EP4301904A1 - Vorrichtung und verfahren zum benutzerfreundlichen und zuverlässigen galvanischen wachsen einer vielzahl von nanodrähten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum benutzerfreundlichen und zuverlässigen galvanischen wachsen einer vielzahl von nanodrähten

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Publication number
EP4301904A1
EP4301904A1 EP22707698.1A EP22707698A EP4301904A1 EP 4301904 A1 EP4301904 A1 EP 4301904A1 EP 22707698 A EP22707698 A EP 22707698A EP 4301904 A1 EP4301904 A1 EP 4301904A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
electrolyte
nanowires
chamber
growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22707698.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olav Birlem
Florian DASSINGER
Sebastian Quednau
Farough ROUSTAIE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanowired GmbH
Original Assignee
Nanowired GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanowired GmbH filed Critical Nanowired GmbH
Publication of EP4301904A1 publication Critical patent/EP4301904A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/006—Nanostructures, e.g. using aluminium anodic oxidation templates [AAO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/04—Wires; Strips; Foils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/02—Tanks; Installations therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/12—Process control or regulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the galvanic growth of a large number of nanowires on a substrate.
  • Nanowires can be obtained via galvanic processes or using methods that are known from thin-film technology. What many known methods have in common is that they require complex machines and therefore usually only (can) be used in laboratories and clean rooms. In particular, most of the known methods are not suitable for industry.
  • nanowires obtained vary greatly in their properties and in particular in terms of their quality.
  • the nanowires from different growth processes regularly differ, sometimes significantly, even if the same or the same machines, starting materials and/or recipes are used.
  • the quality of nanowires often depends in particular on the ability of the user of a corresponding device or the user of a corresponding method, on environmental influences and/or simply on chance. All of this is made more difficult by the fact that nanowires are structures that sometimes cannot be visualized even with a light microscope. Extensive investigations may therefore be necessary in order to be able to determine the properties described (and in particular the fluctuations in them) at all.
  • a device for the galvanic growth of a large number of nanowires on a substrate comprises a substrate holder and a housing in which a chamber, a control unit and a reservoir for an electrolyte are arranged, the device being set up to grow the plurality of nanowires from the electrolyte onto the substrate when the substrate holder with the Substrate is inserted into the chamber.
  • the device described is preferably set up to grow nanowires in an automated manner.
  • the device can be set up in particular for industrial use.
  • Nanowires can be produced with the device described.
  • a nanowire is understood here to mean any material body that has a wire-like shape and a size in the range from a few nanometers to a few micrometers.
  • a nanowire can, for example, have a circular, oval or polygonal base. In particular, a nanowire have a hexagonal base.
  • the nanowires preferably have a length in the range from 100 nm [nanometers] to 100 m ⁇ ti [micrometers], in particular in the range from 500 nm to 60 m ⁇ ti.
  • the length of the nanowires is preferably distributed with a standard deviation ranging from 5 to 20%.
  • the nanowires preferably have a diameter in the range from 10 nm to 10 mh%, in particular in the range from 30 nm to 4 m ⁇ ti.
  • the term diameter refers to a circular base area, with a base area deviating from this, a comparable definition of a diameter is to be used. It is particularly preferred that all the nanowires used have the same length and the same diameter.
  • the device described can be used for a wide variety of nanowire materials. Electrically conductive materials, in particular metals such as copper, silver, gold, nickel, tin and platinum, are preferred as the material for the nanowires. Copper is particularly preferred here. However, non-conductive materials such as metal oxides are also preferred. All nanowires are preferably formed from the same material.
  • the nanowires can be grown on the surface of the substrate with the device.
  • the surface of the substrate is preferably designed to be electrically conductive. Unless the surface of the substrate is part of an otherwise non-electrical is conductive substrate, the electrical conductivity z. B. can be achieved by metallization. So e.g. B. a non-electrically conductive substrate can be coated with a thin layer of metal. In particular, an electrode layer can be produced by the metallization. Depending on the material of the surface of the substrate and/or the electrode layer, it may be useful to provide an adhesive layer between the surface of the substrate and the electrode layer, which provides adhesion between the surface of the substrate and the electrode layer.
  • the substrate can be a silicon substrate.
  • the substrate can be a body that is provided with electrically conductive structures.
  • this can be a silicon chip or a so-called printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the growth of the nanowires is also possible on a variety of other surfaces, such as glass, ceramics and polymers.
  • the substrate can be rigid or flexible.
  • the device is preferably suitable for substrates which have an extension of up to 80 cm in each direction parallel to the surface to be overgrown and/or which have an extension of 1 m ⁇ ti to 100 mm transversely to the surface to be overgrown.
  • 12-inch wafers can be used as the substrate.
  • the substrate can, for example, have an extent of 30 ⁇ 40 cm in a plane parallel to the surface to be grown over.
  • the nanowires can be grown galvanically in pores of a film on the surface of the substrate.
  • An electrolyte is used for this.
  • 600 ml of the electrolyte can be sufficient to completely cover a 12-inch wafer with nanowires.
  • the electrolyte is provided with the reservoir.
  • the reservoir is preferably filled with the electrolyte.
  • the device also preferably has at least one connection via which the reservoir for the electrolyte can be connected in such a way that the electrolyte can be used for the growth of the nanowires.
  • the connection is preferably designed in such a way that the reservoir is opened by the connection when it is connected and is closed by the connection when it is disconnected from the connection. The reservoir is therefore opened or closed automatically.
  • the container can have an opening which is closed with a valve which is opened when connecting the connection through the connection and which closes again when the reservoir is disconnected from the port.
  • the reservoir is therefore closed unless the reservoir is connected to the port.
  • the reservoir can be changed without a user being able to come into contact with the electrolyte.
  • the device described is particularly safe.
  • the reservoir can also be referred to as a cartridge.
  • the nanowires can be provided with a particularly uniform quality if the foil lies tightly against the surface of the substrate during growth and the electrolyte is evenly distributed over the foil.
  • an elastic element that is permeable to the electrolyte can lie against the foil.
  • An electrolyte can be supplied to the foil by the elastic element and the foil can be held on the surface of the substrate. If, after a first growth step, the nanowires have grown to such an extent that the foil is held on the surface of the substrate by the nanowires, the elastic element can be removed. In a second growth step, no elastic element is used, so that the electrolyte can be evenly distributed over the surface of the substrate.
  • the foil is preferably formed with a plastic material, in particular with a polymer material.
  • the foil has a multitude of continuous pores in which the nanowires can be grown.
  • the fact that the pores of the film are continuous is preferably realized in such a way that the pores form continuous channels from a top side of the film to a bottom side of the film.
  • the pores are cylindrical.
  • the pores it is also possible for the pores to be in the form of channels with a curved course.
  • a pore can have a circular, oval or polygonal base area, for example.
  • a pore can have a hexagonal base area.
  • the pores are preferably uniform (ie the pores preferably do not differ in terms of size, shape, arrangement and/or distance from adjacent pores).
  • the pores are preferably (particularly completely) filled with the electrodeposited material. This gives the nanowires the size, shape and arrangement of the pores.
  • the properties of the nanowires to be grown can be determined or influenced by the choice of the foil or the pores in it.
  • the film can therefore also be referred to as a “template”, “template film” or “stencil”.
  • the pores in the film can obtained by irradiating the film with high-energy heavy ions.
  • the ions can have energies ranging from MeV to GeV.
  • the foil can be removed, for example with a plasma or with a solvent.
  • the nanowires are then exposed.
  • the device has a housing in which all other elements of the device are preferably arranged.
  • the device can be regarded as a compact machine.
  • the housing preferably has a floor area of at most 1 m 2 [square meter]. This is possible because, in particular, the chamber, the control unit and the reservoir for the electrolyte are arranged together in the housing.
  • the housing preferably has a rectangular base.
  • the housing preferably has a height of 1 to 3 m [meters], in particular 1.5 to 2.5 m.
  • the housing is preferably made of a metal, in particular stainless steel.
  • the material of the housing preferably has a coating, in particular on an outside of the housing.
  • the housing can be made of coated stainless steel. The coating can protect the housing from chemicals.
  • the housing includes the chamber into which a substrate holder can be inserted.
  • the chamber preferably has a receptacle for the substrate holder.
  • the substrate holder is set up to hold the substrate to be covered with the nanowires. Once the substrate holder with the substrate is inserted into the chamber, the nanowires can be grown onto the substrate. This is done in such a way that the nanowires are galvanically grown from the electrolyte onto a surface of the substrate.
  • the substrate holder is preferably designed as a drawer. This means that the substrate holder can be pushed into the receptacle, for example via guide rails arranged laterally in the chamber. It is preferred that the drawer can be completely separated from the rest of the device. Alternatively, a maximum extension of the drawer may be limited such that the drawer cannot be moved beyond the maximum extension.
  • the device preferably has a drive for moving the substrate holder.
  • the substrate holder can be manually moved to an insertion position are automatically drawn into the receptacle from there with the drive.
  • the substrate holder can be moved out of the receptacle in an automated manner, in particular into a removal position, which is preferably identical to the insertion position.
  • the substrate holder can be removed manually from the removal position.
  • the device can be set up to move the substrate holder into and out of the receptacle completely manually. It is also conceivable for a device with a drive for the substrate holder to be operated either with an automatically moved substrate holder or with a manually moved substrate holder.
  • the device preferably has a locking device for locking the substrate holder in the receptacle.
  • the detent is preferably designed such that the detent has an active and a deactivated state.
  • the lock can therefore be switched on and off.
  • an electromagnet can be provided, which holds the substrate holder in the receptacle when switched on. In this way, the substrate holder can be secured with the locking device during the growth of the nanowires in the receptacle. After the growth of the nanowires is complete, the lock can be deactivated and the substrate holder can be removed from the holder.
  • the chamber is preferably lockable.
  • the chamber can be accessible via an opening in a housing wall, so that the substrate holder can be inserted through the opening into the chamber and into the receptacle.
  • the opening can be closed with a flap, for example.
  • the chamber is preferably liquid and gas tight. In this way, a desired atmosphere for the growth of the nanowires can be created inside the chamber.
  • chemicals can be prevented from escaping from the chamber.
  • the chamber can preferably be locked.
  • the opening can be closed with a flap and the flap can be held in its position by a lock. This can prevent accidental opening of the chamber during a growth process.
  • the chamber is preferably formed between a boundary of a material that is resistant to the chemicals used in the growth of the nanowires, such as steel or plastic.
  • the chamber preferably has a respective supply for at least one chemical.
  • the electrolyte used to grow the nanowires can be provided.
  • the electrolyte can be fed into a depression of the substrate holder, for example, via the corresponding supply, so that the electrolyte comes into contact with the substrate arranged in the depression.
  • a supply for water can be provided, in particular for deionized water (DI water). This can be used to rinse the substrate after the nanowire growth is complete. It is thus possible to prevent residues of the electrolyte from escaping the device with the substrate.
  • DI water deionized water
  • the chamber preferably has at least one outlet.
  • an outlet can be provided through which the electrolyte can be let out of the chamber once the growth of the nanowires is complete.
  • An outlet for the water used for rinsing can also be provided.
  • the electrolyte and water can be discharged from the chamber through the same outlet or through different outlets.
  • the chamber preferably has a ventilation opening. Gases in the chamber can be let out of the chamber via this. In this way, a user can be protected from harmful gases escaping from the chamber when it is opened.
  • the gases can be evacuated from the chamber via the ventilation opening and replaced with fresh air or an inert atmosphere, for example.
  • the extracted gases can be cleaned, for example.
  • an electrode that is set up for the growth of the nanowires is preferably arranged in the chamber.
  • the electrode is preferably held on a stamp.
  • the stamp can preferably be moved automatically.
  • the electrode can be brought into contact with the electrolyte via the stamp to grow the nanowires.
  • An elastic element placed on the film like a sponge, can be pressed onto the film with a stamp. This allows the film to be held in place.
  • the stamp can also have an electrolyte distributor. In this way, the electrolyte can be fed via the stamp to the surface of the substrate to be covered with growth.
