KR101338303B1 - 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체 나노선 광특성 분석기 및 반도체 나노선 광특성 분석방법을 이용하여 반도체 나노선의 광특성을 분석하게 되면 보다 높은 밀도의 광을 입사시켜 정밀한 나노선의 광특성 분석이 가능하다. 또한 본 발명에 의해 나노선의 특정 국소 부위에 대한 광특성을 보다 정밀하게 분석하는 것이 가능하다. 이를 통해 해당 나노선의 특정 부위에 대한 조성, 두께, 결점 포함여부를 보다 구체적으로 정밀하게 분석하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 나노선 광특성 분석기 및 반도체 나노선 광특성 분석방법을 이용하여 반도체 나노선의 광특성을 분석하게 되면 보다 높은 밀도의 광을 입사시켜 정밀한 나노선의 광특성 분석이 가능하다. 또한 본 발명에 의해 나노선의 특정 국소 부위에 대한 광특성을 보다 정밀하게 분석하는 것이 가능하다. 이를 통해 해당 나노선의 특정 부위에 대한 조성, 두께, 결점 포함여부를 보다 구체적으로 정밀하게 분석하는 것이 가능할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법에 관한 것이다.
최근 수십~수백 나노미터 두께의 1차원 구조를 가진 반도체 물질의 합성 기술의 발달과 함께 이를 기반으로 한 나노선 레이저, 전계 효과 트렌지스터 센서, 광 검출기, 태양전지 등의 소자가 개발되어왔다.
특정 물질의 직경이 빛의 파장에 가까워지게 되면 물리적으로 1차원 구조의 광특성을 보이게 된다. 이 때 1차원 구조의 나노선의 조성과, 두께, 결점 포함여부 등에 따라서 각각의 다른 자연 방출(Spontaneous Emission)과 유도방출(Stimulated Emission)에 의한 광냉광(Photoluminescence) 파장 분포와 편광 특성을 가지게 된다.
위와 같은 나노선의 광특성을 조사하기 위한 기존의 시스템(도 1 참조)은 3축병진 스테이지(110)에 나노선을 놓은 상태에서 집광렌즈(120)를 이용하여 여기광(130)을 집광하여 입사시킨다. 이 때 나노선은 집광된 여기광을 흡수하여 빛을 방출하게 되는데 여기광의 파장, 편광, 파워 등의 성질에 따라서 방출하는 빛의 성질이 달리질 수 있고, 이러한 특성을 나노선의 광특성이라 하며, 방출된 빛은 대물렌즈(140)와 광분할기(150)를 거쳐 이미지 측정기(160)와 분광기(170)로 분배되어 특성을 측정하게 된다. 기존의 기술은 여기광을 입사시킬 때 그 크기를 줄이는데 한계가 있기 때문에 빛의 밀도에 한계가 있을 뿐 아니라, 나노선의 국소부분에만 빛을 입사시켜 좀 더 구체적인 광특성을 측정하기에 불가능한 문제점이 있다. 이와 관련된 선행기술문헌은 아래와 같다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 높은 밀도의 빛을 입사시켜 보다 정밀하게 반도체 나노선의 광특성을 분석하고, 반도체 나노선의 특정 국소 부위의 분석이 가능한 반도체 나노선 광특성 분석기 및 반도체 나노선 광특성 분석방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 반도체 나노선 광특성 분석기는
1) 하단에 복수개의 오목한 홈이 위치하며, 상기 홈은 플레이트의 세로 방향으로 정렬되고, 상기 홈이 정렬된 세로 방향의 측면에서 서로 마주보면서 20nm~100nm 간격의 나노 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 금속 플레이트와,
2) 중심부에 길이 방향으로 길게 형성된 코어; 및 상기 코어를 감싸면서 길이 방향으로 길게 형성된 클래딩;을 포함하는 광섬유로서,
상기 광섬유의 한쪽 말단은 테이퍼 가공된 뾰족한 팁(tip) 형태이고, 상기 뾰족한 팁 형태의 광섬유 말단에는 열가소성 수지가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 나노선 정렬용 광섬유와,
3) 상기 나노선의 일측이 상기 나노선 정렬용 광섬유의 말단과 연결되는 경우, 상기 연결된 나노선의 반대쪽 일측에 연결되는 것으로서, 뾰족한 팁 형태의 말단에 열가소성 수지가 코팅되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유,
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금속 플레이트는 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 및 이들의 합금으로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금속 플레이트의 하단에 광이 입사하게 되면 표면 플라즈몬을 형성하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 나노선 정렬용 광섬유의 직경은 100~150㎛이고, 상기 뾰족한 형태의 나노선 정렬용 광섬유 말단의 직경은 1.0~5.0㎛인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 열가소성 수지는 광 흡수 염료 물질을 포함하고, 상기 광섬유의 코어를 통하여 광이 전달되면 접착성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금속 플레이트의 하단에 광을 입사시킨 후 집광하는 집광부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금속 플레이트의 하단에 형성된 오목한 홈은 좌우 크기가 200~800nm인 것을 특징으로 하며, 두께는 30~100nm인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 반도체 나노선 광특성 분석기에 의해 분석되는 나노선의 직경은 50~500nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 반도체 나노선 광특성 분석방법은
나노선 정렬이 이루어지는 스테이지를 포함하는 나노선 광특성 분석방법에 있어서,
1) 나노선을 나노슬릿 위에 교차하여 정렬시키기 위해 상기 나노선과 연결된 나노선 정렬용 광섬유에 제1광을 조사하여 나노선을 정렬하는 단계;
2) 한 쌍의 금속 플레이트가 마주하여 형성되며, 상부에 상기 나노선이 교차하여 정렬된 것으로서 20nm~100nm 간격의 나노슬릿을 포함하는 스테이지에 제2광을 조사하는 단계;
3) 상기 제2광이 상기 나노슬릿 위에 정렬된 나노선에 투과되는 단계;
4) 상기 3)단계에 의해 나노선에 투과된 광이 나노선에서 방출된 후,
상기 나노선 정렬용 광섬유와 연결된 나노선의 일측에 대하여 상기 나노선의 반대쪽 일측에 연결된 광분석기 전달용 광섬유에 전달되는 단계; 및
5) 상기 4)단계에 의해 전달된 광이 다시 광분석기에 전달되어 반도체 나노선의 광특성이 분석되는 단계;
를 포함한다.
