KR100949375B1

KR100949375B1 - 미세 와이어 제조 방법, 그리고 미세 와이어를 포함하는 센서 제조 방법

Info

Publication number: KR100949375B1
Application number: KR1020070110157A
Authority: KR
Inventors: 최우석; 임근배; 안태창
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2010-03-25
Also published as: US20090114541A1; KR20090044187A; JP2009107113A; JP5329918B2; US8647490B2

Abstract

본 발명은 제조 효율이 우수한 미세 와이어 제조 방법, 미세 와이어를 포함하는 센서 및 이 센서의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 미세 와이어 제조 방법은, 미세 와이어 형성용 용액에 삼차원 전기장을 인가하는 것에 의해 미세 와이어를 형성한다. 여기서, 미세 와이어 제조 방법은, 광폭(廣幅) 및 상기 광폭보다 좁은 협폭(狹幅)을 구비하는 공간부가 서로의 사이에 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극부를 준비하는 단계; 상기 공간부에 상기 용액을 제공하는 단계; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 용액에 삼차원 전기장을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

미세 와이어, 센서, 삼차원 전기장, 홈, 공간부

Description

미세 와이어 제조 방법, 그리고 미세 와이어를 포함하는 센서 제조 방법 {Manufacturing method of fine wire and sensor including fine wire}

본 발명은 미세 와이어 제조 방법, 미세 와이어를 포함하는 센서 및 이 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 제조 효율이 우수한 미세 와이어의 제조 방법, 미세 와이어를 포함하는 센서 및 이 센서의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 나노 스케일의 부품, 디바이스 등을 제조하는 나노 기술에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 관한 연구 또한 활발하게 진행되고 있다.

이러한 나노 스케일의 부품, 디바이스 등을 제조하는 방식은 하향(top-down) 방식과 상향(bottom-up) 방식으로 구분될 수 있다. 하향 방식은 필름이나 덩어리 등에서 원하지 않는 부분을 제거하여 나노 구조물을 만드는 방식이며, 상향 방식은 자기 조립(self assembly)에 의해 작은 건조 블록을 쌓아서 나노 구조물을 만드는 방식이다.

상향 방식은 기존의 하향 방식의 한계를 극복할 수 있다고 평가되면서 이에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 현재에는 금속 또는 산화물 미세 와이어, 고분 자 나노 와이어 등의 1차원 나노 구조물의 제조에 이러한 상향 방식이 적용되고 있다. 이러한 1차원 나노 구조물은 우수한 전기적, 열적, 기계적, 광학적 특성을 가지기 때문에, 나노 스케일의 전기 소자, 광학 소자, 및 화학/바이오 센서 등 다양한 종류의 나노 디바이스의 기초 건조 블록으로 사용될 수 있다.

그러나 상향 방식에 따라 미세 와이어를 형성하는 기술은 현재 연구 단계에서만 가능하여, 고가의 장비 등을 이용하는 엄격한 조건 하에서 오랜 시간 동안 유지하여야만 미세 와이어를 형성할 수 있다. 이에 따라 미세 와이어의 제조 효율이 매우 낮은 문제가 있다. 또한 미세 와이어의 형상 및 위치 등을 조절하는 데에도 어려움이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 제조 효율을 향상할 수 있으며 미세 와이어의 형상 및 위치를 조절할 수 있는 미세 와이어 제조 방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 제조 효율을 향상할 수 있으며 형성 및 위치를 제어할 수 있는 미세 와이어를 포함하는 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 미세 와이어 제조 방법에서는 미세 와이어 형성용 용액에 삼차원 전기장을 인가하여 미세 와이어를 형성한다. 삼 차원 전기장에 의해 미세 와이어 형성을 촉진시킬 수 있으며 우수한 특성의 미세 와이어를 형성할 수 있다.

이 때, 미세 와이어 제조 방법은, 광폭(廣幅) 및 상기 광폭보다 좁은 협폭(狹幅)을 구비하는 공간부가 서로의 사이에 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극부를 준비하는 단계; 상기 공간부에 상기 용액을 제공하는 단계; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 용액에 삼차원 전기장을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이 제1 전극과 제2 전극 사이의 공간부가 광폭과 협폭을 구비하여 폭이 변화하는 부분에 존재하게 되며, 이에 의해 삼차원 전기장이 형성될 수 있다.

상기 공간부의 폭이 상기 기판의 내부를 향하면서 점진적으로 감소할 수 있다. 이에 따라 삼차원 전기장을 좀더 넓은 범위에 걸쳐서 균일하게 형성할 수 있다.

상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 공간부를 사이에 두고 서로 마주보며 형성되는 대향부를 각기 포함할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 대향부에 의해 전기장이 인가되는 영역을 증가시킬 수 있으며 이에 의해 미세 와이어의 형성을 더욱 촉진할 수 있다.

이 때, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향부들 중 적어도 하나의 평면 형상은 사각형일 수 있다. 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향부들 중 적어도 하나의 평면 형상은 서로를 향해 가면서 폭이 점진적으로 감소할 수 있다.

본 발명에서는 제1 전극과 제2 전극의 형상에 따라 미세 와이어의 형상 및 위치 등을 제어하여 사용 분야 등에 따라 적절한 특성을 가지는 미세 와이어를 제조할 수 있다.

상기 전극부를 준비하는 단계는, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 홈을 형성하는 단계; 및 적어도 상기 홈의 제1 내면에 상기 제1 전극을 형성하고 적어도 상기 홈의 제2 내면에 상기 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 기판에 홈을 형성하는 단순한 공정으로 삼차원 전기장을 인가할 수 있는 전극부를 쉽게 형성할 수 있다.

상기 전극부를 준비하는 단계는, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 위에 제1 산화막을 형성하는 단계; 상기 기판과 상기 제1 산화막에 홈을 형성하는 단계; 상기 제1 산화막을 제거하고 상기 기판 위에 제2 산화막을 형성하는 단계; 및 상기 제2 산화막의 위에서 적어도 상기 홈의 제1 내면에 상기 제1 전극을 형성하고 적어도 상기 홈의 제2 내면에 상기 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 제2 산화막은 기판과 제1 및 제2 전극의 절연성을 확보하고 기판을 보호하는 등의 역할을 할 수 있다.

상기 기판으로 실리콘 기판을 이용하여, 실리콘의 식각 특성에 의해 노치 형상의 홈을 쉽게 형성할 수 있다.

상기 삼차원 전기장은 교류 전압에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라 복잡한 파형의 전기 신호를 위한 고가의 장비를 사용하지 않아도 되며, 교류 전압의 주파수를 변화시키는 것에 의해 미세 와이어의 형상 및 위치 등을 조절할 수 있다.

