WO2022184502A1 - Galvanisches wachsen von nanodrähten auf einem substrat - Google Patents

Galvanisches wachsen von nanodrähten auf einem substrat Download PDF

Info

Publication number
WO2022184502A1
WO2022184502A1 PCT/EP2022/054380 EP2022054380W WO2022184502A1 WO 2022184502 A1 WO2022184502 A1 WO 2022184502A1 EP 2022054380 W EP2022054380 W EP 2022054380W WO 2022184502 A1 WO2022184502 A1 WO 2022184502A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
substrate holder
nanowires
growth
electronics
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/054380
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olav Birlem
Florian DASSINGER
Sebastian Quednau
Farough ROUSTAIE
Original Assignee
Nanowired Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanowired Gmbh filed Critical Nanowired Gmbh
Priority to US18/279,234 priority Critical patent/US20240141531A1/en
Priority to JP2023553550A priority patent/JP2024508155A/ja
Priority to CN202280018515.7A priority patent/CN116964250A/zh
Priority to KR1020237033065A priority patent/KR20230152108A/ko
Priority to EP22708886.1A priority patent/EP4301905A1/de
Publication of WO2022184502A1 publication Critical patent/WO2022184502A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/006—Nanostructures, e.g. using aluminium anodic oxidation templates [AAO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/04—Wires; Strips; Foils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the galvanic growth of a large number of nanowires on a substrate.
  • Nanowires can be obtained via galvanic processes or using methods that are known from thin-film technology. What many known methods have in common is that they require complex machines and therefore usually only (can) be used in laboratories and clean rooms. In particular, most of the known methods are not suitable for industry.
  • nanowires obtained vary greatly in their properties and in particular in terms of their quality.
  • the nanowires from different growth processes regularly differ, sometimes significantly, even if the same or the same machines, starting materials and/or recipes are used.
  • the quality of nanowires often depends in particular on the ability of the user of a corresponding device or the user of a corresponding method, on environmental influences and/or simply on chance. All of this is made more difficult by the fact that nanowires are structures that sometimes cannot be visualized even with a light microscope. Extensive investigations may therefore be necessary in order to be able to determine the properties described (and in particular the fluctuations in them) at all.
  • a device for the galvanic growth of a large number of nanowires on a substrate comprises a substrate holder and a receptacle for the substrate holder, the device being configured to grow the plurality of nanowires on the substrate when the substrate holder is received with the substrate in the receptacle, the substrate holder having electronics which designed to influence the growth of the nanowires.
  • Nanowires can be produced with the device described.
  • a nanowire is understood here to mean any material body that has a wire-like shape and a size in the range from a few nanometers to a few micrometers.
  • a nanowire can, for example, have a circular, oval or polygonal base. In particular, a nanowire have a hexagonal base.
  • the nanowires preferably have a length in the range from 100 nm [nanometers] to 100 m ⁇ ti [micrometers], in particular in the range from 500 nm to 60 m ⁇ ti. Furthermore, the nanowires preferably have a diameter in the range from 10 nm to 10 m ⁇ ti, in particular in the range from 30 nm to 2 m ⁇ ti.
  • the term diameter refers to a circular base area, with a base area deviating from this, a comparable definition of a diameter is to be used. It is particularly preferred that all nanowires used have the same length and the same diameter.
  • the device described can be used for a wide variety of nanowire materials. Electrically conductive materials, in particular metals such as copper, silver, gold, nickel, tin and platinum, are preferred as the material for the nanowires. However, non-conductive materials such as metal oxides are also preferred. Preferably, all nanowires are formed from the same material.
  • the nanowires can be grown on the surface of the substrate with the device.
  • the surface of the substrate is preferably designed to be electrically conductive. If the surface is part of an otherwise non-electrically conductive sub strate, the electrical conductivity z. B. achieved by metallization who the. So e.g. B. a non-electrically conductive substrate with a thin layer Me tall are coated.
  • an electrode layer can be produced by the metallization.
  • the substrate can be a silicon substrate.
  • the substrate can be a body that is provided with electrically conductive structures.
  • this can be a silicon chip or a so-called printed circuit board (PCB).
  • the nanowires can be grown galvanically in pores of a film on the surface of the substrate.
  • An electrolyte is used for this.
  • the nanowires can be provided with a particularly uniform quality if the foil lies tightly against the surface of the substrate during growth and the electrolyte is evenly distributed over the foil. This can be achieved in that an elastic element that is permeable to the electrolyte rests against the film like a sponge.
  • An electrolyte can be supplied to the foil by the elastic element and the foil can be held on the surface of the substrate.
  • the film is preferably placed on the surface of the substrate to be grown over before the beginning of the growth of the nanowires.
  • the film is preferably formed with egg nem plastic material, in particular with a polymer material.
  • it is preferred that the film is connected to the surface in such a way that the film does not slip. This could reduce the quality of the grown nanowires.
  • the film has a large number of continuous pores in which the nanowires can be grown.
  • the fact that the pores of the film are continuous is preferably realized in such a way that the pores form continuous channels from an upper side of the film to an underside of the film.
  • the pores are cylindrical.
  • the pores it is also possible for the pores to be in the form of channels with a curved course.
  • a pore can have a circular, oval or polygonal base area, for example.
  • a pore can have a hexagonal base area.
  • the pores are preferably uniform (ie the pores preferably do not differ in terms of size, shape, arrangement and/or distance from adjacent pores). Will the If no wires are grown, the pores are preferably (in particular completely) filled with the electrodeposited material.
  • nanowires the size, shape and arrangement of the pores.
  • the properties of the nanowires to be grown can thus be defined or influenced by the choice of the foil or the pores in it.
  • the film can therefore also be referred to as a "template”, “template film” or “stencil”.
  • the device comprises a substrate holder and a receptacle for the substrate holder.
  • the substrate can be held by the substrate holder and can be accommodated with the substrate holder in the receptacle.
  • the nanowires can be grown on the substrate.
  • the substrate holder is preferably designed in such a way that the electrolyte can be brought into contact with the surface of the substrate to be grown.
  • the substrate holder can have a depression, for example, into which the substrate can be placed. The electrolyte can be introduced into the depression so that the surface of the substrate to be covered with growth is completely covered by the electrolyte.
  • the device preferably has a housing in which the receptacle is formed.
  • the device can be regarded as a compact machine.
  • the housing preferably comprises a chamber in which the receptacle is arranged.
  • the substrate holder can be introduced into the chamber by inserting the substrate holder into the receptacle.
  • the chamber is preferably ver closable.
  • the chamber can be accessible via an opening in a housing wall, so that the substrate holder can be inserted through the opening into the chamber and into the receptacle.
  • the opening can be closed with a flap, for example.
  • the chamber is preferably liquid and gas tight. In this way, a desired atmosphere for the growth of the nanowires can be created inside the chamber.
  • the chamber can preferably be locked.
  • the opening can be closed with a flap and the flap can be held in its position by a lock. This can prevent the chamber from being accidentally opened during a growth process.
  • the chamber is preferably formed between a limita tion of a material which is opposite to the growth of Nanowires used is resistant to chemicals, such as steel or plastic.
  • the chamber preferably has a respective supply for at least one chemical.
  • the electrolyte used to grow the nanowires can be provided.
  • the electrolyte can be fed into a depression of the substrate holder, for example, via the corresponding supply, so that the electrolyte comes into contact with the substrate arranged in the depression.
  • a supply for water can be provided, in particular for deionized water (DI water). This can be used to rinse the substrate after the nanowire growth is complete. It is thus possible to prevent residues of the electrolyte from escaping the device with the substrate.
  • the chamber preferably has at least one outlet.
  • an outlet can be provided through which the electrolyte can be let out of the chamber once the growth of the nanowires is complete.
  • An outlet for the water used for rinsing can also be provided. The electrolyte and water can be discharged from the chamber through the same outlet or through different outlets.
  • the chamber preferably has a ventilation opening. Gases in the chamber can be let out of the chamber via this. In this way, a user can be protected from harmful gases escaping from the chamber when it is opened. The gases can be sucked out of the chamber via the ventilation opening and replaced, for example, by fresh air or an inert atmosphere. The extracted gases can be cleaned, for example.
  • an electrode is preferably arranged in the chamber, which is set up for the growth of the nanowires. An electrical voltage can thus be applied between the electrode and the surface of the substrate to be grown in order to grow the nanowires.
  • the electrode is preferably held on a stamp. The stamp can preferably be moved automatically. Thus, the electrode can be brought into contact with the electrolyte via the stamp to grow the nanowires.
  • An elastic element placed on the foil can be pressed onto the foil with a stamp.
  • the stamp can also have an electrolyte distributor.
  • the electrolyte distributor can be side have a multiplicity of outlets, so that the electrolyte can be supplied uniformly via the electrolyte distributor to the surface of the substrate to be grown.
  • the electrode may be formed on the outlet side of the electrolyte manifold. The outlets can thus be connected to corresponding through-openings in the electrode, so that the electrolyte can pass through the electrode via the through-openings.
  • the substrate holder is preferably designed as a drawer. This means that the substrate holder can be pushed into the receptacle, for example via guide rails arranged laterally in the receptacle. It is preferred that the drawer can be completely separated from the rest of the device. Alternatively, a maximum extension of the drawer can be limited such that the drawer cannot be moved beyond the maximum extension.
  • the device preferably has a drive for moving the substrate holder.
  • the substrate holder can be brought manually into an insertion position, from where it can be automatically drawn into the receptacle with the drive. After the end of the growth of the nanowires, the substrate holder can be moved out of the receptacle in an automated manner, in particular into a removal position, which is preferably identical to the insertion position. The substrate holder can be removed manually from the removal position.
  • the device can be set up to move the substrate holder into and out of the receptacle completely manually. It is also conceivable for a device with a drive for the substrate holder to be operated either with an automatically moved substrate holder or with a manually moved substrate holder.
  • the device preferably has a locking device for locking the substrate holder in the receptacle.
  • the detent is preferably designed such that the detent has an active and a deactivated state.
  • the lock can therefore be switched on and off.
  • an electromagnet can be provided, which holds the substrate holder in the receptacle when switched on. In this way, the substrate holder can be secured with the locking device during the growth of the nanowires in the receptacle.
  • the lock can be deactivated and the substrate holder can be removed from the holder.
  • the device is preferably designed to conform to a clean room. If the device is used in a clean room, the nanowires grown with the device can be protected even after the substrate holder has been removed from the holder.
  • the substrate holder has electronics that are set up to influence the growth of the nanowires. For example, the following parameters can be monitored with the electronics: temperature of the surface of the substrate to be grown, distribution of this temperature, fill level of the electrolyte, amperage of the electrical current used for the growth of the nanowires. Furthermore, the electronics can be set up to identify the electrolyte. For example, a response can be made if an electrolyte other than the intended electrolyte is detected. The composition of the electrolyte can also be determined with the electronics. The electronics can also be set up to contribute to the monitoring and/or control of process sequences.
  • the device is preferably set up in such a way that the growth of the nanowires only begins when the electronics have recognized that one or more specified requirements are met.
  • the electronics can have an identifier that can be used to check whether the correct substrate holder has been inserted into the receptacle.
  • the electronics can also store information about when maintenance work is required. One of the specified prerequisites may be that no maintenance work is currently due.
  • the substrate holder preferably has a heater.
  • a temperature present during the growth of the nanowires can be influenced via this.
  • the heater can be set up to heat the electrolyte and/or the surface of the substrate to be covered with growth.
  • the heater is preferably electrically out forms. The heating can be controlled via the electronics of the substrate holder and/or externally.
  • the substrate holder has an interface via which the electronics are connected to a control unit of the device when the substrate holder is accommodated in the receptacle.
  • the interface can, for example, include one or more plug connections.
  • the plug-in connections are preferably designed in such a way that the electronics of the substrate holder are connected to the control unit when the substrate holder is inserted into the receptacle. A separate action by an operator, for example connecting cables, is not required in this case.
  • the control unit is preferably set up to process signals output by the electronics of the substrate holder and/or to output control signals to the electronics of the substrate holder.
  • the control unit preferably has a database. In this case, parameters that have been transmitted to the control unit by the electronics of the substrate holder can be compared with corresponding expected values. In the event of discrepancies, for example, a warning signal can be output, the process can be interrupted and/or a correction can be made automatically via a corresponding control signal. The heating of the substrate holder can be controlled with the control unit via a corresponding control signal.
  • the control unit is preferably arranged in the housing.
  • the device preferably has a display means and/or an operating means, which are connected in particular to the control unit.
  • the display means and/or the operating means are preferably held in or on the housing in such a way that they are accessible to a user. Information about the growth process can be displayed to the user via the display means, and the user can control the process via the operating means.
  • the display means and the operating means can also be embodied as a display and operating means, for example as a touchscreen.
  • the control unit is preferably set up to monitor and/or control the lock. If the device has a drive for moving the substrate holder, the control unit is preferably set up to monitor and/or control the drive. If the device has a chamber which can be closed by a flap that can be locked with a lock, the control unit is preferably set up to monitor and/or control the lock. For example, the control unit can recognize that the substrate holder has been placed in the insertion position and is in reaction one then uses appropriate control signals to cause the substrate holder to be automatically drawn into the receptacle, locked in place with the catch, and the opening of the chamber to be closed with the flap and the flap locked.
  • control unit can monitor that the detent and the lock remain unchanged. After completion of the growth of the nanowires, the control unit can use appropriate control signals to cause the flap to be unlocked and the flap to be opened and the lock to be released and the substrate holder to be automatically moved into the removal position.