또한 상기 한 쌍의 금속 플레이트는 하단에 복수개의 오목한 홈이 위치하며, 상기 홈은 플레이트의 세로 방향으로 정렬되고, 상기 홈이 정렬된 세로 방향의 측면에서 서로 마주보면서 20nm~100nm 간격의 나노 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 2)단계에서 조사되는 제2광은 상기 금속 플레이트의 하단에 조사되어 표면 플라즈몬을 형성한 후 상기 나노슬릿을 통해 나노선에 투과되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 나노선 광특성 분석방법에 의해 분석되는 나노선의 직경은 50~500nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 반도체 나노선은 본 발명에 따른 상기 반도체 나노선 광특성 분석기에 의해 분석되거나, 또는 본 발명에 따른 상기 반도체 나노선 분석방법에 의해 분석된 것이다.
본 발명에 따른 반도체 나노선 광특성 분석기 및 반도체 나노선 광특성 분석방법을 이용하여 반도체 나노선의 광특성을 분석하게 되면 보다 높은 밀도의 광을 입사시켜 정밀한 나노선의 광특성 분석이 가능하다. 또한 본 발명에 의해 나노선의 특정 국소 부위에 대한 광특성을 보다 정밀하게 분석하는 것이 가능하다. 이를 통해 해당 나노선의 특정 부위에 대한 조성, 두께, 결점 포함여부를 보다 구체적으로 정밀하게 분석하는 것이 가능할 수 있다.
도 1은 기존의 반도체 나노선 광특성 분석기를 나타낸 그림이다.
도 2는 나노선 정렬용 광섬유를 나타낸 사진이다.
도 3은 나노선 정렬용 광섬유의 제조방법을 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 나노선 광특성 분석기 중 나노슬릿을 구비한 금속 플레이트, 나노선 정렬용 광섬유 및 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유를 구성으로 하는 부위를 도시한 그림이다.
도 5는 상기 도 4에서 집광부, 표면 플라즈몬 및 따로이 구분하여 나타낸 나노슬릿을 포함하여 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명에 따른 나노선 정렬용 광섬유를 나타낸 구조도이다.
도 7은 금속 플레이트 하단에 있는 오목한 홈의 좌우 크기 및 두께를 도시한 그림이다.
도 2는 나노선 정렬용 광섬유를 나타낸 사진이다.
도 3은 나노선 정렬용 광섬유의 제조방법을 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 나노선 광특성 분석기 중 나노슬릿을 구비한 금속 플레이트, 나노선 정렬용 광섬유 및 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유를 구성으로 하는 부위를 도시한 그림이다.
도 5는 상기 도 4에서 집광부, 표면 플라즈몬 및 따로이 구분하여 나타낸 나노슬릿을 포함하여 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명에 따른 나노선 정렬용 광섬유를 나타낸 구조도이다.
도 7은 금속 플레이트 하단에 있는 오목한 홈의 좌우 크기 및 두께를 도시한 그림이다.
