WO2006053753A1 - Nanostrukturträger, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung - Google Patents

Nanostrukturträger, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung Download PDF

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WO2006053753A1
WO2006053753A1 PCT/EP2005/012332 EP2005012332W WO2006053753A1 WO 2006053753 A1 WO2006053753 A1 WO 2006053753A1 EP 2005012332 W EP2005012332 W EP 2005012332W WO 2006053753 A1 WO2006053753 A1 WO 2006053753A1
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WO
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layer
coating
substrate
structures
nanoporous
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Application number
PCT/EP2005/012332
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English (en)
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Inventor
Meinhard Knoll
Original Assignee
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
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Application filed by Westfälische Wilhelms-Universität Münster filed Critical Westfälische Wilhelms-Universität Münster
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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
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • 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

Definitions

  • Nanostructure carrier process for its preparation and its use
  • the invention relates to a nanostructure support, to a process for its production and to its use.
  • the nanostructured supports produced in this way have nanotubes, nanowires or nanoranges whose axes are laterally, i. lie parallel to the substrate surface, wherein the axial directions for different substrate surface elements can be defined the same or different.
  • Such nanostructures are used for the further development of microelectronics for nanoelectronics as well as for sensory or analytical purposes and as tools in nano-biotechnology.
  • nanostructures are known which are arranged perpendicular to the substrate surface with a regular distribution.
  • electrochemical methods e.g. by anodic oxidation
  • electrochemical methods for the production of vertical and regularly distributed pores in the form of vertical nanotubes.
  • the arrangement of the pores results from self-organization.
  • Pore lengths of 0.2 to 200 ⁇ m and pore spacings and pore diameters of 50 to 500 nm can be produced here (K. Nielsch et al., Adv. Matr. 2000, 12, No. 8, pp. 582 to 586).
  • a method for producing a nanostructure carrier is provided which is based on the following sequence:
  • a surface of a substrate is at least partially provided with a coating of a nanoporous structurable material, wherein b) the coating remains uncovered on at least two further surfaces.
  • an electrochemical oxidation takes place with formation of self-organized nanoporous structures arranged laterally to the substrate surface and parallel to at least one of the further surfaces of the coating.
  • surfaces are to be understood as meaning both the surface of the coating facing away from the substrate and the side or edge surfaces of the coating.
  • lateral nanostructures can be produced in thin layers on substrates in such a way that their axes are parallel to the substrate surface. surface and their orientations are different or different for different substrate surface elements.
  • This choice is therefore very advantageous because the removal of cover layers, which are located on very thin nanostructured layers - depending on the material - can be technologically very difficult. This makes it possible for the first time to produce and use such nanostructure carriers for a further development of microelectronics for nanoelectronics, for sensory or analytical purposes and as a tool for nano-biotechnology.
  • Suitable nanoporous structures include nanotubes, nanorods and nanowires.
  • the layer thickness of the coating of a nanoporous structurable material can be selected in the region of a monolayer, whereby monolayers of nanotubes can be produced.
  • the nanoporous structurable material for example of aluminum, may e.g. applied by vapor deposition in vacuo or by a sputtering process and subsequently be prepared in its structure favorable for the electrochemical oxidation see. This can be a
  • the exposed surface of the material to be structured according to the prior art can be wet-chemically, electrochemically or cleaned in the plasma and also electropolished.
  • the material of the nanopor ⁇ s structurable layer is contacted as an anode.
  • the following can be used as the cathode material: Pt, Ag, Ag / AgCl, Pb.
  • electrolytes for example, oxalic acid, sulfuric acid and phosphoric acid can be used.
  • the oxidation can be carried out at electrical voltages between 10 V and 200 V: for example, 25 V for sulfuric acid, 40 V for oxalic acid, 195 V for phosphoric acid.
  • the tem- perature of the electrolyte may be at 25 0 C.
  • For a slow process control lower Tempera ⁇ are temperatures from 0 to 5 0 C suitable.
  • nanoporous structurable material such materials are selected that are electrochemically oxidizable barbar, such as aluminum, titanium, silicon and the like.
  • the substrate preferably consists of an electrically insulating material or a material having a higher specific resistance than the specific resistance of the coating material, i. of nanopor ⁇ s structurable material.
  • the substrate is selected from the group consisting of glass, ceramic and plastic. If the substrate is made of another material, e.g. one
  • Metal or a semiconductor such as silicon it may be provided by covering with a material that meets the criteria for the substrate mentioned.
  • these are e.g. Insulation layers of silicon dioxide, silicon nitride, aluminum oxide and the like are deposited on silicon substrates.
  • the orientation of the nanostructures is determined by the choice of the edge contours of the coating.
  • the axial directions of the nanostructures are also affected by the boundary conditions in the electrochemical Oxidation defined.
  • the axes are at right angles to at least one of the surfaces of the uncovered coating which are perpendicular to the substrate surface, of nanoporous structurable material and parallel to the substrate surface.
  • Further boundary conditions result from the contour of the layer to be structured, the type of substrate, for example an electrically non-conductive substrate or possibly a partially electrically conductive substrate, and the shape of the substrate surface and the cover layer and the layer thickness profile.
  • a preferred variant provides that a coating with at least two mutually parallel edge contours is selected so that the orientation of the nanoporous structures in the coating takes place parallel to these edge structures.
  • a second preferred variant provides for a coating with at least two edge structures converging or diverging to one another, which makes it possible to align the nanoporous structures in the coating in converging or diverging form.
  • a third variant provides that the coating has an at least partially rounder structure, which results in a convergent alignment of the nanoporous structures in the coating.
  • edge contours of the coating all methods known from the prior art are suitable. These include, for example, a lithographic structuring of the coating or the possibility of specifying the edge contour by means of a lateral masking layer.
  • the masking layer may preferably consist of a photoresist or an electrically insulating material. be such as SiO 2 or Al 2 O 3 .
  • the adhesive and K ⁇ ntakteigenschaften between the Sub ⁇ strat and the coating of the nanoporous structurable material can be adjusted preferably by Temperpro ⁇ processes targeted.
  • nanoporous structures are produced on the laterally arranged, self-organized nanoporous structures by repeating steps a) to c).
  • steps a) to c) This allows two superimposed layers of nanostructures, e.g. are arranged perpendicular to each other, are generated.
  • an additional intermediate layer is arranged between these nanostructure layers.
  • the nanotubes may be filled with a metal, a polymer, a metal-containing inorganic compound or mixtures thereof, in which case the nanotubes are subsequently chemically chemically bound, leaving behind the nanowires, e.g. by ⁇ t ⁇ zen, destroyed.
  • nanowires can be produced by using Nanostege, e.g. after coating with a metal or other material (LIFT-OFF procedure). The material remaining between the nanorods then forms the nanowires.
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention provides for the uncoated surfaces of the coating to be easily coated removing substance to avoid the contact of these surfaces are provided with the electrolyte.
  • These preferably include fat, silicone or other substances which are easy to remove from the coating.
  • a further variant of the method according to the invention provides that, following step a), a covering layer is applied to the coating on the coating.
  • step c it is possible to remove this cover layer after step c). If in this case a layer thickness of the coating of the nanoporous structurable material in the region of a monolayer is selected, the sidewalls of the nanotubes remain as nanostruces after removal of the covering layer.
  • a nanostructured support is likewise prepared from a substrate and at least one layer, the layer being constructed from self-organized nanoporous structures oriented laterally to the substrate surface.
  • These nanostructure carriers can be produced by the method described above.
  • the nanotubes preferably have an internal diameter in the range from 10 nm to 1 ⁇ m, particularly preferably from 10 nm to 500 nm.
  • these preferably have an outer diameter in the range from 10 nm to 1 .mu.m, particularly preferably from 10 nm to 500 nm.
  • the coating of the nanoporous structurable material as described above with a Applied layer thickness in the range of Nanolage so the remaining after removal of the cover layer Nanostege preferably have a ridge height in the range of 10 nm to 1 .mu.m, preferably 10 nm to 500 nm.
  • the length of the nanoporous structures is arbitrary. However, the length of such structures is preferably 100 nm to 10 mm.
  • the nanoporous structurable material is preferably selected from the group which is electrochemically oxidizable, e.g. Aluminum, titanium, silicon, etc.
  • the orientation of the individual nanostructures zueinan ⁇ can be determined by appropriate choice of the conditions described above before electrochemical oxidation by selecting the layer contours and the exposed surfaces.
  • the individual nanostructures are preferably oriented parallel to one another, converging or curved.
  • the nanostructured carrier has, in addition to a first layer of nanoporous structures, at least one further layer of nanoporous structures.
  • the nanoporous structures of the first layer may e.g. be arranged parallel to the nanoporous structures of the other layers, the nanoporous structures of the other Schich ⁇ th are also aligned laterally accessible ⁇ to the substrate surface.
  • novel nanostructural carriers are used as functional elements in nanoelectronics, in particular as carriers for printed conductors.
  • Another use of nanostructure carriers involves functional elements for sensory or analytical purposes, for example as capillary structures.
  • the nanostructure carriers according to the invention can be used as tools in nano-biotechnology.
  • the Verwen ⁇ tion as a structure for electrical contacting of biomaterials.
  • the nanostructures according to the invention can be used as masking structures, in particular in lithography or lift-off processes. This allows in particular the production of nanodots.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the preparation of the nanostructuring agent according to the invention.
  • Fig. 2 shows layers of different contour when using the method according to the invention.
  • Fig. 3 shows further examples of layers used in the method.
  • FIG. 4 shows schematically the representation of nanotubes or nanorods.
  • Fig. 5 shows possible orientations of nanotubes on the basis of different layers.
  • Fig. 6 shows exemplary orientations of the axes of individual nanotubes.
  • FIG. 7 shows multilayer variants of nanostructures and examples of their use.
  • FIG. 8 shows schematically basic configurations of the method according to the invention.
