CN116964251A - 用于多个纳米丝的用户友好且可靠的电生长的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在基片(3)上电生长多个纳米丝(2)的设备(1)，包括基片支座(4)和壳体(34)，在该壳体中布置有腔室(18)、控制单元(8)和电解质用储罐(35)，所述设备(1)被设计成当所述基片支座(4)连带所述基片(3)已被插入所述腔室(18)中时使所述多个纳米丝(2)从所述电解质生长到所述基片(3)上。

Description

用于多个纳米丝的用户友好且可靠的电生长的设备和方法

本发明涉及用于在基片上电生长多个纳米丝的设备和方法。

用以制造纳米丝的设备和方法是已知的。例如纳米丝可以通过电镀工艺或通过从薄膜技术中知道的方法获得。对于许多已知的方法来说，它们需要复杂的机器是常见的，尤其因此缘故，它们通常只在实验室和净室中被使用(只能在此使用)。特别是，大多数已知的方法不适合工业使用。

此外，许多已知的设备和方法有如下缺点，所获纳米丝在其特性、尤其是其质量方面变化很大。即便使用相同的机器、原材料和/或配方，来自不同生长过程的纳米丝也常有差异，有时差异很大。纳米丝质量通常尤其取决于相应设备的用户或相应方法的用户的能力、环境影响和/或仅取决于偶然性。由于纳米丝是有时甚至用光学显微镜都看不到的结构，这一切都变得更加困难。因此可能需要进行详细调查以便首先确定所述特性(尤其是其波动)。

在此基础上，本发明的目的是提供一种设备和一种方法，借此能以特别用户友好的方式可靠生产多个纳米丝。

该目的通过根据独立权利要求的设备和方法来实现。在从属权利要求中指明其它有利设计。权利要求书和说明书所表示的特征能以任何技术上有意义的方式相互组合。

根据本发明，提供一种用于在基片上电生长多个纳米丝的设备。该设备包括基片支座和壳体，壳体中布置有腔室、控制单元和电解质用储罐，该设备被设计成当基片支座连带基片已被插入腔室中时将多个纳米丝从电解质生长到基片上。

所述设备优选被设计为以自动化方式生长纳米丝。该设备可以尤其被设计用于工业用使用。

可利用所述设备来生产纳米丝。纳米丝在这里是指具有丝状形式和尺寸在几纳米到几微米范围内的任何材料体。纳米丝可以例如具有圆形、椭圆形或多边形的基本面积。特别是，纳米丝可以具有六边形基本面积。

纳米丝长度优选为100纳米至100微米，特别是500纳米至60微米。纳米丝长度优选以在5％至20％范围内的标准偏差分布。纳米丝还优选具有在10nm至10μm范围内、尤其在30nm至4μm范围内的直径。在这里，术语“直径”与圆形基本面积有关，如果基本面积偏离圆形基本面积，则适用直径的相似定义。特别优选的是所用的所有纳米丝具有相同的长度和相同的直径。

所述设备可被用于纳米丝的各种材料。导电材料且特别是诸如铜、银、金、镍、锡和铂的金属优选作为纳米丝材料。其中的铜是特别优选的。然而，诸如金属氧化物的非导电材料也是优选的。所有的纳米丝优选由相同的材料形成。

纳米丝可以用该设备被生长到基片表面上。基片表面优选被制成是导电的。如果基片表面是不导电的基片的一部分，则可以例如通过金属化来实现导电性。因此，例如不导电的基片可被涂覆有金属薄层。金属化特别是可被用于生产电极层。根据基片表面和/或电极层的材料，在基片表面和电极层之间提供粘接层可能是可取的，该粘接层赋予基片表面与电极层之间的粘接。

基片表面的导电性允许其用作纳米丝电流生长用电极。基片可以特别是硅基片。基片可以特别是具有导电结构的主体。它尤其可以是硅芯片或所谓的印刷电路板(PCB)。但纳米丝在许多其它表面例如玻璃、陶瓷和聚合物上生长也是可能的。基片可以是刚性的或柔性的。该设备优选适用于在平行于待生长表面的每个方向上延伸达80厘米的基片和/或横向于待生长表面延伸1微米至100毫米的基片。例如12英寸晶圆可用作基片。或者基片例如可以在平行于待生长表面的平面中具有30x40cm的延伸尺寸。