이에 본 발명자들은 보다 정밀하고 국소 부위의 분석이 가능한 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명에 따른 분석기 및 분석방법을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
일반적으로 반도체 나노선은 나노선 레이져, 전계 효과 트랜지스터 센서, 광검출기 및 태양전지 등의 구성 소재로서 현재 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 반도체 나노선은 해당 나노선의 물리적, 화학적 성질에 의해 각기 다른 용도로 적용될 수 있다. 하지만, 이러한 나노선은 그 직경이 수 nm에 불과한 것이기 때문에 해당 나노선의 물리적, 화학적 성질에 관해 정밀한 분석을 수행하는 것이 매우 어려운 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 안출된 것으로서 기존의 반도체 나노선 광특성 조사기가 있으며, 하기 도 1은 이를 개략적으로 나타낸 그림이다. 하기 도 1에서 살펴볼 수 있는 바와 같이 3축 병진 스테이지에 나노선을 놓은 상태에서 집광렌즈를 이용하여 여기광을 집광하여 입사시키게 된다. 이렇게 집광 후 입사된 여기광을 나노선이 흡수한 후 다시 방출하게 되고 상기 방출된 빛을 대물렌즈와 광분할기를 거쳐 이미지 측정기와 분광기로 분광되어 해당 나노선의 특성을 분석하게 된다. 하지만, 이는 입사된 여기광의 밀도가 낮게 입사되어 정밀한 나노선의 분석이 어려우며, 나노선의 특정 국소 부위에 대한 정밀한 분석이 어렵다는 문제점이 있다.
그러므로 이러한 문제점을 해결하기 위해 구체적으로 본 발명에 따른 반도체 나노선 광특성 조사기는 제 1)구성인 금속 플레이트(240)와, 제 2)구성인 나노선 정렬용 광섬유(210)와, 제 3)구성인 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유(230)으로 이루어질 수 있다.
또한 상기 제 1)구성, 제 2)구성 및 제 3)구성을 보다 구체적으로 살펴보면,
1) 하단에 복수개의 오목한 홈(190)이 위치하며, 상기 홈은 플레이트의 세로 방향으로 정렬되고, 상기 홈이 정렬된 세로 방향의 측면에서 서로 마주보면서 20~100nm 간격의 나노슬릿(200, 270)을 형성하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 금속 플레이트(240)와,
2) 중심부에 길이 방향으로 길게 형성된 코어; 및 상기 코어를 감싸면서 길이 방향으로 길게 형성된 클래딩;을 포함하는 광섬유로서,
상기 광섬유의 한쪽 말단은 테이퍼 가공된 뾰족한 팁(tip) 형태이고, 상기 뾰족한 팁 형태의 광섬유 말단에는 열가소성 수지(220, 320)가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 나노선 정렬용 광섬유(210)와,
3) 상기 나노선(180)의 일측이 상기 나노선 정렬용 광섬유의 말단과 연결되는 경우, 상기 연결된 나노선의 반대쪽 일측에 연결되는 것으로서, 뾰족한 팁 형태의 말단에 열가소성 수지가 코팅되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유(230),
를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 1)구성에서 상기 금속 플레이트의 오목한 홈은 입사된 광이 산란되거나 분산되지 않게 하여 상기 나노슬릿에 보다 높은 밀도로 입사되는 것을 가능하게 할 수 있다. 또한 상기 홈은 상기 금속 플레이트에 세로 방향으로 정렬되어 형성될 수 있다. 이렇게 세로 방향으로 정렬됨으로서, 광이 분산되거나 산란되지 않고 보다 높은 밀도로 집광되는 것을 가능하게 할 수 있다. 또한 세로 방향으로 정렬됨으로 인해 상기 나노슬릿이 위치한 홈에서는 나노슬릿과 나란한 방향으로 놓이게 된다. 그러므로 상기 금속 플레이트의 하단에서 광을 입사하게 되면 오목한 홈들로 인해 광이 분산되거나 산란되지 않으면서 나노슬릿이 위치한 오목한 홈으로 집광하게 된 후, 상기 나노슬릿에 입사하게 된다. 이렇게 복수개의 오목한 홈에서 광이 집광된 후 상기 나노슬릿이 위치한 홈에서 나노슬릿을 통해 광이 입사하게 되면 보다 높은 밀도로 광이 입사할 있어 나노선의 정밀한 분석을 가능하게 할 수 있다.
또한 상기 홈은 세로 방향으로 정렬되는 것이 나노슬릿과 교차하지 않고 나란한 방향으로 위치할 수 있으며, 이를 통해 상기 나노슬릿이 위치한 오목한 홈으로 빛이 집광하여 보다 밀도가 높은 광을 나노슬릿으로 입사시킬 수 있다. 또한 상기 오목한 홈은 좌우의 크기에 대해 특별한 제한이 있는 것은 아니지만 바람직하게는 200nm~800nm인 것이 바람직하며, 상기 홈의 좌우 크기가 200nm미만인 경우에는 그 크기가 지나치게 작아 집광이 잘 이루어지기 어려워 바람직하지 않으며, 상기 홈의 좌우 크기가 800nm를 초과하게 되면 본 발명에서 달성하려는 높은 밀도의 집광을 달성하기 어려워 바람직하지 않다. 또한 상기 홈의 두께는 특별한 제한이 있는 것은 아니지만 30nm~100nm의 두께인 것이 바람직한데, 상기 홈의 두께가 30nm미만인 경우에는 그 두께가 지나치게 작아 우수한 밀도로 집광하려는 목적을 충분히 달성할 수 없어 바람직하지 않으며, 상기 홈의 두께가 100nm를 초과하는 경우에는 오목한 홈을 이루는 격벽이 지나치게 커져 집광에 어려움이 있으므로 바람직하지 않다. 하기 도 7은 이러한 오목한 홈의 좌우 크기 및 두께를 도시한 그림이다.
