Способы, материалы и устройство для улучшения управляемости и эффективности послойных процессов

Способы, материалы и устройство для улучшения управляемости и эффективности послойных процессов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 61/702112, поданной 17 сентября 2012 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

ВВЕДЕНИЕ

[0002] Послойная (LbL) сборка представляет собой процесс, который строит поверхностные покрытия, поочередно осаждая два различных и комплементарных материала. Чередование этих двух материалов образует двойные слои, и двойные слои являются строительными блоками послойных покрытий. Этот процесс обычно основывается на электростатических взаимодействиях и является самоограничивающимся. Например, инверсия заряда, которая происходит во время процесса, устраняет термодинамическую предпочтительность адсорбирования дополнительных молекул на выращиваемой пленке.

[0003] Известны распылительный, погружной, центрифужный и потоковый способы послойной сборки и их сочетания. В каждом из этих способов характеристики приготовленных растворов могут быть изменены для достижения конкретных скоростей роста. Например, скорости роста могут изменяться путем изменения значения pH раствора или ионной силы раствора.

[0004] Самоограничивающаяся природа послойной сборки дает возможность осаждения избытка материала с созданием покрытий, одновременно допуская изменения в оборудовании и условиях процесса. Это приводит к чрезвычайно хорошей однородности, которая является отличительной чертой послойных покрытий, даже на очень больших площадях, несмотря на влияние условий обработки или неоднородностей в устройстве, используемом для процесса осаждения. Соответственно эффективность переноса молекул в растворе к покрытию может быть и обычно является низкой. Это приводит к проблемам с потраченными впустую материалами, что приводит к увеличенным материальным затратам и ненужной обработке.

[0005] Масштабирование послойного процесса включает в себя увеличение числа двойных слоев (т.е. толщины покрытия) и/или увеличение поперечных размеров (т.е. области покрытия). Ранее во время масштабирования послойного процесса возникали проблемы. Такие проблемы включают в себя неоднородность, межфазное смешивание между границами раздела двух двойных слоев или двух типов двойных слоев, увеличенное оптическое помутнение, более высокую изменчивость в скоростях роста и увеличенную поверхностную шероховатость. В то время как некоторые из этих дефектов иногда могут быть желательными для некоторых областей применения, управление этими эффектами является необходимым для воспроизводимой обработки на больших площадях и для достижения высоких показателей качества для областей применения. Проблемы масштабирования послойного процесса также включают в себя улучшение эффективности переноса материала и увеличение производственной выработки или производительности линии при одновременном поддержании однородности и управляемости процесса.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В одном аспекте изобретение обеспечивает способ осаждения с быстрым и высокоэффективным процессом переноса для образования половины двойного слоя для послойной сборки, включающий в себя:

(a) образование на поверхности слоя осадительного раствора с толщиной (d_dep), содержащего осаждаемый материал, при этом d_dep определяется формулой:

C_S/(C_B⋅eff)≥d_dep≥ (C_S/C_B),

(b) поддержание минимального времени ожидания (t_dep-min) контакта между осадительным раствором и поверхностью, причем в течение t_dep-min образуется половина двойного слоя, и при этом t_dep-min составляет:

t_dep-min ≥C_S²/(C_B²⋅D),

при этом C_S является желаемой двумерной концентрацией осаждаемого материала на поверхности; C_B является объемной концентрацией осаждаемого материала в осадительном растворе; d_dep является толщиной слоя осадительного раствора или слоя осаждения на поверхности; eff является эффективностью переноса осаждаемого материала и имеет значение более 0,03; и D является коэффициентом диффузии осаждаемого материала в осадительном растворе; t_dep-min является минимальным временем ожидания и имеет значение менее 10 секунд; и толщина образованной половины двойного слоя меньше или равна толщине монослоя осаждаемого материала.

