CN104756221B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米颗粒材料（NGM），其具有通过电荷以在室温下在重叠激子表面轨道状态下由玻色——爱因斯坦——凝聚（BEC）产生的玻色子的形式移动而以与高Tc半导体相比100倍的电流密度传导电流的非凡能力，并且具有光相关导电率。该材料被设置在导电连接之间，并且是纳米晶体复合材料。本发明还涉及包括NGM的电部件和用于使用无机化合物通过施加于基底的微粒束致沉积来制造NGM的方法和装置，所述无机化合物由于其蒸气压而被吸附在基底的表面上，并且其使得晶体传导相被嵌入包围材料的无机绝缘基质中。

Description

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
背景技术
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迁而载送高电流密度。
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. Sci. Technol. B 13(6) Nov/Dec (1995) 2400-2403中的“Fabrication and Characterization of Platinum nano crystalline Material Grownby Electron-beam Induced Deposition”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。
晶体尺寸对于Au/C而言为：从二甲基——金——三氟醚——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——铂——三甲基沉积的1,8-2,1 nm。[J.Kretz, M. Rudolph, M. Weber, H.W.P. Koops在Microelectronic Engineering 23(1994)477-481中的“Three Dimensional Structurization by Additive Lithography,Analysis of Deposits using TEM and EDX, and Application for Field EmitterTips”]。
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
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。
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。
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。
本发明严格地不同于例如在美国光检测器专利US 6246055 B1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。
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高能光子激励。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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***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***。
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***的电子、离子或光子束缩减图像投射***，所述沉积***具有计算机控制多无机分子和金属前体气体供应***从而以结构化方式限定场发射体尖端的区域布置。
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***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***，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***。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。
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***使用具有计算机控制多前体气体供应***的沉积***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。
