加熱素子のナノはんだ付け
小さいエリアに熱を与えるための技法と、小さいエリアに熱を与えることが可能な装置とが提供される。例示的な実施形態では、非限定的な例として、加熱素子は、一連の連続的に接続された上面が画定されるように、少なくとも１つの壁が一部から延びる基板と、導電性材料を含みかつ上面に実質的に配置された導電層とを含み、少なくとも１つの壁の最外部分は、その表面にエッチングされた部分を有する。前述の概要は単なる例示であり、いかなる方法によっても限定することを意味するものではない。上述の例示的な態様、実施形態、および特徴に加え、その他の態様、実施形態、および特徴が、図面および以下の詳細な記述を参照することによって明らかにされよう。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
非常に小さいエリアに熱を与えることは、表面での熱活性化重合、局所化学変換、およびナノはんだ付け（nanosoldering）などの多くの分野で行われている。加熱されるエリアのサイズ制限を考慮すれば、ナノテクノロジーの進歩を、非常に小さいエリアに熱を与えるための適用例に利用できると考えられる。カーボンナノチューブまたは新しい炭素材料、例えばグラフェンなどは、その高い電気伝導率と小さなサイズにより、そのような適用例において将来有望である。
【発明の概要】
【０００２】
以下の詳細な記述では、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。これらの図面において、同様の符号は、他に文脈が指示しない限り、典型的には同様の構成要素であると見なす。詳細な記述、図面、および請求項に記述される例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書に示される主題の精神または範囲から逸脱することなく、その他の実施形態を利用してもよく、その他の変化を加えてもよい。本明細書に概略的に記述されかつ図に例示される本発明の開示の態様は、その全てが本明細書で明確に企図される広く様々な異なる形態として構成することができ、置換することができ、組み合わせることができ、分離することができ、設計することができることが容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】図１Ａは、加熱素子の例示的な実施形態を示す斜視図であり、図１Ｂは、加熱素子の例示的な実施形態を示す正面図である。
【図２】（ａ）図１に示される加熱素子の壁の最外部分、および（ｂ）カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の格子状構造内のエッチングされた部分を示す、壁の最外部分の拡大図である。
【図３】グラフェンシートが付着された加熱素子の、例示的な実施形態を示す斜視図である。
【図４】３つの壁を有する加熱素子の、例示的な実施形態を示す斜視図である。
【図５】重合に利用された、図１に示される加熱素子の例示的な実施形態を示す、分解斜視図である。
【図６】図１に示される加熱素子がナノはんだ付けに利用される、例示的な実施形態を示す分解斜視図である。
【図７】小さいエリアに熱を与える加熱素子を製造するための方法の、例示的な実施形態を示す、フローチャートである。
【図８】少なくとも１つの壁を形成するための方法の例示的な実施形態を示す、フローチャートである。
【図９】図８に示される方法を例示する、一連の図である。
【図１０】基板上に少なくとも１つの壁を形成するための方法の、別の例示的な実施形態を示す、フローチャートである。
【図１１】図１０に示される方法を例示する、一連の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
多岐にわたる用途がある、多くの新しいデバイスを生み出すのに適切と考えられるナノ構造などの小規模構造は、それらのサイズが小さいために、製作するのが難しい。ナノスケールの加熱エリアを有する加熱素子は、表面での熱活性化重合、局所化学変換、およびナノはんだ付けなどの分野で利用することができる。本発明の開示で記述される技法は、ナノサイズの小さいエリアに熱を局所的に加える新規な加熱素子を用いる。いくつかの実施形態では、加熱素子は、その上面に配置されたＣＮＴフィルムを有し、このＣＮＴフィルムの少なくとも１つの突出部分は、他の残りの部分よりも低い導電率を有するようにエッチングされている。このように、電圧が加熱素子に加えられると、エッチングされた部分は抵抗として動作し、したがって選択的に加熱することができる。エッチングされた部分はナノメートル程度の幅を有するので、加熱されたエリアは著しく小さい。
【０００５】
図１Ａおよび１Ｂは、非常に小さいエリアに熱を与えるのに使用することができる加熱素子１００の、例示的な実施形態の斜視図および正面図をそれぞれ示す。図１Ａおよび１Ｂに示されるように、加熱素子１００は、突出部分１２０（以下、「壁」と呼ぶ。）を有する基板１１０を含んでいてもよい。一実施形態において、壁１２０は、基板１１０の一部から、基板１１０のその他の部分に対して実質的に垂直な方向に延びていてもよく、連続的に接続された（contiguously connected）上面１３０を画定することができる。例えば、その他の部分は、壁１２０を形成しない基板１１０の部分を含んでいてもよい。一実施形態では、基板１１０を、シリコンウエハ、ガラス、または石英の１種を使用して製作してもよい。加熱素子１００は、導電層をさらに含んでいてもよい。例えば、ＣＮＴフィルム１４０は導電層として働くことができ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）で基板１１０がコーティングされるように、上面１３０上に配置されてもよい。図１Ａおよび１Ｂにおいて、ＣＮＴフィルム１４０の厚さは、例示目的のため誇張されている。ＣＮＴは、そのそれぞれがナノメートル程度の外径と約０．５ナノメートルから何十マイクロメートルという長さとを有する高アスペクト比の微視的炭素材料を含む。特に、ＣＮＴのそれぞれは、規則的に配置された炭素原子を有する中空円筒の形状を有していてもよい。上述の特徴を有するＣＮＴは、電界集中（electric field concentration）を容易に与えることができ、高い放出電流密度を提供することができ、非常に安定な化学的および物理的特性を有することができる。壁１２０の最外部分１５０は、壁１２０のその他の残りの部分よりも低い導電率を有する１つまたは複数の、エッチングされた部分１４４を含んでいてもよい。ある電圧が外部回路（図示せず）を通して加熱素子１００に加えられる場合、所定の電流が加熱素子１００を流れることができ、したがって、エッチングされた部分１４４は抵抗として動作しかつその選択的加熱がもたらされる。
【０００６】
図２は、加熱素子１００の壁１２０の最外部分１５０の一部１５１の、例示的な実施形態の拡大図を示す。図２を参照すると、ＣＮＴフィルム１４０はＣＮＴの格子状構造を有していてもよく、最外部分１５０上に配設されたＣＮＴの格子状構造の少なくとも一部は破壊されて、１つまたは複数のエッチングされた部分１４４を形成してもよい。１つまたは複数の、エッチングされた部分１４４の破壊された構造は、エッチングされた部分１４４の抵抗率が増加するように、エッチングされた部分１４４の電気的性質を変化させる。このように、エッチングされた部分１４４の導電率は、壁１２０のその他の部分よりも低くすることができる。この場合、ある電圧が加熱素子１００に加えられるなら、エッチングされた部分１４４は抵抗として動作することができかつその選択的加熱をもたらすことができる。壁１２０の最外部分１５０は、ナノメートル程度の幅を有していてもよいので、加熱素子１００で加熱されたエリア（すなわち、実質的にエッチングされた部分１４４）は、著しく小さくすることができる。上述の構造を有する加熱素子１００は、ナノはんだ付けおよび局所化学変換などの適用例で小さいエリアに熱を加えるのに適切である可能性がある。
【０００７】
一実施形態では、ＣＮＴフィルム１４０は、その電気的性質が金属性また半導体性である様々な単層カーボンナノチューブ、すなわち半導体単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）または金属性ＳＷＮＴを含んでいてもよい。一実施形態では、基板１１０は、基板１１０が所望の性質を有することができるように、適切なシランによって官能化されてもよい。官能化によって、シランに含まれる化学官能基が基板１１０に導入されて、所望の性質が得られる。特に、基板１１０が、金属性ＳＷＮＴと相互に作用しかつ選択的に結合することが知られているフェニル末端シランなどの芳香族分子により官能化される場合、金属性ＳＷＮＴは基板１１０に選択的に吸収されてもよい。この場合、加熱素子１００は、フェニル末端シランを含まないものに比べてより高い導電率を有していてもよい。下記は、本明細書で使用されるフェニル末端シランの式である。基板１００を官能化するためのその他の芳香族分子は、ポルフィリン、フタロシアニン、またはペリレンを含んでいてもよい。