  • the electrolyte distributor can have a large number of outlets on an outlet side, so that the electrolyte can be supplied uniformly via the electrolyte distributor to the surface of the substrate to be grown.
  • the electrode can be attached to the outlet side of the lyte distributor be trained. The outlets can thus connect to corresponding through-openings in the electrode, so that the electrolyte can pass through the electrode via the through-openings.
  • a control unit is also arranged in the housing.
  • the control unit is preferably set up to control the growth of the nanowires.
  • the control unit can, for example, set the electrical voltage or the electrical current that is used to grow the nanowires.
  • the control unit can set a dosage, a pressure and/or a flow rate of the electrolyte.
  • the growth of the nanowires can be automated by the control unit.
  • the control unit is preferably set up to set a length of the nanowires to be grown and/or a growth rate.
  • the storage container preferably has an identification via which the control unit can identify the storage container.
  • the control unit can be connected to an identification sensor.
  • the identification can be a bar code, which can be recognized with a bar code scanner as an identification sensor.
  • the identification can also be an RFID chip, which can be recognized as an identification sensor with a corresponding reading device. By identifying the reservoir, for example, it can be recognized whether the correct electrolyte has been provided.
  • the substrate holder preferably includes electronics configured to affect the growth of the nanowires.
  • the control unit is preferably connected to the substrate holder via an interface when the substrate holder is inserted into the chamber.
  • the interface can include, for example, one or more plug connections.
  • the plug-in connections are preferably designed in such a way that the electronics of the substrate holder are connected to the control unit when the substrate holder is inserted into the receptacle. A separate action by an operator, for example connecting cables, is not required in this case.
  • the control unit is preferably set up to process signals output by the electronics of the substrate holder and/or to output control signals to the electronics of the substrate holder.
  • the control unit preferably has a database and/or is set up to access an external database. to grab.
  • the control unit can communicate with an external database via an internet connection. Parameters that have been transmitted from the electronics of the substrate holder to the control unit can be compared with corresponding expected values from the database. In the event of discrepancies, for example, a warning signal can be output, the process can be interrupted and/or a correction can be made automatically via a corresponding control signal.
  • a corresponding control signal can also be used to control heating of the substrate holder with the control unit. A temperature of the substrate can be set via the heater.
  • the device preferably has a display means and/or an operating means, which are connected in particular to the control unit.
  • the display means and/or the operating means are preferably held in or on the housing in such a way that they are accessible to a user.
  • Information about the growth process can be displayed to the user via the display means, and the user can control the process via the operating means.
  • the display means and the operating means can also be embodied as a display and operating means, for example as a touch screen.
  • the control unit is preferably set up to monitor and/or control the lock. If the device has a drive for moving the substrate holder, the control unit is preferably set up to monitor and/or control the drive. If the device has a chamber which can be closed by a flap that can be locked with a lock, the control unit is preferably set up to monitor and/or control the locking. For example, the control unit can recognize that the substrate holder has been inserted into the insertion position and, in response to this, use appropriate control signals to cause the substrate holder to be automatically drawn into the receptacle, locked there with the catch and the opening of the chamber with the flap closed and the flap locked.
  • control unit can monitor that the detent and the latch are and remain active. After the growth of the nanowires is complete, the control unit can use appropriate control signals to release the locking of the flap and the flap is opened and that the lock is released and the substrate holder is automatically moved into the removal position.
  • the substrate is preferably prepared in a clean room.
  • a structuring layer can be applied to the , into which omissions are introduced, for example by a lithographic process.
  • the nanowires can be grown only in the gaps or only outside of the gaps. In this way, the nanowires can be selectively grown locally on the substrate. If, for example, nanowires are only to be obtained on metallic pads, these pads can first be produced lithographically.
  • the pads for the galvanic growth of the nanowires can be connected, for example, by growing a 100 nm layer of gold or copper onto a 20 nm layer of chromium or tungsten-titanium. These layers can be removed by lift-off or selective etching after growth with the nanowires on top that are not required.
  • the pads can, for example, have an edge length of 3 m ⁇ ti and a pitch of 3 m ⁇ ti.
  • an oxygen plasma can be used at 350 mbar, 100 W for one minute.
  • the foil can be applied - to the substrate itself or, if a patterning layer is used, to the patterning layer.
  • the elastic element can also be placed on the foil as part of the preparation of the substrate.
  • the substrate After the substrate has been prepared, it no longer needs to be kept under clean room conditions. After preparation, the substrate can be taken out of the clean room and fed to the device described.
  • the device can be used outside of a clean room. So it doesn't have to be clean room compliant. Nevertheless, it is preferred that the device is designed to be purely space-conforming. If the device is used in a clean room, the nanowires grown with the device can be protected even after the substrate holder has been removed from the chamber.
  • the device has a plurality of accommodation spaces for a respective reservoir for an electrolyte.
  • the accommodation spaces are preferably formed in the housing, in particular outside the chamber.
  • the device also preferably has at least one connection via which a storage container for an electrolyte can be connected in such a way that the corresponding electrolyte can be used for the growth of the nanowires. If several reservoirs are arranged in a corresponding receiving space in the housing, the connection can optionally be connected to one of the reservoirs. If there is more than one connection, several reservoirs can be connected at the same time. In this case, the control unit can be used to select which of the corresponding electrolytes is or are to be used for the growth of the nanowires.
  • the device can have a respective connection for each of the receiving spaces.
  • the device has a plurality of storage containers for a respective electrolyte.
  • the reservoirs are particularly preferably filled with a respective electrolyte.
  • the reservoirs can be filled with the same or different electrolytes.
  • the storage containers preferably have an identification via which the control unit can identify the storage containers.
  • the device comprises an electrolyte conditioner.
  • the electrolyte conditioner is preferably arranged in the housing.
  • the electrolyte conditioner is set up to condition the electrolyte used to grow the nanowires.
  • the electrolyte prepared in this way can be used for a further growth process.
  • the electrolyte can be prepared with the electrolyte conditioner after each growth process or after a certain number of growth processes.
  • the electrolyte processor can also be set up for various preparations of the electrolyte. For example, a first treatment can be carried out after each growth process and a second treatment can be carried out after a specific number of growth processes instead of the first treatment. This is particularly useful if the second treatment is more intensive than the first treatment.
  • the electrolyte conditioner is preferably set up to the electrolyte to clean. Alternatively or additionally, the electrolyte conditioner is set up to add a substance to the electrolyte. This can change the chemical composition of the electrolyte. For this purpose, the electrolyte conditioner can be connected to a corresponding container in which the substance is provided.
  • the device is designed to automatically clean areas that come into contact with the electrolyte during operation.
  • the device can be set up to clean the chamber, in particular an inside of the chamber.
  • the device can be set up to clean electrolyte lines.
  • the cleaning preferably takes place automatically, for example by spraying the inside of the chamber with a cleaning fluid and/or by passing a cleaning fluid through the electrolyte lines.
  • the cleaning fluid can be water.
  • the device can be cleaned for a subsequent growth process, in particular if the growth processes are carried out with different electrolytes.
  • the chamber has a compressed air supply.
  • Compressed air can be introduced into the chamber via the compressed air supply, for example in order to remove a liquid from the substrate after the growth process has ended.
  • the compressed air inside the chamber can be directed onto the substrate through a nozzle and/or through an automatically moved compressed air hose.
  • the compressed air can also be used to clean the chamber.
  • an interior of the chamber is formed of an electrolyte-resistant material, preferably plastic.
  • control unit is set up to determine at least one parameter assigned to the reservoir.
  • the storage container can have an identification.
  • the control unit can use the at least one parameter assigned to the reservoir determine by the control unit retrieving the at least one parameter from a database after the reservoir has been identified.
  • the device can include one or more sensors, with which at least one parameter can be determined and transmitted to the control unit.
  • the parameters associated with the reservoir are in particular: an age of the electrolyte in the reservoir, a chemical composition of the electrolyte in the reservoir, a fill level of the electrolyte in the reservoir, a temperature of the electrolyte in the reservoir.
  • control unit is set up to determine a flow and/or a pressure of the electrolyte.
  • the "and" case is preferred.
  • the flow and/or the pressure of the electrolyte By measuring the flow and/or the pressure of the electrolyte, it can be determined how much electrolyte is available for the growth of the nanowires.
  • the flow and/or the pressure of the electrolyte are preferably measured in an electrolyte line, via which the electrolyte can be conducted from the reservoir into the chamber.
  • the flow and/or the pressure of the electrolyte are regulated to a predetermined target value with the control unit.
  • the device also has a pump for pumping the electrolyte from the reservoir into the chamber, the pump being held in a damped manner on a support which is held in a damped manner in the housing.
  • the pump is preferably connected via the port to the reservoir.
  • the electrolyte can be conducted from the reservoir into the chamber via an electrolyte line.
  • the electrolyte line can project into the chamber in such a way that the electrolyte can be introduced into a depression in the substrate holder within the chamber. Once the substrate has been placed in the depression, the substrate can thus be brought into contact with the electrolyte.
  • the pump can cause vibrations. These can impair the growth process of the nanowires. Therefore the pump is kept damped.
  • the pump is doubly damped to the extent that the Pump is held damped on a carrier which is damped held in the housing th.
  • a filter for the electrolyte is also arranged in the housing.
  • the filter is preferably a particle filter or an activated carbon filter.
  • Two filters for the electrolyte are particularly preferably arranged in the housing.
  • One of the filters can be a particle filter and the other filter can be an activated carbon filter.
  • the HEPA filter can be used after each growth process, while the activated carbon filter is used instead of the HEPA filter after a certain number of growth processes.
  • the filter or filters are preferably part of the electrolyte conditioner.
  • the HEPA filter can be used for the first treatment, while the activated carbon filter is used for the second treatment.
  • a gripper for removing an elastic element resting on the substrate is arranged in the chamber.
  • the gripper With the gripper, the elastic element can be automatically removed from the film. As a result, the entire method can be carried out automatically, which means that errors can be avoided.
  • the gripper can be designed as a needle gripper, for example.
  • the nanowires can be grown in two growth periods.
  • the elastic element in a first growth period, the elastic element can lie against the film.
  • the film can be held on the substrate by the elastic element.
  • the elastic element can then be lifted off the film with the gripper.
  • the nanowires can be grown without the elastic element. This is possible because the foil is already held to the substrate by the nanowires. Without the elastic element, the electrolyte can be better distributed, so that the nanowires can grow more evenly.
  • the device also comprises a (in particular electrically driven) mangle for squeezing out the electrolyte from the elastic element when the elastic element has been removed from the film with the gripper.
  • a (in particular electrically driven) mangle for squeezing out the electrolyte from the elastic element when the elastic element has been removed from the film with the gripper.
  • the mangle can have two rollers between which the elastic element is moved. In this case, pressure can be exerted on the elastic element with the rollers, so that the elastic element releases electrolyte which is located in the elastic element. This allows a significant part of the electrolyte to be removed from the elastic element and reused.
  • a movable shelf can be arranged in the chamber in such a way that the elastic element can be laid down with the gripper on the movable shelf.
  • the elastic element can be gripped with the gripper and lifted off the upper surface of the substrate.
  • the movable tray can then be pushed between the surface of the substrate and the elastic element.
  • the elastic element can be deposited on the movable tray and released by the gripper.
  • the elastic element can then be transported away with the movable tray.
  • the elastic element can then be removed from the movable shelf. This can be done automatically, for example by moving the movable shelf in such a way that the elastic element can no longer follow the movement of the movable element from a point of separation.
  • the separation point can result, for example, from the fact that the movable shelf is guided into a shelf receptacle that does not offer any space for the elastic element. In this case, the elastic element remains caught on the edge of the shelf receptacle.
  • the elastic element can be placed in a compartment from which the elastic element can be removed manually.
  • the movable shelf can be moved automatically, for example by a motor.
  • the movable tray is preferably formed of a flexible material such as plastic.
  • the mobile shelf can be stowed away to save space when not in use.
  • the moveable tray can be guided over a deflection roller so that the moveable tray can be stowed rotated 90° relative to the surface of the substrate when not required.
