TW202248114A - 電化生長多數奈米線之技術 - Google Patents

Abstract

一種用於在基板(3)上電化生長多數奈米線(2)的設備(1)，該設備(1)包含一基板支架(4)及一外殼(34)，該外殼中布置有一腔室(18)、一控制單元(8)及供一電解液所用的一儲存槽(35)，該設備(1)係經設計以當帶有該基板(3)的該基板支架(4)已插入該腔室(18)時由該電解液生長多數奈米線(2)到該基板(3)上。

Description

電化生長多數奈米線之技術

發明領域

本發明係有關於在基板上電化生長多數奈米線的設備與方法。

發明背景

能夠生產奈米線的設備與方法係為已知的。例如，奈米線能夠藉電化製程或是藉由從薄膜技術所得知的方法獲得。多數已知方法的共同處在於其需要複雜的機器，特別是對於此原因通常僅在實驗室與無塵室中使用(僅能夠使用)。特別地，大多數已知方法並不適合工業用。

同樣地，許多已知的設備與方法具有所獲得的奈米線在其之性質上，特別是在其之品質方面極大地變化的缺點。即使使用相同的機器、起始材料及/或配方，取自於不同生長製程的奈米線也往往不同，有時相當大程度上不同。奈米線的品質往往特別地取決於相應設備的使用者或相應方法的使用者的能力、環境影響及/或亦僅僅取決於機率。事實上奈米線有時是甚至無法以光學顯微鏡觀視到的結構，所有這些取決的因素都變得更加困難。因此，首先可能需要作詳盡的調查以確定該等述及的性質(尤其是該等性質中的變動)。

發明概要

在此基礎上，本發明之目的在於提供一種設備與方法，利用其能夠以一特別易於使用的方式可靠地生產多數奈米線。

此目的係藉由獨立項申請專利範圍的設備及方法來實現。於依附項申請專利範圍中顯示另外的有利構態。在申請專利範圍與實施方式中所表示的該等特徵能夠以任何技術上有意義的方式相互結合。

根據本發明，提供了一種用於在基板上電化生長多數奈米線的設備。該設備包含一基板支架及一外殼，該外殼中布置有一腔室、一控制單元及供一電解液所用的一儲存槽，該設備係經設計以當帶有該基板的該基板支架已插入該腔室時由該電解液生長多數奈米線到該基板上。

該所述及的設備較佳地係經設計為以一自動化方式生長奈米線。該設備可以特別地經設計用於工業用途。

藉該所述及的設備，能夠生產奈米線。 奈米線於此被理解為意味著具有線狀形式以及尺寸位在幾奈米到幾微米範圍內的任何材料體。奈米線可以，例如，具有圓形、橢圓形或多邊形的底面積。特別地，奈米線可以具有一六邊形底面積。

奈米線較佳地具有位在100nm(奈米)至100µm(微米)範圍內，特別是位在500nm至60μm範圍內的長度。該等奈米線之該長度較佳地以5至20%範圍內的一標準差分佈。同時奈米線較佳地具有位在10nm至10μm範圍內，特別是位在30nm至4μm範圍內的直徑。於此，該術語直徑係與圓形底面積有關，如果該底面積與此不同，則可應用直徑之一可比較定義。特別較佳的是所使用的所有奈米線具有相同的長度與相同的直徑。

該所述及設備能夠用於廣泛種類的奈米線材料。導電材料，特別是諸如銅、銀、金、鎳、錫及鉑的金屬係較佳地作為奈米線的材料。其中，銅係為尤佳的。然而，非導電材料，諸如金屬氧化物，亦係為較佳的。較佳地，所有的奈米線係由相同的材料構成。

可以利用該設備在該基板之該表面上生長奈米線。該基板之該表面較佳地係製成為導電的。假若該基板之該表面係為另外不導電的一基板的一部分，則能夠，例如，藉由金屬化來實現導電性。因此，例如，不導電的基板可以以一金屬薄層塗覆。特別地能夠使用金屬化以產生電極層。視該基板之該表面及/或該電極層的材料而定，可以適當地在該基板之該表面與該電極層之間提供一黏合層，在該基板之該表面與該電極層之間給予黏著劑黏合。

該基板之該表面的導電性容許其被使用作為用於奈米線之電化生長的電極。該基板可以特別地係為矽基板。該基板可以特別地係為配置有導電結構的一主體。其可以特別地係為矽晶片或所謂的印刷電路板(PCB)。然而，該等奈米線之生長亦可以在多數的其他表面進行，例如，玻璃、陶瓷及聚合物。該基板可以係為剛性的或可撓曲的。該設備較佳地適用於在平行於該待生長表面的每個方向上具有上達80公分(cm)的範圍及/或橫向於該待生長的表面具有1微米μm至100厘米(mm)的一範圍的基板。例如，可以使用12吋晶圓作為基板。可交替地，該基板可以，例如，在平行於該待於其上生長的表面的一平面中具有30×40公分的一範圍。

以該所述及設備，能夠在該基板之該表面上箔之孔洞中電化生長奈米線。為此作業使用電解液。例如，600 毫升(ml) 的該電解液可以足以在一 12吋晶圓上完全地生長奈米線。該電解液係由該儲存槽提供。該儲存槽較佳地係以該電解液填注。該設備較佳地亦具有至少一連接元件，經由該連接元件該電解液所用的該儲存槽能夠以該一方式連接使得該電解液能夠用於該等奈米線之生長。該連接元件較佳地係以該一方式構成，使得當儲存槽被連接時藉由該連接元件開啟並且當其與該連接元件分離時係藉由該連接元件閉合。該儲存槽之開啟及閉合因而係自動地進行。因此，該槽可以具有由一閥件閉合的一開口，當與該連接元件連接時藉由該連接元件開口開啟，以及當該儲存槽係與該連接元件分離時該開口再次閉合。假若該儲存槽未與該連接元件連接，則該儲存槽因而閉合。因此，使用者可以在不接觸電解液的情況下更換該儲存槽。就此方面而言，所述及的該設備係特別地安全。於此構態中，該儲存槽可以亦被視為一卡匣。

