KR100686780B1 - Structure of hydrophobic organic thin layer and producing method of themself - Google Patents

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Abstract

A structure of a hydrophobic organic thin layer and a manufacturing method thereof are provided to improve wear resistance and durability by preventing dimensional change in forming the surface of a micro mechanical element. The structure of a hydrophobic organic thin layer is composed of a substrate(10) of which the surface is reformed by a mechanical method; an adsorbed support molecule layer(12) chemically bonded on the upper surface of the substrate; a movable molecule layer(14) filled into each gap between the support molecule layers and physically adsorbed on the upper surface of the substrate exposed by the support molecule layer; and a hydrophobic crosslinking protection layer(16) for covering the top of the support molecule layer and the movable molecule layer.

Description

소수성 유기박막 구조 및 그 제조방법{Structure of hydrophobic organic thin layer and producing method of themself}Structure of hydrophobic organic thin layer and producing method of themself

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.

도 1은 본 발명에 따른 소수성 유기박막 구조체를 제조하기 위한 흐름도이다.1 is a flowchart for manufacturing a hydrophobic organic thin film structure according to the present invention.

도 2는 도 1에 따라 제조된 소수성 유기박막 구조체의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the hydrophobic organic thin film structure manufactured according to FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 소수성 유기박막의 두께를 나타낸 사진이다.3 is a photograph showing the thickness of the hydrophobic organic thin film according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 소수성 유기박막의 온도에 따른 가열시간 대비 접촉각의 변화도를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing a change in the contact angle of the heating time according to the temperature of the hydrophobic organic thin film according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 소수성 유기박막의 사용시간에 다른 소수성 변화의 관찰결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing observation results of other hydrophobic changes in the use time of the hydrophobic organic thin film according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 소수성 유기박막에 대한 수분 내에서의 고압시험에 따른 물접촉각의 변화도를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a change in the water contact angle of the hydrophobic organic thin film according to the high pressure test in water in accordance with the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 소수성 유기박막에 대한 시간 경과에 따른 물접촉각 변화도를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing a change in water contact angle over time for the hydrophobic organic thin film according to the present invention.

<도면의 주요부에 대한 설명><Description of main parts of drawing>

10...기판 12...지지분자층10 ... substrate 12 ... supporting molecular layer

14...유동분자층 16...가교보호층14 ... molecular layer 16 ... crosslinked protective layer

본 발명은 소수성 유기박막 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판 표면을 개질시킨 후 개질된 표면에 화학적 흡착 및 물리적 흡착층을 형성하고, 이들 흡착층을 보호하기 위해 고분자 모노머를 가교 형성시킴으로써 미세기계요소의 치수변화를 초래하지 않으면서도 내마모성 및 수분에 대한 내구력을 향상시킨 소수성 유기박막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrophobic organic thin film structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, after modifying the substrate surface to form a chemical adsorption and physical adsorption layer on the modified surface, crosslinking the polymer monomer to protect these adsorption layers The present invention relates to a hydrophobic organic thin film having improved wear resistance and durability against moisture without inducing a dimensional change of a micromechanical element, and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 자기조립 단분자막(Self Assembled Monolayers, 이하 "SAM"이라 약하기도 함)은 비교적 긴 알킬기와 그 말단에 기판(substrate) 표면과 상호 작용하여 공유 결합할 수 있는 작용기(functional group)를 갖는 분자들이 적당한 기판 표면에서 분자들끼리 2차원적으로 정렬하는 자기 조립(self-assembly) 현상을 이용하여 기질의 표면에 일정하게 정렬된 단분자막이다.In general, self-assembled monolayers (also referred to as "SAM") are molecules that have relatively long alkyl groups and functional groups at their ends that can covalently bond with the substrate surface. These are monolayers that are consistently aligned on the surface of a substrate using a self-assembly phenomenon in which molecules are two-dimensionally aligned on a suitable substrate surface.

이러한 자기조립 단분자막을 형성하는 분자들은 각각의 작용기를 통하여 기판 표면에 흡착 또는 결합하게 되고, 알킬기들은 서로 소수성 인력(hydrophobic interaction)에 의해 2차원적으로 정렬하여 자기조립 단분자막을 형성한다. 이러한 현상을 일으키는 물질들로는 지방산 등의 계면 활성제 분자, 알킬트리할로실란류, 알킬알콕사이드류 등의 유기 규소 분자, 알킬티올류 등의 유기 황분자, 알킬포스페이트 등의 유기 인산 분자 등을 들 수 있다. 이 방법으로 단분자막을 제조하는 경우 막 형성 과정을 분자 수준에서 조절할 수 있으며, 자기조립 단분자막을 형성하는 분자의 작용기를 선택적으로 다양하게 변화시킬 수 있고 또는 그 조절도 가능하며, 기판 표면과의 결합도 강하여 막의 안정성도 뛰어나며 원하는 경우 쉽게 제거할 수도 있다.The molecules forming the self-assembled monolayer are adsorbed or bonded to the surface of the substrate through respective functional groups, and the alkyl groups are two-dimensionally aligned with each other by hydrophobic interaction to form the self-assembled monolayer. Examples of the substance causing such a phenomenon include surfactant molecules such as fatty acids, organic silicon molecules such as alkyltrihalosilanes and alkyl alkoxides, organic sulfur molecules such as alkylthiols, and organic phosphoric acid molecules such as alkyl phosphates. . When the monomolecular film is prepared in this way, the film formation process can be controlled at the molecular level, and the functional groups of the molecules forming the self-assembled monomolecular film can be selectively changed in various ways, or the control thereof can be controlled, and the degree of bonding to the substrate surface can be controlled. It is strong, so the membrane is very stable and can be easily removed if desired.

