[go: up one dir, main page]

DE10217362B4 - Gezielte Abscheidung von Nanoröhren - Google Patents

Gezielte Abscheidung von Nanoröhren Download PDF

Info

Publication number
DE10217362B4
DE10217362B4 DE10217362A DE10217362A DE10217362B4 DE 10217362 B4 DE10217362 B4 DE 10217362B4 DE 10217362 A DE10217362 A DE 10217362A DE 10217362 A DE10217362 A DE 10217362A DE 10217362 B4 DE10217362 B4 DE 10217362B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nanotubes
stamp
substrate
dispersion
carbon nanotubes
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10217362A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10217362A1 (de
Inventor
Maik Dr.rer.nat. Liebau
Eugen Dr.rer.nat. Unger
Georg Dr.rer.nat. Düsberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Polaris Innovations Ltd
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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 Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE10217362A priority Critical patent/DE10217362B4/de
Priority to US10/413,505 priority patent/US6866891B2/en
Priority to JP2003113542A priority patent/JP2004042253A/ja
Publication of DE10217362A1 publication Critical patent/DE10217362A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10217362B4 publication Critical patent/DE10217362B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/288—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2221/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof covered by H01L21/00
    • H01L2221/10—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device
    • H01L2221/1068—Formation and after-treatment of conductors
    • H01L2221/1094—Conducting structures comprising nanotubes or nanowires
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
    • Y10S977/843—Gas phase catalytic growth, i.e. chemical vapor deposition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
    • Y10S977/855—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe for manufacture of nanostructure
    • Y10S977/857—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe for manufacture of nanostructure including coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24132—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including grain, strips, or filamentary elements in different layers or components parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24744—Longitudinal or transverse tubular cavity or cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

