KR101165447B1 - Method for aligning nanowires, 3-dimensional frame for aligning nanowires, and method for 3-dimensional frame for aligning nanowires - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시형태에 따른 나노선 정렬 방법은, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈이 형성되어 있는 3차원 구조를 구비한 기판을 준비하는 단계; 나노선이 분산되어 있는 용액을 상기 3차원 구조 상에 제공하는 단계; 및 상기 3차원 구조 상에 제공된 용액을 건조시켜 상기 트렌치홈의 길이 방향을 따라 상기 나노선을 상기 트렌치홈 내에 정열시키는 단계를 포함한다. 상기 트렌치홈은 상기 3차원 구조에 복수개 형성되어 있고, 상기 복수개의 트렌치홈은 서로 평행하게 연장될 수 있다.In the nanowire alignment method according to an embodiment of the present invention, preparing a substrate having a three-dimensional structure in which trench grooves in which both inner walls of the groove are inclined are formed so that the width in the groove becomes narrower as the depth in the groove becomes deeper. ; Providing a solution in which nanowires are dispersed on the three-dimensional structure; And drying the solution provided on the three-dimensional structure to align the nanowires in the trench grooves along the length direction of the trench grooves. A plurality of trench grooves may be formed in the three-dimensional structure, and the plurality of trench grooves may extend in parallel to each other.
Description
본 발명은 나노선 네트워크 소자 등에 사용되는 나노선을 정렬하는 방법에 관한 것으로서, 특히 기판에 설치되는 홈 구조를 이용한 나노선 정렬 방법과 나노선 정렬에 이용되는 3차원 틀 및 그 틀의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for aligning nanowires for use in nanowire network devices, and more particularly, to a nanowire alignment method using a groove structure installed on a substrate, and a three-dimensional frame used for nanowire alignment and a method of manufacturing the frame. It is about.
나노선은 나노 단위의 직경을 갖는 와이어 형태의 물질로서 다양한 전자 소자 분야에의 응용 가능성을 갖는다. 특히 나노 네트워크 소자는 나노선을 채널 영역으로 사용하는 트랜지스터 소자 또는 나노선을 이용한 센서 등 다양한 전자 소자 분야에 적용될 수 있어 현재 전세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다.
Nanowires are wire-shaped materials with nano-diameter diameters and have potential applications in a variety of electronic device applications. In particular, since nano-network devices can be applied to various electronic device fields such as transistor devices using nanowires as channel regions or sensors using nanowires, many studies are being conducted worldwide.
기존의 실리콘 기반의 트랜지스터는 그 성능이 이미 어느정도의 한계에 이르렀기 때문에, 기존 소자 성능의 한계를 극복할 수 있는 차세대 소자로서 나노 물질이라는 새로운 개념과 구조가 제안되었고 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 반도체 나노튜브(nanotube)와 나노선은 일차원적인 특이 구조를 갖고 있기 때문에, 새로운 전기적 및 광학적 성질을 가지고 있다. 1차원의 구조를 갖는 반도체 나노선은 화학물질과 에너지 밴드 구조(band structure)를 구별하는 데 있어서 그 선택비(selectivity)가 크기 때문에, 다양한 나노 소자의 채널 영역으로 활용될 수 있다. 또한, 나노선은 전하 운반체(charge carrier)의 이동성과 결정질(crystaline quality)이 우수하기 때문에, 나노선을 트랜지스터에 적용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 나노 구조체의 또 다른 장점은 높은 온도에서 나노 물질을 성장시키고 난 후 그 물질을 낮은 온도에서 원하는 기판으로 옮길 수 있기 때문에, 나노 물질을 사용하면 플렉서블(flexible) 기판 등 다양한 기판을 이용할 수 있다는 점이다.
Since conventional silicon-based transistors have already reached a certain limit, a new concept and structure of nanomaterials has been proposed and researched actively as a next-generation device capable of overcoming the limitations of existing device performance. . In particular, since semiconductor nanotubes and nanowires have a one-dimensional specific structure, they have new electrical and optical properties. Since semiconductor nanowires having a one-dimensional structure have high selectivity in distinguishing chemicals from energy band structures, they may be used as channel regions of various nano devices. In addition, since nanowires have excellent mobility and crystalline quality of charge carriers, researches on applying nanowires to transistors have been conducted. Another advantage of nanostructures is that since nanomaterials can be grown at high temperatures and then transferred to the desired substrate at low temperatures, nanomaterials can be used for a variety of substrates, including flexible substrates. .
