KR101362099B1 - Conducting polymer nano wire by ultra-short pulses via an AFM cantilever and therof method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 고분자를 중합하는데 있어 극초단펄스전압을 이용하여, 원자현미경(Atomic force microscope)(이하 AFM 이라 함) 캔틸레버 팁(cantilever tip) 주위 국소지역에만 전기장이 형성되도록 하여, 나노 사이즈의 전도성 고분자 와이어를 만드는, AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법은, AFM Liquid cell(AFM 액체전지)에 AFM 캔틸레버 팁을 고정하고, AFM 캔틸레버 팁을 고정하는 스프링에 전선을 연결하는, AFM 캔틸레버 팁 고정단계; 극초단펄스 전압원의 양극을 AFM 샘플의 금 표면과 연결되어있는 전선에 연결하고, 음극은 AFM 캔틸레버 팁과 연결되어있는 전선에 연결하는, 극초단펄스 전압원 연결단계; AFM Liquid cell에 0.7 M 피롤 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 섞은 수용액을 주입하는, 수용액 주입단계; AFM으로 이미지하여 금 표면에 아무것도 없는 것을 확인하는, 금표면 확인단계; AFM 캔틸레버 팁으로 이미지(image)를 하는 동안 극초단펄스 전압을 인가하는, 전압인가 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention uses an ultra-short pulse voltage to polymerize a conductive polymer so that an electric field is formed only in a local region around an atomic force microscope (hereinafter referred to as an AFM) cantilever tip, thereby conducting nano-sized conductivity. The present invention relates to a method for producing conductive polymer nanowires using AFM cantilever and ultra-short pulse voltage to make polymer wires.
The conductive polymer nanowire manufacturing method of the present invention, AFM cantilever tip fixed to the AFM liquid cell (AFM liquid cell), AFM cantilever tip fixing step of connecting the wire to the spring fixing the AFM cantilever tip; Connecting an ultra-short pulse voltage source to a wire connected to the gold surface of the AFM sample, and connecting a cathode to a wire connected to the AFM cantilever tip; Injecting an aqueous solution of 0.7 M pyrrole aqueous solution and 0.002 M sulfuric acid aqueous solution into an AFM Liquid cell; A gold surface verification step of confirming that nothing is on the gold surface by imaging with AFM; And applying a very short pulse voltage during the imaging with the AFM cantilever tip.
Description
본 발명은 전도성 고분자를 중합하는데 있어 극초단펄스전압을 이용하여, 원자현미경(Atomic force microscope)(이하 AFM 이라 함) 캔틸레버 팁(cantilever tip) 주위 국소지역에만 전기장이 형성되도록 하여, 나노 사이즈의 전도성 고분자 와이어를 만드는, AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조 방법에 관한 것이다.The present invention uses an ultra-short pulse voltage to polymerize a conductive polymer so that an electric field is formed only in a local region around an atomic force microscope (hereinafter referred to as an AFM) cantilever tip, thereby conducting nano-sized conductivity. The present invention relates to a method for producing conductive polymer nanowires using AFM cantilever and ultra-short pulse voltage to make polymer wires.
전도성 고분자(Conducting Polymers, CP)는 전기적 전도도를 갖는 특수한 유기 고분자이다. 전도성 고분자 중에서도 폴리피롤(polypyrrole, PPY)과 폴리아닐닌(polyaniline, PAN)은 다루기 쉽고, 열과 화학적으로 안정하기 때문에 많은 연구에 사용되어 왔다. Conducting Polymers (CP) are special organic polymers with electrical conductivity. Among the conductive polymers, polypyrrole (PPY) and polyaniline (polyaniline, PAN) have been used in many studies because they are easy to handle and thermally and chemically stable.
더욱이 두 물질은 높은 전도성과 가벼운 무게 그리고 비용이 적은 특성을 갖고 있다. 전도성 고분자의 전기적 특성을 이용하여 전기 소자 개발에 많이 이용 되고 있다. 그 예로 전도성 고분자를 이용한 반도체(semiconductor), 다이오드(diodes), 트랜지스터(transistor), FET, LED, 센서(Sensor), 메모리(Memory) 소자 등 다양한 전기 소자 분야에서 이용되고 있다. Moreover, the two materials have high conductivity, light weight and low cost. It is widely used in the development of electrical devices by using the electrical properties of the conductive polymer. For example, it is used in various electric devices such as semiconductors, diodes, transistors, FETs, LEDs, sensors, and memory devices using conductive polymers.