  • the device also comprises a cleaning device for cleaning the movable tray.
  • the cleaning device is preferably set up to spray a cleaning fluid onto the movable tray. This can be done, for example, after the elastic element has been carried away with and removed from the movable shelf.
  • the cleaning device is preferably arranged in such a way that the movable tray is guided past the cleaning device after the elastic element has been removed from the movable tray.
  • the device further comprises a voltage source which is connected to an electrode and the substrate in order to apply an electrical voltage for the growth of the nanowires.
  • the voltage source serves to provide the electrical current required for the galvanic growth.
  • the voltage source is connected to the sub strate, in particular to the surface of the substrate to be grown over.
  • the voltage source is preferably set up to generate a pulsed voltage, in particular with a pulse frequency in the range from 0.1 to 10 ms. Experiments have shown that the quality of the nanowires can be improved with a pulsed voltage.
  • the arrangement also includes a reference electrode which is connected to the surface of the substrate.
  • the growth of the nanowires can be monitored with the reference electrode.
  • the reference electrode can be used to measure the voltage that is present between the electrode and the reference electrode.
  • the arrangement can include one or more reference electrodes.
  • the electrode is preferably connected to the voltage source via a first cable.
  • the surface of the substrate to be grown is preferably connected to the voltage source via a second cable.
  • the reference electrode is preferably connected to a voltmeter via a third cable.
  • the surface of the substrate is preferably connected to the strain gauge with a fourth cable, in particular independent of the second cable.
  • the second cable and the fourth cable are preferably each connected directly to the surface of the substrate.
  • the surface of the substrate can have a respective have ges contact pads, via which the second cable and the fourth cable are connected to the surface of the substrate, for example by means of a respective conductive tape.
  • the reference electrode is therefore not only connected to the surface of the substrate in that the reference electrode is connected to a branch of the second cable. It has been found that, in contrast, direct connection of the reference electrode to the surface of the substrate yields more accurate results.
  • the substrate and the reference electrode are preferably held together by the substrate holder when the nanowires are grown on the substrate.
  • the first cable, the second cable, the third cable and the fourth cable can each be divided into several sections which are connected to one another, for example via plug connections.
  • the second cable, the third cable and/or the fourth cable can each be divided into sections such that a respective transition between two adjacent sections of the corresponding cable is arranged on an edge of the substrate holder designed as a drawer.
  • the drawer can have a corresponding connector for each of these three cables.
  • the voltage measuring device and the voltage source are preferably arranged inside the housing and outside the chamber.
  • a method for the galvanic growth of a multiplicity of nanowires on a substrate with a device which has a substrate holder and a housing with a chamber, a control unit and a reservoir for an electrolyte, and wherein the method comprises: a) placing the substrate in the substrate holder, b) inserting the substrate holder into the chamber, c) galvanic growth of the nanowires from the electrolyte onto the substrate.
  • the special advantages and features of the device can be applied and transferred to the method and vice versa.
  • the device is preferably set up for operation according to the method.
  • the method is preferably carried out using the device described.
  • step c) the substrate is preferably heated.
  • a temperature of the substrate is preferably between 15°C and 100°C in step(s).
  • an elastic element is placed on the substrate before step a), step c) being carried out for a first growth period, and the method further comprising: d) removing the elastic element with a gripper, and e ) for a second growth period, continuing to galvanically grow the plurality of nanowires from the electrolyte.
  • Fig. 2 a schematic representation of a part of the device from Fig. 1,
  • Fig. 3 an interconnection of a reference electrode for the device
  • Fig. 4a and 4b other elements of the arrangement of Fig. 1 and 2 in two different states which.
  • Fig. 1 shows a device 1 for the galvanic growth of a multiplicity of nanowires 2 (shown in Fig. 2) on a surface 27 of a substrate 3.
  • the device 1 comprises a substrate holder 4 designed as a drawer and a receptacle 5 designed in a chamber 18 for the substrate holder 4.
  • the receptacle 5 has guide rails 25, via which the substrate holder 4 can be inserted into the receptacle 5 and pulled out of the receptacle 5.
  • the substrate holder 4 can be locked in the receptacle 5 with a locking device 26 .
  • the substrate holder 4 is accommodated by the receptacle 5 .
  • the device 1 is set up to grow the multiplicity of nanowires 2 on the substrate 3 when the substrate holder 4 with the substrate 3 is accommodated in the receptacle 5 as shown.
  • the substrate holder 4 has electronics 6 which are set up to influence the growth of the nanowires 1 .
  • the substrate holder 4 has an interface 7 designed as a plug connection, via which the electronics 6 are connected to a control unit 8 of the device 1 when the substrate holder 4 is accommodated in the receptacle 5 as shown.
  • the control unit 8 is also connected to a touchscreen as a display and operating device 23 .
  • the control unit 8 is set up in particular to determine a flow and/or a pressure of the electrolyte.
  • the device 1 can be used to carry out the following method for galvanically growing a multiplicity of nanowires 2 on the substrate 3: a) placing the substrate 3 in the substrate holder 4, b) inserting the substrate holder 4 into the chamber 18, c) galvanically growing the Nanowires 2 on the substrate 3.
  • a film 28 (which cannot be seen in detail in FIG. 1) with continuous pores 29 (which can be seen in FIG. 2) rests on the substrate 3 .
  • a sponge rests on the foil 28 as an elastic element 19 , via which an electrolyte can be released onto the foil 28 .
  • An electrode 12 rests on the elastic element 19 .
  • the nanowires 2 can be grown by applying an electrical voltage between the surface 27 of the substrate 3 and the electrode 12 .
  • the elec rode 12 is held by a stamp 20 and can be moved by means of a drive 21 via this.
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 influence the growth of the nanowires 2 according to step c).
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 includes a digitization unit 9, which is connected to the control unit 8 for digital communication.
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 includes a sensor system 10, which is formed by two sensors in the embodiment shown.
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 includes a memory 24. Growth parameters, for example, which are taken into account during the growth of the nanowires 2, can be stored in this memory.
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 are set up to regulate an electrical voltage or an electrical current for the growth of the nanowires 2 .
  • the electronics 6 is also connected to a heater 14, with which the substrate 3 can be heated.
  • the device 1 has a housing 34 within which the chamber 18 is formed.
  • An interior 45 of chamber 18 is formed of an electrolyte resistant material.
  • the receptacle 5 for the substrate holder 4 is in the chamber 18 formed so that the substrate holder 4 can be accommodated by the chamber 18 .
  • the chamber 18 has an opening 17 through which the substrate holder 4 can be inserted into the chamber 18 and moved out of the chamber 18 .
  • the Publ voltage 17 can be closed with a flap 16.
  • the flap 16 can be locked with a lock 22 .
  • the device 1 is set up to grow the multitude of nanowires 2 from the electrolyte onto the substrate 3 when the substrate holder 4 with the substrate 3 is inserted into the chamber 18 .
  • the housing 34 there are also three reservoirs 35 for a respective electrolyte.
  • One of the reservoirs 35 is connected to an electrolyte line 37 via a connection 36 and a pump 41 .
  • the electrolyte can be introduced into the substrate holder 4 via the electrolyte line 37 and used for the growth of the nanowires 2 .
  • the pump 41 is designed to pump the electrolytic electrolyte from the reservoir 35 into the chamber 18 .
  • the pump 41 is held damped by means of a damper 43 on a carrier 42 which is held damped in the housing 34 by means of a further damper 43 .
  • the connection 36 has a sensor (not shown) with which the storage container 35 can be identified via the control unit 8 and at least one parameter assigned to the storage container 35 can be determined.
  • a filter 44 for the electrolyte and an electrolyte conditioner 46 are also arranged in the housing 34 .
  • the filter 44 and the electrolyte conditioner 46 are integrated into the electrolyte line 37 .
  • Details of the electrolyte conditioner 46 are not shown for the sake of clarity.
  • the electrolyte conditioner 46 can be connected via a line to a container, via which the electrolyte conditioner 46 is supplied with substances that can be used for the electrolyte condition.
  • FIG. 2 shows part of the device 1 from FIG. 1 in a schematic representation.
  • the substrate 3 is shown with the surface 27 of the substrate 3 on which the nanowires 2 are to be grown.
  • a film 28 is placed on the surface 27 of the substrate 3 and has a multiplicity of continuous pores 29 in which the nanowires 2 can be grown from an electrolyte.
  • the surface 27 of the substrate 3 has a structuring layer 31 with omissions 32 .
  • the nanowires 2 can be grown in the gaps 32 only. The growth of the nanowires 2 can thus take place locally selectively.
  • the elastic element 19 which is permeable to the electrolyte, is placed on the film 28 . The electrolyte can are brought into contact with the film 28 via the elastic element 19 .
  • FIG. 1 shows part of the device 1 from FIG. 1 in a schematic representation.
  • the substrate 3 is shown with the surface 27 of the substrate 3 on which the nanowires 2 are to be grown.
  • a film 28 is placed on the surface 27 of the substrate 3
  • FIG. 2 shows a voltage source 30 (not shown in FIG. 1 for the sake of clarity), which is connected to an electrode 12 and the surface 27 of the substrate 3 in order to apply an electrical voltage for the growth of the nanowires 2 .
  • the voltage source 30 is also connected to the control unit 8 .
  • the electrode 12 can be pressed with a stamp 20 against the elastic element 19 who the.
  • FIG. 3 shows further elements of the device 1 from FIGS. 1 and 2. For the sake of clarity, not all elements from FIGS. 1 and 2 are shown in FIG. 3, and vice versa.
  • a reference electrode 11 is also shown in FIG.
  • the reference electrode 11 is connected to the surface 27 of the substrate 3 via a voltmeter 33 .
  • the voltage source 30 and the reference electrode 11 are connected to the surface 27 of the substrate 3 independently of one another.
  • FIGS. 4a and 4b show further elements of the device 1 from FIGS. 1 and 2. For the sake of clarity, not all elements from FIGS. 1 and 2 are shown in FIG. 4a and 4b, and vice versa. It can be seen in FIGS. 4a and 4b in particular that the device 1 has a gripper 38 for removing the elastic element 19 from the film 28.
  • FIG. 4a shows the state in which the elastic element 19 rests on the film 28 on the surface 27 of the substrate 3.
  • FIG. The elastic element 19 can be gripped with the gripper 38 and lifted off the surface 27 of the substrate 3 . This is shown in Figure 4b.
  • the device 1 includes a drive 39 for the automated actuation of the gripper 38.
  • the device 1 also includes a movable support 15 for the elastic element 19.
  • FIG. 4b the movable shelf 15 is pushed between the surface 27 of the substrate 3 and the elastic element 19.
  • FIG. 4b the elastic element 19 can be placed on the movable tray 15 .
  • the elastic element 19 can be transported away with the movable tray 15 by the movable tray 15 being moved back into its state shown in FIG. 4a.
  • the elastic element 19 can be detached from the movable shelf 15, for example, in that the elastic element 19 does not follow the movement of the movable shelf 15 downwards.
  • the movable tray 15 can be cleaned with a cleaning device 40.
  • the movable tray 15 can be sprayed with a cleaning fluid by the cleaning device 40 .
  • the device 1 also has an electrically driven mangle 13 for squeezing the electrolyte out of the elastic element 19 when the elastic element 19 has been removed from the foil 28 with the gripper 38 .
  • the mangle 13 has two rollers between which the elastic element 19 can be moved under the action of force.
  • the method described for Fig. 1 can be carried out with the gripper 38 to the extent that an elastic element 19 is placed on the substrate 3 before step a), that step c) is carried out for a first growth period, and that the The method further comprises: d) removing the elastic element 19 with the gripper 38, and e) for a second growth period, continuing to galvanically grow the plurality of nanowires 2 from the electrolyte.

