KR102551975B1 - 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법으로서, 상기 방법은 적어도 다음의 방법 단계들:
a) 표면 (3) 상에 필름 (5) 을 재치하는 단계로서, 상기 필름 (5) 은 상기 나노와이어들 (2) 이 성장될 수 있는 다수의 스루-연장 미세공들 (8) 을 갖는, 상기 필름 (5) 을 재치하는 단계,
b) 상기 필름 (5) 상에 전해질을 제공하기 위한 수단 (6) 을 재치하는 단계, 및
c) 상기 전해질로부터 상기 다수의 나노와이어들 (2) 을 갈바닉 성장시키는 단계를 포함한다.

Description

다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 시스템 및 방법
본 발명은 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 배열체 및 방법에 관한 것이다.
폭넓은 방식으로 나노와이어들이 얻어질 수 있는 다양한 배열체들 및 방법들이 알려져 있다. 예로서, 나노와이어들은 갈바닉 프로세스들에 의해 또는 박막 기술로부터 알려진 방법들에 의해 얻어질 수 있다. 많은 알려진 방법들은 일반적으로, 이들이 복잡한 기계들을 필요로 하며 따라서 일반적으로 실험실이나 클린 룸에서만 사용된다는 (할 수 있다는) 사실을 갖는다. 특히, 구조에 개입하거나 구조를 파괴하지 않고 임의의 원하는 구조 및 표면 (예를 들어, 칩, 인쇄 회로 기판 (PCB), 센서, 배터리 등) 상에 직접 나노와이어들을 생성할 수 있는 산업 호환 디바이스에 대한 필요가 있다.
또한, 다수의 공지된 배열체들 및 방법들은 획득된 나노와이어들이 이들의 특성 및 특히 품질 면에서 크게 변한다는 단점을 갖는다. 일반적으로, 상이한 성장 프로세스들로부터의 나노와이어들은 동일하거나 일치하는 머신들, 출발 재료들, 및/또는 공식들이 사용되는 경우에도 부분적으로 상당하게 상이하다. 종종, 나노와이어들의 품질은 대응 방법의 사용자 또는 대응 배열체의 사용자의 숙련도, 환경적 영향, 및 단순히 우연성 (chance) 에 종속적이다. 이 모든 것은 나노와이어들이 일부 경우들에 광학 현미경으로도 가시화될 수 없는 구조체들이라는 사실에 의해 악화된다. 따라서, 우선 설명된 특징들 (및 특히 이들의 변동들) 을 검출할 수 있기 위하여 인내를 요하는 테스트들이 필요할 수도 있다.
공지된 방법들 및 배열체들에서, 특히 설명된 품질 차이에 기인하여, 종종 나노와이어들의 성장으로 비교적 큰 표면을 커버하는 것이 가능하지 않게 된다. 따라서, 나노와이어들은 이들의 특징들에 관하여 성장으로 커버되는 비교적 큰 표면의 상이한 영역들 간에 다를 가능성이 있다. 이는 많은 애플리케이션들에 대해 단점일 수 있다.
이를 출발점으로 고려하면, 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 논의된 기술적 문제를 해결하거나 적어도 완화시키는 것이다. 특히, 다수의 나노와이어들이 특히 넓은 영역에 걸쳐 그리고 특히 신뢰할 수 있는 방식으로 제공될 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 특히, 클린룸 실험실의 필수적 사용없이 산업적 사용을 허용하는 방법을 제공하고자 한다. 또한, 대응하는 배열체를 제안하고자 한다.
상기 목적들은 특허 독립항들의 특징으로서 방법 및 배열체에 의해 실현된다. 방법 및 배열체의 보다 유리한 세부사항들은 각각 특허 종속항들에서 구체화된다. 특허청구범위에 개별적으로 지정된 특징들은 임의의 원하는 기술적으로 바람직한 방식으로 서로 결합될 수 있으며, 상세한 설명으로부터의 설명적 실체에 의해 보충될 수 있고 본 발명의 추가의 설계 변형이 강조된다.
본 발명에 따르면, 다수의 나노와이어들을 제공하는 방법이 제안되며, 본 방법은 적어도 다음의 방법 단계들:
a) 표면 상에 필름을 재치하는 단계로서, 필름은 나노와이어들이 성장될 수 있는 다수의 스루-연장 미세공들을 갖는, 필름을 재치하는 단계;
b) 필름 상에 전해질을 제공하기 위한 수단을 재치하는 단계, 및
c) 전해질로부터 다수의 나노와이어들을 갈바닉 성장시키는 단계를 포함한다.
언급된 방법 단계들은 바람직하게는 언급된 순서로 수행되어야 하지만 필수는 아니다.
나노와이어는 와이어형 형태와, 수 나노미터 내지 수 마이크로미터 범위의 크기를 갖는 임의의 재료체를 의미하는 것으로 여기서는 이해야되어야 한다. 나노와이어는 예를 들어 원형, 타원형 또는 다각형베이스 영역을 가질 수 있다. 특히, 나노와이어는 육각형 베이스 영역을 가질 수 있다. 모든 나노와이어들이 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
나노와이어들은 바람직하게 100 nm [나노미터] 내지 100 ㎛ [마이크로미터] 범위, 특히 500 nm 내지 30 ㎛ 범위의 길이를 갖는다. 또한, 나노와이어들은 바람직하게 10 nm 내지 10 ㎛ 범위, 특히 30 nm 내지 2 ㎛ 범위의 직경을 갖는다. 여기서, "직경"이라는 표현은 원형 베이스 영역에 관한 것이며, 이를 벗어난 베이스 영역의 경우에 유사한 직경 정의가 고려되어야 한다. 사용된 모든 나노와이어들이 동일한 길이 및 동일한 직경을 갖는 것이 특히 바람직하다.
기술된 방법은 나노와이어들의 매우 다양한 여러 재료들에 사용될 수 있다. 전기 전도성 재료들, 특히 금속들, 이를 테면, 구리, 은, 금, 니켈, 주석 및 백금이 나노와이어 재료로서 바람직하다. 그러나, 비전도성 재료들, 이를 테면, 금속 산화물도 또한 바람직하다.
나노와이어들이 성장되는 표면은 바람직하게는 전기 전도성 형태이다. 표면이 달리 전기적으로 비전도성 바디부 (예를 들어 기판) 의 일부라면, 전기 전도성은 예를 들어 금속화에 의해 실현될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 전기적으로 비전도성 기판이 얇은 금속 층으로 커버될 수 있다. 금속화에 의해, 특히 전극층이 생성될 수 있다. 표면 및/또는 전극 층의 재료에 따라, 표면과 전극 층 사이에 접착제 층이 제공되는 것이 바람직할 수 있으며, 이 접착제 층은 표면과 전극 층 사이의 접착을 촉진시킨다.
표면의 전기 전도성에 기인하여, 이는 나노와이어들의 갈바닉 성장을 위한 전극으로서 사용될 수 있다. 기판은 특히 실리콘 기판일 수도 있다. 표면은 특히 전기 전도성 구조체들이 장착된 바디부의 표면일 수 있다. 이는 특히 실리콘 칩 또는 소위 인쇄 회로 기판 (PCB) 일 수 있다.
방법 단계들 a) 내지 c) 는 초기에 언급된 시퀀스를 통하여 실행될 수 있다. 나노와이어들은 이어서 표면으로부터 제거되어 다른 위치에서 추가로 사용될 수 있다. 이는 예를 들어, 아래 설명된 바와 같이 필름을 제거하는 것에 의해 수행될 수 있다. 대안적으로, 나노와이어는 (예를 들어 나이프 또는 블레이드에 의해) 긁어내거나 또는 벗겨내는 것에 의해 표면으로부터 제거되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 나노와이어들은 (예를 들어 천에 의해) 두드리는 것에 의해 표면으로부터 제거되는 것이 또한 바람직하다. 언급된 모든 상황들에서, 나노와이어들은 (이들이 성장된 표면 이외의 다른 위치에서) 추가로 사용될 수 있다.
설명된 바와 같이 나노와이어들이 제거될 때, 방법 단계들 a) 내지 c) 는 (필요에 따라 새로운 나노와이어의 다른 제거와 함께) 다시 수행될 수 있다.
필름은 바람직하게는 플라스틱 재료, 특히 폴리머 재료로 형성된다. 특히, 필름이 슬립되지 않도록 필름을 표면에 접속하는 것이 바람직하다. 이는 성장된 나노와이어들의 품질을 감소시킬 수 있다.
