DE102008031820A1 - Sensoreinrichtung zum Messen eines elektrischen Feldes und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Sensoreinrichtung zum Messen eines elektrischen Feldes und Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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Abstract

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer zum Messen eines elektrischen Feldes (E) geeigneten Sensoreinrichtung (5). Bei dem Verfahren wird zwischen einer Primärelektrode (20) und einer Sekundärelektrode (25) ein Nanoröhrchen (35) schwingfähig angeordnet. Vorzugsweise wird das Nanoröhrchen auf der Primärelektrode in Richtung Sekundärelektrode aufgewachsen. Die später zum Messen elektrischer Felder vorgesehene Sekundärelektrode wird dabei bereits zum Herstellen des Nanoröhrchens mitbenutzt. Die Primärelektrode weist vorzugsweise einen verjüngten Bereich (200) auf, um mit einem elektrischen Heizstrom (Ith) eine lokale Erwärmung für das Röhrchenwachstum zu ermöglichen. Ein spitz zulaufender Bereich (210) der Sekundärelektrode kann das Röhrchenwachstum in Richtung Sekundärelektrode unterstützen. Die Primärelektrode und die Sekundärelektrode sind vorzugsweise durch dieselbe auf demselben Träger (10) befindliche Materialschicht (140) gebildet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In der Druckschrift „Nano Tube Radio" (K. Jensen, J. Weldon, H. Garcia, A. Zettl, Nanoletters, American Chemical Society) ist ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung beschrieben, bei dem zwischen einer Primärelektrode und einer Sekundärelektrode ein Nanoröhrchen angeordnet wird. Ein Ende des Nanoröhrchens wird an der Primärelektrode befestigt und mit dieser elektrisch kontaktiert (Kontaktierung erfolgt beispielsweise nach Takeshi Kawano et al., „Formation and characterization of silicon/carbon nanotube/silicon heterojunctions by local synthesis and assembly" APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 163510 (2006) oder nach Jean-Marc Bonard et al., „Field Emission of Individual Carbon Nanotubes in the Scanning Electron Microscope", PHYSICAL REVIEW LETTERS VOLUME 89, NUMBER 19 197602 (2002)). Das andere Ende des Nanoröhrchens behält einen vorgegebenen Abstand bzw. Spalt zu der Sekundärelektrode, so dass das andere Ende des Nanoröhrchens mechanisch schwingfähig bleibt. Die Primärelektrode und die Sekundärelektrode werden mit einer elektrischen Messeinrichtung verbunden. Wird diese Anordnung einem äußeren elektrischen Feld ausgesetzt, so wird das Nanoröhrchen anfangen zu schwingen, sobald das äußere elektrische Feld eine elektrische Frequenz aufweist, die zumindest näherungsweise mit der mechanischen Eigenfrequenz des Nanoröhrchens übereinstimmt. Durch die mechanische Resonanz wird wiederum ein Stromfluss durch das Nanoröhrchen erzeugt, der sich mit der Messeinrichtung feststellen lässt, wodurch mittelbar auch das äußere elektrische Feld gemessen werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung anzugeben, das sich besonders einfach und zuverlässig durchführen lässt. Insbesondere soll in sehr reproduzierbarer Weise ein vorgegebenes Spaltmaß für den Spalt zwischen Nanoröhrchen und Sekundärelektrode eingehalten werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Nanoröhrchen auf der Primärelektrode in Richtung Sekundärelektrode aufgewachsen wird, wobei das Wachsen des Nanoröhrchens in Richtung Sekundärelektrode unterstützt wird, indem zwischen der Primärelektrode und der Sekundärelektrode eine elektrische Spannung angelegt wird.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass bei diesem das Nanoröhrchen durch ein Wachstum unmittelbar zwischen der Primärelektrode und der Sekundärelektrode der Sensoreinrichtung gebildet wird. Mit anderen Worten werden also für die Herstellung des Nanoröhrchens die sowieso vorhandene Primärelektrode der Sensoreinrichtung sowie die früher oder später zwangsläufig sowieso vorhandene Sekundärelektrode der Sensoreinrichtung verwendet. Durch die erfindungsgemäße Doppelnutzung der Primär- und der Sekundärelektrode, die also sowohl für das spätere Messen äußerer elektrischer Felder eingesetzt werden als auch bereits für die Herstellung des Nanoröhrchens herangezogen werden, lässt sich erreichen, dass sich ein gewünschtes bzw. vorgegebenes Spaltmaß für den Spalt zwischen Sekundärelektrode und Nanoröhrchen besonders genau einstellen lässt.
