垂直排列的硅线阵列的结构及其形成方法

摘要

一种由在硅(Si)基底上垂直排列的线阵列所组成的结构，和一种用于生产这种线阵列的方法。该线阵列用特别适合于把所接收到的光转换为能量的方向和密度在基底上被制造并且定位。被图案化的氧化层用来为显示出狭小的直径和长度的分布的线阵列做准备，并且为被控制的线位置做准备。

权利要求

1.一种结构化的硅线阵列，包括：

硅基底上的有序的晶体硅线的阵列，其中多个所述晶体硅线具有一般与长度维度正交的直径维度，并且其中所述多个硅线在所述直径维度上的半径约等于构成所述硅线的材料的少数载流子扩散长度，其中所述多个硅线具有1微米或更大的均匀的直径以及至少10微米的长度。

2.如权利要求1所述的硅线阵列，其中所述多个硅线一般在用于接收光能的方向上以类似的定向来定向。

3.如权利要求2所述的硅线阵列，其中所述多个硅线以所述硅线的一端与所述基底接触，并且其中所述多个硅线被定向以相对于所述基底垂直或基本垂直。

4.如权利要求3所述的硅线阵列，其中所述有序的晶体硅线的阵列分布在所述基底上2

大于1cm 的面积上。

5.如权利要求2或3所述的硅线阵列，其中所述多个硅线具有大于1微米的直径和大于30微米的长度。

6.如权利要求2至4中任一项所述的硅线阵列，其中所述多个硅线被以选择用于将接收到的光最佳转换为能量的间隔来布置。

7.一种用于制造垂直排列的硅线阵列的方法，包括下列步骤：在硅基底上形成模板层；

用多个延伸到所述硅基底的孔图案化所述模板层；

把催化剂沉积到所述模板层中的一个或多个所述的孔里；以及在950℃到1100℃温度之间并且应用含有SiCl4的生长气体足够的时间周期在所述基底上生长线，以产生至少10微米的长度的线，其中所述线具有1微米或更大的均匀的直径，并且其中多个硅线具有一般与长度维度正交的直径维度，并且其中所述多个硅线在直径维度上的半径约等于构成所述硅线的材料的少数载流子的扩散长度。

8.如权利要求7所述的方法，其中在所述线生长期间的温度在大约1000℃到大约

1050℃之间。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中所述模板层具有大约285nm到大约300nm之间的厚度。

10.如权利要求7或8所述的方法，其中所述模板层包括氧化层，并且用多个孔图案化所述模板层包括下列步骤：把光致抗蚀剂层应用到所述氧化层；

用期望的孔图案图案化所述光致抗蚀剂层；以及基于在所述光致抗蚀剂层中的所述期望的孔图案来蚀刻所述氧化层，以在所述氧化层中形成所述多个孔。

11.如权利要求10所述的方法，其中把所述催化剂沉积到所述氧化层中的孔里包括下列步骤：把所述催化剂热蒸发到所述光致抗蚀剂层上并且热蒸发到所述氧化层中的孔中；以及剥离所述光致抗蚀剂层。

12.如权利要求7或8所述的方法，其中沉积催化剂包括：沉积具有一厚度的催化剂层，以生长具有被选择来用于光电转换的长度和直径的线。

13.如权利要求7或8所述的方法，其中所述模板层用方形的孔阵列来图案化，所述孔的直径大约是3微米，并且以大约7微米的中心到中心的距离被间隔开。

14.如权利要求7或8所述的方法，其中形成模板层包括：在所述硅基底上热生长氧化层。

15.如权利要求7或8所述的方法，其中所述催化剂包括金、铜或镍。

16.一种用于制造半导体结构的方法，所述方法包括下列步骤：在硅基底上形成模板层；

用延伸到所述硅基底的孔的阵列图案化所述模板层；

在所述孔的阵列的一个或多个孔里形成催化剂岛状物；以及以大约950℃到大约1050℃之间的温度并且应用含有SiCl4的生长气体而在所述硅基底上生长半导体结构；

其中所述模板层用孔来图案化以产生线阵列，

其中在所述线阵列中的线具有1微米或更大的均匀的直径以及至少10微米的长度，其中多个线具有一般与长度维度正交的直径维度，并且其中所述多个线在直径维度上的半径约等于构成所述线的材料的少数载流子的扩散长度。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述模板层包括具有大约285nm到大约300nm之间的厚度的氧化层。