상기 교류 전압의 주파수는 10 kHz 내지 10 MHz의 범위 내에 속할 수 있다. 이와 같은 교류 전압의 주파수는 미세 와이어의 형성에 적절하도록 선택되는 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 공간부에 상기 용액을 제공하는 단계는, 상기 공간부에 상기 용액을 적하시키거나 상기 전극부를 상기 용액에 담그는 것에 의하여 이루어질 수 있다. 즉 본 발명에서는 미세 와이어 제조 환경을 고려하여 적합한 방법을 사용할 수 있다.

상기 미세 와이어는 전도성 고분자 미세 와이어일 수 있다. 전도성 고분자는 금속이 가지지 못하는 유연성과 화학적 안정성, 생적합성 등을 구비하여 다양한 디바이스에 적용될 수 있는 우수한 특성의 물질이다.

상기 용액은 용매, 전도성 고분자의 단량체, 및 촉매를 포함할 수 있다. 이러한 촉매는 전도성 고분자의 단량체의 고분자화를 좀더 촉진하는 역할을 한다.

상기 촉매는 탄소 나노 튜브(CNT) 및 금 나노 입자(gold nano particle)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 촉매로는 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 이들은 일례로 소정 부분에 집적하여 국소적으로 전류를 집중시켜 고분자화를 촉진시키는 역할을 한다.

상기 전도성 고분자의 단량체는 피롤, 아닐린, 아세틸렌, 티오펜, 이소티오펜, 페닐렌, 톨루딘, 아진, 아센, 아줄렌, 피리딘, 및 인돌로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상일 수 있다.

상기 용액은, 상기 용매에 상기 촉매를 혼합하는 단계; 및 상기 촉매가 혼합된 용매에 상기 전도성 고분자의 단량체를 첨가하여 혼합하는 단계에 의해 제조될 수 있다. 상기 용매에 상기 촉매를 혼합하는 단계에서, 상기 촉매는 상기 용매의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 5 중량%만큼 첨가될 수 있다. 바람직하게 상기 촉매는 상기 용매의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 1 중량%만큼 첨가될 수 있다.

본 발명에서는 전도성 고분자의 단량체와 촉매의 비율을 조절하여 미세 와이어의 형상 및 위치 등을 적절하게 조절할 수 있다.

이러한 제조 방법에 의해 형성되어 제1 전극과 제2 전극에 연결된 미세 와이어는, 전극부로부터 분리하여, 또는 분리되지 않은 채로 나노 또는 마이크로 미터 스케일의 디바이스 등에서 사용될 수 있다.

상기 미세 와이어는 마이크로 미터 또는 나노 미터 수준의 직경을 가질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 센서 제조 방법은, 광폭 및 상기 광폭보다 좁은 협폭을 구비하는 공간부가 서로의 사이에 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극부를 준비하는 단계; 상기 공간부에 미세 와이어 형성용 용액을 제공하는 단계; 및 상기 용액에 삼차원 전기장을 인가하여 제1 전극과 제2 전극을 연결하는 미세 와이어를 형성하는 단계를 포함한다. 삼차원 전기장에 의해 미세 와이어 형성을 촉진시킬 수 있으며 우수한 특성의 미세 와이어를 형성할 수 있다. 또한 미세 와이어가 제1 전극과 제2 전극을 연결하면서 형성되므로, 미세 와이어를 제조한 다음 다시 전극에 배치하는 공정을 생략할 수 있다.

상기 공간부의 폭이 상기 기판의 내부를 향하면서 점진적으로 감소할 수 있다. 이에 따라 삼차원 전기장을 좀더 넓은 범위에 걸쳐서 균일하게 형성할 수 있어 센서를 구성하는 미세 와이어를 안정적으로 형성할 수 있다.

상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 공간부를 사이에 두고 서로 마주보며 형성되는 대향부를 각기 포함할 수 있다. 이러한 대향부에 의해 전기장이 인가되는 영역을 증가시킬 수 있으며 이에 의해 센서를 구성하는 미세 와이어의 형성을 더욱 촉진할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 제1 전극과 제2 전극의 형상에 따라 미세 와이어의 형상 및 위치 등을 제어하여 센서의 사용 분야 등에 따라 적절한 특성을 가지는 센서를 제조할 수 있다.

상기 전극부를 준비하는 단계는, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 위에 제1 산화막을 형성하는 단계; 상기 기판과 상기 제1 산화막에 홈을 형성하는 단계; 상기 제1 산화막을 제거하고 상기 기판 위에 제2 산화막을 형성하는 단계; 및 상기 제2 산화막의 위에서 적어도 상기 홈의 제1 내면에 상기 제1 전극을 형성하고 적어도 상기 홈의 제2 내면에 상기 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러 한 제2 산화막은 기판과 제1 및 제2 전극의 절연성을 확보하고 기판 등을 보호할 수 있다.

상기 기판으로 실리콘 기판을 이용하여, 실리콘의 식각 특성에 의해 홈을 쉽게 형성할 수 있다.

상기 삼차원 전기장은 교류 전압에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라 복잡한 파형의 전기 신호를 위한 고가의 장비를 사용하지 않아도 되며, 교류 전압의 주파수를 변화시키는 것에 의해 센서를 구성하는 미세 와이어의 형상 및 위치 등을 조절할 수 있다.

상기 교류 전압의 주파수는 10 kHz 내지 10 MHz 의 범위 내에 속할 수 있다. 이와 같은 교류 전압의 주파수는 센서를 구성하는 미세 와이어의 형성에 적절하도록 선택되는 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 촉매는 탄소 나노 튜브(CNT), 및 금 나노 입자(gold nano particle)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 촉매로는 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 이들은 일례로 소정 부분에 집적하여 국소적으로 전류를 집중시켜 고분자화를 촉진시키는 역할을 한다.

본 발명에서는 전도성 고분자의 단량체와 촉매의 비율을 조절하여 센서를 구성하는 미세 와이어의 형상 및 위치 등을 적절하게 조절할 수 있다.

이에 따라 제조된 센서는, 홈이 형성된 기판; 적어도 상기 홈의 내면에 형성되며, 광폭 및 상기 광폭보다 좁은 협폭을 구비하는 공간부를 사이에 두고 서로 마주보며 형성되는 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 미세 와이어를 포함한다.

상기 공간부의 폭은 상기 기판의 내부를 향하면서 감소할 수 있다. 상기 홈 의 단면 형상이 노치 형상일 수 있다 .

상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 서로 마주보며 형성되어 상기 공간부를 형성하는 대향부를 각기 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향부들 중 적어도 하나의 평면 형상은 사각형일 수 있다. 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향부들 중 적어도 하나의 평면 형상은 서로를 향해 가면서 폭이 점진적으로 감소할 수 있다 .

상기 기판은 실리콘 기판일 수 있다. 상기 기판과 상기 제1 및 제2 전극의 사이에 산화막이 더 형성될 수 있다.

