http://www.physorg.com/news137088634.html
http://www.lbl.gov/publicinfo/newscenter/features/2008/MSD-nanowire-circuit.html
August 04, 2008
美國能源部 LBNL 與 UCB 的科學家創造出世上第一款全部整合在一起的、基於奈米線陣列的感應器電路，結合了光感應器以及由不同結晶材料製成的電子裝置。他們的方法能以高度的一致性（uniformity）來複製許多像這樣的裝置。
奈米結構具有特殊的化學、電子學與其他特性，有些優勢超越大量相同的材料。例如，奈米線是光偵測器的理想形狀；那差不多是以一維的形態存在，幾乎是「全表面（all surface）」，一根奈米線不只對光能高度敏感，其電子響應（electronic response）也大幅度增加。
"我們奈米線陣列的整合是頭一個，可執行不同的功能且以異質物質製成 -- 所採用的方法還能在一種受控制的方式中大規模地複製，" Ali Javey 說，他領導此團隊。Javey 是 LBNL MSD 的專職科學家，同時也是 UCB 電機工程與電腦科學助教授。他與他的同僚在 8/1 的 PNAS 上報告他們的研究。
印出來的陣列
若二種材料的結晶體晶格高度錯置（mismatched），要在另一種結晶材料上生長某種結晶材料會很困難。當超過一種以上的材料得在同樣的基質上組合時，晶格匹配（match）是一種特殊的挑戰。雖然許多奈米線裝置所涉及的電路學已創建多年，但這些都需要謹慎挑選的基質與特殊的組裝 -- 這些裝置幾乎是一個就等於一種。
"我們的主要目標是一條達成積體奈米線陣列的路線，藉此我們能在任何的材質上製造 -- 甚至是紙！ -- 且能大規模、一致性地複製它們，" Javey 說。 "為了辦到這件事，過去二年來我們的小組開發印刷奈米線陣列的不同方法。首度在一種捐贈者基質（donor substrate）上生長出奈米線後，我們將它們轉移到任何想要的基質上，包括紙張或塑膠。"
Javey 小組設計出二種印刷方法，接觸（contact）與軋輥（roller）。軋輥法涉及在滾筒（cylinder）表面生長奈米線，並使其壓軋應用基質，如同以油漆輥刷油漆。
接觸印刷則涉及在一平面基質上生長奈米線，翻轉它並將它壓到想要的基質上。接著將生長用基質滑動移開，使奈米線附著在應用基質上。因為奈米線之間缺乏強烈的表面化學交互作用，所以這種製程會自我設限：僅轉移一層奈米線。所印出來的奈米線與滑動方向會高度排列成直線。
"這有種額外的優勢，" Javey 說。"奈米線生長時會隨機方向上突出；它們看起來就像是 bad hair day（指帶衰的一天）。" 但定向將陣列滑離生長基質，Javey 說，"就好像梳洗頭髮使它們筆直挺立。"
這是一種獨特的優勢，因為奈米線電子裝置需要排列整齊使效能一致。在奈米線光子感應器的例子中，排列整齊對前後一致的響應（response）不可或缺，那包括了光的強度（明亮度）到它的偏振，因為一維的導線倚賴它們的走向對偏振產生不同的反應。而它們隨機的方向會使得「bad hair」奈米線陣列偏振響應的變異十分廣泛。
在他們的積體奈米線光感應器電路中，Javey 小組把硒化鎘（cadmium selenide）奈米線當成可見光感應器使用。對這個電子裝置來說，具鍺核心與矽外殼的奈米線是場效應電晶體的基礎，那能放大光感應器在響應光時所產生的電流達 5 個數量級。
整合電路
"為了要製造積體電路，我們得要將二種材料置於接收器基質的確切位置上，" Javey 說。"此裝置的圖案（pattern）是塗佈在基質上的光阻層。首先我們將硒化鎘奈米線印到基質上，接著以丙酮移除光阻層，將硒化鎘奈米線精確地留在我們想要的地方。我們對鍺／矽奈米線重複此一過程。"
光感應器與這個電子裝置現在位於基質上，而這樣的元件也許映射到一個更大的積體電路上。（在這個試驗的例子中，使用一種標準的矽／氧化矽基質。）此電路因沈積金屬電極以連接元件而得以完成；所產生的全奈米線電路基質，作用如同像素，能用於成像。
Javey 小組積體奈米電路的成果證明此電路中有 80% 成功的光響應，而且它們當中的變動相當小。在此電路確實有失效，起因是由於電路組裝中的缺陷（10%），光感應器印刷的失敗（5%）。透過最佳化奈米線合成與此裝置的製造所立即達成的改進，複合可運作電路相對較高的產量，證明了此技術的潛力。
※ 相關報導：
＊ Large-scale, heterogeneous integration of nanowire arrays for image sensor circuitry
http://www.pnas.org/content/105/32/11066.abstract
Zhiyong Fan, Johnny C. Ho, Zachery A. Jacobson, Haleh Razavi,＊ 以 3D 奈米圖樣「光塑」清晰的微粒子
and Ali Javey
PNAS August 12, 2008 vol. 105 no. 32 11066-11070
doi: 10.1073/pnas.0801994105
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