用于定向沉积的设备和方法

技术领域

本发明涉及气相沉积。具体地，本发明涉及沉积方法和设备，该设备包括用于对高纵横比分子结构进行定向沉积的装置。

背景技术

诸如为碳纳米管、碳纳米芽或其他具有高纵横比的纳米级结构的高纵横比分子结构(high-aspect ratio molecular structures，HARM-structures)具有独特的电学、光学、热学和机械性能，这使得这些高纵横比分子结构成为具有广泛应用前景的材料。

为了沉积HARM结构，通常在包含HARM结构的气溶胶或气体上施加力(例如，拖曳力、静电力、惯性力、光泳力、热泳力或声学力)。力可以基于一个或多个物理特性使一些HARM结构朝向预定位置移动，以便借助所施加的力将HARM结构沉积为图案。HARM结构的特性可以是各向异性的。因此，用于对HARM结构进行定向沉积的设备和方法是合乎需要的。

发明内容

根据本发明的设备的特征在于独立权利要求1和17中所述的内容。

根据本发明的方法的特征在于独立权利要求24中所述的内容。

根据本发明的第一方面，提出了一种设备。该设备可以是用于对高纵横比分子(HARM)结构进行沉积的设备或者用于对HARM结构进行定向沉积的设备。该设备包括沉积腔室、过滤器、入口、出口和控制系统。沉积腔室水平地伸长，并且包括具有顶盖的顶部和具有底盖的底部。过滤器水平地定位在沉积腔室中，并且将顶部与底部分开，并且过滤器包括沉积区域。沉积区域是指在过滤器上的在某些条件下可能发生沉积的区域。过滤器可以具有一个或多个沉积区域。

入口布置在沉积腔室的顶部中，并且被配置为向沉积腔室中提供包含HARM结构的气体。出口布置在沉积腔室的底部中，并且被配置为从沉积腔室收集气体。从沉积腔室收集的气体可以是在HARM结构沉积之后或HARM结构沉积期间的包含HARM结构的气体。控制系统被配置为控制入口和出口处的气流。

在本说明书中，术语“顶部”、“底部”、“水平”和任何其他表示几何位置的术语不应该被解释为将设备限制为特定的几何构成。这些术语仅出于清楚的目的而使用并且用于描述装置的元件的相互关系，以使所要求保护的发明的总体几何形状更易于理解。“水平”可能不是完全水平或平行于地面，“顶部”和“底部”可以互换，并且仅意指结构的任何两个相对部分。

此外，根据第一方面，入口、出口和过滤器被布置为形成气体流动路径，该气体流动路径用于使包含HARM结构的气体从顶部中的入口朝向底部中的出口流动并且流过过滤器。包含HARM结构的气体在过滤器的沉积区域附近的流动方向(当它们遵循路径时)至少部分地平行于过滤器。这是通过使组件相对于彼此适当地定位来实现的，例如，将入口和出口定位在过滤器的相对侧上；并且可以通过根据下文的一些实施例的沉积腔室的尺寸和沉积腔室内部的附加元件来辅助实现。

此外，入口、出口、顶盖、底盖和过滤器的相对位置以及控制系统被布置为维持过滤器的沉积区域附近的包含HARM结构的气体的层状气流。控制系统可以被布置为将入口和出口处的气流维持在维持包含HARM结构的气体的层状气流所需的范围内。

过滤器的沉积区域是过滤器的对包含HARM结构的气体中的HARM结构进行沉积的区域。

在第一方面，设备被布置为在过滤器的沉积区域附近产生包含HARM结构的气体的层流，其中，在气体穿过过滤器之前，气体沿着至少部分平行于过滤器的路径流动。这有助于将HARM结构均匀且定向地沉积到过滤器上。通常，HARM结构可以沿与气体流动方向相同的方向进行定向。可以预先选择沉积腔室的尺寸以进一步优化层状气流。

