DE10220628A1 - Process for depositing nanotubes comprises preparing a solution of nanotubes bound with an electrically charged group, and applying the solution on a depositing electrode to which an electrical potential is applied - Google Patents

Abstract

Process for depositing nanotubes comprises preparing a solution of nanotubes (104) bound with an electrically charged group (103), and applying the solution on a depositing electrode (105) to which an electrical potential is applied to pull the electrically charged groups from the electrode to couple the nanotubes with the electrode. An Independent claim is also included for a nanotube deposition device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Nanoröhren und eine Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung. The invention relates to a method for separating Nanotubes and a nanotube separator.

Als mögliche Nachfolgetechnik der herkömmlichen Silizium- Mikroelektronik sind Nanoröhren, insbesondere Kohlenstoffnanoröhren bekannt. As a possible successor to conventional silicon Microelectronics are nanotubes, in particular Carbon nanotubes known.

Einen Überblick über die Technologie der Kohlenstoffnanoröhren gibt beispielsweise [1]. An overview of the technology of Carbon nanotubes are for example [1].

Eine Kohlenstoffnanoröhre ist eine einwandige oder mehrwandige, röhrenartige Kohlenstoffverbindung. Bei mehrwandigen Nanoröhren ist mindestens eine innere Nanoröhre von einer äußeren Nanoröhre koaxial umgeben. Einwandige Nanoröhren weisen typischerweise Durchmesser von einem Nanometer auf, die Länge einer Nanoröhre kann mehrere Hundert Nanometer betragen. Die Enden einer Nanoröhre sind häufig mit jeweils einem halben Fullerenmolekül abgeschlossen. A carbon nanotube is a single-walled or multi-walled, tubular carbon compound. at multi-walled nanotubes is at least one inner nanotube surrounded coaxially by an outer nanotube. Single-walled Nanotubes typically have a diameter of one Nanometers on, the length of a nanotube can be several hundred Nanometers. The ends of a nanotube are often with each completed half a fullerene molecule.

Kohlenstoffnanoröhren weisen eine Reihe interessanter Eigenschaften auf. Carbon nanotubes have a number of interesting ones Properties on.

Aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit von Kohlenstoffnanoröhren sowie aufgrund der Einstellbarkeit dieser Leitfähigkeit, beispielsweise mittels Anlegens eines externen elektrischen Feldes oder mittels Dotierens der Nanoröhren (beispielsweise mit Bornitrid), eignen sich Nanoröhren für eine große Zahl von Anwendungen. Wichtige Anwendungsgebiete für Nanoröhren sind die elektrische Kopplungstechnik in integrierten Schaltkreisen, die Verwendung als Bauelemente in der Mikroelektronik sowie als Elektronenemitter. Due to the good electrical conductivity of Carbon nanotubes as well as due to the adjustability this conductivity, for example by creating one external electrical field or by doping the Nanotubes (for example with boron nitride) are suitable Nanotubes for a large number of applications. Important Areas of application for nanotubes are electrical Coupling technology in integrated circuits, the Use as components in microelectronics and as Electron emitter.

Für eine Nutzung von Kohlenstoffnanoröhren als Vias bzw. Interconnects in integrierten Schaltkreisen bieten Kohlenstoffnanoröhren Vorteile gegenüber herkömmlichen Metallverdrahtungen. Kohlenstoffnanoröhren weisen ein sehr großes Aspektverhältnis auf, sind chemisch weitgehend inert, stabil gegen Elektromigration und weisen ferner die Fähigkeit auf, sehr hohe Stromdichten transportieren zu können. For the use of carbon nanotubes as vias or Offer interconnects in integrated circuits Carbon nanotubes advantages over conventional ones Metal wirings. Carbon nanotubes have a very large aspect ratio, are largely chemically inert, stable against electromigration and also show the ability to be able to transport very high current densities.

Aus [2] ist bekannt, eine Fraktion unterschiedlicher Kohlenstoffnanoröhren in einer ionischen Lösung mittels Anlegens eines elektrischen Feldes, ähnlich wie bei der Elektrophorese, in unterschiedliche Fraktionen zu trennen. Anschaulich werden die in der ionischen Lösung befindlichen Kohlenstoffnanoröhren aufgrund ihrer unterschiedlichen Beweglichkeiten unterschiedlich stark von aufgrund elektrischer Kräfte bewegter Ionen in der Lösung mitgerissen. It is known from [2] a fraction of different ones Using carbon nanotubes in an ionic solution Application of an electric field, similar to that of the Electrophoresis to separate into different fractions. The ones in the ionic solution become clear Carbon nanotubes due to their different Mobility varies greatly due to electrical forces of moving ions are entrained in the solution.

Aus [3] ist beispielsweise bekannt, einen Logikschaltkreis aus Transistoren auszubilden, welche Transistoren von Kohlenstoffnanoröhren gebildet sind. A logic circuit is known, for example, from [3] from transistors, which transistors from Carbon nanotubes are formed.

Um die Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren besser zu verstehen und industriell zu verwerten, ist eine grundlegende Voraussetzung, eine räumlich definierte Anordnung von Kohlenstoffnanoröhren auf einem Substrat bereitzustellen. To better understand the properties of carbon nanotubes understanding and using it industrially is a fundamental one Prerequisite is a spatially defined arrangement of To provide carbon nanotubes on a substrate.

Häufig werden statistisch auf einem Substrat aufgebrachte Kohlenstoffnanoröhren untersucht. Solche Kohlenstoffnanoröhren, die zufällig in einer für die Untersuchung günstigen Position (beispielsweise auf Elektroden) angeordnet sind, werden hierbei untersucht. Das beschriebene Verfahren kann für manche Untersuchungen in der Wissenschaft angewendet werden, ist aber für die industrielle Fertigung ungeeignet. Statistically applied on a substrate are often Carbon nanotubes examined. Such Carbon nanotubes that happen to be in one for the Investigation favorable position (for example on Electrodes) are examined here. The described method can be used for some investigations in the Science can be applied, but is for industrial Manufacturing unsuitable.

Ferner ist bekannt, das Abscheiden von Kohlenstoffnanoröhren mittels einer geeigneten Modifikation des die Kohlenstoffnanoröhren umgebenden Oberflächenbereichs bzw. der Oberfläche eines Abscheide-Substrats, auf dem die Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden sollen, zu realisieren. It is also known to deposit carbon nanotubes by means of a suitable modification of the Carbon nanotubes surrounding surface area or Surface of a deposition substrate on which the Carbon nanotubes are to be deposited, too realize.

So ist aus [4] bekannt, Kohlenstoffnanoröhren, die von elektrisch negativ geladenen Tensiden umlagert sind, durch auf einem Abscheide-Substrat gebundene elektrisch positiv geladene Moleküle anzuziehen, um so eine Adsorption der Kohlenstoffnanoröhren auf der chemisch-modifizierten Oberfläche des Abscheide-Substrats zu bewirken. Die Tenside weisen einen elektrisch geladenen Endabschnitt und einen unpolaren Endabschnitt auf. Gemäß [4] ist die Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre von den unpolaren Gruppen der Tenside umgeben, wohingegen die geladenen Gruppen der Tenside von der Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre entfernt angeordnet ist. Die physikalische Ursache dieser Anlagerung der unpolaren Gruppen der Tenside an die Kohlenstoffnanoröhre ist eine hydrophobe Wechselwirkung, d. h. ein thermodynamischer Effekt, ohne dass eine chemische Bindung (kovalent, ionisch, etc.) zwischen den Tensiden einerseits und der Kohlenstoffnanoröhre andererseits vorliegt. So it is known from [4], carbon nanotubes, by electrically negatively charged surfactants are rearranged by electrically positive bound on a deposition substrate attract charged molecules so as to adsorb the Carbon nanotubes on the chemically-modified To effect surface of the deposition substrate. The surfactants have an electrically charged end portion and one non-polar end section. According to [4] the surface is the Carbon nanotube from the non-polar groups of surfactants surrounded, whereas the charged groups of surfactants by the Surface of the carbon nanotube is arranged away. The physical cause of this deposition of the non-polar Groups of surfactants on the carbon nanotube is one hydrophobic interaction, i. H. a thermodynamic effect, without a chemical bond (covalent, ionic, etc.) between the surfactants on the one hand and the carbon nanotube on the other hand.

Aus [5] ist bekannt, ein gesteuertes Abscheiden von Kohlenstoffnanoröhren auf einem strukturierten Substrat dadurch zu realisieren, dass eine reaktive Substrat- Oberfläche bereitgestellt wird, auf der Kohlenstoffnanoröhren mittels einer chemischen Reaktion gebunden werden können. It is known from [5] that controlled deposition of Carbon nanotubes on a structured substrate by realizing that a reactive substrate Surface is provided on the carbon nanotubes can be bound by a chemical reaction.