미세공들이 필름을 통해 연장되도록 형성되는 사실은 미세공들이 필름의 상부면으로부터 필름의 하부면으로 연속적인 채널을 형성한다는 사실에 의해 바람직하게 실현된다. 특히, 미세공들은 원통형태인 것이 바람직하다. 그러나, 또한 미세공들이 곡선 프로파일을 갖는 채널로서 형성될 수 있다. 미세공은 예를 들어 원형, 타원형 또는 다각형베이스 영역을 가질 수 있다. 특히, 미세공은 육각형 베이스 영역을 가질 수 있다. 미세공은 바람직하게는 균일한 설계로 된다 (즉, 미세공은 바람직하게는 인접한 미세공에 대한 크기, 형상, 배열 및/또는 간격과 관련하여 다르지 않다).
단계 c) 에서 나노와이어들이 성장될 때, 미세공들은 바람직하게는 (특히 완전하게) 갈바닉 성막된 재료로 충전된다. 이러한 방식으로, 나노와이어들은 미세공들의 크기, 형태 및 배열을 취한다. 따라서, 필름 또는 그 내부의 미세공의 선택을 통해, 성장될 나노와이어들의 특징들을 설정하거나 영향을 줄 수 있다. 따라서, 필름은 또한 "템플릿", "템플릿 필름" 또는 "패턴"으로 지칭될 수 있다.
전해질을 제공하기 위한 수단은 적어도 배출 위치에서 전해질을 배출하도록 구성되고 설계된 임의의 디바이스일 수 있다. 배출 위치는 바람직하게는 면적 설계로 되며, 전해질이 배출 영역에 걸쳐 균일하게 배출될 수 있는 것이 특히 바람직하다. 전해질을 제공하기 위한 수단이 필름을 완전히 커버한다면 또한 바람직하다. 전해질을 제공하기 위한 수단은 예를 들어 스폰지, 천, 다공성 고체 바디부 또는 다른 하나 이상의 노즐을 갖는 주입 디바이스일 수 있다. 전해질을 제공하기 위한 수단은 바람직하게는 필름을 추가로 고정시키는 역할을 하도록 설계된다. 이는 특히 전해질을 제공하기 위한 수단이 면적 설계로 되고 필름을 표면에 대해 가압하도록 설계되고 구성되는 관점에서 특히 실현될 수 있다.
단계 a) 내지 c) 에서, 바람직하게는 적어도 3 개의 층들: 표면, 필름 및 전해질을 제공하기 위한 수단 (여기서 언급된 순서로 배열됨) 으로 구성된 층형 구조체가 형성된다. 이 층형 구조체는 임의의 원하는 공간 배향으로 사용될 수 있다. 그러나, 표면이 바닥에 배열되고 전해질을 제공하기 위한 수단이 상단에 배열되는 배향이 바람직하다.
마지막으로, 단계 c) 에서, 나노와이어의 성장은 설명된 층형 구조체를 사용하여 수행된다. 여기서, 나노와이어들의 품질은 특히 다음 파라미터들에 의해 영향을 받을 수 있다:
- 인가 전압,
- 현재 전류 밀도,
- 전류 밀도 및/또는 전압의 시간에 대한 프로파일,
- 표면에 대한 전해질의 압력,
- 전해질의 조성,
- 특히 전해질을 제공하기 위한 수단의 가압 액션에 의한 표면에 대한 필름의 접촉 압력,
- 필름의 접촉 압력의 시간에 대한 프로파일,
- 방법 동안의 지배적인 온도,
- 방법 동안에 사용된 시간에 대한 온도 프로파일
- 전해질의 플로우 또는 이동.
인가 전압은 갈바닉 성장을 위해 전극들 사이에 인가되는 전압이다. 전류 밀도는 성장에 의해 커버될 면적 (전류/론 (lawn) 면적) 과 관련된 전류이다.
특히, 이들 파라미터는 또한 시간에 따라 변할 수 있다. 최적의 파라미터들은 사용된 재료, 크기, 형상, 밀도 (즉, 인접한 나노와이어들 사이의 평균 간격) 및 나노와이어들의 배열에 따라 달라질 수 있다. 특히, 시간에 대한 전류 밀도의 변동은 나노와이어 생산을 향상시킬 수 있다.
이 방법은, 바람직하게 실온에서 구리에 대해 수행된다. 인가된 전압은 바람직하게는 0.01 V 내지 2 V [볼트], 특히 0.1 V 내지 0.3 V 에 놓인다. 구리의 갈바닉 도금 (galvanization) 으로서, 특히 바람직한 것은 CuSO4 [구리 황산염], H2SO4 [황산] 및 H2O [물] 및 첨가제 (계면 활성제, 레벨링제, 증백제) 로 구성된 혼합물이다. 이들 조건 하에서, 예를 들어 직경 100 nm [나노미터] 및 길이 10 ㎛ [마이크로미터] 의 구리로 구성된 나노와이어를 획득하기 위하여, 20 분의 성장 지속기간에 걸쳐 1.5 mA/cm2 (다공성이 고려될 때 7.5 mA/cm2) [제곱 센티미터 당 밀리암페어](직류) 의 전류 밀도가 바람직하게 사용된다. 예를 들어 직경 1 ㎛ [마이크로미터] 및 길이 10 ㎛ [마이크로미터] 의 구리로 구성된 나노와이어를 획득하기 위하여, 40 분의 성장 지속기간에 걸쳐 0.5-2 mA/cm2 [제곱 센티미터 당 밀리암페어](직류) 의 전류 밀도가 바람직하게 사용된다. 특히, 전류 밀도 또는 성막 전압은 나노와이어 성막 동안 변화되며, 특히 전류 밀도/전압은 성막 동안 증가된다.
바람직하게는, 단계 c) 에서 나노와이어들의 성장의 완료 후, 필름은 적어도 부분적으로 (특히 바람직하게는 완전히) 제거된다. 따라서, 나노와이어들은 나중 사용을 위하여 이용가능하도록 노출될 수 있다. 필름의 제거는 바람직하게는 열적 및/또는 화학적으로 (예를 들어, 액 (liquor) 또는 유기 용매에 의해) 또는 산소 플라즈마에 의해 수행된다.
일 실시형태에서, 2 개 이상의 필름들이 사용되는 것이 바람직하다. 다수의 필름들이 다른 필름 위에 재치되기 때문에, 특히 큰 길이 및/또는 가변적, 특히 계층적, 기하학적 형상을 갖는 나노와이어를 얻을 수 있다. 마찬가지로, 다수의 필름들이 다른 필름 위에 포개져 재치되기 때문에, 최외곽 필름을 필오프하는 것에 의해 모든 나노와이어들이 공통 길이로 단축되는 프로세스 단계가 가능하며, 이 공통 길이는 표면에 대해 재치되는 필름의 두께에 의해 특히 결정된다.
기술된 방법에 의해, 특히 바람직한 것으로 기술된 파라미터들을 사용하여, 특히 고품질의 나노와이어들이 획득가능하다. 이들은 또한 특히 대면적에 걸쳐 길이, 직경, 구조, 밀도 (즉, 인접한 나노와이어들 사이의 간격을 의미함) 및 재료 조성에서 특히 균일하게 성장될 수 있다. 기술된 방법은 또한 마이크로어셈블리 처리 동작들을 필요로 하지 않기 때문에 실험실에서 사용하는 것으로 제한되지 않는다. 이온 가속기가 고정된 대형 설비이기 때문에 예를 들어 강한 이온 충격으로 동작하는 방법은 연구 시설로 제한된다.
이 방법의 바람직한 실시형태에서, 표면과 필름 사이에 구조화 층이 제공되며, 구조화 층은 표면에 나노와이어가 성장될 표면의 위치에 적어도 하나의 개구를 갖는다.
구조화 층에 의해, 나노와이어가 표면의 정의가능한 영역들에만 성장되는 것이 실현될 수 있다. 이들 영역은 적어도 하나의 개구에 의해 정의된다. 적어도 하나의 개구는 바람직하게는 포토리소그래피 구조화에 의해 구조화 층에서 생성된다. 구조화 층이 생략되면, 나노와이어들이 전체 표면에 걸쳐 생성될 것이다.
구조화 층은 바람직하게는 전기적 비전도성 재료로 구성된 층이다. 구조화 층은 단계 a) 전에 표면에 적용될 수 있거나, 또는 이미 그 위에 배치된 구조화 층을 갖는 표면이 제공될 수 있다. 이 실시형태에서, 단계 a) 에서 필름을 표면 상에 재치하는 것은 구조화 층 상에 필름을 재치하는 것에 의해 실현된다. 따라서, 표면 및 필름은 적어도 하나의 개구 외부에서 (구조화 층을 통해) 직접적으로가 아니라 간접적으로 임의의 레이트로 접촉한다.
나노와이어가 표면에서 성장되고 이어서 (특히 다른 위치에서 사용하기 위해) 제거될 때, 표면은 추가 나노와이어의 성장을 위해 재사용될 수 있다. 이 경우에, 구조화 층은 표면 상에 남겨질 수 있고 (새로운) 필름이 구조화 층 상에 재치될 수 있다. 이는 또한 표면과 필름 사이에 구조화 층의 제공으로 이해되어야 한다. 이는 특히 구조화 층이 장착된 표면은 방법 단계 a) 내지 c) 에 따라 나노와이어들의 성장을 위해 여러 번 사용될 수 있음을 의미한다.
