２３日）；「造形されたＩＩ〜ＶＩ族半導体ナノ結晶の形成方法、および方法を用いて形成された製品」という表題のアリヴィサトスらに付与された米国特許第６，２２５，１９８号明細書（２００１年５月１日）；「金属酸化物ナノロッドの製造方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｎａｎｏｒｏｄｓ）」という表題のリーバー（Ｌｉｅｂｅｒ）らに付与された米国特許第６，０３６，７７４号明細書（２０００年３月１４日）；「金属酸化物ナノロッド（Ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｎａｎｏｒｏｄｓ）」という表題のリーバーらに付与された米国特許第５，８９７，９４５号明細書（１９９９年４月２７日）；「炭化物ナノロッドの製造（Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｉｄｅ ｎａｎｏｒｏｄｓ）」という表題のリーバーらに付与された米国特許第５，９９７，８３２号明細書（１９９９年１２月７日）；アーバウ（Ｕｒｂａｕ）ら著、「チタン酸バリウムおよびチタン酸ストロンチウムからなる単結晶ペロブスカイト・ナノワイヤーの合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｂａｒｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４（２００２年）、１１８６ページ；ならびにユン（Ｙｕｎ）ら著、「走査プローブ顕微鏡法によって研究された個々のチタン酸バリウムナノワイヤーの強誘電特性（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ Ｂａｒｉｕｍ Ｔｉｔａｎａｔｅ Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ Ｓｃａｎｎｅｄ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｎａｎｏｌｅｔｔｅｒｓ、２（２００２年）、４４７ページに記載されている。
【００３４】
分岐ナノワイヤー（例えば、ナノテトラポッド、トリポッド、バイポッド、および分岐テトラポッド）の成長は、例えば、ジュン（Ｊｕｎ）ら著、「単一界面活性剤システムを用いるマルチ−アームドＣｄＳナノロッド・アーキテクチャの制御合成（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ−ａｒｍｅｄ ＣｄＳ ｎａｎｏｒｏｄ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ｍｏｎｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２３（２００１年）、５１５０−５１５１ページ；ならびにマンナ（Ｍａｎｎａ）ら著、「可溶性および加工性ロッド−、アロー−、ティアドロップ−、およびテトラポッド−造形ＣｄＳｅナノ結晶の合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｓｏｌｕｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ Ｒｏｄ−、Ａｒｒｏｗ−、Ｔｅａｒｄｒｏｐ−、ａｎｄ Ｔｅｔｒａｐｏｄ−Ｓｈａｐｅｄ ＣｄＳｅ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２２（２０００年）、１２７００−１２７０６ページに記載されている。
【００３５】
ナノ粒子の合成は、例えば、「半導体粒子の製造方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」という表題のクラーク Ｊｒ．（Ｃｌａｒｋ Ｊｒ．）らに付与された米国特許第５，６９０，８０７号明細書（１９９７年１１月２５日）；「酸化ケイ素合金のナノ粒子（Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ ａｌｌｏｙｓ）」という表題のエル−シャル（Ｅｌ−Ｓｈａｌｌ）らに付与された米国特許第６，１３６，１５６号明細書（２０００年１０月２４日）；「逆ミセル媒介技法によるナノメートル−サイズ粒子の合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ−ｓｉｚｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ ｒｅｖｅｒｓｅ ｍｉｃｅｌｌｅ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）」という表題のイング（Ｙｉｎｇ）らに付与された米国特許第６，４１３，４８９号明細書（２００２年７月２日）；ならびにリュー（Ｌｉｕ）ら著、「自立強誘電体ジルコン酸チタン酸鉛ナノ粒子のゾル−ゲル合成（Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｆｒｅｅ−Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｅａｄ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２３（２００１年）、４３４４ページに記載されている。ナノ粒子の合成はまた、生じたナノ構造体が約１．５未満のアスペクト比を有する、ナノ結晶、ナノワイヤー、および分岐ナノワイヤーの成長についての上記引用文献にも記載されている。
【００３６】
さらに、１つもしくは多数のシェルのナノワイヤー構造体もまた製造することができる。コア−シェルナノワイヤー（および他のナノ結晶）ヘテロ構造体の合成は、それらのそれぞれの全内容が本明細書に参照により援用される、例えば、バークレイ（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ）の米国特許出願公開第２００２／０１７２８２０号明細書；２００４年８月３０日出願の「機能性ナノワイヤーベースのデバイスへのナノワイヤーの製造、収穫、および統合方法（Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ，ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ｉｎｔｏ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ Ｂａｓｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」という表題の同時譲渡および係属米国特許出願第６０／６０５，４５４号明細書；ペングら著、「光安定性および電子アクセス可能性を持った高度ルミネセントＣｄＳｅ／ＣｄＳコア／シェルナノ結晶のエピタキシャル成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｈｉｇｈｌｙ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ＣｄＳｅ／ＣｄＳ ｃｏｒｅ／ｓｈｅｌｌ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ ｗｉｔｈ ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１９（１９９７年）、７０１９−７０２９ページ；ダボウシ（Ｄａｂｂｏｕｓｉ）ら著、「（ＣｄＳｅ）ＺｎＳコア−シェル量子ドット：サイズシリーズの高度ルミネセント単結晶子の合成およびキャラクタリゼーション（（ＣｄＳｅ）ＺｎＳ ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｉｚｅ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈｌｙ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ）」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、１０１（１９９７年）、９４６３−９４７５ページ；マンナら著、「コロイド状ＣｄＳｅナノロッド上での傾斜ＣｄＳ／ＺｎＳシェルのエピタキシャル成長および光化学アニーリング（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｆ ｇｒａｄｅｄ ＣｄＳ／ＺｎＳ ｓｈｅｌｌｓ ｏｎ ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ＣｄＳｅ ｎａｎｏｒｏｄｓ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４（２００２年）、７１３６−７１４５ページに記載されている。類似のアプローチが、ナノワイヤーをはじめとする他のコア−シェルナノ構造体の成長に適用することができる。
【００３７】
異なる材料がナノワイヤーの長軸に沿って異なる位置に分布するナノワイヤーヘテロ構造体の成長は、例えば、グディックセンら著、「ナノスケールのフォトニックスおよびエレクトロニクス用のナノワイヤー超格子構造体の成長（Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｎａｎｏｗｉｒｅ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」、Ｎａｔｕｒｅ、４１５（２００２年）、６１７−６２０ページ；ブジョーク（Ｂｊｏｒｋ）ら著、「実現される電子用の一次元ステープルチェイス（Ｏｎｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｅｅｐｌｅｃｈａｓｅ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ）」、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２（２００２年）、８６−９０ページ；ウ（Ｗｕ）ら著、「単結晶Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子ナノワイヤーのブロック−バイ−ブロック成長（Ｂｌｏｃｋ−ｂｙ−ｂｌｏｃｋ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉ／ＳｉＧｅ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ）」、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２（２００２年）、８３−８６ページ；ならびに米国特許出願公開第２００４／００２６６８４号明細書に記載されている。類似のアプローチが、他のヘテロ構造体の成長に適用することができる。
【００３８】