【０００８】
【化１】
【０００９】
一実施形態では、加熱素子１００は、ＣＮＴフィルム１４０上に実質的に配置された保護層（図示せず）を有していてもよい。保護層は、基板１１０へのＣＮＴフィルム１４０の接着を増大させるのに用いてもよい。保護層の存在により、電気が外部回路（図示せず）から加熱素子１００に流れた場合、電子の表面障壁は、電子の放出によって実質的に増大する可能性がある。したがって、放出効率を、著しく低減させることができる。これにより、壁１２０を有する基板１１０とＣＮＴフィルム１４０との間の接着強度を高めることができる。いくつかの実施形態では、保護層を、全面にわたり均一な圧力でＣＮＴフィルム１４０の面に付着させて、保護層がその表面に実質的に堆積することができかつ維持できるようにしてもよい。保護層の厚さは、１００ｎｍ未満であってもよい。保護層は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、フルオロシリケートガラス（ＦＳＧ）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）酸化物、シラノール（ＳｉＯＨ）、流動性酸化物（ＦＯｘ）、底面反射防止膜（ＢＡＲＣ）、反射防止膜（ＡＲＣ）、フォトレジスト（ＰＲ）、ほぼ摩擦のない炭素（near-frictionless carbon）（ＮＦＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、および／または炭素ドープ型酸化ケイ素（ＳｉＣＯＨ）などの絶縁材料を含んでいてもよい。
【００１０】
図３は、基板３１０上にグラフェンシート３４０を有する加熱素子３００の、例示的な実施形態の斜視図を示す。この実施形態では、加熱素子３００は、突出部分３２０（以下、「壁」と呼ぶ。）を有する基板３１０を含んでいてもよい。壁３２０は、図１に示される壁１２０と同様の構造を有し、したがって、その詳細な記述は省略する。さらに、基板３１０は、シリコンウエハ、ガラス、または石英の１種を使用して製作してもよい。グラフェンシート３４０は、基板３１０がグラフェンでコーティングされるように、基板３１０の上面３３０上に配置されていてもよい。グラフェンシート３４０は、多数の炭素原子が互いに共有結合している多環式芳香族分子を含む。共有結合された炭素原子は、反復単位として６員環を形成し、さらに、５員環および／または７員環を形成してもよい。したがって、グラフェンシート３４０は、あたかも共有結合した炭素原子がそれによって単層を形成するかのように見える。グラフェンシート３４０は、その中に含まれる５員環および／または７員環の量に応じて、様々な構造を有していてもよい。グラフェンシート３４０は、約１００ｎｍの厚さを有していてもよい、グラフェンの１つまたは複数の層を有していてもよい。上述の特徴を備えるグラフェンシート３４０は、電界集中を容易に提供することができ、高い放出電流密度を提供することができ、非常に安定な化学的および物理的特性を有することができる。
【００１１】
壁３２０の最外部分３２２は、１つまたは複数の、エッチングされた部分３２４を有していてもよい。いくつかの実施形態では、グラフェンシート３４０をエッチングするのに酸素プラズマ処理を実行してもよい。グラフェンシート３４０は、結合した炭素のシートであるので、エッチングされた部分３２４の炭素のフレーム構造の一部は破壊される。このように、エッチングされた部分３２４の導電率は、その他の部分の導電率よりも低くすることができる。
【００１２】
図４は、基板４１０上に複数の壁（例えば、３つの壁４２０、４２２、および４２４）を有する加熱素子４００の、例示的な実施形態の斜視図を示す。加熱素子４００は、３つの壁４２０、４２２、および４２４が基板４１０上に形成されている以外は、加熱素子１００に類似しておりまたは実質的に同一である。したがって、その詳細な記述は省略する。一実施形態では、３つの壁４２０、４２２、および４２４は、数百ナノメートルの幅および高さを有する。加熱素子４００は、連続的に接続された上面４３０を有し、上面４３０には、ＣＮＴフィルム４４０を配置することができる。さらに、壁４２０、４２２、および４２４のそれぞれは、高い抵抗率を有する１つまたは複数のエッチングされた部分４３３を有する。電圧が、外部回路（図示せず）を通して加熱素子４００に加えられた場合、エッチングされた部分４３３を選択的に加熱することができる。加熱素子４００に形成された任意の様々な壁を用いてもよいことが、当業者に理解されよう。
【００１３】
図５は、加熱素子５００が重合のために使用される実施形態を示す。一実施形態では、加熱素子５００は、図１および３にそれぞれ示される加熱素子１００および３００のいずれか１つに類似した構造を有していてもよい。さらに、壁５０４の最外部分５０８は、図１から３に関して既に述べたものと同じ方法を使用してエッチングしてもよく、したがって最外部分５０８の導電率は、壁５０４のその他の部分の導電率よりも低くすることができる。
【００１４】
重合の目的で、ポリマーフィルム５１０などのポリマー材料を、その１つの平面が図５に示されるように壁５０４の最外部分５０８に面するように位置決めしてもよい。一実施形態では、ポリマーフィルム５１０は、壁５０４の最外部分５０８に接触して位置決めされてもよく、または、最外部分５０８から発生した熱がポリマーフィルム５１０に効果的に伝達されるように、壁５０４の最外部分５０８からある距離だけ離して位置決めしてもよい。電気が外部回路５２０から加熱素子５００まで流れるとき、壁５０４の最外部分５０８のエッチングされた部分を選択的に加熱し、最外部分５０８から発生した熱をポリマーフィルム５１０に伝達することができる。加熱素子５００から熱を与えることにより、ポリマーフィルム５１０内の熱活性化開始剤を活性化することができ、それによって重合が実行される。
【００１５】
図６は、加熱素子６００がナノはんだ付けで使用される、別の実施形態を示す。一実施形態では、加熱素子６００は、図１および３にそれぞれ示される加熱素子１００および３００のいずれか１つに類似した構造を有していてもよい。さらに、壁６０４の最外部分は、図１から３に関して既に述べたものと同じ方法を使用してエッチングされてもよく、したがって最外部分の導電率は、壁６０４のその他の部分の導電率よりも低くすることができる。
【００１６】
ナノはんだ付けの目的で、はんだ付けされるナノ材料を有する物体（例えば、ナノスケール回路）を、このはんだ付けされるナノ材料が図６に示される壁６０４の最外部分に面するように位置決めしてもよい。一実施形態において、加熱素子６００は、壁６０４の最外部分が、はんだ付けされる物体のエリア６１０に実質的に接触するように位置決めされてもよく、または、金属粒子６１４が、はんだ付けによって互いに連結されるようナノ材料６０２間に前もって配置されるような距離だけ、エリア６１０から離れて位置決めされてもよい。電気が外部回路６２０から加熱素子６００に流れるとき、壁６０４の最外部分のエッチングされた部分は加熱されて、ナノ材料６０２と金属粒子６１４とがはんだ付けされる。一実施形態では、金属粒子６１４は、ナノスケールで形成されてもよい。そのような場合、金属粒子６１４の融点はバルク金属材料よりもさらに低いので、金属粒子６１４は、壁６０４の最外部分から少量の熱が発生する状態であっても融解しやすい。
【００１７】
図７は、小さいエリアに熱を与える加熱素子を製造するための方法の、例示的な実施形態のフローチャートを示す。加熱素子は、少なくとも１つの壁を基板上に形成し（ブロック７１０）、壁の上面をコーティング材料でコーティングし（ブロック７２０）、少なくとも１つの壁の少なくとも一部をエッチングする（ブロック７３０）ことによって製造してもよい。図８および図９のＡ〜Ｈを参照して、図７の方法に関する詳細な記述について以下に示す。図８は、基板上に少なくとも１つの壁を形成するための方法の、例示的な実施形態のフローチャートを示す。図９のＡ〜Ｈは、図８に示される方法を例示する一連の図解を示す。
【００１８】