Zusammenfassend werden Kohlenstoffnanoröhren entweder reversibel, mittels angelagerter Tenside (Mizellen), oder irreversibel, mittels chemischer Funktionalisierung der Oberfläche einer Kohlenstoffnanoröhre, mit elektrischen Oberflächenladungen versehen. Eine chemisch behandelte Substrat-Oberfläche kann mit Oberflächenladungen des gleichen oder des entgegengesetzten Vorzeichens belegt sein, je nachdem, ob eine anziehende oder abstoßende elektrische Kraft auf die die Kohlenstoffnanoröhren umgebenden elektrischen Ladungsträger ausgeübt werden soll. Auf diese Weise kann eine Selektivität bei der Adsorption von Kohlenstoffnanoröhren aus einer wässrigen Lösung bewirkt werden. In summary, carbon nanotubes are either reversible, by means of attached tensides (micelles), or irreversible, by means of chemical functionalization of the Surface of a carbon nanotube, with electrical Provided surface charges. A chemically treated one Substrate surface can with surface charges of the same or the opposite sign, each after whether an attractive or repulsive electrical force to the electrical ones surrounding the carbon nanotubes Load carriers should be exercised. In this way, a Selectivity in the adsorption of carbon nanotubes an aqueous solution.

Aus [6] ist ein Verfahren zum Abscheiden von Nanodrähten zu einem funktionalen Netzwerk bekannt, bei dem eine Suspension von Nanodrähten durch Kanalstrukturen hindurchgeleitet wird, die mittels Strukturierens einer auf einem Substrat aufgebrachten Schicht ausgebildet werden. Mittels Aufbringens einer stempelartigen Struktur auf der Substrat-Oberfläche und mittels Hindurchpumpens einer Suspension von Nanodrähten (Nanostäben) durch die Kanäle können definierte Strukturen von Nanodrähten auf dem Substrat ausgebildet werden. From [6] is a method for the deposition of nanowires known a functional network in which a suspension is guided through channel structures by nanowires, by structuring one on a substrate applied layer are formed. By applying a stamp-like structure on the substrate surface and by pumping through a suspension of nanowires (Nanorods) through the channels can have defined structures of nanowires are formed on the substrate.

Eine weitere Möglichkeit zum Ausbilden einer räumlich definierten Struktur von Kohlenstoffnanoröhren auf einem Substrat ist das direkte Aufwachsen von Kohlenstoffnanoröhren auf Katalysatormaterial, das zuvor auf einem Substrat aufgebracht wurde. Wie beispielsweise in [7] beschrieben, wird hierzu eine räumlich strukturierte Anordnung von katalytischen Nanopartikeln auf einer Substrat-Oberfläche ausgebildet. Unter Verwendung des CVD-Verfahrens ("chemical vapour deposition") werden dann Kohlenstoffnanoröhren auf der strukturierten Substrat-Oberfläche ausgebildet, wobei die Kohlenstoffnanoröhren bevorzugt auf dem Katalysatormaterial abgeschieden werden. Allerdings ist ein aufwändiges Vorstrukturieren des Katalysatormaterials zu Nanopartikeln erforderlich. Das Steuern des Aufwachsens der Kohlenstoffnanoröhren ist ferner schwierig und qualitativ ungenügend. Another way to train a spatially defined structure of carbon nanotubes on a The substrate is the direct growth of carbon nanotubes on catalyst material previously on a substrate was applied. As described for example in [7], a spatially structured arrangement of catalytic nanoparticles on a substrate surface educated. Using the CVD process ("chemical vapor deposition ") then carbon nanotubes on the structured substrate surface, the Carbon nanotubes preferred on the catalyst material be deposited. However, it is an elaborate process Pre-structuring of the catalyst material into nanoparticles required. Controlling the growth of the Carbon nanotubes are also difficult and qualitative insufficient.

Die beschriebenen Verfahren zum Abscheiden von Kohlenstoffnanoröhren auf einem Substrat sind für die industrielle Fertigung nicht gut geeignet. The described methods for separating Carbon nanotubes on a substrate are for that industrial manufacturing not well suited.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, Nanoröhren mit geringem Aufwand auf einem Abscheide-Substrat mit verbesserter räumlicher Genauigkeit abscheiden zu können. The invention is based on the problem of a possibility create nanotubes with little effort on one Deposition substrate with improved spatial accuracy to be able to separate.

Das Problem wird durch ein Verfahren zum Abscheiden von Nanoröhren und durch eine Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. The problem is solved by a method of separating Nanotubes and through a nanotube deposition device with the features according to the independent claims solved.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abscheiden von Nanoröhren wird eine Lösung von mit einer elektrisch geladenen Gruppe gebundenen Nanoröhren bereitgestellt. Ferner wird die Lösung auf eine Abscheide-Elektrode gebracht, welche Abscheide-Elektrode auf ein derartiges elektrisches Potential gebracht wird, dass die elektrisch geladenen Gruppen von der Abscheide-Elektrode angezogen werden, um die Nanoröhren mit der Abscheide-Elektrode zu koppeln. According to the inventive method for separating Nanotubes will be a solution with an electrical charged group bound nanotubes. Further the solution is placed on a separating electrode, which Deposition electrode to such an electrical potential brought that the electrically charged groups from the The deposition electrode is tightened to the nanotubes to couple the separating electrode.

Ferner ist erfindungsgemäß eine Nanoröhren-Abscheide- Vorrichtung geschaffen. Diese weist eine Lösung von mit einer elektrisch geladenen Gruppe gebundenen Nanoröhre auf. Die Lösung ist auf eine Abscheide-Elektrode gebracht. Die Abscheide-Elektrode ist auf ein derartiges elektrisches Potential bringbar, dass die elektrisch geladenen Gruppen von der Abscheide-Elektrode angezogen werden, um die Nanoröhren mit der Abscheide-Elektrode zu koppeln. Furthermore, according to the invention, a nanotube deposition Device created. This has a solution of using a electrically charged group bound nanotube. The Solution is placed on a separation electrode. The Deposition electrode is on such an electrical Potential that the electrically charged groups of the deposition electrode are attracted to the nanotubes to couple with the separating electrode.

Eine grundlegende Idee der Erfindung beruht darauf, eine Kohlenstoffnanoröhre mit einer elektrisch geladenen Gruppe zu versehen, und an einer Abscheide-Elektrode, auf dem die Nanoröhre gebunden werden soll, ein elektrisches Feld zu erzeugen, das auf die elektrisch geladene Gruppe der Nanoröhre eine elektrische Kraft ausgeübt. Bei geeigneter Wahl von Betrag und Vorzeichen der elektrisch geladenen Gruppe der Nanoröhre bzw. des elektrischen Potentials der Abscheide-Elektrode wird eine ausreichend starke anziehende elektrische Kraft der Abscheide-Elektrode auf die elektrisch geladene Gruppe der Nanoröhre ausgeübt. Dadurch können die Nanoröhren in einen unmittelbaren Umgebungsbereich der Abscheide-Elektrode gebracht werden, so dass das Anbinden der Nanoröhre an die Abscheide-Elektrode erleichtert ist. Mittels gezielten Anlegens elektrischer Signals an Abscheide- Elektroden kann exakt gesteuert werden, zu welchem Zeitpunkt an welchen Abscheide-Elektroden Nanoröhren abgeschieden werden. A basic idea of the invention resides in one Carbon nanotube with an electrically charged group provided, and on a separating electrode on which the Nanotube is to be bound to an electric field generate that on the electrically charged group of Nanotube exerted an electrical force. With more suitable Choice of amount and sign of the electrically charged Group of the nanotube or the electrical potential of the Separation electrode becomes a sufficiently strong attractive electrical force of the deposition electrode on the electrical charged group of the nanotube. This allows the Nanotubes in an immediate area surrounding the Separation electrode are brought so that the tying of the Nanotube to the deposition electrode is facilitated. through targeted application of electrical signals to separators Electrodes can be controlled exactly at what time on which deposition electrodes are deposited nanotubes become.