  • the electronics of the substrate holder includes a digitization unit which is connected to the control unit for digital communication.
  • the signals output by the electronics to the control unit are digital signals.
  • particularly low-interference communication between the electronics and the control unit can be achieved.
  • the electronics of the substrate holder includes a sensor system.
  • the sensor system is preferably set up to record at least one growth parameter.
  • a temperature of the surface of the substrate to be grown, a distribution of this temperature, a filling level of the electrolyte, a current intensity of the electrical current used for the growth of the nanowires are particularly suitable as growth parameters.
  • the sensor system preferably includes a respective sensor for the parameters to be measured.
  • the sensor system can also include a sensor that is set up to identify the electrolyte.
  • the sensor system can also include a sensor that is set up to determine a composition of the electrolyte.
  • the device further comprises a reference electrode which is connected to the substrate when the substrate holder is accommodated with the substrate in the receptacle.
  • the growth of the nanowires can be monitored with the reference electrode.
  • the voltage can be measured with the reference electrode, which see the electrode and the reference electrode.
  • the arrangement can include one or more reference electrodes.
  • the electrode is preferably connected to the voltage source via a first cable.
  • the surface of the substrate to be grown is preferably connected to the voltage source via a second cable.
  • the reference electrode is preferably connected to a voltmeter via a third cable.
  • the surface of the substrate is preferably connected to the strain gauge by a fourth cable.
  • the second cable and the fourth cable are preferably each connected directly to the surface.
  • the surface of the substrate can have a respective contact pad, via which the second cable and the fourth cable are connected to the surface of the substrate, for example by means of a respective conductive tape.
  • the reference electrode is therefore not only connected to the surface of the substrate in that the reference electrode is connected to a branch of the second cable. It has been found that, on the other hand, direct connection of the reference electrode to the surface of the substrate delivers more accurate results.
  • the first cable, the second cable, the third cable and the fourth cable can each be divided into several sections which are connected to one another, for example via plug connections.
  • the second cable, the third cable and/or the fourth cable can each be divided into sections in such a way that a respective transition between two adjacent sections of the corresponding cable is arranged on one edge of the drawer.
  • the drawer can have a corresponding plug for each of these three cables.
  • the strain gauge and voltage source are preferably located within the housing and outside of the drawer receptacle.
  • an electrode of the device set up for galvanic growth of the nanowires has a plurality of independently controllable segments and/or the substrate holder has a heater with a plurality of independently controllable segments.
  • the "and" case is preferred.
  • an electrical voltage is applied between the surface of the substrate to be grown and the electrode.
  • the device is particularly well suited for covering substrates of different sizes with nanowires.
  • different segments of the electrode can be used.
  • the electrical voltage can be applied to the electrode in a locally limited manner where the substrate is opposite the electrode. It is also conceivable that different electrical voltages are applied to the different segments of the electrode. In this way, the growth of the nanowires can be selectively controlled locally.
  • the electrode is divided into the segments in such a way that each of the segments faces a respective part of the surface of the substrate to be grown when the substrate holder is accommodated with the substrate in the receptacle.
  • the substrate holder has a heater with a plurality of independently controllable segments, a temperature of the substrate can be selectively controlled locally. If the substrate is smaller than a maximum substrate that can be accommodated by the substrate holder, energy can be saved by the heating being active only where the substrate is present.
  • the heater is divided into the segments such that each of the segments faces a respective portion of the substrate when the substrate holder is received with the substrate in the receptacle.
  • the segments of the electrode and/or heating are preferably controlled by the control unit.
  • the sensor system of the substrate holder can detect the size and shape of the inserted substrate and transmit a corresponding signal to the control unit, which then controls the electrode and/or the heater via appropriate control signals.
  • the electronics of the substrate holder are set up to regulate an electrical voltage or an electrical current for the growth of the nanowires.
  • control unit can specify a voltage to be set or a current to be set and, for example, transmit it to the electronics of the substrate holder via a corresponding control signal.
  • the electronics of the substrate holder are set up to set the desired voltage or the desired current.
  • the electronics can do this Measure voltage or current and regulate to the desired setpoint.
  • This configuration is more flexible than regulation via the control unit.
  • the device can thus be used particularly easily with different substrate holders, each of which has its own control characteristics.
  • the control unit does not need to know the control characteristics. Instead, this can be taken into account individually in each substrate holder.
  • a method for galvanically growing a multiplicity of nanowires on a substrate includes: a) placing the substrate in a substrate holder, b) inserting the substrate holder into a receptacle for the substrate holder, c) galvanic growth of the nanowires on the substrate, the substrate holder having electronics which influence the growth of the nanowires.
  • the described advantages and features of the device can be applied and transferred to the method, and vice versa.
  • the device is preferably set up to operate in accordance with the method.
  • the method is preferably carried out using the device.
  • Steps a) to c) are preferably carried out in the order given.
  • the substrate is placed in the substrate holder.
  • a film is preferably placed on the substrate when the substrate is placed in the substrate holder.
  • the film can also be placed on the substrate after the substrate has been placed in the substrate holder.
  • an elastic element permeable to the electrolyte is placed on the film when the substrate is placed in the substrate holder.
  • the elastic element can also be placed on the substrate after the substrate has been placed in the substrate holder.
  • information about the substrate is preferably recorded with the electronics of the substrate holder, for example the size, the shape and the material of the surface of the substrate to be grown over.
  • step b) the substrate holder with the substrate is inserted into the receptacle for the substrate holder. This can be done by turning the substrate holder manually in an insertion position is brought and from there it is automatically drawn into the receptacle, in particular by means of a drive for moving the substrate holder.
  • step c) the nanowires are grown galvanically.
  • an electrolyte can be brought into contact with the surface of the substrate to be grown and an electrode, and an electrical voltage can be applied between the surface of the substrate and the electrode.
  • the process is preferably controlled via the control unit.
  • the nanowires can be grown in the pores of a film placed on the substrate.
  • the method preferably also includes d) removing the substrate holder from the receptacle.
  • Step d) is preferably carried out after the growth of the nanowires according to step c) has ended.
  • the substrate holder can, for example, be moved automatically into a removal position, in particular by means of a drive for moving the substrate holder.
  • the substrate holder can be removed manually from the removal position.
  • the substrate can then be removed from the substrate holder.
  • the substrate holder can then be used for a new growth process.
  • step a growth parameters are stored in the electronics of the substrate holder, which are taken into account in step c).
  • the substrate holder can be prepared to such an extent that the growth of the nanowires is completely automated as soon as the substrate holder has been manually inserted into the insertion position.
  • the control unit can thus recognize that a substrate holder has been placed in the insertion position and cause the substrate holder to be automatically drawn into the receptacle.
  • the control unit can read from the electronics of the substrate holder, for example, which growth parameters are provided for the growth of the nanowires.
  • the growth of the nanowires can be carried out with these parameters.
  • the substrate holder can then be automatically moved to the removal position and removed from there. An operator does not have to make any settings on the device. It is sufficient. that the operator stores the growth parameters in the electronics of the substrate holder when preparing the substrate holder.
  • the substrate holder can have an input device or can be connected to an input device.
  • the following are particularly suitable as growth parameters: a growth time, an electrical voltage or an electrical current, a temperature to be set for the substrate.
  • the temperature of the substrate in step c) is between 15.degree. C. and 100.degree. C., preferably between 30.degree. C. and 90.degree.
  • the information relates in particular to the temperature of the surface of the substrate to be grown over.
  • Fig. 1 a device according to the invention for the galvanic waxing of a
  • Fig. 2 a schematic representation of a part of the device from Fig. 1,
  • Fig. 1 shows a device 1 for the galvanic growth of a multiplicity of nanowires 2 (shown in Fig. 2) on a surface 27 of a substrate 3.
  • the device 1 comprises a substrate holder 4 designed as a drawer and a receptacle 5 designed in a chamber 18 for the substrate holder 4.
  • the receptacle 5 has guide rails 25, via which the substrate holder 4 can be inserted into the receptacle 5 and pulled out of the receptacle 5.
  • the substrate holder 4 can be locked in the receptacle 5 with a locking device 26 .
  • the substrate holder 4 is accommodated by the receptacle 5 .
  • the device 1 is set up to combine the multiplicity of nanowires 2 to grow on the substrate 3 when the substrate holder 4 with the substrate 3 shows as ge in the recording 5 is included.
  • the substrate holder 4 has electronics 6 which are set up to influence the growth of the nanowires 2 .
  • the substrate holder 4 has an interface 7 designed as a plug connection, via which the electronics 6 are connected to a control unit 8 of the device 1 when the substrate holder 4 is accommodated in the receptacle 5 as shown.
  • the control unit 8 is also connected to a touchscreen as a display and operating device 23 .
  • the control unit 8 is set up in particular to determine a flow and/or a pressure of the electrolyte.
  • the device 1 can be used to carry out the following method for galvanically growing a multiplicity of nanowires 2 on the substrate 3: a) placing the substrate 3 in the substrate holder 4, b) inserting the substrate holder 4 into the receptacle 5 for the substrate holder 4, c ) galvanic growth of the nanowires 2 on the substrate 3, with a temperature of the substrate 3 being between 15° C. and 100° C.
  • a film 28 (which cannot be seen in detail in FIG. 1) with continuous pores 29 (which can be seen in FIG. 2) rests on the substrate 3 .
  • a sponge rests on the film 28 as an elastic element 19, via which an electrolyte can be delivered to the film 28.
  • FIG. An electrode 12 rests on the elastic element 19 .
  • the nanowires 2 can be grown by applying an electrical voltage between the surface 27 of the substrate 3 and the electrode 12 .
  • the elec rode 12 is held by a plunger 20 and can be moved about this by means of a drive 21 to.
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 influence the growth of the nanowires 2 according to step c).
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 includes a digitization unit 9, which is connected to the control unit 8 for digital communication.
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 includes a sensor system 10, which is formed by two sensors in the embodiment shown.
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 includes a memory 24. Growth parameters, for example, which are taken into account during the growth of the nanowires 2, can be stored in this memory.
  • the electronics 6 of the substrate holder 4 are set up to generate an electrical voltage or an electrical current for growth of the nanowires 2 to regulate.
  • the electronics 6 is also connected to a heater 14, with which the substrate 3 can be heated.
  • the device 1 has a housing 34 within which the chamber 18 is formed.
  • An interior 42 of chamber 18 is formed of an electrolyte resistant material.
  • the receptacle 5 for the substrate holder 4 is formed in the chamber 18 so that the substrate holder 4 can be accommodated by the chamber 18 .
  • the chamber 18 has an opening 17 through which the substrate holder 4 can be inserted into the chamber 18 and moved out of the chamber 18 .
  • the opening 17 can be closed via a flap 16.
  • the flap 16 can be locked with a lock 22 .
  • the device 1 is set up to grow the plurality of nanowires 2 from the electrolyte onto the substrate 3 when the substrate holder 4 is accommodated with the substrate 3 in the receptacle 5 .
  • the housing 34 there are also three reservoirs 35 for a respective electrolyte.
  • One of the reservoirs 35 is connected to an electrolyte line 37 via a connection 36 and a pump 38 .
  • the electrolyte can be introduced into the substrate holder 4 via the electrolyte line 37 and used for the growth of the nanowires 2 .
  • the pump 38 is designed to pump the electrolytic electrolyte from the reservoir 35 into the chamber 18 .
  • the pump 38 is damped by means of a damper 40 held on a carrier 39 which is held damped in the housing 34 via a wide damper 40 ren.
  • the connection 36 has a sensor (not shown) with which the storage container 35 can be identified via the control unit 8 and at least one parameter assigned to the storage container 35 can be determined.
  • a filter 41 for the electrolyte and an electrolyte conditioner 42 are further arranged.
  • the filter 41 and the electrolyte conditioner 42 are integrated into the electrolyte line 37 .
  • Details of the electrolyte conditioner 42 are not shown for the sake of clarity.
  • the electrolyte conditioner 42 can be connected via a line to a container, via which the electrolyte conditioner 42 is supplied with substances that can be used for the electrolyte condition.
  • FIG. 2 shows part of the device 1 from FIG. 1 in a schematic representation.
  • the substrate 3 is shown with the surface 27 on which the nanowires 2 are to be grown.
  • a film 28 is applied to the surface 27 of the substrate 3 sets, which has a plurality of continuous pores 29 in which the nanowires 2 can be grown from an electrolyte.
  • the surface 27 of the substrate 3 has a structuring layer 31 with omissions 32 .
  • the nanowires 2 can be grown in the gaps 32 only. The growth of the nanowires 2 can thus take place locally selectively.
  • an elastic element 19 permeable to the electrolyte is placed on the film 27 . The electrolyte can be brought into contact with the foil 28 via the elastic element 19 . Also shown in FIG.
  • a voltage source 30 (not shown in FIG. 1 for the sake of clarity), which is connected to an electrode 12 and the surface 27 of the substrate 3 to apply an electrical voltage for the growth of the nanowires 2 .
  • the electrode 12 can be pressed against the elastic element 19 with a stamp 20 .
  • Fig. 3 shows other elements of the device 1 of Figs. 1 and 2, which are not shown in Figs. 1 and 2 for the sake of clarity.
  • a reference electrode 11 is also shown in addition to the voltage source 30, the electrode 12 and the substrate 3 with the surface 27, a reference electrode 11 is also shown.
  • the reference electrode 11 is connected to the surface 27 of the substrate 3 via a voltmeter 33 .
  • the voltage source 30 and the reference electrode 11 are connected to the surface 27 of the sub strate 3 independently of one another.
  • FIG. 4 shows an embodiment of an electrode 12 for the device 1 from FIGS. 1 and 2.
  • the electrode 12 has a plurality of independently controllable segments 13 .
  • the electrode 12 is shown in a plan view.
  • the overgrown surface 27 of the substrate 3 would be parallel to the plane of the drawing.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a heater 14 for the device 1 from FIGS. 1 and 2.
  • the heater 14 has a plurality of independently controllable segments 15 .
  • the heater 14 is shown in a plan view.
  • the overgrown surface 27 of the substrate 3 would be parallel to the plane of the drawing.
  • a heater 14 as shown in FIG. 5 may be used in place of the simple heater 14 shown in FIG. Reference List

