KR100982092B1

KR100982092B1 - 탄소구조물 주형의 형성방법

Info

Publication number: KR100982092B1
Application number: KR1020070098304A
Authority: KR
Inventors: 김원배; 정건영; 김연수; 안효진; 남상훈
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2010-09-13
Also published as: KR20090032801A

Abstract

미세접촉인쇄용 스탬프 및 나노 임프린팅 식각 공정에 사용되는 탄소구조물 주형의 제작 방법이 개시된다. 2회에 걸친 양극산화공정을 통해 규칙적인 배열을 가지는 포어 상에 양극산화물인 양극산화알루미늄을 성장시킨다. 성장된 양극산화알루미늄 표면에 탄소나노층을 형성하고, 표면에 대해 이온 밀링을 수행하여 탄소구조물 형성한다. 이어서, 양극산화알루미늄에 대해 부분 식각을 수행하여 양극산화알루미늄과 단차를 가진 탄소구조물 주형을 제작한다.

탄소구조물, 미세접촉인쇄, 나노 임프린팅

Description

탄소구조물 주형의 형성방법{Method of forming Carbon Structure Stamp}

본 발명은 탄소구조물의 주형 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세접촉인쇄용 탄소구조물 스탬프와 나노임프린팅을 위한 탄소구조물의 주형과 이의 제조방법에 관한 것이다.

나노 기술은 나노구조가 가지는 특성을 이용하는 것으로, 광전자 소자, 전기화학 소자, 메모리 소자, 바이오 소자 등에 이용된다. 또한, 나노 물질을 실질적으로 활용이 가능한 소자로 구현하기 위해서는 높은 정밀도를 가지는 나노 물질의 구성 및 패턴화 기술이 요청된다.

현재까지, 특정의 물질을 마이크로 구조로 구성하거나 패턴화하는 기술은 포토리소그래피(photolithography) 기술이다. 이러한 포토리소그래피는 정밀한 광학장비를 활용하며, 실리콘을 기반으로 하는 반도체 소자의 제조에 핵심적으로 이용되고 있는 기술이다. 그러나, 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 포토리소그래피 기술이 가지는 해상도 및 정밀도가 한계를 나타내고 있다. 이러한 포토리소그래피 기술을 대체하기 위해 전자빔 식각기술, 원자력 전자현미경 기술, 이온빔 식각기술 등이 활용되고 있으나, 속도가 느리고 장비가 고가인 점이 문제로 지적되고 있다. 이에 반하여 일라스토머(elastamer)를 이용한 스탬프 및 주형 패턴을 전이하는 미세접촉인쇄(contact printing)과 나노임프린트 식각기술(NIL : nanoimprint lithography)은 높은 수율을 보장하며, 경제적인 식각기술로 주목을 받고 있다.

미세접촉인쇄(Microcontact printing, A. Kumar and G.M. Whiteside, US551231)는 기판과 화학결합을 할 수 있는 유기화합물인 잉크를 고분자(PDMS) 스탬프에 묻혀 기판 위에 얇은 막으로 유기 박막을 인쇄하는 기술이다.

나노임프린트 식각기술은 1994년 미국의 Princeton 대학의 Chou 교수의 제안으로부터 발전되어왔다. 이 기술은 패턴이 형성되어 있는 실리콘, 쿼츠, 고분자 또는 니켈 금속 등으로 패턴이 형성된 주형을 제작하고, 이 패턴을 기판위에 도포된 레지스트에 물리적인 방법을 이용하여 직접 패턴을 전사하는 방법이다.

