KR101299132B1 - 칼코지나이드 재료를 이용한 국소 표면 플라즈몬 공진 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
국소 표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance) 센서는 칼코지나이드 재료로 이루어지는 국소 표면 플라즈몬 여기층을 포함할 수 있다. 칼코지나이드 재료는, 셀레늄(Se) 및 테룰륨(Te) 중 하나 이상을 포함하는 제1 재료; 및 게르마늄(Ge) 및 안티모니(Sb) 중 하나 이상을 포함하는 제2 재료를 포함할 수 있다. 국소 표면 플라즈몬 여기층은, 칼코지나이드 재료로 이루어지는 박막을 형성하고, 박막에 레이저를 조사하여 이를 미리 결정된 형상으로 결정화함으로써 제조될 수 있다.
Description
실시예들은 칼코지나이드(chalcogenide) 재료를 이용한 국소 표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance) 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
국소 표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance)이란, 재료의 자유전자의 군집 거동이 입사 파장보다 작은 크기의 구조체 안에 제한되어 발생하는 현상이다. 국소 표면 플라즈몬 공진이 여기되는 공진 파장은 입자의 크기, 형상 및 주변 매질의 변화 등에 매우 민감하게 의존하므로, 국소 표면 플라즈몬 공진을 이용하여 의료 및 환경 분야 등에서 활용될 수 있는 생화학 센서를 구현할 수 있다. 예컨대, 공개특허공보 제10-2011-0042848호에는 국소 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광학 바이오 센서가 개시되어 있다.
공개특허공보 제10-2011-0042848호에도 개시되어 있는 것과 같이, 국소 표면 플라즈몬 공진을 여기시키기 위하여 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등의 귀금속 재료가 많이 이용되고 있다. 그러나 이와 같은 귀금속 재료를 이용할 경우 국소 표면 플라즈몬 공진이 여기되는 공진 파장은 주로 가시광 영역의 파장 대역에 속하며, 따라서 가시광 영역에서 민감하게 반응하는 주변 매질의 변화만을 측정할 수 있는 제약이 있다.
인체의 허파를 통과하여 나오는 날숨에는 개개인의 질병을 진단할 수 있는 여러 바이오 마커(biomarker)가 포함되어 있다. 그런데 이들 바이오 마커를 진단할 수 있는 파장 대역은 주로 중적외선 영역에 머물고 있어, 종래의 귀금속 재료를 이용한 국소 표면 플라즈몬 공진 센서에 의해서는 이들 바이오 마커를 검출하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 한계를 극복하기 위하여 귀금속 재료의 구조를 변형하여 공진 파장의 대역을 넓히기 위한 연구가 이루어지고 있으나, 귀금속 재료의 구조 변형이 어려울 뿐만 아니라, 가격적인 측면에서 적외선 영역에서 잘 작동하는 다른 재료를 사용하는 것이 훨씬 유리하다. 여기에서 다른 재료라 함은 전자 농도 혹은 캐리어 농도가 귀금속의 농도보다는 작지만 적외선 대역에서 금속과 같은 성질을 보일 수 있는 반도체 재료를 지칭한다. 이러한 이유로, 도핑된 반도체 재료를 이용하여 공진 파장을 변화시키는 연구가 이루어지고 있으나, 복잡한 도핑 과정이 요구되는 단점이 있다.
한편, 국소 표면 플라즈몬 공진 센서를 이용하여 원하는 파장 대역에서 공진 신호를 얻기 위해서는 재료를 정확한 형상으로 가공하는 것이 매우 중요하다. 이러한 가공을 위해 나노 구조체의 경우 전자빔 리소그래피(E-beam lithography) 공정이 이용되며, 이보다 크기가 다소 큰 구조체의 경우에는 광 리소그래피(photo lithography) 공정이 이용된다.
