KR20070004766A - 전자 컴포넌트의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자컴포넌트 - Google Patents

전자 컴포넌트의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자컴포넌트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지지 물질(1) 내에서 제1 방향을 따라서 연장하는 적어도 하나의 제1 세공(3)을 형성하도록 상기 캐리어 물질(1)의 제1 애노다이제이션을 수행하는 단계와 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 상기 지지 물질(1) 내에서 연장하는 적어도 하나의 제2 세공(17)을 형성하도록 제2 애노다이징 오퍼레이션을 수행하는 단계를 구성하는 전자 컴포넌트들을 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자 컴포넌트, 지지 물질, 세공, 애노다이징

Description

전자 컴포넌트의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자 컴포넌트{METHOD FOR PRODUCING ELECTRONIC COMPONENTS AND ELECTRONIC COMPONENTS PRODUCE BY SAID METHOD}
본 발명은 전자 컴포넌트들을 제공하기 위한 프로세스들 및 상기 프로세스에 의하여 획득되는 전자 컴포넌트들에 관한 것이다.
프랑스 특허 출원 FR 제03/11959호는 이미 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스들을 개시하는데, 여기서 제1 애노다이징 오퍼레이션(first anodizing operation)이 제1 방향(first direction)을 따라서, 지지 물질 내에서, 연장되는 적어도 하나의 제1 세공(first pore)을 형성하기 위하여 상기 지지 물질 상에서 수행된다.
이러한 프로세스들에 있어서, 애노다이징 오퍼레이션이 이 후에, 액티브 물질(active material)을 수용하기에 적당한 세공들을 형성하기 위하여 물질(material) 상에서 수행된다. 예를 들어, 상기 FR 제03/11959호의 설명에서, 상기 액티브 물질은 탄소 나노튜브(carbon nanotube)이며, 그것의 성장(growth)이 상기 성장이 마련되는 상기 세공의 기하학적 배열(geometry)에 의하여 제한되며(constrained) 지향된다(oriented).
이러한 프로세스들은 나노 구조물들(nanostructures)이 표준 마이크로 전자 장치(standard microelectronic device, 예를 들어 CMOS 타입)로 집적하기에 용이하도록 하는 것을 목적으로 한다.
대안으로서, 본 발명자들은 보다 높은 레벨의 집적에 대한 관점으로 나노 제조 프로세스(nanofabrication process)의 이러한 타입을 사용하는 것을 모색하였다.
따라서 본 발명을 구현하는 한 방법에 따르면, 전자 컴포넌트들을 제조하는 방법이 제공되는데, 상술한 특징들과는 달리, 제2 애노다이징 오퍼레이션이 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 지지 물질 내에서 연장하는 적어도 하나의 제2 세공을 형성하도록 수행된다.
본 발명을 구현하는 본 방법에 따르면, 상기 세공들은 나노브릭스(nanobricks)를 성장 및/또는 구성하기 위하여 사용될 수 있다.
덧붙여, 본질적으로 적어도 두개의 다른 방향들에 따라서 지향되는 세공들이 획득된다. 이것은 상기 세공들의 다양한 지향들(orientations)에 따른 분리된 처리를 수행하기에 용이하도록 한다. 따라서 다른 기능들이 이러한 각각의 방향들에 따라서 상기 세공들에 속하는 것으로 취급하는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 제1 방향에 따라 연장하는 상기 세공 또는 세공들은 예를 들어 트랜지스터의 게이트와 같은 전자 컴포넌트의 한 기능을 제공하기 위하여 사용될 수 있으며, 동시에 상기 제2 방향에 따라 연장하는 상기 세공 또는 세공들은 예를 들어 트랜지스터의 드레인과 같은 컴포넌트의 제2 기능을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명을 구현하는 다른 방법에 따르면, 아래의 사항들(provisions)의 하나 또는 그 이상이 선택적으로 사용된다:
-절연 물질(insulating material)이 상기 제1 세공, 즉 제1 애노다이징된 레이어(first anodized layer)에 형성된다;