구조화 층은 바람직하게는 라미네이션 층으로서 형성된다. 여기서, 라미네이션 층은 구조화 층이 플라스틱 재료 (특히 폴리머 재료) 의 연화에 의해 표면에 적용되는 것을 의미한다. 여기서, 구조화 층은 바람직하게는 폴리머들로 형성된다. 구조화 층은 또한 바람직하게는 필름의 위치를 고정시키는 역할을 한다. 특히, 구조화 층이 필름의 위치를 고정시키지 않는 대안적인 실시형태에서, 구조화 층은 또한 예를 들어 이산화규소 또는 질화규소와 같은 추가의 전기 절연성 재료로 형성될 수 있다.
구조화 층은 바람직하게는 200 nm [나노미터] 내지 10 mm [밀리미터] 의 두께를 갖는다. 구조화 층의 두께는 바람직하게는 구조화 층의 재료에 의존하는 방식으로 특히 선택된다. 구조화 층이 라미네이션 층으로서 형성되는 경우, 필름은 라미네이션에 의해 표면에 고정될 수 있다.
구조화 층에서 적어도 하나의 개구의 수, 위치, 크기 및 형상의 선택을 통해, 나노와이어가 성장할 표면의 영역이 무엇인지를 제어할 수 있다. 이는 구조화 층이 전기적으로 비전도성 형태여서, 구조화 층의 재료 상에 갈바닉 성막 (및 따라서 나노와이어의 갈바닉 성장)이 불가능하도록 되는 사실에 기인하여 가능하게 된다. 여기서, 각각의 개구는 바람직하게 나노와이어들의 평균 직경과 관련하여 그리고 인접한 나노와이어들 사이의 평균 간격과 관련하여 큰 범위를 갖는다. 이는 특히 각각의 경우에 다수의 나노와이어들이 각각의 개구 내에서 성장될 수 있음을 의미한다.
필름이 구조화 층의 적어도 하나의 개구를 적어도 부분적으로 커버하도록 구조화 층 상에 필름이 재치되는 것이 바람직하다. 따라서, 나노와이어들의 성장이 적어도 이 오버랩 영역에서 일어날 수 있다는 것이 보장될 수 있다. 또한, 구조화 층이 개구를 갖지 않는 영역에서 필름이 구조화 층을 적어도 부분적으로 또한 덮는 것이 또한 바람직하다. 따라서, 필름이 그 위치에 고정되는 것이 보장될 수 있다. 전해질을 제공하기 위한 수단에 의해 고정이 또한 보장될 수 있다.
필수적이지는 않지만, 구조화 층이 전체 표면을 덮고, 필름이 전체 구조화 층을 덮는 것이 바람직하다.
라미네이션 방법에 대한 대안으로서, 구조화 층은 리소그래피 프로세스 (마스크로 노출) 에 의한 대응하는 구조화 층이 장착된 포토레지스트에 의해 생성될 수 있고, 현상 프로세스 후에 개구를 개방시키고 그 후에 개구 위에 나노와이어가 단계 a) 내지 c) 에 따라 성장된다. 바람직한 변형에서, 포토레지스트는 또한 라미네이션 층으로서 기능한다.
이들 실시형태들에서, 바람직하게는 적어도 4 개의 층들: 표면, 구조화 층, 필름 및 전해질을 제공하기 위한 수단 (여기서 언급된 순서로 배열됨) 으로 구성된 층형 구조체가 형성된다. 층형 구조체는 또한 추가로 상술한 전극 층 (특히 전기적으로 비전도성 표면의 경우에) 및 가능하게는 또한 접착제 층을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 층형 구조체는 특히 다음의 6 개의 층들: 표면, 접착제 층 (특히 전기 전도성일 수 있음), 전극 층 (전기 전도성임), 구조화 층 (절연 작용으로 표면적으로 형성될 수 있음), 필름 및 전해질을 제공하기 위한 수단을 포함할 수도 있다. 이어서 전극층은 갈바닉 프로세스를 위한 상대 전극을 구성하고 (단계 c)), 이는 대안적으로 표면 자체에 의해 형성된다.
본 방법의 추가의 바람직한 실시형태에서, 방법은 적어도 부분적으로 가열과 함께 수행된다.
가열은 바람직하게는 단계 c)에서 수행된다. 여기서, 나노와이어들의 여러 재료들에 대해 하기 표에 언급된 바람직한 또는 특히 바람직한 온도가 바람직하게 사용된다.
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승온된 온도에 의해 전해질에서 이온들의 이동도가 증가될 수 있다. 따라서, 나노와이어들의 성장이 촉진될 수 있다.
본 방법의 다른 바람직한 실시형태에서, 전해질은 요구에 따라 전해질을 제공하기 위한 수단에 공급된다.
전해질은 전해질을 제공하기 위한 수단으로 파이프를 통하여 바람직하게 공급된다. 전해질에 대한 요구는 특히 갈바닉 성막에 의한 소비로부터 특히 결정된다. 나노와이어들의 성장 위치에서 너무 적은 전해질이 이용가능하면, 나노와이어들 내에 결함들이 형성될 수 있거나 또는 나노와이어가 존재하지 않는 영역이 발생할 수 있다. 또한, 불균일하게 분포된 전해질의 경우, 전해질의 불균일한 이온 농도의 경우 및/또는 전해질의 불균일한 온도의 경우, 불균일한 성장 레이트가 발생할 수 있다. 불균일한 성장 레이트가 나노와이어 불균일 성장을 초래할 수 있다. 따라서, 공급된 전해질 양이 소비에 정확하게 적응되면, 특히 고품질 및 균질성의 나노와이어들이 얻어질 수 있다. 특히, 전해질을 제공하기 위한 수단으로부터 제어되지 않는 방식으로 전해질이 탈출할 정도로 과도한 양으로 전해질이 존재하지 않으면 (예를 들어, 본 방법이 수행될 수 있는) 예를 들어 전해질 셀의 밀봉이 생략될 수 있다.
본 방법의 다른 추가의 바람직한 실시형태에서, 전해질을 제공하기 위한 수단은 필름에 대해 적어도 간헐적으로 가압된다.
필름에 대해 전해질을 제공하기 위한 수단의 가압은 단계 c) 동안에 바람직하게 수행된다. 이는 특히 단계 c) 전반에 걸쳐 수행될 수 있지만, 바람직하게는 나노와이어들의 성장 초기 단계에서만 수행될 수 있다. 단계 c) 에서의 이미 가압하는 동작이 또한 바람직하다. 필름에 대해 전해질을 제공하기 위한 수단의 가압의 결과는 전해질의 제공을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 전해질은 상기 스폰지의 압축에 의해 스폰지로부터 방출되도록 권장될 수 있다. 스프링은 바람직하게는 가압 동작을 위해 제공되며, 스프링이 필름에 전해질을 제공하기 위한 수단을 가압하는 힘은 조정가능하다. 탄성 또는 플라스틱 엘리먼트들, 모터 작동식, 유압식 및/또는 공압식 조정 유닛들 또는 레버 메커니즘을 사용하여 가압력을 생성하는 것이 가능하다. 방출되는 전해질의 양은 힘의 조절을 통해 제어될 수 있다. 스폰지형 바디부에 의해 방출되는 전해질의 양은 적어도 하나의 특징적 변수에 의존하는 방식으로 조정될 수 있다. 적어도 하나의 특징 변수는 바람직하게 전류 프로파일, 전압 프로파일, 전기 필드 및/또는 온도이다. 스폰지의 펌핑형 운동이 바람직하게 발생된다. 스폰지의 압축은 반드시 균질할 필요가 있는 것은 아니다. 또한, 스폰지에 작용하는 힘의 불균일한 힘 분포가 제공되는 것도 가능하다. 이러한 식으로, 스폰지가 상이한 양들의 전해질을 방출하는 영역들을 설정하는 것이 가능하다. 특히, 외부에서 내부로 증가하는 가압력을 갖는 스폰지의 볼록한 형태는 펄싱 운동들을 실현하기 위해 유리할 수 있다. 또한, 표면에 대한 또는 구조화 층에 대한 필름의 가압에 에 의해, 필름은 (필름과 표면 또는 구조화 층 사이에서 그리고 필름 내의 채널들에서) 공기의 내포 없이 혼합 방식으로 폼 핏팅 및 위치결정적으로 고정되는 방식으로 필름이 유지되는 것을 보장할 수 있다. 특히 균일한 전해질 분포는 또한 방법 동안 전해질을 제공하기 위한 수단의 운동에 의해 보장될 수 있다. 여기서, 운동은 예를 들어 회전으로, 수평으로 및/또는 수직으로 발생할 수 있다. 특히, 전해질을 제공하기 위한 수단이 필름에 대해 시간에 관련하여 변경되는 압력으로 가압되거나 또는 제 1 성장 후에 필름으로부터 리프트오프되고 따라서 개별적인 미세공들의 선택적 폐쇄가 방지되는 것이 바람직하다.
