CN1756861A

CN1756861A - 构成纳米结构的部件的工艺方法

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Publication number: CN1756861A
Application number: CNA2004800059090A
Authority: CN
Inventors: V·兰贝蒂尼; D·普利尼; N·利皮拉; M·布里格诺内; P·雷佩托; M·帕德里; R·蒙费里诺
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2006-04-05
Also published as: WO2004079056A8; US20060177952A1; EP1602123A1; EP1602123B1; DE60311531D1; ATE474324T1; ES2279204T3; WO2004079056A2; EP1604052A2; JP4398873B2; US7322871B2; ITTO20030167A1; DE602004028102D1; EP1604052B1; ATE352864T1; WO2004079774A1; DE60311531T2; CN1692469A; AU2003288694A1; US20060103286A1

Abstract

在一个制造一纳米结构的部件如光子晶体或可由于通过电流而导致白炽的辐射体(10)中，至少一层阳极化的多孔氧化铝(1)用作牺牲元件，以用于构造部件(10)的至少一部分。

Description

构成纳米结构的部件的工艺方法

发明领域

本发明涉及一种构成纳米结构的部件的工艺方法。

背景技术

具有按照特定的形状或几何尺寸排列的纳米表面结构或凸起的金属部件当前用于某些技术领域如微电力一机械系统即MEMS中，从而获得衍射光学装置、医药器件、微涡轮机等。

发明概述

本发明的目的在于指示一种以简单而经济的方式来制造具有纳米尺寸的凸起、空腔或结构的纳米结构部件，特别用于例如为了制造光子晶体的光子学领域和例如为了制造能通过电流而导致白炽的辐射体的光源领域。

所述目的是按照本发明通过一种制造纳米结构的部件的工艺方法而达到的，其特征在于，该工艺方法使用至少一层阳极化的多孔氧化铝作为用于选择地构造该部件的牺牲元件。

使用一个或多个氧化铝层能够获得在该感兴趣的部件中的多个凸起或空腔，它们是按照一个预定的几何形状而设置的。

按照本发明的该工艺方法的优选特征可参考作为本发明的一个整体部分的权利要求书。

附图简述

从仅作为例示的不起限制作用的例子的下列详细描述和附图，可以清楚本发明的其它目的、特征和优点，附图中：

图1是一种多孔氧化铝膜的一部分的示意透视图；

图2～5是表示一种用于作为图1中所示膜的氧化铝膜的薄膜制造工艺方法的一些步骤的示意图；

图6是一种可以按照本发明制成的第一纳米结构部件的示意透视图；

图7是一种可以按照本发明制成的第二纳米结构部件的示意透视图；

图8、9、10是表示按照本发明工艺方法的三种不同的可能实施方案的示意区段，它们可能用于制造如图6中所示的纳米结构的部件；

图11、12、13是表示按照本发明工艺方法的三种不同的可能实施方案的示意区段，它们可以用于制造如图7中所示的纳米结构的部件；

图14表示按照本发明工艺方法的另一种可能实施方案的示意区段，它可以用于制造如图6中所示的纳米结构的部件；

图15表示按照本发明工艺方法的另一种可能实施方案的示意区段，它可以用于制造如图7中所示的纳米结构的部件；

图16表示按照本发明工艺方法的另一种可能实施方案的示意区段，它可以用于制造如图6中所示的纳米结构的部件；

图17表示按照本发明工艺方法的另一种可能实施方案的示意区段，它可以用于制造如图7中所示的纳米结构的部件；

图18表示按照本发明工艺方法的另一种可能实施方案的示意区段，它可以用于制造一种形状如三维光子晶体的纳米结构部件；

图19是一种可用图18的工艺方法制造的三维光子晶体的一部分的示意透视图；

图20表示按照本发明工艺方法的另一种可能实施方案的示意区段，它可以用于制造一种形状如三维光子晶体的纳米结构部件。

优选实施例说明

在本发明的所有可能的实施方案中，按照本发明的工艺方法预计使用至少一个由阳极化多孔氧化铝制成的高度规则的薄膜作为牺牲元件或模板、根据情况，直接使用一个或多个氧化铝层来获得所要的纳米结构的部件，或间接地制造另一个为获得上述部件而需要的牺牲元件。