利用所述设备，纳米丝可以在箔的孔中电生长到基片表面上。为此使用电解质。例如600毫升电解质可能足以在整个12英寸晶圆上生长纳米丝。电解质由储罐提供。优选地，储罐填充有电解质。该设备还优选具有至少一个连接机构，电解质储罐可以通过该连接机构以电解质可用于纳米丝生长的方式连接。该连接机构优选形成为使储罐在连接时通过该连接机构被打开并且当储罐与该连接机构分离时通过连接机构被关闭。因此，储罐的打开和关闭自动进行。因此罐可以具有开口，该开口由阀关闭，阀在连接连接机构时由连接机构被打开并且当储罐与连接机构分离时被再次关闭。因此，如果储罐未连接到连接机构，则储罐关闭。因此，可以在用户不可能接触电解质的情况下更换储罐。就此而言，所述设备尤其安全。在这种配置中，储罐也可被称为料筒。

如果在生长过程中箔紧贴基片表面且电解质均匀分布在箔上，则能以特别一致的质量提供纳米丝。为此，电解质可渗透的弹性元件可以贴靠箔。电解质可以通过弹性元件被释放到箔上并且箔可以保持在基片表面上。一旦在第一生长步骤之后纳米丝已经生到箔被纳米丝保持在基片表面上的程度，就可以移除弹性元件。在第二生长步骤中不使用弹性元件，故电解质甚至可被更均匀地分布在基片表面上。

箔优选由塑料材料形成，特别是由聚合物材料形成。箔具有多个通孔，纳米丝可以在通孔中生长。优选地，通过由从箔顶侧穿过到箔底侧的通道形成孔地使孔穿过箔。特别优选的是孔被制成柱形。但孔也可以被制成沿弯曲路径的通道。孔可以具有例如圆形、椭圆形或多边形的基本面积。特别是，孔可以具有六边形基本面积。孔优选均匀地形成(即，孔优选在尺寸、形状、排列和/或与相邻孔距方面无差异)。当正在生长纳米丝时，优选地(尤其完全地)用电沉积材料填充孔。这使得纳米丝呈现孔的大小、形状和排列。因此，可以通过选择箔或其中的孔来建立或影响待生长纳米丝的特性。因此，箔也可以被称为“模板”、“模板箔”或“图案板”。箔中的孔可以通过用高能重离子照射箔来获得。离子可以具有在MeV到GeV范围内的能量。

一旦纳米丝已生长到箔的孔中，就可以例如用等离子体或溶剂去除箔。纳米丝由此被暴露。

该设备具有壳体，该设备的所有其它部件最好都布置在该壳体中。就此而言，该设备可被认为是一种紧凑的机器。壳体优选具有至1平方米的基本面积。这是可能的，因为特别是腔室、控制单元和电解质储罐一起布置在壳体中。壳体优选具有矩形基本面积。壳体优选具有1-3米的高度，特别是1.5-2.5米的高度。壳体优选由金属、特别是由高级钢形成。壳体材料优选具有涂层，特别是在壳体外侧上。因此壳体可以例如由涂覆的高级钢形成。壳体可以通过涂层被保护，免受化学物质的影响。

壳体包围腔室，基片支座可被插入腔室中。该腔室优选具有用于基片支座的容槽。基片支座设计成保持要在其上生长纳米丝的基片。一旦基片支座连带基片被插入腔室中，就可以在基片上生长纳米丝。这是通过将纳米丝从电解质电生长到基片表面来实现的。

基片支座优选作为抽屉形成。这意味着基片支座可被推入容槽中，例如经由侧向布置在强制内的导轨。优选的是该抽屉可以完全与设备余部分开。或者，抽屉可被抽出的程度可以被限制到最大程度，使得抽屉无法被抽出超过最大程度。

该设备优选具有用于移动基片支座的驱动装置。例如基片支座可被手动置入装载位置并且从那里通过驱动装置被自动拉入容槽中。在完成纳米丝生长之后，可以自动地将基片支座移出容槽，特别是移动到移除位置，该移除位置优选与装载位置相同。从移除位置，可以手动移除基片支座。或者该设备可以被设计为完全手动地将基片支座移动到容槽中并从容槽中移出。还可以想到具有用于基片支座的驱动装置的设备根据自动移动的基片支座或手动移动的基片支座的选择来操作。

该设备优选具有用于将基片支座锁止在容槽中的锁止机构。锁止机构优选形成为使得锁止机构具有启用状态和停用状态。因此可以打开和关闭锁止机构。例如为此可以设置电磁铁，其在打开状态下将基片支座保持在容槽中。因此通过锁止机构，可在纳米丝生长过程中将基片支座锁止在容槽中。在完成纳米丝生长之后可以停用锁止机构并且可从容槽中移除基片支座。

