[0002] 本申請案主張于2015年11月10日提出申請的美國臨時申請案第14/537,247號的權益，其全文引用方式并入本文中。
技術領域
[0003] 本
發(fā)明涉及納米線生長系統(tǒng)以及尤其具有納米粒子氣溶膠發(fā)生器的納米線生長系統(tǒng)。
背景技術
[0004] 到現(xiàn)在為止，小的細長物體(通常稱作納米線、
納米棒、
納米晶須等，且通常包括
半導體材料)已使用以下途徑之一來合成：
[0005] -例如通過膠體化學的液相合成，如阿利維沙多(Alivisatos)等人的美國專利申請公開案第2005/0054004號中所例示，
[0006] -在具有或沒有催化粒子的情況下從襯底
外延生長，如由薩繆爾森(Samuelson)等人分別于WO?2004/004927和WO?2007/10781中提供的著作所例示，或
[0007] -通過激光輔助的催化生長工藝的氣相合成，如利伯(Lieber)等人的WO?2004/038767?A2中所例示。
[0008] 在下表中比較使用所述途徑獲得的線的性質。
[0009]? 材料
質量 寬度/長度和大小控制 結構復雜性 可擴縮性/制造成本
液相 高 薄/短中等控制 低 高/高
基于襯底的 高 全部/全部高度控制 高 低/高
激光輔助的 中等 薄/長中等控制 低 中等/中等
[0010] 因此，合成途徑的選擇是不同線性質與制造成本之間的折衷。例如，基于襯底的合成提供有利的線性質。然而，由于線是間歇形成，所有工藝的可擴縮性以及因此制造成本和生產量受限。
發(fā)明內容
[0011]
實施例涉及納米粒子氣溶膠發(fā)生器。所述納米粒子氣溶膠發(fā)生器包括具有壁的
蒸發(fā)室、含有源材料的容器和經配置以加熱所述源材料的加熱裝置。所述納米粒子氣溶膠發(fā)生器還包括載體氣體源，其經配置以將載體氣體吹向所述源材料以生成納米粒子氣溶膠，所述源材料的納米粒子懸浮于所述納米粒子氣溶膠中。所述納米粒子氣溶膠發(fā)生器進一步包括稀釋氣體源，其經配置以向所述室中供應稀釋氣體以大體上沿著所述室內的所述壁流動并稀釋所述納米粒子氣溶膠。
[0012] 另一實施例涉及納米線生長系統(tǒng)。所述納米線生長系統(tǒng)包括包含第一壁的反應室、經配置以將第一流遞送到反應室中的第一入口和經配置以將第二流遞送到反應室中的第二入口。第一入口與第二輸入同心
定位，并且第一和第二輸入經配置，使得從第二輸入遞送的第二流在從第一輸入遞送的第一流與反應室的第一壁之間提供護套。納米線生長系統(tǒng)進一步包括納米粒子氣溶膠發(fā)生器。納米粒子氣溶膠發(fā)生器包括具有第二壁的蒸發(fā)室(所述蒸發(fā)室布置在第一入口和第二入口中的至少一者的上游)、含有源材料的容器和經配置以加熱源材料的加熱裝置。納米粒子氣溶膠發(fā)生器包括載體氣體源，其經配置以向源材料吹載體氣體以生成源材料的納米粒子懸浮于其中的納米粒子氣溶膠；和稀釋氣體源，其經配置以向蒸發(fā)室中供應稀釋氣體以大體上沿蒸發(fā)室內的第二壁流動并稀釋納米粒子氣溶膠。
[0013] 另一實施例涉及制作納米線的方法。所述方法包括使用吹向布置在蒸發(fā)室內的源材料的載體氣體生成納米粒子氣溶膠，所述納米粒子氣溶膠包括源材料的納米粒子。所述方法包括使用稀釋氣體稀釋納米粒子氣溶膠，所述稀釋氣體大體上沿蒸發(fā)室的第一壁的內表面流動。所述方法包括向第一反應室提供第一氣流，其中第一氣流包括納米粒子和用于制作納米線的第一前體。所述方法包括向第一反應室提供第二氣流，其中第二氣流形成分開第一氣流與第一反應室的第二壁的護套。所述方法包括使納米線在第一反應室中在氣相中生長。
[0014] 另一實施例涉及納米線生長系統(tǒng)。納米線生長系統(tǒng)包括使用吹向布置在蒸發(fā)室內的源材料的載體氣體來生成納米粒子氣溶膠的構件，所述納米粒子氣溶膠包括源材料的納米粒子。納米線生長系統(tǒng)包括使用稀釋氣體稀釋納米粒子氣溶膠的構件，所述稀釋氣體大體上沿蒸發(fā)室的第一壁的內表面流動。納米線生長系統(tǒng)包括用于向反應室提供第一氣流的構件，其中所述第一氣流包括納米粒子和用于制作納米線的第一前體。納米線生長系統(tǒng)包括用于向反應室提供第二氣流的構件，其中所述第二氣流形成分開第一氣流與反應室的第二壁的護套。納米線生長系統(tǒng)包括用于在反應室中在氣相中使納米線生長的構件。
[0015] 另一實施例涉及生成納米粒子氣溶膠的方法。所述方法包括加熱源材料、向源材料吹載體氣體以生成在具有壁的室內流動的納米粒子氣溶膠、以及向室中供應稀釋氣體以稀釋納米粒子氣溶膠，所述稀釋氣體大體上沿壁的內表面流動。
附圖說明
[0016] 圖1是實例性納米線生長系統(tǒng)的示意圖。
[0017] 圖2是另一實例性納米線生長系統(tǒng)的示意圖。
[0018] 圖3A是在具有低核流的實施例中操作的圖1的納米線生長系統(tǒng)的示意圖。
[0019] 圖3B是在具有高核流的實施例中操作的圖1的納米線生長系統(tǒng)的示意圖。
[0020] 圖3C是具有堆疊的納米線生長反應器的實例性納米線生長系統(tǒng)的示意圖。
[0021] 圖4A是實例性納米線生長系統(tǒng)的示意圖。
[0022] 圖4B是圖4A的納米線生長系統(tǒng)的實例性熱傳遞組件的俯視圖。
[0023] 圖5是圖4A的納米線生長系統(tǒng)的實例性抽提器部分的示意圖。
[0024] 圖6是實例性納米線生長系統(tǒng)的示意圖。
[0025] 圖7A是另一實例性納米線生長系統(tǒng)的示意圖。
[0026] 圖7B是圖7A的實施例的變化形式的示意圖。
[0027] 圖8是可用于納米線生長系統(tǒng)中的實例性納米粒子氣溶膠發(fā)生器的示意圖。
[0028] 圖9是可用于納米線生長系統(tǒng)中的另一實例性納米粒子氣溶膠發(fā)生器的示意圖。
[0029] 圖10是可用于納米線生長系統(tǒng)中的另一實例性納米粒子氣溶膠發(fā)生器的示意圖。
[0030] 圖11是包含pn結的實例性軸向生長納米線的示意圖。
[0031] 圖12是包含pn結的實例性徑向/核-殼生長納米線的示意圖。
[0032] 圖13是將納米線沉積于襯底上的實例性方法的示意圖。
[0033] 圖14使納米線在襯底上定向的實例性方法的示意圖。
[0034] 圖15是顯示制作納米線的實例性方法的
流程圖。
[0035] 圖16是顯示生成納米粒子氣溶膠的實例性方法的流程圖。
具體實施方式
[0036] 為了使具有控制尺寸(例如，大小，例如長度)的納米線生長，常規(guī)系統(tǒng)使納米線在單晶襯底上成核并生長。納米線是直徑或寬度小于1微米、例如2-500nm或10-200nm的
納米級結構。長度還可大于1微米。本發(fā)明者已研發(fā)用于使具有控制尺寸的納米線在無需使用單晶襯底的氣相/氣溶膠相中生長的系統(tǒng)和方法。用于使納米線在氣相/氣溶膠相中生長的系統(tǒng)和方法闡述于PCT申請公開案WO?11/142,717和WO?2013/176619中，所述申請案的內容的全文以引用方式明確并入本文中?？稍跔t中生成用于納米線的晶種生長的氣溶膠納米粒子并使其流入反應器中用于生長納米線。
[0037] 納米粒子的大小選擇可在布置在爐(例如，氣溶膠發(fā)生器)下游的差示遷移率分析儀(DMA)中執(zhí)行。然而，難以產生高濃度(例如，高
密度)的大小經選擇的粒子。通常，在使用常規(guī)系統(tǒng)時，在大小選擇過程中損失大部分(通常95％)初級氣溶膠納米粒子。由于DMA中一級納米粒子的大量損失，在大小選擇難以產生高粒子密度。例如，常規(guī)系統(tǒng)可生成典型大小為20nm-100nm的納米粒子，濃度遠小于106個粒子/cm3。然而，在一些應用中，可所需生成具有較大大小、較窄粒徑分布和較高密度的納米粒子。例如，可所需生成具有大于100nm(例如，100nm-200nm)的大小、具有較窄粒徑分布(例如，標準偏差<平均值的10％，例如≤平均值的5％或介于平均值的3％-5％之間)和高密度(例如，>106個粒子/cm3)的納米粒子。使用差示遷移率分析儀產生窄粒徑分布氣溶膠的常規(guī)系統(tǒng)和方法經常導致初級氣溶膠納米粒子的利用率較差和低氣溶膠納米粒子密度(例如，低于107個粒子/cm3或108個粒子/cm3)。因此，所需研發(fā)用于在DMA大小選擇之前和/或之后控制初級粒徑和/或密度的系統(tǒng)和方法，以便增強氣溶膠流的粒徑和/或密度。
[0038] 圖1示意性圖解說明實例性納米線生長系統(tǒng)100，其可包括反應器200。納米線生長反應器200的一個實例可為aerotaxyTM納米線生長反應器。AerotaxyTM是曲納諾AB(Qunano?AB)的商標并且涉及氣相納米線生長設備/工藝。在反應器200中，可生成同心流并用于減少由反應器的壁的粘性效應引起的流速的變化(例如，流動的中心部分可具有比靠近壁的部分大的速度)。同心流還可減少
流體的核心部分(中心部分)中的
溫度和氣體濃度條件的變化。通過將催化納米粒子限制在核心區(qū)域(在護套流內)，每個顆?？删哂写篌w上相似的工藝條件。
[0039] 反應器200可包括殼體201(例如，CVD反應管)，其可垂直地、
水平地或相對于水平或垂直方向以適宜
角度定向。反應器200可包括外部入口202A和外部出口204A。反應器200可包括內部入口202B和內部出口204B。反應器200可包括反應室210(或反應區(qū)210)。在一些實施例中，反應室210可分成超過一個反應區(qū)。內部入口202B可與外部入口202A同心定位，并且外部入口202A圍繞內部入口202B。內部入口202B可位于反應區(qū)210的一端的中心部分，并且內部出口204B可位于反應室210的另一端的中心部分。在一些實施例中，內部入口202B可位于中心外例如1％-25％、例如1％-10％。內部出口204B可相應地位于中心外例如1％-25％、例如1％-10％。
