(57)【要約】  本発明は基板（１７）上に少なくとも１つのナノ構造体（９）を形成する方法に関する。この方法においては、電極がそれぞれ突出している電極領域を有し、電極領域は電極側とは反対側に端部（５）を備えており、隣接する端部（５）がそれぞれ周波数により時間的に変化する電位差を形成するように１つのラインに沿って配置されている、少なくとも１つのマルチ電極構造（１１）が基板（１７）上に形成され、例えばナノチューブ、ナノワイヤおよび／またはカーボンナノチューブのようなナノオブジェクト（３）を有する懸濁液が生成され、懸濁液がそれぞれ隣接する端部（５）間において基板（１７）上に移され、隣接する端部（５）間においてラインに沿って、それぞれ行われる誘電泳動により別個のナノオブジェクトクラスタ（７）が析出され、端部（５）の領域においてナノオブジェクトクラスタ（７）がそれぞれ統合されてナノ構造体（９）が形成される。
2009504421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１７）上に少なくとも１つのナノ構造体（９）を形成する方法において、
−電極がそれぞれ突出している電極領域を有し、該電極領域は前記電極側とは反対側に端部（５）を備えており、隣接する端部（５）がそれぞれ周波数により時間的に変化する電位差を形成するように１つのラインに沿って配置されている、少なくとも１つのマルチ電極構造（１１）を前記基板（１７）上に形成し、
−例えばナノチューブ、ナノワイヤおよび／またはカーボンナノチューブのようなナノオブジェクト（３）を有する懸濁液を生成し、該懸濁液をそれぞれ隣接する端部（５）間において前記基板（１７）上に移し、
−隣接する前記端部（５）間において前記ラインに沿って、それぞれ行われる誘電泳動により別個のナノオブジェクトクラスタ（７）を析出し、
−前記端部（５）の領域において前記ナノオブジェクトクラスタ（７）をそれぞれ統合して前記ナノ構造体（９）を形成することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記突出している電極領域は電極フィンガ（２１）である、および／または、２つの電極（１ａ，１ｂ）を形成している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記マルチ電極構造（１１）の前記端部（５）の経過により前記ナノ構造体（９）の形状を決定する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記ラインを分岐し、分岐されたナノ構造体（９）を形成する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ナノ構造体（９）をマイクロ電気回路ないし回路網および／またはナノ電気回路ないし回路網に集積されているマルチ電極構造（１１）を用いてマイクロ電気回路ないし回路網および／またはナノ電気回路ないし回路網に集積する、請求項１から４までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項６】
前記ナノ構造体（９）を構造化および／または接触および／または形態学的に変更する、請求項１から５までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項７】
前記懸濁液の電気的な特性および／または周波数を適切に選択することにより導体的および／または半導体的および／または混合導体的なナノオブジェクトクラスタ（７）および／または相応のナノ構造体（９）を形成する、請求項１から６までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項８】
前記基板（１７）に設けられているマルチ電極構造（１１）の上に誘電層（２３）を配置し、該誘電層（２３）の上に前記ナノ構造体（９）を形成し、必要に応じて取り除き、他の基板に取り付ける、請求項１から７までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項９】
隣接する端部（５）の短い間隔により、必要とされる電位差を小さく維持する、請求項１から８までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項１０】
電位の電極は前記基板（１７）を介して容量的に所属の電位源と結合されている、請求項１から９までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項１１】
