DE202012102039U1 - Nanostruktur - Google Patents

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Abstract

Nanostruktursystem, umfassend: ein Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche; und eine Nanostruktur, die innerhalb der ersten Hauptfläche im Allgemeinen parallel dazu und im Allgemeinen bündig damit eingebettet ist.

Description

  • GEBIET UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in einigen Ausführungsformen davon die Nanotechnologie und insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Nanostruktur, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ein System, das dieselbe enthält und verwendet.
  • In den letzten Jahren wurden eindimensionale (1D) Nanomaterialien, wie beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhren und Halbleiter-Nanodrähte bzw. -Nanoröhren, intensiv als potenzielle Bausteine für zahlreiche elektronische, optoelektronische und biosensorische Anwendungen erforscht. Für die Synthese von Halbleiter-Nanodrähten mit kontrollierten chemischen und physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise Abmessung, chemischer Zusammensetzung, Dotierung und Kristallstruktur, wurden umfangreiche Bemühungen aufgewendet. Es ist eine anerkannte Tatsache, dass solche formkontrollierten Halbleiter-Nanodrähte neuartige elektrische und optische Eigenschaften besitzen und bei der Herstellung von Bauelementen mit weniger Schweißstößen und verbesserten elektrischen Anschlüssen wirksam verwendet werden können.
  • Es wurden zwar einige bedeutende Fortschritte bei der Synthese erzielt, aber die Fähigkeit zur Kontrolle der Geometrie des Nanodrahtes wurde erheblich eingeschränkt.
  • Ein bestimmter Grad beschränkter Komplexität bei der Geometrie von Silicium-Nanodrähten wurde kürzlich unter Anwendung eines „nanotektonischen” Ansatzes aufgezeigt [Tian et al. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, (12), 824–9]. Diese Methodologie stellt eine iterative Kontrolle über die Keimbildung und das Wachstum von Nanodrähten bereit und ermöglicht geknickte Silicium-Nanodrähte, bei welchen gerade Teilstücke von kontrollierbarer Länge durch 120°-Dreiecksverbindungen getrennt sind. Die durch dieses Verfahren erhaltenen Nanodraht-Geometrien sind auf geknickte dreieckige Nanodrahtstrukturen beschränkt.
  • WO 2011/038228 offenbart gebogene Nanodrähte mit einem oder mehreren Knicken und einer definierten Kristallorientierung. Es werden auch Verfahren zur Herstellung solcher Nanodrähte offenbart.
  • In einem anderen Bericht [Chen et al. Nano Letters 2010, 10, (3), 864–868] wurde ein Ansatz für metallunterstütztes chemisches Ätzen eingesetzt, der durch Kontrollieren der Kristallorientierung des Si-Mutterwafers, der Reaktionstemperatur und der Ätzmittelkonzentration die Synthese von zickzackförmigen Silicium-Nanodrähten mit Drehwinkeln von 150°, 125° oder 90° ermöglicht.
  • Außerdem wurden durch das Verfahren einer auf die Kristalloberfläche gerichteten „Nanoröhren-Epitaxie” gewellte Serpentinenstrukturen von Kohlenstoff-Nanoröhren synthetisiert [Geblinger et al. Nat. Nano 2008, 3, (4), 195–200].
  • Die Gesamtqualität der Nanodrähte wie synthetisiert ist ziemlich gering, und die Form der erhaltenen Nanodrähte variiert entlang der Wafer-Oberfläche. Die derzeit bekannten Methodologien führen daher zu Nanodrähten mit begrenzt kontrollierten Formen und ferner zu Nanodrähten, die von Donatorsubstraten geerntet werden müssen, wenn eine weitere Verarbeitung von Bauelementen erforderlich ist.
  • Zum allgemeinen Stand der Technik gehört auch das US-Patent Nr. 7,538,337 .
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die betreffenden Erfinder haben ein durch Begrenzung gelenktes Verfahren zur Züchtung von Nanostrukturen (z. B. Nanodrähten und/oder Nanobändern) entwickelt, das sowohl die Kontrolle der chemischen als auch der physikalischen Attribute der synthetisierten Nanostrukturen ermöglicht und ferner eine perfekte und uneingeschränkte Kontrolle über ihre Geometrie gestattet. Das hierin offenbarte Verfahren ermöglicht die Synthese von Halbleiter-Nanostrukturen (z. B. Nanodrähten und/oder Nanobändern) in einer großen Vielfalt von zweidimensionalen Formen, wie beispielsweise beliebige geknickte (verschiedene Drehwinkel), sinusförmige, lineare und spiralförmige Formen, so das praktisch jede gewünschte Geometrie erreicht werden kann. Die formkontrollierte Nanostruktur kann auf beinahe jedem Substrat, einschließlich Silicium-Wafer, Quarz- und Glasfolien und sogar Kunststoffsubstraten (z. B. Kapton HN), gezüchtet werden.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Nanostruktur bereitgestellt, das ein Züchten der Nanostruktur in situ innerhalb eines Grabens, der in einem Substrat ausgebildet ist, und Aufweisen eines zum Katalysieren des Wachstums ausgewählten Metallkatalysators im Graben unter derartigen Bedingungen umfasst, dass das Wachstum durch den Graben gelenkt wird.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung erfolgt das Wachstum unter derartigen Bedingungen, dass die Richtung des Wachstums im Allgemeinen parallel zu gegenüberliegenden Hauptflächen des Substrats ist.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist der Graben innerhalb des Substrats wenigstens teilweise unter einer Schutzschicht verborgen, die während des Wachstums eine der Hauptflächen abdeckt.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung weist der Graben ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende auf, wobei der Metallkatalysator am geschlossenen Ende ist, und wobei das Wachstum im Allgemeinen entlang einer Richtung erfolgt, die vom geschlossenen Ende zum offenen Ende weist.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Verfahren ein Entfernen der Schutzschicht, um die Nanostruktur freizulegen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung nimmt der Metallkatalysator eine Länge von höchstens 300 nm entlang einer Längsrichtung des Grabens ein.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung beträgt ein linearer Abstand zwischen einem ersten Ende des Grabens und einem zweiten Ende des Grabens mindestens 1 μm.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist das Substrat mit einer Mehrzahl von Gräben ausgebildet, wobei das Verfahren ein Züchten einer Nanostruktur in situ innerhalb wenigstens zweier der Mehrzahl von Gräben umfasst.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Verfahren vor dem Züchten ein Anordnen des Metallkatalysators innerhalb des Grabens.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Anordnen: Aufdampfen eines Metallkatalysatormaterials in den Graben, um den Graben wenigstens teilweise durch das Metallkatalysatormaterial zu füllen; und Abätzen eines Abschnitts des Metallkatalysatormaterials vom Graben unter kontrollierten Bedingungen, die so ausgewählt sind, dass ein Rest des Metallkatalysatormaterials innerhalb des Grabens bewahrt wird.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Aufdampfen des Metallkatalysatormaterials in den Graben ein Aufdampfen des Metallkatalysatormaterials auf eine Oberfläche des Substrats, die den Graben umfasst, und Entfernen des Metallkatalysatormaterials von der Oberfläche, um dadurch das Metallkatalysatormaterial nur im Graben zu belassen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung erfolgt das Entfernen durch einen Abhebeverfahren.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Verfahren ein Bilden des Grabens im Substrat.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung wird der Graben durch ein Lithografieverfahren gebildet, auf das ein Ätzverfahren folgt.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist der Graben ein verzweigter Graben mit mindestens einem Verzweigungspunkt, der ein erstes Grabenteilstück, das in den Verzweigungspunkt eintritt, mit Grabenteilstücken verbindet, die aus dem Verzweigungspunkt austreten.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung verläuft das Wachstum in einer Richtung vom ersten Grabenteilstück durch den Verzweigungspunkt in jeden der Gräben und in mindestens zwei der Grabenteilstücke, die aus dem Verzweigungspunkt austreten.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Verfahren ein Abdecken einer Oberfläche des Substrats durch eine Schutzschicht, um beispielsweise den Graben unter der Schutzschicht zu verbergen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Verfahren ein Bilden einer Öffnung in der Schutzschicht an einem Ende des Substrats, um einen Graben mit offenem Ende zu bilden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist das Substrat mit einer Mehrzahl von Gräben ausgebildet, die so angeordnet sind, dass sie eine Kreuzlinienanordnung mit mindestens einer ersten Gruppe von Gräben mit einer ersten Tiefe und einer zweiten Gruppe von Gräben mit einer zweiten Tiefe bildet, die geringer als die erste Tiefe ist, und wobei das Züchten ein Züchten von Nanostrukturen innerhalb der ersten Gruppe von Gräben ohne Züchten von Nanostrukturen innerhalb der zweiten Gruppe von Gräben und anschließendes Züchten von Nanostrukturen innerhalb der zweiten Gruppe von Gräben umfasst.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die Gräben in der ersten Gruppe während des Wachstums der Nanostrukturen innerhalb der ersten Gruppe auf einer Seite offen und die Gräben in der zweiten Gruppe auf beiden Seiten geschlossen, wobei das Verfahren ferner ein Bilden einer Öffnung auf einer Seite der Gräben in der zweiten Gruppe vor dem Züchten der Nanostrukturen innerhalb der zweiten Gruppe umfasst.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung erfolgt das Züchten durch chemische Abscheidung aus der Gasphase.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Nanostruktur aus einem Halbleitermaterial hergestellt.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Halbleitermaterial mindestens ein Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium, Germanium, einer Silicium-Germanium-Legierung, einer Silicium-Kohlenstoff-Legierung, einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung, Galliumnitrid, Galliumarsenid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Indiumnitrid, einem Halbleitermaterial der Verbindung IIIV, einem Halbleitermaterial der Verbindung II-VI und einem organischen Halbleitermaterial besteht.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Metallkatalysator mindestens ein Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Gold, Nickel, Aluminium, Cobalt, Silber, Kupfer, Platin, Chrom, Titan, Palladium und Eisen besteht.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist das Substrat aus mindestens einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silica, Silicium, GaN, InP, GaAs, InGaP, Si3N4, Al2O3, ZnO, ZrO2, Quarz, Glass, einem Polymer oder Copolymer und einem Kunststoff sowie beliebigen Kombinationen davon besteht.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung weist der Graben eine Form auf, die aus der Gruppe bestehend aus gerade, geknickt, gewellt, kurvenförmig, spiralförmig, serpentinenartig, zykloid und beliebigen Kombinationen davon ausgewählt ist.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung weist mindestens ein Teil des Grabens die Form einer Raumkurve auf.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung weist die Nanostruktur eine im Wesentlichen einheitliche Kristallinität auf.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung weist die Nanostruktur eine uneinheitliche Kristallinität auf.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Verfahren ein selektives Entfernen von Wanden des Grabens, derart dass die Nanostruktur ein Reliefmuster über einer auf diese Weise freigelegten Oberfläche des Substrats bildet.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Nanostruktursystem bereitgestellt, das ein Substrat und eine Nanostruktur umfasst, die durch das Verfahren hergestellt ist, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Nanostruktursystem bereitgestellt. Das System umfasst: ein Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche; und eine Nanostruktur, die innerhalb der erste Hauptfläche im Allgemeinen parallel dazu und im Allgemeinen bündig damit eingebettet ist.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Nanostruktursystem bereitgestellt. Das System umfasst: ein Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche; und eine Nanostruktur, die ein Reliefmuster über einer freigelegten Oberfläche des Substrats bildet.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das System eine Mehrzahl von Nanostrukturen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Mehrzahl von Nanostrukturen als eine dreidimensionale Kreuzlinienanordnung angeordnet.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Kreuzlinienanordnung eine dreidimensionale Kreuzlinienanordnung mit mindestens zwei Ebenen an verschiedenen vertikalen Stellen in Bezug auf die erste Hauptfläche, wobei Nanostrukturen einer der mindestens zwei Ebenen von Nanostrukturen einer anderen der mindestens zwei Ebenen beabstandet angeordnet sind.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Schaltungsanordnungssystem bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein optoelektronisches System bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Sensor bereitgestellt, welcher das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Diodensystem bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Transistorsystem bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Speichersystem bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Bildgebungssystem bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Anzeigesystem bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Projektorsystem bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Identifizierungskennzeichnungssystem bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Smartcard-System bereitgestellt, welches das System umfasst, wie zuvor skizziert und optional wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Nanostruktursystem bereitgestellt, das umfasst: Bilden eines Grabens in einem Substrat; Aufbringen eines Metallkatalysatormaterials in den Graben, das in der Lage ist, das Wachstum einer Nanostruktur innerhalb des Grabens zu katalysieren; wenigstens teilweises Abdecken des Substrats und des gefüllten Grabens mit einer Schutzschicht, um den Graben wenigstens teilweise unter der Schutzschicht zu verbergen; teilweises Abätzen des Metallkatalysatormaterials, um einen Rest des Metallkatalysatormaterials innerhalb des Grabens zu bewahren; Züchten der Nanostruktur innerhalb des Grabens; und Entfernen der Schutzschicht.
  • Sofern nicht anders definiert, haben alle technischen und/oder wissenschaftlichen Begriffe, die hierin verwendet werden, die gleiche Bedeutung, wie sie gemeinhin von Durchschnittsfachleuten verstanden wird, an die die Erfindung gerichtet ist. Obwohl Verfahren und Materialien, die den hierin beschriebenen ähneln oder entsprechen, bei der Umsetzung oder Prüfung von Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können, werden im Folgenden beispielhafte Verfahren und/oder Materialien beschrieben. Im Falle eines Konflikts ist die Patentspezifikation, einschließlich der Definitionen, vorherrschend. Außerdem dienen die Materialien, Verfahren und Beispiele lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als unbedingt einschränkend gedacht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Patent- oder Anmeldungsdatei enthält mindestens eine in Farbe ausgeführte Zeichnung. Kopien dieser Patent- oder Patentanmeldungsschrift mit Farbzeichnung(en) werden vom Patentamt auf Antrag und gegen Zahlung der erforderlichen Gebühren zur Verfügung gestellt.
  • Einige Ausführungsformen der Erfindung werden hierin lediglich als Beispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Nunmehr unter spezifischer Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Einzelheiten lediglich als Beispiele und zum Zwecke der Veranschaulichung der Erörterung von Ausführungsformen der Erfindung dienen. In dieser Hinsicht ist für Fachleute aus der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich, wie die Ausführungsformen der Erfindung in die Praxis umgesetzt werden können.
  • In den Zeichnungen sind
  • 1A bis K schematische Darstellungen eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung von formkontrollierten Nanodrähten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie hierin im Folgenden in Beispiel 1 ausführlich beschrieben.
  • 2A bis I stellen SEM-Bilder von beispielhaften Nanodrähten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit einer Vielfalt von zweidimensionalen (2D) Formen dar. 2A stellt ein SEM-Bild eines mehrfach geknickten zweidimensionalen Si-Nanodrahtes mit einem Drehwinkel von 120° dar (Maßstabsbalken 250 nm). 2B stellt ein SEM-Bild eines mehrfach geknickten zweidimensionalen Si-Nanodrahtes mit einem Drehwinkel von 110° dar (Maßstabsbalken 250 nm). 2C stellt ein SEM-Bild eines mehrfach geknickten zweidimensionalen Si-Nanodrahtes mit einem Drehwinkel von 90° dar (Maßstabsbalken 250 nm), wobei der gelbe Pfeil die Position des Nanocluster-Katalysators anzeigt. 2D stellt ein SEM-Bild eines mehrfach geknickten zweidimensionalen Si-Nanodrahtes mit einem Drehwinkel von 80° dar (Maßstabsbalken 250 nm). 2E bis G stellen SEM-Bilder von sinusförmigen zweidimensionalen Silicium-Nanodrähten mit verschiedenen Perioden dar (Maßstabsbalken 250 nm). Der gelbe Pfeil in 2E zeigt die Position des nanocluster-Katalysators an. 2H stellt ein SEM-Bild eines zweidimensionalen spiralförmigen Si-Nanodrahtes dar (Maßstabsbalken 250 nm), wobei der gelbe Pfeil die Position des Nanocluster-Katalysators anzeigt. 2I stellt ein SEM-Bild eines eindimensionalen formkontrollierten Si-Nanodrahtes, der durch Modulation einer Nanotunnelform entlang der Wachstumsrichtung erhalten wird (oberes Bild; Maßstabsbalken 250 nm), und ein vergrößertes Bild davon (unteres Bild) dar. 2J stellt ein SEM-Bild eines rechteckwellenförmigen Silicium-Nanodrahtes dar (Maßstabsbalken 250 nm). 2K stellt ein SEM-Bild einer Probe dar, die mehrere sinusförmige Silicium-Nanodrähte veranschaulicht (Maßstabsbalken 2,5 μm).