[0040] 外部入口202A和內部入口202B可為通向反應器200的反應室210的入口開口，并且可連接到任何適宜氣體或氣溶膠遞送
導管，例如一或多個圓筒、軟管、管子或
歧管。例如，外部入口202A可連接到外部入口導管206A，其可向外部入口202A供應一或多種惰性氣體。內部入口202B可連接到內部入口導管206B，其可向內部入口202B供應前體氣體?？赏ㄟ^內部入口202B將催化粒子(例如，由下文論述的納米粒子氣溶膠發(fā)生器生成的催化納米粒子)與前體氣體一起供應到反應室210。內部出口204B和外部出口204A可分別連接到內部出口導管208B和外部出口導管208A。
[0041] 在一些實施例中，內部入口202B可經配置以將第一流205(例如，第一流體流，例如第一氣流)遞送到反應室210中。第一流體流可包括第一流體，其可包括至少一種前體氣體和催化納米粒子氣溶膠。第一流205可位于反應室210的中心部分，如由圖1中的虛線箭頭所示。
[0042] 外部入口202A可經配置以圍繞第一流205遞送第二流207(例如，第二流體流，例如第二氣流)。第二流207可在第一流205與殼體201的壁201A之間提供護套，如由圖1中的實線箭頭所指示。圍繞第一流205的第二流207的配置可通過(例如)在
層流條件下提供第一和第二流體(例如，氣體)來完成。圍繞第一流205的第二流207的配置還可通過將外部入口202A配置成比內部入口202B足夠寬(例如寬50-500％)來達成。第一流205和二第二流207可經配置，使得即使在第一流和第二流205和207流過反應室210時，也可在所述流之間的界面存在所述的混合(由圖1中的箭頭所示)，護套(第二流207)的厚度可使得第一流205在反應室210中時大體上不
接觸殼體201的壁201A。例如，可僅存在0體積％-5體積％的可接觸壁201A的第一流205。在層流或平推流下，核
流管線(例如，第一流205)可不接觸反應器壁201A。
[0043] 如圖1中所示，在反應器200中，核流(例如，第一流205)和護套流(例如，第二流207)可匹配以最初產生“平推”流條件，其中流速在反應器的整個寬度(例如，垂直于流動方向的橫截面)上可大體上相同。當流動通過反應區(qū)210進行時，表面阻
力可減緩第二流207(其可以是氣流)的最外部分。根據(jù)反應器200的長度而定，流可具有或可沒有時間完全發(fā)展成具有拋物線型速度分布的層流?？赏ㄟ^設計反應器的提取器部分(例如下述的外部出口
204A)來將護套(例如，氣流)均勻地從反應室210拉出來部分地維持平推流條件。即使在完全層流流動的情況下，核流205也可以具有窄的速度分布，并且因此催化納米粒子的傳播時間范圍很窄。
[0044] 此外，護套流(例如，第二流207)可減少反應器200的壁201A上的材料的沉積，并消除材料從壁201A反向擴散到核流(例如，第一流205)，從而確保反應體積(例如，第一流205)與反應器壁201A之間的串擾最小?？杉皶r改良過程
穩(wěn)定性，從而產生更佳產品以及更長維持間隔。
[0045] 在配置內部和外部入口202A和202B和反應器200時可考慮的其它因素可闡述為邊界條件。第一邊界條件220可涉及反應器200關于重力的定向。在一些實施例中，反應器200可經定向，使得反應器200中的流動方向大體上平行于重力的方向(例如與重力的方向偏差在0-10％內)。以這種方式，重力可能不會使橫向于第一和第二流205和207(例如，氣體流)的混合流通過反應器200。在一些實施例中，第一和第二流205和207可經配置以在重力方向上流動。例如，外部入口202A和內部入口202B可位于反應室210的頂部，使得氣流通過反應室210“向下”流至位于反應室210底部的外部出口204A和內部出口204B。在一些實施例中，第一和第二流205和207可在重力的相對方向上流動。例如，外部入口202A和內部入口202B可位于反應室210底部，如圖1中所示，使得氣流通過反應室210“向上”流至位于反應室210頂部的外部出口204A和內部出口204B。
[0046] 第二邊界條件222可涉及從反應器200均勻提取護套(例如，第二流207，其可為氣流)?？赏ㄟ^配置外部出口204A使得從反應室210均勻提取護套(例如，第二流207)來最小化或消除反應器200的輸出端的非理想狀態(tài)。為了在外部出口204A提取第二流207，可在反應器200中、例如鄰近外部出口204A包括
風扇或
真空裝置(未顯示)。相應第四邊界條件226可涉及向反應室210均勻注射護套(例如，第二流207)?？赏ㄟ^外部入口202A均勻注射第二流207(其可包括一或多種氣體)最小化或消除反應室210的輸入端處以及穿過反應室210的非理想狀態(tài)。通過反應器200的所得均勻流(例如，第二流207)可闡述為“平推”流。
[0047] 第三邊界條件224可涉及反應室210中的均勻流(例如，第一和第二流205和207，其可包括至少一種氣體)和壁溫度。通過使得反應室210中的壁溫度和流溫度均勻(例如在小于5％、例如0-5％的變化內)，可減少或消除
對流的形成。此又可降低在反應器200中生成不均勻流條件的可能性。
[0048] 第五邊界條件228可涉及在第一加熱區(qū)212中在可連接到外部入口204A的外部入口導管206A中維持控制溫度梯度?？墒褂靡换蚨鄠€鄰近外部入口導管206A(例如，圍繞殼體201的外壁)定位的加熱器214在第一加熱區(qū)212中將護套(例如，第二流207，其可包括至少一種氣體)的溫度升高到所需反應溫度。如下文更詳細論述，可利用一或多個鄰近內部入口
202B(例如，圍繞內部入口202B的外壁)定位的加熱器216將第一前體氣體和/或催化納米粒子加熱到所需反應溫度?；蛘撸芍鲃永鋮s第一前體氣體直到進入反應室210中，在所述情形下，可用一或多個冷卻裝置替代一或多個第二加熱器216。在一些實施例中，裝置216可提供加熱和冷卻兩種效應。因此，裝置216可稱作一或多個
溫度控制裝置216(也就是，加熱器和/或冷卻器)。在一些實施例中，可利用一或多個可沿反應室210(例如，圍繞殼體201的外壁)定位的加熱器230加熱反應室210。可獨立地控制所述加熱器230，且因此，反應器200中可建立多于一個反應室210。
[0049] 可通過外輸入導管206A將一或多種惰性氣體供應到外部入口202A。可通過內輸入導管206B向內部入口202B提供一或多種半導體納米線前體氣體。反應器200在反應室210中不包括生長或沉積襯底；相反，通過內部出口204B從內部輸出導管208B收集納米線且隨后將其沉積在襯底上。另外，通過本發(fā)明的系統(tǒng)和方法生長的納米線無需激光輔助用于生長。
[0050] 可通過外部出口204A收集離開反應室210的第二流207(例如，護套氣體)，同時可通過內部出口204B收集納米線和未反應的前體氣體。如果惰性氣體用作護套氣體，那么未反應的前體氣體可與惰性氣體在反應室210中混合并通過外部出口204A離開?？蓪⑦@種未反應的前體氣體與惰性護套氣體分開并循環(huán)稍后用于反應器200中。
[0051] 可向第一和第二流205和207中的一或多者提供催化納米粒子。催化材料包括(但不限于)Au、Ag、Cu、Fe、Ni、Ga、In、Al和其
合金。催化納米粒子可由單一元素、或兩種或更多種元素的組合(例如合金)組成。此外，可提供具有或沒有電荷的催化納米粒子。催化納米粒子可以由下文更詳細論述的上游納米粒子氣溶膠發(fā)生器或
蒸發(fā)器215生成的氣溶膠形式提供?；蛘?，催化納米粒子可通過提供反應或分解以形成催化納米粒子(例如，Ga)的氣態(tài)前體(例如三甲基鎵(TMG))原位形成。當惰性氣體沿反應器壁201A形成外部護套或圓筒時，催化納米粒子氣溶膠形成或提供到外部護套內的中間護套或圓筒。納米線前體在中間護套內形成內部氣流，其與中間護套中的催化納米粒子相互作用以使其中的納米線生長。另外，也可將前體氣體中的一或多者提供到外部入口導管206A，由此允許擴散到催化納米粒子流中。
[0052] 圖2圖解說明具有實例性納米線生長反應器300(其可為aerotaxyTM納米線生長反應器)的實例性納米線生長系統(tǒng)100。反應器300可包括具有內壁301A的殼體301。反應器300可包括反應室310。出于說明目的，圖2可不顯示反應器300的所有元件。然而，反應器300可包括與反應器200中所包括的元件(例如加熱器/冷卻器)相似的元件。反應器300可包括三個入口302A、302B和302C以及三個出口304A、304B和304C。三個入口302A、302B和302C以及三個出口304A、304B和304C可為通向任何合適的遞送或提取導管(例如圓筒、軟管、管子或歧管)的相應入口和出口開口?？上蜃钔馊肟?02A提供護套氣體。
[0053] 在一些實施例中，可向中間入口302B提供催化納米粒子(例如金或
銀)。如上文所論述，催化納米粒子可包括個別金屬或合金。催化納米粒子可以由下文更詳細論述的上游納米粒子氣溶膠發(fā)生器215生成的氣溶膠形式提供。