個々の電位の電極を相互に依存せずに制御する、請求項１から１０までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項１２】
電極は前記基板（１７）に埋め込まれている、および／または、前記基板（１７）の該電極側とは反対側と該基板（１７）を介して接触している、請求項１から１１までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項１３】
前記電極（１，１ａ，１ｂ，１３，１５）をプレーナ技術で形成する、および／または、段階的に接触させる、請求項１から１２までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項１４】
前記ナノ構造体（９）の形成後に前記マルチ電極構造（１１）を選択的に除去する、請求項１から１３までのいずれか１項または複数項記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から８および１４のうちのいずれか１項または複数項記載の方法により形成されることを特徴とするナノ構造体（９）。
【請求項１６】
請求項９から１３までのいずれか１項または複数項記載の方法により形成されることを特徴とするマルチ電極構造（１１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載されている方法に関する。
【０００２】
例えばカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）および他のナノチューブもしくはナノワイヤのようなナノオブジェクト電気的、光学的および機械的な特性は際立っており、これらの特性をエレクトロニクス、センサテクノロジ、マイクロ／ナノメカニックスおよびマイクロ／ナノシステムテクノロジにおける多数の用途に使用することができる。ナノチューブもしくはナノワイヤまたは一般的にナノオブジェクトを個別に、もしくは束として所期のように基板に位置決め、固定および接触することが必要とされる。また多くの用途に関して、導体的または半導体的な管を形成することが必要とされるが、それらの管はそのために使用されるナノチューブもしくはナノワイヤよりも長いものである。
【０００３】
さらには、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を製造するための従来技術から公知の方法では金属的なナノチューブと半導体的なナノチューブの混合物が生じるので、金属的なナノチューブか半導体的なナノチューブを必要とするモジュールの効率が損なわれる。
【０００４】
基板にナノオブジェクトを形成するために従来技術から公知の種々の方法が使用されている。例えば、構造化された触媒に（例えばシリコンからなる）カーボンナノチューブまたはナノワイヤをIn-Situ法により成長させる方法がある。この場合、基板は少なくとも５００℃の温度で加熱されなければならない。このために必要とされる温度は非常に高い。従来技術から公知の別の方法は、基板上におけるナノチューブないしナノワイヤまたは同等のナノオブジェクトの不特定の析出を基礎としている。続いてそれらのオブジェクトが局所化および接触される。この方法は、数ナノスケールのオブジェクトの実験的な試みにしか適していない。従来技術から公知の別の方法によれば、官能基を用いて変性されたナノオブジェクトが相補的に官能化された表面に析出され、フローセルを用いて配向される。
【０００５】
従来技術からの公知の方法は、個々のナノオブジェクトの長さの何倍もの長い区間の架橋および分岐した構造の構築が非常に困難であるという欠点を有する。
【０００６】
したがって本発明の課題は、個々のナノオブジェクトの長さの何倍もの長さを有する、および／または、そのような長さに分岐されているナノ構造体が簡単且つ高速で多面的なやり方で形成される、基板上にナノオブジェクトを形成する方法を提供することである。殊に、形成されたナノ構造体は従来の構造様式の複雑な回路網に集積することができるべきである。
【０００７】
この課題は、請求項１に記載されている方法によって解決される。従属請求項には有利な実施形態が記載されている。
【０００８】
本方法の特別な特徴はマルチ電極構造を使用することであり、このマルチ電極構造では電極がそれぞれ突出している電極領域を有し、これらの電極領域は電極側とは反対側に端部を備えている。これらの端部は１つのラインに沿って、隣接する端部が周波数によって時間的に変化する電位差をそれぞれ形成するように配置されている。
