KR101343014B1 - 나노솔더링 발열체 - Google Patents
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Abstract
작은 영역에 열을 제공하기 위한 기술 및 작은 영역에 열을 제공할 수 있는 장치가 제공된다. 예시적인 실시예에서, 제한적이지 않은 예시로서, 발열체(heating element)는 그로 인하여 일련의 인접하게 연결된 상부 표면을 정의하도록 그 일부로부터 연장된 적어도 하나의 벽을 가지는 기판, 및 전도성 재료를 포함하고 실질적으로 상부 표면 위에 배열된 전도층을 포함하고, 적어도 하나의 벽의 최외각부는 그 위에 에칭된 부분을 가진다. 상술한 요약은 예시적인 것일 뿐이고 어떠한 방식으로든 제한을 의도한 것이 아니다. 전술한 예시적인 태양, 실시예, 및 특징에 더하여 추가적인 태양, 실시예 및 특징이 도면 및 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 분명하게 될 것이다.
Description
매우 작은 영역에 열을 제공하는 것은 표면 상에서의 열 활성화 중합(heat activated polymerization), 국지적인 화학 변형(local chemical transformation), 및 나노솔더링(nanosoldering)과 같은 많은 분야에서 수행된다. 가열될 영역의 크기 제한을 고려하면, 나노 기술(nano-technology)에서의 발전이 아주 작은 영역에 열을 제공하기 위한 응용(application)에 적용될 수 있다는 것이 예상된다. 탄소 나노튜브 또는 그라핀(graphene)과 같은 새로운 탄소 재료는, 그 높은 전기 전도성(electrical conductivity) 및 작은 크기로 인하여 그러한 응용에 있어 유망하다.
도 1a는 발열체(heating element)의 예시적인 실시예의 투시도를 도시하고, 도 1b는 발열체의 예시적인 실시예의 정면도를 도시한다.
도 2는 (a)도 1에서 도시된 발열체의 벽의 최외각부(outermost portion) 및 (b)탄소 나노튜브(CNT)의 격자 무늬 같은 구조(gridlike structure) 내의 에칭된 부분(etched portion)을 나타내는 벽의 최외각부의 확대도를 도시한다.
도 3은 발열체에 그라핀 시트(graphene sheet)가 적용된 발열체의 예시적인 실시예의 투시도를 도시한다.
도 4는 세개의 벽을 가지는 발열체의 예시적인 실시예의 투시도를 도시한다.
도 5는 도 1에 도시된 발열체가 중합에 적용된 예시적인 실시예의 분해된 투시도를 도시한다.
도 6은 도 1에 도시된 발열체가 나노솔더링에 적용된 예시적인 실시예의 분해된 투시도를 도시한다.
도 7은 작은 영역에 열을 제공하는 발열체를 제조하기 위한 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 8은 적어도 하나의 벽을 형성하기 위한 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 9a 내지 도 9h는 도 8에 도시된 방법을 예시하는 일련의 도해를 도시한다.
도 10은 기판 위에 적어도 하나의 벽을 형성하기 위한 방법의 다른 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 11a 내지 도 11c는 도 10에 도시된 방법을 예시하는 일련의 도해를 도시한다.
도 2는 (a)도 1에서 도시된 발열체의 벽의 최외각부(outermost portion) 및 (b)탄소 나노튜브(CNT)의 격자 무늬 같은 구조(gridlike structure) 내의 에칭된 부분(etched portion)을 나타내는 벽의 최외각부의 확대도를 도시한다.
도 3은 발열체에 그라핀 시트(graphene sheet)가 적용된 발열체의 예시적인 실시예의 투시도를 도시한다.
도 4는 세개의 벽을 가지는 발열체의 예시적인 실시예의 투시도를 도시한다.
도 5는 도 1에 도시된 발열체가 중합에 적용된 예시적인 실시예의 분해된 투시도를 도시한다.
도 6은 도 1에 도시된 발열체가 나노솔더링에 적용된 예시적인 실시예의 분해된 투시도를 도시한다.
도 7은 작은 영역에 열을 제공하는 발열체를 제조하기 위한 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 8은 적어도 하나의 벽을 형성하기 위한 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 9a 내지 도 9h는 도 8에 도시된 방법을 예시하는 일련의 도해를 도시한다.
도 10은 기판 위에 적어도 하나의 벽을 형성하기 위한 방법의 다른 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 11a 내지 도 11c는 도 10에 도시된 방법을 예시하는 일련의 도해를 도시한다.
이하의 상세한 설명에서, 여기의 일부를 구성하는 첨부 도면에 대한 참조가 이루어진다. 도면에서, 유사한 부호는, 문맥에서 다른 지시가 없다면, 일반적으로 유사한 구성요소를 식별한다. 상세한 설명, 도면, 및 청구항에서 기술된 실시예들은 제한하는 것으로 의미되지 않는다. 여기에 제시된 대상의 범위와 사상을 벗어나지 않고, 다른 실시예가 이용될 수 있고, 다른 변형이 이루어질 수 있다. 여기에서 일반적으로 기술되고 도면에서 도시된 바와 같은 본 개시의 태양들이 다양한 다른 구성으로 배열, 대체, 조합, 분리, 및 설계될 수 있음과, 이 모두가 여기에서 명확히 고려됨이 쉽게 이해될 것이다.