나노선 트랜지스터를 제조하기 위해서, 임의적으로 위치한 나노선 하나를 찾아내서 전자-빔 리소그래피(electron beam lithography)를 사용할 수 있다. 그러나, 이 경우 소자 제조에 걸리는 시간이 너무 길고 한 번에 소자 한 개밖에 만들 수 없기 때문에 대량 생산하기가 어렵다는 점에서, 전자 산업에의 실질적으로 적용과 응용이 힘들다. 이를 해결하기 위해서 나노선 네트워크를 이용한 소자를 연구하고자 하는 노력이 활발히 이루어지고 있다. 나노선 네트워크를 형성하는 방법으로는, 액체 용매에 분산된 나노선을 이용하는 방법과, 나노선이 성장된 기판을 원하는 다른 기판 위에 눌러 나노선을 찍어내는 스탬핑(stamping) 공정을 이용하는 방법 등이 있다. 이러한 방법을 사용함으로써, 전자-빔 리소그래피 공정을 없애거나 줄임으로써 대량생산이 가능하게 된다. 그러나, 이러한 나노선 네트워크는, 나노선 분산 용액을 사용하거나 스탬핑을 이용하여 형성되기 때문에, 임의적 방향으로 배열되어 비정렬 상태로 형성된다. 이러한 나노선의 비정렬로 인하여, 나노선을 이용하여 제작된 소자의 전기적 성능 또는 광학적 성능이 저하된다.
To fabricate nanowire transistors, one can locate an arbitrarily positioned nanowire and use electron beam lithography. However, in this case, since the time required for manufacturing the device is too long and only one device can be made at a time, it is difficult to mass-produce, so that practical application and application to the electronic industry are difficult. In order to solve this problem, efforts are being actively made to study devices using nanowire networks. As a method of forming a nanowire network, there is a method of using nanowires dispersed in a liquid solvent, or a method of stamping a nanowire by pressing a substrate on which the nanowires are grown on another substrate of interest. . By using this method, mass production is possible by eliminating or reducing the electron-beam lithography process. However, since such nanowire networks are formed using nanowire dispersion solutions or by stamping, they are arranged in an arbitrary direction and formed in an unaligned state. Due to the misalignment of the nanowires, the electrical performance or optical performance of the device fabricated using the nanowires is degraded.
본 발명의 실시형태에는 나노선 소자 제조시 나노선을 원하는 곳에 효율적으로 모으고 정렬시키는 방법을 제공한다. Embodiments of the present invention provide a method for efficiently collecting and aligning nanowires where desired in the manufacture of nanowire devices.
본 발명의 다른 실시형태는 나노선 소자 제조시 나노선을 원하는 곳에 효율적으로 모으고 정렬시키기 위한 3차원 틀을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a three-dimensional framework for efficiently collecting and aligning nanowires where desired in nanowire device fabrication.
본 발명의 또 다른 실시형태에는 나노선 소자 제조시 나노선을 원하는 곳에 효율적으로 모으고 정렬시키기 위한 3차원 특의 제조 방법을 제공한다.
Yet another embodiment of the present invention provides a three-dimensional manufacturing method for efficiently gathering and aligning nanowires in a desired place when manufacturing nanowire devices.
본 발명의 실시형태에 따른 나노선 정렬 방법은, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈이 형성되어 있는 3차원 구조를 구비한 기판을 준비하는 단계; 나노선이 분산되어 있는 용액을 상기 3차원 구조 상에 제공하는 단계; 및 상기 3차원 구조 상에 제공된 용액을 건조시켜 상기 트렌치홈의 길이 방향을 따라 상기 나노선을 상기 트렌치홈 내에 정열시키는 단계를 포함한다. 상기 트렌치홈은 상기 3차원 구조에 복수개 형성되어 있고, 상기 복수개의 트렌치홈은 서로 평행하게 연장될 수 있다. 상기 트렌치홈의 단면 형상은 V자형이거나 절두형 역피라미드의 단면 형상일 수 있다.
In the nanowire alignment method according to an embodiment of the present invention, preparing a substrate having a three-dimensional structure in which trench grooves in which both inner walls of the groove are inclined are formed so that the width in the groove becomes narrower as the depth in the groove becomes deeper. ; Providing a solution in which nanowires are dispersed on the three-dimensional structure; And drying the solution provided on the three-dimensional structure to align the nanowires in the trench grooves along the length direction of the trench grooves. A plurality of trench grooves may be formed in the three-dimensional structure, and the plurality of trench grooves may extend in parallel to each other. The trench groove may have a cross-sectional shape of a V-shaped or truncated inverse pyramid.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 3차원 구조를 구비한 기판을 준비하는 단계는, 평면 형상의 상면을 갖는 모기판을 준비하는 단계; 상기 모기판의 상면을 식각하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈을 상기 모기판에 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 모기판은 실리콘 기판일 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the preparing of the substrate having the three-dimensional structure may include preparing a mother substrate having a planar top surface; Etching the upper surface of the mother substrate to form a trench groove in which both inner walls of the groove are inclined so that the width of the groove becomes narrower as the depth in the groove becomes deeper. The mother substrate may be a silicon substrate.
다른 실시예에 따르면, 상기 3차원 구조를 구비한 기판을 준비하는 단계는, 평면 형상의 상면을 갖는 모기판을 준비하는 단계; 상기 모기판의 상면을 식각하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈을 상기 모기판에 형성하는 단계; 상기 트렌치홈이 형성된 모기판 상에 제1 폴리머 물질을 코팅하여 상기 트렌치홈을 완전히 매립하는 폴리머층을 형성하는 단계; 상기 폴리머층을 상기 모기판으로부터 분리한 후 상기 폴리머층의 분리면 상에 제2 폴리머 물질을 코팅하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈이 형성되어 있고 상기 트렌치홈의 바닥부가 개구로서 뚫려있는 3차원 틀을 형성하는 단계; 및 상기 3차원 틀을 상기 폴리머층으로부터 분리하고, 나노선 정열이 필요한 기판 상에 배치하는 단계를 포함한다.
