CN104508825A - 制造适于转移到非晶体层的结构的方法以及利用所述方法制造的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造适于转移到非晶体层的结构的方法。所述方法包括以下步骤：提供具有晶体取向的衬底；在所述衬底上提供多个细长纳米结构（纳米线），所述纳米结构从衬底延伸，从而使得由每一个纳米结构的细长轴与衬底的表面法线定义的角度小于55度；沉积至少一个材料层，从而使得由所述材料覆盖衬底的至少被暴露出的区段；去除衬底，从而使得沉积层变为最底层；以及暴露出所述多个纳米结构当中的相应纳米结构的至少末端。本发明还涉及利用所述方法制造的结构。

Description

制造适于转移到非晶体层的结构的方法以及利用所述方法制造的结构
技术领域
本公开内容涉及一种制造包括细长纳米结构并且适于转移到非晶体层的结构的方法，以及利用所述方法制造的结构。
背景技术
纳米线是具有纳米尺寸的直径（通常小于500nm）并且通常表现出大约10或更大的长宽比（长度与宽度比值）的细长结构。纳米线的属性可以允许在太阳能电池和发光二极管中更加高效地使用各种材料。这方面在申请人自己的美国专利申请2010/0186809以及已授权美国专利8227817和8183587中做了公开。此外，如在申请人的已授权美国专利7335908中所公开的那样，小尺寸允许灵活地使用在块体材料（bulk material）中不可用的异质结构和材料组合。在这些尺度下，量子力学效应是重要的。其结果是，纳米线以及与之类似的结构具有在块体或3-D材料中所不存在的许多有趣的属性。这是因为纳米线中的电子受到横向量子限制，并且因此其所占据的能级不同于在块体材料中所找到的传统的能级或能带的连续区（continuum）。存在许多应用，在这些应用中纳米线可能会变得重要，比如电子、光电子、流体和生物纳米尺寸器件。
在这些基于纳米线的器件中，通常将多条（中空的和实心的）纳米线设置在衬底上的有序阵列中。所述衬底常常具有多重目的，也就是说充当用于纳米线生长的模板，作为用于器件中的纳米线的载体，以及电连接各条纳米线。已知用于纳米线的有序阵列的生长的不同技术。举例来说，可以在单晶衬底上外延生长半导体纳米线，这通常是通过在衬底上设置图案化生长掩模而实现的，正如在WO 2007/102781中所描述的那样。在US 7335908中描述的另一种常见方法是所谓的VLS（蒸气-液体-固体）技术，其中使用位于标准Si衬底上的催化粒子的图案作为种子来生长纳米线。
至少在生物应用方面并且更具体来说涉及将其植入到身体中方面，这些器件的一项重要限制是这些纳米尺寸器件的纳米线在机械刚性衬底上生长。因此，在此类器件的活体植入的情况中，衬底的刚性本身可能导致身体的有害反应。在活体植入的相同情境中，希望例如通过实现尽可能小的切口来最小化手术的侵入效应。
仍然是在生物应用方面，利用标准衬底难以集成先进的流体技术（fluidics）以便例如向和从细胞注入以及抽吸少量分子和/或流体。在更加一般性的层面上，利用已知的技术（也就是其中在刚性衬底上生长或沉积纳米线的器件）无法实现分子和/或流体的受控传输，而这对于生物领域内的基于纳米线的器件的许多应用来说是至关重要的。此外，利用标准衬底难以在基于纳米线的器件中集成光波导和其他光学元件。
当前仍然有待表明如何在衬底（出于成本原因优选地是可重复使用的）上生长纳米线以及与之类似的结构以便使用在纳米尺寸的器件中，从而表现出不同于前面所陈述的那些的属性，从而使得这些器件特别适合于（而不限于）生物应用。因此，本发明的一个目的是消除与现有技术相关联的至少一些缺点。
另一项挑战在于完全摒弃衬底推动的纳米线生长，并且提出一种产生前面所讨论的类型的器件的生产技术，其除了生物应用之外还可以被采用在太阳能电池（柔性的和非柔性的）、LED膜和柔性电子装置中。还应当设想到采用这些器件、光电检测器、二极管、晶体管、电容器、电阻器的其他电子和光电子应用，比如基于纳米线IC的3D集成。