Verfahren zur gezielten Abscheidung von Nanoröhren auf planaren Oberflächen, umfassend die Schritte:
(a) Bereitstellen eines Stempels aus elastomerem Material mit einer Reliefstruktur auf einer der Stempeloberflächen,
(b) Aufbringen des Stempels auf ein planares Substrat dergestalt, dass Substrat und Stempel miteinander ein aus einer oder mehreren Kapillaren aufgebautes, mikrofluidisches Kapillarsystem mit mindestens einem Einlass und Auslass bilden,
(c) Inkontaktbringen einer Dispersion von Nanoröhren mit mindestens einem Einlass des mikrofluidischen Kapillarsystems, so dass sich unter Ausnutzen der Kapillarkraft die Dispersion von Nanoröhren in dem mikrofluidischen Kapillarsystem unter Befüllen der ein oder mehreren Kapillare ausbreitet,
(d) Trocknen der Dispersion von Nanoröhren und
(e) Entfernen des Stempels.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur gezielten Abscheidung von Nanoröhren, insbesondere Kohlenstoff-Nanoröhren, auf planaren Oberflächen unter Ausnutzung von Kapillarkräften durch Verwendung von mikrofluidischen Kapillarsystemen.
  • Infolge der Eignung von Nanoröhren, insbesondere Kohlenstoff-Nanoröhren, als metallische Leiter sowie als Halbleiter ist es im Rahmen der Nanoschalttechnik wünschenswert, solche Nanoröhren auf planare Substrate gezielt strukturiert aufzubringen. Die Anwendung von Nanoröhren, wie insbesondere Kohlenstoff-Nanoröhren, als Bauelemente, z.B. in elektrischen Schaltungen, setzt dabei deren Kontaktierung mit metallischen Leitern voraus. Zur Verfügung stehen derartige Nanoröhren üblicherweise als Dispersionen oder als Pulver. Bei der Auftragung solcher Dispersionen auf planare Oberflächen werden jedoch üblicherweise zufällige bzw. statistische Verteilungen von Bündeln und isolierten Nanoröhren erhalten. Daher werden Nanoröhren aus Dispersionen auf bereits vorstrukturierte Oberflächen aufgetragen. Alternativ werden die Oberflächen nach Abscheidung der Nanoröhren entsprechend strukturiert, d.h. auf der Substratoberfläche werden elektrische Leiter und Pads angeordnet. Ferner ist es auch möglich, Nanoröhren auf ein Substrat in zufälliger Orientierung abzuscheiden und mit hochauflösenden Methoden wie der Kraftmikroskopie zu orten, zu selektieren und dann die entsprechend positionierte(n) Nanoröhre(n) gezielt mit entsprechenden Kontakten, wie z.B. Goldkontakte, zu versehen. Auf dieser Basis konnten bereits logische Schaltungen, basierend auf Kohlenstoff-Nanoröhren, realisiert werden (vgl. A. Bachthold et al., Science 294, Seiten 1317-1320 (2001).
  • Derzeit ist im Stand der Technik jedoch kein effizientes Verfahren verfügbar, das ein gezieltes Aufbringen von Nanoröhren auf planare Substrate in definierten Strukturen, insbesondere solchen im Nanometerbereich, erlaubt.
  • EP 1 096 533 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von strukturierten Kohlenstoffnanoröhren-Filmen, wobei die entsprechenden Kohlenstoffnanoröhren mittels Sprühverfahren auf ein zuvor strukturiertes Substrat aufgebracht werden. US 2002/0025374 A1 beschreibt ein spezifisches Aufwachsverfahren von Kohlenstoff-Nanoröhren. Applied Physics Letters, Vol. 74, No. 9, März 1999, beschreibt ein lithographisches Verfahren mittels eines strukturierten Stempels auf beispielsweise Polydimethylsiloxan-Basis als Master. Surface Science, 462 (2000), Seiten 195 bis 202, beschreibt die kontrollierte Abscheidung von Kohlenstoffnanoröhren auf einem zuvor strukturierten Substrat.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das die gezielte Auftragung solcher Dispersionen von Nanoröhren auf planare Oberflächen, d.h. die Anordnung solcher Nanoröhren in definierten vorbestimmten geometrischen Strukturen, ermöglichen soll, um so beispielsweise Nanoröhren auch effizient als elektrische Leitungen in den Schaltkreisen von Mikrochips einsetzen zu können.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.
  • Insbesondere wird ein Verfahren zur gezielten Abscheidung von Nanoröhren auf planaren Oberflächen bereitgestellt, umfassend die Schritte:
    • (a) Bereitstellen eines Stempels aus elastomerem Material mit einer Reliefstruktur auf einer der Stempeloberflächen,
    • (b) Aufbringen des Stempels auf ein planares Substrat dergestalt, dass Substrat und Stempel miteinander ein aus einer oder mehreren Kapillaren aufgebautes, mikrofluidisches Kapillarsystem mit mindestens einem Einlass und Auslass bilden,
    • (c) Inkontaktbringen einer Dispersion von Nanoröhren mit mindestens einem Einlass des mikrofluidischen Kapillarsystems, so dass sich unter Ausnutzen der Kapillarkraft die Dispersion von Nanoröhren in dem mikrofluidischen Kapillarsystem unter Befüllen der ein oder mehreren Kapillare ausbreitet,
    • (d) Trocknen der Dispersion von Nanoröhren und
    • (e) Entfernen des Stempels.
  • Die 1 und 2 zeigen rasterelektronenmikrospische Aufnahmen von Kohlenstoff-Nanoröhren, aufgebracht auf einen Si-Wafer, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