本発明の一実施形態では、ナノワイヤーは成長基板上に合成され、次に、本発明のナノワイヤー分散組成物を使用して究極的デバイス基板へ移され、組み入れられてもよい。例えば、ある種の態様では、無機半導体または半導体酸化物ナノワイヤーは、蒸気−液体−固体（ＶＬＳ）合成法に基づいてコロイド状触媒を用いて成長基板の表面上に成長させられる。この合成技法に従って、コロイド状触媒（例えば、金、白金などの粒子）は基板の所望の表面上に堆積される。コロイド状触媒を含む基板は次に、基板の表面に結合したナノワイヤーを生み出す合成法にかけられる。他の合成法は、基板の表面の一面に堆積された、例えば、５０ｎｍもしくはそれ未満の、薄い触媒フィルムの使用を含む。ＶＬＳ法の熱は次にフィルムを溶融させてナノワイヤーを形成する触媒の小さい小滴を形成する。典型的には、この後者の方法は、繊維直径均一性が究極的用途に対してそれほど決定的に重要ではない場合に用いられてもよい。典型的には、触媒は金属、例えば、金または白金を含み、そして基板の表面上へ電気めっきされてももしくは蒸着されてもよいし、または多数の他のよく知られた金属堆積法、例えば、スパッタリングなどのいずれかで堆積されてもよい。コロイド堆積のケースでは、コロイドは典型的には、コロイドが表面に付くように基板の表面を先ず処理することによって堆積される。処理表面付き基板は次にコロイドの懸濁液に浸漬される。さらに、上記のように、１つもしくは多数のシェル付きナノワイヤー構造体もまた製造することができる。
【００３９】
ナノワイヤーの成長後に、ナノワイヤーは次に、それらの合成場所から収穫される。さらに下に記載されるように、ナノワイヤーは典型的には、１つもしくはそれ以上の界面活性剤および／または他の化合物をその中に有する溶液中へ導入される。例えば、それらの全開示があらゆる目的のためにそっくりそのまま参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第２００５／００６６８８３号明細書、および米国特許出願公開第２００４／０００５７２３号明細書に記載されているような、様々な他の堆積法もまた、デバイス基板上へナノワイヤーを堆積させるために用いられてもよい。
【００４０】
ナノワイヤー分散組成物
ナノワイヤーは、水性および極性溶媒などの液体媒体へのそれらの分散性を改善するために様々な陰イオン性、非イオン性、両性および陽イオン性界面活性剤およびポリマーに懸濁されてもよい。好ましくは、ナノワイヤー溶液は少なくとも１つの分散剤を含む。好適な分散剤には、さらに下に記載されるような高分子界面活性剤と陰イオン性、陽イオン性、両性および非イオン性界面活性剤との両方が含まれる。
【００４１】
特に、本発明のナノワイヤー分散組成物には、その中に複数のナノワイヤー（例えば、半導体ナノワイヤーなどの無機ナノワイヤー、例えば、シリコンナノワイヤー）を分散された液体媒体または溶液が含まれる。液体媒体は専ら水であることができ、１つもしくはそれ以上の有機溶媒と組み合わせて水を含有することができ、または専ら有機溶媒であることができる。一実施形態では、液体媒体は水、例えば、少なくとも２０重量％の水、例えば、約５０％〜１００％の水を含有する。
【００４２】
有機溶媒は、例えば、ナノワイヤー分散組成物の表面張力をコントロールするために、分散剤の、またはマイナー成分として原料のいずれかの溶解を可能にするために、液体媒体に含めることができ、例えば、有機溶媒は分散組成物への原料として添加された界面活性剤に存在してもよい。
【００４３】
有機溶媒は、存在するとき、当業者に公知の任意の数の有機溶媒であることができる。例えば、好適な水混和性有機溶媒には、Ｃ１〜５アルカノール、例えばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、第二ブタノール、第三ブタノールおよびイソブタノール；アミド、例えばジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミド；ケトンおよびケトンアルコール、例えばアセトンおよびジアセトンアルコール；Ｃ２〜４エーテル、例えばテトラヒドロフランおよびジオキサン；Ｃ２〜６アルキレン基を含有するアルキレングリコールまたはチオグリコール、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコールおよびヘキシレングリコール；ポリ（アルキレングリコール）およびチオグリコール）、例えばジエチレングリコール、チオジグリコール、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコール；ポリオール、例えばグリセロールおよび１，２，６−ヘキサントリオール；ならびに低級アルキルグリコールおよびポリグリコールエーテル、例えば２−メトキシエタノール、２−（２−メトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、３−ブトキシプロパン−１−オール、２−［２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ］エタノール、２−［２−（２−エトキシエトキシ）エトキシ］エタノール、；環状エステルおよび環状アミド、例えば場合により置換されたピロリドン；スルホラン；ならびに２つもしくはそれ以上の上述の水混和性有機溶媒を含有する混合物が含まれる。
【００４４】
液体媒体内の有機溶媒および／または水の量は、粘度、表面張力、乾燥速度などのようなナノワイヤー分散組成物の特に所望の特性などの、多数の因子に依存することができ、それらは順繰りに、ナノワイヤー分散系が堆積されることが意図される基板のタイプ、ナノワイヤーのサイズ、形状、組成、および／またはアスペクト比などのような因子に依存することができる。幾つかの用途向けに、液体媒体は、水と溶媒との混合物を含む水溶液を含むことができる。かかる水ベースの媒体については、有機溶媒の好ましい量は、１００重量部の液体媒体（水プラス有機溶媒と定義される）を基準として０〜約８０重量部の範囲の有機溶媒、例えば、１００部の液体媒体当たり約２〜５０重量部の有機溶媒であることができる。
【００４５】
特に良好な分散を達成するために、追加の分散剤が加えられてもよい。好ましくは、分散剤は界面活性剤である。模範的な界面活性剤は、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム、ノノキシニル（ｎｏｎｏｘｙｎｙｌ）リン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウムなどの陰イオン性界面活性剤；アルキルフェノールエトキシレート、アルキルエトキシレート、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロック共重合体などの非イオン性界面活性剤；臭化ドデシルトリメチルアンモニウム、ビス（２−ヒドロキシエチル）牛脂アミンなどの陽イオン性界面活性剤；アンモニウムココアミノプロピオンアミドなどの両性界面活性剤である。分散剤の選択は、分散されるべきポリマーの量；液体媒体の性質；ナノワイヤーのサイズ、形状、組成、またはアスペクト比；ナノワイヤーの材料タイプなどをはじめとする多くの因子によって支配される。最適分散のために、幾つかの分散剤の混合物を使用することが必要であるかもしれない。
【００４６】
本発明の実施に使用することができる商業的に入手可能な陰イオン性界面活性剤の具体的な例には、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ−シグマ・アルドリッチ社（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｉｎｃ．））；スルホコハク酸アルキルアリルナトリウム（ＴＲＥＭ−コグニス・コーポレーション（Ｃｏｇｎｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ））；ナトリウムｎ−ラウロイルサルコシネート（サルコシル（Ｓａｒｋｏｓｙｌ）−シグマ・アルドリッチ）；ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ−シグマ・アルドリッチ）；ポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ−シグマ・アルドリッチ）が挙げられる。本発明の方法の実施に使用することができる商業的に入手可能な陽イオン性界面活性剤の具体的な例には、例えば、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム（ＤＴＡＢ−シグマ・アルドリッチ）および臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ−シグマ・アルドリッチ）が挙げられる。商業的に入手可能な非イオン性界面活性剤の具体的な例には、例えば、サーフィノール４２０、サーフィノール４４０、サーフィノール２１１、およびサーフィノール２２１（エア・プロダクツ、ペンシルバニア州（Ａｉｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ＰＡ））；ブリジ（Ｂｒｉｊ）（シグマ・アルドリッチ）；トゥイーン（Ｔｗｅｅｎ）（シグマ・アルドリッチ）；トリトン（Ｔｒｉｔｏｎ）Ｘ（例えば、トリトンＸ−１００、トリトンＸ−４０５など−シグマ・アルドリッチ）；スパン（Ｓｐａｎ）（例えば、スパン２０、スパン４０、スパン８０、スパン８５など−シグマ・アルドリッチ）；ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ−シグマ・アルドリッチ）；シルウェット（例えばシルウェット（登録商標）Ｌ−７７、Ｌ−７６０８、およびＬ−７２８０−ゼネラル・エレクトリック（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ））；ＰＥＯ−ＰＢＯ−ＰＥＯトリブロック共重合体（ＥＢＥ−ダウ・ケミカル・コープ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．））；ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯトリブロックポリマー（プルロニック・シリーズの化合物−バスフ（ＢＡＳＦ））が挙げられる。
【００４７】