出口被配置为用作排气装置并且可以对来自沉积腔室的任何气体进行收集，例如，对已经穿过过滤器并进行沉积之后的包含HARM结构的气体进行收集。

控制系统可以包括控制器和多个泵和/或控制器，控制器和多个泵和/或控制器被配置为将流率保持在预定范围内。控制系统还可以包括压缩气体容器以及具有不同几何形状的气体通道，该压缩气体容器用于将气体提供到入口中，该气体通道用于对流过腔室的气流进行优化。

包含HARM结构的气体可以包括载气，载气可以是任何惰性气体(例如，氮气、氩气或二氧化碳)。

根据实施例，入口、出口、顶盖、底盖和过滤器的相对位置以及控制系统被布置为将过滤器的沉积区域附近的包含HARM结构的气体的层状气流的雷诺数维持在介于10到3500之间。雷诺数介于10到3500之间的气流对于将HARM结构均匀地定向沉积在过滤器的沉积区域上有额外的效果。同样使层流维持在该雷诺数范围内。

在实施例中，入口和出口在水平面中定位在沉积腔室的相对侧上。在该实施例中，气体流动路径水平地延伸越过沉积腔室。这使得沉积能够发生在过滤器的更大区域上并且扩大沉积区域。

根据实施例，过滤器水平地延伸并且嵌入到沉积腔室中，位于顶部和底部之间，与沉积腔室的顶盖和底盖相距预定的距离。水平延伸的嵌入式过滤器可以具有横跨沉积腔室的区域的一个或多个沉积区域。气体可以在任何地方穿过过滤器，这取决于所选择的参数、控制系统的附加元件配置和沉积腔室的物理尺寸。在需要更宽的沉积区域的实施例中、或者在各种附加结构特征决定沉积腔室中的气体路径的实施例中，这种配置是合乎需要的。

在替代实施例中，设备包括支撑件，该支撑件包围过滤器、水平地延伸并且嵌入到沉积腔室中，位于顶部和底部之间。支撑件可以是不允许气体穿过的任何材料层，从而限制气体路径穿过支撑件所包围的过滤器。于是，支撑件可以对过滤器外部的区域进行密封。密封可以在过滤器的前方沿着气体路径形成沉降区。在实施例中，当包含HARM结构的气体穿过沉降区时，包含HARM结构的气体的流动方向变得平行。这导致HARM结构在穿过沉降区之后定向沉积在过滤器上。支撑件可以与过滤器成一体并且易于作为单个部件制造。

本说明书中的沉降区是指位于例如沉积区域前方的区域，在该沉降区中，气流稳定、成为层流并且大体平行于沉积表面。

根据实施例，设备包括第一挡板，该第一挡板具有至少一个突出部，其中，第一挡板水平地延伸并且定位成与过滤器相邻，使得从入口朝向出口的气体流动路径穿过过滤器的与第一挡板中的至少一个突出部相邻的部分。第一挡板可以在过滤器的与至少一个突出部相邻的部分的前方形成沉降区。

根据另一实施例，设备包括第二挡板，该第二挡板具有至少一个突出部，其中，第二挡板水平地延伸并且定位在第一挡板的下方，与第一挡板相距预定的距离，从而在第一挡板和第二挡板之间以及在沉积腔室的顶部和底部之间形成空间。第一挡板的突出部和第二挡板的突出部在水平面中布置在沉积腔室的相对侧上。这延长了包含HARM结构的气体行进的路径长度，并且为在过滤器的预定部分中进行定向沉积创造了有利条件。路径长度的延长使得能够使用较小的沉积腔室。

设备包括一个或多个挡板的实施例提供了沉积腔室内部的再配置性的效果，因为挡板可以移动、改变或完全移除。

根据实施例，从沉积腔室的顶盖到过滤器的距离介于0.1毫米到10毫米之间，从沉积腔室的底盖到过滤器的距离介于5毫米到20毫米之间。这些尺寸对于在所需位置处产生层状气流可能是最佳的。如果顶盖的形状不是平坦的，则距顶盖的距离可以指距顶盖上的预定点的距离。