多孔氧化铝薄膜在过去已引人注意地用于诸如铝电容器中的介电薄膜、用于保持有机涂层的薄膜和用于保护铝衬底等用途。

多孔氧化铝的结构可以理想地示意为一个浸润在氧化铝基质中的空心柱的网架。多孔氧化铝可以通过对高纯铝片或玻璃、石英、硅、钨等衬底上的铝膜进行阳极化而获得。

图1只作为例子表示一个通过在一方便的衬底上阳极氧化一铝膜而获得的总的用标号1表示的多孔氧化铝膜的一部分，该衬底用标号2表示。如可以看到的，氧化铝层1包括一系列彼此直接紧靠的基本上六边形的晶粒子，每个晶粒有一形成基本上垂直于衬底2的表面的孔4的直线形中心洞穴。安置在衬底2上的每个晶粒3的端部有一基本上半球形的闭合部分，所有闭合部分在一起形成薄膜1的非多孔部分或阻挡层5。

如从先有技术中已知，薄膜1可以通过合适选择电解液与工艺方法的物理和电化学参数而发展为具有一个受控的表面形态：在酸性电解液(如磷酸、草酸和硫酸)中和在合适的工艺方法条件(电压、电流、搅拌和温度)下，可以获得高度规则的多孔薄膜。为此目的，晶粒子的大小和密度、孔4的直径和薄膜1的高度都可以变化。例如，孔4的通常为50～500nm的直径可以通过化学处理而增大或缩小。

如图2中示意地所示，当制造一个多孔氧化铝膜1时，第一步是在例如用硅或钨制成的衬底2上沉积铝层6。所述操作需要沉积厚1微米～30微米的高纯材料。对于层3的优选的沉积技术为通过电子束的热蒸发和溅射。

包括沉积铝层6的步骤后随一个其中对所述铝层进行阳极化的步骤。铝层6的阳极化工艺方法可以利用不同的电解液来完成，取决于孔4的所要尺寸和距离。

如果电解液相同，那么其浓度、电流密度和温度是更大地影响孔4的直径的参数。为了获得具有相应的阳极工艺均匀度的电场轮廓线的正确分布，电解槽的构型也很重要。

图3示意表示衬底2上铝层6的第一次阳极化的结果；如示意指出的，通过层6的第一次阳极化而获得的氧化铝膜1A不能得到规则的结构。为了获得如图1中用标号1所示的高度规则的结构，需要进行接连的阳极化工艺，特别是至少进行：

i)其结果能在图3中看到的第一次阳极化工艺；

ii)一个通过利用酸溶液(如H₂CrO₄和H₃PO₄)进行蚀刻不规则氧化铝膜的减小步骤；图4示意表示在所述蚀刻步骤后的衬底2；

iii)对尚未通过蚀刻除去的部分氧化铝膜1A进行第二次阳极化。

用ii)表示的蚀刻步骤很重要，以便在残余的氧化铝部分1A上限定用于第二次阳极化步骤中氧化铝生长的优先区域。

通过接连进行几次包括蚀刻和阳极化的操作，改进该结构直到它变成如图5中所示的均匀的结构，其中用标号1表示的氧化铝膜现在已是规则的。

如下面将看到的，在按照本发明的工艺方法的某些实施方案中，在获得规则的多孔氧化铝膜1之后，进行一个包括全部或局部除去阻挡层5的步骤。阻挡层5隔开氧化铝结构而保护下面的衬底2，因此减小所述层5是基本的，从而如果需要就完成要求电接触的接连的电沉积工艺和蚀刻工艺，如果应当在衬底2上直接得到三维的纳米结构的话。

上述包括除去或减小阻挡层5的工艺可以包括两个接连的阶段：

在如先前的阳极化过程中同样的电解液中完成的不通过电流地拓宽孔4；

在如先前的阳极化过程中同样的电解液中通过非常小的电流而减小阻挡层5；在该阶段没有获得典型的阳极化平衡，因此有利于有关氧化铝构造过程的蚀刻工艺。

如上所述，按照本发明，通过上述工艺产生的氧化铝膜1用作纳米结构的模板，即作为制造再生同一氧化铝型式的结构的基底。如将看到的，取决于选择的实施方案，因此可以制造反面的纳米结构(即基本上与氧化铝互补而因此在薄膜1的孔上有凸柱)或制造正面的纳米结构(即与氧化铝基本上相同而因此有薄膜1的孔4上的空腔)。

图6和图7以部分的和示意的方式表示两种纳米结构的部件，例如具有上述两种结构的可以按照本发明实施的白炽光源的灯丝；在图6中用10表示的部件具有上述反面结构，其特征在于从基底部分11上开始标号为12的上述凸柱；在图7中用13表示的部件具有上述正面结构，其特征在于在主体14中限定用15表示的上述空腔。