Anschaulich ist die Abscheide-Elektrode ein Äquipotentialbereich, d. h. dass mittels Anlegens einer elektrischen Spannung die Abscheide-Elektrode auf ein einheitliches elektrisches Potential bringbar ist. Die erfindungsgemäße Abscheide-Elektrode kann daher mit geringem Aufwand elektrisch geladen werden, um eine elektrische Kraft auf die elektrisch geladenen Gruppen der Nanoröhren auszuüben. Der zum Anlegen eines gemeinsamen elektrischen Potentials an die Abscheide-Elektrode erforderliche Aufwand ist erheblich geringer als das Aufbringen elektrisch geladener Gruppen auf die Oberfläche eines ungeladenen Substrats, wie in [4] beschrieben. The deposition electrode is clearly an Equipotential range, i. H. that by creating one electrical voltage to the deposition electrode uniform electrical potential can be brought. The Deposition electrode according to the invention can therefore be small Effort can be charged electrically to an electrical force on the electrically charged groups of the nanotubes exercise. The one to create a common electrical Potential to the deposition electrode required effort is significantly less than electrical application charged groups on the surface of an uncharged Substrate as described in [4].

Erfindungsgemäß ist ein wenig aufwändiges, flexibles und sehr genaues Verfahren geschaffen, Oberflächenbereiche einer Abscheide-Elektrode vorzugeben, auf denen Nanoröhren gebunden werden sollen bzw. solche Oberflächenbereiche der Abscheide- Elektrode vorzugeben, die von Nanoröhren frei bleiben sollen. According to the invention is a little complex, flexible and very precise procedure created, surface areas of a Specify deposition electrode on which nanotubes are bound or such surface areas of the separating Specify the electrode that should remain free of nanotubes.

Mit Oberflächenladungen versehende Nanoröhren werden von dem aus dem an die Abscheide-Elektrode angelegten elektrischen Potential resultierenden elektrischen Feld angezogen oder abgestoßen. Dadurch wirkt eine gerichtete Kraft auf die Nanoröhren, wodurch eine Bewegung der Nanoröhren in der Suspension hervorgerufen wird. Dies ermöglicht das Abscheiden von Nanoröhren an vordefinierten Oberflächenbereichen der Abscheide-Elektrode. Die treibende Kraft, nämlich das elektrische Feld, ist bequem regelbar, abschaltbar bzw. umkehrbar. Dadurch kann die Abscheidung in hohem Maße gesteuert werden. Nanotubes provided with surface charges are used by the from the electrical applied to the deposition electrode Potential electric field attracted or repelled. As a result, a directed force acts on the Nanotubes, causing movement of the nanotubes in the Suspension is caused. This enables separation of nanotubes on predefined surface areas of the Deposition electrode. The driving force, namely that electric field, can be easily controlled, switched off or reversible. This allows the deposition to a high degree to be controlled.

Da die Abscheide-Elektrode erfindungsgemäß als Elektrode zum Erzeugen des elektrischen Feldes verwendet wird, ist aufgrund der Abhängigkeit der elektrischen Feldstärke vom Abstand von der Oberfläche der Abscheide-Elektrode die Amplitude der elektrischen Feldstärke in einem direkten Umgebungsbereich der Abscheide-Elektrode besonders groß. Daher werden die auf der Abscheide-Elektrode abzuscheidenden Nanoröhren in dem Umgebungsbereich der Abscheide-Elektrode stark akkumuliert bzw. aufkonzentriert. Since the deposition electrode according to the invention as an electrode for Generating the electric field used is due to the dependence of the electric field strength on the distance from the amplitude of the surface of the deposition electrode electric field strength in a direct surrounding area the separating electrode is particularly large. Therefore, the on the deposition electrode to be deposited in the nanotubes Surrounding area of the deposition electrode is heavily accumulated or concentrated.

Es ist anzumerken, dass die Bindung zwischen der Nanoröhre und der elektrisch geladenen Gruppe erfindungsgemäß vorzugsweise eine stabile chemische Bindung ist. Dies Bindung kann insbesondere eine Bindung mit kovalentem und/oder ionischem Anteil sein. Eine solche chemische Bindung ist erheblich stabiler als die aus [4] bekannte relativ lose Anlagerung unpolarer Gruppen von Tensiden an eine Kohlenstoffnanoröhre. Letzteres ist keine chemische Bindung im eigentlichen Sinne, sondern resultiert aus einer hydrophoben Wechselwirkung, also einem thermodynamischen, physikalischen Effekt. Der Zusammenhalt zwischen Nanoröhre und elektrisch geladener Gruppe resultiert vorzugsweise aus einer Bindungskraft (v. a. kovalent, ionisch) zwischen den Bindungspartnern, d. h. aus einer chemischen Bindung im engeren Sinne. Die Bindung zwischen der Nanoröhre und der elektrisch geladenen Gruppe kann gemäß der Erfindung alternativ zu einer chemischen Bindung auch eine hydrophobe Wechselwirkung sein. It should be noted that the bond between the nanotube and the electrically charged group according to the invention is preferably a stable chemical bond. This bond can in particular be a bond with covalent and / or ionic portion. Such a chemical bond is considerably more stable than the relatively loose known from [4] Addition of nonpolar groups of surfactants to one Carbon nanotube. The latter is not a chemical bond in the strict sense, but results from a hydrophobic interaction, i.e. a thermodynamic, physical effect. The cohesion between nanotubes and electrically charged group preferably results from a binding force (especially covalent, ionic) between the Attachment partners, d. H. from a chemical bond in narrower sense. The bond between the nanotube and the electrically charged group can according to the invention as an alternative to a chemical bond, a hydrophobic one Interaction.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Preferred developments of the invention result from the dependent claims.

Die Nanoröhren können auf unterschiedlichen Abscheide- Bereichen der Abscheide-Elektrode mittels Steuerns des elektrischen Potentials der Abscheide-Bereiche voneinander unabhängig abgeschieden werden. The nanotubes can be deposited on different Areas of the deposition electrode by controlling the electrical potential of the separation areas from one another be deposited independently.

Indem unterschiedliche elektrische Potentiale an unterschiedliche Abscheide-Bereiche der Abscheide-Elektrode angelegt werden, können Teilbereiche vorgegeben werden, auf denen Nanoröhren abgeschieden werden, und es können andere Teilbereiche der Abscheide-Elektrode vorgegeben werden, die von einer Belegung mit Nanoröhren aufgrund einer abstoßenden elektrischen Kraft frei bleiben. Um unterschiedliche Abscheide-Bereiche auszubilden, kann beispielsweise eine elektrisch leitfähige Schicht strukturiert werden. Die einzelnen strukturierten Bereiche können auf unterschiedliche elektrische Potentiale gebracht werden. By applying different electrical potentials different deposition areas of the deposition electrode partial areas can be specified on where nanotubes are deposited, and others can Sub-areas of the deposition electrode are specified, the from a coating with nanotubes due to a repulsive electrical power remain free. To different Forming deposition areas can be, for example electrically conductive layer can be structured. The individual structured areas can refer to different electrical potentials are brought.

Auf der Abscheide-Elektrode können unterschiedliche Abscheide-Bereiche ausgebildet werden, indem die Abscheide- Elektrode und/oder eine auf der Abscheide-Elektrode ausgebildete Entkopplungs-Schicht einem Strukturierungsverfahren unterzogen werden. Die Entkopplungs- Schicht ist derart eingerichtet, dass ein Abscheiden der Nanoröhren nur auf solchen Bereichen der Abscheide-Elektrode ermöglicht ist, die von einer Bedeckung mit der Entkopplungs- Schicht frei sind. On the deposition electrode can be different Deposition areas are formed by the deposition Electrode and / or one on the deposition electrode trained decoupling layer one Structuring procedures are subjected. The decoupling Layer is set up in such a way that the Nanotubes only on such areas of the deposition electrode which is made possible by covering with the decoupling Layer are free.

Die Entkopplungs-Schicht kann beispielsweise unter Verwendung eines Lithographie- und eines Ätzverfahrens strukturiert werden, so dass nur bestimmte Oberflächenbereiche der Abscheide-Elektrode freiliegen und daher einem Ankoppeln von Nanoröhren zugänglich sind. Insbesondere ist die Belegungsdichte der Nanoröhren auf den freien Oberflächenbereichen der Abscheide-Elektrode mittels Einstellens der Abscheideparameter (z. B. Vorgeben des Betrags des elektrischen Potentials) justierbar, so dass eine Möglichkeit zum räumlichen Ausrichten der Nanoröhren bereitgestellt ist. The decoupling layer can be used, for example structured a lithography and an etching process so that only certain surface areas of the Separation electrode exposed and therefore a coupling of Nanotubes are accessible. In particular, the Coverage density of the nanotubes on the free Surface areas of the deposition electrode by means of Setting the deposition parameters (e.g. specifying the amount of the electrical potential) adjustable so that a Possibility to align the nanotubes spatially is provided.

Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Nanoröhren-Abscheide- Vorrichtung näher beschrieben. Ausgestaltungen der Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung gelten auch für das Verfahren zum Abscheiden von Nanoröhren. Furthermore, the nanotube deposition according to the invention is Device described in more detail. Refinements of Nanotube deposition device also apply to that Process for the deposition of nanotubes.

Die erfindungsgemäße Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung kann eine in die Lösung eingetauchte Referenzelektrode aufweisen, die auf ein elektrisches Referenzpotential bringbar ist. Insbesondere kann die Referenzelektrode als Gegenelektrode ausgestaltet sein, das heißt, dass an die Referenzelektrode beispielsweise ein elektrisches Potential eines Vorzeichens angelegt werden kann, das zu dem Vorzeichen des elektrischen Potentials der Abscheide-Elektrode invers ist. The nanotube deposition device according to the invention can have a reference electrode immersed in the solution, which can be brought to an electrical reference potential. In particular, the reference electrode can act as a counter electrode be configured, that is, to the reference electrode for example an electrical potential of a sign can be applied to the sign of the electrical Potential of the deposition electrode is inverse.

Die Abscheide-Elektrode kann elektrisch leitfähiges Material aufweisen. An die Abscheide-Elektrode kann beispielsweise mittels einer externen Vorrichtung (z. B. Spannungsquelle, Stromquelle, Batterie etc.) eine externe elektrische Spannung angelegt werden. The deposition electrode can be an electrically conductive material exhibit. For example, the separating electrode by means of an external device (e.g. voltage source, Power source, battery etc.) an external electrical voltage be created.

Ferner kann eine Entkopplungs-Schicht auf einem Teilbereich der Abscheide-Elektrode vorgesehen sein, so dass ein Abscheiden der Nanoröhren nur auf solchen Bereichen der Abscheide-Elektrode ermöglicht ist, die von einer Bedeckung mit der Entkopplungs-Schicht frei sind. Dadurch können zum Beispiel Kanäle oder sonstige Strukturen auf der Abscheide- Elektrode ausgebildet werden, in dem die Nanoröhren abgeschieden werden können. Dadurch ist eine räumlich hochstrukturierte Anordnung von Nanoröhren ausbildbar. Insbesondere ist das sukzessive Belegen von definierten Teilbereichen des Substrats nacheinander möglich. Dadurch können auch komplexere Strukturen, wie z. B. gekreuzte Röhren oder aus Nanoröhren aufgebaute integrierte Schaltkreis- Bauelemente (z. B. Logikgatter), aufgebaut werden. Furthermore, a decoupling layer can be on a partial area the deposition electrode can be provided so that a Deposition of the nanotubes only on such areas of the Deposition electrode is enabled by a covering with the decoupling layer are free. This allows for Example channels or other structures on the separator Electrode are formed in which the nanotubes can be separated. This makes one spatial highly structured arrangement of nanotubes can be formed. In particular, the successive occupancy of defined ones Subareas of the substrate possible one after the other. Thereby can also complex structures such. B. crossed tubes or integrated circuit built from nanotubes Components (e.g. logic gates).

Die Entkopplungs-Schicht kann ein elektrisch isolierendes Material aufweisen. Dadurch ist ermöglicht, dass das Abscheiden von Nanoröhren auf der Entkopplungs-Schicht nicht ermöglicht ist, da auf einer elektrisch isolierenden Entkopplungs-Schicht keine Ladungsträger aufgebracht werden können, die eine auf die Nanoröhren attraktiv wirkende elektrische Kraft ausüben. The decoupling layer can be an electrically insulating one Have material. This enables that No deposition of nanotubes on the decoupling layer is possible because on an electrically insulating Decoupling layer no charge carriers are applied that can be attractive to the nanotubes exert electrical force.

In der Entkopplungs-Schicht kann mindestens ein Kontaktloch ausgebildet sein, in das eine Nanoröhre einbringbar ist. Dadurch ist es ermöglicht, in ein Kontaktloch vor mechanischen Einflüssen der Umgebung ausreichend sicher geschützte empfindliche Nanoröhren einzubringen, die beispielsweise als elektrisch leitfähige Kopplungsmittel (z. B. in Vias) dienen können. At least one contact hole can be in the decoupling layer be formed into which a nanotube can be inserted. This makes it possible to get into a contact hole mechanical influences of the environment are sufficiently safe to introduce protected sensitive nanotubes that for example as an electrically conductive coupling agent (e.g. in vias).

Die Abscheide-Elektrode kann mindestens zwei räumlich nicht aneinandergrenzende Abscheide-Bereiche aufweisen. The deposition electrode cannot spatially at least two have adjoining deposition areas.

Die mindestens zwei räumlich nicht aneinandergrenzenden Abscheide-Bereiche können insbesondere mittels der Entkopplungs-Schicht voneinander getrennte Oberflächenbereiche der Abscheide-Elektrode sein, die von einer Bedeckung mit der Entkopplungs-Schicht frei sind. The at least two that are not spatially adjacent Separation areas can in particular by means of Decoupling layer separated from each other Surface areas of the deposition electrode be that of cover with the decoupling layer are free.

Auch können die Abscheide-Bereiche räumlich nicht zusammenhängende Komponenten der Abscheide-Elektrode sein. In einem solchen Fall können benachbarte Abscheide-Bereiche in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sein, dass eine Nanoröhre mit zwei benachbarten Abscheide-Bereichen simultan koppelbar ist. Beispielsweise kann eine Nanoröhre, die an zwei Endabschnitten zwei elektrisch geladene Gruppen aufweist, mit jeweils einem Endabschnitt mit jeweils einem der Abscheide-Bereiche gekoppelt sein. Dadurch ist es beispielsweise möglich, mittels einer Nanoröhre einen Bereich zwischen zwei räumlich voneinander getrennten Abscheide- Bereichen miteinander elektrisch zu koppeln. The separating areas cannot spatially either connected components of the deposition electrode. In In such a case, adjacent deposition areas in such a distance from each other that a Nanotube with two adjacent deposition areas simultaneously can be coupled. For example, a nanotube attached to two end sections two electrically charged groups has, each with an end portion with one the deposition areas are coupled. That’s it possible, for example, by means of a nanotube between two spatially separated separators Areas to be electrically coupled to one another.

Sind Abscheide-Bereiche räumlich nicht zusammenhängende und daher elektrisch voneinander entkoppelte Komponenten einer elektrisch leitfähigen Abscheide-Elektrode, können unterschiedliche Abscheide-Bereiche voneinander unabhängig (z. B. nacheinander) mit Nanoröhren belegt werden. Separation areas are not spatially contiguous and therefore components electrically decoupled from one another electrically conductive separation electrode, can different deposition areas independent of each other (e.g. one after the other) with nanotubes.

Die Nanoröhre kann eine funktionelle Gruppe aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass sie mit der Abscheide-Elektrode eine elektrochemische Reaktion, insbesondere eine Bindungs- Reaktion, durchführen kann. Infolge der elektrochemischen Reaktion wird die Nanoröhre vorzugsweise mit der Abscheide- Elektrode gebunden. The nanotube can have a functional group that is set up so that it with the separating electrode an electrochemical reaction, especially a bond Reaction that can perform. As a result of electrochemical Reaction, the nanotube is preferably Electrode bound.

Die funktionelle Gruppe und die elektrisch geladene Gruppe sind vorzugsweise als gemeinsame chemische Gruppe vorgesehen. The functional group and the electrically charged group are preferably provided as a common chemical group.

Es ist anzumerken, dass im Rahmen der Anmeldung als chemische Gruppe, als elektrisch geladene Gruppe bzw. als funktionelle Gruppe insbesondere ein Atom, ein Ion, ein Molekül oder ein Molekülrest verstanden wird, das bzw. der an die Nanoröhre chemisch ankoppelbar ist. It should be noted that when registering as a chemical Group, as an electrically charged group or as a functional group Group in particular an atom, an ion, a molecule or a Molecular residue is understood, that of the nanotube is chemically coupled.