넓은 범위의 응용으로 많은 새로운 장치를 생성하기에 적합할 수 있는, 나노구조물(nanostructure)과 같은, 소형의 구조물(small-scale structure)은 그 작은 크기 때문에 제조하기가 어렵다. 나노 단위의 발열 영역을 가진 발열체는 표면 상의 열 활성화 중합, 국지적인 화학 변형 및 나노솔더링과 같은 분야에 적용될 수 있다. 본 개시에서 설명되는 기술은 나노 크기의 작은 영역에 국지적으로 열을 가하기 위한 새로운 발열체를 이용한다. 일부 실시예에서, 발열체는 그 상부 표면 상에 배열된 CNT 필름을 가지고, CNT 필름의 적어도 하나의 돌출부(prominent portion)는 다른 나머지 부분보다 더 낮은 전도성을 가지도록 에칭(etch)된다. 따라서, 전압이 발열체에 인가되면, 에칭된 부분은 저항으로 동작할 수 있고 이에 따라 선택적으로 가열될 수 있다. 에칭된 부분이 나노미터 단위의 폭을 가지기 때문에, 가열되는 영역은 상당히 작다.
도 1a 및 1b는 각각 매우 작은 영역에 열을 제공하는데 이용될 수 있는 발열체(100)의 예시적인 실시예의 투시도 및 정면도를 도시한다. 도 1a 및 1b에서 도시된 바와 같이, 발열체(100)는 돌출부(120)(이하 "벽")를 가지는 기판(110)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 벽(120)은 기판(110)의 일부로부터 기판(110)의 다른 부분에 대하여 실질적으로 수직 방향으로 연장될 수 있고 인접하게 연결된 상부 표면(130)을 정의할 수 있다. 예컨대, 다른 부분은 벽(120)을 형성하지 않는 기판(110)의 일부분을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(110)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer), 유리(glass) 또는 석영(quartz) 중 하나를 이용하여 제조될 수 있다. 발열체(100)는 전도층(conducting layer)을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, CNT 필름(140)이 전도층으로서 역할할 수 있고 기판(110)을 탄소 나노튜브(CNT)로 코팅하도록 상부 표면(130) 상에 배열될 수 있다. 도 1a 및 도 1b에서, CNT 필름(140)의 두께는 예시 목적으로 과장된다. CNT는 고 애스펙트비(aspect ratio)의 미세 탄소 재료(microspcopic carbon material)를 포함하고, 그 각각은 나노미터 단위의 외부 직경(outer diameter) 및 약 0.5 나노미터에서 수십 마이크로미터의 길이를 가진다. 특히, CNT 각각은 균일하게 배열된 탄소 원자를 가지는 중공 원통(hollow cylinder)의 모양을 가질 수 있다. 상술한 특징을 가지는 CNT는 전계 집중(electric field concentration)을 순조로이 제공할 수 있고 높은 방출 전류 밀도(emission current density)를 제공할 수 있으며, 매우 안정된 화학적 및 물리적 특성을 가질 수 있다. 벽(120)의 최외각부(150)는 벽(120)의 다른 나머지 부분보다 더 낮은 전도성을 가지는 하나 이상의 에칭된 부분(144)을 포함할 수 있다. 특정 전압이 외부 회로(도시되지 않음)를 통하여 발열체(100)에 인가되는 경우, 미리 정해진 전류가 발열체(100)를 통하여 흐를 수 있어, 에칭된 부분(144)은 저항으로 동작하고, 그 선택적인 가열을 야기한다.
도 2는 발열체(100)의 벽(120)의 최외각부(150)의 일부(151)의 예시적인 실시예의 확대도를 도시한다. 도 2를 참조하면, CNT 필름(140)은 CNT의 격자 무늬 같은 구조를 가질 수 있고, 최외각부(150) 상에 배치된 CNT의 격자 무늬 같은 구조의 적어도 일부는 하나 이상의 에칭된 부분(144)을 형성하도록 깨질 수 있다. 하나 이상의 에칭된 부분(144)의 깨진 구조는 에칭된 부분(144)의 저항성을 높이도록 에칭된 부분(144)의 전기적 특성을 바꾼다. 따라서, 에칭된 부분(144)의 전도성은 벽(120)의 다른 부분보다 낮게 될 수 있다. 이 경우, 특정 전압이 발열체(100)에 인가되면, 에칭된 부분(144)은 저항으로 동작할 수 있고, 그것의 선택적인 가열을 야기할 수 있다. 벽(120)의 최외각부(150)가 나노미터 단위의 폭을 가질 수 있기 때문에, 발열체(100)에서 가열되는 영역(즉, 실질적으로 에칭된 부분(144))은 상당히 작을 수 있다. 상술한 구조를 가지는 발열체(100)는 나노솔더링 및 국지적인 화학 변형과 같은 응용에서 작은 영역에 열을 제공하기에 적합할 수 있다.