因此，本发明的另一个目的是提供优选地借助于无需使用传统刚性衬底的生产技术而产生的结构，所述结构可以容易地集成到这些器件中。
发明内容
前面提到的目的通过根据独立权利要求的一种制造适于转移到非晶体层的结构的方法以及通过利用所述方法制造的结构而实现，并且通过根据从属权利要求的实施例而实现。
本发明的第一方面提供一种制造适于转移到非晶体层的结构的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供具有晶体取向的衬底；随后在所述衬底上提供多个细长纳米结构，所述纳米结构从衬底延伸，从而使得由每一个纳米结构的细长轴与衬底的表面法线定义的角度小于55度；随后沉积至少一个材料层，从而使得通过所述材料覆盖衬底的至少被暴露出的区段；去除衬底，从而使得沉积层变为最底层；以及最后至少暴露出所述多个纳米结构当中的相应纳米结构的末端。换句话说，呈现了一种将纳米结构转移到所选衬底（例如软聚合物膜）的方法。
本发明的第二方面提供一种适于转移到非晶体层的结构，所述结构包括多个细长纳米结构，所述结构还包括一个材料层，其在宏观尺度上具有基本上水平的上和下端表面，所述多个纳米结构被至少部分地嵌入在所述材料中，从而使得暴露出相应纳米结构的至少一个末端。
在本上下文中，关于纳米结构的末端的术语“暴露”要被解释成包括其中相应纳米结构的末端从所述层突出的设置以及其中相应纳米结构的终端段被定位成与所述层的表面齐平的设置。
通过执行前面方法的各个步骤，获得一种包括多个（中空的或实心的）纳米结构的结构，其中所述结构容易被转移到新的非晶体衬底。这是通过沉积所述至少一个材料层而实现的，该材料层在去除原始衬底之后变为最底层。随后将相应纳米结构的下节段牢固地嵌入在所述材料层中。因此，整个结构在结构上是稳定的。一旦去除了这一嵌入层的一部分，至少每一个纳米结构的末端被暴露出来。由此确保每一个纳米结构在被转移到新衬底之后与新衬底直接接触。在管状纳米结构的情况下，这在生物流体技术（biofluidics）的领域内开放了各种应用，由此所转移的结构的每一个纳米结构在连接到包含源材料的贮存库时，可以被用作用于将例如分子和/或流体之类的该源材料引入到细胞中的引入器件。在尤其使用在生物流体技术领域内的实心纳米结构中，暴露出每一个纳米结构的末端使得有可能经由新的导电衬底同时向构成所述结构的所有纳米结构施加电压。
因此，在所要求保护的方法实现了产生包括诸如纳米线之类的细长纳米结构的结构时，其提供了显著的改进，其中所述结构可以转移到新的衬底。取决于应用，采用所产生的结构开放了许多有益的效果。在此情境中，可以调整所产生的结构被定位到其上的新衬底的属性，以便配合特定的应用。
在结合附图阅读后面的详细描述时，各个实施例的其他优点和特征将变得显而易见。
附图说明
图1a-1e示意性地图示了根据本发明的一个实施例的制造包括多个纳米结构的可转移结构的一种方法。
图2a-2g示意性地图示了根据本发明的不同实施例制造包括多个纳米结构的可转移结构的另一种方法。
图3示出了包括利用所要求保护的方法制造的结构的示例性器件，所述器件包括中空纳米结构并且适合于生物流体技术领域内的应用。
图4a-8示出了根据本发明的另一个实施例的多用途的基于纳米线的结构。
具体实施方式
现在将参照附图在后面更加全面地描述本发明，在附图中示出了优选的实施例。但是本发明可以通过许多不同形式来体现，并且不应当被解释成限制到这里所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使得本公开内容将是透彻且全面的，并且将向本领域技术人员完全传达本发明的范围。在附图中，相似的附图标记指代相似的元件。
图1a-1e示意性地图示了根据本发明的一个实施例的制造包括多个纳米结构的可转移结构的一种方法。