또한 상기 복수개의 오목한 홈들 간의 경계에는 표면 플라즈몬(260)이 형성될 수 있다. 일반적으로 상기 표면 프라즈몬은 금속 표면에서 자유 전자의 진동 현상을 말한다. 상기 표면 플라즈몬의 발생은 특정 운동량을 가진 빛이 금속과 비금속의 표면에 입사할 때 운동량과 에너지를 금속의 자유 전자에 전달하여 진동을 유발함으로써 발생하게 된다. 이렇게 형성된 표면 플라즈몬은 보강 간섭을 형성하여 상기 나노슬릿으로 에너지를 집중하게 되고 집중된 에너지의 형태로 방출되어 집광 효과를 유발하게 된다.
또한 상기 세로 방향으로 정렬됨으로 인해 나노슬릿이 위치한 오목한 홈은 나노슬릿과 나란한 방향으로 정렬할 수 있으며, 분석하려는 나노선은 상기 나노슬릿에 교차하여 위치시킴으로서 높은 밀도로 집광되어 입사된 광에 의해 정밀하면서도 특정 국소 부위의 분석을 가능하게 할 수 있다.
또한 상기 나노슬릿은 하단에 복수개의 오목한 홈이 위치한 한 쌍의 금속 플레이트를 마주보게 하여 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 홈이 정렬된 세로 방향의 측면에서 서로 마주보면서 20~100nm 간격으로 나노슬릿을 형성하는 것일 수 있다. 이때 상기 나노슬릿이 형성되는 부위는 오목한 홈에 있어서, 오목하거나 볼록한 부위 중 바람직하게는 오목한 부위끼리 서로 마주하여 형성되는 것이 바람직하다. 상기 오목한 부위끼리 마주하여 나노슬릿을 형성하는 경우가 광을 분산시키거나 산란시키지 않고 높은 밀도로 집광시킬 수 있어 바람직하다.
또한 상기 한 쌍의 금속 플레이트가 마주보면서 형성되는 나노슬릿은 바람직하게는 20~100nm 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 나노슬릿의 간격이 20nm 미만으로 형성되는 경우에는 지나치게 간격이 좁아 빛의 투과가 원활하게 이루어지기 어려워 바람직하지 않으며, 상기 나노슬릿의 간격이 100nm를 초과하는 경우에는 나노선의 국소 부위에 높은 밀도로 광을 입사하여 나노선의 광특성을 분석하려는 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 없어 바람직하지 않다.
또한 상기 금속 플레이트는 나노선의 광특성을 분석할 수 있는 스테이지용으로 사용할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있는 것이지만, 바람직하게는 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 금속이 사용될 수 있다.
상기 제 2)구성에 있어서, 상기 나노선 정렬용 광섬유(290)는 중심부에 길이 방향으로 길게 형성된 코어(300) 및 상기 코어를 감싸면서 길이 방향으로 길게 형성된 클래딩(310)을 포함한다. 상기 광섬유의 한쪽 말단은 테이퍼 가공된 뾰족한 팁(tip) 형태이고, 상기 뾰족한 팁 형태의 광섬유 말단에는 열가소성 수지(320)가 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다(도 6 참조).
또한, 상기 광섬유의 직경은 100-150 ㎛이고, 상기 뾰족한 형태의 광섬유 말단의 직경은 1.0-5.0 ㎛인 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 나노선 정렬용 광섬유는 100-150 ㎛크기를 갖는 원통형 구조에서 한쪽 말단을 테이퍼링 가공하여 1.0-5.0 ㎛의 직경을 갖도록 한 원뿔형 구조이다.
또한, 상기 테이퍼링 가공된 말단은 열가소성 수지(320)로 코팅되어 있고, 상기 열가소성 수지는 특정 광을 흡수할 수 있는 광 흡수 염료물질을 포함한다. 반대편 코어를 통하여 레이져 광이 조사되면, 열가소성 수지는 녹아서 접착성을 가지게 되고 이에 의해서 정렬하고자 하는 나노선을 이동시킬 수 있다.
상기 열가소성 수지는 EVA(Ethylenevinylacetate), PC(Polycarbonate), COC(Cyclo-olefine copolymer), PMMA(Polymethylmethancrylate) 등 다양한 열가소성 수지가 적용될 수 있고, 이하의 구체적인 제조예에서는 EVA 수지를 사용하였다.
상기 광 흡수 염료 물질은 상기 나노선 정렬용 광섬유로 전달되는 레이져 광에 따라서 특정 파장의 광을 흡수하는 염료이면 모두 적용이 가능하고, 이하의 구체적인 제조예에서는 1061 nm 부근의 빛을 흡수하는 염료인 Sigma-Aldrich사의 infrared Dyes IR-1061을 사용하였다.
상기 제 2)구성에 따른 나노선 정렬용 광섬유의 구체적인 일 제조예는 다음과 같다.