[0007] В вариантах осуществления:

[0008] поверхность выбирается из поверхности подложки, остаточного промывочного слоя или участка послойной пленки,

[0009] способ включает в себя нанесение на поверхность промывочного раствора для удаления избыточного осадительного раствора, причем нанесение образует остаточный промывочный слой, включающий в себя остаточный промывочный раствор,

[0010] способ включает в себя удаление остаточного промывочного раствора, остающегося на поверхности,

[0011] способ включает в себя повторение этапов (a) и (b) с образованием послойной пленки, включающей в себя множество половин двойных слоев,

[0012] C_s является поверхностной концентрацией, основанной на случайно упакованных сферах, где доля занятой площади составляет от 0,45 до 0,54. Хотя такие значения обеспечиваются в контексте наночастиц, они не предназначены для ограничения и также могут использоваться в описанных в настоящем документе способах и устройстве не относящиеся к частицам материалы или несферические частицы (например, малые молекулы, полиэлектролиты и т.д.),

[0013] остаточный промывочный раствор, остающийся на поверхности, имеет толщину менее 5 мкм, но более 500 нм,

[0014] слой осадительного раствора наносят с помощью процесса распыления,

[0015] осаждаемый материал включает в себя наночастицы и причем значение C_B наночастиц составляет от 4×10¹⁹ см^-3 до 2×10¹³ см^-3. Хотя такие значения обеспечиваются в контексте наночастиц, они не предназначены для ограничения, и также могут использоваться в описанных в настоящем документе способах и устройстве не относящиеся к частицам материалы или несферические частицы (например, малые молекулы, полиэлектролиты и т.д.),

[0016] образованная половина двойного слоя показывает менее чем 3%-ное отклонение в толщине или оптическом свойстве по площади по меньшей мере 16 квадратных дюймов.

[0017] В другом аспекте изобретение обеспечивает способ осаждения послойно собранной пленки с высокой эффективностью eff переноса и короткими продолжительностями t_dep циклов осаждения-промывки-осаждения, включающим в себя осаждение по меньшей мере половины двойного слоя с использованием описанного в настоящем документе процесса.

[0018] В другом аспекте изобретение обеспечивает способ осаждения половины двойного слоя, включающий в себя: (a) нанесение первого осадительного раствора, включающего в себя первый осаждаемый материал и первый растворитель, с образованием слоя осаждения на поверхности, такого, что в слое осаждения имеется достаточно материала для образования самоограничивающейся половины двойного слоя; (b) предоставление слою покрытия из первого осаждаемого материала возможности связываться с и образовываться на поверхности за счет обеспечения контакта слоя осаждения с поверхностью в течение времени t_dep, причем образованный слой покрытия является половиной двойного слоя, и причем концентрация первого осаждаемого материала в слое осаждения уменьшается по мере того, как первый осаждаемый материал связывается с поверхностью; (c) нанесение промывочного раствора на слой осаждения с образованием остаточного промывочного слоя и обеспечение возможности несвязанному первому осаждаемому материалу диффундировать от слоя покрытия в течение периода времени t_rinse, причем концентрация несвязанного первого осаждаемого материала около слоя покрытия уменьшается во время t_rinse; и (d) необязательно, уменьшение толщины остаточного промывочного слоя.

[0019] В вариантах осуществления:

[0020] этапы (c) и (d) повторяются z раз для, дополнительного удаления несвязанного осаждаемого материала, причем каждый, допускающий (т.е. каждый повтор допускает) диффундирование несвязанного первого осаждаемого материала от слоя покрытия, независимо выполняется в течение периода времени t_{rinse_z}, где z является целочисленным индексом,

[0021] способ повторяется множество раз для создания множества уложенных друг на друга половин двойных слоев, и этот способ предназначен для образования послойно собранной пленки,

[0022] послойно собранную пленку образуют с высокой эффективностью (eff) переноса и короткими продолжительностями циклов осаждения-промывки-осаждения,

[0023] поверхность является либо подложкой, либо остаточным промывочным слоем, либо участком послойной пленки,

[0024] послойно собранную пленку создают из многочисленных половин двойных слоев,

[0025] толщину остаточного промывочного слоя уменьшают за счет применения воздушного шабера, резинового скребка, прижимного ролика, тепла, вакуума, поступательного движения, энергии ультразвука, магнитного поля, электрического поля или их сочетания,

[0026] причем eff>0,03,

[0027] причем t_dep+t_rinse<10 секунд,

[0028] уменьшение толщины остаточного промывочного слоя усиливается добавлением одной или более присадок к промывочному раствору.