在实施例中，过滤器是膜式过滤器。在将HARM结构与气体分离方面，膜过滤器可能优于其他过滤器类型。

根据实施例，控制系统进一步被配置为控制反应腔室内部的温度和压力。腔室中的受控的温度和压力有助于为HARM结构沉积在过滤器上创造有利条件。

在实施例中，入口具有圆形形状的截面并且具有介于5毫米到100毫米之间的直径。圆形的入口形状可以适合于入口处的各种气体流速。

在替代实施例中，入口成形为狭缝，并且具有介于0.5毫米到18毫米之间的宽度。入口的狭缝形状可以具有如下效果：改进对包含HARM结构的气体的分布的控制，并因此改进对HARM结构在过滤器上的分布的控制。

根据实施例，沉积腔室在水平面中具有矩形形状，并且入口和出口在水平面中布置在沉积腔室的相对角部处。该形状可能易于制造并且符合标准要求。横跨矩形的入口和出口的位置提供了气体和横跨腔室内部的大部分空间的潜在沉积区域的水平分布。然而，根据本发明的实施例也可以使用任何其他形状的沉积腔室。

在实施例中，设备包括具有预定孔径的多孔板，该多孔板水平地延伸并且定位在沉积腔室中的过滤器的下方。多孔板可以用作具有可调节形状的附加挡板，该附加挡板的形状可以通过在沉积之前或沉积期间阻塞或打开一些孔而进行变化。

出于本说明书的目的，HARM结构是指在一个维度上具有高纵横比的任何微米尺度或纳米尺度的结构，例如选自以下的组：碳纳米管分子、碳纳米芽分子、石墨烯带、碳或石墨纤维长丝和银纳米线。

在实施例中，沉积腔室的尺寸为：高度介于100毫米到200毫米，宽度介于390毫米到1040毫米，长度介于515毫米到1240毫米。这些尺寸涵盖了一系列沉积腔室，这些沉积腔室对于各种尺度的HARM结构的沉积而言是优选的。

根据第二方面，提出了一种设备。该设备可以是用于对HARM结构进行沉积的设备、用于对HARM结构进行定向沉积的设备或者用于在衬底上对HARM结构进行定向沉积的设备。

该设备包括沉积腔室、衬底、入口、至少一个出口和控制系统。沉积腔室水平地伸长，并且包括顶部和底部，该顶部具有水平延伸的顶板，该底部具有水平延伸的底板。这些板可以具有各种结构，包括各种材料，并且不一定是实心的或制成一体件。

衬底水平地定位在沉积腔室中，位于顶板和底板之间。根据实施例，衬底可以放置在底板的顶部上或者与底板相距预定的距离。

入口布置在沉积腔室的顶部中，并且被配置为向沉积腔室中提供包含高纵横比分子结构(即，HARM结构)的气体。至少一个出口也布置在沉积腔室的顶部中，并且被配置为从沉积腔室收集任何气体，例如，收集在沉积之后的包含HARM结构的气体。

控制系统被配置为控制入口和至少一个出口处的气流，并且还控制顶板和底板的温度和电势。

顶板和衬底被定位成在顶板和衬底之间形成间隙，使得包含HARM结构的气体从入口朝向至少一个出口的流动大体平行于衬底。控制系统被配置为将顶板和底板的温度水平维持为足够不同，以在衬底附近产生温度梯度。

控制系统还可以被配置为将顶板和底板的电势维持为足以在衬底附近产生均匀电场的值。

根据第二方面的设备被布置为在衬底附近并且至少部分地平行于衬底产生包含HARM结构的气体的流。这有助于将HARM结构均匀且定向地沉积到衬底上。通常，HARM结构可以沿与气体流动方向相同的方向进行定向。由于顶板和底板的不同温度水平而产生的温度梯度可以在HARM结构上产生拖曳力，从而有助于沉积。由于顶板和底板的不同电势值而产生的均匀电场可以提供电泳，从而导致HARM结构的沉积。可以预先选择沉积腔室的尺寸以优化层状气流。