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Abstract

Vorrichtung (1) zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten (2) auf einem Substrat (3), umfassend einen Substrathalter (4) und ein Gehäuse (34), in welchem eine Kammer (18), eine Steuerungseinheit (8) und ein Vorratsbehälter (35) für einen Elektrolyten angeordnet sind, wobei die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, die Vielzahl von Nanodrähten (2) aus dem Elektrolyten auf das Substrat (3) zu wachsen, wenn der Substrathalter (4) mit dem Substrat (3) in die Kammer (18) eingesetzt ist.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BENUTZERFREUNDLICHEN UND ZUVERLÄSSIGEN GALVANISCHEN WACHSEN EINER VIELZAHL VON NANODRÄHTEN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einem Substrat.
Es sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen Nanodrähte hergestellt werden können. Beispielsweise können Nanodrähte über galvanische Prozesse oder mittels Verfahren, die aus der Dünnschichttechnologie bekannt sind, erhalten werden. Vielen bekannten Verfahren ist gemein, dass diese komplexe Maschinen erfordern und insbesondere deshalb üblicherweise nur in Labors und in Reinräumen eingesetzt wer den (können). Insbesondere sind die meisten bekannten Verfahren nicht industrie tauglich.
Auch haben viele bekannte Vorrichtungen und Verfahren den Nachteil, dass die erhaltenen Nanodrähte stark in ihren Eigenschaften und insbesondere hinsichtlich ihrer Qualität variieren. Regelmäßig unterscheiden sich die Nanodrähte aus verschie denen Wachstumsvorgängen auch dann zum Teil erheblich, wenn die gleichen oder dieselben Maschinen, Ausgangsmaterialien und/oder Rezepturen verwendet werden. Oft hängt die Qualität von Nanodrähten insbesondere von dem Können des Nutzers einer entsprechenden Vorrichtung bzw. des Anwenders eines entsprechenden Verfah rens, von Umwelteinflüssen und/oder auch schlicht vom Zufall ab. Erschwert wird all dies dadurch, dass es sich bei Nanodrähten um Strukturen handelt, die teilweise auch mit einem Lichtmikroskop nicht zu visualisieren sind. Daher können aufwendige Un tersuchungen notwendig sein, um die beschriebenen Eigenschaften (und insbeson dere die Schwankungen in diesen) überhaupt feststellen zu können.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfah ren vorzustellen, mit denen eine Vielzahl von Nanodrähten auf besonders benutzer freundliche Weise zuverlässig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhän gigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen und in der Beschreibung dar gestellten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum galvanischen Wachsen einer Viel zahl von Nanodrähten auf einem Substrat vorgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Substrathalter und ein Gehäuse, in welchem eine Kammer, eine Steuerungseinheit und ein Vorratsbehälter für einen Elektrolyten angeordnet sind, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Vielzahl von Nanodrähten aus dem Elektrolyten auf das Substrat zu wachsen, wenn der Substrathalter mit dem Substrat in die Kammer eingesetzt ist.
Die beschriebene Vorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Nanodrähte au tomatisiert zu Wachsen. Die Vorrichtung kann insbesondere für den industriellen Ein satz eingerichtet sein.
Mit der beschriebenen Vorrichtung können Nanodrähte hergestellt werden. Unter einem Nanodraht (engl.„nanowire") wird hier jeder materielle Körper verstanden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein Nanodraht kann z.B. eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann ein Nanodraht eine hexago nale Grundfläche aufweisen.
Bevorzugt weisen die Nanodrähte eine Länge im Bereich von 100 nm [Nanome ter] bis 100 mΐti [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 500 nm bis 60 mΐti auf. Die Länge der Nanodrähte ist vorzugsweise mit einer Standardabweichung im Bereich von 5 bis 20 % verteilt. Weiterhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 10 mh% insbesondere im Bereich von 30 nm bis 4 mΐti auf. Dabei bezieht sich der Begriff Durchmesser auf eine kreisförmige Grundfläche, wobei bei einer davon abweichenden Grundfläche eine vergleichbare Definition eines Durch messers heranzuziehen ist. Es ist besonders bevorzugt, dass alle verwendeten Nano drähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser aufweisen.
Die beschriebene Vorrichtung ist für verschiedenste Materialien der Nanodrähte anwendbar. Als Material der Nanodrähte bevorzugt sind elektrisch leitende Materia lien, insbesondere Metalle wie Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Zinn und Platin. Dabei ist Kupfer besonders bevorzugt. Aber auch nichtleitende Materialien wie Metalloxide sind bevorzugt. Vorzugsweise sind alle Nanodrähte aus dem gleichen Material gebildet.
Die Nanodrähte können mit der Vorrichtung auf die Oberfläche des Substrats ge wachsen werden. Die Oberfläche des Substrats ist vorzugsweise elektrisch leitend ausgeführt. Sofern die Oberfläche des Substrats Teil eines ansonsten nicht elektrisch leitenden Substrats ist, kann die elektrische Leitfähigkeit z. B. durch eine Metallisierung erreicht werden. So kann z. B. ein nicht elektrisch leitendes Substrat mit einer dünnen Schicht Metall überzogen werden. Durch die Metallisierung kann insbesondere eine Elektrodenschicht erzeugt werden. Je nach Material der Oberfläche des Substrats und/oder der Elektrodenschicht kann es sinnvoll sein, eine Haftschicht zwischen der Oberfläche des Substrats und der Elektrodenschicht vorzusehen, die eine Haftung zwischen der Oberfläche des Substrats und der Elektrodenschicht vermittelt.
Durch die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats kann diese als Elektrode für das galvanische Wachstum der Nanodrähte genutzt werden. Das Sub strat kann insbesondere ein Siliziumsubstrat sein. Das Substrat kann insbesondere ein Körper sein, der mit elektrisch leitenden Strukturen versehen ist. Das kann insbesonde re ein Siliziumchip oder ein sogenanntes printed Circuit board (PCB) sein. Das Wachs tum der Nanodrähte ist allerdings auch auf einer Vielzahl anderer Oberflächen mög lich, beispielsweise auf Glas, Keramik und Polymer. Das Substrat kann starr oder flexi bel sein. Die Vorrichtung ist vorzugsweise für Substrate geeignet, welche eine Aus dehnung von bis zu 80 cm in jeder Richtung parallel zu der zu bewachsenden Ober fläche haben und/oder welche eine Ausdehnung von 1 mΐti bis 100 mm quer zu der zu bewachsenden Oberfläche haben. Beispielsweise können 12-inch-Wafer als Substrat verwendet werden. Alternativ kann das Substrat beispielsweise eine Ausdehnung von 30 x 40 cm in einer Ebene parallel zu der zu bewachsenden Oberfläche haben.
Mit der beschriebenen Vorrichtung können die Nanodrähte galvanisch in Poren einer Folie auf die Oberfläche des Substrats gewachsen werden. Dazu wird ein Elektro lyt verwendet. Beispielsweise können 600 ml des Elektrolyten ausreichen, um einen 12-inch Wafer vollständig mit Nanodrähten zu bewachsen. Der Elektrolyt wird mit dem Vorratsbehälter bereitgestellt. Vorzugsweise ist der Vorratsbehälter mit dem Elektroly ten befüllt. Die Vorrichtung weist weiterhin vorzugsweise mindestens einen Anschluss auf, über welchen der Vorratsbehälter für den Elektrolyten derart angeschlossen wer den kann, dass der Elektrolyt für das Wachstum der Nanodrähte eingesetzt werden kann. Der Anschluss ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Vorratsbehälters beim Anschließen durch den Anschluss geöffnet wird und beim Trennen vom An schluss durch den Anschluss verschlossen wird. Das Öffnen beziehungsweise Schlie ßen des Vorratsbehälters erfolgt also automatisch. So kann der Behälter eine Öffnung aufweisen, die mit einem Ventil verschlossen ist, welches beim Anschließen des An schlusses durch den Anschluss geöffnet wird und welches wieder schließt, wenn der Vorratsbehälter von dem Anschluss getrennt wird. Der Vorratsbehälter ist also ver schlossen, sofern der Vorratsbehälter nicht an den Anschluss angeschlossen ist. So kann der Vorratsbehälter gewechselt werden, ohne dass ein Benutzer mit dem Elektro lyten in Kontakt gelangen kann. Insoweit ist die beschriebene Vorrichtung besonders sicher. In dieser Ausgestaltung kann der Vorratsbehälter auch als eine Kartusche be zeichnet werden.
Die Nanodrähte können mit besonders gleichmäßiger Qualität bereitgestellt wer den, wenn die Folie während des Wachstums dicht an der Oberfläche des Substrats anliegt und der Elektrolyt gleichmäßig über die Folie verteilt wird. Dazu kann ein für den Elektrolyten durchlässiges elastisches Element an der Folie anliegen. Durch das elastische Element kann ein Elektrolyt an die Folie abgegeben werden und kann die Folie an der Oberfläche des Substrats gehalten werden. Sind die Nanodrähte nach einem ersten Wachstumsschritt soweit gewachsen, dass die Folie über die Nanodrähte an der Oberfläche des Substrats gehalten wird, kann das elastische Element entfernt werden. In einem zweiten Wachstumsschritt wird kein elastisches Element eingesetzt, so dass der Elektrolyt noch gleichmäßiger über die Oberfläche des Substrats verteilt werden kann.
Die Folie ist vorzugsweise mit einem Kunststoffmaterial, insbesondere mit einem Polymermaterial gebildet. Die Folie weist eine Vielzahl von durchgehenden Poren auf, in denen die Nanodrähte gewachsen werden können. Dass die Poren der Folie durch gehend ausgeführt sind, ist vorzugsweise derart realisiert, dass die Poren von einer Oberseite der Folie zu einer Unterseite der Folie durchgehende Kanäle ausbilden. Ins besondere ist es bevorzugt, dass die Poren zylinderförmig ausgeführt sind. Es ist aber auch möglich, dass die Poren als Kanäle mit gekrümmtem Verlauf ausgeführt sind.
Eine Pore kann z.B. eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann eine Pore eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise sind die Poren gleichmäßig ausgeführt (d.h. die Poren unterscheiden sich vorzugswei se nicht hinsichtlich der Größe, Form, Anordnung und/oder Abstand zu benachbarten Poren). Werden die Nanodrähte gewachsen, so werden die Poren vorzugsweise (ins besondere vollständig) mit dem galvanisch abgeschiedenen Material gefüllt. Dadurch erhalten die Nanodrähte die Größe, Form und Anordnung der Poren. Durch Wahl der Folie bzw. der Poren darin können also die Eigenschaften der zu wachsenden Nano drähte festgelegt bzw. beeinflusst werden. Die Folie kann daher auch als „Template", „Templatefolie" oder „Schablone" bezeichnet werden. Die Poren in der Folie können dadurch erhalten werden, dass die Folie hochenergetischen schweren Ionen bestrahlt wird. Die Ionen können eine Energie im Bereich von MeV bis GeV haben.
Nachdem die Nanodrähte in die Poren der Folie gewachsen sind, kann die Folie entfernt werden, beispielsweise mit einem Plasma oder mit einem Lösungsmittel. Da bei werden die Nanodrähte freigelegt.
Die Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, in dem vorzugsweise alle übrigen Elemen te der Vorrichtung angeordnet sind. Insoweit kann die Vorrichtung als kompakte Ma schine betrachtet werden. Das Gehäuse hat vorzugsweise eine Grundfläche von höchstens 1 m2 [Quadratmeter]. Das ist möglich, weil insbesondere die Kammer, die Steuerungseinheit und der Vorratsbehälter für den Elektrolyten zusammen in dem Ge häuse angeordnet sind. Das Gehäuse hat vorzugsweise eine rechteckige Grundfläche. Das Gehäuse hat vorzugsweise eine Höhe von 1 bis 3 m [Meter], insbesondere von 1,5 bis 2,5 m. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus einem Metall gebildet, insbesondere aus Edelstahl. Vorzugsweise weist das Material des Gehäuses eine Beschichtung auf, ins besondere an einer Außenseite des Gehäuses. So kann das Gehäuse beispielsweise aus beschichtetem Edelstahl gebildet sein. Durch die Beschichtung kann das Gehäuse vor Chemikalien geschützt werden.