일 실시예에서, CNT 필름(140)은 그 전기적 특성이 금속성 또는 반도체성인 다양한 단일벽 탄소 나노튜브(single-walled carbon nanotube; SWNT), 즉 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT) 또는 금속성 SWNT를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(110)이 요구되는 특성을 가질 수 있도록 기판(110)은 적절한 실란(silane)에 의해 기능화(functionalization)될 수 있다. 기능화는 요구되는 특성을 위하여 실란에 포함된 화학 작용기를 기판(110)에 도입한다. 특히, 기판(110)이 금속성 SWNT에 상호 작용하고 선택적으로 결합하는 것으로 알려진 페닐기로 끝나는 실란(phenyl-terminated silane)과 같은 방향성 분자(aromatic molecule)에 의해 기능화되면, 금속성 SWNT는 기판(110)으로 선택적으로 흡수될 수 있다. 이 경우, 발열체(100)는 페닐기로 끝나는 실란이 없는 것에 비하여 높은 전도성을 가질 수 있다. 아래는 여기에서 이용된 페닐기로 끝나는 실란의 화학식이다. 기판(110)을 기능화하기 위한 기타 방향성 분자는 포르피린(porphyrin), 프탈로시아닌(phthalocyanine), 또는 페리렌(perylene)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 발열체(100)는 실질적으로 CNT 필름(140) 위에 배열된 보호층(protection layer)(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 보호층은 기판(110) 위에서 CNT 필름(140)의 접착성을 높이도록 사용될 수 있다. 보호층의 존재로 인하여, 전기가 외부 회로(도시되지 않음)로부터 발열체(100)로 흐를 경우, 전자 방출시 전자의 표면 장벽(surface barrier)이 실질적으로 증가될 수 있다. 따라서, 방출 효율이 상당히 감소될 수 있다. 이는 벽(120)을 가지는 기판(110) 및 CNT 필름(140) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 보호층이 실질적으로 그 위에 증착되고 유지될 수 있도록 보호층은 전체 표면에 걸쳐 균일한 압력으로 CNT 필름(140)의 표면에 가해질 수 있다. 보호층의 두께는 100nm보다 작을 수 있다. 보호층은 이산화 규소(silicon dioxide(SiO2)), 플루오르규산염 유리(fluorosilicate glass(FSG)), 테트라에틸 오르토규소 산화물(tetraethyl orthosilicate(TEOS) oxide), 실란올(silanol(SiOH)), 액상 산화물(flowable oxide(Fox)), 바닥 반사 방지막(bottom anti-reflective coating(BARC)), 반사 방지막(anti-reflective coating(ARC)), 포토레지스트(photoresist(PR)), 거의 마찰이 없는 탄소(near-frictionless carbon(NFC)), 탄화 규소(silicon carbide(SiC)), 산탄화 규소(silicon oxycarbide(SiOC)), 및/또는 탄소로 도핑된 산화 규소(carbon-doped silicon oxide(SiCOH))와 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
도 3은 기판(310) 위에 그라핀 시트(340)를 가지는 발열체(300)의 예시적인 실시예의 투시도를 도시한다. 이 실시예에서, 발열체(300)는 돌출된 부분(320)(이하 "벽")을 가지는 기판(310)을 포함할 수 있다. 벽(320)은 도 1에서 도시된 벽(120)과 유사한 구조를 가지므로, 그 상세한 설명은 생략된다. 추가적으로, 기판(310)은 실리콘 웨이퍼, 유리 또는 석영 중 하나를 이용하여 제조될 수 있다. 그라핀 시트(340)는 기판(310)을 그라핀으로 코팅(coat)하도록 기판(310)의 상부 표면(330) 상에 배열될 수 있다. 그라핀 시트(340)는 다수의 탄소 원자가 서로 공유 결합(covelantly bound)된 다환식(polycyclic) 방향성 분자를 포함한다. 공유 결합된 탄소 원자는 반복 단위로서 6원자 고리(6-membered rings)를 형성하고, 추가적으로 5원자 고리 및/또는 7원자 고리를 형성할 수 있다. 따라서, 그라핀 시트(340)는 마치 공유 결합된 탄소 원자가 그것에 의해 단층을 형성하는 것처럼 보일 수 있다. 그라핀 시트(340)는 거기에 포함된 7원자 고리 및/또는 5원자 고리의 양에 따라 다양한 구조를 가질 수 있다. 그라핀 시트(340)는 약 100nm의 두께를 가질 수 있는 하나 이상의 그라핀 층을 가질 수 있다. 상술한 특징을 가지는 그라핀 시트(340)는 전계 집중을 순조로이 제공할 수 있고, 높은 방출 전류 밀도를 제공할 수 있으며, 매우 안정된 화학적 및 물리적 특징을 가진다.
벽(320)의 최외각부(322)는 하나 이상의 에칭된 부분(324)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 산소 플라즈마 처리(oxygen plasma treatment)가 그라핀 시트(340)를 에칭하도록 수행될 수 있다. 그라핀 시트(340)는 결합된 탄소의 시트이므로, 에칭된 부분(324)에서 탄소의 프레임 구조의 일부는 깨진다. 따라서, 에칭된 부분(324)의 전도성은 다른 부분의 그것보다 낮을 수 있다.