腔室优选是可关闭的。例如腔室可通过壳体壁内的开口进入，使得基片支座可通过开口被插入腔室和插入容槽中。开口例如可通过盖板被关闭。在关闭状态下，腔室优选是液密和气密的。因此，可以在腔室内产生生长纳米丝所需的气氛。此外，可以防止化学物质从腔室逸出。腔室可以优选被锁定。因此，开口可以例如通过挡板被关闭，该挡板可以通过锁定机构被保持就位。因此，可以防止在生长过程中无意中打开腔室。腔室优选形成在对生长纳米丝时所用的化学物质(如钢或塑料)具有抗性的材料的边界封壳内。

腔室优选具有用于至少一种化学物质的各自供应机构。例如可以通过这种方式提供用于纳米丝生长的电解质。电解质例如可以通过对应的供应机构被输入基片支座的凹部中，使得电解质接触到布置在凹部中的基片。另外，可以设置供水机构，尤其用于去离子水(DI水)。这可在完成纳米丝生长后被用于清洗基片。这样一来，可以防止剩余电解质量留在带有基片的设备中。此外，腔室优选至少一个出口。因此可以设置例如借此在完成纳米丝生长之后将电解质送出腔室的出口。也可以设置清洗用水的出口。电解质和水可通过相同的出口或不同的出口被送出腔室。另外，腔室优选具有通风口。这允许腔室内气体被排出腔室。因此，用户可被保护以免在其打开时逸出腔室的有害气体的影响。气体可通过通风口从腔室被抽出且被例如新风或多星期分取代。抽出的气体例如可以被清洁。此外，设计用于纳米丝生长的电极优选布置在腔室中。因此，可以在电极与待生长的基片表面之间施加电压以生长纳米丝。电极优选保持在柱塞上。柱塞优选可自动运动。因此，柱塞可被用来使电极接触到电解质以生长纳米丝。这可能牵涉到弹性元件如海绵，其安放在被柱塞压在其上的箔。这样一来，箔可以被保持就位。柱塞也可以具有电解质分配器。因此，电解质可以通过柱塞诶输送至待生长的基片表面。电解质分配器可以在输出侧具有多个出口，使得电解质可以通过电解质分配器被均匀供应到待生长的基片表面。电极可形成在电解质分配器的输出侧。因此，出口可以邻接电极中的相应通孔，使得电解质可通过该通孔经过电极。

在壳体中还布置有控制单元。控制单元优选设计为控制纳米丝生长。为此，控制单元例如可设定用于纳米丝生长的电压或电流。此外，控制单元可设定电解质的剂量、压力和/或通流。控制单元允许以自动化的方式进行纳米丝的生长。控制单元优选被设计为设定待生长纳米丝的长度和/或生长速率。

储罐优选具有标识，控制单元可借此识别储罐。为此，控制单元可连接到标识传感器。例如标识可以是条形码，其可以由作为标识传感器的条形码扫描仪检测。标识也可以是RFID芯片，其可以由作为标识传感器的相应读取器检测。例如可以通过识别储罐是否提供正确的电解质被检测。

基片支座优选具有被设计为影响纳米丝生长的电子装置。当基片支座已被插入腔室中时，控制单元优选通过界面连接到基片支座。界面可以例如包括一个或多个插入连接。插入连接优选如此形成，即当基片支座已被插入容槽中时，基片支座的电子装置被连接到控制单元。在这种情况下不需要操作者单独操作，例如连接电缆。

控制单元优选被设计为处理由基片支座的电子装置输出的信号和/或将控制信号输出到基片支座中的电子装置。控制单元优选具有数据库和/或被设计为访问外部数据库。例如控制单元可以通过互联网连接与外部数据库通信。已经从基片支座的电子装置传输到控制单元的参数可以与来自数据库的相应期望值比较。在不一致的情况下例如可以发出警告信号，可以中断处理和/或可以通过相应控制信号来自动校正。也通过相应的控制信号，基片支座的加热器可由控制单元来控制。加热器允许设定基片温度。

此外，该设备优选具有显示装置和/或操作装置，其尤其被连接到控制单元。该显示装置和/或操作装置优选以用户可接近的方式保持在壳体之中或之上。该显示装置允许向用户指示关于生长过程的信息，并且操作装置允许用户控制该过程。该显示装置和操作装置也可以形成为显示器和操作装置，例如触摸屏。