假若，在生長期間，該箔緊靠著該基板之該表面並且該電解液均勻地分布覆蓋在該箔上，則能夠提供特別地一致的品質的奈米線。為此，該電解液可滲透的一彈性元件可以靠在該箔上。電解液能夠通過該彈性元件釋放到該箔上，並且該箔能夠被固持在該基板之該表面上。一旦在一第一生長步驟之後該等奈米線已生長到該一程度，以至於該箔藉由該等奈米線固持在該基板之該表面上，則能夠取出該彈性元件。於一第二生長步驟中，不使用彈性元件，因此該電解液能夠更加均勻地分布覆蓋在該基板之該表面上。

該箔較佳地係藉由一塑膠材料構成，特別是藉由一聚合物材料。該箔具有多數之穿通孔洞，該等奈米線能夠於其中生長。該等孔洞較佳地係藉由從該箔之一上側邊穿通到該箔之一下側邊所構成的通道以製成來穿通該箔。特別地，較佳的是將該等孔洞製成為圓筒狀。然而，亦可以的是將該等孔洞製成為沿著一彎曲路徑行進的通道。孔洞可以具有，例如，圓形、橢圓形或多邊形的底面積。特別地，孔洞可以具有一六邊形底面積。該等孔洞較佳係均勻地構成(亦即，該等孔洞較佳地在尺寸、形狀、布置及/或與相鄰孔洞的距離方面沒有不同)。當正在生長該等奈米線時，較佳地(特別是完全地)以該電化沉積材料填注該等孔洞。如此使得該等奈米線呈現出該等孔洞的尺寸、形狀與布置。因此，待生長的該等奈米線之性質能夠因該箔或其中的該等孔洞的選擇而建立或受影響。該箔因此可以亦視為「樣板」、「樣板箔」或「樣態」。該箔中的該等孔洞能夠藉由以高能量重離子照射該箔而產生。該離子可以具有MeV至GeV範圍內的能量。

一旦該等奈米線已生長進入該箔之該等孔洞中，即能夠取出該箔，例如，利用電漿或是利用溶劑。該等奈米線從而露出。

該設備具有一外殼，較佳地該設備之所有其他的元件係佈置在該外殼中。就此方面而言，該設備能夠被認為是一輕便機器。該外殼較佳地具有至多1m ²(平方公尺)的一底面積。這是可能的，因為特別是腔室、控制單元及用於該電解液的該儲存槽係一起地布置在該外殼中。該外殼較佳地具有一矩形底面積。該外殼較佳地具有1至3m(公尺)的一高度，特別是1.5至2.5m的高度。該外殼較佳地係由一金屬構成，特別是由高級鋼構成。該外殼之該材料較佳地具有一塗層，特別是在該外殼之一外側上。因此，該外殼可以，例如，由經塗覆的高級鋼構成。該外殼可以藉由該塗層受到保護不受化學品影響。

該外殼包圍該腔室，一基板支架能夠插入該腔室中。該腔室較佳地具有供該基板支架所用的一承接座。該基板支架係經設計成固持該等奈米線待於其上生長的該基板。一旦帶有該基板的該基板支架已被插入該腔室中，該等奈米線能夠生長到該基板上。此作業藉由將該等奈米線由該電解液電化生長到該基板之一表面上而進行。

該基板支架較佳地係構成為一抽屜。此意指著該基板支架能夠被推入該承接座中，例如，在該腔室中橫向地布置的導軌上方通過。較佳的是該抽屜能夠與該設備之其餘部分完全地分開。可交替地，可以將抽屜的被拉出量限制在一最大的範圍，以至於該抽屜不能夠被拉出超過該最大的範圍。

該設備較佳地具有用於移動該基板支架的一驅動器。例如，可以手動地將該基板支架帶入一負載位置並自該處藉由該驅動器以自動化方式拉入該承接座中。在完成該等奈米線之生長之後，可以以一自動化方式將該基板支架從該承接座移出，特別是進入一取出位置，該取出位置較佳地係與該負載位置相同。從該取出位置，能夠手動地取出該基板支架。可交替地，該設備可以經設計以完全手動地將該基板支架移入該承接座以及從該承接座移出。亦可想像的是具有供該基板支架所用的一驅動器的一設備係根據選擇一自動移動的基板支架或一手動移動的基板支架操作。

該設備較佳地具有一制動機構用於在該承接座中制動該基板支架。該制動機構較佳地係經構成以使得該制動機構具有一作用狀態及一解除狀態。因而能夠開啟及關掉該制動機構。為此情況，例如，可以提供一電磁鐵，該電磁鐵在開啟狀態下將該基板支架固持在該承接座中。因此，利用該制動機構，於該等奈米線之生長期間能夠將該基板支架牢固在該承接座中。完成該等奈米線之生長後，能夠解除該制動機構並且能夠從該承接座中取出該基板支架。

