制造用于白炽光源的纳米结构的辐射体的工艺方法技术

制造一种能够借助于通过电流而导致白炽化的光源用的辐射体（１０；１３）的工艺方法，其特征在于，一个由阳极化多孔氧化铝（１）制成的层被用作用于构造该辐射体（１０；１３）的至少一部分的牺牲元件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造光源用的纳米结构的辐射体元件的工艺方法，该辐射体工艺方法可因通过电流而导致白炽化。具有按照特定的形状或几何尺寸配置的纳米表面结构或凸起的金属部件当前用于某些
如微电力-机械系统或MEMS中，从而获得衍射光学装置、医药器件、微涡轮机等。本专利技术是以纳米结构灯丝能在白炽灯领域中找到重要用途的知识为基础的。在所述光源中，本专利技术的目标是提出一种以简单而经济的方式来制造具有纳米凸起或结构的用于白炽光源的灯丝或类似辐射体的新工艺方法。所述目标是按照本专利技术通过一种制造上述辐射体的工艺方法而达到的，其特征在于，该工艺方法使用一层阳极化的多孔氧化铝作为用于选择地构造该辐射体的牺牲元件。使用上述氧化铝层能够获得在该辐射体的至少一个表面上的多个凸起或在该辐射体内的多个空腔。所述纳米的凸起或空腔设置在按照一个预定几何形状的辐射体上。按照本专利技术的该工艺方法的优选特征可参考作为本专利技术的一个整体部分的附属的权利要求书。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，可以清楚本专利技术的其它目的、特征和优点，附图中附图说明图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是一种可以按照本专利技术制成的第一纳米结构的辐射体的一部分的示意透视图；图7是一种可以按照本专利技术制成的第二纳米结构的辐射体的一部分的示意透视图；图8、9、10是表示按照本专利技术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6中所示的纳米结构的辐射体；图11、12、13是表示按照本专利技术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辐射体；图14表示按照本专利技术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辐射体；图15表示按照本专利技术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辐射体；图16表示按照本专利技术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辐射体；图17表示按照本专利技术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辐射体。在其所有可能的实施方案中，按照本专利技术的工艺方法设想使用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；取决于该情况，所述氧化铝层直接用于获得所要的纳米结构的辐射体，或间接地制造获得上述辐射体所要的另一个牺牲元件。多孔氧化铝薄膜在过去已引人注意地用于氧化铝电容器中的介电薄膜、阻滞有机涂层的薄膜和用于保护氧化铝衬底。多孔氧化铝的结构可以理想地示意看作浸润在氧化铝基质中的空心柱。多孔氧化铝可以通过对高纯氧化铝片或玻璃、石英、硅、钨等衬底上的铝薄膜进行阳极化而获得。图1例示一种总的用标号1表示的多孔氧化铝薄膜的一部分，它是通过在方便的衬底2上阳极氧化氧化铝薄膜而得到的。可以看到，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3，每个晶粒有一形成孔4的直线中心孔穴，基本上垂直于衬底2的表面。安置在衬底2上的每个晶粒3的端部有一带有基本上半球形的闭合部分，所有闭合部分在一起形成一个薄膜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具有受控的表面形态在酸性电解液中(如磷酸、草酸和硫酸)和在合适的工艺方法条件下(电压、电流、搅拌和温度)，可以获得高度有规则的多孔薄膜。为了所述目的，晶粒3的大小和密度、孔4的直径和薄膜1的高度可以变化；例如通常孔4的为50～500nm的直径可以通过化学处理而增减。如图2中示意地所示，当制造多孔氧化铝膜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1～30微米的高纯物质。层3的优选沉积技术是通过e束的热蒸发和溅射。包括沉积铝层6的步骤后随对所述层阳极化的步骤。层6的阳极化工艺方法可以利用根据孔4的所要尺寸和距离而不同的电解液来完成。如果电解液相同，那么浓度、电流密度和温度是更大地影响孔4直径的参数。为了获得具有相应的阳极工艺方法均匀度的电场轮廓线的正确分布，电解质晶粒的构型也是重要的。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方法，尤其是至少i)第一次阳极化工艺方法，其结果可从图3中看出；ii)通过利用酸性溶液(如H2CrO4和H3PO4)进行蚀刻不规则氧化铝膜6的还原步骤；图4示意表示在所述蚀刻步骤后的衬底2；iii)对没有通过蚀刻除去的部分氧化铝膜1A进行第二次阳极化。ii)中的蚀刻步骤很重要，它在残余的氧化铝部分1A上限定用于第二次阳极化中氧化铝生长的优先区域。通过进行数次包括蚀刻和阳极化的接连操作，结构得到改善，直到其变成均匀，如图5中示意地示出，其中氧化铝膜1现已变成规则化。如下面将看到的，在按照本专利技术的工艺方法的某些实施过程中，在获得规则的多孔氧化铝膜1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隔开氧化铝结构并保护下面的衬底2因而层5的减少是基本的，以便在需要时进行要求电接触的接连的电沉积工艺方法和蚀刻工艺方法，如果应当在衬底2上直接获得三维纳米结构的话。