  • FIGS. 9a) and 9d) show the method sequence of a method variant according to the invention
  • FIGS. 9a) and 9d) show the top view and the Fign. 9b) and 9c) show a sectional view.
  • FIG. 11 shows the structure of an embodiment of a nanostructure carrier according to the invention.
  • FIG. 12 shows a further variant of a method according to the invention on the basis of a schematic illustration, wherein FIGS. 12b) and 12d) sectional views and Figs. 12a) and 12c) show representations of the plan view of the nanostructure carrier.
  • FIG. 13 shows a variant of the method according to FIG. 12.
  • Fig. 14 shows the preparation of a nanostructure support according to the invention for lithographic purposes.
  • FIG. 15 shows a variant of the method according to the invention, in which the nanoporous structures are continued in a further layer.
  • 16 shows a further variant of the method according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows the process according to the invention in comparison with the processes known from the prior art.
  • a layer 2 to be patterned e.g. made of aluminum, deposited.
  • electrochemical oxidation of the layer 2 are in this
  • FIG. 1 b in contrast to FIG. 1 a), according to the method according to the invention, the electrochemical attack on the layer 2. 1 is not guided from above but from the edge with the direction 3.
  • This lateral electrochemical attack is realized, for example, by means of an arrangement according to FIG. 1c).
  • a layer 2.1 to be structured for example, on a substrate 1, e.g. made of aluminum, deposited, which in turn is protected by a cover layer 4 at its surface.
  • a substrate 1 e.g. made of aluminum
  • a cover layer 4 at its surface.
  • nanopores or nanotubes whose axial directions 3.1 are perpendicular to the edge and parallel to the substrate surface are produced in this edge, which is exposed from the front.
  • FIG. 1c) only a section of such layers is shown, so that here the lateral edges of the layer
  • FIG. 1 d shows a substrate 1 on which a layer 2.2 to be structured, for example of aluminum, is deposited. is separated, which in turn is protected by a cover layer 4.1 on the surface and on the sides. Here only the front edge is exposed.
  • a layer 2.2 to be structured for example of aluminum
  • the layer 2.2 made of aluminum is lithographically structured and subsequently covered with a layer 4.1 of aluminum oxide or silicon nitride, for example with the aid of the CVD process (Chemical Vapor Deposition).
  • FIG. 2 shows plan views of exemplary layers 2.3 to 2.6 to be structured. For reasons of simplification, the substrate and the cover layers are not shown here.
  • FIG. 2a) shows the electrochemical attack on the layer 2.3 in the direction 3.3 so that nanopores or nanotubes with the axial direction 3.3 are formed.
  • the layer 2.3 is protected against a lateral attack, for example by a laterally overlapping covering layer according to FIG. Id).
  • er ⁇ follows the electrochemical attack from both sides of the layer 2.4 with the directions 3.4.1 and 3.4.2. In this case, the front edge is protected by the cover layer.
  • the layer 2.5 has a semicircular edge, so that the electrochemical attack involves nanopores or nanotubes Axial direction generated 3.5, which extend radially to the center of the semicircular structure.
  • the layer to be structured 2.6 has a circular opening, so that the electrochemical attack takes place from the center radially outward into the layer 2.6.
  • FIG. 3 in contrast to FIG. 2, the axis directions 3.7 and 3.8 are indicated at the edges of the layers 2.7 and 2.8 so that the arrows lie within these layers and indicate the course of the nanopores or nanotubes.
  • the electrochemical attack on the layer 2. 7 takes place from a circular edge, so that nanopores or nanotubes with axial directions 3. 7 are formed, which extend radially to the center of the circular structure.
  • Fig. 3b) is in the layer to be structured 2.8 a circular opening, so that the electrochemical attack takes place radially outward into the layer 2.8 inside.
  • FIG. 4 shows the structuring of very thin layers.
  • Fig. 4a shows a substrate 1 on which a very thin layer 5 to be patterned, e.g. made of aluminum, is deposited.
  • the thickness of the layer 5 is on the order of
  • Pore diameters ie some 10 nm, as typi ⁇ schsell after electrochemical oxidation in Al 2 O 3 - layers occur.
  • electrochemical oxidation of the layer 5 a monolayer of nanopores or
  • FIG. 4b shows nanoranges according to the invention.
  • FIG. 5 shows plan views of exemplary layers 2.9 to 2.12 to be textured. Again, for reasons of simplicity, the substrate and the cover layers are not shown.
  • the electrochemical attack takes place with the direction 3.9. Due to the parallel edge contours of the layer 2.9 parallel nanopores or nanotubes 7.1 with the axial directions 3.9 arise.
  • the electrochemical attack takes place at the front edge of the layer 2.10, first with the direction 3.10. Due to the curved edge contours of the layer 2.10, nanopores or nanotubes 7.2 themselves grow with curved or semicircular axes.
  • the electrochemical attack on the front edge of the layer 2.11 first takes place with the direction 3.11. Due to the divergent edge contours of the layer 2.11, nano- pores or nanotubes 7.3 themselves grow with di- vergierenden axes.
  • the electrochemical attack takes place at the front edge of the layer 2.12, initially with the direction 3.12. Due to the converging edge contours of the layer 2.12 nanopores or nanotubes 7.4 self-organized grow with converging axes.
  • FIG. 6 shows a sectional view of nanotubes of a monolayer with their nanotube walls 8.1 and 8.2 and with their axial directions 3.13 to 3.18.
  • the Na ⁇ norschreiben extend here to the end of 10.1 or 10.2.
  • the sectional plane of the present figure is parallel to the substrate surface.
  • the axial directions 3.13 are parallel due to parallel edge contours.
  • Such an arrangement is realized, for example, by a substrate according to FIG. 5a).
  • FIG. 6b the axial directions 3.14 to 3.18 converge due to convergent edge contours. This corresponds to a substrate shape, as shown in Fig. 5d).
  • a convergence of the axial direction is also achieved in the arrangement according to FIG. 2c) and FIG. 3a).
  • nanotubes due to their axis convergence, increasingly restrict their space in growth, self-assembly results in a limited selection of further growing nanotubes, which then extend over a greater length. In this way, there is a selection of nanotubes, which at the beginning of the oxidation have a relatively large distance from one another and are relatively closely adjacent at the end of the oxidation. If such structures are used, for example, for the production of conductor tracks or wires, then conductor tracks or wires with intervals resulting, for example, from the
  • FIG. 7 schematically shows the process for producing a plurality of layers of nanostructures.
  • nanostructures 6.1 for example of Al 2 O 3, are shown in FIG. 7 a). These can be produced, for example, according to the arrangement of FIG. 4b). But it can also be nanowires, by electrolytic deposition in nanotubes or by lithographic
  • Nanostrints Processes with the help of nanostrints have emerged. At right angles to these, a second monolayer of such nanostructures 6.2 is now arranged. An intermediate layer, which is not shown in the present case, can also be found between the two layers. This is a typical arrangement, like her For example, in a nanoelectronics for memory arrangement can be used.
  • FIG. 7b the structure of nanostrigs according to FIG. 7a) is used as a masking layer.
  • Nanodots 9, as shown in FIG. 7c) which are produced in the free spaces of the nanostructures of FIGS. 6.1 and 6.2, can be produced with this raster structure, for example using thin-film processes. Subsequent removal of the nanostructures 6.1 and 6.2 then leaves the corresponding nanodots behind.
  • Fig. 8 shows basic configurations of the invention, the technical configurations of which are shown in the following figures.
  • FIG. 8a shows the method principle known from the prior art, in which, by electrochemical oxidation of an aluminum body 2 in these nanopores or nanotubes, whose axis directions 3 are perpendicular to the surface of the body of aluminum, are produced.
  • Fig. 8b shows the solution according to the invention.
  • the resulting nanotubes have the axial directions 3. All other surfaces of the body 2 remain free.
  • the self-assembled nanotubes are arranged parallel to the upper and the two lateral surfaces of the body 2.
  • Nanopores or nanotubes are produced whose axial directions 3 are perpendicular to the front edge and parallel to the substrate surface and parallel to the exposed upwardly facing surface and the exposed lateral edges.
  • Fig. 8d is on a substrate 1 to be structured layer 2.2, for. made of aluminum, which is laterally structured lithographically.
  • the electrochemical oxidation takes place in the direction 3 as in FIG. 8c).
  • Nanotubes are formed which are parallel to the surfaces of the layer 2.2 to be structured which are exposed upwards and to the sides.
  • the layer 2.2 to be structured is laterally protected by a masking layer 4.
  • This masking layer 4 consists for example of photoresist or another insulator such as SiO 2 or Al 2 O 3 . Decisive here is that nanotubes arise with the axial direction 3, which are parallel to the upwardly exposed surface of the layer to be structured 2.2.
  • nanotubes are produced in a body made of aluminum 2 in that it is in contact with the electrolyte 20 only with one surface (underside of the cuboid). The lateral surfaces of the body are exposed, so that the resulting nanopores 13 are parallel to them.
  • the remaining surfaces may be covered with fat, silicone or another easily removable means. As a result, the wetting of these surfaces by the electrolyte is prevented.
  • a substrate 1 for example made of glass
  • a thin layer 2.2 e.g. made of aluminium
  • the substrate 1 has a hole 11 of any shape (shown rectangular in FIG. 9).
  • the preparation of this arrangement can be done in different ways.
  • a glass substrate is drilled and provided on one side with an adhesive film.
  • an adhesive film e.g. a photoresist or a polymer filled and removed after its solidification of the adhesive film.
  • an aluminum layer is applied, e.g. by sputtering or Auf ⁇ vaporization in vacuo.
  • the photoresist or polymer can now be chemically removed from the bore hole.
  • the layer 2.2 made of aluminum through the hole 11 of the substrate 1 hin ⁇ by in contact with the electrolyte 12 is. If the layer 2.2 is connected as an anode in an electrochemical oxidation (contacting, for example, at the right and left ends of the layer 2.2), nanopores 13 originating at the edge of the hole originate from the rear side of the layer 2.2 and parallel to the upper surface of the layer 2.2 and parallel to the surface of the substrate.
