KR101210515B1 - 유연한 기판의 계면 접착력 향상 및 산화아연 나노필라 어레이의 선택적 정렬 성장방법 - Google Patents

유연한 기판의 계면 접착력 향상 및 산화아연 나노필라 어레이의 선택적 정렬 성장방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101210515B1
KR101210515B1 KR1020110043092A KR20110043092A KR101210515B1 KR 101210515 B1 KR101210515 B1 KR 101210515B1 KR 1020110043092 A KR1020110043092 A KR 1020110043092A KR 20110043092 A KR20110043092 A KR 20110043092A KR 101210515 B1 KR101210515 B1 KR 101210515B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanopillar
substrate
plasma
argon
flexible substrate
Prior art date
Application number
KR1020110043092A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120125047A (ko
Inventor
한윤봉
박용규
최한석
Original Assignee
전북대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전북대학교산학협력단 filed Critical 전북대학교산학협력단
Priority to KR1020110043092A priority Critical patent/KR101210515B1/ko
Publication of KR20120125047A publication Critical patent/KR20120125047A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101210515B1 publication Critical patent/KR101210515B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02554—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02312—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/02315—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 유연한 기판과 그 위에 형성되는 나노구조와의 격자 불일치 때문에 생기는 계면접합 불량 문제를 해결하기 위하여 플라즈마 처리에 의해 유연한 기판의 표면거칠기를 제어함으로써 유연한 기판-산화아연(시드층) 간의 계면접합 특성을 향상시키는 기술을 사용하여 상기 유연한 기판 위에 100℃ 이하의 저온 용액 공정으로 촉매를 사용하지 않고 산화아연 나노필라 어레이(array)을 선택적으로 정렬 성장시키는 방법에 관한 것이다.

Description

유연한 기판의 계면 접착력 향상 및 산화아연 나노필라 어레이의 선택적 정렬 성장방법 {Improvement of Interfacial Adhesion Strength of Flexible Substrates and Selective Growth Method of Aligned ZnO Nanopilar Arrays on Them}
본 발명은 플라즈마 표면처리 방법을 이용하여 유연한 기판의 계면 접착특성을 향상시키고, 상기 기판 위에 산화아연 나노필라 어레이 구조를 선택적으로 정렬 성장시키는 기술에 관한 것이다.
현대인의 생활에 맞게 휴대성이 향상된 전자제품들이 각광을 받게 되면서, 전자제품들의 크기는 작게, 무게는 가볍게, 두께는 얇게 하여 휴대성을 향상시키기 위한 많은 노력이 시도되고 있다. 특히 기술의 발전에 힘입어 유연한 기판상에 디스플레이소자, 메모리소자를 구성하여 휴대성 및 이동성이 향상된 디스플레이장치, 휴대폰, 디지털기기, 정보통신기기 등이 개발되고 있다.
이러한 유연한 소자를 구현하기 위해서는 유연한 기판 위에 전기신호를 전달할 수 있는 미세한 패턴을 형성해야 하는데, 이러한 미세한 패턴은 나노필라라고 불리는 1차원 나노구조체를 활용하여 형성할 수 있다.
유연한 소자를 구현하기 위한 전 단계로서 유연한 기판과 나노필라와의 격자 불일치에 의한 계면접합 불량 문제를 해결하고, 나아가 동종결합에 의한 산화아연 나노필라의 핵 생성을 용이하게 하는 기술이 필요하다.
대한민국 특허 공개번호 10-2007-0047114호는 플렉서블 기판상에 다른 공정을 수행하기가 어려워 모 기판 위에 PET가 단면 부착된 플렉서블 기판을 구비한 소자 제작에 관한 기술을 제시하고 있다. 그러나, 상기 특허는 플라스틱 기판을 별도로 사출하는 라미네이터 공정을 이용하여 제조하므로 표면이 거칠고, 또한 모 기판과의 접합 시 발생하는 먼지에 의한 결함으로 인하여 이후 진공 증착되는 소자에 치명적 영향을 주게 되는 단점이 있다.
대한민국 특허 공개번호 10-2007-0050063호는 실리콘 기판상에 나노임프린트 방법을 이용하여 패터닝된 포토레지스트층을 형성하고, 패터닝이 종료된 실리콘 기판위에 산화아연 시드층(seed layer)을 도포하여 시드층을 형성한 뒤, 포토레지스트층 및 상기 포토레지스트층 위에 형성된 시드층을 제거하고, 상기 포토레지스트층 및 시드층이 제거된 실리콘 기판에 잔존하는 시드층에서 화학적 방법에 의해 나노선을 성장시키는 것을 포함하는 산화아연 나노선 제조방법에 관한 것이다. 그러나 이 방법은 포토레지스트층 및 시드층이 제거된 실리콘 기판에 잔존하는 시드층에서 화학적 방법에 의해 나노선을 성장시키기 때문에 화학약품이 실리콘에도 작용하여 원하지 않는 위치에 나노선이 성장될 여지가 있다. 이는 불필요한 영역에 나노구조체를 성장시켜 소자 제작시 원하지 않는 효과를 제공할 수 있다.
