KR100473791B1

KR100473791B1 - 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁과 그 제조 장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR100473791B1
Application number: KR10-2002-0052591A
Authority: KR
Inventors: 박병천; 정기영; 송원영; 오범환; 엄태봉
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2005-03-08
Also published as: KR20040021135A

Abstract

본 발명은 주사형 전자현미경 (scanning electron microscope; SEM) 나노니들 조작기 (nanoneedle manipulator)를 이용하여, 모체 팁의 형상에 상관없이, 상기 모체 팁에 고정되는 탄소나노튜브(canbon nanotube) 또는 나노와이어 (nanowire)와 같은 나노니들(nanoneedle) 의 방향 및 상기 모체 팁의 끝으로부터 도출되는 나노니들의 길이가 조절된, 주사형 탐침 현미경(scanning probe microscope; SPM)용 나노니들팁(nanoneedle tip)과 그 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치는, 모체 팁을 고정하고 자유도가 상대적으로 큰 모체 팁 스테이지와, 그 모체 팁에 부착될 나노니들을 고정하고, 자유도가 상대적으로 큰 나노니들 스테이지를 포함하고, 상기 스테이지들 및 상기 스테이지들을 구성하는 복수개의 요소들이 수동적으로 수평, 수직 및 회전되면서 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁을 제조하는 데에 특징이 있다.

Description

주사형 탐침 현미경용 나노니들팁과 그 제조 장치 및 제조 방법{NANONEEDL TIP FOR SCANNING PROBE MICROSCOPE, APPARATUS AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 시료의 표면을 주사하는 주사형 탐침 현미경(scanning probe microscope; SPM)용 팁 기술에 관한 것으로서, 특히 주사형 전자현미경 (scanning electron microscope; SEM) 조작기 (manipulator)를 이용하여, 모체 팁의 형상에 상관없이, 상기 모체 팁에 고정되는 탄소나노튜브 또는 나노와이어와 같은 나노니들 (nanoneedle)의 방향 및 상기 모체 팁의 끝으로부터 도출되는 나노니들의 길이가 조절된 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁과 그 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

최근들어, 나노기술분야에서 이용되는 재료 중에서, 탄소나노튜브는 그 직경이 수-수십 nm이고 길이는 수 ~ 수십 ㎛에 이르는 튜브형태의 순수한 탄소 화합물로서, 구조에 따라 반도체 혹은 금속 특성을 나타내고, 전기전도도가 매우 높고, 열전도도가 높아 열 방출이 용이하며, 고온에서도 잘 견딘다. 또한, 강철 보다 100배 이상 강할 뿐만 아니라 탄성을 가지고 있고, 매우 가벼우며, 다른 화합물과 반응을 잘 하지 않는 매우 안정적인 특성을 갖는다.

상기와 같은 특성을 갖는 탄소나노튜브는, 그 직경이 나노미터 단위이고 그 끝이 날카롭기 때문에, 주사형 터널현미경 (scanning tunneling microscope;STM)이나 원자간력 현미경(atomic force microscope; AFM)과 같은 주사형 탐침 현미경(scanning probe micoroscope; SPM)의 팁에 부착되어, 전도성 또는 절연성 물체 또는 생물체와 같은 시료의 표면을 측정하는데 이용된다.

상기와 같은 시료의 표면을 측정하는 주사형 탐침 현미경용 탄소나노튜브 팁은, 실리콘과 재질의 모체 팁에 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브 다발을 접착되어 제조된다.

탄소나노튜브 팁을 제조하는 방법은, 잘 알려진 방법대로, 아크릴 접착제, 전기적으로 유도된 인력과 아크 또는 레이저 등을 이용하여 모체 팁에 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브 다발을 부착한다.

한국특허번호 제 2001-32339호 (발명의 명칭: 전자장치의 표면신호조작용 프로우브 및 그 제조방법)에는 탄소나노튜브팁과 그 제조방법이 상세히 기재되어 있다. 상기 특허에 기재된 프로우브 (또는 탄소나노튜브 팁)를 제조하는 방법을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

도 1(a) ~ 도 1(b)는 종래 기술에 따른 피라미드형 탄소나노튜브 팁을 제조하는 과정을 설명하기 위한 구성도이다.

먼저, 도 1(a)에 나타낸 것과 같이, 캔틸레버(1)의 끝에 부착된 모체 팁(2)과, 그 끝에 부착될 탄소나노튜브(3)를 마련한다. 여기서, 상기 캔틸레버(1)는 주사형 탐침 현미경에서 일반적으로 쓰이는 기구이고, 상기 모체 팁(2)은 평면의 옆면(2-1)을 갖는 피라미드 형상으로서 실리콘으로 만들어진다.

