CN102782183B

CN102782183B - 沉积具有受控形态和纳米结构的纳米结构薄层的方法与装置

Info

Publication number: CN102782183B
Application number: CN201080061061.9A
Authority: CN
Inventors: 克劳迪娅·里卡迪; 莫雷诺·皮塞利; 弗朗西斯科·西里奥·富马加利; 法比奥·迪丰佐; 卡洛·恩里科·博塔尼
Original assignee: STMicroelectronics SRL; Universita degli Studi di Milano Bicocca
Current assignee: STMicroelectronics SRL; Universita degli Studi di Milano Bicocca; Politecnico di Milano
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: US20130017342A1; KR20120094078A; JP2013512344A; JP5587423B2; EP2507404B1; KR101717751B1; US8795791B2; WO2011064392A2; EP2507404A2; ITMI20092107A1; CN102782183A; WO2011064392A3

Abstract

描述了利用等离子体来制造特别是分层组织类型的纳米结构薄层的方法，以及实施该方法的装置。提供至少第一腔室(10)，在第一腔室(10)中存在具有试剂气体的注射器(14)、用来供入惰性气体的设备(31、31’)以及用于在所述第一腔室中产生等离子体的天线(16)。第二腔室(11)围绕着所述第一腔室，泵系统连接到第二腔室，包含纳米结构膜在其上制造的衬底(35)的壳体。壁(12)分隔所述第一腔室和所述第二腔室并且具有最少一个开口(13)。注射器和天线在第一腔室中以如下几何学来安排：所述注射器出口与所述天线的离所述壁较远的表面的平面之间的距离是不超过5cm的距离，并且所述表面离所述开口的距离不超过5cm。

Description

沉积具有受控形态和纳米结构的纳米结构薄层的方法与装置

发明领域

本发明涉及一种沉积具有受控形态和纳米结构的纳米结构薄层的方法以及一种实施该方法的装置。

发明背景

沉积到衬底上并具有几十微米数量级的最大厚度的薄层，通常以术语“膜”而知，其将在下文其余部分中使用。

薄膜可以由许多方法所制造，例如通过称作化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD，例如被称为溅射的技术)的技术和其许多变体。良好的生产率由这些技术来实现，但是所生产的膜的形态和孔隙度的精细控制是不可能的。

纳米结构薄膜最近已获得相当大的兴趣。这些膜由纳米颗粒组成，即由大约几纳米到几百纳米之间的尺寸的颗粒组成。

兴趣是由于这样的事实，这些膜呈现出新的功能特性或者比非纳米结构膜更优的质量；例如纳米结构膜在把辐射能转变成电能中作为光致发光源(太阳能板生产中特别有用的特性)或者气体传感器更有效。

生产这些膜的第一广泛研究的可能方法应用通过两个步骤来实施的工艺，其中第一个步骤是通过各种方式生产纳米尺寸的粉末和其收集，且第二个步骤是所述粉末的沉积，例如以浆糊或悬浮液的形式，其通过例如丝网印刷法或者类似方法沉积到衬底上。这种方法在很多专利文献中被描述。例如专利申请US 2005/0258149 A1描述了一种方法，在所述方法中纳米颗粒在维持高温的等离子体中制造(在区段中被认为是“等离子火焰”的系统)，并且直接收集在罐中的油中，以形成然后用于制造沉积物的悬浮液。专利申请US 2006/0159596 A1和专利US 7,052,667 B2(后者特别的目的是碳纳米管的制造)描述了这样的方法，在该方法中在高压等离子火焰系统中生产纳米颗粒，并且将纳米颗粒收集在收集器中或在过滤器上收集，例如烧结的金属或纸的形式的过滤器，然后将纳米颗粒从收集器或过滤器中收回，以便然后通过所知的方法沉积到衬底上。最后，专利申请US2009/0056628 A1描述了一种通过射频等离子体来制造纳米颗粒的方法，并且在该情形中颗粒也被收回并且随后用来制造膜；可选择地，依据该文献，离开生产反应器的颗粒能够直接收集在衬底上，颗粒通过静电吸引(或简单地通过重力)而吸附到衬底。