대한민국 특허 공개번호 10-2009-0090774호는 폴리머 기판이 열에 약하고 아세톤 등 PR 공정의 유기 용제에 쉽게 손상을 받을 수 있어 통상의 식각 (Etching) 공정 적용이 불가능하므로 폴리머 위에 전극물질을 진공 증착하여 다른 층과의 폴리머의 표면접착력을 강화시키기 위한 방법을 제시하고 있다. 그러나 상기 특허에서는 유연 전자 소자의 개발에 있어 기장 기초적이고 핵심적이라 할 수 있는 전극-기판간 계면 접착력을 유지할 수 있는 기술은 명확히 제시되어 있지 않다.
대한민국 특허 공개번호 10-2010-0027526호는 폴리머 기판에 박막층을 만들기 위하여 표면접착제를 사용하지 않고 희생층을 사용하여 박막 전사 기술을 사용하는 방법을 제시하고 있다. 그러나 상기 특허는 희생층이 포함되며 박막을 전사하기 위한 기술이 추가되어 공정이 복잡하게 되는 단점이 존재한다.
상기 특허들에서 알 수 있는 것처럼 유연한 소자 제작을 위해 유연한 기판 위에 원하는 패턴 공정을 수행하기 위해서는 유연한 기판-전극 및 유연한 기판-나노필라 간의 계면 접착력을 향상시킨 후에 나노필라 어레이(array) 구조를 선택적으로 원하는 형태로 정렬 성장시킬 수 있어야 한다. 그러나 상기 특허들은 이런 문제들을 근본적으로 해결하지 못하거나 제조공정이 복잡해지는 문제를 안고 있다.
상기 문제를 해결하기 위해 본 발명은 유연한 기판 표면을 플라즈마 처리하여 기판의 표면 거칠기(Roughness)를 제어함으로써 유연한 기판과 그 위에 형성되는 산화아연 시드층, 상기 시드층 위에 형성되는 나노필라와 유연한 기판과의 계면 접착력을 향상시키는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 상기 유연한 기판 위에 100℃ 이하의 저온 용액 공정으로 촉매를 사용하지 않고 산화아연 나노필라 어레이 구조를 선택적으로 정렬 성장하는 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 표면이 플라즈마 처리된 기판, 상기 기판상에 형성된 전극층, 상기 전극층상에 형성된 시드층 및 상기 시드층상에 형성된 나노필라;를 포함하는 나노필라 어레이 반도체를 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 반도체에 있어서, 상기 기판상에 포토레지스트층을 형성하고, 상기 포토레지스트층에 네거티브 패턴을 형성하고, 상기 네거티브 패턴 위에 상기 나노필라를 형성하는 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체를 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 반도체에 있어서, 상기 플라즈마는 수소(H2), 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 산소(O2), 수소/알곤(H2/Ar), 질소/알곤(N2/Ar), 산소/알곤(O2/Ar),헬륨/알곤(He/Ar), 테트라프롤로메탄(CF4), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 테트라프롤로메탄/알곤(CF4/Ar), 메탄/알곤(CH4/Ar), 메탄/수소(CH4/H2), 에탄/수소(C2H6/H2) 중의 어느 한 가지 단일 기체 또는 한 가지 이상의 혼합기체인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체를 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 반도체에 있어서, 상기 기판은 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에스터(PET), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌 프탈레이트(polyethylene phthalate)를 포함하는 폴리머 기판 중 중의 어느 한가지로 이루어진 유연한 기판인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체를 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 반도체에 있어서, 상기 기판은 유리, 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), Si/SiO2, ITO, GaN, GaAs, Si/GaN, Si/GaAS, Si/ZnO, Si/TiO2, Si/SiO2 ,, Si/SnO2 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체를 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 반도체에 있어서, 상기 나노필라는 ZnO, GaN, Si, SnO2, TiO2, CuO, NiO 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체를 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 반도체에 있어서, 상기 나노필라는 Li, Mg, Be, Mn, Fe, Cr, Cu, Al, V, Ga, In, S, Sn, Se, As, B, Sb, Te 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 도핑된 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체를 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 반도체에 있어서, 상기 나노필라는 화학 반응에 의한 저온 액상법에 의해 성장되는 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체를 제공한다.
