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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung
von Nanostrukturen in ein Substrat, in welchem Nanomaterialien als
Schattenmaske zum Aufbringen einer Beschichtung verwendet werden.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Oberfläche mit übertragenen
Nanostrukturen, die nach einem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt ist, eine Membran, eine Elektrodenanordnung
oder einen Biosensor, welche eine solche Oberfläche aufweisen, sowie
eine Vorrichtung, die eine erfindungsgemäße Oberfläche,
Membran, Elektrodenanordnung und/oder Biosensor aufweist.
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Die
Herstellung von Nanostrukturen mit Dimensionen von weniger als 100
nm (Elektronenstrahllithographie, Focused-Ion-Beam-Lithographie, UV-Lithographie,
Röntgen-Lithographie) erfordert sehr teure Lithographiegeräte.
Die wirtschaftliche und sichere Herstellung von Bauelementen mit
solchen Nanostrukturen (z. B. Filtermembranen mit monodisperser
Porenverteilng mit Dimensionen von 20 nm bis etwa 500 nm) erfordert
deshalb neue Herstellungstechnologien. Wenn diese Strukturen periodisch
und über größere Flächen hergestellt
werden sollen, bietet sich als Alternative zu herkömmlichen Lithographieverfahren,
wie beispielsweise der Photolithographie, der Elektronenstrahllithographie
oder der Nanoimprintlithograhie, das Verfahren der Partikellithographie
an; Fischer und Zingsheim, J. Vac. Sci. Technol., 19(4),
Nov.-Dec. 1981.
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Im
Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, in denen
mittels Partikellithographie Nanostrukturen auf Substrate übertragen
werden.
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In
der
JP 11066654 ist
ein Verfahren beschrieben, in dem in einem ersten Schritt Nanomaterialien
auf ein Substrat aufgebracht werden, welches mit einer adhäsiven
Schicht beschichtet ist, um die Nanomaterialien zu binden. In einem
zweiten Schritt werden Nanostrukturen durch Ätzen in das
Substrat übertragen, und in einem weiteren Ätzschritt
werden die Nanomaterialien und die adhäsive Schicht entfernt.
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In
der oben erwähnten Publikation "Submicroscopic
pattern replication with visible light" (Fischer und Zingsheim,
1981) ist ein Verfahren zur Herstellung einer nanostrukturierten
Belichtungsmaske beschrieben, in dem in einem ersten Schritt ein
Glassubstrat mit Nanomaterialienn dekoriert wird, in einem zweiten
Schritt eine Beschichtung mit einem Metall aufgebracht wird, und
in einem dritten Schritt die Nanomaterialien entfernt werden.
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In
der Publikation "Nanosphere lithography: A materials
general fabrication process for periodic particle array surfaces" (Hulteen
und Van Duyne, 1995, J. Vasc. Sci. Technol. A 13(3)) ist
ein Verfahren beschrieben, um periodische Partikelstrukturen auf einem
Substrat zu erzeugen. Hierbei wird das Substrat in einem ersten
Schritt mit einer ein- oder zweilagigen periodischen Anordnung von
Nanomaterialienn dekoriert, in einen zweiten Schritt wird eine Beschichtung
aufgebracht, und in einem dritten Schritt werden die Nanomaterialien
von der Oberfläche entfernt.
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Die
bekannten Verfahren weisen jedoch alle verschiedene Nachteile auf.
So ergibt sich bei den bekannten Verfahren zur Partikellithographie
insbesondere ein Problem in Bezug auf die Entfernung der als Maske
eingesetzten Nanomaterialien.
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Beispielsweise
ist es aus den zuvor genannten Publikationen von Fischer und Zingsheim
sowie Hulteen und Van Duyne bekannt, die Nanomaterialien mittels
Bestrahlung mit Ultraschall von dem Substrat zu entfernen. Hierbei
ist von Nachteil, dass dann, wenn die Ultraschallleistung zu gering
eingestellt ist, Partikel auf dem Substrat haften bleiben und nur
teilweise entfernt werden. Ist die Leistung hingegen zu hoch, wird
neben den Partikeln auch die aufgebrachte Beschichtung teilweise
entfernt. Aufgrund der prozessinhärenten ungleichen Ausdehnung
von Ultraschallintensitäten ist es somit nur möglich,
diese Verfahren auf Flächen im Submillimetermaßstab
defektarm umzusetzen.