文章“Plasma synthesis of semiconductor nanocrystals for nanoelectronicsand luminescence applications”，U.Kortshagen等人，Journal of NanoparticleResearch，(2007)第9卷，第1期，39-52页描述了在非热等离子体中生产硅的纳米尺寸粉末。在该文章的系统中，硅的前体(例如硅烷)在保持相对高气压的石英管的一端引入；等离子体在整个管中产生，其分解硅前体，引起硅纳米颗粒的产生；管的另一端由壁来封闭，壁中存在孔；此壁将石英管中的容积与保持低压的腔室分离；两个区域中压力的不同引起石英管中存在的气体和硅纳米颗粒的混合物的射流的提取；然后收集到纳米颗粒，例如在TEM网上。在该文献的方法中，就像特别地参考图4中所描述的一样，硅纳米颗粒开始总是在距离孔相当远的位置处形成；这些颗粒开始时是无定形的且多孔的，并且具有相对大的直径(大约200-400nm)；当石英管的整个体积通过电极而保持在等离子体状态时，最初的颗粒在其移向孔行进时继续反应，并且其离孔越近就变得越浓密(并且更小)；一旦这些颗粒进入低压腔室，孔的下游，其已经达到其最终形状和尺寸(大约40-70nm)，并且同样地收集起来。

这些方法普遍地不允许控制由纳米颗粒形成的膜的聚集秩序，引起实质上是无序的并且经常难以再制造的膜；对于这些膜来说，充分利用纳米结构膜的潜力并控制其是不可能的。

在这方面，观察到，就用纳米尺寸颗粒生产的膜的功能特性而言，当颗粒聚集以便根据像“分层地组织的”区段中所知的生长方案形成较大尺寸的结构时，获得了最佳结果，例如在文章“Hierarchically organizednanostructured TiO₂ for photocatalysis applications”，F.Di Fonzo等人，Nanotechnology 20(2009)015604和“Hierarchical TiO₂ Photoanode forDye-Sensitized Solar Cells”，F.Sauvage等人，Nano Letters 10(2010)中描述的。

在指定的文章中所用的技术是“脉冲激光沉积”(PLD)，在其中通过一个序列的激光辐射脉冲来引起待沉积材料源蒸发；蒸发的材料聚集以形成原子或者分子束(在区段中称作簇)，其在沉积到衬底上时经过自组织，依据处理参数，成为致密紧凑的柱状结构、开放性柱状结构或者枝晶结构。此技术的妨碍其工业化水平应用的限制是其低的生产率，这是由于就基于其密度的沉积膜厚度来说，激光能够以几十ng/s或nm/s数量级的蒸发速率(以及随之发生的在衬底上的沉积)照射几平方厘米的最大的表面区域。

国际专利申请WO 2009/032654 A1描述了可替换的方法，该方法用于生产分层控制的纳米结构膜，这引起与上述文章中那些相似的结果。此方法由向反应区引入包含金属的化合物蒸气流、燃料蒸气流和氧化剂蒸气流并且引起在反应区内发生燃烧组成；燃烧将导致金属氧化物纳米颗粒烟雾的形成，所述烟雾将沉积到维持在可控温度下的衬底上。此技术呈现了相对不清楚的缺点，需要燃料去燃烧，因此不允许对所沉积膜的化学最优控制。

发明概述

本发明的目的是提供一种制造纳米结构膜的方法，该纳米结构膜具有受控形态，尤其是为分层组织类型，所述方法克服了现有技术的问题，并且本发明的目的是提供一种实施所述方法的装置。

这些目的通过本发明来获得，在第一方面本发明涉及制造纳米结构膜的方法，包括如下步骤：

-提供至少一个第一腔室和第二腔室，该第一腔室和第二腔室由壁分隔但是通过一个或者多个开口相互流体连通；

-在所述第一腔室中提供平面天线，以用来形成局部等离子体，所述平面天线靠近或者抵住分隔所述第一腔室和所述第二腔室的所述壁放置，使得所述天线的离所述壁较远的表面离所述壁的距离“d”不超过5cm，并且所述平面天线在对应于所述壁中的所述一个或多个开口的位置具有一个或多个孔洞；