  • 3A und B zeigen SEM-Bilder von Nanodrähten, welche aus den Nanotunneln heraus weiter wachsen gelassen wurden (3A; Maßstabsbalken 1 μm), und von oberflächenbegrenzten Nanodrähten, die einen durch den VLS-Mechanismus gezüchtet wurden, wie durch den Katalysator aus Goldnanopartikeln an der Wachstumsendspitze (gekennzeichnet durch das weiße Rechteck) ausgewiesen (3B; Maßstabsbalken 5 μm), wobei das Insert die Vergrößerung der Wachstumsendspitze darstellt.
  • 4A bis D zeigen schematische Darstellungen von Gräben, die innerhalb des Substrats ausgebildet sind, und eines Goldkatalysators, der zum Züchten von Nanodrähten innerhalb der Gräben verwendet wurde, wobei ferner die Abmessungen der Nanodrähte, wie durch die Breite des Grabens und die Dicke der aufgedampften Goldschicht gemessen, veranschaulicht sind; sowie SEM-Bilder (Maßstabsbalken 500 nm) von geraden Si-Nanodrähten, die unter Verwendung der hierin offenbarten Methodologie gezüchtet wurden und eine Breite von 50 nm (3B), 100 nm (3C) und 200 nm (3D) aufweisen.
  • 5A und B stellen ein SEM-Bild eines sinusförmigen zweidimensionalen Si-Nanodrahtes, der auf einem Quarzsubstrat gezüchtet wurde (5A, Maßstabsbalken 1 μm); und ein SEM-Bild eines geraden Ge-Nanodrahtes dar, der auf einem Kunststoffsubstrat (Kapton HN) gezüchtet wurde (5B; Maßstabsbalken 1 μm), wobei beide Bilder unter Verwendung eines Niedervakuum-SEM-Modus erhalten wurden.
  • 6A bis D stellen Daten dar, die bei einer Analyse mittels Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) von Si-Nanodrähten mit verschiedenen Formen (6A bis C) und eines mehrfach geknickten Ge-Nanodrahtes (6D) erhalten wurden. Der linke Bereich zeigt Sekundärelektronenbilder (Neigung 70°) der getesteten Nanodrähte; und der mittlere und der rechte Bereich zeigen die entsprechenden unverarbeiteten bzw. indexierten EBSD-Kikuchi-Muster. Der Maßstabsbalken ist 250 nm.
  • 7 stellt elektrische Messungen, Vsd gegenüber Isd, dar, die am geraden Teilstück eines zickzackförmigen Nanodrahtes (schwarze Kurve) und des geknickten Teilstücks der gleichen Nanostruktur (rote Kurve) durchgeführt wurden. Die SEM-Bilder der elektrischen Vorrichtung in Draufsicht bzw. Seitenansicht sind in den Inserts dargestellt.
  • 8A bis E sind schematische Darstellungen eines Nanostruktursystems gemäß einigen Ausführungsformen der vorlegenden Erfindung.
  • 9 ist eine schematische Darstellung eines Schaltungsanordnungssystems, z. B. einer Leiterplatte, gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine schematische Darstellung eines Geräts, welches das Schaltungsanordnungssystem von 9 umfasst.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreibt, das zur Herstellung einer Nanostruktur geeignet ist.
  • 12A bis E sind schematische Darstellungen eines Nanostruktursystems mit verzweigten Formen gemäß einigen Ausführungsformen der vorlegenden Erfindung.
  • 13A bis C sind schematische Darstellungen, die einen Wachstumsprozess einer verzweigten Nanostruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorlegenden Erfindung veranschaulichen.
  • 14A bis C sind schematische Darstellungen, die einen Wachstumsprozess einer Kreuzlinienanordnung gemäß einigen Ausführungsformen der vorlegenden Erfindung veranschaulichen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in einigen Ausführungsformen davon die Nanotechnologie und insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Nanostruktur, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ein System, das dieselbe enthält und verwendet.
  • Vor der detaillierten Erläuterung wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung ist darauf hinzuweisen, dass es sich von selbst versteht, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht unbedingt auf die Einzelheiten des Aufbaus und der Anordnung der in der folgenden Beschreibung dargelegten und/oder in den Zeichnungen und/oder den Beispielen veranschaulichten Komponenten und/oder Verfahren beschränkt ist. Die Erfindung ist zu anderen Ausführungsformen in der Lage oder kann in verschiedenen Arten und Weisen umgesetzt oder ausgeführt werden.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Nanostruktur bereitgestellt, wobei das Verfahren durch Züchten der Nanostruktur in situ innerhalb eines Grabens, der in einem Substrat ausgebildet ist, und Aufweisen darin (im Graben) eines zum Katalysieren des Wachstums ausgewählten Metallkatalysators unter derartigen Bedingungen durchgeführt wird, dass das Wachstum im Allgemeinen parallel zu gegenüberliegenden Flächen des Substrats erfolgt.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen 1A bis K eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung einer Nanostruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und 2 bis 7 stellen einige der kennzeichnenden Eigenschaften der Nanostrukturen dar, die durch dieses Verfahren hergestellt wurden.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Nanostruktursystem bereitgestellt, das ein Substrat und eine Nanostruktur umfasst, die durch das hierin offenbarte Verfahren hergestellt ist.
  • Gemäß einem Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Nanostruktursystem bereitgestellt, das umfasst:
    ein Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche; und
    eine Nanostruktur, die innerhalb der ersten Hauptfläche im Allgemeinen parallel dazu und im Allgemeinen bündig damit eingebettet ist.
  • 8A und 8B sind schematische Darstellungen einer perspektivischen Ansicht (8A) bzw. einer Querschnittansicht entlang der Linie A-A' (8B) eines Nanostruktursystems 10 gemäß einigen Ausführungsformen der vorlegenden Erfindung. Das System 10 umfasst ein Substrat 12 mit einer ersten Hauptfläche 14a und einer zweiten Hauptfläche 14b. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist das Substrat 12 im Allgemeinen planar. Das Substrat kann je nach Wunsch starr oder flexibel sein.
  • Wie hierin verwendet, spezifiziert „Hauptfläche” eine Fläche eines Objekts mit einem größeren Bereich im Unterschied zu einer Kante des Objekts, die eine Fläche mit einem kleineren Bereich aufweist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist der Bereich der Hauptfläche mindestens 10- oder mindestens 100- oder mindestens 1000-mal größer als der Bereich irgendeiner der Kanten. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist sowohl das Aspektverhältnis von Breite zu Dicke als auch von Lange zu Dicke des Substrats 12 über 10 oder über 50 oder über 100.
  • Das Substrat 12 kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, das zur Bildung von Gräben und zum Züchten von Nanostrukturen darin geeignet ist. Geeignete Materialien für das Substrat 12 umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Silicium (z. B. Silicium-Wafer)), GaN, InP, GaAs, InGaP, Si3N4, Al2O3, ZnO, ZrO2, Kunststoffe (z. B. Kapton-Filme), Quarz- oder andere Glasflächen, Polymere und Copolymere sowie beliebige Kombinationen der vorstehenden Elemente.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das Substrat 12 mindestens eine Basisschicht 18 und eine zusätzliche Schicht 20. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die zusätzliche Schicht 20 eine Deckschicht des Substrats 12. Die Schicht 20 kann benachbart zur Basisschicht 18 sein. Es sind auch Ausführungsformen vorgesehen, bei welchen eine oder mehrere Zwischenschichten (nicht dargestellt) zwischen den Schichten 18 und 20 sind.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Basisschicht 18 gemäß der Anwendung ausgewählt, für welche die Nanostruktur verwendet werden soll.
  • In einigen Ausführungsformen ist die zusätzliche Schicht 20 so ausgewählt, dass sie zur Ausführung der eingebetteten Nanostruktur darin gemäß Ausführungsformen des Verfahrens, wie hierin beschrieben, geeignet ist. In einigen Ausführungsformen ist die zusätzliche Schicht 20 so ausgewählt, dass sie mit Gräben versehen werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen sind die Basisschicht 18 und die zusätzliche Schicht 20 derart ausgewählt, dass die zusätzliche Schicht 20 selektiv entfernt werden kann, ohne die Basisschicht 18 zu beeinträchtigen. In einigen Ausführungsformen legt solch eine selektive Entfernung der zusätzlichen Schicht 20 die Nanostrukturen frei und/oder führt zu Nanostrukturen auf der Oberseite der Basisschicht 18. Die Nanostrukturen bilden demnach ein Reliefmuster über der freigelegten Oberfläche der Basisschicht 18.
  • Demnach ist die zusätzliche Schicht 20 in einigen Ausführungsformen eine Opferschicht.
  • Geeignete Materialien für die Basisschicht 18 und die zusätzliche Schicht 20 umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Silicium bzw. Siliciumoxid, Silicium bzw. Siliciumnitrid, eine Glas- oder Quarzfläche bzw. Siliciumnitrid, einen Kunststoff bzw. ein Polymer.
  • Die Gesamtdicke des Substrats 12 kann mehrere Dutzend Nanometer bis mehrere Millimeter betragen. Tpyischer- aber nicht notwendigerweise ist die Dicke jeder der Basisschicht 18 und der zusätzlichen Schicht 20 unter 1 Mikrometer.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das System 10 eine oder mehrere Nanostrukturen 16, die innerhalb der ersten Hauptfläche 14a eingebettet sind. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind wenigstens einige der Nanostrukturen nicht eingebettet, sondern bilden stattdessen ein Reliefmuster über der Basisschicht des Substrats 12.
  • Typischer- aber nicht notwendigerweise ist die Nanostruktur 16 in eine zusätzliche Schicht 20 des Substrats 12 eingebettet.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich „eingebettet” auf eine Lagebeziehung, wobei ein Gastobjekt (eine Nanostruktur im vorliegenden Fall) wenigstens teilweise von Wanden, die in einem Wirtsobjekt (einem planaren Substrat im vorliegenden Fall) ausgebildet sind, derart umschlossen ist, dass das Gastobjekt mit den Wänden in Kontakt steht, wobei die Wände allesamt aus der gleichen Materialzusammensetzung hergestellt sind.
  • Der Begriff „wenigstens teilweise umschlossen”, wie hierin verwendet, bedeutet, dass mindestens zwei Seiten des eingebetteten Objekts (z. B. die linke Seite und die untere Seite, die rechte Seite und die untere Seite) mit den Wänden des Wirts in Kontakt stehen. Vorzugs- aber nicht notwendigerweise stehen mindestens drei Seiten des eingebetteten Objekts (z. B. die linke Seite, die rechte Seite und die untere Seite) mit den Wanden des Wirts in Kontakt.
  • Ein repräsentatives Beispiel für ein Gastobjekt, das in ein Wirtsobjekt eingebettet ist, ist eine Konfiguration, wobei das Gastobjekt ganz oder teilweise unter die Oberfläche des Wirtsobjekts eingetaucht ist, z. B. wenn das Gastobjekt innerhalb eines Grabens liegt, der im Wirtsobjekt ausgebildet ist.
  • Der Begriff „eingebettet” schließt eine Beziehung aus, bei welcher das Gastobjekt auf der Oberfläche des Wirtsobjekts angeordnet und daher nicht oder nur teilweise vom Wirtsobjekt umschlossen ist. Der Begriff „eingebettet” schließt auch eine Beziehung aus, bei welcher das Gastobjekt von verschiedenen Objekten mit verschiedenen Materialzusammensetzungen umschlossen oder teilweise umschlossen ist, derart dass jedes dieser verschiedenen Objekte zwar mit einer Seite des Gastobjekts in Kontakt steht, aber sonst mit keiner weiteren Seite davon in Kontakt steht.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Nanostruktur 16 im Allgemeinen parallel (z. B. innerhalb einer Abweichung von weniger als 10° vom Parallelismus) zur Oberfläche 14a. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Nanostruktur 16 im Allgemeinen bündig mit der Oberfläche 14a (z. B. mit einer Planaren Fehlausrichtung von weniger als 5 nm). Es sind auch Ausführungsformen vorgesehen, bei welche mindestens ein Teil der Nanostruktur 16 nicht parallel zur Oberfläche 14a ist. In diesen Ausführungsformen kann sich die Nanostruktur 16 über mehrere Ebenen innerhalb des Substrats 12 erstrecken.
  • In den schematischen Darstellungen von 7A und 7B ist nur eine Nanostruktur 16 veranschaulicht. Dies muss jedoch nicht unbedingt der Fall sein, da das System 10 für einige Anwendungen eine Mehrzahl von Nanostrukturen umfassen kann, wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben.
  • Obwohl ferner die Nanostruktur 16 in 7A und 7B so dargestellt ist, dass sie die Form einer geraden Linie aufweist, muss dies nicht unbedingt der Fall sein. Die Nanostruktur der vorliegenden Ausführungsformen kann beliebige Formen aufweisen. Typischerweise ist die Nanostruktur länglich.
  • Der Begriff „längliche Nanostruktur” bezieht sich im Allgemeinen auf einen dreidimensionalen Körper, der aus einer festen Substanz hergestellt ist, wobei eine seiner Abmessungen mindestens 2-mal oder mindestens 10-mal oder mindestens 50-mal, z. B. mindestens 100-mal, größer als jede der beiden anderen Abmessungen ist. Die größte Abmessung der länglichen festen Struktur wird hierin als die Längsabmessung oder die Länge der Nanostruktur bezeichnet, und die beiden anderen Abmessungen werden hierin als die Querabmessungen bezeichnet. Die größte der Querabmessungen wird hierin als der Durchmesser oder die Breite der länglichen Nanostruktur bezeichnet. Das Verhältnis zwischen der Länge und der Breite der Nanostruktur ist als das Aspektverhältnis der Nanostruktur bekannt.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die längliche Nanostruktur an jedem Punkt entlang ihrer Länge mindestens eine Querschnittabmessung und in einigen Ausführungsformen zwei orthogonale Querschnittabmessungen von weniger als 1 Mikrometer oder weniger als 500 Nanometern oder weniger als 200 Nanometern oder weniger als 150 Nanometern oder weniger als 100 Nanometern oder sogar weniger als 70 Nanometern, weniger als 50 Nanometern, weniger als 20 Nanometern, weniger als 10 Nanometern oder weniger als 5 Nanometern auf. In einigen Ausführungsformen kann die Querschnittabmessung weniger als 2 Nanometer oder 1 Nanometer betragen.
  • In einigen Ausführungsformen weist die längliche Nanostruktur mindestens eine Querschnittabmessung im Bereich von 0,5 Nanometern bis 200 Nanometer oder von 1 nm bis 100 nm oder von 1 nm bis 50 nm auf.
  • Die Länge einer länglichen Nanostruktur drückt ihr Ausdehnungsausmaß im Allgemeinen senkrecht auf ihren Querschnitt aus. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung reicht die Länge der Nanostruktur von 10 nm bis 50 Mikrometer. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Länge der länglichen Nanostruktur mindestens 100 nm oder mindestens 500 nm oder mindestens 1 μm oder mindestens 2 μm oder mindestens 3 μm, z. B. etwa 4 μm, oder mehr.
  • Der Querschnitt des länglichen Halbleiters kann jede beliebige Form aufweisen, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, kreisförmig, quadratisch, rechteckig, dreieckig und elliptisch. Regelmäßige und unregelmäßige Formen gehören ebenfalls dazu.
  • Die Breite der länglichen Nanostruktur beträgt vorzugsweise weniger als 1 μm. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Breite der Nanostruktur etwa 5 nm bis etwa 200 nm und vorzugsweise etwa 5 nm bis etwa 100 nm.
  • In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die Nanostruktur eine nicht hohle Struktur, die hierin als „Nanodraht” bezeichnet wird.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Nanostruktur ein Nanoband.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich Nanoband” auf längliche Nanostrukturen mit einem Querschnittaspektverhältnis von über 1 oder über 2 oder über 3 oder über 4 oder über 5 oder über 10 oder über 20 oder über 50 oder über 100.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Nanostruktur wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, und in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Nanodraht wenigstens teilweise aus einem Halbleitermaterial hergestellt.
  • In einigen Ausführungsformen weist die Nanostruktur einen mittleren Durchmesser auf, der von 0,5 Nanometern bis 200 Nanometer oder von 1 nm bis 100 nm oder von 1 nm bis 50 nm reicht.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Nanostruktur (z. B. ein Nanodraht und/oder ein Nanoband) ein Halbleitermaterial oder ist daraus hergestellt.
