CN110730760B - 提供多个纳米线的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提供多个纳米线(2)的方法，所述方法至少包括以下方法步骤：a)将薄膜(5)放置在表面(3)上，其中所述薄膜(5)具有所述纳米线(2)可以在其中生长的多个贯穿孔(8)，b)将提供电解质的介质(6)放置到薄膜(5)上，以及c)从电解质中流电生长多个纳米线(2)。

Description

提供多个纳米线的装置和方法

本发明涉及用于提供多个纳米线的装置和方法。

已知可以以多种方式获得纳米线的多种装置和方法。举例来说，纳米线可以通过电流法或通过从薄膜技术中的已知方法获得。许多已知方法共有一个事实，即它们需要复杂的机器，因此，尤其是通常仅(能)在实验室或洁净室中使用。特别地，需要一种行业兼容的设备，该设备可以直接在任何所需的结构和表面(例如芯片、印刷电路板(PCB)、传感器、电池等)上生成纳米线，而无需干预或破坏结构。

而且，许多已知的装置和方法具有以下缺点：所获得的纳米线就其特性而言，特别是就其质量而言，变化很大。通常，即使使用同一或相同机器、起始原料和/或配方，来自不同生长过程的纳米线也会部分不同。通常，纳米线的质量尤其取决于相应装置的使用者或相应方法的使用者的技能，环境影响和/或仅取决于偶然性。在某些情况下，纳米线是即使使用光学显微镜也无法观察到的结构，这一事实使得所有情况更加恶化。因此，可能首先需要进行费力的测试才能检测到所描述的特性(尤其是这些特性的波动)。

利用已知的方法和装置，尤其由于所描述的质量差异，通常不可能随着纳米线的生长而覆盖较大的表面。因此，纳米线可能在生长所覆盖的较大表面的不同区域之间的特性方面有所不同。这对于许多应用可能是不利的。

以此为出发点，本发明的目的是解决或至少减轻结合现有技术讨论的技术问题。特别地，寻求提出一种方法，利用该方法可以在特别大的区域上并且以特别可靠的方式提供多个纳米线。尤其是，寻求提供一种无需强制使用洁净室实验室就可以工业使用的方法。此外，试图提出一种相应的装置。

所述目的通过根据独立权利要求的特征的方法和装置来实现。相应的从属权利要求中规定了方法和装置的其他有利的改进方案。在专利权利要求中单独规定的特征可以以任何期望的技术上便利的方式彼此组合，并且可以通过说明书中的解释性事实加以补充，其中突出了本发明的其他设计变型。

根据本发明，提出了一种用于提供多个纳米线的方法，其中该方法至少包括以下方法步骤：

a)将薄膜放置在表面上，其中所述薄膜具有纳米线能够在其中生长的多个

贯通孔，

b)将提供电解质的装置放置在所述薄膜上，以及

c)从所述电解质中流电生长(galvanically growing)多个纳米线。

所述方法步骤优选地但非强制性地以所述顺序执行。

纳米线在此应理解为具有线状形式并且在几纳米到几微米尺寸范围内的任何材料体。纳米线可以例如具有圆形、椭圆形或多边形的底面。特别地，纳米线可以具有六边形的底面。优选所有纳米线由相同材料形成。

纳米线的长度优选在100nm[纳米]至100μm[微米]的范围内，特别是在500nm至30μm的范围内。此外，纳米线的直径优选在10nm至10μm的范围内，特别是在30nm至2μm的范围内。在此，表述“直径”是指圆形的底面，其中，在底面偏离圆形的情况下，可以考虑直径的相似定义。特别优选所有使用的纳米线具有相同的长度和相同的直径。

所描述的方法可以用于纳米线的多种不同材料。作为纳米线的材料，优选导电材料，特别是金属，例如铜、银、金、镍、锡和铂。然而，诸如金属氧化物等非导电材料也是优选的。

有待生长纳米线的表面优选地是导电形式的。如果表面是本来不导电的主体(例如基板)的一部分，则可以例如通过金属化来实现导电性。因此，例如，可以用金属薄层覆盖不导电的基板。通过金属化，尤其可以产生电极层。取决于表面和/或电极层的材料，宜在表面和电极层之间设置促进表面和电极层之间粘合的粘合剂层。

由于表面的导电性，其可以用作纳米线流电生长的电极。基板尤其可以是硅基板。该表面尤其可以是配备有导电结构的主体的表面。特别地，这可以是硅芯片或所谓的印刷电路板(PCB)。

方法步骤a)至c)可以首先以所述顺序进行。随后可以将纳米线从表面去除，并在另一位置进一步使用。如下面进一步描述的，这可以例如通过去除薄膜来执行。替代地，优选通过刮擦或剥离(例如，通过刀或刀片)将纳米线从表面去除。还优选的是，通过轻擦(例如，借助布)将纳米线从表面去除。在所述的所有情况下，可以进一步使用纳米线(在其生长表面以外的位置)。

当已经如上所述去除纳米线时，可以再次执行方法步骤a)至c)(以及根据需要再次去除新的纳米线)。

薄膜优选由塑料材料，尤其是聚合物材料形成。特别地，优选将薄膜连接至表面以使薄膜不打滑。这可能会降低所生长的纳米线的质量。

形成孔以延伸穿过薄膜优选通过以下来实现：所述孔从薄膜的顶侧到薄膜的底侧形成连续的通道。特别地，孔优选是圆柱形的。然而，孔也可以形成为具有弯曲轮廓的通道。孔可以例如具有圆形、椭圆形或多边形的底面。特别地，孔可以具有六边形的底面。孔优选地具有均匀的设计(也就是说，孔的大小、形状、装置和/或与相邻孔的间隔优选地没有差异)。