추가의 바람직한 실시형태에서, 신선한 전해질은 제공 수단에 연속적으로 공급되고, 과도한 전해질은 동시에 연속적으로 배출된다. 이는 전해질의 플로우를 강제하여 적절한 이온들의 공급을 보장한다. 플로우는 또한 전해질의 순환에 의해 실현될 수 있다.
추가의 바람직한 실시형태에서, 접촉 압력은 측정 수단을 사용하여 폐루프 방식으로 모니터링되고 제어된다. 폐루프 제어는 특히 폐루프 제어 엘리먼트에 의해 수행될 수 있다. 폐루프 제어에 의해, 특히, (바람직하게 전체) 프로세스 시간에 걸쳐 가장 가능한 대응적으로 미리 정의가능한 값들로 설정하는 것을 가능하게 한다.
본 방법의 다른 추가의 바람직한 실시형태에서, 전해질을 제공하기 위한 수단은 스폰지 방식으로 형성된다.
스폰지 방식의 형태는 전해질을 제공하기 위한 수단이 전해질을 초기에 흡수 (특히 흡착) 하고, 상기 전해질을 저장하고, 요구에 따라 (특히 압력 하에서) 상기 전해질을 다시 방출하도록 구성됨을 의미하는 것으로 이해되어야한다. 전해질을 제공하기 위한 스폰지 방식으로 형성된 수단으로서, 다음이 바람직하다:
- 스폰지 (예를 들어, 폼 재료, 바람직하게는 멜라민 폼 및/또는 테플론 폼으로 구성됨),
- 천 (예를 들어, 극세사, 여과지, 면 및/또는 일부 다른 물질로 구성됨), 그리고
- 다공성 고체 바디부 (이를 테면, 예를 들어, 다공성 석재, 다공성 유리 및/또는 세라믹 폼).
전해질을 제공하기 위한 수단은 특히 바람직하게는 플렉시블 폼이다. 따라서, 전해질을 제공하기 위한 수단은 압력 하에서 특히 효과적인 방식으로 전해질을 방출할 수 있음을 실현할 수 있다. 이러한 방식으로, 필름의 각각의 미세공에 적절한 양의 전해질이 공급되는 것이 보장될 수 있다. 전해질을 제공하기 위한 이러한 수단은 또한 특히 효과적인 방식으로 필름에 대해 가압될 수 있다. 따라서 필름의 손상이 또한 방지될 수 있다.
본 방법의 다른 추가의 바람직한 실시형태에서, 필름의 스루-연장 미세공들이 표면에 대해 수직으로 형성된다.
이 실시형태에서, 나노와이어들은 표면에 대해 수직으로 성장될 수 있다. 이는 많은 애플리이션들에 대한 대안이다.
본 방법의 다른 바람직한 실시형태에서, 다수의 나노와이어들의 갈바닉 성장을 위해, 성장으로 커버되는 표면과 전해질을 제공하기 위한 수단에 대항하여 재치된 전해질 사이에 전압이 인가된다.
전극으로서, 여기서는 전기 전도성 표면이 사용될 수 있다 (특히 금속화에 의해 얻을 수 있는 위에 설명된 바와 같은 전극 층의 가능성을 가능하게 고려한다). 전극 층은 바람직하게는 표면 상에서 연속적이고 폐쇄된 형태로 된다. 구리, 금, 은, 니켈, 백금, 주석 및/또는 알루미늄이 전극층에 선택적으로 사용되는 것이 유리하다. 고급 강철도 마찬가지로 사용될 수 있다. 표면이 나노와이어들의 성장을 위한 전극으로서 사용된다면, 따라서 전체 표면에 걸쳐 균질한 전기장이 생성되는 것이 가능하다. 제 2 전극은 바람직하게는 면적 형태로 되어, 특히 제 2 전극이 전해질을 제공하기 위한 수단을 적어도 부분적으로 (바람직하게는 완전히) 커버하도록 한다. 이 경우에, 제 2 전극은 위에서 추가로 설명된 층형 구조체: 표면, 접착제 층, 전극 층, 구조화 층, 필름, 전해질을 제공하기 위한 수단, 및 제 2 전극에서 제 7 층을 구성한다. 여기서, 표면 또는 전극 층은 제 1 전극을 구성한다. 추가의 가능성은 충분한 전해질이 항상 이용가능하도록 하기 위하여 스폰지 위에 추가적인 저장소를 사용하는 것이다 (스폰지는 스크린을 사용하여 확고하게 가압된다). 제 2 전극은 제 1 전극 층의 비균질성들을 보상하기 위하여 분할된 설계일 수 있다.
추가의 바람직한 실시형태에서, 본 방법은 또한 하기 방법 단계들:
d) 필름에 포함된 다수의 나노와이어들을 포함하여 표면으로부터 필름을 제거하는 단계,
e) 타겟 표면에 필름을 적용하는 단계를 포함하고, 필름에 포함된 다수의 나노와이어들은 타겟 표면에 연결된다.
언급된 방법 단계들 d) 및 e) 는 바람직하게는 언급된 순서로 수행되어야 하지만 필수는 아니다. 또한, 방법 단계 a) 내지 c) 가 (바람직하게는 이것의 언급된 순서로) 수행된 후에 방법 단계 d) 및 e) 가 수행되는 것이 바람직하다.
이미 위에서 추가로 설명된 바와 같이, 초기에 표면 상에 나노와이어들을 성장시킨 다음, 추가 사용을 위해 나노와이어들을 다른 표면 (이 경우 타겟 표면) 으로 전사하는 것이 유리할 수 있다. 이 실시형태는 이 목적을 위한 바람직한 가능성을 제공한다.
추가의 바람직한 실시형태에서, 성장된 나노와이어들은 보호 층의 적용에 의해 나노와이어들의 산화 및/또는 접착제 결합에 대해 적어도 일시적으로 보호된다.
보호 층은 특히 보호 래커 (lacquer) 를 포함할 수 있다. 보호 층은 바람직하게 전기적 비전도성 재료로 형성된다. 보호 층은 특히 나노와이어들의 수송 및/또는 저장을 위해 적용될 수 있다.
보호 층은 특히 추가의 머시닝 프로세싱 단계들, 예를 들어 소잉에 대한 보호를 제공할 수도 있다.
본 방법의 추가의 바람직한 실시형태에서, 필름은 적어도 부분적으로 분해된다.
필름의 분해는 바람직하게는 방법의 종료시, 다시말하면, 특히 단계 c) 후에 수행된다. 필름의 제거는 일반적으로, 필름의 제거에 의해 나노와이어들이 처음으로 노출되기 때문에 일반적으로 유리하다. 필름은 바람직하게 완전하게 분해된다. 따라서 나노와이어들의 나중의 사용을 위하여 바람직하지 않은 필름의 잔류물들이 회피될 수 있다. 필름은 열적으로 및/또는 화학적으로 제거될 수 있다. 화학적 제거를 위해, 필름은 (특히 유기) 용매, 액체 및/또는 플라즈마에 노출되는 것이 바람직하다.
본 방법의 추가의 바람직한 실시형태에서, 표면은 복수의 전기 전도성 영역들을 갖는다. 단계 a) 전에, 하기 방법 단계들:
i) 전기 전도성 접착제 층을 (특히 기판의) 표면에 적용하는 단계,
ii) 전기 전도성 전극 층을 표면에 적용하는 단계,
iii) 전기 절연성 구조화 층을 전기 전도성 전극 층에 적용하는 단계, 및
iv) 나노와이어들이 전기 전도성 영역들 상에 성장되는 위치들에서 표면의 전기 전도성 영역들을 노출시키는 단계로서, 전기 전도성 연결은 상기 전기 전도성 영역들과 상기 전기 전도성 전극 층 사이에 유지되는, 상기 전기 전도성 영역들 (19) 을 노출시키는 단계
가 수행되고,
단계 c) 후에, 하기 방법 단계들:
α) 필름을 제거하는 단계,
β) 구조화 층을 제거하는 단계,
γ) 전극 층을 제거하는 단계, 및
Δ) 전기 전도성 접착제 층을 제거하는 단계
가 수행된다.