【０００９】
本発明によればナノオブジェクト、例えばナノチューブないしナノワイヤが最初に有機溶媒、例えば表面活性剤またはデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）を用いて、もしくは化学的な官能化の後に安定または準安定な懸濁液に変換される。この形態でナノオブジェクトは基板上に配置されている電極構造ないし基板上に配置されているマルチ電極構造に水滴としてまたは連続的に流されて移される。
【００１０】
本発明によれば、ナノオブジェクト、例えばナノチューブないしナノワイヤがナノ構造体を形成するために、特別に設計された電極構造ないしマルチ電極構造における誘電泳動により析出される。従来、誘電泳動の方法は生物学的な細胞および金属クラスタのマニピュレーションに対して使用されている。個々の電極の隙間における例えばカーボンナノチューブの析出は最適化されるべきである。本発明によれば、ナノオブジェクトからなる長くて分岐した構造体が構築される。時間的に変化する電位を電極に印加することによって不均質な電界が生じる。懸濁液媒体、殊に１０3〜１０9Ｖｍ-1の電位、また殊に数ｋＨｚから数ＧＨｚの電界周波数が所期のように選択されている場合、ナノオブジェクトは電界の勾配の方向すなわち電極に向かって引き寄せられる。
【００１１】
突出している電極領域の隣接する端部間には先ず、相互に依存せずに別個のナノオブジェクトクラスタが誘電泳動によって析出される。ナノオブジェクトクラスタは共通して析出された複数のナノオブジェクトから形成される。これらのナノオブジェクトクラスタは所定の析出時間後に端部の領域において少なくとも１つのナノ構造体に統合される。ナノオブジェクトクラスタの成長は殊に、時間的に変化する電位差を形成する隣接する端部の最短間隔の区間に沿って行われる。有利な実施形態によれば、突出している電極領域は電極フィンガである。電極フィンガの先端は端部を形成する。
【００１２】
別の有利な実施形態によれば、マルチ電極構造は電極を２つだけ有する。
【００１３】
有利な実施形態によれば、マルチ電極構造の配置構成もしくはマルチ電極構造の設計により、形成されるナノ構造体の形状が確定される。
【００１４】
例えば連続する端部を分岐させることにより、相応に分岐されたナノ構造体を形成することができる。
【００１５】
別の有利な実施形態によれば、形成されたナノ構造体を簡単なやり方でマイクロおよび／またはナノ電気回路ないし回路網に集積することができる。したがって本方法は従来の構造化プロセスと互換性がある。例えばポストＣＭＯＳ互換性がある。
【００１６】
別の有利な実施形態によれば、形成されたナノ構造体が付加的に構造化および／または接触および／または形態学的に変更される。このことはナノ構造体の目的に応じて行われる。
【００１７】
別の有利な実施形態によれば、懸濁液の電気的な特性および／または周波数を適切に選択することにより導体的および／または半導体的および／または混合導体的なナノオブジェクトおよび／またはそれにより形成されるナノ構造体が得られる。
【００１８】
別の有利な実施形態によれば、基板上に取り付けられたマルチ電極構造の上に誘電層が配置され、この誘電層上にナノ構造体を形成することができる。このナノ構造体を誘電層から取り除き、別の基板に取り付けることができる。
【００１９】
別の有利な実施形態によれば、隣接する端部の間隔を適切に選択することによって、必要とされる電位差を小さく維持することができる。この際、必要とされる電位差により個々の端部間のナノ構造体の完全な析出が実現されるべきである。
【００２０】
別の有利な実施形態によれば、電位の電極が基板を介して容量的に所属の電位源と結合される。したがって周波数に依存する電流は、ナノオブジェクトないしナノオブジェクトクラスタによって生じる第１の突出している電極領域ないし第１の電極フィンガの短絡後に制限される。
【００２１】
別の有利な実施形態によれば、個々の電位の電極を相互に依存せずに制御することができる。
【００２２】
別の有利な実施形態によれば、電極が基板内に埋め込まれている、および／または、基板のこの電極側とは反対側と基板を介して接触している。このようにして、形成されたナノ構造体は電極の領域においても平坦且つ直接的に基板上に載置されている。
【００２３】
