用于定位具有縱橫比的納米對象的方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術特別涉及用于在表面上定位納米對象(20)的裝置和方法。該方法包括：提供(S10-S50)包括面對面的第一表面(15)和第二表面(17)的兩個表面(15、17)，其中所述兩個表面的至少一個表面展現具有在納米級尺寸的一個或者多個定位結構(16、16a)；以及在所述兩個表面之間的所述納米對象的離子液體懸浮物(30)，所述懸浮物包括兩個雙電層，每個所述雙電層被形成在與所述兩個表面的相應表面的界面處，所述兩個表面的所述電表面電荷具有相同符號；以及根據由所述兩個表面的所述電荷產生的勢能(31)使(S60)在所述懸浮物中的納米對象(20)定位，并且根據所述定位結構通過向所述第一表面偏移所述勢能的最小值(32)而在所述第一表面上沉積(S70)所述納米對象的一個或者多個納米對象。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于定位具有縱橫比的納米對象的方法和裝置
本專利技術總體涉及用于定位納米對象的方法和裝置的領域。
技術介紹
球、棒或線等形式的納米對象(即，尺寸在1納米和100納米之間的納米級對象或納米粒子)的受控合成已經導致了許多科學研究領域內的各種應用。自下而上的合成導致了單晶納米粒子并且實現了多部件結構的制造。其結構特性與其自上而下制造的配對物相比通常提供顆粒的獨特或優越的性能。如果相對于襯底上的相鄰顆粒或其它功能結構精確放置和對準將是可能的，則例如在集成器件中的一系列應用可能就是可用的。理想地，期望的是利用在納米粒子直徑的量級(典型地為5納米-50納米)上的放置精確度，以高堆積密度同時獲得精確放置和對準二者，這是迄今為止未解決的挑戰。
技術實現思路
根據第一方面，本專利技術體現為用于在表面上定位納米對象的方法，該方法包括：提供：包括面對面的第一表面和第二表面的兩個表面，其中兩個表面的至少一個表面展現具有在納米級尺寸的一個或者多個定位結構；以及在兩個表面之間的納米對象的離子液體懸浮物，懸浮物包括兩個雙電層，每個雙電層被形成在與兩個表面的相應表面的界面處，兩個表面的電表面電荷具有相同符號；以及根據由兩個表面的電荷產生的勢能使在懸浮物中的納米對象定位，并且根據定位結構通過向第一表面偏移勢能的最小值而在第一表面上沉積納米對象的一個或者多個納米對象。在實施例中，沉積包括減小表面之間的距離，由此勢能的最小值被朝向第一表面偏移。距離優選地被減小到小于200納米，更優選地小于100納米。有利地，提供的兩個表面被設計為具有非對稱電荷，由此兩個表面的每一個表面展現相同電荷符號并且第二表面具有比第一表面更高的電荷。優選地，提供的納米對象具有縱橫比，優選地高于2:1，更優選地高于5:1；提供的定位結構包括平行于第一平面的平均平面或者第二表面的平均平面延伸的一個或者多個槽；以及根據勢能使納米對象定位進一步包括根據勢能使納米對象定向。根據實施例，提供的第一表面是可移除材料層的表面，可移除材料層設置在襯底上并且優選地包括諸如聚苯二醛之類的聚合物。優選地，方法進一步包括，在提供兩個表面之前，優選地通過熱掃描探針光刻技術在可移除材料層中產生定位結構。在優選實施例中，方法進一步包括，在沉積納米對象之后，移除可移除材料以向襯底轉移沉積在第一表面上的一個或者多個納米對象。在實施例中，移除可移除材料包括蒸發可移除材料，其中可移除材料優選地是聚合物，聚合物在高于該聚合物的上限溫度的溫度被蒸發。優選地，方法進一步包括，在移除可移除材料之后，在沉積的納米對象的頂部提供新材料層并且重復如下步驟：提供兩個表面和離子液體懸浮物；使納米對象定位；以及沉積，其中兩個表面現在包括作為新第一表面的新材料層的表面。在實施例中，方法進一步包括，在提供表面之前，向襯底上沉積可移除材料，并且沉積可移除材料優選地包括向襯底上旋涂聚苯二醛薄膜。在變型中，沉積可移除材料包括，向襯底以及襯底上的諸如電極或焊盤之類的一個或者多個預先存在的結構二者上，沉積可移除材料。