미세접촉인쇄와 나노임프린트 식각기술을 활용하여 정밀하고, 높은 해상도를 가지는 나노구조 패턴을 형성하기 위해서는 나노구조를 가지는 고정밀 스탬프 또는 주형이 필수적이다. 나노구조의 고해상도으 스탬프와 주형을 제작하기 위해서는 고가의 장비와 많은 시간이 요구된다. 따라서, 높은 해상도를 가지고, 정밀한 스탬프와 주형을 제작하는 효과적인 기술의 개발이 요청된다 할 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 정밀하고 균일한 탄소구조물 주형의 형성방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판에 제1차 양극산화공정을 수행하여, 상기 기판으로부터 함몰된 제1차 포어 및 상기 제1차 포어 표면에 형성된 제1차 양극산화알루미늄을 형성하는 단계; 상기 제1차 양극산화알루미늄을 제거하고, 상기 기판 상에 규칙적인 배열을 가지는 제2차 포어를 형성하는 단계; 상기 제2차 포어가 형성된 기판에 대해 제2차 양극산화공정을 수행하여, 상기 제2차 포어 표면으로부터 함몰된 제2차 양극산화알루미늄을 형성하는 단계; 상기 제2차 양극산화알루미늄 표면에 탄소 구조물을 형성하는 단계; 및 상기 제2차 양극산화알루미늄 표면을 부분식각하여 탄소 구조물 주형을 형성하는 단계를 포함하는 탄소 구조물 주형의 형성방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 나노 미세접촉인쇄용 스탬프 및 나노 임프린트 식각 공정에 사용되는 주형으로서 수직배향된 탄소구조물을 제작할 수 있다. 제1차 양극산화공정에 의해 기판 표면으로부터 함몰된 제1차 포어와 제1차 양극산화알루미늄을 형성할 수 있으며, 제2차 양극산화공정을 통해 규칙적으로 배열된 제2차 양극산화알루미늄을 형성할 수 있다. 또한, 형성된 제2차 양극산화알루미늄 표면에 규칙적으로 배열된 탄소구조물의 주형을 형성할 수 있다. 이를 미세접촉인쇄와 나노 임프린팅 식각 공정에 활용할 경우, 고밀도의 균일한 나노입자와 나노 포어의 패턴화 정렬을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 다양한 나노입자와 나노 포어의 정렬을 활용하여 다양한 일차원 구조의 성장과 전기 소자에 응용할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

그리고, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

실시예

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 탄소구조물의 주형을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 1a를 참조하면, 기판(100) 상에 제1차 양극산화알루미늄(140)을 형성한다. 상기 기판(100)은 알루미늄을 함유하고 있는 기판임이 바람직하다. 따라서, 기판(100)은 알루미늄이 90% 내지 99.999%로 함유된 기판임이 바람직하다. 즉, 상기 기판(100)은 알루미늄이 다수 함유된 알루미늄 호일(foil), 알루미늄 합금 또는 알루미늄 박막일 수 있다.

또한, 상기 기판(100)은 알루미늄 이외에, 티타늄 또는 지르코늄을 함유할 수 있다.

먼저, 기판(100)을 황산, 크롬산, 인산 또는 옥살산 용액에 침지시킨다. 산용액에 침지시킨 후, 기판(100)에 대한 제1차 양극산화 반응(anodiziation process)을 개시한다. 제1차 양극산화 반응에 의해 기판(100) 상에는 불규칙적인 제1차 포어(120)가 형성되고, 제1차 포어(120) 상에는 양극산화물 형성된다. 예컨대, 기판(100)이 알루미늄을 함유하는 경우, 불규칙적인 제1차 포어(120) 상에는 제1차 양극산화알루미늄(140)이 형성된다.

예컨대, 산 용액에 알루미늄을 함유하는 기판(100)을 침지시키고, 0℃ 내지 100℃의 온도에서 1분 내지 24시간 동안 1V 내지 400V의 전압으로 제1차 양극산화반응을 실시한다.

도 1b를 참조하면, 불규칙적인 제1차 양극산화알루미늄(140)이 형성된 기판(100)에 대해 식각 공정을 수행한다. 식각 공정의 수행에 의해 기판(100) 상에 형성된 제1차 양극산화알루미늄(140)은 제거된다. 또한, 식각공정에 의해 기 판(100) 상에는 규칙적으로 제2차 포어(130)가 배열하는 형상이 형성된다.

도 1c를 참조하면, 규칙적인 제2차 포어(130)가 형성된 기판(100)에 대해 제2차 양극산화반응을 실시한다. 상기 제2차 양극산화반응은 알루미늄을 함유하는 기판(100)에 대해, 상기 기판(100)을 황산, 크롬산, 인산 또는 옥살산 용액에 침지시키고, 0℃ 내지 100℃의 온도에서, 1분 내지 24시간 동안, 1V 내지 400V의 전압에서 실시할 수 있다. 제2차 양극산화반응에 의해 규칙적인 배열을 가지는 제2차 포어(130)는 표면으로부터 함몰되어 형성되고, 함몰된 표면 상에는 제2차 양극산화물이 형성된다. 따라서, 제2차 양극산화물은 제2차 포어(130)와 같이 규칙적인 배열을 가지게 된다. 상기 도 1c에서 기판(100)이 알루미늄을 함유하는 경우, 제2차 양극산화반응에 의해 규칙적인 배열을 가지는 제2차 양극산화알루미늄(150)이 형성된다.