  • Insbesondere im Hinblick auf minimale Herstellungszeiten wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Wachstum des Nanoröhrchens beendet wird, bevor das andere Ende des Nanoröhrchens die Sekundärelektrode berührt. Vorzugsweise wird hierzu während des Wachstums des Nanoröhrchens insitu gemessen, ob der Abstand zwischen dem anderen Ende des Nanoröhrchens und der Sekundärelektrode bereits dem vorgegebenen Abstand entspricht, und es wird das Aufwachsen des Nanoröhrchens beendet, sobald dies der Fall ist.
  • Alternativ kann das Wachstum des Nanoröhrchens auch erst beendet werden, nachdem das andere Ende des Nanoröhrchens die Sekundärelektrode bereits kontaktiert hat. In diesem Falle wird es als vorteilhaft angesehen, wenn anschließend – also nach dem Kontaktieren – ein Strom durch das Nanoröhrchen geleitet wird, wobei die Höhe des Stroms derart bemessen wird, dass das andere Ende des Nanoröhrchens aufgrund der thermischen Belastung durch den Strom thermisch zerstört und die Länge des Nanoröhrchens verkürzt wird. Der Strom wird demgemäß angelegt, bis sich der vorgegebene Spalt zwischen dem anderen Ende des Nanoröhrchens und der Sekundärelektrode bildet.
  • Das Aufwachsen des Nanoröhrchens erfolgt vorzugsweise unter Verwendung eines Prozessgases, das das Material für das Wachstum des Nanoröhrchens bereitstellt. Bevorzugt wird das Aufwachsen zumindest einmal, vorzugsweise regelmäßig, unterbrochen und das Prozessgas unter Bildung eines Unterdrucks, vorzugsweise eines Vakuums, abgepumpt. Nach Erreichen des Unterdrucks kann eine Messspannung an die Primärelektrode und die Sekundärelektrode angelegt werden und der Strom durch das Nanoröhrchen gemessen werden. Das Aufwachsen wird vorzugsweise beendet, sobald im Rahmen der Strommessung ein Messstrom gemessen wird, der größer als eine vorgegebene Stromschwelle ist.
  • Die Stromschwelle kann beispielsweise dem Rauschstrom entsprechen, der auch ohne angelegte Messspannung im Rahmen einer Strommessung messbar wäre. Alternativ kann die Stromschwelle dem Messstrom entsprechen, der bei einem durch das Nanoröhrchen verursachten Kurzschluss zwischen der Primärelektrode und der Sekundärelektrode messbar ist.
  • Besonders bevorzugt wird jedoch die Stromschwelle größer als der Rauschstrom und kleiner als ein durch das Nanoröhrchen verursachter Kurzschlussstrom bemessen. Die Stromschwelle, der erwähnte Rauschstrom und der erwähnte Kurzschlussstrom können beispielsweise anhand von Probemessungen bestimmt werden, anhand derer Vergleichskurven für die zukünftige Durchführung des Herstellungsverfahrens aufgestellt werden.