在这里，术语“纳米结构”可以指代纳米线本身，或者其可以指代利用纳米线作为起点产生的新的纳米尺寸结构。
更具体来说，在图1a中所示的第一方法步骤中，提供具有晶体取向的衬底。通常使用传统的Si衬底。正如本领域内已知的那样，利用Miller指数，其晶体平面取向是(001)。随后在第二方法步骤中，在所述衬底上提供多个细长纳米结构，比如纳米线。在最广泛的意义上，所述细长纳米结构可以是从表面生长的或者可以被沉积到表面上的任何纳米尺寸结构。相应地，其可以是由Si、GaP、InP、GaAs制成并且从衬底上的纳米尺度催化金粒子外延生长的半导体纳米线。
对于流体技术应用，假设纳米线是中空的，然而例如对于传感器、细胞引导、发光以及太阳能电池应用可以考虑实心纳米线。
这些纳米线从衬底延伸从而使得由每一个纳米结构的细长轴与衬底的表面法线定义的角度小于55度。在图1b中所示出的一个非限制性实施例中，每一条纳米线的细长轴与衬底的表面法线重合。因此，所示出的纳米线也是(001)取向。但是同样可以设想到，所提供的纳米线在(011)或(111)方向上生长。不管对于衬底的选择如何以及采用前面的哪一个方向，由每一个纳米结构的细长轴与衬底的表面法线定义的角度总是小于55度。纳米线可以原位生长或者被精确地沉积。或者，所提供的纳米线可以在较低精度下被设置，比如利用喷雾外延生长（aerotaxy）沉积的纳米线。在此情境中，在相同的衬底上可能存在具有不同取向的纳米线。
在图1c中所示的另一步骤中，沉积至少一个材料层，从而使得由所述材料覆盖衬底的至少被暴露出的区段。术语“暴露”在这里应当被解释成与不被纳米线覆盖同义。为了进一步加强纳米线与未来衬底（例如表现出电介质属性并且通过旋涂、原位合成或者原位聚合所沉积的聚合物膜）之间的结合，纳米线可以采用树状结构。在一种变型中，通常是聚合物的沉积层是单层。在另一种变型中（未示出），所述沉积步骤包括沉积至少两层，其中氧化物材料被各向同性地直接沉积到衬底上，随后在其上沉积聚合物层。
在图1d中所示的所述方法的后续步骤中，去除衬底，从而使得沉积层变为最底层。在其中已沉积了两层的变型中，除了去除衬底之外，还完全去除氧化物层。
在图1e中所示的最终的方法步骤中，去除最底层的至少一部分，从而使得暴露出所述多个纳米结构当中的相应纳米结构的至少末端，也就是说至少末端从该层突出。
通过如图2a-2g中示意性地图示的类似的（但是更加复杂）方式替换地体现本发明的方法。
更具体来说，如图2a中所示，各向同性地沉积薄氧化物层，从而使得衬底以及提供在其上的实心细长纳米结构（纳米线）被所述氧化物覆盖。在此情境中，虽然实心纳米线最终将基本上被去除，但是封装纳米线的所产生的基于氧化物的结构（其表现出与纳米线相同的总体形状并且基本上源自纳米线）最终将化身为所述纳米结构。
如图2b中所示，随后在所述氧化物层之上沉积第一牺牲层，从而使得所述第一牺牲层覆盖氧化物层的至少被暴露出的区段。举例来说，该第一牺牲层的材料可以是聚碳酸酯或PNB（聚降冰片烯）。通过使用牺牲层，可以使得纳米线突出明确定义的距离。此外，可以定义微流体和纳米流体通道网络，以便将纳米线与生物化学试剂（染料、DNA、RNA、蛋白质、盐、药物分子、气体等等）连接。所述流体网络在复杂度方面的范围可以是从一端连接到外部贮存库并且另一端连接到中空纳米线的简单通道到能够进行多路复用的先进网络。
随后去除相应纳米线的最上方部分，从而暴露出相应纳米线的芯部，正如图2c中所图示的那样。这通常是通过湿法或干法蚀刻而实现的。