이 실시형태에서, 특히 나노와이어들은 특히 전기 전도성 구조체들을 갖는 표면들에서 용이하게 성장될 수 있다. 이들은 특히 소위, 인쇄 회로 기판들 (PCB들) 또는 실리콘 칩일 수 있다. 이들은 기본적으로 전기적으로 절연성이고 예를 들어 컨택 포인트들, 및 전도체 트랙들이 전기 전도성 구조체들로서 제공되는 표면을 일반적으로 갖는다. 이러한 컨택 포인트들은 여기에 설명된 바와 같이 성장에 의해 커버될 표면의 전기 전도성 영역들의 일례이다. 표면의 전기 전도성 영역은 서로에 대해 초기에 전기 절연되는 것이 바람직하다. 이는 특히 전기 절연성 형태이고 전기 전도성 영역들의 위치에 개구들을 갖는 (위에 추가로 설명된 구조화 층과는 구별되는) 베이스 구조화 층에 의해 달성될 수 있다. 기술된 방법에 따라 이러한 전기 전도성 영역 상에 나노와이어를 성장시키기 위하여, 전기 전도성 영역이 갈바닉 성장의 전극으로서 사용될 수 있다면 유리하다. 그러므로, 적어도 설명된 방법의 기간 중에, 표면의 초기에 서로 분리된 전기 전도성 영역들 사이에 전기 전도성 접속이 생성되는 것이 바람직하다. 이는 기본적으로 예를 들어 바늘에 의해 각각의 전기 전도성 영역이 개별적으로 접촉되는 것에 의해 실현될 수 있다. 그러나, 이는 특히 다수의 전기 전도성 영역들에 대해 번거로울 수 있다. 본 실시형태는 다수의 전기 전도성 영역들을 서로 연결하고 따라서 이것의 컨택을 상당히 간략화하는 단순 수단을 제공한다.
단계 i) 에서, 접착제 층이 적용된다. 이는 예를 들어, CVD (화학 기상 증착) 또는 PVD (물리 기상 증착) 에 의한 개구들을 포함하여, 전기 전도성 재료, 특히 금속, 유리하게는 크롬, 티타늄 또는 텅스텐 또는 티타늄과 텅스텐의 합금 (TiW) 으로 구성된 층이 전체 베이스 구조 층 위에 형성됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 전기 전도성 접착제 층은 베이스 구조화 층의 개구들, 특히 개구들의 에지들에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 전기 전도성 연결이 전기 전도성 영역들 사이, 바람직하게는 모든 전기 전도성 영역들 사이에 생성되도록 전기 전도성 접착제 층이 연속적인 방식으로 형성됨을 의미한다. 따라서, 전기 전도성 영역은 예를 들어 전기 전도성 접착제 층의 컨택에 의해 컨택될 수 있다. 컨택은 바람직하게는 단계 ii) 에서 적용된 전극 층에 의해 실현된다. 전기 전도성 영역들은 나노와이어들의 갈바닉 성장을 위하여 전극으로서 결합적으로 사용될 수 있다. 또한, 접착제 층은 후속하는 층형 구조체가 기판 상에 기계적으로 고정되고, 표면으로부터 층형 구조체의 분리가 인장 및 전단 부하들 및 또한 온도 변동들 하에서도 발생하지 않는다는 것을 실현하도록 역할을 한다.
단계 ii) 에서, 전기 전도성 전극 층은 접착제 층에 적용된다. 전기 전도성 재료, 특히, 금속, 유리하게 구리, 금, 알루미늄, 크롬, 티타늄, 니켈, 은, 주석으로 구성된 층이 기본 구조화 층의 개구들을 포함하여 전체 접착제 층 상에 형성됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 전기 전도성 접착제 층은 개구들 내에, 특히 개구들의 에지들에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 전기 전도성 연결이 전기 전도성 영역들 사이, 바람직하게는 모든 전기 전도성 영역들 사이에 생성되도록 전기 전도성 전극 층이 연속적인 방식으로 형성됨을 의미한다. 따라서, 전기 전도성 영역은 특히 또한 전기 전도성 전극 층의 컨택에 의해 컨택될 수 있다. 전기 전도성 영역들은 나노와이어들의 갈바닉 성장을 위하여 전극으로서 결합적으로 사용될 수 있다. 전기 전도성 층은 필수적으로 전극 층으로서 기능할 필요는 없으며, 또한 단지 이전에 절연된 영역들의 컨택을 위해 작용할 수도 있다. 전기적으로 서로 절연된 영역들의 컨택은 또한 일부 다른 방식으로, 예를 들어 와이어 본드 연결, 납땜 와이어, 전도성 래커 등을 통한 연결에 의해 실현될 수 있다.
단계 iii) 에서, 구조화 층은 전극 층에 적용되고, 구조화 층의 개구들은 단계 iv) 에서 형성된다. 여기서, 각각의 전기 전도성 영역들 (컨택들) 에는 정확히 하나의 개구가 할당되는 것이 바람직하다. 특히, 전기 전도성 영역은 각각 대응하는 개구를 완전히 오버랩하는 것이 바람직하다. 따라서, 전기 전도성 영역들은 바람직하게는 구조화 층의 각각 대응하는 개구보다 더 크다. 전기 전도성 영역이 다수의 개구들에 배정되어 따라서 다수의 개구들이 상기 전기 전도성 영역 내에 제공될 수 있다.
전기 전도성 전극 층의 적용 후에 나노와이어들의 성장이 수행된다면, 나노와이어들은 전기 전도성 전극 층 상에서 성장할 것이다. 이는 단계 iii) 에서 전기 절연성 구조화 층의 적용을 통해 억제될 수 있다. 단계 iii) 에서, 전기 절연성 구조화 층은 전기 절연성 구조화 층이 전기 전도성 전극 층을 완전히 커버하도록 전기 전도성 전극 층에 적용된다. 전기 절연성 구조화 층의 경우에도, 전극층의 개구들의 에지들이 커버되는 것이 바람직하다. 이는 전기 절연성 구조화 층의 적용 후, 바람직하게는 전기 전도성 전극 층의 노출된 영역들이 없음을 의미한다. 이러한 방식으로, 전기 전도성 전극 층의 콘택은 초기에 불가능하다.
단계 iv) 에서, 나노와이어들이 성장될 전극 층의 전기 전도성 영역들의 위치들이 노출된다. 이는 특히 전기 절연성 구조화 층이 이들 위치들에서 제거됨을 의미한다. 이는 특히 리소그래피 방법들에 의해, 그리고 전기 절연성 구조화 층만을 선택적으로 제거하는 화학물질들을 사용하여 수행될 수 있다.
단계 iv) 후에, 바람직하게는 다음:
- 다수의 전기 전도성 영역들을 갖는 표면,
- 표면에 적용되고 접착 촉진제로서 연속적인 전기 전도성 표면을 제공하는 연속 접착제 층,
- 접착제 층에 적용되고 제 1 전극으로서 작용하는 (또는 전극으로서 작용하는 전기 전도성 영역들을 서로 연결시키는) 전기 전도성 층,
- 전기 전도성 전극 층에 적용되고 나노와이어들이 성장되는 위치에 개구들을 갖는 전기 절연성 구조화 층
을 포함하는 중간 생성물 (예를 들어, 층형 구조체가 그 위에 배열된 실리콘 칩) 이 존재하고,
상기 전기 전도성 접착제 층 및 전기 전도성 전극 층은 표면의 전기 전도성 영역이 전기 전도성 층을 통해 전기적으로 전도성 방식으로 서로 연속적인 방식으로 연결되고, 전기 전도성 영역의 위치 상에서만 성장되는 나노와이어들이 노출되도록 형성된다.
접착제 층은 생략될 수 있다. 이는, 예를 들어, 성장되는 나노와이어들이 이미, 적절한 기계적 접착을 보여주도록 성장으로 커버되는 영역이 준비된 PCB 가 사용되는 경우에 특히 그러하다. 따라서 (바람직하게는) 금속성 나노와이어들은 PCB 의 제공된 표면에서 직접 성장될 수 있다. 여기서, 단계 i) 및 Δ) 는 생략된다. 대응적으로, 설명된 방법의 실시형태는 표면이 다수의 전기 전도성 영역들을 갖고, 단계 a) 전에, 다음의 방법 단계들:
ii) 전기 전도성 전극 층을 표면에 적용하는 단계,
iii) 전기 절연성 구조화 층을 전기 전도성 전극 층에 적용하는 단계, 및
iv) 나노와이어들이 전기 전도성 영역들 상에 성장되는 위치들에서 표면의 전기 전도성 영역들을 노출시키는 단계로서, 전기 전도성 연결은 상기 전기 전도성 영역들과 상기 전기 전도성 전극 층 사이에 유지되는, 상기 전기 전도성 영역들 (19) 을 노출시키는 단계
가 수행되는 것이 바람직하다
단계 c) 후에, 하기 방법 단계들:
α) 필름을 제거하는 단계,
β) 구조화 층을 제거하는 단계, 및
γ) 전극 층을 제거하는 단계
가 수행된다.