  • Beispielhafte Halbleitermaterialien, die zur Verwendung in Ausführungsformen der Erfindung geeignet sind, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Silicium (Si), Germanium (Ge), Galliumnitrid (GaN), Titan (Ti), Bismut (Bi), Tellurium (Te), Blei (Pb), Siliciumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumarsenid (InAs), Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO), Zinksulfid (ZnS), Indiumoxid (InO), Indiumzinnoxid (ITO) und Cadmiumsulfid (CdS).
  • Repräsentative Beispiele für Formen, die die längliche Nanostruktur (z. B. ein Nanodraht und/oder ein Nanoband) optional und vorzugsweise annehmen kann, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Form, die eine gerade Linie (entweder parallel oder nicht parallel zur ersten Hauptfläche 14a) beschreibt, eine Form, die eine gewellte Linie (z. B. eine zickzackförmige Linie, eine sinusförmige Linie, eine rechteckwellenförmige Linie, eine sägezahnförmige Linie) beschreibt, eine Form, die eine kurvenförmige Linie beschreibt, eine Form, die eine spiralförmige Linie beschreibt, eine Form, die eine serpentinenartige Linie beschreibt, eine Form, die eine Zykloide beschreibt, und beliebige Kombination davon. Die längliche Nanostruktur kann auch eine nicht planare Form aufweisen. Zum Beispiel kann die Nanostruktur 16 die Form einer Raumkurve, wie beispielsweise eines Raumbogens, einer Raumwellenlinie, einer Schneckenlinie und dergleichen aufweisen, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe, denen das Wort „Raum” vorangestellt ist (z. B. „Raumkurve”, „Raumbogen”, „Raumwellenline”) auf Formen, die sich über mehrere Ebenen erstrecken.
  • Es sind auch Ausführungsformen vorgesehen, in welchen die längliche Nanostruktur (z. B. ein Nanodraht und/oder ein Nanoband) eine verzweigte Form aufweist. Repräsentative Beispiele für verzweigte Formen, die nicht als einschränkend zu betrachten sind, sind in 12A bis E veranschaulicht. Im Allgemeinen weist eine verzweigte Nanostruktur mindestens einen Verzweigungspunkt 120 auf (in 12A bis E sind der Klarheit der Darstellung halber nur einige wenige bezeichnet), an welchem drei oder mehrere längliche Teilstücke 122 einander schneiden. Die sich schneidenden Teilstücke sind in 12A bis E mit den Bezugszeichen 122a, 122b, 122c usw. bezeichnet. Typischer- aber nicht notwendigerweise ist der Winkel zwischen zwei sich schneidenden Teilstücken ein anderer als 90°. In 12A bis E sind Formen dargestellt, die einen einzigen Verzweigungspunkt mit drei sich schneidenden Teilstücken, und zwar eine V-Form (12A), und vier sich schneidenden Teilstücken (12B) aufweisen, aber andere Anzahlen von sich schneidenden Teilstücken an einem einzigen Verzweigungspunkt sind vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen. Es sind auch verzweigte Nanostrukturen mit mehreren Verzweigungspunkten dargestellt, z. B. eine einseitige Baumform (eine Kammform), wobei an jedem Verzweigungspunkt drei sich schneidende Teilstücke auf der gleichen Seite einer Langsachse 126 der Nanostruktur 16 vorhanden sind (12C) und eine zweiseitige Baumform (12D und 12E), wobei die sich schneidenden Teilstücke auf beiden Seiten einer Langsachse 126 mit drei (12E) und vier (12D) sich schneidenden Teilstücken an jedem Verzweigungspunkt sind. Kombinationen dieser Formen (z. B. eine Form, bei der jeder von zwei oder mehreren Verzweigungspunkten eine unterschiedliche Anzahl von sich schneidenden Teilstücken aufweist) sind vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen. Gekrümmte verzweigte Formen mit mindestens einem gekrümmten Teilstück und nicht planare verzweigte Formen mit mindestens einem Teilstück mit der Form einer Raumkurve werden ebenfalls in Betracht gezogen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Nanostruktur 16 mindestens einen Knick oder mindestens zwei Knicke oder mindestens zwei Knicke oder mindestens drei Knicke oder mehr Knicke (z. B. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr).
  • Wie hierin verwendet, ist ein „Knick” ein verhältnismäßig scharfer Übergang oder eine verhältnismäßig scharfe Drehung zwischen einem ersten im Wesentlichen geraden Abschnitt einer länglichen Nanostruktur und einem zweiten im Wesentlichen geraden Abschnitt der länglichen Nanostruktur. Der Übergang kann durch eine Übergangsregion definiert sein, die entlang der Länge der länglichen Nanostruktur linear definiert ist, wobei die Region eine maximale lineare Länge aufweist, die weniger als etwa 5% der linearen Länge des Mittelwerts des ersten und des zweiten im Wesentlichen geraden Abschnitts der Regionen beträgt, die die Übergangsregion unmittelbar umgeben. In einigen Fällen kann die Übergangsregion eine lineare Länge aufweisen, die weniger als etwa 5% oder weniger als etwa 3% oder weniger als etwa 1 oder weniger als etwa 0,5% oder weniger als etwa 0,03% oder weniger als etwa 0,01% der linearen Länge der im Wesentlichen geraden Abschnitte beträgt, die die Übergangsregion umgeben. Mehrere Beispiele von Knicken werden im weiter unten folgenden Kapitel mit den Beispielen bereitgestellt.
  • Der bzw. die Knick(e) können einen beliebigen Winkel definieren. Zum Beispiel kann der Knick einen beliebigen Winkel von etwa 30° bis etwa 150° aufweisen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung definiert der Knick einen Winkel von weniger als 115°, und in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung definiert der Knick einen Winkel von über 125°.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Nanostruktur 16 eine im Wesentlichen einheitliche Kristallinität auf.
  • Die Einheitlichkeit der Kristallinität ist eine messbare Größe. Eine repräsentative Prozedur zur Messung der Einheitlichkeit der Kristallinität ist mittels kristallografischer Analyse. Eine kristallografische Messung kann durchgeführt werden, um die Kristallorientierung von verschiedenen Segmenten der Nanostruktur zu bestimmen, und die Einheitlichkeit kann auf der Basis der Anzahl von verschiedenen Kristallorientierungen beobachtet werden. Konkret ist die Einheitlichkeit für eine große Anzahl von verschiedenen Kristallorientierungen pro Längeneinheit gering, und die Einheitlichkeit für eine kleine Anzahl von verschiedenen Kristallorientierungen pro Längeneinheit ist gering.
  • Der Begriff „Kristallorientierung” bezieht sich auf die Elementarzellcharakteristiken eines kristallinen Materials.
  • Eine längliche Nanostruktur hat „eine vorwiegend einheitliche Kristallinität”, wenn über 50 Längenprozent der Nanostruktur die gleiche Kristallorientierung aufweisen; „eine im Wesentlichen einheitliche Kristallinität”, wenn mindestens 90 Längenprozent der Nanostruktur die gleiche Kristallorientierung aufweisen; und eine „in hohem Maße einheitliche Kristallinität”, wenn mindestens 95 Längenprozent der Nanostruktur die gleiche Kristallorientierung aufweisen. Die Kristallinität einer Nanostruktur gilt als „vollkommen einheitlich”, wenn keine andere nachweisbare Kristallorientierung als die festgelegte Kristallorientierung vorhanden ist.
  • Durchschnittsfachleute können die Kristallorientierung einer länglichen Nanostruktur oder eines Segments davon unter Verwendung von normalen Techniken bestimmen, wie beispielsweise TEM-Bildern mit Gitterauflösung oder Elektronenbeugungsmuster ausgewählter Bereiche (SAED für engl. selected area electron diffraction) oder Rückstreuelektronenbeugung (EBSD für engl. eletron backscattered diffraction) unter Verwendung der Nanostruktur.
  • In einigen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung besteht die Nanostruktur 16 im Wesentlichen aus einer einzigen Kristallorientierung über ihre gesamte Länge. Wenn die Nanostruktur 16 einen oder mehr Knicke umfasst, kann die Kristallorientierung am nicht geknickten Teilstück von der Kristallorientierung an den Knicken selbst verschieden sein.
  • In einigen Ausführungsformen weist die Nanostruktur 16 einen oder mehr Knicke auf, die einen Winkel von weniger als 115° oder über 125° definieren, und besteht im Wesentlichen aus einer einzigen Kristallorientierung über ihre gesamte Länge. In einigen Ausführungsformen weist die Nanostruktur 16 einen oder mehr Knicke auf, die einen Winkel von weniger als 115° oder über 125° definieren, wobei die Kristallorientierung am nicht geknickten Teilstück von der Kristallorientierung an den Knicken selbst verschieden sein kann.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Nanostruktur 16 eine uneinheitliche Kristallinität auf. In diesen Ausführungsformen weisen höchstens 50 Längenprozent (z. B. 40 Prozent oder 30 Prozent oder weniger) der Nanostruktur die gleiche Kristallorientierung auf. Zum Beispiel kann die Kristallorientierung der Nanostruktur 16 über ihre Länge allmählich variieren. Wenn die Nanostruktur 16 einen oder mehr Knicke umfasst, kann die Kristallorientierung am Knick von der Kristallorientierung an einer oder mehreren Regionen benachbart zu dem Knick verschieden sein.
  • In einigen Ausführungsformen weist die Nanostruktur 16 einen oder mehr Knicke auf, die einen Winkel von weniger als 115° oder über 125° definieren, und sie weist außerdem eine uneinheitliche Kristallinität auf. In einigen Ausführungsformen weist die Nanostruktur 16 einen oder mehr Knicke auf, die einen Winkel von etwa 115° bis etwa 125° definieren, und sie weist außerdem eine uneinheitliche Kristallinität auf.
  • 8C ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht des Systems 10 in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in welchen das Substrat 12 mit mehr als einer Nanostruktur 16 ausgebildet ist. Das System 10 kann eine beliebige Anzahl von Nanostrukturen umfassen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Anzahl von Nanostrukturen im System mindestens 10 oder mindestens 100 oder mindestens 1.000 oder mindestens 10.000 Nanostrukturen oder mindestens 100.000 Nanostrukturen oder mindestens 1.000.000 Nanostrukturen. Der von der Nanostrukturanordnung eingenommene Gesamtbereich kann über 1 cm2 oder über 2 cm2 oder über 4 cm2 oder über 8 cm2 oder über 10 cm2 oder über 50 cm2 oder über 100 cm2 betragen. Der Abstand zwischen zwei Nanostrukturen kann weniger als 100 nm oder weniger als 80 nm oder weniger 60 nm, z. B. 50 nm, oder weniger betragen. Die Nanostrukturen können in einer beliebigen Anordnung angeordnet sein. In der Darstellung von 8C sind die Nanostrukturen derart angeordnet, dass ihre jeweiligen Teilstücke im Allgemeinen parallel zu einander sind. Dies muss jedoch nicht unbedingt der Fall sein, da es für einige Anwendungen möglihcerweise nicht notwendig ist, dass die Nanostrukturen parallel zueinander sind. Zum Beispiel bilden die Nanostrukturen in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine dreidimensionale Kreuzlinienanordnung im Substrat 12, wobei diese Ausführungsformen in 8D veranschaulicht sind, die eine erste Gruppe von Nanostrukturen 82 darstellt, die eine zweite Gruppe von Nanostrukturen 84 kreuzt. Die Gruppen 82 und 84 können einander in einem beliebigen Winkel kreuzen. Die Nanostrukturen in der Kreuzlinienanordnung können gerade sein, oder sie können eine beliebige andere Form, wie beispielsweise die hierin zuvor beschriebenen Formen, aufweisen. Zwei Nanostrukturen, die einander in einer Kreuzlinienanordnung kreuzen, greifen vorzugsweise in verschiedene Ebenen ein. Eine typische Seitenansicht solch einer Anordnung ist in 8D veranschaulicht, welche die erste Gruppe 82 (nur eine Nanostruktur dieser Gruppe ist von diesem Gesichtspunkt sichtbar), die in eine untere Ebene eingreift, und die zweite Gruppe 84 (der Querschnitt dieser Gruppe ist von diesem Gesichtspunkt sichtbar) darstellt, die in eine zweite Ebene eingreift, welche im Allgemeinen parallel zu und getrennt von der ersten Ebene sein kann. Obwohl in 8D nicht dargestellt, können eine oder mehrere der Nanostrukturen in der Gruppe 82 mit einer oder mehreren der Nanostrukturen in der Gruppe 84 in Kontakt stehen. Alternativ können die beiden Gruppen voneinander beabstandet sein. Es sind auch Anordnungen vorgesehen, in welchen mehr als drei Gruppen von Nanostrukturen vorhanden sind, die jeweils in eine andere Ebene eingreifen.
  • Die vorliegenden Ausführungsformen sehen viele Anwendungen für das System 10 vor.
  • Das System 10 kann in viele nanodrahtbasierte elektronische Vorrichtungen eingebaut werden, die nanoelektronische Detektionsvorrichtungen, transparente Leiterplatten, Feldemissionskathoden, Anzeigevorrichtungen, Licht emittierende Vorrichtungen, Transistoren, Dioden, Speichermedien, Sensoren, Schalter und dergleichen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Zum Beispiel wird das System 10 in einigen Ausführungsformen mit Elektroden kombiniert, um z. B. einen Transistor zu bilden, wie beispielsweise einen Feldeffekttransistor (FET). Solche Transistoren können in integrierten Schaltungen verwendet werden und zum Beispiel als Komponenten in Logikgattern, Schaltern und anderen digitalen Elektronikkomponenten dienen. Das System 10 kann außerdem mit einer elektrischen Schaltung konfiguriert werden. Zum Beispiel wird die Nanostruktur (z. B. ein Nanodraht und/oder ein Nanoband) in einigen Ausführungsformen mit einer WS- oder GS-Stromquelle verbunden. In einigen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung hergestellt, die ein Substrat umfasst, auf dem eine Mehrzahl von Nanostrukturen (z. B. Nanodrähten und/oder Nanobändern) angeordnet ist.
  • Es wird nunmehr auf 9 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Schaltungsanordnungssystems, z. B. einer Leiterplatte, gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist. Die Leiterplatte 60 umfasst das System 10 und eine Mehrzahl von zusätzlichen Komponenten 62, wie beispielsweise Elektroden, Halbleiterelementen und Kontaktstellen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die zusätzlichen elektronischen Komponenten können je nach Wunsch eine Größe im mikroskopischen und/oder Millimetermaßstab aufweisen, und sie sind typischerweise derart auf der planaren Oberfläche angeordnet, dass wenigstens einige der Nanostrukturen mit einer oder mehreren dieser Komponenten in Kontakt stehen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine zusätzliche Komponente vorhanden, die mit mehr als einer Nanostruktur in Kontakt steht.
  • Die Leiterplatte 60 kann durch Anordnen einer Mehrzahl von zusätzlichen elektronischen Komponenten auf dem System 10 hergestellt werden.
  • 10 ist eine schematische Darstellung eines Geräts 70, welches das Schaltungsanordnungssystem 60 umfasst. Das Gerät 70 ist typischer- aber nicht notwendigerweise ein elektronisches Großflächengerät. Repräsentative Beispiele für Geräte, die für die vorliegenden Ausführungsformen geeignet sind, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Diode, einen Transistor (z. B. einen Feldeffekttransistor), ein optoelektronisches System (z. B. ein räumliches Bildgebungssystem, ein optisches Rechensystem, ein optisches Logikgatter, einen optoelektronischen Schalter, eine Leuchtdiode, einen Lichtdetektor, einen photonischen A/D-Wandler usw.), ein Anzeigesystem (z. B. ein Aktiv-Matrix-Anzeigesystem), ein Projektoranzeigesystem, einen Sensor (z. B. einen elektrochemischen Sensor oder einen Biosensor), eine Identifizierungskennzeichnung, ein Speichermedium, eine Smartcard (z. B. eine Mikroprozessorkarte, eine kryptogafische Karte, eine ATM-Karte, eine Teilnehmerkennungsmodulkarte, die auch als SIM-Karte bekannt ist) und eine Projektoranzeige.
  • Es ist zu erwarten, dass während der Laufzeit eines Patents, das aus dieser Anmeldung entsteht, viele relevante elektronische Geräte, insbesondere auf dem Gebiet der Großflächenelektronik, entwickelt werden, und es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang des Begriffs „Gerät” von vornherein alle diese neuen Technologien umfasst.