  • FIG. 9d the layer 2.2 from FIGS. 8a) and 8b) is now lithographically structured (layer 2.22). Nanopores 13 are located in it.
  • FIG. 9 shows arrangements with thicknesses of layer 2.2 or 2.22 between a few 10 nm and a few 10 ⁇ m.
  • the arrangement from FIG. 9 is developed further such that it is also possible to produce monolayers of nanopores 13.
  • the substrate 1 has a hole 11.1 of any shape (in Fig. 10, it is shown rectangular). If, instead of the glass substrate, e.g. If a silicon substrate is used, in all representations it is coated with a silicon dioxide layer (not shown). By anisotropic etching openings with oblique Wän ⁇ can be generated. As a rule, a silicon dioxide layer 15 remains in the opening 11. 1 of the substrate, which assumes the role of the adhesive film from FIG. 9.
  • a layer 14 e.g. made of aluminum e.g. applied by sputtering.
  • the layer 15 of silicon dioxide layer can then be removed by etching (FIG. 10d)).
  • an aluminum layer 2.23 is produced by sputtering (FIG. 10e)).
  • the layer 2.23 from FIG. 10e) is now lithographically structured (layer 2.24). In it are nanopores 13.
  • Fig. 10 shows arrangements with thicknesses of layer 2.23 between a few 10 nm to a few 10 ⁇ m. Due to the support in the region of the hole 11.1 through the layer 14, the aluminum film 2.23 can also be very thin (for example a few 10 nm), so that monopoles of nanopores can also be produced. (In Fig. 10e) two layers of nanopores are indicated.) In a variant (not shown) to the arrangement of Fig. 10, the layer 14 may also be absent. The topping of the hole 11.1 is then analogous to the example of FIG. 9th
  • FIG. 11 shows an arrangement according to FIG. 10e).
  • the substrate 1 is provided with a second hole 11.2 which, like hole 11.1, is coated with the layer 2.23 of aluminum. After the electrochemical oxidation, this layer is converted into aluminum oxide, which is penetrated by nanopores 13, which run parallel to the surface of the layer 2.23. In the area of the hole 11.2 the layer 2.23 is unsupported and not in connection with the substrate 1.
  • the layer 14.1 may also be missing.
  • the covering of the hole 11.1 then takes place analogously to the example of FIG. 9.
  • a substrate 1 is coated with a layer 2.2 of aluminum.
  • a sacrificial layer 16 which consists for example of photoresist or other later removable material.
  • the sacrificial layer 16 is covered with a cover layer 17 (eg made of silicon dioxide, aluminum oxide or photoresist), so that the sacrificial layer remains free only at one end (right) and there is an opening in it the cover layer 17 forms.
  • a cover layer 17 eg made of silicon dioxide, aluminum oxide or photoresist
  • the sacrificial layer e.g. dissolved out wet-chemically or in the plasma process, so that a cavity 18 remains between the layer 2.2 made of aluminum and the cover layer 17.
  • the opening of the cavity is sealed with a seal 19.
  • the layer 2.2 of aluminum is free at its surface in the cavity 18. Is the layer 2.2 as an anode in an electrochemical see oxidation with connection e.g.
  • nanopores 13 which grow below the left edge of the cover layer 17 into the region below the cavity 18, originate from the left end of the layer 2.2 outside the cavity.
  • the nanopores 13 are parallel to the upper surface of the layer 2.2 and parallel to the surface of the substrate.
  • the cover layer 17 can furthermore serve as a non-contact protective layer for the nanostructured layer 2.2. But it can also be easily wet-chemical way or in the
  • the layer 2.2 of aluminum is provided with a second layer 20, for example also of aluminum. hen ( Figures 13a) and 13b)).
  • the cover layer 17 overlaps the layer 20.
  • nanopores 13 which extend below the layer 20 and continue in the layer 2.2, emerge underneath the cover layer 17 to grow into the area below the cavity 18.
  • the nanopores are parallel to the upper surface of the layer 2.2 and parallel to the
  • the cover layer 17 can easily be removed by wet-chemical means or in the plasma, so that the nanostructured layer 2.2 is exposed.
  • FIG. 14 shows how nanostructured layers 22 can be used to structure a layer 21.
  • Fig. 14a) shows a substrate 1, which is covered on its surface with a layer 21 to be structured. This is e.g. a layer of silica or alumina. On this, an aluminum layer 22 was nanostructured by electrochemical oxidation.
  • FIG. 14 a) shows an arrangement with a monolayer of nanopores with pore openings 24. Physical ablation (for example sputter etching) removes the layers 21 and 22 until only nanostricks 23 from the material of the layer 21 remain on the substrate 1 (FIG. 11 b). The erosion can also be done wet-chemically.
  • Physical ablation for example sputter etching
  • channels can be opened in nanostructured layers and continue to grow into channels in other planes.
  • Fig. 15 shows an arrangement according to Fig. 9c).
  • Layer 30 can now be switched as an anode.
  • the polar walls of the already structured layer open through anodic oxidation and nanopores 32 grow into the new layer 30 to be structured.
  • the layer 33 is an electrolyte layer - e.g. Oxalic acid in a gel - and communicates with an anode layer 34 e.g. made of aluminum, silver, platinum etc. in connection.
  • anode layer 34 e.g. made of aluminum, silver, platinum etc. in connection.
  • the surface of the layer 2.2 then corresponds to the representation of FIG. 4b). At the end of the process, layers 33 and 34 can be removed.
  • the last oxidation can also be carried out in a liquid electrolyte, the surface of the arrangement according to FIG. 16 and thus covered with the layer 2.2 and is in contact with the anode (not shown).
  • FIGS. 15 and 16 are based on a basic configuration according to FIG. 9. It is also possible to further develop arrangements according to FIGS. 8c) to 8f), FIGS. 10 to 13 analogously.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nanostrukturträger, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwen­dung. Die so hergestellten Nanostrukturträger besit­zen Nanoröhren, Nanodrähte oder Nanostege, deren Ach­sen lateral, d.h. parallel zur Substratoberfläche liegen, wobei die Achsrichtungen für unterschiedliche Substrat-Flächenelemente gleich oder unterschiedlich definiert sein können. Solche Nanostrukturen werden für die Weiterentwicklung der Mikroelektronik zur Na­noelektronik sowie für sensorische bzw. analytische Zwecke und als Werkzeuge in der Nano-Biotechnologie verwendet.

Description

Nanostrukturträger, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung
Die Erfindung betrifft einen Nanostrukturträger, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwen¬ dung. Die so hergestellten Nanostrukturträger besit¬ zen Nanoröhren, Nanodrähte oder Nanostege, deren Ach¬ sen lateral, d.h. parallel zur Substratoberfläche liegen, wobei die Achsrichtungen für unterschiedliche Substrat-Flächenelemente gleich oder unterschiedlich definiert sein können. Solche NanoStrukturen werden für die Weiterentwicklung der Mikroelektronik zur Na- noelektronik sowie für sensorische bzw. analytische Zwecke und als Werkzeuge in der Nano-Biotechnologie verwendet.
Im Stand der Technik sind sehr dünne Röhren und Dräh¬ te mit Durchmessern von einigen 10 bis 100 nm auf Substraten bekannt. So lehrt W.S.Shi et al . Chemical Physics Letters 345 (2001) , S. 377 bis 380 derartige Röhren, deren Achsen unregelmäßig in alle Richtungen ausgerichtet sind.
Aus K. Nielsen et al . , Matt. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 705 (2003), S. Y 9.3.1 bis Y 9.3.6 sind Na- nostrukturen bekannt, die senkrecht zur Substratober¬ fläche mit einer regelmäßigen Verteilung angeordnet sind.
Unter den Herstellungstechniken sind elektrochemische Verfahren, z.B. durch anodische Oxidation, zur Her¬ stellung von senkrechten und regelmäßig verteilten Poren in Form von senkrechten Nanoröhren bekannt . Die Anordnung der Poren ergibt sich dabei durch Selbstor- ganisation. Es können hierbei Porenlängen von 0,2 bis 200 μm und Porenabstände und Porendurchmesser von 50 bis 500 nm erzeugt werden (K. Nielsch et al. , Adv. Matr. 2000, 12, Nr. 8, S. 582 bis 586) .
Mit diesem Stand der Technik ist jedoch der Nachteil verbunden, dass Nanoröhren und Nanodrähte nicht late¬ ral in dünnen Schichten und mit unterschiedlich defi¬ nierten Winkeln in unterschiedlichen Substratflächen¬ elementen hergestellt werden können. Somit existiert bislang keine Technologie, die das Potential für eine Massenproduktion und Parallelfertigung für die Nano- elektronik, für sensorische bzw. analytische Zwecke oder für Werkzeuge der Nano-Biotechnologie bietet.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Er¬ findung, Nanostrukturträger bereit zu stellen, die den Einsatz in der Nanoelektronik, für sensorische oder analytische Zwecke sowie für Werkzeuge der Nano- Biotechnologie erlauben. Diese sollen einfach und kostengünstig herstellbar sein, sodass sie der Mas¬ senproduktion zugänglich sind. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstel¬ lung eines Nanostrukturträgers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch den Nanostrukturträger mit den Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbil¬ dungen auf. In den Ansprüchen 36 bis 41 werden Ver¬ wendungen der erfindungsgemäßen Nanostrukturträger beschrieben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Nanostrukturträgers bereitgestellt, das auf folgenden Ablauf beruht:
a) Eine Oberfläche eines Substrats wird zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung aus einem nanoporös strukturierbaren Material versehen, wobei b) die Beschichtung an mindestens zwei weiteren Oberflächen unbedeckt bleibt. c) Anschließend erfolgt eine elektrochemische Oxi- dation unter Ausbildung von zur Substratoberflä¬ che lateral angeordneten, selbst organisierten nanoporösen Strukturen, die zu mindestens einer der weiteren Oberflächen der Beschichtung paral¬ lel sind.