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***的沉积***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。
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***的沉积***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***还装配有卤素以蚀刻大面积发射体结构中的所有尖端。
在以下各项中公开了此类过程本身：
M. Bischoff Int. Journal of Electronics 1992, Vol. 73 No.5, 827-828
H.B. Linden, e. Hilt, H.D. Beckey, J. Phys. E: sci. Instruments, Vol11 1987 1033 „High -rate growth of dentrites on thin wire anodes for fielddesorption mass spectrometry"
J.T.L. Thong "Metallic Nanowires grown via field emission inducedgrowth as electron sources" IVNC 2012 Tech digest（技术分类） I 21 page（页） 94.
在下文中，将本发明材料的基质称为M，例如Au/M意指此类基质中的金纳米晶体。
本发明使得能够实现用于高电流导电导线和片材、用于明亮电子和离子源以及用于光子检测器的材料。使用高能电子撞击过程来解决该任务，其产生被制造为纳米晶体材料的材料，该材料由被嵌入绝缘氧化物、氧氮化物或氮化物基质中的导电金属或金属化合物纳米晶体组成，其还用非导电氧化物、氧氮化物或氮化物层或者用在其表面状态中被小几何结构耗尽的半导体材料来围绕所述材料。纳米晶体具有小于15 nm直径的尺寸，并且中间绝缘层在纳米晶体之间薄于2nm，这是单个电荷使用已激励激子表面轨道状态在纳米晶体之间移动的原因，其与相邻晶体中的一些重叠，并且因此自由电子和空穴可以形成遍布于所有NGM材料的玻色子。
通过称为玻色爱因斯坦凝聚（BEC）的效应，正和负电荷可以形成玻色子，其允许在一个能级中的许多玻色子的凝聚。这是从场发射体尖端发射的非常高的电流密度并在没有毁坏的情况下在室温下在细导线中载送的原因。（文献：L.V. Butov等人在NATURE/ Vol.47/47–52，2002年5月2日中的“Towards Bose - Einstein Condensation of excitons inpotential traps”）。通常，金属或金属化合物在其能级结构中不具有带隙，并且因此不能呈现不同间隔的本征态以从光子吸收能量。Si具有1.5 eV的带隙，并且因此可以吸收具有此值的电磁辐射能量子。其在从太阳收集能量的可见光谱中导致Si太阳电池中的约16 %的效能。
另外，具有在10 nm以下的直径的纳米晶体的几何结构量子化防止该高能声子（像在3维电子气体材料（像正常晶体金属或金属合金导体）中）能够被激励。
这是由于在纳米晶体内部仅存在8至12个晶格平面的事实。具有与晶体材料不同的密度的绝缘基质还防止到相邻原子链的脉冲传递。根据Patton和Geller，仅用于声学声子的较低能态被占用，其具有与23,2 K或– 250℃的温度相对应的2 meV的能量。（Patton,K. R. & Geller, M. Phonons: in "A nanoparticle mechanically coupled to asubstrate", Phys. Rev. B 67, 155418 (2003)）。
因此，来自此类材料的光检测器不需要附加功率消耗珀耳帖（Peltier）冷却器以在8μm光子波长（针对Au/M化合物或4 nm晶体直径）下达到检测极限，像商用红外照相机需要具有的。
由于采用吸附分子上的高能电子撞击的制造方法，避免了半导体光检测器所需的许多技术制造步骤，其使得NGM电流引线和检测器的生产更加廉价。
非常少量的化合物材料足以检测光子。在早先的实验中，为了从已从具有2mm×50nm导线宽度和厚度的尺寸的二甲基——金——乙酰丙酮基沉积的Au/M测量光子检测器的效能，在用60 W功率的灯的照明下显示出几个nA的光电流。
电阻变化是从10 ΜΩ至3 ΜΩ。2 meV的电压变化对于1 μV放大器噪声水平下的12位图像对比度而言是良好的。
从Pt/M材料沉积的2μm×2μm的空中检测器显示出类似的结果。最近（尚未公布），我们从0,32 μm2的面积的Pt/M导线测量200 nA的光电流，其以像太阳向地球发送的100 mW/mm2的功率密度照亮结构的区域。太阳光源向地球输送1,36 kW/m2 = 1,36 10Λ3/10Λ4 W/cm2 = 0,136 W/cm2 = 136 mW/cm2，其是我们的实验的激光源强度的百分之一。
