专利名称：纳米线的制作的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制作纳米线阵列的系统和方法。
背景技术：
现有技术的细线阵列被用于大量器件中，并且已经发现其特别适用于小的或密集构造的计算机器件，如传感器、存储器或逻辑芯片。
为了解决对细线阵列的这种需求，已经利用光刻术制作了细线阵列。然而，当计算机的器件变得越来越小时，这些阵列的线需要更细以及间隔更紧密。到目前为止，还没有证明光刻术是制作非常细以及间隔紧密的线阵列的适当方法。
为了解决对细线阵列的这种需求，已经利用了两种制作细线阵列的方法。其中一种现有技术的方法是利用蚀刻超点阵作为压印光刻术的模子。另一种方法是利用蚀刻超点阵和物理汽相沉积来制作纳米线阵列。
在美国专利No.6,407,443中描述了现有技术的蚀刻超点阵压印光刻术。这个压印光刻术的实例通常不便于与后来的剥离处理相关联并且可能最终限制了处理能力。其还利用了纳米压印步骤，到目前为止，该步骤还没有一贯地并且成功地被用于生产气氛中。
现有技术的物理汽相沉积利用原子束直接将材料沉积在蚀刻超点阵的表面。接着，这种沉积材料被物理迁移至衬底。然而，这种方法制作了形状奇怪的线，其可能产生各种结构上和使用上的困难。现有技术的物理汽相沉积还可能要求在超高真空(“UHV”)中的处理，其使用代价可能是很高的并且将限制与UHV处理不相容的材料的使用。
因此，存在有对制造更细线阵列技术的需求，该技术比所允许的现有技术更可靠、价廉、可再生以及更易于生产。
图1说明了示范超点阵的侧面横截面视图。
图2说明了具有工作表面的示范超点阵的侧面横截面视图。
图3说明了具有工作表面以及厚度、深度和长度尺寸的示范超点阵的三维视图。
图4说明了具有工作表面和电连接表面的示范超点阵的三维视图。
图5示出的是能够实现制作纳米线阵列方法的示范系统的框图。
图6是利用电化学和物理迁移制作纳米线阵列的示范方法的流程图。
图7说明了具有工作表面和与电功率吸收连通的电连接表面的示范超点阵的三维视图。
图8说明了具有工作表面和与电功率吸收连通的电连接表面的示范超点阵的三维视图，其中工作表面具有低粘合层。
图9说明了具有交替的材料层并且一组交替层在工作表面处被改变的示范超点阵的侧面横截面视图。
图10说明了具有交替的材料层并且材料在工作表面处被改变的示范超点阵的侧面横截面视图。
图11说明了具有波纹工作表面和与电功率吸收连通的电连接表面的示范超点阵的三维视图。
图12说明了具有工作表面和与电功率吸收连通的电连接表面的示范超点阵的三维视图，其中工作表面具有低粘合层以及在工作表面交替层上呈现的材料。
图13说明了具有波纹工作表面和与电功率吸收连通的电连接表面的示范超点阵的三维视图，其中工作表面具有在工作表面交替层上呈现的材料。
图14说明了示范超点阵和示范阵列衬底的三维视图，其中超点阵具有在其工作表面上的材料。
图15说明了具有在阵列衬底表面之一上的材料的线的示范阵列衬底的三维视图。
图16是利用离子迁移制作纳米线阵列的示范方法的流程图。
图17说明了具有工作表面和与电功率吸收连通的电连接表面的示范超点阵的三维视图，其中工作表面具有被侵蚀的交替层。
图18说明了示范超点阵的侧面横截面视图，其具有沿工作表面形成波纹的材料的交替层、与电功率吸收连通的电连接表面、以及与电功率源电连通的示范导电接收衬底并具有一种在导电接收衬底表面上沉积的超点阵的工作表面的材料。
图19说明了示范超点阵的侧面横截面视图，其具有沿带有包括多种材料的交替层之一的工作表面形成波纹状的材料的交替层、与电功率吸收连通的电连接表面、以及与电功率源电连通的示范导电接收衬底并具有在导电接收衬底表面沉积的超点阵的工作表面的材料。
在整个公开内容和图形中使用的相同数字指相同的组件和特征。
具体实施例方式
下面的公开内容描述了用于电化学制作纳米线阵列的系统和方法的各种实施例。所述系统和方法可用来制作具有厚度和间隔为纳米、微米和中间尺度以及这些尺度组合的线阵列。所述系统和方法可用来直接在超点阵的侧面上制作线阵列。这样的阵列可用来在不同衬底表面上制作次级线阵列。这样的次级阵列可用来在相同的衬底表面制作另外的不同线阵列。阵列处理的这种嵌套能力在材料选择、处理设计以及结构和装置的工程方面提供了极大的灵活性。
所公开的系统和方法能够制作紧密间隔、非常细的线。这类阵列能够用于当前和将来的器件中，使得这些器件更好、更快的运行并且是建立在更小尺度上的。