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

Vorrichtung (1) zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten (2) auf einem Substrat (3), umfassend einen Substrathalter (4) und eine Aufnahme (5) für den Substrathalter (4), wobei die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, die Vielzahl von Nanodrähten (2) auf dem Substrat (3) zu wachsen, wenn der Substrathalter (4) mit dem Substrat (3) in der Aufnahme (5) aufgenommen ist, wobei der Substrathalter (4) eine Elektronik (6) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das Wachstum der Nanodrähte (2) zu beeinflussen.

Description

Galvanisches Wachsen von Nanodrähten auf einem Substrat
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einem Substrat.
Es sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen Nanodrähte hergestellt werden können. Beispielsweise können Nanodrähte über galvanische Prozesse oder mittels Verfahren, die aus der Dünnschichttechnologie bekannt sind, erhalten werden. Vielen bekannten Verfahren ist gemein, dass diese komplexe Maschinen erfordern und insbesondere deshalb üblicherweise nur in Labors und in Reinräumen eingesetzt wer den (können). Insbesondere sind die meisten bekannten Verfahren nicht industrie tauglich.
Auch haben viele bekannte Vorrichtungen und Verfahren den Nachteil, dass die erhaltenen Nanodrähte stark in ihren Eigenschaften und insbesondere hinsichtlich ihrer Qualität variieren. Regelmäßig unterscheiden sich die Nanodrähte aus verschie denen Wachstumsvorgängen auch dann zum Teil erheblich, wenn die gleichen oder dieselben Maschinen, Ausgangsmaterialien und/oder Rezepturen verwendet werden. Oft hängt die Qualität von Nanodrähten insbesondere von dem Können des Nutzers einer entsprechenden Vorrichtung bzw. des Anwenders eines entsprechenden Verfah rens, von Umwelteinflüssen und/oder auch schlicht vom Zufall ab. Erschwert wird all dies dadurch, dass es sich bei Nanodrähten um Strukturen handelt, die teilweise auch mit einem Lichtmikroskop nicht zu visualisieren sind. Daher können aufwendige Un tersuchungen notwendig sein, um die beschriebenen Eigenschaften (und insbeson dere die Schwankungen in diesen) überhaupt feststellen zu können.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfah ren vorzustellen, mit denen eine Vielzahl von Nanodrähten mit besonders gleichblei bender Qualität hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhän gigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen und in der Beschreibung dar gestellten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum galvanischen Wachsen einer Viel zahl von Nanodrähten auf einem Substrat vorgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Substrathalter und eine Aufnahme für den Substrathalter, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Vielzahl von Nanodrähten auf dem Substrat zu wachsen, wenn der Substrathalter mit dem Substrat in der Aufnahme aufgenommen ist, wobei der Sub strathalter eine Elektronik aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das Wachstum der Nanodrähte zu beeinflussen.
Mit der beschriebenen Vorrichtung können Nanodrähte hergestellt werden. Unter einem Nanodraht (engl.„nanowire") wird hier jeder materielle Körper verstanden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein Nanodraht kann z.B. eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann ein Nanodraht eine hexago nale Grundfläche aufweisen.
Bevorzugt weisen die Nanodrähte eine Länge im Bereich von 100 nm [Nanome ter] bis 100 mΐti [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 500 nm bis 60 mΐti auf. Wei terhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 10 mΐti, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 2 mΐti auf. Dabei bezieht sich der Begriff Durchmesser auf eine kreisförmige Grundfläche, wobei bei einer davon abweichenden Grundfläche eine vergleichbare Definition eines Durchmessers heranzuziehen ist. Es ist besonders bevorzugt, dass alle verwendeten Nanodrähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser aufweisen.
Die beschriebene Vorrichtung ist für verschiedenste Materialien der Nanodrähte anwendbar. Als Material der Nanodrähte bevorzugt sind elektrisch leitende Materia lien, insbesondere Metalle wie Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Zinn und Platin. Aber auch nichtleitende Materialien wie Metalloxide sind bevorzugt. Vorzugsweise sind alle Na nodrähte aus dem gleichen Material gebildet.
Die Nanodrähte können mit der Vorrichtung auf die Oberfläche des Substrats ge wachsen werden. Die Oberfläche des Substrats ist vorzugsweise elektrisch leitend ausgeführt. Sofern die Oberfläche Teil eines ansonsten nicht elektrisch leitenden Sub strats ist, kann die elektrische Leitfähigkeit z. B. durch eine Metallisierung erreicht wer den. So kann z. B. ein nicht elektrisch leitendes Substrat mit einer dünnen Schicht Me tall überzogen werden. Durch die Metallisierung kann insbesondere eine Elektroden schicht erzeugt werden. Je nach Material der Oberfläche des Substrats und/oder der Elektrodenschicht kann es sinnvoll sein, eine Haftschicht zwischen der Oberfläche des Substrats und der Elektrodenschicht vorzusehen, die eine Haftung zwischen der Ober fläche und der Elektrodenschicht vermittelt.
Durch die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Substrats kann diese als Elektrode für das galvanische Wachstum der Nanodrähte genutzt werden. Das Sub strat kann insbesondere ein Siliziumsubstrat sein. Das Substrat kann insbesondere ein Körper sein, der mit elektrisch leitenden Strukturen versehen ist. Das kann insbesonde re ein Siliziumchip oder ein sogenanntes printed Circuit board (PCB) sein.
Mit der beschriebenen Vorrichtung können die Nanodrähte galvanisch in Poren einer Folie auf die Oberfläche des Substrats gewachsen werden. Dazu wird ein Elektro lyt verwendet. Die Nanodrähte können mit besonders gleichmäßiger Qualität bereit gestellt werden, wenn die Folie während des Wachstums dicht an der Oberfläche des Substrats anliegt und der Elektrolyt gleichmäßig über die Folie verteilt wird. Das kann dadurch erreicht werden, dass ein für den Elektrolyten durchlässiges elastisches Ele ment wie ein Schwamm an der Folie anliegt. Durch das elastische Element kann ein Elektrolyt an die Folie abgegeben werden und kann die Folie an der Oberfläche des Substrats gehalten werden.
Die Folie wird vorzugsweise vor Beginn des Wachstums der Nanodrähte auf die zu bewachsende Oberfläche des Substrats aufgelegt. Die Folie ist vorzugsweise mit ei nem Kunststoff material, insbesondere mit einem Polymermaterial gebildet. Insbeson dere ist es bevorzugt, dass die Folie derart mit der Oberfläche verbunden wird, dass die Folie nicht verrutscht. Dies könnte die Qualität der gewachsenen Nanodrähte min dern.
Die Folie weist eine Vielzahl von durchgehenden Poren auf, in denen die Nano drähte gewachsen werden können. Dass die Poren der Folie durchgehend ausgeführt sind, ist vorzugsweise derart realisiert, dass die Poren von einer Oberseite der Folie zu einer Unterseite der Folie durchgehende Kanäle ausbilden. Insbesondere ist es bevor zugt, dass die Poren zylinderförmig ausgeführt sind. Es ist aber auch möglich, dass die Poren als Kanäle mit gekrümmtem Verlauf ausgeführt sind. Eine Pore kann z.B. eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann eine Pore eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise sind die Poren gleichmä ßig ausgeführt (d.h. die Poren unterscheiden sich vorzugsweise nicht hinsichtlich der Größe, Form, Anordnung und/oder Abstand zu benachbarten Poren). Werden die Na- nodrähte gewachsen, so werden die Poren vorzugsweise (insbesondere vollständig) mit dem galvanisch abgeschiedenen Material gefüllt. Dadurch erhalten die Nanodräh- te die Größe, Form und Anordnung der Poren. Durch Wahl der Folie bzw. der Poren darin können also die Eigenschaften der zu wachsenden Nanodrähte festgelegt bzw. beeinflusst werden. Die Folie kann daher auch als „Template", „Templatefolie" oder „Schablone" bezeichnet werden.
Die Vorrichtung umfasst einen Substrathalter und eine Aufnahme für den Sub strathalter. Das Substrat kann von dem Substrathalter gehalten werden und mit dem Substrathalter in der Aufnahme aufgenommen werden. Ist der Substrathalter mit dem Substrat in der Aufnahme aufgenommen, können die Nanodrähte auf dem Substrat gewachsen werden. Dazu ist der Substrathalter vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Elektrolyt mit der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht werden kann. Dazu kann der Substrathalter beispielsweise eine Vertiefung aufweisen, in die das Substrat eingelegt werden kann. Der Elektrolyt kann in die Vertiefung einge leitet werden, so dass die zu bewachsende Oberfläche des Substrats vollständig von dem Elektrolyten überdeckt wird.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, in dem die Aufnahme aus gebildet ist. Insoweit kann die Vorrichtung als kompakte Maschine betrachtet werden. Das Gehäuse umfasst vorzugsweise eine Kammer, in welcher die Aufnahme angeord net ist. Der Substrathalter kann in dem Fall in die Kammer eingebracht werden, indem der Substrathalter in die Aufnahme eingeführt wird. Die Kammer ist vorzugsweise ver schließbar. Beispielsweise kann die Kammer über eine Öffnung in einer Gehäusewand zugänglich sein, so dass der Substrathalter durch die Öffnung in die Kammer und in die Aufnahme eingeführt werden kann. Die Öffnung kann beispielsweise mit einer Klappe verschließbar sein. Im geschlossenen Zustand ist die Kammer vorzugsweise flüssigkeits- und gasdicht. So kann innerhalb der Kammer eine für das Wachstum der Nanodrähte gewünschte Atmosphäre geschaffen werden. Zudem kann verhindert werden, dass Chemikalien aus der Kammer austreten. Die Kammer kann vorzugsweise verriegelt werden. So kann die Öffnung beispielsweise mit einer Klappe verschlossen werden und die Klappe kann durch eine Verriegelung in ihrer Position gehalten wer den. Damit kann ein versehentliches Öffnen der Kammer während eines Wachstums prozesses verhindert werden. Die Kammer ist vorzugsweise zwischen einer Begren zung aus einem Material ausgebildet, welches gegenüber den beim Wachstum der Nanodrähte verwendeten Chemikalien resistent ist, beispielsweise Stahl oder Kunst stoff.