Die an die Nanoröhren vorzugsweise angekoppelte funktionelle Gruppe kann beispielsweise die Eigenschaft aufweisen, in einer Lösung zu dissoziieren und dadurch eine elektrisch geladene Gruppe auszubilden. Alternativ oder simultan kann die funktionelle Gruppe derart eingerichtet sein, dass sie mit einer Abscheide-Elektrode eine chemische Reaktion, insbesondere eine Redoxreaktion zum Koppeln der Nanoröhre mit der Abscheide-Elektrode durchführen kann. Diese elektrochemische Reaktion kann durch das elektrische Feld begünstigt oder ausgelöst werden (beispielsweise Oxidation, Reduktion). The functional one which is preferably coupled to the nanotubes For example, group can have the property in dissociate a solution and thereby an electrical one to train the invited group. Alternatively or simultaneously can the functional group must be set up such that it a chemical reaction with a separating electrode, especially a redox reaction to couple the nanotube with the deposition electrode can perform. This electrochemical reaction can be caused by the electric field favored or triggered (e.g. oxidation, Reduction).

Insbesondere kann die Kopplung zwischen der Nanoröhre und der Abscheide-Elektrode eine chemische Bindung zwischen Gold- Material der Abscheide-Elektrode und einer Schwefel-haltigen Gruppe, insbesondere einer Thiol-Gruppe (SH-Gruppe), der Nanoröhre sein. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Gold-Schwefel-Kopplung eine besonders vorteilhafte Kopplungschemie aufweist. In particular, the coupling between the nanotube and the Deposition electrode a chemical bond between gold Material of the deposition electrode and a sulfur-containing one Group, in particular a thiol group (SH group), the Be a nanotube. In this context it should be noted that the gold-sulfur coupling is a particularly advantageous one Has coupling chemistry.

Die Kopplung zwischen der Nanoröhre und der Abscheide- Elektrode kann eine chemische Bindung zwischen einer Amin- Gruppe des Abscheide-Elektrode und einer Carboxylat-Gruppe (Carbonsäure) der Nanoröhre unter Abspaltung eines Wassermoleküls sein, d. h. eine Amid-Bindung. The coupling between the nanotube and the deposition Electrode can form a chemical bond between an amine Group of the deposition electrode and a carboxylate group (Carboxylic acid) of the nanotube while splitting off one Be water molecule, d. H. an amide bond.

Als Bindungstypen zwischen Nanoröhre und Abscheide-Elektrode kommen insbesondere eine kovalente Bindung, eine ionische Bindung oder eine van-der-Waals-Bindung in Frage. As bond types between the nanotube and the deposition electrode come especially a covalent bond, an ionic one Binding or a van der Waals binding in question.

Die Nanoröhre kann eine Kohlenstoffnanoröhre, eine Kohlenstoff-Bor-Nanoröhre, eine Kohlenstoff-Stickstoff- Nanoröhre, eine Wolframsulfid-Nanoröhre oder eine Chalkogenid-Nanoröhre sein. The nanotube can be a carbon nanotube, a Carbon-boron nanotube, a carbon-nitrogen Nanotube, a tungsten sulfide nanotube or one Chalcogenide nanotube.

Abgesehen von den elektrisch geladenen Gruppen der Nanoröhren ist die Lösung, in der die Nanoröhren befindlich sind, von weiteren elektrisch geladenen Partikeln vorzugsweise im Wesentlichen frei. Mit anderen Worten kann die Lösung eine im Wesentlichen nicht-ionische Lösung sein. Bei der Verwendung einer im Wesentlichen nicht-ionischen Lösung erfolgt eine stromlose Abscheidung der Nanoröhren auf der Abscheide- Elektrode. Dies hat gegenüber der Verwendung einer ionischen Lösung den Vorteil, dass an der Abscheide-Elektrode im Wesentlichen nur Nanoröhren-Material abgeschieden wird, wohingegen ein unerwünschtes Abscheiden von Ionen bzw. Salzen (beispielsweise Natrium-Ionen, Chlorid-Ionen, Natriumchlorid, etc.) an den Abscheide-Elektroden vermieden ist. Except for the electrically charged groups of the nanotubes is the solution in which the nanotubes are located by further electrically charged particles preferably in Essentially free. In other words, the solution can be a Be essentially non-ionic solution. When using an essentially non-ionic solution takes place Electroless deposition of the nanotubes on the deposition Electrode. This has compared to using an ionic Solution the advantage that at the separating electrode in the Essentially only nanotube material is deposited whereas an undesirable separation of ions or salts (e.g. sodium ions, chloride ions, sodium chloride, etc.) on the separation electrodes is avoided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert. Embodiments of the invention are in the figures are shown and explained in more detail below.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1A, 1B eine Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide- Vorrichtung zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Verfahrens zum Abscheiden von Kohlenstoffnanoröhren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1A, 1B, a carbon nanotube deposition apparatus at different times during a process for depositing carbon nanotubes according to an embodiment of the invention,

Fig. 2 eine mit einer elektrisch geladenen Gruppe gebundene Kohlenstoffnanoröhre, Fig. 2 is a bound with an electrically charged group carbon nanotube,

Fig. 3 eine Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 3 shows a carbon nanotube deposition apparatus according to a preferred embodiment of the invention,

Fig. 4 eine Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 4 is a carbon nanotube deposition apparatus according to another preferred embodiment of the invention.

Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Same or similar components in different Figures are given the same reference numerals.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 1A, Fig. 1B ein Verfahren zum Abscheiden von Kohlenstoffnanoröhren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In addition, shows a method of depositing carbon nanotubes, referring to Fig. 1A. 1B described according to a preferred embodiment of the invention.

In Fig. 1A ist eine Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide- Vorrichtung 100 in einem ersten Betriebszustand gezeigt. In Fig. 1A is a carbon nanotube deposition device is shown in a first operating state 100,.

Die Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung 100 hat eine in einem U-Rohr 101 eingefüllte Suspension 102 mit mit elektrisch negativ geladenen Gruppen 103 versehenen Kohlenstoffnanoröhren 104. In die Suspension 102 taucht eine Platin-Elektrode 105 als Abscheide-Elektrode ein. Mit anderen Worten ist die Suspension 102 in Wirkkontakt mit der Platin- Elektrode 105. Die Platin-Elektrode 105 ist spiralförmig ausgestaltet, um eine hohe aktive Oberfläche zum Abscheiden der Kohlenstoffnanoröhren 104 zu haben. Wie in Fig. 1A gezeigt, ist zwischen der Platin-Elektrode 105 und einer Gegenelektrode 106 keine elektrische Spannung angelegt, da gemäß dem ersten Betriebszustand ein Schalter 107 geöffnet ist, so dass eine Gleichspannungsquelle 108 zwischen der Platin-Elektrode 105 und der Gegenelektrode 106 kein elektrisches Feld erzeugen kann. Die unterschiedlichen Kohlenstoffnanoröhren 104 sind in den beiden Schenkeln 101a und 101b des U-Rohrs 101 im Wesentlichen statistisch verteilt. Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Suspension 102 destilliertes Wasser, in das mit den elektrisch negativ geladenen Gruppen 103 gebundene Kohlenstoffnanoröhren 104 eingebracht sind. The carbon nanotube deposition device 100 has a suspension 102 filled in a U-tube 101 with carbon nanotubes 104 provided with electrically negatively charged groups 103 . A platinum electrode 105 dips into the suspension 102 as a deposition electrode. In other words, the suspension 102 is in active contact with the platinum electrode 105 . The platinum electrode 105 is designed in a spiral shape in order to have a high active surface for depositing the carbon nanotubes 104 . As shown in FIG. 1A, no electrical voltage is applied between the platinum electrode 105 and a counter electrode 106 , since a switch 107 is opened in accordance with the first operating state, so that a DC voltage source 108 between the platinum electrode 105 and the counter electrode 106 does not can generate an electric field. The different carbon nanotubes 104 are essentially statistically distributed in the two legs 101 a and 101 b of the U-tube 101 . According to the exemplary embodiment described, the suspension 102 is distilled water into which carbon nanotubes 104 bound with the electrically negatively charged groups 103 are introduced.

In Fig. 1B ist die Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung 100 gemäß einem zweiten Betriebszustand gezeigt. In Fig. 1B, the carbon nanotube deposition device 100 is shown according to a second operating condition.

