專利名稱：三維微結(jié)構(gòu)、具有至少兩個(gè)三維微結(jié)構(gòu)的裝置、用于制造所述微結(jié)構(gòu)的方法和所述微結(jié)構(gòu) ...的制作方法
三維微結(jié)構(gòu)、具有至少兩個(gè)三維微結(jié)構(gòu)的裝置、用于制造所述微結(jié)構(gòu)的方法和所述微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
本發(fā)明涉及一種三維微結(jié)構(gòu)、具有至少兩個(gè)三維微結(jié)構(gòu)的裝置、以及用于制造所述三維微結(jié)構(gòu)的方法和所述三維微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
對(duì)于各種應(yīng)用，具有非常大的表面的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢(shì)。這種類型的結(jié)構(gòu)例如是多孔的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)的性質(zhì)——例如所述結(jié)構(gòu)的材料成分——僅僅能夠有限地變化。
所述發(fā)明的目的是，提供一種具有非常大的表面的結(jié)構(gòu)，其特性能夠在一種寬范圍中改變。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，提出一種三維微結(jié)構(gòu)，其具有大量的彼此鄰近的或者說(shuō)并列的、相對(duì)于其相應(yīng)的微柱縱向伸展長(zhǎng)度基本上彼此平行地且彼此間隔地被安置的微柱，所述微柱具有至少一種無(wú)定形的微柱材料，所述微柱各自具有一種在20至1000范圍內(nèi)的縱橫比(Aspekt- VerhHtnis )，并且各自具有一種在0. 1微米直至200微米范圍內(nèi)的微柱直徑；以及在毗鄰的微柱之間配設(shè)的微柱空隙，所述微柱空隙具有在所述毗鄰的微柱之間從1微米至100微米范圍中選出的微柱間距。在這種情況下，特別地，所述微柱直徑從0. 3 微米至200微米的范圍中選出。所述微柱的基本平行的布置在此意味著關(guān)于所述微柱縱向伸展部的(平均的或者說(shuō)一般的)取向，能夠允許直至10°的偏差。
優(yōu)選地，所述微柱中的至少一個(gè)微柱的所述微柱縱向伸展部從50微米直至10毫米的范圍中、并且特別地從100微米直至1毫米的范圍中選出。優(yōu)選地，所述微柱中大量的或者所有的微柱的微柱縱向伸展部(線長(zhǎng)度)是來(lái)自所述的范圍。因此所述微柱能夠是相等長(zhǎng)度。也可考慮的是，一種微結(jié)構(gòu)的所述微柱有不同的長(zhǎng)度，由此具有不同的微柱縱向伸展部。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，也提出一種用于制造所述三維微結(jié)構(gòu)的方法，其具有下列方法步驟a)用模板材料制備一模板，其中所述模板具有一基本與所述微結(jié)構(gòu)相反的三維模板結(jié)構(gòu)，所述三維模板結(jié)構(gòu)具有柱狀模板空腔，b)將微柱材料安置在柱狀模板空腔中，從而形成所述微柱，并且c)至少部分地移去所述模板材料。
優(yōu)選地，為了安置所述微柱材料，執(zhí)行下文的進(jìn)一步的步驟方法d)將所述微柱材料的原料引入到所述模板空腔中，和e)將所述微柱材料的原料轉(zhuǎn)化為微結(jié)構(gòu)材料。
所述無(wú)定形的微柱材料是一種非單晶體材料。例如，所述微柱材料是多晶體的或者非晶體的。因此，各種任意材料可考慮用作微柱材料，例如金屬、半金屬和任何的無(wú)機(jī)的和有機(jī)的化合物。
按照本發(fā)明的第三方面，提出一種至少兩個(gè)微結(jié)構(gòu)的裝置，其中，所述微結(jié)構(gòu)之一的微柱被設(shè)置在另一個(gè)微結(jié)構(gòu)的微柱空隙之中，反之亦然。