[0054] 可向內部入口302C提供一或多種納米線前體氣體。如下文更詳細論述，還可向內部入口302C提供一或多種摻雜氣體以摻雜生長納米線。在一些實施例中，可向中間入口302B提供前體和摻雜氣體，同時可向內部入口302C提供催化納米粒子。在一些實施例中，可將前體和摻雜氣體與由納米粒子氣溶膠發(fā)生器215生成的催化納米粒子一起提供到內部入口302C。在一些實施例中，可將第一前體氣體提供到中間入口302B、內部入口302C中的任一者或二者，同時可將第二不同前體氣體提供到中間入口302B和內部入口302C中的任一者或二者。在一些實施例中，可將催化納米粒子提供到中間入口302B和內部入口302C中的任一者或二者。也可將前體氣體中的一或多者提供到外部入口302A，由此允許擴散到催化納米粒子流中。
[0055] 入口302A、302B和302C可配置使得從外部入口302A遞送的流(其可包括至少一種氣體)可在反應室310在前體氣體和/或催化納米粒子氣溶膠與殼體301的壁301A之間提供護套。以這種方式，來自入口302A和302B的中心或中間氣流中的生長納米線可經歷大體上相同的過程條件達大體上相同時間量，由此使得納米線能以窄范圍的控制尺寸(例如，大小，例如直徑或長度)生長。可在外部出口304A收集離開反應室310的護套氣體。未使用的前體氣體和納米線可收集在中間和內部出口304B和304C中。例如，納米線和廢氣可收集在中間出口304B中，廢氣收集在內部出口304C中，并且廢氣收集在外部出口304A中。可將護套氣體中所夾帶的未使用的前體氣體與護套氣體分開并再使用。
[0056] 圖3A和3B圖解說明操作圖1的納米線生長反應器200(例如，aerotaxyTM納米線生長反應器)的實例性方法。還可應用相似方法以操作圖2的納米線生長反應器300。具體來說，圖3A圖解說明在利用低核流(例如，核流速率小于護套流速率)操作時反應器200中的流體行為，而圖3B圖解說明在利用高核流(例如，核流速率大于護套流速率)操作時反應器200中的流體行為?？赏ㄟ^控制核區(qū)(例如，來自內部入口202B的流)與護套區(qū)(例如，來自外部入口202A的流)中的流(例如，流速)的比率影響納米線在反應器200中的滯留時間(例如，納米線在反應室210內運行的時間)。如果增加護套氣體流(例如，來自外部入口202A的流)，使得護套中的平均氣體速度高于核流(例如，來自內部入口202B的流)，則核流中的氣體可
加速，從而在核流物流的直徑(或寬度)上收縮1402，如圖3A中所繪示。如果應用逆流情況，其中核心氣體的平均速度高于護套氣體的平均速度，則核心氣流(和包含在其中的催化納米粒子)可膨脹，從而增加核心氣流的直徑(或寬度)，如圖3B中所繪示。
[0057] 圖3A中的配置所可導致反應器200中的納米線滯留時間減少，而圖3B中圖解說明的配置可導致反應器200中的納米線滯留時間增加。當反應器200
串聯(lián)放置時，由于進入第二階段反應器的流將直接取決于來自第一階段的流，所以所述過程可為重要的。這種方法允許獨立地控制在依序反應器200中的滯留時間。結合圖3A和3B的上述操作方法還可應用于其它反應器，例如圖2的反應器300和圖4A的反應器400，下文對其進行闡述。
[0058] 圖3C圖解說明具有串聯(lián)連接的納米線生長反應器500A和500B(其可為aerotaxyTM反應器)的納米線生長系統(tǒng)1500(其可為aerotaxyTM納米線系統(tǒng))。如所圖解說明，納米線生長系統(tǒng)1500可包括兩個生長階段，也就是系統(tǒng)可包括兩個堆疊在一起的納米線生長反應器500A和500B。反應器500A和500B中的每一者都可與圖1中所示的反應器200相似，并且可包括相似元件。例如，反應器500A和500B中的每一者都可經配置使得第一階段的核流出口連接到第二階段的核流入口。納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可布置在第一階段的入口的上游。納米線生長系統(tǒng)1500中包括的元件或特征還可包括在本文揭示的其它系統(tǒng)(例如系統(tǒng)100、
500(圖6中所示)、700A和700B(圖7A和7B中所示))。
[0059] 盡管出于說明目的，僅顯示兩個階段(例如，兩個反應器200)，但納米線生長系統(tǒng)1500可具有任一數(shù)目的納米線生長階段，例如通過連接三個或更多反應器200的三個或更多個階段。此外，納米線生長系統(tǒng)1500可包括任一數(shù)目和任一組合的本文所揭示納米線生長反應器200、300和400。例如，納米線生長系統(tǒng)1500可利用反應器200、300和/或400的任一組合來配置。納米線生長系統(tǒng)1500可具有比護套流高的核流或具有比護套流低的核流。反應器500A和500B可各自與反應器200、反應器300和/或反應器400相似。此外，通過堆疊具有不同相對流速的反應器，系統(tǒng)可利用文土里(Venturi)效應以進一步改變核流的大小。
[0060] 在一些實施例中，納米線生長系統(tǒng)1500可包括堆疊中鄰近納米線生長反應器500A和500B之間的間隙，通過所述間隙，可提供進料導管(例如，504A、504B)和氣體出口(例如，440)。例如，進料導管504A可經配置以向第二反應器500B的外部入口導管206A提供護套氣體，同時進料導管504B可經配置(例如，其延伸到和/或指向反應器500A、500B之間的核流區(qū)域)以向第二反應器500B的內部入口導管206B提供前體和/或催化納米粒子。在每一階段，可利用氣體出口440和440A去除護套氣體和護套氣體中夾帶的前體氣體(例如，廢氣)。以這種方式，可將新的前體和護套氣體供應到每一階段并且可去除舊的護套氣體和廢氣。另外，所述階段可經垂直、水平或之間的任何組合堆疊。在一些實施例中，整個堆疊可包封在
外殼體(未顯示)中。
[0061] 圖4A、4B和5圖解說明包括實例性納米線生長反應器400的另一實例性納米線生長系統(tǒng)100。納米線生長反應器400可與反應器200相似，但可含有其它元件。納米線生長反應器400的元件還可包括于納米線生長反應器200或300中。反應器400可包括外部入口402A、內部入口402B、外部出口404A和內部出口404B。可通過連接到位于外部入口導管406A中的護套氣體入口432的外部入口402A向反應室410提供護套氣體。催化納米粒子可由納米粒子氣溶膠發(fā)生器215氣溶膠化，并且通過連接到鄰近內部入口導管406B(例如，至少部分在其中)定位的催化劑入口434的內部入口402B提供到反應室410。
[0062] 可通過連接到前體入口436和內部入口導管406B的內部入口402B向反應室410提供一或多種前體氣體。入口432、434和436可包含任何導管，例如圓筒、軟管、管子或歧管。護套氣體入口432可鄰近外部入口導管406A(例如，至少部分在其中)定位。前體入口436可鄰近內部入口導管406B(例如，至少部分在其中)定位，其中前體入口436向上延伸內部入口導管406B比催化劑入口434更遠?？稍谕獠亢蛢炔咳肟?02A和402B處以及在外部和內部入口導管406A和406B中利用一或多個
熱電偶420監(jiān)測護套氣體、催化納米粒子氣溶膠和前體氣體的溫度。盡管出于說明目的，顯示熱電偶420位于出口導管408A和408B中的至少一者中，熱電偶420還可位于入口402A和402B中的至少一者、或入口導管406A和406B中的至少一者、或出口404A和404B中的至少一者中。
[0063] 可使用一或多個加熱器430將熱供應到外部入口導管406A、反應室410和外部出口導管408A。為了加熱內部入口導管406B，可通過一或多個位于反應器400的下方部分的熱傳遞元件438將熱從外部入口導管406A傳遞到內部入口導管406B。為了從內部出口導管408B提取熱，可通過一或多個位于反應器400的上方部分的熱傳遞元件438將熱從內部出口導管408B傳遞到外部出口導管408A。熱傳遞元件438可為(例如)由具有高導熱率的材料(例如
鋁或
銅，如圖4B中所示)制得。外部入口導管406A的遠端(距反應室410最遠)可提供有熱屏蔽或絕熱體418(例如，具有低導熱率的材料)。熱屏蔽或絕熱體418可減少離開外部入口導管
406A的
熱損失，由此有助于在外部入口導管406A中維持穩(wěn)定的溫度梯度。
[0064] 外部入口導管406A可提供有一或多個篩板或
過濾器以提供確保環(huán)形對稱平推流的平衡壓力。在一些實施例中，外部入口導管406A可提供有一或多個低孔隙度篩板或過濾器424、和/或一或多個高孔隙度篩板或過濾器422。低孔隙度篩板或過濾器424可由任何合適的材料(例如
燒結不銹
鋼)制得。高孔隙度篩板或過濾器422可由任何合適的材料(例如金屬或陶瓷
棉或織造
纖維，例如SiO2、Al2O3或鋼絲絨)制得。
[0065] 外部出口導管408A可包括冷卻
套管426。冷卻套管426可包括流體入口428和流體出口429。流體可為液體或氣體。冷卻套管426可從外部出口導管408A提取熱以冷卻護套氣體。另外，如果熱傳遞元件438是鄰近如上文所論述的外部出口導管408A(例如，在其內)提供，那么可從內部出口導管408B提取熱，由此冷卻未反應的前體氣體和納米線?？墒褂靡换蚨鄠€熱電偶420監(jiān)測外部出口導管408A和內部出口導管408B的溫度。
[0066] 可通過外部出口導管408A和氣體出口440從外部出口404A移出護套氣體?？蓪⒆o套氣體存儲于容器中。可通過內部出口導管408B的出口442從反應器400移出未反應的前體氣體和納米線。
[0067] 圖5示意性圖解說明反應器400(其可為aerotaxyTM納米線生長反應器)的實例性出口部分。在一些實施例中，出口部分可與入口部分大體上相同以維持對稱氣體流動。圖1-3C中所示的納米線生長系統(tǒng)100中還可包括反應器400的出口部分。出口部分可包括殼體444。出口部分可包括高孔隙度篩板或過濾器422和低孔隙度篩板或過濾器424，其可組裝于殼體