-在面对所述天线的距离分隔所述第一腔室和所述第二腔室的所述壁较远的所述表面的区域中产生平面的非热等离子体；

-在距离所述天线的离所述壁较远的所述表面不超过5cm的距离“h”的部位处向所述第一腔室注射气相或者蒸气相形式的试剂，以便促使所述试剂穿过所述非热等离子体的区域，因此限定试剂流与所述等离子体相交的反应区，所需材料的分子物质在所述反应区中产生；

-通过所述一个或者多个开口，从所述反应区提取所述分子物质并且将所述分子物质向沉积区引导，所述沉积区被限定在所述第二腔室内，在所述第二腔室中设置了用于所述纳米结构膜的衬底；

-将所述反应区维持在包括在10和100,000Pa之间的压强P_R下，将所述沉积区维持在包括在0.01和10,000Pa之间的压强P_D下，并且将P_R/P_D比维持在等于或者大于3的值，因此确定包含所述分子物质的超音速气体射流，所述超音速气体射流被从所述反应区引导到所述沉积区；

-在距离所述一个或多个开口包括在0.5和10cm之间的距离处沿超音速射流的轴线布置所述衬底。

附图简要说明

下文参考附图详细地阐明本发明，在附图中：

-图1是其中试剂之间的反应发生所在的以及其中在反应中形成的分子物质从第一腔室朝第二腔室提取所在的区域的示意图；

-图2是阐明沿着反应区的轴线的温度变化趋势的图表；

-图3是形成用于实施本发明方法的装置的基本单元的示意性剖视图；

-图4是根据本发明的装置的示意性剖视图，其通过图1所示类型的许多单元联合在一起而形成；

-图5是依据本发明所获得的紧密纳米结构膜的截面的显微照片；并且

-图6是依据本发明所获得的多孔性纳米结构膜的截面的显微照片。

发明详述

图1示意地展示了在等离子体形成区中试剂之间发生反应的区域。图1中的绘图被定向为使得试剂物质沿着其移动的轴是纵向的，并且是在向下的方向上，但是其可以被安排到任何其他方向，只要各个部件的相互几何关系被维持(对于图3和4中那些的相互几何关系是同样适用的)；除此之外，图1中的部件没有按比例复制，并且一些尺寸可能为了强调反应区的一些细节而增加。

在本发明的方法中，第一腔室10通过壁12而与第二腔室11分开，在壁12中存在小开口13。定位于第一腔室中的注射器14在区15中传送至少第一试剂气体或者蒸气；第二试剂能够被混合到来自注射器14的流中，或者能够在腔室10中从不同的入口进行输送，例如，如图3所示的。在腔室10中，靠近壁12，提供了用来产生等离子体的平面天线16；在附图中，天线16被显示为与壁12是分开的，但是其可以相接触；此外，在该图中没有给出负责其功能的天线内部结构的说明。注射器14的出口与天线的面向注射器的表面之间的距离，如图1中“h”所示的，是本发明的重要参数，并且所述距离保持在不大于5cm的值以避免腔室10不希望的区域中总是发生不想要的反应。

天线16产生等离子体区17，该等离子体区17包含所谓的离子化区和重组或扩散区。在离子化区中，在极接近天线处，RF功率被转化为产生电子-离子对。如此产生的有能量的电子在扩散区中触发试剂间的化学反应。主要通过操作能量和压力来控制扩散区的边界。在高真空条件下，其能够自由膨胀而填充整个腔室，但是在高压状态下，其受气体扩散和重组/淬灭过程所限制。

区17的厚度能够通过调整操作参数来控制；所述厚度随着施加到天线16的能量增加而增加，并且随着腔室10中气体压强增加而减小。

从上述讨论中清楚地看出：等离子体区17没有与周围区域清楚划界，并且其主要定位于区17中，示意地用虚线来表示。在此区中，电子、离子和激发的物质的密度足够引起试剂之间的化学反应；在此区外面，所述密度减弱，直至变得对本发明的目标来说无效的值。同样的考虑适用于区15，在此处，来自注射器14的试剂流处于较高浓度，但是所述区外面仍存在试剂流的较低浓度。试剂区15和等离子体区17之间的交叉限定了反应区，在该反应区中试剂被分解或者反应来形成本方法的分子物质靶标。