図９Ａを参照すると、化学気相成長またはフォトリソグラフィ技法などの様々な周知の製作プロセスのいずれかを使用することによって、シリコンウエハ、ガラス、または石英などの基板９１０上に、エッチングマスク層９１２が配置されている。エッチングマスク層９１２は、後続の処理に向けてピンホールのないエッチング障壁を提供するのに十分な厚さであってもよく、極限サブミクロン寸法（extreme submicron dimension）が正確に位置合わせされるように十分薄くてもよい。エッチングマスク層９１２は、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、またはタングステンなどの材料を含んでいてもよい。図９Ｂに示されるように、エッチングマスク層９１２上にはフォトレジスト層９１４が配置される（ブロック８２０）。一実施形態では、フォトレジスト層９１４は、約１５０ｎｍから約２００ｎｍの厚さであってもよい。図９Ｃを参照すると、フォトレジスト層９１４を、従来のリソグラフィ技法を使用して露光させて、適切なリソグラフィパターン９１６が形成されるようにする。フォトレジスト層９１４を、図９Ｄに示されるようにエッチングして（ブロック８４０）、リソグラフィパターン９１６がエッチングマスク層９１２上に残るようにする。図９Ｅでは、リソグラフィパターン９１６の下に配置されたエッチングマスク層９１２の部分が基板９１０上に残るような手法で、エッチングマスク層９１２をエッチングする（ブロック８５０）。一実施形態では、エッチングマスク層９１２が窒化物材料を含む場合、ＣＦ４エッチャントを使用してエッチングマスク層９１２をエッチングしてもよい。残されたフォトレジスト層（すなわち、リソグラフィパターン９１６）を、図９Ｆに示されるように適切なエッチングプロセスによって除去する（ブロック８６０）。図９Ｇは、エッチングする前の基板９１０を示し、図９Ｇに示されるように、エッチングプロセスは、エッチングマスク層９１２の下に配置された基板９１０の部分は残されたままであり、一方、基板９１０のその他の部分はエッチングされるように、基板９１０上で行われる（ブロック８７０）。したがって、エッチングプロセスが終了した後、図９Ｇに示されるように、壁９１１（すなわち、突出部分）が、エッチングマスク層９１２と基板９１０のエッチングされていない部分との間に形成される。一実施形態では、ブロック８４０、８５０、および８７０のエッチングプロセスは、ＫＯＨエッチングプロセスまたはプラズマエッチングなどの周知のエッチング技法を使用して実行してもよい。壁９１１が形成されていない、露出した基板９１０の領域を、ＫＯＨ湿式エッチングなどの高度異方性エッチングプロセスでエッチングする。あるいは、反応性イオンエッチングまたはイオンミリングなどのその他の異方性エッチングプロセスを使用してもよい。エッチングマスク層９１２を、図９Ｈに示されるように適切なエッチングプロセスにより除去し（ブロック８８０）、壁９１１が基板９１０上に残るようにする。壁９１１は、基板９１０の材料と同一の材料を有し、かつ基板９１０のいくつかの部分をエッチングすることによって形成されるので、一連の連続的に接続された上面１３０が基板９１０上に形成される。
【００１９】
図７を再び参照すると、導電層が、基板および壁によって画定された上面に配置される（ブロック７２０）。一実施形態では、ＣＮＴフィルムなどの導電層が上面に配置されてもよい。ＣＮＴフィルムは、転写、コーティング、噴霧、またはスクリーン印刷法のいずれか１つにより形成されてもよい。あるいは、上面は、噴霧、浸漬、およびロールコーティングを含む湿式コーティング、または乾式コーティングなどの、従来のコーティング技法を使用することによって、ＣＮＴでコーティングされてもよい。別の実施形態では、グラフェンシートを導電層として使用してもよい。グラフェンシートは、ミクロ機械的方法（micromechanical method）またはＳｉＣ熱分解によって作成してもよい。ミクロ機械的方法では、黒鉛から分離したグラフェンシートは、テープ（例えば、「Ｓｃｏｔｃｈ」という商標名で販売されているテープ）を黒鉛サンプルに接着させかつテープを剥離することによって、テープの表面上に作成することができる。ＳｉＣ熱分解では、ＳｉＣ単結晶を加熱して、表面のＳｉＣを分解することによってＳｉを除去し、次いで残留する炭素Ｃがグラフェンシートを形成する。
【００２０】
壁の最外部分をエッチングする（ブロック７３０）。一実施形態では、Ｏ２プラズマエッチングまたはメタンプラズマエッチングなどのプラズマエッチングを実施して、壁の最外部分をエッチングする。エッチングプロセスを通して、導電性材料の炭素構造、すなわちＣＮＴまたはグラフェンが破壊され、したがって壁の最外部分の導電率は、その他の部分の導電率よりも低くなる。一実施形態では、保護層を、導電層上にさらに配置してもよい。保護層は、スパッタリングによって、または化学気相成長（ＣＶＤ）などの気相成長法によって形成してもよい。
【００２１】
図１０は、基板上に多数の壁を形成するための方法の、別の例示的な実施形態のフローチャートを示す。図１１Ａ〜１１Ｃは、図１０に示される方法を例示する一連の図を示す。図１１Ａに示されるように、それぞれがケイ素またはクロムで作製されている多数のナノ構造１１１０が、基板１１２０上に位置付けられている。ナノ構造１１１０は、リソグラフィ、エッチング、または堆積技法などの様々な周知の製作技法のいずれかを使用して、前もって作成されてもよい。プレート１１４０をナノ構造１１１０の上方に置き（ブロック１０２０）、ある隙間がナノ構造１１１０とプレート１１４０との間に形成されるようにする。一実施形態では、局所スペーサ１１３０を、プレート１１４０に合わせて基板１１２０上に配置して、ナノ構造１１１０に対して所定の隙間を維持してもよい。例示の目的で、プレート１１４０は、残りの構造（局所スペーサ１１３０、ナノ構造１１１０、基板１１２０など）から取り外されるものとして示される。ナノ構造１１１０は、加熱によって融解し液化する（ブロック１０３０）。特に、図１１Ｂに示されるように、加熱は、ある波長のレーザ光１１５０（フラッドまたはマスクビームのいずれかの形にある）を使用することによってプレート１１４０に対して行ってもよく、それによって、ある量のエネルギーがプレート１１４０を通して放出されて（図１１Ａに示されるように）、低温でナノ構造１１１０（固相にある）が融解される。パルスおよび連続波レーザを共に、ナノ構造１１１０を融解するのに使用してもよい。ナノ構造１１１０とプレート１１４０との間の相互作用によって、融解したナノ構造１１１０は隆起して（液体表面張力に対して）プレート１１４０に到達し、新しい形状のナノ構造１１６０を形成し、その結果、より大きな高さおよびより狭い線幅、滑らかな縁部、垂直側壁、ならびに平らな上面が得られる。ブロック１０４０では、冷却および除去プロセスを行い、それによってスペーサ１１３０およびプレート１４０が除去され、図１１Ｃに示されるように基板１１２０上での壁１１７０の形成が終了する。スペーサ１１３０およびプレート１４０は、基板１１２０上に壁１１７０が形成された後は、必ずしも必要ではない。
【００２２】
本明細書に開示されるこのおよびその他のプロセスおよび方法に関し、このプロセスおよび方法で発揮される機能は、異なる順序で実現してもよいことを理解すべきである。さらに、概略的に示されたステップおよび操作は、例として示されるだけであり、これらのステップおよび操作のいくつかは、任意選択であってもよく、より少ないステップおよび操作に組み合わせてもよく、または、開示された実施形態の本質から逸脱することなく追加のステップおよび操作に拡大してもよい。
【００２３】
本発明の開示は、様々な態様の例示とされる、本出願に記述される特定の実施形態に関して限定されるものではない。多くの修正および変更を、その精神および範囲から逸脱することなく行うことができる。本明細書に列挙されるものに加え、この開示の範囲内にある機能的に均等な方法および装置が明らかにされよう。そのような修正および変更は、添付される特許請求の範囲内に包含されるものとする。本発明の開示は、添付される特許請求の範囲に含まれる全範囲の均等物と共に、そのような特許請求の範囲の用語によってのみ限定されるものである。この開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成物、または生物系に限定されるものではなく、当然ながら変更できることが理解されよう。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態について記述することのみ目的とし、限定を意味するものではないことも理解されよう。