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Weiterhin
ist in der oben erwähnten
JP 11066654 beschrieben,
die Nanomaterialien durch Plasmaätzen zu entfernen. Hierbei
ist von Nachteil, dass durch den Ätzvorgang auch die Substratoberfläche
selbst verändert wird.
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Ein
weiteres Verfahren zum Entfernen von Nanomaterialienn von einer
beschichteten Oberfläche wird in der oben genannten Publikation
von Hulteen und van Duyne beschrieben. In diesem Verfahren werden
die Nanomaterialien mit Klebefolie vom beschichteten Substrat abgehoben.
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Auch
dieses Verfahren weist Nachteile auf. Ein defektfreies Abheben der
Nanomaterialien ist nur auf kleinsten Flächen von unter
1 mm2 möglich. Weiterhin besteht
auch hier die Gefahr, die unterliegende Beschichtung durch Ablösung
vom Substrat zu beschädigen.
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Ein
weiteres Problem der bekannten Verfahren ist die Beschränkung
hinsichtlich der Untergrenze der Auflösung. So können
mit den bekannten Verfahren nur Nanostrukturen in das Substrat übertragen
werden, welche eine wesentlich größere Ausdehnung
aufweisen als die Dicke der aufgebrachten Beschichtung. Der Grund
hierfür liegt darin, dass beim Aufbringen der Beschichtung
kleinere Nanomaterialien vollständig oder größtenteils
in die Beschichtung eingebettet würden, und daraufhin nicht
mehr entfernbar wären.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, in dem mittels Partikellithographie Nanostrukturen
in ein Substrat übertragen werden, welches die im Stand
der Technik bekannten Nachteile vollständig oder teilweise
vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren gelöst
mit den Schritten:
- a) Dekoration eines Substrats
mit Nanomaterialien;
- b) Ätzen der Nanomaterialien und/oder des Substrats;
- c) Aufbringen einer Beschichtung;
- d) Entfernen der Nanomaterialien; und
- e) Ätzen des Substrats.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollständig
gelöst.
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Der
Erfinder hat nämlich erkannt, dass die Nachteile aus dem
Stand der Technik dadurch vermieden werden können, dass
die Beschichtung so aufgebracht wird, dass sie unterhalb des Niveaus
der ursprünglichen Substratoberfläche liegt. Die
Nanomaterialien liegen nach dem Ätzen und Beschichten nach
wie vor auf dem Niveau der ursprünglichen Substratoberfläche
und können von dieser entfernt werden, ohne dass die tieferliegende
Beschichtung beschädigt wird.
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Hierbei
ist also von Vorteil, dass in dem ersten Ätzschritt nach
der Dekoration des Substrates mit Nanomaterialien eine dreidimensionale
Oberfläche erzeugt wird, wobei die dekorierenden Nanomaterialien
auf Säulen der Oberfläche aufsitzen.
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Somit
ist es z. B. möglich, die Nanomaterialien mittels Polierens
von der Oberfläche zu entfernen. Es kann nämlich
durch die in Schritt b) erzeugte strukturierte Oberfläche
gewährleistet werden, dass die in Schritt c) erzeugte Beschichtung
beim Polieren in Schritt d) nicht beschädigt wird. Durch
das Aufliegen eines Poliertuchs bzw. einer Polierwalze auf den in
Schritt b) erzeugten Säulen wird nämlich ein Abstand
zur eigentlichen Beschichtung gewährleistet, der verhindert,
dass im Polier-Slurry enthaltene Abrasivpartikel oder zuvor abgetragene
Nanomaterialien mit Druck auf die Beschichtung einwirken.