所述反应区位于非热等离子体产生所在的空间中。这种类型的等离子体对现存许多颗粒类型呈现独立的热力学平衡情况，导致电子平均能量(其直接从发生器吸收能量)和离子平均能量(其大约与基础气体相平衡)之间大的差异；换言之，电子处于十分高的温度，eV单位的数量级，然而气体和离子不经历由等离子体感应器产生的实质上的加热。这能获得化学反应，其被高能电子所“催化”，同时维持接近于室温的宏观的反应器温度。所需材料的分子物质形成于反应区内。

图2显示了沿着图1的轴的温度趋势。在图2的图表中，横坐标的值表示在向上方向上从与平面天线上表面对应的平面的距离，在图1的图中表示的温度已经通过在反应区中插入热电偶并且沿着反应区的轴线移动所测量。可以注意到，反应区的温度从天线上表面的水平到定位于距离所述表面0.5cm的高度具有大约70℃的急剧上升；温度在距离所述表面0.5和2.5cm之间的“片”中基本上是恒定的；并且然后距离所述表面更高距离处平稳但持续地下降。给出这一温度曲线，实质上所有试剂间反应发生于定位于从大约天线上表面的平面和远离所述表面低于大约5cm的平行平面之间的平面区。

在天线上表面的平面与开口13之间的高度为“d”的区域中，温度太低以至于试剂之间不会发生反应。高度“d”维持在低于5cm，优选地低于大约2cm，以便避免在所述物质从开口13分离之前，总是在腔室这部分中发生在反应区中形成的分子物质的成核作用；其优选地保持在最低可能的值，并且通常仅仅由天线的构造需求所限制，其通常具有在大约1-1.5cm之间的范围的最低厚度。

作为上述图片的结果，在本发明的方法中，注射器14与开口13之间的最大距离限定到低于大约10cm的值，并且优选地低于大约5cm。考虑到这一受限的距离，以及相应区域(反应区和反应区与开口13之间)中物质的速度，在腔室10中在反应区中形成的分子物质的停留时间太短以至于在腔室10可能实质上没有所产生分子的成核作用以及由这些成核作用构成的颗粒的尺寸生长。反应产物的成核作用和颗粒的随之发生的生长仅仅在开口13的下游发生。

在反应区中产生的分子物质通过超音速射流而穿过开口13从反应区提取出来，当反应区中的压力和沉积区中的压力为使得P_R/P_D≥3被确认时，由于反应区中的压力和沉积区中的压力之间的差别而产生超音速射流。对本发明的目的有用的P_R值包括在10到100,000Pa之间，并且优选地在10和10,000Pa之间，而P_D值包括在0.01和10,000Pa之间，并且优选地在1和3000Pa之间。

通过恰当选择两个腔室的压力、开口13的尺寸和开口13与生长中的颗粒撞击的衬底之间的距离，控制所形成的膜的形态是可能的。这与以前描述的Kortshagen的文章中的方法的结果完全不同，在该文章中，颗粒的演变在大约20cm长的反应区中经历收缩，从开始的多孔状与无定形形态变化到完全的致密结构；这些颗粒的演变因此在反应区完成；并且形成的颗粒以自由颗粒或者松散粘附沉积物的形式被收集在低压腔室中，这不是真正和稳定的膜，并且更重要的，其形态是不能被控制的。

在本发明的第二方面中，本发明将是关于执行上述方法的一种装置。

本发明的装置的一种优选结构由图3的剖面图以其最简单且一般的构造显示；在图3的绘图中，数字10到17与图1中的具有相同的含义。在图3的优选实施方案中，天线是电感耦合(ICP)种类的天线，但是其他源类型是可能的，如下文所描述的。装置30由第一腔室10插入到第二腔室11所形成，这些腔室被壁12所分开。第一腔室设有具有至少试剂气体或者蒸气的注射器14，以及向腔室供入气体的装置31、31’，等离子体在其中形成；注射器14的出口距离天线的离壁12较远的表面的平面有不多于5cm的距离，然而所述表面与所述开口之间的距离不多于5cm，优选地不多于2cm，并且更优选地低于1.5cm。试剂通常是一种元素的至少一种前体化合物和至少一种气体，所述元素可以是金属、类金属或者在环境温度和压力下不是气态的另一种元素，并且所述至少一种气体必需与所述前体发生反应。一般地，试剂在惰性气体中被稀释(所述惰性气体的主要功能是促进等离子体的产生和维持)。如上定义的前体通过注射器14被输送到腔室，同时活性气体也可通过注射器14被输送到腔室，或在通过装置31、31’输送的惰性气体中稀释。所述装置包括用来产生等离子体的能量源32；所述能量源(例如铜线圈)浸入介电材料本体33中，所述介电材料通常是诸如氧化铝这样的陶瓷。壁12具有小尺寸开口13，其可以是壁中的孔或与其连接的喷嘴。在操作本方法期间，超音速射流34从开口13发出，其由包含在反应区形成的颗粒的等离子体气体形成，由于此原因在本领域中定义为“种子射流”。