-액티브 물질(active material)이 상기 제2 세공, 즉 제2 애노다이징된 레이어에 형성된다. 상기 액티브 물질은 예를 들어 반도체(semiconductor), 초전도체(superconductor), 자성 물질(magnetic material) 및 탄소 구조체(carbon structure)로부터 선택된다;
-반도체 물질(semiconductor material)이 상기 제2 세공 내에서 전착(electrodeposition)에 의하여 증착된다. 상기 반도체 물질은 예를 들어 빛에 투명하다. 이것은 폴리피롤(polypyrrole)과 같은 유기 물질(organic material)일 수 있다;
-지지 기판은 컴포넌트를 위한 자체-지지 구조뿐만 아니라 전기적 접촉 수단을 구성한다. 따라서 본 발명에 의하여, 종래의 마이크로 전자공학에서 일반적으로 사용되는 것들과 같은 기판의 도움이 없이, 자율적으로 다루어질 수 있는 리지드 구조체(rigid structure)를 획득할 수 있다;
-트랜지스터가 제공되며, 그것의 소스 및 드레인 콘택트들 각각은 차례로 상기 제2 세공의 종단들의 하나에 있으며, 게이트 콘택트는 표면 레이어 상에 전도 물질을 증착하여 제공된다;
-상기 지지 물질은 상기 제2 방향에 길이 방향으로 평행하게 연장하는 와이어의 부분-이하, "지지 와이어(support wire)"라 불림-의 형상이다. 이것은 완전하게 신규한 형상으로서, 전자 컴포넌트들의 준비에 대하여 3차원 접근을 허용한다. 따라서 기판 상의 컴포넌트들의 평면적인 지오메트리(planar geometry)에 의하여 부과되는 것에 비교되어, 이러한 컴포넌트들을 제조하기 위하여 수행되는 상기 오퍼레이션들 내에서 적어도 하나의 자유도(degree of freedom)가 얻어진다. 덧붙여, 상기 지지 와이어의 직경은 전자연마(electropolishing)에 의하여 수 미크론에 가깝게 디멘젼(dimensions)을 내려서, 용이하게 제어될 수 있다;
-제1 세공을 포함하는 복수의 세공들은, 각각이 상기 제2 방향에 방사상으로 수직한 상기 지지 와이어의 표면 레이어의 두께를 충분히 넘겨 연장하여, 형성된다. 다른 말로 하면, 이리하여, 제1 애노다이징된 레이어가 형성된다. 이 후, 상기 표면 레이어는 트랜지스터의 게이트를 구성하기 위하여 적당한 유전체로 변환될 수 있다. 예를 들어, 만약 상기 소스 및 드레인 콘택트가 각각 차례로 상기 제2 세공의 종단들 중 하나에 배치되면, 게이트 콘택트가 상기 표면 레이어 상에 전도 물질을 증착함으로써 제공될 수 있다;
-적어도 하나의 액티브 구성요소가 상기 지지 물질을 포함하는 매트릭스 내에 밀봉된다;
-전기적 전도 물질이 상기 제1 세공 및 상기 제2 세공 중 적어도 하나 내에 증착된다;
-광학적 전도 물질이 상기 제1 세공 및 상기 제2 세공 중 적어도 하나 내에 증착된다;
-열적 전도 물질이 상기 제1 세공 및 상기 제2 세공 중 적어도 하나 내에 증착된다;
전자적 전도 물질, 열적 전도 물질 및 광학적 전도 물질로부터 선택된 물질의 적어도 하나의 라인이 상기 액티브 구성요소를 외부 구성요소에 연결하기 위하여, 상기 지지 물질의 표면상에 제공된다; 및
-상기 프로세스는 모두 동일한 특징을 가지며, 상기 지지 물질 상에서 수행되는 다수의 처리 오퍼레이션들을 포함하며, 예를 들어 그것은 상기 제1 애노다이징 오퍼레이션, 상기 제2 애노다이징 오퍼레이션 및 전착 단계를 포함하는, 액체 매질 내에서의 적어도 세 개의 처리 단계들을 포함한다.
이러한 처리 단계들은 상대적으로 제한적이지 않은 오퍼레이팅 조건들 하에서 구현될 수 있다. 이러한 점은 마이크로 전자 컴포넌트들을 제조하는 종래의 프로세스들을 통하여, 이러한 컴포넌트들을 제조하는 프로세스들을 보다 용이하게 구현할 수 있는 이점을 가진다. 이것은 종래의 프로세스들이 예를 들어 기판에의 박막(thin-film) 증착, 포토리소그래피 오퍼레이션들, 마이크로 에칭, 등과 같은 마이크로 전자 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 다수의 오퍼레이션들을 포함하기 때문이다. 이러한 오퍼레이션들은 클린 룸 내에서 사용되는 다소 복잡한 수단들을 요구하며, 초 진공(ultrahigh vacuum) 하에서 작동하는 증착 및/또는 에칭 장치들을 사용한다. 따라서 이러한 프로세스들은 상대적으로 고비용이며, 전자 컴포넌트들의 사이즈 스케일이 계속하여 줄어들수록 보다 고비용이며, 계속 그러할 것이다.
덧붙여, 본 발명을 구현하는 특정 방법들에 있어서, 컴포넌트들에 대한 구조화(structuring)는 나노 세공들(nanopores)의 체계화(organized) 또는 비체계화(unorganized) 네트워크에 의하여 형성되는 "몰드(mold)" 또는 "스켈레톤(skeleton)"에 의하여 본질적으로 부과되며, 리소그래피 오퍼레이션들의 사용을 완전히 필요로 하지 않는 것이 가능하다.