借助于本發(fā)明，制備一種毛刷類型的三維構(gòu)造的微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)由(系統(tǒng)性地)矩陣類型地配設(shè)的、非常薄的并且同時(shí)是自支承的微柱(線體，針體)組成。所述微結(jié)構(gòu)是自支承的(selbst-tragend)。它不需要用于支撐所述微結(jié)構(gòu)的支撐面。所述微結(jié)構(gòu)具有一種帶有網(wǎng)目點(diǎn)的網(wǎng)目。所述網(wǎng)目點(diǎn)由所述微柱構(gòu)成。這種類型的微結(jié)構(gòu)此外具有一種非常大的表面。至今沒(méi)有給出用于制造這種微結(jié)構(gòu)的方法——所述微結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)達(dá)1000微米或更長(zhǎng)的線長(zhǎng)時(shí)具有一種小于10微米的線網(wǎng)目。
為了制造所述微結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)思想在于基于一模板(型件，模件)，制備一種與微結(jié)構(gòu)相反的模板結(jié)構(gòu)(型件-結(jié)構(gòu))，該模板結(jié)構(gòu)具有模板空腔。所述模板空腔在其模板空腔縱向延伸長(zhǎng)度方面基本上彼此平行地取向，并且各自具有一種在20至1000范圍中的縱橫比，以及各自具有一種在0. 1微米至200微米的范圍中的模板空腔直徑。按照所述微結(jié)構(gòu)，在所述毗鄰的模板空腔之間的間距也為1微米至100微米。
所述模板空腔直徑對(duì)應(yīng)于所述微柱直徑，且所述模板空腔縱向延伸部對(duì)應(yīng)于所述微柱縱向伸展部。所述微柱的和所述模板空腔的所述縱橫比也相互協(xié)調(diào)一致。通常，一結(jié)構(gòu)的縱橫比是所述結(jié)構(gòu)的高度與所述結(jié)構(gòu)的側(cè)向的延展部的比率，對(duì)于一種模板空腔來(lái)說(shuō)， 縱橫比就是所述模板空腔縱向延伸部與(平均的)模板空腔直徑的比率，并且對(duì)于于一種微柱來(lái)說(shuō)，縱橫比就是所述微柱縱向伸展部與其(平均的)微柱直徑的比率。
所述模板空腔例如利用作為原料的流態(tài)的微柱材料或者所述微柱材料的另一流態(tài)的原料來(lái)進(jìn)行填充。隨后在所述模板空腔中將所述流態(tài)材料轉(zhuǎn)化為固態(tài)的微柱材料。就形成了所述微柱。
例如在升高的溫度下，作為原料的流態(tài)的金屬被引入到所述模板空腔中。隨后，所述溫度被降低。所述流態(tài)的金屬凝固，并且形成相應(yīng)的由所述金屬制成的微柱。
也可考慮的是，所述模板空腔起到微反應(yīng)器的作用。在此，流態(tài)的原料被引入到所述模板空腔中。隨后的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致所述微柱材料的形成。該微柱材料就形成了所述微柱。
在形成了所述微柱之后，所述模板材料至少部分地被移除。這意味著，所述微柱部分地或者完全地被暴露出來(lái)。
按照所述方法的一種特別的設(shè)計(jì)方案，模板使用硅作為模板材料。例如，所述方法借助于硅晶片來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述硅晶片起到模板的作用。硅特別好地適用于制作上述的具有必要的縱橫比的柱狀模板空腔。為此執(zhí)行PAECE (光輔助的電化學(xué)蝕刻(Ehoto Assisted Electro-Chemical Etching))-方法。該方法的起點(diǎn)是在所述硅晶片的表面中掏制蝕刻凹坑(etch pits)，例如通過(guò)光刻蝕法來(lái)進(jìn)行掏制。該表面結(jié)構(gòu)化的硅晶片被暴露于具有氫氟酸的蝕刻溶液中。通過(guò)一電場(chǎng)的作用并通過(guò)用光照射的方式，從具有極高的結(jié)構(gòu)保真度的 “蝕刻凹坑”開(kāi)始，形成所述柱狀模板空腔。
在另一設(shè)計(jì)方案中，具有載體的模板被用于所述微結(jié)構(gòu)，所述載體具有載體材料。 因此，大量的微柱被設(shè)置在具有載體材料的共同的載體上。在此所述載體材料能夠是彈性的，例如是一種彈性體。例如所述載體是一橡膠帶。在移去所述模板材料之后，僅僅還將所述微結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述載體上。所述橡膠帶能夠彈性地變形。但是，也可考慮的是，所述載體材料為無(wú)彈性的。例如，上述的硅晶片不僅僅用作為模板，而是還用作為載體。在建造所述微結(jié)構(gòu)之后，所述硅晶片的硅僅僅部分地被移除。所述留存的硅晶片用作為載體。所述載體材料具有所述模板材料，在該情形中所述載體材料是硅。