随后，如图2d中所示，接着进行几层的顺序沉积。首先沉积弹性层。举例来说，所述弹性层的材料是尼龙。随后沉积导电层，所述导电层的材料优选地是从包括以下各项的组当中选择的：金属、简并掺杂的半导体以及导电聚合物。利用导电聚合物，薄膜中的金属或者流体通道中的盐溶液，可以围绕纳米线定义多个电极以便对纳米线中的传输进行静电控制。从而获得被实现为包裹纳米线的闸门（gate）的电极。这些闸门的序列可以被设置成控制经过中空纳米线的物质传输。在国际专利申请PCT/SE2012/050098中广泛描述了这一设置的工作原理，其内容通过引用被被合并在此。最后沉积聚碳酸酯或PNB的第二牺牲层。在此情境中，牺牲层的沉积用来在所述结构中产生未来的流体通道的目的。与此相结合并且如图2g中所示，通过选择性蚀刻或焙烧去除该第二牺牲层。在相同的情境中，所述导电层在后来可以被用作电极以便在纳米线上施加电压。
可选的是，沉积多个弹性层、导电层和第二牺牲层，从而使得所述各层均匀地交织。显而易见的是，取决于应用，各层的沉积顺序可以不同。
在图2e中所示的后续步骤中，去除衬底以及所沉积的氧化物层的至少一部分。这通常是通过非选择性的各向同性蚀刻而实现的。
如图2f中所示，去除纳米线芯部材料的至少一部分，从而使得所获得的纳米结构（其基本上由氧化物层构成）变为至少部分地中空，并且同时暴露出相应纳米结构的末端，也就是说相应纳米结构的终端段被定位成与该层的表面齐平。这通常是通过湿法蚀刻而实现的。显而易见的是，如果在衬底上提供中空纳米结构，则可以省略这一步骤。在前面所提到的如图2g中所示去除第二牺牲层之后，整个结构可以被转移到非晶体层（衬底）上。
相应地，获得适于转移到非晶体层的结构，例如软聚合物膜、（通过蒸发、溅射、电镀、无电镀等等沉积的）薄金属膜或者（通过蒸发或溅射沉积的）氧化物膜。在此情境中，一种可用的聚合物材料是聚对二甲苯（parylene）。所述结构包括多个细长纳米结构和材料层（其通常是聚合物），其在宏观尺度上具有基本上水平的上和下端表面。所述多个纳米结构至少部分地被嵌入在所述材料中，从而暴露出相应纳米结构的至少一个末端。由此确保每一个纳米结构在被转移到新衬底之后与新衬底直接接触。在管状纳米线的情况下，这在生物流体技术的领域内开放了各种应用，由此所转移的结构的每一个纳米结构在连接到包含源材料的贮存库时可以被用作用于将例如分子和/或流体之类的该源材料引入到细胞中的引入器件。在尤其使用在生物流体技术领域内的实心纳米结构中，暴露出每一个纳米结构的末端使得有可能经由新的导电衬底同时在每一个纳米结构上施加电压。
举例来说，由完全透明的聚合物衬底对传统衬底的替代产生可能对于一般的细胞注入研究有意义的器件。从而促进对于纳米结构以及任何与之连接的细胞的光学接入。在此情境中，可以调整所产生的结构被定位到其上的新衬底的属性，以便配合特定的应用。举例来说，可以将炭黑添加到衬底以便增加其热吸收。
对于例如活体植入之类的一些应用来说，可以利用柔性材料制成所述新衬底，从而使得所述器件变为可折叠并且能够使其形状适于周围环境。其例如可以在折叠状态下被引入到身体中。一旦被定位在所期望的位置，可以使其展开。通过与适当调整的衬底配合，还可以使所述器件更好地适于身体中的任何移动。清楚的是，所述新衬底的高可形变性使其适合于各种不同情境中的活体植入。这包括视网膜植入物，其中所述新衬底可以被用作光检测器和神经刺激器。
此外，通过使用图案化的牺牲材料，可以在新衬底上制作通道，从而促进将先进的流体技术集成到所制造的基于纳米结构的器件中。仍然是在流体技术的情境中，通过使得所述新衬底可形变，可以实施微流体阀门以及蠕动微型泵。这样的微流体阀门可以通过将通道的一个子集分配用于流体传输来实现，而另一个子集则被用来使得第一子集发生形变，从而实现开启/关闭动作。在具有相同目的的类似实施例中，使用点字显示器（braille display）来使得流体通道适当地形变。通过使用具有经过调整属性的新衬底甚至促进了例如光波导之类的光学元件的集成。更具体来说，光波导可以被实施在透明衬底中，以便提供针对纳米结构的光学激发或者载送光学信号。作为针对这些被动波导的扩展，可以实施集成可调谐染料激光器。此外，可以使得所述衬底是导电的。