Gemäß dem zweiten Betriebszustand ist der Schalter 107 geschlossen, so dass zwischen der spiralförmigen Platin- Elektrode 105 und der Gegenelektrode 106 eine von der Gleichspannungsquelle 108 generierte Gleichspannung von 30 Volt mit einem derartigen Vorzeichen anliegt, dass die Platin-Elektrode 105 elektrisch positiv geladen ist, wohingegen die Gegenelektrode 106 elektrisch negativ geladen ist. Die Folge des Anlegens der Spannung der Gleichspannungsquelle 108 zwischen die Platin-Elektrode 105 und die Gegenelektrode 106 ist, dass die Platin-Elektrode 105 als Abscheide-Elektrode auf ein derartiges elektrisches Potential gebracht wird, dass die elektrisch negativ geladenen Gruppen 103 der Kohlenstoffnanoröhren 104 von der Platin-Elektrode 105 elektrisch angezogen werden, um die Kohlenstoffnanoröhren 104 mit der Platin-Elektrode 105 zu koppeln. Wie in Fig. 1B gezeigt, ist in dem linken Schenkel 101a des U-Rohrs 101 die Teilchenzahldichte der Kohlenstoffnanoröhren 104 gegenüber der Teilchenzahldichte der Kohlenstoffnanoröhren 104 in dem zweiten U-Rohr 101b erheblich erhöht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die elektrisch negativ geladenen Gruppen 103 der Kohlenstoffnanoröhren 104 von der positiv geladenen Platin- Elektrode 105 angezogen werden und daher in dem Umgebungsbereich der Platin-Elektrode 105 akkumuliert sind. Dadurch ist ein chemisches Binden der Kohlenstoffnanoröhren 104 an der Platin-Elektrode 105 begünstigt, so dass die Kohlenstoffnanoröhren 104 an der Platin-Elektrode 105 abgeschieden werden. According to the second operating state, the switch 107 is closed, so that between the spiral platinum electrode 105 and the counter electrode 106 there is a DC voltage of 30 volts generated by the DC voltage source 108 with a sign such that the platinum electrode 105 is positively charged electrically. whereas the counter electrode 106 is electrically negatively charged. The consequence of the application of the voltage of the DC voltage source 108 between the platinum electrode 105 and the counter electrode 106 is that the platinum electrode 105 as the deposition electrode is brought to such an electrical potential that the electrically negatively charged groups 103 of the carbon nanotubes 104 of of the platinum electrode 105 are electrically attracted to couple the carbon nanotubes 104 to the platinum electrode 105 . As shown in FIG. 1B, the particle number density of the carbon nanotubes 104 in the left leg 101 a of the U-tube 101 is considerably increased compared to the particle number density of the carbon nanotubes 104 in the second U-tube 101 b. This is due to the fact that the electrically negatively charged groups 103 of the carbon nanotubes 104 are attracted to the positively charged platinum electrode 105 and are therefore accumulated in the surrounding area of the platinum electrode 105 . This favors chemical bonding of the carbon nanotubes 104 to the platinum electrode 105 , so that the carbon nanotubes 104 are deposited on the platinum electrode 105 .

Nach Anlegen einer Spannung von beispielsweise 30 Volt für eine Zeit von beispielsweise 12 Stunden ist im Experiment eine dichte Belegung der Platin-Elektrode 105 mit Kohlenstoffnanoröhren 104 festzustellen. After a voltage of, for example, 30 volts has been applied for a time of, for example, 12 hours, the platinum electrode 105 is densely covered with carbon nanotubes 104 in the experiment.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 2 die dort gezeigte mit einer elektrisch geladenen OH-Gruppe 200 versehene Kohlenstoffnanoröhre 201 beschrieben. The carbon nanotube 201 shown there, which is provided with an electrically charged OH group 200 , is described below with reference to FIG. 2.

Auf die in Fig. 2 gezeigte mit der OH-Gruppe 200 versehene Kohlenstoffnanoröhre 201 wird in einem elektrischen Feld eine elektrische Kraft ausgeübt, da die mit der Kohlenstoffnanoröhre 201 gebundene OH-Gruppe 200 eine Oberflächenladung aufweist. Diese entsteht mittels Dissoziierens einer Säuregruppe in einem geeigneten Lösungsmittel. To that shown in Fig. 2 with the OH-group 200 provided the carbon nanotube 201, an electrical force is applied in an electric field, since the bound with the carbon nanotube 201 OH group 200 having a surface charge. This occurs by dissociating an acid group in a suitable solvent.

Aufgrund einer elektrischen Kraft, die eine positiv geladene Elektrode auf die elektrisch negativ geladene OH-Gruppe 200 an der Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre 201 ausübt, wird die Kohlenstoffnanoröhre 201 infolge einer elektrostatischen Wechselwirkung von der Elektrode angezogen. Due to an electrical force that a positively charged electrode exerts on the electrically negatively charged OH group 200 on the surface of the carbon nanotube 201 , the carbon nanotube 201 is attracted to the electrode due to an electrostatic interaction.

Alternativ sind auch andere funktionale Gruppen an der Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre denkbar. Insbesondere sind solche funktionelle Gruppen vorteilhaft, die an der Oberfläche der Elektrode gut anbinden könnten und so die Haftung der Kohlenstoffnanoröhre auf den Elektroden verbessern. Alternatively, other functional groups are also on the Surface of the carbon nanotube conceivable. In particular are such functional groups advantageous at the Surface of the electrode and so the Adhesion of the carbon nanotube to the electrodes improve.

Das Dekorieren einer Nanoröhre, insbesondere einer Kohlenstoffnanoröhre, mit einer elektrisch geladenen Gruppe kann beispielsweise mittels Oxidierens in Säure oder in heißer Luft realisiert sein. Zum Anbinden funktioneller Gruppen kann eine fertig hergestellte Kohlenstoffnanoröhre beispielsweise einem Sauerstoffplasma ausgesetzt werden. Die Oberfläche der Nanoröhre wird dadurch mit sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen (Hydroxyl-, Carbonyl- bzw. Carboxyl-) versehen. Decorating a nanotube, especially one Carbon nanotube, with an electrically charged group can for example by means of oxidation in acid or in hot air. To connect more functional Groups can be a finished carbon nanotube for example exposed to an oxygen plasma. The The surface of the nanotube is thereby covered with oxygen functional groups (hydroxyl, carbonyl or carboxyl) Mistake.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 3 eine Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung 300 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. A carbon nanotube deposition device 300 according to a preferred exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG. 3.

Die Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung 300 weist eine Suspension 301 mit einer Vielzahl von mit einer ersten elektrisch negativ geladenen Gruppe 302 und mit einer zweiten elektrisch negativ geladenen Gruppe 303 gebundenen Kohlenstoffnanoröhren 304 auf (in Fig. 3 ist nur eine gezeigt). Die Suspension 301 ist auf eine Abscheide-Elektrode 305 aus einem ersten Abscheide-Bereich 306 und einem zweiten Abscheide-Bereich 307 aufgebracht. Der erste Abscheide- Bereich 306 und der zweite Abscheide-Bereich 307 sind aus einer auf ein Trägersubstrat 308 aufgebrachten Goldschicht mittels eines Strukturierungsverfahrens ausgebildete Bereiche. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der erste Abscheide- Bereich 306 von dem zweiten Abscheide-Bereich 307 in einem lateralen Abstand angeordnet, der im Wesentlichen dem Abstand der ersten elektrisch negativ geladenen Gruppe 302 von der zweiten elektrisch negativ geladenen Gruppe 303 an der Kohlenstoffnanoröhre 304 entspricht. Sowohl der erste Abscheide-Bereich 306 als auch der zweite Abscheide-Bereich 307 sind auf ein positives elektrisches Potential gebracht, so dass die elektrisch negativ geladenen Gruppen 302, 303 von der Abscheide-Elektrode 305 angezogen werden, wodurch die Kohlenstoffnanoröhre 304 mit den Abscheide-Bereichen 306, 307 der Abscheide-Elektrode 305 gekoppelt wird (nicht gezeigt). Ferner weist die Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung 300 eine elektrisch negativ geladene Gegenelektrode 309 auf. Die Abscheide-Bereiche 306, 307 aus Gold-Material dienen als elektrisch leitfähige Oberflächen, die in der in Fig. 3 gezeigten Weise zu räumlich nicht zusammenhängenden Bereichen strukturiert sind. Gemäß der Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide- Vorrichtung 300 aus Fig. 3 ist die Kohlenstoffnanoröhre 304 mit den beiden Endabschnitten an jeweils einem der Abscheide- Bereiche 306 bzw. 307 koppelbar, so dass die Kohlenstoffnanoröhre 304 anschaulich eine Überbrückungsstruktur bzw. eine elektrische Kopplungsstruktur zwischen dem ersten und dem zweiten Abscheide-Bereich 306, 307 bilden kann. Dadurch ist anschaulich eine Gap-Struktur geschaffen, die von einer Kohlenstoffnanoröhre überspannt ist. The carbon nanotube deposition device 300 has a suspension 301 with a plurality of carbon nanotubes 304 bonded to a first electrically negatively charged group 302 and to a second electrically negatively charged group 303 (only one is shown in FIG. 3). The suspension 301 is applied to a deposition electrode 305 comprising a first deposition area 306 and a second deposition area 307 . The first deposition region 306 and the second deposition region 307 are regions formed from a gold layer applied to a carrier substrate 308 by means of a structuring method. As shown in FIG. 3, the first deposition region 306 is arranged at a lateral distance from the second deposition region 307 , which is essentially the distance between the first electrically negatively charged group 302 and the second electrically negatively charged group 303 on the carbon nanotube 304 corresponds. Both the first deposition region 306 and the second deposition region 307 are brought to a positive electrical potential, so that the electrically negatively charged groups 302 , 303 are attracted by the deposition electrode 305 , whereby the carbon nanotube 304 with the deposition Regions 306 , 307 of the deposition electrode 305 is coupled (not shown). Furthermore, the carbon nanotube deposition device 300 has an electrically negatively charged counter electrode 309 . The deposition regions 306 , 307 made of gold material serve as electrically conductive surfaces which are structured in the manner shown in FIG. 3 to form spatially non-contiguous regions. According to the carbon nanotube deposition device 300 from FIG. 3, the carbon nanotube 304 can be coupled with the two end sections to one of the deposition regions 306 or 307 , so that the carbon nanotube 304 clearly shows a bridging structure or an electrical coupling structure between the first and can form the second deposition region 306 , 307 . This clearly creates a gap structure that is spanned by a carbon nanotube.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf Figur ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung beschrieben. In the following, another figure will be referred to preferred embodiment of the invention Carbon nanotube deposition device described.