도 4는 기판(410) 상에 하나 초과의 벽(예컨대, 세개의 벽(420, 422 및 424))을 가지는 발열체(400)의 예시적인 실시예의 투시도를 도시한다. 발열체(400)는 기판(410) 상에 세개의 벽(420, 422 및 424)이 형성되는 것을 제외하고는 발열체(100)와 유사하거나 실질적으로 동일하다. 따라서, 그 상세한 설명은 생략된다. 일 실시예에서, 세개의 벽(420, 422 및 424)은 수백 나노미터의 높이 및 폭을 가진다. 발열체(400)는 인접하게 연결된 상부 표면(430)을 가지고, 그 상부 표면(430) 상에서 CNT 필름(440)이 배열될 수 있다. 추가적으로, 벽(420, 422 및 424) 각각은 증가된 저항성을 가지는 하나 이상의 에칭된 부분(433)을 가진다. 전압이 외부 회로(도시되지 않음)를 통하여 발열체(400)에 인가되면, 에칭된 부분(433)은 선택적으로 가열될 수 있다. 당업자에 의하여, 발열체(400)에 형성된 임의의 다양한 벽이 사용될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
도 5는 발열체(500)가 중합에 사용되는 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 발열체(500)는 각각 도 1 및 도 3에서 도시된 발열체(100) 및 발열체(300) 중 하나와 유사한 구조를 가질 수 있다. 추가적으로, 벽(504)의 최외각부(508)는 도 1 내지 도 3에 대하여 상술한 바와 같은 동일한 방법을 이용하여 에칭될 수 있어, 최외각부(508)의 전도성은 벽(504)의 다른 부분의 그것보다 더 낮을 수 있도록 한다.
중합의 목적으로, 고분자 필름(510)과 같은 고분자 재료는 그것의 하나의 평면 표면이 도 5에서 도시된 바와 같이 벽(504)의 최외각부(508)와 마주하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 고분자 필름(510)은 벽(504)의 최외각부(508)와 접촉하여 배치될 수 있거나, 최외각부(508)로부터 생성된 열이 고분자 필름(510)에 효과적으로 전달될 수 있도록 하는 벽(504)의 최외각부(508)에 대한 특정 거리에 배치될 수 있다. 외부 회로(520)로부터 발열체(500)로 전기가 흐르면, 벽(504)의 최외각부(508)에서의 에칭된 부분은 선택적으로 가열될 수 있고 최외각부(508)로부터 생성된 열은 고분자 필름(510)으로 전달될 수 있다. 발열체(500)로부터 열이 제공됨에 의해, 고분자 필름(510) 내의 열 활성 개시자(heat-activated initiator)가 활성화될 수 있으며, 이에 따라 중합을 수행할 수 있다.
도 6은 발열체(600)가 나노솔더링에 사용되는 다른 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 발열체(600)는 각각 도 1 및 도 3에 도시된 발열체(100) 및 발열체(300) 중 하나와 유사한 구조를 가질 수 있다. 추가적으로, 벽(604)의 최외각부는 도 1 내지 도 3에 대하여 상술한 바와 같은 방법을 이용하여 에칭될 수 있어, 최외각부의 전도성은 벽(604)의 다른 부분의 그것보다 더 낮을 수 있다.
나노솔더링의 목적으로, 솔더링될 나노 재료를 가지는 대상(예컨대, 나노 단위 회로)은 솔더링될 나노 재료가 도 6에서 도시된 바와 같이 벽(604)의 최외각부와 마주하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 발열체(600)는, 벽(604)의 최외각부가 솔더링될 대상의 영역(610)에 대해 금속성 입자(614)가 솔더링에 의해 서로 결합될 나노 재료(602) 사이에 미리 배열되도록 하는 거리에 배치되거나 실질적으로 접촉하여 배치되도록 배열될 수 있다. 외부 회로(620)로부터 전기가 발열체(600)로 흐르면, 벽(604)의 최외각부에서 에칭된 부분은 금속 입자(614)로 나노 재료(602)를 솔더링하도록 가열된다. 일 실시예에서, 금속 입자(614)는 나노 크기로 형성될 수 있다. 그러한 경우에, 금속 입자(614)의 녹는점이 벌크 금속 재료(bulk metal material)보다 훨씬 낮기 때문에, 금속 입자(614)는 벽(604)의 최외각부로부터 생성되는 적은 양의 열로도 거의 녹을 것이다.
도 7은 작은 영역에 열을 제공하는 발열체를 제조하기 위한 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다. 발열체는 기판 위에 적어도 하나의 벽을 형성하는 단계(블록 710), 코팅 재료로 벽의 상부 표면을 코팅하는 단계(블록 720), 및 적어도 하나의 벽의 적어도 일부를 에칭하는 단계(블록 730)에 의해 제조될 수 있다. 도 8 및 도 9a 내지 도 9h를 참조하여, 도 7의 방법을 위한 상세한 설명이 이하에서 제공될 것이다. 도 8은 기판 위에 적어도 하나의 벽을 형성하기 위한 방법의 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다. 도 9a 내지 도 9h는 도 8에서 도시되는 방법을 예시하는 일련의 도해를 도시한다.