Unter Oberflächen ist erfindungsgemäß sowohl die vom Substrat abgewandte Oberfläche der Beschichtung, als auch die Seiten- bzw. Randflächen der Beschichtung zu verstehen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen ins¬ besondere darin, dass laterale Nanostrukturen in dün- nen Schichten auf Substraten so hergestellt werden können, dass ihre Achsen parallel zur Substratober- fläche liegen und ihre Ausrichtungen für unterschied¬ liche Substrat-Flächenelemente gleich oder unter¬ schiedlich definiert sind. Es besteht dabei die Frei¬ heit, Nanostrukturen in dünnen Schichten so herzu- stellen, dass diese Schichten entweder an ihrer Ober¬ fläche unbedeckt bleiben oder mit einer Abdeckschicht bedeckt sind. Diese Wahlmöglichkeit ist darum sehr vorteilhaft, weil die Entfernung von Abdeckschichten, die sich auf sehr dünnen nanostrukturierten Schichten befinden - je nach Material - technologisch sehr schwierig sein kann. Damit wird es zum ersten Mal er¬ möglicht, solche Nanostrukturträger für eine Weiter¬ entwicklung der Mikroelektronik zur Nanoelektronik, für sensorische bzw. analytische Zwecke und als Werk- zeug der Nano-Biotechnologie herzustellen und einzu¬ setzen.
Geeignete nanoporöse Strukturen sind beispielsweise Nanoröhren, Nanostege und Nanodrähte.
Die Schichtdicke der Beschichtung aus einem nanoporös strukturierbaren Material kann im Bereich einer Mono- lage gewählt werden, wodurch Monolagen von Nanoröhren erzeugt werden können.
Das nanoporös strukturierbare Material, bspw. aus Aluminium, kann z.B. durch Aufdampfung im Vakuum oder durch einen Sputterprozess aufgebracht und anschlie¬ ßend in seiner Struktur günstig für die elektrochemi- sehe Oxidation vorbereitet werden. Hierzu kann eine
Temperung unter Stickstoffatmosphäre bei Temperaturen von z.B. 500 0C durchgeführt werden. Dabei wachsen die zunächst kleinen Kristallite auf Größen im mm-Bereich an. Vor der Oxidation kann die freiliegen- de Fläche des zu strukturierenden Materials nach dem Stand der Technik z.B. nasschemisch, elektrochemisch oder im Plasma gereinigt sowie auch elektropoliert werden. Das Material der nanoporδs strukturierbaren Schicht wird als Anode kontaktiert. Als Kathodenmate¬ rial können dienen: Pt, Ag, Ag/AgCl, Pb. Als Elektro- lyte können z.B. Oxalsäure, Schwefelsäure und Phos¬ phorsäure eingesetzt werden. Die Oxidation kann bei elektrischen Spannungen zwischen 10 V und 200 V durchgeführt werden: z.B. 25 V bei Schwefelsäure, 40 V bei Oxalsäure, 195 V bei Phosphorsäure. Die Tem- peratur des Elektrolyten kann bei 25 0C liegen. Für eine langsame Prozessführung sind geringere Tempera¬ turen von 0 bis 5 0C geeignet.
Als nanoporös strukturierbares Material werden solche Materialien ausgewählt, die elektrochemisch oxidier- bar sind, wie Aluminium, Titan, Silicium u.a.
Das Substrat besteht vorzugsweise aus einem elek¬ trisch isolierenden Material oder einem Material mit einem höheren spezifischen Widerstand als dem spezi¬ fischen Widerstand des Beschichtungsmaterials, d.h. des nanoporδs strukturierbaren Materials. Besonders bevorzugt ist das Substrat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas, Keramik und Kunststoff. Besteht das Substrat aus einem anderen Material, z.B. einem
Metall oder einem Halbleiter wie Silizium, so kann es durch Abdeckung mit einem Material, das die genannten Kriterien für das Substrat erfüllt, versehen werden. Vorzugsweise sind dies z.B. auf Silizium-Substraten Isolationsschichten aus Siliziumdioxid, Siliziumnit¬ rid, Aluminiumoxid u.a.
Die Ausrichtung der NanoStrukturen wird durch die Wahl der Randkonturen der Beschichtung bestimmt . Da- mit werden auch die Achsrichtungen der Nanostrukturen durch die Randbedingungen bei der elektrochemischen Oxidation definiert. So liegen die Achsen senkrecht zu mindestens einer der zur Substratoberfläche senk¬ rechten Oberflächen der unbedeckten Beschichtung aus nanoporös strukturierbarem Material und parallel zur Substratoberfläche. Weitere Randbedingungen ergeben sich aus der Kontur der zu strukturierenden Schicht, der Art des Substrats, z.B. einem elektrisch nicht leitenden Substrat oder gegebenenfalls einem ab¬ schnittsweise elektrisch leitenden Substrat, und aus der Form der Substratoberfläche und der Abdeckschicht sowie dem Schichtdickenverlauf.
Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass eine Be¬ schichtung mit mindestens zwei zueinander parallelen Randkonturen gewählt wird, so dass die Ausrichtung der nanoporösen Strukturen in der Beschichtung paral¬ lel zu diesen Randstrukturen erfolgt. Eine zweite be¬ vorzugte Variante sieht eine Beschichtung mit mindes¬ tens zwei zueinander konvergierenden oder divergie- renden Randstrukturen vor, wodurch eine Ausrichtung der nanoporösen Strukturen in der Beschichtung in konvergierender oder divergierender Form möglich wird. Eine dritte Variante sieht vor, dass die Be¬ schichtung eine zumindest bereichsweise rundere Struktur aufweist, was eine konvergierende Ausrich¬ tung der nanoporösen Strukturen in der Beschichtung zur Folge hat.
Hinsichtlich der Erzeugung der Randkonturen der Be- Schichtung sind alle aus dem Stand der Technik be¬ kannten Methoden geeignet. Hierzu zählen beispiels¬ weise eine lithographische Strukturierung der Be¬ schichtung oder die Möglichkeit, die Randkontur durch eine seitliche Maskierungsschicht vorzugeben. Die Maskierungsschicht kann dabei vorzugsweise aus einem Photoresist oder einem elektrisch isolierenden Mate- rial sein, wie z.B. SiO2 oder Al2O3.
Die Haft- und Kσntakteigenschaften zwischen dem Sub¬ strat und der Beschichtung aus dem nanoporös struktu- rierbaren Material können bevorzugt durch Temperpro¬ zesse gezielt eingestellt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auf den lateral angeordneten, selbst organisierten nanoporδsen Struk¬ turen durch Wiederholung der Schritte a) bis c) wei¬ tere nanoporöse Strukturen erzeugt. Hierdurch können zwei übereinander liegende Schichten von Nanostruktu- ren, die z.B. senkrecht zueinander angeordnet sind, erzeugt werden. Gleichzeitig ist es auch möglich, dass zwischen diesen Nanostrukturschichten eine zu¬ sätzliche Zwischenschicht angeordnet ist. Es handelt sich hierbei um typische Anordnungen, wie sie z.B. in der Nanoelektronik für Speicheranordnungen Verwendung finden.
Zur Herstellung von Nanodrähten können die Nanoröhren mit einem Metall, einem Polymer, einer metallhaltigen anorganischen Verbindung oder deren Gemischen gefüllt werden, wobei dann im Anschluss die Nanoröhren unter Zurückbleiben der Nanodrähte chemisch, z.B. durch Ät¬ zen, zerstört werden. Alternativ lassen sich Nano¬ drähte dadurch herstellen, dass Nanostege z.B. nach Beschichtung mit einem Metall oder einem anderen Ma- terial entfernt werden (LIFT-OFF-Verfahren) . Das zwi¬ schen den Nanostegen zurückbleibende Material bildet dann die Nanodrähte.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die unbedeck¬ ten Oberflächen der Beschichtung mit einer leicht zu entfernenden Substanz zur Vermeidung des Kontakts dieser Flächen mit dem Elektrolyten versehen werden. Hierzu zählen vorzugsweise Fett, Silikon oder andere leicht von der Beschichtung zu entfernende Substan- zen.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens sieht vor, dass im Anschluss an Schritt a) auf der Beschichtung eine Abdeckschicht auf der Beschich- tung aufgebracht wird.
Dann ist es möglich, im Anschluss an Schritt c) diese Abdeckschicht zu entfernen. Wird hierbei eine Schichtdicke der Beschichtung aus dem nanoporös strukturierbaren Material im Bereich einer Monolage gewählt, so bleiben nach Entfernung der Abdeckschicht die Seitenwände der Nanoröhren als Nanostege zurück.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Nanostrukturträger aus einem Substrat und mindestens einer Schicht be¬ reitgestellt, wobei die Schicht aus lateral zur Sub¬ stratoberfläche ausgerichteten, selbst organisierten nanoporösen Strukturen aufgebaut ist . Diese Na¬ nostrukturträger sind nach dem zuvor beschriebenen Verfahren herstellbar.
Vorzugsweise weisen die Nanoröhren einen Innendurch¬ messer im Bereich von 10 nm bis 1 μm, besonders be¬ vorzugt von 10 nm bis 500 nm auf.
Im Falle von Nanodrähten weisen diese bevorzugt einen Außendurchmesser im Bereich von 10 nm bis 1 μm, be¬ sonders bevorzugt von 10 nm bis 500 nm auf.
Wird die Beschichtung aus dem nanoporös strukturier¬ baren Material wie oben beschrieben mit einer Schichtdicke im Bereich einer Nanolage aufgetragen, so weisen die nach Entfernung der Abdeckschicht verbleibenden Nanostege bevorzugt eine Steghöhe im Bereich von 10 nm bis 1 μm, vorzugsweise 10 nm bis 500 nm auf.