該腔室較佳地係為可閉合的。例如，該腔室可以可經由外殼壁中的一開口進入，以至於該基板支架能夠通過該開口插入該腔室中並進入該承接座中。該開口可以，例如，可藉由一口蓋閉合。在該閉合狀態下，該腔室較佳地係為液密及氣密的。因此，能夠在該腔室中產生該等奈米線之生長所需的氣體。此外，能夠防止化學品從該腔室逸出。該腔室可以較佳地被鎖定。因此，該開口可以，例如，藉由一口蓋閉合並且該口蓋可以藉由一鎖固機構固持在其之位置。因而，能夠防止在一生長製程期間非預期地開啟該腔室。該腔室較佳地係構成在對當生長該等奈米線時使用的該等化學品具有抵抗性的材料，例如鋼或塑膠，的一包圍閉合件內。

該腔室較佳地具有針對至少一化學品的一個別進料。例如，可以以此方式提供生長奈米線所用的該電解液。該電解液可以，例如，經由相應的進料引入到該基板支架的一凹陷中，以至於該電解液與布置在該凹陷中的該基板接觸。再者，可以提供水之進料，特別是對於去離子水(DI水)。這可以用於在完成該等奈米線之生長後沖洗該基板。以此方式能夠防止殘餘量的電解液與該基板一起離開該設備。再者，該腔室較佳地具有至少一出口。因此，例如，可以提供一出口，在完成該等奈米線之生長後能夠將該電解液經由該出口從該腔室排出。可以亦提供針對用於沖洗的水的一出口。該電解液及水可以經由相同的出口或經由不同的出口從該腔室排出。再者，該腔室較佳地具有一通氣開口。此通氣開口容許該腔室中的氣體被從該腔室排出。因此，當該腔室開啟時，能夠保護使用者不致受到從該腔室逸出的有害氣體所傷害。氣體能夠經由該通氣開口從該腔室中抽出並且，例如，藉由新鮮空氣或惰性氣體替換。該抽出的氣體可以，例如，經清潔。再者，經設計供該等奈米線之生長所用的電極較佳地係布置在該腔室中。因此，為了生長該等奈米線，可以在該電極與該基板之該待於其上生長的表面之間施以電壓。該電極較佳地係固持在一柱塞上。該柱塞較佳地係為可自動移動的。因此，該柱塞能夠用於使該電極與該電解液接觸為了生長該等奈米線。此作業可以需要一彈性元件，諸如安置在該箔上的海綿，被柱塞壓按在該箔上。該箔能夠以此方式固持在其之位置。該柱塞可以亦具有一電解液分配器。因此，該電解液能夠經由該柱塞進料至該基板之該待於其上生長的表面。該電解液分配器可以在一出口側邊上具有多數出口，以至於該電解液能夠經由該電解液分配器均勻地進料至該基板之該待於其上生長的表面上。該電極可以構成在該電解液分配器之該出口側邊上。因此，該等出口可以與該電極中對應的通孔毗鄰，以至於該電解液能夠經由該等通孔通過該電極。

一控制單元亦係布置在該外殼中。該控制單元較佳地係經設計以控制該等奈米線之生長。為此，該控制單元可以，例如，設定用於該等奈米線之生長的該電壓或該電流。 此外，該控制單元可以設定該電解液的一劑量、一壓力及/或一通過流量。該控制單元容許該等奈米線之生長以一自動化方式進行。該控制單元較佳地係經設計以設定該等待生長奈米線之一長度及/或一生長速率。

該儲存槽較佳地具有識別元件，該控制單元能夠經由該識別元件識別該儲存槽。為此，該控制單元可以被附裝至一識別感應器。例如，該識別元件可以係為一條碼，其能夠被作為一識別感應器的一條碼掃描器探測。該識別元件可以亦係為一無線射頻識別(RFID)晶片，其能夠被作為一識別感應器的一相應閱讀器探測。例如，其能夠被該儲存槽之該識別元件探測是否已提供該正確的電解液。

該基板支架較佳地具有其係經設計以影響該等奈米線之生長的電子元件。當該基板支架已被插入該腔室中時，該控制單元較佳地係經由一介面連接至該基板支架。該介面可以，例如，包含一或更多插入式連接元件。該等插入式連接元件較佳地以該一方式構成，以至於當該基板支架已被插入該承接座中時，該基板支架之該等電子元件係連接至該控制單元。在此情況下，不需要由操作者個別的操作，例如，電纜的連接。

該控制單元較佳地係經設計以處理由該基板支架之該等電子元件輸出的信號及/或以對該基板支架之該等電子元件輸出控制信號。該控制單元較佳地具有一數據庫及/或係經設計以存取一外部數據庫。例如，該控制單元可以經由一網際網路連接元件與一外部數據庫通信。能夠將已從該基板支架之該等電子元件傳輸至該控制單元的參數與出自該數據庫的相應預期值作比較。在不一致的情況下，例如，可以發出一警告信號，可以中斷該製程及/或可以經由一相應的控制信號以一自動化方式執行修正。亦經由一相應的控制信號，該基板支架的一加熱器可以藉由該控制單元控制。該加熱器容許設定該基板的一溫度。

再者，該設備較佳地具有一顯示構件及/或一操作構件，該等構件特別地係連接至該控制單元。該顯示構件及/或該操作構件較佳地係以該一方式固持在外殼中或外殼上，使得該等構件對於使用者是可接近的。該顯示構件容許向使用者指示關於生長製程的資訊，該操作構件容許使用者控制該製程。該顯示構件及該操作構件可以亦係構成為一顯示與操作構件，例如構成為一觸控螢幕。