如可以看到的，这两种灯丝10、13的构造为二维光子晶体，即具有一系列按照两个彼此正交的方向而周期出现的凸柱12或空腔15。

建议用来制造图6和图7中那种构造的部件10、13的技术可以非常不同，并可以包括一种特定的添加技术(如蒸发、溅射、化学气化物沉积、丝网印刷和电沉积)、扣减技术(蚀刻)和中间技术(用氧化铝做底层的金属的阳极化)。

为此，下面描述本发明工艺方法的一些可能的实施方案。

第一实施方案

图8示意表示本发明工艺方法的第一实施方案的一些步骤，从而制造如图6中灯丝10那样的反面结构。

该工艺方法的头四个步骤包括如先前参照图2～5所述的对一个合适的衬底上的相应的铝层的至少第一次和第二次阳极化；衬底2例如可以用硅制成，而用于阳极化工艺的铝层可以通过溅射或电子束来沉积。

在获得具有规则的氧化铝结构的薄膜1(如可在图5中看到的)之后，待构成纳米结构的步骤的材料通过溅射而作为薄膜沉积在氧化铝上；因此，如作为例子而在图8的a)中示出的，氧化铝1的孔填充了沉积的材料20(如钨)。

这之后通过蚀刻除去氧化铝1及其衬底2，如图8中b)所示，从而获得所要的带有负面纳米结构的部件或灯丝10，此处用钨制成。

溅射技术在于沉积厚1～30微米的高纯物材料的薄膜20，但不能以理想方式复制纵横比大的结构；因而，当氧化铝孔4的直径处于其最大值时才使用上述实施方案。

因此，取代溅射技术，可以通过化学气化物沉积即CVD技术来沉积材料20，CVD被看作是用于制造高纯的或方便掺杂的金属结构的最合适的技术。该技术的主要特点是使用含还原气体的反应室，该室能使金属穿透到氧化铝的空心孔中而在该表面上沉积连续的一层材料。这保证能准确地复制纵横比大的结构。

第二实施方案

如上述方案一样，本实施方案制造反面的结构作为图6中的一个部件或灯丝10；本实施方案基本上包括第一实施方案的同样的最初步骤，就是将铝层6沉积在衬底2上(图2)、第一次阳极化(图3)和随后的蚀刻(图4)。这里进行第二次阳极(图5)，以便制造一个比第一实施方案中更厚的多孔氧化铝膜1。

然后从其衬底2上剥离厚的氧化铝膜1并在其底部开通，从而以已知方式除去阻挡层5。形成的没有阻挡层的薄膜1的结构可以在图9的a)中见到。

后随步骤如图9中b)是用热沉积法或溅射沉积法将导电的金属膜21沉积在氧化铝1上。然后将钨合金22电沉积在这样得到的结构上，如图9中c)所示，该钨合金充满氧化铝1的孔。然后除去氧化铝1和结构其上的金属膜21，从而得到所要的用钨合金制造的纳米结构的部件或灯丝10，如在图9的d)中看到的。

第三实施方案

本实施方案在于制造反面的结构如图6中的一个部件或灯丝10，具有如上述实施方案中的相同的最初步骤(图2～5)。

如图10的a)中所示，第二次阳极化在这里后随这样一个步骤，其中在多孔氧化铝1上沉积丝网印刷糊剂23，从而充满其孔。

后随的步骤是烧结所述糊剂23，如图10的b)中所示，然后除去氧化铝1及其衬底2，从而获得结构10，如图10的c)中所示。

本实施方案能够利用低费用的工艺并保证材料选择的灵活性。制备丝网印刷糊剂是该工艺方法的第一个步骤；正确选择金属纳米粉如钨粉、溶剂和粘合剂是基本的，从而对不同类型的衬底2获得一种具有理想的颗粒状的和流变学的性能的糊剂。

第四实施方案

按照本发明的工艺的本实施方案的目的是从按照先前的实施方案获得的模板开始而制造如图7的一个部件或灯丝13的正面结构。

因此，基本上，首先使用一个上述实施例来获得一个具有如先前用10表示的灯丝的同样结构的衬底、然后通过溅射或CVD于在图11的a)中用标号10A表示的所述衬底上沉积一层获得最终部件所需的材料24(例如钨)，如图11的b)中所示；材料24因而覆盖用作模板的上述衬底10A的凸柱12A。

然后通过选择蚀刻而剥离衬底10A，从而获得如可在图11的c)中看到的设有相应的空腔15的正面的纳米多孔结构。

按照上述最先三个实施方案获得的衬底10A并不必须用钨制造。在一种可能的变化方案中，在如图8～9中获得的衬底10A上沉积一种如图12的a)和b)中的金属丝网印刷糊剂25，然后将其烧结，如图12的c)中那样。然后通过选择蚀刻而剥离衬底10A，从而获得带有正面的纳米多孔结构的灯丝13，如可在图12的d)中看到的。