상기 미세 와이어는 전도성 고분자 미세 와이어일 수 있다. 상기 미세 와이어는 촉매를 더 포함할 수 있다. 상기 촉매는 탄소 나노 튜브, 및 금 나노 입자로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 미세 와이어는 마이크로 미터 또는 나노 미터 수준의 직경을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 미세 와이어 제조 방법에 의하면, 미세 와이어 형성용 용액에 삼차원 전기장을 인가하여 미세 와이어를 형성함으로써 미세 와이어의 형성을 촉진할 수 있다. 이에 따라 미세 와이어를 안정적으로 쉽게 제조할 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면 고가의 장치 없이 단순한 공정에 의해 미세 와이어의 제조 효율을 향상시키면서 수율을 향상시킬 수 있다.

이 때, 용액에 전기장을 인가하는 제1 전극과 제2 전극 사이의 공간부가 광폭과 협폭을 가지게 하는 것으로 별도의 장비 없이 삼차원 전기장을 형성할 수 있 다. 공간부의 폭이 기판의 내부를 향해 점진적으로 감소되어, 삼차원 전기장을 좀더 넓은 범위에 걸쳐 균일하게 형성할 수 있다.

본 발명에서는 홈을 형성하는 단순한 공정에 의해 소정 형상의 공간부를 형성할 수 있어 고가의 장비를 사용하지 않아도 되며 제조 공정을 단순화할 수 있다.

제1 전극과 제2 전극이 대향부를 구비하는 것에 의해 삼차원 전기장이 인가되는 영역을 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 미세 와이어의 형성을 좀더 촉진할 수 있다.

또한 삼차원 전기장을 교류 전압에 의해 형성하여, 고가의 장비 없이 미세 와이어를 형성할 수 있다.

이 때, 제1 전극과 제2 전극의 평면 형상을 조절하여 삼차원 전기장의 분포를 변화시키거나 교류 전압의 주파수 등을 변화시켜 미세 와이어의 형상 및 위치 등을 적절하게 조절할 수 있다. 이에 따라 미세 와이어가 사용되는 분야 등을 고려하여 적절한 형상을 가지는 미세 와이어를 제조할 수 있어, 미세 와이어가 넓은 사용 분야에 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 센서 제조 방법에 따르면, 센서를 구성하는 미세 와이어를 형성함에 있어서, 상술한 바와 같은 우수한 효과를 가질 수 있다. 또한 본 발명에서는 센서를 구성하는 미세 와이어가 제1 전극과 제2 전극을 연결하면서 형성되므로, 이를 분리하여 다시 전극에 연결하는 공정을 생략할 수 있다. 따라서 미세 와이어를 구비하는 기존의 센서 제조 방법에 비해 공정을 단순화할 수 있어 제조 효 율을 좀더 향상시킬 수 있다.

이에 의해 제조된 센서는 사용 분야에 따라 미세 와이어의 형상 및 위치 등을 조절할 수 있는바 다양한 사용 분야에서 우수한 특성을 가지는 센서로 사용될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어 제조 방법, 미세 와이어를 포함하는 센서 및 이의 제조 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, 미세 와이어라 함은 마이크로 미터 또는 나노 미터 수준의 직경을 가지는 와이어를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서 제조 방법을 도 1, 도 2a 내지 2g, 도 3a 및 도 3b, 도 4a 및 도 4b, 그리고 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 아래에서 설명하는 방법은 형성된 미세 와이어를 분리하는 등의 공정을 더 거쳐서 미세 와이어의 제조 방법으로 사용할 수도 있고, 또는 전극부와 미세 와이어를 포함하는 센서의 제조 방법으로 사용할 수도 있다. 따라서 이하에서는 미세 와이어의 제조 방법과 센서의 제조 방법의 공통된 공정들을 함께 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서 제조 방법은, 전극부를 준비하는 단계(ST10), 미세 와이어 형성용 용액을 제공하는 단계(ST20), 및 이 용액에 삼차원 전기장을 인가하여 미세 와이어를 형성하는 단계(ST30)를 포함한다.

먼저 본 실시예의 전극부를 준비하는 단계(ST10)를 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 설명한다. 도 2a 내지 도 2g는 본 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서 제조 방법에서 전극부를 준비하는 단계(ST10)의 각 공정을 도시한 공정 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 일례로 실리콘으로 이루어지는 기판(10)을 준비한다. 그러나 본 발명이 기판(10)을 구성하는 물질에 한정되는 것은 아니다. 즉 기판(10)은 이후에 형성될 제1 전극(도 2g의 참조부호 31)과 제2 전극(도 2g의 참조부호 32)을 지지할 수 있는 물질로 이루어지면 족하므로, 금속, 고분자 등의 다양한 물질로 이루어질 수 있다.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(10) 위에 제1 산화막(12)을 형성한다. 본 실시예에서는 일례로 습식 산화법(wet oxidation)에 의해 제1 산화막(12)을 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 이 외의 다양한 방법으로 제1 산화막(12)을 형성할 수 있음은 물론이다. 본 실시예에서는 제1 산화막(12)이 실리콘 산화막으로 이루어지나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 산화막(12)은 이후에 홈(도 2e의 참조부호 20)을 형성할 때 사용하는 식각 용액으로부터 기판(10)이 식각되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 기판(10), 좀더 정확하게는 제1 산화막(12) 위에 개구(14a)를 구비하는 패턴막(14)을 형성한다. 패턴막(14)의 개구(14a)는 이후에 형성될 홈(도 2e의 참조부호 20)에 대응하여 형성된다.

이러한 패턴막(14)은 감광제를 도포한 다음 노광 및 현상하는 포토 리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패턴막(14)이 소정 영역을 노출하고 다른 부분은 보호하는 역할을 하는 다양한 물질로 이루어질 수 있음을 물론이다.

이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 패턴막(14)의 개구(14a)에 의해 노출된 부분에 대응하여 제1 산화막(12)을 식각하여 개구(12a)를 형성한다. 본 실시예에서는 일례로 버퍼 산화물 식각액(buffer oxide etchant, BOE)을 사용하여 제1 산화막(12)을 식각하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 식각 용액 및 식각 방법으로 제1 산화막(12)의 일부를 제거할 수 있다.

이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제1 산화막(12)의 개구(12a)에 의해 노출된 기판(10) 부분에 홈(20)을 형성한다. 전기장이 인가되는 공간부(도 2g의 참조부호 50)가 광폭과 협폭을 구비하도록, 이러한 홈(20)은 폭이 변화하는 부분을 구비하도록 형성된다. 본 실시예에서는 일례로 기판(10)의 내부(도면의 음의 z축 방향)를 향하면서 홈(20)의 폭이 점진적으로 감소되어, 홈(20)의 단면 형상이 노치 형상이다.

본 실시예에서는 기판(10)을 트라메틸 암모늄 하이드록사이드(Tetramethyl-Ammonium Hydroxide, TMAH) 용액 등에 담궈서 홈(20)을 형성한다. 본 실시예에서는 기판(10)이 실리콘으로 이루어지므로 TMAH 용액에 의해 결정 방위에 의존하여 식각된다. 따라서 상술한 노치 형상의 단면을 가지는 홈(20)을 쉽게 형성할 수 있다.