假若該設備具有用於將該基板支架制動在該承接座中的一制動機構，則該控制單元較佳地係經設計以監控及/或控制該制動機構。假若該設備具有用於移動該基板支架的一驅動器，則該控制單元較佳地係經設計以監控及/或控制該驅動器。假若該設備具有其可藉由一口蓋閉合的一腔室，該口蓋能夠被一鎖固機構鎖定，則該控制單元較佳地係經設計以監控及/或控制該鎖固機構。例如，該控制單元可以探測該基板支架已被安置進入該負載位置，並且響應於此動作，經由相應的控制信號啟動以自動化方式將基板支架拉入該承接座並由該制動機構制動於該處，並且該腔室之該開口係由該口蓋閉合而該口蓋係經鎖定。在該等奈米線之生長期間，該控制單元可以監控著該制動機構及該鎖固機構係處於作用狀態並保持作用狀態。在完成該等奈米線之生長之後，該控制單元可以由相應的控制信號啟動，該口蓋之該鎖固機構係經鬆開以及該口蓋係經開啟，並且該制動機構係經鬆開而該基板支架係以一自動的方式被移動進入該取出位置。

該基板較佳地係在一無塵室中製備。為此，可以將，例如，藉由一微影製程將間隙引入其中的一結構化層施加於其上。視結構化層之型式而定，該等奈米線僅能夠在該等間隙中生長或僅能夠在該等間隙外側生長。因此，該等奈米線能夠局部選擇性地生長在該基板上。假若，例如，僅在金屬墊上獲得奈米線，則可以首先經微影方式產生這些金屬墊。假若該等金屬墊外側的該基板之該表面係不導電，則用於該等奈米線之電化生長的該等金屬墊可以，例如，藉由在20奈米之鉻或鎢-鈦層上生長的一100奈米金或銅層連接。在該生長之後，這些層，帶有位設於其上的該等不需要的奈米線，能夠藉由剝離或選擇性蝕刻去除。該等墊可以，例如，具有3微米之邊緣長度及3微米之節距。就該基板之該製備的另一部分而言，可以清潔並活化該待於其上生長的表面，例如，利用氧電漿。該氧電漿可以，例如，在350毫巴、100瓦下使用持續一分鐘。就該基板之該製備的另一部分而言，該箔可以被安置在該基板本身上或，假若使用一結構化層，則安置在該結構化層上。該彈性元件可以亦被安置在該箔上作為該基板之該製備的一部分。

一旦該基板已製備，其不必再保持在無塵室條件下。在製備之後，能夠將該基板自該無塵室中取出並進料至該述及的設備。該設備可以在一無塵室外使用。因此不必符合無塵室需求。不過，較佳的是該設備係符合無塵室需求而構成的。假若在無塵室中使用該設備，則在將該基板支架自該腔室中取出後，利用該設備生長的該等奈米線亦能夠受到保護。

於另一較佳實施例中，該設備具有多數接收空間供針對一電解液的個別儲存槽所用。

該接收空間較佳地係構成在該外殼中，特別是在該腔室外側。該設備較佳地亦具有至少一連接元件，以該一方式經由該連接元件能夠連接供一電解液所用的一儲存槽，使得該相應的電解液能夠用於該等奈米線之生長。假若多數儲存槽係布置在該外殼中的一相應接收空間中，則該連接元件可以根據選擇連接至其中一儲存槽。假若具有一個以上連接元件，則可以同時地連接多數儲存槽。於該情況下，該控制單元能夠用於選擇對應的電解液中的一種或更多種用於該等奈米線之生長。該設備可以具有用於每一接收空間的一個別連接元件。

於另一較佳實施例中，該設備具有用於一個別電解液的多數儲存槽。特佳地，該等儲存槽係以一個別的電解液填注。於此情況下，該等儲存槽可以填注相同的電解液或不同的電解液。該等儲存槽較佳地具有一識別元件，經由該識別元件該控制單元能夠識別該等儲存槽。

於另一較佳實施例中，該設備包含一電解液處理器。該電解液處理器較佳地係布置在該外殼中。該電解液處理器係經設計以處理用於該等奈米線之生長的該電解液。以此方式處理的該電解液能夠用於另一生長製程。該電解液可以在每一生長製程之後或每次在一定次數之生長製程之後以該電解液處理器處理。該電解液處理器可以亦經設計供不同之處理電解液方式所用。因此，例如，可以在每一生長製程之後實行一第一處理，以及可以每次在一定次數的生長製程之後實行一第二處理替代該第一處理。假若該第二處理較該第一次處理更為強化的，則如此係特別明智的。該電解液處理器較佳地係經設計以清潔該電解液。可交替地或另外地，該電解液處理器係經設計以對該電解液增加一物質。如此容許改變該電解液的化學成分。為此，可以將該電解液處理器附裝至其中提供該物質的一相應槽。

於另一較佳實施例中，該設備係經設計以一自動化方式清潔在操作期間與該電解液接觸的區域。

該設備可以特別地經設計以清潔該腔室，特別是該腔室之內側。此外，該設備可以經設計以清潔電解液管線。該清潔作業較佳地以一自動化方式進行，例如，藉由利用一清潔流體噴灑該腔室之內側及/或藉由讓一清潔流體通過該等電解液管線。該清潔流體可以為水。可以在一生長製程之後清潔該設備以供後續的生長製程所用，特別是假若該生長製程係以不同的電解液實行。