최근 반도체, 하드디스크, 미세기계요소(MEMS)들은 이들 제품의 부가가치를 향상시키기 위한 노력이 계속되고 있다. 이를 위해 미세기계요소의 각 구성 부품들의 신뢰성에 높이는 노력이 진행되어 왔다. 이러한 제품 신뢰성 향상은 여러 요인을 통해 해결할 수 있지만, 각 부품들 간의 접촉시 발생하는 동작 불능상태와 마모 문제를 해결함으로써 이룩할 수도 있다. 미세기계부품들의 표면의 접촉시 발생되는 문제를 해결하기 위해서 수분에 대한 내구성을 갖도록 소수성 표면으로 처리되고 있다. 그런데, 이렇게 처리된 소수성 표면은 그 두께가 과도하게 되면 미세기계부품에 대해 미리 결정된 기존 치수를 변화시킬 수도 있으므로, 소수성 표면 처리에 각별한 주의가 요망되고 있다.In recent years, semiconductors, hard disks, and micromechanical elements (MEMS) have continued to improve the added value of these products. To this end, efforts have been made to increase the reliability of each component of the micromechanical element. This improvement in product reliability can be addressed by a number of factors, but can also be achieved by addressing inoperability and wear issues that occur when contacting parts. In order to solve the problem caused by the contact of the surface of the micromechanical components are treated with a hydrophobic surface to have a durability against moisture. However, since the hydrophobic surface treated in this way may change the existing predetermined dimensions for the micromechanical parts when the thickness thereof is excessive, special attention is required for hydrophobic surface treatment.

종래에 알려져 있는 미세기계부품의 표면에 처리된 소수성 박막은 하부층인 기판과 특정 반응 분자와의 화학반응에 의하여 제조되는 것을 기본으로 한다. 이때, 상기 특정 반응분자는 하부층인 기판이 실리콘 웨이퍼인 경우 다양한 표면 반응기를 갖는 알킬실란(alkilsilane) 분자가 이용되며, 하부층인 기판이 금, 은 등 의 금속 박막인 경우에는 알켄티올(alkanethiol) 그룹 등이 이용되고 있다.The hydrophobic thin film treated on the surface of a conventional micromechanical component is based on the production of a chemical reaction between a substrate, which is a lower layer, and specific reaction molecules. In this case, the specific reaction molecule is an alkylsilane molecule having various surface reactors when the substrate, which is a lower layer, is a silicon wafer, and an alkenethiol group when the substrate, which is a lower layer, is a metal thin film such as gold or silver. Etc. are used.