According to another embodiment, the preparing of the substrate having the three-dimensional structure may include preparing a mother substrate having a planar top surface; Etching the upper surface of the mother substrate to form trench grooves in which both inner walls of the groove are inclined so that the width of the groove becomes narrower as the depth in the groove becomes deeper; Coating a first polymer material on the mother substrate where the trench grooves are formed to form a polymer layer which completely fills the trench grooves; After separating the polymer layer from the mother substrate and coating a second polymer material on the separation surface of the polymer layer, trench grooves in which both inner walls of the grooves are inclined so that the width in the grooves becomes narrower as the depth in the grooves becomes deeper. Forming a three-dimensional mold which is formed and has a bottom portion of the trench groove opened as an opening; And separating the three-dimensional framework from the polymer layer and placing it on a substrate that requires nanowire alignment.
상기 3차원 구조를 구비한 기판을 준비하는 단계는, 상기 폴리머층을 상기 모기판으로부터 분리한 후 상기 폴리머층의 분리면 상에 상기 제2 폴리머 물질을 코팅하기 전에 상기 폴리머층의 분리면 상에 층분리용 박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
The preparing of the substrate having the three-dimensional structure may include: separating the polymer layer from the mother substrate and before coating the second polymer material on the separation surface of the polymer layer on the separation surface of the polymer layer. The method may further include forming a thin film for layer separation.
상기 나노선 정렬 방법은, 상기 나노선을 상기 트렌치홈 내에 정열시키는 단계 후에, 상기 3차원 틀을 상기 기판으로부터 분리하고 나노선 정열이 필요한 다른 기판 상에 배치하여 상기 3차원 틀을 재사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
The nanowire alignment method may include reusing the three-dimensional framework by separating the three-dimensional framework from the substrate and disposing the three-dimensional framework on the substrate after the alignment of the nanowires in the trench grooves. It may further include.
본 발명의 실시형태에 따른 나노선 정렬용 3차원 틀은 나노선이 배열될 기판 상에 배치되어 나노선을 정렬하기 위한 틀로서, 기판 상에 배치되는 면의 반대면측에 트렌치홈이 형성되어 있고 상기 트렌치홈은 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사지고, 상기 트렌치홈의 바닥부는 개구로서 뚫려있다.
The three-dimensional frame for aligning nanowires according to the embodiment of the present invention is a frame for aligning nanowires arranged on a substrate on which nanowires are to be arranged, and trench grooves are formed on the opposite side of the surface disposed on the substrate. As the trench groove deepens in the groove, both inner walls of the groove are inclined so that the width of the trench narrows, and the bottom of the trench groove is opened as an opening.
본 발명의 실시형태에 따른 나노선 정렬용 3차원 틀을 제조하는 방법은, 평면 형상의 상면을 갖는 모기판을 준비하는 단계; 상기 모기판의 상면을 식각하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈을 상기 모기판에 형성하는 단계; 상기 트렌치홈이 형성된 모기판 상에 제1 폴리머 물질을 코팅하여 상기 트렌치홈을 완전히 매립하는 폴리머층을 형성하는 단계; 및 상기 폴리머층을 상기 모기판으로부터 분리한 후 상기 폴리머층의 상면에 형성된 피라미드 구조 상에 제2 폴리머 물질을 코팅하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈이 형성되어 있고 상기 트렌치홈의 바닥부가 개구로서 뚫려있는 3차원 틀을 형성하는 단계를 포함한다.
Method of manufacturing a three-dimensional framework for aligning nanowires according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a mother substrate having a planar top surface; Etching the upper surface of the mother substrate to form trench grooves in which both inner walls of the groove are inclined so that the width of the groove becomes narrower as the depth in the groove becomes deeper; Coating a first polymer material on the mother substrate where the trench grooves are formed to form a polymer layer which completely fills the trench grooves; And separating the polymer layer from the mother substrate and coating a second polymer material on the pyramid structure formed on the upper surface of the polymer layer, so that inner walls of both grooves are narrow so that the width in the groove becomes narrower as the depth in the groove increases. And forming a three-dimensional frame in which a photo trench groove is formed and a bottom portion of the trench groove is opened as an opening.
본 발명의 실시형태에 따르면, 단시간에 저비용으로 나노선을 원하는 방향으로 정렬시킨 기판 구조체를 얻을 수 있다. 이와 같이 나노선이 정렬된 기판 구조체는 나노선 네트워크 소자 등 나노선 소자에 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시형태를 이용함으로써 나노선이 정렬된 소자를 대량으로 생산할 수 있다. 뿐만 아니라, 나노선 소자에 사용되는 기판(예를 들어 실리콘 반도체 기판) 과는 별도로 상술한 트렌치홈이 형성된 3차원 틀을 사용함으로써, 나노선 정렬이 필요한 기판을 별도로 식각하지 않고도 기판 상에 나노선을 용이하게 정렬시킬 수 있다. 또한, 나노선 정렬이 필요한 기판들에 3차원 틀을 반복하여 재사용할 수 있어, 하나의 3차원 틀로 여러 개의 기판 상에 나노선을 정렬시킬 수 있는 이점이 있다.