  • Im Übrigen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn, nachdem der Messstrom anzeigt, dass das Nanoröhrchen einen Kurzschluss zwischen der Primärelektrode und der Sekundärelektrode hervorruft, eine Spannung angelegt wird, die größer als die Messspannung ist und die zu einem erhöhten Stromfluss, der größer als der Messstrom ist, durch das Nanoröhrchen führt, wobei die Höhe des erhöhten Stromflusses derart bemessen wird, dass das andere Ende des Nanoröhrchens aufgrund der thermischen Belastung durch den erhöhten Stromfluss thermisch zerstört und das Nanoröhrchen verkürzt wird und der vorgegebene Spalt zwischen dem anderen Ende des Nanoröhrchens und der Sekundärelektrode wieder hergestellt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird also ein zu langes Nanoröhrchen endseitig abgebrannt, bis das Nanoröhrchen die gewünschte Länge aufweist.
  • Besonders einfach und damit vorteilhaft lassen sich die Primärelektrode und die Sekundärelektrode auf demselben Träger mit einem oder mehreren Lithografieschritten bilden. Vorzugsweise werden die Primärelektrode und die Sekundärelektrode aus derselben Materialschicht, die sich auf demselben Träger befindet, gebildet.
  • Um eine lokale Erwärmung der Primärelektrode beispielsweise dort zu erreichen, wo das Nanoröhrchen auf der Primärelektrode aufwachsen soll, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Primärelektrode derart strukturiert wird, dass sie einen verjüngten Bereich aufweist. Beispielsweise wird in einem solchen Falle durch einen elektrischen Stromfluss durch die Primärelektrode eine lokale Erwärmung im Bereich der Verjüngung hervorgerufen, wodurch dort ein Nanoröhrchenwachstum gefördert wird.
  • Vorzugsweise wird die Sekundärelektrode derart strukturiert, dass sie einen spitz zulaufenden Bereich bildet, der in Richtung Primärelektrode, vorzugsweise in Richtung des verjüngten Bereichs der Primärelektrode, ausgerichtet ist. Wird während des Wachstums zwischen der Primärelektrode und der Sekundärelektrode eine elektrische Spannung angelegt, so wird sich zwischen dem spitz zulaufenden Bereich und dem gegenüberliegenden Bereich eine hohe elektrische Felddichte ausbilden, wodurch sich das Wachstum des Nanoröhrchens noch weiter unterstützen lässt.
  • Auch kann zum Unterstützen des Nanoröhrchenwachstums auf dem verjüngten Bereich der Primärelektrode ein Katalysatormaterial aufgebracht werden.
  • Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Sensoreinrichtung zum Messen eines elektrischen Feldes mit einer Primärelektrode, einer Sekundärelektrode und einem Nanoröhrchen, dessen eines Ende von der Primärelektrode gehalten wird und mit dieser elektrisch kontaktiert ist, und mit einer elektrischen Messeinrichtung, die mit der Primärelektrode und der Sekundärelektrode verbunden ist, wobei zwischen dem anderen Ende des Nanoröhrchens und der Sekundärelektrode ein vorgegebener Spalt verbleibt, so dass das andere Ende mechanisch schwingfähig ist.
  • Diesbezüglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung anzugeben, die sich besonders einfach herstellen lässt und die das Einhalten vorgegebener Spaltmaße besonders einfach macht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich die Primärelektrode und die Sekundärelektrode auf demselben Träger befinden und das Nanoröhrchen auf der Primärelektrode in Richtung der Sekundärelektrode aufgewachsen ist.
  • Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sei auf die oben bereits erwähnten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen, da sich die Vorteile des Verfahrens und die der Sensoreinrichtung im Wesentlichen entsprechen. Hervorgehoben sei an dieser Stelle lediglich nochmals die doppelte Funktion der Primär- und der Sekundärelektrode. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
  • 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung,
  • 2 bis 9 ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung der Sensoreinrichtung gemäß 1.
  • In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Sensoreinrichtung 5 gezeigt. Die Sensoreinrichtung 5 weist einen Träger 10 auf, auf dem eine strukturierte Materialschicht 15 aufgebracht ist. Die Materialschicht 15 bildet eine Primärelektrode 20 sowie eine Sekundärelektrode 25.