於另一較佳實施例中，該腔室具有一壓縮空氣進給。

該壓縮空氣進給能夠用於將壓縮空氣引入該腔室中，例如，為了在完成該生長製程之後將液體從該基板去除。為此，該壓縮空氣可以通過一噴嘴及/或通過一自動地移動的壓縮空氣軟管被引導到該腔室內側的該基板上。 可交替代地或另外地，該壓縮空氣亦可以用於清潔該腔室。

於該設備之另一較佳實施例中，該腔室之一內側係由一耐電解液材料構成，較佳地係由塑膠構成。

於該設備之另一較佳實施例中，該控制單元係經設計以確定指派給該儲存槽之至少一參數。

該儲存槽可以具有一個識別元件。於該種情況下，該控制單元能夠藉由該控制單元在已識別該儲存槽之後從一數據庫中擷取至少一參數，以確定指派給該儲存槽的至少一參數。可交替地，該設備可以包含一或更多感應器，利用該等感應器能夠確定該至少一參數並將其傳輸至該控制單元。

特別地考慮以下者作為指派給該儲存槽的參數：該儲存槽中該電解液的使用年限、該儲存槽中該電解液的化學成分、該儲存槽中該電解液的填注液位、該儲存槽中該電解液的溫度。

於該設備之另一較佳實施例中，該控制單元係經設計以確定該電解液的一流量及/或一壓力。該「及」的情況係為較佳的。

藉由測量該電解液之流量及/或壓力，能夠確定多少的電解液可用於該等奈米線之生長。該電解液之該流量及/或該壓力較佳地係於該電解液管線中測量，經由該電解液管線該電解液能夠從該儲存槽被傳送進入該腔室中。較佳地，該電解液之該流量及/或該壓力係藉由該控制單元控制到一預定的設定值。

於另一較佳實施例中，該設備亦具有一泵用於將該電解液從該儲存槽抽出並送入該腔室中，該泵係以一阻尼方式固持在一支撐件上，該支撐件係以一阻尼方式固持在該外殼中。

該泵較佳地係經由該連接元件連接至該儲存槽。該電解液能夠經由一電解液管線從該儲存槽被傳送進入該腔室。該電解液管線可以以該一方式突入腔室中，使得該電解液能夠被引入該腔室內側的該基板支架之一凹陷中。 一旦該基板已被安置進入該凹陷中，該基板因此即能夠與該電解液接觸。

該泵可以導致振動。這些能夠損害該等奈米線之生長製程。該泵因而係以一阻尼方式固持。於本實施例中，該泵受到加倍的阻尼作用，到這樣的程度該泵係以一阻尼方式固持在一支撐件上，該支撐件係以一阻尼方式固持在該外殼中。

於該設備之另一較佳實施例中，供該電解液所用的一過濾器亦係布置在該外殼中。

該過濾器較佳地係為一微粒過濾器或是一活性碳過濾器。特佳地，供該電解液所用的二過濾器係布置在該外殼中。於此情況下，其中之一過濾器可以係為一微粒過濾器，而另一過濾器可以係為一活性碳過濾器。該微粒過濾器可以在每一生長製程之後使用，而每次在一定次數之生長製程之後使用該活性碳過濾器替代該微粒過濾器。

該過濾器或該等過濾器較佳地係為該電解液處理器的一部分。該微粒過濾器可以用於該第一處理，而該活性碳過濾器係用於該第二處理。

於該設備之一較佳實施例中，用於移除靜置位在該基板上的一彈性元件的一夾持器係被布置在該腔室中。

利用該夾持器，能夠以一自動化方式將該彈性元件從該箔中移除。如此容許以一自動化方式實行該整個方法，藉此能夠避免錯誤。該夾持器可以，例如，係構成為一針夾持器。

於此實施例中，該等奈米線能夠在二生長時間週期中生長。因此，於一第一生長時間週期中，該彈性元件可以靠在該箔上。該彈性元件從而容許該箔被固持在該基板上。隨後地，可以利用該夾持器將該彈性元件從該箔上剝離。於一第二生長製程中，可以在沒有該彈性元件的情況下生長奈米線。如此係為可能的，因為該箔已藉由該等奈米線固持在該基板上。在沒有彈性元件的情況下，該電解液自身能夠分布得更好，以至於能夠實現該等奈米線之更均勻的生長。

於另一較佳的實施例中，該設備亦包含一(特別是電驅動的)軋輥，用於當已利用該夾持器將該彈性元件從該箔中移除時從該彈性元件中擠出該電解液。

軋輥可以具有二滾輪，該彈性元件係於該二滾輪之間移動通過。於此情況下，藉由該等滾輪能夠對該彈性元件施加壓力，以至於該彈性元件釋放存在於該彈性元件中的電解液。如此，能夠從該彈性元件中去除一相當部分的電解液並再使用。

於該設備之另一較佳實施例中，一可移動座能夠以該一方式布置在該腔室中，使得該彈性元件能夠與該夾持器一起安置在該可移動座上。

可以利用該夾持器夾持該彈性元件並將其自該基板之該表面剝離。隨後，該可移動座可以在該基板之該表面與該彈性元件之間被推動。該彈性元件可以藉由該夾持器被安置在該可移動座上及釋放。隨後，可以將該彈性元件與該可移動座一起運送離開。隨後，可以將該彈性元件自該可移動座移除。此作業可以以一自動化方式進行，例如，藉由以該一方式移動該可移動座，距一分離點，使得該彈性元件能夠更長時間地依隨該可移動元件之該移動。該分離點可以，例如，由於將該可移動座導引進入不為該彈性元件提供任何空間的一座件承接座中而得到。於此情況下，該彈性元件被懸掛在該座件承接座之該邊緣上。該彈性元件可以被放置在一隔間中，能夠手動地將該彈性元件從該隔間中移除。