마이크로 전자 컴포넌트들을 위한 종래의 제조 프로세스들과 비교하여, 본 발명을 구현하는 이러한 방법들은 앞서 설명한 바와 같이 경제적인 이점뿐만 아니라 실제 물리학의 관점에서의 이점도 가질 수 있다. 이것은, 훨씬 작은 컴포넌트들을 제공하기 위하여, 수반되는 파장들이 광학 리소그래피에서 사용되는 것들로부터 전자 리소그래피에서 사용되는 것들로 이동하기 때문이다. 그러나 사용되는 상기 수단들은 대량 생산(mass production)에 비교하여 용이하게 만들어질 수 없다. 이제 본 명세서에서 파악되는 본 발명의 구현 방법들을 이용하여, 상기 구조화 스케일들은 분자 레벨에서 동작하는 화학 및/또는 전기화학 처리의 수행을 통하여 본질적으로 부과된다. 따라서 이것은 원자(atoms), 애그리게이트(aggregates), 나노파티클(nanoparticles), 나노튜브(nanotubes), 나노로드(nanorods), 등과 같은 기본적인 나노브릭(nanobricks)으로부터 전자 컴포넌트들을 구조화하는 데 있는 종래 프로세스들에 대한 대안적 접근(alternative approach)이다. 이러한 접근은 기본적인 나노브릭의 스케일에 관하여 "바텀-업(bottom-up)" 접근으로 불린다.
상기 "바텀-업" 접근을 사용하는 종래 기술의 프로세스들은 알려져 있다. 예를 들어, 나노구조(nanostructures)는 원자 힘(atomic force) 또는 스캐닝(scanning) 터널링(tunneling) 현미경을 사용하거나, 솔-겔(sol-gel) 타입의 매질에서의 자체-어셈블리(self-assembly)에 의하거나, 전착, 나노결정 상에서의 결정 성장, 등에 의하여 기본적인 브릭들(bricks)로부터 제공된다.
상기 본 발명을 구현하는 몇몇 방법들은 유추하여, 스켈레톤을 기반으로 한 체계(organization)에 유사하며, 이는 그것의 체계화된 구조(organizational structure)에 의하여, 스켈레톤이 리지드 기계 구조(rigid mechanical structure)를 상기 어셈블리로 제공하는 다양한 구성요소들의 기능적 어셈블리(functional assembly)를 부과하기 때문이다. 본 발명의 범위 내에서, 이 후의 핸들링 과정에서, 그것의 기계적 엄격함(rigidity)에 의하여 여전히 허용하는 사이에, 성장 동안에, 기본 나노브릭들의 체계 또는 자체-체계(self-organization)를 부과하는 리지드 구조가 마찬가지로 형성된다. 그러나 특히 이러한 구조화는 전자 컴포넌트들의 대량 생산을 위한 프로세스와 비교할 때 오늘 날에 있어서 그렇게 보이지 않는 원자-힘 또는 스캐닝 터널링 현미경 팁들을 사용한 나노구조화(nanostructuring)에 있어서 결점을 가지지 않는다.
또한 본 발명을 구현하는 상기 방법들은 재현 가능성의 부족 및 자체-어셈블리에 의하여 형성되는 물체들에 기인한 어려움들을 갖는 자체-어셈블리를 포함하는 구조화 기술들(structuring techniques)에 있어서의 결점을 가지지 않는다. 덧붙여, 상기 자체-어셈블된 물체들의 종래 전자 회로들로의 연결들(connections)은 상술한 종래 마이크로 전자 기술들의 사용을 필요로 하며, 따라서 전술한 결점들을 갖는다.
다른 측면에 따르면, 본 발명은 상술한 프로세스에 의하여 획득되는 전자 컴포넌트에 관한 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 컴포넌트는 제1 방향을 따라서 연장하는 적어도 하나의 제1 세공 및 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 연장하는 적어도 하나의 제2 세공과 함께 지지 물질의 구성요소를 포함한다.
다른 실시예들에 따르면, 상기 컴포넌트는 하나 또는 그 이상의 아래의 사항들(provisions)을 포함한다:
-상기 제2 세공은 도체, 반도체, 초전도체, 자성 물질 및 탄소 구조체로부터 선택되는 액티브 물질에 의하여 적어도 부분적으로 채워진다. 상기 액티브 물질은 빛에 투명하며, 이 경우에 예를 들어 유기 물질이다;
-제1 전기적 콘택트는 상기 제2 세공의 하부 상에, 상기 액티브 물질 및 상기 지지 물질의 사이에서 제공된다;
-상기 지지 물질이 상기 컴포넌트를 위한 자체-지지 구조뿐만 아니라 전기적 접촉 수단을 구성한다;
-지지 물질의 구성요소는 상기 제2 방향에 길이 방향으로 평행하게 연장하는 와이어 부분의 형상내의 것이다. 상기 와이어 부분은 상기 제2 세공에서, 전기적 절연 물질로 구성되는 표면 레이어를 포함하며, 상기 표면 레이어에 대하여 방사상으로 외부에 있는 제2 전기적 콘택트는 상기 표면 레이어 상에 제공된다;
-상기 컴포넌트는 상기 제1 세공 및 상기 제2 세공을 통하여 상기 지지 물질의 표면에 연결되는 적어도 하나의 액티브 구성요소를 포함한다.
본 발명의 다른 측면들, 목적들 및 이익들은 몇몇 전형적인 실시예들 및/또는 구현 방법들에 대한 설명을 읽음에 따라 명백해질 것이다.