그러나 이들 공정은 하향식(top-down) 방식으로 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 제조 단가가 비싸므로 바이오 또는 환경 정밀 진단을 위한 센서와 같이 대량 및 저가의 센서가 필요한 응용 분야에는 적용되기 어렵다. 이러한 단점을 극복하고자 상향식(bottom-up) 방식의 자기조립(self-assembling) 방식 공정으로 구조체를 가공하는 방법들이 시도되고 있으나, 의도하는 형상을 정확하게 형성할 수 없는 단점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 칼코지나이드(chalcogenide) 재료를 국소 표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance; LSPR) 여기층에 이용하여 칼코지나이드 재료의 조성비에 따라 캐리어 농도를 다양하게 변화시킬 수 있는 LSPR 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, LSPR 여기층의 형성에 있어서 복잡하면서 고가인 리소그래피(lithography) 공정을 거치지 않고 레이저를 이용하여 간단하게 원하는 형상의 구조체를 만들 수 있는 LSPR 센서의 제조 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 국소 표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance) 센서는 칼코지나이드 재료로 이루어지는 국소 표면 플라즈몬 여기층을 포함할 수 있다. 상기 칼코지나이드 재료는, 셀레늄(Se) 및 테룰륨(Te) 중 하나 이상을 포함하는 제1 재료; 및 게르마늄(Ge) 및 안티모니(Sb) 중 하나 이상을 포함하는 제2 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법은, 셀레늄(Se) 및 테룰륨(Te) 중 하나 이상을 포함하는 제1 재료 및 게르마늄(Ge) 및 안티모니(Sb) 중 하나 이상을 포함하는 제2 재료를 포함하는 칼코지나이드 재료로 이루어지는 박막을 형성하는 단계; 및 상기 박막에 레이저를 조사하여 미리 결정된 형상을 갖는 국소 표면 플라즈몬 여기층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, LSPR 여기층을 구성하는 칼코지나이드(chalcogenide) 재료의 조성비를 조절함으로써 LSPR 여기층의 캐리어 농도를 다양하게 변화시킬 수 있으며 적외선 대역에 동작 가능한 LSPR 센서를 제공할 수 있다. 또한, LSPR 여기층의 형성에 있어서 복잡하면서 고가인 리소그래피(lithography) 공정을 거치지 않고 레이저를 이용한 직접 쓰기법(direct writing)에 의하여 간단하게 원하는 형상의 구조체를 형성할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 국소 표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance) 센서에 의한 파장에 따른 소광 효율 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 2는 일 실시예에 따른 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
일 실시예에 따른 국소 표면 플라즈몬 공진(Localized Surface Plasmon Resonance; LSPR) 센서는, 광원부, LSPR 여기(excitation)층 및 검출부를 포함할 수 있다. 광원부는 LSPR 여기층에 입사광을 조사할 수 있다. LSPR 여기층은 특정 공진 파장에서 입사광에 의하여 여기되어 LSPR을 발생시키며, 그 결과 공진 파장에서는 대부분의 광 에너지가 LSPR 여기층 내의 자유전자로 전이된다. 검출부는 LSPR 여기층을 투과하거나 LSPR 여기층에서 반사된 광을 검출함으로써 광 흡수 신호 및/또는 광 산란 신호를 측정할 수 있다.
LSPR 현상은 공진에 따른 광 흡수와 함께 에너지 완화 과정에서 광 산란 특성이 나타난다. 따라서, 광 흡수 신호 및/또는 광 산란 신호를 스펙트럼의 형태로 측정하고, 측정된 스펙트럼에서 피크의 파장 및 피크에서의 신호 세기를 통해 LSPR 공진 특성을 측정할 수 있다. LSPR이 여기되는 공진 파장은 LSPR 여기층의 주변 매질의 변화에 매우 민감하게 의존하므로, 검출부에서 측정된 신호를 이용하여 LSPR 여기층 주변 매질의 유무 및/또는 종류 등을 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 광원부는 입사광으로서 적외선 광을 LSPR 여기층에 조사할 수 있다. 특히, 인체의 허파를 통과하여 나오는 날숨에는 질병을 진단할 수 있는 여러 바이오 마커(biomarker)가 포함되어 있는데, 이들 바이오 마커를 진단할 수 있는 파장 대역은 주로 중적외선 영역에 머물고 있다. 하기 표 1은 몇몇 예시적인 바이오 마커와, 각각의 바이오 마커에 해당되는 질병 인자 및 검출 파장을 나타낸다. 한편, 하기 표 1에서 이산화탄소의 검출 파장은 다른 바이오 마커를 측정하기 위한 기준 파장으로 사용될 수 있다.