所公开的系统和方法提供了超出现有技术解决方案的基本好处。这些好处可包括阵列尺寸(如长度、厚度、线的间隔、以及许多线)的精确控制。所公开的系统还可提供比某些现有技术解决方案更平滑、更可用的线的横截面。另外，利用该系统和方法，包括通过多次利用超点阵并且不必使用纳米压印、剥离工艺、或UHV(这其中的每一个都可能是高成本的)，可降低生产纳米线阵列的成本。同样地，还可利用所述的系统和方法制作具有可变材料的线的纳米线阵列—潜在的基本好处。
示范的超点阵图1至4阐明了用于下面讨论的、制作纳米线阵列的各种处理的超点阵。这个超点阵是下面所讨论的处理中可用的超点阵一个例子。还可使用其他的超点阵；这个示范的超点阵不是用来限定下面处理的范围的，相反是为了帮助读者理解下述的处理的。
图1阐明了示范的超点阵100，在这里示出的是侧面横截面视图。超点阵100包括至少两种或多种不同分层的材料，在这里为第一材料层102和第二材料层104。这些材料层的任一个可以在衬底106上形成层或相反。可以各种不同方式完成图1所示的超点阵100的构造，例如利用化学汽相沉积、溅射或物理汽相沉积、原子层沉积、电镀的其他方法、等等。
如图1所示，分层材料交替。正如将在下面更详细阐明的，层102和104的每一层的厚度影响了制作线之间的间隔(或“间距”)以及线本身厚度的处理。线间距/间隔是重要的，其影响了线的特性和阵列的特性。因此，层的厚度也是重要的。
第一材料层102和第二材料层104都可以是各种厚度，包括从纳米尺度到微米尺度以及更厚的尺度。例如，所生成的层102和104的厚度可以是小于10纳米、10-15纳米、15-20纳米、以及20至50纳米或其以上、或其中的组合。最小的层厚度被用来生产最高密度的线阵列以及表现为极端的尺寸相关特性(如量子效应)的线。更大的层厚度是为经典的非量子特性、更易于制造、更大的电导性、更多的表面面积、以及稀疏的阵列而设置的。
第一材料层102可以由各种类型的材料制成，包括导电材料和非导电材料。由导电材料制成的话，第一材料层102可包括一种或多种金属(如铂、铍、铝、钯、钽、镍、金)、金属合金、陶瓷制品(如氧化铟锡、氧化钒、或钇钡铜氧化物)、电半导体材料(如硅、金刚石、锗、砷化镓、碲化镉、氧化锌、碳化硅、氧化锡、氧化铟锡)、和/或比如其他单质的、二元的、以及多成分的材料。由非导电材料制成的话，第一材料层102可包括氧化铝、各种其他的氧化物、以及可在薄层上沉积的其他绝缘材料。材料组合的选择将是特定应用的，并且在薄层上沉积的几乎任何固体材料(包括象聚合体这样的“软”材料)可使得该处理起作用。
同样地，第二材料层104可以由各种类型的材料制成，包括导电材料和非导电材料，比如像上面所描述的用于第一材料层102的那些材料。由非导电材料制成的话，第二材料层104可包括氧化铝、各种其他的氧化物、以及可在薄层上沉积的其他绝缘材料。同样地，第一材料层102和第二材料层104可以是单晶的和/或呈外延关系。外延指一种材料对另一种材料的完整或近似完整点阵配准，其中所述一种材料在所述另一种材料上沉积。
第一材料层102和第二材料层104可以都是导电的、或者它们其中的一个层是导电的而另一个层是绝缘体。在其中两层102和104都是导电的情形下，可对暴露该层的表面进行处理以使第一材料层102或第二材料层104的任一个层的一个暴露表面是非导电的、经蚀刻或移去的。将在下面对这些处理进行更详细地描述。
第一材料层102和第二材料层104可包括不止一种材料。第一材料层102比如可包括下面的层，即某些层包括金、某些层包括钽、某些层包括镍、等等。
超点阵100和第一材料层102以及第二材料层104具有厚度、长度和深度。第一和第二材料层102和104可具有尺度为纳米直至厘米的长度。取决于纳米线阵列的最终应用，该线可能需要是非常短的(长度为纳米尺度)或相当长的(长度为厘米尺度)。正如将在下面更详细讨论的，在纳米线阵列中线的最终长度可能与超点阵100以及它的第一材料层102和/或它的第二材料层104的长度有关。
图2阐明了具有工作表面202的超点阵100的一个实例，在这里示出的是侧面横截面视图。在这里，超点阵100被改变以此制作工作表面202。这个工作表面202在某些部分基本上是平的(平面的)，这个平的部分有助于制作纳米线阵列的线(下面所讨论的)。可通过各种方法(包括通过切割和抛光超点阵100)来制作工作表面202。