在移去所述模板材料之后，具有功能材料的功能層能夠被設(shè)置在所述微柱的端部處。為此保證，具有功能材料的功能層被設(shè)置在至少一部分的所述微柱的端部處。所述功能層能夠承擔(dān)任何功能。例如，所述功能層能夠是一保護(hù)層，用于保護(hù)所述微結(jié)構(gòu)。所述功能層能夠用作為支承層。此外，所述功能層也能夠作為機(jī)械的功能層這樣地構(gòu)建所述微結(jié)構(gòu)能夠作為連接元件來(lái)使用，例如作為維可牢尼龍搭扣(Klettverschluss)的連接元件。但也可考慮其它的功能層。因此所述功能層能夠是一種具有電介質(zhì)功能材料的絕緣層。也可考慮一種具有導(dǎo)電功能材料的導(dǎo)電功能層。這類功能層按彼此導(dǎo)電的方式連接例如所述微柱。
按照另一設(shè)計(jì)方案，所述微柱中的至少一個(gè)微柱具有至少兩個(gè)沿著所述微柱縱向伸展部安置的部段，所述部段具有彼此不同的無(wú)定形的微柱材料。例如所述微柱由兩個(gè)具有不同的微柱材料的部段(部分-部段)組成。這例如由此實(shí)現(xiàn)所述模板空腔首先用一第一微柱材料部分地進(jìn)行填充。在形成所述相應(yīng)的部分微柱之后，所述模板空腔的自由的留存的區(qū)域用一第二微柱材料填充。在轉(zhuǎn)化成所述第二微柱材料之后導(dǎo)致形成一種微柱， 其具有兩個(gè)由不同的微柱材料制成的部段。也可考慮的是，所述模板空腔從不同的側(cè)面開(kāi)始用所述兩種微柱材料進(jìn)行填充，并且在單個(gè)的共同的方法中，被轉(zhuǎn)變成所述相應(yīng)的微柱材料。
所述微結(jié)構(gòu)能夠由具有僅僅一種確定的微柱材料的微柱組成。得到均質(zhì)的、一致的微結(jié)構(gòu)。當(dāng)然還可考慮的是，包含有一異質(zhì)的、由不同的微柱材料構(gòu)造的微結(jié)構(gòu)。因此按照一種特別的設(shè)計(jì)方案，所述微柱中的至少兩個(gè)微柱具有彼此不同的無(wú)定形的微柱材料。 這允許例如通過(guò)這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)在安置所述微柱材料中的一種微柱材料時(shí)，所述模板空腔的一部分被遮蓋。隨后，所述被遮蓋的模板空腔用另一種微柱材料來(lái)進(jìn)行填充。所述微柱材料能夠再同時(shí)在共同的處理過(guò)程中轉(zhuǎn)化為所述相應(yīng)的微柱。這得到一種具有微柱的微結(jié)構(gòu)，所述微柱具有不同的微柱材料。當(dāng)然也可考慮這些微柱的批量式制造。這意味著， 在所述第二微柱材料在所述之前被遮蓋的模板空腔中被填充并且隨后被轉(zhuǎn)化之前，所述第一微柱材料首先被轉(zhuǎn)化。
在另一設(shè)計(jì)方案中，所述微柱中的至少一個(gè)微柱具有至少一個(gè)包覆體，該包覆體具有至少一種包覆材料。所述包覆體的所述包覆材料與所述微柱的所述微柱材料不同。例如，所述包覆體牢固地與所述微柱連接在一起。所述微柱構(gòu)成一芯體，其由所述包覆體環(huán)繞。在此，所述微柱能夠僅僅部分地由所述包覆體環(huán)繞，例如在所述微柱的端部處被環(huán)繞。 此外，所述包覆體能夠不僅僅由一涂層制成，它還能夠是多層的。借助于所述包覆體，所述微柱的形狀例如能夠被匹配。一包覆體——其僅設(shè)置在微柱的所述端部處——導(dǎo)致所述微柱的端部變厚。
所述包覆體例如能夠通過(guò)電化學(xué)的沉積而被施加(對(duì)于所述微柱材料是導(dǎo)電的情形)。也可考慮的是，所述包覆材料通過(guò)一氣相沉積方法而被涂覆在所述微柱的表面上。所述氣相沉積方法例如是一種蒸汽沉積方法。同樣可以考慮PVD (物理蒸氣沉積 (Physikal Vapour Imposition))方法——如噴涂，或者CVD (化學(xué)蒸汽沉積(Chemical Vapour Deposition))方法。
在另一種設(shè)計(jì)方案中，在所述毗鄰的微柱之間的微柱空隙中設(shè)置至少一種空隙材料。按照另一種設(shè)計(jì)方案，所述空隙材料構(gòu)成一種連續(xù)的或者說(shuō)粘著的 (zusammenh^ngende)空隙層，通過(guò)所述空隙層，所述毗鄰的微結(jié)構(gòu)柱被固定。例如，所述空隙材料與所述微柱不固定地連接。所述空隙材料僅僅用于將所述微柱保持在一起。