그러나 본 발명이 이러한 홈(20)의 단면 형상에 한정되는 것은 아니며, 식각 방법, 식각 조건 등을 변경하여 전기장이 인가되는 공간부(도 2g의 참조부호 50)가 광폭과 협폭을 구비하도록 하는 다양한 단면 형상의 홈(20)을 형성할 수 있다. 또한 기판(10)의 물질에 따라 홈(20)의 형성 방법을 변화하여 다양한 단면 형상의 홈(20)을 형성할 수 있음은 물론이다. 일례로 금속으로 이루어지는 기판은 프레스 금형을 이용하여 홈을 형성할 수도 있다.

홈(20)을 형성하기 전 또는 홈(20)을 형성한 다음 패턴막(14)을 제거한다.

이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 제1 산화막(12)을 제거하고 기판(10) 위에 제2 산화막(16)을 형성한다. 이러한 제2 산화막(16)은 일례로 습식 산화법(wet oxidation)에 의해 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 이 외의 다양한 방법으로 제2 산화막(16)을 형성할 수 있음을 물론이다. 본 실시예에서 제2 산화막(16)은 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 산화막(16)은 기판(10)의 절연성을 확보하고 기판(10)을 물리적, 화학적으로 보호하는 역할을 할 수 있다. 기판(10)이 비전도성 물질로 이루어지는 경우에는 제2 산화막(16)을 형성하는 공정을 생략하여도 무방하다.

이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 제2 산화막(16) 위에서 적어도 홈(20)의 제1 내면(20a)에 제1 전극(31)을, 적어도 홈(20)의 제2 내면(20b)에 제2 전극(32)을 형성하여 전극부의 제조를 완료한다.

이러한 제1 전극(31)과 제2 전극(32)은, 포토 리소그래피 공정을 이용하여 제1 전극(31)과 제2 전극(32)이 형성될 부분에 개구가 형성된 패턴막을 형성하고 이 개구 부분에 전도성 물질을 도포하거나 증착함으로써 형성될 수 있다. 또는, 기판(10)의 전면을 덮도록 전도성 물질을 형성한 다음 패턴막 등을 이용하여 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)으로 사용되지 않을 부분을 제거함으로써 제조될 수 있다. 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)을 형성하기 위한 전도성 물질로는 다양한 물질을 사용할 수 있는데, 일례로 전도성이 높고 반응성이 낮은 금을 이용할 수 있다.

본 실시예에서 제1 전극(31)은, 제1 내면(20a)에 형성되는 대향부(31a)와, 이 제1 내면(20a)에 인접한 부분에서 기판(10)의 전면(前面)에 형성되는 평면부(31b)를 포함하여 형성된다. 마찬가지로 제2 전극(32)은, 제2 내면(20b)에 형성되는 대향부(32a)와, 이 제2 내면(20b)에 인접한 부분에서 기판(10)의 전면(前面)에 형성되는 평면부(32b)를 포함하여 형성된다. 여기서 평면부(31b, 32b)는 형성되지 않을 수도 있다.

이러한 제1 전극(31)의 대향부(31a)와 제2 전극(32)의 대향부(32a)는 제1 내면(20a) 및 제2 내면(20b)에 각기 형성되어 서로 마주보며 형성되어 이들 사이에 공간부(50)가 형성된다. 이러한 공간부(50)는 홈(20)의 형상에 대응하여 형성되므로, 공간부(50)는 광폭 및 이보다 좁은 협폭을 구비하여 폭이 변화하는 부분이 존재하게 된다.

본 실시예에서 공간부(50)는 기판(10)의 내부로 향하는 방향(도면의 음의 z축 방향)으로 갈수록 폭이 점진적으로 감소한다. 전기적으로 단락되는 것을 방지하기 위하여 제1 전극(31)의 대향부(31a)와 제2 전극(32)의 대향부(32a)는 홈(20)의 꼭지점 부분에서 일정 간격 서로 이격되어 형성된다. 이에 따라 본 실시예서는 제1 전극(31)의 대향부(31a)와 제2 전극(32)의 대향부(32a)의 사이에 형성되는 공간부(50)의 단면 형상이 일례로 역전된 사다리꼴로 형성된다.

제1 전극(31)과 제2 전극(32)의 평면 형상은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)을 도시한 평면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)이 일례로 사각형으로 이루어지고, 이에 따라 제1 전극(31)의 대향부(31a)와 제2 전극(32)의 대향부(32a) 또한 사각형으로 이루어질 수 있다. 또는 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 전극(31)의 대향부(31a)과 제2 전극(32)의 대향부(32a)의 평면 형상이 서로를 향해가면서 점진적으로 폭이 감소하도록 형성될 수도 있다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극(31)과 제2 전극(32) 전체가 서로를 향해 가면서 폭이 점진적으로 작아지는 것도 가능하며, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)이 이 외의 다각형의 형상을 가지는 등 다양한 변형이 가능하다.

이와 같이 제1 전극(31)과 제2 전극(32)의 형상, 배치 등을 조절하는 것에 의해 이후 형성될 미세 와이어(80)의 위치 및 형상을 적절하게 제어할 수 있다.

이러한 전극부는 미세 와이어를 형성하기 위하여 용액에 전기장을 인가하는 역할을 하는 구조체로서, 구체적으로 제1 전극(31)과 제2 전극(32) 사이에 형성된 공간부(50)에 전기장이 인가된다.

다음으로, 본 실시예에 따른 제조 방법에서 미세 와이어 형성용 용액을 제공 하는 단계(ST20)를 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서의 제조 방법에서 미세 와이어 형성용 용액을 제공하는 단계를 도시한 공정 단면도이고, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서의 제조 방법에서 미세 와이어 형성용 용액을 제공하는 단계를 도시한 공정 단면도이다.

상기 용액을 제공하는 단계에서는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 적하 장치(70)을 이용하여 공간부(50)에 용액(60)을 적하시키는 방법을 사용할 수 있다. 또는 도 4b에 도시된 바와 같이, 전극부 전체를 용액(60)에 담그는 것에 의해 공간부(50)에 용액(60)을 제공할 수도 있다. 이와 같이 본 발명에서는 미세 와이어 또는 센서의 제조 환경에 따라 적절한 방법을 사용할 수 있다.

본 실시예에서 용액(60)는, 용매, 전도성 고분자의 단량체, 이 전도성 고분자의 단량체의 고분자화를 촉진하는 촉매와, 이들의 분산을 촉진하는 분산제를 포함하여 형성될 수 있다.

용매로는 물 또는 유기 용매가 사용될 수 있다. 유기 용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 톨루엔, 디클로로메탄, 디메틸포름아미드(Dimethyl Formamide, DMF), 디메틸 설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 프로필렌카보네이트(propylen carbonate) 등을 사용할 수 있다.