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Weiterhin
ist es mit dem neuen Verfahren möglich, die Größe
der verwendeten Nanomaterialien unabhängig von der angestrebten
Schichtdicke der Beschichtung auszuwählen und somit kleinere Strukturen
in das Substrat zu übertragen, als dies mit den bekannten
Verfahren möglich ist.
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Weiterhin
wird mit dem neuen Verfahren eine Negativmaske erzeugt, die im Vergleich
mit den im Stand der Technik bekannten Verfahren unempfindlich gegenüber
mechanischen Einwirkungen auf die Oberfläche ist.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, wenn das Substrat eine erste
Schicht und mindestens eine weitere darunterliegende Schicht aufweist,
wobei die dekorierenden Nanomaterialien auf der ersten Schicht aufliegen.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass mittels der ersten Schicht durch Wahl eines
geeigneten Materials leichter eine dreidimensionale Oberfläche
erzeugt werden kann, indem die Bearbeitbarkeit der Nanomaterialien und
der ersten Schicht aufeinander abgestimmt werden. So kann mittels
eines geeigneten Ätzverfahrens die dekorierte Oberfläche
so bearbeitet werden, dass z. B. nur das Substrat oder nur die Nanomaterialien abgetragen
werden. Weiterhin ist es auch möglich, die Materialien
und das Ätzverfahren so zu wählen, dass sowohl
die Nanomaterialien als auch das Substrat in einem bestimmten Verhältnis
zueinander abgetragen werden.
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Dies
ist insbesondere auch dann möglich, wenn es vorgesehen
ist, mit dem neuen Verfahren Strukturen in eine oder mehrere weitere
Schichten des Substrats zu übertragen, wobei die weiteren Schichten
in Bezug auf die Nanomaterialien eine ungünstige Ätzbarkeit
aufweisen.
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Weiterhin
ist von Vorteil, dass mit einem zwei- oder mehrschichtigen Substrat
durch das neue Verfahren Anordnungen hergestellt werden können, in
welchen die verschiedenen Schichten verschiedene Eigenschaften aufweisen.
Solche Eigenschaften können beispielsweise eine hohe elektrische
Leitfähigkeit, eine hohe Isolationswirkung, chemische Eigenschaften
oder strukturelle Eigenschaften wie hohe oder niedrige Elastizität
oder Reißfestigkeit sein.
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Auch
ist es bei dem neuen Verfahren möglich, die erste und die
weiteren Schichten des Substrats in verschiedenen geeigneten Materialkombinationen
auszubilden, beispielsweise von Substanzen aus der Gruppe Metall,
Silizium, Glas, Keramik, Polymer oder Mischformen hiervon.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, wenn die erste Schicht ein Polymer
enthält. Insbesondere ist herbei bevorzugt, wenn das Polymer
zumindest teilweise aus Polyimid besteht.
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Hierbei
ist einerseits von Vorteil, dass ein Polymer gut mittels gängiger
Beschichtungsverfahren gleichmäßig auf eine unterliegende
Schicht aufgebracht werden kann.
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Weiterhin
ist von Vorteil, dass Polymere mit gängigen Ätzverfahren
gut zu bearbeiten sind. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen,
dass beispielsweise Polyimid eine sehr hohe elektrische Isolationswirkung
aufweist. Somit lässt sich mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren eine dreidimensional strukturierte Schicht mit einer sehr
hohen Isolationswirkung herstellen, wie sie beispielsweise bei der
Herstellung von Halbleiterelementen verwendet wird.
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Weiterhin
ist bevorzugt, wenn die Nanomaterialien eine periodische Anordnung
bilden.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass sich über die Erzeugung einer periodischen
Anordnung, beispielsweise eines zweidimensionalen Kristalls aus
sphärischen Strukturen, eine dreidimensionale Struktur
in der ersten Schicht bzw. dem Substrat erzeugen lässt, welche
in Größe und Anordnung zueinander klar definierte
hohe und tiefe Bereiche bzw. Poren aufweist.