한편, 상기 탄소나노튜브(3)는, 앞서 설명한 것과 같은 방식으로, 나이프(knife)와 같은 몸체(4)에 형성된다.

주사형 전자현미경(SEM) 내에서 상기 캔틸레버(1)의 모체 팁(2)에 상기 탄소나노튜브(3)를 부착하기 위하여, 상기 캔틸레버(1)와 상기 몸체(4)를 이동시켜 상기 모체 팁(2)과 상기 탄소나노튜브(3)를 근접시킨다. 그 다음에, 도 1(b)에 나타낸 것과 같이, 상기 캔틸레버(1)와 상기 몸체(4)에 전원(5)을 걸어주면, 도 1(c)에 나타낸 것과 같이, 상기 탄소나노튜브(3)는 상기 모체 팁(2)의 평면 (2-1)에 접촉된다. 그 다음에, 도 1(d)에 나타낸 것과 같이, 상기 탄소나노튜브(3)와 상기 모체 팁(2)이 접촉하는 부위에 코팅막(6)를 형성함으로써, 탄소나토튜브 팁이 만들어 진다.

그러나, 상기 탄소나노튜브 제조방법은, 탄소나노튜브와 모체 팁의 최종 접촉시 전기적 방법을 사용하기 때문에, 탄소나노튜브의 방향과 길이를 조절하는데 한계가 있다. 또한, 탄소나노튜브(3)가 소정의 평평한 옆면(2-1)을 갖는 모체 팁(2)과 결합시켜야 하기 때문에, 모체 팁(2)을 이용하는 데에 제한이 있다. 즉, 그러한 평면이 없거나, 공간상의 다른 평면상에 상기 탄소나노튜브를 위치시키고자 할 때, 탄소나노튜브의 방향과 그 길이를 정확하게 조절하기가 어려울 뿐만 아니라 제조하는 데에 많은 시간이 걸리고, 그에 따라 제조 수율이 낮은 문제점을 가지고 있다.

한편, 상기 종래 기술에 따른 탄소나노튜브 제조방법은 주사형 전자현미경(SEM) 내부에 있는 기체가 제조되는 탄소나노튜브 팁을 전체적으로 오염시키기 때문에, 오염물이 두껍게 증착된 탄소나노튜브 팁을 제조한다. 그에 따라, 상기 제조된 탄소나노튜브 팁은 탄소나노튜브 본래의 탄력성 및 장점을 잃어 버릴 수 있다.

또한, 상기 종래 기술에 따른 탄소나노튜브 제조방법은, 나노와이어 (nanowire)를 이용하여 주사형 탐침용 현미경용 팁을 제조할 수 있는지 증명되지 않았다.

본발명의 주목적은, 모체 팁의 모양에 상관없이, 상기 모체 팁에 고정되는 나노니들의 방향 및 상기 모체 팁의 끝으로부터 도출되는 나노니들의 길이를 더 정확하게 조절하여 제작된 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁과 그 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

본발명의 다른 목적은, 주사형 전자현미경 (scanning electron microscope; SEM) 조작기 (manipulator)를 이용하여, 모체 팁의 형상에 상관없이, 필요에 따라서 상기 모체 팁에 매개체를 형성하고, 상기 매개체에 나노니들의 방향 및 상기 매개체의 끝으로부터 도출되는 나노니들의 길이가 조절되면서 부착된 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁과 그 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

본발명의 또 다른 목적은, 주사형 전자현미경 (scanning electron microscope; SEM) 조작기 (manipulator)를 이용하여, 원뿔 형상의 모체팁에 매개체를 형성하고, 상기 원뿔 형상의 모체팁과 나노니들을 상대적으로 이동 또는 3차원적으로 회전시키면서, 상기 나노니들이 상기 매개체에 결합하는 방향 및 상기 매개체의 끝으로부터 돌출되는 길이가 조절되면서 부착된 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁과 그 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