当纳米线在步骤c)中生长时，优选地(特别是完全地)用电沉积(galvanic dep-osition)的材料填充孔。以这种方式，纳米线具有孔的尺寸、形状和布置。通过选择薄膜或其中的孔，因此可以设定或影响要生长的纳米线的特性。该薄膜因此也可以被称为“模板”，“模板薄膜”或“图案”。

用于提供电解质的装置可以是被配置和设计用于至少在排出位置释放电解质的任何装置。排出位置优选为平面设计，其中特别优选电解质可以在排出区域上均匀排出。此外，优选的是，用于提供电解质的装置完全覆盖薄膜。用于提供电解质的装置可以例如是海绵、布、多孔固体或具有一个或多个喷嘴的注射装置。用于提供电解质的装置优选地被设计成使得其可以另外用于固定薄膜。特别地，这可以通过用于提供电解质的装置来实现，所述装置具有平面设计并且被设计和构造成将薄膜压在表面上。

在步骤a)至c)中，优选形成至少由三层组成的层状结构：表面、薄膜和用于提供电解质的装置(它们以此处所述的顺序排列)。该层状结构可以以任何期望的空间取向使用。然而，优选这样的定向，其中将表面布置在底部并且将用于提供电解质的装置布置在顶部。

最后，在步骤c)中，使用所描述的层状结构来执行纳米线的生长。在此，纳米线的质量尤其会受到以下参数的影响：

-施加的电压，

-当前的电流密度，

-关于电流密度和/或电压的时间曲线，

-电解液对表面的压力，

-电解质的组成，

-薄膜相对于表面的接触压力，特别是通过提供电解质的装置的压力作用，

-关于薄膜的接触压力的时间的曲线，

-方法期间的主要温度，

-方法所用时间与温度的关系曲线，以及

-电解液的流动或运动。

施加的电压是在电极之间施加的用于电流作用下生长的电压。电流密度是与生长所要覆盖的面积(电流/草坪面积)相关的电流。

特别地，这些参数也可以随时间变化。最佳参数可以根据所使用的材料、尺寸、形状、密度(即相邻纳米线之间的平均间隔)和纳米线的布置而变化。特别地，电流密度相对于时间的变化可以改善纳米线的生产。

该方法优选在室温下对铜进行。施加的电压优选在0.01V至2V[伏]之间，特别是在0.1V至0.3V之间。作为铜的通电(galvanization)，特别优选的是由CuSO₄[硫酸铜]、H₂SO₄[硫酸]和H₂O[水]及添加剂(表面活性剂、流平剂、增白剂)组成的混合物。为了在这些条件下获得例如由直径为100nm[纳米]，长度为10μm[微米]的铜组成的纳米线，最好在20分钟的生长时间，采用电流密度为1.5mA/cm²(在考虑了洞隙度的情况下7.5mA/cm²)[每平方厘米的毫安](直流电)。为了获得例如直径为1μm[微米]且长度为10μm[微米]的铜组成的纳米线，优选在40分钟的生长时间，采用0.5-2mA/cm 2的电流密度²[毫安/平方厘米](直流电)。特别地，在纳米线沉积期间，电流密度或沉积电压变化，特别地，在沉积期间电流密度/电压增加。

优选地，在步骤c)中完成纳米线的生长之后，至少部分地(特别优选完全地)去除薄膜。因此可以暴露纳米线，使得它们可用于进一步使用。薄膜的去除优选地以热和/或化学方式(例如通过溶液或有机溶剂)或通过氧等离子体进行。

在一个实施方案中，优选使用两个或更多个薄膜。通过将多个薄膜一个放置在另一个之上，特别有可能获得具有特别长的长度和/或具有可变的，特别是分级的几何形状的纳米线。同样地，由于将多个薄膜一个放置在另一个之上，因此可以通过剥离最外层的薄膜将所有纳米线缩短到共同的长度，该过程的长度特别取决于紧贴表面的薄膜的厚度。

利用所描述的方法，尤其是使用所描述的优选参数，可以获得特别高质量的纳米线。关于它们的长度、直径、结构、密度(即相邻纳米线之间的平均间隔)和材料组成，它们也可以在特别大的区域上特别均匀地生长。所描述的方法也不限于在实验室中使用，因为它尤其不需要微组件处理操作。由于离子加速器是固定的大型设备，因此在重离子轰击下运行的方法仅限于研究设施。

在该方法的一个优选实施方案中，在表面和薄膜之间提供结构层，其中该结构层在表面上纳米线要在其上生长的表面位置处具有至少一个缝隙(aperture)。

利用结构层，可以实现纳米线仅在表面的可限定区域中生长。这些区域由该至少一个缝隙限定。优选通过光刻结构化在结构层中产生该至少一个缝隙。如果省略结构层，则将在整个表面上产生纳米线。

结构层优选是由非导电材料组成的层。可以在步骤a)之前将结构层施加到表面上，或者可以提供在其上已经具有结构层的表面。在该实施方案中，在步骤a)中，通过将薄膜放置在结构层上来实现将薄膜放置在表面上。因此，在该至少一个缝隙之外，表面和薄膜无论如何不是直接而是仅间接地(经由结构层)接触。