  • In einigen Ausführungsformen kann das System 10 für die Analyse eines Analyten verwendet werden. Der Analyt kann in Bezug auf die Nanostruktur des Systems 10 derart positioniert werden, dass der Analyt durch Bestimmen einer Änderung einer Charakteristik der Nanostruktur bestimmt werden kann.
  • Das System 10 kann somit für den Nachweis von Chemikalien, wie beispielsweise Sprengstoffen oder anderen gefährlichen Chemikalien, Arzneimitteln und dergleichen und von biologischen Komponenten, wie beispielsweise Zellen, Proteinen, Nucleinsäuren, Kohlehydraten, Sacchariden, Lipiden, Antikörpern oder anderen biologischen Gebilden verwendet werden. In einigen Ausführungsformen wird die Nanostruktur des Systems 10 oberflächenfunktionalisiert. Oberflächenfunktionalisierung kann in einigen Ausführungsformen durch Beschichten wenigstens eines Abschnitts der Nanostruktur (z. B. mit einer Maske) erreicht werden. In einigen Ausführungsformen wird wenigstens ein Abschnitt der Nanostruktur durch Durchführen einer chemischen Reaktion auf der Oberfläche der Nanostruktur funktionalisiert. Die Oberflächenfunktionalisierung kann ein Anbringen einer funktionellen Komponente auf der Oberfläche der Nanostruktur umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die funktionelle Komponente direkt (d. h. durch eine chemische Bindung) an der Oberfläche der Nanostruktur angebracht werden. In einer anderen Ausführungsform kann die funktionelle Komponente an einer Beschichtung der Nanostruktur angebracht werden.
  • Die funktionellen Komponenten können einfache funktionelle Gruppen umfassen, wie zum Beispiel -OH, -CHO, -COOH, -SO3H, -CN, -NH2, -SH, -CO2H, COOR oder ein Halogenid, ohne darauf beschränkt zu sein; solche Gruppen können auf der Oberfläche der Nanostruktur erzeugt oder über einen Linker auf der Oberfläche der Nanostruktur angebracht werden. Zum Beispiel können intrinsische reaktive Komponenten auf der Oberfläche der Nanostruktur (z. B. Hydroxygruppen einer Silicium-Nanostruktur) zur Reaktion mit einem Alkylsilicat oder einem Arylsilicat, das mit der gewünschten funktionellen Gruppe endet, über die Bildung von Si-O-Bindungen verwendet werden. Optional kann die funktionelle Gruppe ein biomolekulares Gebilde sein, das, ohne darauf beschränkt zu sein, umfasst: Aminosäuren, Proteine, Zucker, DNA, Antikörper, Antigene und Enzyme; Pfropfpolymerketten mit einer Kettenlänge, die kürzer als der Durchmesser des nanoskaligen Drahtkerns ist, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyamid, Polyester, Polyimid, Polyacryl; eine dünne Beschichtung (z. B. eine Maske), welche die Oberfläche des Kerns der Nanostruktur bedeckt, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, der folgenden Gruppen von Materialien: Metallen, Halbleitern und Isolatoren, welche ein metallisches Element, ein Oxid, ein Sulfid, ein Nitrid, eine Selenid, ein Polymer und ein Polymergel sein können.
  • Es folgt die Beschreibung eines Verfahrens gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, das zur Herstellung einer Nanostruktur (z. B. eines Nanodrahtes und/oder eines Nanobandes) geeignet ist. Das Verfahren ist insbesondere für die Herstellung der Nanostruktur(en) 16 des Systems 10 in situ verwendbar. Im Allgemeinen wird die Nanostruktur (z. B. ein Nanodraht und/oder ein Nanoband) innerhalb eines Grabens gezüchtet, der im Substrat ausgebildet ist. Der Graben weist einen Metallkatalysator darin auf, der das Wachstum der Nanostruktur katalysiert. Demnach wird das Wachstum der Nanostruktur durch den Graben gelenkt. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wächst die Nanostruktur unter derartigen Bedingungen, dass die Richtung des Wachstums im Allgemeinen parallel zu gegenüberliegenden Hauptflächen des Substrats ist. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist der Graben zumindest teilweise innerhalb des Substrats unter einer Schutzschicht (einer Deckschicht) verborgen, welche eine der Hauptflächen abdeckt, und das Wachstum der Nanostrukturen erfolgt innerhalb des verborgenen Grabens und wird durch den Graben gelenkt. In einigen Ausführungsformen ordnet das Verfahren den Metallkatalysator im Graben an und bildet optional auch den Graben im Substrat. Das Verfahren bildet optional und vorzugsweise auch die Schutzschicht über dem Graben.
  • Vor der Bereitstellung einer noch ausführlicheren Beschreibung des Verfahrens gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie hierin zuvor skizziert, wird zunächst die dadurch gebotenen Vorteilen und möglichen Anwendungen behandelt.
  • Die betreffenden Erfinder haben ein einfaches und stabiles, durch Begrenzung gelenktes Verfahren zum Züchten von Nanostrukturen dargelegt, das es nicht nur ermöglicht, die chemischen und physikalischen Attribute der synthetisierten Nanostrukturen vorauszuplanen, sondern auch die Kontrolle ihrer Geometrie erlaubt. Das Verfahren ermöglicht optional und vorzugsweise die Synthese von verschiedenen Typen von Nanostrukturen, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, Nanodrähten und Nanobändern, in einer großen Vielfalt von Formen, die hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben werden. Das Verfahren der vorliegenden Ausführungsformen ermöglicht außerdem die Kontrolle der Dichte und der Anzahl von Nanostrukturen. Das Verfahren der vorliegenden Ausführungsformen ist zur Herstellung von Nanostrukturen aus einer Vielfalt von Nanostrukturmaterialien in oder auf einer Vielfalt von Substratmaterialien geeignet.
  • Die betreffenden Erfinder legten dar, dass das Verfahren der vorliegenden Ausführungsformen für die Herstellung einer Nanostruktur verwendet werden kann, wobei die Wachstumsrichtung der Nanostruktur für eine beliebige Kristallorientierung kontrolliert wird. Die betreffenden Erfinder stellten fest, dass, wenn eine Nanostruktur innerhalb eines Grabens gezüchtet wird, die Richtung des Wachstums durch die Richtung des Grabens kontrolliert wird, selbst wenn sich diese Richtung von der kristallografischen Hauptrichtung unterscheidet. Dies ist vorteilhaft gegenüber herkömmlichen Techniken, bei welchen die Wachstumsrichtung (zum Beispiel der Winkel des Knicks in geknickten Nanostrukturen) durch die Kristallorientierung vorgegeben ist und nicht geändert werden kann.
  • Demnach kann das Verfahren der vorliegenden Ausführungsformen zur Herstellung einer Nanostruktur mit einer uneinheitlichen Kristallinität oder einer vorwiegend einheitlichen Kristallinität oder einer im Wesentlichen einheitlichen Kristallinität oder einer in hohem Maße einheitlichen Kristallinität verwendet werden. Die betreffenden Erfinder legten außerdem die Herstellung einer Nanostruktur mit einer vollkommen einheitlichen Kristallinität unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Ausführungsformen dar.
  • Es wird nunmehr auf 11 Bezug genommen, die ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreibt, das zur Herstellung einer Nanostruktur geeignet ist. Das Verfahren ist insbesondere für die Herstellung der Nanostruktur(en) 16 des Systems 10 in situ verwendbar. Repräsentative Darstellungen von verschiedenen Verfahrensstufen gemäß einigen Ausführungsforen der vorliegenden Erfindung sind in 1A bis K des weiter unten folgenden Kapitels mit den Beispielen vorgesehen.
  • Es versteht sich von selbst, dass, sofern nicht anders definiert, die hierin im Folgenden beschriebenen Vorgänge entweder gleichzeitig oder hintereinander in vielen Kombinationen oder Reihenfolgen der Ausführung durchgeführt werden können. Insbesondere ist die Reihenfolge der Flussdiagramme nicht als einschränkend anzusehen. Zum Beispiel können ein Vorgang oder mehrere Vorgänge, die in der folgenden Beschreibung oder in den Flussdiagrammen in einer bestimmten Reihenfolge erscheinen, in einer anderen Reihenfolge (z. B. einer umgekehrten Reihenfolge) oder im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden. Außerdem sind mehrere Vorgänge, die im Folgenden beschrieben werden, optional und können auch nicht durchgeführt werden.
  • Das Verfahren beginnt bei 100 und geht optional und vorzugsweise zu Stufe 101 weiter, auf der ein Graben in einem Substrat gebildet wird. Der Typ des Substrats wird vorzugsweise gemäß der Anwendung ausgewählt, für welche die Nanostruktur verwendet werden soll, und er wird ferner so ausgewählt, dass er mit Gräben versehen werden kann. Repräsentative Beispiele für Substrate, die für die vorliegenden Ausführungsformen geeignet sind, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Silicium (z. B. Silicium-Wafer), GaN, InP, GaAs, InGaP, Si3N4, Al2O3, ZnO, ZrO2, Kunststoffe (z. B. Kaptonfilme), Quarz- und andere Glasfolien, Glasfilme und andere Glasflächen, Polymere und Copolymere sowie beliebige Kombinationen der vorstehenden Elemente (z. B. in Fällen, in welchen das Substrat eine Basisschicht und eine zusätzliche Schicht umfasst).
  • Typische Tiefen des Grabens umfassen eine beliebige Tiefe von etwa 10 nm bis etwa 500 nm. Die Länge des Grabens wird gemäß der gewünschten Länge der zu züchtenden Nanostruktur ausgewählt. Ein typischer linearer Abstand zwischen einem ersten Ende des Grabens und einem zweiten Ende des Grabens beträgt mindestens 1 μ oder mindestens 2 μm. Für ungerade Gräben ist die Gesamtlänge des Grabens länger als der lineare Abstand und ungefähr gleich wie die gewünschte Länge der Nanostruktur, z. B. mindestens 1,1 μm oder mindestens 2 μm oder mindestens 3 μm, z. B. etwa 4 μm, oder länger.
  • Da der Graben zum Lenken des Wachstums der Nanostruktur verwendet wird, kann er eine beliebige der Formen aufweisen, die zuvor unter Bezugnahme auf die Nanostruktur 16 beschrieben wurden. Demnach kann der Graben eine Form, die eine gerade Linie beschreibt, eine Form, die eine gewellte Linie beschreibt, eine Form, die eine kurvenförmige Linie beschreibt, eine Form, die eine spiralförmige Linie beschreibt, eine Form, die eine serpentinenartige Linie beschreibt, eine Form, die eine Zykloide beschreibt, eine Form, die eine Raumkurve beschreibt, eine verzweigte Form, ein nicht planare verzweigte Form, wie hierin zuvor ausführlicher beschrieben, einschließlich beliebiger Kombinationen zwischen zwei oder mehreren der vorstehenden und anderer Formen aufweisen.
  • Der Graben kann zum Beispiel durch Einsetzen eines Lithografieverfahrens gebildet werden, wobei die Form des Grabens auf einem Fotolackfilm gemustert wird, worauf ein Ätzverfahren folgt, wobei das Substratmaterial gemäß dem Muster abgeätzt wird. Ein repräsentatives und nicht einschränkendes Beispiel dieser Verfahren ist in 1A bis C dargestellt. Die Lithografie- und Ätzverfahren können im Allgemeinen basierend auf dem Substrat- und Fotolackmaterial ausgewählt werden. Repräsentative Beispiele für geeignete Lithografieverfahren umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Elektronenstrahllithografie und Nanoprägelithografie, und repräsentative Beispiele für geeignete Ätzverfahren umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, reaktives Ionenätzen (RIE für engl. reactive ion etch), Ätzen mit Ethylendiamin-Brenzcatechin-Wasser (EPD für engl. ethylenediamine-pyrocatechol-water) und Puffer-Oxid-Ätzen (BOE für engl. buffer Oxide etch), sowie jedes andere Ätzverfahren, das zum Abätzen des Substrats geeignet ist und/oder, falls das Substrat aus zwei Schichten besteht, zum selektiven Abätzen der gewünschten Schicht (z. B. der oberen Schicht, siehe Schicht 20 in 8A) geeignet ist. Fachleute sind in der Lage, ein geeignetes Ätzverfahren und geeignete Ätzmittel auf der Basis des Substratmaterials bzw. der Substratmaterialien auszuwählen.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung, in welchen sich der Graben über mehrere Ebenen erstreckt (zum Beispiel eine planare Form, welche in Bezug auf die Hauptfläche des Substrats geneigt ist, oder eine nicht planare Form, wie beispielsweise eine Raumkurve, oder eine nicht planare verzweigte Form), wird der Graben vorzugsweise durch ein Verfahren mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB für engl. focussed ion beam) gebildet, das auf dem Fachgebiet der Mikro- und Nanoherstellung bekannt ist.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geht das Verfahren zu Stufe 102 weiter, auf der ein Metallkatalysatormaterial im Graben aufgebracht wird, um den Graben wenigstens teilweise durch das Metallkatalysatormaterial zu füllen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann dem Aufbringen des Katalysatormaterials ein Aufbringen einer Haftschicht vorangehen, welche so ausgewählt wird, dass sie die Bindung zwischen dem Substrat und dem Katalysatormaterial verstärkt.
  • Das Metallkatalysatormaterial wird so ausgewählt, dass es das Wachstum der Nanostruktur zum Beispiel über den Mechanismus von Dampf-Flüssigkeit-Feststoff (VLS für engl. vapor-liquid-solid) katalysiert. Der Typ des Metallkatalysatormaterials hängt typischerweise vom Material der Nanostruktur ab. Im Allgemeinen kann jedes Metall, das eine Legierung mit dem gewünschten Halbleitermaterial bilden kann, aber keine stabilere Verbindung als mit den Elementen des gewünschten Halbleitermaterials bildet, als das Katalysatormaterial verwendet werden. Repräsentative Beispiele für Metallkatalysatormaterialien, die für die vorliegenden Ausführungsformen geeignet sind, umfassen Gold, Silber, Kupfer, Zink, Cadmium, Eisen, Nickel und Cobalt, ohne darauf beschränkt zu sein. Außerdem wird jedes andere Material in Betracht gezogen, das in anerkannter Weise als Katalysator für das Wachstum der Nanostruktur durch die ausgewählte Technik verwendet werden kann.
  • Wenn eine Haftschicht aufgebracht wird, wird das zur Bildung der Haftschicht verwendete Material derart ausgewählt, dass es in der Lage ist, sowohl am Substrat als auch am Katalysatormaterial zu haften. Wenn das Katalysatormaterial zum Beispiel Gold ist und das Substrat aus Silicium oder Siliciumoxid hergestellt ist, kann die Haftschicht aus Titan und/oder Chrom hergestellt werden. Im Allgemeinen wird jedes Material in Betracht gezogen, das verwendet werden kann, um als Haftvermittler eines ausgewählten Katalysatormaterials und eines ausgewählten Substrats zu dienen. In einigen Ausführungsformen wird das zur Bildung der Haftschicht verwendete Material ferner derart ausgewählt, dass es selektiv entfernt werden kann, falls gewünscht, ohne die Struktur, Form und Zusammensetzung der Gräben, des mit Gräben versehenen Substrats, der gezüchteten Nanostruktur und der Katalysatorschicht zu beeinträchtigen. Solche Materialien können von Fachleuten in Abhängigkeit vom ausgewählten Substrat und Katalysatormaterial sowie den anderen Komponenten, die in der hierin beschriebenen Methodologie verwendet werden, leicht ausgewählt werden.
  • Das Metallkatalysatormaterial kann durch Aufdampfen des Metallkatalysatormaterials auf die Oberfläche des Substrats, die den Graben umfasst, und Entfernen des Metallkatalysatormaterials von der Oberfläche, um dadurch den Metallkatalysatormaterial nur im Graben zu belassen, im Graben aufgebracht werden. Die Entfernung kann durch eine Abhebetechnik erfolgen, um dadurch den Fotolack zu verwenden, der für das zuvor erwähnte Lithografieverfahren eingesetzt wurde. Ein repräsentatives und nicht einschränkendes Beispiel der Aufdampfungs- und Abhebeverfahren ist in 1D und 1E dargestellt. Andere hierfür verwendete Verfahren und Fotolacke können von Fachleuten basierend auf dem in der beschriebenen Methodologie verwendeten Materialien leicht ausgewählt werden und werden ebenfalls in Betracht gezogen.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geht das Verfahren zu Stufe 103 weiter, auf der eine Öffnung am Ende des Grabens definiert wird. Dies kann zum Beispiel durch Lithografie, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, Fotolithografie, oder ein beliebiges anderes Lithografieverfahren erfolgen. Die Definition der Öffnung umfasst typischerweise ein Aufbringen eines Fotolacks mit der Form der Öffnung an einem der Enden des Grabens. Ein repräsentatives und nicht einschränkendes Beispiel dieses Vorgangs ist in 1F dargestellt. Andere hierfür verwendete Verfahren und Fotolacke können von Fachleuten basierend auf den in der beschriebenen Methodologie verwendeten Materialien leicht ausgewählt werden und werden ebenfalls in Betracht gezogen.