  • In der 1 lässt sich erkennen, dass ein Ende 30 eines beispielsweise aus Kohlenstoff bestehenden Nanoröhrchens 35 auf einer Katalysatorschicht 40 befestigt ist, die auf der Primärelektrode 20 aufgebracht ist. Das Nanoröhrchen 35 erstreckt sich in Richtung der Sekundärelektrode 25, wobei ein Spalt d zwischen dem anderen Ende 45 des Nanoröhrchens 35 und der Sekundärelektrode 25 verbleibt. Aufgrund des Spaltes d ist das Nanoröhrchen 35 mechanisch schwingfähig, da es nämlich nur an seinem einen Ende 30 von der Primärelektrode 20 gehalten wird.
  • In der 1 erkennt man darüber hinaus eine Spannungsquelle 60, die eine Vorspannung Uv zwischen der Primärelektrode 20 und der Sekundärelektrode 25 erzeugt. Außerdem erkennt man eine elektrische Messeinrichtung 65, mit der sich der Strom I zwischen der Primärelektrode 20 und der Sekundärelektrode 25 messen lässt.
  • Mit der elektrischen Messeinrichtung 65 ist es nun möglich, ein im Bereich der Sensoreinrichtung 5 vorhandenes elektrisches Feld E quantitativ zu messen, wie dies in der eingangs bereits erwähnten Druckschrift „Nano Tube Radio” eingehend erläutert ist.
  • Im Zusammenhang mit den 2 bis 9 wird nun beschrieben, wie sich die Sensoreinrichtung 5 gemäß 1 beispielsweise herstellen lässt.
  • Ausgegangen wird beispielsweise von einem SOI(SOI: Silicon an Insulator)-Material 100, das ein Siliziumsubstrat 110 sowie eine Siliziumdioxidzwischenschicht 120 aufweist (vgl. 2). Das Siliziumsubstrat 110 sowie die Siliziumdioxidzwischenschicht 120 bilden den Träger 10 gemäß 1.
  • Auf der Siliziumdioxidzwischenschicht 120 ist eine obere Siliziumschicht 130 aufgebracht, die eine Materialschicht 140 zur Herstellung der Primärelektrode 20 und der Sekundärelektrode 25 gemäß 1 bildet. Die Materialschicht 140 entspricht der Materialschicht 15 gemäß der 1.
  • In der 3 ist dargestellt, wie die Materialschicht 140 nach einem Lithografieschritt aussehen kann. Man erkennt die Primärelektrode 20 sowie die Sekundärelektrode 25 gemäß 1. In der 3 ist die Struktur im Querschnitt dargestellt. Die 4 zeigt demgegenüber dieselbe Struktur in einer Sicht von oben. Man erkennt, dass die Primärelektrode 20 einen verjüngten Bereich 200 aufweist, auf dem die Katalysatorschicht 40 aufgebracht ist.
  • Die Sekundärelektrode 25 ist mit einem spitz zulaufenden Bereich 210 ausgestattet, der derart ausgerichtet ist, dass er sich in Richtung des verjüngten Bereichs 200 der Primärelektrode 20 erstreckt.
  • Nach dem Herstellen der Primärelektrode 20 und der Sekundärelektrode 25 werden Trennelemente 220 auf den Träger 10 aufgesetzt, so dass sich die Struktur mit einem Deckel 230 gasdicht verschließen lässt (vgl. 5). Durch den Deckel 230 wird ein Innenraum 240 gebildet, in dem sich der verjüngte Bereich 200 der Primärelektrode 20 sowie der spitz zulaufende Bereich 210 der Sekundärelektrode 25 befinden.
  • Um eine äußere elektrische Kontaktierung der Primärelektrode 20 und der Sekundärelektrode 25 zu erreichen, ist die in der 5 dargestellte Struktur zusätzlich mit äußeren elektrischen Anschlüssen 250 ausgestattet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 erstrecken sich die äußeren Anschlüsse 250 durch den Deckel 230 hindurch; selbstverständlich ist auch eine andere Anordnung der äußeren Anschlüsse 250 möglich. Beispielsweise können diese in einem außerhalb des Innenraums 240 befindlichen Abschnitt des Trägers 10 angeordnet werden.