| 바이오 마커 | 질병 인자 | 검출 파장(㎛) |
| 아세톤(acetone) (OC(CH3)2) |
폐암, 당뇨병, 식이 지방 손실(dietary fat loss), 울혈 심장 마비(congestive heart failure) | 0.266 |
| 아세트알데하이드 (acetaldehyde)(CH3CHO) |
알코올 중독, 간 관련 질환, 폐암 | 5.97 |
| 암모니아(ammonia) (NH3) |
신장 질병, 천식 | 9~10.7, 10.0, 11.0, 10.3, 1.5 |
| 일산화탄소(CO) | 산소성 스트레스(oxidative stress), 호흡기 감염, 빈혈 |
1.6, 4.6, 4.88 |
| 이산화탄소(CO2) (13C-동위원소(isotopes)) |
산소성 스트레스 | 4.23 |
| 이산화탄소(CO2) |
1.6, 1.59, 4.9, 4.8, 5.2 | |
| 황화카르보닐(carbonyl sulfide)(OCS) | 간 관련 질환 | 4.86, 4.9 |
| 에탄(ethane) (C2H6) |
소아성 비타민 E 결핍, 지질과산화(lipid peroxidation), 산소성 스트레스 | 3.4, 3.0 |
| 에틸렌(ethylene) (C2H4) |
지질과산화, 피부 자외선 손상 | 10.5 |
| 메탄(methane) (CH4) |
장 문제, 장 발효(colonic fermentation) | 3.35 |
| 일산화질소(nitrogen monoxide)(NO) | 천식, 기관지 확장증(bronchiectasis), 고혈압, 비염, 폐 질환 |
5.2 |
상기 표 1의 검출 파장에서 확인할 수 있는 것과 같이, 많은 바이오 마커들의 검출 파장이 적외선에 해당하는 파장 대역에 위치하고 있다. 따라서, 광원부는 적외선 광을 조사하도록 구성될 수 있으며, 예컨대 하나 이상의 특정 바이오 마커의 검출 파장을 포함하는 임의의 파장 대역의 광을 조사하도록 구성될 수도 있다. 이때 LSPR 센서의 LSPR 여기층을 적외선 광에 의하여 여기되는 물질로 구성한다면, LSPR 센서를 바이오 마커를 검출하기 위한 생화학 센서로 이용할 수 있으며 의료 및 환경 분야 등에서 다양하게 활용할 수 있다.
일 실시예에 따른 LSPR 센서의 LSPR 여기층은 칼코지나이드 재료로 이루어질 수 있다. 칼코지나이드 재료는, 셀레늄(Se) 및/또는 테룰륨(Te)을 포함하는 제1 재료와, 게르마늄(Ge) 및/또는 안티모니(Sb)를 포함하는 제2 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, LSPR 여기층은 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb) 및 테룰륨(Te)이 소정의 비율로 혼합된 칼코지나이드 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 칼코지나이드 재료는 이상에 나열한 재료에 다른 하나 이상의 첨가물이 더 포함되어 이루어질 수도 있다.
LSPR 공진 파장은 LSPR 여기층의 캐리어(carrier)(즉, 전자 또는 정공) 농도에 의존적이라는 것이 알려져 있으며, 따라서 LSPR 여기층의 캐리어 농도를 조절할 수 있다면 LSPR 공진 파장이 적외선 대역에 위치하도록 할 수 있다. 일 실시예에서는, 칼코지나이드 재료를 구성하는 각 원소의 함량비를 조절함으로써, 칼코지나이드 재료로 이루어지는 LSPR 여기층의 캐리어 농도를 조절할 수 있다. 즉, LSPR 공진 파장이 적외선 대역에 위치하도록 칼코지나이드 재료의 조성비를 적절하게 결정할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 발명자들은 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb) 및 테룰륨(Te)으로 이루어지는 LSPR 여기층에서 각 원소의 함량비를 조절할 경우 각 원소의 함량비에 따라 하기 표 2와 같이 LSPR 여기층의 캐리어 농도 및 이동도(mobility)가 변화하는 것을 확인하였다.
| Ge : Sb : Te | 캐리어 농도(×10 20 / cm 3 ) | 이동도( cm 2 / Vs ) |
| 14 : 29: 57 | 1.81 | 23.90 |
| 0 : 81 : 19 | 6.45 | 14.69 |
| 8 : 60 : 32 | 9.71 | 6.43 |
| 5 : 78 : 17 | 14.00 | 15.11 |
| 13 : 71 : 16 | 18.90 | 10.46 |
| 5 : 71 : 23 | 24.10 | 10.49 |
또한, 하기 표 3은 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb) 및 테룰륨(Te)으로 이루어지는 LSPR 여기층에서 각 원소의 함량비에 따른 LSPR 여기층의 광학적 특성을 나타낸 것이다.