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Weiterhin
ist von Vorteil, dass sich eine solche Struktur auf großen
Flächen herstellen lässt, so dass mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren eine defektfreie dreidimensional strukturierte Oberfläche auch
in großem Flächenmaßstab bis hin zum
Metermaßstab herstellen lässt.
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In
einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn die Nanomaterialien in
Richtung ihrer geringsten Ausdehnung eine Größe
von 1 nm bis 1.000 nm aufweisen.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass sich mit Nanomaterialien geringer Abmaße,
die beispielsweise unter 100 nm liegen können, mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren kleinere Strukturen
auf ein Substrat übertragen lassen, als dies mit dem im
Stand der Technik bekannten Verfahren möglich ist.
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Weiterhin
ist bevorzugt, wenn die Nanomaterialien Polystyrol-Partikel aufweisen.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass Polystyrol-Partikel leicht in definierter
Größe hergestellt werden können und damit
in der erforderlichen Qualität gut und vergleichsweise
günstig verfügbar sind.
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Es
ist auch denkbar, andere Nanomaterialien zu verwenden, die ein oder
mehrere Substanzen aus der Gruppe Copolymer, Kohlenstoff, Metalloxid
oder Halbleiter aufweisen. Hierbei ist von Vorteil, dass sich mit
verschiedenen Materialien unterschiedliche Strukturen erzeugen lassen,
so können beispielsweise selbstorganisierende Copolymere
zur Herstellung von Schattenmasken verschiedener Anordnungen verwendet
werden. Dann lassen sich mit kohlenstoffbasierten Nanomaterialien
nicht nur sphärische Strukturen, sondern vielmehr auch
Nanotubes und weitere Strukturen erzeugen, die periodische Anordnungen
bilden können. Weiterhin kann das Einbinden magnetischer
Materialien zur Organisation von Nanomaterialienn mittels eines
Magnetfeldes genutzt werden.
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Weiterhin
ist bevorzugt, wenn im Schritt b) das Ätzen durch ein Trockenätzverfahren
erfolgt. Insbesondere ist bevorzugt, wenn in Schritt b) das Ätzen durch
Plasmaätzen erfolgt.
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Hierbei
ist zunächst von Vorteil, dass in einem Trockenätzverfahren
eine geringe physikalische Beeinflussung horizontal zu der bearbeiteten
Oberfläche auftritt, so dass die dekorierenden Nanomaterialien
nicht durch das Einwirken einer strömenden Flüssigkeit
umverteilt oder von der Oberfläche abgelöst werden.
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Durch
die Wahl überwiegend isotroper oder überwiegend
anisotroper Ätzverfahren lässt sich hierbei die
Strukturierung der Oberfläche den verschiedenen Anforderungen
anpassen. So ist es beispielsweise möglich, in einem isotropen Ätzverfahren die
dekorierenden Nanomaterialien klein zu ätzen und zugleich
die erste Schicht mit einer im Querschnitt eher abgerundeten dreidimensionalen
Struktur zu versehen. Dahingegen ist es mit einem im Wesentlichen
anisotropen Ätzverfahren möglich, im Substrat
dreidimensionale Strukturen mit im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche
verlaufenden parallelen Wänden zu erzeugen. Auch ist hierbei
denkbar, im Wesentlichen isotrope und im Wesentlichen anisotrope Ätzverfahren
in Schritt b) zu kombinieren.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, wenn die Nanomaterialien in Schritt
b) verkleinert werden.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass sich über das Kleinätzen
der Nanomaterialien in dem ersten Ätzschritt b) ein definierter
Mindestabstand zwischen den im Schritt b) erzeugten Säulen
der ersten Schicht erzeugen lässt.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, wenn in Schritt c) die Beschichtung
durch Aufsprühen aufgebracht wird.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass zur Beschichtung nanostrukturierter Oberflächen
geeignete Sprühverfahren in großflächigem
Maßstab anwendbar sind.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, wenn in Schritt c) die Beschichtung
mittels physikalischer oder chemischer Gasabscheidung aufgebracht
wird.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass sich mittels physikalischer oder chemischer
Gasabscheidungsverfahren, zum Beispiel Sputtern oder thermischem
Verdampfen, eine Beschichtung mit großer Gleichmäßigkeit
aufbringen lässt. Zudem werden über diese Beschichtungsverfahren
keine oder nur wenig Einschlüsse erzeugt.