또한 본 발명은 아래의 도면들의 도움에 의하여 보다 명료하게 이해될 수 있다:
도 1a 내지 1j(이하, 도 1이라고도 한다)은 본 발명에 따른 프로세스를 구현하는 전형적인 방법의 다양한 제조 단계들 동안 컴포넌트의 전개를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 프로세스의 애노다이제이션 단계들 동안에 사용되는 장치의 예를 개략적으로 도시한다.
도 3a 내지 3l(이하, 도 3이라고도 한다)은 본 발명에 따른 프로세스를 구현하는 다른 전형적인 방법의 다양한 제조 단계들 동안 컴포넌트의 전개를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 컴포넌트의 다른 전형적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
본 발명에 따른 프로세스를 구현하는 첫 번째 전형적 방법이 도 1 및 2와 관련하여 제공된다.
구현에 대한 본 전형적 방법에 따르면, 상기 프로세스는 근본적으로 10개 단계들을 포함하며, 각각은 차례로 도 1a 내지 1j에 의하여 도시된다.
아래에 제공되는 상기 프로세스 예시는 알루미늄 와이어(wire)로 구성되는 지지 물질(1)로부터의 트랜지스터 생산에 적용될 수 있다. 상기 알루미늄 와이어는 예를 들어 직경이 12 미크론인 와이어이며, 어떠한 어려움도 없이 상업적으로 이용이 가능하다. 이 와이어로부터 수 센티미터 길이의 부분(portion)이 획득된다. 선택적으로, 이 와이어 부분의 직경은 전자연마(electropolishing)에 의하여 1 미크론 이하로 조절된다. 예시로서, 상기 전자연마는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 전극(7) 및 제2 전극(9)에 연결되는 지지 와이어(support wire) 사이에 +8 볼트의 전압을 인가함으로써 수행된다. 상기 도 2는 상기 제1 전극(7)에 연결되는 지지 물질(1)을 나타낸다. 상기 지지 물질의 구성 와이어(constituent wire)는 실질적으로 상기 제2 전극(9)을 형성하는 루프의 평면의 중앙에 그리고 수직하게 배치된다. 상기 지지 물질 및 상기 제1 전극(7) 및 제2 전극(9)으로 구성되는 전체 어셈블리(assembly)는 교반기(11)에 의하여 균일하게 혼합되는 전해조(electrolyte bath) 내에 담가지게 된다. 상기 전자연마를 위하여, 상기 전해질은 25% 염화수소산(70% HClO4)/75% 에탄올 혼합물로 구성된다. 이러한 조건들 하에서, 상기 알루미늄의 용해도는 거의 초당 1.5 미크론이 된다.
다른 변형에 따르면, +20 볼트의 전압이 황산(70% H2SO4)으로 구성되는 전해질 내에서 10분 동안 인가된다. 이 경우, 애노다이징(anodizing) 비율은 약 50 nm/min이 된다.
이 후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 지지 물질(1)이 표면 레이어(5)의 두께 너머로 본질적으로 방사상으로 연장하는 세공들(pores, 細孔, 3)의 제1 네트워크를 형성하기 위하여 애노다이징된다.
상기 방사상 애노다이징 단계는 도 2에 도시된 장치(arrangement)를 사용한다. +40 볼트의 전압이 제1 전극(7) 및 제2 전극(9) 사이에 2분 내지 3분 동안 인가된다. 상기 전해질은 0.3 몰의 옥산살로 구성된다. 이러한 조건들 하에서, 약 200 nm/min의 애노다이징 비율이 획득된다.
상기 애노다이징 단계 이후에, 상기 전해질에 담그진 상기 지지 물질(1)의 일부분(part)은 알루미나 Al2O3으로 구성되는 약 400 나노미터 두께의 표면 레이어(surface layer, 5)를 갖는다. 상기 지지 물질(1)의 담그진 부분의 종단(end, 6)을 제외하고, 상기 제1 네트워크의 상기 세공들은 상기 와이어의 길이 방향의 축(axis)에 본질적으로 수직하게 지향된다(oriented).
도 1c에서 도시된 바와 같이, 상기 지지 물질(1)의 애노다이징된 종단의 일부분이 음극 스퍼터링(cathode sputtering)에 의하여, 금 박막(gold film, 13)으로 코팅된다. 상기 금 박막(13)은 약 18 나노미터 두께이다. 이것은 제조될 트랜지스터를 위한 게이트 콘택트(gate contact)를 형성하기 위한 것이다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 절연막(insulator film, 15)이 상기 금 박막(13)에 적층된다. 상기 절연막(15)은 예를 들어 니스 박막이다. 이것은 이 후의 단계들 동안에, 상기 표면 레이어(5) 및 상기 금 박막(15)의 방사상 부분(radial part)을 적어도 전기적으로 보호하기 위한 것이다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 종단(end, 6)이 상기 지지 물질(1)의 종단 팁(end tip)에 형성된 상기 표면 레이어(5)의 일부분을 넘어서 잘려 나간다. 따라서 상기 알루미늄이 상기 지지 물질(1)의 각 길이 방향의 종단에서 다시 한번 노출된다.