如果该设备具有用于将基片支座锁定在容槽中的锁止机构，则控制单元优选被设计成监测和/或控制锁止机构。如果该设备具有用于移动基片支座的驱动装置，则控制单元优选被设计为监视和/或控制驱动装置。如果该设备具有可由可被锁定机构锁定的盖板关闭的腔室，则控制单元优选被设计成监测和/或控制锁定机构。例如控制单元可以检测基片支座已被放置到装载位置，并且响应于此地通过相应的控制信号启动基片支座以便自动被拉入容槽中并被锁止机构锁止在那里，并且腔室开口被盖板关闭且盖板板被锁定。在纳米丝生长过程中，控制单元可以监视锁止机构和锁定机构是起效的且保持可用。在完成纳米丝生长之后，控制单元可通过相应的控制信号启动盖板的锁定机构被释放且盖板被打开并且锁止机构被释放，且基片支座被自动移动到移除位置。

基片优选在净室中制备。为此，可以在其上施加一个引入孔的结构化层，例如通过光刻工艺。根据结构化层的类型，纳米丝只能在孔中生长，或也只能在孔外生长。因此，可以在基片上局部选择性生长纳米丝。例如如果仅在金属焊盘上获得纳米丝，则可以首先光刻形成这些焊盘。如果在焊盘外的基片表面不导电，则用于纳米丝电流生长的焊盘可以例如通过在20nm铬或钨钛层上生长的100nm金层或铜层来连接。在生长后，这些层连同位于其上的不想要的纳米丝可以通过剥离或选择性蚀刻被去除。例如，焊盘的边缘长度可以为3μm，间距可以为3μm。作为基片制备的另一部分，可以例如用氧等离子体清洁和活化待生长表面。氧等离子体可以例如在350毫巴和100W下使用1分钟。作为基片制备的另一部分，箔可放置在基片本身上，或者如果使用结构化层，则可被放置在结构化层上。作为基片制备的一部分，弹性元件也可被放置在箔上。

一旦制备好基片，就不必再将其保持在净室条件下。在制备之后，可以将基片从净室取出并供给所述设备。该设备可在净室外使用。因此，它不必符合净室要求。然而优选的是，该设备是按照净室要求形成的。如果该设备在净室中使用，则在从腔室取出基片支座之后，也可以保护用该设备生长的纳米丝。

在另一优选实施例中，该设备具有多个容纳空间用于各自电解质储罐。

容纳空间优选形成在壳体中，尤其在腔室外。该设备还优选具有至少一个连接机构，电解质储罐可以借此连接而使得相应电解质可被用于纳米丝的生长。如果多个储罐布置在壳体中的相应容纳空间中，则可根据选择将连接机构连接到其中一个储罐。如果存在多个连接机构，则可以同时连接多个储罐。在这种情况下，控制单元可被用于选择对应电解质中的哪一种或哪些被用于纳米丝生长。该设备可以具有用于每个容纳空间的相应连接机构。

在另一优选实施例中，该设备具有用于各自电解质的多个储罐。特别优选地，该储罐填充有各自电解质。在这种情况下，储罐可填充有相同的电解质或不同的电解质。储罐优选具有标识，控制单元可通过该标识识别储罐。

在另一优选实施例中，该设备包括电解质处理器。电解质处理器优选布置在壳体中。电解质处理器被设计用于处理纳米丝生长用电解质。以这种方式处理的电解质可被用于进一步的生长过程。电解质可以在每次生长过程之后或每次在一定数量的生长过程之后用电解质处理器来处理。电解质处理器也可以被设计用于处理电解质的不同方式。因此，例如可以在每个生长过程之后执行第一处理并且可以在一定数量的生长过程之后每次执行第二处理来代替第一处理。如果第二处理比第一处理更密集，这尤其是可取的。电解质处理器最好被设计为清洁电解质。替代地或附加地，电解质处理器被设计为向电解质添加物质。这允许电解质化学成分发生变化。为此，电解质处理器可以连接到其中提供物质的相应罐槽。

在另一优选实施例中，该设备被设计为以自动方式清洁在操作期间与电解质接触的区域。

该设备可以尤其设计用于清洁腔室、特别是腔室内侧。此外，该设备可被设计为清洁电解质管线。清洁优选以自动方式进行，例如通过向腔室内侧喷射清洁流体和/或通过使清洁流体经过电解质管线。清洁流体可以是水。可以在一个生长过程之后对设备进行清洁以进行后续生长过程，特别是如果生长过程是用不同的电解质进行的。