可以通过广泛范围的技术来实施本发明的可转移结构。下面简要描述这些技术当中的少数几种以及可转移结构的作用。
因此，包括多个中空纳米结构的所述结构例如可以被用作纳米注射器的阵列。这在实现精确地控制将分子注入到细胞中以及从细胞中抽吸分子时赋予了改进的功能。更具体来说，可以实施基于包裹各个单独纳米结构的闸门或者基于使用压强驱动流的泵设计。在这里，所述新衬底可以被设计成使其包含具有集成阀门和泵的流体通道，以便混合并且制备流体，并且随后经由纳米结构将所述流体转移到所选细胞。与此相联系，当前使用的电穿孔技术和微量吸管充斥着显著缺陷，比如精度较差（电穿孔）和高侵入性（微量吸管）。此外，通过使用包括多个纳米结构的所要求保护的结构，实现了大规模的分析并行化。相应地，可以并行地研究大量单独的细胞。这些纳米注射器的生物医学应用特别包括癌症生物学、药物筛选、细胞异质性、***生物学、细胞区分以及干细胞生物学领域内的研究。也就是说，在所有这些领域中感兴趣的是将受控数量的分子引入到细胞中以及监视细胞的生物化学成分二者。此外，对纳米结构的使用开放了从细胞内部提取出整个细胞器官和其他结构（纳米活组织检查（nanobiopsy））。举例来说，可以将线粒体作为目标并且从细胞溶质中提取线粒体。
此外，对于太阳能应用可以设想转移在新聚合物衬底上的包括多条实心纳米线的多层结构。与传统的非柔性衬底不同，可以使得聚合物衬底对于相关波长是透明的，并且其固有地可弹性形变。这一柔性允许包括新衬底的所转移的结构卷起。所述卷筒随后被包裹。这样对于给定器件体积使得由纳米线吸收的光的数量最大化。还可以应用薄反射涂层，以便确保光穿过所述器件两次，从而增加光吸收。利用具有不同应力水平的各层，人们可以使得所述可转移结构一旦从固体衬底释放就自发地卷起。这种类型的动态衬底还可以被主动地用于调谐集成纳米线与周围的组织或者所附着的细胞之间的交互。在本领域内众所周知的是，细胞的区分和组织的形成不仅受生物化学信号控制，而且还受机械刺激控制。
另一个可以设想到的应用领域是组织工程学。更具体来说，已经知道组织响应于细胞与其局部解剖、机械和化学周围环境之间的交互而形成。在组织工程学中，这些线索被用来产生人造组织。根据本发明的包括多个纳米结构的结构一旦被集成到所期望的机械属性的支架中，就可以提供组织工程学中的附加工具，以便例如引导细胞生长、为一表面给出特定机械属性、充当原位传感器以及在组织生长期间以高时间和空间分辨率递送特定化学品。
此外，所要求保护的结构一旦被转移到软聚合物衬底上就可以用来通过应用针对运动神经元、感觉神经元的神经植入物来引导神经元的生长，以及连接受损的神经元，即引导神经元的再生长。
前面提到的集成流体技术可以被用来在神经元的生长期间以高时间和空间分辨率递送特定化学品，而通过使用光波导，能够以高时间和空间分辨率递送光以便刺激神经元。
另一个实例是深层脑部刺激的领域。对脑部的特定区域施加小电流，以便例如治疗帕金森氏症、震颤以及慢性疼痛。利用所要求保护的结构，可以在身体中实现精确的刺激定位，并且利用软衬底使得任何生物不相容性最小化。在相同的情境中，对于其他医疗状况，化学或光学刺激可能是适当的。
再另一个实例是基于以下事实的传感器：包括纳米线的结构可以被用于机械、化学和电气感测。通过被转移到新的软衬底，基于纳米线的传感器可以被植入以用于监视例如伤口愈合、组织生长、神经和内分泌活动。
另一个实例是把利用流体技术的聚合物衬底用作动态对象，也就是发生移动并且因此机械地刺激周围组织的对象。所述衬底的通道被填充有加压液体或气体，从而使得通道内部的压强发生改变，衬底的形状也由此改变。
所述可转移结构的纳米结构还可以被用于封装单个细胞或聚集体。