도 1f에 도시된 바와 같이, 이 후, 상기 지지 기판(1)은 전자연마 단계에 놓여진다. 예를 들면, 상기 전자연마 단계는 아래의 조건들, 상기 제1 전극(7) 및 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: +8 볼트; 25% 염화수소산(70% HClO4)/75% 에탄올 혼합물로 구성되는 전해질; 10초 동안에 도 2에서 도시된 것과 같은 장치에 의하여 수행된다. 이러한 조건들 하에서, 약 15 미크론의 알루미늄이 상기 종단(16)에서 용해된다.
이 후, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 지지 기판(1)은 두 번째 애노다이징 오퍼레이션(anodizing operation)에 놓여진다. 예를 들면, 상기 두 번째 애노다이징 오퍼레이션은 아래의 조건들, 0.3 몰의 옥산살로 구성되는 전해질 내에서 상기 제1 전극(7) 및 상기 제2 전극(9) 사이의 +40 볼트 전압으로, 10분 내지 20분 동안에 도 2에서 도시된 것과 같은 장치에 의하여 수행된다. 이러한 조건들 하에서, 분당 약 200 나노미터의 애노다이징 비율이 얻어진다. 상기 제2 애노다이징 오퍼레이션 동안에, 세공들의 두 번째 네트워크(17)가 형성된다. 다음 단계에서 전자연마된 상기 팁을 제외하고, 상기 애노다이징 전해질 용액 내에 담그진 일부분이 보호되는 점에 의하여, 상기 제2 네트워크(17)의 상기 세공들이 상기 지지 물질(1)의 길이 방향의 축에 본질적으로 평행하게 지향된다.
이러한 세공들의 내부 직경은 제어될 수 있다. 예를 들어, 실험 조건들에 의하여, 10 및 50 나노미터 사이의 내부 직경을 갖는 세공들을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 세공들의 길이도 수 나노미터에서 수십 미크론 사이에서 제어될 수 있다.
도 1h에 도시된 바와 같이, 액티브 물질(active material, 18)이 상기 제2 네트워크(17)의 세공들 내에 형성된다. 상기 액티브 물질은 예를 들어 반도체(semiconductor), 초전도체(superconductor), 자성 물질(magnetic material) 또는 탄소 구조체(carbon structure)일 수 있다. 액티브 물질(18)의 몇 가지 예들은 상기 제2 네트워크(17)의 상기 세공들 내에 그것들을 전착(electrodepositing)하기 위한 그들 각자의 조건들과 함께, 아래에 주어진다.
금 나노와이어(nanowires) 제작:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: Ag/AgCl 참조 전극(reference electrode)(도 2에서 미도시)에 대응하는 0 볼트;
-전해질: 리터당 4 그램의 AuCl 및 리터당 100 그램의 NaCl.
니켈 나노와이어 제작:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: Ag/AgCl 참조 전극(도 2에서 미도시)에 대응하는 -1 볼트;
- 전해질: 리터당 120 그램의 NiSO4 및 리터당 30 그램의 H3BO3.
이 후, 상기 제2 네트워크(17)의 각 세공은 직경이 10 내지 50 나노미터이며 길이가 0.4 내지 50 미크론인 니켈 나노와이어를 포함한다.
구리 나노와이어 제작:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: Ag/AgCl 참조 전극(도 2에서 미도시)에 대응하는 -0.3 볼트;
- 전해질: 리터당 30 그램의 CuSO4 및 리터당 30 그램의 H3BO3.
코발트 나노와이어 제작:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: Ag/AgCl 참조 전극(도 2에서 미도시)에 대응하는 -1 볼트;
- 전해질: 리터당 120 그램의 CoSO4.
산화구리(Cu2O) 나노와이어 제작:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: Ag/AgCl 참조 전극(도 2에서 미도시)에 대응하는 -0.3 볼트;
- 전해질: pH = 11에서, 리터당 5 그램의 CuSO4 및 리터당 70 그램의 피로인산염(pyrophosphate).
셀레늄 나노와이어 제작:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: Ag/AgCl 참조 전극(도 2에서 미도시)에 대응하는 -0.7 볼트;
- 전해질: 리터당 5 그램의 SeO2 및 황산(10% H2SO4).
텔루륨(tellurium) 나노와이어 제작:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: Ag/AgCl 참조 전극(도 2에서 미도시)에 대응하는 -0.7 볼트;
- 전해질: 리터당 2 그램의 TeO2 및 황산(10% H2SO4).
산화아연 나노와이어 제작:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: Ag/AgCl 참조 전극(도 2에서 미도시)에 대응하는 -0.45 볼트;
- 전해질: 0.03 몰 ZnNO3.
폴리피롤(polypyrrole) 나노와이어 제작:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: Ag/AgCl 참조 전극(도 2에서 미도시)에 대응하는 +0.85 볼트;
- 전해질: 0.1 몰 피롤(pyrrole) 및 0.1 몰 LiClO4.
