本發(fā)明涉及微電子和材料科學的領域并且涉及一種用于制造緊湊型微米或納米電容器的方法和一種緊湊型微米或納米電容器，其例如可在電氣和電子設備中作為用于確定頻率和時間的應用的部件以及用在高頻振蕩電路和濾波器中。
背景技術：
我們的移動電子社會一直需要新的成就/改進，以便可在途中舒適地使用用于移動使用的緊湊的、集成的部件。隨著過去幾十年來的持續(xù)小型化，特別在數(shù)字電子領域，在集成的邏輯電路的外設中所需的部件也必須越來越小。在此，微米或納米尺寸的緊湊型電容器元件特別重要。
在此，在本發(fā)明的范圍中，物體應該是在微米范圍中的尺寸，其主要組成部分多數(shù)并且至少沿著三個軸線中的一個具有0.1至500微米的大小，并且在納米范圍中具有1至100納米的大小(definitioneu-kommission，歐盟委員會的定義)。
在卷制工藝中，將層涂覆到襯底上并且隨后將其卷起。卷起的機制可通過在應力狀態(tài)下涂覆層并且然后消除內(nèi)應力實現(xiàn)或通過涂覆并且然后除去犧牲層來實現(xiàn)(y.meietal:advancedmaterials,2008,20；o.g.schmidtundk.eberl:nature2001,410)。
根據(jù)布馮(bufon)的文章同樣已知電容器層構(gòu)造，其布置在犧牲層上并且通過除去犧牲層卷起。電容器的直徑>10μm。[c.c.b.bufonetal.,nanoletters,2010,10,2506-2510]。
已知的現(xiàn)有技術的缺點是，制造卷起的部件在工藝上仍很困難。這尤其是因為在越來越小的直徑的情況下期望越來越多的卷繞，以便可制成具有微米或納米尺寸的越來越緊湊的部件，這對薄層的機械特性提出了越來越高的要求。同樣，在這種超緊湊型部件中的功能層在微米或納米尺寸的情況下可越來越困難地實現(xiàn)接觸，因為隨著層的逐漸增加的卷繞長度，接觸的長度增大并且因此其阻抗也增大。此外，尤其由于接觸材料，部件的厚度不期望地增大。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種用于制造緊湊型微米或納米電容器的簡單且成本低廉的方法，該微米或納米電容器具有功能層的可靠且簡單的接觸。
該目的通過在在權利要求中給出的發(fā)明實現(xiàn)。從屬權利要求的內(nèi)容是有利的設計方案。
在用于制造緊湊型微米或納米電容器的根據(jù)本發(fā)明的方法中，在襯底上依次順序制成疊層：至少兩個功能層和分別布置在至少兩個功能層上的至少兩個二維材料層和至少兩個電絕緣材料層，所述至少兩個電絕緣材料層分別布置在至少兩個功能層和至少兩個二維材料層之間，以用于電絕緣(或電氣絕緣)，其中，二維材料層至少部分地具有與功能層的材料連接，或者，疊層由至少兩個二維材料層和至少兩個電絕緣材料層構(gòu)成，其中，在至少兩個二維材料層之間布置有至少一個電絕緣材料層，以用于電絕緣，具有二維材料層的至少一個功能層或二維材料層布置成基本上橫向于卷起方向在一側(cè)上伸出超過疊層的寬度，并且具有第二二維材料層的至少第二功能層或第二二維材料層布置成基本上橫向于卷起方向在另一側(cè)上伸出超過疊層的寬度，并且隨后在襯底上卷起疊層，并且使分別螺旋形地伸出超過卷起的部件的寬度的層至少部分地彼此材料連接并且與電接頭接觸。
有利地，疊層張緊地布置在襯底上，其中，有利地，疊層的張力梯度垂直于襯底表面取向，并且隨后卷起疊層。
進一步有利地，將犧牲層涂覆到襯底上，并且隨后將疊層布置到犧牲層上，并且隨后至少部分地除去犧牲層。
同樣有利地，在液體中進行疊層的卷起，并且隨后干燥卷起的疊層，其中，仍然有利地，在由水或含水的溶液或溶劑或溶劑混合物構(gòu)成的液體中進行疊層的卷起，并且其中，同樣仍然有利地，在15℃至400℃的溫度下進行卷起的疊層的干燥。
同樣有利地，使接觸在一起的二維材料通過鎳或銅與電接頭接觸。