소수성 박막은 에너지 측면에서 다음과 같은 세 개의 부분으로 구분될 수 있다. 상기 소수성 박막의 첫 번째 부분은 활성도를 가진 헤드 그룹으로서, 발열반응인 화학적 흡착에 의해 고체 시료 표면에 흡착이 이루어진다. 이러한 과정을 통해 헤드 그룹은 시료와 매우 강한 상호 작용을 통하여 화학적 결합을 형성하고, 유기분자는 시료 표면에 조밀하게 자리 잡게 된다. 이러한 화학결합은 하이드록실(hydroxyl) 그룹이 드러난 표면에서 알칼실란이 이루는 박막에서처럼 공유결합적인 성질을 갖기도 하고, 금 표면과 알켄티올이 이루는 박막의 경우에는 배위결합적인 성질을 갖기도 하며, 은 표면에서 카르복실산이 이루는 박막에서는 이온결합적인 성질을 갖기도 한다. 이러한 화학적 흡착으로 안정화되는 에너지는 수십 ㎉/㏖(Au 표면 위의 티올(thiol)의 경우 40 내지 45㎉/㏖)이다. 이러한 헤드 그룹과 고체 시료간의 발열반응에 의해 자기조립단분자막 분자들은 고체 표면 위에 적당한 공간을 찾아 결합하여 박막을 형성하게 된다. 한편, 상기 소수성 박막의 두 번째 부분은 알칼그룹으로서, SAM의 길이를 결정하는 부분이다. 알킬 사슬은 반데르발스 힘이나 정전기력에 의해 운동하여 SAM의 조밀성을 결정하는 부분으로서, 이 과정은 10㎉/㏖ 이하의 발열반응이다. 따라서 양쪽성 탄화수소 분자들이 자기 조립하는 것은 헤드 그룹의 화학 결합 후 알킬 사슬의 상호작용에 의한 ㄱ것이다. 분자들이 표면에 자리잡고 나서야 비로서 알킬 사슬 간의 상호작용을 통해 잘 정렬되고 조밀하게 쌓인 소수성 박막을 형성할 수 있다. 마지막으로, 상기 소수성 박막의 세 번째 부분은 분자 끝에 달려있는 작용기로서, 이러한 작용기는 표면에 드러나는 부분이 된다. 이러한 표면 그룹에 따라 표면에서 배열성의 차이가 발생하게 되며, 전체적인 SAM의 물리화학적 성질이 결정되는 부분이다. 가장 간단한 작용기로는 메틸 그룹이 있으나, 분자막에 특수한 기능을 부여하기 위해서는 여러 가지 다른 그룹, 예컨대 -NH2, -OH, -COOH 등이 이용될 수 있다. 이 부분에 대한 에너지 안정도는 1㎉/㏖이 채 되지 않으므로, 앞의 두 부분에 비해서 상대적으로 작은 에너지 안정성을 나타낸다.Hydrophobic thin film can be divided into three parts in terms of energy. The first part of the hydrophobic thin film is an active head group, and the adsorption is performed on the surface of the solid sample by chemical adsorption which is an exothermic reaction. Through this process, the head group forms a chemical bond through very strong interaction with the sample, and the organic molecules are densely settled on the sample surface. These chemical bonds have covalent bonding properties such as those formed by alkali silanes on the surface where hydroxyl groups are exposed, and coordination properties in the case of gold and alkenthiol thin films. In the thin film of the carboxylic acid, it may have an ion-bonding property. The energy stabilized by this chemisorption is several tens of dl / mol (40 to 45 dl / mol for thiol on Au surface). The exothermic reaction between the head group and the solid sample causes the self-assembled monolayer molecules to find a suitable space on the solid surface and combine to form a thin film. On the other hand, the second portion of the hydrophobic thin film is an alkal group, which determines the length of the SAM. The alkyl chain is a part that determines the compactness of the SAM by moving by van der Waals force or electrostatic force. This process is exothermic reaction of 10 Pa / mol or less. Thus, self-assembly of amphoteric hydrocarbon molecules is due to the interaction of alkyl chains after chemical bonding of the head groups. Only after the molecules have settled on the surface can the interaction between the alkyl chains form a well aligned, densely packed hydrophobic thin film. Finally, the third part of the hydrophobic thin film is a functional group that hangs at the end of the molecule, and this functional group is the part exposed on the surface. According to the surface group, the difference in the arrangement occurs on the surface, and the physicochemical properties of the overall SAM are determined. The simplest functional group is a methyl group, but various other groups, such as -NH 2 , -OH, -COOH and the like, may be used to impart specific functions to the molecular membrane. The energy stability for this part is less than 1 ㎉ / mol, which shows relatively small energy stability compared to the previous two parts.

위와 같이 소수성 박막에 대한 연구는 접촉 표면의 소수성을 더욱 크게 향상시키는 방향으로 주로 진행되고 있지만, 미세 기계부품의 실제 적용에 있어서 가장 중요한 박막의 내구성 및 신뢰성에 대한 연구는 극히 미비한 실정이다. 화학반응에 의해 생성된 소수성 박막은 하부층인 기판 표면의 불균일로 인하여 ㎚2 당 수십 개의 핀홀(pinhole)이라 불리는 결함(defact)이 발생할 수 있으며, 특히 수분이 있는 환경에서는 이러한 결함 부분에 물 분자가 침투하여 박막의 성능을 저하시키며, 궁극적으로 소수성 박막이 파손되어 바람직하지 못하다.As mentioned above, research on hydrophobic thin films is mainly conducted to improve the hydrophobicity of the contact surface even more, but studies on durability and reliability of the most important thin films in the practical application of micromechanical components are inadequate. Hydrophobic thin films produced by chemical reactions can cause defects called dozens of pinholes per nm 2 due to non-uniformity of the substrate surface, which is the underlying layer. It penetrates and degrades the performance of the thin film, which ultimately breaks the hydrophobic thin film, which is undesirable.

미국특허 2005-0009953에서는 단순한 화학반응과 가교반응 만을 이용하여 소수성 박막을 제조하여 전술한 종래의 문제를 해결하고자 하였으나, 두 개의 분자 조합으로 인해 소수성 박막의 두께가 두꺼워져 미세기계요소에 대한 실제 적용에 어려움이 발생하는 문제가 있으며, 1차 박막 형성시 박막 자체가 갖는 고유의 결함으로 인한 제품 불량 발생 가능성에 대해 간과하고 있는 기술적 한계가 있다.US Patent 2005-0009953 attempts to solve the above-mentioned conventional problem by preparing a hydrophobic thin film using only a chemical reaction and a crosslinking reaction, but the thickness of the hydrophobic thin film is increased due to the combination of two molecules, and thus the practical application to the micromechanical element. There is a problem that a difficulty occurs, and there is a technical limitation that is overlooked the possibility of product defects due to the inherent defects of the thin film itself when forming the primary thin film.