如关于第一方向所解释的，术语“顶部”、“底部”、“水平”和任何其他表示几何位置的术语不应该被解释为将设备限制为特定的几何构成。这些术语仅出于清楚的目的而使用并且用于描述装置的元件的相互关系，以使所要求保护的发明的总体几何形状更易于理解。

根据第二方面的设备可以适合于在具有大体平坦的顶板和底板的沉积腔室中的平坦衬底上进行沉积。然而，根据第二方面的设备也可以适合于在具有各种形状的腔室中在弯曲的衬底上进行沉积。例如，该设备可以用于在鼓形或凹形的沉积腔室中对HARM结构进行定向沉积。在一些实施例中，衬底和顶板之间的间隙沿着沉积腔室具有不变的高度。

在第二方面的实施例中，入口、出口、顶板、底板和衬底的相对位置以及控制系统被布置为将在衬底层流附近的包含HARM结构的气体的气流的雷诺数维持在介于10到3500之间。雷诺数介于10到3500之间的气流保持为层流并且对于将HARM结构均匀地定向沉积在衬底上有额外的效果。

根据本方面的实施例，设备进一步包括至少一个阻隔气体入口，该至少一个阻隔气体入口定位在至少一个出口附近，被配置为向沉积腔室中提供阻隔气体，以防止包含HARM结构的气体在沉积腔室中进一步扩散。在应该防止气体穿过外部边界逸出或从衬底进一步扩散的实施例中，具有阻隔气体的入口是有效的。

在实施例中，入口布置在沉积腔室的顶部的中心区域中，并且至少一个出口布置在沉积腔室的外围区域中。在包括一个或多个阻隔气体入口的实施例中，该一个或多个阻隔气体入口也可以定位在沉积腔室的外围，以防止包含HARM结构的气体扩散到比定位在外围区域中的出口更远的地方。在配备有用于衬底的辊对辊系统的设备中，可能需要入口位于中心区域而出口位于外围的结构，从而实现横跨衬底宽度的均匀沉积。具有该结构的设备也可以以任何必要的配置彼此相邻地定位。

根据实施例，从顶板到衬底的距离介于0.5毫米到5毫米之间，并且从底板到衬底的距离介于0到5毫米之间。

在实施例中，控制系统被布置为维持顶板的较高温度水平和底板的较低温度水平，从而在经加热的板和经冷却的板之间产生温度梯度。

在实施例中，衬底是塑料薄膜。塑料薄膜可以是用于对HARM结构进行定向沉积的易得到且合适的衬底。任何其他衬底替代物也在第二方面的范围内。

本发明的第三方面提供了一种系统。该系统包括第二方面的任一实施例的两个或更多个设备，两个或更多个设备彼此相邻地定位。该系统可以是用于HARM结构的更大规模的沉积的系统。

根据第四方面，提出了一种用于对HARM结构进行定向沉积的方法。该方法包括：经由入口以预定的气体流率向沉积腔室中提供包含HARM结构的气体。预定的气体流率可以由控制系统控制。该方法还包括将衬底或过滤器的沉积区域附近的包含HARM结构的气体的层流的雷诺数维持在介于10到3500之间，其中，包含HARM结构的气体的层流至少部分地平行于衬底或过滤器。该方法进一步包括在衬底或过滤器的沉积区域中对包含HARM结构的气体中的HARM结构进行沉积，并且经由出口以预定的气体流率收集来自沉积腔室的剩余气体。

该方法可以由用于对HARM结构进行沉积的任何合适的设备来执行，例如，由根据第一方面和第二方面的设备中的任何一个设备来执行。由于平行于衬底或过滤器的层状气流对沉积结果的显著影响，该方法提供了对HARM结构进行定向沉积的有利的均匀性和效率。

根据本发明的设备和方法可以容易地结合到用于生产的不同装置中。

上文描述的本发明的实施例可以彼此任意组合使用。多个实施例可以组合在一起以形成本发明的另一实施例。与本发明相关的产品、方法或用途可以包括上文所述的本发明的实施例中的至少一个实施例。