能夠僅僅存在唯一的連續(xù)的或者說(shuō)粘著的(zusammenh&igende)空隙層。也可考慮的是，至少兩種空隙材料被設(shè)置在所述毗鄰的微柱之間的微柱空隙中，所述至少兩種空隙材料各自形成至少一個(gè)連續(xù)的或者說(shuō)粘著的涂層。這得到一種多層式的空隙層。
在另一種設(shè)計(jì)方案中，所述微柱中的至少一個(gè)微柱具有微柱空腔。所述微柱具有一微柱壁。在所述微柱壁的內(nèi)部中，所述微柱是空的。所述微柱被構(gòu)造成空心針體。所述微柱空腔導(dǎo)致所述微結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)一步增大。優(yōu)選地，所述微柱空腔在此沿著所述整個(gè)微柱縱向伸展部延伸。當(dāng)然也可考慮的是，所述微柱空腔僅僅部分地沿所述微柱縱向伸展部伸展。所述微柱僅僅部分地被構(gòu)造成空心針體。
此外可能的是，所述微柱的微柱表面被結(jié)構(gòu)化。為此，所述微柱中的至少一個(gè)微柱具有一沿著所述微柱的所述微柱縱向伸展部或者微柱縱向伸展長(zhǎng)度變化的微柱直徑。所述微柱直徑的改變例如通過(guò)改變?cè)赑AECE方法中用到的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。
例如，所述微柱直徑連續(xù)地按一方向增加或者遞少。所述微柱錐形地延伸。也可考慮的是，所述微柱直徑按周期地變化。也可考慮的是，所述微柱直徑在所述微柱的端部處比在所述微柱的中心要大。這產(chǎn)生這樣的微柱所述微柱在它們的端部變厚。在所有在這里所描述的實(shí)施方式中，為了計(jì)算所述縱橫比，平均的微柱直徑被考慮。
所介紹的微結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用到不同的領(lǐng)域中，尤其依賴于所使用的微柱材料、存在的功能層、或者所述微結(jié)構(gòu)的所使用的載體。
因此所述微結(jié)構(gòu)——其中所述微柱材料是導(dǎo)電的——例如用作為電極。例如，具有導(dǎo)電性的材料的載體或者功能層提供在所述微柱之間的電連接。這得到一種具有非常大的表面的電極。該電極例如用在電容器中。
也可考慮的是，借助于所述功能層，一熱偶元件得以實(shí)現(xiàn)。所述微結(jié)構(gòu)用于檢測(cè)熱幅射。由于所述微結(jié)構(gòu)的精密的柵欄，所以能夠高空間分辨率地檢測(cè)所述熱幅射。
另一方面，具有在所述微柱的端部處的相應(yīng)增厚的微結(jié)構(gòu)能夠用作為機(jī)械連接元件。
概括地，利用本發(fā)明得出如下優(yōu)點(diǎn)-它是一種容易接近的微結(jié)構(gòu)，其具有一種非常大的表面。
-所述微結(jié)構(gòu)具有自支承的微柱。所述微結(jié)構(gòu)因此不需要支撐表面來(lái)支承所述微結(jié)構(gòu)。
-所述微結(jié)構(gòu)能夠有針對(duì)性地和可控地被建造。
-存在許多可能性來(lái)改變所述微結(jié)構(gòu)的特性。因此所述微結(jié)構(gòu)能夠適用于大量的可能的用途。
借助更多的實(shí)施例和其所屬的附圖，本發(fā)明在下面進(jìn)行詳細(xì)地描述。所述附圖是示意性的，并且沒(méi)有示出真實(shí)比例的圖樣。


圖1和2各自從側(cè)向示出了一種微結(jié)構(gòu)。
圖3在透視圖中顯示出一種微結(jié)構(gòu)。
圖4顯示用于建造所述微結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)方法。
圖5顯示用于充填一種模板的模板空腔的方法。
圖6顯示用于在載體上安置一種微結(jié)構(gòu)的方法。
圖7顯示在彈性載體上的一種微結(jié)構(gòu)。
圖8顯示用于建造一具有間隔層的微結(jié)構(gòu)的方法。
圖9和10示出用于建造具有結(jié)構(gòu)化的微柱的微結(jié)構(gòu)的方法。
圖11顯示用于建造一微結(jié)構(gòu)的方法，所述微結(jié)構(gòu)包括微柱，所述微柱具有不同的7微柱材料。
圖12顯示用于建造一微結(jié)構(gòu)的方法，所述微結(jié)構(gòu)具有空心的微柱。
圖13顯示用于建造一微結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述微柱中的每個(gè)具有多種不同的微柱材料。
圖14顯示一方法，通過(guò)該方法建造具有不同的微結(jié)構(gòu)區(qū)域的微結(jié)構(gòu)。