본 발명은 기판에 플라즈마 처리를 하는 1단계, 상기 플라즈마 처리된 기판 상에 전극층을 형성하는 2단계, 상기 전극층 상에 시드층을 형성하는 3단계 및 상기 시드층 상에 나노필라를 형성하는 4단계;를 포함하는 나노필라 어레이 성장방법를 제공한다.
본 발명은 기판에 플라즈마 처리를 하는 1단계, 상기 플라즈마 처리된 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 2단계, 상기 포토레지스트층에 네거티브 패턴을 형성하는 3단계, 상기 네거티브 포토레지스트층이 형성된 기판 상에 전극층을 형성하는 4단계, 상기 전극층 상에 시드층을 형성하는 5단계 및 상기 시드층 상에 나노필라를 형성하는 6단계를 포함하는 나노필라 어레이 성장방법를 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 성장방법에 있어서, 상기 플라즈마는 수소(H2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 산소(O2 ), 테트라프롤로메탄(CF4), 메테인(CH4) 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법을 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 성장방법에 있어서, 상기 기판은 폴리머(polymer), 폴리이미드(polyimide), 폴리에스터(PET)중의 어느 하나로 이루어진 유연한 기판인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법을 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 성장방법에 있어서, 상기 기판은 유리, 실리콘(Si), Al2O3, ITO 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법을 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 성장방법에 있어서, 상기 나노필라는 ZnO, GaN, Si, SnO2, TiO2, CuO, NiO 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법을 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 성장방법에 있어서, 상기 6단계 이후에 상기 나노필라를 Li, Mg, Be, Mn, Fe, Cr, Cu, Al, V, Ga, In, S, Sn, Se, As, B, Sb, Te 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 도핑하는 7단계를 포함하는 나노필라 어레이 성장방법을 제공한다.
본 발명은 상기 나노필라 어레이 성장방법에 있어서, 상기 나노필라는 화학 반응에 의한 저온 액상법에 의해 성장되는 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법을 제공한다.
본 발명은 유연한 기판과 그 위에 형성되는 산화아연 나노필라의 계면 접착력을 향상시키고, 동종결합에 의한 산화아연 나노필라의 성장을 용이하게 한다. 또한, 플라즈마 처리된 유연한 기판/전극층/시드층 위에 원하는 모양의 패턴을 형성하고, 형성된 패턴 위에만 선택적으로 정렬 성장된 나노필라 어레이를 형성함으로써 유연한 소자 제작에 필요한 공정 한계를 극복하여 유연한 소자를 응용한 제품 생산을 용이하게 한다.
도 1은 유연한 기판 표면을 플라즈마 처리하고, 그 위에 형성된 산화아연 나노필라와 유연한 기판 계면의 접착력 테스트에 관해 설명하는 도면이다.
도 2는 플라즈마 처리된 유연한 기판 위에 산화아연 나노필라 어레이를 정렬 성장 과정을 도시하는 도면이다.
도 3는 플라즈마 처리된 유연한 기판의 표면거칠기를 보여주는 AFM (atomic Force Microscope) 이미지를 도시한 도면이다.
도 4는 시드층 위에 화학 반응에 의한 액상법을 사용하여 성장된 나노필라와 유연한 기판과의 접착력 테스트 결과를 설명하는 도면이다.
도 5는 최적화된 유연한 기판의 표면거칠기 AFM 이미지와 유연한 기판 위에 성장된 나노필라의 FESEM 사진이다.
도6는 유연한 기판/전극층/시드층/산화아연 나노필라 구조에서 플라즈마 처리되지 않은 유연한 기판 위에 ALD로 증착한 시드층을 갖는 산화아연 나노필라의 접착력 테스트 전 후를 설명하는 도면이다.
도7은 산화아연 나노필라/시드층/전극층/유연한 기판 구조에서 플라즈마 처리된 유연한 기판 위에 ALD로 증착한 시드층을 갖는 산화아연 나노필라의 접착력 테스트 전 후를 설명하는 도면이다.
도 8은 유연한 기판/전극층/시드층 위에 선택적으로 정렬 성장된 산화아연 나노필라 어레이 전자현미경 사진이다.
본 발명의 실시예1은 산화아연 나노필라(5)와 유연한 기판(1)과의 접착력 향상된 나노필라 어레이(10)의 성장 방법을 제공한다. 도 1은 실시예1에 따른 수소 플라즈마(2) 처리를 통해 유연한 기판(1)과 나노필라(5)와의 접착력을 향상시키는 기술 및 이에 의해 성장된 나노필라 어레이(10)의 접착력 테스트를 도시한 도면이다.