第五实施方案

按照本发明的工艺的本实施方案的目的也是完成正面的纳米结构来作为先前用标号13表示的一种部件或灯丝，该方案包括如图2～5中示出的相同的最初步骤，通过在例如用钨制成的衬底2上的溅射或电子束作用而沉积一个铝层6(图2)，后随铝6的第一次阳极化(图3)和一个蚀刻步骤(图4)，从而提供带有在第二次阳极化期间用于生长氧化铝1的优先区域的衬底2(图5)。

然的除去氧化铝1的阻挡层5，从而使孔4开通，如图13的a)中可以看到的。这一步后随一个反应离子蚀刻(RIE)的步骤，该步骤允许在衬底2中在氧化铝1的孔4的开通底部上选择地“挖掘”，如图13的b)中可以看到的。

最终除去残余的氧化铝1，使得该钨衬底形成一个具有规则的纳米空腔15的主体14，从而获得所要的灯丝13。

如果需要，可以用一个选择的湿法蚀刻或一个电化学蚀刻步骤来替代该反应离子蚀刻步骤。

第六实施方案

本工艺方法的本实施方案的目的是制造如图6以一个部件或灯丝10的反面结构，其最初的步骤与先前的实施方案中相同。因此，在获得相应的钨衬底2上的规则的氧化铝膜1(图5)之后，除去阻挡层5，从而使衬底2上的孔4开通，如可在图14的a)中看到的。这一步后随用脉冲电流电化学沉积钨合金26，如图14的b)中所示，最终除去残余的氧化铝1及其衬底2，从而获得所要的部件或灯丝10，如可在图14的c)中看到的。

该第六种工艺方法首先在于制备用于将钨沉积到氧化铝1的孔4中的浓缩的电解液；该电解液对于正确充满这些孔是非常重要的，因为它保证溶液中足够的离子浓度。该脉冲电流步骤能够进行纵横比大的结构的复制，并顺序包括：

i)通过外加正电流来沉积钨合金26；这形成靠近由氧化铝1及其衬底2做成的阴极处的一定的溶液缺乏；

ii)一个不外加电流的缓和时间，从而使溶液在靠近阴极处重新混合；

iii)外加负电流，设计成除去一部分原先沉积在阴极上的合金26，从而能够更好地弄平沉积的表面。

周期性地重复每个持续数毫秒的步骤i)、ii)和iii)，直到获得所要的结构。

第七实施方案

本实施方案的目的是从通过先前的实施方案而获得的带有反面结构的衬底来开始制造作为一个部件或灯丝13的正面的纳米结构，但是该衬底不一定用钨制造；在图15的a)中，上述带反面结构的衬底用作模板10A。

如可从图15的b)中看到的，钨层27通过CVD或溅射而沉积在所述衬底10A上。这一步后随一个选择蚀刻步骤，以便除去衬底10A，从而获得所要的带有钨纳米一多孔结构的部件或灯丝13，如可在图15的c)中看到的。

第八实施方案

本实施方案的目的是制造作为图6的一个灯丝10的反面的纳米结构，而其最初的步骤与图2～5中所示的相同，通过在钨衬底2(图2)上溅射或电子束作用而沉积一铝层6，后随铝层6的第一次阳极化(图3)和一蚀刻步骤(图4)，从而提供具有在第二次阳极化(图5)期间用于生长氧化铝1的优先区域的衬底2。

这一步后随一个包括钨衬底2的阳极化的步骤，从而诱导后者的局部生长，这发生在氧化铝1的孔4的下面。如图16的a)中所示，所述步骤基本上包括形成衬底2的表面凸起2A，它们首先使氧化铝1的阻挡层5破裂，然后在氧化铝孔4中继续生长。

然后通过利用W/W氧化物的选择腐蚀来除去氧化铝1，从而获得如图16的b)中的带有反面的纳米结构的所要部件或灯丝10。

应当注意到，本实施方案是以某些金属如钨和钽的一个典型特点为基础的，它们在与铝相同的化学和电学条件下阳极化；如上所述，所述阳极化发生在氧化铝1的孔4的下部中，从而直接建立衬底2的表面结构。

第九实施方案

本实施方案的目的在于从一个具有如通过先前的实施方案而获得的反面结构的衬底开始来制造如图7的一个部件或灯丝13的正面的纳米多孔结构；用作模板的所述衬底用图17的a)中的标号10A表示。