工作表面202可以是基本平行于第一材料层102和第二材料层104的厚度或相反。如果工作表面202不是基本平行于材料层102和104的厚度，更多的材料层102和104的面积将被暴露。随着更多的材料层102和104的面积被暴露，利用工作表面202制作的线比假如工作表面202基本平行于第一和第二材料层102和104的厚度情形下制作的线更厚。如果工作表面202基本上同材料层厚度平行，则工作表面202有助于制作线以及纳米线阵列中的线之间的间隔，它们与第一和第二材料层102和104的厚度大致是相同的。
图3阐明了具有工作表面202的超点阵100的一个实例的三维视图。在这里，所示出的工作表面202暴露了第一和第二材料层102和104的多个面积、或边缘。这些边缘被标记为第一材料边缘302和第二材料边缘304。正如下面将要详细讨论的，这些暴露的边缘302和304可帮助制作纳米线阵列的线。
图4阐明了具有工作表面202和示范的电连接表面402的超点阵100的一个实例的三维视图。在这里，超点阵100被改变以此制作电连接表面402。电连接表面402不需要在某些部分是基本平的，尽管如果该平面是基本平的或平面的而使得连接到电功率吸收可能是很容易的。可以各种方式制作电连接表面402，包括通过切割和抛光超点阵100。
用于制作纳米线阵列的示范平台图5说明了用来实施在下面所阐明的制作纳米线阵列的方法的平台500的一个实施例。平台500包括计算机/控制器502和处理部分504。
计算机/控制器502包括中央处理单元(CPU)506、存储器508、输入/输出(I/O)电路510、以及辅助电路512。CPU506是通用计算机，在通过执行包含在存储器508(图中未示出)中所包含的软件而被编程时，其变为用于控制处理部分504的硬件组件的直接用途的计算机。存储器508可包括只读存储器、随机存取存储器、可移动存储器、硬盘驱动器、或任何形式的数字存储器件。I/O电路510包含众所周知的用于信息输出的显示器和键盘、鼠标、跟踪球、或能够便于计算机/控制器502的编程以此确定由处理部分504实施(包括被包含在处理部分504内的相关机器人动作)的处理的信息输入。辅助电路512在本领域中是众所周知的并包括比如高速缓冲存储器、时钟、电源等这样的电路。
存储器508包含控制软件，在由CPU506执行时，其使得计算机/控制器502能够数字控制处理部分504的各个组件。由控制软件实施的处理的详细说明将就图6和图16来描述。
在另一个实施例中，计算机/控制器502可以是模拟的。例如，可使用能够控制比如发生在处理部分504内的那些处理的特定用途集成电路。
处理部分504可包括多种处理室514，通常利用机器人机构516使衬底106和/或超点阵100在处理室514之间平移。处理的细节随下面所描述的不同方法而改变。
用于创建纳米线阵列的示范方法图6示出的是通过电化学制作的纳米线阵列的流程图600。这个和下面图16的流程图是作为表示由平台500所实施的操作或行为的块系列来说明的。然而，可以任何适当的机器人技术、人、硬件、软件、固件、或其中的组合来实施这些图。在软件和固件的情形下，它们代表了按存储在存储器内以及可由一个或多个处理器执行的计算机可执行指令所实施的操作的组。
在块602，提供超点阵100。
在块604，超点阵100被附加或放置成与电功率源或电接地(吸收)电连通。
图7阐明了具有工作表面202和电连接表面402的实例的超点阵100的一个实例的三维视图，电连接表面402与电功率吸收702电连通。
随着所放置的电连接表面402与电功率吸收702连通，在工作表面202和离子、导电衬底、以及其他器件(图中未示出)处的第一和第二材料层102和104之间可存在有电压差。这个电压差可用来将离子移至或移离工作表面202以此制作纳米线阵列的线。这个电压差如何能用来促进纳米线阵列的线的制作将在下面进行详细讨论。
如果第一和第二材料层102和104其中之一的材料是非导体，并且因此从工作表面202至电连接表面402是非导电的，则电连接表面402被构建成以使其他材料层(其为导体)的每一层与电功率吸收702连接。既然这样，电连接表面402被制备成以使导电材料层的每个导电层与电功率吸收702电连通。这通过切割和抛光电连接表面402并且接着将导电连接材料704与电连接表面402处的每个导电层接触放置可以实现。借助于下列目标，即如果每层导电材料层是打算用来帮助制作纳米线阵列的线的，则该层与电功率吸收是连通的，也可以其他的方式实现上述布置。