[0029] В другом аспекте изобретение обеспечивает способ образования раствора наночастиц для использования в формировании двойных слоев посредством послойного процесса, включающий в себя объединение воды, наночастиц и компонента, выбранного из солей, модификаторов pH или их сочетания, в таких концентрациях, что толщина дебаевского слоя составляет от 1 до 10 нанометров. Дебаевская толщина может быть вычислена или измерена с помощью экспериментальных исследований равновесия в ожидании флокуляции.

[0030] В вариантах осуществления:

[0031] соль присутствует в концентрации, определяемой процессом, включающим в себя: (a) приготовление серии покрытий, при этом каждое покрытие в серии покрытий приготавливают в послойном режиме с использованием чередующихся осаждений уникального раствора наночастиц и стандартного раствора полиэлектролита и включает в себя 1 или более двойных слоев, расположенных на подложке, при условии, что: (i) каждый уникальный раствор наночастиц выбирается из серии растворов наночастиц и включает в себя фиксированную концентрацию наночастиц и уникальную концентрацию соли; (ii) фиксированная концентрация наночастиц достаточна для достижения желаемого значения C_s (например, насыщенной области подложки); и (iii) предусматривается достаточное время между осаждением двойного слоя, так что поверхность насыщается полностью; (b) измерение (т.е. физически или оптически) толщины каждого из покрытий, приготовленных на этапе (a), и определение средних толщин двойного слоя для каждого покрытия; (c) выявление из толщин, измеренных на этапе (b), диапазона концентрации соли, где толщина двойного слоя изменяется менее чем на 1% (или, в вариантах осуществления, менее чем на 0,5%, 0,25% или 0,05%) при изменении концентрации соли на один миллимоль; и (d) выбор концентрации соли из выявленного диапазона концентраций соли,

[0032] серия покрытий включает в себя 3 (или, в вариантах осуществления, 5, 10, 15) или более покрытий,

[0033] выбранная концентрация соли является средней точкой выявленного диапазона концентрации соли,

[0034] значение pH раствора регулируется путем добавления модификатора pH таким образом, чтобы дзета-потенциал был относительно инвариантным к изменениям pH (например, чтобы дзета-потенциал изменялся менее чем на 5 мВ при изменении pH на 1,0).

[0035] В другом аспекте изобретение обеспечивает способ образования покрытия, включающего в себя множество двойных слоев на поверхности, включающий в себя: (a) нанесение на поверхность раствора наночастиц, приготовленного согласно способу по п. 1, нанесение на поверхность первого промывочного раствора, нанесение на поверхность раствора полиэлектролита, включающего в себя полиэлектролит, и нанесение на поверхность второго промывочного раствора с образованием двойного слоя; (b) повторение этапов (a) множество раз с образованием множества двойных слоев, причем толщина каждого двойного слоя составляет 68-82% от среднего диаметра наночастиц.

[0036] В вариантах осуществления:

[0037] раствор полиэлектролита включает в себя добавленную соль,

[0038] первый и второй промывочные растворы являются одним и тем же раствором,

[0039] раствор наночастиц, раствор полиэлектролита и первый и второй промывочные растворы наносят на поверхность в форме распыления,

[0040] значение pH или концентрацию соли, или комбинацию значения pH и концентрации соли раствора наночастиц выбирают таким образом, что наночастицы образуют плотную упаковку во множестве двойных слоев,

[0041] плотная упаковка является случайной плотной упаковкой,

[0042] случайная плотная упаковка для половины двойного слоя сферических наночастиц приводит к средней трехмерной объемной доле пустот между 0,25 и 0,48,

[0043] способ дополнительно включает в себя обеспечение достаточного промежутка времени после нанесения раствора наночастиц и перед нанесением первого промывочного раствора, так что наночастицы образуют плотноупакованную компоновку на по меньшей мере участке поверхности,

[0044] способ дополнительно включает в себя удаление избыточного промывочного раствора и растворителя после нанесения первого промывочного раствора,

[0045] способ дополнительно включает в себя удаление избыточного промывочного раствора и растворителя после нанесения второго промывочного раствора,

[0046] наночастицы включают в себя первую связывающую группу, а полиэлектролит включает в себя вторую связывающую группу, и причем первая и вторая связывающие группы образуют комплементарную связывающую пару.