도 9a를 참조하면, 에치 마스크 층(etch mask layer)(912)이 화학 증착(chemical vapor deposition) 또는 포토리소그래피(photolithographic) 기술과 같은 임의의 다양한 잘 알려진 제조 프로세스를 이용하여, 실리콘 웨이퍼, 유리 또는 석영과 같은 기판(910) 위에 배열된다. 에치 마스크 층(912)은 후속 처리를 위한 핀홀이 없는 에치 장벽(pinhole-free etch barrier)을 제공하도록 충분히 두꺼울 수 있고 극히 미세한 크기를 정확하게 기록(register)하도록 충분히 얇을 수 있다. 에치 마스크 층(912)은 Si3N4, SiO2 또는 텅스텐과 같은 재료를 포함할 수 있다. 도 9b에서 도시되는 바와 같이, 포토레지스트 층(914)이 에치 마스크 층(912) 위에 배열된다(블록 820). 일 실시예에서, 포토레지스트 층(914)은 약 150nm 내지 약 200nm의 두께일 수 있다. 도 9c를 참조하면, 포토레지스트 층(914)은 적절한 리소그래피 패턴(916)을 형성하도록 통상적인 리소그래피 기술을 이용하여 노출된다. 포토레지스트 층(914)은 리소그래피 패턴(916)이 에치 마스크 층(912) 상에 남도록 도 9d에서 도시되는 바와 같이 에칭된다(블록 840). 도 9e에서, 에치 마스크 층(912)은 리소그래피 패턴(916) 밑에 배열된 에치 마스크 층(912)의 일부가 기판(910) 상에 남도록 하는 방식으로 에칭된다(블록 850). 일 실시예에서, 에치 마스크 층(912)이 질화물 재료를 포함하는 경우, CF4 부식액이 에치 마스크 층(912)을 에칭하는데 사용될 수 있다. 도 9f에서 도시되는 바와 같이, 나머지 포토레지스트 층(즉, 리소그래피 패턴(916))은 적절한 에칭 프로세스에 의해 제거된다(블록 860). 도 9g는 에칭 이전의 기판(910)을 도시하고, 도 9g에서 도시되는 바와 같이, 기판(910)의 다른 부분이 에칭되는 한편 에치 마스크 층(912) 밑에 배열된 기판(910)의 일부가 남도록 에칭 프로세스가 기판(910) 위에서 수행된다(블록 870). 따라서, 에칭 프로세스가 완료된 후에, 벽(911)(즉, 돌출된 부분)은, 도 9g에서 도시되는 바와 같이, 에치 마스크 층(912)과 기판(910)의 에칭되지 않은 부분 사이에 형성된다. 일 실시예에서, 블록 840, 블록 850, 및 블록 870에서의 에칭 프로세스는 KOH 에칭 프로세스, 또는 플라즈마 에칭과 같은 잘 알려진 에칭 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 벽(911)이 형성되지 않은 노출된 기판(910)의 영역은 KOH 습식 에칭과 같은 고도의 이방성 에칭 프로세스(anisotropic etching process)로 에칭된다. 대안적으로, 반응성 이온 에칭(reactive-ion etching) 또는 이온 밀링(ion-milling)과 같은 이방성 에칭 프로세스가 이용될 수 있다. 에치 마스크 층(912)은 도 9h에서 도시된 바와 같이 적절한 에칭 프로세스에 의해 제거되어(블록 880), 벽(911)이 기판(910) 상에 남도록 한다. 벽(911)이 기판(910)과 동일한 재료를 가지고 기판(910)의 일부분을 에칭함에 의해 형성되기 때문에, 일련의 연속적으로 연결된 상부 표면(130)이 기판(910) 위에 형성된다.
도 7을 다시 참조하면, 전도층이 기판 및 벽에 의해 정의되는 상부 표면 상에 배열된다(블록 720). 일 실시예에서, CNT 필름과 같은 전도층은 상부 표면 상에 배열될 수 있다. CNT 필름은 전이(transfer), 코팅, 스프레잉(spraying), 또는 스크린 프린팅 방법(screen printing method) 중 임의의 하나에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 상부 표면은 스프레잉, 디핑(dipping) 및 롤 코팅(roll coating)을 포함하는 습식 코팅(wet coating), 또는 건식 코팅(dry coating)과 같은 통상적인 코팅 기술을 이용하여 CNT로 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 그라핀 시트가 전도층으로 이용될 수 있다. 그라핀 시트는 미소기계적인 방법(micromechanical method) 또는 SiC 열분해에 의해 준비될 수 있다. 미소기계적인 방법에서, 흑연(graphite)으로부터 분리된 그라핀 시트는 흑연 샘플에 테이프를 부착하고 테이프를 떼는 것에 의해 테이프(예컨대, "스카치"라는 상표명으로 판매되는 테이프)의 표면 상에 준비될 수 있다. SiC 열분해에서, SiC 단결정이 표면 상에서 SiC의 분해에 의해 Si를 제거하도록 가열되고, 이에 따라 남은 탄소(C)는 그라핀 시트를 형성한다.