이를 위하여 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁은, 나노니들과, 모체 팁과, 상기 모체 팁의 끝에 형성되어, 상기 나노니들이 결합되는 방향과, 상기 모체 팁의 끝으로부터 상기 나노니들이 돌출되는 길이가 조절되어, 상기 모체 팁에 상기 나노니들을 고정하는 매개체를 포함하여 실시함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 나노니들팁을 제조장치는, 소정의 바닥판과, 상기 바닥판 위에 설치되고, 모체 팁을 고정하며, 상기 바닥판의 면과 나란한 수평방향으로 상기 모체 팁을 이동시키고, 상기 바닥판으로부터 수직방향으로 상기 모체 팁을 이동시키며, 상기 수평방향으로 상기 모체 팁을 회전시키는 모체 팁 스테이지와, 상기 바닥판 위에서 상기 모체팁 스테이지와 소정의 거리를 두고 설치되고, 나노니들을 고정하며, 상기 모체 팁에 대하여, 접근하고 멀어지는 제 1수평방향으로 상기 나노니들을 이동시키고, 상기 제 1수평방향에 직교하는 제 2수평방향으로 상기 나노니들을 이동시키며, 상기 바닥판으로부터 수직방향으로 상기 나노니들을 이동시키며, 상기 모체 팁의 회전축에 대하여, 상기 나노니들을 회전시키는 나노니들 팁 스테이지를 포함하여 실시함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 나노니들 제조 방법은, 제 1요소에 나노니들을 부착하는 단계와, 제 2요소에 모체 팁을 부착하는 단계와, 상기 제 1요소 또는 제 2요소에 대하여, 상대적으로 상기 제 2요소 또는 제 1요소를 수평 또는 수직 방향으로 수동적으로 대충 이동 및/또는 수평방향에 대하여 수동적으로 대충 회전시켜 상기 모체 팁에 상기 나노니들을 대충 접근시키는 단계와, 상기 제 1요소 또는 제 2요소에 대하여, 상대적으로 상기 제 2요소 또는 제 1요소를 수평 또는 수직방향으로 수동적으로 세밀하게 이동 및/또는 수평방향에 대하여 수동적으로 세밀하게 회전시켜, 상기 모체 팁에 상기 나노니들을 세밀하게 접촉시키는 단계와, 상기 상기 모체 팁과 상기 나노니들이 접촉된 부위에 오염물을 형성하여, 상기 모체 팁에 상기 나노니드를 고정하는 단계와, 상기 모체팁의 끝으로부터 상기 나노니들의 방향과 유효돌출길이를 조절하는 단계를 포함하여 실시함으로써 달성된다.

도 2는 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁을 만들기 위한 나노니들 조작기(nanoneedle manipulator)의 제 1실시예로서, 상기 나노니들 조작기(100)는 소정의 바닥판(110)과, 상기 바닥판(110) 위에 설치된 모체 팁 스테이지(120)와, 상기 바닥판(110) 위에서 상기 모체팁 스테이지(120)에 대응하여 설치되는 나노니들팁 스테이지 (130)를 포함한다.

도면에 나타낸 것과 같이, 직각좌표계 (x,y,z)를 기준으로, 상기 모체 팁 스테이지(120)와 상기 나노니들 스테이지(130) 사이의 설치 위치 관계와, 각 스테이지를 구성하는 요소들의 연결관계를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 모체 팁 스테이지(120)는, 상기 바닥판(110)에 대하여 y축 방향으로 움직이는 제 1 모체 팁 스테이지 요소(10) (다음부터 상기 모체 팁 스테이지 요소는 '모요소'로 부르기로 함)와, 상기 제 1모요소 (10) 위에서 x 축방향으로 움직이는 제 2모요소 (11)와, 상기 제 2모요소 (11) 위에서 z축 방향으로 움직이는 제 3모요소 (12)와, 상기 제 3모요소 (12) 위에서 x축 방향으로 미세하게 움직이는 제 4모요소 (13)와, 상기 제 4모요소 (13) 위에서 x-y평면에 대하여 회전하는 제 5모요소 (14)를 포함한다. 상기 제 5모요소 (14)는 그 한쪽 옆면에 모체 팁 고정부(20)가 설치된다.

여기서, 상기 모체 팁 고정부(20)는, 도 3에 나타낸 것과 같이, 소정의 캔틸레버(21)와, 그 끝에 부착된, 원뿔과 같은 형상의 모체 팁(22)을 포함한다.

상기 나노니들 팁 스테이지(130)는, 상기 바닥판(110)에 대하여 z 축방향으로 움직이는 제 1나노니들 팁 스테이지 요소(30) (다음부터 상기 나노니들 팁 스테이지 요소는 '나요소'로 줄여서 부르기로 함)와, 상기 제 1나요소(30) 위에서 x축방향으로 움직이는 제 2나요소(31)과, 상기 제 2나요소(31) 위에서 y축방향으로 미세하게 움직이는 제 3나요소(32)와, 상기 제 3나요소(32) 위에서 x-y 평면에 대하여 회전하는 제 4나요소(33)를 포함한다. 상기 제 4나요소(33)는, 상기 제 5모요소(14)의 옆면에 설치된 상기 모체 팁 고정부(20)를 마주보도록, 그 옆면에 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브 다발이 부착된 나노니들 고정부(40)가 설치된다.

여기서, 상기 나노니들 고정부(40)는, 도 4에 나타낸 것과 같이, 탄소나노튜브(42) 또는 탄소나노튜브 다발(42-1)이 부착된 접착 테이프와 같은 몸체를 포함한다.