圖15顯示一圖表，其示出在不同的微柱直徑時(shí)所述微柱表面與所述微柱縱向伸展部的關(guān)系。
圖16顯示一微結(jié)構(gòu)的兩毗鄰的微柱。
下文實(shí)例的主題分別是一種三維微結(jié)構(gòu)1，其具有一大量的彼此毗鄰的或者說(shuō)并排的、關(guān)于其相應(yīng)的微柱縱向伸展長(zhǎng)度21基本上彼此平行地且彼此間隔地被安置的微柱 2，所述微柱2具有至少一種微柱材料20，所述微柱2各自具有一種在20至1000范圍中的縱橫比(Aspekt-VerMltnis)，并且各自具有一種在0. 1微米直至200微米范圍內(nèi)的微柱直徑22(參見(jiàn)圖16)。在毗鄰的微柱之間存在一微柱空隙3。所述微柱空隙具有在毗鄰的微柱之間的在1微米至100微米的范圍中的一種微柱間距31。
所述微結(jié)構(gòu)與一載體(基底)4相連在一起，所述載體由所使用的模板5通過(guò)部分地移去所述模板材料得到(圖1)。在一種可選擇的實(shí)施形式中，所述微結(jié)構(gòu)保持在一載體 4上，所述載體4在制造方法的過(guò)程中與所述模板連接在一起。所述模板材料完全地被移除。所述微結(jié)構(gòu)留存在所述載體上(圖2和3)。
為了制造所述三維微結(jié)構(gòu)，下列方法步驟被執(zhí)行(圖4) :a)用模板材料50制備一模板5，其中，所述模板具有一基本上與所述微結(jié)構(gòu)相反的三維模板結(jié)構(gòu)51，所述三維模板結(jié)構(gòu)具有柱狀的模板空腔52，b)將微柱材料安置在柱狀的模板空腔中，從而形成所述微柱，并且c)至少部分地移去所述模板材料。
起點(diǎn)是一硅晶片。所述硅晶片用作模板。所述模板材料是硅。借助于PAECE-加工方法，所述模板空腔被引入或者說(shuō)掏制到所述硅晶片中。所述模板空腔按照空腔縱向延伸部或者說(shuō)空腔縱向延伸長(zhǎng)度53和空腔直徑M被引入，所述模板空腔對(duì)應(yīng)于所述要建造的微柱。在所述模板空腔之間的間距也被選定對(duì)應(yīng)于所述微柱的間距。
隨后，所述柱狀的模板空腔用液態(tài)的微柱材料填充。該設(shè)置按實(shí)例在圖5中示出 具有所述模板空腔的所述模板借助于加熱元件501被加熱，并浸沒(méi)在具有流態(tài)的金屬503 的容器502中。通過(guò)改變外部壓力來(lái)保證所述流態(tài)的金屬滲入到所述模板空腔中。隨后， 具有所述已填充的模板空腔的所述模板從所述容器中被移出。所述模板冷卻下來(lái)。從而， 所述金屬在所述模板空腔中凝固。所述微柱由所述金屬產(chǎn)生。所述流態(tài)的金屬用作為所述微柱材料的原料。通過(guò)冷卻，使得所述原料被轉(zhuǎn)化成所述微柱材料(固態(tài)金屬)。
實(shí)例1 微結(jié)構(gòu)被建造在載體4上(圖6)。為此制備一模板，所述模板具有模板結(jié)構(gòu)，所述模板結(jié)構(gòu)具有模板空腔，正如上文描述的那樣，在所述模板空腔中設(shè)置具有微柱材料的微柱。隨后，載體被設(shè)置在所述微柱上，使得所述微柱與所述載體連接在一起。隨后，所述模板材料幾乎完全地被移除。留下所述微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)具有配設(shè)在所述載體上的微柱。
按照該實(shí)例，所述載體由一硬質(zhì)的載體材料41制成。所述載體材料是陶瓷。在一種可選擇的實(shí)施形式中，所述載體材料是金屬。
實(shí)例2與實(shí)例1相反，使用一種載體，該載體具有彈性體的載體材料。所述彈性體的載體材料是橡膠。所述橡膠載體能夠彈性地變形(圖7)。
實(shí)例3 按照該實(shí)例，空隙材料33被設(shè)置在所述微柱空隙中。所述空隙材料形成了一種空隙層 32，借助于所述空隙層，所述微柱被固定，亦即彼此地被保持。
因此在所述微柱在所述模板空腔中形成之后，所述模板材料部分地被移除(圖 8)。隨后，所述空隙材料這樣地被安置在所述毗鄰的微柱之間的空隙中形成空隙層。最終，所述余下的模板材料被移除。其微柱由所述空隙層固定的微結(jié)構(gòu)留存下來(lái)。
實(shí)例4 建造具有微柱的微結(jié)構(gòu)，其微柱表面23被結(jié)構(gòu)化。為此使用具有模板空腔的模板，所述模板具有沿所述模板空腔縱向延伸部變化的模板空腔直徑(圖9)。