18.如权利要求16或17所述的方法，其中所述催化剂岛状物包括金、铜或镍。

19.如权利要求16或17所述的方法，其中在所述线阵列中的线具有大约1.5微米的直径，并且所述催化剂岛状物包括具有高度为近似500nm的催化剂。

20.如权利要求16或17所述的方法，还包括：在生长所述半导体结构之后移除所述模板层并且移除留在所述半导体结构的一个或多个半导体结构的顶端的残存催化剂。

说明书

垂直排列的硅线阵列的结构及其形成方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请涉及并要求了属于同一受让人的未决的第60/961,170号美国专利的利益，其标题为″Fabrication of Wire Array Samples and Controls″并于2007年7月19日提交，以上申请的全部公开内容通过引用而被并入，并且涉及并要求了属于同一受让人的未决的第60/961,169号美国专利的利益，其标题为″Growth of Vertically Aligned
2
Si Wire Arrays Over LargeAreas(＞lcm)withAu and Cu Catalysts″并于2007年7月
19日提交，以上申请的全部公开内容通过引用而被并入。

[0003] 对联邦政府赞助该研究和开发的声明

[0004] 根据由DOE给予的第DE-FG02-03ER15483号拨款，美国政府在这个发明中拥有某些权利。

[0005] 背景

[0006] 1.领域

[0007] 本公开涉及硅线阵列(Si wire array)。更具体地说，本公开描述了垂直定向的硅线阵列的结构以及用于形成这样的阵列的方法。

[0008] 2.相关技术描述

[0009] 明确界定的线阵列过去使用平版印刷图案化紧接着各向异性蚀刻的方法来生产，但是这样的方法通常要求大面积的高质量基底材料。例如，参看Z.Huang，H.Feng，and J.Zhu，Adv.Mater.(Weinheim，Ger.)19，744 (2007)。

[0010] 各种材料的线也可以通过汽-液-固(VLS)的工艺被‘自下向上’地生长。例如，参看R.S.Wagner and W.C.Ellis，Appl.Phys.Lett.4，89(1964)。已经通过表面氧化物的图案化论证了对VLS生长线的大小和位置的控制，特别是对于硅的情况。例如，参 看 E.I.Givargizov，HighlyAnisotropic crystals(D.Reidel，Dordrecht，Holland，1987)，p.169；T.Martensson，M.Borgstrom，W.Seifert，B.J.Ohlsson，and L.Samuelson，Nanotechnology 14，1255(2003)；J.Westwater，D.P.Gosain，and S.Usui，Jpn.J.Appl.Phys.，Part 1 36，6204(1997)；T.Kawano，Y.Kato，M.Futagawa，H.Takao，K.Sawada，and M.Ishida，Sens.Actuators，A 97，709(2002)；B.M.Kayes，J.M.Spurgeon，T.C.Sadler，N.S.Lewis，and H.A.Atwater，Proceedings of the Fourth IEEE WCPEC，2006，Vol.1，p.221。线阵列的生长，除非是使用了模板，通常只在相对小的面积上完成。例如，参看 T.Shimizu，T.Zie，J.Nishikawa，S.Shingybara，S.Senz，and U.Gosele，Adv.Mater.(Weinheim，Ger.)19，917(2007)。通过某些方法，线阵列生长可能的结果是线在基底上随意分布，和/或这些线拥有相对于彼此随机的定向。这样的线阵列可能拥有的外观可以被定性为与毡制品相类似，或者感觉像是毡制品。

[0011] 概述

[0012] 本发明的实施方式包括相对密集的硅线的阵列，该硅线阵列具有的尺寸特别适合于接收光并且把光转换成能量。优选的实施方式是长度足以充分地吸收阳光的晶体硅线的阵列，这里这些线具有与它们的扩散长度相匹配的半径，以及它们被有规律地间隔开并且主要是垂直地被定向。本发明的实施方式还提供那种可以优选地在大面积上制造的阵列。 [0013] 根据本发明的实施方式，垂直排列的线阵列可以通过在基底上用孔阵列图案化模板层来形成。该模板层用作生长催化剂的扩散屏障，并且提供了用于待生长的结构的模板。比如金、铜和镍那样的生长催化剂被沉积到所述孔里。在基底上的线的生长是通过加热基底并且应用比如SiCl4那 样的生长气体来完成的。线将会从在被沉积在孔里的催化剂下面的基底上生长。使用比如图案化的氧化层那样的模板层来生产近似无缺陷的阵列，该阵列显示出极其狭小的直径和长度的分布，以及被高度控制的线位置。