  • Um nun das Nanoröhrchen 35 gemäß 1 aufwachsen zu können, wird in den Innenraum 240 ein Prozessgas P eingeleitet (vgl. 6). Außerdem wird an die äußeren Anschlüsse 250 eine Spannung Uw angelegt, die das Wachstum des Nanoröhrchens 35 zwischen der Primärelektrode 20 und der Sekundärelektrode 25 unterstützen soll.
  • Selbstverständlich kann das Prozessgas P auch an der Primärelektrode 20 und der Sekundärelektrode 25 vorbeigeleitet werden, bevor der Deckel 230 aufgebracht ist und solange die Struktur noch offen ist; in diesem Falle wird der Deckel 230 beispielsweise aufgebracht, nachdem das Nanoröhrchen 35 gemäß der 1 fertig aufgewachsen ist.
  • Darüber hinaus wird ein elektrischer Heizstrom Ith in die Primärelektrode 20 eingespeist. Der Stromfluss durch die Primärelektrode 20 hat insbesondere in dem verjüngten Bereich 200 zur Folge, dass es zu einer signifikanten Temperaturerhöhung kommt. Aufgrund dieser Temperaturerhöhung wird sich im Bereich des Katalysators 40 bzw. auf dem Katalysator 40 Material aus dem Prozessgas P abscheiden, so dass es zu einem Wachstum des Nanoröhrchens 35 in Richtung des spitz zulaufenden Bereiches 210 der Sekundärelektrode 25 kommt.
  • Um ein solches Wachstum des Nanoröhrchens 35 zu erreichen, kann beispielsweise als Prozessgas Methan, Acetylen oder ein anderes kohlenwasserstoffhaltiges Gas verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Nanoröhrchen 35 aus Kohlenstoffmaterial hergestellt, so dass ein sogenanntes CNT (CNT: carbon nanotube) entsteht.
  • Als Katalysatormaterial 40 eignet sich beispielsweise Eisen, Kobalt, Nickel oder Molybdän, da auf solchen Materialien Kohlenstoffnanoröhrchen besonders gut aufwachsen. Eine Wachstumstemperatur zwischen 500°C und 1000°C ist für das gewünschte Wachstum in den meisten Fällen geeignet.
  • Um zu erreichen, dass der in der 1 bereits erwähnte Spalt d zwischen dem anderen Ende 45 des Nanoröhrchens 35 und der Sekundärelektrode 25 verbleibt, wird das Wachstum des Nanoröhrchens 35 regelmäßig, beispielsweise periodisch, unterbrochen, um eine Messung des Spalts d zwischen Nanoröhrchen 35 und Sekundärelektrode 25 zu ermöglichen. Hierzu wird das Prozessgas P aus dem Innenraum 240 vorzugsweise abgesaugt und in dem Innenraum 240 ein Unterdruck, beispielsweise ein Vakuum, erzeugt; ein solches Absaugen ist jedoch nur fakultativ.
  • Falls auf der Struktur der Deckel 230 noch nicht aufgebracht ist, wird beispielsweise der gesamte Prozessraum abgesaugt und dort ein Unterdruck, beispielsweise ein Vakuum erzeugt.
  • Anschließend wird eine Messspannung Umess an die Primärelektrode und die Sekundärelektrode angelegt und der resultierende Strom Imess gemessen, der durch die Primärelektrode 20, die Sekundärelektrode 25 sowie das bereits gewachsene Nanoröhrchen 35 fließt (vgl. 7).