附图说明

根据附图阅读以下详细描述，将更好地理解本说明，在附图中：

图1是根据一个方面的包括过滤器的设备的示意图，

图2是根据实施例的包括过滤器和挡板的设备的示意图，

图3是根据实施例的包括过滤器和两个挡板的设备的示意图，

图4是根据实施例的具有替代的入口和出口位置的设备的示意图，

图5a是在水平面中相对的入口和出口位置的示意图，

图5b是替代的入口形状的示意图，

图6是根据一个方面的包括衬底的设备的示意图，

图7示出了根据实施方式的用于在过滤器上进行沉积的示例性设备，

图8示出了根据实施方式的用于在衬底上进行沉积的示例性设备，

图9是示出了根据一个方面的方法的流程图。

在附图中，相同的附图标记用于表示相同的部件。

具体实施方式

在下文中，将参照附图以示例性实施方式对本发明进行更详细的描述。

本发明的实施例利用了当包含HARM结构的气体的层流在穿过过滤器之前平行于过滤器表面在平面过滤器上方行进时产生的效果。该效果表现为HARM结构在过滤器上的定向沉积，其中，这种定向通常与气流方向一致。直接在衬底上进行沉积也会发生类似的效果，其中，以平行于衬底表面的方式穿过平坦衬底的包含HARM结构的气体的层流可能导致HARM结构在衬底上的定向沉积。为了在衬底上进行沉积，还可以使用温度梯度或电场来为HARM结构在沉积腔室中的定向沉积创造条件。

提供以下示例是为了更好地理解本发明而不应该被解释为限制本发明。

图1至图3示意性地示出了用于对HARM结构进行沉积的设备100。图1的设备100包括沉积腔室110，该沉积腔室水平地伸长、包围其他元件并且包括具有顶盖111的顶部和具有底盖112的底部。顶盖111包括入口101，该入口被布置在顶部中并且被配置为将包含HARM结构的气体提供到沉积腔室110中，底盖112包括出口102，该出口被布置在底部中并且被配置为从沉积腔室110收集气体。

设备100进一步包括过滤器103，该过滤器水平地延伸并且将顶部与底部分开。过滤器103可以是膜式过滤器或任何其他合适的类型。过滤器103包括沉积区域113，该沉积区域仅示意性地用椭圆形示出并且在过滤器103上可以没有预定的位置。沉积区域是发生HARM结构的定向沉积的区域，并且可以取决于各种因素，例如，腔室110的尺寸、气体流速和其他条件。从入口101到出口102的大致气体流动路径由图1至图3中的箭头表示。

图1的设备100以及图2至图3的设备进一步包括控制系统(图中未示出)，该控制系统被配置为控制入口和出口处的气流。控制系统可以包括泵和控制器(例如，基于计算机的控制器)，以控制入口和出口处的流率，并且在一些示例中，控制系统可以包括具有预定形状的气体通道以及压缩气体容器。控制系统可以被配置为在向腔室中提供任何气体之前定义这些特性，和/或在沉积期间调节气体流率、温度或任何其他特性。

沉积区域113可以与过滤器103的气体穿过过滤器103的区域重合。由入口101、出口102和过滤器103的布置形成包含HARM结构的气体的气体流动路径，该气体流动路径大致由箭头表示。包含HARM结构的气体在过滤器的沉积区域113附近的流动方向至少部分地平行于过滤器103。入口101、出口102、顶盖111、底盖112以及过滤器103的相对位置以及控制系统被布置为维持过滤器的沉积区域附近的包含HARM结构的气体的层状气流。层状气流在沉积区域113附近的方向至少部分地平行于过滤器103，这导致了HARM结构在过滤器103上进行定向沉积。特别地，包含HARM结构的气体的层状气流的雷诺数在介于10到3500之间的范围内，这已显示了能够提供有效的定向沉积。