[0014] 本发明的一个实施方式是一种结构，该结构包括：有序的晶体硅线阵列，这里多个晶体硅线中的硅线拥有的直径维度一般来说正交于长度维度，并且这里多个硅线在直径维度上的半径约等于构成硅线的材料的少数载流子的扩散长度。优选地，这些硅线在用于接收光能的方向上被定向，并且拥有用于接收光能的最佳间隔。

[0015] 本发明的另一个实施方式是一种用于制造垂直排列的硅线阵列的方法，这里该方法包括以下步骤：在硅基底上形成模板层；用延伸到硅基底的多个孔图案化模板层；把催化剂沉积到氧化层中的一个或多个孔里；以及在850℃到1100℃的温度之间，并应用含有SiCl4的生长气体在基底上生长线。

[0016] 还有另一个实施方式，其为一种用于制造半导体结构的方法，这里该方法包括以下步骤：在硅基底上形成模板层；用延伸到硅基底的孔阵列图案化模板层；在该孔阵列中的一个或多个孔里形成催化剂岛状物(catalyst island)；以及在大约950℃到大约1050℃温度之间，并应用含有SiCl4的生长气体在硅基底上生长半导体结构。

[0017] 还有本发明的另一个实施方式，其为一种用于制造可用于太阳能转换的垂直排列的线阵列的方法，这里所述方法包括以下步骤：在硅基底上形成模板层；用延伸到基底的多个孔图案化具有模板层；把催化剂沉积到该模板层中的一个或多个孔里；在850℃到1100℃温度之间，并应用含有SiCl4的生长气体在基底上生长线，这里多个生长线拥有的长宽比提供最佳的或近似最佳的太阳能到电能的转换。

[0018] 附图的多个视图的简述

[0019] 图1A到1I显示了用于制造线阵列的方法。

[0020] 图2A到2C显示了由金催化的硅线阵列的扫描电子显微镜的视图。

[0021] 图3显示了由金催化的硅线的透射电子显微镜的图片。

[0022] 图4显示了由铜催化的硅线阵列的倾斜SEM视图。

[0023] 图5显示了接近由铜催化的硅线阵列的四角的每一个角的区域的代表性倾斜SEM图像。

[0024] 图6显示了在具有和没有300nm氧化物缓冲层的金阵列上的高温退火的效果。 [0025] 图7A和7B显示了在更高温度中由金催化生长的硅线的自顶向下的SEM视图和倾斜的SEM视图。

[0026] 图8显示了使用四点探针技术对于单独接触的纳米线的I-V测量结果。

[0027] 详述

[0028] 在本详述中，除非另有指明，术语“线”、“杆”、“须”、和“柱”以及其他相似的术语可以被同义地使用。一般来说，这些术语指的是拥有长度和宽度的细长结构，这里的长度是由结构的最长轴来规定的，而宽度是由一般垂直于结构最长轴的轴规定的。术语‘长宽比’指的是结构的长度与其宽度的比率。因此，细长结构的长宽比将会大于1。除非另有指明，术语“球”、“球体”、“圆块”和其他相似术语可以被同义地使用。一般来说，这些术语所指的是一些结构，其具有的宽度是由结构的最长轴规定的，并且其长度是由一般垂直于宽度的轴规定的。因此，这样的结构的长宽比一般是1或者小于1。另外，关于线、杆、须、柱等等的术语“垂直的”一般指的是拥有长度方向的结构，该长度方向是从水平线上被有所提升的。术语“垂直排列”一般指的是从水平线上被提升的结构或一些结构的排列和定向。这样的结构或一些结构不必完全地垂直于水平线以被认为拥有垂直排列。除非另有指明，术语“阵列”一般指的是在一范围里分布且分离地被间隔开的数个结构。阵列里的结构不必全部拥有相同的定向。术语“垂直排列的阵列”或“垂直定向的阵列”一般指的是结构阵列，这里该结构拥有从水平定向提升至完全与水平定向相垂直的定向，但是阵列里 的这些结构可能或可能不具有关于水平线全部一样的定向。术语“有序的”或“明确界定的”一般指的是在指定的或预先确定的图案中的元件的布局，这里这些元件拥有相互之间明确的空间关系。因此，术语“有序的阵列”或“明确界定的”一般指的是在具有相互之间明确的、指定的或预先确定的空间关系的分布在范围里的结构。例如，在有序的阵列里的空间关系可以是这样的，即这些结构相互之间以一般来说相等的距离被分离地间隔开。其他有序的阵列可以使用变化的、但被指定的或预先确定的间距。在“有序的”或“明确界定的”的阵列里的结构也可以拥有关于彼此相类似的定向。