把所述相應(yīng)的微柱材料安置在所述結(jié)構(gòu)化的模板空腔中并部分地移除所述模板材料之后，得到具有微柱的微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)化的微柱表面。所述留存的模板起到作為載體的作用。
實(shí)例5 建造一種微結(jié)構(gòu)，其中包覆體27被設(shè)置在所述微柱的端部沈上(圖10)。也是在這里，所述微柱表面被結(jié)構(gòu)化。所述包覆體在部分地移除所述模板材料之后按PVD-方法 (PVD-Verfahren)被施加。所述包覆體起到功能層觀的作用。按照所期望的功能，施加任何的具有各種功能材料觀0的功能層。
因此，具有微柱的微結(jié)構(gòu)——所述微結(jié)構(gòu)在所述端部處變厚——能夠用作為連接元件。通過(guò)兩個(gè)這種類型的微結(jié)構(gòu)的彼此內(nèi)置(Ineinander - Anordnen)，在所述兩個(gè)微結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生傳力連接的接觸。在此，所述一個(gè)微結(jié)構(gòu)的微柱聳入到所述另一個(gè)微結(jié)構(gòu)的微柱空隙中，反之亦然。
在一種對(duì)此的可選擇的實(shí)施形式中，所述包覆體通過(guò)電化學(xué)的沉積方法被施加。 為此，所述微柱材料是導(dǎo)電的。例如，所述微柱起到陰極的作用，一種金屬、諸如銅被電化學(xué)地沉積在所述微柱的微柱表面上。在該情形中，所述微結(jié)構(gòu)被構(gòu)造作為電極。該電極能夠用作為一電容器的電容器電極。
實(shí)例6 建造一種具有微柱的微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)從微柱到微柱地具有不同的微柱材料201和 202 (圖11)。所述微結(jié)構(gòu)具有帶有微柱材料201的微柱和帶有另外的與上述微柱材料不同的微柱材料202的微柱。
為此，所述模板空腔由所述不同的微柱材料的不同的原料來(lái)進(jìn)行填充。這通過(guò)這樣的方式實(shí)現(xiàn)所述各個(gè)不被填充的模板空腔被遮蓋。
在將所述原料轉(zhuǎn)化成所述微柱材料之后，再部分地移除所述模板材料。所述模板的余下部分被保留用作為微結(jié)構(gòu)的載體，該微結(jié)構(gòu)具有兩組微柱，這兩組微柱具有不同的微柱材料。
實(shí)例7 建造具有微柱的微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)具有微結(jié)構(gòu)空腔四。所述微結(jié)構(gòu)最終具有空心針體(圖1 。
為此，所述模板空腔由所述微柱材料的原料施加襯里。所述原料僅僅設(shè)置在空腔表面上。在所述原料進(jìn)行轉(zhuǎn)化之后，形成微柱，所述微柱具有一微柱壁，該微柱壁由所述微柱材料制成。此外，所述微柱是空心的。
隨后，所述模板材料再部分地被移除。具有空心針形式的微柱的微結(jié)構(gòu)得以保留， 所述微結(jié)構(gòu)被設(shè)置在由模板材料制成的基底上。
實(shí)例8 建造一種微結(jié)構(gòu)，其中，所述單個(gè)的微柱具有不同的微柱材料。沿著所述微柱縱向伸展部存在具有微柱材料201的一段部210和具有相對(duì)于所述微柱材料不同的另一微柱材料 202的另一段部220(圖13)。
從所述模板5開(kāi)始，所述模板空腔從其敞開(kāi)側(cè)首先用所述微柱材料之一的原料進(jìn)行填充。在所述原料轉(zhuǎn)化成所述相應(yīng)的微柱材料(步驟1301)之后，從所述模板的封閉側(cè)再這樣截除模板材料所述模板空腔被露出(步驟1302)。隨后，用于所述的不同于所述微柱材料的另一微柱材料的原料被填充，并對(duì)所述相應(yīng)的微柱材料進(jìn)行轉(zhuǎn)化(步驟1303)。最終，所述模板材料再部分地被移除(步驟1304)。
實(shí)例9 該實(shí)例示出前述實(shí)例的組合。通過(guò)合適的順序的前述方法步驟，實(shí)現(xiàn)制造一種微結(jié)構(gòu)， 所述微結(jié)構(gòu)具有不同的區(qū)域(圖14)微柱141，142，其中每一微柱具有僅僅一種類型的微柱材料，但所述微柱材料的類型彼此不同。此外，所述微柱141和142具有不同的長(zhǎng)度。它們具有不同的微柱縱向伸展部。除此之外，存在微柱143，所述微柱143沿著它的微柱縱向伸展部具有不同的微柱材料。最后，存在區(qū)域144，在所述區(qū)域144中，根本就不存在微柱。