전도성 고분자의 단량체는 피롤, 아닐린, 아세틸렌, 티오펜, 이소티오펜, 페닐렌, 톨루딘, 아진, 아센, 아줄렌, 피리딘, 인돌 등일 수 있다.

촉매는 일례로 탄소 나노 튜브(CNT), 금 나노 입자(gold nano particle) 등으로 이루어질 수 있다.

분산제는 일례로 소디움 도데실설페이트(sodium dodecylsulfate)일 수 있다.

이러한 용액(60)은, 용매에 분산제와 촉매를 혼합한 다음, 여기에 전도성 고분자의 단량체를 첨가하여 혼합하는 것에 의해 제조될 수 있다. 촉매로 탄소 나노 튜브가 사용되는 경우에 촉매는 용매의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 5 중량%만큼 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소 나노 튜브가 0.01 중량% 미만으로 첨가되면 미세 와이어 합성이 잘 되지 않으며, 탄소 나노 튜브가 5 중량%를 초과하여 첨가되면 탄소 나노 튜브가 제1 전극(31) 또는 제2 전극(32) 등에 붙어서 뭉치는 현상이 일어날 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 탄소 나노 튜브는 0.01 중량% 내지 1 중량% 만큼 첨가되는 것이 바람직하다.

그리고 전도체 고분자의 단량체는 촉매가 첨가된 용액에 대하여 0.1 M 내지 1M 의 농도로 첨가하는 것이 바람직하다. 이러한 농도는 전도성 고분자로의 합성 반응을 고려한 적절한 농도이다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 용매, 전도체 고분자 단량체, 촉매, 분산제의 역할을 할 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있으며, 용매, 전도체 고분자의 단량체, 촉매로 사용되는 물질에 따라 이들의 비율 또한 변화할 수 있음은 물론이다.

마지막으로, 본 실시예에 따른 제조 방법에서 삼차원 전기장을 인가하여 미세 와이어를 형성하는 단계(ST30)를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서의 제조 방법에서 미세 와이어 형성용 용액에 전기장을 인가하여 미세 와이어를 형성하는 단계를 도시한 공정 단면도이다. 도 5에서는 공간부(50) 내에 용액(60)을 적하한 경우를 일례로 하였다.

이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 단자부(71)와 제2 단자부(72)를 이용하여 제1 전극(31)과 제2 전극(32)에 전압을 인가하여 용액(60)에 전기장을 인가하여 미세 와이어(도 6의 참조부호 80)를 형성한다.

본 실시예에서는 전도성 고분자의 단량체가 혼합된 용액을 사용하여 미세 와이어가 전도성 고분자 미세 와이어가 되도록 한다. 전도성 고분자는 금속이 가지지 못하는 유연성과 화학적 안정성, 생적합성 등을 구비하고 있어 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 특히 바이오 센서로서 이용되기에 적합하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 용액이 다른 물질로 이루어져 미세 와이어가 다른 물질로 이루어질 수도 있다.

본 실시예에서는 제1 전극(31)과 제2 전극(32)에 의해 전기장이 형성되는 공간부(50)가 광폭과 이 광폭보다 좁은 협폭을 구비하므로, 폭이 변화하는 부분이 적어도 한 군데 이상 존재하게 된다. 이렇게 폭이 변화하는 부분에 의해서, 공간부(50) 내에 위치하는 용액(60)에 삼차원 전기장이 인가된다. 여기서, 삼차원 전기장이라 함은 서로 마주보는 전극들 사이의 거리에 변화가 있을 경우에 발생하는 전기장을 의미한다.

본 실시예에서는 이러한 삼차원 전기장에 의해 형성되는 전기장의 구배(gradient)에 의해 미세 와이어의 형성을 촉진시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 공간부(50)의 폭이 변화하는 부분을 가지도록 하여 전기장의 구배를 조절하는 것에 의해, 미세 와이어의 형성을 촉진시킬 수 있다.

이 때, 본 실시예에서는 홈(20)을 형성하는 단순한 공정에 의해 제1 전극(31)과 제2 전극(32) 사이에 공간부(50)를 형성함으로써, 별도의 장치 없이 용액(60)에 삼차원 전기장을 인가할 수 있다.

그리고 본 실시예에서는 제1 전극(31)의 대향부(31a)와 제2 전극(32)의 대향부(32a)가 마주보며 형성되어 용액(60)에 인가되는 전기장이 인가되는 영역을 최대화하여 미세 와이어의 제조 효율을 좀더 향상할 수 있다.

이 때, 용액(60) 내에 존재하는 촉매는 전도성 고분자 단량체의 고분자화를 촉진하는 역할을 한다. 일례로 촉매로 탄소 나노 튜브가 사용되는 경우를 살펴보면, 전기장이 인가되면 탄소 나노 튜브가 공간부(50) 내의 소정 위치에 집적하여 이 부분에 국소적으로 전류가 집중되도록 하고, 이 전류의 집중에 의해 전도성 고분자 단량체의 고분자화를 촉진시킨다.

이에 따라 본 실시예에서는 전도성 고분자의 단량체가 고분자화 되는 시간을 단축시킬 수 있으며 안정적으로 미세 와이어를 형성할 수 있다. 즉 본 실시예에 따르면 향상된 제조 효율로 전도성 고분자를 형성할 수 있다.

제1 전극(31)과 제2 전극(32)에 인가되는 전압은 일례로 주파수가 10 kHz 내지 10 MHz 인 교류 전압일 수 있으며, 이 때 주파수가 100 kHz 내지 10 MHz 일 수 있다. 이러한 주파수의 범위는 전도성 고분자의 단량체의 고분자화를 위하여 적절하게 선택될 수 있다.

이와 같이 제1 전극(31)과 제2 전극(32)에 인가되는 교류 전압의 주파수의 크기를 변화시키는 것에 의해 미세 와이어의 형상을 조절할 수 있다. 따라서 상술한 주파수는 가능한 주파수의 범위의 일례에 불과하며, 용액의 조성, 원하는 미세 와이어의 형상 등을 고려하여 주파수를 변경할 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

본 실시예에서는 제1 전극(31)과 제2 전극(32)에 교류 전압을 인가하므로, 복잡한 파형의 전기 신호를 위한 고가의 장비를 사용하지 않아도 되며, 교류 전압의 주파수를 변화시켜 미세 와이어의 형상을 손쉽게 조절할 수 있다.

상술한 바에 따라 제1 전극(31)과 제2 전극(32)에 연결되는 미세 와이어(도 6의 참조부호 80, 이하 동일)가 형성되면, 전극부와 미세 와이어(80)을 센서로서 이용할 수 있다. 또는 제조된 미세 와이어(80)를 전극부로부터 분리하거나 분리하지 않은 채로 다양한 전기 소자에 적용할 수도 있다.