상기와 같이 구성된 모체 팁 스테이지(120)와 나노니들 스테이지(130)는, 각각 5개와 4개의 자유도를 갖기 때문에, 상기 모체 팁 및/또는 상기 나노니들을 상대적으로 이동 및/또는 회전시켜, 상기 모체 팁에 상기 탄소나노튜브를 정밀하게 결합시킨다.

상기와 같이 구성된, 비교적 많은 자유도를 갖는 주사형 전자현미경(SEM) 나노니들 조작기를 이용하여 탄소나노튜브 팁을 만드는 과정을, 도면과 함께, 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5(a) ~ 도 5(d)는 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 탄소나노튜브 팁 제조과정을 설명하기 위한 구성도이다.

먼저, 상기 나노니들 스테이지(130)의 제 4나요소(33)의 옆면에, 도 4에 나타낸 것과 같이, 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브 다발이 부착된 나노니들 고정부(40)를 부착한다. 또한, 상기 모체 팁 스테이지(120)의 제 5모요소(14) 옆면에, 도 3에 나타낸 것과 같이, 상기 모체 팁 고정부(20)를 부착한다. 여기서, 상기 모체 팁(22)의 형상은, 도 5(a)에 나타낸 것과 같이, 그 끝이 원뿔이다. 곧, 상기 원뿔 형상의 모체 팁은 그 옆면에 면이 형성되어 있지 않기 때문에, 탄소나노튜브는 상기 원뿔 형상의 모체 팁과 일정한 방향으로 결합되지 않는다. 따라서, 탄소나노튜브가 모체 팁과 결합될 때 그 결합되는 방향에 구속을 주기 위하여, 도 5(b)에 나타낸 것과 같이, 상기 원뿔 모체 팁의 끝에 매개체(23)를 형성시킬 위치에 접속된 전자빔을 조사한다. 매개체(23)는 집속된 전자빔의 조사면적과 조사시간에 따라 그 크기를 달리한다. 여기서, 상기 모체 팁의 끝에 형성되는 매개체(23)는 그 끝에 상기 탄소나노튜브(42)가 일정한 방향으로 결합될 수 있도록 소정의 평면을 갖도록 형성된다. 상기와 같이 매개체의 형상은, 전자빔이 상기 모체 팁 스테이지(120)의 요소들을 이동 및/또는 회전된 상태에서 상기 원뿔 모체 팁(22)의 끝을 오염시킴으로써, 형성된다.

그 다음에, 상기 나노니들 스테이지(130)의 구성 요소들과 상기 모체 팁 스테이지(120)의 구성 요소들은 정밀하고 섬세하게 조절되어, 도 5(c)에 나타낸 것과 같이, 상기 제 5모요소(14)에 설치된 상기 모체 팁의 매개체(23)와 상기 제 5나요소(23)에 설치된 나노니들 고정부의 상기 탄소나노튜브가 접촉된다. 여기서, 상기 모체 팁은 제 5모요소(14)에 의하여 x방향을 축으로 360도 회전할 수 있기 때문에, 탄소나노튜브 팁이 제조되는 과정에서, 사용자는 탄소나노튜브 팁의 옆방향과 뒤방향을 관찰하면서, 상기 탄소나노튜브가 상기 모체 팁(22)의 매개체(23)에 접촉되는 방향과 그 매개체로부터 돌출되는 길이를 정확하게 조절한다. 상기와 같이 탄소나노튜브와 매개체가 접촉된 상태에서, 도 5(d)에 나타낸 것과 같이, 전자빔이 상기 탄소나노튜브와 상기 매개체가 접촉한 부위에 조사되어 오염물(24)을 형성함으로써 탄소나노튜브 팁이 제작된다.

상기 탄소나노튜브 팁 제조방법에서, 모체팁에 부착되는 탄소나노튜브의 방향이 조절되는 과정을, 도 6(a)와 도 6(b)에 나타낸 것과 같이, 상기 매개체가 형성되지 않고 소정의 평면을 가지고 있지 않은 모체팁에 탄소나노튜브가 부착되는, 일반적인 경우를 통하여, 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 6(a)와 도 6(b)는 모체팁에 부착된 탄소나노튜브의 방향을 조절하는 과정을 설명하기 위한 모체팁의 평면도이다.

먼저, 앞서 설명한 것과 같이, 탄소나노튜브가 상기 매개체에 접촉되는 과정과 마찬가지로, 탄소나노튜브(42-1)는 모체팁(22-1)에 접촉된다. 여기서, 상기 모체팁(22-1)의 끝으로부터 돌출되는 탄소나나튜브(42-1)의 방향은, 상기 모체팁(22-1)이 소정의 평면을 가지고 있지 않을 뿐만 아니라 상기 매개체와 같은 물체가 형성되어 있지 않기 때문에, 임의의 곳을 가리키기 마련이다.