图1至图3中的设备100、200、300还示出了在过滤器和顶盖111之间具有间隙106，该间隙的尺寸与气体流率和其他参数相结合可以进一步促进过滤器103上的层状气流。在这些示例中，入口101和出口102水平地定位在沉积腔室110的相对侧上。这可以更容易地控制气体流动的方向。替代地，入口101和出口102可以在水平面中彼此更靠近地定位，并且至少部分地平行于过滤器的气体流动路径可以通过本文所述的其他手段形成。

图1至图3中的过滤器103水平地延伸，并且在预定位置处嵌入到沉积腔室110中，位于顶部和底部之间。在其他示例中，过滤器103可以被包围在支撑元件中，或者过滤器103可以定位在沉积腔室110中，过滤器103的水平边缘和腔室110的侧壁之间相距一距离。如果在沉积腔室110的侧壁中提供额外的排气装置，则其中过滤器103没有嵌入到沉积腔室110中的布置的生产成本会更低和/或更有益处。额外的排气装置或出口也可能影响气体流动的方向。

过滤器103的部分可以被支撑件(未示出)包围，使得包含HARM结构的气体可以仅物理地穿过没有被支撑件包围的部分。支撑件可以水平地延伸并且嵌入到沉积腔室110中，其中，过滤器将是例如支撑件中的突出部。不让气体穿过的支撑件可以在气体流动路径穿过过滤器103之前形成沉降区。

图2示出了一个示例，其中设备200包括挡板204，该挡板具有至少一个突出部。挡板204水平地延伸并且定位成与过滤器103相邻，使得从入口101朝向出口102的气体流动路径穿过过滤器103的与挡板204中的至少一个突出部相邻的部分。挡板204还在沉积区域113的前方形成沉降区，该沉降区大致由椭圆形表示。在沉降区中，当气体穿过沉降区并且进入沉积区域113时，气体的流动可以稳定、成为层流并且平行于过滤器103，以为HARM结构的定向沉积提供条件。

图2的设备200另外包括多孔板205。多孔板205可以具有预定的孔径并且水平地延伸，该多孔板定位在沉积腔室110中，位于过滤器103的下方。多孔板205可以用作具有可调节形状的附加挡板，当一些孔被阻塞或打开时，该附加挡板的形状发生变化。多孔板205仅出于示例目的在图2中被示出并且可以用于其他示例中所示的任何设备中。

图3示意性地示出了包括两个挡板204、304的设备300的实施方式。第一挡板204能以类似于先前示例的挡板204的方式进行定位。第二挡板304也包括至少一个突出部并且水平地延伸。第二挡板304定位在第一挡板204的下方，与第一挡板相距预定的距离，从而在第一挡板和第二挡板之间以及在沉积腔室的顶部和底部之间形成空间。第一挡板的突出部和第二挡板的突出部在水平面中布置在沉积腔室110的相对侧上。如箭头所示，这延长了包含HARM结构的气体行进的路径长度。经延长的路径长度使得能够使用较小的沉积腔室110。

在实施方式中，定位在沉积腔室110中的元件的尺寸如下。从沉积腔室110的顶盖111到过滤器103的距离介于0.1mm到10mm之间，从沉积腔室110的底盖112到过滤器103的距离介于5mm到20mm之间。

图4示出了设备400的实施方式，其中，入口401和出口402的长度被延长并且沿着沉积腔室410的壁定位。图4是具有过滤器(未示出)的设备的示意性俯视图。出口402在竖直平面(在图4的俯视图中不可见)中定位在过滤器的相对侧上。在该示例中，包含HARM结构的气体在沉积腔室410内部的水平面中扩散，并且沉积腔室410可以沿着气体流动路径示意性地划分为不同的区。沉降区420是下述区：在该沉降区中，在进入沉积区域413之前，包含HARM结构的气体的气流变成层流并且平行于沉积表面。在也被称为牺牲区的侧部421上，定向沉积不太可能发生，因此可以将这些侧部排除在沉积区域413之外。