따라서, 이러한 문제를 해결할 필요성이 인식되었으며, 관련 분야에서는 종 래에 파악된 여러 문제를 해결하기 위한 노력을 꾸준하게 진행되어 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다.Therefore, the necessity to solve such a problem has been recognized, and efforts have been made to solve various problems identified in the related art, and the present invention has been devised under such a technical background.

전술한 종래의 문제점에 기초하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소수성 박막을 미세기계요소의 표면에 형성시키면서도 이들에 대한 치수변화를 초래하지 않으면서도 내마모성 및 수분에 대한 내구력을 향상시키고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 소수성 유기박막 및 그 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention on the basis of the above-mentioned conventional problem is to form a hydrophobic thin film on the surface of the micromechanical element and to improve the wear resistance and durability against moisture without causing a dimensional change to them. It is an object of the present invention to provide a hydrophobic organic thin film and a method for manufacturing the same, which can achieve the technical problem.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명에서 제공되는 소수성 유기박막 구조체는, 표면이 개질화된 기판: 상기 기판 상면에 화학결합된 흡착된 지지분자층; 상기 지지분자층 사이 사이에 충진되면서 상기 지지분자층에 의해 노출된 기판 상면에 물리적으로 흡착된 유동분자층; 및 상기 지지분자층 및 유동분자층의 최상부를 감싸는 소수성을 갖는 가교보호층;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Hydrophobic organic thin film structure provided in the present invention for achieving the technical problem to be achieved by the present invention, the surface is modified substrate: Adsorbed support molecule layer chemically bonded to the upper surface of the substrate; A fluid molecular layer filled between the support molecule layers and physically adsorbed on the upper surface of the substrate exposed by the support molecule layer; And a crosslinked protective layer having a hydrophobicity surrounding the uppermost portions of the supporting molecular layer and the flowing molecular layer.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명에서 제공되는 소수성 유기박막 구조체 제조방법은, (S1)기판 표면에 지지분자층을 형성하는 단계; (S2)상기 지지분자층이 형성된 기판 표면에 물리적인 힘을 가하여 긁힘 표면으로 개질화시키는 단계; (S3)상기 지지분자층 사이 사이에 충진되도록 상기 표면 개질화로 노출된 기판 상면에 유동분자층을 형성하는 단계; (S4)상기 지지분자층 및 유동분자층 최상부에 탄소 이중결합을 갖는 분자물질을 도포하는 단계; 및 (S5)상기 도포된 탄소 이중결합을 갖는 분자물질에 자외선(UV)을 조사하여 가교시켜 가교보호층을 형성하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a hydrophobic organic thin film structure provided in the present invention for achieving the technical problem to be achieved by the present invention, (S1) forming a support molecule layer on the substrate surface; (S2) modifying the scratched surface by applying a physical force to the surface of the substrate on which the support molecule layer is formed; (S3) forming a flow molecule layer on the upper surface of the substrate exposed by the surface modification so as to be filled between the support molecule layers; (S4) applying a molecular material having a carbon double bond on top of the support molecule layer and the flow molecule layer; And (S5) forming a crosslinked protective layer by irradiating UV-rays (UV) on the applied molecular material having the carbon double bond and forming a crosslinking protective layer.

전술한 본 발명에 따르는 소수성 유기박막 구조체 및 그 제조방법에 있어서, 상기 기판은, 물리적으로 긁혀져 개질화 된 표면을 가지면 바람직하며, 상기 지지분자층은, 스테아린산(Stearic acid), 올레익산(Oleic acid) 및 퍼플루오로데카노익산(Perfluorodecanoic acid) 등과 같이 10개 이상의 탄소 사슬을 갖는 알킬산 분자이면 바람직하다. 상기 유동분자층은, 옥타메틸시클로테트라실록센(Octamethylcyclotetrasiloxane)으로 모디파이된 시클로펜탄(cyclopentane) 및 시클로헵탄(cycloheptane) 중 선택된 어느 하나의 물질로서 이루어지면 바람직하며, 상기 가교보호층은, 탄소 이중결합 구조를 포함하는 분자로서 자외선(UV)에 의해 가교되는 물질로 이루어지면 바람직하다.In the hydrophobic organic thin film structure according to the present invention and a method of manufacturing the same, the substrate is preferably a surface that is physically scratched and modified, the support molecule layer, stearic acid (Stearic acid), oleic acid (Oleic acid) and perfluorodecanoic acid, and the like, and an alkyl acid molecule having 10 or more carbon chains is preferable. The fluid molecular layer is preferably made of any one selected from cyclopentane and cycloheptane modified with octamethylcyclotetrasiloxane, and the crosslinking protective layer is carbon double It is preferable that the molecule contains a binding structure and is made of a material crosslinked by ultraviolet (UV).