如果第一和第二材料层102和104的材料都是导体，在没有导电连接材料704的情形下可制备电连接表面402。既然是这样，可将电功率吸收702直接连接到一层或多层、或者连接到与一层或多层直接相连的少量材料。
在块606，如果第一材料层102和第二材料层104的材料均导电，则平台500沿着“否”路径进行到块608。如果是，则平台500沿着“是”路径进行到块610。
在块608，平台500将低粘合层施加于工作表面202。这个低粘合层的深度可以是纳米尺度的、或者其深度甚至小于一纳米。低粘合层应当足够薄并且具有特性以使其基本上不干扰第一或第二材料边缘302或304的导电特性。
图8阐明了具有工作表面202、电连接表面402、电功率吸收702和示范的低粘合层802实例的超点阵100的一个实例的三维视图。在该系统和方法的某些实际应用中，低粘合层802被添加到超点阵100的工作表面202。这个低粘合层802表现为使得在工作表面202上制成的线更易于从工作表面202上被移去。通过添加低粘合层802并通过降低这些线(图8中未示出)和工作表面202之间的附着力，可使这些线的移去更容易。
低粘合层802可具有变化的附着力，从非常低到适度高的附着力。在将线从工作表面202中移去时，某些粘合层802可随线一起脱落，或者是其几乎全部可随工作表面202一起保留。低粘合层802有助于减少线粘着到工作表面202、或者在移去时被线和工作表面202之间太高的附着力所折断或以其他的方式被损坏的影响范围。其可具有变化的附着力强度，例如粘附到在工作表面202上制成的最终的线的附着强度，该强度小于线移至的最终衬底的强度。为了减少低粘合层粘着线的量，低粘合层可以比粘附到线的更强的力粘附到工作表面202。
在其他的实际应用中，未使用低粘合层802。将在下面对这些实际应用进行更详细讨论。
在块610，平台500处理超点阵100的工作表面202。这种处理可包括使第一材料层102或第二材料层104的暴露的边缘成为非导电的。它还可包括优先暴露第一或第二材料层102和104之一的边缘。
在使某些暴露的边缘成为非导电的情形下，平台500可使第一和/或第二材料层102和104的某些层绝缘。在这些情形下，第一和第二材料层102和104中材料的外观可能是重要的。
例如，在一个实际应用中，第二材料层104的边缘在块610处是绝缘的而第一材料层102不是。这可通过氧化第二材料边缘304(见图3)来实现。在一个实际应用中，平台500暴露工作表面202，并且因此第一材料边缘302和第二材料边缘304暴露于氧气氛中。因为第一材料边缘302未被充分氧化以此变为非导电的，第一材料层102的材料具有的氧化率低于第二材料层104的材料的氧化率。
在另一个实际应用中，第一和第二材料层102和104其中之一的边缘通过氮化而变为绝缘。在这个实际应用中，在压力、温度、等离子体、和/或催化剂等适当的条件下，平台500使工作表面202(连同第一和第二边缘302和304)暴露于氮气氛中。在这里，第一和第二材料边缘302和304其中之一被充分氮化以此在工作表面202处变为非导电。保持导电的材料边缘具有的氮化率低于将成为非导电的材料边缘的氮化率。
图9阐明了在第二材料边缘304已经被改变之后的工作表面202和超点阵100的实例的侧面横截面视图。在这个描述中，第二材料层104的材料是导电的，但是已经被处理以使其在工作表面202处不再是导电的。如上所述，通过经历氮气氛或氧气氛，可将第二材料边缘304(或第一材料边缘302，取决于实际应用)制成非导电的。
在一个实际应用中，第二材料层104的材料为铝以及第一材料层102的材料为金。伴随着这两种材料，使工作表面202经历氧气氛将导致第一材料边缘302基本上未改变，而第二材料边缘304将从铝(导体，以标号104表示)转换成氧化铝(非导体，以标号902表示)。在已经达到从铝到氧化铝变化的足够深度之后，第二材料边缘304将有效地变为非导电。
然而，在某些情形下，第一材料边缘302的某少量变化是期望的。在这个实际应用中，第一材料边缘302的少量变化可导致在第一材料边缘302上制成的线不如假定没有改变时的粘附得强。
图10阐明了在第一和第二材料边缘302和304已经被改变之后的工作表面202和超点阵100的实例的侧面横截面视图。在这个描述中，第二材料层104的材料是导电的，但是已经被处理以使其在工作表面202处不再导电。第一材料层102的材料还是导电的，并且在工作表面202处已经被处理，但是不足以变为非导电的。