| Ge : Sb : Te | ε ∞ | τ(10 -15 s) | σ dc (Ω cm ) -1 | ω p (10 14 rad /s) |
| 50 : 0 : 50 | 57.1 | 2.78 | 3121 | 4.71 |
| 22 : 22 : 56 | 60.6 | 5.29 | 2230 | 2.80 |
| 14 : 29 : 57 | 51.7 | 5.23 | 1637 | 2.61 |
| 8 : 34 : 58 | 52.6 | 5.27 | 2754 | 3.35 |
상기 표 3에서 ε∞, τ, σdc 및 ωp 각각은 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb) 및 테룰륨(Te) 사이의 소정의 함량비를 갖는 LSPR 여기층의 광학 상수를 나타낸다. ε∞은 전기 신호의 주파수가 무한대일 경우의 유전 상수(dielectric constatnt)를 나타내며, τ는 완화 시간(relaxation time)을 나타내고, σdc는 직류 전기 신호에 대한 전도도를 나타내며, ωp는 플라즈마 주파수를 나타낸다.
LSPR 여기층의 LSPR 공진 파장은 위에 기재한 광학 상수에 기초하여 결정되며, 드루드(Drude) 금속 모델에 기초하여 계산함으로써 상기 광학 상수로부터 LSPR 여기층의 소광(extinction) 효율을 계산할 수 있다. 구체적인 계산 과정은 드루드 금속 모델로부터 통상의 기술자에게 용이하게 이해될 수 있으므로 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 상기 표 3에 기재된 조성비를 갖는 LSPR 여기층에 의한 소광 효율을 계산한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 4개의 그래프(201, 202, 203, 204)는 각각 표 3의 각 행에 기재된 조성비를 갖는 LSPR 여기층에 대응된다. 즉, 그래프(201)는 Ge:Sb:Te의 비율이 50:0:50인 LSPR 여기층의 소광 효율을 나타내며, 그래프(202)는 Ge:Sb:Te의 비율이 22:22:56인 LSPR 여기층의 소광 효율을 나타내고, 그래프(203)는 Ge:Sb:Te의 비율이 14:29:57인 LSPR 여기층의 소광 효율을 나타내며, 그래프(204)는 Ge:Sb:Te의 비율이 8:34:58인 LSPR 여기층의 소광 효율을 나타낸다.
LSPR이 발생되 경우 LSPR 여기층에 의한 광 흡수 및/또는 산란이 증가하며, 이는 소광 효율의 증가로 나타낸다. 따라서 도 1의 각각의 그래프(201, 202, 203, 204)에서 소광 효율의 피크가 나타나는 지점의 파장이 LSPR 공진 파장에 해당한다. 즉, 그래프(201)의 LSPR 공진 파장은 약 4.05㎛이며, 그래프(202)의 LSPR 공진 파장은 약 5.71㎛이고, 그래프(203)의 LSPR 공진 파장은 약 6.75㎛이며, 그래프(204)의 LSPR 공진 파장은 약 7.32㎛이다. 근적외선에서 중적외선 및 원적외선에 해당하는 파장 대역에 LSPR 공진 파장이 위치하므로, 표 3에 도시된 것과 같은 조성비를 갖는 LSPR 여기층을 이용하여 LSPR 적외선 센서를 구성할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들에 따른 LSPR 센서는, 칼코지나이드 재료를 포함하여 이루어지는 LSPR 여기층의 조성비를 조절하는 것에 의하여 LSPR 여기층의 캐리어 농도를 조절할 수 있으며, 적외선 영역에서 동작이 가능하다. 종래의 LSPR 센서에서 파장 대역을 확장하기 위하여 도핑된 반도체 재료가 이용되는 것과 비교하면, 일 실시예에 따른 LSPR 센서는 별도의 도핑 과정을 요하지 않으며 칼코지나이드 재료의 각 원소의 함량비를 조절함으로써 다양하게 캐리어 농도를 조절할 수 있어, LSPR 공진 파장의 조절이 용이하고 폭 넓은 파장 가변이 가능한 이점이 있다.