より低い分子量（例えば、約１０，０００未満、例えば、約５，０００未満、例えば、約３，０００未満の分子量を有するもの）および／またはより低いＨＬＢ（親水性−親油性バランス）値（例えば、約１〜２０、例えば、約１〜１５、例えば、約１〜１０、例えば、約１〜８）の界面活性剤が好ましい界面活性剤であり、そして水溶液（または非水溶液）への最も一貫したナノワイヤー分散性を提供することが本発明の発明者らによって見いだされた。最も好ましい分散剤は、より低い分子量およびより低いＨＬＢ値の両方のそれらの界面活性剤（例えば、プルロニック・シリーズ界面活性剤プルロニックＬ−３１、プルロニックＬ−６２およびプルロニックＬ−８１；シルウェット・シリーズ界面活性剤シルウェットＬ−７７、シルウェットＬ−７２８０、およびシルウェットＬ−７６０８；そしてサーフィノール界面活性サーフィノール４２０およびサーフィノール４４０）、ならびに良好なワイヤー分散性およびコーティングの表面特性を提供する該界面活性剤と長鎖高分子分散剤（例えば、アンモニウムポリアクリレートアクリゾールＧ−１１１（ＡＧ−１１１）、ＰＶＡ、およびＰＶＰ）との組み合わせであることが分かった。ナノワイヤーの典型的に高い表面積（例えば、２８ｃｍ２／ｇより大きい）および高いアスペクト比（例えば、典型的には約１，０００より大きい）のために、ナノワイヤーを水溶液に分散させるために使用される分散剤の含有率は、ナノワイヤー溶液の総重量を基準として約０．０１〜２０重量％の範囲に、より好ましくは約１．０〜１５．０重量％、例えば、約１．０〜８重量％の範囲にあるべきであることが分かった。一般に、該含有率が０．５重量％未満である場合、ナノワイヤーの分散系は不十分になる傾向があり、ワイヤー凝集が起こるであろう。分散剤濃度が高すぎる場合、ナノワイヤー分散組成物は高すぎる粘度を与える量の分散剤を含有し、それは、デバイス基板にナノワイヤー分散組成物を塗布する能力に悪影響を与え得る。さらに、分散剤濃度が液体媒体への分散剤の溶解度を超えるほどに高い場合、相分離が起こるであろう。分散剤の適切な量は、分散されるべきナノワイヤーのタイプ、ナノワイヤーのサイズ、形状、組成およびアスペクト比、液体媒体のアイデンティティ、例えば、液体媒体が水などの極性溶媒または非極性有機溶媒を含むかどうかなどのような多数の因子に依存するであろう。
【００４８】
本発明のナノワイヤー分散組成物に、１つもしくはそれ以上のバインダーが必要に応じて加えられてもよい。バインダーは好ましくは高分子または重合性バインダー、より好ましくは水溶性または水分散性の高分子または重合性バインダーである。水溶性バインダーの例には、デンプン、例を挙げると、ヒドロキシアルキルデンプン、例えばヒドロキシエチルデンプン；セルロース、例えばセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースおよびカルボキシメチルセルロース（およびその塩）ならびにセルロースアセテートブチレート；ゼラチン；ゴム、例えばガァーガム、キサンタンガムおよびアラビアゴム；ポリビニルアルコール；ポリビニルホスフェート；ポリビニルピロリドン；ポリビニルピロリジン；ポリエチレングリコール；加水分解ポリ酢酸ビニル；ポリエチレンイミン；ポリアクリルアミド、例えばポリアクリルアミドおよびポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）；アクリルアミド−アクリル酸共重合体；ポリビニルピリジン；ポリビニルホスフェート；ビニルピロリドン−酢酸ビニル共重合体；ビニルピロリドン−スチレン共重合体；ポリビニルアミン；ポリ（ビニルピロリドン−ジアルキルアミノアルキルアルキルアクリレート）、例えばポリビニルピロリドン−ジエチルアミノメチルメタクリレート；酸官能性アクリルポリマーおよび共重合体、例えばポリ（メタ）アクリル酸および（メタ）アクリル酸と他の（メタ）アクリレートモノマーとの共重合体；アミン官能性アクリルポリマーおよび共重合体、例えばポリジメチルアミノエチルメタクリレート；酸またはアミン官能性ウレタンポリマー、例えば、ジメチロールプロパン酸および／またはペンダントもしくは末端ポリエチレングリコールを含有するもの；イオン性ポリマー、特に陽イオン性ポリマー、例えばポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチル−３，５−ジメチレンピペリジニウムクロリド）；ポリエステル、好ましくは水可溶化基、特に酸基を有するもの、例えばポリオールをソジオスルホイソフタル酸と重合させることによって得ることができるポリエステルが挙げられる。
【００４９】
水分散性バインダーの例は、水分散性ポリマー、例えば、ラテックスポリマー、例えば陽イオン性、非イオン性および陰イオン性表面改質スチレン−ブタジエンラテックス；酢酸ビニル−アクリル共重合体ラテックス；第四級アンモニウム基を有するアクリル共重合体ラテックス、例えばポリメチルアクリレートトリメチルアンモニウムクロリドラテックス；ならびにポリ（アクリレート）、ポリ（メタクリレート）、ポリエステル、ポリウレタンまたはビニルポリマーおよびそれらの共重合体である。ポリマー分散系は、例えば、乳化、懸濁、バルクまたは溶液重合、引き続く水への分散によって製造されてもよい。バインダーは単一バインダーを含んでも、または２つ以上のバインダー、特に上記の模範的なバインダーの混合物を含んでもよい。
【００５０】
オリゴマーポリオールは、靱性および疎水性または親水性特性をポリマー分散系に提供するために使用されてもよい。オリゴマーポリオールは、約５００〜５０００ダルトン（Ｄａｌｔｏｎ）の数平均分子量を有するポリオールと定義される。このクラスの好ましいメンバーはポリエステルジオール、ポリエーテルジオールおよびポリカーボネートジオールである。
【００５１】
また乾燥速度のコントロールにも役立つであろう他の有用な添加剤には、トリメチロールプロパン、ウレアおよびその誘導体、アミド、ブチルカルビトールまたはセロソルブ（Ｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ）ＴＭなどのヒドロキシエーテル誘導体、アミノアルコール、および他の水溶性または水混和性材料、ならびにそれらの混合物が含まれる。当該技術で一般に知られる他の添加剤には、殺生剤、殺真菌剤、消泡剤、腐食防止剤、粘度調整剤、ｐＨバッファー、浸透剤、金属イオン封鎖剤などが含まれる。ナノワイヤーはまた、ＰＶＡまたはＰＶＰなどの水溶性高分子を組み入れられてもよく、アクリルエマルジョンなどの熱硬化性樹脂、またはＡＤＣもしくはジアゾニウム塩などの架橋剤が、必要ならば、加えられてもよい。ナノワイヤー分散組成物の加熱はまた、コーティングの表面一様性を助けるかもしれない。
【００５２】
それらの分散性および加工性を改善するためのナノワイヤーの酸化
水溶液などの溶媒中のナノワイヤー（例えば、半導体（例えば、シリコン）ナノワイヤーなどの無機ナノワイヤー）の分散性および加工性をさらに改善し、そしてナノワイヤー薄膜堆積をより容易にするために、ナノワイヤー表面は、それらを溶媒に分散させる前に酸化（例えば、成長基板上のかそれからのかのどちらかで）によってさらに処理されてもよい。自然に成長したナノワイヤーの表面特性は、ワイヤー表面が前述のナノワイヤー合成プロセス中に非晶質酸化物層でしばしば部分酸化されるにすぎないので、非常に複雑である傾向がある。例えば、成長したままのシリコンナノワイヤーは、異なる分布、電荷および／または表面特性の多機能性表面基を含有することが分かった。これらのタイプのワイヤーは、前述のような１つもしくはそれ以上の分散剤または界面活性剤の存在下でさえも水性媒体に分散することがより困難である傾向がある。無機ナノワイヤーの酸化は、例えば、ナノワイヤーの表面をより一様にし、その結果ワイヤーがより少ない分散剤で、そして凝集なしに溶液により容易に懸濁されることを可能にする。
【００５３】
ナノワイヤーは、熱酸化または化学酸化をはじめとする様々な方法を用いて酸化されてもよい（例えば、ナノワイヤーの表面を溶液中で、例えば、異なる末端基のシランなどの小分子を使用することにより化学修飾することによって）。一実施形態では、ナノワイヤーは、ナノワイヤー担持ウェハーを迅速熱酸化（ＲＴＯ）チャンバーへ入れることによって迅速に熱酸化され、それは典型的にはＮ２雰囲気でチャンバーの温度を約５００℃以下に上げる。ＲＴＯチャンバーで、温度は次に酸素中で迅速に、例えば、１００℃／秒で、所望の温度、例えば、＞８５０℃（典型的には９００〜１１００℃）に上げられ、そしてＯ２飽和雰囲気中で数分間放置される。温度は次に、Ｎ２中で周囲温度に戻される。典型的には、９００〜１１００℃の温度で１〜１０分間は約５０〜約１００オングストロームの酸化物層をもたらす。類似の方法が、Ｏ２に加えて、例えば、ＮＨ３、Ｎ２ＯまたはＮＯをはじめとする異なる反応性ガスを使用して、窒化物またはオキシ窒化物シェルをコアナノワイヤー上に提供するために用いられてもよい。あるいはまた、窒化は、例えば、かかるガスを酸化後にＲＴＯチャンバーへ導入することによって、酸化物層の一面に行うことができる。同様に、ＲＴＯ法は、表面汚染物質およびシリコンナノワイヤー中の欠陥を除去することによって、比較的欠陥のない界面をコアナノワイヤーとその取り囲む酸化物層との間に提供するために、「成長−エッチ−成長」法で交互エッチ工程と組み合わせることができる（例えば、米国特許第６，３８０，１０３号明細書を参照されたい）。エッチング工程はＲＴＯチャンバー内で行われてもよいが、それが酸化物形成工程に影響を及ぼすかもしれないので、それは一般にあまり望ましくない。典型的には、蒸気エッチ工程が酸化物形成前に行われる。ＲＴＯチャンバーを用いる代わりに、ナノワイヤーは、標準酸化プロセスを用いて通常の酸化炉で酸化されてもよい。
【００５４】
ナノワイヤー分散組成物の塗布
本発明はまた、本発明のナノワイヤー分散組成物を含む電子回路を提供する。本発明の教示を用いる好適にも安定なナノワイヤー懸濁液は、高性能エレクトロニクス用の有用なビルディングブロックである。実質的に同じ方向に配向したナノワイヤーの収集物は高いモビリティ値を有するであろう。さらに、ナノワイヤーは、安価な製造を可能にするために溶液でフレキシブルに処理することができる。ナノワイヤーの収集物は、ナノワイヤーの薄膜を達成するために溶液からいかなるタイプの基板上へも容易にアセンブルすることができる。例えば、半導体デバイスに使用されるナノワイヤーの薄膜は、２、５、１０、１００、およびそれらの量の間のまたはそれらの量より多い任意の他の数のナノワイヤーを、高性能エレクトロニクスでの使用のために含むように形成することができる。
【００５５】
本発明のナノワイヤーはまた、いかなるタイプの基板上にもフレキシブルにスピンコートできる、有機半導体材料などのポリマー／材料と組み合わせられたときに高性能複合材料を製造するために使用することもできる。ナノワイヤー／ポリマー複合材料は、純ポリマー材料よりも優れた特性を提供することができる。ナノワイヤー／ポリマー複合材料に関するさらなる詳細は下に提供される。
【００５６】
本発明のナノワイヤーの収集物または薄膜は、互いに実質的に平行であるように整列させることができるか、または非整列かもしくはランダムのままにしておくことができる。ナノワイヤーの非整列収集物または薄膜は典型的には、１〜１０ｃｍ２／Ｖ・ｓの範囲のモビリティ値を有する、ポリシリコン材料に匹敵するまたはそれより優れた電子的特性を提供する。
【００５７】