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Diese
Aufzählung ist nicht als abschließend zu verstehen.
Weitere Beschichtungsverfahren, wie zum Beispiel thermisches Spritzen,
galvanische Verfahren oder Lackierverfahren sind ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren kombinierbar.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, dass in Schritt b) eine Beschichtung
mit einer Schichtdicke von 1 nm bis 10 μm aufgebracht wird.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass in dem erfindungsgemäßen
Verfahren die Dicke der aufgebrachten Beschichtung nicht über
die Größe der Nanomaterialien nach oben limitiert
ist. Somit lässt sich eine dickere Schicht aufbringen als
dies mit den gängigen Verfahren der Partikellithographie
möglich ist.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, wenn in Schritt c) eine Beschichtung
aufgebracht wird, welche zumindest teilweise aus Metall besteht.
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Gängige
Metalle sind bspw. Titan, Aluminium, Platin, Tantal, Chrom, Molybdän
oder Eisen, wobei diese Aufzählung nicht als abschließend
zu verstehen ist.
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Weiter
ist bevorzugt, wenn in Schritt c) eine Beschichtung aufgebracht
wird, welche zumindest teilweise aus Siliciumnitrid besteht.
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Ferner
ist bevorzugt, wenn in Schritt d) die Nanomaterialien durch chemisch
mechanisches Polieren entfernt werden.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass mechanisches oder chemisch mechanisches Polieren
anders als die im Stand der Technik bekannten Verfahren ein vollständiges
Entfernen der Nanomaterialien von der erzeugten dreidimensionalen
Oberfläche gewährleistet.
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Allgemein
ist bevorzugt, wenn in Schritt d) die dreidimensionale Oberflächenstruktur
der ersten Schicht als Abstandhalter zwischen mechanischen Mitteln
zum Polieren und der Beschichtung wirkt.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass sich über die Art und Dauer des Ätzverfahrens
in Schritt b) sowie über die Dicke der in Schritt c) aufgebrachten
Beschichtung der vertikale Abstand zwischen der Beschichtungsoberfläche
und der Oberfläche der von der ersten Schicht gebildeten
Säulen beinahe beliebig einstellen lässt.
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Somit
kann ein geeigneter Abstand zwischen Beschichtungsoberfläche
und Polierfliess bzw. Polierwalze erzeugt werden, um je nach Größe
der verwendeten Abrasivpartikel oder Nanomaterialien eine Beschädigung
der tiefer liegenden Beschichtungsoberfläche zu verhindern.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, wenn in Schritt e) die in Schritt
c) aufgebrachte Beschichtung als Ätzmaske wirkt.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass in einem zweiten Ätzverfahren die
zuvor als Abstandshalter fungierenden Säulen der ersten
Schicht abgetragen werden können, ohne dass umliegendes
Material gleichzeitig abgetragen wird.
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Weiterhin
können auf diese Weise Strukturen in der ersten oder einer
oder mehreren der weiteren Schichten erzeugt werden, welche unter
dem Niveau der in Schritt c) aufgebrachten Beschichtung liegen.
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Dabei
ist bevorzugt, wenn das Ätzen in Schritt e) durch ein Trockenätzverfahren
und/oder Nassätzverfahren erfolgt.