[0029] 在这个详述中，除非另有指明，术语“半导体”一般用来指包括拥有半导体性质的材料的元件、结构、或者设备等。这样的材料包括但不限于：来自元素周期表第四族的元素；包括了来自元素周期表第四族的元素的材料；包括了来自元素周期表第三族和第五族的元素的材料；包括了来自元素周期表第二族和第六族的元素的材料；包括了来自元素周期表第一族和第七族的元素的材料；包括了来自元素周期表第四族和第六族的元素的材料；包括了来自元素周期表第五族和第六族的元素的材料；以及包括了来自元素周期表第二族和第五族的元素的材料。具有半导体性质的其他材料可以包括：分层的半导体、金属合金、各种氧化物、一些有机材料、以及一些磁性材料。术语“半导体结构”指的是至少部分地由半导体材料所组成的结构。半导体结构可以要么包括掺杂材料，要么包括非掺杂材料。 [0030] 本发明的实施方式包括线阵列或者其他半导体结构，并在相对大面积上控制所制造的阵列或结构的大小、位置和均匀性。这样的线阵列或结构包括其长度足以充分地吸收阳光的晶体硅线，每条硅线具有与其扩散长度相匹配的半径，并且这些线优选地在大面积上被有规律地间隔开且主要垂直地被定向。本发明的实施方式可以包括通过VLS工艺生长线阵列或结构。如图1A-1I所示和在下面额外的细节中所述，首先用开口(例如孔的阵列)图案化模板层，而线或结构就生长在这些开口中。该模板层包括用于被沉积的催化剂的扩散屏障。该扩散屏障包括：被图案化的氧化层；被图案化的绝缘层，例如包括氮化硅的层；
被图案化的金属层；或者这些 材料的组合，或促进用于半导体结构生长的催化剂的沉积的其它材料或工艺。然后把催化剂沉积到开口里。然后通过加热基底并且应用生长气体来生长线或结构。

[0031] 根据本发明的实施方式，硅<111>晶片被用作从中生长线阵列的材料。其他的材料也可以用来支持线的生长，比如在玻璃上布置的薄硅层，或者其他这种硅基底。该晶片的全部或部分可以被掺杂。例如，一些实施方式可以使用退化掺杂的n型硅晶片。如图1A中所示，表面氧化层20在晶片10上热生长。在一个实施方式中，该表面氧化层生长到285nm的厚度。在另一个实施方式中，该表面氧化层20生长到300nm的厚度。其他的实施方式可以包括其他厚度的氧化层。还有其他实施方式，其拥有的氧化层20是经过化学汽相沉积(CVD)或本领域已知的其他方法被沉积的。

[0032] 如图1B所示，应用光致抗蚀剂层30。该光致抗蚀剂层被应用以支持如下面所讨论的被图案化模板的显影。然而，用于创建图案化模板的其他材料和技术可以被使用，比如乳胶层、或冲压或软光刻。光致抗蚀剂层可以包括来自MicroChem Corp.(Newton，MA，USA)的S1813光致抗蚀剂，或者其他的光致抗蚀剂材料。然后，该光致抗蚀剂层30暴露于所期望的阵列图案，并且由显影剂显影以形成如图1C中所示的抗蚀剂层30中的所期望的孔35的图案。显影剂可以包括MF-319或本领域里已知的其他显影剂。然后，如图1D中所示，图案化的抗蚀剂层30被用来蚀刻硅晶片10上的氧化层20。对氧化层的蚀刻可以通过使用氢氟酸化合物来实现，比如来自Transene Company，Inc.(Danvers，MA，USA)的缓冲液HF(9％HF，32％NH4F)。在本领域中已知的其他蚀刻技术也可以被用来蚀刻氧化层20。蚀刻的结果将是如图1D所示的在氧化层中的孔37的图案。优选的孔图案可以是直径3μm的孔的方形阵列，这些孔从中心到中心的间距是7μm。