[0047] Изобретение дополнительно включает в себя покрытие, приготовленное в соответствии с вышеописанными способами.

[0048] Изобретение дополнительно включает в себя изделие, включающее в себя вышеописанное покрытие, расположенное на подложке.

[0049] В другом аспекте изобретение обеспечивает многослойную фотонную структуру, включающую в себя множество двойных слоев, при этом каждый двойной слой включает в себя слой полиэлектролита и слой наночастиц, причем: (a) по меньшей мере участок слоев наночастиц включает в себя наночастицы, размещенные в случайном плотноупакованном монослое; (b) многослойная структура является пористой и включает в себя поверхность с площадью поверхности более 9 кв.дюймов; и (c) множество двойных слоев размещают для создания эффектов оптической интерференции на длинах волн в диапазоне 200-2500 нм.

[0050] В вариантах осуществления:

[0051] эффекты оптической интерференции выбирают из просветления и селективного отражения,

[0052] множество двойных слоев размещены в слоях с низким показателем преломления толщиной в одну или более четвертей длины волны и в слоях с высоким показателем преломления толщиной в одну или более четвертей длины волны, причем представляющая интерес (лямбда 0) длина волны находится в диапазоне 200-1500 нм,

[0053] общее число слоев с низким показателем преломления и слоев с высоким показателем преломления является нечетным (например, в вариантах осуществления, 3, 5, 7, 9, 11, 13 или 15),

[0054] различие коэффициента преломления между слоями с низким показателем преломления и слоями с высоким показателем преломления составляет более 0,4,

[0055] множество двойных слоев располагается на подложке,

[0056] подложка включает в себя механизм для удаления многослойной фотонной структуры с подложки,

[0057] множество двойных слоев является свободно расположенным,

[0058] поры заполняются воздухом, инертным газом, твердым материалом или жидкостью,

[0059] коэффициент преломления многослойной фотонной структуры равен n1, когда поры заполнены воздухом, и n2, когда поры заполнены веществом, отличающимся от воздуха.

[0060] В другом аспекте изобретение обеспечивает способ образования вышеописанной многослойной фотонной структуры, включающий в себя осаждение множества двойных слоев на подложке в послойном режиме.

[0061] В вариантах осуществления этот способ включает в себя воздействие на многослойную фотонную структуру жидким материалом таким образом, что жидкий материал впитывается в поры, причем жидкий материал способен к поперечному связыванию при применении стимула поперечного связывания (например, теплового или электромагнитного излучения).

[0062] Изобретение дополнительно включает в себя изделие, включающее в себя описанную выше многослойную фотонную структуру, расположенную на подложке.

[0063] В другом аспекте изобретение обеспечивает устройство для образования покрытия на поверхности подложки, включающее в себя: (a) множество форсунок, содержащих: (i) множество первых форсунок осаждения, выполненных с возможностью распыления первого осадительного раствора в направлении области осаждения на поверхности подложки; (ii) множество вторых форсунок осаждения, выполненных с возможностью распыления второго осадительного раствора в направлении области осаждения на поверхности подложки; (iii) множество форсунок промывки, выполненных с возможностью распыления промывочного раствора в направлении подложки; (b) систему манипулирования подложкой, выполненную с возможностью позиционирования подложки в одном или более положениях нанесения напротив множества форсунок (например, в вариантах осуществления, ролики, роликовый ленточный конвейер, воздушная тележка, роботизированная рука, действующая в линейном режиме, подъемно-транспортный привод для поступательного перемещения подложки и т.д.); и (c) устройство удаления раствора (например, в вариантах осуществления, резиновый скребок, резиновый валик, вакуумный барьер или воздушный шабер или контактные ролики), выполненное с возможностью уменьшения толщины слоя жидкости на поверхности после распыления раствора множеством форсунок на поверхность.

