一个极性的掺杂剂并且其中相反的极性在掺杂剂耗尽时被获得，或者在更复杂的制程中生长具有轴向pn结的纳米线，其中在该制程期间显式地引入掺杂剂和源材料。在两阶段的制程中生长具有径向pn结的纳米线，其中生长条件被改变以给予径向生长，但除此之外都与具有轴向pn结的纳米线的制作相似。
[0032]可或者在生长期间或者在独立的步骤中给予纳米线净电荷。
[0033]举例来说，可通过下列各项中的一项或组合来实现纳米线中的电偶极子:
1.电场将在任何导电的、半导电的或绝缘的纳米线中感生电极化，并且纳米线将使自身沿电场定向(图1)。
[0034]a.对于单极纳米线，纳米线将沿电场定向，但对于晶种粒子端没有优选方向。
[0035]b.在掺杂时具有轴向梯度的单极掺杂纳米线将被优先定向，这是因为更高度Ρ (η)掺杂的一端将更容易带正(负)电，从而在电场中指引这端向上(向下)。
[0036]2.包括ρ掺杂端和η掺杂端并且在它们之间形成pn结的纳米线将比单极纳米线更容易极化。
[0037]a.当暴露于电场时，ρ掺杂端将变为带正电荷并且η掺杂端将带负电荷，并且因此纳米线将沿明确的方向定向，其中Ρ掺杂端指向电场的方向。
[0038]b.相同的效应将适用于单极掺杂的纳米线，其中肖特基二极管形成在线与其晶种粒子之间。
[0039]3.对包含pn结的纳米线进行光照将感生强的电偶极子，其具有与电场所形成的电偶极子相同的极性，从而大大地增强了 pn结自身的效应(图1)。
[0040]4.通过用不同预定波长区域中的光照射，由于不吸收光的线将具有远远更弱的偶极子，因此可选择性地排列具有不同带隙的纳米线。
[0041]当用在包括排列好的纳米线的器件中时，用于排列的pn结可以是功能部分。此夕卜，纳米线可包括不是有意用于排列的另外的功能部分。
[0042]如何有效地排列线取决于其尺寸、组成、外部电场以及是否例如通过光照感生偶极子。下列一般规则适用于电场排列。给出的数字基于简化的理论模型并且不应被视为局限于一般表述的有效性。图3-7示出了这些规则。
[0043]1.在简化的模型中，
a.由(感生的)偶极子所引起的排列能量(Ed)与电场按一次方成比例；
b.Ed与线直径的平方成比例但不取决于其长度；
c.由线材的极化所引起的排列能量(Ep)与电场的平方成比例；
d.Ep与线的纵横比(长度除以直径)的立方成比例。
[0044]2.在一般低于100 V/cm的低电场中，排列较弱或者不存在，这意味着排列能量在kT量级或以下，kT是每根线的布朗转动的平均能量；k是波耳兹曼常数，而T是绝对温度(300K)。
[0045]3.在一般高于10 kV/cm的高电场中，所有细长形的物体在不考虑方向的情况下被排列，这意味着由极化所引起的排列能量(Ep)远大于kT。
[0046]4.较细且较长的物体比宽且短的物体更容易排列。
[0047]5.在光照或线端部之间的电势差，即偶极子的其他源的作用下，存在其中Ed既大于Ep又远大于kT的状况，从而得到具有优先方向的定向；这种效应对于较宽的线而言比对于较细的线显著(图7)。
[0048]举例来说，可以通过下列各项中的一项或组合来完成排列好的纳米线的沉积:
1.具有净电荷的纳米线将在电场中移动；因此，带负电荷的纳米线将朝下移动，衬底可被布置在下方。
[0049]2.不带电荷的偶极子的随机扩散，这在平行板电容器之间的距离小的情况下特别有用，其中
a.可引入鞘流以防止在一侧上的沉积；
b.可将衬底布置在纳米线的两侧用以沉积相反地排列的线；并且
c.可使电极之间的距离小于线长度，或者通过移动板使其更靠近或者通过在包含纳米线的流体的流中进行收缩设计而迫使线接触衬底。
[0050]3.带有或不带有净电荷的偶极子将在电场梯度中移动，使得线朝向更高的场被吸引。这种效应可以被用于纳米线的沉积和纳米线的分类两者(图2)。
[0051]a.更长且更细的线经受由场梯度所引起的更强的力，并且将因此朝向具有更高的场的区域更快地移动。
[0052]b.不同材料的电极化率不同。