【００２４】
本明細書における実質的に全ての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、これらの用語は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することを理解されたい。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００２５】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることをさらに理解されたい（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことをさらに理解されたい。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることを理解されたい（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、人がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、人がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることをさらに理解されたい。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００２６】
さらに、この開示の特徴または態様がマーカッシュグループとして記述される場合、この開示は、それによって、マーカッシュグループの任意の個々のメンバーまたはメンバーのサブグループとしても記述されることが理解される。
【００２７】
任意のおよび全ての目的で、例えば書面による説明を提供することに関しては、本明細書に開示される全ての範囲が、任意のおよび全ての可能性ある部分範囲およびそれらの部分範囲の組合せも包含することをさらに理解すべきである。任意の列挙された範囲は、十分に記述するとして、かつ同じ範囲を少なくとも均等な半分、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分けることができることを、容易に理解することができる。非限定的な例として、本明細書で論じられた各範囲は、下部３分の１、中部３分の１、および上部３分の１などに容易に分けることができる。「〜まで（ｕｐ ｔｏ）」および「少なくとも」などの全ての言語は、列挙された数を含みかつ上記にて論じられた部分範囲に引き続き分けることができる範囲を指すことも理解すべきである。最後に、ある範囲は、個々のそれぞれのメンバーを含むことも理解すべきである。したがって、例えば、１〜３個のセルを有するグループは、１、２、または３個のセルを有するグループを指す。同様に、１〜５個のセルを有するグループは、１、２、３、４、または５個のセルを有するグループを指し、以下同様である。前述の内容より、本発明の開示の様々な実施形態は例示を目的として本明細書に記述され、様々な修正が、本発明の開示の範囲および精神から逸脱することなく行うことができることが理解されよう。したがって、本明細書に開示される様々な実施形態は、限定を意味するものではなく、真の範囲および精神は、下記の特許請求の範囲によって示される。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【背景技術】
【０００１】
非常に小さいエリアに熱を与えることは、表面での熱活性化重合、局所化学変換、およびナノはんだ付け（nanosoldering）などの多くの分野で行われている。加熱されるエリアのサイズ制限を考慮すれば、ナノテクノロジーの進歩を、非常に小さいエリアに熱を与えるための適用例に利用できると考えられる。カーボンナノチューブまたは新しい炭素材料、例えばグラフェンなどは、その高い電気伝導率と小さなサイズにより、そのような適用例において将来有望である。
【発明の概要】
【０００２】
以下の詳細な記述では、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。これらの図面において、同様の符号は、他に文脈が指示しない限り、典型的には同様の構成要素であると見なす。詳細な記述、図面、および請求項に記述される例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書に示される主題の精神または範囲から逸脱することなく、その他の実施形態を利用してもよく、その他の変化を加えてもよい。本明細書に概略的に記述されかつ図に例示される本発明の開示の態様は、その全てが本明細書で明確に企図される広く様々な異なる形態として構成することができ、置換することができ、組み合わせることができ、分離することができ、設計することができることが容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】図１Ａは、加熱素子の例示的な実施形態を示す斜視図であり、図１Ｂは、加熱素子の例示的な実施形態を示す正面図である。
【図２】（ａ）図１に示される加熱素子の壁の最外部分、および（ｂ）カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の格子状構造内のエッチングされた部分を示す、壁の最外部分の拡大図である。
【図３】グラフェンシートが付着された加熱素子の、例示的な実施形態を示す斜視図である。
【図４】３つの壁を有する加熱素子の、例示的な実施形態を示す斜視図である。
【図５】重合に利用された、図１に示される加熱素子の例示的な実施形態を示す、分解斜視図である。
【図６】図１に示される加熱素子がナノはんだ付けに利用される、例示的な実施形態を示す分解斜視図である。
【図７】小さいエリアに熱を与える加熱素子を製造するための方法の、例示的な実施形態を示す、フローチャートである。
【図８】少なくとも１つの壁を形成するための方法の例示的な実施形態を示す、フローチャートである。
【図９】図８に示される方法を例示する、一連の図である。
【図１０】基板上に少なくとも１つの壁を形成するための方法の、別の例示的な実施形態を示す、フローチャートである。
【図１１】図１０に示される方法を例示する、一連の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
多岐にわたる用途がある、多くの新しいデバイスを生み出すのに適切と考えられるナノ構造などの小規模構造は、それらのサイズが小さいために、製作するのが難しい。ナノスケールの加熱エリアを有する加熱素子は、表面での熱活性化重合、局所化学変換、およびナノはんだ付けなどの分野で利用することができる。本発明の開示で記述される技法は、ナノサイズの小さいエリアに熱を局所的に加える新規な加熱素子を用いる。いくつかの実施形態では、加熱素子は、その上面に配置されたＣＮＴフィルムを有し、このＣＮＴフィルムの少なくとも１つの突出部分は、他の残りの部分よりも低い導電率を有するようにエッチングされている。このように、電圧が加熱素子に加えられると、エッチングされた部分は抵抗として動作し、したがって選択的に加熱することができる。エッチングされた部分はナノメートル程度の幅を有するので、加熱されたエリアは著しく小さい。
【０００５】
図１Ａおよび１Ｂは、非常に小さいエリアに熱を与えるのに使用することができる加熱素子１００の、例示的な実施形態の斜視図および正面図をそれぞれ示す。図１Ａおよび１Ｂに示されるように、加熱素子１００は、突出部分１２０（以下、「壁」と呼ぶ。）を有する基板１１０を含んでいてもよい。一実施形態において、壁１２０は、基板１１０の一部から、基板１１０のその他の部分に対して実質的に垂直な方向に延びていてもよく、連続的に接続された（contiguously connected）上面１３０を画定することができる。例えば、その他の部分は、壁１２０を形成しない基板１１０の部分を含んでいてもよい。一実施形態では、基板１１０を、シリコンウエハ、ガラス、または石英の１種を使用して製作してもよい。加熱素子１００は、導電層をさらに含んでいてもよい。例えば、ＣＮＴフィルム１４０は導電層として働くことができ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）で基板１１０がコーティングされるように、上面１３０上に配置されてもよい。図１Ａおよび１Ｂにおいて、ＣＮＴフィルム１４０の厚さは、例示目的のため誇張されている。ＣＮＴは、そのそれぞれがナノメートル程度の外径と約０．５ナノメートルから何十マイクロメートルという長さとを有する高アスペクト比の微視的炭素材料を含む。特に、ＣＮＴのそれぞれは、規則的に配置された炭素原子を有する中空円筒の形状を有していてもよい。上述の特徴を有するＣＮＴは、電界集中（electric field concentration）を容易に与えることができ、高い放出電流密度を提供することができ、非常に安定な化学的および物理的特性を有することができる。壁１２０の最外部分１５０は、壁１２０のその他の残りの部分よりも低い導電率を有する１つまたは複数の、エッチングされた部分１４４を含んでいてもよい。ある電圧が外部回路（図示せず）を通して加熱素子１００に加えられる場合、所定の電流が加熱素子１００を流れることができ、したがって、エッチングされた部分１４４は抵抗として動作しかつその選択的加熱がもたらされる。