本発明のナノワイヤーの整列薄膜は様々な方法で得ることができる。例えば、ナノワイヤーの整列薄膜は、次の技法：（ａ）ラングミュア−ブロジェット（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）膜整列物；（ｂ）米国特許第６，８７２，６４５号明細書に記載されているなどの、そしてそっくりそのまま参照により本明細書に援用される、流体流れアプローチ；および（ｃ）機械的剪断力の適用を用いることによって製造することができる。例えば、機械的剪断力は、ナノワイヤーを第１および第２表面の間に置き、そして次にナノワイヤーを整列させるために第１および第２表面を反対方向に動かすことによって用いることができる。ナノワイヤー／ポリマー組成物の整列薄膜は、これらの技法、引き続きナノワイヤーの生成薄膜上への所望ポリマーのスピン−キャスティングを用いて得ることができる。例えば、ナノワイヤーは液体ポリマー溶液で堆積させることができ、整列は次にこれらのまたは他の整列法の１つによって行うことができ、整列ナノワイヤーは硬化させる（例えば、ＵＶ硬化させる、架橋させるなど）ことができる。ナノワイヤー／ポリマー複合材料の整列薄膜はまた、ナノワイヤー／ポリマー複合材料のランダムに配向した薄膜を機械的に延伸することによって得ることもできる。
【００５８】
ｐ−ドープナノワイヤーおよびｎ−ドープナノワイヤーは別々に製造し、マクロ電子基板などの、表面上へ均一混合物で沈積させることができる。巨視的なレベルで、生じた材料は高濃度のｎ−およびｐ−ドーパントの両方を含有するように見える。ｐ−およびｎ−ドープナノワイヤーのかかる混合物を生み出すことによって、あたかもそれらがｎ−およびｐ−ドープ両方されているように応答するマクロ電子デバイスを製造することができる。例えば、ｎ−ドープおよびｐ−ドープナノワイヤーの両方を含むナノワイヤーの生じた薄膜は、ｎ−ドープおよびｐ−ドープナノワイヤーの両方の特性を示すことができる。例えば、ダイオード、トランジスタ、および他の公知の電気デバイスは、ｐ−ドープナノワイヤーおよびｎ−ドープナノワイヤーの組み合わせを含むように製造することができる。
【００５９】
本発明のナノワイヤー分散組成物はまた、本明細書に記載されるようなナノワイヤーヘテロ構造体を用いて、ｐ−ｎダイオード、トランジスタ、および他の電気デバイスなどの電気デバイスを製造するために使用することもできる。ナノワイヤーヘテロ構造体は、ナノワイヤーの長さに沿ってまたは１つもしくは多数のコア−シェル構造体に複数のｐ−ｎ接合を含み、それらの長さに沿っておよび／または同軸上に、異なってドープされている交互の部分またはセグメントを含むことができる。
【００６０】
多数の電子デバイスおよびシステムは、本発明の方法によって製造されたナノワイヤーの薄膜と共に半導体または他のタイプのデバイスを組み入れることができる。本発明についての幾つかの実例用途は、例示目的のために本明細書で下にまたは別のところで記載され、限定的ではない。本明細書に記載される用途は、ナノワイヤーの整列または非整列薄膜を含むことができ、ナノワイヤーの複合または非複合薄膜を含むことができる。
【００６１】
半導体デバイス（または他のタイプのデバイス）は、他の電子回路の信号と結合することができ、および／または他の電子回路と統合することができる。半導体デバイスは大きいフレキシブルまたはリジッド基板上に形成することができ、それは次に分離するかまたはより小さい基板へダイスカットすることができる。さらに、大きな基板（すなわち、通常の半導体ウェハーより実質的に大きい基板）上で、その上に形成された半導体デバイスは相互接続することができる。
【００６２】
本発明のナノワイヤー分散組成物はまた、単一半導体デバイスを必要とする用途で、そしてマルチプル半導体デバイスに組み入れることもできる。例えば、本発明のナノワイヤー分散組成物は、その上に複数の半導体デバイスが形成される大面積マクロ電子基板に特に適用できる。かかる電子デバイスは、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤディスプレイ、電界放出ディスプレイ用のディスプレイ駆動回路を含むことができる。他のアクティブディスプレイは、ナノワイヤー−ポリマー、量子ドット−ポリマー複合材料から形成することができる（該複合材料はエミッターおよびアクティブ駆動マトリックスとして両方で機能することができる）。本発明のナノワイヤー分散組成物はまた、スマート図書館、クレジットカード、大面積アレイセンサー、およびスマートカード、スマート棚札などをはじめとする、無線ＩＣ（ＲＦＩＤ）タグにも適用できる。
【００６３】
本発明のナノワイヤー分散組成物はまた、デジタルおよびアナログ回路用途にも適用できる。特に、本発明のナノワイヤー分散組成物は、大面積基板で超大規模統合を必要とする用途で有用である。例えば、本発明の方法によって製造されたナノワイヤーの薄膜は、論理回路、記憶回路、プロセッサー、増幅器、ならびに他のデジタルおよびアナログ回路に組み入れることができる。
【００６４】
本発明のナノワイヤー分散組成物は光起電用途に適用することができる。かかる用途では、透明導電基板が特定の光起電デバイスの光起電特性を高めるために使用される。例えば、かかる透明導電基板は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などのフレキシブル大面積代替品として使用することができる。基板は、大きいバンドギャップ、すなわち、可視光より大きいバンドギャップを有するために形成されるナノワイヤーの薄膜でコートすることができ、その結果それは非吸収であろうが、その上部に形成されるであろう光起電デバイスの活性材料と足並みを揃えたＨＯＭＯバンドかＬＵＭＯバンドかのどちらかを有するように形成されるであろう。透明導体は、電流を光起電デバイスから運び去るために吸収光起電材料の２面上に置くことができる。２つの異なるナノワイヤー材料、光起電材料ＨＯＭＯバンドのそれと足並みを揃えたＨＯＭＯを有する１つ、および光起電材料のＬＵＭＯバンドと足並みを揃えたＬＵＭＯを有する他方を選ぶことができる。２つのナノワイヤー材料のバンドギャップは光起電材料のそれよりはるかに大きいように選ぶことができる。ナノワイヤーは、この実施形態によれば、基板がほとんど非吸収のままであることを可能にしながら、ナノワイヤーの薄膜の抵抗を下げるために軽くドープすることができる。
【００６５】
従って、広範囲の軍需品および消費者商品は、本発明のナノワイヤー分散組成物を組み入れることができる。例えば、かかる商品はパーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバー、ネットワークデバイス、ＰＤＡおよびパームパイロットなどのハンドヘルド電子デバイス、電話（例えば、携帯および標準）、ラジオ、テレビジョン、電子ゲームおよびゲームシステム、ディスプレイ（例えば、アクティブマトリックスディスプレイ）、ホームセキュリティシステム、自動車、航空機、ボート、医療デバイス、他の家庭および業務用電化製品などを含むことができる。
【００６６】
上記の無数のエレクトロニクス用途について、コーティング特性を改善するためにナノワイヤーの懸濁液に加えられたナノワイヤー分散組成物中の界面活性剤、バインダー、安定剤および／または他の化学薬品は、ナノワイヤーによって形成される薄膜の電気的特性に悪影響を及ぼすかもしれない。これらのケースでは、例えば、基板表面上へのナノワイヤーの堆積後にナノワイヤー表面とデバイス接点との間に十分な電気的接続性を提供するために、ナノワイヤーを乱すことなく、これらの化学薬品を除去することが望ましいかもしれない。残留化学薬品を洗い流すなどの幾つかの方法は、ナノワイヤーもまた除去する傾向がある。クリーニングの化学的方法に加えて、表面汚染物質を除去するために例えば、酸素、高周波プラズマを用いるプラズマクリーニングなどの物理的方法を用いることができる。基板表面をきれいにするために用いることができる他の物理的方法には、レーザークリーニング、他の低損傷、気相クリーニング法、および恐らく分子クリーニング（例えば、分子スケールでのすべての汚染物質の除去）が含まれる。
【実施例】
【００６７】
次の非限定的な実施例は、本発明の教示に従ったナノワイヤー分散組成物を例示する。
【００６８】
材料：
次の原材料を使用して次に来る実施例でのナノワイヤー分散組成物を調製した。
【００６９】
実施例で使用する非イオン性界面活性剤は、エア・プロダクツ、ペンシルバニア州から入手したサーフィノール４２０、サーフィノール４４０、サーフィノール２１１、およびサーフィノール２２１であり；プルロニックＬ−１７Ｒ、プルロニックＬ−３１、プルロニックＬ−６１、プルロニックＬ−６２、プルロニックＬ−６４、プルロニックＬ−８１、プルロニックＬ−９２、プルロニックＬ−１０１、プルロニックＦ−７７、およびプルロニックＦ−８８のブロック共重合体はバスフから入手し；シルウェットＬ−７７、シルウェットＬ−７６０８、シルウェットＬ−７０８７、シルウェットＬ−７２８０、およびシルウェットＬ−８６２０はＧＥシリコーンズ（ＧＥ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ）から入手した。
【００７０】
アンモニウムポリアクリレートは、ローム・アンド・ハース（Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ）からアクリゾールＧ−１１１として商業的に入手した。サンコア（ＳＡＮＣＯＲＥ）２７２５と称されるポリウレタンラテックスはノベオン社、オハイオ州クリーブランド（Ｎｏｖｅｏｎ，Ｉｎｃ．Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯＨ）から入手した。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、トリトンＸ−１００、トリトンＸ−４０５、トゥイーン４０、およびスパン２０はアルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）から入手した。
【００７１】
下に提供される表１は、下の支援実施例で使用された様々な陰イオン性、陽イオン性、非イオン性および高分子界面活性剤を示す。
【表１】
【００７２】
ナノワイヤー合成：
結晶性Ｓｉナノワイヤーを、上記のＶＬＳ法を用いて成長させた。ワイヤーを、ガス前駆体としてＳｉＨ４を使用して４インチウェハー上に大気圧で成長させた。ナノワイヤー成長は４９０℃で９０分間起こった。直径が６０ｎｍのＡｕナノ粒子をウェハー上にランダムに置き、ＶＬＳ反応用の触媒として使用した。すべてのウェハーを同じやり方で処理した。
【００７３】
超音波処理：
あらゆる４つのナノワイヤー成長ウェハーを別々に、１５０ｍｌの脱イオン（ＤＩ）水／エタノール（４／１）溶液入り１０００ｍｌビーカーに浸漬した。ビーカーを、出力レベル５を用いて２分間水浴中で超音波処理してナノワイヤーを溶液へ移した。ナノワイヤー溶液を撹拌セル膜濾過によって濃縮した。
【００７４】
撹拌セル膜濾過：