[0064] В вариантах осуществления:

[0065] форсунки осаждения выполнены с возможностью обеспечения толщины слоя осаждения 1-20 мкм,

[0066] система обработки подложки включает в себя один или более контактных роликов, выполненных с возможностью контакта со стороной осаждения подложки после осаждения раствора по меньшей мере частью множества форсунок,

[0067] один или более контактных роликов выполнены с возможностью позиционирования подложки для нанесения раствора форсунками осаждения и промывки,

[0068] по меньшей мере один из одного или более контактных роликов находится в непосредственной близости (например, на расстоянии менее 12, 10 или 5 дюймов) от области осаждения подложки,

[0069] по меньшей мере один из одного или более контактных роликов выполнен с возможностью контакта с подложкой и уменьшения толщины или изменения толщины осадительного раствора или промывочного раствора на поверхности,

[0070] данный способ дополнительно включает в себя механизм для удаления материала с контактного ролика (например, скребок или ракельный нож),

[0071] по меньшей мере один из этих одного или более контактных роликов имеет чистоту обработки поверхности с шероховатостью поверхности RA (среднее арифметическое) менее 32 микродюймов (или, в вариантах осуществления, менее 12, 6 или 2 микродюйма),

[0072] устройство удаления раствора включает в себя один из одного или более контактных роликов,

[0073] данный способ дополнительно включает в себя систему сбора, установленную для сбора жидких отходов (которые могут быть ненужным осадительным раствором, промывочным раствором или и тем, и другим), удаленных с подложки,

[0074] толщина слоя жидкости выбирается из толщины слоя осаждения и толщины остаточного промывочного слоя или их сочетания,

[0075] первые и вторые форсунки осаждения выполнены с возможностью осаждения первого и второго осадительного раствора с расходом, соответствующим менее чем десяти (или, в вариантах осуществления, менее 1, 0,1, 0,01) галлонам на квадратный метр подложки в час,

[0076] устройство удаления раствора является вакуумным приспособлением и располагается в непосредственной близости (например, на расстоянии менее 15, 10, 5 мил или миллидюймов) по меньшей мере от одного из одного или более контактных роликов,

[0077] устройство удаления раствора выполнено с возможностью удаления с подложки конвекцией более 50% промывочного раствора, нанесенного множеством форсунок промывки,

[0078] данный способ дополнительно включает в себя систему вентиляции (например, вакуумную или систему для создания воздушного потока для удаления распыленных капелек, плюс вентиляционную коробку) выполненную с возможностью вентиляции по меньшей мере части атмосферы около форсунок,

[0079] система вентиляции выполнена с возможностью ограничения аэрозольного осадительного раствора на области осаждения,

[0080] множество первых форсунок осаждения и множество вторых форсунок осаждения являются одними и теми же форсунками,

[0081] множество первых форсунок осаждения отличается от множества вторых форсунок осаждения,

[0082] множество первых форсунок осаждения и множество вторых форсунок осаждения выполнены с возможностью перекрытия рисунков распыления в области осаждения подложки,

[0083] данный способ дополнительно включает в себя осциллятор, выполненный с возможностью колебания по меньшей мере участка из множества форсунок вокруг некоторой оси,

[0084] данный способ дополнительно включает в себя один или более контактных роликов, выполненных с возможностью контакта с неосаждаемой стороной подложки,

[0085] данный способ дополнительно включает в себя множество обрабатывающих форсунок для обработки остаточного промывочного слоя или слоя осаждения,

[0086] множество обрабатывающих форсунок выполнено с возможностью нанесения понижающего поверхностное натяжение материала (например, растворителя или поверхностно-активного вещества) на остаточный промывочный слой или на осадительный раствор,

[0087] данный способ дополнительно включает в себя устройство измерения коэффициента зеркального отражения, выполненное с возможностью измерения толщины остаточного промывочного слоя,

[0088] при этом система обработки подложки предусматривает перемещение жесткой подложки последовательно мимо по меньшей мере множества форсунок для нанесения осадительного раствора и по меньшей мере множества форсунок для нанесения промывочного раствора,

[0089] при этом подложка ориентирована вертикально,

[0090] при этом подложка ориентирована горизонтально,

[0091] при этом растворы находятся в контакте с нижней стороной горизонтально ориентированной подложки.