图3示出了包括利用所要求保护的方法制造的结构的示例性器件，所述器件包括中空纳米结构并且适合于生物流体技术领域内的应用。在这里，U形流体技术架构确保可以高效地交换液体。为了将溶液引入到器件中，沿着大通道施加一压强差。随后，跨越纳米结构的长度施加的压强差可以被用来将溶液传输到细胞中，或者将细胞的内含物传输到溶液中。一种替换方案是使用电极把带电分子泵送进或泵送出细胞。在这种特定情况中，除了将纳米线保持就位之外，所述新衬底还包含两项功能。首先，由电介质材料分开并且连接到电压源的各个导电材料层可以被用作闸门来控制经过中空纳米线的传输。其次，示意性的流体结构被集成在衬底中，以便提供所期望的成分到所选细胞的缓冲。
在图4a-8中所示的另一个实施例中，获得多用途的基于纳米线的结构，其可以具有多种应用，例如诸如太阳能电池和发光二极管之类的光电器件。在这里，术语“纳米线”被用来表示细长纳米结构。
首先，如图4a中所示，提供硬衬底，其中纳米线被定位在所述衬底上。在图4b-中示出了针对这种配置的一种替换方案，其中纳米线被部分地浸入在液体中并且对准。这些实施例仅仅是示例性的，并且应当理解的是，未来纳米线的材料可以通过气相反应（即aerotaxiallyTM生长）提供，或者在液体溶液中提供，或者通过传统方式衬底生长。纳米线可以被沉积在传统的硬衬底上，但也可以如图4b中那样至少部分地浸入在总体上不同的基底材料中，比如起传统衬底作用的液体。实际上，衬底与所提供的纳米线构造材料流之间的界面可以是固体/气体、液体/气体、固体/液体、液体/液体当中的任一项。
纳米线可以是由Si、SiC、GaP、InP、GaAs、GaN、GaAs、InP、InAs和InN、比如GaAsxP1-x、InxGa1-xP和GaxIn1-xN之类的三元化合物、甚至比如InGaAsP和InGaAsSb之类的四元化合物制成的半导体纳米线。图4a和4b的纳米线可以从纳米尺度催化金粒子外延生长，穿过掩模中的开口选择性地生长，或者被组装或沉积在与气相或液体溶液的界面处。这些纳米线从衬底延伸，从而使得由每一个纳米结构的细长轴与衬底的表面法线定义的角度小于55度。在非限制性实施例中，纳米线的平均细长轴同时在与衬底的表面法线的35度角内。不管对于衬底的选择如何，由每一个纳米结构的细长轴与衬底的表面法线定义的平均角度都小于55度。这些细长纳米结构可以外延地连接到与液体或气相纳米线溶液的表面，或者被组装到所述表面上。在这些情况下，能够以很高的精度控制纳米线的位置和取向。或者，所提供的纳米线可以在较低精度下设置，比如利用喷雾外延生长（aerotaxy）沉积的纳米线。在此情境中，在相同的衬底上可能存在具有不同取向的纳米线。纳米线还可以采取树状结构。
在图5中可见的另一个步骤中，沉积至少一个材料层，从而使得纳米线基本上被嵌入在所述材料中。举例来说，将表现出合适的电介质和弹性属性的聚合物膜涂覆到衬底上。如在图5中可以看见的，所沉积的膜不仅覆盖衬底的被暴露出的区段，而且还完全覆盖纳米线，在大多数情况下达到大于纳米线高度的厚度。聚二甲基硅氧烷（PDMS）和其他硅酮是适合于这一目的的材料的实例，但是本发明决不限于这些材料。
所施加的膜的厚度通常远大于纳米线的高度。举例来说，必须由GaAs制成的直接带隙材料纳米线的高度可以是大约1-3μm，而包埋所述纳米线的膜的厚度则可以>10μm，最经常甚至>20μm。决定其最终厚度的主要是所述膜的机械属性及施加其的方法。与此相联系，由于放松的厚度要求，施加所述膜的方法可以是高吞吐量方法。举例来说，喷涂、旋涂、刷涂、浸渍或者其任意组合都是可以设想到的施加方法。
在一变型中，所沉积的膜是单一材料层，其通常是聚合物。在另一种变型中（未示出），形成至少两层膜，其中直接沉积到衬底上的第一层的化学成分不同于在第一层之上形成的第二层，全部两层都包埋纳米线的部分。于是在采用选择性蚀刻时，第二层可以被用作针对第一层的蚀刻停止层。作为一个实例，第一层是氧化物，并且第二层是沉积在其上的聚合物层。
如图6中所示，通过机械或化学方式去除衬底，从而使得先前施加的聚合物膜变为最底层。举例来说，可以通过从衬底上剥离包括纳米结构的聚合物基质来实施所述去除。