도 1a는 유연한 기판(1) 표면을 유도결합플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 장비에서 발생하는 수소 플라즈마(2)를 이용하여 기판(1)의 표면 거칠기(Roughness)를 제어하는 것을 보여주는 도면이다. 이때 사용되는 플라즈마(2)는 수소(H2)외에도 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 산소(O2), 수소/알곤(H2/Ar), 질소/알곤(N2/Ar), 산소/알곤(O2/Ar),헬륨/알곤(He/Ar), 테트라프롤로메탄(CF4), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 테트라프롤로메탄/알곤(CF4/Ar), 메탄/알곤(CH4/Ar), 메탄/수소(CH4/H2), 에탄/수소(C2H6/H2) 등으로서 기판(1) 표면의 거칠기를 제어할 수 있는 물질이라면 제한이 없다. 상기 기판은 바람직하게는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에스터(PET), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌 프탈레이트(polyethylene phthalate) 등 폴리머 기판 중 어느 하나로 이루어진 유연한 기판을 포함한다. 본 발명에 의한 나노와이어 성장방법은 완성된 반도체 및 그를 이용하는 전자제품의 휴대성을 위하여 유연한 재질로 형성된 것이 바람직하지만, 본 발명의 기판은 유연한 재질에만 한정되는 것은 아니고 유리, 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), Si/SiO2 , ITO, GaN, GaAs, Si/GaN, Si/GaAS, Si/ZnO, Si/TiO2, Si/SiO2,, Si/SnO2 중 어느 하나로 이루어진 것을 포함한다.
도 1b는 플라즈마 처리된 유연한 기판(1) 위에 전극층(3)을 증착하는 단계를 도시한다. 전극층(3)은 e-beam evaporator, thermal evaporator, RF sputter 등을 이용한 물리적 증착 방법을 사용하여 증착하며 증착 두께는 이에 한정되는 것은 아니나 바람직하게는 50 ~ 300 ㎚ 가 적당하다. 전극층(3)은 유연한 기판(1)과의 계면 불일치를 해소하고, 그 위에 형성되는 시드층(4)과의 계면 접착력을 향상시키는 효과가 있다.
상기 전극층(3)은 소자의 필요에 따라 산화아연 나노필라 어레이 반도체와 오믹(Ohmic) 또는 쇼트키(Schottky) 접촉을 선택적으로 사용할 수 있다. 오믹 접촉을 위한 전극층(3)의 재료는 은(Ag), 티타늄/금(Ti/Au), 티타늄/알루미늄(Ti/Al), 티타늄/알루미늄/백금/금(Ti/Al/Pt/Au), 알루미늄/백금(Al/Pt), 알루미늄/백금/금(Al/Pt/Au), 백금/갈륨(Pt/Ga), 인듐(In), 인듐/금(In/Au), 레늄/티타늄/금(Re/Ti/Au), 주석(Sn), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 등을 포함하고, 쇼트키 접촉을 위한 전극층(3)의 재료는 티타늄(Ti), 백금(Pt), 백금/금(Pt/Au), 텅스텐/백금/금(W/Pt/Au) 팔라듐(Pd), 금(Au), 니켈(Ni), 루테늄(Ru) 등을 포함한다. 상술한 전극층의 재료는 예시적인 것으로 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도1c는 시드층(4)을 증착하는 단계를 도시한다. RF 스퍼터링(Sputtering)과 같은 물리적 증착 방법 또는 원자층 증착 장비(ALD) 등을 이용한 화학적 증착 방법을 이용하여 산화아연 반도체 시드층(4)을 증착할 수 있다. 시드층(4)은 산화아연 나노필라(5)의 핵 생성을 용이하게 하기 위한 것으로 산화아연 나노필라(5)의 핵이 생성되어 수직 성장되기 때문에 핵 생성 결정립의 크기와 시드층(4) 두께에 의해 나노필라(5)의 직경이 결정된다. 따라서 적정한 나노필라(5)의 직경을 확보하기 위해서 시드층(4)의 두께는 이에 한정되는 것은 아니나 바람직하게는 40 ~ 80 ㎚ 정도가 적당하다. 본 실시예의 나노필라는 산화아연(ZnO)를 이용하여 나노필라를 성장시켰지만, 본 발명의 나노필라의 소재는 ZnO, GaN, Si, SnO2, TiO2, CuO, NiO 중 어느 한 가지를 사용하여도 같은 효과를 볼 수 있다.