벽의 최외각부는 에칭된다(블록 730). 일 실시예에서, O2 플라즈마 에칭 또는 메탄 플라즈마 에칭과 같은 플라즈마 에칭(plasma etching)이 벽의 최외각부를 에칭하기 위해 수행될 수 있다. 에칭 프로세스를 통하여, 전도성 재료, 즉 CNT 또는 그라핀의 탄소 구조는 깨지고, 이에 따라 벽의 최외각부의 전도성은 다른 부분의 그것보다 낮게 된다. 일 실시예에서, 보호층이 전도층 상에 추가적으로 배열될 수 있다. 보호층은 스퍼터링(sputtering)에 의하여, 또는 화학 증착(CVD)과 같은 증착 방법에 의하여 형성될 수 있다.
도 10은 기판 위에 복수의 벽을 형성하기 위한 방법의 다른 예시적인 실시예의 흐름도를 도시한다. 도 11a 내지 도 11c는 도 10에서 도시된 방법을 예시하는 일련의 도해를 도시한다. 도 11a에서 도시되는 바와 같이, 각각 실리콘 또는 크롬으로 만들어진 다수의 나노구조물(1110)이 기판(1120) 위에 배치된다. 나노구조물(1110)은 리소그래피, 에칭 또는 퇴적 기술(deposition technique)과 같은, 임의의 다양한 잘 알려진 제조 기술을 이용하여 사전에 준비될 수 있다. 일정 간격이 나노구조물(1110)과 플레이트(plate)(1140) 사이에 형성되도록 플레이트(1140)가 나노구조물(1110) 상에 배치된다(블록 1020). 일 실시예에서, 플레이트(1140)가 나노구조물(1110)과 미리 정해진 간격을 유지하도록 로컬 스페이서(local spacer)(1130)가 기판(1120) 위에 배열될 수 있다. 예시의 목적으로, 플레이트(1140)가 나머지 구조물(로컬 스페이서(1130), 나노구조물(1110), 기판(1120) 등)로부터 분리된 것으로 도시된다. 나노구조물(1110)은 가열에 의하여 녹고 액화된다(블록 1030). 특히, 도 11b에서 도시된 바와 같이, 가열은 (플러드(flood) 또는 마스킹된 빔(masked beam)의 형태로) 특정 파장의 레이저 빔(1150)을 이용하여 플레이트(1140) 상에서 수행될 수 있고, 특정 파장의 레이저 빔은 플레이트(1140)를 통하여 낮은 온도에서 (고체 상태의) 나노구조물(1110)을 녹이도록 (도 11a에서 도시된 바와 같은) 특정양의 에너지를 방출한다. 펄스 레이저(pulsed laser) 및 지속파 레이저(continuous-wave laser) 둘다 나노구조물(1110)을 녹이는데 사용될 수 있다. 나노구조물(1110) 및 플레이트(1140) 사이의 상호작용은 녹은 나노구조물(1110)이 (액체 표면장력에 반대로) 플레이트(1140)에 닿도록 일어나도록 할 수 있으며, 이는 새로운 모양의 나노구조물(1160)을 형성하여, 그 결과 더 큰 높이 및 더 좁은 선 폭, 매끄러운 모서리, 수직의 측벽, 및 평평한 상부가 된다. 블록 1040에서, 냉각 및 제거 프로세스가 수행되고, 그렇게 함으로써 스페이서(1130) 및 플레이트(1140)가 제거되고 도 11c에서 도시되는 바와 같이 기판(1120) 위에 벽(1170)의 형성이 완료된다. 스페이서(1130) 및 플레이트(1140)는 벽(1170)이 기판(1120) 위에 형성된 이후에는 필요하지 않을 수 있다.
여기에서 개시된 본 프로세스 및 방법, 그리고 기타 프로세스 및 방법에 대하여, 프로세스 및 방법에서 수행된 기능은 다른 순서로 구현될 수 있음이 인식되어야 한다. 또한, 서술한 단계 및 동작은 단지 예시로서 제공된 것이고, 개시된 실시예의 본질로부터 벗어나지 않고 추가적인 단계 및 동작으로 확장될 수 있거나, 더 적은 단계 및 동작으로 조합될 수 있거나, 일부의 단계 및 동작은 선택적인 것일 수 있다.
본 개시는 다양한 태양의 실시예로서 의도된 본 출원에 기술된 특정 예들에 제한되지 않는다. 많은 수정과 변형들이 그 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 여기에 열거된 것들에 더하여, 본 개시의 범위 안에서 기능적으로 균등한 방법과 장치가 명백할 것이다. 그러한 수정과 변형들은 첨부된 청구항의 범위에 들어가도록 의도된 것이다. 본 개시는 첨부된 청구항의 용어와 그러한 청구항에 부여된 균등물의 전 범위에 의해서만 제한될 것이다. 본 개시가 물론 다양할 수 있는 특정 방법, 시약, 합성 구성 또는 생물학적 시스템에 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 또한, 여기에서 사용된 용어는 특정 실시예를 기술하기 위한 목적이고, 제한하는 것으로 의도되지 않음이 이해될 것이다.
여기에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수의 용어의 사용에 대하여, 맥락 및/또는 응용에 적절하도록, 복수를 단수로 및/또는 단수를 복수로 해석해야 한다. 다양한 단수/복수의 치환은 명확성을 위해 여기에서 명시적으로 기재될 수 있다.