[0092] Изобретение дополнительно включает в себя модуль осаждения, включающий в себя вышеописанное устройство.

[0093] Изобретение дополнительно включает в себя систему, включающую в себя множество вышеописанных модулей осаждения.

[0094] В некоторых аспектах в настоящем документе затем обеспечивается способ образования покрытия. Этот способ включает в себя: (a) осаждение на поверхность послойным образом первого осадительного раствора и второго осадительного раствора с образованием двойного слоя, при этом первый осадительный раствор включает в себя наночастицы, имеющие первую связывающую группу, а второй осадительный раствор включает в себя полиэлектролит, имеющий вторую связывающую группу, и при этом первая связывающая группа и вторая связывающая группа образуют комплементарную связывающую пару; (b) нанесение промывочного раствора для удаления избытка наночастиц после осаждения первого осадительного раствора, и нанесение промывочного раствора для удаления избытка полиэлектролита после осаждения второго осадительного раствора; (c) повторение этапов (a) и (b) множество раз для образования множества двойных слоев, при этом температура покрытия поддерживается ниже верхнего предела температуры и выше нижнего предела температуры по меньшей мере вплоть до образования множества двойных слоев.

[0095] В другом аспекте раскрытие обеспечивает способ образования покрытия, включающий в себя: (a) образование первого двойного слоя путем нанесения распылением послойным образом пары материалов, имеющих комплементарные связывающие группы; (b) образование второго двойного слоя на первом двойном слое путем нанесения распылением послойным образом пары материалов, имеющих комплементарные связывающие группы, при этом температура первого двойного слоя поддерживается ниже температуры обжига первого двойного слоя до и во время образования второго двойного слоя.

[0096] В другом аспекте обеспечивается способ образования покрытия, включающий в себя: (a) осаждение на поверхность первого покрывающего раствора, включающего в себя наночастицы, растворитель и первую соль, и обеспечение достаточного времени для того, чтобы наночастицы сформировали плотную упаковку по меньшей мере на части поверхности; (b) нанесение промывочного раствора на слой, образованный на этапе (a); (c) удаление избытка промывочного раствора и растворителя; и (d) осаждение второго покрывающего раствора, включающего в себя полиэлектролит, растворитель и вторую соль, на плотную упаковку наночастиц для образования первого двойного слоя, при этом наночастицы включают в себя первую связывающую группу, а полиэлектролит включает в себя вторую связывающую группу, и при этом первая и вторая связывающие группы образуют комплементарную связывающую пару. В некоторых аспектах этот способ дополнительно включает в себя: (a) осаждение дополнительного первого покрывающего раствора на первый двойной слой с образованием плотноупакованной компоновки наночастиц на первом двойном слое; (b) осаждение дополнительного второго покрывающего раствора на плотную упаковку наночастиц, полученную на этапе (a), с образованием второго двойного слоя на первом двойном слое.

[0097] В еще одном аспекте раскрытие обеспечивает покрытие на поверхности, включающее в себя множество двойных слоев, при этом каждый двойной слой включает в себя наночастицы и полиэлектролит и ограничивается толщиной в диапазоне 65-87% или 68-82% от среднего диаметра наночастиц, присутствующих в двойном слое.

[0098] В еще одном аспекте раскрытие обеспечивает покрытие на поверхности, включающее в себя множество двойных слоев, при этом: покрытие является пористым; участок двойных слоев включает в себя плотноупакованный монослой наночастиц и полиэлектролит; и наночастицы включают в себя первую связывающую группу, а полиэлектролит включает в себя вторую связывающую группу, причем первая и вторая связывающие группы образуют комплементарную связывающую пару.

[0099] В еще одном аспекте раскрытие обеспечивает многослойную фотонную структуру, включающую в себя множество двойных слоев, при этом: (a) часть двойных слоев включает в себя полимер и плотноупакованный монослой наночастиц; (b) многослойная структура является пористой; и (c) двойные слои размещаются, чтобы создать эффекты оптической интерференции.