因此，如果在空气涂层中生产，这种材料的效率将允许以到目前为止未达到的效率转换来自太阳的能量。
实验显示：具有100 mW/mm2的强度的700 nm波长（=每量子 1.3 eV）的红光释放电子电流密度0,2 μA/3,2 10Λ-9 cm2 = 2 10-7 μm/3,2 10Λ-9= 60 A/cm2 = 60 A/cm2，如果与来自3,2 10Λ-9 cm2的沉积面积的100 mW/mm2的强度一起使用的话。用0,12 V的电压差，这将相当于Pt/M材料的60×0,12 W/cm2 = 7,2 W/cm2收集效率。用136 mW/cm2的日光源（其为实验条件的1/100），NGM材料将已收集到72 mW/cm2。这是明显高于Si太阳电池的值（约为3），其在仅使用黄色至蓝色光时转换此能量的15%，其为20,4 mW/cm2。单色红光中的NGMPt/M材料效率是Si太阳电池的至少3倍。
由于晶体表面处的电子轨道的本征态间隔值的减小的效应，用较大颗粒尺寸来生产纳米颗粒材料将增加电子的数目，其被光子激励并可以遂穿NGM材料。
2 nm的晶体直径对应于125 mV、4 nm至65 eV、6 nm至32,5 meV和8 nm至16 meV的本征态间隔，与硅或类似太阳电池相比，其将对应于用于电磁辐射转换的100倍的效能。
因此，晶体生产的任务是以在沉积中产生较大晶体的方式来选择沉积和材料组成条件。这可以使用附加反应伙伴来实现，其减少形成绝缘基质的限制分子。
对于跃迁导电而言，需要晶体具有小于2 nm的相互的间隔。然而，如果存在大于2nm的间隔，并且跃迁导电是不可能的，则此类材料是绝缘体。一种方法是使用用离子的气体放电，因为其用来用非晶Si3N4绝缘体基质材料（例如用AlTiN的硬层）来涂敷工具。[Lectureof H. Frank GFE at 3rd ITG Workshop on vacuum nano electronics at Bad Honnef19.8.12] 晶体和中间氧化物或氮化物符合该期望。
然而，到目前为止尚未针对光学和电学活动研究紫罗兰外观的材料。
另一方法是使用具有材料通量控制的多源溅射沉积***。
另一方法是用针对导电纳米晶体的多前体反应的ALD原子层沉积和采取重复方式以形成几百纳米厚度的NGM材料层的晶体颗粒的绝缘嵌入。
另一方法是在大的平坦室中使用气体放电以产生具有用于电子的阳极降的快电子，以分解并向靶沉积在放电中供应给气体相的多个化合物的无机前体分子的被吸附混合物。
适当的无机低蒸气压化合物是氟、或Al和Ti的卤素、以及Si。还可以使用由金属和氮化物或氧化物形成导电晶体材料的混合物的其他化合物，但是其必须以其聚合反应能量来选择，这避免其以外延方式与嵌入纳米晶体相中的绝缘相共聚。
通常，晶体核和周围绝缘体的化合物的沉积的晶系不应匹配，并且对于绝缘相而言，需要被阻碍外延，其具有在晶体生长温度的温度以下的外延温度。
大面积地制造NGM材料的另一方式是使用聚焦电子束致沉积，其使用来自用半导体技术和微机械装置产生的气体放电、热源阵列、热场电子源阵列或场发射体阵列的大平行电子束，尤其是使用用纳米压印平版印刷手段复制且然后用场发射体尖端通过高场材料沉积进行供应的尖端阵列。
附图说明
图1示意性地示出了纳米颗粒化合物材料的组成；
图2以示意性表示示出了用于即使在室温下也具有全电子跃迁的库仑阻断的晶域直径；
图3呈现使用来自稳定电子轨道和振荡的玻尔本征值估计的表面电子轨道的评估；
图4呈现Pt/M中的光致电流的测量；
图5是NGM的场发射体尖端的示意性表示；
图6示出了用于生产NGM的装置的示意图；
图7是入射光子的效应的示意性表示；
图8示出了太阳电池；
图9示出了由NGM制成的光子检测器的电流/电压图；
图10示出了场发射体荧光灯；
图11示出了场发射体图像显示器；
图12示出了高功率开关；
图13示出了X射线图像检测器，以及；
图14示出了用于制造区域、导线或条带上导体的装置。
具体实施方式
图1中所示的纳米颗粒材料由导电金属晶体组成，该导电金属晶体由具有原子间间距1的原子3组成，并且纳米晶体被嵌入由氧化物、氧氮化物或氮化物组成的绝缘基质2。
图2在图中示出了用于即使在室温下也具有全电子跃迁的库仑阻断的晶域直径。纳米颗粒材料具有在2和4nm之间的量子点尺寸，并且因此在室温及以上提供离散电荷传递，例如用于玻色——爱因斯坦——凝聚（BEC），以及用于用电子来填充晶体周围的激子轨道水平，其来自在金属的费米水平以上的室温下被占用电子态，该费米水平由于金属中的电子的麦克斯韦能量分布而被填充。