[0053]c.对于带电荷的线，梯度力可以被由电荷所引起的力平衡，从而允许进一步控制取决于尺寸和材料的分类。
[0054]4.在图形化的衬底电极上，场梯度将影响沉积；结合波长选择性的偶极子产生，可以根据组成和/或尺寸选择性地布置线。
[0055]5.衬底后面的结构化的电极，例如钉床或脊状阵列，将产生点或条纹的图案；交替的电势将产生具有相反地定向的线的区域。
[0056]6.可以通过衬底上的表面电荷的图案局部增强或抑制沉积；当带电荷的区域被来自所沉积的线的电荷中和时，可使沉积形成自限制。
[0057]7.可通过热电泳来沉积线，其中悬浮在流体中的线将在热梯度中朝向温度更低的区域移动，即沉积在冷壁上和/或从热壁上被排除。
[0058]8.在磁性纳米线的情况下，可用磁场容易地收集和控制纳米线。悬浮在流体流中的带电荷的纳米粒子(实际上产生电流)也受磁场影响。
[0059]9.强烈聚焦的光(激光)和磁场在某些情况下可被用于例如通过光学镊子或磁阱效应来局部地捕获纳米线。
[0060]10.除上述以外，诸如超声波、微波等的其他事物也可用于抑制或改进线沉积。
[0061]可以使用两个相对(opposed)的电极，例如两个平行板，并且在电极之间施加电压来产生电场。所使用的衬底也可充当其中一个电极。在连续的制程中，例如采用薄条、箔片或薄片形式的衬底可以被输送到电极之间(或者如果衬底被用作一个电极，则在其中一个电极之上)并且可向电极施加脉动电压或周期电压以产生变化的电场并且因此产生排列好的纳米线的变化的定向。
[0062]根据本发明，纳米线可被沉积:
1.可在任何绝缘的、半导电的或金属的大体上平坦的衬底上沉积纳米线；
2.可在采用薄条、箔片或薄片形式的衬底上沉积纳米线，优选地在卷对卷制程中，其中使衬底通过沉积的点、条纹或区域，非常类似印刷机；
3.在线分散在液体中的情况下，作为胶状悬浮物，包含线的液体可被涂在衬底上，并且
a.在液体烘干/蒸发期间排列线
b.在液体凝固/聚合期间或之前排列线 4.可在涂覆有聚合物、金属、液体或用于增强纳米线粘附和/或电接触的其他材料的衬底上沉积纳米线，其中
a.粘着材料可以非常薄，使得仅线端部被粘附；或者
b.粘着材料具有与纳米线的长度相同量级的厚度；并且
c.如果纳米线分散在液体中，那么液体可包括单体以使衬底上的聚合物逐渐变厚，由此包封纳米线；
5.可在通过突出的形状、变化的粘性、表面电荷等图形化的衬底上沉积纳米线，以增强或局部抑制纳米线沉积；
6.可在功能衬底上沉积纳米线，其中纳米线意在增强或改变功能；
7.可以按由衬底后面的结构化电极或由(导电)衬底本身的结构产生的点或条纹等复杂的功能图案沉积纳米线，其中
a.纳米线的极性/方向可例如按条纹或棋盘形图案变化；并且
b.纳米线具有不同类型，并且通过以波长选择的方式感生电偶极子来分选纳米线；
8.可在衬底的两侧沉积纳米线，其中在任何一侧的线可具有不同类型并且通过不同手段来沉积，包括上文所描述的手段中的任何一种；
9.可在连续的制程中沉积纳米线，其中接触或粘附层、绝缘氧化物或聚合物等在纳米线的上游或下游沉积在衬底上。
[0063]本专利申请中的术语“纳米线”意指至少一个维度小于1 ym的任何细长型的结构。典型的示例包括但不限于:
1.通过例如M0CVD生长、液体溶剂化学、气相生长而产生的直径为50-500nm并且长度为1-10 半导体纳米线。典型的材料为第II1-V族或第II1-N族半导体(GaAs、InP、GaSb、GalnN及相关合金)、硅、锗或第I1-VI族半导体(ZnO、ZnS、CdS、CdSe及相关合金)；
2.例如通过在阳极电镀铝制模板中的电解沉积、晶须生长、气相生长而产生的金属纳米线。这样的纳米线可由磁性金属、超导金属或普通金属制成；
3.绝缘的、高带隙半导体或高TC超导体纳米线，或者是制备的或者是自然出现的；
4.碳纳米管；或
5.生物纳米纤维，例如纤维素、蛋白质、高分子和细菌。
[0064]用这种方法生产的器件如下所示，但并不限于此:
1.光生伏打(PV)电池，其中光吸收和电荷分离单独发生在纳米线
[0032]可或者在生长期间或者在独立的步骤中给予纳米线净电荷。
[0033]举例来说，可通过下列各项中的一项或组合来实现纳米线中的电偶极子:
1.电场将在任何导电的、半导电的或绝缘的纳米线中感生电极化，并且纳米线将使自身沿电场定向(图1)。
[0034]a.对于单极纳米线，纳米线将沿电场定向，但对于晶种粒子端没有优选方向。
[0035]b.在掺杂时具有轴向梯度的单极掺杂纳米线将被优先定向，这是因为更高度Ρ (η)掺杂的一端将更容易带正(负)电，从而在电场中指引这端向上(向下)。
[0036]2.包括ρ掺杂端和η掺杂端并且在它们之间形成pn结的纳米线将比单极纳米线更容易极化。
[0037]a.当暴露于电场时，ρ掺杂端将变为带正电荷并且η掺杂端将带负电荷，并且因此纳米线将沿明确的方向定向，其中Ρ掺杂端指向电场的方向。
[0038]b.相同的效应将适用于单极掺杂的纳米线，其中肖特基二极管形成在线与其晶种粒子之间。
[0039]3.对包含pn结的纳米线进行光照将感生强的电偶极子，其具有与电场所形成的电偶极子相同的极性，从而大大地增强了 pn结自身的效应(图1)。
[0040]4.通过用不同预定波长区域中的光照射，由于不吸收光的线将具有远远更弱的偶极子，因此可选择性地排列具有不同带隙的纳米线。
[0041]当用在包括排列好的纳米线的器件中时，用于排列的pn结可以是功能部分。此夕卜，纳米线可包括不是有意用于排列的另外的功能部分。
[0042]如何有效地排列线取决于其尺寸、组成、外部电场以及是否例如通过光照感生偶极子。下列一般规则适用于电场排列。给出的数字基于简化的理论模型并且不应被视为局限于一般表述的有效性。图3-7示出了这些规则。
[0043]1.在简化的模型中，
a.由(感生的)偶极子所引起的排列能量(Ed)与电场按一次方成比例；
b.Ed与线直径的平方成比例但不取决于其长度；
c.由线材的极化所引起的排列能量(Ep)与电场的平方成比例；
d.Ep与线的纵横比(长度除以直径)的立方成比例。
[0044]2.在一般低于100 V/cm的低电场中，排列较弱或者不存在，这意味着排列能量在kT量级或以下，kT是每根线的布朗转动的平均能量；k是波耳兹曼常数，而T是绝对温度(300K)。
[0045]3.在一般高于10 kV/cm的高电场中，所有细长形的物体在不考虑方向的情况下被排列，这意味着由极化所引起的排列能量(Ep)远大于kT。
[0046]4.较细且较长的物体比宽且短的物体更容易排列。
[0047]5.在光照或线端部之间的电势差，即偶极子的其他源的作用下，存在其中Ed既大于Ep又远大于kT的状况，从而得到具有优先方向的定向；这种效应对于较宽的线而言比对于较细的线显著(图7)。
[0048]举例来说，可以通过下列各项中的一项或组合来完成排列好的纳米线的沉积:
1.具有净电荷的纳米线将在电场中移动；因此，带负电荷的纳米线将朝下移动，衬底可被布置在下方。
[0049]2.不带电荷的偶极子的随机扩散，这在平行板电容器之间的距离小的情况下特别有用，其中
a.可引入鞘流以防止在一侧上的沉积；
b.可将衬底布置在纳米线的两侧用以沉积相反地排列的线；并且
c.可使电极之间的距离小于线长度，或者通过移动板使其更靠近或者通过在包含纳米线的流体的流中进行收缩设计而迫使线接触衬底。
[0050]3.带有或不带有净电荷的偶极子将在电场梯度中移动，使得线朝向更高的场被吸引。这种效应可以被用于纳米线的沉积和纳米线的分类两者(图2)。
[0051]a.更长且更细的线经受由场梯度所引起的更强的力，并且将因此朝向具有更高的场的区域更快地移动。
[0052]b.不同材料的电极化率不同。
[0053]c.对于带电荷的线，梯度力可以被由电荷所引起的力平衡，从而允许进一步控制取决于尺寸和材料的分类。
[0054]4.在图形化的衬底电极上，场梯度将影响沉积；结合波长选择性的偶极子产生，可以根据组成和/或尺寸选择性地布置线。