ナノワイヤー溶液を、４３ｍｍ直径撹拌セルを用いることによって濃縮した。８μｍ孔径のポリカーボネート膜を使用して幾らかの小さいワイヤー屑（＜１０μｍ）だけでなく水も濾過して取り除き、膜のトップに濃縮ナノワイヤーを保った。
【００７５】
対照１
ＤＩ水中０．０１重量パーセントのナノワイヤー溶液を、＃８マイアー棒を用いることによってビテックス（ＶＩＴＥＸ）フィルム上にコートした。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、暗視野光学顕微鏡を用いてナノワイヤー被覆フィルムの画像を記録した。ワイヤー分散性を写真上でのワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。このサンプルには多くの大きなワイヤー凝集体があり、そしてワイヤー分散は非常に不満足であることが分かった。
【００７６】
実施例１−１
分散混合物を、０．０４ｇのサーフィノール４４０を２ｇのナノワイヤー溶液（対照１での）に加え、そして混合することによって製造した。混合物を、＃８マイアー棒を用いることによってビテックス・フィルム表面上にコートした。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、光学顕微鏡を用いてコーティング上のワイヤー分散系を記録した。ワイヤー分散性をワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−１でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００７７】
実施例１−２
実施例１−２を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０１ｇのポリビニルアルコールを２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）を加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−２でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００７８】
実施例１−３
実施例１−３を、さらに０．０１ｇのポリビニルアルコールを実施例１−１の混合物に加えたことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１および実施例１−２と比較して、実施例１−３でのワイヤー分散は短鎖界面活性剤（サーフィノール４４０）および長鎖水溶性ポリマー（ＰＶＡ）の両方を一緒に混合することによってさらに改善されることが分かった。
【００７９】
実施例１−４
実施例１−４を、ポリビニルアルコールの代わりに、０．０３ｇのポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を実施例１−３の混合物に加えたことを除いては実施例１−３についての手順に従って製造した。対照１および実施例１−２と比較して、短鎖界面活性剤（サーフィノール４４０）および長鎖水溶性ポリマー（ＰＶＰ）の両方の添加はワイヤー分散のさらなる改善を提供することが分かった。
【００８０】
実施例１−５
実施例１−５を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのサーフィノール２１１を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−５でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められるが、コーティング一様性は前の実施例１−１〜１−４ほど良好ではないことが分かった。
【００８１】
実施例１−６
実施例１−６を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのサーフィノール２２１を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−６でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８２】
実施例１−７
実施例１−７を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのトリトンＸ−１００を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−７でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８３】
実施例１−８
実施例１−８を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのトリトンＸ−４０５を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−８でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８４】
実施例１−９
実施例１−９を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのスパン２０を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−９でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８５】
実施例１−１０
実施例１−１０を、サーフィノール４４０の代わりに、０．０３ｇのトゥイーン４０を２ｇナノワイヤー溶液（０．０１重量パーセントのナノワイヤー）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例１−１についての手順に従って製造した。対照１（界面活性剤なし）と比較して、実施例１−１０でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められることが分かった。
【００８６】
第１セットの実施例の結果を下の表２にまとめる。示されるように、サーフィノール４２０および４４０界面活性剤などのより低い分子量およびより低いＨＬＢ値（例えば、約１０未満、例えば、約８未満）を有する界面活性剤が対照と比較して最も改善されたナノワイヤー分散性を提供した。分散組成物へのＰＶＰまたはＰＶＡなどの１つもしくはそれ以上の水溶性ポリマーの界面活性剤との適切な組み合わせは、ナノワイヤーの分散性およびコーティング表面特性をさらに改善することができる。
【表２】
【００８７】
対照２
対照２を、ＤＩ水／エタノール（３／７）中０．０５重量パーセントのナノワイヤー溶液を＃８マイアー棒を用いることによってビテックス・フィルム上にコートしたことを除いては対照１についての手順に従って製造した。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、暗視野光学顕微鏡を用いてナノワイヤー被覆フィルムの画像を記録した。ワイヤー分散性を写真上でのワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。このサンプルには多くの大きなワイヤー凝集体があり、そしてワイヤー分散は非常に不満足であることが分かった。
【００８８】
実施例２−１
実施例２−１を、０．０５ｇのプルロニックＬ−１７Ｒ４を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照２についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照２（界面活性剤なし）と比較して、実施例２−１でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【００８９】
実施例２−２
実施例２−２を、プルロニックＬ−１７Ｒ４の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−６４を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−１についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照２（界面活性剤なし）および実施例２−１と比較して、実施例２−２でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【００９０】
実施例２−３
実施例２−３を、プルロニックＬ−１７Ｒ４の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−６２を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−１についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照２（界面活性剤なし）ならびに実施例２−１および２−２と比較して、実施例２−３でコーティングのより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【００９１】
実施例２−４
実施例２−４を、プルロニックＬ−１７Ｒ４の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−８１を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−１についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照２および実施例２−１〜２−３と比較して、実施例２−４でコーティングの最良のワイヤー分散が認められたことを示す。
【００９２】
実施例２−５
実施例２−５を、プルロニックＬ−８１の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−１０１を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−４についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照２より改善されたが、実施例２−４と比べて良好ではなかったことを示す。
【００９３】
実施例２−６
実施例２−６を、プルロニックＬ−１０１の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＦ−８８を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−５についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照２に似ていたことを示す。
【００９４】
実施例２−７
実施例２−７を、プルロニックＦ−８８の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＦ−７７を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−６についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照２に似ていたことを示す。