  • Das Verfahren geht optional zu Stufe 104 weiter, auf der eine Schutzschicht auf dem Substrat gebildet wird, um die Oberfläche des Substrats abzudecken und den Graben darunter zu verbergen. Die Schutzschicht wird hierin auch als „Deckschicht” bezeichnet. Ein geeignetes Verfahren zur Bildung einer Schutzschicht ist ein Aufdampfungsverfahren, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD für engl. chemical vapor deposition), z. B. CVD mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICPCVD für engl. Inductively Coupled Plasma CVD). Andere Aufdampfungstechniken und Schichtbildungstechniken sind vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen. Ein repräsentatives und nicht einschränkendes Beispiel dieses Vorgangs ist in 1G dargestellt.
  • Die Schutzschicht kann aus einem beliebigen Material hergestellt werden, das sich vom Katalysatormaterial unterscheidet. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Schutzschicht aus dem gleichen Material hergestellt, das den Graben auf dem Substrat definiert. In einigen Ausführungsformen wird die Schutzschicht aus einem Material hergestellt, das unter derartigen Bedingungen abgeätzt werden kann, dass die ausgebildete Nanostruktur(en) nicht beeinträchtigt wird bzw. werden und optional auch das Substrat nicht beeinträchtigt wird. Repräsentative Beispiele für die Schutzschicht umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Siliciumdioxid, Si3N4 und Al2O3. Solche Schutzschichten sind zum Beispiel zur Verwendung in Fällen geeignet, in welchen die gezüchtete Nanostruktur Silicium umfasst.
  • In Ausführungsformen, in welchen der Vorgang 103 eingesetzt wird, geht das Verfahren vorzugsweise zu Stufe 105 weiter, auf der die Öffnung am Ende des Grabens gebildet wird. Typischerweise umfasst dieser Vorgang ein Abhebeverfahren, wobei der bei 103 aufgebrachte Fotolack entfernt wird, um dadurch die Öffnung zu bilden. Die Entfernung des Fotolacks entfernt auch einen Teil der Schutzschicht und bildet daher eine Öffnung in dieser Schicht. Ein repräsentatives und nicht einschränkendes Beispiel dieses Vorgangs ist in 1H dargestellt.
  • Bei 106 wird das Metallkatalysatormaterial, das den Graben einnimmt, teilweise abgeätzt, um einen Rest des Katalysatormaterials innerhalb des Grabens zu bewahren.
  • Optional wird auch die Haftschicht, falls vorhanden, abgeätzt. Abätzungen des Katalysatormaterials und/oder der Haftschicht können unter Verwendung jedes geeigneten Ätzmittels (z. B. eines Ätzmittels zum selektiven Entfernen des Katalysatormaterials, eines Ätzmittels zum selektiven Entfernen der Haftschicht und/oder eines Ätzmittels zum selektiven Entfernen sowohl des Katalysatormaterials als auch der Haftschicht, während alle anderen Komponenten (das Substrat, die Schutzschicht usw. intakt bleiben)) durchgeführt werden. Ein geeignetes Ätzmittel oder eine Kombination von Ätzmitteln wäre von Fachleuten basierend auf den in der hierin beschriebenen Methodologie verwendeten Materialien leicht auszuwählen.
  • Als ein nicht einschränkendes Beispiel für ein Goldkatalysatormaterial wird ein beliebiges verfügbares Goldätzmittel (z. B. nasschemisches Goldätzmittel) verwendet.
  • Als nicht einschränkendes Beispiel für eine Ti-Haftschicht wird ein nasschemisches Titanätzmittel verwendet, das sich aus einer Mischung von 20 Teilen H2O, 1 Teil 30%igem H2O2 und 1 Teil 49%igem HF zusammensetzt.
  • Der Rest dient als Katalysator für das Wachstum der Nanostruktur und befindet sich vorzugsweise am geschlossenen Ende des Grabens, und zwar weit entfernt von der Öffnung, die bei 105 (in Ausführungsformen, in welchen solch ein Vorgang eingesetzt wird) gebildet wurde. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nimmt der Metallkatalysator eine Länge von höchstens 300 nm oder höchstens 280 nm oder höchstens 260 nm oder höchstens 240 nm oder höchstens 220 nm oder höchstens 200 nm oder höchstens 180 nm oder höchstens 160 nm oder höchstens 140 nm oder weniger entlang der Längsrichtung des Grabens ein.
  • Das bei 106 durchgeführte teilweise Ätzen ist typischerweise ein nasschemisches Ätzen, wobei das Ätzmittel gemäß dem Typ des Metallkatalysatormaterials ausgewählt wird. Zum Beispiel ist für einen Goldkatalysator jedes standardmäßige Goldätzmittel geeignet. Da das Katalysatormaterial unter der Schutzschicht verborgen wird, wird das Ätzverfahren vom Ende des Substrats nach innen vorangetrieben, und die Partialität des Verfahrens kann durch umsichtige Kontrolle der Ätzdauer sichergestellt werden. Konkret reduziert sich die Größe (Belegungslänge) des restlichen Katalysators, wenn die Ätzdauer verlängert wird. Das Verfahren der vorliegenden Ausführungsformen wählt demnach die Ätzdauer gemäß der gewünschten Belegungslänge des Katalysators, der Ätzrate und der Gesamtlänge des Grabens aus. Am Ende des ausgewählten Dauerintervalls wird das Ätzverfahren abgekühlt, um dadurch sicherzustellen, dass ein restlicher Katalysator die gewünschte Belegungslänge aufweist. Die Abkühlung kann durch eine beliebige Technik erfolgen, die auf dem Fachgebiet bekannt ist, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, Eintauchen in eine wässrige Lösung (z. B. entionsiertes Wasser) und dergleichen. Ein repräsentatives und nicht einschränkendes Beispiel der Wirkung des partiellen Ätzens ist in 1-I dargestellt. 4A ist eine schematische Darstellung des Metallkatalysators, sobald er im Graben angeordnet ist.
  • Es versteht sich von selbst, dass, obwohl die vorstehenden Ausführungsformen mit einem gewissen Schwerpunkt auf dem Abätzen des Katalysators beschrieben wurde, der unter der Schutzschicht verborgen ist, die ausführlichere Bezugnahme auf dieses Verfahren in keiner Weise als den Schutzumfang der Erfindung einschränkend auszulegen ist. Der Metallkatalysator kann auch bei anderen Techniken im Graben angeordnet werden. Zum Beispiel kann eine Lithografie, gefolgt von Ätzen eingesetzt werden, während der Graben nicht verdeckt ist. In einer beispielhafte Ausführungsform wird Lithografie eingesetzt, um einen Abschnitt des Katalysatormaterials innerhalb des Grabens zu definieren, sobald der Graben mit dem Katalysatormaterial gefüllt oder teilweise gefüllt ist, und es wird ein anschließendes Ätzverfahren durchgeführt, um einen Teil des Katalysatormaterials zu entfernen.
  • Das Verfahren geht zu Stufe 107 weiter, auf der die Nanostruktur in situ innerhalb des Grabens gezüchtet wird. Das Wachstum erfolgt typischerweise durch den VLS-Mechanismus. Zu diesem Zweck kann eine Aufdampfungstechnik, wie beispielsweise eine physikalische Abscheidung aus der Gasphase (PVD für engl. Physical Vapor Deposition) oder eine CVD eingesetzt werden. Die CVD kann entweder unter Verwendung eines Heißwand- oder eines Kaltwand-CVD-Reaktors eingesetzt werden.
  • Im Allgemeinen setzt ein Heißwandreaktor einen verhältnismäßig niedrigen Druck (typischer- aber nicht notwendigerweise einige Torr oder weniger) und eine verhältnismäßig hohe Temperatur (typischer- aber nicht notwendigerweise 60°C oder darüber) ein. Ein Kaltwandreaktor setzt atmosphärischen Druck und eine niedrige Temperatur (typischer- aber nicht notwendigerweise unter 600°C) ein.
  • In einem repräsentativen Heißwandreaktor stellt der Vorgang ein Erwärmen einer Reaktorkammer und des Substrats auf eine gewünschte Temperatur durch eine Heizquelle dar, und es wird der gewünschte Abscheidungsdruck festgelegt. Die Reaktorkammer wird dann mit einem Quellgas geflutet, und es wird dann eine kleine Menge eines Trägergases in die Reaktorkammer eingeführt, um den Abscheidungsdruck festzulegen. Das Quellgas und das Trägergas reagieren, um die Nanostruktur zu bilden, und das resultierende Gas wird abgeführt.
  • Bei einer repräsentativen Kaltwand-CVD wird das Substrat auf einer Heizspannvorrichtung angeordnet und in eine Vakuumkammer mit Induktionsspulen eingeführt, die auf einer Außenfläche davon vorgesehen sind. Die Heizspannvorrichtung absorbiert hochfrequente Energie von den Induktionsspulen und erwärmt indirekt das Substrat. Die Wände der Vakuumrohres sind transparent und behindern Strahlungswärmeenergie nicht, derart dass die Wände die hochfrequente Energie, die von den Induktionsspulen ausgestrahlt wird, nicht absorbieren. Auf diese Weise sind die Wände des Vakuumrohres verhältnismäßig kühl und bleiben klar unter der Reaktionstemperatur.
  • Andere Techniken, die für das Züchten der Nanostruktur verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, katalytische chemische Abscheidung aus der Gasphase (C-CVD für engl. catalytic CVD), metallorganische Abscheidung aus der Gasphase (MOCVD für engl. organometallic CVD), Lösungsphasenreaktionen (z. B. hydrothermale Reaktionen, solvothermale Reaktionen), physikalische Abscheidungstechniken (z. B. thermische Verdampfung, Elektronenstrahlverdampfung, Laserablation, Molekularstrahlepitaxie) und oberflächenkontrollierte Reaktionen.
  • Geeignete Materialien zur Verwendung als ein Wachstumsmaterial für die Nanostruktur umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Silicium (Si), Germanium (Ge), Galliumnitrid (GaN), Titan (Ti), Bismut (Bi), Tellurium (Te), Blei (Pb), Siliciumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumarsenid (InAs), Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO), Zinksulfid (ZnS), Indiumoxid (InO), Indiumzinnoxid (ITO) und Cadmiumsulfid (CdS).
  • Während des Wachstumsprozesses reagiert das Nanostrukturmaterial mit dem Katalysator und diffundiert hinter den Katalysator zum geschlossenen Ende des Grabens, um dadurch den Katalysator allmählich nach außen vorzuspannen. Die Wachstumsrichtung ist daher vom geschlossenen Ende des Grabens nach außen. Das Wachstum der Nanostruktur innerhalb des Grabens fährt vorzugsweise fort, bis die Nanostruktur den Graben in seiner Gesamtheit einnimmt. Ein repräsentatives und nicht einschränkendes Beispiel der Wirkung dieses Verfahrens ist in 1J dargestellt.
  • Wenn der Graben verzweigt ist, wird das Wachstum vorzugsweise an einem nicht verzweigten Ende des Grabens eingeleitet, derart, dass der Katalysator, wenn er an einem Verzweigungspunkt ankommt, in mehrere Teile getrennt wird, die jeweils in eines der sich schneidenden Teilstücke eintreten, die aus dem Verzweigungspunkt austreten. In diesen Ausführungsformen sind die Wachstumsbedingungen vorzugsweise derart, dass der Katalysator in flüssiger Form ist. Der Wachstumsprozess für den beispielhaft erläuterten Fall eines Y-förmigen Grabens ist in 13A bis C dargestellt. 13A zeigt den Katalysator am Ende des Grabens vor der Einleitung des Wachstumsprozesses. Sobald der Wachstumsprozess beginnt, wachst die Nanostruktur innerhalb des Grabens und schiebt den Katalysator in der Wachstumsrichtung vorwärts. 13B zeigt die Position des Katalysators, sobald ihn die gewachsenen Nanostrukturen bis zum Verzweigungspunkt des Grabens geschoben haben. Bei fortschreitendem Wachstumsprozess bewirkt die Vorspannkraft der Nanostrukturen gegen den Katalysator eine Trennung des Katalysators in mehrere Teile (zwei im vorliegenden Beispiel), die jeweils in ein anderes Grabenteilstück eintreten, das aus dem Verzweigungspunkt austritt. Die Nanostruktur wächst auf diese Weise innerhalb eines jeden solchen Teilstücks weiter, wie in 13C veranschaulicht.
  • In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung geht das Verfahren zu Stufe 108 weiter, auf der die Schutzschicht entfernt wird, um die Nanostruktur freizulegen. Dies kann zum Beispiel durch Ätzen, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, RIE, erfolgen.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geht das Verfahren zu Stufe 109 weiter, auf der die Wände des Grabens bzw. der Gräben entfernt werden, derart dass die Nanostruktur(en) ein Reliefmuster über der Basisschicht des Substrat bildet bzw. bilden. Die Wände des Grabens können zum Beispiel durch Entfernen (z, B. durch Abätzen unter Verwendung eines geeigneten Ätzmittels) der Schicht des Substrats entfernt werden, in der die Gräben ausgebildet sind (z. B. Schicht 20, siehe 8A).
  • In einigen Ausführungsformen endet das Verfahren bei 110.
  • Das Verfahren der vorliegenden Ausführungsformen kann zur Bildung einer einzigen Nanostruktur (z. B. eines Nanodrahtes und/oder eines Nanobandes), die in das Substrat eingebettet ist, oder vorzugsweise einer Mehrzahl von eingebetteten Nanostrukturen durchgeführt werden. Das Verfahren der vorliegenden Ausführungsformen kann zur Herstellung einer oder mehrerer Nanostrukturen durchgeführt werden, die ein Reliefmuster auf der freigelegten Oberfläche des Substrats bilden.
  • Wenn mehr als eine Nanostruktur hergestellt werden, ist das Substrat mit einer Mehrzahl von Gräben ausgebildet, die jeweils einen Metallkatalysator darin aufweisen, und jede Nanostruktur wird in einem Graben gezüchtet. Das Wachstum aller Nanostrukturen kann gleichzeitig erfolgen. Zum Beispiel kann ein Substrat mit einer Mehrzahl von Gräben mit Katalysatoren in einem CVD-Reaktor angeordnet werden, um alle Nanostrukturen in einer einzigen CVD-Charge zu züchten. Andere Vorgänge des Verfahrens können im Allgemeinen ebenfalls gleichzeitig durchgeführt werden. Zum Beispiel wird für die Bildung 101 der Gräben die Lithografie eingesetzt, um das Substrat mit einer Mehrzahl von Gräben (z. B. parallel, nicht parallel, einander schneidend) zu mustern, und das Ätzverfahren führt zu einer Mehrzahl von Gräben, die auf dem Substrat ausgebildet sind. Ähnlich kann jeder der Vorgänge 102 bis 108 an allen Nanostrukturen gleichzeitig ausgeführt werden, z. B. wie in 1D bis K veranschaulicht. Es sind auch Ausführungsformen vorgesehen, bei welchen einer oder mehrere der Vorgänge 102 bis 108 hintereinander durchgeführt werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Mehrzahl der Gräben derart aufgebaut, dass sie eine Kreuzlinienanordnung bilden, sobald die Nanostrukturen gewachsen sind. Diese Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf 14A bis D erläutert. Die Beschreibung erfolgt für eine Ausführungsform, bei welcher die ausgebildete Kreuzlinienanordnung zwei Gruppen von geraden Nanostrukturen umfasst, aber Durchschnittsfachleute, die mit den hierin beschriebenen Einzelheiten versehen sind, würden wissen, wie das Verfahren der vorliegenden Erfindung für andere Anordnungen (z. B. mehr als zwei Gruppen, nicht gerade Nanostrukturen usw.) anzupassen ist.