图3针对纳米颗粒材料示出了边缘表面轨道（n1）处的玻尔本征值圆形状态31，其具有将玻尔本征值传输状态32分离的小于120 meV的水平（m*Lambda/2，m是整数）。纳米晶体33的直径在PT/M的情况下可以是2 nm且在Au/M的情况下可以是4 nm。在图3中，描述了标记为34、35、36的其他表面轨道状态n=1、n=2和n=3。这些可以形成激子状态，其与来自相邻晶体的激子状态重叠，并且允许电子和空穴在没有电阻损耗的情况下跨所有NGM分布。激子轨道状态之间的能量带隙对于Pt/M而言为120 meV且对于Au/M而言为65 meV。
NGM材料为每个晶体呈现光子能量陷阱。由于晶体的小尺寸，光子能量的许多部分可以被在NGM材料的薄层中以及还在同一层的相邻晶体中的无弹性拉曼散射吸收。因此，NGM材料是非常高效的吸收体，并且仅要求薄NGM材料层。此特性由于例如太阳电池所需的层的小厚度而以有利的方式节省材料，例如，10个后续吸收体水平对应于20 nm层厚度（Pt/M）或40 nm（Au/M）。
图4的图示出用来自3,2 10Λ-15 cm2的Pt/M沉积面积和1.3 eV的红激光照明的提取电压测量的光致电流。在场发射二极管实验中从0伏开始测量光致电流，给出电子由于圆形轨道激子电子状态的激励而被从晶体释放的证据。
图5的上部示出了如用将所有晶体图像叠加在一个图片中的透射电子显微镜显示的具有金属纳米晶体1和嵌入绝缘体基质2的NGM的场发射体尖端的示意性表示。图5的中间表示三个单晶体的表面轨道中的电子的三个电势和等距离本正值，具有能级6、晶体之间的隧道势垒7、真空隧道势垒8、由于外部电压施加而引起的势差9、能级处的电子10、跃迁到下一晶体之后的电子11、跃迁到下一晶体之后的电子12。电子最后作为场发射电子13通过遂穿电势8而离开晶体5。图5的底部示出了单晶体3、4、5的示意图。
图6示出了用于生产NGM的装置的示意图。由NGM制成的包括场发射体或热场发射体、热或气体放电源的电子束源产生分别地在基底或样本65上指引的电子束60。通过喷嘴66供应前体分子67。图6中所示的所有元件被布置在包含约10-4至10-7毫巴的高真空的反应室610中。电子束60产生二次电子，其与通过喷嘴66供应的前体分子67反应。这导致使金属原子中的前体分子67开裂，其首先聚合成纳米晶体63和绝缘材料，其形成纳米晶体被嵌入其中的基质。
前体分子61由于在与被激励前体气体的反应中由挥发反应产物形成而从前体分子蚀刻基底材料64吸收前体分子62基团69。
图7是入射光子的效应的示意性表示。上部示意性地示出具有轨道710、711、712的相互非常接近的两个纳米晶体713，由此，被激励电子的轨道710、711、所谓的已激励激子状态重叠。重叠的已激励激子状态是玻色——爱因斯坦——凝聚形成波色子的原因，其以高密度处于该水平中，并允许在具有5nm以下的晶体直径的纳米颗粒材料中在室温下的巨大的电流密度和异常的高电流。入射光子719将电子从较低激子水平715提高到吸收能量720的较高激子水平714。线717和718描述了纳米晶体的表面和内轨道。借助于电场721，能级714、721上的电子向右移动，而能级715上的空穴向左移动。电子和空穴可以经历玻色爱因斯坦凝聚并形成玻色子。
在用几eV电子或离子到吸收层的能量供应下的绝缘基底上，材料沉积或蚀刻由包含至少一个金属组分或多个不同的金属组分的无机前体以及包含绝缘体或氧化物的前体形成，用其他辐射或能量输送源的影响形成其他金属或半导体，其还可以被特别地选择成与有机组分反应，并形成在NGM材料中不聚合的挥发相。
将在约束下选择沉积条件以形成纳米颗粒沉积，其具有在1nm与＜15nm之间的晶体尺寸，并且由来自被嵌入非绝缘和绝缘相中的导电金属或金属化合物相的纳米晶体组成，在晶体之间具有非常薄的厚度，例如＜2nm。
所使用的金属、半导体及其前体化合物包含铍、硼、硅、镓、铟、锗、锡、铅、锌、铱、铝、银、金、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镉、铊以及其化合物及其氧化物、氮化物、氧氮化物、磷化物、卤化物以及混合金属化合物，像Sn Zn Ox，例如尖晶石（Spinel）、Zn SnGa、Al Ti N。绝缘基质由硅氧化物、硅氮化物、硅氧氮化物以及金属氧化物、氮化物或磷化氢的其他混合物形成。
图8示出了将电磁辐射、例如日光的能量转换成电能的太阳电池的剖面。NGM被布置在正集电器734与负集电器740之间。电阻器736被绝缘体735与NGM绝缘，形成电场737。由于光子730在NGM上的撞击，电子获得较高能级，并且在由场737给定的方向上遂穿基质。激子电子731移动至正集电器734且激子空穴移动至负集电器740。能量损失之后的光子的其余部分739离开NGM。因为NGM具有非常低的电阻，所以电子引起高电流。但是在集电器733与740之间产生的电压是相对低的，约0.06至0.16 eV。与常规太阳电池相比的效率是非常高的。可以通过将多个单元级联来补偿该较低电压，如还用Si太阳电池执行的那样。
与标准材料相比，NGM中的无弹性拉曼散射过程将具有高截面，因为被激励电子和空穴并未由于电阻性声子相互作用而遭受减速的导电率，而是面对从反应位置传输能量的无限制速度。