도 1i에서 도시된 바와 같이, 상기 절연막(15)과 유사한 절연막(insulator, 23)이 상기 종단(6) 상에 증착된다. 이 후 콘택트(19)가 상기 지지 물질(1)의 상기 종단(6)에 전착된다. 예를 들어, 상기 콘택트는 구리로 만들어진다. 예를 들자면, 구리 전착 조건들은 아래와 같을 수 있다:
-상기 제1 전극(7)과 상기 제2 전극(9) 사이의 전압: pH 3.6의 리터당 30 그램의 H3BO3으로 완충된 리터당 30 그램의 CuSO4로 구성되는 전해질 내에서 -0.3 볼트.
이 후 상기 액티브 물질(18)의 상기 니켈 나노와이어가 트랜지스터(100)의 드레인을 구성한다(도 1j 참조). 이러한 나노와이어들은 인터페이스(21)에서 상기 지지 물질(1)의 상기 알루미늄과의 전기적 콘택트 내에 존재한다.
이 후, 상기 인터페이스(21)에서 상기 콘택트(19) 및 상기 지지 물질(1)의 나머지 부분의 사이에서, 상기 드레인(drain)의 어느 면에 전류가 인가되고 있을 때, 게이트 전압(gate voltage)이 상기 지지 물질(1) 및 상기 게이트 전극을 구성하는 상기 금 박막(13) 사이에서 측정될 수 있다.
다른 변형들에 따르면, 상기 액티브 물질(18)은:
-"Growth of ZnO nanowires by electrochemical deposition into porus alumina on silicon substrates"(by S.U. Yuldashev, S.W. Choi, T.W. Kang and L.A. Nosova, Journal of the Korean Physical Society 42, S216-218, Suppl. Feb. 2003) 또는 "Room-temperature ultraviolet light-emitting zinc oxide micropatterns prepared by low-temperature electrodeposition and photoresist"(by M. Izaki, S. Watase and H. Takahashi, Applied Physics Letters 83(24), pp 4930-4923, December 15, 2003)에서 기술된 프로세스에 의하여 획득되는 투명 반도체;
-"Template-directed vapor-liquid-solid growth of silicon nanowires"(by K.K. Lew, C. Reuther, A.H. Carim, J.M. Redwing and B.R. Martin, Journal of Vacuum Science and Technology 20(1), pp 389-392, Jan. 2002)에서 기술된 프로세스에 의하여 획득되는 실리콘 나노와이어들;
-"Electrochemical fabrication of cadmium chalcogenide microdiode arrays"(by J.D. Klen, R.D. Herrick, D. Palmer, M.J. Sailor, C.J. Brumlik and C.R. Martin, Chemistry of Materials 5(7), pp 902-904, July 1993)에서 기술된 성장 프로세스(growth process)를 사용하여 획득되는 다이오드들;
"Coulomb blockade in single tunnel junction directly connected to a multiwalled carbon nanotube"(by J. Haruyama, I. Takesue and Y. Sato, Appl. Phys. Lett. 77, 2000, p. 2891" 또는 "Spin dependent magnetoresistance and spin-charge separation in multiwall carbon nanotubes"(by X. Hoffer, Ch. Klinke, J-M. Bonard and J-E. Wegrowe, Cond. Mat./0303314)에서 기술된 성장 프로세스를 사용하여 제공되는 탄소 나노튜브들(carbon nanotubes); 및
-"Self-assembly and autopolymerization of pyrrol and characteristics of electrodeposition of polypyrrole on roughened Au (111) modified by underpotentially deposited copper"(by Y-C. Liu and T.C. Chuang, Jounal of Physical Chemistry B 104, pp 9802-9807, 2003)에서 기술된 프로세스에 의하여 획득되는 유기 반도체(organic semiconductor)
로 구성된다.
상기 제2 네트워크(17)의 상기 세공들 내의 메탈 나노와이어들의 증착을 위한 다른 착상(inspiration)은 "Template synthesis of nanowires in porous polycarbonate membranes: electrochemistry and morphology"(by C. Schonenberger, B.M.I. Vanderzande, L.G.J. Fokkink, M. Henny, C. Schmid, M. Kruger, A. Bachtold, R. Huber, H. Birk and U. Stoufer, Journal of Physical Chemistry B 101 (28), pp 5497-5505, 10 July 1997)에서 기술된 성장 프로세스일 수 있다.
다양한 변형들이 상기 액티브 물질(18)의 전착(elecrodeposition)이나 용해 증착(solution deposition)에서 관찰될 수 있다. 탄소 나노튜브들은 20 밀리바의 아세틸렌 하에서 600℃에서 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)에 의 하여 증착될 수 있다. 실리콘 나노와이어들은 0.65 torr하에서 SiH4를 사용하여 500℃에서 기상 증착에 의하여 증착 등이 될 수 있다.