在一个实际应用中，第二材料层的材料104为铝以及第一材料层102的材料为钽。伴随着这两种材料，使工作表面202经历氧气氛将导致第一材料边缘302有较小深度的变化(与第二材料边缘304的深度相比较)，而第二材料边缘304将有相当大深度的变化。铝将变成氧化铝(以标号1002表示)。钽将变成氧化钽(非导体，以标号902表示)。在已经达到从铝到氧化铝变化的足够深度之后，第二材料边缘304将有效地变为非导电。第一材料边缘302可保持导电但是具有所期望的特性，例如低粘附于用来制成纳米线阵列的线的一种或多种材料。在这里，还可在基本上不会蚀刻第一材料边缘的溶剂中化学蚀刻第一材料边缘。
还是作为块610的部分，平台500可优先暴露第一和第二材料层102和104其中之一的边缘。暴露特定边缘可包括以各种方式侵蚀其他边缘。在一个实际应用中，优先暴露边缘包括蚀刻掉为导体的第一或第二材料层102和104中的无论哪一个。蚀刻导电材料(在这个实例中，假定第一材料层102是导电的并且第二材料层104是非导电的)可进行到一定深度。这个深度可影响纳米线阵列的线的最终深度(或高度)。
图11阐明了在第一材料边缘302已经被侵蚀之后的工作表面202和超点阵100的实例的三维视图。在这个描述中，第一材料层102的材料是导电的，但是已经被蚀刻掉以此在第一材料层102上产生沟。这使得第二材料层104的非导电材料暴露，并且重要的是，为将要制成的线产生沟。正如从图11可以看见的，这种蚀刻导致了工作表面202形成波纹。当从平行于长度的方向观察时，这个波纹还可能看起来似乎具有阶梯方形、锯齿形、或正弦波的外貌。
为了优先蚀刻、或侵蚀一种材料而不是另一种，将要被蚀刻的第一或第二材料层102或104的材料相对于所用的蚀刻剂具有更高的蚀刻率。
这个沟在制成大约为沟深度的线时可能是有用的。所述的沟还具有其他好处，比如保护线免于损坏以及产生所期望的横断面。这个横断面的一侧可能是圆形的而另一侧可能近似为平面。当这个另一侧稍后应用于衬底时，这个平面对将线固定到衬底可能是有利的。
在一个实际应用中，用低粘合层(图中未示出)处理图11的波纹工作表面202。
在块612，在一个实际应用中，如果工作表面202的部分是绝缘的，则平台500沿着“仅仅绝缘”路径进行到块608。如果其是绝缘的并且被蚀刻或以其他的方式优先被暴露，则平台500沿着“蚀刻和绝缘”路径进行到块614。然而，在某些实际应用中，在蚀刻和绝缘之后，平台500可在进行到块614之前先进行到块608，以此将低粘合层施加于被蚀刻和绝缘的工作表面202。在另外的实际应用中，甚至在两种材料层均是导电的时候，平台500蚀刻工作表面202。在这个实际应用中，平台从块606(沿着“是”路径而不是“否”路径)进行到块610。
在块614，平台500将导电材料层的边缘暴露于离子中。作为该块614的部分，平台500将工作表面202暴露于离子中。在工作表面202处导电的那些边缘(第一材料边缘302或第二材料边缘304)可吸引离子。在一段时期内，导电边缘上的离子聚集将构建线。
为了将离子吸引到导电边缘，导电边缘处于与离子不同的电位或电荷。这可以各种方式来实现，包括通过将边缘与电功率吸收702电连通。在上述的实施例中，使电连接表面402与电功率吸收702电连通。在这个实例中，通过导电的第一和第二材料层表面102和104中的两者或之一，在电连接表面402和工作表面202之间建立了连通。如果在工作表面202处两者均导电(除了一个是非导电的之外)，则这些导电材料提供电连通到工作表面202处的均导电的边缘，即使在工作表面202处并非每一个都是导电的。通过这样做，第一材料边缘302或第二材料边缘304(无论哪一个在工作表面202处是导电的)可吸引离子以此构建纳米线阵列的线。
在一个实际应用中，通过将工作表面202放置于离子浴器中，平台500将工作表面202暴露于离子中。在浴器中的离子可能是金、钽、铝、或镍离子(仅举几个例子)。在第一材料边缘302处的材料还可以是金、钽、铝、或镍离子(仅举几个例子)。