【０００６】
図２は、加熱素子１００の壁１２０の最外部分１５０の一部１５１の、例示的な実施形態の拡大図を示す。図２を参照すると、ＣＮＴフィルム１４０はＣＮＴの格子状構造を有していてもよく、最外部分１５０上に配設されたＣＮＴの格子状構造の少なくとも一部は破壊されて、１つまたは複数のエッチングされた部分１４４を形成してもよい。１つまたは複数の、エッチングされた部分１４４の破壊された構造は、エッチングされた部分１４４の抵抗率が増加するように、エッチングされた部分１４４の電気的性質を変化させる。このように、エッチングされた部分１４４の導電率は、壁１２０のその他の部分よりも低くすることができる。この場合、ある電圧が加熱素子１００に加えられるなら、エッチングされた部分１４４は抵抗として動作することができかつその選択的加熱をもたらすことができる。壁１２０の最外部分１５０は、ナノメートル程度の幅を有していてもよいので、加熱素子１００で加熱されたエリア（すなわち、実質的にエッチングされた部分１４４）は、著しく小さくすることができる。上述の構造を有する加熱素子１００は、ナノはんだ付けおよび局所化学変換などの適用例で小さいエリアに熱を加えるのに適切である可能性がある。
【０００７】
一実施形態では、ＣＮＴフィルム１４０は、その電気的性質が金属性また半導体性である様々な単層カーボンナノチューブ、すなわち半導体単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）または金属性ＳＷＮＴを含んでいてもよい。一実施形態では、基板１１０は、基板１１０が所望の性質を有することができるように、適切なシランによって官能化されてもよい。官能化によって、シランに含まれる化学官能基が基板１１０に導入されて、所望の性質が得られる。特に、基板１１０が、金属性ＳＷＮＴと相互に作用しかつ選択的に結合することが知られているフェニル末端シランなどの芳香族分子により官能化される場合、金属性ＳＷＮＴは基板１１０に選択的に吸収されてもよい。この場合、加熱素子１００は、フェニル末端シランを含まないものに比べてより高い導電率を有していてもよい。下記は、本明細書で使用されるフェニル末端シランの式である。基板１００を官能化するためのその他の芳香族分子は、ポルフィリン、フタロシアニン、またはペリレンを含んでいてもよい。
【０００８】
【化１】
【０００９】
一実施形態では、加熱素子１００は、ＣＮＴフィルム１４０上に実質的に配置された保護層（図示せず）を有していてもよい。保護層は、基板１１０へのＣＮＴフィルム１４０の接着を増大させるのに用いてもよい。保護層の存在により、電気が外部回路（図示せず）から加熱素子１００に流れた場合、電子の表面障壁は、電子の放出によって実質的に増大する可能性がある。したがって、放出効率を、著しく低減させることができる。これにより、壁１２０を有する基板１１０とＣＮＴフィルム１４０との間の接着強度を高めることができる。いくつかの実施形態では、保護層を、全面にわたり均一な圧力でＣＮＴフィルム１４０の面に付着させて、保護層がその表面に実質的に堆積することができかつ維持できるようにしてもよい。保護層の厚さは、１００ｎｍ未満であってもよい。保護層は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、フルオロシリケートガラス（ＦＳＧ）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）酸化物、シラノール（ＳｉＯＨ）、流動性酸化物（ＦＯｘ）、底面反射防止膜（ＢＡＲＣ）、反射防止膜（ＡＲＣ）、フォトレジスト（ＰＲ）、ほぼ摩擦のない炭素（near-frictionless carbon）（ＮＦＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、および／または炭素ドープ型酸化ケイ素（ＳｉＣＯＨ）などの絶縁材料を含んでいてもよい。
【００１０】
図３は、基板３１０上にグラフェンシート３４０を有する加熱素子３００の、例示的な実施形態の斜視図を示す。この実施形態では、加熱素子３００は、突出部分３２０（以下、「壁」と呼ぶ。）を有する基板３１０を含んでいてもよい。壁３２０は、図１に示される壁１２０と同様の構造を有し、したがって、その詳細な記述は省略する。さらに、基板３１０は、シリコンウエハ、ガラス、または石英の１種を使用して製作してもよい。グラフェンシート３４０は、基板３１０がグラフェンでコーティングされるように、基板３１０の上面３３０上に配置されていてもよい。グラフェンシート３４０は、多数の炭素原子が互いに共有結合している多環式芳香族分子を含む。共有結合された炭素原子は、反復単位として６員環を形成し、さらに、５員環および／または７員環を形成してもよい。したがって、グラフェンシート３４０は、あたかも共有結合した炭素原子がそれによって単層を形成するかのように見える。グラフェンシート３４０は、その中に含まれる５員環および／または７員環の量に応じて、様々な構造を有していてもよい。グラフェンシート３４０は、約１００ｎｍの厚さを有していてもよい、グラフェンの１つまたは複数の層を有していてもよい。上述の特徴を備えるグラフェンシート３４０は、電界集中を容易に提供することができ、高い放出電流密度を提供することができ、非常に安定な化学的および物理的特性を有することができる。
【００１１】
壁３２０の最外部分３２２は、１つまたは複数の、エッチングされた部分３２４を有していてもよい。いくつかの実施形態では、グラフェンシート３４０をエッチングするのに酸素プラズマ処理を実行してもよい。グラフェンシート３４０は、結合した炭素のシートであるので、エッチングされた部分３２４の炭素のフレーム構造の一部は破壊される。このように、エッチングされた部分３２４の導電率は、その他の部分の導電率よりも低くすることができる。
【００１２】
図４は、基板４１０上に複数の壁（例えば、３つの壁４２０、４２２、および４２４）を有する加熱素子４００の、例示的な実施形態の斜視図を示す。加熱素子４００は、３つの壁４２０、４２２、および４２４が基板４１０上に形成されている以外は、加熱素子１００に類似しておりまたは実質的に同一である。したがって、その詳細な記述は省略する。一実施形態では、３つの壁４２０、４２２、および４２４は、数百ナノメートルの幅および高さを有する。加熱素子４００は、連続的に接続された上面４３０を有し、上面４３０には、ＣＮＴフィルム４４０を配置することができる。さらに、壁４２０、４２２、および４２４のそれぞれは、高い抵抗率を有する１つまたは複数のエッチングされた部分４３３を有する。電圧が、外部回路（図示せず）を通して加熱素子４００に加えられた場合、エッチングされた部分４３３を選択的に加熱することができる。加熱素子４００に形成された任意の様々な壁を用いてもよいことが、当業者に理解されよう。
【００１３】
図５は、加熱素子５００が重合のために使用される実施形態を示す。一実施形態では、加熱素子５００は、図１および３にそれぞれ示される加熱素子１００および３００のいずれか１つに類似した構造を有していてもよい。さらに、壁５０４の最外部分５０８は、図１から３に関して既に述べたものと同じ方法を使用してエッチングしてもよく、したがって最外部分５０８の導電率は、壁５０４のその他の部分の導電率よりも低くすることができる。
【００１４】
重合の目的で、ポリマーフィルム５１０などのポリマー材料を、その１つの平面が図５に示されるように壁５０４の最外部分５０８に面するように位置決めしてもよい。一実施形態では、ポリマーフィルム５１０は、壁５０４の最外部分５０８に接触して位置決めされてもよく、または、最外部分５０８から発生した熱がポリマーフィルム５１０に効果的に伝達されるように、壁５０４の最外部分５０８からある距離だけ離して位置決めしてもよい。電気が外部回路５２０から加熱素子５００まで流れるとき、壁５０４の最外部分５０８のエッチングされた部分を選択的に加熱し、最外部分５０８から発生した熱をポリマーフィルム５１０に伝達することができる。加熱素子５００から熱を与えることにより、ポリマーフィルム５１０内の熱活性化開始剤を活性化することができ、それによって重合が実行される。