(1) 원통형 구조로서, 1060 nm에서 단일모드를 가지는 광섬유(코닝사, HI1060) 양쪽을 홀더에 고정한 후에, 테이퍼링 가공하고자 하는 특정 부위에 2000 ℃ 정도의 열을 가하여 광섬유를 녹임과 동시에 양 홀더를 초당 6 ㎛(6 ㎛/s) 속도로 잡아 당기는 장력을 광섬유에 가하였다. 이후 열이 가해진 부위가 얇고 길게 늘어지게 되면서 절단되어, 광섬유가 테이퍼링 가공되어 끝단이 뾰족한 팁(tip) 형태인 광섬유를 제조하였다.
(2) 다음으로 뾰족한 팁 형태의 광섬유 말단에 열가소성 수지를 코팅하기 위하여 하기 도 3에 나타나 있는 방법으로 코팅시켰다. 또한 도 4는 본 발명에 따른 나노선 정렬용 광섬유를 도시한 그림이다.
먼저, 고체 형태의 에틸렌비닐아세테이트를 톨루엔과 혼합하고, 여기에 1084 nm 광을 흡수하는 염료(1061 nm 부근의 빛을 흡수하는 염료인 Sigma-Aldrich사의 infrared Dyes IR-1061)를 첨가한 후, 1 시간 동안 자력교반기와 히터를 통해서 교반한 후에, 90 ℃에서 건조시켜 톨루엔을 제거하여, 염료가 내재된 열가소성 수지를 제조하였다.
(3) 다음으로 상기 광섬유의 뾰족한 팁 부분을 열가소성 수지에 접촉시킨 후, 반대편 코어를 통하여 1084 nm 레이져를 100 mW 이상의 세기로 전달시켜 주고, 접촉부위의 열가소성 수지가 녹게 되면서 팁 부분에 열가소성 수지가 코팅되었고, 이후 열가소성 수지로부터 광섬유를 분리하고 레이져 전달을 중지시켜서 열가소성 수지가 팁 부분에 코팅된 본 발명에 따른 나노선 정렬용 광섬유를 제조하였다.
한편 하기 도 2는 상기 제조예에 따라 제조된 나노선 정렬용 광섬유를 나타낸 사진이다. 또한 하기 도 3은 상기 나노선 정렬용 광섬유의 제조방법을 나타낸 그림이다. 또한 하기 도 6은 상기 제 2)구성에 따른 나노선 정렬용 광섬유를 나타낸 구조도이다.
상기 제 3)구성에 있어서, 상기 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유는 상기 나노선의 일측이 상기 나노선 정렬용 광섬유의 말단과 연결되는 경우, 상기 연결된 나노선의 반대쪽 일측에 연결되는 것으로서, 뾰족한 팁 형태의 말단에 상기 나노선 정렬용 광섬유와는 달리 상기 열가소성 수지가 코팅되어 있지 않은 것일 수 있다. 즉, 상기 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유는 상기 나노선 광섬유와 동일하나, 뾰족한 팁 형태의 말단에 열가소성 수지가 코팅되어 있지 않는 것을 특징으로 한다. 이러한 제 3)구성에 의해 나노선에서 방출된 광이 광분석기에 전달 될 수 있다.
또한 상기 제 1)구성인 금속 플레이트의 하단에 광이 입사하게 되면 상기 나노슬릿에 표면 플라즈몬이 형성되게 된다.
또한 상기 금속 플레이트의 하단에는 입사된 광의 집광부(250)가 더 포함될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 상기 반도체 나노선 광특성 분석기에 의해 분석되는 나노선의 직경은 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 바람직하게는 50~500nm에 해당하는 것일 수 있다.
결과적으로 본 발명에 따른 반도체 나노선 광특성 조사기는 제 1)구성인 금속 플레이트에 형성된 나노슬릿을 통해 밀도가 높게 광이 집광되며, 제 2)구성인 나노선 정렬용 광섬유에 입사된 광에 의해 나노선이 나노슬릿에 교차하여 정렬하며, 상기 나노슬릿에 입사된 광이 나노슬릿의 특정 국소 부위에 높은 밀도로 입사된 후 제 3)구성인 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유에 의해 광분석기로 전달되게 하여, 국소부위 나노선의 광특성을 보다 정밀하게 분석되도록 한다.