上述涉及除去或减少阻挡层5的工艺方法可以包括两个接连的阶段拓宽孔4，在如先前的阳极化中同样的电极液中进行，不通过电流；减少阻挡层5，利用在如先前的阳极化中同样的电解液中通过非常小的电流来进行；在该阶段没有达到典型的阳极化平衡，因此有利于有关氧化铝构造过程的蚀刻工艺方法。如上所述，按照本专利技术，通过上述工艺方法产生的氧化铝薄膜1用作纳米结构的模板，也即用作制作复制同一氧化铝型式的结构的基础。如将要见到的，取决于所选择的实施方案，因此可以制作反面的纳米结构(也即对氧化铝基本上互补的，因此在薄膜1的孔上有柱)或正面的纳米结构(也即基本上与氧化铝相同，因此在薄膜1的孔4上有空腔)。图6和图7以部分和示意的方式表示两种用作白炽灯光源的灯丝，它们具有上面提到的可以按照本专利技术实施的两种类型的结构；图6中的灯丝10具有上述负面结构，其特征是有一基底部分11，其上开始上述柱12；图7中的灯丝13具有上述正面结构，其特征是有一主体14，其中形成上述空腔15。建议制造图6和图7中的构型的灯丝10、13的技术可以十分不同尤其可以包括增加技术(如蒸发、溅射、化学气化物沉积、丝网印刷和电沉积)、减扣技术(蚀刻)和中间技术(在氧化铝下面的金属的阳极化)。为此，下面描述本专利技术工艺方法的一些可能的实施方案。第一实施方案图8示意表示按照本专利技术的制造图6中作为灯丝10之一的负面结构的工艺方法的第一实施方案的一些步骤。该工艺方法的头四个步骤包括如前面参照图2～5所述的对一个合适衬底上的相应的铝层至少进行第一次和第二次阳极化；衬底2例如可以用硅制成，而用于阳极化工艺方法的铝层可以用溅射或e束沉积。在获得有一规则的氧化铝结构的薄膜1(如可从图5中见到)之后，成为纳米结构的物质通过溅射作为薄膜沉积在氧化铝上；因此，如作为例子在图8的部分a)中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制造一种能够借助于通过电流而导致白炽化的光源用的辐射体(10；13)的工艺方法，其特征在于，一个由阳极化多孔氧化铝(1)制成的层被用作用于构造该辐射体(10；13)的至少一部分的牺牲元件。2.按照权利要求1的工艺方法，其特征在于，所述构造步骤包括获得下列两项中的至少一项按照一种基本上预定的几何尺寸而在该辐射体(10)的至少一个表面上配置多个纳米凸起(12)；按照一种基本上预定的几何尺寸而在该辐射体(13)内配置的多个纳米空腔(15)。3.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，氧化铝层(2)是通过对沉积在一相应衬底(2)的表面上的铝膜(6)进行接续的阳极化直到获得一个规则的氧化铝结构而得到的，该氧化铝结构限定多个基本上垂直于衬底(2)的所述表面的孔(4)，该氧化铝层(2)在各自的衬底(2)附近有一非多孔部分(5)。4.按照权利要求3的工艺方法，其特征在于，该氧化铝层(1)或者用在作所述构造期间的牺牲模板，或者用作获得用于所述构造的另一牺牲模板(10A)的中间模板。5.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构造步骤包括一个通过蒸发、溅射、化学气化物沉积、丝网印刷或电沉积而沉积物质的步骤。6.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构造步骤包括一个蚀刻步骤。7.按照权利要求2的工艺方法，其特征在于，所述构造步骤包括一个对氧化铝层(1)下面的一种金属进行阳极化的步骤。8.按照权利要求4的工艺方法，其特征在于，所述构造步骤包括下列步骤用来制作具有多个凸起(12；12A)的所需要的部件(10；10A)的材料(20)作为一层薄膜被沉积在氧化铝层(1)上，所述材料(20)的一部分填充所述孔(4)；以及然后除去氧化铝层(1)及其衬底(2)，从而获得所需要的部件(10；10A)，其凸起(12；12A)由所述材料(20)的填充所述孔(4)的部分组成。9.按照权利要求8的工艺方法，其特征在于，所述材料(20)通过溅射或化学气化物沉积到氧化铝层(1)上。10.按照权利要求4的工艺方法，其特征在于，所述构造步骤包括下列步骤将氧化铝层(1)从其衬底(2)上除去，并露出其底部，除去其非孔部分(5)；在氧化铝层(1)上沉积一层导电的金属膜(21)；用来制作具有多个凸起(12；12A)的所需要的部件(10；10A)的材料(22)被电沉积在由金属膜(21)和氧化铝层(1)的残余部分所形成的结构上，所述材料(22)的一部分填充所述孔(4)；然后除去氧化铝层(1)的残余部分和金属膜(21)，从而获得所需要的部件(10；10A)，其凸起(12，12A)由所述材料(22)的填充所述孔(4)的部分组成。11.按照权利要求4的工艺方法，其特征在于，所述构造步骤包括下列步骤用来制作具有多个凸起(12；12A)的所需要的部件(10；10A)的材料(23)作为绢网印花的糊剂被沉积在氧化铝层(1)上，所述糊剂(23)的一部分填充所述孔(4)；烧结所述糊剂(23)；以及然后除去氧化铝层(1)及其衬底(2)，从而获得所需要的部件(10；10A)，其凸起(12；12A)由所述材料(23)的填充所述孔(4)的部分组成。12.按照权利要求4的工艺方法，其特征在于，所述构造步骤包括下列步骤除去氧化铝层(1)的非孔部分(5)的局部部分，从而露出其衬底(2)上的所述孔(4)；用来制作具有多个凸起(12；12A)的所需要的部件(10；10A)的材料(26)通过电化学法被沉积在氧化铝层(1)的残余部分上的，所述材料(26)的一部分填充所述孔(4)，并与其衬底(2)接触；以及然后除去氧化铝层(1)的残余部分及其衬底(2)，从而获得所需要的部件(10；10A)，其凸起(12；12A)由所述材料(26)的填充所述孔(4)的部分组成。13.按照权利要求4的工艺方法，其特征在于，所述构造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)...

【专利技术属性】
技术研发人员：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，
申请(专利权)人：C·R·F·阿西安尼顾问公司，
类型：发明
国别省市：