접착제 층을 갖는 실시형태의 설명은 여기에 대응하여 적용된다. 이 경우, 단계 iv) 후에, 바람직하게는 다음:
- 다수의 전기 전도성 영역들을 갖는 표면,
- 표면에 적용되고 제 1 전극으로서 작용하는 (또는 전극으로서 작용하는 전기 전도성 영역들을 서로 연결시키는) 전기 전도성 층,
- 전기 전도성 전극 층에 적용되고 나노와이어들이 성장되는 위치에 개구들을 갖는 전기 절연성 구조화 층
을 포함하는 중간 생성물 (예를 들어, 층형 구조체가 그 위에 배열된 PCB) 이 존재하고,
전기 전도성 전극 층은 표면의 전기 전도성 영역이 전기 전도성 층을 통해 전기적으로 전도성 방식으로 서로 연결되고, 전기 전도성 영역의 위치 상에서만 성장되는 나노와이어들이 노출되도록 형성된다.
나노와이어들의 성장을 위해, 표면 또는 전극 층의 전기 전도성 영역들이 전극으로서 사용될 수 있다. 전기 전도성 영역들은 전기 전도성 층을 통해 서로 연결되기 때문에, 전기 전도성 전극 층의 단일 콘택으로 여기에서는 충분할 수 있다. 이를 위해, 전기 절연성 구조화 층은 적어도 하나의 위치에서 제거되거나 (또는 제 1 장소에서 상기 위치의 전기 전도성 전극 층에 적용되지 않아), 전기 전도성 전극 층은 이 위치에서 예를 들어 바늘에 의해 접촉될 수 있음이 바람직하다. 전기 전도성 전극 층은 또한 전기 절연성 구조화 층이 바늘에 의해 관통되어 콘택될 수 있다.
단계 i) 내지 iv) (또는 ii) 내지 iv)) 에 의해 획득된 중간 생성물을 사용하여, 설명된 방법의 단계 a) 내지 c) 에 따른 나노와이어들의 성장이 바람직하게 수행된다. 여기서, 나노와이어들은 단계 iv) 에 따라 노출되었던 전기 전도성 영역의 위치들에서 성장된다. 와이어가 성장한 후, 필름은 단계 α) 에서 제거된다. 위에 설명된 바와 같이, 이는 열적 및/또는 화학적으로 수행될 수 있다. 이어서, 단계 β) 및 γ) 에서, 전기 전도성 전극층 및 전기 절연성 구조화 층도 제거된다. 이는 바람직하게는 특히 전기 전도성 전극층 및/또는 전기 절연성 구조화 층만을 선택적으로 제거하도록 특히 선택된 화학물질을 사용하여 수행되는 반면, 특히 표면의 전기 전도성 영역들 및 나노와이어들이 화학물질에 의해 공격받지 않도록 특히 선택되는 화학물질들을 사용하여 수행된다. 대안적으로, 다수의 층들 (즉, 특히 접착제 층, 전극 층 및/또는 구조화 층) 을 동시에 제거하는 화학물질들을 사용할 수 있다. 이는 특히 유리하게는 금속 나노와이어들을 공격하지 않는 화학물질, 및/또는 층들의 분해 또는 분리가 나노와이어의 분해 또는 공격보다 더 빨리 발생하도록 (특히 제거될 층보다 더 두껍게 설계될 수 있도록) 선택된 층 두께로 인해 가능하다. 이 특히 바람직한 방식으로, 전체 층형 구조체가 제거되고 나노와이어가 한 단계에서 노출될 수 있다.
본 방법의 다른 추가의 바람직한 실시형태에서, 성장된 나노와이어들을 포함하는 필름은 단계 a) 내지 c) 가 수행된 후에 제거된다. 단계 a) 내지 c) 가 이어서 다시 수행된다. 단계 a) 내지 c) 가 다시 수행된 후에 단계 α) 내지 γ) (및 가능하게는 Δ)) 가 수행된다.
특히, 전기 전도성 영역의 불균일성에 기인하여 나노와이어들의 성장 동안, 나노와이어들이 불균일한 높이로 성장할 수 있다. 이는 표면으로부터 이격되어진 나노와이어들의 이들 단부들이 성장이 완료된 후 표면으로부터 상이한 거리에 배열되어 있음을 의미한다. 본 실시형태에서, 특히 균일한 높이로 성장한 나노와이어들이 얻어질 수 있다. 이 목적을 위해, 특히 위에 설명된 중간 생성물 중 하나가 출발점으로서 취해지는 것이 가능하다. 나노와이어들은 기술된 방법의 단계 a) 내지 c) 에 따라 그 위에 성장된다. 상기 나노와이어들은 상술한 방법이 교시된 성장에 대해 방법의 완료 후에 표면 상에 남겨진 나노와이어가 아니다. 이들은 대신에, 보충적으로 성장된 나노와이어들이다. 보충적으로 성장된 나노와이어들의 성장 후, 보충적으로 성장된 나노와이어들을 포함하는 필름은 다시 제거된다. 이는 예를 들어 필름의 박리와 같은 기계적 제거에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 보충적으로 성장된 나노와이어들은 필름과 표면 사이의 계면에서 끊길 수 있다. 이는 보충적으로 성장된 나노와이어들이 특히 얇은 형태인 경우에 특히 그러하다. 보충적으로 성장된 나노와이어들은 상술한 방법이 교시된 성장에 대해 방법의 완료 후에 표면 상에 남겨진 나노와이어보다 특히 더 얇을 수 있다. 보충적으로 성장된 나노와이어들의 성장 및 보충적으로 성장된 나노와이어들을 포함하는 필름의 후속하는 제거에 의해, 나노와이어들이 후속적으로 간접적으로 또는 직접적으로 다시 성장될 수 있는 특히 평편한 표면이 획득될 수 있다. 이러한 방식으로, 여기서 범프라고 하는 구조체가 제공될 수 있다. 이는 특히, 주요 구조화 층의 개구들이 나노와이어들의 재료로 충전되어 층형 구조체의 최상위층과 함께 (즉, 특히 구조화 층과 함께) 범프들이 연속적인 그리고 평편한 표면을 형성하게 된다. 따라서, 범프들이 유리하게 높이 등화 및 접촉 촉진제로서 사용될 수 있다. 본 방법의 완료 후에 방법이 교시되는 성장에 대하여 표면 상에 남겨진 나노와이어들이 상기 범프들 상에 성장될 수 있다. 상기 나노와이어들은 이 특히 평면에서 특히 균일한 높이로 성장할 수 있다. 이 실시형태에 대해 설명된 추가적인 단계들은 총괄적으로 표면의 평활화로서 설명되거나 또는 범프 생성에 사용되는 것으로 설명될 수 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시형태에서, 다수의 나노와이어들의 성장의 완료 후, 나노와이어들 상의 산화물 층은 적어도 부분적으로 제거된다.
설명된 방법에 따라 제공된 나노와이어들은 특히 전기 전도체를 서로 전기적 및/또는 기계적으로 연결하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 2 개의 표면들이 서로 연결될 수 있다. 이를 위해, 다수의 나노와이어들이 각각의 경우에 연결될 표면들 중 하나 또는 양쪽 상에 바람직하게 제공될 것이다. 이렇게 얻어진 나노와이어들은 표면들에 의해 서로에 대해 가압됨으로써 후속하여 서로 접촉될 수 있다. 여기서, 나노와이어들은 연결될 표면들 사이에 전기적으로, 기계적으로 및/또는 열적으로 특히 안정적인 연결을 형성할 수 있다. 그러나, (자연) 산화물 층이 나노와이어들 상에 형성될 수 있으며, 이 산화물 층은 연결의 기계적, 전기적 및/또는 열적 특성을 손상시킬 수있다. 연결 형성 이전에 이 산화물 층을 제거함으로써, 결과적으로 언급된 양태와 관련하여 연결 품질을 향상시키는 것이 가능하다. 산화물 층을 제거함으로써 연결 형성 동안 요구되는 압력이 감소될 수 있거나, 압력의 작용을 완전히 제거하는 것이 가능하다. 산화물 층의 제거는 바람직하게는 플럭스 (이를 테면, 예를 들어, 산, 특히 환원 산, 이를 테면, 예를 들어 염산 (HCl) 또는 포름산 (CH2O2) 또는 시트르산 (C6H8O7)) 또는 플라즈마의 수단 (예를 들어 아르곤 플라즈마) 를 사용하여 수행된다. 바람직하게 사용되는 산은 산소 원자들을 포함하지 않는다 ( 산소 원자들은 화학 반응의 결과로 방출될 수 있으며, 이는 산화물 층의 재생 형성에 기여할 수 있다). 플럭스는 특히 바람직하게는 연결 형성에 기여한다. 이는 예를 들어, 아크릴레이트의 경우일 수도 있다.