【００９５】
実施例２−８
実施例２−８を、プルロニックＦ−７７の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−３１を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−７についての手順に従って製造した。ワイヤー分散は対照２より改善されたが、ワイヤー分散は実施例２−４と比べて良好ではなかった。
【００９６】
実施例２−９
実施例２−９を、プルロニックＬ−３１の代わりに、０．０５ｇのプルロニックＬ−９２を１ｇナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−８についての手順に従って製造した。ワイヤー分散は対照２より改善されたが、ワイヤー分散は実施例２−４および２−８と比べて良好ではなかった。
【００９７】
実施例２−１０
実施例２−１０を、さらに２％（ナノワイヤー溶液の総重量基準で）のサンコア２７２５（ポリウレタンラテックス分散系）を１ｇのナノワイヤー溶液（対照２ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては実施例２−２についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照２（および実施例２−２）と比べて改善されたことを示す。加えて、コーティング表面粘着性はＰＵラテックスを加えることによって改善された。
【００９８】
第２セットの実施例の結果を下の表３にまとめる。示されるように、プルロニックＬ−３１、Ｌ−６２、およびＬ−８１などのより低い分子量およびより低いＨＬＢ値（例えば、約１０未満、例えば、約８未満）を有するプルロニック・ポリマー界面活性剤は、対照と比較して最も改善されたナノワイヤー分散性を提供した。ナノワイヤー分散系へのＰＵラテックスの添加は、ナノワイヤーの分散性を犠牲にすることなくナノワイヤー分散系コーティング表面の保護に役立つことができる。
【表３】
【００９９】
対照３
対照３を、ＤＩ水／エタノール（８／２）中０．０５重量パーセントのナノワイヤー溶液を＃８マイアー棒を用いることによってビテックス・フィルム上にコートしたことを除いては対照１についての手順に従って製造した。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、暗視野光学顕微鏡を用いてナノワイヤー被覆フィルムの画像を記録した。ワイヤー分散性を写真上でのワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。このサンプルには多くの大きなワイヤー凝集体があり、そしてワイヤー分散は非常に不満足であることが分かった。
【０１００】
実施例３−１
実施例３−１を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７７を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照３と比較して、実施例３−１でコーティングのわずかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０１】
実施例３−２
実施例３−２を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−１ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−１についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−１と比較して、実施例３−２でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０２】
実施例３−３
実施例３−３を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７６０８を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、対照３と比較して、実施例３−３でコーティングのわずかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０３】
実施例３−４
実施例３−４を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−３ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−３についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−３と比較して、実施例３−４でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０４】
実施例３−５
実施例３−５を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７２８０を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、コーティングのワイヤー分散が対照３より改善されたことを示す。
【０１０５】
実施例３−６
実施例３−６を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−５ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−５についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−５と比較して、実施例３−６でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０６】
実施例３−７
実施例３−７を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７０８７を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照３のように良好ではなかったことを示す。
【０１０７】
実施例３−８
実施例３−８を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−７ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−７についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−７と比較して、実施例３−８でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１０８】
実施例３−９
実施例３−９を、０．０１ｇのシルウェットＬ−７６５０を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照３のように良好ではなかったことを示す。
【０１０９】
実施例３−１０
実施例３−１０を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−９ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−９についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−９と比較して、実施例３−１０でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１１０】
実施例３−１１
実施例３−１１を、０．０１ｇのシルウェットＬ−８６２０を１ｇナノワイヤー溶液（対照３ナノワイヤー溶液）に加え、それに引き続き混合したことを除いては対照３についての手順に従って製造した。光学顕微鏡写真結果は、ワイヤー分散が対照３と比べて良好ではなかったことを示す。
【０１１１】
実施例３−１２
実施例３−１２を、さらに０．０１ｇのＡＧ−１１１を実施例３−１１ナノワイヤー溶液の混合物に加え、そして再び混合したことを除いては実施例３−１１についての手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真結果は、実施例３−１１と比較して、実施例３−１２でコーティングのはるかにより良好なワイヤー分散が認められたことを示す。
【０１１２】
第３セットの実施例の結果を下の表４にまとめる。示されるように、シルウェットＬ−７７、Ｌ−７６０８、Ｌ−７０８７およびＬ−７２８０などのより低い分子量およびより低いＨＬＢ値を有するシルウェット界面活性剤は、対照と比較して最も改善されたナノワイヤー分散性を提供した。ナノワイヤー分散組成物へのＡＧ−１１１などの水溶性ポリマーの添加は、液体組成物中のナノワイヤーの分散をさらに高めた。
【表４】
【０１１３】
実施例４
次の非限定的実施例は、本発明の教示に従って、ワイヤーを溶液に分散させる前にナノワイヤー上に酸化物層を形成することによる改善されたナノワイヤー分散を例示する。
【０１１４】
ナノワイヤー合成：
結晶性Ｓｉナノワイヤーを、上記のＶＬＳ法を用いて成長させた。ワイヤーを、ガス前駆体としてＳｉＨ４を使用して４インチウェハー上に大気圧で成長させた。ナノワイヤー成長は４９０℃で９０分間起こった。直径が６０ｎｍのＡｕナノ粒子をウェハー上にランダムに置き、ＶＬＳ反応用の触媒として使用した。すべてのウェハーを同じやり方で処理した。
【０１１５】
ナノワイヤー酸化：
ナノワイヤー付きウェハーは迅速熱酸化（ＲＴＯ）システムにおいて大気圧でＯ２環境中９００℃で乾燥熱酸化を受けた。５００℃での１分チャンバー順化がその直前に行われるものの、酸化相は長さが８分であった。この方法は典型的にはＲＴＯシステムで１０〜１２ｎｍのＳｉＯ２を成長させる。類似の方法を、標準炉酸化システムを用いて、適宜に継続期間を調整して行うことができる。酸化はまた、より高い温度、典型的には約１０００℃以下の温度を用いて行うこともできる。酸化時間は、当該ケースで適宜短くされる必要がある。酸化物の品質は典型的にはこの間隔内ではそれほど異ならない。
【０１１６】
超音波処理：
あらゆる４つのナノワイヤー成長ウェハーを別々に、１５０ｍｌのＤＩ水／エタノール（２／１）溶液入り１０００ｍｌビーカー中へ浸漬した。ビーカーを、出力レベル５を用いて２分間水浴中で超音波処理してナノワイヤーを溶液へ移した。
【０１１７】
撹拌セル濾過：
ナノワイヤー溶液を、４３ｍｍ直径撹拌セルを用いることによって濃縮した。１２μｍ孔径のポリカーボネート膜を使用して水を濾過して取り除き、膜のトップに濃縮ナノワイヤーを保った。
【０１１８】
対照４