센서 제조 방법으로 사용하는 경우에는, 미세 와이어(80)을 제1 전극(31)과 제2 전극(32)에 연결되도록 형성하는 것에 의해 센서를 형성하므로, 미세 와이어를 별도로 제조한 후 다시 전극 상에 배치시키는 종래의 과정을 생략할 수 있다. 이에 따라 센서 제조 방법의 공정을 단순화할 수 있다.

이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어를 포함하는 센서를 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어를 포함하는 센서의 단면도이다. 제조 방법에서 설명한 내용과 동일한 내용은 생략한다.

본 실시예에 따른 센서는 상술한 바에 따른 센서 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 이에 따라 센서는, 기판(10)과 이에 형성되는 제1 전극(31) 및 제2 전 극(32)이 형성된 전극부와, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)을 전기적으로 연결하는 미세 와이어(80)를 포함하여 구성된다. 기판(10)에는 폭이 서로 다른 부분을 가지는 홈(20)이 형성되고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)이 이 홈(20) 내부의 공간부(50)를 사이에 두고 서로 마주보며 형성된다.

본 실시예에서 홈(20)의 단면 형상은 노치 형상인 것으로 도시 및 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명에서는 홈(20)이 폭이 서로 다른 부분을 구비하도록 형성되어 이 내부에 형성되는 공간부(50)에 삼차원 전기장을 인가할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있음은 물론이다.

제조 방법에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은 각기 대향부(31a, 32a)와 평면부(31b, 32b)를 포함하여 형성된다. 여기서, 이러한 제1 전극(31)의 대향부(31a)와 제2 전극(32)의 대향부(32a)는 홈(20)의 내에서 서로 마주보며 형성되어, 이들 사이에 공간부(50)가 형성된다.

이러한 공간부(50)은 홈(20)에 대응하여 형성되므로, 기판(10)의 내부를 향하면서 폭이 점진적으로 감소할 수 있다. 이 때, 제1 전극(31)의 대향부(31a)와 제2 전극(32)의 대향부(32a)의 사이에 형성되는 공간부(50)의 단면 형상이 일례로 역전된 사다리꼴로 형성될 수 있다.

그리고 기판(10)과, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)의 사이에는 이들 사이의 절연을 위하여 산화막, 좀더 정확하게는 제2 산화막(16)이 구비될 수 있다. 그러나 기판(10)이 비전도성 물질로 이루어지는 경우에는 상기 제2 산화막(16)이 구비되지 않아도 무방하다. 본 실시예에서는 일례로 기판(10)이 실리콘 기판이고, 제2 산화 막(16)이 실리콘 산화막이지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서 미세 와이어(80)는 전도성 고분자와 촉매를 포함하여 구성될 수 있다.

전도성 고분자는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리이소티오펜, 폴리페닐렌, 폴리톨루딘, 폴리아진, 폴리아센, 폴리아줄렌, 폴리피리딘, 폴리인돌 등일 수 있다.

여기서 촉매라 함은 전기장의 인가된 상태에서 전도성 고분자의 단량체의 고분자화를 촉진할 수 있는 물질을 모두 포괄하는 것으로, 일례로 탄소 나노 튜브(CNT), 금 나노 입자(gold nano particle) 등으로 이루어질 수 있다.

이러한 구조의 센서는 미세 와이어의 전기적인 특성을 이용하여 혈당 센서, 이온 센서, pH 센서 등으로 사용될 수 있다. 이 외에도 다양한 응용분야의 나노 또는 마이크로 미터 수준의 미세 스케일 연구에 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제조예 1와, 이 제조예 1에 의해 제조된 센서가 pH 센서로 이용될 수 있음에 대하여 설명한다.

제조예 1

(100) 실리콘 기판에 습식 산화법을 이용하여 실리콘 산화막으로 이루어지는 제1 산화막을 형성하였다. 그리고 이 제1 산화막 위에 AZ5214 감광제를 도포하고, 자외선 광원에서 17초간 노출시킨 후 노광한 다음, AZ300MIF 현상액을 사용하여 현상하여 개구를 구비하는 패턴막을 형성하였다. 패턴막의 개구에 대응하는 제1 산화 막 부분을 버퍼 산화물 식각액을 이용하여 제거하였다.

패턴막을 제거한 다음 실리콘 기판을 80 ℃의 TMAH 용액에 넣어 제1 산화막에 의해 덮여지지 않은 부분에 노치 형태의 홈을 형성하였다.

이 제1 산화막을 제거한 후 실리콘 기판을 덮도록 실리콘 산화막으로 이루어지는 제2 산화막을 형성한 후, AZ5214 감광제를 도포하고, 자외선 광원에서 17초간 노출시켜 노광한 다음, AZ300MIF 현상액을 사용하여 현상하여 제1 전극 및 제2 전극에 대응하는 개구를 구비하는 패턴막을 형성하였다. 개구 내에 금을 증착한 후 감광제를 제거하여 사이에 공간부가 위치하도록 제1 전극 및 제2 전극을 형성하였다.

한편, 100 ml의 초순수 용액(DI water)에 0.1 중량%의 소듐도데실셀페이트(sodium dodecylsulfate)와 1mg의 단일벽 탄소 나노 튜브를 혼합한 다음 20분간 초음파를 인가하여 탄소 나노 튜브가 용액에 균일하게 흩어지게 하였다. 이 탄소 나노 튜브 용액에 피롤을 0.1M의 농도가 되도록 혼합하여 용액을 제조하였다.

이 용액을 제1 전극과 제2 전극 사이의 공간부에 3μl 만큼 적하한 다음 1MHz의 주파수를 가지는 교류 전압을 인가하여 제1 전극과 제2 전극을 연결하도록 미세 와이어를 형성하였다.

이와 같은 제조예 1에 의해 미세 와이어의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진을 도 7a 및 도 7b에 나타내었다. 도 7b는 도 7a의 미세 와이어의 가운데 부분을 확대한 이미지이다. 도 7a을 참조하면, 본 제조예 1에 따르면 수십 마이크로미터의 간격을 가지는 제1 전극과 제2 전극 사이에 이들을 연결하는 미세 와이어가 안정적으로 형성됨을 확인할 수 있다. 그리고 도 7b을 참조하면, 미세 와이어가 수백 나노미터 굵기로 균일하게 형성된 것을 알 수 있다.

그리고 제조예 1에 의해 제조된 센서에 초순수, pH가 3.2인 용액, pH가 2.4인 용액, pH가 2.0인 용액을 적하시킨 후, 전압에 따른 전류를 측정하여 각기 도 8a 내지 도 8d에 나타내었다. 도 8a 내지 도 8d에서 알 수 있듯이, 0 V 근처의 전압에서는 전류가 흐르지 않다가 1V가 넘어가게 되면 전류가 흐르는 것을 알 수 있다. 그리고 3 V 에서의 전류가 초순수의 경우(도 8a)에는 4μA, pH가 3.2인 경우(도 8b)에는 120μA, pH가 2.4인 경우(도 8c)에는 325μA, pH가 2.0인 경우(도 8d)에는 450μA인 것을 알 수 있다. 즉 적하된 용액의 pH가 낮을수록 저항이 작아져 더 많은 전류가 흐르므로, 전류를 측정하는 것에 의해 pH를 측정할 수 있음을 알 수 있다.