在另一优选实施例中，腔室具有压缩空气供给。

供应压缩空气可用于将压缩空气引入腔室，例如以便在生长过程完成后从基片吹除液体。为此，压缩空气可以通过喷嘴和/或通过自动移动的压缩空气软管被引导至腔室内的基片。替代地或附加地，压缩空气也可被用于清洁腔室。

在该设备的另一优选实施例中，腔室内侧由耐电解质材料、最好是塑料形成。

在该设备的另一优选实施例中，控制单元被设计为确定分配给储罐的至少一个参数。

储罐可具有标识。在这种情况下，控制单元可以确定由在储罐被识别之后从数据库检索至少一个参数的控制单元分配给储罐的至少一个参量。或者该设备可以包括一个或多个传感器，借此可确定至少一个参数并将其传输到控制单元。

作为分配给储罐的参数尤其要考虑以下因素：储罐中电解质使用年限、储罐中电解质化学成分、储罐中电解液的填充液位、储罐中电解液温度。

在该设备的另一优选实施例中，控制单元被设计成确定电解质的流量和/或压力。优选“和”的情况。

通过测量电解质的流量和/或压力，可以确定有多少电解质可用于纳米丝生长。电解质的流量和/或压力优选在电解质管线中被测量，通过该电解质管线，电解质可从储罐进入腔室。电解质的流量和/或压力最好由控制单元控制到预定的设定点值。

在另一优选实施例中，该设备还具有用于将电解液从储罐泵送到腔室的泵，该泵以阻尼方式保持在支座上，支座以阻尼方式保持在壳体中。

优选通过连接机构被连接到储罐。电解液可以通过电解液管线从储罐进入腔室。电解质管线可如此突出到腔室中，即电解质可以被输入到在腔室内的基片支座的凹部中。一旦基片被放置到凹部中，则基片因此可被接触到电解质。

泵可能会引起振动。这些会影响纳米丝的生长过程。因此，泵以阻尼方式被保持。在本实施例中，泵被双重阻尼，使得泵以阻尼方式保持在支座上，支座以阻尼方式被保持在壳体中。

在该设备的另一优选实施例中，电解质用过滤器也布置在壳体中。

过滤器优选为颗粒过滤器或活性炭过滤器。尤其优选在壳体中设置两个用于电解质的过滤器。在这种情况下，过滤器之一可以是颗粒过滤器，而另一个过滤器可以是活性炭过滤器。颗粒过滤器可在每次生长过程之后被使用，而活性炭过滤器每次在一定数量的生长过程之后代替颗粒过滤器使用。

一个或多个过滤器优选是电解质处理器的一部分。颗粒过滤器可被用于第一处理，而活性炭过滤器被用于第二处理。

在该设备的一个优选实施例中，用于移除搁置在基片上的弹性元件的夹具布置在腔室中。

利用夹具，能以自动化方式将弹性元件自箔上移除。这使得整个方法能以自动化方式进行，由此可以避免错误。夹具例如可以形成为针状夹具。

在此实施例中，纳米丝可以在两个生长时间段中生长。因此，在第一生长时间段中，弹性元件可以贴靠箔。弹性元件由此允许箔保持在基片上。随后可以用夹具将弹性元件从箔上提起。在第二生长过程中可以在没有弹性元件的情况下生长纳米丝。这是可能的，因为箔已被纳米丝保持在基片上。在没有弹性元件的情况下，电解质可以更好地自身分布，从而可以获得纳米丝的更均匀生长。

在另一优选实施例中，该设备还包括(尤其电动的)挤压机用于在弹性元件已经用夹具从箔被移除时从弹性元件挤出电解质。

挤压机可以具有两个辊，弹性元件在两个辊之间移动经过。在这种情况下，压力可通过辊被施加在弹性元件上，使得弹性元件释放存在于弹性元件中的电解质。通过这种方式，相当大一部分的电解质可从弹性元件中被去除并重新使用。