[0033] 然后如图1E所示，生长催化剂50被热蒸发到抗蚀剂层30上，并且进入氧化层20的孔37里。沉积催化剂的其他方法，比如电沉积法可以被使用。优选的催化剂包括金、铜或镍，但是，可以使用在本领域中已知的 作为硅V-L-S催化剂的其他金属，比如铂和铝。例如，500nm的金可以被热蒸发到抗蚀剂层30上并进入孔37里。然后执行对光致抗蚀剂30的剥离，留下如图1F中所的示催化剂岛状物57，其由氧化层20中的氧化物分离。 [0034] 然后，具有图案化的氧化层20和沉积的催化剂的晶片10可以被退火。优选地，该退火在管式炉中、在900到1000℃温度之间或者在大约1050℃的温度进行20分钟，同时以1000SCCM(这里SCCM的意思是STP下每分钟的立方厘米数)的流量应用1atm的H2。然后，在晶片10上进行线的生长。图1G显示的是通过应用生长气体在线阵列中生长线40。优选地，线40在大约1atm的H2(1000SCCM)和SiCl4(20SCCM)的混合气中生长。在一个实施方式中，线40可以在850℃到1100℃温度之间生长20到30分钟。其他的实施方式可以用不同的生长时间、压力、和或流量。然而，最佳的生长温度是在1000℃到1050℃之间。对于这些生长时间和这些温度的生长可以生产从10μm到30μm长度的或者更长的线。

[0035] 如图1H中所示，在线40生长之后，氧化层20可以被移除。该氧化层20可以通过在10％的HF(液)中对晶片10做10秒钟的蚀刻来移除，或者通过可以被用来移除氧化层的本领域中已知的其他方法来移除。如图1H所示，催化剂颗粒51可能仍然留在每条生长线40的顶部，其可能影响所得到的线阵列的功能。因此，移除这些催化剂颗粒可能是有利的。例如，如果催化剂包括金，则这些金颗粒可以通过把晶片10浸泡在TFA溶液中10分钟- -的方法来移除，所述TFA溶液来自Transene Company，Inc.，其包含I/I3。在本领域中已知的其他方法也可以用来移除催化剂颗粒。图1I显示了催化剂颗粒51被移除后的线40。 [0036] 以上所描述的方法已经被显示以生产近似无缺陷阵列，该无缺陷阵列显示出极其狭小的直径和长度的分布，以及被高度控制的线位置。图2A显示对以金催化的硅线阵列的直立取向的(edge-on)扫描电子显微镜(SEM)视图，该硅线阵列使用以上所描述的方法生产。图2B显示了相同阵列的倾斜视图，并且图2C显示了自顶向下的视图。在图2C中所示 的100μm的比例尺也可应用于图2A和2B。图2A-2C还包含显示了相应图中放大部分的
2
插图。每个插图中的比例尺是10μm。如图2A-2C所示，线的生长在大于1cm 的面积中是非常均匀的。该生长均匀性在晶片边缘的数百微米内通常是下降的(在图2A-2C中未被显示)，这多半是因为在这样的位置上温度和/或气体流量的差异。

[0037] 图3所示的是由金催化的硅线的透射电子显微镜照片，其指明根据以上所描述的方法所生成的线是单晶态的并且沿着<111>方向生长。在图3中垂直的线是晶格条纹(lattice fringe)，以及水平的带是由于导致了干涉条纹的线的曲面。通过TEM(透射电子显微镜)所观察的这些线中没有晶体缺陷。从图3的图像中，可以推断出0.307±0.004nm的晶格间距，其与在<111>方向上的生长一致。结合这些线作为垂直于硅(111)晶片生长的单晶这个事实，所述晶格间距与在<111>方向上的生长一致(硅(111)的晶格参数是～0.314nm)。

[0038] 如以上所讨论的，其他的催化剂可以用于促进在线阵列中生长硅线。当铜、镍、铂、或铝(或其他硅催化剂金属)被用来替代金作为VLS催化剂时，可以获得表面上相同的线阵列。图4显示了使用以上所描述方法生产的由铜催化的硅线阵列的倾斜SEM视图，这里2
该阵列在＞1cm 的面积上拥有近似100％的保真度。图4中的插图里的比例尺为10μm。
图5显示了在靠近以1000℃以铜为催化剂的生长的0.5×1cm样本的四个角区域中的每一个区域的代表性的倾斜SEM图像，其示出了在大面积上的均匀性。在图5中的比例尺可应用到所有面板。