[00100] В еще одном аспекте раскрытие обеспечивает способ образования многослойной фотонной структуры, включающий в себя: (a) осаждение двойного слоя на поверхность, при этом двойной слой включает в себя полиэлектролит и монослой наночастиц; (b) повторение этапа (a) множество раз для образования множества двойных слоев, уложенных друг на друга на подложке, причем множество двойных слоев образует пористую многослойную пленку.

[00101] В еще одном аспекте раскрытие обеспечивает способ управления процессом послойного осаждения, включающий в себя: (a) нанесение первого осадительного раствора, включающего в себя первый осаждаемый материал и первый растворитель, с образованием слоя осаждения на поверхности; (c) обеспечение возможности образования слоя покрытия из первого осаждаемого материала на поверхности путем контактирования слоя осаждения с поверхностью в течение времени t_dep, причем концентрация первого осаждаемого материала в слое осаждения уменьшается по мере связывания первого осаждаемого материала на поверхности; (e) нанесение промывочного раствора на слой осаждения, причем промывочный раствор разбавляет слой осаждения с образованием остаточного промывочного слоя; (g) нанесение второго осадительного раствора, включающего в себя второй осаждаемый материал и второй растворитель, с образованием слоя осаждения на поверхности, причем второй растворитель необязательно является тем же самым, что и первый растворитель; (i) обеспечение возможности образования слоя покрытия из второго осаждаемого материала, связанного со слоем покрытия из первого осаждаемого материала, путем контактирования слоя осаждения с поверхностью в течение периода времени t_dep2, причем концентрация второго осаждаемого материала в слое осаждения уменьшается по мере того, как второй осаждаемый материал связывается с поверхностью; и (k) нанесение промывочного раствора на слой осаждения, причем промывочный раствор разбавляет слой осаждения с образованием остаточного промывочного слоя. После этапов (a) и (g) этот способ может необязательно дополнительно включать в себя один или оба из этапов (b) и (h), которые включают в себя сглаживание или распределение соответствующего слоя осаждения. После этапов (c) и (i) этот способ может необязательно дополнительно включать в себя один или оба из этапов (d) и (j), которые включают в себя уменьшение толщины соответствующего слоя осаждения. После этапов (e) и (j) этот способ может необязательно дополнительно включать в себя один или оба из этапов (f) и (l), которые включают в себя уменьшение толщины соответствующего остаточного промывочного слоя. Данный способ может дополнительно необязательно включать в себя повторение этапов (a)-(l) один или более раз для образования мультидвухслойной структуры. Данный способ может дополнительно необязательно включать в себя дополнительные повторения этапов (e-f) и (k-l) по мере необходимости. Например, в двухступенчатой схеме промывки этапы (e) и (f) могут быть повторены дважды перед продвижением к этапу (g).

[00102] В еще одном аспекте раскрытие обеспечивает способ образования многослойной пленки, включающий в себя: (a) нанесение первого осадительного раствора на подложку с образованием первого слоя осаждения, причем первый слой осаждения включает в себя растворитель и первый осаждаемый материал; (c) нанесение промывочного раствора на первый слой осаждения с образованием первого остаточного промывочного слоя; (e) нанесение второго осадительного раствора с образованием второго слоя осаждения, причем второй слой осаждения включает в себя растворитель и второй осаждаемый материал; и (g) нанесение промывочного раствора на второй слой осаждения с образованием второго остаточного промывочного слоя; причем первый и второй осаждаемый материал имеют комплементарные связывающие блоки. Данный способ может дополнительно необязательно включать в себя этап (b) после этапа (a), включающий в себя уменьшение среднего времени диффузии первого осаждаемогоматериала в первом слое осаждения. Данный способ может дополнительно необязательно включать в себя этап (d) после этапа (c), включающий в себя уменьшение толщины первого остаточного промывочного слоя при условии, что выполняется по меньшей мере один из этапов (b) и (d). Данный способ может дополнительно необязательно включать в себя этап (f) после этапа (e), включающий в себя уменьшение среднего времени диффузии второго осаждаемого материала во втором слое осаждения. Данный способ может дополнительно необязательно включать в себя этап (h) после этапа (g), включающий в себя уменьшение толщины второго остаточного промывочного слоя при условии, что выполняется по меньшей мере один из этапов (f) и (h).