도 3a 내지 3l에서 도시된 본 발명에 따른 상기 프로세스를 구현하는 두 번째 전형적인 방법에 있어서, 상기 전자연마 제1 단계(electropolishing first step) 제외하고, 도 1a 내지 1j와 관련하여 기술된 바와 근본적으로 유사한 프로세스가 사용된다. 그 이유는 상기 전자연마 제1 단계 동안에, 직경이 120 미크론인 지지 와이어가 5 미크론 이하인 직경을 갖는 팁(tip)을 획득하기 위하여 테이퍼링(tapered) 되기 때문이다.
상기 구현 방법은 본 발명에 따른 상기 프로세스에 의하여 제공되는 전자 컴포넌트들(electronic components)의 집적 가능성을 예시한다.
도 3b 내지 3i에 상응하는 상기 프로세스의 여러 가지 단계들은 차례로 도 1a 내지 1h에 도시된 것들에 상응한다.
도 3j에 도시된 바와 같이, 절연막(23)은 상기 종단(6) 상에 증착된다.
이 후, 도 3k에 도시된 바와 같이, 콘택트(19)는 상기 지지 물질(1)의 상기 종단(6) 상에 전착된다(도 3k 및 상응하는 단계는 도 1i 및 그것이 도시하는 단계와 유사하다).
도 3l에 도시된 장치(arrangement)는 도 1j에서의 그것과 유사하다.
본 발명에 따른 컴포넌트(100)에 대한 다른 전형적인 실시예는 도 4에 도시되어 있다. 상기 컴포넌트(100)는 액티브 구성요소들(active elements, 50)을 포함 한다. 이것들은 거시적 인터페이스(macroscopic interface)에 그들을 전기적 및/또는 열적 및/또는 광학적으로 연결하기 위하여 나노스케일(nanoscale)의 터미네이션들(terminations)을 포함한다.
본 발명에 따른 상기 프로세스를 구현하는 하나의 전형적인 방법에 따르면, 이러한 액티브 구성요소들(50)은 지지 물질(1)로부터 적어도 부분적으로 형성되는 매트릭스(matrix, 52) 내로 집적된다. 상기 지지 물질(1)은 예를 들어 알루미늄이다. 상기 액티브 구성요소들(50)은 상기 지지 물질(1)에 의하여 밀봉되기 전에 수신 구조체(receiving structure, 미도시) 상에 미리 배치된다.
이 후, 마스크(mask, 미도시)가 예를 들어 알려진 포토리소그래피 기술들(photolithography techniques)을 사용하여 상기 매트릭스(52)의 표면상에 제공된다.
이 후, 상기 매트릭스(52)는 예를 들어 상기 구현 방법들에 관련하여 지칭된 방법들 중에서 하나를 사용하여, 애노다이징된다. 따라서 차례로 상기 제1 방향 및 제2 방향 내의 세공들을 형성하기 위하여, 적어도 두개의 애노다이징 오퍼레이션들이 수행된다. 이러한 세공들(17)은 나노스케일 터미네이션들(51)에 도달하는 것을 가능하게 한다.
이 후, 액티브 물질(active material, 18)이 상기 세공들(3, 17) 내에 예를 들어 전착에 의하여 증착된다. 이러한 전착 단계 동안에, 전해질 전위값 및 그것의 지향(orientation)에 대한 선택은 예를 들어 나노스케일 터미네이션(51)에 실제로 결합하는 것들인 특정 세공들(3, 17) 내에 상기 액티브 물질(18)이 선택적으로 증 착되는 것을 허용한다.
상기 매트릭스(52)의 표면상에 나타나는 상기 세공들(3, 17)의 종단들(ends)은 거시적 인터페이스(macroscopic interface)로의 연결을 위하여 의도된 트랙 수단(means of tracks, 53)에 의하여 선택적으로 연결된다. 이러한 트랙들(53) 자체는 상기 나노스케일 터미네이션들(51) 보다 큰 스케일 상의 상기 매트릭스(52)의 표면상에 제공될 수 있다. 특히, 이것들은 본 발명의 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 광학 리소그래피 프로세스들(optical lithography processes)에 의하여 제공되는 서브마이크로스케일(submicroscale) 또는 마이크로스케일(microscale) 트랙들일 수 있다.
트랙들(53)은 상기 컴포넌트(100)의 모든 면상에 제공될 수 있다. 이러한 트랙들(53) 중 일부는 열적 전도(thermal conduction) 및 열적 커플링(thermal coupling)에 제공될 수 있으며, 다른 일부는 전기적 전도(electrical conduction) 및 전기적 연결(electrical connection)에 제공될 수 있으며, 및/또는 또 다른 일부는 광학적 전도(optical conduction) 및 광학적 연결(optical connection)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 액티브 구성요소(50)가 열조(heat bath)에 열적으로 커플링되는 동안에, 특정 트랙들은 메모리 유닛의 트랜지스터와 같은, 동일한 액티브 구성요소(50)가 그것의 "워드 라인들" 및/또는 "리드 라인들(read lines)"에 의하여 전기적으로 접촉되도록 허용한다. 만약 상기 액티브 구성요소(50)가 펠티에 구성요소(Peltier element)라면, 이것은 배터리에 연결될 수 있다. 또한 광학 센서들(optical sensors)은 상기 매트릭스(52)의 표면상에 바로 배치될 수 있다.