설명된 방법에 따라 제공된 나노와이어들은 특히 콘택 면들을 서로 전기적 및/또는 기계적으로 연결하기 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 다수의 나노와이어들이 각각의 경우에 연결에 수반되는 하나 또는 모든 콘택 면들 상에 상술한 방법에 따라 제공되는 것이 가능하다. 접촉 표면이 결합되는 것에 의해 나노와이어들은 서로 접촉할 수 있으며, 여기서 나노와이어들은 서로 맞물려 연결을 형성한다. 산화물 층의 제거는 바람직하게는 접촉 표면이 결합된 후에 수행된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 산화물 층의 제거는 표면들이 함께 콘택할 때 및/또는 그전에 수행된다. 예를 들어, 이러한 방식으로, 하나 이상의 LED들 (발광 다이오드들) 이 기판 또는 캐리어에 연결될 수 있다.
생성된 나노와이어들의 사용 전 또는 사용 동안 이들은 또한 추가 처리될 수 있다. 따라서, 환원 매질의 사용을 통하여 나노와이어들 상에서 잠재적으로 존재하는 산화물 층이 제거되는 경우가 유리하다. 산화물 층의 제거는 포름산 및/또는 초음파에 의해 수행될 수 있다. 환원 매질은 또한 접착력 (나노와이어들의 융합이 실질적으로 폐쇄된 구조를 형성함) 을 추가로 보조할 수 있으며, 이는 연결 강도의 증가로 이어질 수 있다. 매질은 액체 또는 기체 매질일 수 있으며, 이는 연결된 나노와이어를 통해 플로우하여 산화물 층을 제거하고 나노와이어의 융합을 돕는다. 예를 들어, 기화된 포름산 또는 형성 가스가 이 목적을 위해 바람직하게 사용된다.
산화물 층의 제거는 바람직하게는 진공에서 (특히 진공 챔버에서) 또는 보호 가스 분위기에서 수행되어 대기 산소로 인한 산화물 층의 재생된 형성이 방지된다. 산화물 층의 제거 후 및 특히 연결 프로세스 이전에, 나노와이어들이 공기 또는 산소와 접촉하지 않는 것이 또한 바람직하다. 전기 전도체의 연결은 또한 바람직하게는 진공 또는 보호 가스 분위기에서 수행된다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 배열체가 제안되며, 이들은 적어도 다음:
- 나노와이어들이 성장되는 (바람직하게 전기 전도성) 표면,
- 표면 상에 재치된 필름으로서, 필름은 나노와이어들이 성장될 수 있는 다수의 스루-연장 미세공들을 갖는, 상기 필름,
- 상기 필름 상에 재치된, 상기 전해질을 제공하기 위한 수단, 및
- 상기 전해질로부터 상기 다수의 나노와이어들을 갈바닉 성장시키는 적어도 하나의 전극을 포함하는, 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 배열체
를 포함한다.
위에 추가로 설명된 방법의 특정 이점들 및 설계 특징들은 설명된 배열체에 대해 적용가능 및 전사가능하며 그 역도 가능하다.
예를 들어, 기판의 표면은 최하위 기준 평면으로서 사용된다. 표면은, 예를 들어 인쇄 회로 기판 (PCB) 의 경우 또는 등가 표면의 경우, 예를 들어 구리, 금 또는 알루미늄으로 구성된 전도성 구조체가 장착될 수 있다. 특히, 표면이 적절하게 전기 전도성이 아닌 경우, 전기 전도성 층이 기술된 방법에 대한 전극으로서 사용될 수 있도록 연속하는 전기 전도성 층이 표면에 적용되는 것이 바람직하다. 접착 촉진제 (특히, 접착제 층) 는 표면과 전기 전도성 전극층 사이에 제공되는 것이 바람직하다. 여기서, 연속적인 전기 전도성 접착제 층이 표면 상에서 실현되는 것이 바람직하다.
오직 하나의 전극 (예를 들어, 상대 전극) 만이 제공되는 것으로 충분할 수 있다. 나노와이어들이 성장될 표면은 이후 나노와이어의 갈바닉 성장에 필요한 제 2 전극으로서 사용된다. 금속화가 표면에 적용된 경우 (예를 들어, 표면이 전기 전도성이 아니거나, 연속적인 전기 전도성이 아니거나 적절하게 전기 전도성이 아니기 때문에), 금속화 (전극 층) 는 제 2 전극으로서 기능할 수 있다. 대안적으로 2 개의 전극이 제공되는 것이 바람직하며, 그 사이에 나노와이어의 성장에 필요한 전압이 인가될 수 있다.
이 바람직한 실시형태에서, 배열체는 표면 또는 전극층과 필름 사이에 구조화 층을 더 포함하며, 구조화 층은 표면에 나노와이어가 성장될 표면의 위치에 적어도 하나의 개구를 갖는다.
추가의 바람직한 실시형태에서, 배열체는 나노와이어들이 성장될 상기 표면 상에 구조화 층을 제공하기 위한 디바이스를 더 포함한다.
구조화 층을 제공하기 위한 디바이스는 바람직하게는 라미네이션 디바이스, 진공 코팅 설비, 래커 원심 분리기 또는 분무 디바이스 또는 딥 코팅 설비이다. 이에 의해, 구조화 층으로서 래커 층을 표면에 적용하는 것이 바람직하다.
추가의 바람직한 실시형태에서, 배열체는 기준 전극을 더 포함한다.
기준 전극은 바람직하게는 전해질을 제공하기 위한 수단 내에 그리고 유리하게는 전극 층에 가능한 가깝게 배치된다. 기준 전극은 바람직하게는 전기 분해를 위해 제공된 전극 중 적어도 하나에 측정 전자기기에 의해 접속되어, 전기화학적 전위차가 기준 전극과 전해질에 제공되는 전극 사이에 설정된다. 이는 특히 측정 유닛, 특히 전기 전압 측정 유닛을 사용하여 수행될 수 있다. 획득된 값은 전극 표면에서의 전기 화학적 활성의 측정값이다. 획득된 값에 의해, 특히 전해질을 제공하기 위한 수단에 얼마나 많은 전해질이 공급되어야 하는지를 식별하는 것이 가능하다.
본 발명 및 기술 분야는 도면들에 기초하여 아래 보다 자세하게 설명될 것이다. 도면은 본 발명이 제한하지 않는 특히 바람직한 예시적인 실시형태들을 도시한다. 특히 도면, 특히 예시된 비율은 단지 개략적인 것임을 적시한다. 도면들에서, 개략적으로 각각의 경우에서:
도 1 은 여기에 설명된 바와 같은 배열체의 단면도를 도시한다;
도 2 는 도 1 로부터 배열체의 구조화 층을 통하여 위로부터 본 단면도이다.
도 3a 내지 도 3i 는 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 방법의 9 개의 개략적 예시를 도시한다.
도 1 은 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하기 위한 배열체 (1) 를 도시한다. 배열체 (1) 는 나노와이어들 (2) 이 성장되는 표면 (3) 을 갖는 바디부 (18) 를 포함한다. 표면 (3) 상에는 구조화 층 (4) 이 있으며, 구조화 층 (4) 은 다수의 개구들 (7) 을 갖는다 (이 도면에서 2 개의 개구들 (7) 을 볼 수 있다). 나노와이어들 (2) 은 개구들 (7) 의 위치에서 표면들 (3) 상에 성장되어야 한다. 구조화 층 (4) 상에 재치된 필름 (5) 이 또한 제공된다. 필름 (5) 은 나노와이어들 (2) 이 성장될 수 있는 다수의 스루-연장 미세공들 (8) 을 갖는다. 나노와이어들 (2) 은 구조화 층 (4) 의 개구들 (7) 의 위치에서 미세공들 (8) 에서만 성장한다. 다른 위치에서 나노와이어들 (2) 의 갈바닉 성장이 방지된다. 전해질을 제공하기 위한 수단 (6) 으로서 스폰지 (10) 가 필름 (5) 상에 재치된다. 또한, 스폰지 (10) 에 대향하여 재치된 전극 (12) 이 제공되었다. 전기 전도성 전극 (12) 과 표면 (3) 사이에서, 전압은 전압원 (11) 에 의해 그리고 케이블 (15) 을 통해 인가될 수 있다. 다수의 나노와이어들 (2) 의 갈바닉 성장은 이 전압에 의해 실현될 수 있다. 기준 전극 (13) 도 또한 제공되었다. 기준 전극 (13) 과 전극 (12) 사이에, 전기 전위 차가 측정 유닛 (14) 에 의해 측정될 수 있다. 파이프 (16) 를 통해, 전해질은 스폰지 (10) 에 공급될 수 있다. 스폰지 (10) 는 스프링 (9) 에 의해 필름 (5) 에 대항하여 (유압식, 전동식, 공압식으로) 가압될 수 있다. 여기서, 스프링 (9) 은 스폰지 (10) 에 작용하는 힘이 조절될 수 있도록 고정되었다. 이는 이중 화살표로 표시된다. 또한, 히터 (17) 가 도시되어 있으며, 이에 의해 나노와이어 (2) 의 성장이 가열에 의해 수행될 수 있고/있거나 이에 의해 필름 (5) 이 (적어도 부분적으로) 용해될 수 있다.