Die Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung 400 weist eine wässerige Suspension 401 auf, die mit einer elektrisch negativ geladenen Gruppe 402 gebundene Kohlenstoffnanoröhren 403 enthält. Die Suspension 401 ist in einen Behälter 404 eingefüllt. In die Suspension 401 ist eine Gold-Elektrode 405 als Abscheide-Elektrode eingetaucht. Auf der Gold-Elektrode 405 ist eine strukturierte Entkopplungs-Schicht 406 aus Siliziumdioxid aufgebracht. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist aufgrund der Strukturierung der Entkopplungs-Schicht 406 ein erster Oberflächebereich der Gold-Elektrode 405 mit der strukturierten Entkopplungs-Schicht 406 bedeckt, wohingegen ein zweiter Oberflächenbereich der Gold-Elektrode 406 von der Entkopplungs-Schicht 406 frei ist. Ein weiterer Oberflächenbereich der Gold-Elektrode 405 ist von einer Passivierungsschicht 407 umgeben. Mittels einer Gleichspannungsquelle 408 ist ein elektrisches Feld zwischen der Gold-Elektrode 405 und einer Gegenelektrode 409 angelegt, derart, dass die Gold-Elektrode 405 elektrisch positiv gegenüber der Gegenelektrode 409 vorgespannt ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, werden dadurch die in der Suspension 401 enthaltenen Kohlenstoffnanoröhren 403 mit den daran gekoppelten elektrisch negativ geladenen Gruppen 402 von der Gold-Elektrode 405 elektrisch angezogen, so dass auf dem freiliegenden Oberflächenbereich der Goldelektrode 405 räumlich definiert Kohlenstoffnanoröhren 403 abgeschieden werden. Insbesondere sind durch die freien Oberflächenbereiche der Goldelektrode 405 anschaulich Kontaktlöcher geschaffen, in welche die Kohlenstoffnanoröhren gezielt eingebracht werden. The carbon nanotube deposition device 400 has an aqueous suspension 401 which contains carbon nanotubes 403 bonded to an electrically negatively charged group 402 . The suspension 401 is filled into a container 404 . A gold electrode 405 is immersed in the suspension 401 as a deposition electrode. A structured decoupling layer 406 made of silicon dioxide is applied to the gold electrode 405 . As shown in FIG. 4, due to the structuring of the decoupling layer 406, a first surface area of the gold electrode 405 is covered with the structured decoupling layer 406 , whereas a second surface area of the gold electrode 406 is free of the decoupling layer 406 , Another surface area of the gold electrode 405 is surrounded by a passivation layer 407 . An electric field is applied between the gold electrode 405 and a counter electrode 409 by means of a DC voltage source 408 , such that the gold electrode 405 is biased electrically positively with respect to the counter electrode 409 . As shown in FIG. 4, the carbon nanotubes 403 contained in the suspension 401 with the electrically negatively charged groups 402 coupled thereto are electrically attracted by the gold electrode 405 , so that spatially defined carbon nanotubes 403 are deposited on the exposed surface area of the gold electrode 405 , In particular, the free surface areas of the gold electrode 405 clearly create contact holes into which the carbon nanotubes are introduced in a targeted manner.

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] Harris, PJF (1999) "Carbon Nanotubes and Related Structures - New Materials for the Twenty-first Century.", Cambridge University Press, Cambridge. pp. 1 to 15, 111 to 155
[2] Umek, P, Mihailovic, D (2001) "Separation of SWNTs by diffusion" Synthetic Metals 121: 1211-1212
[3] Bachtold, A, Hadley, P, Nakanishi, T, Dekker, C (2001) "Logic Circuits with Carbon Nanotube Transistors" Science 294: 1317-1320
[4] Burghard, M, Duesberg, G, Philipp, G, Muster, J, Roth, S (1998) "Controlled Adsorption of Carbon Nanotubes on Chemically Modified Electrode Arrays" Adv. Matter 10(8): 584-587
[5] Choi, KH, Bourgoin, JP, Auvray, S. Esteve, D, Duesberg, GS, Roth, S. Burghard, M (2000) "Controlled deposition of carbon nanotubes on a patterned substrate" Surface Science 462: 195-202
[6] Huang, Y, Duan, X, Wei, Q, Lieber, cm (2001) "Directed Assembly of One-Dimensional Nanostructures into Functional Networks" Science 291: 630-633
[7] Li, Kim, W, Zhang, Y, Rolandi, M, Wang, D, Dai, H (2001) "Growth of Single-Walled Carbon Nanotubes from Discrete Catalytic Nanoparticles of Various Sizes" J. Phys. Chem. B 105: 11424-11431 Bezugszeichenliste 100 Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung
101 U-Rohr
101a erster Schenkel
101b zweiter Schenkel
102 Suspension
103 elektrisch negativ geladene Gruppe
104 Kohlenstoffnanoröhre
105 Platin-Elektrode
106 Gegenelektrode
107 Schalter
108 Gleichspannungsquelle
200 OH-Gruppe
201 Kohlenstoffnanoröhre
300 Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung
301 Suspension
302 erste elektrisch negativ geladene Gruppe
303 zweite elektrisch negativ geladene Gruppe
304 Kohlenstoffnanoröhre
305 Abscheide-Elektrode
306 erster Abscheide-Bereich
307 zweiter Abscheide-Bereich
308 Träger-Substrat
309 Gegenelektrode
400 Kohlenstoffnanoröhren-Abscheide-Vorrichtung
401 Suspension
402 elektrisch negativ geladene Gruppe
403 Kohlenstoffnanoröhre
404 Behälter
405 Gold-Elektrode
406 strukturierte Entkopplungsschicht
407 Passivierungsschicht
408 Gleichspannungsquelle
409 Gegenelektrode
The following publications are cited in this document:
[1] Harris, PJF ( 1999 ) "Carbon Nanotubes and Related Structures - New Materials for the Twenty-First Century.", Cambridge University Press, Cambridge. pp. 1 to 15, 111 to 155
[2] Umek, P, Mihailovic, D ( 2001 ) "Separation of SWNTs by diffusion" Synthetic Metals 121 : 1211-1212
[3] Bachtold, A, Hadley, P, Nakanishi, T, Dekker, C ( 2001 ) "Logic Circuits with Carbon Nanotube Transistors" Science 294: 1317-1320
[4] Burghard, M, Duesberg, G, Philipp, G, Muster, J, Roth, S ( 1998 ) "Controlled Adsorption of Carbon Nanotubes on Chemically Modified Electrode Arrays" Adv. Matter 10 ( 8 ): 584-587
[5] Choi, KH, Bourgoin, JP, Auvray, S. Esteve, D, Duesberg, GS, Roth, S. Burghard, M ( 2000 ) "Controlled deposition of carbon nanotubes on a patterned substrate" Surface Science 462: 195- 202
[6] Huang, Y, Duan, X, Wei, Q, Lieber, cm ( 2001 ) "Directed Assembly of One-Dimensional Nanostructures into Functional Networks" Science 291: 630-633
[7] Li, Kim, W, Zhang, Y, Rolandi, M, Wang, D, Dai, H ( 2001 ) "Growth of Single-Walled Carbon Nanotubes from Discrete Catalytic Nanoparticles of Various Sizes" J. Phys. Chem. B 105: 11424-11431 reference numeral 100 carbon nanotube deposition device
101 U tube
101 a first leg
101 b second leg
102 suspension
103 electrically negatively charged group
104 carbon nanotube
105 platinum electrode
106 counter electrode
107 switches
108 DC voltage source
200 OH group
201 carbon nanotube
300 carbon nanotube deposition device
301 suspension
302 first electrically negatively charged group
303 second electrically negatively charged group
304 carbon nanotube
305 deposition electrode
306 first separation area
307 second separation area
308 carrier substrate
309 counter electrode
400 carbon nanotube deposition device
401 suspension
402 electrically negatively charged group
403 carbon nanotube
404 containers
405 gold electrode
406 structured decoupling layer
407 passivation layer
408 DC voltage source
409 counter electrode