【００１５】
図６は、加熱素子６００がナノはんだ付けで使用される、別の実施形態を示す。一実施形態では、加熱素子６００は、図１および３にそれぞれ示される加熱素子１００および３００のいずれか１つに類似した構造を有していてもよい。さらに、壁６０４の最外部分は、図１から３に関して既に述べたものと同じ方法を使用してエッチングされてもよく、したがって最外部分の導電率は、壁６０４のその他の部分の導電率よりも低くすることができる。
【００１６】
ナノはんだ付けの目的で、はんだ付けされるナノ材料を有する物体（例えば、ナノスケール回路）を、このはんだ付けされるナノ材料が図６に示される壁６０４の最外部分に面するように位置決めしてもよい。一実施形態において、加熱素子６００は、壁６０４の最外部分が、はんだ付けされる物体のエリア６１０に実質的に接触するように位置決めされてもよく、または、金属粒子６１４が、はんだ付けによって互いに連結されるようナノ材料６０２間に前もって配置されるような距離だけ、エリア６１０から離れて位置決めされてもよい。電気が外部回路６２０から加熱素子６００に流れるとき、壁６０４の最外部分のエッチングされた部分は加熱されて、ナノ材料６０２と金属粒子６１４とがはんだ付けされる。一実施形態では、金属粒子６１４は、ナノスケールで形成されてもよい。そのような場合、金属粒子６１４の融点はバルク金属材料よりもさらに低いので、金属粒子６１４は、壁６０４の最外部分から少量の熱が発生する状態であっても融解しやすい。
【００１７】
図７は、小さいエリアに熱を与える加熱素子を製造するための方法の、例示的な実施形態のフローチャートを示す。加熱素子は、少なくとも１つの壁を基板上に形成し（ブロック７１０）、壁の上面をコーティング材料でコーティングし（ブロック７２０）、少なくとも１つの壁の少なくとも一部をエッチングする（ブロック７３０）ことによって製造してもよい。図８および図９のＡ〜Ｈを参照して、図７の方法に関する詳細な記述について以下に示す。図８は、基板上に少なくとも１つの壁を形成するための方法の、例示的な実施形態のフローチャートを示す。図９のＡ〜Ｈは、図８に示される方法を例示する一連の図解を示す。
【００１８】
図９Ａを参照すると、化学気相成長またはフォトリソグラフィ技法などの様々な周知の製作プロセスのいずれかを使用することによって、シリコンウエハ、ガラス、または石英などの基板９１０上に、エッチングマスク層９１２が配置されている。エッチングマスク層９１２は、後続の処理に向けてピンホールのないエッチング障壁を提供するのに十分な厚さであってもよく、極限サブミクロン寸法（extreme submicron dimension）が正確に位置合わせされるように十分薄くてもよい。エッチングマスク層９１２は、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、またはタングステンなどの材料を含んでいてもよい。図９Ｂに示されるように、エッチングマスク層９１２上にはフォトレジスト層９１４が配置される（ブロック８２０）。一実施形態では、フォトレジスト層９１４は、約１５０ｎｍから約２００ｎｍの厚さであってもよい。図９Ｃを参照すると、フォトレジスト層９１４を、従来のリソグラフィ技法を使用して露光させて、適切なリソグラフィパターン９１６が形成されるようにする。フォトレジスト層９１４を、図９Ｄに示されるようにエッチングして（ブロック８４０）、リソグラフィパターン９１６がエッチングマスク層９１２上に残るようにする。図９Ｅでは、リソグラフィパターン９１６の下に配置されたエッチングマスク層９１２の部分が基板９１０上に残るような手法で、エッチングマスク層９１２をエッチングする（ブロック８５０）。一実施形態では、エッチングマスク層９１２が窒化物材料を含む場合、ＣＦ４エッチャントを使用してエッチングマスク層９１２をエッチングしてもよい。残されたフォトレジスト層（すなわち、リソグラフィパターン９１６）を、図９Ｆに示されるように適切なエッチングプロセスによって除去する（ブロック８６０）。図９Ｇは、エッチングする前の基板９１０を示し、図９Ｇに示されるように、エッチングプロセスは、エッチングマスク層９１２の下に配置された基板９１０の部分は残されたままであり、一方、基板９１０のその他の部分はエッチングされるように、基板９１０上で行われる（ブロック８７０）。したがって、エッチングプロセスが終了した後、図９Ｇに示されるように、壁９１１（すなわち、突出部分）が、エッチングマスク層９１２と基板９１０のエッチングされていない部分との間に形成される。一実施形態では、ブロック８４０、８５０、および８７０のエッチングプロセスは、ＫＯＨエッチングプロセスまたはプラズマエッチングなどの周知のエッチング技法を使用して実行してもよい。壁９１１が形成されていない、露出した基板９１０の領域を、ＫＯＨ湿式エッチングなどの高度異方性エッチングプロセスでエッチングする。あるいは、反応性イオンエッチングまたはイオンミリングなどのその他の異方性エッチングプロセスを使用してもよい。エッチングマスク層９１２を、図９Ｈに示されるように適切なエッチングプロセスにより除去し（ブロック８８０）、壁９１１が基板９１０上に残るようにする。壁９１１は、基板９１０の材料と同一の材料を有し、かつ基板９１０のいくつかの部分をエッチングすることによって形成されるので、一連の連続的に接続された上面１３０が基板９１０上に形成される。
【００１９】
図７を再び参照すると、導電層が、基板および壁によって画定された上面に配置される（ブロック７２０）。一実施形態では、ＣＮＴフィルムなどの導電層が上面に配置されてもよい。ＣＮＴフィルムは、転写、コーティング、噴霧、またはスクリーン印刷法のいずれか１つにより形成されてもよい。あるいは、上面は、噴霧、浸漬、およびロールコーティングを含む湿式コーティング、または乾式コーティングなどの、従来のコーティング技法を使用することによって、ＣＮＴでコーティングされてもよい。別の実施形態では、グラフェンシートを導電層として使用してもよい。グラフェンシートは、ミクロ機械的方法（micromechanical method）またはＳｉＣ熱分解によって作成してもよい。ミクロ機械的方法では、黒鉛から分離したグラフェンシートは、テープ（例えば、「Ｓｃｏｔｃｈ」という商標名で販売されているテープ）を黒鉛サンプルに接着させかつテープを剥離することによって、テープの表面上に作成することができる。ＳｉＣ熱分解では、ＳｉＣ単結晶を加熱して、表面のＳｉＣを分解することによってＳｉを除去し、次いで残留する炭素Ｃがグラフェンシートを形成する。
【００２０】
壁の最外部分をエッチングする（ブロック７３０）。一実施形態では、Ｏ２プラズマエッチングまたはメタンプラズマエッチングなどのプラズマエッチングを実施して、壁の最外部分をエッチングする。エッチングプロセスを通して、導電性材料の炭素構造、すなわちＣＮＴまたはグラフェンが破壊され、したがって壁の最外部分の導電率は、その他の部分の導電率よりも低くなる。一実施形態では、保護層を、導電層上にさらに配置してもよい。保護層は、スパッタリングによって、または化学気相成長（ＣＶＤ）などの気相成長法によって形成してもよい。
【００２１】