  • Der typische Stromverlauf, der sich in Abhängigkeit von dem Spaltabstand d zwischen Nanoröhrchen 35 und Sekundärelektrode 25 ergibt, ist beispielhaft in der 8 gezeigt. Man erkennt, dass bei großen Abständen d > d0 der durch das Nanoröhrchen 35 fließende Tunnelstrom so klein ist, dass er in dem thermischen Rauschen (vgl. Rauschstrom Ir) der Messanordnung untergeht und nicht feststellbar ist. Erst wenn der Spalt d klein genug ist und den Wert d0 unterschreitet, wird ein messbarer Tunnelstrom Imess auftreten. Das Auftreten des Tunnelstroms zeigt an, dass das Nanoröhrchen 35 die Sekundärelektrode 25 fast erreicht hat und das Wachstum abgebrochen werden kann. Wie bereits im Zusammenhang mit der 1 erläutert, sollte vorzugsweise stets ein geringer Spalt d zwischen dem anderen Ende 45 des Nanoröhrchens 35 und der Sekundärelektrode 25 verbleiben.
  • Soll hingegen ein noch kleinerer Abstand d als d0 erzeugt werden, so kann das Wachstum – wie im Zusammenhang mit der 6 bereits erläutert – nochmals fortgesetzt werden und die Länge des Nanoröhrchens 35 erhöht werden, bis der gewünschte Spalt d zwischen dem anderen Ende 45 und der Sekun därelektrode 25 erreicht ist. Zur Feststellung, ob der gewünschte Abstand tatsächlich bereits erreicht worden ist, kann beispielsweise die Vergleichskurve verwendet werden, die in der 8 beispielhaft dargestellt ist.
  • Wird nun festgestellt, dass das Wachstum zu lang durchgeführt wurde und das andere Ende 45 des Nanoröhrchens 35 bereits die Sekundärelektrode 25 erreicht hat und durch das Nanoröhrchen 35 ein elektrischer Kurzschluss zwischen Primärelektrode und Sekundärelektrode aufgetreten ist, so wird sich dies durch einen signifikanten Strom Imess feststellen lassen.
  • In einem solchen Fall kann der gewünschte Spalt d wieder hergestellt werden, indem das andere Ende 45 des Nanoröhrchens 35 zumindest teilweise bzw. zumindest abschnittsweise abgebrannt wird. Hierzu wird – wie dies beispielhaft in der 9 gezeigt ist – eine Spannung Ub, die größer als die Messspannung Umess ist, zwischen der Primärelektrode 20 und der Sekundärelektrode 25 angelegt, so dass es zu einem erhöhten Stromfluss Ib durch das Nanoröhrchen 35 kommt.
  • Aufgrund der thermischen Belastung des Nanoröhrchens 35 wird das andere Ende 45 zerstört, so dass wieder ein Spalt d zwischen dem anderen Ende 45 und der Sekundärelektrode 25 erzeugt wird.
  • In der beschriebenen Weise lässt sich, sei es bereits während des Wachstums oder nachfolgend im Rahmen eines Abbrennvorgangs, der gewünschte Spalt d zwischen Nanoröhrchen 35 und Sekundärelektrode 25 sehr genau einstellen.
  • Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wurde beispielhaft von einem SOI-Ausgangsmaterial 100 ausgegangen. Alternativ kommen auch andere Materialien in Betracht, beispielsweise Silizium material mit einem schlecht leitenden Substrat und einer gut leitenden Deckschicht für die Herstellung der Primär- und der Sekundärelektrode; vorzugsweise weisen in einem solchen Falle das Substrat und die Deckschicht eine unterschiedliche Dotierung auf. Auch kann als Träger eine Glasschicht verwendet werden, auf der eine leitfähige Materialschicht für die Herstellung der Primär- und der Sekundärelektrode vorhanden ist.