当纳米线已经在表面上生长并且随后被去除时(特别是用于另一位置)，该表面可以重新用于其他纳米线的生长。在这种情况下，结构层可以留在表面上，并且可以在结构层上放置(新的)薄膜。这也应理解为在表面和薄膜之间提供结构层。这尤其意味着，一旦表面已经具有结构层，则根据方法步骤a)至c)可以多次使用该表面来生长纳米线。

结构层优选形成为层压层。在此，层压层是指通过软化塑料材料(尤其是聚合物材料)将结构层施加到表面上。在此，结构层优选由聚合物形成。结构层优选还用于固定薄膜的位置。特别是在结构层不固定薄膜的位置的替代实施例中，结构层还可以由其他电绝缘材料形成，例如二氧化硅或氮化硅。结构层的厚度优选为200nm[纳米]至10mm[毫米]。构造层的厚度优选特别地根据结构层的材料来选择。如果结构层形成为层压层，则可以通过层压将薄膜固定在表面上。

通过选择结构层中该至少一个缝隙的数量、位置、大小和形状，可以控制纳米线将在表面的哪些区域中生长。这尤其由于以下事实而成为可能：结构层是非导电形式的，从而不能在结构层的材料上进行流电沉积(并且因此纳米线无法流电生长)。在此，每个缝隙优选具有相对于纳米线的平均直径以及相对于相邻纳米线之间的平均间隔较大的程度。这尤其意味着，在每种情况下，每个缝隙内可以生长多个纳米线。

优选将薄膜放置在结构层上，使得薄膜至少部分覆盖结构层中的至少一个缝隙。因此可以确保至少在重叠的该区域中可以发生纳米线的生长。此外优选的是，薄膜在结构层没有缝隙的区域中至少部分地也覆盖结构层。因此可以确保薄膜固定在其位置上。也可以通过用于提供电解质的装置来确保固定。

尽管不是必须的，但是优选结构层覆盖整个表面并且薄膜覆盖整个结构层。

作为层压方法的替代，结构层可以通过光刻胶来产生，该光刻胶通过光刻工艺(用掩模曝光)提供相应的结构化，并且在显影过程之后，开缝隙，然后根据步骤a)至c)在其上生长纳米线。在优选的变型中，光刻胶还用作层压层。

在这些实施例中，优选地形成由至少四层组成的层状结构：表面、结构层、薄膜和用于提供电解质的装置(它们以本文所述的顺序排列)。所述层状结构还可以另外包括上面进一步描述的电极层(特别是在非导电表面的情况下)，还可以包括粘合层。因此，该层状结构可以特别地包括以下六个层：表面，粘合层(其可以特别是导电的)，电极层(其是导电的)，结构层(可以通过绝缘作用局部地形成)，薄膜以及提供电解质的装置。电极层然后构成用于流电过程的对电极(步骤c))，其可选地由表面本身形成。

在该方法的另一优选实施例中，该方法至少部分地通过加热来执行。

加热优选在步骤c)中进行。在此，对于纳米线的各种材料，宜使用下表中列出的优选或特别优选的温度。

通过升高的温度，可以提高电解质中离子的迁移率。因此可以促进纳米线的生长。

在该方法的另一优选实施例中，根据需要将电解质进料到用于提供电解质的装置。

电解质优选地通过管道进料至用于提供电解质的装置。对电解质的需求尤其由电沉积的消耗来确定。如果在纳米线的生长位置处可用的电解质太少，则可能在纳米线内形成缺陷，或者会出现其中纳米线不存在的区域。此外，在电解质分布不均匀的情况下，在电解质的离子浓度不均匀的情况下和/或在电解质的温度不均匀的情况下，可能会出现生长速度不均匀。生长速度不均匀可能导致纳米线生长不均匀。因此，如果电解质的进料量恰好适合于消耗量，则可以获得特别高质量和均质的纳米线。特别地，如果电解质的存在量没有过多以至于它以不受控制的方式从提供电解质的装置中逸出，则也可以省略例如电解池的密封件(例如可以在其中进行该方法)。

在该方法的另一优选实施例中，用于提供电解质的装置至少间歇地压在薄膜上。

优选在步骤c)期间将用于提供电解质的装置压在薄膜上。这尤其可以在整个步骤c)中执行，但是优选仅在纳米线生长的初始阶段中执行。还优选步骤c)中已经有按压动作。因为将用于提供电解质的装置压紧在薄膜上，可以促进电解质的提供。例如，可以通过压缩所述海绵来促进电解质从海绵中出来。优选地提供用于压紧动作的弹簧，其中，弹簧将用于将电解质提供给薄膜的装置压紧的作用力是可调节的。弹性的或塑料的元件，电动的、液压的和/或气动的调节单元或杠杆机构也可以用于产生按压力。电解质的释放量可以通过调节力来控制。可以通过海绵状体释放的电解质的量可以采用取决于至少一个特征变量的方式来调节。该至少一个特征变量优选是电流曲线、电压曲线、电场和/或温度。优选产生海绵的泵状运动。海绵的压缩不一定必须是均匀的。也可以将作用在海绵上的力提供无不均匀的作用力分布。这样，可以设定海绵释放不同量的电解质的区域。特别地，为实现脉冲运动，海绵的凸出形式以及由此产生的从外到内增加的按压力可以是有利的。此外，通过将薄膜压靠在表面或结构层上，可以确保薄膜以形状配合和位置固定的方式被保持，而没有空气夹杂物(在薄膜与表面或结构层之间以及在薄膜的通道中)。通过在该方法期间用于提供电解质的装置的运动，也可以确保特别均匀的电解质分布。在此，运动可以例如旋转地、水平地和/或垂直地进行。特别优选将用于提供电解质的装置以相对于时间变化的压力按压在薄膜上，或者在第一生长阶段之后从薄膜上提离(lift off)，以便由此阻止任选的各孔封闭。