도 1d는 유연한 기판(1) 위에 나노필라(5)을 성장시키는 모습을 도시한다. 도 1c에서 형성된 유연한 기판(1)을 용액 반응기에 넣고 예를 들어 Zinc nitrate hexahydrate(Zn(NO3)2?H2O), hexamethyleneteramine(C6H12N4)와 같은 화학 약품을 사용하여 100 ℃ 이하에서 반응시키면 수직으로 정렬 성장된 산화아연 나노필라(5)을 얻을 수 있다. 이때 사용되는 화학 약품으로는 산화아연 핵 생성이 용이한 것이라면 어떠한 종류의 것을 사용하더라도 무방하다. 산화아연(Zno) 나노필라(5)의 핵 생성을 용이하게 하기 위하여 시드층(4)을 활용하고 화학 반응에 의한 액상법(수열합성법)을 사용함으로써 저온, 대면적 공정에서도 우수한 결정면을 갖도록 나노필라를 성장시킬 수 있다. 본 발명의 상기 나노필라(5)는 다음의 물질에 한정하는 되는 것은 아니나 산화아연(ZnO)에 Li, Na, K, Sc, Be, Mg, Ca, Mn, Fe, Al, V, Ga, S, Sn, Se, As, B, Sb, Te 중에서 선택된 하나 이상의 원소로 도핑할 수 있다.
도 1e는 수열합성법으로 성장된 나노필라(5)의 접착력 테스트한 결과를 도시한다. 접착력 테스트 방법으로는 3M사에서 제조된 점착 테이프(6)에 의한 실행을 설명하는 도면이다. 도 1e의 좌측은 접착력 테스트 전 도면이고, 도 1f의 우측 도면은 테스트 후의 도면 설명이다. 접착력 테스트 후 나노필라(5)가 존재하는 지역과 존재하지 않는 지역(7)은 전자현미경으로 확인할 수 있다. 접착력 테스트를 하기 위해 사용되는 점착 테이프(6)의 종류에는 제한이 없으며 시중에서 일반적으로 사용되는 점착 테이프(6)와 접착력이 유사하다면 적절하다.
본 발명의 실시예2는 플라즈마(2) 처리된 유연한 기판(1) 위에 나노필라 어레이(10)를 선택적으로 정렬 성장시키는 제조방법을 제공한다. 도 2a 내지 도 2f에 도시된 본 실시예는 제조 공정은 제작이 간편하며, 여러 장의 마스크가 없어도 구현이 가능하다는 이점이 있다.
도 2a를 참조하면, 플라즈마(2) 처리된 유연한 기판(1) 위에 포토레지스트(Photoresist)층을 웨이퍼 트랙(wafer track) 또는 스핀 코터(spin coater) 등을 이용하여 일정한 두께로 도포하고, 포토 마스크(Photo Mask) 등을 이용하여 UV(Ultra-Violet) 등에 선택적으로 노광시킨 후 현상액을 사용하여 포토리소그래피(Photolithography) 공정으로 원하는 제1 네거티브(Negative) 포토레지스트층(8)을 형성한다.
도 2b는 표면 거칠기 제어가 최적화된 유연한 기판(1) 위에 전극층(3)을 증착하고, 상기 전극층(3) 위에 산화아연 시드층(4)을 증착하는 단계를 도시하고 있다. 상기 시드층(4)은 산화아연 나노필라(5)의 핵 생성을 용이하게 하기 위한 것으로 상술한 바와 같이 바람직하게는 두께는 40 ~ 80 ㎚ 정도가 적절하다.
도 2c는 네거티브 포토레지스트층(8)에 의해 형성된 공간에 전극층(3)과 시드층(4) 만을 남기기 위하여 아세톤 등의 용매를 사용하여 제1 네거티브 포토레지스트층(8)을 제거하는 단계를 도시한 것이다. 상기 용매처리를 하면 선택적으로 형성된 포토레지스트층(8)이 제거되면서 유연한 기판(1) 위에 패턴화된 전극층(3) 및 시드층(4)만이 남게 된다.
도 2d는 상기 시드층(4) 위에 산화아연 나노필라 어레이(10)를 제조하기 위하여 패턴된 제2 네거티브 포토레지스트층(9) 형성을 설명하는 도면이다. 제2 네거티브 포토레지스트층(9)은 기판(1) 위에만 형성되고, 전극층(3) 위에는 형성되지 않아 나노필라 어레이(10)의 선택적 성장을 도와준다.
도 2e는 상기 시드층(4) 위에 100 ℃ 이하 저온 액상법에 의해 성장되는 나노필라 어레이(10)를 제조하기 위한 도면이다. 나노필라 어레이(10)를 성장시키는 과정 및 그 재료는 이미 상술한 바와 같으므로 생략한다.