根據(jù)本發(fā)明的方法制成的根據(jù)本發(fā)明的緊湊型微米或納米電容器包括分別具有至少一個二維材料層的至少兩個功能層和至少兩個電絕緣材料層，所述至少一個二維材料層至少部分地具有與功能層的材料連接；或者該緊湊型微米或納米電容器包括至少兩個二維材料層和至少兩個電絕緣材料層；其中，具有二維材料層的功能層或二維材料層通過電絕緣材料層分別電絕緣地并彼此分離地布置，并且這些相疊布置的層被卷起，并且具有至少一個二維材料層的至少一個功能層或至少一個二維材料層布置成基本上橫向于卷起方向在一側(cè)上以其總寬度的至少5％伸出超過卷起的疊層的寬度，并且具有至少第二二維材料層的至少第二功能層或至少第二二維材料層布置成基本上橫向于卷起方向在另一側(cè)上以其總寬度的至少5％伸出超過卷起的疊層的寬度，并且在卷起的疊層的每一側(cè)上，所有螺旋形地伸出的具有至少一個二維材料層的功能層或至少一個二維材料層至少部分地彼此材料連接并且電接觸。
有利地是，微米或納米電容器卷起時具有最大200μm的外直徑。
有利地，石墨烯存在作為二維材料。
進一步有利地，導電材料、例如銅或鎳存在作為功能層。
同樣有利地，al2o3或tio2存在作為電絕緣材料。
有利的是，具有二維材料層的功能層或二維材料層布置成基本上橫向于卷起方向分別在一側(cè)上以其總寬度的至少5-30％伸出超過卷起的疊層的寬度。
同樣有利的是，卷起的疊層由功能層、布置在功能層上的二維材料層、布置在二維材料層上的電絕緣材料層、布置在電絕緣材料層上的另一功能層、布置在另一功能層上的另一二維材料層、布置在另一二維材料層上的另一電絕緣材料層實現(xiàn)，或者，卷起的疊層由電絕緣材料層、布置在電絕緣材料層上的功能層、布置在功能層上的二維材料層、布置在二維材料層上的另一電絕緣材料層、布置在另一電絕緣材料層上的另一功能層、布置在另一功能層上的另一二維材料層實現(xiàn)。
同樣有利的是，卷起的疊層由二維材料層、布置在二維材料層上的電絕緣材料層、布置在電絕緣材料層上的另一二維材料層、布置在另一二維材料層上的另一電絕緣材料層實現(xiàn)，或者，卷起的疊層由電絕緣材料層、布置在電絕緣材料層上的二維材料層、布置在二維材料層上的另一電絕緣材料層、布置在另一電絕緣材料層上的另一二維材料層實現(xiàn)。
進一步有利的是，二維材料層與功能層完全材料連接。
同樣有利的是，二維材料層具有≤5個原子層、進一步有優(yōu)選為1至2個原子層的厚度。
同樣有利的是，二維材料層完全或部分地以生成的方式布置在功能層上。
通過根據(jù)本發(fā)明的溶液可首次得到用于制造緊湊型微米或納米電容器的簡單且成本低廉的方法。同樣，可首次得到緊湊型微米或納米電容器，其具有功能層的可靠且簡單的接觸。
如果這通過用于制造緊湊型微米或納米電容器的方法實現(xiàn)，在其中卷起的疊層主要由分別具有至少一個二維材料層的至少兩個功能層、至少兩個電絕緣材料層或由至少兩個二維材料層和至少兩個電絕緣材料層制成，其中，二維材料層與功能層材料連接并且同時具有至少一個二維材料層的至少一個功能層或至少一個二維材料層布置成基本上橫向于卷起方向在一側(cè)上以其總寬度的至少5％伸出超過卷起的疊層的寬度，并且具有至少第二二維材料層的至少第二功能層或至少第二二維材料層布置成基本上橫向于卷起方向在另一側(cè)上以其總寬度的至少5％伸出超過卷起的疊層的寬度，并且因此至少兩個功能層和/或至少兩個二維材料層對于導電接觸而言實現(xiàn)彼此分開。
層的伸出超過卷起的疊層的總寬度的區(qū)域可分別以其總寬度的5％至30％在每側(cè)上伸出超過卷起的疊層的總寬度。總體或也在沒有完全均勻卷起疊層的情況下，伸出的層區(qū)域的寬度可能在每側(cè)也不一樣大。
同時，至少兩個功能層和/或至少兩個二維材料層的在每側(cè)上伸出超過卷起的疊層的總寬度的區(qū)域至少部分地彼此材料連接并且此時電接觸。層的伸出的區(qū)域的材料連接在層卷起期間和/或在層卷起之后進行，由于卷起的疊層的層厚度和直徑的小的尺寸，沒有其他的行動或輔助措施。由此，螺旋形地伸出的層區(qū)域彼此相同地電氣連接并且可較簡單地電接觸。
以這種方式避免長的接觸并且其阻抗被保持很小。
在此特別重要的是，二維材料極薄，使得其導電性很好，并且還具有足夠好的彈性和機械穩(wěn)定性。石墨烯層例如具有所有這些特性。
石墨烯層還具有的優(yōu)點是，這種石墨烯層可生成在金屬的功能層上并且因此可特別薄地實現(xiàn)，有利地呈僅僅一個或幾個原子層厚度，有利地≤5個原子層厚度。有利地，二維材料層、例如石墨烯層以僅僅一至兩個原子層來涂覆。