さらなる表面酸化なしのナノワイヤーを完全に超音波処理し、膜濾過によってＤＩ水／エタノール（８０／２０）中０．０３重量％溶液に濃縮した。分散混合物を、先ず０．０３ｇのサーフィノール４４０および０．０１５ｇのプルロニックＬ−６４を１ｇのナノワイヤー溶液（０．０３重量％）に加え、そして混合することによって製造した。次に、０．０１５ｇのアクリゾールＧ−１１１を固体で混合物に導入し、再び混合した。最終混合物を、７ｍｍドクターブレード手動ドローダウンを用いることによってビテックス・フィルム表面上にコートした。コーティングを８０℃オーブン中で５分間乾燥させた。次に、暗視野光学顕微鏡を用いてコーティングのワイヤー分散を画像形成した。ワイヤー分散性をワイヤー凝集体のレベルに基づいて目視検査した。このコーティングには多くの大きなワイヤー凝集体があることが分かった。
【０１１９】
実施例４−１
実施例４−１を、対照４に使用したナノワイヤーと置き換えるために表面酸化ナノワイヤーを使用したことを除いては対照４についてと同じ手順に従って製造した。コーティング後に、光学顕微鏡写真は、対照４と比較して、コーティングでの凝集体が表面酸化処理のために著しく減少したことを示す。
【０１２０】
本発明の様々な実施形態が上に記載されてきたが、それらはほんの一例として、そして限定ではなく提示されてきたことが理解されるべきである。本発明の精神および範囲から逸脱することなくそれらの中で形態および詳細の様々な変更を行い得ることは当業者に明らかであろう。このように、本発明の広がりおよび範囲は上記の模範的な実施形態のいかなるものによっても限定されるべきではないが、次の特許請求の範囲およびそれらの同等物に従ってただ単に規定されるべきである。
【０１２１】
本明細書に述べられたすべての刊行物、特許および特許出願は、本発明に関係する当業者の技能のレベルを示すものであり、そしてまるで各個々の刊行物、特許または特許出願が参照により援用されるべきであると具体的に、そして個々に示されているかのように同じ程度に参照により本明細書に援用される。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】図１Ａは単結晶半導体ナノワイヤーコア（本明細書では以下「ナノワイヤー」）１００を例示する。図１Ｂはコア−シェル構造に従ってドープされたナノワイヤー１１０を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの低分子量分散剤を含む水溶液または非水溶液に懸濁された複数の無機ナノワイヤーを含むナノワイヤー分散組成物。
【請求項２】
前記分散剤が非イオン性または高分子界面活性剤から選択される、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項３】
前記分散剤が非イオン性シルウェット界面活性剤、サーフィノール界面活性剤、プルロニック高分子界面活性剤、およびそれらの組み合わせまたは混合物からなる群から選択される、請求項２に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項４】
前記分散剤が約２０未満のＨＬＢ値を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項５】
前記分散剤が約１０未満のＨＬＢ値を有する、請求項４に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項６】
前記分散剤が約５，０００未満の分子量を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項７】
前記分散剤が約３，０００未満の分子量を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項８】
前記分散剤が約１，０００未満の分子量を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項９】
前記ナノワイヤーが前記水溶液または非水溶液に懸濁される前に酸化される、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１０】
前記ナノワイヤーが前記水溶液または非水溶液に懸濁される前にＲＴＯチャンバーで熱酸化される、請求項９に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの分散剤がブロック共重合体を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１２】
前記ブロック共重合体がジブロック共重合体を含む、請求項１１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１３】
前記ジブロック共重合体がプルロニックＬ−３１、Ｌ−６２またはＬ−８１を含む、請求項８に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１４】
０．０１〜２０重量％分散剤を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１５】
約１．０〜１５重量％分散剤を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１６】
約１〜８重量％分散剤を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１７】
前記水溶液または非水溶液が蒸留水、エタノール、メタノールまたはそれらの混合物を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１８】
１つもしくはそれ以上のバインダーをさらに含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１９】
前記１つもしくはそれ以上のバインダーがポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、およびヒドロキシエチルセルロースからなる群から選択された１つもしくはそれ以上の水溶性ポリマーを含む、請求項１８に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２０】
アンモニウムポリアクリレートアクリゾールＧ−１１１、ＰＶＡ、およびＰＶＰからなる群から選択された長鎖高分子分散剤をさらに含む、請求項２に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２１】
前記複数のナノワイヤーが半導体または金属酸化物ナノワイヤーを含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２２】
前記複数のナノワイヤーがシリコンナノワイヤーを含む、請求項２１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２３】
上に薄膜として堆積された請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物を含むフレキシブル基板。
【請求項２４】
上に薄膜として堆積された請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物を含むリジッド基板。
【請求項２５】
上に薄膜として堆積された請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物を含むアクティブマトリックスディスプレイ・バックプレーン。
【請求項２６】
請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物が上に薄膜としてコートされたプラスチック基板。
【請求項２７】
前記複数のナノワイヤーが約１０より大きいアスペクト比を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２８】
前記複数のナノワイヤーが約１００より大きいアスペクト比を有する、請求項２７に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２９】
前記複数のナノワイヤーが約１０００より大きいアスペクト比を有する、請求項２７に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項３０】
少なくとも１つの低分子量ブロック共重合体分散剤を含む水溶液または非水溶液に懸濁された複数の無機ナノワイヤーを含むナノワイヤー分散組成物。
【請求項３１】
前記分散剤が約５，０００未満の分子量を有する１つもしくはそれ以上のプルロニック・シリーズのブロックポリマーを含む、請求項３０に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項３２】
低分子量分散剤を水溶液または非水溶液へ導入することを含む、前記水溶液または非水溶液への複数の無機ナノワイヤーの分散性を改善する方法。
【請求項３３】
前記分散剤が約１５未満のＨＬＢ値を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記分散剤が約１０未満のＨＬＢ値を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記分散剤が約３，０００未満の分子量を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記分散剤が非イオン性または高分子界面活性剤から選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記分散剤が非イオン性シルウェット界面活性剤、サーフィノール界面活性剤、プルロニック高分子界面活性剤、ならびにそれらの組み合わせおよび混合物からなる群から選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記分散剤がプルロニック・ポリマー界面活性剤を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
アンモニウムポリアクリレートアクリゾールＧ−１１１、ＰＶＡ、およびＰＶＰからなる群から選択された１つもしくはそれ以上の低鎖高分子分散剤を前記水溶液または非水溶液へ導入することをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記ナノワイヤーがシリコンナノワイヤーを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項４１】
前記ナノワイヤーが約１０００より大きいアスペクト比を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項４２】
ナノワイヤーを水溶液または非水溶液に分散させる前に非化学的酸化プロセスを用いて前記ナノワイヤーを酸化することを含む、前記溶液への複数の無機ナノワイヤーの分散性を改善する方法。
【請求項４３】