Die Kammer weist vorzugsweise eine jeweilige Zufuhr für mindestens eine Chemi kalie auf. So kann beispielsweise der zum Wachstum der Nanodrähte verwendete Elektrolyt bereitgestellt werden. Der Elektrolyt kann über die entsprechende Zufuhr beispielsweise in eine Vertiefung des Substrathalters eingeleitet werden, so dass der Elektrolyt mit dem in der Vertiefung angeordneten Substrat in Kontakt gelangt. Wei terhin kann eine Zufuhr für Wasser vorgesehen sein, insbesondere fürdeionisiertes Wasser (Dl-Wasser). Dieses kann zum Spülen des Substrats nach Abschluss des Wachstums der Nanodrähte eingesetzt werden. So kann verhindert werden, dass mit dem Substrat Reste des Elektrolyten aus der Vorrichtung herausgelangen. Weiterhin weist die Kammer vorzugsweise mindestens einen Auslass auf. So kann beispielsweise ein Auslass vorgesehen sein, über welchen der Elektrolyt nach Abschluss des Wachs tums der Nanodrähte aus der Kammer herausgelassen werden kann. Auch kann ein Auslass für das zum Spülen verwendete Wasser vorgesehen sein. Der Elektrolyt und das Wasser können über den gleichen Auslass oder über verschiedene Auslässe aus der Kammer herausgelassen werden.
Weiterhin weist die Kammer vorzugsweise eine Belüftungsöffnung auf. Über diese können in der Kammer befindliche Gase aus der Kammer herausgelassen werden. So kann ein Benutzer davor geschützt werden, dass beim Öffnen der Kammer schädliche Gase aus dieser austreten. Die Gase können über die Belüftungsöffnung aus der Kam mer abgesaugt und beispielsweise durch Frischluft oder eine inerte Atmosphäre er setzt werden. Die abgesaugten Gase können beispielsweise gereinigt werden. Weiter hin weist ist in der Kammer vorzugsweise eine Elektrode angeordnet, welche zum Wachstum der Nanodrähte eingerichtet ist. So kann eine elektrische Spannung zwi schen der Elektrode und der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats angelegt werden, um die Nanodrähte zu wachsen. Die Elektrode ist vorzugsweise an einem Stempel gehalten. Der Stempel ist vorzugsweise automatisiert beweglich. So kann die Elektrode überden Stempel mit dem Elektrolyten in Kontakt gebracht werden, um die Nanodrähte zu wachsen. Dabei kann ein auf die Folie aufgelegtes elastisches Element wie ein Schwamm mit dem Stempel auf die Folie gedrückt werden. So kann die Folie in ihrer Position gehalten werden. Der Stempel kann weiterhin einen Elektrolytverteiler aufweisen. So kann der Elektrolyt über den Stempel mit der zu bewachsenden Ober fläche des Substrats zugeführt werden. Der Elektrolytverteiler kann an einer Auslass- seite eine Vielzahl von Auslässen aufweisen, so dass der Elektrolyt über den Elektrolyt verteiler gleichmäßig der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats zugeführt wer den kann. Die Elektrode kann an der Auslassseite des Elektrolytverteilers ausgebildet sein. So können die Auslässe an entsprechende Durchgangsöffnungen in der Elektro de anschließen, so dass der Elektrolyt über die Durchgangsöffnungen durch die Elekt rode hindurchtreten kann.
Der Substrathalter ist vorzugsweise als eine Schublade ausgebildet. Das bedeutet, dass der Substrathalter in die Aufnahme eingeschoben werden kann, beispielsweise über seitlich in der Aufnahme angeordnete Führungsschienen. Es ist bevorzugt, dass die Schublade vollständig von der übrigen Vorrichtung getrennt werden kann. Alter nativ kann ein maximaler Auszug der Schublade begrenzt sein, so dass die Schublade nicht überden maximalen Auszug hinaus bewegt werden kann.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Antrieb zum Bewegen des Substrathal ters auf. Beispielsweise kann der Substrathalter manuell in eine Einlegposition ge bracht werden von dort mit dem Antrieb automatisiert in die Aufnahme eingezogen werden. Nach Abschluss des Wachstums der Nanodrähte kann der Substrathalter au tomatisiert aus der Aufnahme heraus bewegt werden, insbesondere in eine Entnah meposition, welche vorzugsweise mit der Einlegeposition identisch ist. Aus der Ent nahmeposition kann der Substrathalter manuell entnommen werden. Alternativ kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, den Substrathalter vollständig manuell in die Aufnahme und aus der Aufnahme heraus zu bewegen. Auch ist es denkbar, dass eine Vorrichtung mit Antrieb für den Substrathalter wahlweise mit automatisiert bewegtem Substrathalter oder manuell bewegtem Substrathalter betrieben wird.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine Arretierung zum Arretieren des Substrat halters in der Aufnahme auf. Die Arretierung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Arretierung einen aktiven und einen deaktiven Zustand hat. Die Arretierung kann also ein- und ausgeschaltet werden. Dazu kann beispielsweise ein Elektromagnet vorgese hen sein, der im eingeschalteten Zustand den Substrathalter in der Aufnahme hält. So kann der Substrathalter mit der Arretierung während des Wachstums der Nanodrähte in der Aufnahme gesichert sein. Nach Abschluss des Wachstums der Nanodrähte kann die Arretierung deaktiviert werden und Substrathalter aus der Aufnahme entnommen werden. Die Vorrichtung ist vorzugsweise reinraumkonform ausgebildet. Wird die Vorrich tung in einem Reinraum eingesetzt, können die mit der Vorrichtung gewachsenen Na nodrähte auch nach Entnahme des Substrathalters aus der Aufnahme geschützt wer den.
Der Substrathalter weist eine Elektronik auf, welche dazu eingerichtet ist, das Wachstum der Nanodrähte zu beeinflussen. Dazu können mit der Elektronik bei spielsweise folgende Parameter überwacht werden: Temperatur der zu bewachsen den Oberfläche des Substrats, Verteilung dieser Temperatur, Füllstand des Elektroly ten, Stromstärke des für das Wachstum der Nanodrähte eingesetzten elektrischen Stroms. Weiterhin kann die Elektronik dazu eingerichtet sein, den Elektrolyten zu iden tifizieren. So kann beispielsweise darauf reagiert werden, wenn ein anderer als der vorgesehene Elektrolyt erkannt wird. Auch kann die Zusammensetzung des Elektroly ten mit der Elektronik bestimmt werden. Die Elektronik kann zudem dazu eingerichtet sein, zur Überwachung und/oder Steuerung von Prozessabläufen beizutragen.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise so eingerichtet, dass das Wachstum der Nano drähte nur dann beginnt, wenn mit der Elektronik erkannt worden ist, dass eine oder mehrere vorgegebene Voraussetzungen erfüllt sind. So kann die Elektronik beispiels weise eine Identifizierung aufweisen, über welche überprüft werden kann, ob der kor rekte Substarthalter in die Aufnahme eingesetzt wurde. In der Elektronik kann zudem hinterlegt sein, zu welchem Zeitpunkt Instandhaltungsarbeiten erforderlich sind. Eine der vorgegebenen Voraussetzungen kann es in dem Fall sein, dass derzeit keine In standhaltungsarbeiten fällig sind.
Der Substrathalter weist vorzugsweise eine Heizung auf. Über diese kann eine beim Wachstum der Nanodrähte vorliegende Temperatur beeinflusst werden. So kann die Heizung dazu eingerichtet sein, den Elektrolyten und/oder die zu bewachsende Oberfläche des Substrats zu beheizen. Die Heizung ist vorzugsweise elektrisch ausge bildet. Die Heizung kann über die Elektronik des Substrathalters und/oder extern ge steuert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist der Substrathalter eine Schnittstelle auf, über welche die Elektronik mit einer Steuerungseinheit der Vor richtung verbunden ist, wenn der Substrathalter in der Aufnahme aufgenommen ist. Die Schnittstelle kann beispielsweise eine oder mehrere Steckverbindungen um fassen. Die Steckverbindungen sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Elekt ronik des Substrathalters mit der Steuerungseinheit verbunden wird, wenn der Sub strathalter in die Aufnahme eingeführt wird. Ein gesonderter Handgriff eines Bedieners, beispielsweise das Verbinden von Kabeln, ist in dem Fall nicht erforderlich.
Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, von der Elektronik des Substrathalters ausgegebene Signale zu verarbeiten und/oder Steuersignale an die Elektronik des Substrathalters auszugeben. Die Steuerungseinheit weist vorzugsweise eine Datenbank auf. In dem Fall können Parameter, die von der Elektronik des Sub strathalters an die Steuerungseinheit übermittelt worden sind, mit entsprechenden Erwartungswerten verglichen werden. Bei Unstimmigkeiten kann beispielsweise ein Warnsignal ausgegeben werden, der Prozess kann unterbrochen werden und/oder es kann über ein entsprechendes Steuersignal automatisiert eine Korrektur vorgenom men werden. Über ein entsprechendes Steuersignal kann die Heizung des Substrat halters mit der Steuerungseinheit gesteuert werden.
Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise in dem Gehäuse angeordnet. Weiterhin weist die Vorrichtung vorzugsweise ein Anzeigemittel und/oder ein Bedienmittel auf, die insbesondere mit der Steuerungseinheit verbunden sind. Das Anzeigemittel und/oder das Bedienmittel sind vorzugsweise derart in oder an dem Gehäuse gehal ten, dass sie für einen Benutzer zugänglich sind. Über das Anzeigemittel können dem Benutzer Informationen zum Wachstumsprozess angezeigt werden, überdas Bedien mittel kann der Benutzer den Prozess steuern. Das Anzeigemittel und das Bedienmittel können auch als ein Anzeige- und Bedienmittel ausgebildet sein, beispielsweise als Touchscreen.
Weist die Vorrichtung eine Arretierung zum Arretieren des Substrathalters in der Aufnahme auf, ist die Steuerungseinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, die Arretie rung zu überwachen und/oder zu steuern. Weist die Vorrichtung einen Antrieb zum Bewegen des Substrathalters auf, ist die Steuerungseinheit vorzugsweise dazu einge richtet, den Antrieb zu überwachen und/oder zu steuern. Weist die Vorrichtung Kam mer auf, welche durch eine mit einer Verriegelung verriegelbaren Klappe verschließbar ist, ist die Steuerungseinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, die Verriegelung zu überwachen und/oderzu steuern. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit erken nen, dass der Substrathalter in die Einlegeposition eingelegt worden ist und in Reakti- on darauf über entsprechende Steuersignale veranlassen, dass der Substrathalter au tomatisiert in die Aufnahme eingezogen wird, dort mit der Arretierung arretiert wird und dass die Öffnung der Kammer mit der Klappe verschlossen und die Klappe verrie gelt wird. Während des Wachstums der Nanodrähte kann die Steuerungseinheit überwachen, dass die Arretierung und die Verriegelung unverändert bleiben. Nach Abschluss des Wachstums der Nanodrähte kann die Steuerungseinheit durch ent sprechende Steuersignale veranlassen, dass die Verriegelung der Klappe gelöst und die Klappe geöffnet wird und dass die Arretierung gelöst und der Substrathalter in die automatisiert in die Entnahmeposition bewegt wird.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Elektronik des Substrathalters eine Digitalisierungseinheit, welche zur digitalen Kom munikation mit der Steuerungseinheit verbunden ist.