Die Länge der nanoporösen Strukturen ist beliebig wählbar. Bevorzugt beträgt die Länge derartiger Strukturen jedoch 100 nm bis 10 mm.
Das nanoporös strukturierbare Material ist vorzugs¬ weise ausgewählt aus der Gruppe, die elektrochemisch oxidierbar ist, wie z.B. Aluminium, Titan, Silizium, u.a.
Die Ausrichtung der einzelnen Nanostrukturen zueinan¬ der kann durch entsprechende Wahl der oben beschrie¬ benen Randbedingungen vor der elektrochemischen Oxi- dation durch Wahl der Schichtkonturen sowie der frei- liegenden Oberflächen festgelegt werden. Bevorzugt sind hierbei die einzelnen Nanostrukturen zueinander parallel, konvergierend oder gekrümmt ausgerichtet.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Nanostrukturträ- ger neben einer ersten Schicht nanoporδser Strukturen mindestens eine weitere Schicht nanoporöser Struktu¬ ren aufweist. Die nanoporösen Strukturen der ersten Schicht können z.B. zu den nanoporösen Strukturen der weiteren Schichten nicht parallel angeordnet sein, wobei die nanoporösen Strukturen der weiteren Schich¬ ten ebenfalls zur Substratoberfläche lateral ausge¬ richtet sind.
Verwendung finden die erfindungsgemäßen Nanostruk- turträger als Funktionselement in der Nanoelektronik, hierbei insbesondere als Träger für Leiterbahnen. Eine weitere Verwendung der Nanostrukturträger be¬ trifft Funktionselemente für sensorische oder analy¬ tische Zwecke, z.B. als Kapillarstrukturen. Ebenso können die erfindungsgemäßen Nanostrukturträger als Werkzeuge in der Nano-Biotechnologie verwendet wer¬ den. Hierbei bietet sich beispielsweise die Verwen¬ dung als Struktur zur elektrischen Kontaktierung von Biomaterialien an. Weiterhin können die erfindungsge¬ mäßen Nanostrukturen als Maskierungsstrukturen, ins- besondere in Lithographie- oder Lift-off-Prozessen eingesetzt werden. Dies ermöglicht insbesondere die Herstellung von Nanodots. Ebenso ist es möglich, sol¬ che Nanostrukturträger für die Herstellung von photo¬ nischen Kristallen oder Mikroreaktoren für die Mikro- reaktionstechnik einzusetzen.
Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungs¬ gemäße Gegenstand beispielhaft näher erläutert wer¬ den, ohne diesen auf die Breite der hier gezeigten Ausführungsformen zu beschränken.
Fig. 1 zeigt anhand einer schematischen Darstellung die Herstellung der erfindungsgemäßen Nanostruk¬ turträger.
Fig. 2 zeigt Schichten unterschiedlicher Kontur beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 3 zeigt weitere Beispiele von beim Verfahren verwendeten Schichten.
Fig. 4 zeigt schematisch die Darstellung von Nanoröh- ren bzw. Nanostegen.
Fig. 5 zeigt mögliche Ausrichtungen von Nanoröhren anhand verschiedener Schichten. Fig. 6 zeigt beispielhafte Ausrichtungen der Achsen einzelner Nanoröhren.
Fig. 7 zeigt mehrschichtige Varianten von Nanostruk- turen sowie Beispiele für deren Verwendung.
Fig. 8 zeigt schematisch Grundkonfigurationen des er¬ findungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 9 zeigt den Verfahrensablauf einer erfindungsge¬ mäßen Verfahrensvariante, wobei die Fign. 9a) und 9d) die Draufsicht und die Fign. 9b) und 9c) eine Schnittdarstellung zeigen.
Fig. 10 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Verfah¬ rensführung anhand eines Schemas .
Fig. 11 zeigt den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nanostrukturträgers.
Fig. 12 zeigt eine weitere Variante einer erfindungs- gemäßen Verfahrensführung anhand einer schematischen Darstellung, wobei die Fign. 12b) und 12d) Schnitt- darstellungen und die Fign. 12a) und 12c) Darstellun¬ gen der Draufsicht des Nanostrukturträgers zeigen.
Fig. 13 zeigt eine Variante zu der Verfahrensweise nach Fig. 12.
Fig. 14 zeigt die Herstellung eines erfindungsgemäßen Nanostrukturträgers für lithographische Zwecke.
Fig. 15 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die nanoporösen Strukturen in einer weiteren Schicht fortgeführt werden. Fig. 16 zeigt eine weitere Variante des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens .
In Fig. 1 wird schematisch, das erfindungsgemäße Ver¬ fahren im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren dargestellt. So wird in Fig. Ia) auf einem Substrat 1 eine zu strukturierende Schicht 2, z.B. aus Aluminium, abgeschieden. Durch elektro- chemische Oxidation der Schicht 2 werden in dieser
Nanoporen bzw. Nanoröhren erzeugt, deren Achsrichtun¬ gen 3 senkrecht zur Schichtoberfläche stehen. Diese Ausführungsform entspricht dem Stand der Technik.
In Fig. Ib) wird im Gegensatz zu Fig. Ia) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der elektrochemische An¬ griff auf die Schicht 2.1 nicht von oben, sondern von der Kante mit der Richtung 3 geführt. Realisiert wird dieser seitliche elektrochemische Angriff beispiels- weise mittels einer Anordnung nach Fig. Ic) . In Fig.
Ic) wird auf einem Substrat 1 eine zu strukturierende Schicht 2.1, z.B. aus Aluminium, abgeschieden, die wiederum durch eine Deckschicht 4 an deren Oberfläche geschützt ist. Durch elektrochemische Oxidation der Schicht 2.1 werden in dieser von der vorderen frei¬ liegenden Kante her Nanoporen bzw. Nanoröhren er¬ zeugt, deren Achsrichtungen 3.1 senkrecht zur Kante und parallel zur Substratoberfläche sind. In Fig. Ic) wird nur ein Ausschnitt solcher Schichten darge- stellt, sodass hier die seitlichen Kanten der Schicht
2.1 nicht als freiliegend betrachtet werden sollen. Ein seitlicher Schutz dieser Schichten wird z.B. durch eine Anordnung gemäß Fig. Id) erreicht.
Fig. Id) zeigt ein Substrat 1, auf dem eine zu struk¬ turierende Schicht 2.2, z.B. aus Aluminium, abge- schieden ist, die wiederum durch eine Deckschicht 4.1 an der Oberfläche und an den Seiten geschützt ist. Hier liegt nur die vordere Kante frei . Durch elektro¬ chemische Oxidation der Schicht 2.2 werden nun in dieser Schicht von der vorderen freiliegenden Kante her Nanoporen bzw. Nanoröhren erzeugt, deren Achs- richtung 3.2 senkrecht zur Kante und parallel zur Substratoberfläche sind. Bei der Herstellung wird z.B. die Schicht 2.2 aus Aluminium lithographisch strukturiert und anschließend mit einer Schicht 4.1 aus Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid, z.B. mit Hilfe des CVD-Verfahrens (Chemical Vapor Deposition) , über¬ deckt.
In Fig. 2 sind Draufsichten für beispielhafte zu strukturierende Schichten 2.3 bis 2.6 dargestellt. Aus Gründen der Vereinfachung sind hierbei das Sub¬ strat und die Abdeckschichten nicht dargestellt.
Sämtliche in Fig. 2 dargestellte Achsrichtungen 3.3 bis 3.6 sind an der Kante der Schichten 2.3 bis 2.6 angegeben, sodass die Pfeile hier außerhalb der Schichten liegen.
So zeigt Fig. 2a) den elektrochemischen Angriff auf die Schicht 2.3 in Richtung 3.3, sodass Nanoporen bzw. Nanorδhren mit der Achsrichtung 3.3 entstehen. Hierbei ist die Schicht 2.3 gegen einen seitlichen Angriff, z.B. durch eine seitlich überlappende Ab- deckschicht gemäß Fig. Id) geschützt. In Fig. 2b) er¬ folgt der elektrochemische Angriff von beiden Seiten der Schicht 2.4 mit den Richtungen 3.4.1 und 3.4.2. In diesem Fall ist die vordere Kante durch die Ab¬ deckschicht geschützt. In Fig. 2c) weist die Schicht 2.5 eine halbkreisförmige Kante auf, sodass der e- lektrochemische Angriff Nanoporen bzw. Nanoröhren mit Achsrichtung 3.5 erzeugt, die radial zum Mittelpunkt der Halbkreisstruktur verlaufen. In Fig. 2d) weist die zu strukturierende Schicht 2.6 eine kreisrunde Öffnung auf, sodass der elektrochemische Angriff vom Zentrum radial nach außen in die Schicht 2.6 erfolgt .
In Fig. 3 werden im Gegensatz zu Fig. 2 die Achsrich¬ tungen 3.7 und 3.8 an den Kanten der Schichten 2.7 und 2.8 so angegeben, dass die Pfeile hier innerhalb dieser Schichten liegen und den Verlauf der Nanoporen bzw. Nanoröhren angeben. In Fig. 3a) erfolgt der e- lektrochemische Angriff auf die Schicht 2.7 von einer kreisförmigen Kante aus, sodass Nanoporen bzw. Nano- rδhren mit Achsrichtungen 3.7 entstehen, die radial zum Mittelpunkt der Kreisstruktur verlaufen. In Fig. 3b) befindet sich in der zu strukturierenden Schicht 2.8 eine kreisrunde Öffnung, sodass der elektrochemische Angriff radial nach außen in die Schicht 2.8 hinein erfolgt .
In Fig. 4 wird die Strukturierung von sehr dünnen Schichten dargestellt. So zeigt Fig. 4a) ein Substrat 1, auf dem eine sehr dünne zu strukturierende Schicht 5, z.B. aus Aluminium, abgeschieden ist. Die Dicke der Schicht 5 liegt dabei in der Größenordnung von
Porendurchmessern, d.h. einige 10 nm, wie sie typi¬ scherweise nach elektrochemischer Oxidation in Al2O3- Schichten auftreten. Durch elektrochemische Oxidation der Schicht 5 wird in dieser von der vorderen frei- liegenden Kante her eine Monolage von Nanoporen bzw.