도 2f는 나노필라 어레이(10)를 성장시킨 후에 아세톤 등의 용매를 사용하여 제2 네거티브 포토레지스트층(9)을 제거하여 선택적으로 정렬 성장된 나노필라 어레이(10)를 얻기 위한 단계를 설명하는 도면이다. 실시예2에 의한 선택적으로 정렬 성장되는 나노필라 어레이(10)는 제1 네거티브 포토레지스트층(8) 및 제1 네거티브 포토레지스트층(9)에 의해 형성되는 패턴에 의해 다양한 기하학적 구조를 가질 수 있다.
도 3은 유연한 기판(1)을 플라즈마(2)로 처리한 후에 AFM(Atomic Force Microscope) 장비로 측정한 유연한 기판의 표면 거칠기를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a)~(d)는 ICP의 공급전력 400W, chuck power 50W, 수소 가스량 30 sccm, 플라즈마(2) 처리시간 각 5초, 10초, 15초, 20초 일 때의 조건에서 표면 거칠기를 나타내는 AFM 분석 결과이다. 도 3 (e)~(h)는 ICP의 공급전력 600W, chuck power 50W, 수소 가스량 30 sccm, 플라즈마(2) 처리시간 각 5초, 10초, 15초, 20초 일 때 각 조건에서의 표면 거칠기를 나타내는 AFM 분석 결과이다. 도 3 (a)~(d)에서의 ICP 공급전력 400W에서 플라즈마(2) 처리 시간이 각 5초, 10초, 15초, 20초 일 때 표면 거칠기는 각각 rms=15.91, 26.58, 16.48, 15.02 ㎚임을 나타내고 있고, 도 3 (e)~(h)에서의 ICP 공급전력 600W에서 수소 플라즈마(2) 처리 시간이 각각 5초, 10초, 15초, 20초 일 때 표면 거칠기는 각각 rms=15.07, 14.62, 3.01, 28.77 ㎚을 나타내고 있다. AFM 분석 결과 ICP의 공급전력 400W, chuck power 50W, 수소 가스량 30 sccm, 플라즈마(2) 처리 시간 10초 일 때의 표면 거칠기가 rms = 26.58 ㎚로 균일함을 확인할 수 있다.
도 4는 ICP의 공급전력 400W, chuck power 50W, 수소 가스량 30 sccm, 플라즈마(2) 처리시간을 5초, 10초, 15초, 20초로 변화시키면서 유연한 기판을 처리한 후에 산화아연 나노필라(5)를 성장시킨 후, 3M사의 점착 테이프를 사용하여 실시한 접착력 테스트 전 후의 결과를 나타내는 FESEM 사진이다. 본 실험에 따르면 ICP의 공급전력 400W, chuck power 50W, 수소 가스량 30 sccm, 플라즈마(2) 처리시간 10 초를 적용하여 표면 거칠기 rms = 26.58 ㎚ 조건을 가지도록 한 기판(1)에서 성장시킨 나노필라(5)에서 가장 우수한 접착력을 가짐을 확인할 수 있었다.
도 5는 상기 실험에 의해 최적화된 표면 거칠기의 AFM 사진과 유연한 기판(1)에서 성장된 나노필라(5)의 FESEM 사진이다. 상술한 바와 같이 ICP의 공급전력 400W, chuck power 50W, 수소 가스량 30 sccm, 플라즈마(2) 처리 시간 10 초 조건에서 유연한 기판(1)의 표면 거칠기는 rms = 26.58 ㎚을 가진다. 도 5b를 참조하면, 저온 액상법(수열합성법)을 사용하여 상기 유연한 기판(1) 위에 산화아연 나노필라(5)가 대면적에서 성장되어 있는 것을 볼 수 있다.
도 6은 플라즈마(2) 처리되지 않은 유연한 기판(1) 위에 RF-sputter 장비를 사용해 50 ㎚ 두께의 전극층(3)을 증착하고, ALD 장비에 의해 50 ㎚의 시드층(4)을 증착하고, 그 위에 산화아연 나노필라(5)를 성장한 후 3M 테이프(6)에 의한 접착력 테스트 전 후를 설명하는 도면이다. 5 ㎜ × 5 ㎜ 크기의 대면적을 가진 유연한 기판(1) 위에서의 접착력 테스트 전 후의 사진이며, 테스트 후 많은 부분에서 전극층(3)과 시드층(4) 및 나노필라(5)가 3M사의 점착 테이프(6)에 의해 제거된 것을 확인할 수 있다.