일반적으로 본 개시에 사용되며 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위)에 사용된 용어들이 일반적으로 "개방적(open)" 용어(예를 들어, 용어 "포함하는"은 "포함하지만 이에 제한되지 않는"으로, 용어 "갖는"는 "적어도 갖는"으로, 용어 "포함하다"는 "포함하지만 이에 한정되지 않는" 등으로 해석되어야 함)로 의도되었음을 이해되어야 한다. 또한, 도입된 청구항의 기재사항의 특정 수가 의도된 경우, 그러한 의도가 청구항에 명시적으로 기재될 것이며, 그러한 기재사항이 없는 경우, 그러한 의도가 없음이 또한 인식 되어야 한다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해, 이하의 첨부 청구범위는 "적어도 하나" 및 "하나 이상" 등의 도입 구절의 사용을 포함하여 청구항 기재사항을 도입할 수 있다. 그러나, 그러한 구절의 사용이, 부정관사 "하나"("a" 또는 "an")에 의한 청구항 기재사항의 도입이, 그러한 하나의 기재사항을 포함하는 실시예로, 그러한 도입된 청구항 기재사항을 포함하는 특정 청구항을 제한함을 암시하는 것으로 해석되어서는 안되며, 동일한 청구항이 도입 구절인 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 "하나"("a" 또는 "an")과 같은 부정관사(예를 들어, "하나"는 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 일반적으로 해석되어야 함)를 포함하는 경우에도 마찬가지로 해석되어야 한다. 이는 청구항 기재사항을 도입하기 위해 사용된 정관사의 경우에도 적용된다. 또한, 도입된 청구항 기재사항의 특정 수가 명시적으로 기재되는 경우에도, 그러한 기재가 일반적으로 적어도 기재된 수(예를 들어, 다른 수식어가 없는 "두개의 기재사항"을 단순히 기재한 것은, 일반적으로 적어도 두 개의 기재사항 또는 두 개 이상의 기재사항을 의미함)를 의미하도록 해석되어야 함이 인식 되어야 한다. 또한, "A, B 및 C 중의 적어도 하나"와 유사한 규칙이 사용된 경우에는, 일반적으로 그러한 해석은 당업자가 그 규칙을 이해할 것이라는 전제가 의도된 것이다(예를 들어, "A, B 및 C 중의 적어도 하나를 갖는 시스템"은, A만을 갖거나, B만을 갖거나, C만을 갖거나, A 및 B를 함께 갖거나, A 및 C를 함께 갖거나, B 및 C를 함께 갖거나, A, B, 및 C를 함께 갖는 시스템을 포함하지만 이에 제한되지 않음). "A, B 또는 C 중의 적어도 하나"와 유사한 규칙이 사용된 경우에는, 일반적으로 그러한 해석은 당업자가 그 규칙을 이해할 것이라는 전제가 의도된 것이다(예를 들어, "A, B 또는 C 중의 적어도 하나를 갖는 시스템"은, A만을 갖거나, B만을 갖거나, C만을 갖거나, A 및 B를 함께 갖거나, A 및 C를 함께 갖거나, B 및 C를 함께 갖거나, A, B, 및 C를 함께 갖는 시스템을 포함하지만 이에 제한되지 않음). 또한 실질적으로 어떠한 이접 접속어(disjunctive word) 및/또는 두 개 이상의 대안적인 용어들을 나타내는 구절은, 그것이 상세한 설명, 청구범위 또는 도면에 있는지와 상관없이, 그 용어들 중의 하나, 그 용어들 중의 어느 하나, 또는 그 용어들 두 개 모두를 포함하는 가능성을 고려했음을 이해할 것이다. 예를 들어, "A 또는 B"라는 구절은 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 마쿠쉬 그룹을 이용하여 본 개시의 특징 또는 양상이 기술될 때는, 당업자라면 본 개시가 또한 마쿠쉬 그룹의 임의의 개별 구성원 또는 구성원의 서브그룹을 이용하여 기술됨을 이해할 것이다.
서면의 기재를 제공하는 것과 같은 어떠한 그리고 모든 목적을 위해서, 본 개시에 기재된 모든 범위는 모든 어떠한 가능한 하위범위 및 그 하위범위의 조합을 또한 포괄함이 이해 되어야 한다. 임의의 나열된 범위는, 그 동일한 범위가 적어도 동일한 이분 범위, 삼분 범위, 사분 범위, 오분 범위, 십분 범위 등으로 분할될 수 있으며, 그러한 동일 범위를 충분히 기술하는 것으로 용이하게 인식될 수 있다. 제한되지 않은 예로서, 본 개시에 기재된 각 범위는, 하위 삼분, 중간 삼분, 상위 삼분 등으로 용이하게 분할될 수 있다. 또한, "까지(up to)", "적어도(at least)", “더 큰(greater than)”, “더 적은(less than)” 등과 같은 모든 언어는 인용된 수를 포함하며, 상술한 바와 같은 하위 범위로 분할될 수 있는 범위들을 나타냄이 이해되어야 한다. 마지막으로, 범위는 각 개별 구성요소를 포함됨이 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어, 1 내지 3 셀(cell)을 가지는 그룹은 1, 2 또는 3 셀을 가지는 그룹을 나타낸다. 유사하게, 1 내지 5 셀을 가지는 그룹은 1, 2, 3, 4 또는 5 셀을 가지는 그룹을 나타내는 등이다. 전술한 바로부터, 본 개시의 다양한 실시예는 예시된 목적으로 여기에서 기술되었고, 다양한 수정이 본 개시의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 만들어질 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 여기에서 개시된 다양한 실시예는 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 진정한 범위 및 사상은 이하의 청구항에 의해 나타난다.