優選地，方法進一步包括，向兩個表面之間的間隙中和/或從兩個表面之間的間隙拖動例如基于水的懸浮物的納米對象的懸浮物，間隙優選地小于200納米，并且其中拖動優選地通過毛細管力和/或電泳力進行。根據實施例，沉積納米對象包括減小表面之間的距離，由此勢能的最小值被朝向第一表面偏移，并且減小表面之間的距離包括相對于第二表面垂直于兩個表面的一個表面的平均平面移動第一表面，并且其中第二表面優選地包括定位結構的一個或者多個定位結構。優選地，提供的第二表面相對于第一表面是傾斜的，并且沉積納米對象包括減小表面之間的距離，由此勢能的最小值被朝向第一表面偏移，其中減小距離包括平行于第一表面的平均平面相對于第二表面移動第一表面。根據另一方面，本專利技術體現為被適配用于執行根據上面實施例的任何一個實施例的方法的裝置，該裝置包括：面對面的兩個表面：第一表面和第二表面，其中兩個表面的至少一個表面具有在納米級尺寸的定位結構；在兩個表面之間的納米對象的離子液體懸浮物，懸浮物包括兩個雙電層，每個雙電層被形成在與兩個表面的相應表面的界面處，兩個表面的電表面電荷具有相同符號；以及被耦合到第一表面和/或第二表面的定位裝置，該定位裝置被配置為在操作時相對于第二表面移動第一表面。現將通過非限制性的示例并參照附圖來描述體現本專利技術的方法和裝置。附圖說明圖1至圖6是示出根據實施例的用于定位納米對象的方法的步驟的示意性3D視圖；圖7是示出根據實施例的納米對象定位方法的步驟的精確順序的流程圖；圖8至圖10是如在實施例中可獲得的納米對象實現示例的示意性3D視圖；圖11是適用于實現根據實施例的方法的裝置的示例；圖12示出兩個圖，示出：如在實施例中涉及的在兩個非對稱電荷表面(頂部)之間的估計靜電勢，以及根據接近距離(底部)變化的勢壘；以及圖13和圖14是示出如在圖1至圖6的方法的變型中所涉及的步驟的示意性3D視圖。為如下描述的清楚起見，附圖被特意選擇為計算機輔助設計的3D視圖。為了簡明，未附上實驗圖像和結果；它們將被發表在隨后的科學出版物中。具體實施方式本專利技術人已經構思了能夠在選擇的目標襯底上的期望位置處精確定向并放置(帶電的)納米對象的新方法。本方法僅依靠限制表面和液體、可能還有粒子的電荷，這允許范圍從微米長的納米線一路下降到DNA和蛋白質的廣范圍粒子的放置。更具體而言，粒子可能是中性的或帶電的電介質或金屬等等。這些方法有利地通常應用于高縱橫比的如納米線的納米粒子，打開了一種利用這些復雜的自下而上派生的對象的功能的方式。它們可以與實現了器件集成的襯底上的現有結構對準。該方法并行工作并且可以獲得高吞吐量值。此外，定位步驟可以在已經組裝的項的頂部被重復以建立復雜的三維(或者3D)功能電路。如下描述被構造如下。首先，描述總體實施例和高級變型(第1節)。下一節論述了特定實施例(第2節)。隨后討論應用(第3節)。裝置的特定示例是第4節的主題。最后，在第5節論述了技術實現細節。1.總體實施例及高級變型總體參照圖1至圖7并且具體地參照圖3，首先描述本專利技術的一個方面，該方面關注于用于在表面上在期望位置并且可能地以期望方向定位納米對象20。首先使用兩個表面15、17，即面對面放置的第一表面15和第二表面17。所述表面的至少一個表面(例如表面15)展現了定位結構16。在變型中，可以為其它表面17或者兩個表面提供這種結構。所述定位結構具有在納米級的尺寸，即，其至少一個特征尺寸(例如，直徑或主要長度)在1納米和100納米之間。第二，納米對象的離子液體懸浮物30被限制在表面15和表面17之間。離子液體例如可以是基于水的懸浮物，被拖進表面15和表面17之間的間隙。該間隙優選地小于200納米。拖動液體例如可以通過毛細管力和/或電泳力來執行。在各種變型中，可以在所述兩個表面之間擠壓液體微滴，等等。重要的是，表面和液體被設計為使得懸浮物包括兩個雙電層(或EDL，也稱作雙層)。EDL的每個EDL在具有相應表面的界面處被形成。由于涉及的兩個表面液體界面，出現兩個EDL系統。EDL本身是已知的，并且在過去十年中是許多研究論文的主題。當被放置為與液體接觸時，EDL出現在對象(固體對象或粒子，或者甚至是液體微滴)的表面處。