Claims (19)

1. Verfahren zum Abscheiden von Nanoröhren, bei dem
eine Lösung von mit einer elektrisch geladenen Gruppe gebundenen Nanoröhren bereitgestellt wird;
die Lösung auf eine Abscheide-Elektrode gebracht wird, welche Abscheide-Elektrode auf ein derartiges elektrisches Potential gebracht wird, dass die elektrisch geladenen Gruppen von der Abscheide-Elektrode angezogen werden, um die Nanoröhren mit der Abscheide- Elektrode zu koppeln. 1. A method for depositing nanotubes, in which
a solution of nanotubes bound with an electrically charged group is provided;
the solution is placed on a deposition electrode, which deposition electrode is brought to such an electrical potential that the electrically charged groups are attracted to the deposition electrode in order to couple the nanotubes to the deposition electrode. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Nanoröhren auf unterschiedlichen Abscheide-Bereichen der Abscheide-Elektrode mittels Steuerns des elektrischen Potentials der Abscheide-Bereiche voneinander unabhängig abgeschieden werden. 2. The method according to claim 1, with the nanotubes on different deposition areas the deposition electrode by controlling the electrical Potential of the deposition areas independent of each other be deposited. 3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem unterschiedliche Abscheide-Bereiche auf der Abscheide-Elektrode ausgebildet werden, indem
die Abscheide-Elektrode und/oder
eine auf der Abscheide-Elektrode ausgebildete Entkopplungs-Schicht, die derart eingerichtet ist, dass ein Abscheiden der Nanoröhren nur auf solchen Bereichen der Abscheide-Elektrode ermöglicht ist, die von einer Bedeckung mit der Entkopplungs-Schicht frei sind, einem Strukturierungsverfahren unterzogen werden. 3. The method of claim 1, wherein different deposition areas are formed on the deposition electrode by
the deposition electrode and / or
a decoupling layer formed on the deposition electrode, which is set up in such a way that deposition of the nanotubes is only possible on those areas of the deposition electrode which are free from being covered with the decoupling layer, are subjected to a structuring process. 4. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung
mit einer Lösung von mit einer elektrisch geladenen Gruppe gebundenen Nanoröhren;
bei der die Lösung auf eine Abscheide-Elektrode gebracht ist, welche Abscheide-Elektrode auf ein derartiges elektrisches Potential bringbar ist, dass die elektrisch geladenen Gruppen von der Abscheide-Elektrode angezogen werden, um die Nanoröhren mit der Abscheide-Elektrode zu koppeln. 4. Nanotube deposition device
with a solution of nanotubes bound with an electrically charged group;
in which the solution is placed on a deposition electrode, which deposition electrode can be brought to such an electrical potential that the electrically charged groups are attracted to the deposition electrode in order to couple the nanotubes to the deposition electrode. 5. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach Anspruch 4 mit einer in der Lösung eingetauchten Referenzelektrode, die auf ein elektrisches Referenz-Potential bringbar ist. 5. Nanotube deposition device according to claim 4 with a reference electrode immersed in the solution, the can be brought to an electrical reference potential. 6. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Abscheide-Elektrode ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. 6. nanotube deposition device according to claim 4 or 5, in which the deposition electrode is an electrically conductive Has material. 7. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, die ferner eine Entkopplungs-Schicht auf einem Teilbereich der Abscheide-Elektrode aufweist, die derart eingerichtet ist, dass ein Abscheiden der Nanoröhren nur auf solchen Bereichen der Abscheide-Elektrode ermöglicht ist, die von einer Bedeckung mit der Entkopplungs-Schicht frei sind. 7. Nanotube deposition device according to one of the claims 4 to 6, which also a decoupling layer on a portion of the separating electrode, which is set up in this way is that deposition of the nanotubes only on such Areas of the deposition electrode is made possible by cover with the decoupling layer are free. 8. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Entkopplungs-Schicht ein elektrisch isolierendes Material aufweist. 8. nanotube deposition device according to claim 7, where the decoupling layer is an electrically insulating Has material. 9. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der in der Entkopplungs-Schicht mindestens ein Kontaktloch derart ausgebildet ist, dass darin eine Nanoröhre einbringbar ist. 9. nanotube deposition device according to claim 7 or 8, at least one in the decoupling layer Contact hole is formed such that a nanotube is therein can be introduced. 10. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, bei der die Abscheide-Elektrode mindestens zwei räumlich nicht aneinandergrenzende Abscheide-Bereiche aufweist. 10. Nanotube deposition device according to one of the claims 4 to 9, in which the deposition electrode is spatially at least two has non-contiguous deposition areas. 11. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die mindestens zwei räumlich nicht aneinandergrenzenden Abscheide-Bereiche mittels der Entkopplungs-Schicht voneinander getrennte Oberflächenbereiche sind, die von einer Bedeckung mit der Entkopplungs-Schicht frei sind. 11. Nanotube deposition device according to claim 10, where the at least two are not spatially adjoining deposition areas by means of Decoupling layer separated from each other Surface areas are that of a covering with the Decoupling layer are free. 12. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Abscheide-Bereiche räumlich nicht zusammenhängende Komponenten der Abscheide-Elektrode sind. 12. Nanotube deposition device according to claim 10 or 11 where the separation areas are not spatially are connected components of the deposition electrode. 13. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der benachbarte Abscheide-Bereiche in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, dass eine Nanoröhre mit beiden benachbarten Abscheide-Bereichen koppelbar ist. 13. Nanotube deposition device according to claim 12, at the adjacent deposition areas in such Are spaced from each other that a nanotube with two adjacent deposition areas can be coupled. 14. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, bei der die Nanoröhren eine funktionelle Gruppe aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass sie mit der Abscheide- Elektrode eine elektrochemische Reaktion durchführen kann. 14. Nanotube deposition device according to one of the claims 4 to 13, where the nanotubes have a functional group, which is set up in such a way that it Electrode can perform an electrochemical reaction. 15. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die funktionelle Gruppe und die elektrisch geladene Gruppe eine gemeinsame chemische Gruppe ist. 15. Nanotube deposition device according to claim 14, where the functional group and the electrically charged Group is a common chemical group. 16. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, bei der die Kopplung zwischen Nanoröhre und Abscheide- Elektrode eine chemische Bindung zwischen Gold-Material des Abscheide-Elektrode und einer Schwefel-haltigen Gruppe der Nanoröhre ist. 16. Nanotube deposition device according to one of the claims 4 to 15, where the coupling between the nanotube and the deposition Electrode a chemical bond between gold material of the Deposition electrode and a sulfur-containing group of Is nanotube. 17. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, bei der die Kopplung zwischen Nanoröhre und Abscheide- Elektrode eine Amid-Bindung ist. 17. Nanotube deposition device according to one of the claims 4 to 15, where the coupling between the nanotube and the deposition Electrode is an amide bond. 18. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 17,
bei der die Nanoröhren
Kohlenstoffnanoröhren
Kohlenstoff-Bor-Nanoröhren
Kohlenstoff-Stickstoff-Nanoröhren
Wolframsulfid-Nanoröhren oder
Chalkogenid-Nanoröhren
sind. 18. Nanotube deposition device according to one of claims 4 to 17,
where the nanotubes
Carbon nanotubes
Carbon-boron nanotubes
Carbon-nitrogen nanotubes
Tungsten sulfide nanotubes or
Chalcogenide nanotubes
are. 19. Nanoröhren-Abscheide-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, bei der abgesehen von den elektrisch geladenen Gruppen der Nanoröhren die Lösung von elektrisch geladenen Partikeln im Wesentlichen frei ist. 19. Nanotube deposition device according to one of the claims 4 to 18, apart from the electrically charged groups of the The solution of electrically charged particles in nanotubes Is essentially free.