図１０は、基板上に多数の壁を形成するための方法の、別の例示的な実施形態のフローチャートを示す。図１１Ａ〜１１Ｃは、図１０に示される方法を例示する一連の図を示す。図１１Ａに示されるように、それぞれがケイ素またはクロムで作製されている多数のナノ構造１１１０が、基板１１２０上に位置付けられている。ナノ構造１１１０は、リソグラフィ、エッチング、または堆積技法などの様々な周知の製作技法のいずれかを使用して、前もって作成されてもよい。プレート１１４０をナノ構造１１１０の上方に置き（ブロック１０２０）、ある隙間がナノ構造１１１０とプレート１１４０との間に形成されるようにする。一実施形態では、局所スペーサ１１３０を、プレート１１４０に合わせて基板１１２０上に配置して、ナノ構造１１１０に対して所定の隙間を維持してもよい。例示の目的で、プレート１１４０は、残りの構造（局所スペーサ１１３０、ナノ構造１１１０、基板１１２０など）から取り外されるものとして示される。ナノ構造１１１０は、加熱によって融解し液化する（ブロック１０３０）。特に、図１１Ｂに示されるように、加熱は、ある波長のレーザ光１１５０（フラッドまたはマスクビームのいずれかの形にある）を使用することによってプレート１１４０に対して行ってもよく、それによって、ある量のエネルギーがプレート１１４０を通して放出されて（図１１Ａに示されるように）、低温でナノ構造１１１０（固相にある）が融解される。パルスおよび連続波レーザを共に、ナノ構造１１１０を融解するのに使用してもよい。ナノ構造１１１０とプレート１１４０との間の相互作用によって、融解したナノ構造１１１０は隆起して（液体表面張力に対して）プレート１１４０に到達し、新しい形状のナノ構造１１６０を形成し、その結果、より大きな高さおよびより狭い線幅、滑らかな縁部、垂直側壁、ならびに平らな上面が得られる。ブロック１０４０では、冷却および除去プロセスを行い、それによってスペーサ１１３０およびプレート１４０が除去され、図１１Ｃに示されるように基板１１２０上での壁１１７０の形成が終了する。スペーサ１１３０およびプレート１４０は、基板１１２０上に壁１１７０が形成された後は、必ずしも必要ではない。
【００２２】
本明細書に開示されるこのおよびその他のプロセスおよび方法に関し、このプロセスおよび方法で発揮される機能は、異なる順序で実現してもよいことを理解すべきである。さらに、概略的に示されたステップおよび操作は、例として示されるだけであり、これらのステップおよび操作のいくつかは、任意選択であってもよく、より少ないステップおよび操作に組み合わせてもよく、または、開示された実施形態の本質から逸脱することなく追加のステップおよび操作に拡大してもよい。
【００２３】
本発明の開示は、様々な態様の例示とされる、本出願に記述される特定の実施形態に関して限定されるものではない。多くの修正および変更を、その精神および範囲から逸脱することなく行うことができる。本明細書に列挙されるものに加え、この開示の範囲内にある機能的に均等な方法および装置が明らかにされよう。そのような修正および変更は、添付される特許請求の範囲内に包含されるものとする。本発明の開示は、添付される特許請求の範囲に含まれる全範囲の均等物と共に、そのような特許請求の範囲の用語によってのみ限定されるものである。この開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成物、または生物系に限定されるものではなく、当然ながら変更できることが理解されよう。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態について記述することのみ目的とし、限定を意味するものではないことも理解されよう。
【００２４】
本明細書における実質的に全ての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、これらの用語は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することを理解されたい。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００２５】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることをさらに理解されたい（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことをさらに理解されたい。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることを理解されたい（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、人がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、人がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることをさらに理解されたい。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００２６】
さらに、この開示の特徴または態様がマーカッシュグループとして記述される場合、この開示は、それによって、マーカッシュグループの任意の個々のメンバーまたはメンバーのサブグループとしても記述されることが理解される。
【００２７】
任意のおよび全ての目的で、例えば書面による説明を提供することに関しては、本明細書に開示される全ての範囲が、任意のおよび全ての可能性ある部分範囲およびそれらの部分範囲の組合せも包含することをさらに理解すべきである。任意の列挙された範囲は、十分に記述するとして、かつ同じ範囲を少なくとも均等な半分、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分けることができることを、容易に理解することができる。非限定的な例として、本明細書で論じられた各範囲は、下部３分の１、中部３分の１、および上部３分の１などに容易に分けることができる。「〜まで（ｕｐ ｔｏ）」および「少なくとも」などの全ての言語は、列挙された数を含みかつ上記にて論じられた部分範囲に引き続き分けることができる範囲を指すことも理解すべきである。最後に、ある範囲は、個々のそれぞれのメンバーを含むことも理解すべきである。したがって、例えば、１〜３個のセルを有するグループは、１、２、または３個のセルを有するグループを指す。同様に、１〜５個のセルを有するグループは、１、２、３、４、または５個のセルを有するグループを指し、以下同様である。前述の内容より、本発明の開示の様々な実施形態は例示を目的として本明細書に記述され、様々な修正が、本発明の開示の範囲および精神から逸脱することなく行うことができることが理解されよう。したがって、本明細書に開示される様々な実施形態は、限定を意味するものではなく、真の範囲および精神は、下記の特許請求の範囲によって示される。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の連続的に接続された上面が画定されるように、少なくとも１つの壁が一部から延びる基板と、
前記上面に実質的に配置された導電層と
を含み、前記少なくとも１つの壁の最外部分が、その表面に、エッチングされた部分を有している加熱素子。
【請求項２】
前記導電層が、少なくとも１つのグラフェンシートを含むように形成される、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項３】
前記導電層が、少なくとも１つのＣＮＴフィルムを含むように形成される、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項４】
前記導電層上に実質的に配置された保護層をさらに含む、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項５】
前記保護層が、金属材料、金属化合物、および絶縁材料の少なくとも１種を含む、請求項４に記載の加熱素子。
【請求項６】
前記少なくとも１つの壁が、前記基板に実質的に垂直に配設されている、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項７】
前記上面と前記導電層との間に実質的に配置された絶縁層をさらに含む、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項８】
フェニル末端シランが、前記絶縁層の少なくとも一部に付着された、請求項７に記載の加熱素子。
【請求項９】
前記少なくとも１つの壁が、数百ナノメートルの範囲内で測定される幅および高さを有する、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項１０】
基板の一部から延びるように、かつ一連の連続的に接続された上面が画定されるように、前記基板上に少なくとも１つの壁を形成することと、
前記上面を、導電性材料でコーティングすることと、
前記少なくとも１つの壁の少なくとも一部をエッチングすることと
を含む、加熱素子を製作するための方法。
【請求項１１】
前記エッチングすることが、前記少なくとも１つの壁の最外部分で行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記コーティングすることが、前記上面に少なくとも１つのＣＮＴフィルムを配置することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記コーティングすることが、前記上面に少なくとも１つのグラフェンシートを配置することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