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면과 구체적인 실시 예를 들어 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and specific embodiments to help the understanding of the present invention will be described in more detail. However, embodiments according to the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

본 발명에서는 종래의 화학 반응에 의해 생성된 소수성 박막이 갖는 단점을 보완하기 위하여 기계적인 방법과 화학적인 방법을 적용하여 내구성을 구비한 소수 성 유기박막 구조체 및 그 제조방법을 제시하고 있다.The present invention proposes a hydrophobic organic thin film structure having durability by applying a mechanical method and a chemical method in order to compensate for the shortcomings of the hydrophobic thin film produced by the conventional chemical reaction.

도 1은 본 발명에 따른 소수성 유기박막 구조체를 제조하기 위한 흐름도이며, 도 2는 도 1에 따라 제조된 소수성 유기박막 구조체의 단면도이다.1 is a flowchart for manufacturing a hydrophobic organic thin film structure according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the hydrophobic organic thin film structure prepared according to FIG.

도 1 및 2를 참조하면, 먼저, 기판(10) 표면에 지지분자층(12)을 형성한다(S1). 지지분자층(12)이 형성된 기판(10) 표면에 물리적인 힘을 가하여 표면을 긁음으로써 노출 표면적으로 넓히는 표면 개질화 작업을 진행한다(S2). 이어서, 상기 지지분자층(12) 사이 사이에 충진되도록 상기 표면 개질화로 노출된 기판(10) 상면에 유동분자층(14)을 형성한다(S3). 계속하여, 상기 지지분자층(12) 및 유동분자층(14) 최상부에 탄소 이중결합을 갖는 분자물질을 Dip-coating 방법으로 도포한다(S4). 마지막으로, 상기 도포된 탄소 이중결합을 갖는 분자물질에 자외선(UV)을 이용하여 가교보호층을 형성한다(S5).1 and 2, first, the support molecule layer 12 is formed on the surface of the substrate 10 (S1). Surface modification is performed by applying a physical force to the surface of the substrate 10 on which the support molecule layer 12 is formed to scratch the surface to widen the exposed surface area (S2). Subsequently, the fluid molecular layer 14 is formed on the upper surface of the substrate 10 exposed by the surface modification so as to be filled between the support molecule layers 12 (S3). Subsequently, a molecular material having a carbon double bond is applied to the top of the supporting molecular layer 12 and the flowing molecular layer 14 by a dip-coating method (S4). Finally, a crosslinked protective layer is formed on the molecular material having the carbon double bond by using ultraviolet (UV) (S5).

전술한 방법에 따라 제조된 소수성 유기박막 구조체는 기판(10), 지지분자층(12), 유동분자층(14) 및 가교보호층(16)으로 적층된 구조를 갖고 있음을 알 수 있다. 상기 기판(10)은 실리콘웨이퍼나 금 또는 은 등의 금속 박막이 이용될 수 있으며, 구체적인 실시 예에서는 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 실리콘 웨이퍼 기판(10) 표면은 물리적인 힘을 가하여 긁혀진 표면을 갖도록 개질화 되어 있으면 바람직하다. 구체적인 실시 예에서는 다이아몬드 입자를 이용하여 기계적으로 긁어 표면을 개질하였다. 한편, 기판(10) 상면을 개질화 하기 전에, 지지분자층(12)을 미리 형성한다. 지지분자층(12)은 스테아린산(Stearic acid), 올레익산(Oleic acid) 및 퍼플루오로데카노익산(Perfluorodecanoic acid) 중 선택된 10개 이상의 탄소사슬을 갖는 물질로 이루어지면 바람직하며, 구체적인 실시 예에서는 스테아린산(Stearic acid)을 이용하여 형성하였다. 기계적으로 개질화 된 표면을 갖는 기판(10)에는 1eV 정도의 저에너지 준위의 전자가 발생하게 되고, 이들 전자는 기판(10)으로 이용된 실리콘 웨이퍼와 지지분자층(12)으로 이용된 스테아린산 간에 강한 화학결합을 유발시킨다. 이렇게 발생된 분자층은 나중에 추가될 유동분자층(14) 분자들이 표면에 잘 붙어 있도록 하는 닻의 역할을 하게 된다. 유동분자층(14)은 옥타메틸시클로테트라실록센(Octamethylcylotetrasiloxane) 모디파이된 시클로펜텐(cyclopentane) 및 시클로헵텐(cycloheptane) 중 선택된 어느 하나의 물질로서 이루어지면 바람직하다. 유동분자층(14)은 분자지름이 1㎚에 달하는 거대 구형분자를 조밀하게 상기 기지분자층(12)이 결합된 개질화된 기판(10) 표면 상에 충진된다. 상기 유동분자층(14)을 이루는 분자 형태는 구형이기 때문에 전체 박막이 유연하게 되어 미세기계요소 간에 실제로 접촉이 일어나는 경우 마찰력을 저감시킬 수 있으며, 박막 파손시 자기 복원 능력을 갖고 있다. 그러나, 유동분자층(14)은 기판(10) 표면과 화학적으로 안정적이며 견고한 결합을 이룬 상태가 아닌 단순한 물리적 흡착 형태로 적층된 상태이므로, 장시간의 사용시 분자층의 일부가 손실될 가능성이 있으므로, 이에 대한 보존의 필요성이 존재한다. 이러한 보존의 필요성을 목적으로 탄소 이중결합을 갖는 분자물질을 도포하되, 특정 파장대의 자외선(UV)의 에너지에 의해 견고한 그물망 구조의 가교보호층(16)을 형성함으로써 내구성을 향상시킬 수 있다.It can be seen that the hydrophobic organic thin film structure manufactured according to the above-described method has a structure laminated with the substrate 10, the support molecule layer 12, the fluid molecule layer 14, and the crosslinking protective layer 16. The substrate 10 may be formed of a silicon wafer or a metal thin film such as gold or silver. In a specific embodiment, a silicon wafer is used. It is preferable that the surface of the silicon wafer substrate 10 is modified to have a scratched surface by applying a physical force. In a specific embodiment, the surface was modified by mechanically scraping diamond particles. On the other hand, before reforming the upper surface of the substrate 10, the supporting molecular layer 12 is formed in advance. The support molecular layer 12 is preferably made of a material having at least 10 carbon chains selected from stearic acid, oleic acid, and perfluorodecanoic acid. It was formed using stearic acid. A low energy level electron of about 1 eV is generated in the substrate 10 having a mechanically modified surface, and these electrons are strong between the silicon wafer used as the substrate 10 and the stearic acid used as the support molecule layer 12. Induces chemical bonds. The molecular layer thus generated serves as an anchor for the molecules of the fluid molecular layer 14 to be added later to adhere well to the surface. The fluidized molecular layer 14 is preferably made of any one selected from octamethylcylotetrasiloxane modified cyclopentene and cycloheptane. The fluidized molecular layer 14 is densely packed on the surface of the modified substrate 10 to which the matrix base layer 12 is bonded to the large spherical molecules having a molecular diameter of 1 nm. Since the molecular form of the fluid molecular layer 14 is spherical, the entire thin film becomes flexible, and thus, frictional force can be reduced when actual contact occurs between micromechanical elements, and has self-healing ability when the thin film is damaged. However, since the fluid molecular layer 14 is stacked in a form of simple physical adsorption, rather than chemically stable and firmly bonded to the surface of the substrate 10, a part of the molecular layer may be lost when used for a long time. There is a need for preservation. For the purpose of such preservation, the molecular material having a carbon double bond is applied, and durability can be improved by forming a crosslinked protective layer 16 having a rigid network structure by energy of ultraviolet rays (UV) in a specific wavelength band.