前記ナノワイヤーの酸化が９００℃またはそれより上で熱酸化プロセスを行って前記ナノワイヤー上にＳｉＯｘの１つもしくはそれ以上のシェル層を形成することを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記１つもしくはそれ以上のシェル層がＳｉＯ２を含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記複数のナノワイヤーがシリコンナノワイヤーを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも１つの低分子量分散剤を含む水溶液または非水溶液に懸濁された複数の無機ナノワイヤーを含むナノワイヤー分散組成物。
【請求項２】
前記分散剤が非イオン性または高分子界面活性剤から選択される、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項３】
前記分散剤が非イオン性シルウェット界面活性剤、サーフィノール界面活性剤、プルロニック高分子界面活性剤、およびそれらの組み合わせまたは混合物からなる群から選択される、請求項２に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項４】
前記分散剤が約２０未満のＨＬＢ値を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項５】
前記分散剤が約１０未満のＨＬＢ値を有する、請求項４に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項６】
前記分散剤が約５，０００未満の分子量を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項７】
前記分散剤が約３，０００未満の分子量を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項８】
前記分散剤が約１，０００未満の分子量を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項９】
前記ナノワイヤーが前記水溶液または非水溶液に懸濁される前に酸化される、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１０】
前記ナノワイヤーが前記水溶液または非水溶液に懸濁される前にＲＴＯチャンバーで熱酸化される、請求項９に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの分散剤がブロック共重合体を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１２】
前記ブロック共重合体がジブロック共重合体を含む、請求項１１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１３】
前記ジブロック共重合体がプルロニックＬ−３１、Ｌ−６２またはＬ−８１を含む、請求項８に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１４】
０．０１〜２０重量％分散剤を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１５】
約１．０〜１５重量％分散剤を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１６】
約１〜８重量％分散剤を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１７】
前記水溶液または非水溶液が蒸留水、エタノール、メタノールまたはそれらの混合物を含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１８】
１つもしくはそれ以上のバインダーをさらに含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項１９】
前記１つもしくはそれ以上のバインダーがポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、およびヒドロキシエチルセルロースからなる群から選択された１つもしくはそれ以上の水溶性ポリマーを含む、請求項１８に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２０】
アンモニウムポリアクリレートアクリゾールＧ−１１１、ＰＶＡ、およびＰＶＰからなる群から選択された長鎖高分子分散剤をさらに含む、請求項２に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２１】
前記複数のナノワイヤーが半導体または金属酸化物ナノワイヤーを含む、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２２】
前記複数のナノワイヤーがシリコンナノワイヤーを含む、請求項２１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２３】
上に薄膜として堆積された請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物を含むフレキシブル基板。
【請求項２４】
上に薄膜として堆積された請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物を含むリジッド基板。
【請求項２５】
上に薄膜として堆積された請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物を含むアクティブマトリックスディスプレイ・バックプレーン。
【請求項２６】
請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物が上に薄膜としてコートされたプラスチック基板。
【請求項２７】
前記複数のナノワイヤーが約１０より大きいアスペクト比を有する、請求項１に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２８】
前記複数のナノワイヤーが約１００より大きいアスペクト比を有する、請求項２７に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項２９】
前記複数のナノワイヤーが約１０００より大きいアスペクト比を有する、請求項２７に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項３０】
少なくとも１つの低分子量ブロック共重合体分散剤を含む水溶液または非水溶液に懸濁された複数の無機ナノワイヤーを含むナノワイヤー分散組成物。
【請求項３１】
前記分散剤が約５，０００未満の分子量を有する１つもしくはそれ以上のプルロニック・シリーズのブロックポリマーを含む、請求項３０に記載のナノワイヤー分散組成物。
【請求項３２】
低分子量分散剤を水溶液または非水溶液へ導入することを含む、前記水溶液または非水溶液への複数の無機ナノワイヤーの分散性を改善する方法。
【請求項３３】
前記分散剤が約１５未満のＨＬＢ値を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記分散剤が約１０未満のＨＬＢ値を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記分散剤が約３，０００未満の分子量を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記分散剤が非イオン性または高分子界面活性剤から選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記分散剤が非イオン性シルウェット界面活性剤、サーフィノール界面活性剤、プルロニック高分子界面活性剤、ならびにそれらの組み合わせおよび混合物からなる群から選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記分散剤がプルロニック・ポリマー界面活性剤を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
アンモニウムポリアクリレートアクリゾールＧ−１１１、ＰＶＡ、およびＰＶＰからなる群から選択された１つもしくはそれ以上の低鎖高分子分散剤を前記水溶液または非水溶液へ導入することをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記ナノワイヤーがシリコンナノワイヤーを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項４１】
前記ナノワイヤーが約１０００より大きいアスペクト比を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項４２】
ナノワイヤーを水溶液または非水溶液に分散させる前に非化学的酸化プロセスを用いて前記ナノワイヤーを酸化することを含む、前記溶液への複数の無機ナノワイヤーの分散性を改善する方法。
【請求項４３】
前記ナノワイヤーの酸化が９００℃またはそれより上で熱酸化プロセスを行って前記ナノワイヤー上にＳｉＯｘの１つもしくはそれ以上のシェル層を形成することを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記１つもしくはそれ以上のシェル層がＳｉＯ２を含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記複数のナノワイヤーがシリコンナノワイヤーを含む、請求項４４に記載の方法。
【図１】
【公表番号】特表２００８−５３８７２８（Ｐ２００８−５３８７２８Ａ）
【公表日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５０６５７１（Ｐ２００８−５０６５７１）
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１３２９０
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１３２０７
【国際公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（５０５０８２８２２）ナノシス・インク． (32)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１３２９０
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１３２０７
【国際公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（５０５０８２８２２）ナノシス・インク． (32)
【Ｆターム（参考）】
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