상술한 2단계의 양극산화공정에 의해 기판(100) 표면으로부터 함몰된 형태의 제2차 포어(130)가 형성되고, 제2차 포어(130)로 부터 함몰된 형태의 양극산화물이 형성된다. 상기 제2차 포어(130)는 규칙적인 배열을 가지는 바, 제2차 양극산화물 또한 규칙적인 배열을 가지게 된다. 또한, 양극산화물인 제2차 양극산화알루미늄(150)의 형성시, 용매, 온도, 시간 및 전압의 다양한 조건의 변경에 의해 다양한 크기의 포어를 얻을 수 있으며, 포어의 크기에 따라 형성되는 양극산화물의 크기도 결정된다.

도 1d를 참조하면, 기판(100) 상에 형성된 제2차 양극산화알루미늄(150)에 탄소수소가스를 공급하여 제2차 양극산화알루미늄(150) 상에 탄소나노층(160)를 형성한다. 상기 탄화수소가스는 단독으로 제공될 수 있고, 다른 가스와 혼합된 형태로 공급될 수 있다. 예컨대, 탄화수소가스의 예로서 아세틸렌(C2H2) 또는 메탄(CH4)이 사용될 수 있다. 또한, 탄화수소가스와 혼합되는 다른 가스로는 암모니아(NH3), 질소(N2) 또는 수소(H2)가 사용될 수 있다.

탄소나노층(160)의 형성시, 탄소나노층(160)의 성장을 위해서는 금속 촉매가 개재되어야 한다. 통상적으로 산화물은 활성화 상태가 낮으므로 암모니아, 질소 또는 수소 등을 이용하여 산화물을 활성화 시킨다. 또한, 금속 촉매로는 알루미늄 자체가 촉매로서 역할한다. 따라서, 탄화수소가스가 포함된 혼합가스를 이용하여 비정질 및 탄소입자 등의 불순물의 생성을 최소화한다.

또한, 탄화수소가스가 포함된 혼합가스를 반응가스로 이용하여 화학기상증착(CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 탄소나노층를 형성한다. 예컨대, 화학기상증착법의 일예로서 열 화학기상증착법(Thermal CVD)이 이용될 수 있다.

즉, 비활성 기체의 존재하에서 제2차 포어(130)가 형성된 제2차 양극산화알루미늄(150)에 아세틸렌과 암모니아를 1:9 내지 9:1의 부피비로 혼합하여 10 내지 100sccm으로 공급하고, 500℃ 내지 700℃의 온도로 탄소나노층(160)를 형성한다. 상기 비활성 기체로는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 또는 라돈이 사용될 수 있다.

도 1e를 참조하면, 기판(100) 상에 형성된 탄소나노층(160)의 일부를 제거하여 탄소구조물(170)을 형성한다. 즉, 상기 도 1d에 도시된 탄소나노층(160)의 상부를 제거하여 제2차 양극산화알루미늄(150)의 상부를 노출시킨다. 탄소나노층(160)의 상부를 제거하는 과정은 이온 밀링 등을 통해 이루어진다. 이온 밀링을 통해 탄소나노층(160)의 상부는 제거되고, 제2차 양극산화알루미늄(150)의 상부 표면은 노출된다.

도 1f를 참조하면, 제2차 양극산화알루미늄(150)의 일부를 상부로부터 제거하여, 탄소구조물(170)과 제2차 양극산화알루미늄(150)이 소정의 단차(step coverage)를 가지도록 한다. 상기 제2차 양극산화알루미늄(150)의 부분 제거는 습식식각을 이용한다. 예건대, 이온 밀링에 이후, 탄소구조물(170) 및 제2차 양극산화알루미늄(150)이 형성된 기판(100)을 크롬산 및 인산 혼합 용액에 침지하고, 약 60℃의 온도에서 10분 내지 40분 동안 제2차 양극산화알루미늄을 부분 제거한다. 상기 제2차 양극산화알루미늄(150)의 부분 제거에 의해 50nm 내지 300nm의 단차를 가지는 탄소구조물주형(175)과 제2차 양극산화알루미늄(150)을 얻을 수 있다.

<제조예 1>

기판으로 알루미늄 함량이 96%인 알루미늄 호일을 사용하고, 상기 기판을 2단계의 양극산화 공정을 실시하여 기판 상에 양극산화알루미늄을 성장시킨다. 2단계의 양극산화 공정은 다음과 같이 실시한다.