According to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a substrate structure in which nanowires are aligned in a desired direction at low cost in a short time. The substrate structure in which the nanowires are aligned may be used in nanowire devices such as nanowire network devices. In addition, by using the embodiment of the present invention, a device in which nanowires are aligned can be mass produced. In addition, by using a three-dimensional frame formed with the trench grooves described above, apart from the substrate (for example, silicon semiconductor substrate) used in the nanowire device, the nanowire on the substrate is not etched without separately etching the substrate requiring nanowire alignment. Can be easily aligned. In addition, the three-dimensional framework can be repeatedly reused for the substrates that require nano-wire alignment, which has the advantage of aligning the nano-wires on multiple substrates in one three-dimensional framework.
도 1 내지 3은 본 발명의 실시예에 따른 나노선 정렬 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 나노선 정렬용 3차원 틀의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 3차원 틀의 평면도이다.
도 6 내지 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노선 정렬 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10 내지 13은 본 발명의 실시예에 따른 나노선 정렬용 3차원 틀을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14 내지 15는 본 발명의 실시예에 따른 나노선 정렬용 3차원 틀의 재사용을 설명하기 위한 도면들이다.
도 16은 습식식각을 통해 실리콘 기판에 형성된 V자형 트렌치홈과, 절두형 역피라미드 단면 형상의 트렌치홈을 나타낸 SEM(주사 전자 현미경) 사진이다.
도 17은 트렌치홈 내에 정렬된 나노선을 나타낸 SEM 사진이다. 1 to 3 are views for explaining the nanowire alignment method according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a three-dimensional frame for aligning nanowires according to an embodiment of the present invention.
5 is a plan view of the three-dimensional framework shown in FIG.
6 to 9 are diagrams for explaining the nanowire alignment method according to another embodiment of the present invention.
10 to 13 are views for explaining a method of manufacturing a three-dimensional frame for aligning nanowires according to an embodiment of the present invention.
14 to 15 are views for explaining the reuse of the three-dimensional framework for aligning nanowires according to an embodiment of the present invention.
16 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a V-shaped trench groove formed in a silicon substrate through wet etching and a trench groove having a truncated inverted pyramid cross-sectional shape.
FIG. 17 is a SEM photograph showing nanowires aligned in trench trenches. FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The shape and the size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity and the same elements are denoted by the same reference numerals in the drawings.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 나노선 정렬 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 1을 참조하면, 예를 들어 실리콘 기판 등, 정렬된 나노선이 상면에 배치될 기판(101)을 준비한다. 그리고 나서, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(101)의 상면을 습식 또는 건식식각을 통해 식각하여 트렌치홈(105)을 형성한다. 이 트렌치홈(105)은 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사져 있다. 트렌치홈(105)의 단면 형상은 예를 들어 저부가 뾰족한 V자형이거나 저부가 평평한 절두형의 역피라미드 단면 형상일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 트렌치홈(105)은 복수개 형성될 수 있고, 특히 복수개의 트렌치홈(105)은 서로 평행하게 연장될 수 있다.
1 to 3 are diagrams for explaining the nanowire alignment method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
상술한 트렌치홈(105)은 습식식각을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, KOH 용액을 이용하여 실리콘 기판을 식각하는 방법이 있는데, 실리콘의 결정학적 방향(orientation)에 따라서 식각 속도가 다르게 되는 것을 이용할 수 있다. <100> 방향의 주면을 갖는 실리콘 웨이퍼의 경우 KOH 식각용액을 사용하여 54.7도로 일정한 각도를 이루며 식각되어, V자형 홈 또는 절두형 역피라미드형의 홈을 형성할 수 있다. 도 16은 KOH 용액을 이용한 습식 식각을 통해 형성된 V자형 홈(도 16 (a))과 절두형 역피라미드형의 홈(도 16(b)) 구조를 보여주는 SEM 사진이다. 습식 식각 시간의 졸에 따라 도 16(a)처럼 바닥이 뾰족한 V자형 홈을 형성할 수도 있고, 16(b) 처럼 바닥이 평평한 절두형 역피라미드형 홈을 형성할 수도 있다. 이러한 실리콘 기판의 습식식각은 조건의 변화에 민감하지 않으면서, 동일한 모양을 갖는 V자형 또는 절두형 역피라미드형의 트렌치홈을 매우 용이하게 형성할 수 있다.
The
이와 같이 기판(101) 자체에 트렌치 홈(105)이 형성된 3차원 구조를 만들 수 있다. 다음으로, 도 3을 참조하면, 나노선(10)이 분산되어 있는 용액을 트렌치 홈(105)이 형성된 3차원 구조에 제공한다. 예를 들어, 나노선(10)이 분산된 용액을 트렌치 홈(105)으로 떨어뜨리거나 트렌치 홈(105)으로 뿌릴 수 있다. 그리고 나서 트렌치 홈(105)에 제공된 용액을 건조시키면, 나노선(10)은 기울어진 홈 내벽을 타고 낮은 홈 골짜기 부분으로 내려가 정렬되면서, 다수의 트렌치홈(105)의 바닥부에 정렬된 나노선을 얻게 되고, 이에 따라 원하는 방향과 패턴을 가진 정렬된 나노선 네트워크를 형성할 수 있다.