图9示出了由具有1μm×50nm的尺寸的NGM制成的光电阻器的电流/电压图。
由用于白色室内光的气体放电灯的光照明，测量曲线91。在黑暗中取曲线92。显而易见的是与灯被接通相比，电压在暗中明显更高。通过US 6,246,055知道此类光电阻器的结构。
图10示出了荧光灯的原理，该荧光灯包括两个板102、1011，其连同隔离物1013一起构建用类似于氖或氙的惰性气体填充的低压容积。其他隔离物103将室划分成单元，其中的每一个包含由NGM发射体107组成的电子源。隔离物103承载格栅105。绝缘层109上的导电层108将阴极电压引导至场发射体尖端107。导电层101构建阳极，并且被磷光体斑100覆盖。由于纳米颗粒材料尺寸，由于由电子发射NGM晶体的小半径引起的高场增强因数而大大地减小了场发射所需的电压。用于Au/M的场发射在8 V处开始，而不是如Mo-Spindt阴极所做的那样在70V。
在格栅105的电压Ug在到阳极101的方向上加速由场发射体107发射的电子的操作中。但是这具有约2V的Ua的电势，低于阴极电势Uk。因此，电子并不着陆在层101上，而是在每个单元中振荡，并且将惰性气体激励至亚稳定状态，其辐射撞击磷光体100的UV光。该UV光又被磷光体100转换成可见光。
图11中所示的图像显示器具有与图10中所示的荧光灯类似的结构，并且包括两个板1102，其连同绝缘隔离物1105一起构建用如氖或氙的惰性气体填充的低压（例如1毫巴）容积。围绕格栅（1104）振荡的电子将气体激励到亚稳定状态，其然后通过与磷光体的机械碰撞而激励光发射。高正电势格栅1104加速由场发射体1107发射的电子。场发射体1107可由所提供的提取器1108单独地控制。此外，单元适合于要显示的像素的数目，并且磷光体1103的点发射不同的色彩。
图12示出了使得能够在高电流下切换高电压的一对电源开关，例如3,80 kV和1000 A。针对线1201上的每个半波，在彼此相对的方向上提供一个开关。两个开关包括形成阴极1202的场发射体阵列。提取器电压被供应给电极1203。提取器电压可以低于100 V，并且可被接通和关断以控制阴极1202、1207与阳极1205之间的电子流流动。可以将提取器电极1203布置在场发射体阴极1202的平面中。加速器倍增电极1204使由阴极发射的电子聚焦在阳极1205上。连同阴极基线一起，在一个升离过程中将提取器线制造为绝缘基底上的金属线。
图13中所示的X射线图像检测器包括透明支撑体1402，其由SiO2制成，具有尖端结构作为光阴极1403，其由涂有NGM的NL（纳米压印平版印刷）或SiO2制成，例如通过将形成场发射体尖端1404的高场沉积，该场发射体尖端1404形成二维阵列。被入射光子1401激励，电子被场发射并移动通过微通道板1405，在那里其将信号倍增，并且最后撞击到电荷检测器阵列，可以从那里获取相应信号。
用于制造图14中所示的导体的装置的所有元件在并未描述的真空反应室内。通过气体放电来产生被用于EBID的电子。出于此目的，由针阀1302和压强计1303来控制在1301处供应的气体流。高电压源1304构建提供气体放电1305的电场。电离气体的电子穿过格栅阳极1306中的孔，并被格栅1307的可调整电压加速，以便限定进一步朝着例如玻璃的板1313行进的电子的能量。还可以用热发射体阵列、热或冷场发射体阵列或相应气体离子源来替换气体放电电子源。
前体储存器1310、阀1311、珀耳帖加热器/冷却器以及喷嘴1309被设计成供应前体分子的射束1308。在板1313上，由珀耳帖加热器/冷却器1314来控制其温度，由气体放电所产生的电子感生的二次电子以与关于图6所述的相同方式与前体分子反应。带或导线1316从源卷轴移动至绕组卷轴。热接点1315、1317照看带或导线1316的温度，其约为板1313的温度。还可以通过在基底进入沉积室的真空之前在额外的室中将基底预冷却或预加热来调整基底温度。这种措施允许在其被射束能量撞击转换之前进行过程控制和前体沉积的附加自由度。

Claims (25)

1.包含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，其特征在于基质由绝缘不含碳的材料组成；其中所述绝缘不含碳的材料在纳米晶体之间定义小于2nm的间隔；并且其中所述晶体具有在1nm和8nm之间的量子点尺寸，从而在晶体周围提供空的激子轨道水平。
2.根据权利要求1所述的纳米颗粒材料，其特征在于所述绝缘不含碳的材料是氧化物。
3.根据权利要求1所述的纳米颗粒材料，其特征在于所述绝缘不含碳的材料是氧氮化物。
4.根据权利要求1所述的纳米颗粒材料，其特征在于所述绝缘不含碳的材料是氮化物。
5.根据权利要求1所述的纳米颗粒材料，其特征在于所述绝缘不含碳的材料是半导体。
6.包括根据权利要求1至5中的任一项所述的纳米颗粒材料的电部件，其中，所述纳米颗粒材料被成形为薄层，并且所述电部件具有用于辐射的进入平面和用于向纳米颗粒材料施加电场的电极。