먼저, 기판인 알루미늄 호일을 0.3M 황산용액에 침지시키고, 20시간 동안 0℃에서 25V의 전압으로 1차 양극산화 공정을 실시한다.

상기 제1차 양극산화 공정에 의해 다공성 알루미나층(porous alumina layer)인 제1차 양극산화알루미늄이 형성된 알루미늄 호일을 인산 6wt% 와 크롬산 1.8wt%의 혼합용액에 넣고, 제1차 양극산화알루미늄을 60℃에서 제거하였다.

제1차 양극산화알루미늄이 제거된 기판인 알루미늄 호일을 0.3M 황산용액에 침지시키고, 60분 동안 0℃에서 25V의 전압으로 2차 양극산화공정을 실시한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 알루미늄 호일 상에 형성된 제2차 양극산화알루미늄을 도시한 SEM 이미지이다.

도 2를 참조하면, 상기 제조예 1에 의해 제조된 제2차 양극산화알루미늄(150)은 70nm의 포어 사이즈를 가진다.

계속해서, 상기 도 2에 도시된 제2차 양극산화알루미늄(150)의 표면에 탄소구조물을 성장시킨다.

즉, 제2차 양극산화알루미늄이 형성된 기판인 알루미늄 호일을 쿼츠 보트(quartz boat)에 높고, 석영 반응 튜브(quartz reaction tube) 속으로 이동시킨다. 아르곤 가스 존재 하에서 아세틸렌(C2H2) 및 암모니아(NH3)가 1:9의 부피비로 혼합된 혼합가스를 50sccm으로 공급하고, 600℃에서 열 화학기상증착법을 실시한다. 열 화학기상증착법에 의해 제2차 양극산화알루미늄의 표면에 탄소구조물을 성장시킬 수 있었다.

<제조예 2>

기판으로는 알루미늄 함량이 96%인 알루미늄 호일을 사용하고, 상기 기판을 2단계의 양극산화 공정을 통해 기판 상에 규칙적으로 배열된 양극산화알루미늄을 성장시킨다.

먼저, 기판을 0.3M 옥살산 용액에 침지시키고, 20시간 동안 16℃에서 40V의 전압으로 1차 양극산화 공정을 실시한다.

계속해서, 제1차 양극산화 공정에 의해 제1차 양극산화알루미늄이 형성된 기판을 인산 6wt% 와 크롬산 1.8wt%의 혼합용액에 넣고, 제1차 양극산화알루미늄을 60℃에서 제거한다.

다공성 알루미나층인 제1차 양극산화알루미늄이 제거된 기판을 0.3M 옥살산 용액에 넣고, 60분동안 16℃에서 40V의 전압으로 2차 양극산화 공정을 실시한다.

또한, 제2차 양극산화알루미늄을 성장시킨 후, 기판을 쿼츠 보트에 놓고, 석영 반응 튜브 속으로 이동시켜서 아르곤 가스의 존재 하에서 아세틸렌과 암모니아가 1:9의 부피비로 혼합된 혼합가스를 50sccm으로 공급하고, 600℃에서 열 화학기상증착법을 실시하여 탄소구조물을 성장시킨다.

성장된 결과물에 따르면, 균일한 탄소층이 제2차 양극산화알루미늄 표면을 덮고 있으며, 탄소구조물이 고밀도로 균일하게 형성된 것을 알 수 있다.

<제조예 3>

기판으로 알루미늄 함량이 96%인 알루미늄 호일을 사용하고, 상기 기판을 2단계의 양극산화 공정을 이용하여 기판 상에 양극산화알루미늄을 성장시킨다.

먼저, 기판을 0.3M 인산 용액에 침지시키고 20시간 동안, 10℃에서 185V의 전압으로 1차 양극산화 공정을 실시한다.

제1차 양극산화 공정에 의해 다공성 알루미나층인 제1차 양극산화알루미늄이 형성된 기판을 인산 6wt% 및 크롬산 1.8wt%의 혼합용액에 넣고, 제1차 양극산화알루미늄을 60℃에서 제거한다.

제1차 양극산화알루미늄이 제거된 기판을 0.3M 인산 용액에 침지시키고, 60분 동안 10℃에서 185V의 전압으로 2차 양극산화 공정을 실시한다.