 可选地，在施加聚合物膜之前可以实施图8中可见的蚀刻步骤，并且为了促进纳米线的机械去除。所述蚀刻步骤应当选择性地蚀刻纳米线的靠近衬底的区段。所述蚀刻的选择可以具有不同的来源，例如蚀刻速率可以取决于所考虑的区域中的纳米线的取向或成分。举例来说，在图8中示出了如在GaAs纳米线阵列上实施的一项可能蚀刻的结果。在这里制备去离子水中的柠檬酸溶液（将2g的柠檬酸（固态）加入到3g的去离子水中，从而制成柠檬酸溶液）。进一步将该溶液与过氧化氢和去离子水混合。比例是1份柠檬酸溶液:1份H2O2:2份H2O，并且所述蚀刻在室温下持续10s（典型的时刻时间是5-10s），从而利用该特定蚀刻产生此结果。在这种情况下，影响蚀刻结果的一个因素是蚀刻速率与取向的相关性。对于这里所陈述的目的可以使用产生类似结果的其他湿法或干法蚀刻，并且包括这一步骤不应当被视为受限于该特定蚀刻和该特定材料。
作为前面内容的示例，具有处于100-160nm范围内的直径并且长度大于2μm的GaAs纳米线可以嵌入近似100μm厚的PDMS膜，并且随后通过机械方式被成功地去除，即使在不包括蚀刻步骤的情况下。如果包括蚀刻步骤，则扩展所述过程范围以允许短于2μm的线的层转移。所述过程范围将取决于纳米线材料和诸如长宽比之类的尺寸属性以及聚合物膜的属性和尺寸，并且需要通过实验方式来确定。
随后暴露出相应纳米线的下方末端，也就是说使其从所述膜突出（未示出）。这是通过去除所述膜的一部分而实现的，或者在纳米线穿透原始基底材料的情况下，如图4ba-4bd中所示，去除所述材料会自动暴露出纳米线。在这种情况下，基于除了衬底是固体的情况之外的其他标准来选择聚合物材料。在这种情况下，保持与液体的稳定表面和化学相容性是至关重要的。在图4ba到4bd中图示了对应的方法序列。
可以产生如图7中所示的围绕相应纳米线的突出节段的背衬层。他的产生可以涉及一项或更多项材料沉积。所述背衬层可以具有产生与纳米线的接触和/或机械保护和支持的目的。举例来说，具有对准的纳米线的薄板可以被装运在卷筒上，或者多块薄板可以被层叠在一起装运，从而如果在运输期间没有至少临时被封装，则导致损坏突出末端。所述背衬层可以是导电或不导电的，其可以形成与纳米结构的透明或不透明电接触，并且通过由突出的纳米结构、聚合物膜和背衬层形成的微结构界面30大大改进稳定属性。所述微结构界面30也在图4bd中被示出。
因此，如图7中所示，制作纳米结构，其中纳米线被完全嵌入在聚合物膜中并且牢固地锚定在背衬层中。与结合图1-3讨论的结构类似，所获得的图7的结构适于被转移到非晶体层，例如软聚合物膜或者薄金属膜（通过蒸发、溅射、电镀、无电镀等等沉积）或者氧化物膜（通过蒸发或溅射沉积）。在此情境中，一种可用的聚合物材料是聚对二甲苯。
在附图和说明书中，其已公开了本发明的典型的优选实施例，并且虽然采用了特定术语，但是所述术语仅仅在一般性和描述性的含义下被使用并且不用于限制的目的，在所附权利要求书中阐述了本发明的范围。

Claims (33)

1.一种制造适于转移到非晶体层的结构（10）的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供衬底（2）；
-在所述衬底上提供多个细长纳米结构（4），所述纳米结构从衬底延伸，从而使得由每一个纳米结构的细长轴与衬底的表面法线定义的角度小于55度；
-沉积至少一个材料层（6），从而使得由所述材料覆盖衬底的至少被暴露出的区段；
-去除衬底，从而使得沉积层变为最底层；
-暴露出所述多个纳米结构当中的相应纳米结构的至少末端（8）。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述沉积步骤包括沉积至少两层（10，12），并且其中一旦衬底被去除，所述至少两层当中的最底层就被完全去除。
3.根据权利要求1的方法，其中，所述最底层是单层。