이하에서는, 일 실시예에 따라 칼코지나이드 재료로 이루어지는 LSPR 여기층을 포함하는 LSPR 센서의 제조 방법에 대하여 설명한다.
일 실시예에서 LSPR 여기층은 열처리에 의하여 상변화되는 칼코지나이드 재료로 이루어진다. 칼코지나이드 재료는 만들어진 당시(as-deposited)의 상태는 비정질 상태로서 적외선 영역에서 비금속성, 즉, 유전체와 같은 성질을 갖는다. 그러나, 칼코지나이드 재료를 열처리할 경우 열처리 후에는 결정질로 변환되어 금속성의 성질을 나타낸다. 따라서, 레이저에 의한 직접 쓰기법(direct writing)을 이용하여 결정질의 칼코지나이드 재료로 이루어지는 LSPR 여기층을 형성할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 LSPR 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 기판(30)상에 칼코지나이드 재료로 이루어지는 박막(40)을 형성할 수 있다. 기판(30)은 LSPR 여기층을 형성하기 위한 공간을 제공하는 역할을 하며, 유전체로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(30)은 최종 LSPR 센서의 일부로 포함될 수도 있으며, 또는 공정 과정에서 제거 또는 분리될 수도 있다. 박막(40)은 스퍼터링(sputtering) 또는 다른 적당한 방법에 의하여 형성될 수 있으며, 형성된 상태에서 비정질로 이루어진다.
도 2에 도시된 기판(30) 및 박막(40) 등은 단지 LSPR 여기층의 제조 과정을 설명하기 위한 예시적인 것으로서 실제 구성요소의 위치, 크기 또는 형태를 나타내는 것이 아니라는 점이 당업자에게 용이하게 이해될 것이다.
박막(40)이 형성되면, 박막(40)에 레이저를 조사함으로써 이를 결정화할 수 있다. 예컨대, 광원(10)을 이용하여 레이저 빔을 조사하며, 프리즘(20)을 이용하여 레이저 빔을 박막(40)에 집속할 수 있다. 박막(40)은 칼코지나이드 상변화 재료로 이루어져 있으므로, 박막(40)에 적절한 세기의 레이저를 조사하면 레이저에 의한 열로 인하여 레이저가 조사된 영역이 결정화될 수 있다. 이를 이용하여 소정의 패턴 형상으로 박막(40)을 결정화함으로서, LSPR 여기층을 형성할 수 있다. 결정화를 위한 패턴 형상은 LSPR을 발생시킬 수 있는 3차원 구조체의 형상일 수 있다. 예컨대 3차원 구조체는 나노 디스크, 나노 막대 등의 나노 구조체일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서는, 3차원 구조체의 형상으로 박막(40)을 결정화하기 위하여, 박막(40)에 대한 레이저의 조사 위치를 이동시키면서 레이저를 조사할 수 있다. 예컨대, 광원(10)의 위치를 고정한 채로 박막(40)을 이동시키거나, 또는 박막(40)의 위치를 고정한 채로 광원(10)을 이동시킴으로써 박막(40)에 레이저가 조사되는 위치를 이동시킬 수 있다. 또한, 레이저 빔의 세기, 레이저 조사 위치의 이동 속도 및 레이저의 펄스 길이 등을 조절함으로써 박막(40)이 결정화되는 영역의 크기 및 형상을 조절할 수 있다.
이렇게 레이저를 직접 결정화를 위한 패턴 형상에 따라 조사하여 박막을 결정화시켜 형상을 만드는 방법 외에, 다른 실시예에서는 복수의 결맞는 레이저 빔(coherence laser beam)을 이용하여 형상을 만들 수도 있다. 복수의 결맞는 레이저 빔을 박막(40)에 조사하되, 복수의 결맞는 레이저 빔을 상호 교차시켜 레이저 빔에 의한 간섭무늬를 형성할 수 있다. 이때, 간섭무늬의 보강간섭과 상쇄간섭 차이를 이용하여 레이저 세기에 따른 결정 영역을 조절할 경우 배열구조를 형성할 수 있다. 예컨대, 간섭무늬의 보강간섭에 해당하는 부분에서는 박막(40)이 결정화되고, 상쇄간섭에 해당하는 부분에서는 박막(40)이 결정화되지 않도록, 결맞는 레이저 빔의 세기 등을 조절함으로써 간섭무늬의 패턴에 따라 박막(40)이 결정화되는 영역의 크기 및 형상을 결정할 수 있다.