그러나, 상기 모체팁의 끝으로부터 돌출된 탄소나노튜브(42-1)가 그 지시방향에 상관없이, 도 6(a)에 나타낸 것과 같이, 전자빔이 상기 탄소나노튜브(42-1)의 몸체와 상기 모체팁(22-1)이 접촉한 부위에 오염물(24-1)을 형성한다. 그러면, 상기 탄소나노튜브(42-1)는 상기 모체팁(22-1)에 임의의 방향을 가리키는 상태로 1차 고정된다.

상기 탄소나노튜브가, 상기 1차 고정된 상태에서 가리키는 임의의 방향으로부터, 이용자가 원하는 또는 미리 결정된 최종 방향을 가리키게 하기 위하여, 상기 모체팁 스테이지(120)를 구성하는 모요소들이 조절되고, 전자빔이 상기 모체팁에 부착된 탄소나노튜브의 소정 부위에 주사된다. 그러면, 전자빔이 주사되는 부위에는 오염물이 형성되고, 그 오염물이 형성되는 위치에 따라, 도 6(b)에 나타낸 것과 같이, 상기 모체팁 끝으로부터 돌출된 탄소나노튜브의 끝이 가리키는 방향이 조절된다.

따라서, 탄소나노튜브가, 모체팁위에서, 초기 방향으로부터 최종 방향을 가리킬 때까지, 상기 모요소들은 이동 및/또는 회전되는 과정과 그 상태에서 전자빔이 주사되는 과정이 반복적으로 수행됨으로써, 모체 팁으로부터 상기 탄소나노튜브의 돌출길이가 조절되고 최종방향을 정확하게 가리키는 탄소나노튜브 팁이 제조된다.

상기와 같이 제작된 탄소나노튜브 팁이 시료의 표면을 측정할 때 휘어지지 않도록 하기 위하여, 상기 탄소나노튜브 팁에서 모체 팁 또는 매개체 쪽의 탄소나노튜브 부분에 전자빔을 더 조사하여 나노튜브를 굵게 만들 수도 있다.

한편, 상기와 같은 과정에 의하여 제조되는 탄소나노튜브 팁은 원하지 않은 부분에 오염될 수 있다. 이 때는 필요에 따라 산화 또는 애싱(ashing) 과정이 더 수행됨으로써, 상기 탄소나노튜브 팁에 부착된 오염물이 깨끗하게 제거될 수 있다.

도 7(a)와 도 7(b)는 주사형 전자현미경에서 찍힌 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 탄소나노튜브 팁의 영상이다.

한편, 상기 제 1실시예로부터, 더 큰 자유도를 갖는 나노니들 조작기를 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

도 8(a)는 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁을 만들기 위한 나노니들 조작기의 제 2실시예이고, 도 8(b)는 도 8(a)의 옆면도이다.

도면에 표시된 것과 같이, 자유도가 상대적으로 큰 나노니들 조작기는, 나노니들 조작기 본체(100-1)와, 미리 결정된 축에 대하여, 상기 나노니들 조작기 본체(100-1)를 그네 운동(swing)시킬 수 있는 틀(200)을 포함한다.

상기 나노니들 조작기 본체(100-1)는, 도 2에 나타낸 제 1실시예의 나노니들 조작기(100)와, 상기 나노니들 조작기(100)의 바닥판(110)의 양쪽에 세워진 제 1지지대 (111) 및 제 2지지대(113)와, 상기 바닥판(110)이 연결되는 상기 제 2지지대(113)의 다른 쪽 끝에 부착되는 무게추(114)와, 상기 바닥판(110)의 밑면에 부착된 동력 생성부(140)와, 상기 동력생성부(140)로부터 생성된 동력을 외부로 전달하기 위한 축대(141)과, 상기 축 끝에 부착된 제1 톱니바퀴(150)를 포함한다.

여기서, 상기 제 1톱니바퀴(150)는 미리 결정된 직경과 그 원주를 따라 미리 결정된 피치를 갖는 톱니들이 형성되어 있다. 또한, 상기 무게추 (114)의 무게는, 자신의 무게를 뺀 상기 나노니들 조작기 본체 (100-1)의 무게와 거의 비슷하다.

상기 틀(200)은, 제 1축핀(112)에 의하여 상기 제 1지지대(111)의 끝과 연결되는 제 1틀기둥(220)과, 제 2축핀(115)에 의하여, 상기 무게추(114)가 인접하는 상기 제 2지지대(113)의 끝과 연결되는 제 2틀기둥(230)과, 상기 제 1틀기둥(220)과 상기 제 2틀기둥(230)가 세워지는 틀바닥판(210)과, 상기 나노니들 조작기 본체(100-1)을 향하는 상기 제 2틀기둥(230)의 안쪽에 부착되고 상기 톱니바퀴(150)와 맞물리는 제 2톱니바퀴(240)를 포함한다.