이상과 같이, 기판(10) 상면에, 지지분자층(12), 유동분자층(14) 및 가교보 호층(16)으로 이루어진 3층의 분자층으로 이루어진 유기박막을 형성하더라도, 그 두께가 3㎚ 이내로 형성됨으로써 미세기계요소의 치수변화를 초래하지 않으면서도 내마모성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 최상부층에 형성되는 가교보호층(16)에 의해 박막을 구성하는 분자층이 그대로 유지될 수 있도록 함으로써, 장시간 사용에서도 제품의 신뢰성이 저하되는 문제까지도 해결하는 장점을 갖고 있다.As described above, even if the organic thin film composed of three molecular layers composed of the support molecule layer 12, the flow molecule layer 14, and the crosslinking protection layer 16 is formed on the upper surface of the substrate 10, the thickness thereof is three. It is formed within the nm has the advantage of improving the wear resistance and durability without causing the dimensional change of the micromechanical element. In addition, the molecular layer constituting the thin film can be maintained as it is by the crosslinking protective layer 16 formed on the uppermost layer, which has the advantage of solving the problem of deterioration of the reliability of the product even in long time use.

본 발명에 따라 제조된 소수성 유기박막에 대한 소수성을 판정하기 위한 목적으로 물과의 접촉각 측정한 결과, 103°로 측정되어 본 발명에 따른 소수성 유기박막이 우수한 소수성을 나타내고 있음을 확인하였다.As a result of measuring the contact angle with water for the purpose of determining the hydrophobicity of the hydrophobic organic thin film prepared according to the present invention, it was confirmed that the hydrophobic organic thin film according to the present invention exhibits excellent hydrophobicity.

도 3은, 본 발명에 따른 소수성 유기박막의 두께를 나타낸 사진이다.3 is a photograph showing the thickness of the hydrophobic organic thin film according to the present invention.

도 3을 참조하면, 소수성 유기박막을 다이아몬드 팁으로 스크래치를 만든 후 이의 두께를 원자간력 현미경(AFM)으로 측정한 결과, 전체 박막의 두께가 2.4㎚로서 극히 얇게 형성되어 있음을 확인할 수 있어 미세기계부품에 적용이 매우 유리함을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 3, the hydrophobic organic thin film was scratched with a diamond tip, and the thickness thereof was measured by atomic force microscopy (AFM). As a result, it was confirmed that the total thickness of the thin film was extremely thin as 2.4 nm. It can be confirmed that the application to the mechanical parts is very advantageous.