在另一个实际应用中，平台500将工作表面202放置于具有正电荷的镍离子的离子浴器中。在这个实际应用中，第一材料边缘302由钽制成，第二材料边缘304由氧化铝制成。第二材料层104的材料是铝，但是第二材料边缘304的材料已经被氧化。在这个实例中，如果与镍离子相比第一材料边缘302为足够的负电位时，则由镍制成的具有纳米尺度的深度的线将在第一材料边缘302处形成。继续这个实例，第一材料边缘302的电位比镍离子的电位更低。这个更低的电位通过从第一材料边缘302经过第一材料层102和电连接表面402到电功率吸收702的电连通来提供。还是在这个实例中，镍离子的浴器(图中未示出)与电功率源(图中未示出)相连，这保持了和/或导致它们保持正电荷。
在块616，平台500使离子电化学地沉积在导电层的边缘。正如上面所示的，如果与离子相比边缘为适当的电位，则在工作表面202处导电的第一或第二材料边缘302或304将吸引离子。平台500继续在边缘上沉积离子直至制成适当厚度和深度的线为止。这个厚度可能是纳米尺度的或以上。在一个实际应用中，这个厚度大约与线的深度相同。在另一个实际应用中，这个厚度小于线的深度，给出的线厚度小于深度。在又一个实际应用中，这个厚度大于线的深度。
图12和13示出的是建立在工作表面202的一个实例上的线。
具体地，图12阐明了具有工作表面202、电连接表面402、电功率吸收702和低粘合层802实例的超点阵100的一个实例的三维视图，其中在工作表面202上具有示范的线1202。在这里，线1202在导电边缘(在这里为第一材料边缘302)上被构建，但是位于低粘合层802的顶部。
具体地，图13阐明了具有工作表面202、电连接表面402、电功率吸收702和线1202实例的超点阵100的一个实施例的三维视图，其中工作表面202具有波纹状横截面。在这里，线1202构建于由侵蚀工作表面202处的第一材料层102所导致的波纹内。
在块616的又一个实际应用中，平台500将工作表面202放置于具有其他带电物体的浴器内，所述其他带电物体包括但不限于离子化的无机分子、离子化的有机分子、离子化的生物分子、离子化的聚合体、带电金属、半导体或绝缘纳米粒子、以及上述的化学簇或复合物。在这个实际应用中，由工作表面202引发的电场将导致物体在工作表面202的导电边缘上的电泳沉积。这种方法使得形成半导体、陶瓷、有机、聚合体或其他类型的纳米线成为可能。
在块616的又一个实施例中，由工作表面202生成的电场在工作表面202的导电边缘上引发了溶解的化学制品和水之间的化学反应(在工作表面202被放置的浴器中)。这导致了反应产物在导电边缘上的电解沉积，从而形成纳米线。
在块618处，平台500提供了阵列衬底。这个阵列衬底起到支持在工作表面202上形成的线的作用。
图14阐明了超点阵100、工作表面202、低粘合层802、线1202、以及示范的阵列衬底1400的实例。阵列衬底1400包括高粘合层1402。高粘合层1402促使线1202从超点阵100迁移至阵列衬底1400。高粘合层1402表现为其附着力大于线1202和工作表面202之间的附着力。如果在线1202和工作表面202之间存在有低粘合层802，高粘合层1402可能具有的仅仅是适度的或适当低的附着力，但是该附着力大于线1202上低粘合层802的附着力。
在块620，平台500使线1202同阵列衬底1400接触。通过这样做，线1202从超点阵100被迁移到阵列衬底1400。
图14示出的是被放置成物理接触之前的阵列衬底1400和超点阵100。在平台500使线1202接触阵列衬底1400的高粘合层1402之后，线1202被迁移至阵列衬底1400。
在块622，平台500将超点阵100从阵列衬底1400中移去，使线1202留在阵列衬底1400上。
图15阐明了线1202被迁移之后的阵列衬底1400和线1202的一个实例。在这里，阵列衬底1400包括线1202的示范阵列1502。
图16示出了电化学制作纳米线阵列的流程图1600。该流程图1600阐明了用于制作纳米线阵列的示范方法，在这里使用了电化学溶解和电镀使材料从超点阵100迁移至衬底。
在另一个实际应用中(图中未示出)，材料从衬底迁移至超点阵。在这个另外的实际应用中，衬底具有薄导电膜并且超点阵被周来通过电化学蚀刻衬底的薄导电膜而成为纳米线阵列。因此，蚀刻之后被保留的衬底薄导电膜的材料为纳米线阵列。
在块1602，平台500提供了超点阵100。这可以上述的示范超点阵100其中之一来实施。在一个实际应用中，平台500提供了如图4所示的超点阵100，其具有工作表面202和电连接表面402。
在块1604，电功率吸收702附加到电连接表面402。电功率吸收702可以是源或接地/吸收。