在该设备的另一优选实施例中，活动支架可以布置在腔室中，使得弹性元件可以与夹具一起放置在活动支架上。

弹性元件可以用夹具被夹持并从基片表面被提起。随后，活动支架可以被推移到基片表面和弹性元件之间。弹性元件可被放置在活动支架上并被夹具放开。随后可将弹性元件与活动支架一起运走。随后可从活动支架上取下弹性元件。这可以以自动方式进行，例如通过移动该活动支架，从分离点开始，弹性元件可以更长时间地随活动件移动。分离点例如可以因活动支架被引导到不为弹性元件提供任何空间的支架容槽中而获得。在这种情况下，弹性元件保持挂在容槽边缘。弹性元件可以被放置在隔间中，弹性元件可以从隔间中被手动移除。

活动支架能以自动方式移动，例如通过马达。活动支架优选由柔性材料例如塑料形成。因此，当不需要时，活动支架能以节省空间的方式存放。例如可通过偏转辊引导活动支架，这样，当不需要时，活动支架能以相对于基片表面旋转90°的姿态被存放。

在另一优选实施例中，该设备还包括用于清洁活动支架的清洁装置。

清洁装置优选设计成将清洁液喷射到活动支架上。例如这可以在弹性元件随活动支架运送或从活动支架移除之后进行。清洁装置优选布置为一旦弹性元件已从活动支架被移除则活动支架被引导经过清洁装置。

在另一优选实施例中，该设备还包括电压源，其连接到电极和基片以施加用于生长纳米丝的电压。

电压源用于提供电流生长所需的电流。为此，电压源被连接到基片，尤其是基片的待生长表面。电压源优选被设计为产生特别是脉冲频率在0.1至10ms范围内的脉冲电压。测试表明使用脉冲电压可提高纳米丝质量。

在另一优选实施例中，该布置结构还包括连接到基片表面的参考电极。

使用参考电极，可以监视纳米丝生长。为此，可以利用参考电极来测量电极与参考电极之间的电压。该布置结构可以包括一个或多个参考电极。

电极优选通过第一电缆连接到电压源。基片的待生长表面优选通过第二电缆连接到电压源。参考电极优选地过第三电缆连接到电压计。基片表面最好尤其独立于第二电缆地通过第四电缆连接到电压计。第二电缆和第四电缆优选分别直接连接到基片表面。为此，基片表面可以具有相应的触点垫，第二电缆和第四电缆借此例如通过相应的导电带连接到基片表面。因此参考电极不是通过以第二电缆的分支连接的参考电极而简单连接到基片表面。已经发现，相比之下，将参考电极直接连接到基片表面产生更准确的结果。

当纳米丝生长到基片上时，基片和参考电极优选由基片支座共同保持。

第一电缆、第二电缆、第三电缆和第四电缆均可以被分成多个部分，它们例如通过插入连接而相互连接。第二电缆、第三电缆和/或第四电缆均可被分成多个部分，使得在对应电缆的两个相邻部分之间的各自过渡部被布置在形成为抽屉的基片支座的边缘处。抽屉可以具有用于这三根电缆中的每根电缆的对应连接器。因此，当通过所形成的三个插入连接将抽屉推入容槽中时可以在基片表面和参考电极之间形成电接触。电压计和电压源优选布置在壳体之内和腔室之外。

作为本发明的另一方面，描述一种通过设备在基片上电生长多个纳米丝的方法，所述设备具有基片支座和带有腔室、控制单元和电解质用储罐的壳体，并且所述方法包括：

a)将所述基片放置到所述基片支座中，

b)将所述基片支座插入所述腔室中，

c)使所述纳米丝从所述电解质电生长到所述基片上。

该设备的特定优点和特征可被应用和转用于该方法，反之亦然。该设备优选被设计为根据该方法进行操作。该方法优选使用所述设备来执行。

在步骤c)中优选加热基片。在步骤c)中基片温度优选在15℃-100℃之间。

在该方法的另一优选实施例中，在步骤a)之前将弹性元件放置在该基片上，使步骤进行第一生长时间段，并且所述方法还包括：

d)用夹具移除该弹性元件，和

e)在第二生长时间段内继续从所述电解质电生长所述多个纳米丝。

以下将基于附图来更详细解释本发明。附图示出特别优选的实施例，但本发明不限于此。所示的附图和相对尺寸仅为示意性的。在图中：

图1示出根据本发明的用于在基片上电生长多个纳米丝的设备，

图2示出图1的设备的局部示意图，

图3示出用于图1和图2的设备的参考电极的连接，

图4a和图4b示出处于两种不同状态的图1和图2的布置的其它元件。

图1示出用于将多个纳米丝2(如图2所示)电生长到基片3的表面27上的设备1。设备1包括形成为抽屉的基片支座4和形成在腔室18中的用于基片支座4的容槽5。容槽5具有导轨25，基片支座4可以通过导轨被推入容槽5并从容槽被抽出。利用锁止机构26，基片支座4可以被锁止在容槽5中。