또한 제조예 1에 의해 제조된 센서에 10V를 가하면서 초순수를 5 μl 만큼 적하(도 9의 A 지점)하고 50초 후에 pH가 2인 용액을 5 μl만큼 더 적하(도 9의 B 지점)하면서 전류 변화를 측정하여 도 9에 도시하였다. 도 9에서 알 수 있듯이, 초순수를 적하한 경우에는 전류가 500 μA가 불과한 반면, 여기에 pH가 2인 용액을 적하하면 전류가 4000 μA 이상으로 급격하게 상승하는 것을 알 수 있다. 따라서 전류를 측정하는 것에 의해 pH 를 측정할 수 있음을 확인할 수 있다.

즉 제조예 1에 의해 제조된 센서는 pH 센서로 이용할 수 있음을 알 수 있다. 이 때, 본 제조예 1에서는 일례로 폴리 피롤로 구성되는 미세 와이어를 포함하는 센서를 pH 센서로 이용할 수 있음을 보여주었으나, 본 발명에서는 다양한 물질의 미세 와이어를 다양한 센서에 적용할 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

이하에서는 본 발명의 제조예 2 및 제조예 3으로부터 촉매와 전도성 고분자의 단량체의 비율에 따라 미세 와이어의 형상을 변화시킬 수 있음을 살펴본다.

제조예 2

100 ml의 초순수 용액에 0.1 중량%의 소듐도데실셀페이트(sodium dodecylsulfate)와 1mg의 단일벽 탄소 나노 튜브를 혼합한 다음 20분간 초음파를 인가하여 탄소 나노 튜브가 용액에 균일하게 흩어지게 하였다. 이 탄소 나노 튜브 용액과 피롤의 비율이 100:1 (약 0.15 M)이 되도록 탄소 나노 튜브 용액에 피롤을 첨가한 후 혼합하여 용액을 제조하였다.

이러한 용액의 제조 방법을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 제1 전극과 제2 전극 사이에 미세 와이어를 형성하였다.

제조예 3

용액의 제조 시 탄소 나노 튜브 용액과 피롤의 비율이 50:1 (약 0.3 M)이 되도록 피롤을 첨가한 것을 제외하고는 제조예 2과 동일한 방법으로 제1 전극과 제2 전극 사이에 미세 와이어를 형성하였다.

제조예 2에 의해 제조된 미세 와이어의 사진을 도 10a에 나타내었고, 제조예 3에 의해 제조된 미세 와이어의 사진을 도 10b에 나타내었다. 도 10a와 도 10b를 비교하면, 제조예 2와 제조예 3에 형성된 미세 와이어가 서로 다른 형상으로 형성되었음을 쉽게 알 수 있다.

이러한 도 10a 및 도 10b로부터, 촉매와 전도성 고분자의 단량체의 혼합 비율을 조절하는 것에 의해 다양한 형상의 미세 와이어를 형성할 수 있음을 알 수 있다. 즉 본 발명에 따르면 사용 분야 등에 맞추어 적절한 형상의 미세 와이어 및 이를 포함하는 센서를 제조할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제조예 2, 4 및 제조예 5로부터 제1 전극과 제2 전극에 인가되는 교류 전압의 주파수에 따라 형성되는 미세 와이어의 형상을 변화시킬 수 있음을 살펴본다.

제조예 4

제1 전극과 제2 전극에 주파수가 100 kHz인 교류 전압을 인가하였다는 점을 제외하면 제조예 2와 동일한 방법으로 미세 와이어를 형성하였다.

제조예 5

제1 전극과 제2 전극에 주파수가 10 kHz인 교류 전압을 인가하였다는 점을 제외하면 제조예 2와 동일한 방법으로 미세 와이어를 형성하였다.

제조예 4 및 5에 따라 제조된 미세 와이어의 사진을 각기 도 11a 및 11b에 도시하였다.

도 10a, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 제1 전극과 제2 전극에 인가된 교류 전압의 주파수에 따라 서로 다른 형상을 가지는 미세 와이어를 형성할 수 있음을 알 수 있다. 즉 주파수가 높아질수록 와이어들이 뭉쳐서 가늘게 형성되며 주파수가 낮아질수록 와이어들이 뭉치지 않고 퍼지면서 형성되는 것을 확인할 수 있습니다.

이러한 도 10a, 도 11a 및 도 11b로부터, 촉매와 전도성 고분자의 단량체의 혼합 비율을 조절하는 것에 의해 다양한 형상의 미세 와이어를 형성할 수 있음을 알 수 있다. 즉 본 발명에 따르면 사용 분야 등에 맞추어 적절한 형상의 미세 와이어 및 이를 포함하는 센서를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 실시예 및 제조예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 과제 해결 수단 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하며 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 2a 내지 도 2g는 본 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서 제조 방법에서 전극부를 준비하는 단계의 각 공정을 도시한 공정 단면도이다.

도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 및 제2 전극의 평면도이다.

도 3b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 전극 및 제2 전극의 평면도이다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서의 제조 방법에서 미세 와이어 형성용 용액을 제공하는 단계를 도시한 공정 단면도이다.

도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서의 제조 방법에서 미세 와이어 형성용 용액을 제공하는 단계를 도시한 공정 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어 및 센서의 제조 방법에서 미세 와이어를 형성하는 단계를 도시한 공정 단면도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 와이어를 포함하는 센서의 단면도이다.

도 7a는 본 발명의 제조예 1에 의해 제조된 미세 와이어의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이다.

도 7b는 도 7a의 미세 와이어의 가운데 부분을 확대한 사진이다.

도 8a는 본 발명의 제조예 1에 의해 제조된 센서에 초순수를 적하한 후 전압에 따른 전류를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

도 8b는 본 발명의 제조예 1에 의해 제조된 센서에 pH가 3.2인 용액을 적하한 후 전압에 따른 전류를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

도 8c는 본 발명의 제조예 1에 의해 제조된 센서에 pH가 2.4인 용액을 적하한 후 전압에 따른 전류를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

도 8d는 본 발명의 제조예 1에 의해 제조된 센서에 pH가 2.0인 용액을 적하한 후 전압에 따른 전류를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

도 9는 본 발명의 제조예 1에 의해 제조된 센서에 초순수와 pH가 2인 용액을 순차적으로 적하하면서 전압에 따른 전류를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

도 10a는 본 발명의 제조예 2에 의해 제조된 미세 와이어의 사진이다.

도 10b는 본 발명의 제조예 3에 의해 제조된 미세 와이어의 사진이다.

도 11a는 본 발명의 제조예 4에 의해 제조된 미세 와이어의 사진이다.