4.根据任一项在前权利要求的方法，其中，沉积步骤包括沉积聚合物材料。
5.根据权利要求2和4当中的任一项的方法，其中，沉积步骤还包括将氧化物材料直接沉积到衬底上。
6.根据权利要求5的方法，其中，所述氧化物材料被各向同性地沉积。
7.根据权利要求5-6当中的任一项的方法，所述方法还包括沉积第一牺牲层（13）的步骤，所述第一牺牲层的材料优选地是聚碳酸酯和/或PNB，其中所述第一牺牲层被沉积在所述氧化物层之上，从而使得所述第一牺牲层覆盖氧化物层的至少被暴露出的区段。
8.根据任一项在前权利要求的方法，所述方法还包括去除相应纳米结构的最上方部分的步骤，从而使得暴露出相应纳米结构的芯部（14）。
9.根据权利要求8的方法，其中，所述去除是通过湿法或干法蚀刻而实现的。
10.根据任一项在前权利要求的方法，所述方法还包括沉积至少一个弹性层（16）的步骤，所述弹性层的材料优选地是尼龙。
11.根据任一项在前权利要求的方法，所述方法还包括沉积至少一个导电层（18）的步骤，所述导电层的材料优选地是从包括以下各项的组当中选择的：金属、简并掺杂的半导体以及导电聚合物。
12.根据任一项在前权利要求的方法，所述方法还包括沉积至少一个第二牺牲层（20）的步骤。
13.根据权利要求10-12的方法，其中，沉积多个弹性层、导电层和第二牺牲层，从而使得各层均匀地交织。
14.根据权利要求5-13的方法，所述方法还包括至少部分地去除所述氧化物层的步骤。
15.根据权利要求14的方法，其中，氧化物层的所述去除是通过非选择性的各向同性蚀刻而实现的。
16.根据权利要求8-15当中的任一项的方法，所述方法还包括去除纳米结构芯部材料的至少一部分的步骤，从而使得所述纳米结构变为至少部分地中空。
17.根据权利要求16的方法，其中，所述去除是通过湿法蚀刻实现的。
18.根据权利要求7-17的方法，其中，第一牺牲层（13）和第二牺牲层（20）的至少之一被去除。
19.根据权利要求18的方法，其中，牺牲层的所述去除是通过选择性蚀刻或焙烧而实现的。
20.根据权利要求1的方法，还包括去除最底层的至少一部分的步骤，从而使得暴露出所述多个纳米结构当中的相应纳米结构的至少末端（8）。
21.根据权利要求1的方法，其中，所述多个纳米结构当中的相应纳米结构被完全嵌入在材料的沉积层（22）中，所述材料是聚合物。
22.根据权利要求21的方法，其中，所述沉积层包括两种材料，第二种材料是氧化物。
23.根据权利要求21或22的方法，其中，在沉积所述材料之前实施蚀刻步骤。
24.根据权利要求1的方法，其中，在沉积所述至少一个材料层之前，所述多个纳米结构当中的相应纳米结构被至少部分地浸入在液体（26）中。
25.根据权利要求1的方法，其中，所述衬底被以机械方式去除。
26.根据权利要求1的方法，其中，所述衬底被以化学方式去除。
27.根据权利要求21-26当中的任一项的方法，所述方法还包括将导电层（28）沉积到相应纳米结构的被暴露出的末端上的步骤，从而使得所沉积的导电层变为最底层。
28.根据任一项在前权利要求的方法，所述方法还包括将所获得的结构转移到非晶体层上的步骤。
29.根据权利要求20-28当中的任一项的方法，其中，所述衬底材料的聚集状态是固体或液体或气体。
30.一种适于转移到非晶体层的结构，所述结构包括多个细长纳米结构，所述结构还包括一材料层，所述材料层在宏观尺度上具有基本上水平的上和下端表面，所述多个纳米结构被至少部分地嵌入在所述材料中，从而使得暴露出相应纳米结构的至少一个末端。
31.根据权利要求30的结构，其还包括背衬层，所述背衬层被设置成围绕相应纳米结构的被暴露出的至少一个末端。
32.根据权利要求30的结构，其中，所述背衬层是导电的。
33.根据权利要求30的结构，其中，所述背衬层是透明的。
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