Die von der Elektronik an die Steuerungseinheit ausgegebenen Signale sind in dieser Ausführungsform digitale Signale. Dadurch kann eine besonders störungsarme Kommunikation zwischen der Elektronik und der Steuerungseinheit erreicht werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Elektronik des Substrathalters eine Sensorik.
Die Sensorik ist vorzugsweise dazu eingerichtet, mindestens einen Wachstumspa rameter zu erfassen. Als Wachstumsparameter kommen insbesondere in Betracht eine Temperatur der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats, eine Verteilung dieser Temperatur, ein Füllstand des Elektrolyten, eine Stromstärke des für das Wachstum der Nanodrähte eingesetzten elektrischen Stroms. Die Sensorik umfasst vorzugsweise einen jeweiligen Sensor für die zu messenden Parameter. Auch kann die Sensorik ei nen Sensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, den Elektrolyten zu identifizieren. Auch kann die Sensorik einen Sensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, eine Zusammen setzung des Elektrolyten zu bestimmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Referenzelektrode, welche mit dem Substrat verbunden ist, wenn der Substrathal ter mit dem Substrat in der Aufnahme aufgenommen ist.
Mit der Referenzelektrode kann das Wachstum der Nanodrähte überwacht wer den. Dazu kann mit der Referenzelektrode die Spannung gemessen werden, die zwi- sehen der Elektrode und der Referenzelektrode anliegt. Die Anordnung kann eine oder mehrere Referenzelektroden umfassen.
Die Elektrode ist vorzugsweise über ein erstes Kabel mit der Spannungsquelle verbunden. Die zu bewachsende Oberfläche des Substrats ist vorzugsweise überein zweites Kabel mit der Spannungsquelle verbunden. Die Referenzelektrode ist vor zugsweise überein drittes Kabel mit einem Spannungsmessgerät verbunden. Die Oberfläche des Substrats ist vorzugsweise mit einem vierten Kabel mit dem Span nungsmessgerät verbunden. Das zweite Kabel und das vierte Kabel sind vorzugsweise jeweils unmittelbar mit der Oberfläche verbunden. Die Oberfläche des Substrats kann dazu ein jeweiliges Kontaktpads aufweisen, über welches das zweite Kabel und das vierte Kabel mit der Oberfläche des Substrats verbunden sind, beispielsweise mittels eines jeweiligen leitenden Tapes. Die Referenzelektrode ist also nicht bloß dadurch mit der Oberfläche des Substrats verbunden, dass die Referenzelektrode mit einem Ab zweig des zweiten Kabels verbunden ist. Es hat sich herausgestellt, dass demgegen über eine unmittelbare Anbindung der Referenzelektrode an die Oberfläche des Sub strats genauere Ergebnisse liefert.
Das erste Kabel, das zweite Kabel, das dritte Kabel und das vierte Kabel können jeweils in mehrere Abschnitte unterteilt sein, die beispielsweise über Steckverbindun gen miteinander verbunden sind. Das zweite Kabel, das dritte Kabel und/oder das vier te Kabel können jeweils derart in Abschnitte unterteilt sein, dass an einem Rand der Schublade ein jeweiliger Übergang zwischen zwei benachbarten Abschnitten des ent sprechenden Kabels angeordnet ist. Die Schublade kann einen entsprechenden Ste cker für jedes dieser drei Kabel aufweisen. So können die Oberfläche des Substrats und die Referenzelektrode beim Einschieben der Schublade in die Aufnahme dadurch kontaktiert werden, dass die drei Steckverbindungen ausgebildet werden. Das Span nungsmessgerät und die Spannungsquelle sind vorzugsweise innerhalb des Gehäu ses und außerhalb der Aufnahme für die Schublade angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist eine zum galvanischen Wachstum der Nanodrähte eingerichtete Elektrode der Vorrichtung eine Mehrzahl von unabhängig steuerbaren Segmenten auf und/oder weist der Substrat halter eine Heizung mit einer Mehrzahl von unabhängig steuerbaren Segmenten auf. Der„und"-Fall ist bevorzugt. Zum galvanischen Wachsen der Nanodrähte wird zwischen der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats und der Elektrode eine elektrische Spannung angelegt.
Weist die Elektrode eine Mehrzahl von unabhängig steuerbaren Segmenten auf, ist die Vorrichtung besonders gut dafür geeignet, unterschiedlich große Substrate mit Nano- drähten zu bewachsen. So können je nach Größe und Form des Substrats verschiede ne der Segmente der Elektrode verwendet werden. Die elektrische Spannung kann an der Elektrode so lokal begrenzt dort angelegt werden, wo das Substrat der Elektrode gegenüberliegt. Denkbar ist auch, dass mit den verschiedenen Segmenten der Elekt rode verschiedene elektrische Spannungen angelegt werden. So kann das Wachstum der Nanodrähte lokal selektiv gesteuert werden. Die Elektrode ist derart in die Segmen te unterteilt, dass jedes der Segmente einem jeweiligen Teil der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats gegenüberliegt, wenn der Substrathalter mit dem Substrat in der Aufnahme aufgenommen ist.
Weist der Substrathalter eine Heizung mit einer Mehrzahl von unabhängig steuer baren Segmenten auf, kann eine Temperatur des Substrats lokal selektiv gesteuert werden. Ist das Substrat kleiner als ein maximal von dem Substrathalter aufnehmbares Substrat, kann Energie gespart werden, indem die Heizung nur dort aktiv ist, wo das Substrat vorliegt. Die Heizung ist derart in die Segmente unterteilt, dass jedes der Segmente einem jeweiligen Teil des Substrats gegenüberliegt, wenn der Substrathal ter mit dem Substrat in der Aufnahme aufgenommen ist.
Die Steuerung der Segmente der Elektrode und/oder Heizung erfolgt vorzugswei se durch die Steuerungseinheit. Beispielsweise kann mit der Sensorik des Substrathal ters die Größe und Form des eingelegten Substrats erkannt werden und über ein ent sprechendes Signal an die Steuerungseinheit übermittelt werden, welche daraufhin die Elektrode und/oder die Heizung über entsprechende Steuersignale steuert.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Elektronik des Substrathalters dazu eingerichtet, eine elektrische Spannung oder einen elektri schen Strom zum Wachstum der Nanodrähte zu regeln.
In dieser Ausführungsform kann die Steuerungseinheit eine einzustellende Span nung odereinen einzustellenden Strom vorgeben und beispielsweise überein ent sprechendes Steuersignal an die Elektronik des Substrathalters übermitteln. Die Elekt ronik des Substrathalters ist dabei dazu eingerichtet, die gewünschte Spannung be ziehungsweise den gewünschten Strom einzustellen. Dazu kann die Elektronik die Spannung beziehungsweise den Strom messen und auf den gewünschten Sollwert regeln. Gegenüber einer Regelung über die Steuerungseinheit ist diese Ausgestaltung flexibler. So kann die Vorrichtung besonders leicht mit verschiedenen Substrathaltern verwendet werden, die jeweils eine eigene Regelcharakteristik haben. Die Steue rungseinheit muss die Regelcharakteristik nicht kennen. Stattdessen kann diese in jedem Substrathalter einzeln berücksichtigt werden.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einem Substrat vorgestellt. Das Verfahren umfasst: a) Einlegen des Substrats in einen Substrathalter, b) Einführen des Substrathalters in eine Aufnahme für den Substrathalter, c) galvanisches Wachsen der Nanodrähte auf dem Substrat, wobei der Substrathalter eine Elektronik aufweist, welche das Wachstum der Nano drähte beeinflusst.
Die beschriebenen Vorteile und Merkmale der Vorrichtung sind auf das Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Die Vorrichtung ist vorzugsweise zum Betrieb gemäß dem Verfahren eingerichtet. Das Verfahren wird vorzugsweise mit der Vorrichtung durchgeführt.
Die Schritte a) bis c) werden vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge durchge führt.
In Schritt a) wird das Substrat in den Substrathalter eingelegt. Vorzugsweise ist ei ne Folie auf das Substrat aufgelegt, wenn das Substrat in den Substrathalter eingelegt wird. Alternativ kann die Folie auch auf das Substrat aufgelegt werden, nachdem das Substrat in den Substrathalter eingelegt worden ist. Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein für den Elektrolyten durchlässiges elastisches Element auf die Folie aufgelegt ist, wenn das Substrat in den Substrathalter eingelegt wird. Alternativ kann das elastische Element auch auf das Substrat aufgelegt werden, nachdem das Substrat in den Sub strathalter eingelegt worden ist. Vorzugsweise werden in Schritt a) mit der Elektronik des Substrathalters Angaben zum Substrat erfasst, beispielsweise die Größe, die Form und das Material der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats.
In Schritt b) wird der Substrathalter mit dem Substrat in die Aufnahme für den Sub strathalter eingeführt. Das kann dadurch erfolgen, dass der Substrathalter manuell in eine Einlegeposition gebracht wird und von dort automatisiert in die Aufnahme einge zogen wird, insbesondere mittels eines Antriebs zum Bewegen des Substrathalters.
In Schritt c) werden die Nanodrähte galvanisch gewachsen. Dazu kann ein Elekt rolyt mit der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats und einer Elektrode in Kon takt gebracht werden und eine elektrische Spannung zwischen der Oberfläche des Substrats und der Elektrode angelegt werden. Der Prozess wird vorzugsweise über die Steuerungseinheit gesteuert. Die Nanodrähte können in die Poren einer auf das Sub strat aufgelegten Folie gewachsen werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin d) Entnehmen des Substrathalters aus der Aufnahme.
Schritt d) wird vorzugsweise nach Abschluss des Wachstums der Nanodrähte gemäß Schritt c) durchgeführt. Dazu kann der Substrathalter beispielsweise automatisiert in eine Entnahmeposition bewegt werden, insbesondere mittels eines Antriebs zum Be wegen des Substrathalters. Aus der Entnahmeposition kann der Substrathalter manu elle entnommen werden. Anschließend kann das Substrat aus dem Substrathalter ent nommen werden. Der Substrathalter kann anschließend für einen neuen Wachstums prozess verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden vor Schritt a) Wachstumsparameter in der Elektronik des Substrathalters hinterlegt, welche in Schritt c) berücksichtigt werden.
In dieser Ausführungsform kann der Substrathalter soweit vorbereitet werden, dass das Wachstum der Nanodrähte vollständig automatisiert abläuft, sobald der Sub strathalter manuell in die Einlegeposition eingelegt worden ist. So kann die Steue rungseinheit erkennen, dass ein Substrathalter in die Einlegeposition eingelegt wor den ist und veranlassen, dass der Substrathalter automatisiert in die Aufnahme einge zogen wird. Sobald die Verbindung zwischen der Elektronik des Substrathalters und der Steuerungseinheit ausgebildet ist, kann die Steuerungseinheit aus der Elektronik des Substrathalters beispielsweise auslesen, welche Wachstumsparameter für das Wachstum der Nanodrähte vorgesehen sind. Mit diesen Parametern kann das Wachs tum der Nanodrähte durchgeführt werden. Anschließend kann der Substrathalter au tomatisiert in die Entnahmeposition bewegt werden und dort entnommen werden. Ein Bediener muss dabei keine Einstellungen an der Vorrichtung vornehmen. Es genügt. dass der Bediener beim Vorbereiten des Substrathalters die Wachstumsparameter in der Elektronik des Substrathalters hinterlegt. Dazu kann der Substrathalter eine Einga beeinrichtung aufweisen oder mit einer Eingabeeinrichtung verbunden werden.
Als Wachstumsparameter kommen insbesondere in Betracht: eine Wachstumszeit, eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom, eine einzustellende Tempera tur des Substrats.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens liegt eine Tempe ratur des Substrats in Schritt c) zwischen 15 °C und 100 °C, vorzugsweise zwischen 30 °C und 90 °C. Die Angaben beziehen sich insbesondere auf die Temperatur der zu bewachsenden Oberfläche des Substrats.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren und die darin dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen:
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum galvanischen Wachsen einer
Vielzahl von Nanodrähten auf einem Substrat,
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Teils der Vorrichtung aus Fig. 1,
Fig. 3: eine Verschaltung einer Referenzelektrode für die Vorrichtung aus Fig. 1 und 2,
Fig. 4: eine Ausgestaltung einer Elektrode für die Vorrichtung aus Fig. 1 und 2,
Fig. 5: eine Ausgestaltung einer Heizung für die Vorrichtung aus Fig. 1 und 2.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von (in Fig. 2 gezeigten) Nanodrähten 2 auf eine Oberfläche 27 eines Substrats 3. Die Vorrichtung 1 umfasst einen als Schublade ausgebildeten Substrathalter 4 und eine in einer Kam mer 18 ausgebildete Aufnahme 5 für den Substrathalter 4. Die Aufnahme 5 weist Füh rungsschienen 25 auf, über welche der Substrathalter 4 in die Aufnahme 5 eingescho ben werden kann und aus der Aufnahme 5 herausgezogen werden kann. Mit einer Arretierung 26 kann der Substrathalter 4 in der Aufnahme 5 arretiert werden.
Der Substrathalter 4 ist in der in Fig. 1 gezeigten Situation von der Aufnahme 5 aufgenommen. Die Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, die Vielzahl von Nanodrähten 2 auf dem Substrat 3 zu wachsen, wenn der Substrathalter 4 mit dem Substrat 3 wie ge zeigt in der Aufnahme 5 aufgenommen ist. Der Substrathalter 4 weist eine Elektronik 6 auf, welche dazu eingerichtet ist, das Wachstum der Nanodrähte 2 zu beeinflussen.
Der Substrathalter 4 weist eine als Steckverbindung ausgebildete Schnittstelle 7 auf, über welche die Elektronik 6 mit einer Steuerungseinheit 8 der Vorrichtung 1 verbun den ist, wenn der Substrathalter 4 wie gezeigt in der Aufnahme 5 aufgenommen ist.
Die Steuerungseinheit 8 ist zudem mit einem Touchscreen als Anzeige- und Bedien mittel 23 verbunden. Die Steuerungseinheit 8 ist insbesondere dazu eingerichtet, ei nen Fluss und/oder einen Druck des Elektrolyten zu ermitteln.
Mit der Vorrichtung 1 kann das folgende Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten 2 auf dem Substrat 3 durchgeführt werden: a) Einlegen des Substrats 3 in den Substrathalter 4, b) Einführen des Substrathalters 4 in die Aufnahme 5 für den Substrathalter 4, c) galvanisches Wachsen der Nanodrähte 2 auf dem Substrat 3, wobei eine Tempe ratur des Substrats 3 zwischen 15 °C und 100 °C liegt.
Auf dem Substrat 3 liegt eine (in Fig. 1 nicht im Detail zu erkennende) Folie 28 mit (in Fig. 2 zu erkennenden) durchgehenden Poren 29 an. An der Folie 28 liegt ein Schwamm als ein elastisches Element 19 an, über welches ein Elektrolyt an die Fo lie 28 abgegeben werden kann. An dem elastischen Element 19 liegt eine Elektrode 12 an. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Oberfläche 27 des Sub strats 3 und der Elektrode 12 können die Nanodrähte 2 gewachsen werden. Die Elekt rode 12 ist über einen Stempel 20 gehalten und kann über diesen mittels eine An triebs 21 bewegt werden.
Die Elektronik 6 des Substrathalters 4 beeinflusst das Wachstum der Nanodrähte 2 gemäß Schritt c). Die Elektronik 6 des Substrathalters 4 umfasst eine Digitalisierungs einheit 9, welche zur digitalen Kommunikation mit der Steuerungseinheit 8 verbunden ist. Weiterhin umfasst die Elektronik 6 des Substrathalters 4 eine Sensorik 10, welche in der gezeigten Ausführungsform durch zwei Sensoren gebildet ist. Zudem umfasst die Elektronik 6 des Substrathalters 4 einen Speicher 24. In diesem können beispielsweise Wachstumsparameter hinterlegt werden, welche beim Wachstum der Nanodrähte 2 berücksichtigt werden. Darüber hinaus ist die Elektronik 6 des Substrathalters 4 dazu eingerichtet, eine elektrische Spannung odereinen elektrischen Strom zum Wachstum der Nanodrähte 2 zu regeln. Die Elektronik 6 ist weiterhin an eine Heizung 14 ange bunden, mit welcher das Substrat 3 beheizt werden kann.
Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 34 auf, innerhalb dessen die Kammer 18 aus gebildet ist. Eine Innenseite 42 der Kammer 18 ist aus einem elektrolytbeständigen Material gebildet. Die Aufnahme 5 für den Substrathalter 4 ist in der Kammer 18 aus gebildet, so dass der Substrathalter 4 von der Kammer 18 aufgenommen werden kann. Die Kammer 18 weist eine Öffnung 17 auf, über welche der Substrathalter 4 in die Kammer 18 eingeführt und aus der Kammer 18 herausbewegt werden kann. Die Öff nung 17 kann übereine Klappe 16 verschlossen werden. Die Klappe 16 kann mit einer Verriegelung 22 verriegelt werden. Die Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet ist, die Viel zahl von Nanodrähten 2 aus dem Elektrolyten auf das Substrat 3 zu wachsen, wenn der Substrathalter 4 mit dem Substrat 3 in der Aufnahme 5 aufgenommen ist.
In dem Gehäuse 34 sind weiterhin drei Vorratsbehälter 35 für einen jeweiligen Elektrolyten angeordnet. Einer der Vorratsbehälter 35 ist über einen Anschluss 36 und eine Pumpe 38 an eine Elektrolytleitung 37 angebunden. Über die Elektrolytleitung 37 kann der Elektrolyt in den Substrathalter 4 eingeleitet werden und für das Wachstum der Nanodrähte 2 eingesetzt werden. Die Pumpe 38 ist dazu eingerichtet, den Elektro lyten aus dem Vorratsbehälter 35 in die Kammer 18 zu pumpen. Die Pumpe 38 ist mit tels eines Dämpfers 40 gedämpft an einem Träger 39 gehalten, der übereinen weite ren Dämpfer 40 gedämpft in dem Gehäuse 34 gehalten ist. Der Anschluss 36 weist einen (nicht näher dargestellten) Sensor auf, mit dem über die Steuerungseinheit 8 der Vorratsbehälter 35 identifiziert werden kann und mindestens ein dem Vorratsbehäl ter 35 zugeordneter Parameter ermittelt werden kann. In dem Gehäuse 34 sind weiter hin ein Filter 41 für den Elektrolyten und ein Elektrolytaufbereiter 42 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform sind der Filter 41 und der Elektrolytaufbereiter 42 in die Elektrolytleitung 37 integriert. Details des Elektrolytaufbereiters 42 sind der Übersicht lichkeit halber nicht gezeigt. So kann der Elektrolytaufbereiter 42 beispielsweise über eine Leitung mit einem Behälter verbunden sein, über welchen dem Elektrolytaufberei ter 42 Substanzen zugeführt werden, die zur Elektrolytaufbereitung genutzt werden können.
Fig. 2 zeigt einen Teil der Vorrichtung 1 aus Fig. 1 in schematischer Darstellung. Gezeigt ist das Substrat 3 mit der Oberfläche 27, auf welche die Nanodrähte 2 ge wachsen werden sollen. Auf die Oberfläche 27 des Substrats 3 ist eine Folie 28 aufge- legt, welche eine Vielzahl von durchgehenden Poren 29 aufweist, in denen die Nano- drähte 2 aus einem Elektrolyten gewachsen werden können. Die Oberfläche 27 des Substrats 3 weist eine Strukturierungsschicht 31 mit Auslassungen 32 auf. Die Nano- drähte 2 können nur in den Auslassungen 32 gewachsen werden. So kann das Wachs tum der Nanodrähte 2 lokal selektiv erfolgen. Weiterhin ist auf die Folie 27 ein für den Elektrolyten durchlässiges elastisches Element 19 aufgelegt. Der Elektrolyt kann über das elastische Element 19 mit der Folie 28 in Kontakt gebracht werden. Zudem ist in Fig. 2 eine (in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigte) Spannungsquelle 30 gezeigt, welche zum Anlegen einer elektrischen Spannung für das Wachstum der Na nodrähte 2 mit einer Elektrode 12 und der Oberfläche 27 des Substrats 3 verbunden ist. Die Elektrode 12 kann mit einem Stempel 20 an das elastische Element 19 gedrückt werden.
Fig. 3 zeigt weitere Elemente der Vorrichtung 1 aus Fig. 1 und 2, welche der Über sichtlichkeit halber in Fig. 1 und 2 nicht gezeigt sind. So ist neben der Spannungsquel le 30, der Elektrode 12 und dem Substrat 3 mit der Oberfläche 27 weiterhin eine Refe renzelektrode 11 gezeigt. Die Referenzelektrode 11 ist überein Spannungsmessgerät 33 mit der Oberfläche 27 des Substrats 3 verbunden. Die Spannungsquelle 30 und die Referenzelektrode 11 sind unabhängig voneinander an die Oberfläche 27 des Sub strats 3 angebunden.
Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung einer Elektrode 12 für die Vorrichtung 1 aus Fig. 1 und 2. Die Elektrode 12 weist eine Mehrzahl von unabhängig steuerbaren Segmen ten 13 auf. Die Elektrode 12 ist in einer Draufsicht gezeigt. Die zu bewachsende Ober fläche 27 des Substrats 3 würde parallel zur Zeichenebene liegen.
Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung einer Heizung 14 für die Vorrichtung 1 aus Fig. 1 und 2. Die Heizung 14 weist eine Mehrzahl von unabhängig steuerbaren Segmen ten 15 auf. Die Heizung 14 ist in einer Draufsicht gezeigt. Die zu bewachsende Ober fläche 27 des Substrats 3 würde parallel zur Zeichenebene liegen. Eine wie in Fig. 5 gezeigte Heizung 14 kann anstelle der einfachen in Fig. 1 gezeigten Heizung 14 ver wendet werden. Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Nanodrähte
3 Substrat
4 Substrathalter
5 Aufnahme
6 Elektronik
7 Schnittstelle
8 Steuerungseinheit
9 Digitalisierungseinheit
10 Sensorik
11 Referenzelektrode
12 Elektrode
13 Segment
14 Heizung
15 Segment
16 Klappe
17 Öffnung
18 Kammer
19 elastisches Element
20 Stempel
21 Antrieb
22 Verriegelung
23 Anzeige- und Bedienmittel
24 Speicher
25 Führungsschiene
26 Arretierung
27 Oberfläche
28 Folie
29 Pore
30 Spannungsquelle
31 Strukturierungsschicht
32 Auslassung 33 Spannungsmessgerät
34 Gehäuse
35 Vorratsbehälter
36 Anschluss 37 Elektrolytleitung
38 Pumpe
39 Träger
40 Dämpfer
41 Filter 42 Innenseite
43 Elektrolytaufbereiter

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten (2) auf einem Substrat (3), umfassend einen Substrathalter (4) und eine Aufnahme (5) für den Substrathalter (4), wobei die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, die Viel zahl von Nanodrähten (2) auf dem Substrat (3) zu wachsen, wenn der Substrathal ter (4) mit dem Substrat (3) in der Aufnahme (5) aufgenommen ist, wobei der Sub strathalter (4) eine Elektronik (6) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das Wachstum der Nanodrähte (2) zu beeinflussen.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Substrathalter (4) eine Schnittstel le (7) aufweist, über welche die Elektronik (6) mit einer Steuerungseinheit (8) der Vorrichtung (1) verbunden ist, wenn der Substrathalter (4) in der Aufnahme (5) aufgenommen ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Elektronik (6) des Substrathalters (4) eine Digitalisierungseinheit (9) umfasst, welche zur digitalen Kommunikation mit der Steuerungseinheit (8) verbunden ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektronik (6) des Substrathalters (4) eine Sensorik (10) umfasst.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Referenzelektrode (11), welche mit dem Substrat (3) verbunden ist, wenn der Substrathalter (4) mit dem Substrat (3) in der Aufnahme (5) aufgenommen ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine zum galva nischen Wachstum der Nanodrähte (2) eingerichtete Elektrode (12) der Vorrich tung (1) eine Mehrzahl von unabhängig steuerbaren Segmenten (13) aufweist und/oder wobei der Substrathalter (4) eine Heizung (14) mit einer Mehrzahl von unabhängig steuerbaren Segmenten (15) aufweist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektronik (6) des Substrathalters (4) dazu eingerichtet ist, eine elektrische Spannung odereinen elektrischen Strom zum Wachstum der Nanodrähte (2) zu regeln.
8. Verfahren zum galvanischen Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten (2) auf ei nem Substrat (3), umfassend a) Einlegen des Substrats (3) in einen Substrathalter (4), b) Einführen des Substrathalters (4) in eine Aufnahme (5) für den Substrathal ter (4), c) galvanisches Wachsen der Nanodrähte (2) auf dem Substrat (3), wobei der Substrathalter (4) eine Elektronik (6) aufweist, welche das Wachstum der Nanodrähte (2) beeinflusst.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei vor Schritt a) Wachstumsparameter in der Elektronik (6) des Substrathalters (4) hinterlegt werden, welche in Schritt c) be rücksichtigt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Temperatur des Substrats (3) in
Schritt c) zwischen 15 °C und 100 °C liegt.
PCT/EP2022/054380 2021-03-03 2022-02-22 Galvanisches wachsen von nanodrähten auf einem substrat WO2022184502A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/279,234 US20240141531A1 (en) 2021-03-03 2022-02-22 Galvanic Growth of Nanowires on a Substrate
JP2023553550A JP2024508155A (ja) 2021-03-03 2022-02-22 基板上でのナノワイヤのガルバニック成長
CN202280018515.7A CN116964250A (zh) 2021-03-03 2022-02-22 纳米丝在基片上的电生长
KR1020237033065A KR20230152108A (ko) 2021-03-03 2022-02-22 기판 상의 나노와이어들의 갈바닉 성장
EP22708886.1A EP4301905A1 (de) 2021-03-03 2022-02-22 Galvanisches wachsen von nanodrähten auf einem substrat