Claims (20)
- 일련의 인접하여 연결된 상부 표면(top surface)을 정의하도록 그 일부로부터 연장된 적어도 하나의 벽을 포함하는 기판; 및
실질적으로 상기 상부 표면 위에 배열된 전도층(conduction layer)
을 포함하며,
상기 전도층은 상기 적어도 하나의 벽의 최외각부(outermost portion)상에 에칭된 부분(etched portion)을 가지는, 발열체(heating element). - 제1항에 있어서,
상기 전도층은 적어도 하나의 그라핀 시트(graphene sheet)를 포함하는, 발열체. - 제1항에 있어서,
상기 전도층은 적어도 하나의 CNT 필름을 포함하는, 발열체. - 제1항에 있어서,
실질적으로 상기 전도층 위에 배열되는 보호층(protection layer)을 더 포함하는 발열체. - 제4항에 있어서,
상기 보호층은 금속 재료, 금속 화합물, 또는 절연 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 발열체. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 벽은 상기 기판에 실질적으로 수직으로 배치되는, 발열체. - 제1항에 있어서,
실질적으로 상기 상부 표면 및 상기 전도층 사이에 배열되는 절연층을 더 포함하는 발열체. - 제7항에 있어서,
페닐기로 끝나는 실란(phenyl-terminated silane)이 상기 절연층의 적어도 일부에 더 가해지는, 발열체. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 벽은 수백 나노미터의 범위로 측정되는 높이 및 폭을 가지는, 발열체. - 기판의 일부로부터 연장되고 일련의 인접하게 연결된 상부 표면을 정의하도록 상기 기판 위에 적어도 하나의 벽을 형성하는 단계;
전도성 재료로 상기 상부 표면을 코팅하는 단계; 및
에칭에 의해 화학적으로 영향 받는 상기 전도성 재료의 에칭된 부분으로부터 만들어지는 에칭된 발열체부를 형성하도록 상기 전도성 재료의 적어도 일부를 에칭하는 단계
를 포함하고,
상기 에칭된 발열체부는 상기 에칭된 발열체부 각각의 저항보다 낮은 저항을 가지는 적어도 하나의 에칭되지 않은 부분에 분산되는, 발열체를 제조하는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 에칭하는 단계는 상기 적어도 하나의 벽의 최외각부 위에서 수행되는, 발열체를 제조하는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 코팅하는 단계는 상기 상부 표면 위에 적어도 하나의 CNT 필름을 배열하는 단계를 포함하는, 발열체를 제조하는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 코팅하는 단계는 상기 상부 표면 위에 적어도 하나의 그라핀 시트를 배열하는 단계를 포함하는, 발열체를 제조하는 방법. - 제10항에 있어서,
거기에 가해진 코팅을 가지는 상기 상부 표면에 보호층을 가하는 단계를 더 포함하는 발열체를 제조하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 보호층은, 스퍼터링(sputtering) 및 증착(vapor deposition) 방법 중 하나에 의하여, 거기에 가해진 코팅을 가지는 상기 상부 표면에 가해지는, 발열체를 제조하는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 벽은 에칭 기술을 이용하여 제조되는, 발열체를 제조하는 방법. - 제16항에 있어서,
상기 형성하는 단계는,
상기 기판 위에 에치 마스크 층(etch mask layer)을 배열하는 단계;
상기 에치 마스크 층 위에 포토레지스트 층(photoresist layer)을 배열하는 단계;
상기 포토레지스트 층 위에 리소그래피 패턴(lithography pattern)을 형성하는 단계;
상기 리소그래피 패턴을 둘러싸는 상기 포토레지스트 층의 일부를 에칭하는 단계;
상기 에치 마스크 층의 적어도 일부를 에칭하는 단계;
상기 포토레지스트 층으로부터 상기 리소그래피 패턴을 제거하는 단계;
상기 기판의 적어도 일부를 에칭하는 단계; 및
상기 기판으로부터 상기 에치 마스크 층을 제거하는 단계를 포함하는, 발열체를 제조하는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 형성하는 단계는 액화 기술(liquefaction technique)을 포함하는, 발열체를 제조하는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 에칭하는 단계는 플라즈마 에칭(plasma etching)에 의하여 수행되는, 발열체를 제조하는 방법. - 제16항에 있어서,
상기 형성하는 단계는,
상기 기판 위에 나노구조물(nanostructure)을 위치시키는 단계;
상기 나노구조물 위에 플레이트(plate)를 배치하는 단계;
상기 나노구조물을 에칭 및 액화하는 단계; 및
냉각 및 제거 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는, 발열체를 제조하는 방법.
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