[0055]5.衬底后面的结构化的电极，例如钉床或脊状阵列，将产生点或条纹的图案；交替的电势将产生具有相反地定向的线的区域。
[0056]6.可以通过衬底上的表面电荷的图案局部增强或抑制沉积；当带电荷的区域被来自所沉积的线的电荷中和时，可使沉积形成自限制。
[0057]7.可通过热电泳来沉积线，其中悬浮在流体中的线将在热梯度中朝向温度更低的区域移动，即沉积在冷壁上和/或从热壁上被排除。
[0058]8.在磁性纳米线的情况下，可用磁场容易地收集和控制纳米线。悬浮在流体流中的带电荷的纳米粒子(实际上产生电流)也受磁场影响。
[0059]9.强烈聚焦的光(激光)和磁场在某些情况下可被用于例如通过光学镊子或磁阱效应来局部地捕获纳米线。
[0060]10.除上述以外，诸如超声波、微波等的其他事物也可用于抑制或改进线沉积。
[0061]可以使用两个相对(opposed)的电极，例如两个平行板，并且在电极之间施加电压来产生电场。所使用的衬底也可充当其中一个电极。在连续的制程中，例如采用薄条、箔片或薄片形式的衬底可以被输送到电极之间(或者如果衬底被用作一个电极，则在其中一个电极之上)并且可向电极施加脉动电压或周期电压以产生变化的电场并且因此产生排列好的纳米线的变化的定向。
[0062]根据本发明，纳米线可被沉积:
1.可在任何绝缘的、半导电的或金属的大体上平坦的衬底上沉积纳米线；
2.可在采用薄条、箔片或薄片形式的衬底上沉积纳米线，优选地在卷对卷制程中，其中使衬底通过沉积的点、条纹或区域，非常类似印刷机；
3.在线分散在液体中的情况下，作为胶状悬浮物，包含线的液体可被涂在衬底上，并且
a.在液体烘干/蒸发期间排列线
b.在液体凝固/聚合期间或之前排列线 4.可在涂覆有聚合物、金属、液体或用于增强纳米线粘附和/或电接触的其他材料的衬底上沉积纳米线，其中
a.粘着材料可以非常薄，使得仅线端部被粘附；或者
b.粘着材料具有与纳米线的长度相同量级的厚度；并且
c.如果纳米线分散在液体中，那么液体可包括单体以使衬底上的聚合物逐渐变厚，由此包封纳米线；
5.可在通过突出的形状、变化的粘性、表面电荷等图形化的衬底上沉积纳米线，以增强或局部抑制纳米线沉积；
6.可在功能衬底上沉积纳米线，其中纳米线意在增强或改变功能；
7.可以按由衬底后面的结构化电极或由(导电)衬底本身的结构产生的点或条纹等复杂的功能图案沉积纳米线，其中
a.纳米线的极性/方向可例如按条纹或棋盘形图案变化；并且
b.纳米线具有不同类型，并且通过以波长选择的方式感生电偶极子来分选纳米线；
8.可在衬底的两侧沉积纳米线，其中在任何一侧的线可具有不同类型并且通过不同手段来沉积，包括上文所描述的手段中的任何一种；
9.可在连续的制程中沉积纳米线，其中接触或粘附层、绝缘氧化物或聚合物等在纳米线的上游或下游沉积在衬底上。
[0063]本专利申请中的术语“纳米线”意指至少一个维度小于1 ym的任何细长型的结构。典型的示例包括但不限于:
1.通过例如M0CVD生长、液体溶剂化学、气相生长而产生的直径为50-500nm并且长度为1-10 半导体纳米线。典型的材料为第II1-V族或第II1-N族半导体(GaAs、InP、GaSb、GalnN及相关合金)、硅、锗或第I1-VI族半导体(ZnO、ZnS、CdS、CdSe及相关合金)；
2.例如通过在阳极电镀铝制模板中的电解沉积、晶须生长、气相生长而产生的金属纳米线。这样的纳米线可由磁性金属、超导金属或普通金属制成；
3.绝缘的、高带隙半导体或高TC超导体纳米线，或者是制备的或者是自然出现的；
4.碳纳米管；或
5.生物纳米纤维，例如纤维素、蛋白质、高分子和细菌。
[0064]用这种方法生产的器件如下所示，但并不限于此:
1.光生伏打(PV)电池，其中光吸收和电荷分离单独发生在纳米线
再多了解一些
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