또한 하기 도 5는 상기 제 1)구성, 제 2)구성 및 제 3)구성을 포함하는 부위로서 본 발명에 따른 반도체 나노선 광특성 분석기의 해당 부위를 나타낸 그림이며, 하기 도 6은 여기에 집광부, 표면 플라즈몬 및 나노슬릿의 구체화된 모습을 반영한 그림이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 반도체 나노선 광특성 분석방법은
나노선 정렬이 이루어지는 스테이지를 포함하는 나노선 광특성 분석방법에 있어서,
1) 나노선을 나노슬릿 위에 교차하여 정렬시키기 위해 상기 나노선과 연결된 나노선 정렬용 광섬유에 제1광을 조사하여 나노선을 정렬시키는 단계;
2) 한 쌍의 금속 플레이트가 마주하여 형성되며, 상부에 상기 나노선이 교차하여 정렬된 것으로서 20~100nm 간격의 나노슬릿을 포함하는 스테이지에 제2광을 조사하는 단계;
3) 상기 제2광이 상기 나노슬릿 위에 정렬된 나노선에 투과되는 단계;
4) 상기 3)단계에 의해 나노선에 투과된 광이 나노선에서 방출된 후,
상기 나노선 정렬용 광섬유와 연결된 나노선의 일측에 대하여 상기 나노선의 반대쪽 일측에 연결된 광분석기 전달용 광섬유에 전달되는 단계; 및
5) 상기 4)단계에 의해 전달된 광이 다시 광분석기에 전달되어 반도체 나노선의 광특성이 분석되는 단계;
를 포함한 수 있다.
상기 나노슬릿은 금속 플레이트가 서로 마주보면서 형성되며, 나노선은 상기 20~100nm 간격의 나노슬릿에 교차하여 정렬하게 된다. 이렇게 상기 나노슬릿을 포함하는 스테이지 위에 나노선의 정렬을 가능하게 함은 상기 제1광이 나노선 정렬용 광섬유에 조사됨으로써 가능하게 된다. 상기 나노선 정렬용 광섬유는 중심부에 길이 방향으로 길게 형성된 코어; 및 상기 코어를 감싸면서 길이 방향으로 길게 형성된 클래딩;을 포함하는 광섬유로서, 상기 광섬유의 한쪽 말단은 테이퍼 가공된 뾰족한 팁(tip) 형태이고, 상기 뾰족한 팁 형태의 광섬유 말단에는 열가소성 수지가 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 열가소성 수지는 광 흡수 염료 물질을 포함하고, 상기 광섬유의 코어를 통하여 광이 전달되면 접착성을 갖게 되어 상기 나노슬릿 위에 상기 나노선을 정렬시키게 된다.
상기 나노선을 나노슬릿 위에 정렬시킨 후, 상기 스테이지의 하단에서 제2광을 조사하게 된다. 이렇게 조사된 제2광은 상기 나노슬릿을 통해 보다 높은 밀도로 입사되고, 이렇게 입사된 광은 나노슬릿에 교차하여 정렬된 나노선의 국소 부위의 광분석을 가능하게 할 수 있다.
상기 금속 플레이트는 하단이 오목한 홈으로 이루어질 수 있으며, 이를 통해 집광된 후 나노슬릿으로 입사되는 광의 밀도를 보다 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 한 쌍의 금속 플레이트는 하단에 복수개의 오목한 홈이 위치하며, 상기 홈은 플레이트의 세로 방향으로 정렬되고, 상기 홈이 정렬된 세로 방향의 측면에서 서로 마주보면서 20~100nm 간격의 나노 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구조를 통해 나노슬릿에 입사되는 광의 밀도를 보다 높게 향상시킬 수 있어 나노선의 정밀한 광분석을 가능하게 할 수 있다.
상기 제2광이 나노슬릿 위에 정렬된 나노선에 투과되고, 상기 투과된 광은 다시 나노선에서 방출되게 된다. 이렇게 방출된 광은 나노선 정렬용 광섬유가 연결된 나노선의 일측으로부터 반대쪽 일측에 연결된 광섬유에 전달되게 된다. 이때 상기 반대쪽 일측에 연결된 나노선에서 방출된 광을 광분석기에 전달하기 위한 광분석기 전달용 광섬유이다. 이렇게 전달된 광이 광분석기에 최종 전달되어 반도체 나노선의 광특성 분석을 가능하게 할 수 있다.
이때 상기 2)단계에서 조사되는 제2광은 상기 금속 플레이트의 하단에 조사되어 표면 플라즈몬을 형성한 후 상기 나노슬릿을 통해 나노선에 투과될 수 있다.
또한 상기 나노선 광특성 분석방법에 의해 분석되는 나노선의 직경은 50~500nm인 것을 특징으로 한다.
결과적으로 본 발명에 따른 반도체 나노선 광특성 분석방법을 사용하여 반도체 나노선의 광특성을 분석하게 되면, 보다 높은 밀도의 광을 이용함과 동시에 나노선의 특정 국소 부위의 광특성을 분석할 수 있어 보다 정밀한 반도체 나노선의 광특성 분석이 가능할 수 있다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.