如图17的b)中所示，钨合金27通过电化学沉积、CVD或溅射而沉积在所述衬底10A上。然后通过选择性腐蚀而除去衬底10A，从而获得所要的带有正面的纳米-多孔结构的灯丝13。

从上面的描述可以推论，在所有的已描述的实施方案中，按照本发明的工艺方法都包括使用氧化铝层1，取决于工艺的情况，该氧化铝层1或者直接用作模板而获得所要的带有纳米结构10的部件，或者用于获得一个模板10A而用于随后建立所要部件13的结构。

本发明证明特别有利于建立用作白炽光源的灯丝的结构，并更一般地有利于建立与灯丝形式不同的部件，这种部件可以通过电流而导致白炽。

上述工艺能够例如在一根由诸如钨制成的灯丝的一个或多个表面上容易地限定一个包括多个微凸起的抗反射微结构，从而使从灯丝反射到可见光谱中的电磁辐射最大化。

本发明可以有利地应用于制造其它光子晶体结构，即由钨或其它合适的材料制成的结构，其特征在于存在一系列规则的微空腔，这些空腔包含一种介质，其折射系数不同于所用的钨或其它材料的折射系数。

在这种架构内，应当注意到，这些先前描述的技术可以有利地用于获得三维的光子晶体，即沿三个垂直方向具有周期性结构的光子晶体。

作为例子，图18表示一种可以用于该目的的可能的技术。这样一种实施方案提供一个与图8的a)相似的第一步骤。因此，在已经获得规则的氧化铝的第一薄膜1之后，在该氧化铝上沉积了用10表示的待构成纳米结构的步骤的第一层材料，以便填充氧化铝的孔，如图8的a)中所示。

该选择来用于获得所要的三维光子晶体的填充材料可以是任何材料(如钨、金、银、碳、铁、铜、镍等等)；用于材料沉积的技术可以选自简单的或脉冲的电沉积、热蒸发、电子束、溅射、CVD、PECVD、丝网印刷法、自旋法、沉淀、离心作用、溶胶-凝胶等等。

在第一层材料10上沉积一层新的铝膜，用图18的a)中的6表示，随后阳极化该铝膜，以便形成另一层氧化铝1’；以这样的方式完成该阳极化过程，使得为此目的而具有合适厚度的铝膜6为了获得氧化铝层1’的生长而几乎完全“消耗掉”。

然后例如用湿法蚀刻局部除去该阻挡层或对应于相应的孔而开通，直到这些孔直接面对下面的材料层10，如图18的b)中可见的。

然后例如通过电沉积或溅射而在氧化铝1’上沉积在图18的c)中用10’表示的待构成纳米结构的步骤的第二层材料，以便填充其孔，直到与选择用来获得所要的光子晶体的第一层材料10接触。然后在第二层10’上沉积另一层在图18的d)中用6’表示的铝膜，该膜随后用先前关于层1’说明的同一方法进行阳极化，以便形成另一层氧化铝。

再一次，然后跟随一个用湿法蚀刻进行的对氧化铝1”的阻挡层进行开通或局部除去的及沉积又一层目的在于形成该三维光子晶体的材料的阶段，使这样一种材料能够通过氧化铝1”的开孔而接触层10’的材料。

显然，上述各阶段(铝沉积、铝形成、局部减少阻挡层、沉积一层新的所要材料)可以重复任何数目，随待获得的结构的类型而定。

然后提供一个氧化铝1、1’、1”......的蚀刻步骤，该氧化铝已使用一纳米模板，并且属于几乎最小的铝残余6、6’、......；作为所述蚀刻步骤的结果，如果该步骤是最后步骤，就留下该三维的光子晶体结构，或者通过沉积一个或多个另外的所要材料层完成这些步骤。

为此，图19示意表示一种三维光子晶体16的一部分，它们可以按照参考图18而描述的那种类型的工艺方法而获得。

如可以看到的，在图19中例示的三维光子晶体16基本上通过叠加图6中示出的那种类型的结构而形成(增加一个端部层11’)，其特点是有一系列周期性的基底部分11，它们基本上平行并利用支柱12相互连接，这些支柱12按照两个互相正交的方向具有周期性并在其间限定相应的空隙。

在这种情况下，光子晶体16可以通过由不同材料制成的多个层10、10’......的叠合而得到；氧化铝的各个模板层1、1’、1”......可以沿三个正交的方向具有周期性、循环和也彼此不同的填充因子。

在图18的实施方案的情况下，待构成纳米结构的步骤的材料的各层10、10’每个包括一个为了填充相应的铝膜1、1’、1”的孔而设置的下部和一个盖在同一氧化铝顶上的基本上平坦的上部。但是所述平坦部分可以省略，或者不管用什么方式具有这样一个减小的厚度(如2～3nm)，从而呈现与氧化铝晶粒的上端相对应的不连续性。