As described above, the three-dimensional structure in which the
도 17은 상술한 공정을 사용하여, 실리콘 기판의 V자형 트렌치홈 내에 정렬된 나노선을 보여주는 SEM사진이다. 도 17에 도시된 바와 같이 나노선이 트렌치홈 내에 잘 정렬되어 있음을 알 수 있다. 도 17에 나타난 나노선 정렬을 얻기 위해, 먼저 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)과 같은 용매에 넣어 초음파 처리(sonication)을 하여 잘 분산시켜 얻은 용액(나노선이 분산된 용액)을 만들었다. 그 후, 이 용액을 실리콘 기판의 V자형 트렌치홈 구조 위에 뿌리고 충분히 말려서 도 17에 도시된 바와 같이 잘 정렬된 나노선을 얻었다.
FIG. 17 is an SEM photograph showing nanowires aligned in the V-shaped trench grooves of a silicon substrate using the process described above. As shown in FIG. 17, it can be seen that the nanowires are well aligned in the trench grooves. In order to obtain the nanowire alignment shown in Figure 17, first put in a solvent such as isopropyl alcohol (isopropyl alcohol) to make a solution obtained by sonication (sonication) well dispersed (nano wire dispersed solution). Thereafter, the solution was sprayed onto the V-shaped trench groove structure of the silicon substrate and dried sufficiently to obtain well aligned nanowires as shown in FIG. 17.
상술한 실시예에서는, 기판 자체에 트렌치홈이 형성된 3차원 구조를 만들었으나, 기판과는 별도로 제작된 3차원 틀을 기판 상에 배치하여 나노선 정렬을 위한 트렌치홈을 마련할 수도 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 나노선 정렬을 위해 사용될 수 있는 3차원 틀의 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 3차원 틀의 평면도이다. 도 4는 도 5의 3차원 틀을 AA' 라인을 따라 자른 단면도에 해당한다. 이 3차원 틀은 '트렌치홈이 형성된 3차원 구조'의 역할을 하게 된다.
In the above-described embodiment, a three-dimensional structure in which a trench groove is formed in the substrate itself is formed, but a trench groove for nanowire alignment may be provided by disposing a three-dimensional frame manufactured separately from the substrate on the substrate. 4 is a cross-sectional view of a three-dimensional framework that may be used for nanowire alignment in accordance with an embodiment of the invention, and FIG. 5 is a plan view of the three-dimensional framework shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the AA ′ line of the three-dimensional frame of FIG. 5. This three-dimensional framework serves as a 'three-dimensional structure with trench grooves'.
도 4 및 5를 참조하면, 나노선 정렬용 3차원 틀(151)은 상면에 적어도 하나의 트렌치홈(50)이 형성되어 있다. 또한 3차원 틀(151)의 트렌치홈(50)의 바닥부에는 트렌치홈(50)의 길이방향을 따라 연장된 개구(15)가 뚫려있다. 이 트렌치홈(50)은 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사져 있다. 예를 들어, 트렌치홈(50)은 V자형 홈이거나 절두형 역피라미드의 단면 형상을 가질 수 있다. 이러한 나노선 정렬용 3차원 틀(151)은 예를 들어 PDMS와 같은 폴리머 물질로 형성될 수 있다.
4 and 5, at least one
도 6 내지 9는 상술한 나노선 정렬용 3차원 틀(151)을 사용하여 기판(예를 들어, 실리콘 기판) 상에 나노선을 정렬시키는 방법의 일례를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 나노선 정렬용 3차원 틀(151)을 나노선 정렬이 필요한 기판(201) 상에 배치한다. 이 경우, 3차원 틀(151)의 트렌치홈(50)의 바닥부에 형성된 개구(15)를 통해 기판(201) 상면이 노출되도록, 3차원 틀(151)을 기판(201) 상에 배치한다. 그리고 나서, 도 7에 도시된 바와 같이, 트렌치홈(50)이 형성된 3차원 틀(151)에 나노선(10)이 분산된 용액(60)을 떨어뜨리거나 뿌린다. 그리고 나서, 떨어뜨리거나 뿌려진 그 용액(60)을 건조시키면, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 액체(60)가 마르면서 나노선(10)은 트렌치홈(50) 바닥으로 내려가 트렌치홈(50)의 길이방향을 따라 정렬되면서 잘 정돈된 나노선 패턴을 얻을 수 있게 된다. 특히, 트렌치홈(50)의 바닥은 상술한 바와 같이 개구(15)로 뚫려있으므로, 트렌치홈(50) 내에 정렬된 나노선(10)은 기판(201)과 직접 접촉할 수 있고, 나노선 정렬이 완료된 후 3차원 틀(151)을 벗겨내도 정렬된 나노선(10)은 기판(201) 상에 남아있게 된다. 이러한 점을 고려하여, 후술하는 바와 같이 3차원 틀(151)을 기판에서 기판으로 옮겨가며 반복적으로 재사용할 수 있다.