衬底35存在于第二腔室中，纳米结构膜将在所述衬底上形成；被射流34所轰击的区被定义为沉积区，衬底被布置在该区中。泵系统(没有在本图中显示)连接至该腔室以便能够维持两个腔室之间必要的压力差，并且特别是在反应区和沉积区之间。

反应区和沉积区是分开的但是通过开口13彼此流体连通。此两个区被维持在不同的压强值P_R和P_D，并且特别地使得P_R/P_D比至少等于3。

正如流体动力学专家所知，在由开口所连接的两个区之间的压强比在给定开口电导率值的情况下通过控制系统中整体气体流速以及两区之一的泵送速度所决定。在细节上，在本发明的情形中，与这些量有关的数学关系式如下所示：

P_R/P_D＝1+Q/C_RD·P_D

其中：

-P_R和P_D具有如上所述的含义；

-Q是本系统的体积吞吐量，以(m³·Pa/s)来测量；

-C_RD是由开口连接的两个区之间气体的电导率，以(m³/s)来测量；电导率由开口尺寸所决定。

给定预期的P_R和P_D值以及Q值，开13的尺寸就容易确定，还通过为此目的销售的校准孔径的技术数据表来确定。

依照本发明所能够产生的膜可由金属、半导体(元素或者化合物)、氧化物或者其他陶瓷化合物例如氮化物、碳化物或者硼化物，或者导体化合物组成。在产生金属或者元素半导体(硅或者锗)的情形中，将使用的试剂能够是挥发性的金属或者半导体元素的化合物，以及例如氢气这样的还原剂，以便获得一般的反应：

MX_n+H₂→M+HX (I)

此种类型反应的一个例子是硅的形成之一：

SiCl₄+2H₂→Si+4HCl (II)

半导体化合物能够以相似的方式通过把材料的两种(或者更多种)组成元素的前体注射入反应区，进一步达到氢来获得，例如，通过注入砷的前体和镓的前体来获得III-V化合物GaAs。诸如氮化物、碳化物或者硼化物的隔离材料能够同样地获得。

为了获得氧化物，其氧化物将被形成的金属(或多种金属)的前体(或多种前体)，加上氧气，被注射入反应区，依据一般反应：

MX_n+O₂→MO+nX (III)

此种类型反应的一个例子是通过金属四乙醇盐来形成二氧化钛：

Ti(OC₂H₅)₄+12O₂→TiO₂+8CO₂+10H₂O (IV)

通过应用合适的前体混合物，几种元素的化合物或掺杂材料的膜能够被制造(例如两种或更多金属的混合的氧化物)。

上述的前体化合物在环境温度和压力下可以是气体、液体或者固体。在气体前体的情况中，其可以被注射入如上所述的反应区；在液体前体的情况中，其能够以蒸气相来应用，并且能够例如通过惰性气流或者与其发生反应的相同气体(例如氢和氧)流而被输送到反应区；最后，在固体前体的情况中，例如可以通过前体源的溅射蚀刻、通过应用在固体源和装置其他部分之间合适的电位差来进行把元素物质注射入反应区，正如所属领域专家所知的。尽管更加复杂，但是这种解决办法保证所产生材料的更高纯度。