110: 3축병진 스테이지
120: 집광렌즈
130: 여기광
140: 대물렌즈
150: 광분할기
160: 이미지 측정기
170: 분광기
180: 나노선
190: 오목한 홈
200: 나노슬릿
210: 나노선 정렬용 광섬유
220: 코팅된 열가소성 수지
230: 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유
240: 금속 플레이트
250: 집광부
260: 표면 플라즈몬
270: 나노슬릿
280: 나노슬릿을 통과한 광
290: 나노선 정렬용 광섬유
300: 코어
310: 클래딩
320: 열가소성 수지
330: 입사되는 광
120: 집광렌즈
130: 여기광
140: 대물렌즈
150: 광분할기
160: 이미지 측정기
170: 분광기
180: 나노선
190: 오목한 홈
200: 나노슬릿
210: 나노선 정렬용 광섬유
220: 코팅된 열가소성 수지
230: 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유
240: 금속 플레이트
250: 집광부
260: 표면 플라즈몬
270: 나노슬릿
280: 나노슬릿을 통과한 광
290: 나노선 정렬용 광섬유
300: 코어
310: 클래딩
320: 열가소성 수지
330: 입사되는 광
Claims (13)
1) 하단에 복수개의 오목한 홈이 위치하며, 상기 홈은 플레이트의 세로 방향으로 정렬되고, 상기 홈이 정렬된 세로 방향의 측면에서 서로 마주보면서 20nm~100nm 간격의 나노 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 금속 플레이트와,
2) 중심부에 길이 방향으로 형성된 코어; 및 상기 코어를 감싸면서 길이 방향으로 형성된 클래딩;을 포함하는 광섬유로서,
상기 광섬유의 한쪽 말단은 테이퍼 가공된 뾰족한 팁(tip) 형태이고, 상기 뾰족한 팁 형태의 광섬유 말단에는 열가소성 수지가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 나노선 정렬용 광섬유와,
3) 중심부에 길이 방향으로 형성된 코어; 및 상기 코어를 감싸면서 길이 방향으로 형성된 클래딩;을 포함하는 광섬유로서,
상기 광섬유의 한쪽 말단은 테이퍼 가공된 뾰족한 팁(tip) 형태이고, 상기 뾰족한 팁 형태의 광섬유 말단에는 열가소성 수지가 코팅되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유,
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
2) 중심부에 길이 방향으로 형성된 코어; 및 상기 코어를 감싸면서 길이 방향으로 형성된 클래딩;을 포함하는 광섬유로서,
상기 광섬유의 한쪽 말단은 테이퍼 가공된 뾰족한 팁(tip) 형태이고, 상기 뾰족한 팁 형태의 광섬유 말단에는 열가소성 수지가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 나노선 정렬용 광섬유와,
3) 중심부에 길이 방향으로 형성된 코어; 및 상기 코어를 감싸면서 길이 방향으로 형성된 클래딩;을 포함하는 광섬유로서,
상기 광섬유의 한쪽 말단은 테이퍼 가공된 뾰족한 팁(tip) 형태이고, 상기 뾰족한 팁 형태의 광섬유 말단에는 열가소성 수지가 코팅되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 나노선 방출광의 광분석기 전달용 광섬유,
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
제 1항에 있어서,
상기 금속 플레이트는 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 및 이들의 합금으로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
상기 금속 플레이트는 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 및 이들의 합금으로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
제 1항에 있어서,
상기 금속 플레이트의 하단에 광이 입사하게 되면 표면 플라즈몬을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
상기 금속 플레이트의 하단에 광이 입사하게 되면 표면 플라즈몬을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
제 1항에 있어서,
상기 나노선 정렬용 광섬유의 직경은 100~150㎛이고, 상기 뾰족한 형태의 나노선 정렬용 광섬유 말단의 직경은 1.0~5.0㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
상기 나노선 정렬용 광섬유의 직경은 100~150㎛이고, 상기 뾰족한 형태의 나노선 정렬용 광섬유 말단의 직경은 1.0~5.0㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
제 1항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 광 흡수 염료 물질을 포함하고, 상기 광섬유의 코어를 통하여 광이 전달되면 접착성을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
상기 열가소성 수지는 광 흡수 염료 물질을 포함하고, 상기 광섬유의 코어를 통하여 광이 전달되면 접착성을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
제 1항에 있어서,
상기 금속 플레이트의 하단에 광을 입사시킨 후 집광하는 집광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
상기 금속 플레이트의 하단에 광을 입사시킨 후 집광하는 집광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
제 1항에 있어서,
상기 금속 플레이트의 하단에 형성된 오목한 홈은 좌우 크기가 200~800nm인 것을 특징으로 하며, 두께는 30~100nm인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
상기 금속 플레이트의 하단에 형성된 오목한 홈은 좌우 크기가 200~800nm인 것을 특징으로 하며, 두께는 30~100nm인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
제 1항에 있어서,
상기 반도체나노선 광특성 분석기에 의해 분석되는 나노선의 직경은 50~500nm인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
상기 반도체나노선 광특성 분석기에 의해 분석되는 나노선의 직경은 50~500nm인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석기.