이러한 방법으로, 액티브 구성요소(50)에 의하여 발생되는 열을 없애거나, 또는 역으로 온도 차이(temperature differences)로부터 전류를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (29)

  1. 제1 애노다이징 오퍼레이션이 제1 방향을 따라서 지지 물질(1) 내에서 연장하는 적어도 하나의 제1 세공(3)을 형성하도록 상기 지지 물질(1) 상에서 수행되며, 제2 애노다이징 오퍼레이션이 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 상기 지지 물질(1) 내에서 연장하는 적어도 하나의 제2 세공(17)을 형성하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  2. 제1항에 있어서,
    절연 물질이 상기 제1 세공(3) 내에 형성되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    액티브 물질(18)이 상기 제2 세공(17) 내에 형성되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 액티브 물질(18)은 도체, 반도체, 초전도체, 자성 물질 및 탄소 구조체로부터 선택되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 액티브 물질(18)은 전착에 의하여 상기 제2 세공(17) 내에 증착되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액티브 물질은 빛에 투명한 반도체 물질인 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반도체 물질은 유기 물질인 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 기판(1)은 컴포넌트(100)를 위한 자체-지지 구조뿐만 아니라 전기적 접촉 수단을 구성하는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    트랜지스터(100)가 제공되며, 그것의 소스 및 드레인 콘택트들 각각은 차례로 상기 제2 세공(17)의 종단들의 하나에 있으며, 게이트 콘택트는 표면 레이어(5) 상에 전도 물질(13)을 증착하여 제공되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 물질(1)은 상기 제2 방향에 길이 방향으로 평행하게 연장하는 와이어의 부분의 형상인 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 세공을 포함하는 복수의 세공들은, 각각이 상기 제2 방향에 방사상으로 수직한 상기 와이어의 표면 레이어(5)의 두께를 충분히 넘겨 연장하여, 형성되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 와이어의 상기 표면 레이어(5)는 절연 레이어를 구성하는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  13. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 액티브 구성요소는 상기 지지 물질(1)을 포함하는 매트릭스 내에 둘러 싸여지는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  14. 제13항에 있어서,
    전기적 전도 물질이 상기 제1 세공(3) 및 상기 제2 세공(17) 중 적어도 하나 내에 증착되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    열적 전도 물질이 상기 제1 세공(3) 및 상기 제2 세공(17) 중 적어도 하나 내에 증착되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학적 전도 물질이 상기 제1 세공(3) 및 제2 세공(17) 중 적어도 하나 내에 증착되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액티브 구성요소를 외부 구성요소로 연결하기 위하여, 전기적 전도 물질, 열적 전도 물질 및 광학적 전도 물질로부터 선택되는 물질의 적어도 하나의 라인이 상기 지지 물질(1)의 표면상에 제공되는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 애노다이징 오퍼레이션, 상기 제2 애노다이징 오퍼레이션 및 전착 단계를 포함하는, 액체 매질 내에서의 적어도 세 개의 처리 단계들을 포함하는 전자 컴포넌트들을 제조하는 프로세스.
  19. 제1 방향을 따라서 연장하는 적어도 하나의 제1 세공 및 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 연장하는 적어도 하나의 제2 세공(17)과 함께 지지 물질(1)의 구성요소를 포함하는, 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 프로세스에 의하여 획득되는 전자 컴포넌트.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 세공(17)은 액티브 물질(18)에 의하여 적어도 부분적으로 채워지는 전자 컴포넌트.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 액티브 물질은 도체, 반도체, 초전도체, 자성 물질 및 탄소 구조체로부터 선택되는 전자 컴포넌트.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 액티브 물질(18)은 빛에 투명한 전자 컴포넌트.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액티브 물질(18)은 유기 물질인 전자 컴포넌트.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전기적 콘택트는 상기 제2 세공의 하부 상에, 상기 액티브 물질 및 상기 지지 물질의 사이에서 제공되는 전자 컴포넌트.
  25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 물질이 상기 컴포넌트를 위한 자체-지지 구조뿐만 아니라 전기적 접촉 수단(21)을 구성하는 전자 컴포넌트.
  26. 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 물질(1)의 구성요소는 상기 제2 방향에 길이 방향으로 평행하게 연장하는 와이어 부분의 형상 내의 것인 전자 컴포넌트.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 와이어 부분은 상기 제2 세공(17)에서, 전기적 절연 물질로 구성되는 표면 레이어(5)를 포함하는 전자 컴포넌트.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 표면 레이어(5)에 대하여 방사상으로 외부에 있는 제2 전기적 콘택트는 상기 표면 레이어(5) 상에 제공되는 전자 컴포넌트.
  29. 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 세공(3) 및 상기 제2 세공(17)을 통하여 상기 지지 물질(1)의 표면에 연결되는 적어도 하나의 액티브 구성요소를 포함하는 전자 컴포넌트.
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