根據(jù)本發(fā)明的具有微米或納米尺寸的緊湊型電氣或電子部件的層構(gòu)造可以如下方式呈現(xiàn)：
功能層、布置在功能層上的二維材料層、布置在二維材料層上的電絕緣材料層、布置在電絕緣材料層上的另一功能層、布置在另一功能層上的另一二維材料層、布置在另一二維材料層上的另一電絕緣材料層；
或
電絕緣材料層、布置在電絕緣材料層上的功能層、布置在功能層上的二維材料層、布置在二維材料層上的另一電絕緣材料層、布置在另一電絕緣材料層上的另一功能層、布置在另一功能層上的另一二維材料層。
代替功能層和二維的層同樣可僅僅分別布置二維材料層，因為其是導電的并且可承擔在根據(jù)本發(fā)明的緊湊型電容器中的功能層的功能。
此外，特別重要的是，二維材料層伸出超過疊層的寬度。在此，其可直接橫向于卷起方向或成角度地實現(xiàn)。必須確保，在卷起疊層之后，至少兩個二維材料層在卷起的部件的各側(cè)上以下述程度伸出，使得其可電接觸。這通過以下方式來確保，即，相應的層在每側(cè)上以其總寬度的至少5％伸出超過卷起的疊層的總寬度。同樣，必須確保，至少兩個二維材料層彼此具有不導電的接觸。這通過以下方式來實現(xiàn)，即，分別具有至少第一二維材料層的至少第一功能層或至少第一二維材料層在一側(cè)上伸出超過卷起的疊層的總寬度，并且具有至少第二二維材料層的相應第二功能層或至少第二二維材料層在另一側(cè)上伸出超過卷起的疊層的總寬度。
同樣特別重要的是，由于二維材料的很好的彈性和機械特性，其在卷起過程中沒有折斷和/或斷裂并且可很好地導電接觸。
卷起過程可通過以下方式實現(xiàn)，即，將犧牲層涂覆到襯底上，將用于根據(jù)本發(fā)明的部件的疊層涂覆在犧牲層上，并且通過至少部分地除去犧牲層觸發(fā)卷起疊層。同樣可將用于根據(jù)本發(fā)明的部件的疊層以張緊的方式和方法涂覆到襯底上，其中，有利地，疊層的張力梯度垂直于襯底表面取向，并且通過釋放張力觸發(fā)疊層的卷起。
有利地，在液體中執(zhí)行卷起過程，液體例如可為水或含水溶液或溶劑或溶劑混合物。在液體中卷起的情況下，必須干燥卷起的疊層，這有利地在15℃和400℃之間的溫度下進行。
在液體中卷起疊層并且隨后干燥具有的優(yōu)點是，相對均勻地卷起疊層并且通過干燥卷起的疊層同時顯示出改善的機械穩(wěn)定性。
作為根據(jù)本發(fā)明的電氣或電子部件，緊湊型微米和納米電容器可制成位具有如下有利的尺寸：100nm至200μm的寬度和50nm至100μm的直徑。這種電容器的市場>5十億歐元(mrd.€)。
附圖說明
下面借助實施例進一步闡述本發(fā)明。在此，
圖1示出了用于根據(jù)本發(fā)明的部件的疊層。
具體實施方式
示例
在由硅構(gòu)成的襯底上涂覆由聚合物構(gòu)成的犧牲層。然后借助于熱蒸發(fā)涂覆由銅構(gòu)成的、厚度為10nm的功能層。在功能層的表面上，借助于氣相沉積(cvd)生成由石墨烯構(gòu)成的層，其作為二維材料層，具有一個原子層的厚度，其中，功能層和石墨烯層定位在犧牲層上，沿卷起方向超出右邊緣、超出隨后將沉積在犧牲層上的al2o3層。隨后將al2o3層借助于原子層沉積(ald)以10nm的厚度涂覆到功能層和石墨烯層上，其中，在沿卷起方向的右邊緣處石墨烯層的條帶并未涂有al2o3層。然后將由銅構(gòu)成的第二功能層借助于熱蒸發(fā)涂覆在al2o3層上，并且在此第二功能層上借助于cvd生成第二石墨烯層，其中，第二功能層和第二石墨烯層定位在犧牲層上，沿卷起方向超出左邊緣、超出al2o3層。在第二功能層和第二石墨烯層上，借助于ald涂覆第二al2o3層，其中，在沿卷起方向的左邊緣處石墨烯層的條帶并未涂有al2o3層。各個第二層與相應的第一層具有相同厚度。
卷起的疊層在沒有伸出的層區(qū)域的情況下具有50μm的寬度和20μm的厚度。
隨后通過水除去犧牲層，并且在五分鐘的時間內(nèi)卷起疊層。
此時在卷起的疊層的寬度的兩側(cè)上伸出的功能層與石墨烯層和銅接觸并且封裝在殼體中。
以這種方式和方法簡單且成本低廉地制成緊湊型微米或納米電容器，該緊湊型微米或納米電容器具有功能層的可靠且簡單的接觸。
附圖標記列表
1襯底
2犧牲層
3具有二維層的功能層
4絕緣層