[0039] 使用氧化层20对本发明的一些实施方式特别重要。当催化剂没有使用如以上所描述的图案化的氧化层来限制时，对生长Si线阵列的尝试没有产生高图像保真度的效果。过去，线是通过在洁净的硅<111>晶片上光刻图案化的光抗蚀剂，然后将该硅晶片暴露给缓冲液HF(液态)5秒钟，接着通过蒸发500nm的金以及剥离抗蚀剂的方法来生长。这曾经用于生产直径3μm的金的岛状物的方形阵列，其具有从中心到中心7μm的间距。然后样本在管式炉中、以900-1000℃的温度退火20分钟，同时以1000SCCM的流量施加1atm的H2，接着1atm的H2和SiCl4中生长线， 其流量分别为H21000SCCM和SiCl420SCCM。这种被生产出的低保真度的阵列，不具有对线直径或线位置的控制。在H2中退火20分钟后，对样本的检查仅显示了这种表现是由于催化剂的大量结块的缘故。图6显示了在有和没有300nm氧化缓冲层的金阵列上，在1000℃和大气压力下的H2中退火20分钟的效果，其论证了缓冲氧化物对维持图案保真度的重要性。在插图中的比例尺是10μm。

[0040] 在800-900℃用SiCl4/H2来生长硅纳米线已经在A.I.Hochbaum，R.Fan，R.He，and P.Yang，Nano Lett.5，457(2005)和I.Lombardi，A.I.Hochbaum，P.Yang，C.Carraro，and R.Maboudian，Chem.Mater.18，988(2006)中被描述。在本发明的实施方式中，催化剂的厚度与正在被生长的线的直径成正比，这样500nm的催化剂材料生产直径～1.5μm的硅线。如果在表面上没有存在缓冲氧化物的话，相对于其中所使用的催化剂层要薄的多的Hochbaum和Lombardi参考文献，此相对厚的催化剂层和/或更高的生长温度，会导致在催化剂移动的方面有重大的问题。

[0041] 根据本发明的实施方式，硅微米线的生长拥有1000-1050℃的最佳的生长温度。在950℃及以下温度时，线要么不能直线生长，要么即间歇性地带有扭结地直线生长，要么可以直线生长，但是不垂直于基底排列。在1075℃及以上温度时，这些线直线生长并且垂直于基底，但是在生长过程中所观察到的表面氧化物的重大破坏，将导致图案保真度的损失。例如见图7A和7B。图7A显示了在1075℃温度下由金催化生长的硅线的自顶向下和(插图)倾斜的SEM视图。图7B显示了在1100℃温度下由金催化生长的硅线的自顶向下和(插图)倾斜的SEM的视图。100μm的比例尺可应用到图7A和图7B这二者上，并且在插图中的比例尺为10μm。图7A和7B二者都显示了由于表面氧化物的破坏而对图案保真度造成的损害。

[0042] 为了描述根据本发明的实施方式生产的硅线的电性质，四点探针和场效应测量在阵列中的单独的线上被执行。为了这些测量，已生长的线通过超声处理在异丙醇中从生长基底上移除，并且随后沉积在退化掺杂的硅晶片上，该晶片涂有100nm的Si3N4。所述四探针电极使用光刻法、随后 蒸发300nm的铝和900nm的银，并最终剥离抗蚀剂来制造。退过火的铝被观测以产生对这些线适合的电阻接触。假定这些线的载流子迁移率与体硅中载流子迁移率相同，背栅极式测量(Back-gated measurement)指明了生成态的线是n型，其具15 16 -3
有0.1-0.6Ωcm的电阻率，相应于8×10 -5×10 cm 的掺杂密度。图8显示了使用四点探针技术对于单独接触的纳米线的I-V测量结果。用于该样本的导线电阻是50kΩ，相应于
16 -3
2.9×10 cm 的掺杂级别。图8中的插图是四点探针测量设备在45°角方向上的SEM图像视图。比例尺为6μm。