444中。殼體444可由任何合適的材料(例如
不銹鋼或鉬)制得。可將從反應室410流經高孔隙度篩板或過濾器422和/或低孔隙度篩板或過濾器424的護套氣體引導至導管或管子448中。
導管448可在到達護套氣體出口440的途中通
過熱屏蔽或絕熱體418和一或多個鄰近外部出口導管408A定位的熱傳遞元件438。在一些實施例中，熱屏蔽或絕熱體418和一或多個熱傳遞元件438可利用一或多個緊固到導管或管子448的夾子450布置在殼體444的上游(或殼體
444的下游)。可使用其它合適的緊固裝置以將熱屏蔽或絕熱體418和熱傳遞元件438緊固在合適的
位置，例如螺絲、
螺栓等。
[0068] 可通過升高或降低外部和內部入口402A和402B、外部和內部出口404A和404B(由范圍446指示)或二者調整反應室410的大小。也就是說，可增加或減少外部和內部入口402A和402B與外部和內部出口404A和404B之間的距離以調整反應室410的大小。這種調整可通過操作調整機構445(例如螺絲、杠桿或任何其它合適的機構)來進行。在一些實施例中，調整機構445可升高或降低外部和內部入口導管406A和406B、外部和內部出口導管408A和408B、和/或外部出口導管408A中的組合件440、442、444、448和438的頂蓋452，可升高或降低反應室410的所述出口404A和404B?；蛘撸赏ㄟ^替代反應器管(例如，入口導管206A和
206B與出口導管208A和208B中的一或多者)調整反應室410的大小。在一些實施例中，可通過用不同長度的反應器管替代外部導管206A和208A來調整反應室410的大小。
[0069] 圖6圖解說明納米線生長系統(tǒng)500(其可為aerotaxyTM納米線生長系統(tǒng))的實施例。出于說明目的，顯示系統(tǒng)500以包括三個納米線生長反應器600A、600B和600C，但系統(tǒng)500可包括任何其它合適數(shù)目(例如，2、4、5個等)的反應器。反應器600A、600B和600C中的每一者可與反應器200、300和400中的任一者相似。納米線生長系統(tǒng)500中包括的元件或特征還可包括于上述系統(tǒng)100和1500、以及上述系統(tǒng)700A和700B中。如圖解說明，三個納米線生長反應器600A、600B和600C串聯(lián)配置。也就是，將離開第一納米線生長反應器600A的納米線提供到第二納米線生長反應器600B，并且將從第二納米線生長反應器600B離開的納米線提供到第三納米線生長反應器600C。在一些實施例中，納米線生長反應器可并聯(lián)或以串聯(lián)與并聯(lián)的組合配置?？衫萌魏魏线m的導管(例如管子、歧管、軟管或任何其它合適的連接器)制得納米線生長反應器600A、600B與600C之間的連接508A、508B。可通過導管508C
收獲最終納米線。
[0070] 護套氣體、前體氣體的供應可存儲在一或多個容器中。如圖解說明，系統(tǒng)500可包括6個容器R1-R6，但可包括任何其它數(shù)目的容器，例如視需要1、2、3、4、5或更多個。第一容器R1可存儲(例如)第一前體氣體，例如三甲基鎵或三乙基鎵。第二容器R2可存儲第二前體氣體(例如胂)或惰性載體氣體(例如氮、氬或氦)。第三容器R3可存儲第三前體氣體、惰性氣體(例如護套氣體)或具有第一導電類型(例如，p型或n型)的第一
摻雜劑氣體。第四容器R4可存儲具有不同于第一導電類型的第二導電類型(例如，n型或p型)的第二摻雜劑氣體。利用所述配置，納米線可生長有不同導電類型的層(例如，核-殼)或區(qū)。例如，可利用系統(tǒng)500(和本文揭示的其它系統(tǒng))制作縱向定向和徑向定向的納米線。以這種方式，可制作具有一或多個pn或p-i-n結的納米線。
[0071] 納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可布置在第一反應器600A的入口，并且可生成催化納米粒子氣溶膠并向第一反應器600A供應氣溶膠。在一些實施例中，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可布置在反應器600A、600B和600C中的每一者的入口。利用系統(tǒng)500和系統(tǒng)700A和700B(下文論述的)，可連續(xù)地制作具有一或多個pn結(或pin結)的縱向和徑向定向的納米線?？稍谙到y(tǒng)(例如，500、700A或700B)的第一端連續(xù)地提供原材料，并且可在系統(tǒng)的第二端連續(xù)地收集精整納米線而不必停止系統(tǒng)。另外，由于氣體的類型和濃度以及操作條件在系統(tǒng)500中的所有反應器600A、600B和600C(和其它所揭示系統(tǒng)中的其它反應器，例如系統(tǒng)700A和
700B中的反應器200)中可獨立地經控制，所以可關于(例如)組成、摻雜和/或導電類型制作
同質結構和
異質結構二者。此外，氣體的類型和濃度以及操作條件可隨著在反應器600A、
600B和600C內的時間變化而變化。
[0072] 可通過進料導管504A、504B和504C將氣體提供到反應器600A、600B和600C。進料導管504A、504B和504C可為管子、導管、軟管、歧管或任何其它合適的遞送管。如上文所論述，可利用一或多個熱電偶420(示于圖4和5中)監(jiān)測反應器600A、600B和600C的溫度。另外，可利用流動控制裝置510(其可包括一或多個計和/或流動控制
閥)監(jiān)測從容器R1-R6到反應器600A、600B和600C的氣體流動。流動控制裝置510可經配置以提供關于流速和/或總流量的信息。流量計或閥510還可經配置以控制流速和/或總流量。在一些實施例中，可提供單獨流量計和流動
控制閥。在一些實施例中，流量計和流動控制閥可整合在流動控制裝置510內。
在一些實施例中，可通過進料導管504D將來自一或多個容器R1-R6的一或多種氣體供應到納米粒子氣溶膠發(fā)生器215。盡管未顯示，但可提供一或多個流動控制裝置(其可與流動控制裝置510相似)以控制來自納米粒子氣溶膠發(fā)生器215的氣溶膠流、和/或供應到納米粒子氣溶膠發(fā)生器215的氣體流。
[0073] 納米線生長系統(tǒng)500可包括
控制器502，例如個人計算機、伺服器或特種計算裝置。相似控制器還可包括于系統(tǒng)100和1500(示于圖1-4B中)以及系統(tǒng)700A和700B(示于圖7A和
7B中)中。控制器502可包括
硬件組件、
軟件組件或二者。例如，控制器502可包括經配置以與納米線生長系統(tǒng)500中所包括的各種裝置或組件(例如，流動控制裝置510、反應器600A-
600C等)連通的連通單元505。連通單元505可通過網絡506(其可為有線網絡(例如，乙太網絡)或無線網絡(例如，WiFi網絡、蜂窩網絡、射頻網絡等))與各種裝置或組件連通。連通單元505可包括至少一個硬件組件，例如連通通口、天線等。
[0074] 控制器502可包括經配置以存儲計算機可執(zhí)行指令和/或代碼(例如
計算機程序)的
存儲器507。存儲器507可為任何合適的有形存儲器，例如快閃存儲器、
只讀存儲器(ROM)、
隨機存取存儲器(RAM)等。存儲器507可包括至少一個硬件組件，例如半導體、硬件
電路等。
[0075] 控制器502可包括處理器509。處理器509可經配置以執(zhí)行指令或代碼以進行本文揭示的各種方法或工藝。處理器509可包括至少一個硬件組件，例如硬件電路、半導體等。處理器509、存儲器507和連通單元505可通過總線、線和/或其它連通構件彼此連通。
[0076] 控制器502可與反應器(例如，200、300、400等)或系統(tǒng)(例如，500、700A、700B、1500等)中的本文揭示的各種裝置或組件連通。控制器502可從各種裝置或組件接收數(shù)據(jù)或
信號，分析所述數(shù)據(jù)，并向各種裝置或組件發(fā)送
控制信號以控制納米線生長反應器或系統(tǒng)的操作。例如，控制器502可經配置以從加熱器214、216和230中的至少一者接收數(shù)據(jù)或信號并向其發(fā)送控制信號以調整反應器200(或300、400等)中的溫度?？刂破?02可從一或多個熱電偶420接收溫度測量(例如，控制器502可監(jiān)測熱電偶420的溫度測量)。例如，控制器502可基于從熱電偶420接收的溫度測量調整加熱器214、216和230中的至少一者?？刂破?02可經配置以從流動控制裝置510接收數(shù)據(jù)或信號并向流動控制裝置510發(fā)送控制信號以調整供應到反應器和/或納米粒子氣溶膠發(fā)生器215的氣體流動。
[0077] 圖7A和7B圖解說明實例性納米線生長系統(tǒng)700A和700B(其可為aerotaxyTM納米線生長系統(tǒng))。系統(tǒng)700A可包括經配置以向反應器200(或300、400)遞送前體氣體的第一容器R1。在一些實施例中，可包括納米粒子氣溶膠發(fā)生器215以向反應器200提供催化納米粒子氣溶膠?？蓪⒋鎯τ谌萜鱎1中的一或多種氣體供應到納米粒子氣溶膠發(fā)生器215。系統(tǒng)700A可包括經配置以遞送護套氣體的第二容器R2。護套氣體可為第二前體氣體或惰性氣體(例如氮)或稀有氣體(例如氦或氬)