該可移動座可以以一自動化方式移動，例如，藉由一馬達。該可移動座較佳地係由一可撓曲材料構成，例如，由塑膠構成。因此，當不需要該可移動座時，可以以一節省空間的方式收藏該可移動座。例如，該可移動座可以經由一轉向滾輪導引，以至於當不需要時，該可移動座能夠被收藏在相對於該基板之該表面轉動90°的一位置。

於另一較佳實施例中，該設備亦包含用於清潔該可移動座的一清潔裝置。

該清潔裝置較佳地係經設計以將一清潔流體噴灑到該可移動座上。此作業可以，例如，在該彈性元件已經與該可移動座一起被運送離開或已經由之移除之後進行。該清潔裝置較佳地以該一方式布置，致使一旦該彈性元件已從該可移動座移除，該可移動座係被導引通過該清潔裝置。

於另一較佳實施例中，該設備亦包含一電壓源，其係連接至一電極及該基板以施加一電壓供該等奈米線之生長。

該電壓源供應用於提供該電化生長所需的電流。為此，該電壓源係連接至該基板，特別地連接至該基板之該待於其上生長的表面。該電壓源較佳地係經設計以產生一脈衝電壓，特別地具有位於自0.1至10毫秒(ms)範圍內的一脈衝頻率。已藉由測試顯示的是，利用一脈衝電壓，能夠改良該等奈米線之品質。

於另一較佳實施例中，該布置亦包含一參考電極，其係連接至該基板之該表面。

利用該參考電極，能夠監測該等奈米線之生長。為此，能夠利用該參考電極測量該電極與該參考電極之間該電壓。該布置可以包含一或更多參考電極。

該電極較佳地係經由一第一電纜連接至該電壓源。該基板之該待於其上生長的表面較佳地係經由一第二電纜連接至該電壓源。該參考電極較佳地係經由一第三電纜連接至電壓表。該基板之該表面較佳地係由該一第四電纜連接至該電壓表，特別地與該第二電纜無關。該第二電纜及該第四電纜在每一情況下較佳地係直接地連接至該基板之該表面。為此，該基板之該表面可以具有一個別的接觸墊，該第二電纜及該第四電纜係經由該接觸墊連接至該基板之該表面，例如，藉由一個別的導電膠帶。該參考電極因而係非簡單地以讓該參考電極由該第二電纜之一分支連接而連接至該基板之該表面。頃發現的是，相比之下，將該參考電極直接附裝至該基板之該表面產生更準確的結果。

當該等奈米線生長到該基板上時，該基板及該參考電極較佳地藉由該基板支架共同地固持。

該第一電纜、該第二電纜、該第三電纜及該第四電纜在每一情況下可以分成多數部分，該等部分，例如，經由插入式連接元件相互連接。該第二電纜、該第三電纜及/或該第四電纜在每一情況下可以以該一方式被分成多個部分，使得該等相應電纜之二相鄰部分之間的一個別過渡部分係布置在經構成作為一抽屜的該基板支架之一邊緣處。該抽屜可以具有供該三電纜之每一者所用的一相應連接器。因此，當藉由所構成的該三插入式連接元件將該抽屜推入該承接座時，可以在該基板之該表面與該參考電極之間完成電接觸。該電壓表及該電壓源較佳地係布置在該外殼內側及該腔室外側。

就本發明之另一觀點而言，說明一種用於藉由一設備在基板上電化生長多數奈米線的方法，該設備具有一基板支架及具備一腔室、一控制單元及供電解液所用的一儲存槽的一外殼，並且該方法包含： a) 將該基板安置進入該基板支架中， b) 將該基板支架插入該腔室中， c) 由該電解液電化生長該等奈米線到該基板上。

該設備之該等特別的優點與特徵能夠被應用並被轉移至該方法，並且反之亦然。該設備較佳地係經設計供根據該方法操作。該方法較佳地以該所述及的設備實行。

於步驟c)中，該基板較佳地係經加熱。於步驟c)中，該基板之一溫度較佳地處於15°C和100°C之間。

於該方法的另一較佳實施例中，於步驟a)之前，將一彈性元件安置到該基板上，步驟c)係針對一第一生長時間週期實行，並且該方法亦包含： d)利用一夾持器將該彈性元件去除，以及 e)針對一第二生長時間週期，繼續由該電解液電化生長多數奈米線。

較佳實施例之詳細說明

圖1顯示用於將多數奈米線2(如於圖2中所示)電化生長到一基板3之一表面27上的設備1。該設備1包含一基板支架4，其係構成為一抽屜，以及供該基板支架4所用的一承接座5，其係構成在一腔室18中。該承接座5具有導軌25，該基板支架4能夠在該等導軌25上被推入該承接座5中並且能夠自該承接座5被拉出。利用一制動機構26，該基板支架 4 能夠在該承接座 5中被制動。

於圖1中所顯示的情形下，該基板支架4已被該承接座5接收。該設備1係經設計以當帶有該基板3的該基板支架4已被接收在該承接座5時在該基板3上生長多數奈米線2，如圖所示。該基板支架4具有電子元件6，其係經設計以影響該等奈米線1之生長。該基板支架4具有一介面7，其係構成為一插入式連接元件並且該等電子元件6經由該介面在該基板支架4已被接收在該承接座5中時連接至該設備1之一控制單元8，如圖所示。該控制單元8亦係連接至作為一顯示及操作構件23的一觸控螢幕。該控制單元8特別地係經設計以確定該電解液之流量及/或壓力。