在另一优选实施例中，新鲜的电解质被连续地进料到提供装置，并且过量的电解质同时被连续地排出。这迫使电解质流动，从而确保了充足的离子供给。该流动也可以通过电解质的循环来实现。

在另一优选实施例中，使用测量装置以闭环方式监视和控制接触压力。闭环控制尤其可以通过闭环控制元件来执行。通过闭环控制，尤其可以在(优选整个)处理时间内将接触压力设置为最佳可能的相应可预定值。

在该方法的另一优选实施例中，用于提供电解质的装置以海绵状形成。

海绵状的形式应理解为是指用于提供电解质的装置被构造成首先根据需要(特别是在压力下)吸收(特别是吸取)电解质、存储所述电解质并再次释放所述电解质。作为以海绵状形成的用于提供电解质的装置，优选以下：

-海绵(例如，由泡沫材料组成，最好是三聚氰胺泡沫和/或特氟龙泡沫)，

-布(例如，由超细纤维、滤纸、棉和/或一些其他物质组成)，以及

-多孔固体(例如多孔石头、多孔玻璃和/或陶瓷泡沫)。

用于提供电解质的装置特别优选地是柔性形式的。因此可以实现，用于提供电解质的装置可以在压力下以特别有效的方式释放电解质。以这种方式，可以确保为薄膜的每个孔供应足够量的电解质。这种用于提供电解质的装置也可以采用特别有效的方式压在薄膜上。因此也可以防止薄膜损坏。

在该方法的另一优选实施方式中，薄膜的贯穿孔相对于表面垂直地形成。

在该实施方案中，纳米线可以相对于表面垂直生长。这对于许多应用是有利的。

在该方法的另一优选实施例中，为了多个纳米线的流电生长，在要被生长覆盖的表面和紧靠提供电解质的装置的电极之间施加电压。

作为电极，在此可以使用导电表面(可能考虑，特别是可以通过金属化获得的电极层的可能性，上面已经进一步描述)。电极层在表面上优选为连续且封闭的形式。将铜、金、银、镍、铂、锡和/或铝选择性地用于电极层是有利的。同样可以使用高级钢。如果该表面被用作用于纳米线生长的电极，则有可能在整个表面上产生均匀的电场。第二电极优选地是平面形式，特别是使得第二电极至少部分地(优选地完全地)覆盖用于提供电解质的装置。在这种情况下，第二电极在上面进一步描述的层状结构中构成第七层：表面、粘合剂层、电极层、结构层、薄膜、用于提供电解质的装置和第二电极。在此，表面或电极层构成第一电极。另一种可能性是在海绵上方使用一个额外的储液槽，以确保始终有足够的电解质可用(使用筛网牢固地压住海绵)。第二电极可以是分段设计的，以补偿第一电极层的不均匀性。

在另一个优选实施例中，该方法还包括方法步骤：

d)从表面上去除薄膜，包括包裹在薄膜中多个纳米线，以及

e)将薄膜施加到目标表面，其中包裹在薄膜中的多个纳米线连接到目标表面。

所述方法步骤d)和e)优选但非强制性地以所述顺序进行。此外优选的是，方法步骤d)和e)在方法步骤a)至c)(同样优选地以所述顺序进行)之后进行。

如以上已经进一步描述的，可能有利的是首先在表面上生长纳米线，然后将纳米线转移到另一表面(在这种情况下为目标表面)以供进一步使用。为此目的，该实施方式提供了优选的可能性。

在另一个优选的实施方案中，通过施加保护层，至少暂时地保护生长的纳米线免受纳米线的氧化和/或粘合。

保护层可以特别地包括保护漆。保护层优选地由非导电材料形成。该保护层可以特别地用于纳米线的运输和/或存储。

所述保护层可以特别地针对进一步的机械加工步骤，例如锯切提供保护。

在该方法的另一个优选实施方案中，薄膜至少部分地溶解。

薄膜的溶解优选在方法结束时进行，也就是说，特别是在步骤c)之后进行。去除薄膜通常是有利的，因为通过去除薄膜第一次暴露纳米线。薄膜优选完全溶解。因此，可以避免薄膜的残留物，这些残留物对于纳米线的后续使用是不希望的。可以通过热和/或化学方法去除薄膜。对于化学去除，优选将薄膜暴露于(特别是有机)溶剂、溶液和/或等离子体中。