도 2 는 도 1 로부터의 구조화 층 (4) 을 도시하며, 위에서 본 것이다. 여기서는 개구 (7) 의 위치에서만 성장할 수 있는 나노와이어 (2) 를 갖는 개구 (7) 를 볼 수 있다. 나노와이어 (2) 는 원형 횡단면을 갖는다.
도 3a 내지 도 3i 는 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 방법의 9 개의 개략적 예시를 도시한다. 도 3a 는 3 개의 전기 전도성 영역들 (19) 을 갖는 베이스 표면 (23) 을 도시한다. 베이스 구조화 층 (24)(예를 들어, 솔더 레지스트) 이 베이스 표면 (23) 에 적용되고, 베이스 구조화 층은 각각의 전기 전도성 영역 (19) 에 대해 각각의 경우에 하나의 개구 (7) (예를 들어, 콘택) 를 갖는다. 베이스 표면 (23)과 베이스 구조화 층 (24) 은 함께 도 1 의 의미에서 표면 (3) 을 형성한다.
도 3b 에서, 전기 전도성 전극 층 (21) 이 베이스 구조화 층 (24) 에 적용되었고, 전기 절연성 구조화 층 (4) 이 상기 전기 전도성 전극 층에 적용되었다.
도 3c 에서, 전기 전도성 영역 (19) 의 위치가 노출되었고, 나노와이어 (2) 가 성장될 모든 전기 전도성 영역들 (19) (특히 콘택들을 형성할 수 있음) 은 서로 연결되어 있다.
도 3d 에서, 구조화 층 (4) 상에 필름 (5) 이 재치되었고, 필름 (5) 은 보충적으로 성장된 나노와이어들 (22) 이 성장될 수 있는 다수의 스루-연장 미세공들 (8) 을 갖는다.
도 3e 에서, 필름 (5) 의 미세공 (8) 에서 성장된 보충적으로 성장된 나노와이어들 (22) 을 볼 수 있다. 보충적으로 성장된 나노와이어 (22) 는 필름 (5) 과 함께 제거된다.
도 3f 는 보충적으로 성장된 나노와이어들 (22) 로 필름 (5) 을 제거한 후의 상황을 도시한다. 전기 전도성 범프 (20) 는 뒤에 남겨진다. 이어서, 추가의 필름 (5) 이 구조화 층 (4) 상에 재치되고, 나노와이어 (2) 가 성장된다. 여기에 얻어진 나노와이어들 (2) 은 방법의 완료 후에, 상술한 방법이 교시된 성장에 대해 전기 전도성 영역들 (19) 상에 (또는 범프들 (20) 상에) 남겨진 나노와이어들이다.
도 3g 는 필름 (5) 과 함께 나노와이어들 (2) 을 도시한다. 이들 나노와이어들 (2) 의 성장 후에, 필름 (5) 이 제거 될 수 있으며, 이는 도 3h 의 예시로 이어지고, 여기서 화학 프로세스에 의해 필름 (5) 만뿐 아니라 구조화 층 (4) 도 제거되었다. 마지막으로, 전기 전도성 전극 층 (21) 이 제거된다. 따라서, 도 3i 에 도시된 바와 같이, 베이스 표면 (23) 의 전기 전도성 영역 (19) 상의 나노와이어 (2) 및 범프 (20) 만이 남겨진다.
1: 배열체
2: 나노와이어
3: 표면
4: 구조화 층
5: 필름
6: 전해질을 제공하기 위한 수단
7: 개구
8: 미세공
9: 스프링
10: 스폰지
11: 전압 소스/전류 소스
12: 전극 (상대 전극)
13: 기준 전극
14: 측정 유닛
15: 케이블
16: 파이프
17: 히터
18: 바디부
19: 전기 전도성 영역
20: 전기 전도성 범프
21: 전기 전도성 전극 층
22: 보충적으로 성장된 나노와이어들
23: 베이스 표면
24: 베이스 구조화 층

Claims (18)

  1. 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법으로서,
    상기 방법은 적어도 하기 방법 단계들:
    a) 표면 (3) 상에 필름 (5) 을 재치하는 단계로서, 상기 필름 (5) 은 상기 나노와이어들 (2) 이 성장될 수 있는 다수의 스루-연장 미세공들 (8) 을 갖는, 상기 필름 (5) 을 재치하는 단계,
    b) 상기 필름 (5) 상에 전해질을 제공하기 위한 수단 (6) 을 재치하는 단계, 및
    c) 상기 전해질로부터 상기 다수의 나노와이어들 (2) 을 갈바닉 성장시키는 단계를 포함하고,
    상기 전해질은 요구에 따라 상기 전해질을 제공하기 위한 수단 (6) 에 공급되고, 상기 전해질을 제공하기 위한 수단 (6) 은 스폰지의 방식으로 형성되고,
    상기 표면 (3) 은 다수의 전기 전도성 영역들 (19) 을 가지며,
    단계 a) 전에, 하기 방법 단계들:
    ii) 전기 전도성 전극 층 (21) 을 상기 표면 (3) 또는 상기 표면 (3) 상의 전도성 접착제 층에 적용하는 단계,
    iii) 전기 절연성 구조화 층 (4) 을 상기 전기 전도성 전극 층 (21) 에 적용하는 단계, 및
    iv) 상기 나노와이어들 (2) 이 상기 전기 전도성 영역들 (19) 상에 성장되는 위치들에서 상기 표면 (3) 의 상기 전기 전도성 영역들 (19) 을 노출시키는 단계로서, 전기 전도성 연결은 상기 전기 전도성 영역들 (19) 과 상기 전기 전도성 전극층 (21) 사이에 유지되는, 상기 전기 전도성 영역들 (19) 을 노출시키는 단계
    가 수행되고,
    단계 c) 후에, 하기 방법 단계들:
    α) 상기 필름 (5) 을 제거하는 단계,
    β) 상기 구조화 층 (4) 을 제거하는 단계,
    γ) 상기 전극 층 (21) 을 제거하는 단계가 수행되는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 (3) 과 상기 필름 (5) 사이에 구조화 층 (4) 이 제공되며, 상기 구조화 층 (4) 은 상기 나노와이어들 (2) 이 상기 표면 (3) 에 성장되는 상기 표면 (3) 의 위치에 적어도 하나의 개구 (7) 를 갖는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 적어도 부분적으로 가열로 수행되는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질을 제공하기 위한 수단 (6) 은 상기 필름 (5) 에 대해 적어도 간헐적으로 가압되는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필름의 스루-연장 미세공들 (8) 은 상기 표면 (3) 에 대해 수직으로 형성되는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 나노와이어들 (2) 의 갈바닉 성장을 위해, 성장으로 커버되는 상기 표면 (3) 과 상기 전해질을 제공하기 위한 수단 (6) 에 대하여 재치된 전해질 (12) 사이에 전압이 인가되는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 방법 단계들:
    d) 상기 필름에 포함된 상기 다수의 나노와이어들 (2) 을 포함하여 상기 표면들 (3) 로부터 상기 필름 (5) 을 제거하는 단계, 및
    e) 타겟 표면에 상기 필름 (5) 을 적용하는 단계로서, 상기 필름 (5) 에 포함된 상기 다수의 나노와이어들 (2) 은 상기 타겟 표면에 연결되는, 상기 타겟 표면에 상기 필름 (5) 을 적용하는 단계
    를 더 포함하는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필름 (5) 은 적어도 부분적으로 분해되는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 a) 전에, 하기 방법:
    i) 전기 전도성 접착제 층을 상기 표면 (3) 에 적용하는 단계가 수행되고,
    단계 c) 후에, 하기 방법:
    Δ) 상기 전기 전도성 접착제 층을 제거하는 단계가 수행되는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    성장된 상기 나노와이어들 (2) 을 포함하는 상기 필름 (5) 은 상기 단계들 a) 내지 c) 가 수행된 후에 제거되고, 후속하여 상기 단계들 a) 내지 c) 가 다시 수행되고, 상기 단계들 α) 내지 γ) 는 상기 단계들 a) 내지 c) 가 다시 수행된 후에 수행되는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 나노와이어들 (2) 의 성장의 완료 후, 상기 나노와이어들 (2) 상의 산화물 층은 적어도 부분적으로 제거되는, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐리어 기판에 LED 의 전기적 접촉 또는 열적 연결을 위한, 다수의 나노와이어들 (2) 을 제공하는 방법.
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