图5a和图5b示出了替代的入口和出口位置的实施方式。图5a中的入口501和出口502定位在沉积腔室的相对角部处。入口501具有圆形形状并且具有介于5毫米到25毫米之间的直径。圆形形状可以适合于入口501处的各种气体流速。

图5b中所示的入口511具有狭缝的形状，并且具有介于0.5毫米到18毫米之间的宽度。入口511的狭缝形状可以具有如下效果：改进对包含HARM结构的气体的分布的控制，并因此改进对HARM结构在过滤器上的分布的控制。在图4所示的示例中，入口401也可以是狭缝形状的。

在本发明的范围内也可以使用其他形状的入口、出口和沉积腔室，并且可以改变入口和出口的位置。

图6示出了根据另一方面的设备。与图1至图3所示的过滤器相反，设备600被设计为用于在衬底上对HARM结构进行定向沉积。设备600包括水平伸长的沉积腔室610，该沉积腔室包括顶部和底部，该顶部具有水平延伸的顶板611，该底部具有水平延伸的底板612。图6所示的设备600包括衬底603，该衬底水平地定位在沉积腔室610中，位于顶板611和底板612之间。衬底603可以是塑料薄膜或任何其他合适的衬底。入口601布置在沉积腔室610的顶部中并且穿过沉积腔室610的顶板611，该入口被配置为向沉积腔室610中提供包含HARM结构的气体。出口602也布置在沉积腔室610的顶部中，穿过顶板611。设备可以具有一个或多个出口602，图6的示例性实施方式包括两个出口。出口602被配置为从沉积腔室收集气体。

设备600还包括控制系统(未示出)，该控制系统被配置为控制入口601处和出口602处的气流，以及控制顶板611和底板612的温度和电势。控制系统可以包括泵和控制器以控制入口601和出口602处的流率，并且在一些示例中，控制系统可以包括具有预定形状的气体通道和压缩气体容器。控制系统可以包括基于计算机的控制器。控制系统被配置为在向腔室中提供任何气体之前定义这些特性，和/或在沉积期间调节气体流率、温度、板611、612的电势或任何其他特性。

顶板611和衬底603被定位成以在顶板611和衬底603之间形成间隙，使得包含HARM结构的气体从入口601朝向出口602的流动在沉积区域613(仅大致用椭圆形示出)中基本上平行于衬底603。控制系统被配置为维持顶板611和底板612的不同温度水平，以在衬底603附近产生温度梯度。由于顶板611和底板612的不同温度水平而产生的温度梯度可以在HARM结构上产生拖曳力，这为定向沉积创造条件。除了维持温度水平之外或作为维持温度水平的替代，控制系统还可以被配置为将顶板611和底板612的电势维持在足以在衬底603附近产生均匀电场的值。均匀电场为电泳创造了条件，从而导致HARM结构沉积在衬底603上。

为了在各种条件下维持的气流层流，从而增强HARM结构在沉积区域613中的定向沉积的效果，入口601、出口602、顶板611、底板612和衬底603的相对位置以及控制系统可以被布置为将衬底603层流附近的包含HARM结构的气体的气流的雷诺数维持在介于10到3500之间。

图6所示的设备600还包括定位在出口602附近的可选的阻隔气体入口620。阻隔气体入口620被配置为向沉积腔室610中提供阻隔气体，以防止包含HARM结构的气体在沉积腔室610中进一步扩散。在图6所示的实施方式中，入口601布置在沉积腔室610的顶部的中心区域中，出口602以及阻隔气体入口620布置在沉积腔室610的外围区域中。阻隔气体可以是氮气、氩气、一氧化碳、CO2或其他惰性或可过滤的气体组合物。

在示例性实施方式中，从顶板611到衬底603的距离介于0.5毫米到5毫米之间，从底板612到衬底603的距离介于0到5毫米之间。顶板611可以被加热，而底板612可以被冷却，以产生温度梯度。