在该方法的另一优选实施例中，表面具有多个导电区域。在步骤a)之前，执行以下方法步骤：

i)将导电粘合剂层施加到表面(特别是基板)上，

ii)将导电电极层施加在表面上，

iii)将电绝缘结构层施加在导电电极层上，以及

iv)将表面的导电区域在纳米线要在所述导电区域上生长的位置处暴露，其中在导电区域和导电电极层之间保持导电连接。

步骤c)之后，执行以下方法步骤：

α)去除薄膜，

β)去除结构层，

γ)去除电极层，以及

Δ)去除导电粘合剂层。

利用该实施方式，可以特别容易地使纳米线生长，特别是在具有导电结构的表面上。这些(表面)尤其可以是所谓的印刷电路板(PCB)或硅芯片。它们通常具有基本上是电绝缘的表面，并且例如在其上设置接触点和导电带作为导电结构。这样的接触点是这里将要描述的被生长覆盖的表面的导电区域的一个例子。优选地，表面的导电区域首先相对于彼此电绝缘。这可以特别地通过具有电绝缘形式并且在导电区域的位置处具有缝隙的基础结构层(与上面进一步描述的结构层不同)来实现。为了根据所描述的方法在这样的导电区域上生长纳米线，有利的是，可以将导电区域用作流电生长的电极。因此优选的是，至少在所描述的方法的持续过程中，在表面的初始相互分离的导电区域之间产生导电连接。这基本上可以通过，例如借助针分别接触每个导电区域来实现。然而，这可能是麻烦的，特别是对于多个导电区域。本实施例提供了一种特别简单的装置，用于将甚至大量的导电区域彼此连接，从而大大简化了它们的接触。

在步骤i)中，施加粘合剂层。应当理解，这是指在整个基础结构层，包括缝隙上例如通过CVD(化学气相沉积)或PVD(物理气相沉积)形成由导电材料构成的层，特别是由金属，有利地由铬、钛或钨构成的层或由钛和钨的合金(TiW)构成的层。特别优选将导电粘合剂层形成在基础结构层的缝隙中，并且尤其是在缝隙的边缘处。这意味着，导电粘合剂层以连续的方式形成，使得在导电区域之间，优选在所有导电区域之间产生导电连接。因此，有可能例如通过导电粘合剂层的接触使导电区域接触。优选通过在步骤ii)中施加的电极层来实现接触。导电区域因此可以被共同用作纳米线的流电生长的电极。粘合剂层还用于实现随后将层状结构机械地锚固在基板上，并且即使在拉伸和剪切载荷以及温度波动下也不会发生层状结构与表面的分离。

在步骤ii)中，将导电电极层施加到粘合层上。应当理解，这是指在整个粘合剂层，包括基础结构层的缝隙上形成由导电材料构成的层，特别是由金属，有利地由铜、金、铝、铬、钛、镍、银、锡构成的层。特别优选导电电极层形成在缝隙中，并且特别地也在缝隙的边缘处形成。这意味着导电电极层以连续的方式形成，使得在导电区域之间，优选在所有导电区域之间产生导电连接。因此，特别是也可以通过导电电极层的接触来接触导电区域。导电区域因此可以被共同用作纳米线的流电生长的电极。导电层不必强制性地用作电极层，它也可以仅用于先前绝缘的区域的接触。相互电绝缘的区域的接触也可以以其他方式实现，例如通过丝焊连接、焊锡丝、导电漆等的连接。

在步骤iii)中，将结构层施加到电极层上，并且在步骤iv)中形成结构层中的缝隙。在此，优选的是，每个导电区域(触点)正好被分配一个缝隙。尤其优选的是，导电区域与相应的缝隙完全重叠。因此，导电区域优选地大于结构层的各个相应的缝隙。还可以将导电区域分配给多个缝隙，从而在所述导电区域内设置多个缝隙。

如果在施加导电电极层之后进行纳米线的生长，则纳米线将在导电电极层上生长。这可以通过在步骤iii)中施加电绝缘结构层来抑制。在步骤iii)中，将电绝缘结构层施加到导电电极层上，使得电绝缘结构层完全覆盖导电电极层。即使在电绝缘结构层的情况下，也优选覆盖电极层的缝隙的边缘。这意味着，在施加电绝缘结构层之后，优选地，不存在导电电极层的暴露区域。以此方式，首先不可能与导电电极层接触。

在步骤iv)中，暴露出将要生长纳米线的电极层的导电区域的那些位置。这尤其意味着在这些位置上去除了电绝缘结构层。这可以特别地通过光刻方法并使用选择性地仅去除电绝缘结构层的化学物质来执行。

在步骤iv)之后，优选存在中间产物(例如，其上布置有层状结构的硅芯片)，其包括以下：

-具有多个导电区域的表面，

-施加在表面上并提供连续导电表面作为助粘剂的连续粘合剂层，

-施加到粘合剂层上并用作第一电极的导电电极层(或将用作电极的导电区域彼此连接)，

-施加到导电电极层上并且在要生长纳米线的位置具有缝隙的电绝缘结构层，

其中形成导电粘合剂层和导电电极层，使得表面的导电区域经由导电层以导电方式彼此连接，并且导电区域仅将要生长纳米线的那些位置暴露。

可以省略粘合剂层。在如果，例如，使用PCB的情况下尤其是这样，将该PCB的要覆盖生长的区域制备为使得待生长的纳米线已经显示出足够的机械粘附性。因此，(优选地)金属纳米线可以直接在PCB的提供的表面上生长。在此，省略步骤i)和Δ)。相应地，所描述的方法的实施例是优选的，其中表面具有多个导电区域并且其中在步骤a)之前执行以下方法步骤：ii)将导电电极层施加在表面上，