  • 14A stellt das Substrat 12 nach dem Bilden einer Mehrzahl von Gräben und dem Aufbringen eines Katalysators in jedem Graben dar. Das Substrat 12 ist zusammen mit einem kartesischen Koordinatensystem dargestellt, das derart definiert ist, dass die x-y-Ebene parallel zu den Hauptflächen des Substrats ist. Es sind zwei Gruppen von Gräben dargestellt, wobei eine Gruppe 142 entlang der x-Richtung ausgerichtet ist, und eine Gruppe 144 entlang der y-Achse. Es versteht sich von selbst, dass, obwohl 14A bis D zwei Gräben in jeder Gruppe veranschaulichen, jede Gruppe eine beliebige Anzahl von Gräben umfassen kann (einschließlich des Falles eines einzigen Grabens für jede der Gruppen 142 und 144). Die Gräben 142 und 144 weisen verschiedene Tiefen auf. In der repräsentativen Darstellung von 14A sind die Tiefen D (entlang der z-Achse) der Gräben 142 größer als die Tiefe d der Gräben 144. Typischerweise kann D 1,1 bis 3-mal größer als d sein, wobei d etwa 10 nm bis etwa 500 nm beträgt.
  • Wie dargestellt, sind Öffnungen an den Enden der Gräben 142, aber nicht an den Enden der Gräben 144 ausgebildet. Die Öffnungen sind im Allgemeinen bei 146 dargestellt. Der Katalysator befindet sich an einem geschlossenen Ende jedes Grabens, und die Gräben sind unter einer Schutzschicht verborgen, die über der Hauptfläche 14a des Substrats 12 ausgebildet ist. Der Klarheit der Darstellung halber sind die Schutzschicht und der Katalysator nicht dargestellt. Das Verfahren zur Bildung der Gräben, Schutzschichten und Öffnungen sowie zur Einführung des Katalysators in die Gräben ist im Allgemeinen gleich wie hierin zuvor ausführlich beschrieben. Zum Beispiel können die Vorgänge 101 bis 106 oder einige dieser Vorgänge mit der Ausnahme ausgeführt werden, dass die Enden der Gräben 144 geschlossen bleiben.
  • Das Substrat und die Gräben 142 und 144 werden einem Nanostrukturwachstumsprozess unterzogen, wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Da nur die Gräben 142 offen sind, sind die Menge und der Druck von Dämpfen in der Nähe des Katalysators in den Gräben 144 vernachlässigbar, so dass die Nanostrukturen innerhalb der Gräben 142, aber nicht innerhalb der Gräben 144 wachsen. 14B stellt die Nanostrukturen 16 innerhalb der Gräben 142 dar.
  • Sobald die Nanostrukturen innerhalb der ersten Gruppe 142 von Gräben gewachsen sind, werden Öffnungen 148 (siehe 14C) an den Enden der Gräben der Gruppe 144 gebildet, wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben. Die Öffnungen 148 werden an den Enden gebildet, die distal zum Katalysator in den Gräben 144 sind.
  • Das Substrat wird dann erneut dem Wachstum von Nanostrukturen unterzogen. Da die Gräben 144 nun auf einer Seite offen sind, erfolgt ein gelenktes Wachstum von Nanostrukturen innerhalb dieser Gräben. 14D stellt die Nanostrukturen 16 innerhalb der Gräben 144 dar.
  • Die Dicke der Nanostrukturen hängt im Allgemeinen von den Größen des Katalysators und der Gräben ab. Demnach werden die Tiefen der Gräben und die Größe des Katalysators gemäß der gewünschten Dicke der Nanostrukturen ausgewählt.
  • Wenn zum Beispiel die Bildung einer Kreuzlinienanordnung gewünscht wird, in der kein Kontakt zwischen den Nanostrukturen in einer Gruppe und den Nanostrukturen in der anderen Gruppe besteht, werden die Gräben der unteren Gruppe (Gruppe 142 im vorliegenden Beispiel) ausreichend tiefer gemacht als die Gräben der oberen Gruppe, und der Katalysator wird ausreichend dünn gemacht. Konkret ist in diesen Ausführungsformen die Dicke des Katalysators in den unteren Gräben geringer als D – d. Die betreffenden Erfinder haben festgestellt, dass bei solch einer Konfiguration die Nanostrukturen in der unteren Gruppe tief genug unter den oberen Gräben wachsen.
  • Wenn dagegen die Bildungn einer Kreuzlinienanordnung gewünscht wird, in der die Nanostrukturen in einer Gruppe mit den Nanostrukturen in der anderen Gruppe in Kontakt stehen, kann die Dicke des Katalysators in den unteren Gräben ungefähr gleich D – d gemacht werden. Die betreffenden Erfinder haben festgestellt, dass bei solch einer Konfiguration die Nanostrukturen in der unteren Gruppe unmittelbar unter den oberen Gräben wachsen, so dass die oberen Nanostrukturen, wenn sie wachsen, mit den Nanostrukturen der unteren Gruppe in Kontakt treten.
  • In einigen Ausführungsformen werden das Substrat, das Verfahren zur Bildung der Gräben, die optionale Haftschicht, das Katalysatormaterial, das zur Bildung der Schutzschicht verwendete Material, das zur Bildung der Fotolackschicht verwendete Material und das zum Züchten der Nanostruktur verwendete Material sowie die Mittel zum Bilden und/oder Entfernen der Schichten/Komponenten so ausgewählt, dass auf jeder Stufe des Verfahrens eine selektive Wirkung erzielt wird. Demnach wird zum Beispiel die Haftschicht so ausgewählt, dass sie sowohl an das Substrat als auch an das Katalysatormaterial, das Katalysatormaterial und/oder die Schutzschicht bindet, und die Bedingungen zur Entfernung des Abschnitts des Katalysatormaterials und/oder der Schutzschicht werden derart ausgewählt, dass die ausgebildeten Nanostrukturen intakt bleiben; und die zum Definieren der Öffnungen verwendete Fotolackschicht wird derart ausgewählt, dass ihre Entfernung die Gräben nicht beeinträchtigt.
  • Es ist zu erwähnen, dass die hierin beschriebene Methodologie unter Verwendung von Silicium/Siliciumoxid-Substraten und Siliciumoxid-Deckschichten sowie unter Züchtung von Silicium-Nanodrähten beispielhaft erläutert wurde. Die für eine erfolgreiche Umsetzung der Methodologie mit diesen Materialien erforderlichen Bedingungen und Reagenzien sollten in Anbetracht der ähnlichen Beschaffenheit der Komponenten hoch selektiv sein, um auf diese Weise die Vielseitigkeit der offenbarten Methodologie und die Fähigkeit zu ihrer Durchführung bei gleichzeitiger Verwendung einer beliebigen Kombination von Materialien im Allgemeinen und einer beliebigen Kombination der Materialien, die als Substrat und als Deckschicht sowie zum Züchten des Nanodrahtes verwendet werden, zu demonstrieren.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen daher jede ausgewählte Kombination eines Halbleitermaterials zum Züchten der Nanostruktur, eines Substratmaterials (einschließlich eines Basisschichtmaterials und eines Materials einer zusätzlichen Schicht, falls vorhanden) und einer Deckschicht, einschließlich einer ausgewählten Kombination jener Halbleitermaterialien, Substratmaterialien und Deckschichten, die hierin als repräsentative Beispiele erwähnt werden.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen daher jede ausgewählte Kombination eines Halbleitermaterials zum Züchten der Nanostruktur, einer Fotolackschicht und einer Deckschicht, einschließlich einer ausgewählten Kombination jener Halbleitermaterialien, Fotolackschichten und Deckschichten, die hierin als repräsentative Beispiele erwähnt werden.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen daher jede ausgewählte Kombination eines Halbleitermaterials zum Züchten der Nanostruktur, eines Katalysatormaterials und einer Deckschicht, einschließlich einer ausgewählten Kombination jener Halbleitermaterialien, Katalysatormaterialien und Deckschichten, die hierin als repräsentative Beispiele erwähnt werden.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen daher jede ausgewählte Kombination eines Halbleitermaterials zum Züchten der Nanostruktur, eines Katalysatormaterials und einer Fotolackschicht, einschließlich einer ausgewählten Kombination jener Halbleitermaterialien, Katalysatormaterialien und Fotolackschichten, die hierin als repräsentative Beispiele erwähnt werden.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen daher jede ausgewählte Kombination eines Halbleitermaterials zum Züchten der Nanostruktur, eines Substrats, einer Fotolackschicht, eines Katalysatormaterials und/oder einer Deckschicht, einschließlich einer ausgewählten Kombination jener Halbleitermaterialien, Katalysatormaterialien, Fotolackschichten und/oder Deckschichten, die hierin als repräsentative Beispiele erwähnt werden.
  • Jede der hierin beschriebenen Kombinationen kann von den Fachleuten ausgewählt werden.
  • Wie im weiter unten folgenden Kapitel mit den Beispielen gezeigt wird, wurde das hierin beschriebene Verfahren für das Synthetisieren von Si-, Ge- und SiGe-Nanodrähten mit einer großen Vielfalt an zweidimensionalen Formen erfolgreich umgesetzt. Demnach wurden durch den Dampf-Flüssigkeit-Feststoff(VLS)-Mechanismus Oberflächen-Halbleiter-Nanodrähte mit einer großen Vielfalt an zweidimensionalen Formen, wie beispielsweise geknickten (verschiedene Drehwinkel), sinusförmigen, linearen und spiralförmigen Formen gezüchtet, was die Fähigkeit zur Umsetzung jeder gewünschten Geometrie demonstriert. Es wurde gezeigt, dass Nanodrähte auf einer Vielfalt von Substraten, einschließlich Silicium-Wafer, Quarz, Glasfolien und sogar auf Kunststoffsubstraten (z. B. Kapton HN), wachsen. Die Abmessungen der Nanodrähte wurden gemäß der Kanalbreite und der Dicke der aufdampften Opferschicht bestimmt.
  • Das hierin offenbarte Verfahren ermöglicht die Herstellung von Nanostrukturen mit vorbestimmter, scharf kontrollierter Dichte, Position und Anzahl der synthetisierten Nanodrähten. Die Anwendung des offenbarten Verfahrens ermöglicht das Züchten von hoch komplexen Nanodrahtsystemen, wie beispielsweise kontrollierten Kreuzlinienanordnungen, verzweigten Nanodrahtstrukturen, nanoröhrenförmigen optische Oberflächenelementen und dreidimensionalen nanodrahtbasierten Sonden für Rastermikroskopieanwendungen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „etwa” auf +–10%.
  • Die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „enthält”, „enthaltend”, „aufweisend” und ihre Konjugate bedeuten „umfassend, ohne darauf beschränkt zu sein”.
  • Der Begriff „bestehend aus” bedeutet „ umfassend und darauf beschränkt”.
  • Der Begriff „im Wesentlichen bestehend aus” bedeutet, dass die Zusammensetzung, das Verfahren oder die Struktur zusätzliche Bestandteile, Schritte und/oder Teile umfassen kann, aber nur wenn die zusätzlichen Bestandteile, Schritte und/oder Teile die grundlegenden und neuartigen Charakteristiken der beanspruchten Zusammensetzung, des beanspruchten Verfahrens oder der beanspruchten Struktur nicht wesentlich verändern.
  • Wie hierin verwendet, sollen die Einzahlformen „ein”, „eine” und „der, die, das” auch die Mehrzahlformen umfassen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes nahelegt. Zum Beispiel kann der Begriff „eine Verbindung” oder „mindestens eine Verbindung” eine Mehrzahl von Verbindungen, einschließlich Mischungen davon, umfassen.
  • Die gesamte Anmeldung hindurch können verschiedene Ausführungsformen dieser Erfindung in einem Bereichsformat dargestellt sein. Es versteht sich von selbst, dass die Beschreibung im Bereichsformat lediglich der Einfachheit und Kürze dient und nicht als eine unflexible Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung ausgelegt werden sollte. Demgemäß sollte die Beschreibung eines Bereichs so gesehen werden, dass sie auch alle möglichen Unterbereiche sowie numerischen Einzelwerte innerhalb dieses Bereichs spezifisch offenbart hat. Zum Beispiel sollte die Beschreibung eines Bereichs wie beispielsweise von 1 bis 6 so gesehen werden, dass sie auch die Unterbereiche wie beispielsweise von 1 bis 3, von 1 bis 4, von 1 bis 5, von 2 bis 4, von 2 bis 6, von 3 bis 6 usw. sowie die einzelnen Zahlen innerhalb dieses Bereichs, zum Beispiel 1, 2, 3, 4, 5 und 6, spezifisch offenbart hat. Die gilt ungeachtet des Umfangs des Bereichs.
  • Wann immer hierin ein numerischer Bereich angegeben wird, bedeutet dies, dass jede erwähnte Zahl (Bruch- oder ganze Zahl) innerhalb des angegebenen Bereichs enthalten ist. Die Ausdrücke „im Bereich zwischen” einer ersten angegebenen Zahl und einer zweiten angegebenen Zahl und „im Bereich von/reicht von” einer ersten angegebenen Zahl „bis” zu einer zweiten angegebenen Zahl werden hierin austauschbar verwendet und sind so zu verstehen, dass sie die ersten und zweiten angegebenen Zahlen sowie alle Bruch- und ganzen Zahlen dazwischen umfassen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Verfahren” auf Formen, Mittel, Techniken und Prozeduren zum Erreichen einer bestimmten Aufgabe, einschlich, ohne darauf beschränkt zu sein, jener Arten und Weisen, Mittel, Techniken und Prozeduren, die entweder den Fachleuten auf dem Gebiet der Chemie, Medizin, Pharmakologie, Biologie, Biochemie und Medizin bekannt sind oder von diesen aus bekannten Arten und Weisen, Mitteln, Techniken und Prozeduren leicht entwickelt werden können.
  • Es ist zu erkennen, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, welche der Klarheit halber im Kontext getrennter Ausführungsformen beschrieben werden, auch in einer einzigen Ausführungsform in Kombination bereitgestellt werden können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale der Erfindung, welche der Kürze halber im Kontext einer einzelnen Ausführungsformen beschrieben werden, auch getrennt oder in jeder geeigneten Unterkombination oder wie geeignet in einer beliebigen anderen beschriebenen Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt werden. Bestimmte Merkmale, die im Kontext von verschiedenen Ausführungsformen beschrieben werden, können nicht als wesentliche Merkmale dieser Ausführungsformen angesehen werden, sofern die Ausführungsform ohne diese Elemente nicht funktionsunfähig ist.
  • Verschiedene Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung, wie hierin zuvor skizziert und im nachfolgenden Abschnitt mit den Ansprüchen beansprucht, finden experimentelle Unterstützung in den folgenden Beispielen.
  • BEISPIELE
  • Es wird nun auf die folgenden Beispiele Bezug genommen, welche die Erfindung zusammen mit den vorstehenden Beschreibungen einiger Ausführungsformen der Erfindung in nicht einschränkender Weise veranschaulichen:
  • MATERIALIEN UND VERFAHREN
  • Materialien und Systeme:
  • Sofern nicht anders angegeben, wurden alle Materialien so verwendet, wie vom angegebenen Anbieter gekauft.
  • Oxidierte Silicium-Wafer wurden von Silicon Quest International erhalten.
  • Kapton NH-Substrat wurde von DuPont erhalten.
  • Quarz-Substrate wurden von verschiedenen Anbietern erhalten.
  • Gold wurde von verschiedenen Anbietern gekauft.
  • ZEP520A Fotolack und ZED-N50 Entwickler wurden von Zeon Chemicals gekauft.
  • Dimethylacetamid- und Gold-Ätzmittel (KI/I2/H2O-Lösung) wurden von Sigma-Aldrich gekauft.
  • LOR-3A Copolymer, PG Entferner (Handelsname; NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon) und S-1805 Fotolack wurden von der MicroChem Corp. gekauft.
  • Polyimid Pyralin PI 2808 wurde von HD MicroSystems gekauft.
  • MF 319 Entwickler (Handelsname) wurde von Shipley gekauft. Methylisobutylketon (MIBK) wurde von Sigma erhalten.
  • Die chemische Abscheidung aus der Gasphase wurde unter Verwendung eines hausgemachten Heißwandsystem für chemische Abscheidung aus der Gasphase durchgeführt.
  • Das reaktive Ionenätzen wurde unter Verwendung von HPD/RIE (Plasma hoher Dichte/reaktiver Ionenätzer) Nextral 860 durchgeführt.
  • Charakterisierung der Probe:
  • SEM-Bilder wurden unter Verwendung eines Umfeldabtastelektronenmikroskop (ESEM für engl. environmental scanning electron microscope) mit FEI Quanta 200 Feldemissionsstrahler (FEG für engl. field emission gun) erhalten.