图20中示意地表示一个相似的实施例。

在该情况中，在已获得第一层规则的氧化铝后，在同一氧化铝上沉积第一层待构成纳米结构的步骤的材料，沉积的方式是仅仅填充氧化铝的孔，直到相应的上边缘，而不盖住薄膜1的上端。这样一种状态示意地表示于图20的a)中，其中标号1和10分别表示第一氧化铝层和第一层待构成纳米结构的步骤的材料。

然后在如图20的a)中可见的结构上沉积一个新的铝膜，随后阳极化该铝膜，以便形成用图20的b)中的1’表示的另一氧化铝膜；此处该阳极化过程再一次这样完成，使得为此目的一个厚度合适的铝层为了获得铝膜1’的生长而几乎完全耗尽。然后局部除去氧化铝1’的阻挡层，或者使阻挡层在其相应的孔中开通，使得这些孔至少部分面对由第一层材料10填充的下面的氧化铝膜1的孔，而氧化铝1’的晶粒的下端至少与氧化铝1的晶粒的上端部分接触。

这样一种状态示意地表示于图20的b)中。

此时在氧化铝1’上沉积用图20的c)中的10’表示的第二层待构成纳米结构的步骤的材料(为了如先前的步骤中那样仅仅填充其孔，或者为了如图中所示的情况中那样形成一个平面表面)，直到与被选择用于获得所要的光子晶体的第一材料层10相接触。然后可以在第二层10’上沉积另一铝膜，随后对其阳极化，以便形成另一层氧化铝，直到获得所要的结构。同时在该情况中提供一个蚀刻用作纳米模板的氧化铝1、1’和蚀刻铝层的近似残余的最终步骤。

在另一实施例中，在该构成纳米结构的步骤的材料上，或在两个连接的待构成纳米结构的步骤的材料层之间，可以设置一个或多个难熔氧化物薄层。例如，在获得如图20的a)中表示的结构之后(但是在任何情况下也是如图8的a)中的结构)，可以在同一结构上沉积一或多层难熔氧化物如陶瓷基氧化物、氧化钍、氧化铈、氧化钇、氧化铝、氧化锆或碳化硅。在该氧化物层(或被设置的最后一个氧化物层)上，可以沉积一个新的待阳极化的铝膜，以便形成一个准备随后覆盖其它待建立结构的材料的新的氧化铝结构；在后一结构上，可以沉积新的一层或多层难熔氧化物，继续到形成所要的三维结构。

在最后除去氧化铝之后，该获得的结构也可以用难熔氧化物几乎完全地封闭；这是有用的，例如，当所要部件是一种白炽辐射体时，这种情况下该难熔化合物可以完成双重作用：

i)限制构成该辐射体的材料或其纳米结构在操作高温下的原子蒸发，这种蒸发对应于会在操作条件下缩短其工作寿命的该辐射体的“切口”效应，同时也对应于纳米结构的弄平效应；操作温度愈高，所述蒸发就愈大，这种蒸发倾向于弄平该辐射体的表面结构，使其性能随时间而变坏，并减小其增加效率的优点；

ii)维持该辐射体或其纳米结构的表面形态构造，就是使其组成材料(如金、银、铜)由于在超过其熔点的操作温度的条件下使用而遇到状态的变化特别是熔融时也能维持。

在三维光子晶体的情况下，各种用于构成纳米结构的步骤的氧化铝薄膜的孔的高度可以在100nm～1微米之间变化，以便有一垂直的周期性，后者允许在可见区和近红外区中有一带隙。

专业人员最终会明白，为了对三维光子晶体构成纳米结构的步骤，可以使用先前参照图8～17描述的技术，其中，可以组合使用不同的技术，以便完成对同类部件和光子晶体建立三维结构。

显然，尽管本发明的基本思想保持不变，但其构造细节和实施例能够相对于仅作为例子而被描述和图示的内容进行广泛的变化。

Claims

1.制造一种纳米结构的部件(10；13；16)的工艺方法，该方法特别用于光子学领域或光辐射体领域，该部件具有纳米尺寸的一系列凸起(12)和一系列空腔或孔隙(15)当中的至少一种，它们按照该部件(10；13；16)中的基本上预定的几何形状而排列，其特征在于，由阳极化的多孔氧化铝(1；1，1’，1”)制成的至少一层被用作对该部件(10；13)的至少一部分构成纳米结构的步骤的牺牲元件。