別の有利な実施形態によれば、電極はプレーナ技術で形成される、および／または、段階的に接触される。プレーナ技術の方法は公知である。殊に、いわゆる「ＳｉＰＬＩＴ技術」が挙げられる（例えば特許明細書DE 10147935.2を参照されたい）。したがって確実な接続およびナノ構造体形成に適合された接触が実現される。別の有利な実施形態によれば、マルチ電極構造ないし個々の電極領域が選択的に取り除かれる。このようにして有利にはナノオブジェクトないしナノオブジェクトクラスタによって生じる短絡を除去することができる。
【００２４】
以下では本発明を図面に示した実施例に基づき詳細に説明する。ここで、
図１は、ナノ構造体の形成と関連する誘電泳動による析出の本発明による原理を示す。
図２は、本発明によるマルチ電極構造の第１の実施例を示す。
図３は、本発明によるマルチ電極構造の第２の実施例を示す。
図４は、本発明によるマルチ電極構造の第３の実施例を示す。
図５は、本発明によるマルチ電極構造の第４の実施例を示す。
図６は、ナノ構造体を形成するための装置の別の実施例を示す。
【００２５】
図１は、誘電泳動による析出の原理を示す。電極１（平行線が引かれている領域）間に示されている黒く塗られた領域は析出されたナノオブジェクト３、例えばカーボンナノチューブから構成されており、このカーボンナノチューブは電極１の間隔に応じて個別にもしくは隣接して配置されており、電極の隙間を架橋する。カーボンナノチューブのより詳細な配置構成は右側に拡大して示されている。一方の電極１はアース電位であり、他方の電極１には交流電圧源を用いて時間的に変化する電位が印加されている。
【００２６】
図２は電極フィンガ２１の先端によって形成される連続した端部５を示し、これらの端部５の間には相互に独立した別個のナノオブジェクトクラスタ７が析出される。端部５は電極側とは反対側の端部５から突出している電極領域である。この突出している電極領域を電極フィンガ２１として提供することができる。この実施例に示されている電極構造ないしマルチ電極構造１１により、無制限の長さのナノ構造体９を例えばナノオブジェクト３の形を有するレーンの形で構築することができる。例えば上側の電極１ａは高い電位であり、他方では下側の電極１ｂはアース電位である。電極１ａおよび１ｂは電極フィンガ２１を有する。これらの電極フィンガ２１の先端は端部５に対応する。２つの隣接する端部５間の区間の領域にナノオブジェクト３ないしナノオブジェクトクラスタ７が析出される。このマルチ電極構造１１の利点は、ナノオブジェクト３を析出するために必要とされる電圧を制限できることである。端部５間の間隔が短いことによって、適度な電圧においても析出のために必要とされる電界強度が達成される。
【００２７】
図３は有利なマルチ電極構造１１の第２の実施例を示す。この実施例によれば、上側の単一部品電極１５に対する個々の対向電極１３が製造の際に連続的に接触され、アース電位源と電気的に接続される。個々の対向電極１３をこのようにして相互に依存せずに制御することができる。関連付けられたユニットとして、したがって単一部品電極１５として構成されている上側の電極１５は信号電位である。信号電位は電圧源によって図１に応じて形成される。電極１を例えばシリコンベースでプレーナ技術により製造することができる。これらの電極１３を漸次的に接触させることができる。漸次的な接触により、ナノオブジェクト３ないしナノオブジェクトクラスタ７を電極１３と１５との間に連続的に析出することができる。すなわち、ナノオブジェクト３ないしナノオブジェクトクラスタ７の同時的な析出は行われない。変形形態によれば、「埋め込まれている」および／または裏面と貫通接触している電極を構成することができ、ナノオブジェクト３はあらゆる所で、しかも電極の近傍において直接的に基板１７上に存在する。したがって、電極の近傍および電極１３ないし１５においてナノ構造体９が「増大すること」もしくは「厚みを増すこと」は回避される。
【００２８】
第３の実施例によれば、いわゆる「浮いた」電極を使用することができ、これらの浮いた電極は容量的に電位に結合されている。
【００２９】
図４におけるマルチ電極構造１１によれば、図２と関連させて既に説明したように、ナノオブジェクト３からなる長いレールを構築することができる。ここに図示されている上側の電極１ａはやはり高い電位であり、他方ではここに図示されている下側の電極１ｂは基板１７を介する容量性結合によりアース電位１９である。アース電位への電極の容量性結合により、マルチ電極構造１１の第１の電極フィンガ２１の短絡後に周波数に依存して電流が制限される。
【００３０】