도 7은 5 ㎜ × 5 ㎜ 크기의 대면적을 가진 플라즈마(2) 처리된 유연한 기판(1) 위에 RF-sputter 장비를 사용해 50 ㎚ 두께의 전극층(3)을 증착하고 ALD 장비에 의해 50 ㎚의 시드층(4)을 증착하여 산화아연 나노필라(5)을 성장한 후 3M사의 점착 테이프(6)에 의한 접착력 테스트 전과 후를 설명하는 도면이다. 플라즈마(2) 처리가 안 된 유연한 기판(1)을 사용할 경우인 도 6에 비해 시드층(4) 위에 성장된 나노필라의 접착력이 우수함을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예2에 따라 수소 플라즈마(2) 처리된 유연한 기판(1) 위에 선택적으로 나노필라 어레이(10)를 제조한 후 찍은 FESEM 사진이다. 유연한 기판(1) 위에 전극층(3)으로 은(Ag)이 증착된 모습으로, 나노필라 어레이(10) 구조가 원하는 패턴 위에만 선택적으로 수직 성장되었음을 보여준다.
본 발명은 전계 방출 디스플레이(field emission display), 자외선(UV) 감지 소자, 화학 센서, 바이오 센서, 발광다이오드(LED), 태양전지 소자 등 다양한 전기전자 소자 제작에 응용할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 이해를 명확하게 하기 위하여 예시적으로 설명한 것으로 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것은 자명하다.
1: 유연한 기판
2: 플라즈마
3: 전극층
4: 시드층
5: 산화아연 나노필라
6: 점착 테이프
7: 산화아연 나노필라가 제거된 부분
8: 제1 네거티브 포토레지스트층
9: 제2 네거티브 포토레지스트층
10: 나노필라 어레이

Claims (16)

  1. 표면이 플라즈마 처리된 기판;
    상기 기판상에 형성된 전극층;
    상기 전극층상에 형성된 시드층; 및
    상기 시드층상에 형성된 나노필라를 포함하며,
    상기 기판의 표면의 상기 플라즈마 처리는 ICP의 공급전력 400W, chuck power 50W, 수소 가스량 30 sccm, 플라즈마(2) 처리시간 10초의 조건 하에서 이루어지는 나노필라 어레이 반도체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판상에 포토레지스트층을 형성하고, 상기 포토레지스트층에 네거티브 패턴을 형성하고, 상기 네거티브 패턴 위에 상기 나노필라를 형성하는 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 플라즈마는 수소(H2), 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 산소(O2), 수소/알곤(H2/Ar), 질소/알곤(N2/Ar), 산소/알곤(O2/Ar),헬륨/알곤(He/Ar), 테트라프롤로메탄(CF4), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 테트라프롤로메탄/알곤(CF4/Ar), 메탄/알곤(CH4/Ar), 메탄/수소(CH4/H2), 에탄/수소(C2H6/H2) 중의 어느 한 가지 단일 기체 또는 한 가지 이상의 혼합기체인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에스터(PET), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌 프탈레이트(polyethylene phthalate)를 포함하는 폴리머 기판 중 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), Si/SiO2 , ITO, GaN, GaAs, Si/GaN, Si/GaAS, Si/ZnO, Si/TiO2, Si/SiO2 ,, Si/SnO2 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 나노필라는 ZnO, GaN, Si, SnO2, TiO2, CuO, NiO 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 나노필라는 Li, Mg, Be, Mn, Fe, Cr, Cu, Al, V, Ga, In, S, Sn, Se, As, B, Sb, Te 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 도핑된 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 나노필라는 화학 반응에 의한 액상법에 의해 성장되는 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 반도체.
  9. 삭제
  10. 기판에 플라즈마 처리를 하는 1단계;
    상기 플라즈마 처리된 기판상에 포토레지스트를 도포하는 2단계;
    상기 포토레지스트층을 선택적으로 노광 및 현상하여 네거티브 포토레지스트층을 형성하는 3단계;
    상기 네거티브 포토레지스트층이 형성된 기판상에 전극층을 형성하는 4단계;
    상기 전극층 상에 시드층을 형성하는 5단계;
    상기 네거티브 포토레지스트층을 제거하는 6단계; 및
    상기 시드층 상에 나노필라를 형성하는 7단계를 포함하며,
    상기 기판의 표면의 상기 플라즈마 처리는 ICP의 공급전력 400W, chuck power 50W, 수소 가스량 30 sccm, 플라즈마(2) 처리시간 10초의 조건 하에서 이루어지는 나노필라 어레이 성장방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 플라즈마는 수소(H2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 산소(O2), 테트라프롤로메탄(CF4), 메테인(CH4) 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 기판은 (폴리이미드)polyimide, (폴리에터이미드)polyetherimide, (폴리카보네이트)polycarbonate, (폴리에틸레나프탈레이트)polyethyleneapthalate, (폴리에스터)polyester 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 실리콘(Si), Al2O3, ITO 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 나노필라는 ZnO, GaN, Si, SnO2, TiO2, CuO, NiO 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 6단계 이후에 상기 나노필라를 Li, Mg, Be, Mn, Fe, Cr, Cu, Al, V, Ga, In, S, Sn, Se, As, B, Sb, Te 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 도핑하는 8단계를 포함하는 나노필라 어레이 성장방법.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 나노필라는 화학 반응에 의한 액상법에 의해 성장되는 것을 특징으로 하는 나노필라 어레이 성장방법.