[0078] 系統(tǒng)700A可進一步包括粒子分析儀704，其可提供納米線或部分生長納米線的原位分析以獲得所需納米線性質。粒子分析儀704可(例如)通過照明納米線以及檢測來自納米線的發(fā)光來操作以測定納米線的光學性質。原位分析提供獲得待用于原本不可用于納米線的基于襯底的合成中的反饋控制環(huán)的反饋(例如，納米線的大小)的能力。反饋可通過(例如)控制器(例如，控制器502)(例如)通過控制催化晶種粒子的大小用于控制線生長、以及通過控制一或多個與以下相關的參數(shù)來控制生長條件：反應室中的一或多者中的前體組成、前體摩爾流量、載體氣體流量、溫度、壓力或摻雜劑。在納米線生長后，可將納米線提供到納米線儲存庫706(例如用于儲存納米線的容器或含有襯底的納米線沉積設備)。
[0079] 在圖7B中所圖解說明的實施例中，系統(tǒng)700B可包括第一容器R1和第二容器R2。第一容器R1可經配置以提供前體氣體并且第二容器R2經配置以提供護套氣體。在這個實施例中，系統(tǒng)700B可包括多個串聯(lián)以及并聯(lián)配置的反應器200(或300、400)。盡管未顯示，但每一反應器200(或300、400)可提供有納米粒子氣溶膠發(fā)生器215以提供催化納米粒子氣溶膠。另外，系統(tǒng)700B中可包括控制器(例如，控制器502)。
[0080] 利用系統(tǒng)700B，可同時制作大量納米線。此外，反應器200的每一平行線可在不同于系統(tǒng)700B中反應器200的其它線的條件下操作。以這種方式，可同時產生(例如)縱向定向和水平定向的納米線的不同配置。在其它方面中，反應器200的不同導管可提供有不同大小的納米粒子或與反應器200相關的納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可經配置以生成不同大小的納米粒子。以這種方式，可同時而不混合地制作具有不同大小(例如，直徑、長度)的納米線。任選地，圖7B中所圖解說明的系統(tǒng)700B可包括一或多個粒子分析儀704以監(jiān)測反應器200的導管中的一或多者中的納米線生長。
[0081] 本文揭示的納米線生長反應器(例如，200、300、400)可水平或垂直對準。例如，對于包括兩個反應器200的納米線生長系統(tǒng)的垂直對準來說，第二反應器200的外部入口202A和內部入口202B可分別與第一反應器200的外部出口204A和內部出口204B垂直對準。在具有多個納米線生長反應器500A、500B、600A-600C、700A和/或700B(其各自可為反應器200、300或400中的一者)的系統(tǒng)1500、500、700A和/或700B中，顯示納米線生長反應器垂直堆疊，但其還可經水平堆疊、或以介于水平與垂直方向之間的任何角度堆疊。
[0082] 圖8-10示意性圖解說明實例性納米粒子氣溶膠發(fā)生器215，其可用于本文揭示的納米線生長反應器和系統(tǒng)。圖8-10中所示的實施例可包括相似或相同元件，只是用于供應稀釋氣體的配置除外。對于相似或相同元件來說，下文論述可僅指圖8，但相同說明還適于圖9和10的實施例中所包括的相似或相同元件。
[0083] 參見圖8-10，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可經配置以生成納米粒子氣溶膠并向納米線生長反應器(例如，反應器200、300、400或系統(tǒng)500、1500、700A和700B中所包括的反應器)的入口提供納米粒子氣溶膠。納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可經配置以生成用于反應器中的催化納米粒子。納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可經配置以生成具有大于100nm(例如，100nm-200nm或大于200nm)的大小、具有窄粒徑分布(例如，具有標準偏差<10％平均值)和高密度(例如，大于107個粒子/cm3，例如108個粒子/cm3)的催化納米粒子。納米粒子氣溶膠發(fā)生器
215還可經配置以生成具有其它大小(例如，小于100nm、10-200nm)、其它粒徑分布(例如，具有標準偏差>10％平均值的較寬粒徑分布)、和/或其它密度(例如，低于107個粒子/cm3，例如
106個粒子/cm3或105個粒子/cm3)的催化納米粒子。納米粒子氣溶膠發(fā)生器215還可經配置以生成比納米級小或大的粒子。
[0084] 如圖8-10中所示，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可包括容器800。在一些實施例中，容器800可為
坩堝。還可使用其它容器。出于論述目的，坩堝用作容器800的實例。坩堝800可經配置以含有源材料805。源材料805可為金屬源材料，例如Au、Ag、Cu、Fe、Ni、Ga、In、Al或其任一組合，其可用作生長納米線的催化劑?？杉訜嵩床牧?05以蒸發(fā)。在一些實施例中，可將源材料805加熱到2000℃。在一些實施例中，可將源材料805加熱到超過2000℃?？墒褂眉訜嵫b置810通過各種方法(例如熱加熱、
電弧加熱、
感應加熱等)加熱源材料805。還可使用蒸發(fā)源材料805的其它方法，例如激光蒸發(fā)方法。
[0085] 在一些實施例中，可通過熱加熱來加熱源材料805。加熱裝置810可加熱坩堝800，其又加熱源材料805。在一些實施例中，可通過電弧加熱來加熱源材料805。加熱裝置810可向源材料805施加電弧
電流以增加源材料805的溫度。在一些實施例中，可通過電感應加熱來加熱源材料805。加熱裝置810可向圍繞坩堝800的多個線圈(未顯示)施加交流電以在由線圈中的交流電生成的感應下加熱源材料805。
[0086] 在加熱到特定溫度或更高溫度時，加熱源材料805的一部分(例如，頂部表面部分)可經
氣化(例如，加熱源材料805可至少在其頂部表面熔融并分解成小粒子)。在由載體氣體流吹加熱的源材料805時，較高溫度可引起源材料805的更多納米粒子經氣化。因此，較高溫度可對于所生成納米粒子氣溶膠產生較高密度。
[0087] 如圖8-10中所示，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可包括經配置以通過導管820將載體氣體流供應到坩堝800中的載體氣體源815。導管820可經配置以一定角度指向源材料805，使得載體氣體可以所述角度吹向源材料805。導管820的角度可固定或可經調整?？蓪⑤d體氣體吹向源材料805的頂部表面以引起源材料的納米粒子上升并與源材料805分開。在將載體氣體吹向源材料805的頂部表面時，可由載體氣體和源材料805的小粒子(例如，納米粒子)形成氣溶膠(例如，氣體)。載體氣體可為任何合適的載體氣體，例如氮、氫和稀有氣體(例如氦和氬)或其混合物。
[0088] 盡管圖8中顯示一個載體氣體源815和一個導管820，但納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可在左側上包括至少一對其它載體氣體源和導管。可關于載體氣體源815和導管820對稱布置另一對載體氣體源和導管。在一些實施例中，另一對載體氣體源和導管可關于載體氣體源815和導管820不對稱定位。
[0089] 氣體(例如，納米粒子氣溶膠)可從坩堝800流向納米粒子氣溶膠發(fā)生器215在蒸發(fā)室842內的出口825。載體氣體流的各個參數(shù)可影響納米粒子的大小、粒子濃度(例如，密度和/或粒徑分布)以及總物質運輸。各個參數(shù)可包括載體氣體的類型、流速、總流量、指向源材料805的導管820的角度。
[0090] 鄰近坩堝800的納米粒子氣溶膠可具有高密度，且粒子可往往彼此凝聚以形成簇。粒子簇對于反應器中的下游應用可為不合適的或不需要的。如圖8中所示，兩類粒子可在納米粒子氣溶膠中共存，一種是主要粒子830，另一種是凝聚的粒子簇835。主要粒子830可用于反應器中的下游應用。在凝聚的粒子簇835的大小超出所需粒徑分布時，可棄去所述簇
835。
[0091] 納米粒子氣溶膠的密度可受源材料805的溫度影響。源材料805的溫度越高，納米粒子氣溶膠的密度就越高。納米粒子氣溶膠的密度還可受載體氣體、例如載體氣體的流速影響。在一些實施例中，較大載體氣體流速可產生較高密度。
[0092] 較高密度可在納米粒子之間產生更大凝聚。因此，為控制凝聚，可控制納米粒子氣溶膠的密度?？赏ㄟ^控制源材料805的溫度和載劑流量中的至少一者來控制納米粒子氣溶膠的密度。例如，可通過由加熱裝置810(例如由加熱裝置810施加的電弧電流)控制加熱來控制源材料805的溫度?？赏ㄟ^控制流動控制閥(未顯示)以調控供應到坩堝800的載體氣體流的流速和/或量來控制載體氣體流。
[0093] 納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可包括壁840。壁840的內表面可界定從坩堝800延伸到出口825的蒸發(fā)室或流動路徑842用于氣體(例如，納米粒子氣溶膠)流動。壁840可為管或管子的壁，或可包括多個連接在一起以形成室842的壁。壁840至少部分圍繞坩堝800布置，使得納米粒子氣溶膠可沿著由壁840界定的室或流動路徑842從坩堝800流到出口825。壁840可與坩堝800的壁845具有重疊，從而界定如圖8中所示壁845與壁840之間的空間。