図５はマルチ電極構造１１の第４の実施例を示す。電極構造１１の電極フィンガ１９は、ナノオブジェクト３からなる分岐されたレールを構築できるように配置されている。すなわち、適切な設計によって、ナノオブジェクト３からなる分岐されたナノ構造体９を、殊にレールの形で実現することができる。このようにして形成されたナノオブジェクト３からなるナノ構造体９をフォトリソグラフィにより構造化し、金属接触させるか形態学的に、例えば化学的または物理的なエッチングプロセスによって変えることができる。マルチ電極構造１１を析出の終了後に選択的に除去することができ、これにより電極１の短絡が回避される。ナノ構造体９は隣接する端部５間の別個のナノオブジェクトクラスタ７の析出および端部５の領域において行われるナノオブジェクトクラスタ７との一体化により形成される。ここで説明するナノ構造体９のさらなる処理は全ての実施例において可能である。
【００３１】
図６はマルチ電極構造１１を形成するための別の実施例を示す。この実施例によれば、マルチ電極構造１１は、無機または有機の薄い誘電体によってコーティングされている。このようにして均質且つ平坦な表面がマルチ電極構造１１の上に形成される。これによりナノ構造体９の簡単な剥離、しかも単独での剥離もしくは誘電体２３と一緒の剥離が達成される。
【００３２】
このようにしてナノ構造体９を別の基板にプリントすることができる。このプリントを例えばスタンプ処理によって行うことができる。スタンプ処理においては、基板上に配置されているマルチ電極構造１１がマスタスタンプとして使用され、その基板上にその都度ナノ構造体９が形成され、ナノ構造体９の形成後にその都度別の基板にプリントされる。すなわちこの種の誘電体コーティング部２３により、析出されたナノ構造体９の簡単な剥離、もしくは目的の基板へのプリントが達成され、その都度マルチ電極構造１１を再利用することができる。
【００３３】
さらに、図６による誘電体コーティング部２３は電極の隙間を架橋する際のナノオブジェクトクラスタ７ないしナノ構造体９による電極１の短絡を阻止する。マルチ電極構造１１を同様に基板１７上において直接的に使用することもできる。すなわち、マルチ電極構造を薄い誘電体２３によって部分的にコーティングすることによって、電極１とナノオブジェクト３が直接的に接触することを阻止することができる。このようにして、電極の隙間を架橋する際の短絡が阻止される。
【００３４】
全ての実施例において、また本発明により、電界周波数および懸架液媒体の電子的な特性を適切に選択することによって、ナノ構造体３が混合物として存在する場合には、所定のナノ構造体３を選択的に析出することができる。このようにして、例えば金属的なカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を同様に半導体的なＣＮＴを含有する懸濁液からマルチ電極構造１１において析出することができる。このようにして、もっぱら金属的なカーボンナノチューブからなるナノ構造体９を例えばレールの形で製造することができる。
【００３５】
本発明の重要な利点は、本発明による方法とマイクロエレクトロニクスの従来の構造化方法との互換性、殊に、４５０℃を遥かに下回る温度でのプロセスに基づいたポストＣＭＯＳ互換性である。本発明により、ナノオブジェクトクラスタ７ないしナノ構造体９を複雑な回路網において多面的且つ高速に位置決めおよび／または形成することができ、またそれらの固有の長さを越える距離にわたる配向を実現することができる。ナノオブジェクト３およびナノオブジェクトクラスタ７を析出するために最大限必要とされる電圧は、電極間隔が短いもしくは端部５間の間隔が短いマルチ電極構造１１を提供することによって低減される。ナノ構造体９を任意の経過および／または形状で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ナノ構造体の形成と関連する誘電泳動による析出の本発明による原理を示す。
【図２】本発明によるマルチ電極構造の第１の実施例を示す。
【図３】本発明によるマルチ電極構造の第２の実施例を示す。
【図４】本発明によるマルチ電極構造の第３の実施例を示す。
【図５】本発明によるマルチ電極構造の第４の実施例を示す。
【図６】ナノ構造体を形成するための装置の別の実施例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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