  • Die erfindungsgemäße Abscheidung der Nanoröhren basiert auf dem Einsatz von Kapillaren im (Sub)mikrometer- bzw. Nanometerbereich. Zur Erzeugung solcher mikrofluidischer Netzwerke bzw. Kapillarsysteme wird ein entprechend oberflächenstrukturierter Stempel aus elastomerem Material, d.h. ein Stempel mit einer Reliefstruktur, in Kontakt mit einer planaren Oberfläche gebracht. Bei einseitiger Aufbringung eines Flüssigkeitstropfens einer Nanoröhren-Dispersion breitet sich die Flüssigkeit durch Kapillarkräfte in dem durch die Struktur des Stempels determinierten Kapillarsystem aus. Die Beweglichkeit der Nanoröhren in den Kapillaren wird im Wesentlichen durch deren Größe und durch die Form der einzelnen Kapillare bestimmt. Außerdem beeinflusst die Beschaffenheit der Oberflächen (Morphologie, Hydrophilie) den Transport der Nanoröhren.
  • In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein Stempel aus elastomerem Material mit einer Reliefstruktur auf einer der Stempeloberflächen bereitgestellt. Ein solcher Stempel bzw. Gussform bzw. Maske aus elastomerem Material mit einer Reliefstruktur auf der Oberfläche, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, kann beispielsweise durch Replikatformen hergestellt werden, indem der flüssige Polymervorläufer eines Elastomers über eine Vorlage (Master) mit einer entsprechend vorbestimmten Oberflächenreliefstruktur gegossen wird, wie es aus der Softlithographie bekannt ist; siehe z.B. Xia et al., Angewandte Chemie, 1998, 110, Seiten 568 bis 594. Ein im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere einsetzbarer, strukturierter Stempel kann beispielsweise Strukturen mit einer Breite und Höhe im Bereich von jeweils 0,05 um bis 10,0 um, vorzugsweise 0,3 um bis 10,0 um, und einer Länge im Bereich von 0,1 um bis 1,5 cm aufweisen.
  • Vorzugsweise ist das elastomere Material des Stempels aus Polydialkylsiloxanen, Polyurethanen, Polyimiden und vernetzten Novolak-Harzen ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das elastomere Material des Stempels Polydimethylsiloxan (PDMS). PDMS weist eine geringe Oberflächenenergie auf und ist chemisch inert. Zudem ist PDMS homogen, isotrop und bis 300 nm optisch transparent.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zur besseren Ausbreitung der Dispersion von Nanoröhren in dem von Substrat und gemustertem Stempel gebildeten,mikrofluidischen Kapillarsystem der Stempel vor Ausführen des Schritts (b) einer Hydrophilisierung, vorzugsweise durch Anwenden eines Sauerstoffplasmas, unterworfen werden.
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Nanoröhren können sowohl einwandig als auch mehrwandig gestaltet sein. Bei mehrwandigen Nanoröhren ist mindestens eine innere Nanoröhre von einer äußeren Nanoröhre koaxial umgeben. Vorzugsweise sind die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Nanoröhren Kohlenstoff-Nanoröhren, mit Bornitrid dotierte Kohlenstoff-Nanoröhren oder oxidierte Kohlenstoff-Nanoröhren. Besonders bevorzugt sind Kohlenstoff-Nanoröhren.
  • Die Nanoröhren werden in Schritt (c) vorzugsweise in einem polaren organischen Lösungsmittel dispergiert. Beispielhaft können hier Dimethylformamid, Acetonitril, Methylenchlorid, Chloroform, Methanol und Ethanol angeführt werden. Dimethylformamid ist besonders geeignet. Alternativ können die Nanoröhren auch in Wasser dispergiert werden. Die Konzentration der Nanoröhren in derartigen Dispersionen beträgt üblicherweise 1 bis 30 mg/1. In DMF beträgt die Konzentration beispielsweise ≤ 25 mg/1.
  • Das planare Substrat, auf welches die Nanoröhren gemäß der vorliegenden Erfindung gezielt strukturiert abgeschieden werden, unterliegt keinerlei spezifischen Beschränkung. Beispielsweise kann das Substrat aus Silizium wie z.B. ein Si-Wafer, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Glas, Aluminiumoxid oder Siliciumoxid ausgewählt sein.
  • Durch Inkontaktbringen bzw. Aufbringen des Stempels auf das planare Substrat wird ein mikrofluidisches Kapillarsystem aus ein oder mehreren Kapillaren erzeugt, das sich aus den Hohlräumen zwischen den Stempelvertiefungen und der planaren Substratoberfläche aufbaut. Die ein oder mehreren, von Substrat und Stempel aufgebauten Kapillare des mikrofluidischen Kapillarsystems weisen vorzugsweise eine Breite und Höhe im Bereich von jeweils 0,05 um bis 10,0 um, vorzugsweise 0,3 um bis 10,0 um, und eine Länge im Bereich von 0,1 um bis 1,5 cm auf, wie es durch die reliefartige Strukturierung bzw. Musterung der Stempeloberfläche vorgegeben wird. Bei einseitiger Aufbringung eines Flüssigkeitstropfens der Dispersion von Nanoröhren fließt diese dann durch Kapillarwirkung in die Hohlräume zwischen den Stempelvertiefungen und der planaren Substratoberfläche, ohne dass es der Verwendung von Pumpsystemen zur Verteilung der Nanoröhren-Dispersion bedarf.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nanoröhren vor Ausführen von Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Anlegen eines magnetischen Feldes orientiert werden. Ein solches Orientieren von Nanoröhren durch den Einfluss eines magnetischen Feldes ist beispielsweise in Fujiwwara et al., J. Phys. Chem. A 105, 4383 (2001), bekannt.