6-9 illustrate an example of a method of aligning nanowires on a substrate (eg, a silicon substrate) using the three-
상술한 바와 같이 트렌치홈이 형성된 3차원 구조(기판 자체의 일부 또는 기판과 별도로 제작되어 배치되는 3차원 틀)를 이용한 나노선 정렬 방법은, 나노선 네트워크 소자 제작에 유용하게 적용되어, 잘 정렬된 나노선을 갖는 나노선 네트워크 소자를 얻을 수 있게 된다. 이러한 나노선 네트워크 소자는 기존의 램던하게 배열된 나노선을 이용한 나노선 네트워크 소자에 비해 향상된 성능을 갖게 된다. 또한, 상술한 나노선 정렬 방법을 이용하면, 대량 생산이 가능하고 공정이 비교적 간단한 장점이 있는 동시에, 단일 나노선 소자에 비해 비교적 성능이 떨어지는 기존의 나노선 네트워크 소자의 단점을 상당히 극복하여 고성능의 소자를 구현할 수 있다.
As described above, the nanowire alignment method using a three-dimensional structure (a three-dimensional frame formed and disposed separately from a part of the substrate itself or a substrate formed with a trench groove) is usefully applied in the fabrication of nanowire network devices, and is well aligned. A nanowire network device having nanowires can be obtained. Such a nanowire network device has improved performance compared to a conventional nanowire network device using a randomly arranged nanowire. In addition, using the above-described nanowire alignment method, the mass production is possible and the process is relatively simple, and at the same time, it significantly overcomes the disadvantages of the conventional nanowire network device, which is relatively inferior to a single nanowire device, and thus has high performance. The device can be implemented.
도 10 내지 13은 상술한 3차원 틀(151)을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 10을 참조하면, 평면 형상을 갖는 모기판(301)을 준비한 후 모기판(301)의 상면을 식각하여 트렌치홈(305)을 형성한다. 모기판(301)으로서 예를 들어 실리콘 기판을 사용할 수 있다. 이 트렌치홈(305)은 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사져 있다. 예를 들어, V자형 또는 절두형 역피라미드의 단면 형상을 갖는 트렌치홈(305)을 형성할 수 있다. 모기판(301)으로서 실리콘 기판을 사용할 경우, 예를 들어 KOH를 이용한 습식식각 또는 다른 건식식각을 이용하여 트렌치홈(305)을 형성할 수 있다.
10 to 13 are views for explaining a method of manufacturing the three-
다음으로, 도 11을 참조하면, 트렌치홈이 형성된 모기판(301) 상에 제1 폴리머 물질을 코팅하여 상기 트렌치홈을 완전히 매립하는 폴리머층(315)을 형성한다. 예를 들어, 경화되지 않은 폴리머 액체 물질(예컨대, PDMS)을, 모기판(301)의 트렌치홈(305)을 다 메울 수 있을 정도로 충분한 양을 코팅할 수 있다. 이 코팅된 폴리머 액체 물질을 고체로 경화시킴으로써, 도 11에 도시된 바와 같은 폴리머층(315)을 얻을 수 있다. 이에 따라, 모기판(301)의 트렌치홈(305)의 형상이 폴리머층(315)으로 전사되어 폴리머층(315)은 피라미드의 단면 형상을 갖게 된다. 이 폴리머층(315)은 3차원 틀(151)을 제작하기 위한 일종의 주형(mold)으로서 제공된다.
Next, referring to FIG. 11, the first polymer material is coated on the
다음으로, 도 12를 참조하면, 폴리머층(315)을 모기판(301)으로부터 벗겨낸 후, 폴미머층(315)의 트렌치홈 전사면(분리면) 상에 층분리용 박막(320)을 형성한다. 예를 들어, 파릴렌(parylene)과 같은 물질을 폴리머층(315)의 분리면 상에 고르게 코팅하여 층분리용 박막(320)을 형성할 수 있다. 이러한 층분리용 박막(320)은 후술하는 바와 같이, 그 위에 형성될 폴리머 물질(제2 폴리머 물질)과 아래의 폴리머층(315)을 쉽게 분리하기 위한 것이다.
Next, referring to FIG. 12, the
그 후, 도 13에 도시된 바와 같이, 층분리용 박막(320) 상에 제2 폴리머 물질을 코팅하여 3차원 틀(151)을 형성한다. 3차원 틀(151)이 되는 제2 폴리머 물질로는, 상술한 폴리머층(315) 형성용 제1 폴리머 물질과 동일한 폴리머 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어 경화되지 않은 PDMS와 같은 폴리머 액체를 층분리용 박막(320) 상에 코팅하여 3차원 틀(151)을 형성할 수 있다.
Thereafter, as shown in FIG. 13, the second polymer material is coated on the layer separation
이 3차원 틀(151)은 폴리머층(315)으로부터 분리되어 나노선 정렬이 필요한 기판 상에 배치된다. 상술한 바와 같은 프로세스로 제작된 3차원 틀(151)은 도 4 및 5를 참조하여 설명한 바와 같이 트렌치홈(50)을 갖는다. 즉, 트렌치홈(50)은 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사져 있고, 트렌치홈(50)의 바닥부는 개구(15)로서 뚫려있다. 3차원 틀(151)을 나노선 네트워크를 형성시키고자 하는 기판에 옮겨 그 기판 위에 나노선을 정렬하는 데에 사용될 있다.