  • Die kristallografischen mikroskopischen Eigenschaften der Drähte wurden durch ein System zur Rückstreuelektronenbeugungs (EBSD) unter Verwendung von HKL-Oxford Channel 5 mit einem Nordly II Detektor unter den folgenden Bedingungen analysiert: Neigungsposition in Bezug auf den Hauptelektronenstrahl 70°, Arbeitsabstand 15 mm und Energie des Hauptelektronenstrahls 20 keV. Die EBSD wurde in einem Umfeldabtastelektronenmikroskop (ESEM) mit FEI Quants 200 Feldemissionsstrahler (FEG) durchgeführt. EBSD Kikuchi-Muster wurden von ausgewählten Punkten auf dem Sekundärelektron(SE)-Drahtbild für nanoskalige kristallografische Informationen gesammelt.
  • Die elektrischen Messungen wurden durchgeführt, wie zuvor beschrieben.
  • BEISPIEL 1
  • Synthese von formkontrollierten Si- und Ge-Nanodrähten auf Substraten
  • Synthese von formkontrollierten Si- und Ge-Nanodrähten auf Silicium-Substraten:
  • Ein schematische Skizze einer beispielhaften allgemeinen Prozedur zum Synthetisieren von Si- oder G-Nanodrähten auf einem Silicium-Wafersubstrat gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist in 1A bis K dargestellt, wie folgt.
  • Herstellung von vorbehandelten Silicium-Wafern (Fig. 1A):
  • Wafer wurden durch Tränken in Lösungsmittel(n) und Spülen in entionisiertem Wasser gereinigt, und nach dem Trocknen wurden die gereinigten Wafer mit Fotolack beschichtet, wie in 1A dargestellt.
  • In einer beispielhaften Prozedur wurden Silicium-Wafer, die optional eine Siliciumoxidschicht (z. B. eine 600 nm dicke thermische Siliciumoxidschicht (SiO2)) enthielten, durch Tränken in Aceton und Isopropylalkohol (IPA) jeweils für einen Zeitraum von 5 Minuten, gefolgt von Spülen mit entionisiertem Wasser und anschließendem Tränken in einem Gemisch mit H2SO4 (97% in Wasser) H2O2 (30% in Wasser) in einem Verhältnis von jeweils 3:1 für etwa 5 Minuten vorbehandelt. Die Wafer wurden danach gründlich mit entionisertem Wasser gespült und unter einem trockenen Stickstoffstrom getrocknet. Die gereinigten Wafer wurden mit ZEP520A Fotolack durch Schleudern unter Verwendung einer mit 5000 U/min betriebenen Schleuderbeschichtungsvorrichtung für 60 Sekunden beschichtet, gefolgt von 3-minütigem Härten bei 180°C auf einer Heizplatte.
  • Muster von Silicium-Wafer (Fig. 1B und C):
  • Offene Gräben einer gewünschten Form, Größe, Anzahl, Dichte, Orientierung und Lage werden durch direkte Elektronenstrahlbelichtung auf die auf den Wafer aufgebrachte Fotolackfilmschicht gemustert, wie in 1B dargestellt.
  • Alternativ erfolgt das Muster durch Nanoprägelithografie(NIL für engl. nanoimprint lithography)-Masken der gewünschten Eigenschaften.
  • Die Bildung von Gräben erfolgt durch chemisches Trockenätzen in einem reaktiven Ionenätzer (RIE), wie in 1C dargestellt. Die Tiefe des formkontrollierten Grabens kann zwischen 10 nm und 500 nm moduliert werden.
  • In einer beispielhaften Prozedur wurden vorbehandelte Silicium-Wafer, die mit ZEP520A Fotolack beschichtet waren und so hergestellt wurden, wie hierin zuvor beschrieben, durch Elektronenstrahllithografie gemustert, um vorbestimmte Gräben mit einer Vielfalt von Abmessungen, Formen und Orientierungen einzutragen, wie in 1B für eine geknickte Nanodrahtstruktur veranschaulicht.
  • Der gemusterte Wafer wurde durch 30 Sekunden langes Eintauchen in ZED-N50 Entwickler entwickelt, worauf 10 Sekunden langes Spülen mit Methylisobutylketon (MIBK) und anschließendes Trocknen unter einem trockenen Stickstoffstrom folgten.
  • Die gewünschten Gräben in der SiO2-Schicht wurden durch chemisches Trockenätzen in einem reaktiven Ionenätzer (RIE) unter Verwendung der folgenden Bedingungen hergestellt: CHF3-Durchflussrate 50 sccm, O2-Durchflussrate 2 sccm, He-Durchflussrate 15 sccm, Gesamtdruck 15 mTorr und HF-Plasma 40 W, um einen mit Gräben versehenen Wafer zu erhalten.
  • Aufbringen von Gold (Fig. 1D und E):
  • Die Gräben werden dann mit Gold gefüllt, das sowohl als das zum Definieren der umschlossenen Kanäle benötigte Opfermaterial (wie hierin im Folgenden ausführlich beschrieben und in 4 dargestellt) als auch als der Katalysator für das VLS-Wachstum der Nanodrähte dient, wie in 1D dargestellt. Eine Haftschicht kann z. B. durch Elektronenstrahlabscheidung vor dem Aufbringen des Goldes aufgetragen werden. Anschließend wird der Fotolackfilm abgehoben, um die mit Gold gefüllten Linien auf dem Substrat zu enthüllen, wie in 1E dargestellt.
  • In einer beispielhaften Prozedur wurde eine 1,5 nm dicke Titanschicht durch Elektronenstrahlverdampfung aufgetragen. Danach wurde eine Goldschicht von 50 nm durch Elektronenstrahlverdampfung bei einem Basisdruck von 10–7 Torr und einer Verdampfungsrate von 1 nm/s auf die Oberfläche des Wafers aufgedampft, um dadurch einen mit Gräben versehenen Wafer mit Goldbeschichtung zu erhalten.
  • Die Entfernung der Fotolackschicht erfolgte durch 30-minütiges Eintauchen in N,N-Dimethylacetamid, worauf 5 bis 10 Sekunden langes Spülen mit entionisertem Wasser und IPA und Trocknen unter einem trockenen Stickstoffstrom folgten.
  • Bilden von umschlossenen Tunneln (Fig. 1F bis H):
  • Die Öffnungen der Tunnel werden durch Lithografie definiert, wie in 1F dargestellt, und es wird eine Deckschicht (z. B. eine Siliciumdioxid-Deckschicht) über dem Substrat aufgebracht (z. B. durch ICP-PECVD), wie in 1G dargestellt. Der restliche Fotolack wird abgehoben, wie in 1H dargestellt, und das unter der Deckschicht verborgene Gold wird durch Nassätzen unter Verwendung eines Goldätzmittels kontrolliert entfernt, um formkontrollierte Nanotunnel zu bilden, wie in 1I dargestellt.
  • Kurze Längen (z. B. in der Größenordnung von mehreren hundert nm und optimalerweise weniger als 200 nm) von Goldklümpchen werden am Ende des Nanotunnels zurückgelassen, um während des VLS-Schritts als Katalysatoren für das Wachstum von Nanodrähten zu dienen. Goldsegmente größerer Länge können zur Spaltung des Metallkatalysators während des Wachstums der Nanodrähte und zu Nanodrähten geringerer Qualität führen. Demnach wird das Ätzverfahren durch Eintauchen des Substrats in entionisertes DI-Wasser beendet. Die Dauer des Ätzverfahrens, bis es beendet wird, kann durch Mikroskop-Auswertung des Verfahrensablaufs und/oder durch Bezugnahme auf eine entsprechende Kalibrierkurve bestimmt werden.
  • In einer beispielhafte Prozedur erfolgten das Aufbringen von LOR-3A Copolymer und das anschließende Aufbringen von S-1805 Fotolack auf das Substrat durch 40 Sekunden langes Schleudern bei 4000 U/min, worauf 5-minütiges Härten bei 185°C und 1,5-minütiges Härten bei 110°C auf einer Heizplatte folgten. Der fotogemusterte Wafer wurde dann durch 1-minütiges langes Eintauchen in MF 319 Entwickler entwickelt, worauf 10 Sekunden langes Spülen mit Wasser und anschließendes Trocknen unter einem trockenen Stickstoffstrom folgten.
  • Das Aufbringen einer Siliciumdioxid-Deckschicht erfolgte danach unter Verwendung von chemischer Abscheidung aus der Gasphase mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-PECVD) bei 150°C und einer SiH4-Durchflussrate von 200 sccm, einer O2-Durchflussrate von 50 sccm, einem Gesamtdruck von 80 mTorr und einem ICP-Plasma von 300 W mit einem Bias-Plasma von 50 W.
  • Der restliche Fotolack wurde durch Abheben in einem PG-Entferner bei 70°C für 30 Minuten entfernt. Der Wafer wurde danach mit entionisertem Wasser und IPA 5 bis 10 Minuten lang gespült und unter einem trockenen Stickstoffstrom getrocknet, um dadurch die Abdeckung der Hohlraumöffnung zu entfernen und die Goldtunnel freizulegen.
  • Die Opfergoldschicht, die unter der Siliciumdioxid-Deckschicht verborgen war, wurde dann durch Nassätzen mit einem standardmäßigen Goldätzmittel in kontrollierter Weise entfernt. Das Ätzverfahren wird durch Eintauchen des Substrats in entionisertes DI-Wasser beendet. Die Beendigung des Ätzprozesses wird so bestimmt, wie hierin zuvor beschrieben.
  • Bilden von gemusterten Nanodrähten (Fig. 1J und K):
  • Das Wachstum von Si- oder Ge-Nanodrähten erfolgt dann ein einem CV-Reaktor unter Verwendung eines Heißwand- oder Kaltwand-CVD-Reaktors durch den VLS-Mechanismus, wie in 1J dargestellt. Schließlich wird die Siliciumdioxid-Deckschicht durch chemisches Trockenätzen in einem reaktiven Ionenätzer (RIE) entfernt, wie in 1K dargestellt, um dadurch formkontrollierte Halbleiter-Nanodrähte im Wafer zu erhalten.
  • Die Dauer der CVD wird vorzugsweise so gesteuert, dass sie beendet wird, sobald der Tunnel gefüllt ist. Andernfalls entweichen, falls das CVD-Verfahren fortgesetzt wird, Nanodrähte aus der Nanotunnelbegrenzung, was zum ungelenkten Wachstum von Nanodrähten größerer Durchmesser führt (siehe. zum Beispiel 3A und B).
  • In einer beispielhaften Prozedur wurden Si-Nanodrähte durch CVD gebildet, die bei 460°C unter Verwendung von SiH4 bei einer Durchflussrate von 5 sccm, verdünnt mit Ar bei einer Durchflussrate von 10 sccm bei 25 Torr ausgeführt wurde.
  • In einer anderen beispielhaften Prozedur wurden Ge-Nanodrähte durch CVD gebildet, die bei 280°C unter Verwendung von 10% GeH4 bei einer Durchflussrate von 40 sccm, verdünnt mit H2 bei einer Durchflussrate von 200 sccm bei 400 Torr ausgeführt wurde.
  • Die Entfernung der Siliciumdioxid-Deckschicht durch chemisches Trockenätzen in einem reaktiven Ionenätzer (RIE) erfolgte unter Anwendung der folgenden Bedingungen: CHF3-Durchflussrate 100 sccm, O2-Durchflussrate 3 sccm, He-Durchflussrate 15 sccm, Gesamtdruck 50 mTorr und HF-Plasma 200 W.
  • Synthese von formkontrollierten Si- und Ge-Nanodrähten auf anderen Substraten:
  • Unter Anwendung der zuvor beschriebenen Prozedur wurden formkontrollierte Si- und Ge-Nanodrähte auf verschiedenen Oberflächen hergestellt, während die Prozedur zur Vorbehandlung der Oberflächen angepasst wurde, falls und wie gewünscht.
  • Zum Beispiel wurden formkontrollierte Nanodrähte auf einer Kapton HN-Oberfläche gezüchtet. Der Kapton-Film wird durch Reinigen mit Sauerstoffplasma vorbehandelt und danach mit einem Polyimid beschichtet, um seine Rauheit zu steigern. Der vorbehandelte Kapton-Film wird dann dem gleichen synthetischen Prozessablauf, wie für die vorbehandelten Silicium-Wafer beschrieben (und in 1A bis K dargestellt), ohne den Schritt des RIE-Ätzens unterzogen.
  • In einer beispielhaften wurde ein Kapton-Film durch Reinigen mit Sauerstoffplasma unter den folgenden Bedingungen vorbehandelt: 100 W und 50 sccm O2 für 180 Sekunden. Der Film wurde danach durch Schleuderbeschichtung unter Verwendung eines 5 Sekunden langen Schleuderns bei 500 U/min, gefolgt von 30 Sekunden bei 2000 U/min mit Polyimid Pyralin PI 2808 beschichtet.
  • Danach wurde der Film durch Härten bei 100°C für 60 Minuten, 200°C für 30 Minuten und dann 300°C für 60 Minuten vollständig polymerisiert. Der vorbehandelte Kapton-Film wurde dann umgesetzt, wie hierin zuvor für Silicium-Wafer beschrieben.
  • Ähnlich wurde die hierin für das Züchten von Silicium-Nanostrukturen in einem Silicium/Silika-Wafer beschriebene Prozedur zum Züchten von Nanostrukturen auf einem Quarz-Substrat angewendet.
  • BEISPIEL 2
  • Versuchsergebnisse
  • Morphologie- und formkontrollierte Nanodrähte:
  • Mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM für engl. scanning electron microscope) aufgenommene Bilder von beispielhaften Nanodrähten, die eine große Vielfalt an zweidimensionalen Formen aufweisen und auf Silicium-Wafern hergestellt wurden, wie in Beispiel 1 hierin zuvor beschrieben, sind in 2A bis K dargestellt und zeigen die volle Kapazität der hierin offenbarten Methodologie zur Züchtung mit Formlenkung.
  • Wie in 2A bis D dargestellt, wurden geknickte Si- und Ge-Nanodrahtstrukturen mit verschiedenen Drehwinkeln von 80° bis 120° erfolgreich hergestellt. Wie in 2E bis G zu sehen ist, wurden sinusförmige Nanodrähte mit verschiedenen Perioden erfolgreich hergestellt. Wie in 1H zu sehen ist, wurden noch komplexere Formen wie Spiralen erfolgreich hergestellt.
  • Wie in 2I zu sehen ist, kann die Kontrollierbarkeit auch durch Modulieren der Morphologie des Nanodrahts entlang seiner axialen Richtung durch die ausgewählte Grabenbildung erreicht werden. Demnach wird gezeigt, dass kontinuierliche Nanodrähte von hoher morphologischer Qualität selbst bei den spitzesten Drehwinkeln erhalten werden.
  • Die erhaltenen SEM-Bilder bestätigen ferner, dass das Wachstum der Nanodrähte die gesamte Synthese hindurch über einen katalytischen VLS-Prozess erfolgt. Infolgedessen zeigen zum Beispiel die gelben Pfeile in 2A, 2C und 2E auf die Spitze des wachsenden Drahtes, an welcher der Goldkatalysator deutlich sichtbar ist.
  • Das VLS-basierte Wachstum der Nanodrähte wird durch die SEM-Bilder, die in 3A und B dargestellt sind, weiter unterstützt. Wie darin dargestellt, entweichen, wenn zugelassen wird, dass die CVD-Prozedur fortfährt, Nanodrähte aus der Nanotunnelbegrenzung, was zum ungelenkten Wachstum von Nanodrähten größerer Durchmesser führt. Insbesondere zeigen diese Ergebnisse, dass die Tröpfchen des Goldkatalysators die Form und die Abmessungen des Nanotunnels unter Begrenzung annehmen, was schließlich zu Nanodrähten führt, welche die Form der ursprünglichen Nanotunnel widerspiegeln.
  • Wie in 4A bis D zu sehen ist, kann die Dicke des Nanodrahtes durch die Dicke der aufgebrachten Opfergoldschicht innerhalb der Tunnel kontrolliert werden. Demnach wurden Nanodrähte verschiedener Breiten hergestellt.
  • 5A und B zeigen die Durchführbarkeit und die Kontrollierbarkeit des Nanodrahtwachstums mit Formlenkung auf anderen Substraten als Silicium-Wafern. Demnach stellt 5A ein SEM-Bild eines auf einem Quarz-Substrat erhaltenen, sinusförmigen Si-Nanodrahtes dar, das unter Niedervakuumbedingungen aufgenommen (oder unter Verwendung eines Niedervakuum-SM-Modus erhalten) wurde. 5B stellt ein SEM-Bild eines auf einem Kapton-Substrat gezüchteten linearen Ge-Nanodrahtes dar, das unter ähnlichen Bedingungen aufgenommen wurde.
