KR100996100B1 - 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한 베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자에 관한 것으로, 나노입자를 사용하는 전자소자를 제작함에 있어, 전계인가 부분인 베이스템플릿(Base Template)과 베이스템플릿에 의해 인가되는 전계에 의해 제작되는 전자소자를 분리제작함으로써, 나노로드 정렬부인 상부(전자소자 부분)만을 나노로드 이용에 사용하고 하부(베이스템플릿)는 재활용을 할 수 있게 구성하여, 전자소자의 제조에 필요한 중간물(베이스템플릿)의 활용도를 향상시키며, 전자소자의 제작에 소요되는, 시간과 제작 공정 및 비용을 최소화할 수 있는 것이다.
특히, 상층부인 전자소자의 패턴에 전류가 공급되지 않도록 하여, 과전류에 의한 나노로드의 손상, 불완전한 고정(결합) 등을 방지하여 전자소자의 성능저하를 미연에 방지함은 물론, 제조된 전자소자의 전기적 특성평가 및 응용소자의 제작을 간소화할 수 있으며, 이로 인해 전자소자의 신뢰성 및 생산성을 향상시켜, 제품의 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
나노로드, 유전영동법, 베이스템플릿, 전자소자, 정렬용 챔버
Description
본 발명은 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한 베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노입자를 사용하는 전자소자를 제작함에 있어, 전계인가 부분인 베이스템플릿(Base Template)과 베이스템플릿에 의해 인가되는 전계에 의해 제작되는 전자소자를 분리제작함으로써, 나노로드 정렬부인 상부(전자소자 부분)만을 나노로드 이용에 사용하고 하부(베이스템플릿)는 재활용을 할 수 있게 구성하여, 전자소자의 제조에 필요한 중간물(베이스템플릿)의 활용도를 향상시키도록 한 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한 베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자에 관한 것이다.
반도체 산업 분야는 점점 더 좁은 영역에 더 많은 전자소자를 집적하는 방향으로 진행되고 있으며, 현재 진행상태로 반도체 생산공정기술 소형화가 지속되면 조만간 그 한계점에 도달할 것으로 예상되고 있다.
이러한 시점에서, 소형화의 한계점을 해결할 수 있는 한 방법이 바로 나노기 술을 이용하는 방법으로, 나노기술은 반도체 나노입자의 개발이나 나노패터닝 기술의 상용화에 관한 연구 등을 통하여 지속적으로 발전될 것으로 예상된다.
현재 나노로드(또는 나노와이어)와 관련된 연구는 실리콘(Si)과 같은 반도체성 물질을 CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 PVD(Physical Vapor Deposition) 방법으로 나노로드를 성장시켜 바이오 센서, 전자소자, 나노 레이저 등에 응용하기 위한 많은 연구가 진행되었다.
그리고, 나노로드를 제작하는 다른 방법으로 전기화학적으로 반도체 및 금속 물질을 성장시키는 연구도 진행되고 있다.
CVD 또는 PVD 방법을 이용한 경우, 금속전극위에 직접 나노로드를 증착 및 성장시키나 이러한 기술은 전처리과정이 많이 복잡하며 증착여부의 수율면에서 상당히 낮으며 나노로드를 성장시키는 물질이 한정되어 있다는 단점이 있다.
전기화학적으로 나노로드를 제작하는 경우, 물질의 다양성을 가지고 있으나 미리 형성된 전극에 나노로드 콜로이드성 용액을 흩어 뿌려 전극에 형성된 것들만 선별하거나, 위치 표시된 기판에 나노로드를 뿌려 그 위치를 파악한 후 전극을 형성하는 방법으로 나노로드 특성 확인 차원의 연구 수준에서 진행되고 있다.
그리고 안정적인 수율을 기대하기 어려렵기 때문에, 원하는 전극패턴위에 정렬시키기 위한 연구가 필수적으로 요구되고 있다.
한편, 하나의 패턴으로 소자를 제작하면 나노로드를 정렬하여 나노로드를 사용하기 위해 계속적으로 패턴을 만들어야 하기 때문에, 나노로드 등의 나노입자를 이용한 전자소자를 제작함에 있어, 많은 시간적 투자와 반도체 공정으로의 패턴 제 작 비용이 증가하고 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
특히, 전자소자 제작 후 필요한 성능 측정, 동작의 신뢰성 검사를 수행하는 경우, 전자소자 제작시 필요한 기본패턴에 직접 나노로드를 정렬형성하고, 나노로드를 정렬한 후 각 패턴으로 전기를 공급하는 라인(패턴도선)을 제거하여, 각 패턴별 성능을 측정한 후 보호층을 도포하기 때문에, 공정상의 번거로움이 수반되고 성능측정의 신뢰도가 저하되는 문제점이 있었다.
다시 말해, 라인 제거 공정 및 보호층을 도포하는 공정을 수행하는 과정에서, 해당 전자소자의 측정된 성능이 변화될 가능성이 매우 높기 때문에, 원하는 성능을 갖는 전자소자의 제작이 어려워지는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 나노로드 양 끝단에 표면 처리된 금속물질을 두고, 이들 금속의 이방성 성질을 가지는 물질에 대한 유전영동법(Dielectrophretic force)을 이용하여, 반도체 공정으로 제작된 3극 구조의 전극에 극성 나노로드를 도포하여 전자계를 발생시켜 전계를 통하여 나노로드의 방향성을 정하고 자계를 통하여 전극상단에 나노로드 등의 나노입자를 고정함으로써, 안정적인 수율을 확보함은 물론, 원하는 전극패턴위에 나노입자를 용이하게 정렬시킬 수 있는 것이다.
특히, 나노입자를 사용하는 전자소자를 제작함에 있어, 전계인가 부분인 베이스템플릿(Base Template)과 베이스템플릿에 의해 인가되는 전계에 의해 제작되는 전자소자를 분리제작함으로써, 나노로드 정렬부인 상부(전자소자 부분)만을 나노로드 이용에 사용하고 하부(베이스템플릿)는 재활용을 할 수 있게 구성하여, 전자소자의 제조에 필요한 중간물의 활용도를 향상시키도록 한 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한 베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 전자소자를 제작함에 있어, 소자제작의 공정을 줄이며, 완성된 전자소자의 성능 측정을 용이하게 할 수 있는 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한 베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법은, a) 정렬용 챔버에 하부기재층을 형성하는 단계; b) 상기 하부기재층의 상면에 어셈블리용 단자를 패턴(Pattern)형성하는 단계; c) 상기 패턴형성된 어셈블리용 단자가 매립되도록 하부보호층을 형성하는 단계; d) 상기 하부보호층의 상면에 상부기재층을 형성하는 단계; e) 상기 상부기재층의 상면에 정렬용 단자를 패턴형성하는 단계; f) 상기 어셈블리용 단자에 전원을 공급하여, 상기 정렬용 단자에 나노로드를 정렬시키는 단계; g) 상기 패턴형성된 정렬용 단자 및 나노로드가 매립되도록 상부보호층을 형성하는 단계; 및 h) 상기 상부기재층과 정렬용 단자, 나노로드, 상부보호층으로 이루어진 전자소자를 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 단계 f)는, f-1) 상기 어셈블리용 단자에서 공급되는 전원에 의해 상기 정렬용 단자에 전자계를 발생시키는 과정과, f-2) 상기 정렬용 단자에 발생되는 전계를 이용하여 나노로드의 방향성을 조절하는 과정 및 f-3) 상기 정렬용 단자에 발생되는 자계를 이용하여 나노로드를 전극상단에 정렬시켜 고정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 f)는, 상기 나노로드의 양 끝단에 표면 처리된 금속물질을 결합하고, 상기 금속물질의 이방성 성질에 의한 유전영동법으로 나노로드를 정렬시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 단계 d) 내지 단계 h)를 반복하여, 나노입자를 사용한 전자소자를 반복적으로 제조하는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 단계 a) 내지 단계 c)에 의해 제작된 나노입자를 사용한 전자소자 제조를 위한 베이스템플릿을 제공함을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 d) 내지 단계 h)에 의해 제조된 나노입자를 사용한 전자소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 나노입자를 사용하는 전자소자를 제작함에 있어전계인가 부분인 베이스템플릿(Base Template)과 베이스템플릿에 의해 인가되는 전계에 의해 제작되는 전자소자를 분리제작함으로써, 전자소자의 제작에 소요되는, 시간과 제작 공정 및 비용을 최소화할 수 있는 것이다.
특히, 하나의 패턴에 의해 나노로드 등의 나노입자를 정렬고정하는 경우에는 나노로드 형성 후 패턴을 분리해야 하지만, 본 발명과 같이 원하는 소자의 패턴을 갖는 층을 별도로 구성하는 경우 패턴 분리에 따른 공정의 번거로움을 제거할 수 있는 것이다. 다시 말해, 베이스템플릿에 형성되는 패턴과 전자소자의 패턴을 다르게 하여, 형성된 패턴의 대응되는 부분에만 선택적으로 나노로드를 정렬할 수 있도록 하여, 전자소자의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상층부인 전자소자의 패턴에 전류가 공급되지 않기 때문에, 과전류에 의한 나노로드의 손상, 불완전한 고정(결합) 등을 방지하여 전자소자의 성능저하를 미연에 방지하는 효과가 있다.
특히, 제조된 전자소자의 전기적 특성평가 및 응용소자의 제작을 간소화할 수 있으며, 이로 인해 전자소자의 신뢰성 및 생산성을 향상시켜, 제품의 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한 베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 나노입자를 사용한 전자소자 제조 방법의 실시 예를 나타낸 공정도로서, 이하 설명되는 정렬용 챔버(30)는 베이스템플릿(10)과 전자소자(20)의 정렬을 용이하게 하기 위한 것으로, 상기 정렬용 챔버(30)를 사용하지 않고서도 베이스템플릿(10)과 전자소자(20)를 정렬할 수 있다면 당업자의 요구에 따라 다양한 것으로 변경될 수 있음은 당연하다.
또한, 각 구성을 형성하는 방법(도포, 증착, 성장, 에칭, 절삭, 층간분리 등)은 본 기술분야에서 널리 알려진 것들 중 당업자의 요구에 따라 다양한 것에 의해 선택될 수 있으므로, 특정한 방법을 한정하여 설명하지 않음은 물론이다.
먼저, 상기 정렬용 챔버(30)의 저면부에 하부기재층(11)을 형성한다(S100).
상기와 같이 하부기재층(11)이 형성되면, 하부기재층(11)의 상측면으로 어셈블리(Assembly)용 단자(12)를 패턴(Pattern)형성한다(S200). 여기서, 상기 어셈블리용 단자(12)는 이하 형성되는 정렬용 단자(22)에 전자계를 공급하기 위한 것이다.
이후, 상기 패턴형성된 어셈블리용 단자(12)가 매립되도록 절연재의 하부보호층(14)을 형성한다(S300). 여기서, 상기 하부보호층(14)은 질소화합물(질화물) 등으로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 어셈블리용 단자(12)는 전기를 공급받는 도선을 제외하고, 하부기재층(11)과 하부보호층(14)에 의해 외부와 전기적으로 분리된 상태가 된다.
상기와 같이 하부기재층(11)과 어셈블리용 단자(12) 및 하부보호층(14)을 포함하여 구성되는 부분이, 본 발명에 의한 베이스템플릿(10)에 해당하며, 상기 베이스템플릿(10)은 단계 S100 내지 단계 S300에 의해 한번 제작되는 것으로도, 이하 설명될 전자소자(20)를 다수 생산할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어, 기재층과 보호층은 하부와 상부로 구분하며, 하부로 구분된 것은 베이스템플릿(10)을 의미하며, 상부로 구분된 것을 전자소자(20)를 의미한다.
상기 하부보호층(14)의 상면에는 상부기재층(21)을 형성하되(S400), 도 1에 나타난 단계 S800에 나타난 바와 같이, 하부보호층(14)과 상부기재층(21)의 분리가 용이하도록 재질을 선택하여 형성되며, 당업자의 요구에 따라 하부보호층(14)과 상부기재층(21)의 분리를 용이하도록 하기 위한 별도의 층을 하부보호층(14)과 상부기재층(21)의 사이에 구성할 수도 있다.
여기서, 상기 상부기재층(21)은 투명재질의 유리(Glass) 또는 PET(Poly Ethylen Terephthalate) 등을 사용할 수 있다.
상기와 같이 상부기재층(21)이 형성되면, 상부기재층(21)의 상측면에 정렬용 단자(22)를 패턴형성한다(S500).
이때, 상기 정렬용 단자(22)는 전자소자(20)에 삽입되는 것이며, 당업자의 요구에 따라 선택된 부분에만 나노로드(23)를 정렬시킬 수 있다.
예를 들어, 정렬용 단자(22)가 도 2b에 나타난 바와 같이 패터닝되고, 어셈블리용 단자(12)가 도 2a에 나타난 바와 같이 패터닝된 경우, 어셈블리용 단자(12)와 정렬용 단자(22)가 매칭되는 부분에만 나노로드(23)가 정렬된다.
따라서, 전자소자(20)를 제작하는 제조자는 도 2b에 나타난 부분(매칭되어 나노로드가 정렬되는 부분)과 더불어, 원하는 전자소자의 기능을 수행하는 다른 패턴들을 포함하여 패턴을 형성할 수 있게 된다.
다시 말해, 전자소자를 구성하는 전체 패턴 중에서, 나노로드(23)를 정렬하고자 원하는 부분만이 대응되도록 어셈블리용 단자(12)를 형성하는 것이다.
상기와 설명한 바에 의하여, 본 발명의 도면에 나타난 정렬용 단자(22)는 설명의 편의를 위하여 나노로드가(23) 정렬되는 부분만 표시한 것이며, 실제 전자소자를 제작하기 위한 패턴은 다양하게 적용될 수 있음은 당연하다.
상기와 같이 정렬용 단자(22)가 패턴형성되면, 정렬용 단자(22)에 나노로드(23)를 포함하는 용액을 넣고, 어셈블리용 단자(12)에 전원을 공급한다.
상기 어셈블리용 단자(12)에 전원을 공급하면, 도 3에 나타난 바와 같이 전자계가 형성되며, 상기 형성된 전계에 의해 나노로드(23)의 방향성이 가로방향(전극과 전극 사이)으로 정렬되고, 자계에 의해 정렬용 단자(22)의 상층면에 나노로드(23)가 고정된다(S600). 여기서, 상기 전자계의 형성 및 그에 따른 나노로드(23)의 정렬방향 등은 전자소자의 사용 목적 및 당업자의 요구에 따라 다양한 변형이 가능하다.
나노로드(23)의 정렬이 완료되면, 나노로드(23)를 포함하던 용액의 용매를 제거하고, 패턴형성된 정렬용 단자(22) 및 나노로드(23)가 매립되도록 상부보호층(24)을 형성한다(S700).
이 후, 상기 상부기재층(21)과 정렬용 단자(22), 나노로드(23), 상부보호층(24)으로 이루어진 전자소자(20)를 베이스템플릿(10)으로부터 분리함으로써, 하나의 전자소자(20)를 제조하게 된다(S800).
본 발명에 의한 제조 방법으로 전자소자(20)를 제작하게 되면, 전자소자 제작시 필요한 기본패턴(본 발명의 어셈플리용 단자)을 형성하는 공정을 반복하지 않고서도, 원하는 전자소자를 제작할 수 있기 때문에, 전자소자 제작 공정을 줄일 수 있다.
특히, 전자소자 제작 후 필요한 성능 측정, 동작의 신뢰성 검사를 수행하는 경우에도, 도 5에 나타난 바와 같이 각 정렬용 단자(22)가 상부보호층(24)에 의해 몰딩된 후, 각 패턴별로 분리할 수 있기 때문에, 패턴의 분리가 용이함은 물론, 각 부분별 전자소자의 성능 측정에서도 신뢰성을 확보할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명에 의한 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한 베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
특히, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 나노소자(전자소자)와 상기 나노 소자(전자소자)의 제작을 위한 중간물인 전계인가수단(베이스템플릿) 등도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 당연하다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 나노입자를 사용한 전자소자 제조 방법의 실시 예를 나타낸 공정도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 구조를 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명에 의한 전자소자 제조 시 나노입자를 정렬하는 방법의 실시 예를 나타낸 참고도이다.
도 4는 본 발명에 의한 베이스템플릿 및 전자소자의 실시 예를 나타낸 부분절개사시도이다.
도 5는 도 4에 나타난 전자소자를 패턴별로 분리하는 것을 나타낸 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 베이스템플릿 11 : 하부기재층
12 : 어셈블리용 단자 14 : 하부보호층
20 : 전자소자 21 : 상부기재층
22 : 정렬용단자 23 : 나노로드
24 : 상부보호층 30 : 정렬용 챔버
Claims (7)
- a) 정렬용 챔버에 하부기재층을 형성하는 단계;b) 상기 하부기재층의 상면에 어셈블리용 단자를 패턴(Pattern)형성하는 단계;c) 상기 패턴형성된 어셈블리용 단자가 매립되도록 하부보호층을 형성하는 단계;d) 상기 하부보호층의 상면에 상부기재층을 형성하는 단계;e) 상기 상부기재층의 상면에 정렬용 단자를 패턴형성하는 단계;f) 상기 어셈블리용 단자에 전원을 공급하여, 상기 정렬용 단자에 나노로드를 정렬시키는 단계;g) 상기 패턴형성된 정렬용 단자 및 나노로드가 매립되도록 상부보호층을 형성하는 단계; 및h) 상기 상부기재층과 정렬용 단자, 나노로드, 상부보호층으로 이루어진 전자소자를 분리시키는 단계를 포함하는 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 단계 f)는,f-1) 상기 어셈블리용 단자에서 공급되는 전원에 의해 상기 정렬용 단자에 전자계를 발생시키는 과정과,f-2) 상기 정렬용 단자에 발생되는 전계를 이용하여 나노로드의 방향성을 조절하는 과정 및f-3) 상기 정렬용 단자에 발생되는 자계를 이용하여 나노로드를 전극상단에 정렬시켜 고정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 단계 f)는,상기 나노로드의 양 끝단에 표면 처리된 금속물질을 결합하고, 상기 금속물질의 이방성 성질에 의한 유전영동법으로 나노로드를 정렬시키는 것을 특징으로 하는 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 단계 d) 내지 단계 h)를 반복하는 것을 특징으로 하는 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법.
- 제 1항의 단계 a) 내지 단계 c)에 의해 제작된 나노입자를 사용한 전자소자 제조를 위한 베이스템플릿.
- 제1항의 단계 a) 내지 단계 c)로부터 형성된 하부기재층, 어셈블리용 단자, 하부보호층을 포함하여 제작된 베이스템플릿으로부터 분리된 나노입자를 사용한 전자소자에 있어서,상기 하부보호층의 상면에 형성되는 상부기재층;상기 상부기재층의 상면에 패턴형성되는 정렬용 단자;상기 어셈블리용 단자에 전원을 공급하도록 상기 어셈블리용 단자와 상기 정렬용 단자가 매칭되는 부분에만 정렬되도록 형성되는 나노로드; 및상기 정렬용 단자 및 상기 나노로드가 매립되도록 상기 정렬용 단자 및 상기 나노로드의 상면에 형성되는 상부보호층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자를 사용한 전자소자.
- 제 6항에 있어서,상기 나노로드는, 양 끝단에 표면 처리된 금속물질을 포함하고, 상기 금속물질의 이방성 성질에 의한 유전영동법에 의하여 정렬용 단자에 정렬고정되는 것을 특징으로 하는 나노입자를 사용한 전자소자.
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