여기서, 상기 제 2톱니바퀴(240)의 톱니의 크기는, 그 회전비가 상기 제 1톱니바퀴(150)의 회전비와 같도록, 상기 제 1톱니바퀴(150)의 톱니의 크기와 같도록 형성된다. 또한, 상기 제 2톱니바퀴(240)는, 그 지름이 상기 제 1톱니바퀴(150)의 지름보다 상대적으로 크고, 상기 나노니들 조작기 본체가 그네 운동하여 회전될 각도를 감안하여, 그 원주에 임의의 개수(예를 들어, 반원)의 톱니들이 형성된다.

상기와 같이 구성되는 나노니들 조작기의 제 2실시예에 의하여 탄소나노튜브 팁을 제조하는 방법은, 상기 제 1실시예에 의하여 탄소나노튜브를 제조하는 방법에, x축에 대하여 상기 나노니들 조작기 본체(100-1)을 회전시키는 단계를 더 포함한다. 곧, 상기 나노니들 조작기의 제 2실시예는 제 1실시예의 자유도보다 1개 더 많은 자유도를 갖는다.

따라서, 본 발명에 따른 탄소 나노니들 조작기의 제 2실시예는, 상대적으로 더 큰 자유도를 갖기 때문에, 모체 팁에 탄소나노튜브 또는 나노와이어와 같은 나노니들을 더 정확하게 부착할 수 있다.한편, 본 발명은 외부로부터 전자현미경 내부로 매개체(23)와 코팅막을 만들기 위한 기체를 주입하는 위치에 소정의 직경을 갖는 기체관이 배치될 수 있다.

지금까지 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조 장치는, 모체 팁의 끝에 매개체를 형성하여 탄소나노튜브 팁을 제조하는 예를 설명하였지만, 그 자유도가 상대적으로 크기 때문에, 상기 모체 팁에 매개체를 형성하지 않고 모체 팁의 형상 (평면을 가지고 있지 않은 상태)에 상관없이 그 모체 팁의 끝에 탄소나노튜브를 정확하게 부착하여 탄소나노튜브 팁을 제조할 수 있고, 그에 따라 높은 제조수율을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 나노니들팁 제조 장치는 원뿔 형상의 모체 팁에 탄소나노튜브를 부착하는 예를 실시하였지만, 상기 원뿔 이외의 형상을 갖는 모체 팁에 탄소나노튜브를 부착하여 탄소나튜브 팁을 제작할 수 있다.

본 발명에 따른 나노니들팁 제조장치는, 실리콘 재질의 모체 팁에 탄소나노튜브를 부착하는 예를 실시하였지만, 모체 팁의 재질에 상관없이 주사형 탐침 현미경용 팁을 제작하는 데에 모두 적용된다.

본 발명에 따른 나노니들팁 제조장치는, 전자빔이 모체팁과 탄소나노튜브의 접촉부위에 주사됨에 따라, 그 부위에 주사형 탐침 현미경 내에 있는 기체로부터 오염물을 형성하는 예를 실시하였지만, 가스관을 통하여 상기 전자빔 주변에 특정 기체를 흘려줌으로써 상기 흘려준 기체로부터 오염물을 형성할 수도 있다.

한편, 지금까지 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조 장치 및 그 제조 방법은, 모체 팁에 탄소나노튜브를 부착하여 탄소나노튜브 팁을 제조하는 예를 실시하였지만, 상기 탄소나노튜브 대신에, 그 내부가 채워져 있고 탄소나노튜브의 크기와 같은 3차원을 갖는 나노와이어를 이용하여 주사형 탐치 현미경용 나노니들팁을 제조할 수도 있다.

지금까지 설명한 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치와 그 제조방법 방법은, 자유도가 상대적으로 큰 나노 조작기 (nano-manipulator)를 이용하여, 모체 팁의 형상에 상관없이, 필요에 따라 상기 모체 팁에 매개체를 형성하고, 상기 모체 팁 또는 상기 매개체에, 탄소나노튜브와 나노와이어와 같은 나노니들의 방향 및 상기 모테 팁 또는 상기 매개체의 끝으로부터 도출되는 나노니들의 길이를 조절하여 고정함으로써, 나노니들팁을 제조할 수 있고, 그에 따라 나노니들팁의 성능과 그 제조 수율을 높일 수 있다.

도 1(a) ~ 도 1(d)는 종래 기술에 따른 피라미드형 탄소나노튜브 팁을 만드는 과정을 설명하기 위한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁을 만들기 위한 나노니들 조작기의 제 1실시예이다.