為了建造所述微結(jié)構(gòu)，操作如下首先僅僅在選定的模板空腔中設(shè)置具有第一微柱材料的微柱(步驟141)。為此，這樣的模板空腔被遮蓋不是這種微柱不應(yīng)被設(shè)置在所述的模板空腔中。在所述敞開(kāi)的模板空腔中，所述相應(yīng)的微柱材料的原料被填充進(jìn)去。
在所述原料轉(zhuǎn)化為所述微柱材料之后，模板材料從所述封閉側(cè)開(kāi)始被移除(步驟 142)。所述模板空腔露出。下列模板空腔現(xiàn)在被敞露出來(lái)不是另一微柱材料的原料被填充進(jìn)所述模板空腔中。在該原料轉(zhuǎn)化為另一微柱材料(步驟14 之后，并且隨后部分地移去模板材料(步驟144)，就得到上述的微結(jié)構(gòu)，在此，所述微柱被設(shè)置在由所述模板材料制成的基底上。
所述微結(jié)構(gòu)的特征在于非常大的表面。圖15明示這種特征。在此，針對(duì)所述微柱縱向伸展部(157，針體長(zhǎng)度)，對(duì)于不同的微柱直徑(針體直徑)和微柱間距(針體間距)描繪出擴(kuò)大比率151。所述曲線153相關(guān)于10微米的微柱直徑和5微米的微柱間距。所述曲線154和155相關(guān)于5微米和2. 5微米或者2微米和1微米的數(shù)值。
權(quán)利要求
1.三維微結(jié)構(gòu)(1)，其具有大量的彼此鄰近的、相對(duì)于其相應(yīng)的微柱縱向伸展部(21)基本彼此平行地且彼此間隔地被安置的微柱(2)，所述微柱具有至少一種無(wú)定形的微柱材料(20，201，202)，所述微柱各自具有一在20至1000范圍內(nèi)的縱橫比，并各自具有一在0. 1微米直至200微米范圍內(nèi)的微柱直徑(22);和在毗鄰的微柱之間配設(shè)的微柱空隙(3)，所述微柱空隙具有在所述毗鄰的微柱之間從 1微米至100微米范圍中選出的微柱間距(31)。
2.按權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)，其中，所述微柱直徑在0.3微米至200微米的范圍內(nèi)選取。
3.按權(quán)利要求1或2所述的微結(jié)構(gòu)，其中，所述微柱中的至少一個(gè)微柱的微柱縱向伸展部在50微米至10毫米的范圍中選取，并且特別地從100微米至1毫米的范圍中選取。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)，其中，所述微柱中的至少一個(gè)微柱具有至少兩個(gè)沿著所述微柱縱向伸展部被安置的部段010，220)，所述部段(210，220)具有彼此不同的無(wú)定形的微柱材料001，202)。
5.按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)，其中，所述微柱中的至少兩個(gè)微柱具有彼此不同的無(wú)定形的微柱材料001，202)。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)，其中，所述微柱中的至少一個(gè)微柱具有至少一個(gè)包覆體(27)，該包覆體(XT)具有至少一種包覆材料，并且所述微柱的所述微柱材料與所述包覆體的所述包覆材料彼此不同。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)，其中，至少一種空隙材料(33)被設(shè)置在所述毗鄰的微柱之間的微柱空隙中。
8.按權(quán)利要求7所述的微結(jié)構(gòu)，其中，所述空隙材料形成一種粘著的空隙層(32)，通過(guò)所述空隙層(32)，所述毗鄰的微結(jié)構(gòu)柱被固定。
9.按權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)，其中，至少兩種空隙材料被設(shè)置在所述毗鄰的微柱之間的微柱空隙中，所述至少兩種空隙材料各自形成至少一種粘著的空隙層。
10.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)，其中，所述微柱中的至少一個(gè)微柱具有一微柱空腔09)。
11.按權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)，其中，所述微柱中的至少一個(gè)微柱具有一種沿著所述微柱的所述微柱縱向伸展部變化的微柱直徑。