Das Gehäuse umfasst die Kammer, in welche ein Substrathalter eingesetzt werden kann. Die Kammer weist vorzugsweise eine Aufnahme für den Substrathalter auf. Der Substrathalter ist dazu eingerichtet, das mit den Nanodrähten zu bewachsende Sub strat zu halten. Ist der Substrathalter mit dem Substrat in die Kammer eingesetzt, kön nen die Nanodrähte auf das Substrat gewachsen werden. Das erfolgt derart, dass die Nanodrähte galvanisch aus dem Elektrolyten auf eine Oberfläche des Substrats ge wachsen werden.
Der Substrathalter ist vorzugsweise als eine Schublade ausgebildet. Das bedeutet, dass der Substrathalter in die Aufnahme eingeschoben werden kann, beispielsweise über seitlich in der Kammer angeordnete Führungsschienen. Es ist bevorzugt, dass die Schublade vollständig von der übrigen Vorrichtung getrennt werden kann. Alternativ kann ein maximaler Auszug der Schublade begrenzt sein, so dass die Schublade nicht überden maximalen Auszug hinaus bewegt werden kann.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Antrieb zum Bewegen des Substrathal ters auf. Beispielsweise kann der Substrathalter manuell in eine Einlegposition ge- bracht werden von dort mit dem Antrieb automatisiert in die Aufnahme eingezogen werden. Nach Abschluss des Wachstums der Nanodrähte kann der Substrathalter au tomatisiert aus der Aufnahme heraus bewegt werden, insbesondere in eine Entnah meposition, welche vorzugsweise mit der Einlegeposition identisch ist. Aus der Ent nahmeposition kann der Substrathalter manuell entnommen werden. Alternativ kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, den Substrathalter vollständig manuell in die Aufnahme und aus der Aufnahme heraus zu bewegen. Auch ist es denkbar, dass eine Vorrichtung mit Antrieb für den Substrathalter wahlweise mit automatisiert bewegtem Substrathalter oder manuell bewegtem Substrathalter betrieben wird.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine Arretierung zum Arretieren des Substrat halters in der Aufnahme auf. Die Arretierung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Arretierung einen aktiven und einen deaktiven Zustand hat. Die Arretierung kann also ein- und ausgeschaltet werden. Dazu kann beispielsweise ein Elektromagnet vorgese hen sein, der im eingeschalteten Zustand den Substrathalter in der Aufnahme hält. So kann der Substrathalter mit der Arretierung während des Wachstums der Nanodrähte in der Aufnahme gesichert sein. Nach Abschluss des Wachstums der Nanodrähte kann die Arretierung deaktiviert werden und der Substrathalter kann aus der Aufnahme ent nommen werden.
Die Kammer ist vorzugsweise verschließbar. Beispielsweise kann die Kammer über eine Öffnung in einer Gehäusewand zugänglich sein, so dass der Substrathalter durch die Öffnung in die Kammer und in die Aufnahme eingeführt werden kann. Die Öffnung kann beispielsweise mit einer Klappe verschließbar sein. Im geschlossenen Zustand ist die Kammer vorzugsweise flüssigkeits- und gasdicht. So kann innerhalb der Kammer eine für das Wachstum der Nanodrähte gewünschte Atmosphäre geschaffen werden. Zudem kann verhindert werden, dass Ghemikalien aus der Kammer austreten. Die Kammer kann vorzugsweise verriegelt werden. So kann die Öffnung beispielsweise mit einer Klappe verschlossen werden und die Klappe kann durch eine Verriegelung in ihrer Position gehalten werden. Damit kann ein versehentliches Öffnen der Kammer während eines Wachstumsprozesses verhindert werden. Die Kammer ist vorzugsweise zwischen einer Begrenzung aus einem Material ausgebildet, welches gegenüber den beim Wachstum der Nanodrähte verwendeten Ghemikalien resistent ist, beispielswei se Stahl oder Kunststoff. Die Kammer weist vorzugsweise eine jeweilige Zufuhr für mindestens eine Chemi kalie auf. So kann beispielsweise der zum Wachstum der Nanodrähte verwendete Elektrolyt bereitgestellt werden. Der Elektrolyt kann über die entsprechende Zufuhr beispielsweise in eine Vertiefung des Substrathalters eingeleitet werden, so dass der Elektrolyt mit dem in der Vertiefung angeordneten Substrat in Kontakt gelangt. Wei terhin kann eine Zufuhr für Wasser vorgesehen sein, insbesondere fürdeionisiertes Wasser (Dl-Wasser). Dieses kann zum Spülen des Substrats nach Abschluss des Wachstums der Nanodrähte eingesetzt werden. So kann verhindert werden, dass mit dem Substrat Reste des Elektrolyten aus der Vorrichtung herausgelangen. Weiterhin weist die Kammer vorzugsweise mindestens einen Auslass auf. So kann beispielsweise ein Auslass vorgesehen sein, über welchen der Elektrolyt nach Abschluss des Wachs tums der Nanodrähte aus der Kammer herausgelassen werden kann. Auch kann ein Auslass für das zum Spülen verwendete Wasser vorgesehen sein. Der Elektrolyt und das Wasser können über den gleichen Auslass oder über verschiedene Auslässe aus der Kammer herausgelassen werden. Weiterhin weist die Kammer vorzugsweise eine Belüftungsöffnung auf. Über diese können in der Kammer befindliche Gase aus der Kammer herausgelassen werden. So kann ein Benutzer davor geschützt werden, dass beim Öffnen der Kammer schädliche Gase aus dieser austreten. Die Gase können über die Belüftungsöffnung aus der Kammer abgesaugt und beispielsweise durch Frischluft odereine inerte Atmosphäre ersetzt werden. Die abgesaugten Gase können bei spielsweise gereinigt werden. Weiterhin ist in der Kammer vorzugsweise eine Elektro de angeordnet, welche zum Wachstum der Nanodrähte eingerichtet ist. So kann eine elektrische Spannung zwischen der Elektrode und der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats angelegt werden, um die Nanodrähte zu wachsen. Die Elektrode ist vor zugsweise an einem Stempel gehalten. Der Stempel ist vorzugsweise automatisiert beweglich. So kann die Elektrode überden Stempel mit dem Elektrolyten in Kontakt gebracht werden, um die Nanodrähte zu wachsen. Dabei kann ein auf die Folie aufge legtes elastisches Element wie ein Schwamm mit dem Stempel auf die Folie gedrückt werden. So kann die Folie in ihrer Position gehalten werden. Der Stempel kann weiter hin einen Elektrolytverteiler aufweisen. So kann der Elektrolyt über den Stempel der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats zugeführt werden. Der Elektrolytverteiler kann an einer Auslassseite eine Vielzahl von Auslässen aufweisen, so dass der Elektro lyt überden Elektrolytverteiler gleichmäßig der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats zugeführt werden kann. Die Elektrode kann an der Auslassseite des Elektro- lytverteilers ausgebildet sein. So können die Auslässe an entsprechende Durchgangs öffnungen in der Elektrode anschließen, so dass der Elektrolyt über die Durchgangs öffnungen durch die Elektrode hindurchtreten kann.
In dem Gehäuse ist weiterhin eine Steuerungseinheit angeordnet. Die Steue rungseinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Wachstum der Nanodrähte zu steuern. Dazu kann die Steuerungseinheit beispielsweise die elektrische Spannung oder den elektrischen Strom einstellen, der zum Wachstum der Nanodrähte eingesetzt wird. Zudem kann die Steuerungseinheit eine Dosierung, einen Druck und/oder einen Durchfluss des Elektrolyten einstellen. Durch die Steuerungseinheit kann das Wachs tum der Nanodrähte automatisiert erfolgen. Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Länge der zu wachsenden Nanodrähte und/oder eine Wachs tumsrate einzustellen.
Der Vorratsbehälter weist vorzugsweise eine Identifizierung auf, über welche die Steuerungseinheit den Vorratsbehälter identifizieren kann. Dazu kann die Steuerungs einheit an einen Identifizierungssensor angebunden sein. Beispielsweise kann die Identifizierung ein Strichcode sein, welcher mit einem Strichcodescanner als Identifi zierungssensor erkannt werden kann. Auch kann die Identifizierung ein RFID-Chip sein, welcher mit einem entsprechenden Lesegerät als Identifizierungssensor erkannt werden kann. Durch die Identifizierung des Vorratsbehälters kann beispielsweise er kannt werden, ob der richtige Elektrolyt bereitgestellt wurde.
Der Substrathalterweist vorzugsweise eine Elektronik auf, welche dazu eingerich tet ist, das Wachstum der Nanodrähte zu beeinflussen. Die Steuerungseinheit ist vor zugsweise über eine Schnittstelle mit dem Substrathalter verbunden, wenn der Sub strathalter in die Kammer eingesetzt ist. Die Schnittstelle kann beispielsweise eine oder mehrere Steckverbindungen umfassen. Die Steckverbindungen sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Elektronik des Substrathalters mit der Steuerungseinheit verbunden wird, wenn der Substrathalter in die Aufnahme eingeführt wird. Ein geson derter Handgriff eines Bedieners, beispielsweise das Verbinden von Kabeln, ist in dem Fall nicht erforderlich.
Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, von der Elektronik des Substrathalters ausgegebene Signale zu verarbeiten und/oder Steuersignale an die Elektronik des Substrathalters auszugeben. Die Steuerungseinheit weist vorzugsweise eine Datenbank auf und/oder ist dazu eingerichtet, auf eine externe Datenbank zuzu- greifen. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit übereine Internetverbindung mit einer externen Datenbank kommunizieren. Parameter, die von der Elektronik des Sub strathalters an die Steuerungseinheit übermittelt worden sind, können mit entspre chenden Erwartungswerten aus der Datenbank verglichen werden. Bei Unstimmigkei ten kann beispielsweise ein Warnsignal ausgegeben werden, der Prozess kann unter brochen werden und/oder es kann über ein entsprechendes Steuersignal automati siert eine Korrektur vorgenommen werden. Über ein entsprechendes Steuersignal kann zudem eine Heizung des Substrathalters mit der Steuerungseinheit gesteuert werden. Über die Heizung kann eine Temperatur des Substrats eingestellt werden.
Weiterhin weist die Vorrichtung vorzugsweise ein Anzeigemittel und/oder ein Be dienmittel auf, die insbesondere mit der Steuerungseinheit verbunden sind. Das An zeigemittel und/oder das Bedienmittel sind vorzugsweise derart in oder an dem Ge häuse gehalten, dass sie für einen Benutzer zugänglich sind. Über das Anzeigemittel können dem Benutzer Informationen zum Wachstumsprozess angezeigt werden, über das Bedienmittel kann der Benutzer den Prozess steuern. Das Anzeigemittel und das Bedienmittel können auch als ein Anzeige- und Bedienmittel ausgebildet sein, bei spielsweise als Touchscreen.
Weist die Vorrichtung eine Arretierung zum Arretieren des Substrathalters in der Aufnahme auf, ist die Steuerungseinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, die Arretie rung zu überwachen und/oder zu steuern. Weist die Vorrichtung einen Antrieb zum Bewegen des Substrathalters auf, ist die Steuerungseinheit vorzugsweise dazu einge richtet, den Antrieb zu überwachen und/oder zu steuern. Weist die Vorrichtung eine Kammer auf, welche durch eine mit einer Verriegelung verriegelbaren Klappe ver schließbar ist, ist die Steuerungseinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, die Verriege lung zu überwachen und/oderzu steuern. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit erkennen, dass der Substrathalter in die Einlegeposition eingelegt worden ist und in Reaktion darauf über entsprechende Steuersignale veranlassen, dass der Substrathal ter automatisiert in die Aufnahme eingezogen wird, dort mit der Arretierung arretiert wird und dass die Öffnung der Kammer mit der Klappe verschlossen und die Klappe verriegelt wird. Während des Wachstums der Nanodrähte kann die Steuerungseinheit überwachen, dass die Arretierung und die Verriegelung aktiv sind und bleiben. Nach Abschluss des Wachstums der Nanodrähte kann die Steuerungseinheit durch ent sprechende Steuersignale veranlassen, dass die Verriegelung der Klappe gelöst und die Klappe geöffnet wird und dass die Arretierung gelöst und der Substrathalter in die automatisiert in die Entnahmeposition bewegt wird.