  • 5
    Sensoreinrichtung
    10
    Träger
    15
    Materialschicht
    20
    Primärelektrode
    25
    Sekundärelektrode
    30
    Ende
    35
    Nanoröhrchen
    40
    Katalysatorschicht
    45
    Ende
    60
    Spannungsquelle
    65
    Messeinrichtung
    100
    SOI-Material
    110
    Siliziumsubstrat
    120
    Siliziumdioxidzwischenschicht
    130
    Siliziumschicht
    140
    Materialschicht
    200
    verjüngter Bereich
    210
    spitz zulaufender Bereich
    220
    Trennelemente
    230
    Deckel
    240
    Innenraum
    250
    elektrische Anschlüsse
    d
    Spalt
    E
    Feld
    I
    Strom
    Ib
    Strom
    Ir
    Rauschstrom
    Ith
    Heizstrom
    Imess
    Strom
    P
    Prozessgas
    Umess
    Messspannung
    Ub
    Spannung
    Uv
    Vorspannung
    Uw
    Spannung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Druckschrift „Nano Tube Radio” (K. Jensen, J. Weldon, H. Garcia, A. Zettl, Nanoletters, American Chemical Society) [0002]
    • - Takeshi Kawano et al., „Formation and characterization of silicon/carbon nanotube/silicon heterojunctions by local synthesis and assembly” APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 163510 (2006) [0002]
    • - Jean-Marc Bonard et al., „Field Emission of Individual Carbon Nanotubes in the Scanning Electron Microscope”, PHYSICAL REVIEW LETTERS VOLUME 89, NUMBER 19 197602 (2002) [0002]

Claims (20)

  1. Verfahren zum Herstellen einer zum Messen eines elektrischen Feldes (E) geeigneten Sensoreinrichtung (5), bei dem – zwischen einer Primärelektrode (20) und einer Sekundärelektrode (25) ein Nanoröhrchen (35) derart angeordnet wird, dass ein Ende (30) von der Primärelektrode gehalten wird und mit dieser elektrisch kontaktiert wird und zwischen dem anderen Ende (45) des Nanoröhrchens und der Sekundärelektrode ein vorgegebener Spalt (d) verbleibt, so dass das andere Ende des Nanoröhrchens mechanisch schwingfähig ist, und – die Primärelektrode und die Sekundärelektrode mit einer elektrischen Messeinrichtung (65) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass – das Nanoröhrchen auf der Primärelektrode in Richtung Sekundärelektrode aufgewachsen wird, – wobei das Wachsen des Nanoröhrchens in Richtung Sekundärelektrode unterstützt wird, indem zwischen der Primärelektrode und der Sekundärelektrode eine elektrische Spannung (Uw) angelegt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachstum des Nanoröhrchens beendet wird, bevor das andere Ende des Nanoröhrchens die Sekundärelektrode berührt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – während des Wachstums des Nanoröhrchens insitu gemessen wird, ob der Abstand zwischen dem anderen Ende des Nanoröhrchens und der Sekundärelektrode bereits dem vorgegebenen Abstand entspricht, und – das Aufwachsen des Nanoröhrchens beendet wird, sobald dies der Fall ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Wachstum des Nanoröhrchens beendet wird, nachdem das andere Ende des Nanoröhrchens die Sekundärelektrode kontaktiert hat, und – anschließend ein Strom (Ib) durch das Nanoröhrchen geleitet wird, – wobei die Höhe des Stroms derart bemessen wird, dass das andere Ende des Nanoröhrchens aufgrund der thermischen Belastung durch den Strom thermisch zerstört und die Länge des Nanoröhrchens verkürzt wird, wodurch sich der vorgegebene Spalt zwischen dem anderen Ende des Nanoröhrchens und der Sekundärelektrode bildet.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Aufwachsen des Nanoröhrchens unter Verwendung eines Prozessgases (P) erfolgt, das das Material für das Wachstum des Nanoröhrchens bereitstellt, – das Aufwachsen zumindest einmal, vorzugsweise regelmäßig, unterbrochen wird und das Prozessgas unter Bildung eines Unterdrucks, vorzugsweise eines Vakuums, abgepumpt wird, – nach Erreichen des Unterdrucks eine Messspannung (Umess) an die Primärelektrode und die Sekundärelektrode angelegt wird und der Strom (Imess) durch das Nanoröhrchen gemessen wird und – das Aufwachsen beendet wird, sobald im Rahmen der Strommessung ein Messstrom gemessen wird, der größer als eine vorgegebene Stromschwelle ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschwelle dem Rauschstrom (Ir) entspricht, der auch ohne angelegte Messspannung im Rahmen der Strommessung messbar ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschwelle dem Messstrom entspricht, der bei einem Kurzschluss zwischen der Primärelektrode und der Sekundärelektrode messbar ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschwelle größer als der Rauschstrom und kleiner als der Kurzschlussstrom bemessen ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – nachdem der Messstrom anzeigt, dass das Nanoröhrchen einen Kurzschluss zwischen der Primärelektrode und der Sekundärelektrode hervorruft, eine Spannung (Ub) angelegt wird, die größer als die Messspannung ist und zu einem erhöhten Stromfluss, der größer als der Messstrom ist, durch das Nanoröhrchen führt, – wobei die Höhe des erhöhten Stromflusses (Ib) derart bemessen wird, dass das andere Ende des Nanoröhrchens aufgrund der thermischen Belastung durch den erhöhten Stromfluss thermisch zerstört und das Nanoröhrchen verkürzt wird und der vorgegebene Spalt zwischen dem anderen Ende des Nanoröhrchens und der Sekundärelektrode gebildet wird.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärelektrode und die Sekundärelektrode auf demselben Träger (10) mit einem oder mehreren Lithografieschritten gebildet werden.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärelektrode und die Sekundärelektrode aus derselben Materialschicht (140), die sich auf demselben Träger (10) befindet, gebildet werden.
  12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärelektrode derart strukturiert wird, dass sie einen verjüngten Bereich (200) aufweist.
  13. Verfahren einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärelektrode derart strukturiert wird, dass sie einen spitz zulaufenden Bereich (210) bildet, der in Richtung Primärelektrode, vorzugsweise in Richtung des verjüngten Bereichs der Primärelektrode, ausgerichtet ist.
  14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 12–13, dadurch gekennzeichnet, dass auf den verjüngten Bereich der Primärelektrode ein Katalysatormaterial (40) aufgebracht wird, das das Wachstum des Nanoröhrchens in dem verjüngten Bereich unterstützt.
  15. Sensoreinrichtung (5) zum Messen eines elektrischen Feldes mit – einer Primärelektrode (20), einer Sekundärelektrode (25) und einem Nanoröhrchen (35), dessen eines Ende (30) von der Primärelektrode gehalten wird und mit dieser elektrisch kontaktiert ist, und – mit einer elektrischen Messeinrichtung (65), die mit der Primärelektrode und der Sekundärelektrode verbunden ist, – wobei zwischen dem anderen Ende (45) des Nanoröhrchens und der Sekundärelektrode ein vorgegebener Spalt (d) verbleibt, so dass das andere Ende mechanisch schwingfähig ist, dadurch gekennzeichnet, dass – sich die Primärelektrode und die Sekundärelektrode auf demselben Träger (10) befinden und das Nanoröhrchen auf der Primärelektrode in Richtung der Sekundärelektrode aufgewachsen ist.
  16. Sensoreinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärelektrode und die Sekundärelektrode durch eine oder mehrere auf dem Träger (10) befindliche Materialschichten (140) gebildet sind.
  17. Sensoreinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärelektrode und die Sekundärelektrode durch dieselbe Materialschicht oder dieselben Materialschichten gebildet sind.
  18. Sensoreinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 15–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärelektrode einen verjüngten Bereich (200) aufweist, auf dem das Nanoröhrchen aufgewachsen ist.
  19. Sensoreinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 15–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärelektrode einen spitz zulaufenden Bereich (210) aufweist, der in Richtung des verjüngten Bereichs (200) der Primärelektrode ausgerichtet ist.
  20. Sensoreinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 15–19, dadurch gekennzeichnet, dass auf den verjüngten Bereich der Primärelektrode ein Katalysatormaterial (40) aufgebracht ist.
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