나노선 정렬이 이루어지는 스테이지를 포함하는 나노선 광특성 분석방법에 있어서,
1) 나노선을 나노슬릿 위에 교차하여 정렬시키기 위해 상기 나노선과 연결된 나노선 정렬용 광섬유에 제1광을 조사하여 나노선을 정렬하는 단계;
2) 한 쌍의 금속 플레이트가 마주하여 형성되며, 상부에 상기 나노선이 교차하여 정렬된 것으로서 20nm~100nm 간격의 나노슬릿을 포함하는 스테이지에 제2광을 조사하는 단계;
3) 상기 제2광이 상기 나노슬릿 위에 정렬된 나노선에 투과되는 단계;
4) 상기 3)단계에 의해 나노선에 투과된 광이 나노선에서 방출된 후,
상기 나노선 정렬용 광섬유와 연결된 나노선의 일측에 대하여 상기 나노선의 반대쪽 일측에 연결된 광분석기 전달용 광섬유에 전달되는 단계; 및
5) 상기 4)단계에 의해 전달된 광이 다시 광분석기에 전달되어 반도체 나노선의 광특성이 분석되는 단계;
를 포함하는 반도체 나노선 광특성 분석방법.
1) 나노선을 나노슬릿 위에 교차하여 정렬시키기 위해 상기 나노선과 연결된 나노선 정렬용 광섬유에 제1광을 조사하여 나노선을 정렬하는 단계;
2) 한 쌍의 금속 플레이트가 마주하여 형성되며, 상부에 상기 나노선이 교차하여 정렬된 것으로서 20nm~100nm 간격의 나노슬릿을 포함하는 스테이지에 제2광을 조사하는 단계;
3) 상기 제2광이 상기 나노슬릿 위에 정렬된 나노선에 투과되는 단계;
4) 상기 3)단계에 의해 나노선에 투과된 광이 나노선에서 방출된 후,
상기 나노선 정렬용 광섬유와 연결된 나노선의 일측에 대하여 상기 나노선의 반대쪽 일측에 연결된 광분석기 전달용 광섬유에 전달되는 단계; 및
5) 상기 4)단계에 의해 전달된 광이 다시 광분석기에 전달되어 반도체 나노선의 광특성이 분석되는 단계;
를 포함하는 반도체 나노선 광특성 분석방법.
제 9항에 있어서,
상기 한 쌍의 금속 플레이트는 하단에 복수개의 오목한 홈이 위치하며, 상기 홈은 플레이트의 세로 방향으로 정렬되고, 상기 홈이 정렬된 세로 방향의 측면에서 서로 마주보면서 20nm~100nm 간격의 나노 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석방법.
상기 한 쌍의 금속 플레이트는 하단에 복수개의 오목한 홈이 위치하며, 상기 홈은 플레이트의 세로 방향으로 정렬되고, 상기 홈이 정렬된 세로 방향의 측면에서 서로 마주보면서 20nm~100nm 간격의 나노 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석방법.
제 9항에 있어서,
상기 2)단계에서 조사되는 제2광은 상기 금속 플레이트의 하단에 조사되어 표면 플라즈몬을 형성한 후 상기 나노슬릿을 통해 나노선에 투과되는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석방법.
상기 2)단계에서 조사되는 제2광은 상기 금속 플레이트의 하단에 조사되어 표면 플라즈몬을 형성한 후 상기 나노슬릿을 통해 나노선에 투과되는 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석방법.
제 9항에 있어서,
상기 나노선 광특성 분석방법에 의해 분석되는 나노선의 직경은 50~500nm인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석방법.
상기 나노선 광특성 분석방법에 의해 분석되는 나노선의 직경은 50~500nm인 것을 특징으로 하는 반도체 나노선 광특성 분석방법.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 반도체 나노선 광특성 분석기에 의해 분석되거나,
또는 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 반도체 나노선 광특성 분석방법에 의해 분석된 반도체 나노선.
또는 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 반도체 나노선 광특성 분석방법에 의해 분석된 반도체 나노선.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120147361A KR101338303B1 (ko) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120147361A KR101338303B1 (ko) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101338303B1 true KR101338303B1 (ko) | 2013-12-09 |
Family
ID=49987582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120147361A KR101338303B1 (ko) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101338303B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070105568A (ko) * | 2006-04-26 | 2007-10-31 | 엘지전자 주식회사 | 물질 분석용 칩과 이를 포함하는 물질 분석 장치 |
| KR20120004578A (ko) * | 2010-07-07 | 2012-01-13 | 광주과학기술원 | 광섬유형 피조 간섭계를 이용한 나노 변위 및 표면 형상 측정 장치 |
| KR101109093B1 (ko) | 2003-10-16 | 2012-01-31 | 소카 유니버시티 | 광화이버 센서 및 그를 이용한 측정 장치 |
-
2012
- 2012-12-17 KR KR1020120147361A patent/KR101338303B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101109093B1 (ko) | 2003-10-16 | 2012-01-31 | 소카 유니버시티 | 광화이버 센서 및 그를 이용한 측정 장치 |
| KR20070105568A (ko) * | 2006-04-26 | 2007-10-31 | 엘지전자 주식회사 | 물질 분석용 칩과 이를 포함하는 물질 분석 장치 |
| KR20120004578A (ko) * | 2010-07-07 | 2012-01-13 | 광주과학기술원 | 광섬유형 피조 간섭계를 이용한 나노 변위 및 표면 형상 측정 장치 |
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