Nanoröhren erzeugt, deren Achsrichtungen 3.20 senk¬ recht zur Kante und parallel zur Substratoberfläche sind. In dieser Darstellung sind von den Nanoporen nur die seitlichen Stege aus Al2O3 gezeigt. In Fig. 4b) ist die Abdeckschicht 4 aus Fig. 4a) entfernt, sodass nur die seitlichen Stege der Nanoporen bzw. Nanoröhren aus Al2O3 dargestellt sind. Somit zeigt Fig. 4b) erfindungsgemäße Nanostege.
In Fig. 5 sind Draufsichten beispielhafter zu struk- turierender Schichten 2.9 bis 2.12 dargestellt. Auch hier sind aus Gründen der Vereinfachung das Substrat und die Abdeckschichten nicht gezeigt. Gemäß Fig. 5 a) erfolgt der elektrochemische Angriff mit der Richtung 3.9. Dabei entstehen aufgrund der parallelen Randkonturen der Schicht 2.9 parallele Nanoporen bzw. Nanoröhren 7.1 mit den Achsrichtungen 3.9. Gemäß Fig. 5b) erfolgt der elektrochemische Angriff an der vor¬ deren Kante der Schicht 2.10 zunächst mit der Rich¬ tung 3.10. Aufgrund der gekrümmten Randkonturen der Schicht 2.10 wachsen Nanoporen bzw. Nanoröhren 7.2 selbst organisiert mit gekrümmten bzw. halbkreisför¬ migen Achsen. In Fig. 5c) erfolgt der elektrochemi¬ sche Angriff an der vorderen Kante der Schicht 2.11 zunächst mit der Richtung 3.11. Aufgrund der diver- gierenden Randkonturen der Schicht 2.11 wachsen Nano¬ poren bzw. Nanoröhren 7.3 selbst organisiert mit di¬ vergierenden Achsen.
In Fig. 5d) wiederum erfolgt der elektrochemische An- griff an der vorderen Kante der Schicht 2.12 zunächst mit der Richtung 3.12. Aufgrund der konvergierenden Randkonturen der Schicht 2.12 wachsen Nanoporen bzw. Nanoröhren 7.4 selbst organisiert mit konvergierenden Achsen.
Fig. 6 zeigt eine Schnittdarstellung von Nanoröhren einer Monolage mit deren Nanoröhrenwänden 8.1 und 8.2 sowie mit ihren Achsrichtungen 3.13 bis 3.18. Die Na¬ noröhren erstrecken sich hierbei bis zu deren Ende 10.1 bzw. 10.2. Die Schnittebene der vorliegenden Fi¬ gur liegt parallel zur Substratoberfläche. Gemäß Fig. 6a) sind aufgrund paralleler Randkonturen die Achs- richtungen 3.13 parallel . Eine derartige Anordnung wird z.B. durch ein Substrat gemäß Fig. 5a) reali¬ siert. In Fig. 6b) konvergieren aufgrund konvergie- render Randkonturen die Achsrichtungen 3.14 bis 3.18. Dies entspricht einer Substratform, wie sie in Fig. 5d) dargestellt ist. Eine Konvergenz der Achsrichtung wird ebenfalls bei Anordnung gemäß Fig. 2c) und Fig. 3a) erreicht. Da die Nanoröhren aufgrund ihrer Ach- senkonvergenz beim Wachstum gegenseitig ihren Raum zunehmend einschränken, kommt es durch Selbstorgani¬ sation zu einer begrenzten Auswahl weiter wachsender Nanoröhren, die sich dann über eine größere Länge erstrecken. Auf diese Weise kommt es zu einer Auswahl von Nanoröhren, die zu Beginn der Oxidation einen re¬ lativ großen Abstand zueinander haben und am Ende der Oxidation relativ dicht benachbart sind. Werden sol¬ che Strukturen z.B. für die Erzeugung von Leiterbah¬ nen oder Drähten genutzt, so ergeben sich Leiterbah- nen oder Drähte mit Abständen, die sich z.B. vom
100 μm-Bereich in den sub-μm-Bereich hinein verrin¬ gern.
In Fig. 7 ist die Verfahrensführung zur Herstellung mehrerer Schichten von NanoStrukturen schematisch dargestellt. So sind in Fig. 7a) Nanostrukturen 6.1, z.B. aus Al2O3 gezeigt. Diese können z.B. gemäß der Anordnung aus Fig. 4b) hergestellt werden. Es können aber auch Nanodrähte sein, die durch elektrolytische Abscheidung in Nanoröhren oder durch lithographische
Prozesse mit Hilfe von Nanostegen entstanden sind. Rechtwinklig zu diesen ist nun eine zweite Monolage solcher Nanostrukturen 6.2 angeordnet. Zwischen bei¬ den Schichten kann sich auch eine Zwischenschicht, die im vorliegenden Fall nicht dargestellt ist, be¬ finden. Dies ist eine typische Anordnung, wie sie z.B. in einer Nanoelektronik für Speicheranordnung Verwendung finden kann. Gemäß Fig. 7b) wird die Struktur aus Nanostegen gemäß Fig. 7a) als Maskie¬ rungsschicht eingesetzt. Mit dieser Rasterstruktur können z.B. mit Dünnschichtprozessen Nanodots 9, wie sie in Fig. 7c) dargestellt sind, hergestellt werden, die in den Freiräumen der Nanostrukturen aus 6.1 und 6.2 erzeugt werden. Durch anschließendes Entfernen der Nanostrukturen 6.1 und 6.2 bleiben dann die ent- sprechenden Nanodots zurück.
Die Fig. 8 zeigt Grundkonfigurationen der Erfindung, deren technische Ausgestaltungen in den nachfolgenden Figuren dargestellt sind.
Fig. 8a zeigt das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahrensprinzip, bei dem durch elektrochemische Oxidation eines Körpers aus Aluminium 2 in diesen Na- no-Poren bzw. Nanorόhren erzeugt werden, deren Achs- richtungen 3 senkrecht zur Oberfläche des Körpers aus Aluminium sind.
Fig. 8b) zeigt die erfindungsgemäße Lösung.
Hier erfolgt also der elektrochemische Angriff auf den Körper 2 aus Aluminium von nur einer Kante her mit der Richtung 3. Die entstehenden Nanoröhren haben die Achsrichtungen 3. Alle anderen Oberflächen des Körpers 2 bleiben frei. Die selbstorganisiert erzeug- ten Nanoröhren sind, zur oberen und den beiden seit¬ lichen Oberflächen des Körpers 2 parallel angeordnet.
Gemäß -Fig. 8.c). befindet sich auf einem Substrat 1 ei¬ ne zu strukturierende Schicht 2.1 z.B. aus Aluminium. Durch elektrochemische Oxidation der Schicht 2.1 wer¬ den in dieser von der vorderen freiliegenden Kante her Nanoporen bzw. Nanorόhren erzeugt, deren Achs- richtungen 3 senkrecht zur vorderen Kante und paral¬ lel zur Substratoberfläche sowie parallel zu der freiliegenden nach oben weisenden Oberfläche sowie den freiliegenden seitlichen Kanten sind. (Wie die
Oberflächen bei der elektrochemischen Oxidation frei¬ gehalten werden, ist weiter unten gezeigt: Fig. 9-13) .
In Fig. 8d) befindet sich auf einem Substrat 1 eine zu strukturierende Schicht 2.2 z.B. aus Aluminium, die lithographisch seitlich strukturiert ist. Die elektrochemische Oxidation erfolgt wie in Fig. 8c) mit der Richtung 3. Es entstehen Nanoröhren, die pa- rallel zu den nach oben und zu den Seiten freiliegen¬ den Oberflächen der zu strukturierenden Schicht 2.2 sind.
Im Gegensatz zu Fig. 8d) ist in Fig. 8e) die zu strukturierende Schicht 2.2 seitlich durch eine Mas¬ kierungsschicht 4 geschützt. Diese Maskierungsschicht 4 besteht z.B. aus Photoresist oder einem anderen Isolator wie SiO2 oder Al2O3. Entscheidend ist hier, dass Nanoröhren mit der Achsrichtung 3 entstehen, die parallel zur nach oben freiliegenden Oberfläche der zu strukturierenden Schicht 2.2 sind.
Nach Fig. 8f) werden in einem Körper aus Aluminium 2 dadurch Nanoröhren erzeugt, dass er nur mit einer Oberfläche (Unterseite des Quaders) in Kontakt mit dem Elektrolyten 20 ist. Die seitlichen Oberflächen des Körpers liegen frei, sodaß die entstehenden Nano¬ poren 13 parallel zu ihnen sind.
In einer Variante zu den Fig. 8b) bis 8f) , die nicht dargestellt ist, können die freibleibenden Oberflä- chen mit Fett, Silicon oder einem anderen leicht ent¬ fernbaren Mittel bedeckt sein. Dadurch wird die Be¬ netzung dieser Oberflächen durch den Elektrolyten verhindert .
Nach Fig. 9a) und 9b) befindet sich auf einem Sub¬ strat 1 (z.B. aus Glas) eine dünne Schicht 2.2 z.B. aus Aluminium. Das Substrat 1 weist ein Loch 11 be¬ liebiger Form auf (in der Fig. 9 rechteckig darge- stellt) . Die Herstellung dieser Anordnung kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. Im einfachsten, Fall wird ein Glassubstrat gebohrt, und auf einer Seite mit einem Klebefilm versehen. In die Bohröff¬ nung wird z.B. ein Photoresist oder ein Polymer ein- gefüllt und nach dessen Verfestigung der Klebefilm entfernt. Dann wird auf das Substrat z.B. eine Alumi¬ niumschicht aufgebracht z.B. durch Sputtern oder Auf¬ dampfung im Vakuum. Der Photoresist oder das Polymer kann nun aus der Bohröffnung chemisch entfernt wer- den.