Das Substrat wird vorzugsweise in einem Reinraum vorbereitet. Dazu kann eine Strukturierungsschicht auf das aufgebracht werden, in welche beispielsweise durch einen lithografischen Prozess Auslassungen eingebracht werden. Je nach Art der Strukturierungsschicht können die Nanodrähte nur in den Auslassungen oder nur au ßerhalb der Auslassungen gewachsen werden. So können die Nanodrähte lokal selek tiv auf das Substrat gewachsen werden. Sollen Nanodrähte beispielsweise nur auf me tallische Pads erhalten werden, können zuerst diese Pads lithografisch erzeugt wer den. Ist die Oberfläche des Substrats außerhalb der Pads nicht elektrisch leitend, kön nen die Pads für das galvanische Wachstum der Nanodrähte beispielsweise dadurch verbunden werden, dass eine 100 nm Schicht Gold oder Kupfer auf eine 20 nm Schicht aus Chrom oder Wolfram-Titan gewachsen wird. Diese Schichten können nach dem Wachstum mit den darauf befindlichen, nicht benötigten Nanodrähten, durch Lift-off oder selektives Ätzen entfernt werden. Die Pads können beispielsweise eine Kantenlänge von 3 mΐti und einen Pitch von 3 mΐti haben. Als weiterer Teil der Vor bereitung des Substrats kann die zu bewachsende Oberfläche gereinigt und aktiviert werden, beispielsweise mit einem Sauerstoffplasma. Das Sauerstoffplasma kann bei spielsweise mit 350 mbar, 100 W für eine Minute eingesetzt werden. Als weiterer Teil der Vorbereitung des Substrats kann die Folie aufgelegt werden - auf das Substrat selbst oder, wenn eine Strukturierungsschicht verwendet wird, auf die Strukturie rungsschicht. Auch das elastische Element kann als Teil der Vorbereitung des Sub strats auf die Folie aufgelegt werden.
Nachdem das Substrat vorbereitet worden ist, muss es nicht mehr unter Rein raumbedingungen gehalten werden. Das Substrat kann nach der Vorbereitung aus dem Reinraum herausgebracht und der beschriebenen Vorrichtung zugeführt werden. Die Vorrichtung kann außerhalb eines Reinraums genutzt werden. Sie muss also nicht reinraumkonform sein. Nichtsdestotrotz ist es bevorzugt, dass die Vorrichtung rein raumkonform ausgebildet ist. Wird die Vorrichtung in einem Reinraum eingesetzt, können die mit der Vorrichtung gewachsenen Nanodrähte auch nach Entnahme des Substrathalters aus der Kammer geschützt werden. In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Mehr zahl von Aufnahmeräumen für einen jeweiligen Vorratsbehälter für einen Elektrolyten auf.
Die Aufnahmeräume sind vorzugsweise in dem Gehäuse ausgebildet, insbesonde re außerhalb der Kammer. Die Vorrichtung weist weiterhin vorzugsweise mindestens einen Anschluss auf, über welchen ein Vorratsbehälter für einen Elektrolyten derart angeschlossen werden kann, dass der entsprechende Elektrolyt für das Wachstum der Nanodrähte eingesetzt werden kann. Sind in dem Gehäuse mehrere Vorratsbehälter in einem entsprechenden Aufnahmeraum angeordnet, kann der Anschluss wahlweise an einen der Vorratsbehälter angeschlossen sein. Ist mehr als ein Anschluss vorhanden, können mehrere Vorratsbehälter gleichzeitig angeschlossen sein. Über die Steue rungseinheit kann in dem Fall ausgewählt werden, welcher oder welche der entspre chenden Elektrolyten für das Wachstum der Nanodrähte verwendet werden. Die Vor richtung kann für jeden der Aufnahmeräume einen jeweiligen Anschluss aufweisen.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Mehr zahl von Vorratsbehältern für einen jeweiligen Elektrolyten auf. Besonders bevorzugt sind die Vorratsbehälter mit einem jeweiligen Elektrolyten befüllt. Dabei können die Vorratsbehälter mit dem gleichen oder mit unterschiedlichen Elektrolyten befüllt sein. Die Vorratsbehälter weisen vorzugsweise eine Identifizierung auf, über welche die Steuerungseinheit die Vorratsbehälter identifizieren kann.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Elektrolytaufbereiter. Der Elektrolytaufbereiter ist vorzugsweise in dem Gehäuse ange ordnet. Der Elektrolytaufbereiter ist dazu eingerichtet, den zum Wachstum der Nano drähte eingesetzten Elektrolyten aufzubereiten. Der so aufbereitete Elektrolyt kann für einen weiteren Wachstumsprozess verwendet werden. Der Elektrolyt kann nach jedem Wachstumsprozess oder jeweils nach einer bestimmten Anzahl an Wachstumsprozes sen mit dem Elektrolytaufbereiter aufbereitet werden. Auch kann der Elektrolytaufbe reiter für verschiedene Aufbereitungen des Elektrolyten eingerichtet sein. So kann bei spielsweise nach jedem Wachstumsprozess eine erste Aufbereitung durchgeführt werden und jeweils nach einer bestimmten Anzahl an Wachstumsprozessen anstelle der ersten Aufbereitung eine zweite Aufbereitung durchgeführt werden. Das ist insbe sondere sinnvoll, wenn die zweite Aufbereitung intensiver ist als die erste Aufberei tung. Der Elektrolytaufbereiter ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den Elektrolyten zu reinigen. Alternativ oder zusätzlich ist der Elektrolytaufbereiter dazu eingerichtet, dem Elektrolyten eine Substanz zuzugeben. Dadurch kann die chemische Zusammenset zung des Elektrolyten verändert werden. Dazu kann der Elektrolytaufbereiter an einen entsprechenden Behälter angebunden sein, in welchem die Substanz bereitgestellt ist.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu einge richtet, Bereiche automatisiert zu reinigen, welche im Betrieb mit dem Elektrolyten in Kontakt kommen.
Die Vorrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die Kammer, insbe sondere eine Innenseite der Kammer, zu reinigen. Darüber hinaus kann die Vorrich tung dazu eingerichtet sein, Elektrolytleitungen zu reinigen. Die Reinigung erfolgt vor zugsweise automatisiert, beispielsweise durch Besprühen der Innenseite der Kammer mit einem Reinigungsfluid und/oder durch Durchleiten eines Reinigungsfluids durch die Elektrolytleitungen. Das Reinigungsfluid kann Wassersein. Die Vorrichtung kann nach einem Wachstumsprozess für einen folgenden Wachstumsprozess gereinigt werden, insbesondere wenn die Wachstumsprozesse mit unterschiedlichen Elektroly ten durchgeführt werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Kammer eine Druckluft zuführung auf.
Über die Druckluftzuführung kann Druckluft in die Kammer eingeleitet werden, beispielsweise um nach Abschluss des Wachstumsprozesses eine Flüssigkeit von dem Substrat zu entfernen. Dazu kann die Druckluft innerhalb der Kammer durch eine Düse und/oder durch einen automatisiert bewegten Druckluftschlauch auf das Substrat ge richtet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Druckluft auch zur Reinigung der Kammer eingesetzt werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Innensei te der Kammer aus einem elektrolytbeständigen Material gebildet, vorzugsweise aus Kunststoff.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Steue rungseinheit dazu eingerichtet, mindestens einen dem Vorratsbehälter zugeordneten Parameter zu ermitteln.
Der Vorratsbehälter kann eine Identifizierung aufweisen. Die Steuerungseinheit kann den mindestens einen dem Vorratsbehälter zugeordneten Parameter in dem Fall dadurch ermitteln, dass die Steuerungseinheit den mindestens einen Parameter aus einer Datenbank abruft, nachdem der Vorratsbehälter identifiziert worden ist. Alternativ kann die Vorrichtung einen oder mehrere Sensoren umfassen, mit welchen der min destens eine Parameter bestimmt und an die Steuerungseinheit übermittelt werden kann.
Als dem Vorratsbehälter zugeordnete Parameter kommen insbesondere in Be tracht: ein Alter des Elektrolyten in dem Vorratsbehälter, eine chemische Zusammen setzung des Elektrolyten in dem Vorratsbehälter, ein Füllstand des Elektrolyten in dem Vorratsbehälter, eine Temperatur des Elektrolyten in dem Vorratsbehälter.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Steue rungseinheit dazu eingerichtet, einen Fluss und/oder einen Druck des Elektrolyten zu ermitteln. Der„und"-Fall ist bevorzugt.
Durch Messung des Flusses und/oder des Drucks des Elektrolyten kann bestimmt werden, wie viel Elektrolyt für das Wachstum der Nanodrähte zur Verfügung steht. Der Fluss und/oder der Druck des Elektrolyten werden vorzugsweise in einer Elektrolytlei tung gemessen, über welche der Elektrolyt von dem Vorratsbehälter in die Kammer geleitet werden kann. Vorzugsweise werden der Fluss und/oder der Druck des Elektro lyten mit der Steuerungseinheit auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin eine Pumpe zum Pumpen des Elektrolyten aus dem Vorratsbehälter in die Kammer auf, wobei die Pumpe gedämpft an einem Träger gehalten ist, der gedämpft in dem Ge häuse gehalten ist.
Die Pumpe ist vorzugsweise überden Anschluss an den Vorratsbehälter ange schlossen. Übereine Elektrolytleitung kann der Elektrolyt von dem Vorratsbehälter in die Kammer geleitet werden. Die Elektrolytleitung kann derart in die Kammer hineinra gen, dass der Elektrolyt innerhalb der Kammer in eine Vertiefung des Substrathalters eingeleitet werden kann. Ist das Substrat in die Vertiefung eingelegt, kann das Substrat so mit dem Elektrolyten in Kontakt gebracht werden.
Die Pumpe kann Vibrationen verursachen. Diese können den Wachstumsprozess der Nanodrähte beeinträchtigen. Daher ist die Pumpe gedämpft gehalten. In der vor liegenden Ausführungsform ist die Pumpe insoweit doppelt gedämpft, als dass die Pumpe gedämpft an einem Träger gehalten ist, der gedämpft in dem Gehäuse gehal ten ist.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist in dem Ge häuse weiterhin ein Filter für den Elektrolyten angeordnet.
Der Filter ist vorzugsweise ein Schwebstofffilter oder ein Aktivkohlefilter. Beson ders bevorzugt sind in dem Gehäuse zwei Filter für den Elektrolyten angeordnet. Dabei kann einer der Filter ein Schwebstofffilter und der andere Filter ein Aktivkohlefilter sein. Der Schwebstofffilter kann nach jedem Wachstumsprozess eingesetzt werden, wäh rend der Aktivkohlefilter anstelle des Schwebstofffilters nach jeweils einer bestimmten Anzahl an Wachstumsprozessen eingesetzt wird.
Der oder die Filter sind vorzugsweise Teil des Elektrolytaufbereiters. Der Schweb stofffilter kann für die erste Aufbereitung verwendet werden, während der Aktivkohle filter für die zweite Aufbereitung verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist in der Kammer ein Grei fer zum Entfernen eines auf dem Substrat aufliegenden elastischen Elements ange ordnet.
Mit dem Greifer kann das elastische Element automatisiert von der Folie entfernt werden. Dadurch kann das gesamte Verfahren automatisiert durchgeführt werden, wodurch Fehler vermieden werden können. Der Greifer kann beispielsweise als ein Nadelgreifer ausgebildet sein.