The three-
3차원 틀(151)에 개구(15)를 형성하기 위해, 도 13에 도시된 바와 같이, 3차원 틀(151) 형성을 위해 제2 폴리머 물질을 코팅할 때 폴리머층(315)의 골짜기 부분을 완전히 매립하지 않고 산 끝부분을 조금 남겨놓도록 제2 폴리머 물질을 코팅할 수 있다. 또는, 폴리머층(315)의 골짜기 부분을 완전히 매립한 후 윗부분을 식각하여 폴리머층(315)의 산 부분을 조금 남겨놓을 수 있다. 이 3차원 틀(151)을 폴리머층(315)으로부터 뜯어내면 3차원 틀(151)에는 V자형 또는 절두형 역피라미드형 등의 트렌치홈(도 4의 도면부호 50 참조)이 나타나게 되고, 이 트렌치홈(50)의 바닥에는 나노 단위의 폭을 갖는 개구(15)가 나타나게 된다.
In order to form the
상술한 나노선 정렬용 3차원 틀(151)은 기판을 옮겨가며 반복하여 재사용될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 3차원 틀(151)이 기판(201) 상에 배치되어 기판(201) 상에 나노선(10)을 정렬시킬 수 있다. 그리고 나서, 이 3차원 틀(151)을 기판(201)으로부터 벗겨낸 후, 다른 기판(나노선 정렬이 필요한 다른 기판)(401) 상에 올려놓고 상술한 나노선 정렬 과정(도 6 내지 9 참조, 다만, 기판이 201에서 401로 바뀌어짐)을 통해 기판(401) 상에 나노선을 정렬시킬 수 있다. 따라서, 여러 기판에 나노선 정렬을 수행하고자 할 때, 하나의 3차원 틀을 제작하여 반복, 재사용할 수 있는 잇점이 있다.
The three-
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims, .
10: 나노선 15: 개구
50, 105, 305: 트렌치홈 60: 나노선이 분산된 용액
101, 201, 301, 401: 기판 151: 3차원 틀10: nanowire 15: opening
50, 105, and 305: trench grooves 60: a solution in which nanowires are dispersed
101, 201, 301, 401: substrate 151: three-dimensional framework
Claims (12)
나노선이 분산되어 있는 용액을 상기 3차원 구조 상에 제공하는 단계; 및
상기 3차원 구조 상에 제공된 용액을 건조시켜 상기 트렌치홈의 길이 방향을 따라 상기 나노선을 상기 트렌치홈 내에 정열시키는 단계를 포함하는 나노선 정렬 방법.
Preparing a substrate having a three-dimensional structure in which trench grooves in which both inner walls of the groove are inclined are formed to be narrower as the depth in the groove is narrower, and the bottom portion of the trench groove is opened as an opening;
Providing a solution in which nanowires are dispersed on the three-dimensional structure; And
Drying the solution provided on the three-dimensional structure to align the nanowires in the trench grooves along a length direction of the trench grooves.
상기 트렌치홈은 상기 3차원 구조에 복수개 형성되어 있고, 상기 복수개의 트렌치홈은 서로 평행하게 연장된 것을 특징으로 하는 나노선 정렬 방법.
The method of claim 1,
And a plurality of trench grooves formed in the three-dimensional structure, and the plurality of trench grooves extend in parallel to each other.
상기 트렌치홈의 단면 형상은 V자형이거나 절두형 역피라미드의 단면 형상인 것을 특징으로 하는 나노선 정렬 방법.
The method of claim 1,
Cross-sectional shape of the trench groove is V-shaped or nanowire alignment method characterized in that the cross-sectional shape of the truncated inverted pyramid.
상기 3차원 구조를 구비한 기판을 준비하는 단계는,
평면 형상의 상면을 갖는 모기판을 준비하는 단계; 및
상기 모기판의 상면을 식각하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈을 상기 모기판에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노선 정렬 방법.
The method of claim 1,
Preparing the substrate having the three-dimensional structure,
Preparing a mother substrate having a planar top surface; And
Etching the upper surface of the mother substrate to form trench grooves in which both inner walls of the groove are inclined so that the width of the groove becomes narrower as the depth in the groove becomes deeper. .
상기 모기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 나노선 정렬 방법.
The method of claim 4, wherein
The mother substrate is a nanowire alignment method, characterized in that the silicon substrate.
상기 3차원 구조를 구비한 기판을 준비하는 단계는,
평면 형상의 상면을 갖는 모기판을 준비하는 단계;
상기 모기판의 상면을 식각하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈을 상기 모기판에 형성하는 단계;
상기 트렌치홈이 형성된 모기판 상에 제1 폴리머 물질을 코팅하여 상기 트렌치홈을 완전히 매립하는 폴리머층을 형성하는 단계;
상기 폴리머층을 상기 모기판으로부터 분리한 후 상기 폴리머층의 분리면 상에 제2 폴리머 물질을 코팅하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈이 형성되어 있고 상기 트렌치홈의 바닥부가 개구로서 뚫려있는 3차원 틀을 형성하는 단계; 및
상기 3차원 틀을 상기 폴리머층으로부터 분리하고, 나노선 정열이 필요한 기판 상에 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노선 정렬 방법.