도 3은 원뿔 모체 팁이 부착된 캔틸레버를 나타낸 구성도이다.

도 4는 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브 다발이 부착된 소정의 몸체를 나타낸 구성도이다.

도 5(a) ~ 도 5(d)는 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 탄소나노튜브 팁을 만드는 과정을 설명하기 위한 구성도이다.

도 7(a)와 도 7(b)는 주사형 전자현미경에 의하여 찍힌 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 탄소나노튜브팁의 영상이다.

도 8(a)는 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁을 만들기 위한 나노니들 조작기의 제 2실시예이다.

도 8(b)는 도 8(a)의 옆면도이다.

*** 도면의 주요 부호에 대한 설명 ***

1, 21: 캔틸레버 2: 모체 팁

2-1: 평면 3, 42: 탄소나노튜브

4: 나이프 5: 전원

6: 코팅막

10: 제 1모체 팁 스테이지 요소 (제 1모요소)

11: 제 2모체 팁 스테이지 요소 (제 2 모요소)

12: 제 3모체 팁 스테이지 요소 (제 3 모요소)

13: 제 4모체 팁 스테이지 요소 (제 4 모요소)

14: 제 5모체 팁 스테이지 요소 (제 5 모요소)

20: 모체 팁 고정부 22: 원뿔 모체 팁

23: 매개체 24, 24-1, 24-2: 기체 오염물

30: 제 1나노니들 팁 스테이지 요소 (제 1나요소)

31: 제 2나노니들 팁 스테이지 요소 (제 2나요소)

32: 제 3 나노니들 팁 스테이지 요소 (제 3나요소)

33: 제 4 나노니들 팁 스테이지 요소 (제 4나요소)

40: 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브 다발이 부착된 나노니들 고정부

41: 몸체 42-1:탄소나노튜브 다발

100: 나노니들 조작기 100-1: 나노니들 조작기 본체

110: 바닥판 111, 113: 지지대

112, 115: 축핀 114: 무게추

120: 모체 팁 스테이지 130: 나노니들 스테이지

150: 제 1톱니바퀴 140: 동력생성부

141: 축대 200: 틀

210: 틀바닥판 220, 230: 틀기둥

240: 제 2톱니바퀴

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
나노니들팁을 제조하는 장치에 있어서,

소정의 바닥판과,

상기 바닥판 위에 설치되고, 모체 팁을 고정하며, 상기 바닥판의 면과 나란한 수평방향으로 상기 모체 팁을 이동시키고, 상기 바닥판으로부터 수직방향으로 상기 모체 팁을 이동시키며, 상기 수평방향으로 상기 모체 팁을 회전시키는 모체 팁 스테이지와,

상기 바닥판 위에서 상기 모체팁 스테이지와 소정의 거리를 두고 설치되고, 나노니들을 고정하며, 상기 모체 팁에 대하여, 접근하고 멀어지는 제 1수평방향으로 상기 나노니들을 이동시키고, 상기 제 1수평방향에 직교하는 제 2수평방향으로 상기 나노니들을 이동시키며, 상기 바닥판으로부터 수직방향으로 상기 나노니들을 이동시키며, 상기 모체 팁의 회전축에 대하여, 상기 나노니들을 회전시키는 나노니들 팁 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치.
제 5항에 있어서,

상기 모체 팁 스테이지는

상기 바닥판에 설치되고, 상기 제 2수평방향과 나란하게 움직이는 제 1모요소와,

상기 제 1모요소와 연동되어 설치되고, 상기 제 1수평방향으로 움직이는 제 2모요소와,

상기 제 1모요소 또는 제 2모요소와 연동되어 설치되고, 상기 수직방향으로 움직이는 제 3모요소와,

상기 제 1모요소 또는 제 2모요소 또는 제 3모요소와 연동되어 설치되고, 상기 모체 팁을 고정하는, 제 2모요소와 동일한 방향으로 미세 움직임을 갖는 제 4모요소는 제 5모요소에 부착되고, 상기 제 1수평방향으로 상기 모체팁을 회전시키는 제 5모요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,

상기 나노니들 팁 스테이지는

상기 바닥판에 설치되고, 수직방향으로 움직이는 제 1나요소와,

상기 제 1나요소와 연동되어 설치되고, 상기 제 1수평방향으로 움직이는 제 2나요소와,

상기 제 1나요소 또는 제 2나요소와 연동되어 설치되고, 상기 제 2방향으로 움직이는 제 3나요소와,

상기 제 1나요소 또는 제 2나요소 또는 제 3나요소와 연동되어 설치되고, 상기 나노니들을 고정하며, 상기 제 5모요소의 회전축과 나란하게, 상기 나노니들 팁을 회전시키는 제 4나요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치.
제 6항에 있어서,