[0043] 对于根据本发明的实施方式所制造的线阵列的特定应用是为了在光电池中使用这样的线阵列。当这些线的平均半径与少数载流子的扩散长度可比较时，设备分析显示了光电效率在线阵列中被最大化。这是因为在增加的电流集取与因接合点和表面面积的增加而导致的开路电压损失之间的折衷。在1000-1050℃的生长温度下由金向体硅的扩散导致了载流子的寿命＞1ns，结合所观察到的掺杂密度所期望的载流子迁移率，指明了少数载流子的扩散长度≥1μm。然而，如以上所描述的，当维持半径与少数载流子扩散长度(大约1.5μm)可比较时，本发明的实施方式提供生长相对较长的线阵列(大于30μm)的能力。
因此，本发明的实施方式提供具有特别适合用于太阳能电池仪器的长宽比的线阵列。另外，本发明的实施方式支持拥有相对密集的线阵列、进而改善了使用这样的阵列的设备把光转换成电能的能力。

[0044] 根据本发明的实施方式，光刻法是一种适合用于使直径≥1μm的均匀的线的阵列能够在大面积上生长的方法。在比如光电池之类的成本敏感的应用中，其可能是利用低成本的光刻方法所期望的，并且本发明的实施方式可容易地推广到可供选择的图案化技术，比如纳米压印光刻技术(nanoimprint lithography)。

[0045] 成本问题也推动了使用非金催化剂用于根据本发明的实施方式。如上面所指明的，铜、镍、铂、或铝可以作为用于硅线生长的催化剂。不像金，铜是一种便宜并且在地壳中储量丰富的材料，并因此对于这样的实施方式会受到特别的关注。虽然铜在硅中比金更易溶解并且铜还是深陷阱， 但是，相比于金，硅太阳能电池可以容纳更多铜杂质，并且因此即使在铜催化生长的情况下也能够期望至少有几微米的扩散长度。

[0046] 如上面所讨论的，本发明的实施方式可以用于光电电池或者光电化学电池的制造。本发明的其他实施方式可以为制造用于光子晶体或其他设备或结构的线阵列做准备。此外，根据本发明技术的实施方式的方法可以为制作一些材料的线阵列做准备，而这些材料的线阵列目前还不能用自顶向下的方法制造。本发明的实施方式还可以为制造线阵列或其他结构做准备，所述线阵列或结构是用于电池、太阳能电池、3-D电路、电容或其他设备和仪器，这里由这些实施方式所提供的线阵列和其他结构的被高度规律地垂直排列和被定向的特性是期望的。

[0047] 本发明的一些实施方式是由在硅基底上垂直排列的线阵列组成的结构，以及用于生产这样的线阵列的方法。该线阵列用特别适合于把所接收到的光转换成能量的方向和密度在基底上被制造并且被定位。被图案化的氧化层用于为显示出了狭小的直径和长度的分布的线阵列做准备，并且为被控制的线位置做准备。

[0048] 出于按照法律的要求进行说明和公开的目的，提出了上述的示范性的和优选的实施方式的详细描述。这里既无意于详尽无遗地说明本发明，也无意于把发明限制在所描述的一个或一些确切的形式中，而只是使本领域中的其他技术人员能够明白，本发明怎样可以适合于特别的应用和实现。修改和变更的可能性对于本领域内的技术从业者是明显的。这里不是想通过对可能拥有包含公差、特征尺寸、特殊操作条件、工程规范、或者类似物，并且可以在实施方式之间变化，或者具有对现有技术水平的变化的示范性实施方式的描述对本发明加以限制，也不借此暗示有什么限制。本公开是根据最新的技术水平所作出的，而且还设想到了一些进展，并且在未来的改写本中可能要考虑那些进展，也就是根据当时的最新技术水平加以改写。这里的意图是用书面形式的权利要求和相应的等价物来规定本发明的范围。参考权利要求，单数形式元件并不意味着“一个且仅有一个”，除非明确地写明为“一个且仅有一个”。此外，本公开中的任何元件、组件，抑或方法或工艺步骤并不旨在对于公众来说是专用的，不论这些元件、 组件、或步骤是否被明确地列举在权利要求中。此处的权利要求中的元件都没有按照35U.S.C.Sec.112，第六段的规定来解释，除非该元件特意地用词组“用于...的装置”来列举，而且此处没有一种方法或工艺步骤是按那些规定解释的，除非该步骤或多个步骤特意地用词组“包括了用于...的步骤(或一些步骤)”来列举。