  • Wenn die Nanoröhren oxidierte Kohlenstoff-Nanoröhren sind, können diese vor Ausführen von Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens auch durch Anlegen einer elektrischen Spannung orientiert werden. Derartige oxidierte Kohlenstoff-Nanoröhren sind beispielsweise aus DE 100 38 124 A1 bekannt. Solche oxidierten Kohlenstoff-Nanoröhren können an der äußeren Wand chemisch geladene Gruppen, insbesondere Carboxylatgruppen, aufweisen. Die mit derartigen Oberflächenladungen versehenen Kohlenstoff-Nanoröhren werden dann von dem entsprechenden elektrischen Potential angezogen oder abgestoßen, wobei eine gerichtete Kraft auf die Kohlenstoff-Nanoröhren wirkt.
  • Nach Abscheidung der Dispersion wird das Lösungsmittel entfernt, beispielsweise durch Trocknen in einem Exsikkator gegebenenfalls unter Temperaturerhöhung, und anschließend der Stempel entfernt. Auf der planaren Oberfläche verbleiben die strukturiert aufgebrachten bzw. angeordneten Nanoröhren.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch der Aufbau mehrerer Ebenen durch Wiederholung der Verfahrensschritte (a) bis (e) möglich. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem nach einer ersten Durchführung der Verfahrensschritte (a) bis (e) diese Verfahrensschrittfolge ein oder mehrmals wiederholt wird, mit der Maßgabe, dass dann in Schritt (a) jeweils ein Stempel mit unterschiedlich gemusterter Reliefstruktur verwendet wird. Alternativ kann dies dadurch erreicht werden, indem nach einer ersten Durchführung der Verfahrensschritte (a) bis (e) diese Verfahrensschrittfolge ein oder mehrmals wiederholt wird, mit der Maßgabe, dass dann in Schritt (b) der Stempel auf das zuvor durch die Abscheidung der Nanoröhren bereits strukturierte Substrat dergestalt aufgebracht wird, daß die Nanoröhren in Schichten mit zueinander jeweils unterschiedlich gerichteter Anordnung, vorzugsweise in Schichten mit zueinander gekreuzter Anordnung, abgeschieden werden.
  • In besonders vorteilhafter Weise erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die vorbestimmte Abscheidung isolierter Nanoröhren auf planaren Oberflächen, wobei keine Pumpsysteme zur Verteilung notwendig sind, da das erfindungsgemäße Verfahren auf der Anwendung von Kapillarkräften beruht. Zudem erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die nachfolgende Orientierung der Nanoröhren sowie den Aufbau komplexer Strukturen durch Wiederholung der entsprechenden Verfahrensschrittfolge.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise ein elektronisches Bauelement liefern, umfassend ein Substrat, welches auf mindestens einer Oberfläche davon regelmäßig angeordnete, diskrete Strukturen von Nanoröhren in einer Breite im Bereich von 0,05 um bis 10,0 um und einer Länge im Bereich von 0,1 um bis 1,5 cm aufweist. Die Nanoröhren können dabei, bezogen auf die Röhrenachse, zueinander im Wesentlichen parallel orientiert bzw. ausgerichtet sein.
    •
  • Die vorliegende Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert.
  • Zunächst wurde ein Stempel durch Ausgießen eines vorbestimmten Masters mit Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt. Durch Erwärmung (1 Stunde bei 60°C) wurde das PDMS auf der strukturierten Oberfläche des Masters ausgehärtet. Anschließend wurde der oberflächenstrukturierte PDMS-Stempel rückstandslos vom Master entfernt. Um die Ausbreitung des Wassertropfens bzw. der Nanoröhren-Dispersion in den Kapillaren zu ermöglichen, wurde das PDMS vor dem Kontakt mit der planarm Oberfläche durch Anwenden eines Sauerstoffplasmas hydrophilisiert. Beim Kontaktieren des strukturierten PDMS-Stempels mit einem Si-Wafer als planares Substrat wird ein mikrofluidisches Kapillarsystem aus ein oder mehreren Kapillaren gebildet, das sich aus den Hohlräumen zwischen den Stempelvertiefungen und der planaren Substratoberfläche aufbaut (Kapillarenbreite: 0,35 bis 10,0 um, Kapillarenlänge: bis 1,5 cm). Diese Kanäle bzw. Kapillare füllten sich bei einseitiger Aufbringung eines Tropfens einer Dispersion von Kohlenstoff-Nanoröhren in DMF. Nach dem Trocknen der Flüssigkeit (12 Stunden im Exsikkator) wurde der strukturierte PDMS-Stempel entfernt. Die hergestellten Proben wurden mit Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht. Die 1 und 2 zeigen REM-Aufnahmen von Kohlenstoff-Nanoröhren, aufgebracht auf einen Si-Wafer.
  • In einer abweichenden Variante wurde eine Gleichspannung (2V) angelegt, um oxidierte Kohlenstoff-Nanoröhren, die mit negativen Ladungen durch Vorliegen von Carboxylatgruppen an den Außenwänden der mehrwandiger Nanoröhren versehen sind, zur Anode zu transportieren. In diesem Falle wurden die Kanäle bzw. Kapillare zunächst mit dest. Wasser gefüllt und anschließend eine derartige Kohlenstoff-Nanoröhren-Dispersion in DMF injiziert.