在块1606，平台500侵蚀工作表面202处的第一或第二材料层102或104的其中之一。与上面关于暴露、侵蚀、和/或蚀刻的描述相似，这个侵蚀可通过蚀刻或以其他的方式来实施。
在一个实际应用中，平台500蚀刻工作表面202处的第二材料层104。这产生了波纹工作表面202，并且第一材料边缘302伸出第二材料层304的边缘之外。
图17阐明了在第二材料层304已经被侵蚀之后的工作表面202和超点阵100的实例的三维视图。在这个描述中，第一材料层102的材料是导电的，但是通过蚀刻掉第二材料层104以此在第二材料层104内产生沟而使第一材料层102超出第二材料层104之外的部分已经被暴露。这优先暴露了工作表面202处的第一材料层102的导电材料。正如从图17可以明显看到，这个蚀刻导致了工作表面202形成波纹以及第一材料边缘302伸展到第二材料边缘304之外。
在块1608，平台提供了导电接收衬底。这个导电接收衬底可用于迁移第一材料层102或第二材料层104的层的材料。可迁移少量的材料，但是要足以由第一和/或第二材料边缘302和304产生足够深度的纳米尺度的线。
在块1610，平台500溶解一个或多个材料层的边缘的材料以此将导电材料沉积在导电接收衬底上。这可以各种方式实施，包括通过从层的暴露的边缘到导电接收衬底的电化学沉积。
在一个实际应用中，如图18部分所示，第一材料边缘302的材料被迁移以此在导电接收衬底上制作线。为了促进这种材料的迁移，第一材料边缘302和导电接收层处在不同的电位。
图18阐明了超点阵100、工作表面202、电连接表面402和电功率吸收702的实例的侧面横断面视图，其中工作表面202具有第一材料边缘302，第一材料边缘302伸展到第二材料边缘304以外。图18还阐明了与电功率源1804电连通的示范导电接收衬底1802。在这个实际应用中，导电接收衬底1802包括其上构建了线1202的绝缘层1806。
通过使暴露的边缘(在这里为第一材料边缘302)非常靠近导电接收衬底1802放置，平台500可促进材料从第一材料边缘302迁移至导电接收衬底1802。在一个实际应用中，平台500将其放置在相互几纳米之内。在另一个实际应用中，它们彼此在几十纳米内。接近性影响了沉积线的细度。
同样为了促进材料的迁移，平台500可将导电接收衬底1802和第一材料边缘302放进能够携带在第一材料边缘302处出现的材料的离子的电解液内。
在图18部分阐明的正在进行的实例中，平台500将第一材料边缘302和导电接收衬底1802放进能够溶解第一材料边缘302处的材料的电解液内。在一个实例中，第一材料边缘302中的材料是镍。在该实例中，镍被电解液溶解以此变为镍离子。这些镍离子为带电粒子并且被吸引到导电接收衬底1802。随着时间的过去，镍离子接着在导电接收衬底1802的层1806上建立，形成镍线1202。在达到所期望的线1202的厚度和深度之后，平台500将导电接收衬底1802从超点阵100的工作表面202中移去。
暴露的第一材料边缘302中的材料可包括多种材料。在一个实际应用中，在图19中部分说明的，第一材料边缘302包括四种不同材料。
图19阐明了超点阵100、工作表面202、电连接表面402和电功率吸收702的实例的侧面横断面视图，并且工作表面202具有伸出第二材料边缘304之外的第一材料边缘302，并且包括多种材料。图19还阐明了与电功率源1804电连通的导电接收衬底1802的实例。在这个实际应用中，导电接收衬底1802包括其上构建了线1202的绝缘层1804。
在这个实际应用中，平台500将第一材料边缘302放进能够溶解四种材料的每一种的电解液内。这些材料可包括比如钽、镍、铝和金的第一材料层102的交替层。平台500接着如上进行。
然而，如果需要特定间隔的话，则可使用不能充分溶解四种材料中的一种或多种材料的电解液，从而制作在某些线之间具有更大间隔的阵列中的线。
利用这里所述的方法制作的纳米线阵列还可用于进一步处理和制作其他类型的纳米线。在一个实际应用中，在薄金属或半导体膜的顶部制作纳米线。接着，这些纳米线被用作硬掩模以此蚀刻掉该膜的材料，从而制作另一组由该膜的材料制成的纳米线。
尽管本发明是以特定的结构特征和方法步骤的语言来描述的，但是将会理解，在所附权利要求中界定的本发明不必受限于所述的特定特征或步骤。相反，所公开的特定特征和步骤代表了实现所要求权利的发明的优选形式。
权利要求