纳米结构膜将在其上生长的衬底35沿着种子超音速射流轴在可变距离处定位在沉积区内。衬底能够是固定的或者可移动的。通过选择在薄壁中的以圆形或者矩形狭缝形式的开口，射流随其从喷嘴撤出而扩展以呈现特征性“喷流”形状。在反应区内形成的物质沿着扩展轴首先集结成簇并且然后成长为纳米颗粒。喷流的前进前沿受冲击区所限制，被称为马赫盘(在图3中识别为离开口13更远的半月状部分)，纳米颗粒在其中经历突然减速。马赫盘沿着射流轴与开口的距离取决于开口的形状，并且由在反应区和沉积区中的压力之间的比例所决定。在圆形开口的情况下，所述距离由如下关系式所定义：

x_M＝d·0.67(P_R/P_D)^1/2

其中x_M是开口与马赫盘之间的距离，而d是开口的直径；然而在矩形开口的情况下关系式为：

x_M＝h·(w/h)^0.47·0.67(P_R/P_D)^1/2

其中w和h分别是狭缝的宽度和高度；w/h值被称为“宽高比”。

通过控制喷嘴-衬底距离，不同尺寸和能量的物质能够被拦截：对于小的距离有少数极高能原子，对于增加的距离，特别是冲击区之外的距离具有动能减小的纳米颗粒。以这种方式，将要生长的膜的基本元素的能量和尺寸是能够选择的。例如，通过十分低的喷嘴-衬底距离，象征性地在0.5cm到几cm之间，在反应区中产生的物质没有时间形成纳米颗粒并以具有最小表面粗糙的致密膜的形式沉积(如图5中显微照片所示)，然而当不断增加所述距离时所获膜越来越为多孔的和纳米结构的(如图6中显微照片所示)。膜形态还受P_D值所控制，在低压下趋向于支持致密膜的形成，而相对高压促成高多孔性分层纳米结构的形成。

电感耦合源(ICP)、电容耦合源(CCP)、微波源(MW)、电子回旋共振源(ECR)或者介电阻挡型源(DBD)可以用来产生等离子体。电磁功率能够以各种各样的频率耦合至等离子体以便产生将实现本发明目标的释放；用于这些释放类型的维持电压的可能频率范围很广，从行频率(50Hz)，低频率(几kHz)，无线电频率(1-100MHz)，技术上优选频率是13.56MHz和27.12MHz，到微波(在后者情况下2.45GHz是适用最多的频率)。耦合方案能够包括连续波或者脉冲模式。第一种类型是优选的，因为ICP源与类似的CCP解决方法相比，具有以低的不纯等级(电极/天线与反应区物理上分离)以及高电子密度(甚至高出3个数量级)下产生等离子体的优势，所述CCP解决方法需要电极与释放区的直接接触。在低能量区中更高的电子密度导致更大数量的滞弹性碰撞，这将导致在电子激发态中自由基/原子的产生。ICP的能量耦合机制(由天线产生的EM波，其通过介电屏蔽传递并与等离子体流相耦合)不会导致过多能量保护层(在高电势下等离子体与表面之间的接触区)的产生，其不可避免地产生一群带有足够导致溅射的高方向性能量的离子。在ICP源的例子中，优选的天线结构是平面的，这是因为获得在大的表面上是均匀的等离子体的能力。

此外，比起通流反应器，图3所示的反应腔室结构具有优势，即形成的分子物质保持局限于距离腔室壁远的容积中，因此通过沉积来避免材料损耗。另外，通过改变注射器-等离子体距离，反应时间，以及因此起始成核阶段能够被控制，这使得进一步的参数可用于控制最终膜的形态(开口-衬底距离和沉积腔室压力除外)。

在第一腔室中给出的元件的图示结构和相互几何安排使此装置能够向一维(线源)或者二维(面源)扩展，因此考虑到其工业应用中的用途而提供总体可测量性；一系列源能够并排设置，每个与图3中的第一腔室10相对应，在与同图中的腔室11相似的单一沉积腔室内部。

此种类型的情况在图4中描述，其展示了一种装置40，包括一系列“头部”41、41’、41”、...，每个相当于图3中的腔室10，并且排布于单一沉积腔室11内部。在这一结构中，通过以合适的速度以垂直于每个“头部”41、41’、41”、...的轴并且垂直于布置头部所沿着的线的方向移动衬底35，原则上可能覆盖不确定长度的衬底(例如，金属板)，并且然后把衬底分割成不连续部分，因此实现高产率。