在图1所示的情况下，基片支座4已被容槽5容纳。如图所示，设备1被设计为当基片支座4连带基片3已容纳在容槽5中时在基片3上生长多个纳米丝2。基片支座4具有设计成影响纳米丝1生长的电子装置6。基片支座4具有界面7，其形成为插入连接并借此在基片支座4已容纳在容槽5中时将电子装置6连接到设备1的控制单元8，如图所示。控制单元8也被连接到作为显示器和操作机构23的触摸屏。控制单元8尤其设计成确定电解质的流量和/或压力。

利用设备1，可以执行以下用于在基片3上电生长多个纳米丝2的方法：

a)将基片3放置到基片支座4中，

b)将基片支座4插入腔室18中，

c)在基片3上电生长纳米丝2。

在基片3上有一个具有通孔29(在图2中可看到)的箔28(在图1中无法详细看到)。箔28上有作为弹性元件19的海绵，可通过海绵将电解质释放到箔28。在弹性元件19上有电极12。可通过在基片3的表面27和电极12之间施加电压使纳米丝2生长。电极12通过柱塞20来保持并可借此被驱动装置21移动。

根据步骤c)，基片支座4的电子装置6影响纳米丝2的生长。基片支座4的电子装置6包括数字化单元9，其连接到数字通信用控制单元8。此外，基片支座4的电子装置6包括传感器装置10，其在所示实施例中由两个传感器形成。此外，基片支座4的电子装置6包括存储器24。在其中可以存储例如在纳米丝2的生长期间内所考虑的生长参数。此外，基片支座4的电子装置6被设计为控制用于生长纳米丝2的电压或电流。电子装置6还附接到加热器14，可借此加热基片3。

设备1具有壳体3，腔室18形成在壳体内。腔室18的内侧45由耐电解质材料形成。用于基片支座4的容槽5形成在腔室18中，使得基片支座4可以被腔室18容纳。腔室18具有开口17，基片支座4可以通过开口被插入腔室18中并被移出腔室18。开口17可以通过盖板16被封闭。盖板16可以用锁定机构22被锁定。设备1被设计成当基片支座4连带基片3已被插入腔室18中时使多个纳米丝2从电解质生长到基片3上。

在壳体34中还布置有用于相应电解质的三个储罐35。其中一个储罐35通过连接机构36和泵41被连接到电解质管线37。通过电解质管线37，电解质可被输入基片支座4中并被用于纳米丝2的生长。泵41被设计成将电解质从储存罐25泵送到腔室18中。泵41通过阻尼器43以阻尼方式保持在支座42上，支座通过另一阻尼器43以阻尼方式保持在壳体34中。连接机构36具有传感器(未被更具体示出)，可利用该传感器通过控制单元8识别储罐35，并且可以确定分配给储罐35的至少一个参数。在壳体24中还布置有电解质用过滤器44和电解质处理器46。在所示实施例中，过滤器44和电解质处理器46被集成在电解质管线37中。为了整体清楚起见，未示出电极处理器46的细节。因此，电解质处理器46可以例如通过管线被连接到储罐，借此可以将可用于处理电解质的物质供给电解质处理器46。

图2以示意图示出图1的设备1的局部。纳米丝2将生长到所示基片3的表面27上。已经将具有多个通孔29的箔28放置在基片3的表面27上，纳米丝2可以在通孔中从电解质生长。基片3的表面27具有带有间隙32的结构化层31。纳米丝2只能在间隙32中生长。因此纳米丝2的生长可局部选择性发生。此外，电解质可渗透的弹性元件19已放置在箔28上。电解质可通过弹性元件19与箔28接触。图2还示出电压源30(为了整体清晰起见在图1中未示出)，其连接到电极12和基片3的表面27以便施加用于生长纳米丝2的电压。电压源30也连接到控制单元8。电极12可以用柱塞20被压靠在弹性元件19上。

图3示出图1和图2的设备1的其它部件。为了整体清晰起见，并非图1和图2中的所有部件都在图3中被示出，反之亦然。因此，与电压源30、电极12和具有表面27的基片3一起，图3也示出参考电极11。参考电极11通过电压计33被连接到基片3的表面27。电压源30和参考电极11被彼此独立附接到基片3的表面27。