1.一种系统，包含超点阵100，其具有多个交替层，包括第一材料的第一交替层102和第二材料的第二交替层104，所述多个交替层的至少一层具有长度、厚度和深度，所述多个交替层在基本平行于所述厚度的方向上被沉积；其中所述多个交替层具有第一表面202，其基本平行于所述厚度而伸展，所述第一表面202包括所述第一交替层102的第一部分302和所述第二交替层104的第二部分304；以及所述多个交替层具有第二表面402，其与所述第一表面202物理分离，所述第二表面402用于和所述多个交替层电连通。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述第二材料在所述第二表面402处是导电的，但是在所述第一表面202处是充分绝缘的以此在所述第一表面202处为非导电的。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述第一材料是导电的，所述第二材料是非导电的，并且所述第二表面402暴露了所述第一交替层102中的两层或多层。
4.一种方法，包含制作纳米厚度线，通过将具有第二导电材料102和一种或多种其他材料104的交替层的超点阵100的工作表面202暴露614在第一导电材料的离子中，所述工作表面202包含所述交替层102和104的暴露的边缘302和304，所述暴露的边缘302和304具有厚度和长度；以及将所述离子电化学沉积616在所述第二导电材料层102的暴露的边缘302上或附近，以此制作所述第一导电材料的线1202。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述电化学沉积616包括在所述第二导电材料层102的暴露的边缘302和包含所述离子的浴器之间产生电压差。
6.如权利要求4所述的方法，还包含处理所述工作表面202以此导致其他材料的暴露的边缘304变为非导电的。
7.如权利要求4所述的方法，还包含蚀刻所述工作表面202以此侵蚀所述第二导电材料102的暴露的边缘302，使其沿着与所述长度和所述厚度垂直的深度与所述工作表面202间隔一段距离。
8.如权利要求4所述的方法，还包含将薄的低粘合层802施加于608所述暴露的边缘302和304，在沉积所述离子之前，其基本上不会与所述第二导电材料层102的暴露的边缘302的导电特性相干扰；提供具有高粘合层1402的衬底1400；使在所述第二导电材料层102的所述暴露的边缘302上的所述线1202与所述高粘合层1402接触；以及移去所述第二导电材料层102的暴露的边缘302以此从所述第二导电材料层102的暴露的边缘302释放所述线1202。
9.如权利要求4所述的方法，还包含提供618具有高粘合层1402的衬底1400；使在所述第二导电材料层102的暴露的边缘302上的所述线1202与所述高粘合层1402接触620；以及移去622所述第二导电材料层102的暴露的边缘302以此将所述线1202留在所述衬底1400的高粘合层1402上。
10.如权利要求4所述的方法，还包含在沉积之前，将薄的、第一粘合层802施加于608所述暴露的边缘302，其基本上不会与所述第二导电材料层102的暴露的边缘302的导电特性相干扰；提供618具有第二粘合层1402的衬底1400，对于所述线1202来说，所述第二粘合层1402比所述第一粘合层802具有更高的粘附系数；使在所述第二导电材料层102的暴露的边缘302上的所述线1202与所述第二粘合层1402接触620；以及移去622所述第二导电材料层102的暴露的边缘302以此将所述线1202留在所述第二粘合层1402上。
全文摘要
本发明内容涉及用于产生纳米线(1202)的系统(500)和方法(600、1600)。通过暴露(614)超点阵(100)中的材料层(102、104)并且溶解和迁移(1610)暴露层(102)的边缘(302)的材料至衬底(1802)可制作纳米线(1202)。还可通过暴露(614)超点阵(100)中的材料层(102)并且将材料沉积到暴露层(102)的边缘(302)上来制作纳米线(1202)。
文档编号C25D1/20GK1890406SQ200480035875
公开日2007年1月3日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年10月7日
发明者P·科尔尼洛维奇, P·马迪洛维奇, K·F·彼得斯, J·斯塔西亚克 申请人:惠普开发有限公司