도 4는 본 발명에 따른 소수성 유기박막의 온도에 따른 가열시간 대비 접촉각의 변화도를 나타낸 그래프이다. Figure 4 is a graph showing a change in the contact angle of the heating time according to the temperature of the hydrophobic organic thin film according to the present invention.

도 4를 통해 알 수 있는 바와 같이, 다양한 작동환경, 예컨대 다양한 가열온도와 다양한 가열시간에 따른 박막의 소수성 변화를 물 접촉각을 이용하여 확인한 결과 150℃ 이하에서는 장시간 가열해도 박막의 소수성이 저하되지 않는 것을 확인할 수 있었다.As can be seen through Figure 4, the hydrophobic change of the thin film according to various operating environments, for example, various heating temperature and various heating time by using the water contact angle as a result of the hydrophobicity of the thin film does not deteriorate even if heated for 150 ℃ or less I could confirm that.

도 5는 본 발명에 따른 소수성 유기박막의 사용시간에 다른 소수성 변화의 관찰결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing observation results of other hydrophobic changes in the use time of the hydrophobic organic thin film according to the present invention.

도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 박막의 표면결함 등 다양한 원인에 의해 수분에 의한 영향 요소를 파악하기 위해 6일 동안 본 발명에 따른 소수성 유기박막을 물에 담근 후, 박막의 소수성 변화를 확인하였지만, 물 접촉각의 변화가 없는 것으로 보아 소수성 변화가 거의 일어나지 않고 있음을 확인할 수 있었다.As can be seen through Figure 5, after immersing the hydrophobic organic thin film according to the present invention in water for 6 days in order to determine the influence factors caused by moisture due to various causes, such as surface defects of the thin film, to confirm the hydrophobic change of the thin film However, since there was no change in water contact angle, it was confirmed that the hydrophobic change hardly occurred.

도 6은 본 발명에 따른 소수성 유기박막에 대한 수분 내에서의 고압시험에 따른 물 접촉각의 변화도를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a change in the water contact angle of the hydrophobic organic thin film according to the high pressure test in water in accordance with the present invention.

도 6을 통해 알 수 있는 바와 같이, 약 1400psi(100bar 정도)의 고압하에서도 물 접촉각에 변화가 없는 것으로 보아, 박막 자체의 특성이 변화되지 않는 것을 확인할 수 있으며, 이로써 종래의 소수성 박막에 다수 존재하는 결함이 극히 적다는 것을 간접적으로 확인할 수 있다.As can be seen from Figure 6, even under high pressure of about 1400 psi (about 100 bar) it is seen that there is no change in the water contact angle, it can be seen that the characteristics of the thin film itself does not change, thereby present in a large number of conventional hydrophobic thin film It can be confirmed indirectly that there are very few defects.

도 7은 본 발명에 따른 소수성 유기박막에 대한 시간 경과에 따른 물접촉각 변화도를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing a change in water contact angle over time for the hydrophobic organic thin film according to the present invention.

도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 소수성 유기박막(실시예)과 종래에 대표적으로 사용되고 있는 FOTS(Perfluorinated octyltrichlorosiliane) 박막(비교 예)에 대해 90℃의 물에 담근 후 측정한 물 접촉각을 비교하였으며, 그 결과 본 발명에 따른 실시 예의 경우에는 시간의 경과에 무관하게 물 접촉각이 그대로 유지되고 있음을 확인할 수 있었다. 이로써, 본 발명에 따른 소수성 유기박막은 수분에 대한 내구성이 종래에 비해 현저하게 개선되었 음을 명확하게 확인할 수 있다.As can be seen through Figure 7, the hydrophobic organic thin film according to the present invention (Example) and the conventionally used FOTS (Perfluorinated octyltrichlorosiliane) thin film (comparative example) water measured after soaking in water at 90 ℃ The contact angles were compared, and as a result, in the case of the embodiment according to the present invention, it was confirmed that the water contact angle was maintained as it is regardless of the passage of time. Thus, it can be clearly seen that the hydrophobic organic thin film according to the present invention has significantly improved durability against moisture.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다. The optimal embodiments of the present invention described above have been disclosed. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention in detail to those skilled in the art, and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims.

본 발명에 따른 소수성 유기박막은, 미세기계요소의 표면을 구성함에 있어서 치수변화를 초래하지 않으면서도 내마모성과 내구성을 향상시킴으로써 제품의 신뢰성을 현저하게 향상시킬 수 있어, 미세기계요소로 제조되는 각종 제품 제조에 유용하게 이용될 수 있다.Hydrophobic organic thin film according to the present invention can significantly improve the reliability of the product by improving the wear resistance and durability without causing dimensional changes in the surface of the micromechanical element, various products made of micromechanical elements It can be usefully used for manufacturing.