2.按照权利要求1的工艺方法，其特征在于，该氧化铝层(1)或者被用作在所述构成纳米结构的步骤期间的牺牲模板，或者被用作为获得另一个所述构成纳米结构的步骤用的牺牲模板(10A)的中间模板。

3.按照权利要求1或2的工艺方法，其特征在于，为了对至少一部分部件(10；13；16)构成纳米结构的步骤，采用了多层的阳极化多孔氧化铝(1；1，1’，1”)。

4.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，每个所提供的氧化铝层(2)是通过下述过程而获得的：接连阳极化一个沉积在一相应衬底(2；10，10’)的表面上的铝膜(6)，直到获得一规则的氧化铝结构，该结构限定多个基本上垂直于所述衬底(2；10，10’)的表面的孔(4)，该氧化铝层(1)有一个接近该相应衬底(2；10，10’)的非多孔部分(5)。

5.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括一个通过蒸发、溅射、化学气化物沉积、丝网印刷、电沉积、电子束、PECVD、自旋、淀析、离心、溶胶-凝胶而沉积材料的步骤。

6.按照权利要求1或3的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括至少一个蚀刻步骤。

7.按照权利要求1或3的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括至少一个对一种以相应的氧化铝层(1；1，1’，1”)为底层的金属进行阳极化的步骤。

8.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括下步骤步骤：

将用来制造具有多个凸起(12；12A)的所要部件(10；10A)的至少一部分的材料(20)作为一个薄膜沉积在一相应的氧化铝层(1)上，至少一部分所述材料(20)填充所述孔(4)；以及

然后除去所述氧化铝层(1)，由填充所述孔(4)的所述材料(20)的该部分形成所述凸起(12；12A)的至少一部分。

9.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括下列步骤：

在一为铝或其它导电材料的导电衬底上形成一氧化铝层(2)；

通过湿法蚀刻除去阳极化后形成的氧化铝(1)的非多孔部分(5)或阻挡层，使得氧化铝(1)的孔(4)在该导电衬底上有效地开通；

通过电沉积或蒸发或溅射技术在该氧化铝层(1)上沉积一导电的金属层(21)；

将制作至少一部分具有多个凸起(12；12A)的所要部件(10；10A)的材料(20)电沉积在由金属膜(21)和氧化铝层(1)的残余部分形成的结构上，一部分所述材料(20)填充所要孔(4)；

然后除去氧化铝层(1)的残余部分和金属膜(21)，由填充所述孔(4)的所述材料的一部分形成所述凸起(12；12A)的至少一部分。

10.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括以下步骤：

将制作一个具有多个凸起(12；12A)的所要部件(10；10A)的至少一部分的材料(23)作为丝网印刷糊剂，沉积在氧化铝层(1)上，所述糊剂(23)的一部分填充所述孔(4)；

所述糊剂(23)被烧结；以及

然后除去所述氧化铝层(1)及其衬底(2)，由填充所述孔(4)的所述材料(20)的一部分形成所述凸起(12；12A)的至少一部分。

11.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括下列步骤：

除去氧化铝层(1)的非多孔部分(5)的局部化部分，从而使相应的衬底(2)上的所述孔(4)开通；

将制作一个有多个凸起(12；12A)的所要部件(10；10A)的至少一部分的材料(26)通过电化学法沉积在所述氧化铝层(1)的残余部分上，使所述材料(26)的一部分填充所述孔(4)并与相应的衬底(2；6，6’)相接触；以及

然后除去所述氧化铝层(1)和相应的衬底(2)的残余部分，由填充所述孔(4)的所述材料(20)的部分形成所述凸起(12；12A)的至少一部分。

12.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括下列步骤：

对氧化铝层(1)的衬底(2)进行阳极化，从而诱导所述孔(4)下面的衬底(2)的生长，所述生长造成衬底(2)的表面凸出部(2A)的形成，这首先导致所述氧化铝层(1)的非多孔部分(5)的一些部分破裂，然后保持在所述孔(4)中生长；以及

通过选择性蚀刻除去所述氧化铝层(1)，因而至少由衬底(2)部分地制成一个具有多个凸起(12)的所要部件(10)，所述表面凸出部(1A)制成所述凸起(12)。

13.按照权利要求9、10、11或12之一的工艺方法，其特征在于，所述所要的部件为所述另一个模板(10A)。

14.按照权利要求13的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括下列步骤：

在所述另一个模板(10A)上沉积一层制作所述部件(12)的至少一部分的材料(24，25)；以及

除去所述另一个模板(10A，13A)。

15.按照权利要求14的工艺方法，其特征在于，将制作所述部件(13)的至少一部分的材料(24)通过溅射或化学气化物沉积在所述另一个模板(10A，13A)上，并通过选择性蚀刻除去所述另一个模板(10A，13A)。