The method of claim 1,
Preparing the substrate having the three-dimensional structure,
Preparing a mother substrate having a planar top surface;
Etching the upper surface of the mother substrate to form trench grooves in which both inner walls of the groove are inclined so that the width of the groove becomes narrower as the depth in the groove becomes deeper;
Coating a first polymer material on the mother substrate where the trench grooves are formed to form a polymer layer which completely fills the trench grooves;
After separating the polymer layer from the mother substrate and coating a second polymer material on the separation surface of the polymer layer, trench grooves in which both inner walls of the grooves are inclined so that the width in the grooves becomes narrower as the depth in the grooves becomes deeper. Forming a three-dimensional mold which is formed and has a bottom portion of the trench groove opened as an opening; And
Separating the three-dimensional framework from the polymer layer and placing it on a substrate that requires nanowire alignment.
상기 3차원 구조를 구비한 기판을 준비하는 단계는, 상기 폴리머층을 상기 모기판으로부터 분리한 후 상기 폴리머층의 분리면 상에 상기 제2 폴리머 물질을 코팅하기 전에 상기 폴리머층의 분리면 상에 층분리용 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노선 정렬 방법.
The method of claim 6,
The preparing of the substrate having the three-dimensional structure may include: separating the polymer layer from the mother substrate and before coating the second polymer material on the separation surface of the polymer layer on the separation surface of the polymer layer. Nanowire alignment method further comprising the step of forming a thin film for layer separation.
상기 나노선을 상기 트렌치홈 내에 정열시키는 단계 후에, 상기 3차원 틀을 상기 기판으로부터 분리하고 나노선 정열이 필요한 다른 기판 상에 배치하여 상기 3차원 틀을 재사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노선 정렬 방법.
The method of claim 6,
After the step of aligning the nanowires in the trench grooves, separating the three-dimensional framework from the substrate and disposing the three-dimensional framework on another substrate that requires nanowire alignment to reuse the three-dimensional framework. Nanowire alignment method.
기판 상에 배치되는 면의 반대면측에 트렌치홈이 형성되어 있고, 상기 트렌치홈은 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사지고, 상기 트렌치홈의 바닥부는 개구로서 뚫려있는 것을 특징으로 하는 나노선 정렬용 3차원 틀.
A framework for aligning nanowires by placing them on a substrate on which nanowires are to be arranged,
Trench grooves are formed on the side opposite to the surface disposed on the substrate, and both sides of the trench grooves are inclined so that the trench grooves become narrower as the depth of the grooves increases. Three-dimensional framework for aligning nanowires, characterized in that perforated.
상기 트렌치홈은 상기 3차원 틀에 복수개 형성되어 있고, 상기 복수개의 트렌치홈은 서로 평행하게 연장된 것을 특징으로 하는 나노선 정렬용 3차원 틀.
10. The method of claim 9,
And a plurality of trench grooves formed in the three-dimensional mold, and the plurality of trench grooves extend in parallel to each other.
상기 트렌치홈의 단면 형상은 V자형이거나 절두형 역피라미드의 단면 형상인 것을 특징으로 하는 나노선 정렬용 3차원 틀.
10. The method of claim 9,
Cross-sectional shape of the trench groove is a V-shaped or three-dimensional frame for nanowire alignment, characterized in that the cross-sectional shape of the truncated inverted pyramid.
상기 모기판의 상면을 식각하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈을 상기 모기판에 형성하는 단계;
상기 트렌치홈이 형성된 모기판 상에 제1 폴리머 물질을 코팅하여 상기 트렌치홈을 완전히 매립하는 폴리머층을 형성하는 단계; 및
상기 폴리머층을 상기 모기판으로부터 분리한 후 상기 폴리머층의 상면에 형성된 피라미드 구조 상에 제2 폴리머 물질을 코팅하여, 홈 내의 깊이가 깊어질수록 홈 내의 폭이 좁아지도록 홈의 양측 내벽이 경사진 트렌치홈이 형성되어 있고 상기 트렌치홈의 바닥부가 개구로서 뚫려있는 3차원 틀을 형성하는 단계를 포함하는 나노선 정렬용 3차원 틀의 제조 방법.Preparing a mother substrate having a planar top surface;
Etching the upper surface of the mother substrate to form trench grooves in which both inner walls of the groove are inclined so that the width of the groove becomes narrower as the depth in the groove becomes deeper;
Coating a first polymer material on the mother substrate where the trench grooves are formed to form a polymer layer which completely fills the trench grooves; And
After the polymer layer is separated from the mother substrate, a second polymer material is coated on the pyramid structure formed on the upper surface of the polymer layer, and both inner walls of the grooves are inclined so that the width in the grooves becomes narrower as the depth in the grooves increases. And forming a three-dimensional mold in which a trench groove is formed and a bottom portion of the trench groove is opened as an opening.
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Patent Citations (2)
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