Aus Fig. 9c) ist zu erkennen, dass die Schicht 2.2 aus Aluminium durch das Loch 11 des Substrats 1 hin¬ durch in Kontakt mit dem Elektrolyten 12 steht. Ist die Schicht 2.2 als Anode in einer elektrochemischen Oxidation geschaltet (Kontaktierung z.B. am rechten und linken Ende der Schicht 2.2) , so entstehen von der Kante des Loches ausgehend Nanoporen 13, die von der Rückseite der Schicht 2.2 ausgehen und parallel zur oberen Oberfläche der Schicht 2.2 und parallel zur Oberfläche des Substrates sind.
Gemäß Fig. 9d) ist die Schicht 2.2 aus Fig. 8a) und 8b) nun lithographisch strukturiert (Schicht 2.22) . In ihr liegen Nanoporen 13. Die Fig. 9 zeigt Anord¬ nungen mit Dicken der Schicht 2.2 bzw. 2.22 zwischen einigen 10 nm bis einigen 10 μm. In Fig. 10 ist die Anordnung aus Fig. 9 so weiterent¬ wickelt, dass es auch möglich ist, Monolagen von Na- noporen 13 zu erzeugen.
In Fig. 10a) und 10b) weist das Substrat 1 ein Loch 11.1 beliebiger Form auf (in der Fig. 10 ist es rechteckig dargestellt) . Wird hier anstelle des Glas¬ substrates z.B. ein Siliziumsubstrat verwendet, so ist bei allen Darstellungen dieses mit einer Silizi- umdioxidschicht (nicht dargestellt) überzogen. Durch anisotropes Ätzen können Öffnungen mit schrägen Wän¬ den erzeugt werden. Dabei bleibt in der Regel eine Siliziumdioxidschicht 15 in der Öffnung 11.1 des Sub¬ strats zurück, die die Rolle des Klebefilms aus Fig. 9 übernimmt.
In dem in Fig. 10c) dargestellten Verfahrensschritt wird im Bereich des Loches 11.1 z.B. durch eine Schattenmaske eine Schicht 14 z.B. aus Aluminium z.B. durch Sputtern aufgebracht.
Die Schicht 15 aus Siliziumdioxidschicht kann dann durch Ätzung entfernt werden (Fig. 1Od) ) .
Auf der Oberfläche des Substrats 1 kann nun z.B. durch Sputtern eine Aluminiumschicht 2.23 erzeugt werden (Fig. 1Oe)) .
Durch das Loch 11.1 des Substrats 1 hindurch steht diese Schicht 2.23 aus Aluminium über die Schicht 14 in Kontakt mit dem Elektrolyten (analog zu Fig. 9, hier aber nicht dargestellt) . Ist die Schicht 2.23 als Anode in einer elektrochemischen Oxidation mit Anschlüssen z.B. am rechten und/oder linken Ende der Schicht 2.23 geschaltet, so entstehen durch die Schicht 14 hindurch und dann von der Kante des Lochs ausgehend Nanoporen 13, die von der Rückseite der Schicht 2.23 ausgehen und parallel zur oberen Ober¬ fläche der Schicht 2.23 und parallel zur Oberfläche des Substrats sind.
In Fig. 10f) ist die Schicht 2.23 aus Fig. 1Oe) nun lithographisch strukturiert (Schicht 2.24) . In ihr liegen Nanoporen 13.
Die Fig. 10 zeigt Anordnungen mit Dicken der Schicht 2.23 zwischen einigen 10 nm bis einigen 10 μm. Auf¬ grund der Unterstützung im Bereich des Loches 11.1 durch die Schicht 14 kann der Aluminiumfilm 2.23 auch sehr dünn sein (z.B. wenige 10 nm) , sodaß auch Mono- lagen von Nanoporen erzeugt werden können. (In der Fig. 10e) sind zwei Lagen von Nanoporen angedeutet.) In einer Variante (nicht gezeigt) zu der Anordnung nach Fig. 10 kann die Schicht 14 auch fehlen. Die Oberdeckung des Loches 11.1 erfolgt dann analog zum Beispiel aus Fig. 9.
In Fig. 11 ist eine Anordnung nach Fig. 10e) darge¬ stellt. Hier ist das Substrat 1 mit einem zweiten Loch 11.2 versehen, das auch wie Loch 11.1 mit der Schicht 2.23 aus Aluminium überzogen ist. Nach der elektrochemischen Oxidation ist diese Schicht in Alu¬ miniumoxid umgewandelt, die von Nanoporen 13 durchzo¬ gen ist, die parallel zur Oberfläche der Schicht 2.23 verlaufen. Im Bereich des Loches 11.2 ist die Schicht 2.23 freitragend und nicht in Verbindung mit dem Sub- strat 1.
In einer Variante (nicht gezeigt) zu der Anordnung nach Fig. 11 kann die Schicht 14.1 auch fehlen. Die Überdeckung des Loches 11.1 erfolgt dann analog zum Beispiel aus Fig. 9. Nach Fig. 12a) und 12b) ist ein Substrat 1 mit einer Schicht 2.2 aus Aluminium überzogen. Auf der Schicht 2.2 befindet sich eine Opferschicht 16, die z.B. aus Photoresist oder einem anderen später entfernbaren Material besteht.
Nach Fig. 12c) und 12d) wird die Opferschicht 16 mit einer Deckschicht 17 (z.B. aus Siliziumdioxid, Alumi¬ niumoxid oder Photoresist) überdeckt, so dass die Op- ferschicht nur an einem Ende (rechts) frei bleibt und sich dort eine Öffnung in der Deckschicht 17 bildet. Durch diese Öffnung wird nun die Opferschicht z.B. nasschemisch oder im Plasmaprozeß herausgelöst, sodaß zwischen der Schicht 2.2 aus Aluminium und der Deck- Schicht 17 ein Hohlraum 18 verbleibt. Die Öffnung des Hohlraums wird mit einer Versiegelung 19 verschlos¬ sen. Somit liegt die Schicht 2.2 aus Aluminium an ih¬ rer Oberfläche frei im Hohlraum 18. Ist die Schicht 2.2 als Anode in einer elektrochemi- sehen Oxidation mit Anschluss z.B. am rechten Ende der Schicht 2.2 geschaltet, so entstehen vom linken Ende der Schicht 2.2 außerhalb des Hohlraumes ausge¬ hend Nanoporen 13, die unter der linken Kante der Deckschicht 17 hindurch in den Bereich unter dem Hohlraum 18 wachsen. Die Nanoporen 13 sind parallel zur oberen Oberfläche der Schicht 2.2 und parallel zur Oberfläche des Substrates . Die Deckschicht 17 kann weiterhin als berührungslose Schutzschicht für die nanostrukturierte Schicht 2.2 dienen. Sie lässt sich aber auch leicht auf nasschemischem Wege oder im
Plasma ablösen, sodaß die nanostrukturierte Schicht 2.2 frei liegt. .
In Fig. 13 ist die Schicht 2.2 aus Aluminium mit ei- ner zweiten Schicht 20 z.B. auch aus Aluminium verse- hen (Fig. 13a) und 13b)) . Die Deckschicht 17 über¬ lappt die Schicht 20.
Ist die Schicht 2.2 als Anode in einer elektrochemi¬ schen Oxidation geschaltet (z.B. elektrische Kontak- tierung am rechten Ende der Schicht 2.2) , so entste¬ hen von der Schicht 20 ausgehend und sich in der Schicht 2.2 fortsetzend Nanoporen 13, die unter der Deckschicht 17 hindurch in den Bereich unter dem Hohlraum 18 wachsen. Die Nanoporen sind parallel zur oberen Oberfläche der Schicht 2.2 und parallel zur
Oberfläche des Substrates 1. Die Deckschicht 17 läßt sich leicht auf nasschemischem Wege oder im Plasma ablösen, sodaß die nanostrukturierte Schicht 2.2 frei liegt .
In Fig. 14 ist gezeigt, wie nanostrukturierte Schich¬ ten 22 zur Strukturierung einer Schicht 21 genutzt werden können. Fig. 14a) zeigt ein Substrat 1, dass an seiner Oberfläche mit einer zu strukturierenden Schicht 21 bedeckt ist. Dies ist z.B. eine Schicht aus Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid. Auf dieser wurde eine Aluminiumschicht 22 durch elektrochemische Oxidation nanostrukturiert. In der Fig. 14a) ist eine Anordnung mit einer Monolage von Nanoporen mit Pore- nöffungen 24 dargestellt. Durch physikalische Abtra¬ gung (z.B. Sputterätzen) werden die Schichten 21 und 22 so weit abgetragen, bis auf dem Substrat 1 nur noch Nanostege 23 aus dem Material der Schicht 21 zu¬ rückbleiben (Fig. 11 b) . Die Abtragung kann auch nasschemisch, erfolgen.
Ist die Schicht 22 so dick, dass sich mehrere Lagen von Nanoporen bilden, ist sicherzustellen, dass die Porenöffnungen vorher nasschemisch aufgeweitet worden sind. Dann kann ein nasschemischer Ätzangriff auf die Schicht 21 auch durch die Öffnungen 24 der zur Schicht 21 phasengrenznahen Poren erfolgen. Das Er¬ gebnis entspricht dann Fig. 14b) .
In einem weiteren Ausführungsbeispiel soll gezeigt werden, dass sich Kanäle in nanostrukturierte Schich¬ ten öffnen lassen und zu Kanälen in anderen Ebenen weiterwachsen.