  • Diese Ergebnisse zeigen, dass die offenbarte Methodologie das direkte Wachstum von Nanodrähten auf Kapton-Substraten bei so hohen Temperaturen wie 450°C ohne jegliche sichtbare Beeinträchtigung der Kapton-Flächen ermöglicht. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, lääst sich daraus schließen, dass die Siliciumoxidschicht, die auf die Oberseite des Kapton-Substrats aufgebracht ist, die Kunststoffoberfläche vor thermischem Abbau während des Nanodrahtwachstums schützt.
  • Es wird daher gezeigt, dass die offenbarte Methodologie für das kontrollierte Wachstum von Halbleiter-Nanodrähten direkt auf temperaturempfindlichen und/oder flexiblen Substraten an der Verwendungsstelle angewendet werden kann, ein Merkmal von großem Potenzial für elektronische, optoelektronische und Sensorvorrichtungen der Zukunft.
  • Insgesamt wird gezeigt, dass der offenbarte Syntheseansatz eine perfekte Kontrolle der zwei- und eindimensionalen Morphologien der resultierenden Nanodrahtelemente ermöglicht. Diese Ergebnisse stellen in der Tat einen klaren Beweis dafür bereit, dass dieses Verfahren universell ist und verwendet werden kann, um Halbleiter-Nanodrahtstrukturen jeder gewünschten zweidimensionalen Geometrie auf einem beliebigen Substrat zu erreichen.
  • Kristallografische Eigenschaften:
  • Um die kristallografischen Eigenschaften des Nanodrahtes zu erhalten, wurde in Anlehnung an frühere Studien [siehe Prikhodko et al. Ultramicroscopy 2008, 109, (1), 133–138; Deal et al. Surface and Interface Analysis 2005, 37, (11), 1017–1020; und Barkay et al. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 2008, 21, (2), 145–150] das Verfahren der Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) bei hoher Auflösung angewendet. 6A bis D stellen die Daten dar, die für Si-Nanodrähte verschiedener Formen (6A bis C) und für mehrfach geknickte Ge-Nanodrähte (6D) erhalten wurden. Wie daraus zu ersehen ist, weisen alle gewachsenen Nanodrähte auf den Wafern kristalline Strukturen auf. Es ist klar zu erkennen, dass Nanodrähte, die auf die Nanotunneln begrenzt sind, jede Form, sogar mit spitzen Drehwinkeln, annehmen können, ohne zur Beendigung des Wachstums der Nanodrähte zu führen. Die EBSD-Ergebnisse zeigen, dass Nanodrähte entlang ihrer gesamten Länge hoch kristallin sind.
  • Elektrische Messungen:
  • Die elektrischen Messungen erfolgten unter Verwendung einer elektrischen Vorrichtung, wie in den Inserts von 7 dargestellt. Die Messungen wurden an einem geraden Teilstück eines zickzackförmigen (mehrfach geknickten; schwarze Kurve) und an einer linearen (rote Kurve) Si-Nanodrahtstruktur durchgeführt. Wie in 7 dargestellt, beeinflusst das Vorhandensein des Knicks bzw. Drehpunkts die elektrische Leistung des Nanodrahtes nicht negativ, was ein weiterer Hinweis darauf ist, dass der Nanodraht kontinuierlich ist und einen hohe morphologische Qualität entlang seiner gesamten Länge, sogar an den Knick-/Drehpunkten aufweist.
  • Obwol die Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen davon beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass für Fachleute viele Alternativen, Modifikationen und Varianten zu erkennen sind. Demgemäß ist beabsichtigt, dass sie alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Varianten umfasst, die unter den Erfindungsgedanken und in den erweiterten Schutzumfang der angehängten Ansprüche fallen.
  • Sämtliche in dieser Spezifikation erwähnten Publikationen, Patente und Patentanmeldungen werden durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in die Spezifikation aufgenommen, und zwar in dem gleichen Umfang, als wäre für jede einzelne Publikation, jedes einzelne Patent oder jede einzelne Patentanmeldung eigens und individuell angegeben worden, dass sie durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Außerdem sollte die Erwähnung oder Festellung eines Literaturhinweises in dieser Anmeldung nicht als eine Anerkennung dessen ausgelegt werden, dass dieser Literaturhinweis als Stand der Technik in Bezug auf die vorliegende Erfindung gilt. Soweit für die einzelnen Abschnitte Titel verwendet werden, sollten diese nicht als unbedingt einschränkend ausgelegt werden.
  • 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 Patentliteratur
    • WO 2011/038228 [0005]
    • US 7538337 [0009]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Tian et al. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, (12), 824–9 [0004]
    • Chen et al. Nano Letters 2010, 10, (3), 864–868 [0006]
    • Geblinger et al. Nat. Nano 2008, 3, (4), 195–200 [0007]
    • Prikhodko et al. Ultramicroscopy 2008, 109, (1), 133–138 [0264]
    • Deal et al. Surface and Interface Analysis 2005, 37, (11), 1017–1020 [0264]
    • Barkay et al. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 2008, 21, (2), 145–150 [0264]

Claims (56)

  1. Nanostruktursystem, umfassend: ein Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche; und eine Nanostruktur, die innerhalb der ersten Hauptfläche im Allgemeinen parallel dazu und im Allgemeinen bündig damit eingebettet ist.
  2. System nach Anspruch 1, umfassend eine Mehrzahl von Nanostrukturen.
  3. System nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Nanostrukturen als eine dreidimensionale Kreuzlinienanordnung angeordnet ist.
  4. System nach Anspruch 3, wobei die Kreuzlinienanordnung eine dreidimensionale Kreuzlinienanordnung mit mindestens zwei Ebenen an verschiedenen vertikalen Stellen in Bezug auf die erste Hauptfläche ist, und wobei Nanostrukturen einer der mindestens zwei Ebenen von Nanostrukturen einer anderen der mindestens zwei Ebenen beabstandet angeordnet sind.
  5. Nanostruktursystem, umfassend eine Mehrzahl von Nanostrukturen, die als eine dreidimensionale Kreuzlinienanordnung angeordnet sind.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die Kreuzlinienanordnung eine dreidimensionale Kreuzlinienanordnung mit mindestens zwei Ebenen ist, und wobei Nanostrukturen einer der mindestens zwei Ebenen von Nanostrukturen einer anderen der mindestens zwei Ebenen beabstandet angeordnet sind.
  7. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Nanostruktur aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist.
  8. Nanostruktursystem nach Anspruch 7, wobei das Halbleitermaterial mindestens ein Material umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium, Germanium, einer Silicium-Germanium-Legierung, einer Silicium-Kohlenstoff-Legierung, einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung, Galliumnitrid, Galliumarsenid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Indiumnitrid, einem Halbleitermaterial der Verbindung III-V, einem Halbleitermaterial der Verbindung II-VI und einem organischen Halbleitermaterial besteht.
  9. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat aus mindestens einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silica, Silicium, GaN, InP, GaAs, InGaP, Si3N4, Al2O3, ZnO, ZrO2, Quarz, Glas, einem Polymer oder Copolymer und Kunststoff sowie einer beliebigen Kombination davon besteht.
  10. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Nanostruktur eine Form aufweist, die aus der Gruppe bestehend aus gerade, geknickt, gewellt, kurvenförmig, spiralförmig, serpentinenartig, zykloid und beliebigen Kombinationen davon ausgewählt ist.
  11. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei wenigstens ein Teil der Nanostruktur die Form einer Raumkurve aufweist.
  12. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Nanostruktur eine im Wesentlichen einheitliche Kristallinität aufweist.
  13. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Nanostruktur eine uneinheitliche Kristallinität aufweist.
  14. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7 bis 13, wobei die Nanostruktur ein Reliefmuster über einer freigelegten Oberfläche des Substrats bildet.
  15. Nanostruktursystem, umfassend ein Substrat und eine Nanostruktur, die durch ein Verfahren hergestellt ist, das ein Züchten der Nanostruktur in situ innerhalb eines Grabens, der im Substrat ausgebildet ist, und Aufweisen im Graben eines Metallkatalysators umfasst, der zum Katalysieren des Wachstums unter derartigen Bedingungen ausgewählt ist, dass das Wachstum durch den Graben gelenkt wird.
  16. Nanostruktursystem nach Anspruch 15, wobei das Wachstum unter derartigen Bedingungen erfolgt, dass die Richtung des Wachstums im Allgemeinen parallel zu gegenüberliegenden Hauptflächen des Substrats ist.
  17. Nanostruktursystem nach Anspruch 15, wobei der Graben wenigstens teilweise innerhalb des Substrats unter einer Schutzschicht verborgen ist, die während des Wachstum eine der Hauptflächen abdeckt.
  18. Nanostruktursystem nach Anspruch 17, wobei der Graben ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende aufweist, wobei der Metallkatalysator am geschlossenen Ende ist, und wobei das Wachstum im Allgemeinen entlang einer Richtung erfolgt, die vom geschlossenen Ende zum offenen Ende weist.
  19. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 17 und 18, wobei das Verfahren ferner ein Entfernen der Schutzschicht umfasst, um die Nanostruktur freizulegen.
  20. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Metallkatalysator eine Länge von höchstens 300 nm entlang einer Längsrichtung des Grabens einnimmt.
  21. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei ein linearer Abstand zwischen einem ersten Ende des Grabens und einem zweiten Ende des Grabens mindestens 1 μm beträgt.
  22. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Substrat mit einer Mehrzahl von Gräben ausgebildet ist, und wobei das Verfahren ein Züchten einer Nanostruktur in situ innerhalb wenigstens zweier der Mehrzahl von Gräben umfasst.
  23. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei das Verfahren ferner ein Anordnen des Metallkatalysators innerhalb des Grabens vor dem Züchten umfasst.
  24. Nanostruktur nach Anspruch 23, wobei das Anordnen umfasst: Aufdampfen eines Metallkatalysatormaterials in den Graben, um den Graben wenigstens teilweise durch das Metallkatalysatormaterial zu füllen; und Abätzen eines Abschnitts des Metallkatalysatormaterials vom Graben unter kontrollierten Bedingungen, die so ausgewählt sind, dass ein Rest des Metallkatalysatormaterials innerhalb des Grabens bewahrt wird.
  25. Nanostruktur nach Anspruch 24, wobei das Aufdampfen des Metallkatalysatormaterials in den Graben ein Aufdampfen des Metallkatalysatormaterials auf eine Oberfläche des Substrats, die den Graben umfasst, und Entfernen des Metallkatalysatormaterials von der Oberfläche umfasst, um dadurch den Metallkatalysatormaterial nur im Graben zu belassen.
  26. Nanostruktur nach Anspruch 25, wobei das Entfernen durch ein Abhebeverfahren erfolgt.
  27. Nanostruktur nach einem der Ansprüche 23 und 24, ferner umfassend ein Bilden des Grabens im Substrat.
  28. Nanostruktur nach Anspruch 27, wobei das Bilden durch ein Lithografieverfahren, gefolgt von einem Ätzverfahren erfolgt.
  29. Nanostruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei der Graben ein verzweigter Graben mit mindestens einem Verzweigungspunkt ist, der ein erstes Grabenteilstück, das in den Verzweigungspunkt eintritt, mit Grabenteilstücken verbindet, die aus dem Verzweigungspunkt austreten.
  30. Nanostruktur nach Anspruch 29, wobei das Wachstum entlang einer Richtung vom ersten Grabenteilstück erfolgt und durch den Verzweigungspunkt und in jeden der Gräben und in mindestens zwei der Grabenteilstücke verläuft, die aus dem Verzweigungspunkt austreten.
  31. Nanostruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei das Verfahren ferner ein Abdecken einer Oberfläche des Substrats durch eine Schutzschicht umfasst, um den Graben unter der Schutzschicht zu verbergen.
  32. Nanostruktur nach Anspruch 31, wobei das Verfahren ferner ein Bilden einer Öffnung in der Schutzschicht an einem Ende des Substrats umfasst, um einen Graben mit offenem Ende zu bilden.
  33. Nanostruktur nach Anspruch 31, wobei das Substrat mit einer Mehrzahl von Gräben ausgebildet ist, die so angeordnet sind, dass sie eine Kreuzlinienanordnung mit mindestens einer ersten Gruppe von Gräben mit einer ersten Tiefe und einer zweiten Gruppe von Gräben mit einer zweiten Tiefe bildet, die geringer als die erste Tiefe ist, und wobei das Züchten ein Züchten von Nanostrukturen innerhalb der ersten Gruppe von Gräben ohne Züchten von Nanostrukturen innerhalb der zweiten Gruppe von Gräben und anschließendes Züchten von Nanostrukturen innerhalb der zweiten Gruppe von Gräben umfasst.
  34. Nanostruktur nach Anspruch 33, wobei während des Wachstums der Nanostrukturen innerhalb der ersten Gruppe die Gräben in der ersten Gruppe auf einer Seite offen sind und die Gräben in der zweiten Gruppe auf beiden Seiten geschlossen sind, und wobei das Verfahren ferner ein Bilden einer Öffnung auf einer Seite der Gräben in der zweiten Gruppe vor dem Züchten der Nanostrukturen innerhalb der zweiten Gruppe umfasst.
  35. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 32, wobei das Wachstum durch chemische Abscheidung aus der Gasphase erfolgt.
  36. Nanostruktursystem, umfassend ein Substrat und eine Nanostruktur, die durch ein Verfahren hergestellt ist, das umfasst: Bilden eines Grabens im Substrat; Aufbringen im Graben eines Metallkatalysatormaterials, das zum Katalysieren des Wachstums einer Nanostruktur innerhalb des Grabens in der Lage ist; wenigstens teilweise Abdecken des Substrats und des gefüllten Grabens mit einer Schutzschicht, derart dass der Graben wenigstens teilweise unter der Schutzschicht verborgen ist; teilweises Abätzen des Metallkatalysatormaterials, um einen Rest des Metallkatalysatormaterials innerhalb des Grabens zu bewahren; Züchten der Nanostruktur innerhalb des Grabens; und Entfernen der Schutzschicht.
  37. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 36, wobei die Nanostruktur aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist.
  38. Nanostruktursystem nach Anspruch 37, wobei das Halbleitermaterial mindestens ein Material umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium, Germanium, einer Silicium-Germanium-Legierung, einer Silicium-Kohlenstoff-Legierung, einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung, Galliumnitrid, Galliumarsenid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Indiumnitrid, einem Halbleitermaterial der Verbindung III-V, einem Halbleitermaterial der Verbindung II-VI und einem organischen Halbleitermaterial besteht.
  39. Nanostruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 38, wobei der Metallkatalysator mindestens ein Material umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Gold, Nickel, Aluminium, Cobalt, Silber, Kupfer, Platin, Chrom, Titan, Palladium und Eisen besteht.
  40. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 39, wobei das Substrat aus mindestens einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silica, Silicium, GaN, InP, GaAs, InGaP, Si3N4, Al2O3, ZnO, ZrO2, Quarz, Glas, einem Polymer oder Copolymer und Kunststoff sowie einer beliebigen Kombination davon besteht.
  41. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 40, wobei der Graben eine Form aufweist, die aus der Gruppe bestehend aus gerade, geknickt, gewellt, kurvenförmig, spiralförmig, serpentinenartig, zykloid und beliebigen Kombinationen davon ausgewählt ist.
  42. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 40, wobei wenigstens ein Teil der Nanostruktur die Form einer Raumkurve aufweist.
  43. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 42, wobei die Nanostruktur eine im Wesentlichen einheitliche Kristallinität aufweist.
  44. Nanostruktursystem nach einem der Ansprüche 15 bis 42, wobei die Nanostruktur eine uneinheitliche Kristallinität aufweist.
  45. Nanostruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 44, wobei das Verfahren ein selektives Entfernen von Wänden des Grabens umfasst, derart dass die Nanostruktur ein Reliefmuster über einer freigelegten Oberfläche des Substrats bildet.
  46. Elektronisches Schaltungsanordnungssystem, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  47. Optoelektronisches System, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  48. Sensor, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  49. Diodensystem, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  50. Transistorsystem, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  51. Speichersystem, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  52. Bildgebungssystem, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  53. Anzeigesystem, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  54. Projektoranzeigesystem, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  55. Identifizierungskennzeichnungssystem, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
  56. Smartcard-System, umfassend die Nanostruktur oder das System nach einem der Ansprüche 15 bis 45.
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