Claims (12)

  1. Verfahren zur gezielten Abscheidung von Nanoröhren auf planaren Oberflächen, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen eines Stempels aus elastomerem Material mit einer Reliefstruktur auf einer der Stempeloberflächen, (b) Aufbringen des Stempels auf ein planares Substrat dergestalt, dass Substrat und Stempel miteinander ein aus einer oder mehreren Kapillaren aufgebautes, mikrofluidisches Kapillarsystem mit mindestens einem Einlass und Auslass bilden, (c) Inkontaktbringen einer Dispersion von Nanoröhren mit mindestens einem Einlass des mikrofluidischen Kapillarsystems, so dass sich unter Ausnutzen der Kapillarkraft die Dispersion von Nanoröhren in dem mikrofluidischen Kapillarsystem unter Befüllen der ein oder mehreren Kapillare ausbreitet, (d) Trocknen der Dispersion von Nanoröhren und (e) Entfernen des Stempels.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nanoröhren Kohlenstoff-Nanoröhren, mit Bornitrid dotierte Kohlenstoff-Nanoröhren oder oxidierte Kohlenstoff-Nanoröhren sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Nanoröhren in einem polaren organischen Lösungsmittel dispergiert sind.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Substrat aus Silizium, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Glas oder Aluminiumoxid ausgewählt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das elastomere Material des Stempels aus Polydialkylsiloxanen Polyurethanen, Polyimiden und vernetzten Novolak-Harzen ausgewählt ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das elastomere Material des Stempels Polydimethylsiloxan ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Stempel vor Schritt (b) einer Hydrophilisierung, vorzugsweise durch Anwenden eines Sauerstoffplasmas, unterworfen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ein oder mehreren, von Substrat und Stempel aufgebauten Kapillare des mikrofluidischen Kapillarsystems eine Breite und Höhe im Bereich von jeweils 0,05 um bis 10,0 um, vorzugsweise 0,3 um bis 10,0 um, und eine Länge im Bereich von 0,1 um bis 1,5 cm aufweisen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin vor Schritt (d) die Nanoröhren durch Anlegen eines magnetischen Feldes orientiert werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin, wenn die Nanoröhren oxidierte Kohlenstoff-Nanoröhren sind, diese vor Schritt (d) durch Anlegen einer elektrischen Spannung orientiert werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin nach einer ersten Durchführung der Verfahrensschritte (a) bis (e) diese Verfahrensschrittfolge ein oder mehrmals wiederholt wird, mit der Maßgabe, dass dann in Schritt (a) jeweils ein Stempel mit unterschiedlich gemusterter Reliefstruktur verwendet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin nach einer ersten Durchführung der Verfahrensschritte (a) bis (e) diese Verfahrensschrittfolge ein oder mehrmals wiederholt wird, mit der Maßgabe, dass dann in Schritt (b) der Stempel auf das zuvor durch die Abscheidung der Nanoröhren bereits strukturierte Substrat dergestalt aufgebracht wird, daß die Nanoröhren in Schichten mit zueinander jeweils unterschiedlich gerichteter Anordnung, vorzugsweise in Schichten mit zueinander gekreuzter Anordnung, abgeschieden werden.
DE10217362A 2002-04-18 2002-04-18 Gezielte Abscheidung von Nanoröhren Expired - Fee Related DE10217362B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10217362A DE10217362B4 (de) 2002-04-18 2002-04-18 Gezielte Abscheidung von Nanoröhren
US10/413,505 US6866891B2 (en) 2002-04-18 2003-04-14 Targeted deposition of nanotubes
JP2003113542A JP2004042253A (ja) 2002-04-18 2003-04-18 ナノチューブの目標蒸着法および電子部品