16.按照权利要求14的工艺方法，其特征在于，用于制作所述部件(13)的至少一部分的材料(24，25)呈丝网印刷糊剂(25)的形式，该糊剂在被沉积到所述另一个模板(10A，13A)上之后被烧结，然后通过选择性蚀刻除去该另一个模板。

17.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括下列步骤：

除去氧化铝层(1)的非多孔部分(5)的至少一部分，所述孔(4)因而在相应的衬底(2)上开通；

在所述孔(4)上被开通的相应区域中选择地挖掘所述衬底(2)；

除去所述氧化铝层(1)的残余部分，从而该衬底制成所述部件(13)，而衬底(2)的被挖掘区域制成所述空腔(15)。

18.按照权利要求17的工艺方法，其特征在于，衬底(2)是通过反应离子蚀刻或选择性湿性蚀刻或电化学蚀刻而在所述开通区域上被挖掘的。

19.按照权利要求3的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括：

至少形成一第一层氧化铝(1)，将制作所述部件(16)的材料的至少一第一部分(10)沉积在其上；

在材料(10)的所述第一部分上形成氧化铝(1’)的至少一第二层，然后将制作所述部件(16)的材料的至少一第二部分(10)沉积在其上。

20.按照权利要求19的工艺方法，其特征在于，设置至少一个步骤，用于尤其通过蚀刻来除去氧化铝(1，1’)的所述第一层和第二层以及相应的铝衬底(6，6’)的可能有的残余物。

21.按照权利要求1或3的工艺方法，其特征在于，所述构成纳米结构的步骤包括：

形成氧化铝(1)的至少一第一层，将制作所述部件(16)的材料的至少一第一部分(10)沉积在其上；

在材料(10)的所述第一部分上沉积至少一层难熔氧化物，如陶瓷基氧化物、氧化钍、氧化铈、氧化钇、氧化铝或氧化锆或碳化硅。

22.按照权利要求21的工艺方法，其特征在于，在该难熔氧化物上形成氧化铝(1’)的至少一第二层，然后在其上面沉积用于制作所述部件(16)的材料的至少一第二部分(10)。

23.按照权利要求21或22的工艺方法，其特征在于，设置至少一个步骤，用于尤其通过蚀刻来除去氧化铝(1，1’)的一层或多层以及相应的铝衬底(6，6’)的可能有的残余物，这样获得的部件(16)几乎完全被封闭在难熔氧化物内。

24.至少部分地用按照权利要求1～23中的一项或多项的工艺方法而获得的用作光源的辐射体，特别是灯丝，其特征在于它们由于通过电流而能导致白炽，该辐射体(10；13；16)具有按照基本上预定的几何形状而排列的多个纳米凸起(12)和多个纳米空腔或孔隙(15)当中的至少一种。

25.按照权利要求24的辐射体，其特征在于，所述凸起(12)或空腔(15)制成一个抗反射的微结构，以便使从辐射体(10；13；16)进入可见光谱的电磁辐射最大化。

26.至少部分地用按照权利要求1～23中的一项或多项的工艺方法获得的两维光子晶体，其特征在于该晶体(10；13)具有按照基本上预定的几何形状而排列的多个纳米凸起(12)和多个纳米空腔或孔隙(15)当中的至少一种。

27.至少部分地用按照权利要求1～23中的一项或多项的工艺方法获得的三维光子晶体，其特征在于该晶体(16)具有按照基本上预定的几何形状而排列的多个纳米凸起(12)和多个纳米空腔或孔隙(15)当中的至少一种。

28.阳极化的多孔氧化铝(1)作为光源辐射体(10；13)的至少一部分的构成纳米结构的步骤的牺牲元件的应用，该辐射体由于通过电流而能导致白炽。

29.阳极化的多孔氧化铝(1)作为一个两维或三维光子晶体(10；13；16)的构成纳米结构的步骤的牺牲元件的应用。

30.按照权利要求28或29的用途，其特征在于将氧化铝(1)用作在所述构成纳米结构的步骤期间的模板。

31.按照权利要求28或29的用途，其特征在于将氧化铝(1)用作为获得在所述构成纳米结构的步骤期间所用的另一个模板(10A，13A)的模板。

32.按照权利要求28或29的用途，其特征在于所述构成纳米结构的步骤包括获得按照基本上预定的几何形状而排列的多个纳米凸起(12)和多个纳米空腔(15)当中的至少一种。