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021105126.6A DE102021105126A1 (de) 2021-03-03 2021-03-03 Galvanisches Wachsen von Nanodrähten auf einem Substrat
DE102021105126.6 2021-03-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022184502A1 true WO2022184502A1 (de) 2022-09-09

Family

ID=80683974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/054380 WO2022184502A1 (de) 2021-03-03 2022-02-22 Galvanisches wachsen von nanodrähten auf einem substrat

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20240141531A1 (de)
EP (1) EP4301905A1 (de)
JP (1) JP2024508155A (de)
KR (1) KR20230152108A (de)
CN (1) CN116964250A (de)
DE (1) DE102021105126A1 (de)
TW (1) TW202300438A (de)
WO (1) WO2022184502A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016046642A2 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 King Abdullah University Of Science And Technology Systems and methods for large-scale nanotemplate and nanowire fabrication
DE102017104906A1 (de) * 2017-03-08 2018-09-13 Olav Birlem Anordnung und Verfahren zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101215536B1 (ko) 2009-10-01 2012-12-26 한국전기연구원 고전계 양극산화장치
DE102017104905A1 (de) 2017-03-08 2018-09-13 Olav Birlem Anordnung und Verfahren zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten sowie Galvanikkapsel

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016046642A2 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 King Abdullah University Of Science And Technology Systems and methods for large-scale nanotemplate and nanowire fabrication
DE102017104906A1 (de) * 2017-03-08 2018-09-13 Olav Birlem Anordnung und Verfahren zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten

Also Published As

Publication number Publication date
EP4301905A1 (de) 2024-01-10
CN116964250A (zh) 2023-10-27
DE102021105126A1 (de) 2022-09-08
TW202300438A (zh) 2023-01-01
KR20230152108A (ko) 2023-11-02
US20240141531A1 (en) 2024-05-02
JP2024508155A (ja) 2024-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60024973T2 (de) Doppelverteiler system und verfahren zur gleichzeitiger übertragung von fluiden
EP3592696B1 (de) Anordnung und verfahren zum bereitstellen einer vielzahl von nanodrähten
DE102005019968A1 (de) Biostabile Neuroelektrode
DE102017104905A1 (de) Anordnung und Verfahren zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten sowie Galvanikkapsel
WO2008131714A2 (de) Verfahren und anordnung zum elektrischen kontaktieren eines membranumhüllten objekts mit einer elektrode
EP2745803A1 (de) Aufbereitungskammer oder Aufbereitungsträger sowie Vorrichtung zur Aufbereitung von zumindest einem medizinischen, insbesondere zahnärztlichen, Instrument
EP3593102B1 (de) Messanordnung und verfahren zum messen von eigenschaften eines strömenden mediums
EP4301905A1 (de) Galvanisches wachsen von nanodrähten auf einem substrat
EP3592697B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen einer vielzahl von nanodrähten
WO2021185619A1 (de) Galvanisches wachstum von nanodrähten
DE102021105128A1 (de) Galvanisches Wachsen einer Vielzahl von Nanodrähten
EP3581685B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur automatisierten regelung der ströme in einem galvanikbad
DE102021105125A1 (de) Wachstum von Nanodrähten
DE19929542B4 (de) Flächige Anordnung von Stimulationselektroden auf einem Chip und Herstellungsverfahren dazu und Verwendung als Retina-Implantat
WO2019072705A1 (de) Schweissvorrichtung und -verfahren
DE10108968B4 (de) Vorrichtung zum Durchführen elektrophysiologischer Messungen an Zellen
EP3942941A1 (de) Kompaktanlage für gepulste elektrische felder in behandlungszelle
DE102015221850A1 (de) Verfahren zur Präparation von Referenzmarkierungen auf einem Probenträger
DD256973A1 (de) Vorrichtung zum aufbringen von leiterzuegen auf elektrisch nichtleitendes traegermaterial
EP1233268A2 (de) Vorrichtung zum Durchführen elektrophysiologischer Messungen an Zellen
DE102014203660A1 (de) Elektrodenanordnung für eine Kühlvorrichtung einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage
DE102007022303A1 (de) Telemetrisch kontrolliertes Mikroelektrodenmanipulatorsystem

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22708886

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18279234

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280018515.7

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023553550

Country of ref document: JP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237033065

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022708886

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022708886

Country of ref document: EP

Effective date: 20231004