상기 제 1수평방향으로 움직이는 제 4모요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치.
제 5항에 있어서,

상기 바닥판과 연결되어, 상기 모체 팁의 회전축 또는 상기 나노니들 팁의 회전축에 대하여, 상기 바닥판을 그네 운동(swing)시키는 틀을 포함는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치.
제 9항에 있어서,

상기 바닥판은,

상기 틀과 그네 운동할 수 있도록, 상기 바닥판 양 쪽에 고정적으로 세워지는 지지대들과,

상기 바닥판의 밑면에 설치되고, 상기 틀에 대하여, 상기 바닥판의 그네 운동의 회전각을 정밀하게 조절하는 동력생성부와,

상기 어느 하나의 지지대의, 상기 바닥판의 맞은 편 끝에 부착되는 무게추를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 탄소나노튜브 팁 제조장치.
제 10항에 있어서,

상기 동력생성부는

소정의 직경을 갖고 그 원주에 톱니들이 형성된 톱니바퀴수단에 연결된 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,

상기 틀은,

제 1축핀에 의하여 상기 제 1지지대의 끝과 연결되는 제 1틀기둥과,

제 2축핀에 의하여, 상기 무게추가 인접하는 상기 제 2지지대의 끝과 연결되는 제 2틀기둥과,

상기 제 1틀기둥과 상기 제 2틀기둥 세워지는 틀바닥판과,

상기 제 2틀기둥의 안쪽에 부착되고, 동력생성부에 연동되어 동작는 제 2톱니바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치.
제 5항에 있어서,

외부로부터 전자현미경 내부로 매개체(23)와 코팅막(6)을 만들기 위한 기체를 주입하는 위치에 소정의 직경을 갖는 기체관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조장치.
제 1나요소에 나노니들을 부착하는 단계와,

제 2모요소에 모체 팁을 부착하는 단계와,

상기 제 1나요소 또는 제 2모요소에 대하여, 상대적으로 상기 제 2모요소 또는 제 1나요소를 수평 또는 수직 방향으로 수동적으로 이동 및/또는 수평방향에 대하여 수동적으로 회전시켜 상기 모체 팁에 상기 나노니들을 접근시키는 단계와,

상기 제 1나요소 또는 제 2모요소에 대하여, 상대적으로 상기 제 2모요소 또는 제 1나요소를 수평 또는 수직방향으로 수동적으로 이동 및/또는 수평방향에 대하여 수동적으로 회전시켜, 상기 모체 팁에 상기 나노니들을 접촉시키는 단계와,

상기 상기 모체 팁과 상기 나노니들이 접촉된 부위에 오염물을 형성하여, 상기 모체 팁에 상기 나노니들을 고정하는 단계와,

상기 모체팁의 끝으로부터 상기 나노니들의 방향과 유효돌출길이를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조방법.
제 14항에 있어서,

상기 모체팁에 상기 나노니들을 접근시키는 단계는,

상기 제 1나요소가 수평방향에서 상기 제 2모요소쪽으로 또는 직교하는 방향으로 이동하는 단계 또는 수직방향으로 이동하는 단계, 또는 상기 제 2모요소가 수직방향으로 이동하는 단계 또는 상기 제 1나요소쪽으로 수평방향으로 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조방법.
제 14 또는 15항에 있어서,

상기 모체팁에 상기 나노니들을 접촉시키는 단계는,

상기 제 1나요소가 상기 제 1나요소쪽으로 수평방향으로 이동하는 단계 또는 그 자체에서 회전하는 단계, 또는 상기 제 2모요소가 상기 제 1나요소에 대하여 직교하는 수평방향으로 이동하는 단계 또는 그 자체에서 회전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 나노니들의 방향을 조절하는 단계는

상기 모체 팁이 부착된 제 2모요소를 회전시키는 단계와,

상기 모체 팁의 끝부분과 상기 나노니들의 결합이 끝나는 부분에 오염물을 형성하는 단계를 포함하여, 상기 회전시키는 단계와 상기 오염물 형성단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 유효길이를 조절하는 단계는

상기 나노니들과 결합된 상기 모체 팁에서 상기 모체 팁쪽의 소정 부분을 더 오염시는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 나노니들 팁 부착 전,후 단계에 나노니들 팁에 부착된 오염물을 산화 또는 애싱(ashing)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 나노니들 고정 단계전에 모체 팁과 상기 나노니들에 대하여, 상기 제 1나요소 및 상기 제 2모요소를 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 나노니들 고정단계에서 모체 팁의 끝에 매개체를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 오염물을 형성하는 단계는

외부로부터 주입되는 기체에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 주사형 탐침 현미경용 나노니들팁 제조방법.