iii)将电绝缘结构层施加在导电电极层上，以及

iv)将表面的导电区域在纳米线要在所述导电区域上生长的位置处暴露，其中在导电区域和导电电极层之间保持导电连接。

步骤c)之后，执行以下方法步骤：

α)去除薄膜，

β)去除结构层，以及

γ)去除电极层。

具有粘合剂层的实施方式的描述在此相应地适用。在这种情况下，在步骤iv)之后，优选存在替代的中间产品(例如，上面布置有层状结构的PCB)，该中间产品包括以下：

-具有多个导电区域的表面，

-施加在表面上并用作第一电极的导电电极层(或将用作电极的导电区域彼此连接)，

-施加到导电电极层上并且在要生长纳米线的位置具有缝隙的电绝缘结构层，

其中，形成导电电极层，使得表面的导电区域经由导电层以导电方式彼此连接，并且使得导电区域中仅将要生长纳米线的那些位置暴露。

为了纳米线的生长，可以将表面或电极层的导电区域用作电极。因为导电区域通过导电层彼此连接，所以在此导电电极层的单接触就足够了。为此目的，优选在至少一个位置处去除电绝缘结构层(或者首先不在所述位置处将其施加到导电电极层上)，使得导电电极层可以例如在该位置通过针接触。通过针刺穿的电绝缘结构层，也可以接触导电电极层。

对于由此通过步骤i)至iv)(或ii)至iv))获得的中间产物，优选进行根据所述方法的步骤a)至c)的纳米线的生长。在此，纳米线在步骤iv)暴露的导电区域的那些位置中生长。在线生长之后，在步骤α)中去除薄膜。如上所述，这可以以热和/或化学方式进行。随后，在步骤β)和γ)中，还去除了导电电极层和电绝缘结构层。优选地，这是使用特别选择的化学品来执行的，使得它们仅选择性地去除导电电极层和/或电绝缘结构层，同时特别是表面的导电区域和纳米线不受所述化学品侵蚀。替代地，也可以使用同时去除多层的化学物质(也就是说，尤其是粘合层、电极层和/或结构层)。由于化学品有利地不侵蚀金属纳米线，和/或由于所选择的层厚度使得层的溶解或脱离比纳米线(其尤其可以被设计成比要去除的层厚)的溶解或侵蚀更快地发生，这尤其是可能的。以这种特别优选的方式，有可能在一个步骤中去除整个层状结构并且露出纳米线。

在该方法的另一个优选实施方案中，在执行步骤a)至c)之后去除包括生长的纳米线的薄膜。随后再次执行步骤a)至c)。在再次执行步骤a)至c)之后执行步骤α)至γ)(可能还有Δ)。

特别地，由于导电区域的不平坦，在纳米线的生长期间，纳米线可能生长到不均匀的高度。这意味着在完成生长之后，纳米线的远离表面的那些末端被布置在距表面不同的距离处。利用本实施例，可以获得已经生长到特别均匀的高度的纳米线。为此目的，尤其可以将上述中间产物之一作为起点。根据所述方法的步骤a)至c)，在其上生长纳米线。所述纳米线不是在方法完成之后保留在表面上并且所述方法针对其生长的纳米线。相反，它们是补充生长的纳米线。在补充生长的纳米线生长之后，再次去除包括补充生长的纳米线的薄膜。这可以例如通过机械去除，例如薄膜的剥离来执行。在此，补充生长的纳米线可能会在薄膜和表面之间的界面处折断。如果补充生长的纳米线具有特别细的形式，则尤其如此。补充生长的纳米线可以特别地比在完成该方法后保留在表面上的并且该方法针对其生长的纳米线更细。通过生长补充生长的纳米线并随后去除包括补充生长的纳米线的薄膜，可以获得特别平坦的表面，随后可以在该表面上再次间接或直接生长纳米线。以此方式，可以提供在这里将被称为凸起(bump)的结构。这意味着，特别地，主结构层中的缝隙被纳米线的材料填充，使得凸起与分层结构的最上层(即，特别是与结构层)一起形成连续的平坦平面。因此，这些凸起可以有利地用于高度均衡和用作接触促进件。在完成该方法之后保留在表面上并且针对该方法的生长的纳米线可以在所述凸起上生长。所述纳米线可以在该特别平坦的表面上生长到特别均匀的高度。可以将针对该实施例描述的附加步骤共同描述为表面的平滑化或用于产生凸起。

在该方法的另一个优选实施方案中，在完成多个纳米线的生长之后，至少部分地去除纳米线上的氧化物层。

根据所描述的方法提供的纳米线可以特别地用于将电导体彼此电连接和/或机械连接。特别地，两个表面可以彼此连接。为此目的，优选分别在要连接的一个表面或两个表面上提供多个纳米线。如此获得的纳米线可以随后通过彼此压紧的表面而彼此接触。在此，纳米线可以在待连接的表面之间形成特别稳定的电、机械和/或热连接。但是，纳米线上可以形成(天然的)氧化物层，该氧化物层会损害连接的机械、电和/或热特性。通过在形成连接之前去除该氧化物层，因此就所述诸方面而言可以改善连接的质量。还可以通过去除氧化物层来降低在连接的形成过程中所需的压力，或者可以完全消除压力的施加。氧化物层的去除优选使用助焊剂(例如酸，特别是还原酸，例如盐酸(HCl)或甲酸(CH₂O₂)或柠檬酸(C₆H₈O₇))或通过等离子体(例如氩等离子体)进行。所用的酸优选不包含氧原子(其可以由于化学反应而释放，这可以有助于重新形成氧化物层)。助焊剂特别优选也有助于连接的形成。例如丙烯酸酯就是这种情况。