12.按權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)，其中，所述大量的微柱被設(shè)置在一具有載體材料Gl)的共同的載體(4)上。
13.按權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)，其中，在至少一部分的所述微柱的所述端部06)處安置一功能層( )，該功能層具有功能材料(280)。
14.至少兩個(gè)按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)的裝置，其中，所述微結(jié)構(gòu)之一的所述微柱被安置在另一微結(jié)構(gòu)的微柱空隙中，反之亦然。
15.按權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述微結(jié)構(gòu)具有帶有彼此不同的微柱材料的微柱。
16.用于建造按權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的三維的微結(jié)構(gòu)的方法，其具有如下方法步驟a)用模板材料(50)制備一模板(5)，其中，所述模板具有一基本與所述微結(jié)構(gòu)相反的三維的模板結(jié)構(gòu)(51)，所述三維的模板結(jié)構(gòu)具有柱狀的模板空腔(52)，b)將所述微柱材料安置在所述柱狀的模板空腔中，從而形成所述微柱，并且c)至少部分地移去所述模板材料。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其中，為了安置所述微柱材料，執(zhí)行如下的進(jìn)一步的步驟方法d)將所述微柱材料的原料引入到所述模板空腔中，并且e)將所述微柱材料的原料轉(zhuǎn)化為微結(jié)構(gòu)材料。
18.按權(quán)利要求16或17所述的微結(jié)構(gòu)，其中，使用一模板，該模板以硅作為模板材料。
19.按照權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用一模板，該模板具有用于所述微結(jié)構(gòu)的一載體，該載體具有一種載體材料。
20.按照權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在移去所述模板材料之后，一具有功能材料O80)的功能層08)被安置在至少一部分的所述微柱的端部06)上。
21.按照權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其中，所述微柱材料是導(dǎo)電的，作為電極。
22.按照權(quán)利要求21所述的應(yīng)用，其中，所述電極用作為一種電容器的電容器電極。
23.按照權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的微結(jié)構(gòu)作為機(jī)械的連接元件的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維的微結(jié)構(gòu)，其具有大量的彼此鄰近的、相對(duì)于其相應(yīng)的微柱縱向伸展部基本彼此平行地且彼此間隔地被安置的微柱，所述微柱具有至少一種微柱材料，所述微柱各自具有一在20至1000范圍內(nèi)的縱橫比，并各自具有一在0.1微米直至200微米范圍內(nèi)的微柱直徑；以及在毗鄰的微柱之間配設(shè)的微柱空隙，所述微柱空隙具有在所述毗鄰的微柱之間從1微米至100微米范圍中選出的微柱間距。本發(fā)明也提出一種用于建造所述的三維微結(jié)構(gòu)的方法，其具有如下方法步驟:a)用模板材料制備一模板，其中，所述模板具有一基本與所述微結(jié)構(gòu)相反的三維模板結(jié)構(gòu)，所述三維模板結(jié)構(gòu)具有柱狀模板空腔，b)將所述微柱材料安置在所述柱狀模板空腔中，從而形成所述微柱，和c)至少部分地移去所述模板材料。有利地，將硅晶片用作模板。為了制備所述模板，以PAECE(PhotoAssistedElectro-ChemicalEtching光輔助電化學(xué)蝕刻)-方法為基礎(chǔ)。借助于本發(fā)明，具有極大表面的微結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)B81C99/00GK102510834SQ201080043476
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者H.赫德勒, J.扎普夫 申請(qǐng)人:西門子公司