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10217362A DE10217362B4 (de) 2002-04-18 2002-04-18 Gezielte Abscheidung von Nanoröhren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10217362A1 DE10217362A1 (de) 2003-11-13
DE10217362B4 true DE10217362B4 (de) 2004-05-13

Family

ID=29224559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10217362A Expired - Fee Related DE10217362B4 (de) 2002-04-18 2002-04-18 Gezielte Abscheidung von Nanoröhren

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6866891B2 (de)
JP (1) JP2004042253A (de)
DE (1) DE10217362B4 (de)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6723299B1 (en) * 2001-05-17 2004-04-20 Zyvex Corporation System and method for manipulating nanotubes
US20040034177A1 (en) 2002-05-02 2004-02-19 Jian Chen Polymer and method for using the polymer for solubilizing nanotubes
US6905667B1 (en) 2002-05-02 2005-06-14 Zyvex Corporation Polymer and method for using the polymer for noncovalently functionalizing nanotubes
US7479516B2 (en) 2003-05-22 2009-01-20 Zyvex Performance Materials, Llc Nanocomposites and methods thereto
US20050089638A1 (en) * 2003-09-16 2005-04-28 Koila, Inc. Nano-material thermal and electrical contact system
DE10344777B4 (de) * 2003-09-26 2006-04-27 Infineon Technologies Ag Stempelvorrichtung für Softlithografie und Verfahren zu deren Herstellung
JP4380282B2 (ja) * 2003-09-26 2009-12-09 富士ゼロックス株式会社 カーボンナノチューブ複合構造体の製造方法
DE102004005255B4 (de) * 2004-02-03 2005-12-08 Siemens Ag Verfahren zum Anordnen einer Leitungsstruktur mit Nanoröhren auf einem Substrat
DE102004035368B4 (de) * 2004-07-21 2007-10-18 Infineon Technologies Ag Substrat mit Leiterbahnen und Herstellung der Leiterbahnen auf Substraten für Halbleiterbauteile
US7296576B2 (en) 2004-08-18 2007-11-20 Zyvex Performance Materials, Llc Polymers for enhanced solubility of nanomaterials, compositions and methods therefor
US7776307B2 (en) * 2004-09-16 2010-08-17 Etamota Corporation Concentric gate nanotube transistor devices
US7462890B1 (en) 2004-09-16 2008-12-09 Atomate Corporation Nanotube transistor integrated circuit layout
US7345296B2 (en) 2004-09-16 2008-03-18 Atomate Corporation Nanotube transistor and rectifying devices
US7943418B2 (en) * 2004-09-16 2011-05-17 Etamota Corporation Removing undesirable nanotubes during nanotube device fabrication
KR100671234B1 (ko) * 2004-10-07 2007-01-18 한국전자통신연구원 전송매체를 이용한 통신장치 및 그 방법
US7348592B2 (en) 2004-11-29 2008-03-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Carbon nanotube apparatus and method of carbon nanotube modification
JP4925577B2 (ja) * 2004-11-30 2012-04-25 ナノフロンティアテクノロジー株式会社 Ｃｎｔの配向・パターニング固化複合体とその製造方法
US20060213957A1 (en) * 2005-03-26 2006-09-28 Addington Cary G Conductive trace formation via wicking action
US8033501B2 (en) * 2005-06-10 2011-10-11 The Boeing Company Method and apparatus for attaching electrically powered seat track cover to through hole seat track design
US7744793B2 (en) 2005-09-06 2010-06-29 Lemaire Alexander B Apparatus and method for growing fullerene nanotube forests, and forming nanotube films, threads and composite structures therefrom
US7850778B2 (en) * 2005-09-06 2010-12-14 Lemaire Charles A Apparatus and method for growing fullerene nanotube forests, and forming nanotube films, threads and composite structures therefrom
WO2007035838A2 (en) * 2005-09-21 2007-03-29 University Of Florida Research Foundation, Inc. Low temperature methods for forming patterned electrically conductive thin films and patterned articles therefrom
US8168495B1 (en) 2006-12-29 2012-05-01 Etamota Corporation Carbon nanotube high frequency transistor technology
US9806273B2 (en) * 2007-01-03 2017-10-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Field effect transistor array using single wall carbon nano-tubes
EP2111655A2 (de) * 2007-02-12 2009-10-28 Syddansk Universitet Speicherung und transfer organischer nanofasern
WO2009023304A2 (en) * 2007-05-02 2009-02-19 Atomate Corporation High density nanotube devices
WO2009088882A2 (en) * 2007-12-31 2009-07-16 Atomate Corporation Edge-contacted vertical carbon nanotube transistor
JP5723870B2 (ja) 2009-04-30 2015-05-27 ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファウンデーション，インク．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｆｌｏｒｉｄａ Ｒｅｓｅａｔｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ． 単層カーボンナノチューブを主材料とする空気極
RU2013132367A (ru) 2010-12-17 2015-01-27 Юниверсити Оф Флорида Рисеч Фаундэйшн, Инк. Окисление и генерирование водорода на углеродных пленках
WO2012138632A2 (en) 2011-04-04 2012-10-11 University Of Florida Research Foundation, Inc. Nanotube dispersants and dispersant free nanotube films therefrom
EP3071516A4 (de) 2013-11-20 2017-06-28 University of Florida Research Foundation, Inc. Kohlendioxidreduktion über kohlenstoffhaltige materialien