[0094] 如圖8-10中所示，為進一步控制凝聚，由此控制納米粒子的粒徑分布以達到所需范圍，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可使用第二單獨氣流以稀釋由載體氣體流形成的納米粒子氣溶膠以及從源材料805生成的納米粒子。如圖8-10中所示，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可包括經配置以供應稀釋氣體的稀釋氣體源850。稀釋氣體可為任何合適的氣體，例如氮、氫和稀有氣體(例如氦和氬)或其混合物。稀釋氣體與載體氣體可相同或可不相同。在一些實施例中，可在遠離坩堝800的位置將稀釋氣體引入室842中。例如，與載體氣體不同，稀釋氣體可不吹向坩堝800，且因此，可不影響從源材料805的納米粒子的形成。載體氣體流和稀釋氣體流可單獨供應到室842中。通過稀釋由載體氣體流生成的納米粒子氣溶膠，由于對于懸浮于經稀釋氣溶膠中的納米粒子的凝聚時間增加，所以可減少凝聚。
[0095] 在圖8中所示的實施例中，可將稀釋氣體從稀釋氣體源850供應到導管855(其可布置在壁840的外面并且沿著壁840的至少一部分延伸)。如圖8中所示，導管855可包括與壁840大體上平行并且在鄰近坩堝800的位置延伸超出壁840的部分。稀釋氣體可在導管855中與壁840平行向下流向坩堝800。在稀釋氣體流達到壁840的下端時，稀釋氣體流可在壁840的底部周圍或穿過壁840中的小孔轉向，并且沿著壁840的內表面向上流動以沿著壁840的內表面形成屏蔽。稀釋氣體流屏蔽可減少部分由熱遷移引起的壁沉積(例如，減少沉積在相對較冷的壁840上的熱粒子的量)。稀釋氣體流屏蔽可分開壁840與由載體氣體流和納米粒子形成的納米粒子氣溶膠，由此防止熱納米粒子沉積在壁840上，并稀釋納米粒子氣溶膠。
壁840和導管855的配置可使得稀釋氣體能夠沿著壁840的內表面流動，同時盡可能少地對載體氣體流引入干擾(例如，稀釋氣體流與載體氣體流之間沒有或具有極少交叉流)。
[0096] 還可使用用于供應稀釋氣體的其它配置。例如，在圖9中所示的實施例中，可從納米粒子氣溶膠發(fā)生器215的下方或底部部分(例如，鄰近坩堝800的部分)供應稀釋氣體流?？赏ㄟ^(例如)插入壁840與坩堝800的壁845之間的空間中的導管849將稀釋氣體從壁840的底部部分直接供應到流動路徑。通過壁840與坩堝800的壁845之間的空間供應的稀釋氣體可繼續(xù)沿著壁840向上流動以在壁840與納米粒子氣溶膠(例如，具有納米粒子的載體氣體流)之間形成屏蔽，并稀釋納米粒子氣溶膠。
[0097] 在圖10中所示的另一實施例中，可通過稀釋氣體入口導管851將稀釋氣體供應到流動路徑。入口導管851可布置在任何合適的位置，并且可為直的或可不為直的(例如，其可以一角度彎曲)。例如，入口導管851可至少部分位于坩堝800內(例如)鄰近坩堝800的壁845或鄰近源材料805的空間中。在一些實施例中，如圖10中所示，入口導管851可布置在坩堝800的底部側，使得稀釋氣體與由載體氣體和源材料805生成的納米粒子氣溶膠一起向上流動。稀釋氣體流可在納米粒子氣溶膠與壁840之間形成屏蔽，并且還可稀釋納米粒子氣溶膠。從坩堝800的底部側延伸到流動路徑中的入口的深度可經配置為任何合適的深度，使得在所需開始位置將稀釋氣體排放到流動路徑中以稀釋納米粒子氣溶膠。在一些實施例中，開始位置可在源材料805的頂部表面上方。在一些實施例中，導管851可直線指向上方，如圖
10中所示。在一些實施例中，導管851可以角度(例如，5度、10度等)指向壁840，使得稀釋氣體可以角度吹向壁840，并且大體上沿著壁840的內表面繼續(xù)流動，從而在壁840與納米粒子氣溶膠之間形成屏蔽，以及稀釋納米粒子氣溶膠。
[0098] 入口導管851可位于坩堝800的任何其它合適的位置，例如坩堝800的
側壁845。在所述配置中，入口導管851可包括具有所需角度(例如，90度角)的彎曲導管。彎曲導管851可包括指向上的排放通口，使得稀釋氣體可大體上沿著壁840的內表面向上排放到室中，由此在壁840與納米粒子氣溶膠之間形成屏蔽，以及稀釋納米粒子氣溶膠。
[0099] 在使用圖8-10中所示以及下文所述的各種配置供應到蒸發(fā)室842中后，稀釋氣體可大體上沿著壁840流動以在壁840與納米粒子氣溶膠之間形成屏蔽并稀釋納米粒子氣溶膠，由此降低密度。由于降低的密度，經稀釋納米粒子氣溶膠中攜帶的納米粒子較不可能彼此凝聚以形成簇。因此，可通過控制稀釋氣體來控制凝聚。例如，可控制稀釋氣體流的流速以調整凝聚?？刂颇圻€可有助于控制納米粒子的粒徑分布以達成所需粒徑分布范圍。在減少凝聚情況下，更多從源材料805生成的納米粒子可通過下游差示遷移率分析儀(DMA)，其又改良粒徑分布的控制。
[0100] 稀釋氣體供應到由壁840界定的室842中以稀釋攜帶納米粒子的載體氣體的位置可配置在任何合適的位置。例如，在一些實施例中，稀釋氣體可流入鄰近坩堝800的室842中，使得可在形成后立即稀釋主要納米粒子，由此抑制凝聚以控制粒徑分布。還可在其它位置、例如在坩堝800與冷卻區(qū)865之間將稀釋氣體供應到室842中。
[0101] 參見圖8-10，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可包括冷卻裝置860，其經配置以提供冷卻流體(例如，水、冷卻氣體或其它合適的冷卻流體)以冷卻冷卻區(qū)865，所述冷卻區(qū)865可包括壁840的一部分、以及由壁840的一部分形成的蒸發(fā)室842的一部分。在冷卻區(qū)865內，還可降低納米粒子氣溶膠(包括稀釋氣體流和具有納米粒子的載體氣體流)的一部分的溫度。在冷卻區(qū)865內的納米粒子氣溶膠的溫度降低的情況下，可降低納米粒子的遷移率，由此減少凝聚。在一些實施例中，可使冷卻流體在沿著并且鄰近壁840的外表面布置的導管870(例如，銅管子等)內循環(huán)。冷卻區(qū)865的位置可經配置(例如，通過配置導管870的位置)靠近源材料805或靠近出口825。還可能需要降低在出口825之前的納米粒子氣溶膠的溫度，使得在差示遷移率分析儀875(下文所述)的上游(例如，在納米粒子氣溶膠進入差示遷移率分析儀875之前)維持大體上恒定溫度(例如，室溫)。
[0102] 在溫度降低的情況下，納米粒子的運動可活性較低，這意味著在室842中的滯留時間可減少。因此，納米粒子氣溶膠中的凝聚可減少。然而，在降低溫度下，納米粒子的密度也可降低。因此，減少凝聚與維持高密度之間存在折衷?？煽刂评鋮s裝置860以達成所需折衷。此外，在冷卻導管870不定位的區(qū)(例如，靠近坩堝800的區(qū))內，納米粒子氣溶膠的溫度高于冷卻區(qū)865的溫度。因此，在流動路徑內從坩堝800到出口825存在溫度梯度。大的溫度梯度可在納米粒子氣溶膠內產生
湍流，這又可引起更多凝聚。
[0103] 參見圖8-10，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可與差示遷移率分析儀(DMA)875相關或可包括所述差示遷移率分析儀。DMA?875可經配置以進行大小選擇，也就是，選擇大小在預定粒徑分布范圍(例如，100nm-150nm、100nm-200nm、200-250nm等)內的粒子?？蓪⒂蒁MA?875選擇的納米粒子提供到下游反應器(例如，200、300、400)或系統(tǒng)(例如，500、1500、700A和700B)。例如，DMA?875可包括連接到納米粒子氣溶膠發(fā)生器215的出口825的入口。在一些實施例中，DMA?875可包括與反應器的入口(例如，反應器200的內部入口202B、反應器300的內部入口302C、反應器400的入口402B等)連接的出口。在一些實施例中，在大小經選擇的納米粒子氣溶膠供應到反應器的入口之前，DMA?875可與下游粒子計數(shù)裝置876連接。在一些實施例中，粒子計數(shù)裝置876可與DMA?875整合為單一單元。
[0104] DMA?875可生成
電場。在納米粒子穿過DMA?875時，其可根據(jù)其電遷移率而運動。僅大小(例如，直徑)在預定粒徑分布范圍內的納米粒子可通過DMA?875。在DMA?875中可由(例如)控制器880(下文所述)或控制器502調整預定粒徑分布范圍。在圖8-10中所示的實施例中，通過使用稀釋氣體流以稀釋納米粒子氣溶膠，由此減少凝聚，更多納米粒子可通過DMA?875。因此，材料利用率可增加。
[0105] 參見圖8-10，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215還可包括或以其它方式與粒子計數(shù)裝置876相關。粒子計數(shù)裝置876可布置在DMA?875的下游，并且可經配置以在大小選擇后對從DMA?875的納米粒子氣溶膠輸出中的粒子數(shù)進行計數(shù)。由粒子計數(shù)裝置計數(shù)的粒子數(shù)可指示納米粒子的密度。粒子計數(shù)裝置876可為與DMA?875分開的單元，或可與DMA?875整合為單一單元。
[0106] 參見圖8-10，納米粒子氣溶膠發(fā)生器215可包括熱電偶877。熱電偶877可與熱電偶420相似。熱電偶877可經配置以測量蒸發(fā)室842內(例如)從源材料805到出口825的溫度梯度。在一些實施例中，熱電偶877可包括一個鄰近坩堝800(例如，鄰近源材料805)布置的
電極、鄰近出口825或任何其它合適的位置布置的另一電極。盡管在圖8-10的實施例中僅顯示一個熱電偶877，旦可包括超過一個熱電偶877。在一些實施例中，熱電偶877可不直接測量溫度梯度，相反，可測量納米粒子氣溶膠的溫度，并且控制器880或控制器502可使用溫度測量以計算溫度梯度。