박막(40)에서 레이저가 조사되지 않아 비정질로 남아 있는 부분은 제거될 수 있으며, 그 결과 결정화된 영역만이 남아 LSPR 여기층을 구성할 수 있다. 예컨대, 박막(40)을 소정의 패턴 형상에 따라 결정화한 후 테트라메틸암모늄수산화물(Tetramethyl Ammonium Hydroxide; TMAH) 용액을 이용한 습식 식각 공정을 수행할 수 있다. TMAH 용액의 농도에 따라 박막(40)에서 결정화된 영역을 남겨둔 채로 비정질로 남아 있는 부분만을 선택적으로 제거할 수 있다. 예컨대, 약 25% 농도의 TMAH 용액을 이용하여 선택적인 습식 식각 공정을 수행할 수도 있다.
이상의 과정에 의하여 형성된 LSPR 여기층을 광원부 및 검출부와 결합함으로써 LSPR 센서를 제조할 수 있다. 이상에 기재한 실시예에 따른 LSPR 센서의 제조 방법에 의하면, 비용이 많이 드는 리소그래피(lithography) 공정을 거치지 않고 레이저를 이용한 직접 인쇄법에 의하여 간단하게 원하는 형상의 구조체를 만들 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
Claims (13)
- 칼코지나이드 재료로 이루어지는 국소 표면 플라즈몬 여기층을 포함하되, 상기 칼코지나이드 재료는,
셀레늄(Se) 및 테룰륨(Te) 중 하나 이상을 포함하는 제1 재료; 및
게르마늄(Ge) 및 안티모니(Sb) 중 하나 이상을 포함하는 제2 재료를 포함하며,
상기 국소 표면 플라즈몬 여기층은, 적외선 대역의 공진 파장을 갖는 입사광에 의하여 상기 칼코지나이드 재료가 여기되어 국소 표면 플라즈몬 공진을 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서.
- 제 1항에 있어서,
상기 칼코지나이드 재료의 조성비에 따라 상기 국소 표면 플라즈몬 여기층의 캐리어 농도가 결정되는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서.
- 제 1항에 있어서,
상기 칼코지나이드 재료는 결정질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서.
- 삭제
- 셀레늄(Se) 및 테룰륨(Te) 중 하나 이상을 포함하는 제1 재료 및 게르마늄(Ge) 및 안티모니(Sb) 중 하나 이상을 포함하는 제2 재료를 포함하는 칼코지나이드 재료로 이루어지는 박막을 형성하는 단계; 및
상기 박막에 레이저를 조사하여 미리 결정된 형상을 갖는 국소 표면 플라즈몬 여기층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 국소 표면 플라즈몬 여기층은, 적외선 대역의 공진 파장을 갖는 입사광에 의하여 상기 칼코지나이드 재료가 여기되어 국소 표면 플라즈몬 공진을 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 박막은 비정질로 이루어지며,
상기 국소 표면 플라즈몬 여기층을 형성하는 단계는, 레이저에 의해 상기 칼코지나이드 재료를 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 레이저에 의해 상기 칼코지나이드 재료를 결정화하는 단계는, 상기 미리 결정된 형상에 따라 레이저의 조사 위치를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 레이저에 의해 상기 칼코지나이드 재료를 결정화하는 단계는, 레이저의 세기, 레이저의 이동 속도 및 레이저의 펄스 길이 중 하나 이상을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 레이저에 의해 상기 칼코지나이드 재료를 결정화하는 단계는, 상기 박막에 복수 개의 결맞는 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 미리 결정된 형상은 상기 복수 개의 결맞는 레이저 빔에 의해 생성된 간섭무늬에 대응되는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 국소 표면 플라즈몬 여기층을 형성하는 단계는, 상기 박막에서 레이저가 조사되지 않은 부분을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 박막을 형성하는 단계는, 스퍼터링에 의해 상기 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 박막을 형성하는 단계는, 상기 칼코지나이드 재료의 조성비를 조절함으로써 상기 박막의 캐리어 농도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소 표면 플라즈몬 공진 센서의 제조 방법.
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| US8785230B2 (en) | 2014-07-22 |
| KR20130076189A (ko) | 2013-07-08 |
| US20130168789A1 (en) | 2013-07-04 |
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