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1096533A1 (de) * 1999-08-18 2001-05-02 Lucent Technologies Inc. Herstellungsverfahren einer gemusterten Kohlenstoffnanoröhreschicht
US20020020841A1 (en) * 1998-06-16 2002-02-21 Ji Soon Ihm Carbon nanotube device
DE10038124A1 (de) * 2000-08-04 2002-02-21 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Binden einer mehrwandigen Nanoröhre auf einem Substrat und elektronisches Bauelement
US20020025374A1 (en) * 2000-08-23 2002-02-28 Lee Yun Hi Parallel and selective growth method of carbon nanotube on the substrates for electronic-spintronic device applications
WO2002054505A2 (en) * 2001-01-03 2002-07-11 International Business Machines Corporation System and method for electrically induced breakdown of nanostructures

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US125470A (en) * 1872-04-09 Improvement in oyster-baskets
US6753108B1 (en) * 1998-02-24 2004-06-22 Superior Micropowders, Llc Energy devices and methods for the fabrication of energy devices
US6555945B1 (en) * 1999-02-25 2003-04-29 Alliedsignal Inc. Actuators using double-layer charging of high surface area materials
US6723279B1 (en) * 1999-03-15 2004-04-20 Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation Golf club and other structures, and novel methods for making such structures
US6659598B2 (en) * 2000-04-07 2003-12-09 University Of Kentucky Research Foundation Apparatus and method for dispersing nano-elements to assemble a device
US6682677B2 (en) * 2000-11-03 2004-01-27 Honeywell International Inc. Spinning, processing, and applications of carbon nanotube filaments, ribbons, and yarns
JP3991602B2 (ja) * 2001-03-02 2007-10-17 富士ゼロックス株式会社 カーボンナノチューブ構造体の製造方法、配線部材の製造方法および配線部材