[00103] В еще одном аспекте раскрытие обеспечивает устройство для образования покрытия на подложке, включающее в себя: множество форсунок осаждения для распылительного нанесения первого осадительного раствора; множество форсунок осаждения для распылительного нанесения второго осадительного раствора; множество форсунок для распылительного нанесения промывочного раствора; средство манипулирования подложкой; и средство для уменьшения толщины слоя осаждения и/или толщины остаточного промывочного слоя. Данное устройство может дополнительно включать в себя один или более из следующих необязательных компонентов: средство для вентиляции устройства; один или более контактных роликов, выполненных с возможностью контактирования со стороной осаждения подложки; средство для удаления или рециркуляции жидких отходов; средство применения вакуума для удаления избыточного раствора; и множество форсунок для обработки остаточной промывочной жидкости или осадительного раствора.

[00104] В еще одном аспекте раскрытие обеспечивает способ осаждения с быстрым и высокоэффективным процессом переноса для образования половины двойного слоя, включающим в себя желаемую двумерную концентрацию осаждаемого материала на поверхности (C_S), причем толщина половины двойного слоя меньше или равна толщине монослоя осаждаемого материала, при этом этот способ включает в себя: (a) нанесение осадительного раствора на поверхность с образованием слоя осаждения, непосредственно или опосредованно расположенного на поверхности, а также необязательное утончение слоя осаждения, при этом: слой осаждения имеет толщину d_dep; осадительный раствор включает в себя растворитель и осаждаемый материал, причем концентрация осаждаемого материала в слое осаждения составляет C_B; осаждаемый материал имеет коэффициент D диффузии в слое осаждения; а eff является эффективностью переноса осаждаемого материала, которая представляет собой положительное число менее 1,0 и более 0,03; и (b) обеспечение прохождения периода времени t_dep такого, что значение t_dep больше или равно (C_S²/[C_B²×D]). Данный способ может дополнительно включать в себя: (c) нанесение промывочного раствора на слой осаждения с образованием остаточного промывочного слоя, и обеспечение диффундирования несвязанного первого осаждаемого материала от поверхности в течение периода времени t_rinse, причем концентрация несвязанного первого осаждаемого материала около поверхности уменьшается; и d) уменьшение толщины остаточного промывочного слоя. Данный способ может дополнительно включать в себя: повторение этапов (a)-(d), использующих комплементарный осадительный раствор (со своими собственными значениями C_S, C_B, eff, D и t_dep), с образованием комплементарной половины двойного слоя, результатом чего будет двойной слой. Данный способ может дополнительно включать в себя повторение многочисленных комплементарных двойных слоев с образованием пленки.

[00105] Эти и другие аспекты будут очевидны из обеспеченного ниже в настоящем документе раскрытия, включающего в себя примеры, формулу изобретения и чертежи.

[00106] Фиг. 1a является схематическим представлением двух смежных плотноупакованных монослоев.

[00107] Фиг. 1b является схематическим представлением двух смежных монослоев наночастиц, при этом монослои не являются плотноупакованными, а межцентровое расстояние между соседними наночастицами внутри слоя больше, чем диаметр отдельной частицы.

[00108] Фиг. 1c является схематическим представлением описанных в настоящем документе покрытий. Показана область границы раздела, которая представляет собой связь между плотностью упаковки наночастиц и толщиной области границы раздела.

[00109] Фиг. 1d является схематическим представлением монослоя, указывающим отклонение от плоского двумерного слоя.

[00110] Фиг. 2a является схематическим представлением пары смежных монослоев наночастиц со слоем полиэлектролита, расположенного между ними.

[00111] Фиг. 2b является двумя схематическими представлениями границы раздела между наночастицами из двух различных материалов (при этом различные материалы обозначены наличием и отсутствием штриховки). На верхнем изображении в покрытии используются однородные наночастицы. На нижнем изображении для приготовления покрытия используются наночастицы двух различных диаметров.

[00112] Фиг. 3 является схематической моделью процесса послойного осаждения.

[00113] Фиг. 4 является схематическим представлением модуля осаждения двойного слоя.

[00114] Фиг. 5 является схематическим представлением системы, включающей в себя мн