图6所示的两个或更多个设备600可以彼此相邻地定位以创建系统。该系统可以具有穿过多个设备600的衬底，该多个设备彼此相邻地定位。

图6示出的设备600具有大体平坦的顶板611和底板612以及衬底603。然而，根据该方面的设备600也可以适合于在不同形状的腔室中在弯曲的衬底上进行沉积。例如，设备600可以用于在鼓形或凹形的沉积腔室中对HARM结构进行定向沉积。

图7示出了根据第一方面的实施方式的设备700的示例。设备700包括入口701和出口701，入口和出口连接到沉积腔室710。入口701布置在腔室710的顶部中，而出口702布置在底部中。在该示例中，入口701和出口702是锥形形状的。设备700进一步包括过滤器703和穿孔的多孔板713，该过滤器定位在距顶部0到10mm的位置处。多孔板713可以用作具有可调节的突出部尺寸的挡板，用于控制腔室710中的气体扩散。沉积腔室710还可以包括一个或多个挡板，该一个或多个挡板使气体流动路径从图7示出的腔室710的左侧的入口701到达多孔板713。图7的尺寸是大概的尺寸，不能反映设备700的元件的实际相对尺寸。

图8示出了根据第二方面的实施方式的设备800的示例。设备800包括经加热的顶板811、经冷却的底板812和位于顶板和底板之间的沉积腔室(未示出，该沉积腔室为顶板811和底板812之间的薄间隙)。设备800还包括定位在底板812上的衬底803。此外，设备包括中心入口801和两个出口802，这两个出口连接到沉积腔室的外围位置。设备800还包括阻隔气体入口820，该阻隔气体入口连接到另一外围位置，以防止气体穿过出口802。图8的尺寸是大概的尺寸，不能反映设备700的元件的实际相对尺寸。

图9是根据一个方面的用于对HARM结构进行定向沉积的方法的流程图。该方法包括经由入口以预定的气体流率向沉积腔室中提供901包含HARM结构的气体。气体流率可以由控制单元确定。该方法进一步包括将衬底或过滤器的沉积区域附近的包含HARM结构的气体的层流的雷诺数维持902在介于10到3500之间。在步骤902中，包含HARM结构的气体的层流至少部分地平行于衬底或过滤器。层状气流可以通过将控制系统与沉积腔室中的入口、出口和其他元件的相对位置相结合来维持。当在适当的条件下维持902层状气流时，该方法进一步包括在衬底或过滤器的沉积区域中对包含HARM结构的气体中的HARM结构进行沉积903。当层流和大体平行的气流到达过滤器或衬底的沉积区域时，发生沉积903。然后，该方法包括经由出口以预定的气体流率从沉积腔室收集904剩余气体。预定的流率和层状气流使得能够对HARM结构进行定向沉积。

该方法可以由用于沉积HARM结构的任何合适的设备来执行，例如，由根据第一方面和第二方面的设备中的任何一个设备来执行。该方法还可以由包括计算机的控制系统来执行。由于平行于衬底或过滤器的层状气流对沉积结果的显著影响，该方法提供了对HARM结构进行定向沉积的有利的均匀性和效率。

示例

一种用于在过滤器上对HARM结构进行定向沉积的设备，该设备是上述第一方面的一个示例，该设备包括：体积为160mm×390mm×515mm(高度×宽度×长度)的沉积腔室。气体流率维持在20升/分钟到50升/分钟，腔室中的温度为20摄氏度到80摄氏度。在入口处提供的气体是包括碳纳米芽的氮气载气。膜式过滤器嵌入到沉积腔室中，位于顶部和底部之间，距顶部0.5mm到2mm。膜式过滤器在面积约为150mm×420mm的沉积区域中收集碳纳米芽。在上述条件下，所沉积的碳纳米芽的取向可以用在1.3到2.2的范围内的取向指数(最大电阻与最小电阻的比率)来估计。该设备进一步包括具有突出部的挡板，该挡板定位在过滤器的下方，挡板形成沉降区并且挡板的尺寸大约为150mm×420mm。

本领域技术人员应当清楚，本发明不限于上述示例，实施例可以在权利要求的范围内自由变化。