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Hierbei
ist zum einen von Vorteil, dass in einem Trockenätzverfahren,
insbesondere einem Plasmaätzverfahren, ein anisotropes Ätzen
der ersten Schicht und gegebenenfalls des unterliegenden Substrats
erfolgt, während ein isotropes Verfahren, wie beispielsweise
ein geeignetes Nassätzverfahren, über das Auflösen
der ersten Schicht eine Ablösung der Beschichtung bedingen
kann. Denkbar ist auch eine Verfahrensabfolge, in der z. B. in Schritt
e) zuerst ein anisotropes Ätzverfahren erfolgt, und abschließend
die Ätzmaske durch ein isotropes Verfahren entfernt wird.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, wenn in Schritt e) Strukturen
nur in die erste Schicht geätzt werden.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass sich über das neue Verfahren eine
Polymerstruktur, die beispielsweise hohe Isolationswirkung aufweist,
mit einer dreidimensional nanostrukturierten Oberfläche
und eingebetteten Beschichtungsanteilen beispielsweise eines metallischen
Leiters erzeugen lässt.
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In
einer anderen Weiterbildung ist bevorzugt, wenn in Schritt e) Strukturen
in eine oder mehrere weitere Schichten geätzt werden.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass mittels anisotroper Ätzverfahren
Materialien mit einer erfindungsgemäßen Oberfläche
versehen werden können, die einem Beschichtungsverfahren
wie in Schritt c) nicht zugänglich sind.
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Weiterhin
ist von Vorteil, dass sich auf diesem Wege Strukturen in einem Substrat
größerer Schichtdicke erzeugen lassen, als dieses
durch Beschichten möglich ist.
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In
einer Weiterbildung ist bevorzugt, wenn nach Schritt e) die erste
Schicht von der zweiten Schicht gelöst wird.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass sich durch ein solches Verfahren sehr dünne
nanostrukturierte Materialien erzeugen lassen, und dass während
der vorhergehenden Bearbeitungsschritte die Materialien weniger
anfällig für Verformungen durch physische Einwirkungen
oder thermische Einflüsse sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Oberfläche mit
Nanostrukturen, die nach einem erfindungsgemäßen
Verfahren erzeugt worden ist.
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Die
oben genannten Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen
Verfahrens gelten selbstverständlich auch für
die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Oberfläche selbst.
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Solche
erfindungsgemäßen Oberflächenstrukturen
können beispielsweise als Membranen für Nanofiltrationsverfahren,
in Elektroden oder Biosensoren eingesetzt werden. Es sind jedoch
darüber hinaus noch vielfältige Einsatzmöglichkeiten,
beispielsweise in der Oberflächenvergütung, denkbar.
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Auch
ist es denkbar, eine erfindungsgemäß hergestellte
Oberfläche als Schattenmaske in Photolithographieverfahren
oder als Stempel zum Nanoimprinting zu verwenden.
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Vor
diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ferner eine Membran mit
einer Oberfläche, die nach einem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt worden ist, eine Elektrodenanordnung, einen
Biosensor sowie eine Vorrichtung, welche eine Membran, eine Elektrodenanordnung,
einen Biosensor und/oder eine Oberfläche mit einer nach
einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Oberfläche aufweist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der beigefügten Beschreibung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung
von Nanostrukturen in ein Substrat ist in den Figuren dargestellt,
in denen:
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1 beispielhaft
die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt;
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2 eine
rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer erfindungsgemäß mit
Nanomaterialien beschichteten Oberfläche nach dem Ätzschritt
b) zeigt; und
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3 eine
rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Oberfläche nach dem Entfernen der
Nanomaterialien mittels mechanischem Polieren zeigt.
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In 1 ist
das erfindungsgemäße Verfahren in beispielhaften
Schritten dargestellt, wobei in Schritt a) ein Substrat 10,
welches eine erste Schicht 11 und eine zweite Schicht 12 aufweist,
mit Nanomaterialien 13 dekoriert wird. An Schritt a) schließt
sich ein erster Ätzschritt b) an, in dem in der ersten Schicht 11 eine
dreidimensionale Struktur mit Säulen 14 erzeugt
wird und gleichzeitig die Nanomaterialien 13 verkleinert
werden. In Schritt c) wird sodann eine Beschichtung 15 aufgebracht,
die sowohl auf den Nanomaterialienn, als auch in den Talbereichen
der dreidimensionalen Struktur der ersten Schicht 11 aufgelagert
ist. In Schritt d) schließt sich das Entfernen der Nanomaterialien 13 mittels
mechanischem Polieren durch eine Polierwalze 16 an. In
Schritt e) erfolgt ein weiterer anisotroper Ätzschritt,
durch den dreidimensionale Strukturen 17 in die erste Schicht 11 und die
zweite Schicht 12 übertragen werden.