Claims (9)

표면이 기계적 방법에 의해 개질화된 기판:Substrates whose surfaces have been modified by mechanical methods: 상기 기판 상면에 화학결합된 흡착된 지지분자층;An adsorbed support molecule layer chemically bonded to an upper surface of the substrate; 상기 지지분자층 사이 사이에 충진되면서 상기 지지분자층에 의해 노출된 기판 상면에 물리적으로 흡착된 유동분자층; 및A fluid molecular layer filled between the support molecule layers and physically adsorbed on the upper surface of the substrate exposed by the support molecule layer; And 상기 지지분자층 및 유동분자층의 최상부를 감싸는 소수성을 갖는 가교보호층;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 소수성 유기박막 구조체.A hydrophobic organic thin film structure comprising a; a crosslinked protective layer having a hydrophobicity surrounding the top of the support molecule layer and the flow molecule layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은, 물리적으로 긁혀져 개질화 된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 소수성 유기박막 구조체.The substrate is hydrophobic organic thin film structure, characterized in that having a physically scratched surface modified. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지분자층은, 알킬산 분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 소수성 유기박막 구조체.The support molecule layer is a hydrophobic organic thin film structure, characterized in that consisting of alkyl acid molecules. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 지지분자층으로서 선택되어 이용되는 알킬산분자는, 스테아린산(Stearic acid), 올레익산(Oleic acid) 및 퍼플루오로데카노익 산(Perfluorodecanoic acid) 중 선택된 10개 이상의 탄소 사슬을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 소수성 유기박막 구조체.The alkyl acid molecule selected and used as the support molecule layer is a substance having at least 10 carbon chains selected from stearic acid, oleic acid and perfluorodecanoic acid. Hydrophobic organic thin film structure characterized in. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유동분자층은, 옥타메틸시클로테트라실록센(Octamethylcylotetrasiloxane), 모디파이된 시클로펜텐(cyclopentane) 및 시클로헵텐(cycloheptane) 중 선택된 어느 하나의 물질로서 이루어진 것을 특징으로 하는 소수성 유기박막 구조체.The fluid molecular layer, hydrophobic organic thin film structure, characterized in that made of any one material selected from octamethylcyclotetrasiloxane (Octamethylcylotetrasiloxane), modified cyclopentane (cyclopentane) and cycloheptane (cycloheptane). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가교보호층은, 탄소 이중결합 구조를 포함하는 분자로서 자외선(UV)에 의해 가교되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 소수성 유기박막 구조체.The crosslinked protective layer is a hydrophobic organic thin film structure, characterized in that the molecule comprising a carbon double bond structure made of a material crosslinked by ultraviolet (UV). 기판 상면에 소수성 유기박막 구조체를 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a hydrophobic organic thin film structure on the upper surface of the substrate, (S1)기판 표면에 지지분자층을 형성하는 단계;(S1) forming a support molecule layer on the substrate surface; (S2)상기 지지분자층이 형성된 기판 표면에 물리적인 힘을 가하여 긁힘 표면으로 개질화시키는 단계;(S2) modifying the scratched surface by applying a physical force to the surface of the substrate on which the support molecule layer is formed; (S3)상기 지지분자층 사이 사이에 충진되도록 상기 표면 개질화로 노출된 기판 상면에 유동분자층을 형성하는 단계;(S3) forming a flow molecule layer on the upper surface of the substrate exposed by the surface modification so as to be filled between the support molecule layers; (S4)상기 지지분자층 및 유동분자층 최상부에 탄소 이중결합을 갖는 분자물 질을 도포하는 단계; 및(S4) applying a molecular material having a carbon double bond on top of the support molecule layer and the fluid molecule layer; And (S5)상기 도포된 탄소 이중결합을 갖는 분자물질에 자외선(UV)을 조사하여 가교시켜 가교보호층을 형성하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 소수성 유기박막 구조체 제조방법.(S5) forming a crosslinked protective layer by irradiating UV-rays (UV) to the coated molecular material having a carbon double bond and forming a crosslinked protective layer. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (S1)단계의 지지분자층은, 스테아린산(Stearic acid), 올레익산(Oleic acid) 및 퍼플루오로데카노익산(Perfluorodecanoic acid) 중 선택된 10개 이상의 탄소사슬을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 소수성 유기박막 구조체 제조방법.The supporting molecular layer of step (S1), characterized in that made of a material having at least 10 carbon chains selected from stearic acid (Stearic acid), oleic acid (Oleic acid) and perfluorodecanoic acid (Perfluorodecanoic acid) Hydrophobic organic thin film structure manufacturing method. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (S3)단계의 유동분자층은, 옥타메틸시클로테트라실록센(Octamethylcylotetrasiloxane), 모디파이된 시클로펜텐(cyclopentane) 및 시클로헵텐(cycloheptane) 중 선택된 어느 하나의 물질로서 이루어진 것을 특징으로 하는 소수성 유기박막 구조체 제조방법.The hydrophobic organic thin film of step (S3) is made of any one material selected from octamethylcyclotetrasiloxane (Octamethylcylotetrasiloxane), modified cyclopentane (cyclopentane) and cycloheptane (cycloheptane) Structure manufacturing method.
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