계속해서, 제2차 양극산화 공정에 의해 제2차 양극산화알루미늄이 형성된 기판을 쿼츠 보트에 놓고, 석영 반응 튜브 속으로 이동시킨다. 아르곤 가스의 존재 하에서 아세틸렌과 암모니아가 1:9의 부피비로 혼합된 혼합가스를 50sccm으로 공급하고 600℃에서 열 화학기상증착법을 실시하여 제2차 양극산화알루미늄의 표면에 탄소구조물을 형성한다.

<제조예 4>

상기 제조예 1 내지 제조예 3에 의해 형성된 탄소구조물의 부분노출을 통해 수직 배향된 탄소구조물 스탬프 및 주형을 제작한다.

탄소구조물의 부분노출을 위해 양극산화알루미늄 표면에 형성된 탄소층을 이온밀링을 통해 제거하고, 화학적 식각공정을 실시하여 수직배향된 탄소구조물과 제2차 양극산화알루미늄을 얻을 수 있다.

먼저, 제조예 1 내지 제조예 3에 의해 형성된 탄소구조물을 부분 노출시키기 위해 제2차 양극산화알루미늄 표면에 형성된 탄소층을 아르곤 플라즈마를 이용하여 이온밀링을 실시한다. 이온밀링에 의해 제2차 양극산화알루미늄의 표면은 노출된다.

이온밀링에 의해 제2차 양극산화알루미늄의 표면이 노출된 기판을 인산과 크롬산의 혼합용액에 침지시키고, 제2차 양극산화알루미늄을 60℃에서 부분적으로 제 거한다.

도 3은 양극산화알루미늄이 부분적으로 제거된 기판을 도시한 SEM 이미지이다.

도 3을 참조하면, 탄소구조물의 외부 지름은 70nm이고, 노출된 길이는 100nm이며, 밀도는 1× 1010cm-2임을 알 수 있다.

<제조예 5>

상기 도 3에 도시된 수직배향된 탄소구조물을 스탬프로 이용한다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제조예에 따라 탄소구조물 주형을 스탬프로 이용하는 방법을 설명하기 위한 투시도들이다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 스탬프(250)에 잉크를 전이시킨다. 잉크는 0.1 내지 10M의 철, 금, 백금, 니켈 등의 다양한 금속 전구체 용액이며, 이러한 잉크를 실리콘 또는 유리 등의 견고한 하부 기판(200)에 0.1㎕ 내지 1㎖ 떨어뜨린 후, 1000 내지 5000rpm으로 5 내지 120초 동안 스핀코팅하여 잉크 박막(210)을 제조한다. 제조된 잉크 박막(210)에 탄소구조물 스탬프(250)를 5 내지 60초간 접촉시켜서, 탄소구조물 스탬프(250)에 잉크를 전이시킨다.

도 4b를 참조하면, 잉크(220)가 전이된 탄소구조물 스탬프(250)를 실리콘, 유리, 백금, 금, ITO 등의 견고한 인쇄 기판(300)에 접촉시키고, 소정의 압력으로 10 내지 600초 동안 접촉하여 패턴화된 나노입자의 정렬을 형성한다. 이는 도 4c에 나타난다. 계속해서 도 4d에 도시된 바대로, 인쇄 기판(300)에 전사된 잉크(220)에 대해 열처리를 수행하면, 인쇄 기판(220) 상에 나노크기의 규칙적인 패턴을 형성할 수 있다.

<제조예 6>

본 제조예에서는 수직 배향된 탄소구조물 주형을 이용하여 균일하고 고밀도의 나노포어 패턴을 얻을 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제조예에 따라 탄소구조물 주형을 나노 임프린팅에 이용하는 방법을 설명하기 위한 투시도들이다.

먼저, 도 5a를 참조하면, 수직배향된 탄소구조물 주형(450) 상에 먼저 자기조립분자막(self assembly monolayer)(미도시)을 형성한다. 상기 자기조립단분자막은 기상의 CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3(tridecafluoro-1,1,2,2tetrahydrooctyl-trichlrosilane)을 사용한다. 자기조립분자막은 탄소구조물 주형(450)과 형성되는 패턴의 분리를 용이하게 하는데 사용된다.

도 5b를 참조하면, 자기조립단분자막이 형성된 탄소구조물 주형(450) 상에 포토레지스트(470)를 도포한다. 상기 포토레지스트(470)는 자외선에 반응하여 경화되는 레지스트를 사용함이 바람직하다. 즉, UV-curable poly(dimethyl) silane, radical initiator 및 cross-linker(ethylene glycol dimethacrylate 혼합용액을 포토레지스트(470)로 이용한다. 또한, 포토레지스트(470)는 인쇄기판(490) 상에 별도로 도포할 수도 있다.