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In 2 ist
eine im konkreten Ausführungsbeispiel hergestellte Oberfläche
gezeigt, welche den Zustand nach Ätzschritt b) aufweist.
Hierbei ist ersichtlich, dass die verwendeten Nanomaterialien 13, in
diesem Falle Polystyrolsphären, sich in einer weitgehend
zweidimensionalen periodischen Anordnung selbst anordnen und dass
sie nach dem Ätzschritt b) auf Substratsäulen 14 der
dreidimensionalen Struktur der ersten Schicht 11 aufsitzen.
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In 3 ist
eine nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Oberfläche gezeigt, in welcher einerseits eine Beschichtung 15 mit
Titan in einem Schritt c) aufgebracht wurde, und in der weiterhin
in einem Schritt d) die aufliegenden Nanomaterialien von den Substratsäulen 14 entfernt
wurden. Hierbei ist ersichtlich, dass durch das mechanische Polieren
in Schritt d) die Nanomaterialien vollständig von der Oberfläche
entfernt werden, und weiter, dass die in Schritt c) aufgebrachte
Beschichtung 15 durch das mechanische Polieren in Schritt
d) nicht beschädigt wird.
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In
dem Ausführungsbeispiel wurde als Substrat eine 5 μm
dicke erste Schicht aus Polyimid mit einer unterliegenden Glasschicht
von 1 mm Dicke verwendet.
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In
einem ersten Schritt a) wurde die Oberfläche der Polyimidschicht
mit Nanomaterialien dekoriert. Hierbei werden Polystyrolnanosphären
mit einem Durchmesser von 100 nm verwendet, welche in einer 5% Suspension
in Äthanol vorlagen.
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Nach
dem Abverdampfen des Lösungsmittels wurde in einem Schritt
b) mittels Ätzen im Sauerstoffplasma die so dekorierte
Oberfläche konturiert, wie in 2 zu sehen.
Gleichzeitig kam es in diesem Schritt zu einer Verkleinerung der
aufliegenden Polystyrolsphären.
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Hierauf
schloss sich ein Beschichtungsschritt c) an, in dem mittels Sputtern
Titan auf die so geschaffene Oberfläche aufgebracht wurde.
Hierbei wurde eine Titanschicht von ca. 20 nm Dicke erzeugt.
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In
einem folgenden Schritt wurden die dekorierenden Nanomaterialien
durch mechanisches Polieren entfernt.
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Die
Parameter und Verfahrensschritte entsprechen dabei im Übrigen
denen aus der eingangs zitierten Publikation von Fischer
und Zingsheim (1981).
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Wie
auch in 3 zu sehen, ergab sich nach dem
mechanischen Polieren eine freigelegte Oberfläche, von
welcher die zuvor aufgebrachten Nanomaterialien vollständig
entfernt waren. Weiterhin zeigte die Oberfläche eine Konturierung,
dergestalt, dass auf den Positionen, welche ehemals von Nanomaterialien
besetzt waren, Polyimidsäulen stehengeblieben waren. Dazwischen
war in dem Beschichtungsschritt eine Titanschicht erzeugt worden,
welche durch die Entfernung der Nanomaterialien mittels mechanischem
Polieren nicht in Mitleidenschaft gezogen war.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 11066654 [0005, 0010]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Fischer und
Zingsheim, J. Vac. Sci. Technol., 19(4), Nov.-Dec. 1981 [0003]
- - ”Submicroscopic pattern replication with visible light” (Fischer
und Zingsheim, 1981) [0006]
- - ”Nanosphere lithography: A materials general fabrication
process for periodic particle array surfaces” (Hulteen
und Van Duyne, 1995, J. Vasc. Sci. Technol. A 13(3)) [0007]
- - Fischer und Zingsheim (1981) [0089]