可选择地，众多类型的头部41、41’、41”、...，能够并排放置以形成阵列，例如每个头部放置在长方形或正方形矩阵的节点，以在单独沉积操作中覆盖大的表面比如那些例如用于生产太阳能板所需的表面。

Claims

1.一种制造具有受控形态的纳米结构膜的方法，包括如下操作：

-提供至少一个第一腔室(10)和第二腔室(11)，所述第一腔室(10)和所述第二腔室(11)由壁(12)分隔开，但是通过一个或多个开口(13)而彼此流体连通；

-在所述第一腔室中提供平面天线(16)，以用来形成局部等离子体，所述平面天线靠近或者抵住分隔所述第一腔室和所述第二腔室的所述壁放置，使得所述天线的离所述壁较远的表面离所述壁的距离“d”不超过5cm，并且所述平面天线在对应于所述壁中的所述一个或多个开口的位置具有一个或多个孔洞；

-通过所述一个或者多个开口，从所述反应区提取所述分子物质并且将所述分子物质向沉积区引导，所述沉积区被限定在所述第二腔室内，在所述第二腔室中设置了用于所述纳米结构膜的衬底(35)；

-将所述反应区维持在包括在10和100,000Pa之间的压强P_R下，将所述沉积区维持在包括在0.01和10,000Pa之间的压强P_D下，并且将P_R/P_D比维持在等于或者大于3的值，因此确定包含所述分子物质的超音速气体射流(34)，所述超音速气体射流(34)被从所述反应区引导到所述沉积区；

-在距离所述一个或多个开口包括在0.5和10cm之间的距离处沿所述超音速射流的轴线布置所述衬底。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压强P_R包括在10和10,000Pa之间，并且所述压强P_D在1和3,000Pa之间。

3.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中所述距离“d”低于2cm。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述距离“d”低于1.5cm。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述距离“h”低于2cm。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述距离“h”低于1.5cm。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述试剂是在环境温度和压力下不是气态的元素的至少一种前体化合物和将与所述前体反应的至少一种气体。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述在环境温度和压力下不是气态的元素是金属或类金属。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述试剂在惰性气体中被稀释。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米结构膜由金属、半导体、氧化物、陶瓷化合物、具有电绝缘属性的化合物或者导体化合物组成。

11.根据权利要求7所述方法，其中所述前体在环境温度和压力下呈气态，并且以此状态被注射入所述反应区。

12.根据权利要求7所述方法，其中所述前体在环境温度和压力下呈液态，并且以蒸气形式被注射入所述反应区。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述蒸气被注射入所述反应区，由惰性输送气体或试剂气体稀释。

14.根据权利要求7所述的方法，其中所述前体在环境温度和压力下为固体，并且以通过溅射所述固体而获得的蒸气的形式被注射入所述反应区。

15.一种用来实施根据权利要求1所述的方法的装置(30；40)，包括：

-至少第一腔室(10)，在所述第一腔室(10)中存在具有至少一种试剂气体的注射器(14)、用来供入惰性气体的装置(31、31’)和用来在所述第一腔室中产生等离子体的天线(16)；

-第二腔室(11)，其围绕着所述第一腔室，泵系统连接到所述第二腔室(11)，所述第二腔室(11)包含用于所述衬底(35)的壳体，所述纳米结构膜在所述衬底(35)上产生；

-壁(12)，其分隔所述第一腔室与所述第二腔室，并且具有至少一个开口(13)；

其中，所述注射器和能量源以一种几何学布置在所述第一腔室中，使得所述注射器的出口与所述天线的离所述壁较远的表面的平面之间的距离为不超过5cm的距离，并且所述表面与所述开口之间的距离不超过5cm。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述能量源是电感耦合、电容耦合或介电阻挡类型的能量源。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述能量源是具有平面天线结构的电感耦合源(32)。

18.根据权利要求15所述的装置(40)，包括位于单一第二腔室(11)内的一系列第一腔室(10)，其中每个第一腔室面向开口(13)。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述第一腔室(41、41’、41”、…)沿着直线排布。

20.根据权利要求18所述的装置，其中所述第一腔室依照长方形或者正方形矩阵排布成阵列。

21.根据权利要求15-20中任一项所述的装置，还包括用于移动所述衬底的设备。