7.根据权利要求6所述的电部件，其中，所述电极被电连接到纳米颗粒材料。
8.根据权利要求6所述的电部件，其中，所述电极与所述纳米颗粒材料电绝缘，并且其中，其他电极被电连接到纳米颗粒材料料的相对边缘。
9.包括根据权利要求1至5中的任一项所述的纳米颗粒材料的电部件，其中，所述纳米颗粒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形成，其中的至少一个对于光子而言是透明的，并且隔离物在平面之间，透明平面在每个单元中用发光层覆盖，所述场发射体尖端与发光层相对地布置，并且隔离物承载加速器格栅。
10.根据权利要求9所述的电部件，其中，所述单元形成组，在每个组内具有不同色彩的发光层。
11.根据权利要求9或10中的任一项所述的电部件，其中，所述场发射体尖端或所述场发射体尖端的组可以被相互单独地激活。
12.根据权利要求9所述的电部件，其中，提取器被附着于所述场发射体尖端中的每一个。
13.包括根据权利要求1至5中的任一项所述的纳米颗粒材料的电部件，其中，所述纳米颗粒材料形成场发射体尖端，其被布置在具有尖端结构的对于光子而言透明的支撑平面上，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相应能级的已激励激子水平，并且通过微通道板与电荷检测器阵列共同作用。
14.包括根据权利要求1至5中的任一项所述的纳米颗粒材料的电部件，其中，所述纳米颗粒材料形成在真空管的一端处被布置为阴极的场发射体尖端的阵列，并且其中，所述真空管还包括阳极和在阴极附近的提取器。
15.根据权利要求14所述的电部件，由此所述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，并且被用于以低电压来对发射进行开关。
16.根据权利要求14和15中的任一项所述的电部件，其中，所述真空管还包括至少一个加速器倍增电极。
17.用于制造根据权利要求1至5中的任一项所述的纳米颗粒材料的方法，其中，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，供应多个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。
18.用于制造根据权利要求1至5中的任一项所述的纳米颗粒材料的装置，在真空室中包括作为沉积***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***。
19.用于制造根据权利要求9至16中的任一项所述的电部件的装置，其中，在真空室中作为沉积***的电子、离子或光子束缩减图像投射***，所述沉积***具有计算机控制多无机分子和金属前体气体供应***从而以结构化方式限定场发射体尖端的区域布置。
20.用于制造根据权利要求1至5中的任一项所述的纳米颗粒材料的细长形式的装置，在真空室中包括作为沉积***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***，并且还包括用于细长纳米颗粒材料的传送***以便移动该纳米颗粒材料通过反应区域。
21.根据权利要求20所述的装置，包括用于保持反应区域中的纳米颗粒材料的温度的装置。
22.用于制造根据权利要求1至5中的任一项所述的纳米颗粒材料的装置，其特征在于电子、离子或光子束阴影掩蔽图像投射使用具有计算机控制多无机分子和金属前体气体供应***的沉积***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纳米颗粒材料。
23.根据权利要求22所述的装置，还包括静电或磁性多束偏转能力。
24.用于制造根据权利要求1至5中的任一项所述的纳米颗粒材料的方法，其中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无机分子和金属前体气体供应***的沉积***通过高场材料沉积以场发射体尖端供应的尖端阵列，采用改进的方法，其在中间步骤中、在与尖端生长过程期间的尖端生长过程相比非常短的时间内测量电子场发射电流，并通过预定义发射电流下的发射的计算机评估在预定义发射电流下停止用于所有并行生长尖端的生长。
25.根据权利要求24所述的方法，其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气体供应***的沉积***来更新所有尖端并在一分子、二分子或三分子沉积过程中用高场化学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气体供应***还装配有卤素以蚀刻大面积发射体结构中的所有尖端。
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