利用該設備1，能夠實行以下用於在該基板3上電化生長多數奈米線2的方法： a)將該基板3安置進入該基板支架4， b)將該基板支架4插入該腔室18中， c)在該基板3上電化生長該等奈米線2。

在基板3上置放一箔28(於圖1中無法詳細地見到)，其帶有穿通孔洞29(於圖2中能夠看見)。在該箔28上置放一海綿作為一彈性元件19，經由其能夠將一電解液釋放到該箔28上。在該彈性元件19上置放一電極12。藉由在該基板3之該表面27與該電極12之間施加電壓，能夠生長該等奈米線2。該電極12係經由一柱塞20而固持並且，使用此布置，能夠藉由一驅動器21移動。

根據步驟c)，該基板支架4之該等電子元件6影響該等奈米線2之生長。該基板支架4之該等電子元件6包含一數位化單元9，其係連接至該控制單元8用於數位通信。再者，該基板支架4之該等電子元件6包含一感測元件10，其於所顯示的該實施例中係由二感應器構成。此外，該基板支架4之該等電子元件6包含一記憶體24。其中可以儲存，例如，在該等奈米線2之生長期間考慮的生長參數。另外，該基板支架4之該等電子元件6係經設計以控制用於該等奈米線2之生長的電壓或電流。該等電子元件6亦係附裝至一加熱器14，利用該加熱器能夠加熱該基板3。

該設備1具有一外殼3，該腔室18係構成在外殼內。該腔室18之一內側45係由一耐電解液材料構成。供該基板支架4所用的該承接座5係構成在該腔室18中，以至於該基板支架4能夠被該腔室18接收。該腔室18具有一開口17，經由該開口能夠將該基板支架4插入該腔室18中並且能夠將其移出該腔室18。該開口17可以經由一口蓋16閉合。該口蓋16可以以一鎖固機構22鎖定。該設備1係經設計以當帶有該基板3的該基板支架4已插入該腔室18中時，由該電解液生長多數奈米線2到該基板3上。

三儲存槽35亦係布置在該外殼34中供一個別的電解液所用。其中之一儲存槽35係經由一連接元件36及一泵41附裝至一電解液管線37。經由該電解液管線37，該電解液能夠被引入該基板支架4中並用於該等奈米線2之生長。該泵41係經設計以將該電解液自該儲存槽25抽吸而出進入該腔室18中。該泵41係藉由一位在支撐件42上的一阻尼器43以一阻尼方式固持，該支撐件42係經由位在該外殼34中的另一阻尼器43以一阻尼方式固持。該連接元件36具有一感應器(未有任何更具體地顯示)，利用其能夠經由該控制單元8識別該儲存槽35以及能夠確定指定給該儲存槽35的至少一參數。供該電解液所用的一過濾器44以及一電解液處理器46亦係布置在該外殼24中。於所顯示的該實施例中，該過濾器44及該電解液處理器46係整合在電解液管線37中。為了整體清晰性，該電極處理器46之細節並未顯示。因此，該電解液處理器46可以，例如，經由一管線連接至一槽，能夠用於處理該電解液的物質經由該槽被進給至該電解液處理器46。

圖2係以一概略表示顯示圖1之該設備1的一部分。圖中顯示該基板3，其具有該等奈米線2係在其上生長的該基板3之該表面27。具有多數穿通孔洞29的箔28，該等奈米線2能夠由電解液於該等孔洞中生長，該箔已安置到該基板3之該表面27上。該基板3之該表面27具有帶有間隙32的一結構化層31。該等奈米線2僅能夠在該等間隙32中生長。因此，該等奈米線2之生長能夠局部選擇性地進行。再者，電解液可滲透性的一彈性元件19已安置在該箔28上。該電解液能夠經由該彈性元件19與該箔28接觸。亦於圖2中顯示的係為一電壓源30(為了整體清晰性在圖1中未顯示)，其係連接至一電極12及該基板3之該表面27，用於針對該等奈米線2之生長施加電壓。該電壓源30亦係連接至該控制單元8。該電極12可以利用一柱塞20被壓靠在該彈性元件19上。

圖3顯示圖1及2之該設備1之另外的元件。為了整體清晰性，並非圖1及2中所有的元件皆於圖3中顯示，並且反之亦然。因此，連同該電壓源30、該電極12及帶有該表面27的該基板3，亦於圖3中顯示者係為參考電極11。該參考電極11係經由一電壓表33連接至該基板3之該表面27。該電壓源30及該參考電極11係相互獨立地附裝至該基板3之該表面27。

圖4a及4b顯示圖1及2之該設備1之另外的元件。為了整體清晰性，並非圖1及2中所有的元件皆於圖4a及4b中顯示，並且反之亦然。特別地由圖4a及4b能夠見到的是該設備1具有用於將該彈性元件19從該箔28移除的一夾持器28。於圖4a中所顯示的該狀態中位在該箔28上的該彈性元件19靜置在該基板3之該表面27上。可以利用該夾持器38夾持該彈性元件19並自該基板3之該表面27剝離。此作業係於圖4b中顯示。該設備1包含一驅動器39用於自動地致動該夾持器38。此外，該設備1包含用於該彈性元件19的一可移動座15。於圖4a中，該可移動座15被收藏在相對於該基板3之該表面27旋轉90°的一位置，因為在所顯示的狀態中不需要該可移動座15。於圖4b中，該可移動座15已在該基板3之該表面27與該彈性元件19之間被推動。以此方式，該彈性元件19能夠被安置在該可移動座15上。隨後，藉由將該可移動座15移回進入其之於圖4a中所顯示的狀態，該彈性元件19能夠與該可移動座15一起被運送離開。該彈性元件19因此能夠，例如，藉由該彈性元件19不跟隨該可移動座15的向下移動而離開該可移動座15。一旦該彈性元件19已離開該可移動座15，該可移動座15即能夠以一清潔裝置40清潔。為此，該可移動座15能夠藉由該清潔裝置40以一清潔流體噴灑。該設備1亦具有一電驅動的軋輥13，用於當該彈性元件19已被利用該夾持器38從該箔28移除時從該彈性元件19中擠出該電解液。該軋輥13具有二滾輪，該彈性元件19能夠在力的作用下在二滾輪之間移動通過。

利用該夾持器38，針對圖1所說明的該方法能夠實行到如此程度以至於，在步驟a)之前，將一彈性元件19安置到該基板3上，針對一第一生長時間週期實行步驟c)，並且該方法亦包含： d)利用該夾持器38移除該彈性元件19，以及 e)針對一第二生長時間週期，繼續由該電解液電化生長多數奈米線2。

1:設備 2:奈米線 3:基板 4:基板支架 5:承接座 6:電子元件 7:介面 8:控制單元 9:數位化單元 10:感測元件 11:參考電極 12:電極 13:軋輥 14:加熱器 15:可移動座 16:口蓋 17:開口 18:腔室 19:彈性元件 20:柱塞 21:驅動器 22:鎖固機構 23:顯示及操作構件 24:記憶體 25:導軌 26:制動機構 27:表面 28:箔 29:孔洞 30:電壓源 31:結構化層 32:間隙 33:電壓表 34:外殼 35:儲存槽 36:連接元件 37:電解液管線 38:夾持器 39:驅動器 40:清潔裝置 41:泵 42:支撐件 43:阻尼器 44:過濾器 45:內側 46:電解液處理器

以下基於該等圖式更詳細地解釋本發明。該等圖式顯示一特別較佳的示範性實施例，然而，本發明並不約束在該等示範性實施例。其中所顯示的該等圖式與該等相對尺寸僅係為概略的。於該等圖式中： 圖1：顯示本發明之用於在基板上電化生長多數奈米線的設備， 圖2：顯示圖1中該設備之部分的一概略表示， 圖3：顯示用於圖1與圖2之該設備的一參考電極的一連接， 圖4a及圖4b：顯示在二不同的狀態下圖1及圖2之該布置的另外元件。

1:設備

3:基板

4:基板支架

5:承接座

6:電子元件

7:介面

8:控制單元

9:數位化單元

10:感測元件

12:電極

14:加熱器

16:口蓋

17:開口

18:腔室

19:彈性元件

20:柱塞

21:驅動器

22:鎖固機構

23:顯示及操作構件

24:記憶體

25:導軌

26:制動機構

27:表面

28:箔

34:外殼

35:儲存槽

36:連接元件

37:電解液管線

41:泵

42:支撐件

43:阻尼器

44:過濾器

45:內側

46:電解液處理器

Claims (10)

1. 一種用於在基板(3)上電化生長多數奈米線(2)的設備(1)，該設備(1)包含一基板支架(4)及一外殼(34)，該外殼(34)中布置有一腔室(18)、一控制單元(8)及供一電解液所用的一儲存槽(35)，該設備(1)係經設計以當帶有該基板(3)的該基板支架(4)已插入該腔室(18)時，由該電解液生長多數奈米線(2)到該基板(3)上。
2. 如請求項1之設備(1)，其中該腔室(18)之一內側(45)係由一耐電解液材料構成。
3. 如請求項1或2之設備(1)，其中該控制單元(8)係經設計以確定指定給該儲存槽(35)的至少一參數。
4. 如請求項1至3中任一項之設備(1)，其中該控制單元(8)係經設計以確定該電解液之一流量及/或一壓力。
5. 如請求項1至4中任一項之設備(1)，其中該設備(1)亦具有一泵(41)，該泵(41)係用於將該電解液從該儲存槽(35)抽出並送入該腔室(18)中，該泵(41)係以一阻尼方式固持在一支撐件(42)上，該支撐件(42)係以一阻尼方式固持在該外殼(34)中。
6. 如請求項1至5中任一項之設備(1)，其中供該電解液所用的一過濾器(44)亦係布置在該外殼(34)中。
7. 如請求項1至3中任一項之設備(1)，其中用於移除靜置位在該基板(3)上的一彈性元件(19)的一夾持器(38)係被布置在該腔室(18)中。
8. 如請求項7之設備(1)，其中一可移動座(15)能夠以一使得該彈性元件(19)能夠與該夾持器(38)一起安置在該可移動座(15)上的方式布置在該腔室(18)中。
9. 一種用於藉由一設備(1)在基板(3)上電化生長多數奈米線(2)的方法，該設備(1)具有一基板支架(4)及一具備一腔室(18)、一控制單元(8)及供電解液所用的一儲存槽(35)的外殼(34)，並且該方法包含： a)    將該基板(3)安置進入該基板支架(4)中， b)    將該基板支架(4)插入該腔室(18)中， c)    由該電解液電化生長該等奈米線(2)到該基板(3)上。
10. 如請求項9之方法，其中，在步驟a)之前，將一彈性元件(19)安置到該基板(3)上，且步驟c)係針對一第一生長時間週期實行，並且該方法亦包含： d)    利用一夾持器(38)將該彈性元件(19)去除，以及 e)針對一第二生長時間週期，繼續由該電解液電化生長多數奈米線(2)。

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