图4a和图4b示出图1和图2中设备1的其它部件。为了整体清晰起见，并非图1和图2中的所有部件都在图4a和图4b中被示出，反之亦然。可从图4a和图4b中看出设备1具有夹具28用于将弹性元件19从箔28上取下。图4a示出箔28上的弹性元件19位于基片3的表面27上的状态。弹性元件19可以被夹具38夹持并从基片3的表面27上提起。这在图4b中被示出。设备1包括用于自动致动夹具38的驱动装置39。此外，设备1包括用于弹性元件19的活动支架15。在图4a中，活动支架15在相对于基片3的表面27旋转90°的姿态下被存放，因为在所示状态下不需要活动支架。在图4b中，活动支架15被推移到基片3的表面27与弹性元件19之间。通过这种方式，弹性元件19可被放置在活动支架15上。随后弹性元件19可与活动支架15一起被输送，此时活动支架15移动回到图4a所示的状态。因此，弹性元件19可以例如通过弹性元件19不跟活动支架15的向下运动而离开活动支架。一旦弹性元件19已经离开活动支架15，就可以用清洁装置40清洁活动支架15。为此，可通过清洁装置40向活动支架15喷洒清洁流体。设备1还具有电动式挤压机13用于当弹性元件19已用夹具38从箔28移除时从弹性元件19挤出电解质。挤压机13具有两个辊，弹性元件19可以在力作用下在两个辊之间移动经过。

利用夹具38可在一定程度上进行针对图1所述的方法，即在步骤a)之前将弹性元件19放置在基片3上，步骤c)进行第一生长时间段，且该方法还包括：

d)用夹具38移除弹性元件19，和

e)在第二生长时间段内继续从电解质中电生长多个纳米丝2。

附图标记列表

1 设备

2 纳米丝

3 基片

4 基片支座

5 容槽

6 电子装置

7 界面

8 控制单元

9 数字化单元

10传感器装置

11参考电极

12电极

13挤压机

14加热器

15活动支架

16盖板

17开口

18腔室

19弹性元件

20柱塞

21驱动装置

22锁定机构

23显示和操作装置

24存储器

25导轨

26锁定机构

27表面

28箔

29孔

30电压源

31结构化层

32间隙

33电压计

34壳体

35储罐

36连接机构

37电解质管线

38夹具

39驱动装置

40清洁装置

41泵

42支座

43减振器

44过滤器

45内侧

46电解质处理器

Claims (10)

1.一种用于在基片(3)上电生长多个纳米丝(2)的设备(1)，所述设备(1)包括基片支座(4)和壳体(34)，在所述壳体(34)中布置有腔室(18)、控制单元(8)和电解质用储罐(35)，所述设备(1)被设计成当所述基片支座(4)连带所述基片(3)已被插入所述腔室(18)中时使所述多个纳米丝(2)从所述电解质生长到所述基片(3)上。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述腔室(18)的内侧(45)由耐电解质材料形成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述控制单元(8)被设计成用于确定分配给所述储罐(35)的至少一个参数。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述控制单元(8)被设计成用于确定所述电解质的流量和/或压力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，所述设备(1)还具有用于将所述电解质从所述储罐(35)泵送到所述腔室(18)中的泵(41)，所述泵(41)以阻尼方式被保持在支座(42)上，所述支座(42)以阻尼方式被保持在所述壳体(34)中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，用于所述电解质的过滤器(44)也被布置在所述壳体(34)中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，用于移除留在所述基片(3)上的弹性元件(19)的夹具(38)被布置在所述腔室(18)中。

8.根据权利要求7所述的设备(1)，其中，活动支架(15)能被布置在所述腔室(18)中，使得所述弹性元件(19)能够随所述夹具(38)被放置在所述活动支架(15)上。

9.一种通过设备(1)在基片(3)上电生长多个纳米丝(2)的方法，所述设备具有基片支座(4)和壳体(34)，所述壳体(34)带有腔室(18)、控制单元(8)和电解质用储罐(35)，并且所述方法包括：

a)将所述基片(3)放置到所述基片支座(4)中，

b)将所述基片支座(4)插入所述腔室(18)中，

c)使所述纳米丝(2)从所述电解质电生长到所述基片(3)上。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤a)之前将弹性元件(19)放置在所述基片(3)上，使步骤c)进行第一生长时间段，并且所述方法还包括：

d)用夹具(38)移除所述弹性元件(19)，和

e)在第二生长时间段内继续从所述电解质电生长所述多个纳米丝(2)。