In dieser Ausführungsform können die Nanodrähte in zwei Wachstumszeiträumen gewachsen werden. So kann in einem ersten Wachstumszeitraum das elastische Ele ment an der Folie anliegen. Durch das elastische Element kann die Folie dabei an dem Substrat gehalten werden. Anschließend kann das elastische Element mit dem Greifer von der Folie abgehoben werden. In einem zweiten Wachstumsprozess können die Nanodrähte ohne das elastische Element gewachsen werden. Das ist möglich, weil die Folie bereits durch die Nanodrähte an dem Substrat gehalten wird. Ohne das elasti sche Element kann sich der Elektrolyt besser verteilen, so dass ein gleichmäßigeres Wachstum der Nanodrähte erreicht werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine (insbesondere elektrisch angetriebene) Mangel zum Auspressen des Elektrolyten aus dem elastischen Element, wenn das elastische Element mit dem Greifer von der Folie entfernt worden ist.
Die Mangel kann zwei Rollen aufweisen, zwischen denen das elastische Element hindurchbewegt wird. Dabei kann mit den Rollen ein Druck auf das elastische Element ausgeübt werden, so dass das elastische Element Elektrolyt abgibt, welcher sich in dem elastischen Element befindet. Damit kann ein erheblicher Teil des Elektrolyten aus dem elastischen Element entfernt werden und wiederverwendet werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist eine bewegli che Ablage derart in der Kammer anordenbar, dass das elastische Element mit dem Greifer auf der beweglichen Ablage ablegbar ist.
Das elastische Element kann mit dem Greifer gegriffen werden und von der Ober fläche des Substrats abgehoben werden. Anschließend kann die bewegliche Ablage zwischen die Oberfläche des Substrats und das elastische Element geschoben wer den. Daselastische Element kann auf die bewegliche Ablage abgelegt werden und vom Greifer freigegeben werden. Anschließend kann das elastische Element mit der beweglichen Ablage abtransportiert werden. Anschließend kann das elastische Ele ment von der beweglichen Ablage entfernt werden. Dies kann automatisiert erfolgen, beispielsweise indem die bewegliche Ablage derart bewegt wird, dass das elastische Element der Bewegung des beweglichen Elements ab einem Trennungspunkt nicht mehr folgen kann. Der Trennungspunkt kann sich beispielsweise dadurch ergeben, dass die bewegliche Ablage in eine Ablagenaufnahme geführt wird, die keinen Platz für das elastische Element bietet. Das elastische Element bleibt in dem Fall am Rand der Ablagenaufnahme hängen. Das elastische Element kann in einem Fach abgelegt werden, aus dem das elastische Element manuell entnommen werden kann.
Die bewegliche Ablage kann automatisiert bewegt werden, beispielsweise durch einen Motor. Die bewegliche Ablage ist vorzugsweise auf einem flexiblen Material ge bildet, beispielsweise aus Kunststoff. So kann die bewegliche Ablage platzsparend verstaut werden, wenn sie nicht benötigt wird. Beispielsweise kann die bewegliche Ablage über eine Umlenkrolle geführt sein, so dass die bewegliche Ablage um 90° ge genüber der Oberfläche des Substrats gedreht verstaut werden kann, wenn sie nicht benötigt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Reinigungseinrichtung zum Reinigen der beweglichen Ablage.
Die Reinigungseinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, ein Reinigungsflu id auf die bewegliche Ablage zu sprühen. Das kann beispielsweise erfolgen, nachdem das elastische Element mit der beweglichen Ablage abtransportiert und von dieser entfernt wurde. Die Reinigungseinrichtung ist vorzugsweise derart angeordnet, dass die bewegliche Ablage an der Reinigungseinrichtung vorbeigeführt wird, nachdem das elastische Element von der beweglichen Ablage entfernt worden ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Spannungsquelle, welche zum Anlegen einer elektrischen Spannung für das Wachstum der Nanodrähte mit einer Elektrode und dem Substrat verbunden ist.
Die Spannungsquelle dient dazu, den für das galvanische Wachstum erforderli chen elektrischen Strom bereitzustellen. Dazu ist die Spannungsquelle mit dem Sub strat verbunden, insbesondere mit der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats.
Die Spannungsquelle ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine gepulste Spannung zu erzeugen, insbesondere mit einer Pulsfrequenz im Bereich von 0,1 bis 10 ms. Durch Versuche hat sich gezeigt, dass mit einer gepulsten Spannung die Qualität der Nano drähte verbessert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung weiterhin eine Referenzelektrode, welche mit der Oberfläche des Substrats verbunden ist.
Mit der Referenzelektrode kann das Wachstum der Nanodrähte überwacht wer den. Dazu kann mit der Referenzelektrode die Spannung gemessen werden, die zwi schen der Elektrode und der Referenzelektrode anliegt. Die Anordnung kann eine oder mehrere Referenzelektroden umfassen.
Die Elektrode ist vorzugsweise über ein erstes Kabel mit der Spannungsquelle verbunden. Die zu bewachsende Oberfläche des Substrats ist vorzugsweise überein zweites Kabel mit der Spannungsquelle verbunden. Die Referenzelektrode ist vor zugsweise überein drittes Kabel mit einem Spannungsmessgerät verbunden. Die Oberfläche des Substrats ist vorzugsweise mit einem vierten Kabel mit dem Span nungsmessgerät verbunden, insbesondere unabhängig von dem zweiten Kabel. Das zweite Kabel und das vierte Kabel sind vorzugsweise jeweils unmittelbar mit der Ober fläche des Substrats verbunden. Die Oberfläche des Substrats kann dazu ein jeweili- ges Kontaktpads aufweisen, über welches das zweite Kabel und das vierte Kabel mit der Oberfläche des Substrats verbunden sind, beispielsweise mittels eines jeweiligen leitenden Tapes. Die Referenzelektrode ist also nicht bloß dadurch mit der Oberfläche des Substrats verbunden, dass die Referenzelektrode mit einem Abzweig des zweiten Kabels verbunden ist. Es hat sich herausgestellt, dass demgegenüber eine unmittelba re Anbindung der Referenzelektrode an die Oberfläche des Substrats genauere Er gebnisse liefert.
Das Substrat und die Referenzelektrode sind vorzugsweise gemeinsam von dem Substrathalter gehalten, wenn die Nanodrähte auf das Substrat gewachsen werden.
Das erste Kabel, das zweite Kabel, das dritte Kabel und das vierte Kabel können jeweils in mehrere Abschnitte unterteilt sein, die beispielsweise über Steckverbindun gen miteinander verbunden sind. Das zweite Kabel, das dritte Kabel und/oder das vier te Kabel können jeweils derart in Abschnitte unterteilt sein, dass an einem Rand des als Schublade ausgebildeten Substrathalters ein jeweiliger Übergang zwischen zwei be nachbarten Abschnitten des entsprechenden Kabels angeordnet ist. Die Schublade kann einen entsprechenden Stecker für jedes dieser drei Kabel aufweisen. So können die Oberfläche des Substrats und die Referenzelektrode beim Einschieben der Schub lade in die Aufnahme dadurch kontaktiert werden, dass die drei Steckverbindungen ausgebildet werden. Das Spannungsmessgerät und die Spannungsquelle sind vor zugsweise innerhalb des Gehäuses und außerhalb der Kammer angeordnet.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten auf ein Substrat mit einer Vorrichtung beschrieben, welche einen Substrathalter und ein Gehäuse mit einer Kammer, einer Steuerungsein heit und einem Vorratsbehälter für einen Elektrolyten aufweist, und wobei das Verfah ren umfasst: a) Einlegen des Substrats in den Substrathalter, b) Einführen des Substrathalters in die Kammer, c) galvanisches Wachsen der Nanodrähte aus dem Elektrolyten auf das Substrat.
Die besonderen Vorteile und Merkmale der Vorrichtung sind auf das Verfahren an wendbar und übertragbar, und umgekehrt. Die Vorrichtung ist vorzugsweise zum Be trieb gemäß dem Verfahren eingerichtet. Das Verfahren wird vorzugsweise mit der be schriebenen Vorrichtung durchgeführt. In Schritt c) wird das Substrat vorzugsweise erwärmt. Eine Temperatur des Sub strats liegt in Schritte) vorzugsweise zwischen 15 °C und 100 °C.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird vor Schritt a) ein elastisches Element auf das Substrat aufgelegt, wobei Schritt c) für einen ersten Wachstumszeitraum durchgeführt wird, und wobei das Verfahren weiterhin umfasst: d) Entfernen des elastischen Elements mit einem Greifer, und e) für einen zweiten Wachstumszeitraum, Fortsetzen des galvanischen Wachsens der Vielzahl von Nanodrähten aus dem Elektrolyten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zei gen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren und die darin dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen:
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einem Substrat,
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Teils der Vorrichtung aus Fig. 1,
Fig. 3: eine Verschaltung einer Referenzelektrode für die Vorrichtung aus
Fig. 1 und 2,
Fig. 4a und 4b: weitere Elemente der Anordnung aus Fig. 1 und 2 in zwei verschie denen Zuständen.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von (in Fig. 2 gezeigten) Nanodrähten 2 auf eine Oberfläche 27 eines Substrats 3. Die Vorrichtung 1 umfasst einen als Schublade ausgebildeten Substrathalter 4 und eine in einer Kam mer 18 ausgebildete Aufnahme 5 für den Substrathalter 4. Die Aufnahme 5 weist Füh rungsschienen 25 auf, über welche der Substrathalter 4 in die Aufnahme 5 eingescho ben werden kann und aus der Aufnahme 5 herausgezogen werden kann. Mit einer Arretierung 26 kann der Substrathalter 4 in der Aufnahme 5 arretiert werden.
Der Substrathalter 4 ist in der in Fig. 1 gezeigten Situation von der Aufnahme 5 aufgenommen. Die Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, die Vielzahl von Nanodrähten 2 auf dem Substrat 3 zu wachsen, wenn der Substrathalter 4 mit dem Substrat 3 wie ge zeigt in der Aufnahme 5 aufgenommen ist. Der Substrathalter 4 weist eine Elektronik 6 auf, welche dazu eingerichtet ist, das Wachstum der Nanodrähte 1 zu beeinflussen. Der Substrathalter 4 weist eine als Steckverbindung ausgebildete Schnittstelle 7 auf, über welche die Elektronik 6 mit einer Steuerungseinheit 8 der Vorrichtung 1 verbun den ist, wenn der Substrathalter 4 wie gezeigt in der Aufnahme 5 aufgenommen ist.
Die Steuerungseinheit 8 ist zudem mit einem Touchscreen als Anzeige- und Bedien mittel 23 verbunden. Die Steuerungseinheit 8 ist insbesondere dazu eingerichtet, ei nen Fluss und/oder einen Druck des Elektrolyten zu ermitteln.
Mit der Vorrichtung 1 kann das folgende Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten 2 auf dem Substrat 3 durchgeführt werden: a) Einlegen des Substrats 3 in den Substrathalter 4, b) Einführen des Substrathalters 4 in die Kammer 18, c) galvanisches Wachsen der Nanodrähte 2 auf dem Substrat 3.
Auf dem Substrat 3 liegt eine (in Fig. 1 nicht im Detail zu erkennende) Folie 28 mit (in Fig. 2 zu erkennenden) durchgehenden Poren 29 an. An der Folie 28 liegt ein Schwamm als ein elastisches Element 19 an, über welches ein Elektrolyt an die Folie 28 abgegeben werden kann. An dem elastischen Element 19 liegt eine Elektrode 12 an. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Oberfläche 27 des Sub strats 3 und der Elektrode 12 können die Nanodrähte 2 gewachsen werden. Die Elekt rode 12 ist über einen Stempel 20 gehalten und kann über diesen mittels eine Antriebs 21 bewegt werden.
Die Elektronik 6 des Substrathalters 4 beeinflusst das Wachstum der Nanodrähte 2 gemäß Schritt c). Die Elektronik 6 des Substrathalters 4 umfasst eine Digitalisierungs einheit 9, welche zur digitalen Kommunikation mit der Steuerungseinheit 8 verbunden ist. Weiterhin umfasst die Elektronik 6 des Substrathalters 4 eine Sensorik 10, welche in der gezeigten Ausführungsform durch zwei Sensoren gebildet ist. Zudem umfasst die Elektronik 6 des Substrathalters 4 einen Speicher 24. In diesem können beispielsweise Wachstumsparameter hinterlegt werden, welche beim Wachstum der Nanodrähte 2 berücksichtigt werden. Darüber hinaus ist die Elektronik 6 des Substrathalters 4 dazu eingerichtet, eine elektrische Spannung odereinen elektrischen Strom zum Wachstum der Nanodrähte 2 zu regeln. Die Elektronik 6 ist weiterhin an eine Heizung 14 ange bunden, mit welcher das Substrat 3 beheizt werden kann.
Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 34 auf, innerhalb dessen die Kammer 18 aus gebildet ist. Eine Innenseite 45 der Kammer 18 ist aus einem elektrolytbeständigen Material gebildet. Die Aufnahme 5 für den Substrathalter 4 ist in der Kammer 18 aus- gebildet, so dass der Substrathalter 4 von der Kammer 18 aufgenommen werden kann. Die Kammer 18 weist eine Öffnung 17 auf, über welche der Substrathalter 4 in die Kammer 18 eingeführt und aus der Kammer 18 herausbewegt werden kann. Die Öff nung 17 kann über eine Klappe 16 verschlossen werden. Die Klappe 16 kann mit einer Verriegelung 22 verriegelt werden. Die Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet ist, die Viel zahl von Nanodrähten 2 aus dem Elektrolyten auf das Substrat 3 zu wachsen, wenn der Substrathalter 4 mit dem Substrat 3 in die Kammer 18 eingesetzt ist.
In dem Gehäuse 34 sind weiterhin drei Vorratsbehälter 35 für einen jeweiligen Elektrolyten angeordnet. Einer der Vorratsbehälter 35 ist über einen Anschluss 36 und eine Pumpe 41 an eine Elektrolytleitung 37 angebunden. Über die Elektrolytleitung 37 kann der Elektrolyt in den Substrathalter 4 eingeleitet werden und für das Wachstum der Nanodrähte 2 eingesetzt werden. Die Pumpe 41 ist dazu eingerichtet, den Elektro lyten aus dem Vorratsbehälter 35 in die Kammer 18 zu pumpen. Die Pumpe 41 ist mit tels eines Dämpfers 43 gedämpft an einem Träger 42 gehalten, der übereinen weite ren Dämpfer 43 gedämpft in dem Gehäuse 34 gehalten ist. Der Anschluss 36 weist einen (nicht näher dargestellten) Sensor auf, mit dem über die Steuerungseinheit 8 der Vorratsbehälter 35 identifiziert werden kann und mindestens ein dem Vorratsbehälter 35 zugeordneter Parameter ermittelt werden kann. In dem Gehäuse 34 sind weiterhin ein Filter 44 für den Elektrolyten und ein Elektrolytaufbereiter 46 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform sind der Filter 44 und der Elektrolytaufbereiter 46 in die Elektrolytleitung 37 integriert. Details des Elektrolytaufbereiters 46 sind der Übersicht lichkeit halber nicht gezeigt. So kann der Elektrolytaufbereiter 46 beispielsweise über eine Leitung mit einem Behälter verbunden sein, über welchen dem Elektrolytaufberei ter 46 Substanzen zugeführt werden, die zur Elektrolytaufbereitung genutzt werden können.
Fig. 2 zeigt einen Teil der Vorrichtung 1 aus Fig. 1 in schematischer Darstellung. Gezeigt ist das Substrat 3 mit der Oberfläche 27 des Substrats 3, auf welche die Nano drähte 2 gewachsen werden sollen. Auf die Oberfläche 27 des Substrats 3 ist eine Fo lie 28 aufgelegt, welche eine Vielzahl von durchgehenden Poren 29 aufweist, in denen die Nanodrähte 2 aus einem Elektrolyten gewachsen werden können. Die Oberfläche 27 des Substrats 3 weist eine Strukturierungsschicht 31 mit Auslassungen 32 auf. Die Nanodrähte 2 können nur in den Auslassungen 32 gewachsen werden. So kann das Wachstum der Nanodrähte 2 lokal selektiv erfolgen. Weiterhin ist auf die Folie 28 das für den Elektrolyten durchlässige elastische Element 19 aufgelegt. Der Elektrolyt kann über das elastische Element 19 mit der Folie 28 in Kontakt gebracht werden. Zudem ist in Fig. 2 eine (in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigte) Spannungsquelle 30 gezeigt, welche zum Anlegen einer elektrischen Spannung für das Wachstum der Na- nodrähte 2 mit einer Elektrode 12 und der Oberfläche 27 des Substrats 3 verbunden ist. Auch die Spannungsquelle 30 ist mit der Steuerungseinheit 8 verbunden. Die Elektrode 12 kann mit einem Stempel 20 an das elastische Element 19 gedrückt wer den.
Fig. 3 zeigt weitere Elemente der Vorrichtung 1 aus Fig. 1 und 2. Der Übersicht lichkeit halber sind in Fig. 3 nicht alle Elemente aus Fig. 1 und 2 gezeigt, und umge kehrt. So ist in Fig. 3 neben der Spannungsquelle 30, der Elektrode 12 und dem Sub strat 3 mit der Oberfläche 27 weiterhin eine Referenzelektrode 11 gezeigt. Die Referen zelektrode 11 ist über ein Spannungsmessgerät 33 mit der Oberfläche 27 des Sub strats 3verbunden. Die Spannungsquelle 30 und die Referenzelektrode 11 sind unab hängig voneinander an die Oberfläche 27 des Substrats 3 angebunden.
Fig. 4a und 4b zeigen weitere Elemente der Vorrichtung 1 aus Fig. 1 und 2. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 4a und 4b nicht alle Elemente aus Fig. 1 und 2 ge zeigt, und umgekehrt. Zu erkennen ist an Fig. 4a und 4b insbesondere, dass die Vor richtung 1 einen Greifer 38 zum Entfernen des elastischen Elements 19 von der Folie 28 aufweist. In Fig. 4a ist der Zustand gezeigt, in dem das elastische Element 19 auf der Folie 28 auf der Oberfläche 27 des Substrats 3 aufliegt. Das elastische Element 19 kann mit dem Greifer 38 gegriffen und von der Oberfläche 27 des Substrats 3 abgehoben werden. Dies ist in Fig. 4b gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Antrieb 39 zum automatisierten Betätigen des Greifers 38. Zudem umfasst die Vorrichtung 1 eine be wegliche Ablage 15 für das elastische Element 19. In Fig. 4a ist die bewegliche Ablage 15 um 90° gegenüber der Oberfläche 27 des Substrats 3 gedreht verstaut, weil die bewegliche Ablage 15 in dem gezeigten Zustand nicht benötigt wird. In Fig. 4b ist die bewegliche Ablage 15 zwischen die Oberfläche 27 des Substrats 3 und das elastische Element 19 geschoben. So kann das elastische Element 19 auf die bewegliche Ablage 15 abgelegt werden. Anschließend kann das elastische Element 19 mit der bewegli chen Ablage 15 abtransportiert werden, indem die bewegliche Ablage 15 in ihren in Fig. 4a gezeigten Zustand zurückbewegt wird. Das elastische Element 19 kann sich dabei von der beweglichen Ablage 15 beispielsweise dadurch lösen, dass das elasti sche Element 19 der Bewegung der beweglichen Ablage 15 nach unten nicht folgt. Sobald sich das elastische Element 19 von der beweglichen Ablage 15 gelöst hat. kann die bewegliche Ablage 15 mit einer Reinigungseinrichtung 40 gereinigt werden. Dazu kann die bewegliche Ablage 15 durch die Reinigungseinrichtung 40 mit einem Reinigungsfluid besprüht werden. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine elektrisch angetriebene Mangel 13 zum Auspressen des Elektrolyten aus dem elastischen Ele- ment 19 auf, wenn das elastische Element 19 mit dem Greifer 38 von der Folie 28 ent fernt worden ist. Die Mangel 13 weist zwei Rollen auf, zwischen denen das elastische Element 19 unter Krafteinwirkung hindurchbewegt werden kann.
Mit dem Greifer 38 kann das für Fig. 1 beschriebene Verfahren insoweit durchge führt werden, als dass vor Schritt a) ein elastisches Element 19 auf das Substrat 3 auf- gelegt wird, dass Schritt c) für einen ersten Wachstumszeitraum durchgeführt wird, und dass das Verfahren weiterhin umfasst: d) Entfernen des elastischen Elements 19 mit dem Greifer 38, und e) für einen zweiten Wachstumszeitraum, Fortsetzen des galvanischen Wachsens der Vielzahl von Nanodrähten 2 aus dem Elektrolyten.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Nanodrähte
3 Substrat
4 Substrathalter
5 Aufnahme
6 Elektronik
7 Schnittstelle
8 Steuerungseinheit
9 Digitalisierungseinheit
10 Sensorik
11 Referenzelektrode
12 Elektrode
13 Mangel
14 Heizung
15 bewegliche Ablage
16 Klappe
17 Öffnung
18 Kammer
19 elastisches Element
20 Stempel
21 Antrieb
22 Verriegelung
23 Anzeige- und Bedienmittel
24 Speicher
25 Führungsschiene
26 Arretierung
27 Oberfläche
28 Folie
29 Pore
30 Spannungsquelle
31 Strukturierungsschicht
32 Auslassung 33 Spannungsmessgerät
34 Gehäuse
35 Vorratsbehälter
36 Anschluss 37 Elektrolytleitung
38 Greifer
39 Antrieb
40 Reinigungseinrichtung
41 Pumpe 42 Träger
43 Dämpfer
44 Filter
45 Innenseite
46 Elektrolytaufbereiter

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten (2) auf einem Substrat (3), umfassend einen Substrathalter (4) und ein Gehäuse (34), in welchem eine Kammer (18), eine Steuerungseinheit (8) und ein Vorratsbehäl ter (35) für einen Elektrolyten angeordnet sind, wobei die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, die Vielzahl von Nanodrähten (2) aus dem Elektrolyten auf das Substrat (3) zu wachsen, wenn der Substrathalter (4) mit dem Substrat (3) in die Kammer (18) eingesetzt ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine Innenseite (45) der Kammer (18) aus einem elektrolytbeständigen Material gebildet ist.
3. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerungs einheit (8) dazu eingerichtet ist, mindestens einen dem Vorratsbehälter (35) zuge ordneten Parameter zu ermitteln.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerungs einheit (8) dazu eingerichtet ist, einen Fluss und/odereinen Druck des Elektrolyten zu ermitteln.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Pumpe (41) zum Pumpen des Elektrolyten aus dem Vorratsbehälter (35) in die Kammer (18), wobei die Pumpe (41) gedämpft an einem Träger (42) gehalten ist, der gedämpft in dem Gehäuse (34) gehalten ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Gehäu se (34) weiterhin ein Filter (44) für den Elektrolyten angeordnet ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der Kam- mer (18) ein Greifer (38) zum Entfernen eines auf dem Substrat (3) aufliegenden elastischen Elements (19) angeordnet ist.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei eine bewegliche Ablage (15) derart in der Kammer (18) anordenbar ist, dass das elastische Element (19) mit dem Greifer (38) auf der beweglichen Ablage (15) ablegbar ist.
9. Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten (2) auf ein Substrat (3) mit einer Vorrichtung (1), welche einen Substrathalter (4) und ein Ge häuse (34) mit einer Kammer (18), einer Steuerungseinheit (8) und einem Vorrats behälter (35) für einen Elektrolyten aufweist, und wobei das Verfahren umfasst: a) Einlegen des Substrats (3) in den Substrathalter (4), b) Einführen des Substrathalters (4) in die Kammer (18), c) galvanisches Wachsen der Nanodrähte (2) aus dem Elektrolyten auf das Sub strat (3).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei vor Schritt a) ein elastisches Element (19) auf das Substrat (3) aufgelegt wird, wobei Schritt c) für einen ersten Wachstumszeit raum durchgeführt wird, und wobei das Verfahren weiterhin umfasst: d) Entfernen des elastischen Elements (19) mit einem Greifer (38), und e) für einen zweiten Wachstumszeitraum, Fortsetzen des galvanischen Wach sens der Vielzahl von Nanodrähten (2) aus dem Elektrolyten.
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