[0107] 參見圖8-10，可由控制器880控制納米粒子氣溶膠發(fā)生器215?？刂破?80可為控制器502的部分，或可為專用于控制納米粒子氣溶膠發(fā)生器215的單獨控制器?？刂破?80可包括硬件組件、
軟件組件或二者。例如，控制器880可包括經配置以與納米粒子氣溶膠發(fā)生器215中所包括的各種裝置或組件(例如加熱裝置810、冷卻裝置860、載體氣體源815、稀釋氣體源850、DMA?875、粒子計數(shù)裝置876和/或熱電偶877)連通的連通單元881。連通單元881可通過網絡885(其可為有線網絡(例如，乙太網絡)或無線網絡(例如，WiFi網絡、蜂窩網絡、射頻網絡等))與各種裝置或組件連通。連通單元881可包括至少一個硬件組件，例如連通通口、天線等。控制器880可從各種裝置或組件接收數(shù)據(jù)或信號，并且可向各種裝置或組件發(fā)送控制信號以調整操作參數(shù)?？刂破?80可與納米線生長系統(tǒng)的其它控制器(例如，控制器
502)連通，其中可使用納米粒子氣溶膠發(fā)生器215。
[0108] 參見圖8-10，控制器880可實施各種控制方法以控制納米粒子的粒徑分布和/或密度。在一些實施例中，控制器880可實施開放控制(例如，前饋控制)。在一些實施例中，控制器880可實施封閉控制(例如，封閉環(huán)反饋控制)。在一些實施例中，控制器880可實施開放控制(例如，前饋控制)和封閉控制(例如，反饋控制)二者。
[0109] 控制器880可從納米粒子氣溶膠發(fā)生器215中所包括的各種裝置或組件接收數(shù)據(jù)或信號，并且可向各種裝置或組件發(fā)送控制信號以調整控制那些裝置或組件的參數(shù)，由此控制用于生成具有所需粒徑分布和/或所需密度的納米粒子氣溶膠的過程。在一些實施例中，控制器880可經配置以控制蒸發(fā)室842內(例如，坩堝800與出口825之間)的溫度梯度。盡管溫度梯度可不直接影響納米粒子的運動，但其可不直接影響運動，這是因為較低溫度可減少運動，并且較高溫度可增加運動，由此影響密度。在一些實施例中，控制器880可從熱電偶877接收數(shù)據(jù)或信號，其可包括與溫度梯度有關的信息，或其可包括可由控制器880使用以計算溫度梯度的溫度信息。
[0110] 基于從熱電偶877的測量獲得的溫度梯度，控制器880可控制冷卻裝置860和加熱裝置810中的至少一者以達成所需溫度梯度?？赏ㄟ^改變冷卻區(qū)865內的溫度、坩堝800的溫度或二者來調整溫度梯度。為了控制冷卻裝置860，控制器880可調整冷卻流體的量、冷卻流體的流速和/或冷卻流體的類型以控制冷卻效應，由此控制冷卻區(qū)865內的溫度。為控制加熱裝置810，控制器880可調整由加熱裝置810施加的電弧電流的量或以其它方式調整由加熱裝置810供應到坩堝800的總熱量。
[0111] 在一些實施例中，控制器880可控制加熱裝置810以達成納米粒子的所需密度。在由載體氣體流吹源材料805時，具有較高溫度的源材料805可生成更多納米粒子。因此，可基于所需密度控制加熱裝置810以調整源材料805或坩堝800的溫度。例如，控制器880可基于從DMA?875和/或粒子計數(shù)裝置876接收的信息控制加熱裝置810。
[0112] 控制器880可從DMA?875和/或粒子計數(shù)裝置876接收數(shù)據(jù)或信號。從DMA?875接收的數(shù)據(jù)或信號可包括與大小選擇(例如預定粒徑分布范圍)有關的信息?？刂破?80可向DMA?875發(fā)送控制信號以設定或調整大小選擇?？刂破?80可從粒子計數(shù)裝置876接收數(shù)據(jù)或信號，其可指示納米粒子的密度?？刂破?80可在各種控制(例如，反饋控制、前饋控制或其組合)中使用從DMA?875接收的大小選擇信息和/或從粒子計數(shù)裝置876接收的密度信息?；趶腄MA?875接收的信息和/或從粒子計數(shù)裝置876接收的密度信息，控制器880可控制其它裝置或組件(例如稀釋氣體源850和/或載體氣體源815)以達成所需大小選擇和/或所需密度。
[0113] 控制器880可與稀釋氣體源850和/或載體氣體源815連通并且對其進行控制。例如，控制器880可從稀釋氣體源850接收信號或數(shù)據(jù)，其指示供應到納米粒子氣溶膠流動路徑的稀釋氣體的量、稀釋氣體的流速、稀釋氣體的類型等?？刂破?80可在用于生成納米粒子氣溶膠的工藝的各種控制(例如，反饋控制、前饋控制或其組合)中使用從稀釋氣體源850接收的信息?？刂破?80可向稀釋氣體源850發(fā)送控制信號以調整(例如)供應到納米粒子氣溶膠流動路徑的稀釋氣體的量以稀釋氣溶膠。控制器880可調整稀釋氣體的流速、稀釋氣體的類型等?？刂破?80可基于從DMA?875和/或粒子計數(shù)裝置876接收的信息控制稀釋氣體源850。
[0114] 控制器880可從載體氣體源815接收信號或數(shù)據(jù)，其指示供應到源材料805下方的載體氣體的量、載體氣體的流速、載體氣體的類型等?？刂破?80可在使用納米粒子氣溶膠發(fā)生器215生成納米粒子氣溶膠的工藝的各種控制中使用從載體氣體源815接收的信息?？刂破?80可向載體氣體源815發(fā)送控制信號以調整(例如)吹向源材料805的載體氣體的量、載體氣體的流速、載體氣體的類型等。控制器880可基于從DMA?875和/或粒子計數(shù)裝置876接收的信息控制載體氣體源815。通過控制溫度梯度、稀釋氣體流和載體氣體流中的一或多者，可控制氣溶膠中納米粒子的凝聚以達成所需粒徑分布和/或所需密度。
[0115] 在一些實施例中，控制器880可基于納米粒子的所需密度個別地控制加熱裝置810或與冷卻裝置860的組合。在由載體氣體流吹源材料805時，具有較高溫度的源材料805可生成更多納米粒子。因此，可基于所需密度個別地控制加熱裝置810以調整源材料805或坩堝800的溫度。例如，控制器880可基于從DMA?875(其指示大小選擇(或分布))和/或粒子計數(shù)裝置876(其指示密度)接收的信息控制加熱裝置810。
[0116] 參見圖8-10，控制器880可包括經配置以存儲計算機可執(zhí)行指令和/或代碼(例如計算機程序)的存儲器882，其可經配置以在由處理器執(zhí)行時進行本文揭示的方法。存儲器882可為任何合適的有形存儲器，例如快閃存儲器、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)等。存儲器882可包括至少一個硬件組件，例如半導體、電路等。
[0117] 參見圖8-10，控制器880可包括處理器883。處理器883可經配置以執(zhí)行指令或代碼以進行本文揭示的各種方法或工藝。處理器883可包括至少一個硬件組件，例如硬件電路、半導體等。處理器883、存儲器882和連通單元881可通過總線、線和/或其它連通構件彼此連通。
[0118] 本發(fā)明的實施例還包括用于形成納米線的方法，其容許大規(guī)模生產以及與使用基于襯底的合成所形成的納米線相當?shù)慕Y構復雜性和材料質量。一種方法包括提供第一氣體到第一入口導管進入反應室(或反應區(qū))，例如管形爐。在這種方法中，第一氣體可包括用于制作納米線的第一前體材料。例如，第一氣體可包括三甲基鎵(TMG)，其可在高溫下離解成鎵和甲烷，由此為基于鎵的納米線(例如半導電GaAs納米線)提供鎵。可通過第二入口(其與第一入口可相同或可不相同)將第二氣體提供到反應器的反應室。第二氣體可包括第二不同前體氣體，例如胂，其可離解成砷和氫。在一些實施例中，鎵可形成小滴，其可催化胂的離解以及GaAs納米線的生長?？赏ㄟ^第二入口提供護套氣體。在一些實施例中，可通過第一入口提供催化劑粒子。
[0119] 圖11是包含pn結的實例性軸向生長納米線1的示意圖。所述方法包括提供懸浮于氣體中的催化納米粒子2和提供第一和第二氣態(tài)前體3、4(例如，TMG和AsH3)，其可包括待在反應室(例如，反應器200中的反應室210)中形成的納米線1的成份。所述方法可包括在氣相合成中從催化粒子2生長單晶納米線1，其可包括第一和第二氣態(tài)前體3、4，同時催化納米粒子懸浮于氣體中?？稍谑覝叵聦⒌谝缓偷诙绑w氣體3、4提供到反應器200。或者，第一和第二前體氣體3、4(以及摻雜劑氣體，如果使用)可在遞送到反應器200之前經預加熱。
[0120] 納米線生長可在高溫下在如上文所述反應器200、300、400(或系統(tǒng)500、1500、700A和700B)中的任一者中進行。通過在催化納米粒子2表面上催化分解氣態(tài)前體3、4以及在催化納米粒子2表面上使納米線成核來起始生長。在成核后，納米線1定向生長且形成伸長的物體，例如納米線1。生長可通過氣體-液體-固體(VLS)或
化學氣相沉積(CVD)來發(fā)生。在一些實施例中，氣體流經反應器200并且因此至少攜帶催化納米粒子2，并且因此在催化納米粒子2上通過反應器200形成的納米線1。
[0121] 關于半導體材料、尤其III/V材料闡述如本文所述的方法。所述方法不限于此。舉例來說，圖11示意性圖解說明從催化粒子2(例如金)以及第一和第二氣態(tài)前體TMG?3和AsH3?4的GaAs線1的形成。如所示，催化粒子2(例如，納米粒子2)可由進料氣體向前攜帶到反應器
200中，其中存在氣態(tài)前體3、4且發(fā)生反應?；蛘撸绑w氣體3、4可在進入反應器200之前添加到氣流中或直接添加到反應器200中。例如，如上文所論述，催化納米粒子可在前體氣體3、4中的一者中由氣溶膠納米粒子發(fā)生器215氣溶膠化并且通過反應器200中的內部入口導管