KR1020110043092A 2011-05-06 2011-05-06 유연한 기판의 계면 접착력 향상 및 산화아연 나노필라 어레이의 선택적 정렬 성장방법 KR101210515B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110043092A KR101210515B1 (ko) 2011-05-06 2011-05-06 유연한 기판의 계면 접착력 향상 및 산화아연 나노필라 어레이의 선택적 정렬 성장방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110043092A KR101210515B1 (ko) 2011-05-06 2011-05-06 유연한 기판의 계면 접착력 향상 및 산화아연 나노필라 어레이의 선택적 정렬 성장방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120125047A KR20120125047A (ko) 2012-11-14
KR101210515B1 true KR101210515B1 (ko) 2012-12-18

Family

ID=47510281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110043092A KR101210515B1 (ko) 2011-05-06 2011-05-06 유연한 기판의 계면 접착력 향상 및 산화아연 나노필라 어레이의 선택적 정렬 성장방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101210515B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9576840B2 (en) 2013-11-26 2017-02-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device using surface treatment and semiconductor device manufactured by the method

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108037551B (zh) * 2017-11-23 2019-06-28 华中科技大学 一种多层堆叠的复合结构及电磁波宽波段吸收器
CN112794279A (zh) * 2019-11-13 2021-05-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 人工突触器件和人工突触器件的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9576840B2 (en) 2013-11-26 2017-02-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device using surface treatment and semiconductor device manufactured by the method
US10043799B2 (en) 2013-11-26 2018-08-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device using surface treatment and semiconductor device manufactured by the method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120125047A (ko) 2012-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9081460B2 (en) Electronic device, method for manufacturing the same and touch panel including the same
CN107460542A (zh) 一种基于平面纳米线线形设计和引导的可拉伸晶体半导体纳米线的制备方法
US8932941B2 (en) Graphene device and method of fabricating the same
KR20140112061A (ko) 그래핀 상부 전극 및 하부 전극을 갖는 나노와이어 장치 및 이러한 장치의 제조 방법
CN103378236B (zh) 具有微构造的外延结构体
TWI504017B (zh) 外延結構
JP2008500745A (ja) 基板上の結晶質材料の製造
KR101210515B1 (ko) 유연한 기판의 계면 접착력 향상 및 산화아연 나노필라 어레이의 선택적 정렬 성장방법
KR101249933B1 (ko) 임프린트용 마이크로 스탬프를 이용한 마이크로-나노 하이브리드 스탬프 및 그 제조방법
Ahsanulhaq et al. Etch-free selective area growth of well-aligned ZnO nanorod arrays by economical polymer mask for large-area solar cell applications
KR101303988B1 (ko) 산화아연 나노로드를 이용한 금속 나노구조체 제조방법 및 그 응용
KR101284775B1 (ko) 높은 점멸비를 가지는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자 및 그 제조방법
KR101886056B1 (ko) 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법 및 이를 이용한 센서 소자
KR101282291B1 (ko) 산화아연 요철구조의 형성방법 및 이를 이용한 태양전지의 제조방법
KR20180012387A (ko) 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법, 이를 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자
WO2017045185A1 (en) A method for three dimensional sculpturing of nanowire arrays
KR20120130133A (ko) 전자 소자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 터치 패널
TW201805489A (zh) 圖案化單晶薄膜的製造方法以及圖案化裝置與組裝其的方法
KR101413592B1 (ko) 산 및 염기성 분위기에서 안정한 나노와이어의 제조방법
KR101256757B1 (ko) 다중 씨드층을 이용한 산화아연 나노구조체 제조방법
KR20090069911A (ko) 성장방향으로 적층된 이종구조 및 이종 도핑 구조의 나노선제조 방법
KR20130001357A (ko) 방사형 나노 로드 구조체 및 이의 제조 방법
KR101984696B1 (ko) 나노와이어-그래핀 구조체, 이를 포함한 소자 및 그 제조 방법
KR101076544B1 (ko) 수평 성장된 나노와이어를 포함하는 다양한 구조를 갖는 박막 트랜지스터 및 그 제조방법
KR101082230B1 (ko) 수평 성장된 나노와이어를 포함하는 다양한 구조를 갖는 박막 트랜지스터 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151124

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171128

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181121

Year of fee payment: 7