通过所描述的方法获得的纳米线可以特别地用于使接触面彼此连接。为此，优选的是，分别根据所述方法在连接所涉及的一个或所有接触面上提供多个纳米线。通过使接触表面聚集在一起，可以将纳米线彼此接触放置，其中，纳米线彼此互锁并因此形成连接。氧化物层的去除优选地在接触表面聚集在一起之后进行。替代地或附加地，在接触面聚集在一起之前和/或在接触面聚集在一起的同时去除氧化物层。例如，以这种方式，有可能将一个或多个LED(发光二极管)连接到基板或载体。

在使用所产生的纳米线之前或在此期间，也可以对它们进行进一步处理。因此，有利的情况是，通过使用还原介质去除了纳米线上潜在存在的氧化物层。可以通过甲酸和/或通过超声来去除氧化物层。还原性介质还可以附加地辅助粘附(纳米线的融合以形成基本闭合的结构)，这可以导致连接强度的增加。介质可以是液态或气态介质，其流经连接的纳米线并因此去除氧化物层并帮助纳米线融合。为此，例如优选使用汽化的甲酸或形成气体。

氧化物层的去除优选在真空中(特别是在真空室中)或在保护性气体气氛中进行，从而防止由于大气中的氧气而导致氧化物层的重新形成。还优选的是，在去除氧化物层之后，特别是在连接过程之前，纳米线不与空气或氧气接触。电导体的连接也优选在真空或保护性气体气氛中进行。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于提供多个纳米线的设备，至少包括：

-要在其上生长纳米线的(最好是导电的)表面，

-在表面上放置的薄膜，其中所述薄膜具有多个可在其中生长纳米线的贯穿孔，

-放置在所述薄膜上的用于提供电解质的装置，和

-至少一个电极，用于从电解质中流电生长出多个纳米线。

以上进一步描述的方法的特定优点和设计特征适用于并且可转移至所描述的设备，反之亦然。

例如，基板的表面被用作最低的参比平面。该表面可以例如在印刷电路板(PCB)的情况下或在等效表面的情况下配备有例如由铜、金或铝组成的导电结构。特别地，如果表面不能充分导电，则优选将连续的导电层施加到该表面上，使得该导电层可以用作所述方法的电极。优选在表面和导电电极层之间设置粘合促进剂(特别是粘合剂层)。这里优选在表面上实现连续的导电粘合剂层。

仅设置一个电极(例如对电极)就足够了。然后将要在其上生长纳米线的表面用作纳米线的流电生长所需的第二电极。如果已经在表面(例如，因为该表面不导电，不连续地导电或不充分导电)上施加了金属化层，则该金属化层(电极层)可以用作第二电极。可替代地，优选设置两个电极，在两个电极之间可以施加生长纳米线所需的电压。

在一个优选的实施方案中，该设备还包括布置在表面或电极层与薄膜之间的结构层，其中该结构层在表面上要在其上生长纳米线的位置处具有至少一个缝隙。

在另一个优选的实施方案中，该设备还包括用于在将要生长纳米线的表面上提供结构层的装置。

用于提供结构层的装置优选是层压装置，真空涂覆设备、漆离心机或喷涂设备或浸涂设备。由此，优选可以将漆层作为结构层施加到表面上。

在另一个优选的实施方式中，该装置还包括参比电极。

参比电极优选布置在用于提供电解质的装置内，并且有利地尽可能靠近电极层。优选地，参比电极通过测量电子装置连接到为电解提供的电极中的至少一个，从而可以在参比电极和为电解提供的电极之间设置电化学电势差。这尤其可以使用测量单元，尤其是用于电压的测量单元来执行。所获得的值是电极表面的电化学活性的量度。通过所获得的值，尤其可以确定必须向提供电解质的装置中进料多少电解质。

附图说明下面将基于附图更详细地讨论本发明和技术领域。附图示出了特别优选的实施例，然而本发明不限于此。特别要指出的是，附图，尤其是示出的比例仅仅是示意性的。在附图中，在每种情况下均示意性地：

图1显示了本文所述设备的剖视图，并且

图2示出了从上方穿过图1的设备的结构层的截面图，

图3a至图3i示出了用于提供多个纳米线的方法的九个示意图。

图1示出了用于提供多个纳米线2的设备1。设备1包括具有表面3的主体18，纳米线2将在该表面3上生长。放置在表面3上的是结构层4，其中结构层4具有多个缝隙7(在该图示中可以看到两个缝隙7)。纳米线2将在表面3上缝隙7的位置处生长。还提供了放置在结构层4上的薄膜5。薄膜5具有多个可以在其中生长纳米线2的贯穿孔8。纳米线2仅在结构层4的缝隙7的位置处的孔8中生长。在其他位置防止了纳米线2的流电生长。作为用于提供电解质6的装置的海绵10已经被放置在薄膜5上。此外，已经提供了电极12，其紧靠海绵10放置。在电极12和导电的表面3之间，可以通过电压源11和经由电缆15施加电压。多个纳米线2的流电生长可以通过该电压来实现。还提供了参比电极13。在参比电极13和电极12之间，可以通过测量单元14测量电势差。经由管道16，可以将电解质进料到海绵10。可以通过弹簧9将海绵10(液压地、电动地、气动地)压在薄膜5上。在此，弹簧9已经固定，使得作用在海绵10上的作用力是可调节的。这由双箭头指示。还示出了加热器17，通过其纳米线2的生长可以在加热的情况下(全部或仅间歇地)进行和/或通过其可以(至少部分地)溶解薄膜5。