도 5c를 참조하면, 탄소구조물 주형(450)에 0.1㎕ 내지 1㎖ 떨어뜨린후, 유리 또는 ITO 등의 투명한 인쇄 기판(490)과 접촉시킨후, 진공상태에서 일정한 압력을 가한다. 계속해서, 자외선을 조사하여 포토레지스트(470)를 경화시킨다.

만일, 인쇄기판(490) 상에 포토레지스트(470)가 도포된 경우, 포토레지스트(470)가 도포된 인쇄 기판(490) 상에 탄소구조물 주형(450)을 접촉시키고, 진공상태에서 일정한 압력을 가하며, 자외선을 조사하여 포토레지스트(470)를 경화시킨다.

이어서, 도 5d를 참조하면, 포토레지스트가 도포된 인쇄기판(490)을 탄소구조물 주형으로부터 분리시킨다. 본 발명에 의해 제조되는 탄소구조물의 주형은 직경이 나노 사이즈를 가진다. 또한, 포토레지스트가 가지는 점성 및 표면장력으로 인해 나노사이즈의 포어는 마치 막대 형상의 주형이 적용된 것과 같이 고밀도의 균일한 패턴으로 형성될 수 있다.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 탄소구조물 주형을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

Claims

기판에 제1차 양극산화공정을 수행하여, 상기 기판으로부터 함몰된 제1차 포어 및 상기 제1차 포어 표면에 형성된 제1차 양극산화알루미늄을 형성하는 단계;

상기 제1차 양극산화알루미늄을 제거하고, 상기 기판 상에 규칙적인 배열을 가지는 제2차 포어를 형성하는 단계;

상기 제2차 포어가 형성된 기판에 대해 제2차 양극산화공정을 수행하여, 상기 제2차 포어 표면으로부터 함몰된 제2차 양극산화알루미늄을 형성하는 단계;

상기 제2차 양극산화알루미늄 표면에 탄소 구조물을 형성하는 단계; 및

상기 제2차 양극산화알루미늄 표면을 부분식각하여 탄소 구조물 주형을 형성하는 단계를 포함하는 탄소 구조물 주형의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 기판을 알루미늄을 90% 내지 99.999%로 함유하는 것을 특징으로 하는 탄소구조물 주형의 형성방법.
제1항에 있어서, 제1차 양극산화알루미늄의 형성 및 제2차 양극산화알루미늄의 형성은, 상기 기판을 황산, 크롬산, 인산 또는 옥살산 용액에 침지시키고, 0℃ 내지 100℃의 온도에서, 1분 내지 24시간 동안, 1V 내지 400V의 전압에서 실시하여 달성하는 것을 특징으로 하는 구조물 주형의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 제1차 양극산화알루미늄의 제거는, 60℃의 인산과 크롬산의 혼합용액에 침지시키는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 탄소구조물 주형의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 탄소 구조물을 형성하는 단계는,

상기 제2차 양극산화알루미늄 표면에 탄소나노층을 형성하는 단계; 및

상기 탄소나노층의 상부를 제거하여, 상기 제2차 양극산화알루미늄의 상부 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 탄소 구조물 주형의 형성방법.
제5항에 있어서, 상기 탄소나노층을 형성하는 단계는,

상기 제2차 양극산화알루미늄에 아세틸렌과 암모니아를 1:9 내지 9:1의 부피비로 혼합하여 500℃ 내지 700℃의 온도에서 10 내지 100sccm으로 공급하는 것을 특징으로 하는 탄소구조물 주형의 형성방법.
제5항에 있어서, 상기 탄소구조물 주형을 형성하는 단계는,

상기 탄소나노층의 상부를 이온 밀링을 통해 제거하는 단계; 및

상기 제2차 양극산화알루미늄의 일부를 제거하여, 상기 제2차 양극산화알루미늄과 단차를 가지는 상기 탄소구조물 주형을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소구조물 주형의 형성방법.
제7항에 있어서, 상기 제2차 양극산화알루미늄의 일부를 제거하는 것은, 상기 기판을 크롬산 및 인산 혼압용액에 60℃의 온도에서 10분 내지 40분 동안 침지하는 것을 특징으로 하는 탄소구조물 주형의 형성방법.