付着されたコーティングを有する前記上面に、保護層を付着させること
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記保護層が、スパッタリングおよび気相成長法の１つによって、付着されたコーティングを有する前記上面に付着される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの壁が、エッチング技法を使用することによって製作される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記形成することが、
前記基板上にエッチングマスク層を配置することと、
前記エッチングマスク層上にフォトレジスト層を配置することと、
前記フォトレジスト層上にリソグラフィパターンを形成することと、
前記リソグラフィパターンを取り囲むフォトレジスト層の部分をエッチングすることと、
前記エッチングマスク層の少なくとも一部をエッチングすることと、
前記フォトレジスト層から前記リソグラフィパターンを除去することと、
前記基板の少なくとも一部をエッチングすることと、
前記基板から前記エッチングマスク層を除去することと
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記形成することが液化技法を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記エッチングすることがプラズマエッチングによって実施される、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
前記形成することが、
前記基板上にナノ構造を位置付けることと、
前記ナノ構造の上方にプレートを配設することと、
前記ナノ構造をエッチングし液化することと、
冷却および除去プロセスを行うことと
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１】
一連の連続的に接続された上面が画定されるように、少なくとも１つの壁が一部から延びる基板と、
前記上面に実質的に配置された導電層と
を含み、前記少なくとも１つの壁の最外部分が、その表面に、エッチングされた部分を有している加熱素子。
【請求項２】
前記導電層が、少なくとも１つのグラフェンシートを含むように形成される、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項３】
前記導電層が、少なくとも１つのＣＮＴフィルムを含むように形成される、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項４】
前記導電層上に実質的に配置された保護層をさらに含む、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項５】
前記保護層が、金属材料、金属化合物、および絶縁材料の少なくとも１種を含む、請求項４に記載の加熱素子。
【請求項６】
前記少なくとも１つの壁が、前記基板に実質的に垂直に配設されている、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項７】
前記上面と前記導電層との間に実質的に配置された絶縁層をさらに含む、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項８】
フェニル末端シランが、前記絶縁層の少なくとも一部に付着された、請求項７に記載の加熱素子。
【請求項９】
前記少なくとも１つの壁が、数百ナノメートルの範囲内で測定される幅および高さを有する、請求項１に記載の加熱素子。
【請求項１０】
基板の一部から延びるように、かつ一連の連続的に接続された上面が画定されるように、前記基板上に少なくとも１つの壁を形成することと、
前記上面を、導電性材料でコーティングすることと、
前記少なくとも１つの壁の少なくとも一部をエッチングすることと
を含む、加熱素子を製作するための方法。
【請求項１１】
前記エッチングすることが、前記少なくとも１つの壁の最外部分で行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記コーティングすることが、前記上面に少なくとも１つのＣＮＴフィルムを配置することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記コーティングすることが、前記上面に少なくとも１つのグラフェンシートを配置することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
付着されたコーティングを有する前記上面に、保護層を付着させること
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記保護層が、スパッタリングおよび気相成長法の１つによって、付着されたコーティングを有する前記上面に付着される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの壁が、エッチング技法を使用することによって製作される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記形成することが、
前記基板上にエッチングマスク層を配置することと、
前記エッチングマスク層上にフォトレジスト層を配置することと、
前記フォトレジスト層上にリソグラフィパターンを形成することと、
前記リソグラフィパターンを取り囲むフォトレジスト層の部分をエッチングすることと、
前記エッチングマスク層の少なくとも一部をエッチングすることと、
前記フォトレジスト層から前記リソグラフィパターンを除去することと、
前記基板の少なくとも一部をエッチングすることと、
前記基板から前記エッチングマスク層を除去することと
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記形成することが液化技法を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記エッチングすることがプラズマエッチングによって実施される、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
前記形成することが、
前記基板上にナノ構造を位置付けることと、
前記ナノ構造の上方にプレートを配設することと、
前記ナノ構造をエッチングし液化することと、
冷却および除去プロセスを行うことと
を含む、請求項１６に記載の方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図９Ｇ】
【図９Ｈ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図９Ｇ】
【図９Ｈ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【公表番号】特表２０１３−５０８８８９（Ｐ２０１３−５０８８８９Ａ）
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３４１０２（Ｐ２０１２−５３４１０２）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００６８９８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４６３２３
【国際公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５１００５６３５３）コリア・ユニバーシティ・リサーチ・アンド・ビジネス・ファウンデーション (15)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００６８９８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４６３２３
【国際公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５１００５６３５３）コリア・ユニバーシティ・リサーチ・アンド・ビジネス・ファウンデーション (15)
【Ｆターム（参考）】
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