图2以俯视截面图的形式示出了图1的结构层4。在这里可以看到带有纳米线2的缝隙7，该纳米线2仅可以在缝隙7的位置处生长。纳米线2具有圆形的横截面。

图3a至图3i示出了用于提供多个纳米线的方法的九个示意图。图3a示出了具有三个导电区域19的基础表面23。在基础表面23上施加了基础结构层24(例如阻焊剂)，对于每个导电区域19，该基础结构层分别具有一个缝隙7(例如接触)。基础表面23和基础结构层24一起形成图1中的表面3。

在图3b中，导电电极层21已经被施加到基础结构层24上，并且电绝缘结构层4已经被施加到所述导电电极层上。

在图3c中，已经暴露出导电区域19的位置，并且要在其上生长纳米线2的所有导电区域19(尤其可以形成接触)已经彼此连接。

在图3d中，已经将薄膜5放置在结构层4上，其中薄膜5具有多个贯穿孔8，其中可以生长补充生长的纳米线22。

在图3e中，可以看到已经在薄膜5的孔8中生长的补充生长的纳米线22。补充生长的纳米线22与薄膜5一起被去除。

图3f示出了具有补充生长的纳米线22的薄膜5去除之后的情况。留下导电凸起20。随后，将另一薄膜5放置在结构层4上，并且生长纳米线2。在该方法完成之后，在此获得的纳米线2是保留在导电区域19上(或在凸起20上)并且该方法涉及其生长的纳米线。

图3g示出了纳米线2与薄膜5。在这些纳米线2生长之后，可以去除薄膜5，这导致了图3h的图示，其中，通过化学工艺，不仅薄膜5而且结构层4也被去除。最后，去除导电电极层21。因此，如图3i所示，仅保留了基础表面23的导电区域19上的纳米线2和凸起20。

附图标记清单

1 设备

2 纳米线

3 表面

4 结构层

5 薄膜

6 提供电解质的装置

7 缝隙

8 孔

9 弹簧

10 海绵

11 电压源/电流源

12 电极(对电极)

13 参比电极

14 测量单元

15 电缆

16 管

17 加热器

18 主体

19 导电区域

20 导电凸起

21 导电电极层

22 补充生长的纳米线

23 基础表面

24 基础结构层

Claims (12)

1.提供多个纳米线(2)的方法，其特征在于，该方法至少包括以下方法步骤：

a)将薄膜(5)放置在表面(3)上，其中所述薄膜(5)具有多个纳米线(2)可以在其中生长的通孔(8)，

b)将提供电解质的装置(6)放置到所述薄膜(5)上，以及

c)从所述电解质中流电生长多个纳米线(2)；

其中根据需要将所述电解质进料至所述用于提供电解质的装置(6)；

所述用于提供电解质的装置(6)以海绵的形式形成；

所述表面(3)具有多个导电区域(19)；其中，在步骤a)之前，执行以下方法步骤：

ii)将导电电极层(21)施加到表面(3)或表面(3)的粘合剂层上，

iii)将电绝缘结构层(4)施加到所述导电电极层(21)上，以及

iv)将表面(3)的所述导电区域(19)在所述纳米线(2)要在所述导电区域(19)上生长的位置处暴露，其中在导电区域(19)和导电电极层(21)之间保持导电连接；

其中，在步骤c)之后，执行以下方法步骤：

α)去除薄膜(5)，

β)去除结构层(4)，和

γ)去除电极层(21)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述表面(3)和所述薄膜(5)之间设置结构层(4)，其中所述结构层(4)在所述表面(3)的一位置处具有至少一个缝隙(7)，所述位置是将在所述表面(3)上生长纳米线(2)的位置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法至少部分地通过加热来执行。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述用于提供电解质的装置(6)至少间歇地压在所述薄膜(5)上。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述薄膜的所述通孔(8)相对于所述表面(3)垂直地形成。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了使所述多个纳米线(2)进行流电生长，在要被生长覆盖的表面(3)和与紧靠所述用于提供电解质的装置(6)的电极(12)之间施加电压。

7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括方法步骤：

d)从所述表面(3)上去除所述薄膜(5)，包括包裹在所述薄膜中的多个纳米线(2)，以及

e)将所述薄膜(5)施加到目标表面，其中，所述包裹在薄膜(5)中的多个纳米线(2)连接到所述目标表面。

8.根据权利要求中1或2所述的方法，其特征在于，所述薄膜(5)被至少部分地溶解。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中，在步骤a)之前，执行以下方法步骤：i)将导电粘合剂层施加到表面(3)上；

其中，在步骤c)之后，执行以下方法步骤：Δ)去除导电粘合剂层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在已经执行步骤a)至c)之后去除包括生长的纳米线(2)的薄膜(5)，其中随后再次执行步骤a)至c)，并且其中在再次执行所述步骤a)至c)之后执行所述步骤α)至γ)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在完成所述多个纳米线(2)的生长之后，至少部分地去除所述纳米线(2)上的氧化物层。

12.根据权利要求1或2所述的方法，用于LED与载体基板的电接触或热连接。