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020020841A1 (en) * 1998-06-16 2002-02-21 Ji Soon Ihm Carbon nanotube device
EP1096533A1 (de) * 1999-08-18 2001-05-02 Lucent Technologies Inc. Herstellungsverfahren einer gemusterten Kohlenstoffnanoröhreschicht
DE10038124A1 (de) * 2000-08-04 2002-02-21 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Binden einer mehrwandigen Nanoröhre auf einem Substrat und elektronisches Bauelement
US20020025374A1 (en) * 2000-08-23 2002-02-28 Lee Yun Hi Parallel and selective growth method of carbon nanotube on the substrates for electronic-spintronic device applications
WO2002054505A2 (en) * 2001-01-03 2002-07-11 International Business Machines Corporation System and method for electrically induced breakdown of nanostructures

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Bacholt et al., Science 294, pp. 1317 *
Fujiwara et al., J. Phys. Chem, A 105, pp. 4383 *
K.H. CHOI, u.a.: "Controlled deposition of carbon nanotubes....". In: Surface Science 462 (2000), S. 195-202 *
P.M. MORAN, u.a.: "Microscale lithography via channel stamping...". In: APL 74,9 (1999), S. 1332-1334 *
Xia et al., Angewandte Chemie, 1998, pp. 586 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004042253A (ja) 2004-02-12
DE10217362A1 (de) 2003-11-13
US6866891B2 (en) 2005-03-15
US20030228467A1 (en) 2003-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10217362B4 (de) Gezielte Abscheidung von Nanoröhren
DE102019121028B4 (de) Vorrichtungen mit Diamant-Nanokristallen mit NV-Farbzentren in CMOS-Schaltkreisen, Verfahren zu deren Herstellung und Trägermaterial zur Verwendung dafür
DE60029445T2 (de) Verfahren zur strukturierung von polymerschichten, und anwendung der verfahren
DE69524247T2 (de) Stempel für lithographie-verfahren
DE69721929T2 (de) Tunneleffektanordnung und verfahren zur herstellung
EP2144711B1 (de) Verfahren zum übertragen einer nanoschicht
EP1532851B1 (de) Herstellung organischer elektronischer schaltkreise durch kontaktdrucktechniken
DE112004001958T5 (de) Verfahren zum Sortieren von Kohlenstoffnanoröhren
WO2007017401A2 (de) Verfahren zur integration funktioneller nanostrukturen in mikro- und nanoelektrische schaltkreise
WO2004004025A2 (de) Verfahren zur kostengünstigen strukturierung von leitfähigen polymeren mittels definition von hydrophilen und hydrophoben bereichen
WO2010023227A1 (de) Verbessertes nanoimprint-verfahren
DE102008060645A1 (de) Leiterplatte mit ausgerichteten Nanostrukturen
DE19852543B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Nanometer-Strukturen, insbesondere für Bauelemente der Nanoelektronik
DE102018111220B3 (de) Verfahren zum Herstellen einer Atomfalle sowie Atomfalle
DE10344777B4 (de) Stempelvorrichtung für Softlithografie und Verfahren zu deren Herstellung
WO2019180031A1 (de) Verfahren zur herstellung und verwendung eines substrats mit einer funktionalisierten oberfläche
DE112008001153B4 (de) Verfahren zum Bilden einer Halbleiterstruktur
DE102008051159B4 (de) Herstellung von Kreuzstrukturen von Nanostrukturen
DE102004051662B3 (de) Verfahren zur Herstellung von Submikronstrukturen
DE102018209024B4 (de) Vorrichtung mit einer von einer Rahmenstruktur begrenzten Funktionsstruktur und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102006016276B3 (de) Verfahren zum Aufbringen von Lotpartikeln auf Kontaktflächen sowie hierfür geeignete Lotpartikel und Bauteile mit Kontaktflächen
DE19949993C1 (de) Verfahren zur Oberflächenstrukturierung
DE112013001196B4 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur Positionierung von Nanoobjekten
DE19907621B4 (de) Ätzmaskierung
EP3233718B1 (de) Verfahren zur herstellung eines mit nanodrähten strukturierten substrats, hergestelltes substrat und verwendung des substrats

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE

Owner name: POLARIS INNOVATIONS LTD., IE

Free format text: FORMER OWNER: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: POLARIS INNOVATIONS LTD., IE

Free format text: FORMER OWNER: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 85579 NEUBIBERG, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee