KR101124352B1 - Manufacturing method of metal nano-rods - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라스마 원자층 증착법(plasma-enhanced atomic layer deposition; PE-ALD)을 이용하여 금속 나노 구조물을 제작함에 있어서, 그 형상을 정확하게 조절할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for precisely controlling the shape of a metal nanostructure by using plasma-enhanced atomic layer deposition (PE-ALD).
본 발명에 따른 제조방법에 의하면, 금속 나노 구조물의 길이는 정해진 성장속도를 기본으로 성장 사이클로서 조절할 수 있으며, 지름은 기판의 온도를 조절함으로써 변화시킬 수 있다. 이 두 가지 요소를 적절히 혼합하면, 크기와 모양이 다른 여러 가지 나노 구조물 (나노 점, 나노 막대, 나노 선 등)을 손쉽게 대면적 기판 위에 제작할 수 있다.According to the manufacturing method according to the invention, the length of the metal nanostructure can be adjusted as a growth cycle based on a predetermined growth rate, the diameter can be changed by adjusting the temperature of the substrate. Properly mixing these two elements makes it easy to fabricate different nanostructures of different sizes and shapes (such as nanodots, nanorods, and nanowires) onto large-area substrates.
금속 나노 구조, 나노 막대, 나노 점, 나노 선, 플라스마 원자층 증착법, 원자층 증착법 Metal nanostructures, nanorods, nanodots, nanowires, plasma atomic layer deposition, atomic layer deposition
Description
본 발명은 금속 나노 구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 수 ~ 수십 나노미터 크기의 금속 나노 구조물(nano-structures)의 길이와 지름과 같은 모양을 나노미터 단위로 정확하고 손쉽게 조절할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal nanostructure, and more specifically, it is possible to accurately and easily control the shape, such as length and diameter, of nano-structures of several tens of nanometers in nanometer units. It is about a method.
금속 나노 구조물(나노 점, 나노 선, 나노 막대 등)은 나노 기술을 이용한 전자소자, 환경 및 바이오, 디스플레이 등의 응용분야에 필수적인 요소이며, 이것을 제작하는 기술은 매우 중요한 요소 기술에 해당한다.Metal nanostructures (nano dots, nanowires, nanorods, etc.) are essential elements for applications such as electronic devices, environment and bio, and displays using nanotechnology, and the technology for manufacturing them is a very important element technology.
그런데, 금속 나노 구조를 원하는 응용분야에 사용하기 위해서는 나노 구조의 크기나 모양 (길이, 지름 등)이 정확하게 조절될 수 있어야 한다. 예를 들어 금속 나노 점(nanodots)을 이용한 나노 크리스탈(nanocrystal) 메모리소자 제작시에는 나노 점의 지름이 중요한 요소가 되며, 환경 및 바이오센서를 제작하기 위해서는 나노 막대(nanorods)나 나노 선(nanowires)의 형태를 이루어야 한다.However, in order to use the metal nanostructure in a desired application, the size or shape (length, diameter, etc.) of the nanostructure must be accurately controlled. For example, when manufacturing nanocrystal memory devices using metal nanodots (nanodots), the diameter of the nanodots becomes an important factor, and nanorods or nanowires are used to manufacture environmental and biosensors. It should be in the form of.
이를 위해 종래 몇 가지 제조 방법이 제안되고 있으나 실제의 응용을 위해서 는 문제점이 많이 노출되고 있다.Several manufacturing methods have been proposed for this purpose, but many problems are exposed for practical applications.
예를 들어, 원하는 나노 구조물의 거푸집과 같은 나노 틀(nano-template)을 만든 후, 목적하고 있는 물질을 틀 내부에 채우고 틀을 제거함으로써 금속 나노 구조물을 만드는 방법이 알려져 있다.For example, a method of making a metal nanostructure is known by making a nano-template such as formwork of a desired nanostructure, and then filling a desired material into the mold and removing the mold.
이 방법에 의하면, 형성되는 나노 구조물의 크기와 모양은 나노 틀 내의 나노 홀의 지름과 길이에 의존하게 되며, 그 크기나 지름 등을 조절하기 위해서는 나노 틀 자체를 조절하거나 물질을 채우는 방법(대부분 도금법을 사용함)을 조절함으로써 길이를 조절해야 한다.According to this method, the size and shape of the nanostructures to be formed depend on the diameter and length of the nanoholes in the nanoframe, and in order to control the size or diameter of the nanostructure itself, a method of adjusting the nanoframe itself or filling a material (mostly, To adjust the length).
그러나 기존에 사용되는 나노 틀(예를 들어 양극 산화 알루미나, 블록 공중합체)이 대부분 자기조립(self-assembly) 방법에 의해 제작되기 때문에 나노 홀의 크기와 길이의 조절은 매우 제한적이다. 또한 도금법은 전해액을 통해 전기적 방법에 의해 이루어지므로, 나노미터 단위의 정밀한 조절은 어렵다. However, since most of nano-frames (for example, anodized alumina, block copolymers) used in the art are manufactured by self-assembly methods, the control of the size and length of nano holes is very limited. In addition, since the plating method is performed by the electrical method through the electrolyte solution, precise control of the nanometer unit is difficult.
따라서 현재까지는 나노 영역에 있어서 중요한 요소 기술에 해당하는 금속 나노 구조물의 크기와 모양을 손쉽고 정확하게 조절할 수 있는 해결책이 없는 실정이다.Therefore, there is no solution to easily and accurately control the size and shape of the metal nanostructures, which is an important element technology in the nano domain.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 복잡한 공정을 거치지 않고도 손쉽게 금속 나노 구조의 크기나 모양(길이, 지름 등)을 정확하게 조절할 수 있는 금속 나노 구조의 형상 조절 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a method of controlling the shape of a metal nanostructure that can easily adjust the size or shape (length, diameter, etc.) of the metal nanostructure easily without going through a complicated process. The task is to solve the problem.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속 나노 구조물의 제조방법은, 플라스마 원자층 증착을 통해 기판상에 나노 구조물을 제조함에 있어서, 플라스마 원자층 증착시 온도를 조절하여 나노 구조물의 반경 방향의 성장을 조절하고 사이클 횟수를 통해 나노 구조물의 길이 방향의 성장을 조절함으로써, 나노 구조물의 형상을 조절하는데 구성적 특징이 있다.Method for manufacturing a metal nanostructure according to the present invention for achieving the above object, in the production of nanostructures on a substrate by plasma atomic layer deposition, the growth of the nanostructure by controlling the temperature during plasma atomic layer deposition By controlling and controlling the growth of the nanostructure in the longitudinal direction through the number of cycles, there is a constitutive feature in controlling the shape of the nanostructure.
본 발명에 있어서, 금속은 플라스마 원자층 증착이 가능한 금속이라면 어느 것이나 제조가 가능하다.In the present invention, any metal can be produced as long as the metal is capable of plasma atomic layer deposition.
또한, 본 발명에 있어서 나노 구조물이란, 나노 사이즈의 물질로 나노 점, 나노 선, 나노 막대 등의 구조물을 의미한다.In addition, in the present invention, the nanostructure means a structure of nano-dots, nanowires, nanorods, etc. as a nano-size material.
또한, 상기 금속 나노 구조물의 제조 방법에 있어서, 상기 금속 나노 구조물은 (a) 가열된 반도체 기판상에 금속 전구체를 투입하여 반도체 기판상에 흡착시키는 단계와, (b) 흡착되지 않은 금속 전구체를 퍼징 가스를 투입하여 제거하는 단계와, (c) 반응가스를 투입하여 금속 전구체와 반응시켜 금속을 환원시키는 단계와, (d) 반응되지 않은 반응가스를 퍼징 가스를 투입하여 제거하는 단계를 포함하는 사이클의 반복을 통해 형성된다.In addition, in the method of manufacturing a metal nanostructure, the metal nanostructure is (a) by injecting a metal precursor on a heated semiconductor substrate and adsorbed on the semiconductor substrate, (b) purging the metal precursor is not adsorbed A cycle comprising inputting and removing a gas, (c) adding a reaction gas to react with a metal precursor to reduce the metal, and (d) adding and removing the unreacted reaction gas by purging gas. Is formed through repetition.
또한, 상기 금속 나노 구조물의 제조 방법에 있어서, 상기 반응가스는 질소와 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하며, 플라스마 형태의 암모니아와 모노실란의 혼합물인 것이 보다 바람직하다.In addition, in the method of manufacturing the metal nanostructure, the reaction gas is characterized in that it contains nitrogen and silicon, more preferably a mixture of ammonia and monosilane in the form of plasma.
또한, 본 발명은 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 금속 나노 구조물을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device comprising a metal nanostructure manufactured by the above manufacturing method.
나노 틀(nano-template)을 사용하여 나노 구조물을 제작하는 종래의 방법의 경우 금속 나노 구조물의 길이를 조절하기 위해서는 나노 틀의 두께를 조절하거나 도금법의 전류의 양으로 채워지는 물질을 조절할 수밖에 없고, 또한 나노 구조물의 지름을 조절하기 위해서는 나노 틀 내의 나노 홀의 크기를 조절해야만 했는데, 이와 같이 나노 홀의 모양이나 크기를 조절하거나 전류의 양을 조절하는 것은 매우 복잡할 뿐 아니라 정확한 나노 구조물을 제조하기 어려웠다.In the conventional method of fabricating nanostructures using nano-templates, in order to control the length of the metal nanostructures, there is no choice but to control the thickness of the nanostructures or the material filled with the amount of current in the plating method. In addition, in order to control the diameter of the nanostructures, it was necessary to adjust the size of the nano holes in the nano-frame, and thus it was difficult to manufacture the precise nano structures as well as to control the shape or size of the nano holes or to control the amount of current.
이에 반해, 본 발명에 따른 금속 나노 구조물의 제조방법은 정해진 나노 틀을 사용하지 않기 때문에 나노 구조물의 크기나 형상 조절이 매우 용이하다. 더욱이 본 발명에서는 플라스마 원자층 증착법을 기본으로 하기 때문에 사이클당 증착 속도 (growth rate)의 조절을 통해 나노 구조물의 길이를 원자단위의 사이즈까지 정확하게 조절할 수 있다. 또한 금속 나노 구조물의 지름은 증착시의 온도를 조절함으로써, 다양한 범위에서 변화가 가능하다.On the other hand, the method of manufacturing a metal nanostructure according to the present invention does not use a predetermined nano-frame, so it is very easy to control the size or shape of the nanostructure. Furthermore, since the present invention is based on the plasma atomic layer deposition method, the length of the nanostructure can be accurately controlled to the size of the atomic unit by controlling the growth rate per cycle. In addition, the diameter of the metal nanostructure can be changed in various ranges by controlling the temperature during deposition.
또한, 본 발명에 따른 금속 나노 구조물의 제조방법에 의하면, 나노 틀을 제작하거나 제거하는 공정이 필요 없어지므로, 전체 공정이 매우 간편해지고 나노 구조물의 제작 단가도 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the manufacturing method of the metal nanostructure according to the present invention, since the process of manufacturing or removing the nano-frame is not necessary, the overall process is very simple and the manufacturing cost of the nanostructure can be greatly reduced.
본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하는 의미이다. 그리고 “포함한다”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및 /또는 성분을 구체화하며 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.The singular forms used to describe the embodiments of the present invention are intended to include the plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. And “comprises” means specific features, domains, integers, steps, actions, elements and / or components, and the presence or addition of other specific features, domains, integers, steps, actions, elements, components and / or groups. It is not excluded.
다르게 정의하지는 않았지만 여기에 사용되는 기술용어 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미이다. 또한, 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술 문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 갖는 것으로 추가 해석되고 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. In addition, commonly used terms defined in advance are not to be interpreted in an ideal or very formal sense unless further interpreted and defined as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 금속 나노 구조물의 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the method for producing a metal nanostructure according to the present invention in detail is not limited to the following examples. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be variously modified without departing from the technical spirit of the present invention.
본 발명의 실시예들에서는, 금속 나노 막대의 제조를 위해 PE-ALD법을 사용 하여, 금속 전구체 (precursor)와 반응 기체 사이의 반응을 조절하여 금속 나노 구조물을 제작하였으며, 공정 변수의 조절을 통해 나노 구조물의 크기와 모양을 나노미터 단위로 조절하였다.In the embodiments of the present invention, by using the PE-ALD method for the production of metal nanorods, metal nanostructures were fabricated by controlling the reaction between the metal precursor (precursor) and the reaction gas, and by adjusting the process parameters The size and shape of the nanostructures were adjusted in nanometer increments.
[실시예][Example]
금속 나노 막대의 형성Formation of metal nanorods
먼저, 본 발명의 실시예에서 사용한 PE-ALD법을 통한 자기조립 금속 나노 막대의 제조 과정에 대해 설명한다.First, the manufacturing process of the self-assembled metal nanorods through the PE-ALD method used in the embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용한 PE-ALD 의한 금속 나노 막대의 성장 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the growth process of the metal nano-rods by PE-ALD used in the embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 4단계(금속 전구체 투입, Ar 퍼징(purging), 반응 가스 플라스마 투입, Ar 퍼징(purging))의 사이클을 반복하여 금속 나노 막대를 형성시키게 된다.As shown in FIG. 1, a cycle of four steps (addition of a metal precursor, Ar purging, reactive gas plasma addition, and Ar purging) is repeated to form metal nanorods.
먼저, 자연 산화 막이 제거된 실리콘 기판(Si(001))과, 100nm의 SiO2가 증착된 실리콘 기판(Si(001)))을 준비하여 각각 300℃로 가열하였다.First, a silicon substrate (Si (001)) from which a natural oxide film was removed and a silicon substrate (Si (001)) deposited with 100 nm of SiO 2 were prepared and heated to 300 ° C., respectively.
그리고 첫 번째 스텝에서는, 상기와 같이 가열된 기판 위로 기화된 코발트 금속 유기물 전구체(CoCp2)를 캐리어 가스(carrier gas)인 알곤 (Ar) 가스와 함께 3초간 투여시켜 준다. 이때 적절한 전구체의 증기압을 얻기 위해, 전구체가 담긴 버블러(bubbler)는 78℃로 가열하였고, 알곤 가스의 유량은 50sccm으로 유지하였다.In the first step, the cobalt metal organic precursor (CoCp 2 ) vaporized onto the heated substrate is administered with argon (Ar) gas, which is a carrier gas, for 3 seconds. At this time, in order to obtain the vapor pressure of the appropriate precursor, the bubbler (bubbler) containing the precursor was heated to 78 ℃, the flow rate of argon gas was maintained at 50sccm.
두 번째 스텝에서, 상기 실리콘 기판 위에 물리적 또는 화학적으로 흡착된 전구체를 제외한 잉여 전구체를 알곤 퍼징 가스(purging gas)를 50sccm, 1초의 조건으로 투여시켜 제거하였다.In the second step, excess precursor except for precursors physically or chemically adsorbed on the silicon substrate was removed by administering argon purging gas at 50 sccm for 1 second.
세 번째 스텝에서 암모니아(200 sccm)와 모노실란(5 sccm)을 동시에 플라스마 형태로 노출시켜 상기 기판 위에 흡착된 코발트 금속 유기물 전구체와 반응시켜 코발트를 기판상에 증착시킨다.In the third step, cobalt is deposited on the substrate by exposing ammonia (200 sccm) and monosilane (5 sccm) simultaneously in the form of plasma to react with the cobalt metal organic precursor adsorbed on the substrate.
마지막 스텝에서는 잉여 가스를 알곤 퍼징 가스(purging gas)를 사용하여 제거하며, 유량과 노출시간은 상기 두 번째 스텝과 같은 조건으로 유지하였다.In the last step, excess gas was removed using argon purging gas, and the flow rate and exposure time were maintained at the same conditions as in the second step.
이때 4개의 스텝에서 투여되는 가스가 고르게 분포된 상태로 기판 위에 노출되도록 하기 위하여 샤워 헤드(shower head) 형태의 투여기(doser)를 통과해서 기판에 노출시켰다.At this time, the gas administered in the four steps was exposed to the substrate through a shower head (doser) in the form of a shower head (shower head) in order to be evenly distributed on the substrate.
암모니아와 혼합된 모노실란 플라스마의 형성은 직접 형태(direct type)를 띠고 있으며, 상부에서 투여된 가스들은, 고주파 (RF, 13.56 MHz)교류 전원에 연결된 샤워 헤드를 통과하며 플라스마로 생성되게 된다. 형성된 플라스마는 샤워 헤드 하단에 위치한 기판과 반응하게 되며, 샤워 헤드와 기판 사이의 간격은 1 cm로 유지하였다. 이러한 형태는 소위 capacitively coupled plasma (CCP) 라고 일컫는다. The formation of monosilane plasma mixed with ammonia is of direct type and the gases administered at the top are generated as plasma through a shower head connected to a high frequency (RF, 13.56 MHz) AC power source. The plasma formed reacts with the substrate located at the bottom of the shower head, and the spacing between the shower head and the substrate is maintained at 1 cm. This form is called capacitively coupled plasma (CCP).
총 반응 가스의 유량은 205 sccm이고, 플라스마의 power는 300W로서, 기본적인 노출 시간을 6초로 유지하였다.The flow rate of the total reaction gas was 205 sccm, the plasma power was 300W, and the basic exposure time was maintained at 6 seconds.
이와 같은 4개 스텝으로 이루어진 사이클을 일정 횟수 반복하여, 도 2a와 같 은 자기조립 코발트 나노 막대를 얻었다.The cycle consisting of four steps was repeated a certain number of times to obtain self-assembled cobalt nanorods as shown in FIG. 2A.
도 2a은 500 사이클 동안 SiO2 기판 위에 형성된 코발트 나노 막대의 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscopy; SEM) 사진이며, 도 2c는 같은 시편의 투과 전자 현미경 (Transmission Electron Spectroscopy; TEM) 사진이다. FIG. 2A is a Scanning Electron Microscopy (SEM) photograph of cobalt nanorods formed on a SiO 2 substrate for 500 cycles, and FIG. 2C is a Transmission Electron Spectroscopy (TEM) photograph of the same specimen.
상기 도면에서 확인되는 바와 같이, 형성된 코발트 나노 막대는 길이가 50nm이고 지름이 약 5nm로, 10:1 종횡비를 나타내었다.As can be seen from the figure, the cobalt nanorods formed had a length of 50 nm and a diameter of about 5 nm, exhibiting a 10: 1 aspect ratio.
다음으로, 전술한 코발트 나노 막대의 공정을 기본으로, 간단히 금속 전구체를 교체함으로써, 니켈로 이루어진 금속 나노 막대를 제조하였다.Next, based on the process of cobalt nanorods described above, metal nanorods made of nickel were prepared by simply replacing the metal precursors.
니켈 나노 막대의 제조시에는 코발트 나노 막대 제조시 사용된 CoCp2 금속 전구체를 Ni(dmamb)2(Bis(dimethylamino-2-methyl-2-butoxo)nickel(II))로 교체하였으며, 다른 공정 변수는 동일하게 하였다.In the preparation of nickel nanorods, the CoCp 2 metal precursors used in the manufacture of cobalt nanorods were replaced with Ni (dmamb) 2 (Bis (dimethylamino-2-methyl-2-butoxo) nickel (II)). The same was done.
이를 통해 형성된 니켈 나노 막대의 SEM사진과 TEM사진을 각각 도 2b와 2d에 나타내었다.SEM and TEM images of the nickel nanorods thus formed are shown in FIGS. 2B and 2D, respectively.
도 2b 및 2d에서 알 수 있는 바와 같이, 코발트 나노 막대와 비슷하게, SiO2기판 위에 잘 정렬된 니켈 금속 나노 막대가 형성되었으며, 이 니켈 나노 막대는 길이 120nm와 지름 10nm로 12:1의 종횡비를 나타내었다.As can be seen in FIGS. 2B and 2D, similarly to cobalt nanorods, well-aligned nickel metal nanorods were formed on a SiO 2 substrate, which had an aspect ratio of 12: 1 at 120 nm in length and 10 nm in diameter. It was.
금속 막대의 길이 조절Adjust the length of the metal bar
이상과 같은 코발트와 니켈 나노 막대의 성장 속도를 계산해 보면, 코발트의 경우 1Å/cycle이고 니켈의 경우 2.4Å/cycle였다.When calculating the growth rate of the cobalt and nickel nano-rods as described above, it was 1 Å / cycle for cobalt and 2.4 Å / cycle for nickel.
먼저, 이러한 성장 속도를 기본으로 사이클에 따른 나노 막대의 길이 변화를 확인하였다.First, the change in the length of the nano bar according to the cycle based on this growth rate was confirmed.
도 3a는 코발트 나노 막대 공정을 200 사이클 동안 진행한 후 형성된 코발트 나노 막대를 촬영한 사진이다.Figure 3a is a photograph of the cobalt nano bar formed after the cobalt nano bar process for 200 cycles.
성장속도를 기본으로 계산하면 1Å/cycle × 200cycles = 200Å임을 알 수 있고, 도 3a에 나타난 실험결과에서도 나노 막대의 지름을 변화되지 않은 채, 20 nm 길이 (4:1 종횡비)를 갖는 코발트 나노 막대가 성장되었음을 알 수 있다.It can be seen that the calculation based on the growth rate is 1 200 / cycle × 200cycles = 200Å, and the cobalt nanorod having a length of 20 nm (4: 1 aspect ratio) without changing the diameter of the nanorods in the experimental results shown in FIG. 3a. It can be seen that has grown.
도 3b는 마찬가지로 코발트 나노 막대 공정을 실행한 것으로, 50 사이클을 진행한 후 형성된 코발트 나노 막대를 촬영한 사진이다.Figure 3b is similarly performed a cobalt nanorod process, is a photograph of the cobalt nanorods formed after 50 cycles.
50 사이클일 경우 계산상 1Å/cycle × 50cycles = 50 Å의 길이를 갖게 되며, 이때는 나노 막대의 모양이 아니라 나노 점 형태의 모양을 갖게 된다.In the case of 50 cycles, the calculation has a length of 1 Å / cycle × 50 cycles = 50 Å, which is in the shape of nano dots instead of nano bars.
이와 같은 계산 결과와 일치하게 도 3b에서 코발트 나노 점이 형성된 것을 알 수 있다. Consistent with the calculation result, it can be seen that cobalt nano dots are formed in FIG. 3B.
마찬가지로 니켈 나노 막대의 공정을 25 사이클 진행 (2.4 Å/cycle × 25 cycles = 60 Å)한 후에는 도 3c에서 확인되는 바와 같이 니켈 나노 점이 형성되었다.Likewise, after 25 cycles of the process of nickel nanorods (2.4 kW / cycle x 25 cycles = 60 kPa), nickel nano dots were formed as shown in FIG. 3C.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면 금속 나노 막대의 길이는 PE-ALD법의 사이클수로 조절될 수 있음을 알 수 있다.That is, according to the embodiment of the present invention it can be seen that the length of the metal nano bar can be adjusted by the number of cycles of PE-ALD method.
금속 나노 막대의 지름 조절Diameter control of metal nanorods
전술한 바와 같은 금속 나노 구조물의 길이 이외에 지름을 변경하기 위한 변수로서 본 발명의 실시예에서는 기판의 온도를 변화시켰다.In addition to the length of the metal nanostructure as described above, in the embodiment of the present invention as a variable for changing the diameter, the temperature of the substrate was changed.
도 4a 내지 4d는 기타 공정조건은 동일하게 유지하고 기판온도(Ts)만 250 ~ 400℃의 범위로 다양하게 조절하여 제조한 코발트 나노 막대의 평면 SEM사진이다. 4A to 4D are planar SEM photographs of cobalt nanorods prepared by variously adjusting the substrate temperature (T s ) in the range of 250 to 400 ° C. while maintaining the same process conditions.
기본온도로 사용한 기판온도(Ts) 300℃의 경우에는 나노 막대의 지름은 5nm를 나타냈으며(도 4b), 기판온도(Ts)를 250℃로 감소하게 되면 5nm의 절반으로 지름이 감소하였다(도 4a). 또한 기판온도(Ts)를 350℃로 증가시키면 지름이 기본온도에 비해 약 2배 증가하는 것을 확인할 수 있으며(도 4c), 기판온도(Ts)를 400℃로 한 경우에는 350℃에 비해 지름이 약 2 ~ 3배 증가하는 것을 알 수 있다(도 4d).In the case of the substrate temperature (T s ) used as the basic temperature, the diameter of the nanorod was 5 nm (Fig. 4b), and when the substrate temperature (T s ) was reduced to 250 ° C., the diameter was reduced to half of 5 nm. (FIG. 4A). In addition, if the substrate temperature (T s ) to increase to 350 ℃ can be seen that the diameter increases about 2 times compared to the basic temperature (Fig. 4c), when the substrate temperature (T s ) to 400 ℃ compared to 350 ℃ It can be seen that the diameter increases by about 2-3 times (FIG. 4D).
따라서 기판의 온도 변화를 통해 나노 막대의 지름을 조절할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the diameter of the nanorods can be controlled by changing the temperature of the substrate.
결과적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 나노 막대의 성장속도와 기판 온도의 변화를 통해, 원하는 길이와 원하는 지름을 갖는 나노 막대 혹은 나노 점 등의 나노 구조물을 손쉽게 제작할 수 있다.As a result, as shown in Figure 5, through the change in the growth rate and substrate temperature of the nano-rods, it is possible to easily manufacture a nano-structure, such as nano-rods or nano dots having a desired length and the desired diameter.
도 1은 암모니아 플라스마와 모노실란을 이용한 코발트 막대의 PE-ALD 1 사이클 내의 공정 순서도이다.1 is a process flow chart within a PE-ALD 1 cycle of cobalt rod using ammonia plasma and monosilane.
도 2a는 SiO2 기판 위에서 500 사이클 동안 증착된 코발트 나노 막대의 비스듬한 각도로 본 주사 전자 현미경 사진이다.FIG. 2A is a scanning electron micrograph viewed at an oblique angle of cobalt nanorods deposited over 500 cycles on a SiO 2 substrate. FIG.
도 2b는 SiO2 기판 위에서 500 사이클 동안 증착된 니켈 나노 막대의 비스듬한 각도로 본 주사 전자 현미경 사진이다.FIG. 2B is a scanning electron micrograph viewed at an oblique angle of nickel nanorods deposited for 500 cycles on a SiO 2 substrate. FIG.
도 2c는 도 2a에 보인 코발트 나노 막대의 단면을 본 투과 전자 현미경 사진이다.FIG. 2C is a transmission electron micrograph of a cross section of the cobalt nanorod shown in FIG. 2A.
도 2d는 도 2b에 보인 니켈 나노 막대의 단면을 본 투과 전자 현미경 사진이다.FIG. 2D is a transmission electron micrograph of a cross section of the nickel nanorods shown in FIG. 2B.
도 3a는 SiO2 기판 위에서 200 사이클 동안 증착된 코발트 나노 막대의 비스듬한 각도로 본 주사 전자 현미경 사진이다.3A is a scanning electron micrograph at an oblique angle of cobalt nanorods deposited over 200 cycles on a SiO 2 substrate.
도 3b는 SiO2 기판 위에서 25 사이클 동안 증착된 코발트 나노 점의 평면 주사 전자 현미경 사진이다.3B is a planar scanning electron micrograph of cobalt nano dots deposited for 25 cycles on a SiO 2 substrate.
도 3c는 SiO2 기판 위에서 50 사이클 동안 증착된 니켈 나노 점의 평면 주사 전자 현미경 사진이다.3C is a planar scanning electron micrograph of nickel nano dots deposited for 50 cycles on a SiO 2 substrate.
도 4a는 250℃ SiO2기판 위에서 500 사이클 동안 증착된 코발트 나노 막대의 평면 주사 전자 현미경 사진이다.4A is a planar scanning electron micrograph of cobalt nanorods deposited for 500 cycles on a 250 ° C. SiO 2 substrate.
도 4b는 300℃ SiO2기판 위에서 500 사이클 동안 증착된 코발트 나노 막대의 평면 주사 전자 현미경 사진이다.4B is a planar scanning electron micrograph of cobalt nanorods deposited for 500 cycles on a 300 ° C. SiO 2 substrate.
도 4c는 350℃ SiO2기판 위에서 500 사이클 동안 증착된 코발트 나노 막대의 평면 주사 전자 현미경 사진이다.4C is a planar scanning electron micrograph of cobalt nanorods deposited for 500 cycles on a 350 ° C. SiO 2 substrate.
도 4d는 400℃ SiO2기판 위에서 500 사이클 동안 증착된 코발트 나노 막대의 평면 주사 전자 현미경 사진이다.4D is a planar scanning electron micrograph of cobalt nanorods deposited for 500 cycles on a 400 ° C. SiO 2 substrate.
도 5는 본 발명에 따라 금속 나노 구조물의 형상을 조절하는 개념을 나타내는 개략도이다.5 is a schematic diagram illustrating a concept of controlling the shape of the metal nanostructure according to the present invention.
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Non-Patent Citations (1)
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| Shouhong Xue et al., Electrochemically and template-synthesized nickel nanorod arrays and nanotubes, J. Mater. Sci., 2006, Vol. 41, pp. 5598-5601* |
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