206B、反應器300中的內部入口導管306C或中間輸入導管306B提供到反應器200。
[0122] 圖11進一步示意性圖解說明所揭示的方法可如何用于形成在p摻雜的GaAs區(qū)段與n摻雜的GaAs區(qū)段之間具有軸向pn-結的GaAs納米線1?？蓪⒎謩e具有III族材料和V族材料的第一和第二前體3、4以及一或多種p-摻雜劑提供到反應器200。在成核后，p摻雜的GaAs納米線1可從催化納米粒子2軸向生長，由此形成GaAs納米線的第一軸向區(qū)段。此后，可通過用n-摻雜劑更換p-摻雜劑改變生長條件，同時大體上維持與生長條件有關的其它參數(shù)，使得第二軸向線區(qū)段在縱向方向上在先前形成的第一區(qū)段上軸向生長。因此，通過改變軸向生長期間的生長條件，可獲得具有不同性質的軸向區(qū)段。
[0123] 圖12示意性圖解說明在p摻雜的GaAs核與n摻雜的GaAs殼之間具有徑向pn-結的GaAs納米線的形成?？蓪⒌谝缓偷诙绑w3、4(其可分別包括III族材料和V族材料)和p-摻雜劑提供到反應器200(或反應器300或400、或系統(tǒng)500、1500、700A和700B中所包括的反應器)。在成核后，可使p摻雜的GaAs從催化納米粒子2軸向生長，由此形成GaAs納米線1的核。此后，可通過增加溫度和/或V/III-比率以促進徑向生長以及通過將p-摻雜劑更換為n-摻雜劑來改變生長條件?？墒箽ぴ谄鋸较蚍较蛏显谠刃纬傻暮松蠌较蛏L。此圖解說明改變生長條件以在軸向生長與徑向生長之間切換的可能性。或者或另外，納米線可生長有n摻雜的核以及p摻雜的殼。
[0124] 在制作納米線的上述方法中的任一者中，可在生長完成后收集納米線且隨后作為膜沉積在襯底上和/或以定向在襯底上定向(例如，具有與
支撐納米線的襯底表面大體上垂直的納米
線軸)。圖13圖解說明在襯底上沉積納米線的實例性方法。圖14圖解說明在襯底上沉積和定向納米線的實例性方法。
[0125] 在圖13中所圖解說明的方法中，將納米線從生長反應器200、300或400(或系統(tǒng)500、1500、700A和700B)收集到存儲容器1201中并且隨后從容器1201提供到
噴嘴1202。在一些實施例中，可將納米線直接從反應器200、300、或400或系統(tǒng)500、1500、700A和700B(例如，通過排氣口442，其可包括于200、300、400、500、1500、700A和700B中)提供到噴嘴1202，而不存儲在容器1201中。噴嘴1202可經配置以將納米線噴到襯底1203(例如金屬片(例如不銹鋼)、塑料
硅或任何其它合適的材料)上以在襯底上形成納米線膜1204(例如納米線的滲透網絡)。
[0126] 如圖14中所示，使用在納米線中由沉積室1300中的電場生成的電偶極將納米線1與垂直于襯底1303的其長軸對準。例如，可通過施加在支撐襯底的
基座1304與在具有氣溶膠入口的襯底上方的頂部板1305之間的電勢差(也就是，
電壓)在沉積室中生成電場E。可將納米線從容器或直接從前述圖中所示的反應器以氣溶膠形式提供到沉積室1300中。
[0127] 舉例來說，可通過以下方法中的一者或組合來生成納米線中的電偶極。在第一方法中，可生成電場以在任何導電、半導電或絕緣納米線中誘導電極，且納米線可沿著電場自身定向。對于單極納米線來說，納米線可沿著電場定向，具有或不具有晶種粒子末端的優(yōu)選方向。在摻雜中具有軸向梯度的單極性摻雜的納米線可經定向，因為更高度p(n)摻雜的末端可帶正(負)電荷，從而在電場中引導此末端向上(向下)。
[0128] 在第二方法中，包括p摻雜的末端和n摻雜的末端(在其之間形成pn-結)的納米線可比如圖14中所示的單極納米線更容易極化。在暴露于電場時，p摻雜的末端可帶正電荷且n摻雜的末端可帶負電荷，且因此，納米線可以明確的方向定向，其中p摻雜的末端指向電場方向(例如，在圖14中向上)。相同效應可適于單極摻雜的納米線，其中在線與其晶種粒子之間形成肖特基
二極管(Schottky?diode)。
[0129] 在第三方法中，用光或UV或IR
輻射1306照明含有pn-結的納米線可以與由電場形成的電偶極相同的極性誘導強的電偶極，從而大大增強pn-結自身的效應，如圖14中所示。通過用不同預定
波長范圍內的光照明，可選擇性地對準具有不同帶隙的納米線，這是應為不吸收光的線可具有遠更弱的偶極。
[0130] 盡管利用GaAs例示，但可以相同方式處理其它III/V半導體材料以及包含II族和VI族材料的半導體材料。例如，可將上述實例的氣態(tài)前體更換為三甲基銦(TMIn)和膦(PH3)以形成InP線?？赏ㄟ^本文揭示的系統(tǒng)和方法制得的納米線材料包括(但不限于)GaAs、InP、Ga、GaxIn1-xAsyP1-y、AlxGa1-xAsyP1-y、GaSb、GaxIn1-xAsySb1-y、GaN、InN、AlN、AlzGaxIn1-x-zN、InGaN、Si、SiC、Ge或SixGe1-x，其中0≤x≤1、0≤y≤1且0≤z≤1且x+y+z＝1。不必改變反應器配置以從不同氣態(tài)前體形成線；相反，氣態(tài)前體可在(例如)系統(tǒng)500、700A、700B中切換。此外，所述過程(例如由圖9和10例示的過程)可在添加或不添加摻雜劑情況下進行。還可使絕緣體生長?？墒褂脝我换蚨鄠€反應器或反應器內的反應室以改良具有不同組成、摻雜或導電類型的區(qū)段、核或殼的形成。此外，軸向和徑向生長可不必完全解耦，可選擇工藝條件使得納米線同時徑向和軸向生長。通過選擇適當?shù)臍鈶B(tài)前體、流量、溫度、壓力和粒徑，可使納米線材料在軸向或徑向方向上或以兩種生長方向的組合生長。
[0131] 護套氣體可包括(但不限于)氮、氫和稀有氣體(例如氦和氬)。前體氣體可包括(但不限于)TMG、TMIn、TEG、TEIn、TMAl、TEAl、NH3、AsH3和PH3。合適的摻雜劑取決于所摻雜的納米線材料。實例包括(但不限于)(1)InGaAl-AsPSb：n-摻雜劑：S、Se、Si、C、Sn；p-摻雜劑：Zn、Si、C、Be；(2)AlInGaN：n-摻雜劑：Si；p-摻雜劑：Mg；(3)Si：n-摻雜劑：P、As、Sb；p-摻雜劑：B、AI、Ga、In；(4)CdZn-OSSeTe系統(tǒng)：p-摻雜劑：Li、Na、K、N、P、As；n-摻雜劑：Al、Ga、In、Cl、I。
[0132] 在所揭示方法的一些實施例中，可使用具有在外部入口202A內同心定位的內部入口202B的反應器200以克服納米線生長的常規(guī)氣體方法的壁效應。利用這種配置，可將第一氣體和第二氣體提供到反應室或反應區(qū)，使得第二氣體形成分開第一氣體與反應室(例如，反應室210)的壁(例如，壁201A)的護套。以這種方式，使第一內部氣體免于溫度梯度的有害效應和由壁201A引起的各種效應。在一些實施例中，第一氣體和第二氣體二者都可提供由層流流動。在核與護套氣體不同的實施例中，通過擴散，攜帶催化粒子和/或納米線的氣體可大體上交換為護套氣體。此對于在依序反應器部分200A、200B等中提供不同化學反應是有利的。
[0133] 在一些實施例中，催化晶種納米粒子2可在第一內部入口202B中提供有第一前體氣體3和任選地第二前體氣體4作為常見內部氣流。催化劑晶種納米粒子可在第一前體氣體3中經氣溶膠化或在不同氣體中經單獨氣溶膠化并添加到第一內部入口202B中。在一些實施例中，第二氣體可包括第二前體氣體4。在一些實施例中，第二氣體可為惰性氣體，例如氮、氬或氦。在一些實施例中，第一氣體可僅包括一種前體氣體3，例如矽烷，其可離解成硅和氫，同時第二氣體是惰性的。在一些實施例中，可使單一元件納米線(例如硅納米線)生長。在一些實施例中，第一氣體中可包括一或多種摻雜劑氣體(例如對于n型摻雜為PH3或AsH3并且對于p型摻雜為B2H2)。以這種方式，可產生經摻雜的“單一元件”納米線。
[0134] 圖15是顯示制作納米線的實例性方法2000的流程圖。方法2000可包括使用吹向布置在蒸發(fā)室內的源材料的載體氣體生成納米粒子氣溶膠，所述納米粒子氣溶膠包括源材料的納米粒子(步驟2010)。方法2000可包括使用稀釋氣體稀釋納米粒子氣溶膠，所述稀釋氣體大體上沿著蒸發(fā)室的第一壁的內表面流動(步驟2020)。方法2000可包括向第一反應室提供第一氣流，其中所述第一氣流包含用于制作納米線的第一前體和納米粒子(步驟2030)。方法2000可包括向第一反應室提供第二氣流，其中所述第二氣流形成分開第一氣流與第一反應室的第二壁的護套(步驟2040)。方法2000可包括使納米線在第一反應室中在氣相中生長(步驟2050)。
[0135] 圖16是顯示生成納米粒子氣溶膠的實例性方法3000的流程圖。方法3000可包括加熱源材料(步驟3010)。方法3000可包括將載體氣體吹向源材料以生成在具有壁的室內流動的納米粒子氣溶膠(步驟3020)。方法3000可包括向室中供應稀釋氣體以稀釋納米粒子氣溶膠，所述稀釋氣體大體上沿著壁的內表面流動(步驟3030)。
[0136] 盡管前文參考特定實施例，但將理解，本發(fā)明并不限于此。所屬領域的技術人員將想到，可對所揭示實施例作出各種
修改且此些修改打算歸屬于本發(fā)明的范圍內。本文中所引用的所有公開案、專利申請案和專利以全文引用的方式并入本文中。進一步應理解，不同圖中所示的實例并不互斥。一個實例(例如，一個圖)中所示的特征或元件還可包括在另一實例(例如，另一圖)中。例如，在一些應用中，可組合反應器和/或系統(tǒng)的不同配置。任何實例的任一或多個特征可與一或多個其它實例的任一或多個其它特征組合使用。打算本
說明書及實例僅被視為例示性的，其中真實范圍由以下
權利要求書和其等效內容指示。