“雙層”是指本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于在表面上定位納米對象(20)的方法，所述方法包括：提供(S10?S50)：包括面對面的第一表面(15)和第二表面(17)的兩個表面(15、17)，其中所述兩個表面的至少一個表面展現具有在納米級尺寸的一個或者多個定位結構(16、16a)；以及在所述兩個表面之間的所述納米對象的離子液體懸浮物(30)，所述懸浮物包括兩個雙電層，每個所述雙電層被形成在與所述兩個表面的相應表面的界面處，所述兩個表面的所述電表面電荷具有相同符號；以及根據由所述兩個表面的所述電荷產生的勢能(31)使(S60)在所述懸浮物中的納米對象(20)定位，并且根據所述定位結構通過向所述第一表面偏移所述勢能的最小值(32)而在所述第一表面上沉積(S70)所述納米對象的一個或者多個納米對象。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.04.30 GB 1207463.91.一種用于在表面上定位納米對象(20)的方法，所述方法包括：提供(S10-S50)：包括面對面的第一表面(15)和第二表面(17)的兩個表面(15、17)，其中所述兩個表面的至少一個表面展現具有在納米級尺寸的一個或者多個定位結構(16、16a)；以及在所述兩個表面之間的所述納米對象的離子液體懸浮物(30)，所述懸浮物包括兩個雙電層，每個所述雙電層被形成在與所述兩個表面的相應表面的界面處，所述兩個表面的電表面電荷具有相同符號；以及根據由所述兩個表面的所述電荷產生的勢能(31)使(S60)在所述懸浮物中的納米對象(20)定位，并且根據所述定位結構通過向所述第一表面偏移所述勢能的最小值(32)而在所述第一表面上沉積(S70)所述納米對象的一個或者多個納米對象。2.根據權利要求1所述的方法，其中沉積所述納米對象包括減小(S70)所述表面之間的距離(d)，由此所述勢能的最小值(32)被朝向所述第一表面偏移。3.根據權利要求2所述的方法，其中所述距離被減小到小于200納米。4.根據權利要求2所述的方法，其中所述距離被減小到小于100納米。5.根據權利要求1所述的方法，其中提供的所述兩個表面被設計為具有非對稱電荷，由此所述兩個表面的每一個表面展現相同電荷符號并且所述第二表面具有比所述第一表面更高的電荷。6.根據權利要求1所述的方法，其中：提供的所述納米對象(20)具有縱橫比；提供的所述一個或者多個定位結構包括平行于所述第一表面的平均平面(15a)或者所述第二表面的平均平面(17a)延伸的一個或者多個槽(16，16a)；以及根據所述勢能使納米對象定位進一步包括根據所述勢能使所述納米對象定向。7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述縱橫比高于2：1。8.根據權利要求6所述的方法，其中，所述縱橫比高于5：1。9.根據權利要求1所述的方法，其中提供的所述第一表面(15)是可移除材料層(14)的表面，所述可移除材料層(14)設置在襯底(11)上。10.根據權利要求9所述的方法，其中所述可移除材料層包括聚合物。11.根據權利要求9所述的方法，其中所述可移除材料層包括聚苯二醛。12.根據權利要求9所述的方法，其中所述方法進一步包括在提供表面之前，通過熱掃描探針光刻技術在所述可移除材料層中產生(S40)所述定位結構。13.根據權利要求9至12中任一項所述的方法，其中所述方法進一步包括，在沉積所述納米對象之后，移除(S90)所述可移除材料以向所述襯底轉移沉積在所述第一表面上的一個或者多個納米對象。14.根據權利要求13所述的方法，其中移除所述可移除材料包括蒸發(S40)所述可移除材料，其中所述可移除材料層包括聚合物，所述聚合物在高于所述聚合物的上...

【專利技術屬性】
技術研發人員：U·T·迪里格，F·霍爾茲納，A·W·諾爾，W·H·里斯，
申請(專利權)人：國際商業機器公司，
類型：發明
國別省市：美國;US