Fig. 15 zeigt eine Anordnung nach Fig. 9c) . Nach der Nanostrukturierung der Schicht 2.2 wird die Oberflä¬ che dieser Schicht ganz oder bereichsweise mit einer neuen zu strukturierenden Schicht 30 z.B. aus Alumi¬ nium bedeckt. Bei der anschließenden Oxidation füllt der Elektrolyt das Poreninnere der bereits struktu- rierten Schicht aus. Die neue zu strukturierende
Schicht 30 kann nun als Anode geschaltet werden. Da¬ durch öffnen sich durch anodische Oxidation die Po¬ renwände der bereits strukturierten Schicht und es wachsen Nanoporen 32 in die neue zu strukturierende Schicht 30 hinein.
In einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 ist abwei¬ chend von Fig. 15 die Schicht 33 eine Elektrolyt- Schicht - z.B. Oxalsäure in einem Gel - und steht mit einer Anodenschicht 34 z.B. aus Aluminium, Silber, Platin etc. in Verbindung. Bei der anschließenden anodischen Oxidation öffnen sich Porenwände der be¬ reits strukturierten Schicht 2.2 unter der Elektro¬ lytschicht 33 und es bleiben nur noch die Stege der oberen Lage der Nanoröhren der Schicht 2.2 stehen.
Die Oberfläche der Schicht 2.2 entspricht dann der Darstellung aus Fig. 4b) . Am Ende des Prozesses kön¬ nen die Schichten 33 und 34 entfernt werden.
Abweichend von Fig. 16 kann die letzte Oxidation auch in einem flüssigen Elektrolyten durchgeführt werden, der die Oberfläche der Anordnung nach Fig. 16 und da¬ mit die Schicht 2.2 bedeckt und in Kontakt mit der Anode steht (nicht dargestellt) .
Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 15 und 16 gehen von einer Grundkonfiguration nach Fig. 9 aus. Es ist ebenso möglich, Anordnungen nach den Fig. 8c) bis 8f) , Fig. 10 bis 13 analog weiterzubilden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Nanostruktur- trägers, bei dem
a) eine Oberfläche eines Substrates (1) zumin¬ dest bereichsweise mit einer Beschichtung (2) aus einem nanoporδs strukturierbarem Material versehen wird,
b) die Beschichtung (2) an mindestens zwei wei¬ teren Oberflächen unbedeckt bleibt und
c) eine elektrochemische Oxidation unter Ausbil¬ dung von zur Substratoberfläche lateral angeord¬ neten selbstorganisierten nanoporösen Struktu¬ ren, die zu mindestens einer der weiteren Ober¬ flächen der Beschichtung (2) parallel sind, durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoporösen Strukturen ausgewählt sind aus der Gruppe beste- hend aus Nanoröhren, Nanostegen und Nanodrähten.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Beschichtung im Bereich einer Monolage von Nanoröhren liegt und nach elektrochemischer Oxi- dation und Entfernung der oberen Lage der Wan¬ dungen der Nanoröhren die Seitenwände der Nano¬ röhren als Nanostege zurückbleiben.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass das nanoporös strukturierbare Material ausgewählt ist aus der Gruppe Aluminium, Titan und Silizium.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material oder ei¬ nem Material mit einem höheren spezifischen Wi¬ derstand als dem des Beschichtungsmaterials be¬ steht .
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ausge¬ wählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glas, Ke¬ ramik und Kunststoff.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine lochartige Öffnung aufweist, über die der Kon¬ takt zwischen der BeSchichtung (2) und dem Elektrolyten ermöglicht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der nanoporösen Strukturen durch die Wahl der Rand¬ konturen der Beschichtung (2) bestimmt wird.
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtung (2) mit mindestens zwei zueinander parallelen
Randkonturen erzeugt wird, so dass die Ausrich- tung der nanoporösen Strukturen in der Beschich¬ tung (2) parallel zu diesen Randstrukturen er¬ folgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtung
(2) mit mindestens zwei zueinander konvergieren¬ de Randstrukturen erzeugt wird, so dass die Aus¬ richtung der nanoporösen Strukturen in der Be¬ schichtung (2) konvergierend erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) eine zumindest bereichsweise runde Rand¬ struktur aufweist, so dass die Ausrichtung der nanoporösen Strukturen in der Beschichtung (2) konvergierend erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Randkonturen durch eine lithographische Strukturierung vorge¬ geben werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Randkonturen durch mindestens eine seitliche Maskierungs- schicht vorgegeben werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungs- schicht aus einem Photoresist oder einem elekt¬ risch isolierenden Material besteht.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (l)ein Loch (11) aufweist , durch das die Beschichtung (2.2) in Kontakt mit einem Elektrolyten (12) steht, und durch die elektrochemische Oxidation nanoporöse Strukturen ausgehend von der Rücksei¬ te der Beschichtung(2) parallel zur Oberfläche des Substrats (1) und parallel zur Oberfläche der Beschichtung (2) erzeugt werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass d) auf der Be- Schichtung (2) zumindest bereichsweise eine Op¬ ferschicht (16) aufgebracht wird, auf der be¬ reichsweise eine Deckschicht (17) abgeschieden wird, im Anschluss die Opferschicht (16) unter Ausbildung eines Hohlraums (19) aufgelöst und die Öffnung des Hohlraums (18) mit einer Versie¬ gelung (19) verschlossen wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Substrat
(1) und Beschichtung (22) eine weitere Beschich¬ tung (21) angeordnet ist, wobei nach der Ausbil¬ dung nanoporöser Strukturen in der Beschichtung (22) eine physikalische oder chemische Abtragung der Schichten unter Ausbildung von Nanostegen (23) erfolgt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Haft- und Kon¬ takteigenschaften zwischen Substrat (1) und Be- schichtung (2) durch Temperprozesse gezielt ein¬ gestellt werden.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoporösen Strukturen mit einem Metall, einem Polymer, ei- ner metallhaltigen anorganischen Verbindung oder deren Gemischen gefüllt werden und anschließend die Nanoröhren unter Ausbildung von Nanodrähten chemisch oder thermisch zerstört werden.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass auf den lateral an¬ geordneten, selbstorganisierten nanoporösen Strukturen durch Wiederholung der Schritte a) bis c) , wobei anstelle des Substrates eine Zwi¬ schenschicht tritt, weitere nanoporösen Struktu¬ ren erzeugt werden.
21. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass über der ersten mit lateralen nanoporösen Strukturen (13) versehenen Beschichtung (2.2) eine zweite Beschichtung (30) aufgebracht und ferner ein Elektrolyt (12) in die lateralen nanoporδsen Strukturen (13) einge¬ bracht wird, wodurch bei der elektrochemischen Oxidation die lateralen nanoporösen Strukturen (13) in die zweite Beschichtung (30) als latera¬ le nanoporöse Strukturen (32) fortgeführt wer¬ den.
22. "Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass über der ers- ten mit lateralen nanoporösen Strukturen (13) versehenen Beschichtung (2.2) ein Elektrolyt oder eine ElektrolytSchicht (33) und über dieser eine Anodenschicht (34) aufgebracht ist, dass ferner ein Elektrolyt (12) die lateralen nanopo- rösen Strukturen (13) der Beschichtung (2.2) ausfüllt, wodurch bei einer elektrochemischen Oxidation die oberen Röhrenwände der lateralen nanoporösen Strukturen (13) der ersten Beschich¬ tung (2.2) geöffnet werden und die Röhrenwände an der Oberfläche frei liegen.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die unbedeckten Oberflächen mit einer leicht zu entfernenden
Substanz zur Vermeidung des Kontaktes dieser Flächen mit dem Elektrolyten versehen werden.
24. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz Fett oder Si1icon..ist.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt a) auf der Beschichtung (2) eine Abdeckschicht (4) auf¬ gebracht wird.
26. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an Schritt c) die Abdeckschicht (4) entfernt wird.
27. Nanostrukturträger aus einem Substrat (1) und mindestens einer Schicht (2) mit lateral zur Substratoberfläche ausgerichteten nanoporösen Strukturen herstellbar nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
28. Nanostrukturträger nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoporösen Strukturen ausgewählt sind aus der Gruppe beste- hend aus Nanoröhren, Nanostegen und Nanodrähten.
29. Nanostrukturträger nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoröhren ei¬ nen Innendurchmesser im Bereich von 10 nm bis 1 μm, insbesondere von 10 bis 500 nm besitzen.
30. Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodrähte ei- nen Außendurchmess.er im Bereich von 10 -nm'bάs
1 μm, insbesondere von 10 bis 500 nm besitzen.
31. Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostege eine Steghöhe im Bereich von 10 nm bis 1 μm, insbe¬ sondere von 10 nm bis 500 nm aufweisen.
32. Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoporösen Strukturen eine Länge von 100 nm bis 1 mm, ins¬ besondere von 100 nm bis 200 μm besitzen.
33. Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoporösen
Strukturen zueinander parallel, konvergierend oder gekrümmt ausgerichtet sind.
34. Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Schicht nanoporöser Strukturen mindestens eine weitere Schicht nanoporöser Strukturen angeord¬ net ist.
35. Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) . mindest eine Auslassung aufweist und die Be- Schichtung (2.23) in diesem Bereich freitragend ist.
36. Verwendung der Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 27 bis 35 als Funktionselement in der Nanoelektronik, insbesondere als Träger für Lei¬ terbahnen.
37. Verwendung der Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 27 bis 35 als Funktionselemente für sensorische oder analytische Zwecke, insbesonde¬ re als Kapillarstrukturen.
38. Verwendung der Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 27 bis 35 als Werkzeuge in der Nanobi- otechnologie, insbesondere als Struktur zur elektrischen Kontaktierung von Biomaterialien.
39. Verwendung der Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 27 bis 35 als Maskierungsstrukturen, insbesondere in Lithographie- oder Lift-Off- Prozessen.
40. Verwendung nach Anspruch 39 zur Herstellung von Nanodots.
41. Verwendung der Nanostrukturträger nach einem der Ansprüche 27 bis 35 zur Herstellung photonischer
Kristalle und Mikroreaktoren für die Mikroreak- tionstechnik.
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