도 11b는 본 발명의 제조예 5에 의해 제조된 미세 와이어의 사진이다.

Claims

삭제
기판, 상기 기판에 형성되며 광폭(廣幅) 및 상기 광폭보다 좁은 협폭(狹幅)을 구비하는 공간부가 사이에 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극부를 준비하는 단계;

상기 공간부에, 용매, 전도성 고분자의 단량체, 및 촉매를 포함하는 미세 와이어 형성용 용액을 제공하는 단계; 및

상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 용액에 삼차원 전기장을 인가하는 단계

를 포함하는 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 공간부의 폭이 상기 기판의 내부를 향하면서 점진적으로 감소하는 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 공간부를 사이에 두고 서로 마주보 며 형성되는 대향부를 각기 포함하고,

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향부들 중 적어도 하나의 평면 형상은 사각형인 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 공간부를 사이에 두고 서로 마주보며 형성되는 대향부를 각기 포함하고,

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향부들 중 적어도 하나의 평면 형상은 서로를 향해 가면서 폭이 점진적으로 감소하는 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 전극부를 준비하는 단계는,

기판을 준비하는 단계;

상기 기판에, 폭이 변화하는 부분을 구비하는 홈을 형성하는 단계; 및

적어도 상기 홈의 제1 내면에 상기 제1 전극을 형성하고 적어도 상기 홈의 제2 내면에 상기 제2 전극을 형성하는 단계

를 포함하는 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 전극부를 준비하는 단계는,

기판을 준비하는 단계;

상기 기판 위에 제1 산화막을 형성하는 단계;

상기 기판과 상기 제1 산화막에, 폭이 변화하는 부분을 구비하는 홈을 형성하는 단계;

상기 제1 산화막을 제거하고 상기 기판 위에 제2 산화막을 형성하는 단계; 및

상기 제2 산화막의 위에서 적어도 상기 홈의 제1 내면에 상기 제1 전극을 형성하고 적어도 상기 홈의 제2 내면에 상기 제2 전극을 형성하는 단계

를 포함하는 미세 와이어 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 기판은 실리콘 기판인 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 삼차원 전기장은 교류 전압에 의해 형성되는 미세 와이어 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 교류 전압의 주파수는 10 kHz 내지 10 MHz의 범위 내에 속하는 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 공간부에 상기 용액을 제공하는 단계는,

상기 공간부에 상기 용액을 적하시키거나 상기 전극부를 상기 용액에 담그는 것에 의하여 이루어지는 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 미세 와이어는 전도성 고분자 미세 와이어인 미세 와이어 제조 방법.
삭제
제2항에 있어서,

상기 촉매는 탄소 나노 튜브(CNT) 및 금 나노 입자(gold nano particle)으로 이루어진 군에서 선택되는 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 전도성 고분자의 단량체는 피롤, 아닐린, 아세틸렌, 티오펜, 이소티오펜, 페닐렌, 톨루딘, 아진, 아센, 아줄렌, 피리딘, 및 인돌로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상인 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 용액은, 상기 용매에 상기 촉매를 혼합하는 단계; 및 상기 촉매가 혼합된 용매에 상기 전도성 고분자의 단량체를 첨가하여 혼합하는 단계에 의해 제조되며,

상기 용매에 상기 촉매를 혼합하는 단계에서, 상기 촉매는 상기 용매의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 5 중량%만큼 첨가되는 미세 와이어 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 미세 와이어는 마이크로 미터 또는 나노 미터 수준의 직경을 가지는 미세 와이어 제조 방법.
기판, 상기 기판에 형성되며 광폭(廣幅) 및 상기 광폭보다 좁은 협폭(狹幅)을 구비하는 공간부가 사이에 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극부를 준비하는 단계;

상기 공간부에, 용매, 전도성 고분자의 단량체, 및 촉매를 포함하는 미세 와이어 형성용 용액을 제공하는 단계; 및

상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 용액에 삼차원 전기장을 인가하는 단계

를 포함하는 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 공간부의 폭이 상기 기판의 내부를 향하면서 점진적으로 감소하는 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 공간부를 사이에 두고 서로 마주보며 형성되는 대향부를 각기 포함하고,

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향부들 중 적어도 하나의 평면 형상은 사각형인 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 공간부를 사이에 두고 서로 마주보며 형성되는 대향부를 각기 포함하고,

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 대향부들 중 적어도 하나의 평면 형상은 서로를 향해 가면서 폭이 점진적으로 감소하는 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 전극부를 준비하는 단계는,

기판을 준비하는 단계;

상기 기판에, 폭이 변화하는 부분을 구비하는 홈을 형성하는 단계; 및

적어도 상기 홈의 제1 내면에 상기 제1 전극을 형성하고 적어도 상기 홈의 제2 내면에 상기 제2 전극을 형성하는 단계

를 포함하는 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 전극부를 준비하는 단계는,

기판을 준비하는 단계;

상기 기판 위에 제1 산화막을 형성하는 단계;

상기 기판과 상기 제1 산화막에, 폭이 변화하는 부분을 구비하는 홈을 형성하는 단계;

상기 제1 산화막을 제거하고 상기 기판 위에 제2 산화막을 형성하는 단계; 및

상기 제2 산화막의 위에서 적어도 상기 홈의 제1 내면에 상기 제1 전극을 형성하고 적어도 상기 홈의 제2 내면에 상기 제2 전극을 형성하는 단계

를 포함하는 센서 제조 방법.
제22항 또는 제23항에 있어서,

상기 기판은 실리콘 기판인 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 삼차원 전기장은 교류 전압에 의해 형성되는 센서 제조 방법.
제25항에 있어서,

상기 교류 전압의 주파수는 10 kHZ 내지 10 MHz의 범위 내에 속하는 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 공간부에 상기 용액을 제공하는 단계는,

상기 공간부에 상기 용액을 적하시키거나 상기 전극부를 상기 용액에 담그는 것에 의하여 이루어지는 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 미세 와이어는 전도성 고분자 미세 와이어인 센서 제조 방법.
삭제
제18항에 있어서,

상기 촉매는 탄소 나노 튜브(CNT) 및 금 나노 입자(gold nano particle)로 이루어진 군에서 선택되는 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 전도성 고분자의 단량체는 피롤, 아닐린, 아세틸렌, 티오펜, 이소티오펜, 페닐렌, 톨루딘, 아진, 아센, 아줄렌, 피리딘, 및 인돌로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상인 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 용액은, 상기 용매에 상기 촉매를 혼합하는 단계; 및 상기 촉매가 혼합된 용매에 상기 전도성 고분자의 단량체를 첨가하여 혼합하는 단계에 의해 제조되며,

상기 용매에 상기 촉매를 혼합하는 단계에서, 상기 촉매는 상기 용매의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 5 중량%만큼 첨가되는 센서 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 미세 와이어는 마이크로 미터 또는 나노 미터 수준의 직경을 가지는 센서 제조 방법.
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