최근 들어 전도성 고분자와 바이오 물질을 결합시켜 바이오 센서에도 많은 응용을 하고 있다. 전도성 고분자 나노 와이어를 중합하기 위해 모세관내 미소몰딩(micromolding in capillaries)를 이용한 방법, 마이크로 밀착 인화(micro-contact printing)을 이용한 방법, 다공성 템플릿(template)를 이용한 방법, 미소전극(microelectrode)를 이용하여 3차원적으로 중합한 방법 등 다양한 중합 방법들이 연구되고 있다.Recently, many applications have been made to biosensors by combining conductive polymers and biomaterials. To polymerize conductive polymer nanowires, methods using micromolding in capillaries, methods using micro-contact printing, methods using porous templates, and microelectrodes And various polymerization methods such as three-dimensional polymerization have been studied.
이 방법들에서도 고분자 단량체로 피롤(pyrroel), 아닐린(aniline), 티오펜(thiophene)을 기본으로 중합한다. 그중, 미소전극(microelectrode)를 이용한 전도성 고분자의 중합이 많은 관심을 받고 있기는 하지만, 미소전극 방법은 3전극 시스템이 요구되어 전도성 고분자 패턴을 공정하는데 있어서 복잡하게 된다.These methods also polymerize pyrroel, aniline and thiophene as polymer monomers. Among them, the polymerization of the conductive polymer using a microelectrode has received much attention, but the microelectrode method requires a three-electrode system, which is complicated in processing the conductive polymer pattern.
최근에는 전도성 고분자의 중합에 원자현미경(Atomic Force Microscopy, AFM)을 이용한 연구가 보고 되고 있다. AFM 캔틸레버 팁 끝은 수십 나노 정도의 크기를 갖고 있기 때문에 나노 패터닝에 적합하다. AFM을 이용한 전도성 고분자를 중합한 연구로는 전도성 고분자가 포함된 표면에 PMMA(Polymethylmethacrylate)층을 덮은 뒤 AFM 캔틸레버 팁이 지나가면서 전도성 고분자를 중합하는 연구 방법, 일반 고분자와 전도성 고분자가 결합되어 하나의 단량체를 갖는 물질을 이용하여 AFM 캔틸레버 팁에 전압을 인가하여 지나가게 되면 전도성 고분자가 중합되는 방법, 딥펜 나노리소그래피(dip-pen nanolithography)를 이용한 방법 등이 있다. Recently, studies using atomic force microscopy (AFM) for the polymerization of conductive polymers have been reported. The AFM cantilever tip tip is tens of nanometers in size, making it suitable for nanopatterning. Research on polymerizing conductive polymers using AFM includes a method of polymerizing a conductive polymer by covering a polymethylmethacrylate (PMMA) layer on a surface containing a conductive polymer, and then passing the AFM cantilever tip. When a material having a monomer is applied to the AFM cantilever tip by passing a voltage, the conductive polymer is polymerized, or a method using dip-pen nanolithography.
선행된 연구들에서는 표면에 절연층 또는 절연 고분자 단일체 또는 AFM 캔틸레버 팁에 코 된 형태로 전도성 고분자를 나노 패터닝 하기 때문에 복잡한 전처리 과정을 거치게 되며, 또한, 일반 고분자와 전도성 고분자가 결합된 경우는 전도성 고분자를 중한 한 뒤에 전도성 고분자만 따로 사용하는 것이 어렵다. In the preceding studies, the conductive polymer is nano-patterned in the form of an insulating layer or an insulating polymer monolith or a nose coated on an AFM cantilever tip. Therefore, a complicated pretreatment process is performed. It is difficult to use only conductive polymers separately after focusing.
따라서, 본 발명에서는 복잡한 전처리 과정 없이 전도성 고분자 나노 패터닝을 하기 위하여 극초단펄스(ultra-short pulse)를 사용하는 것을 제안한다. Accordingly, the present invention proposes to use ultra-short pulses to conduct conductive polymer nano patterning without complicated pretreatment.
일반적으로, 극초단펄스(Ultra-short pulse)는 micro/nano 크기의 가공(Machining) 하는 연구에서 이용되어왔으며, 극초단펄스(Ultra-short pulse)는 순간적으로만 전압이 인가 되기 때문에 국소 지역에 micro/nano 크기의 패터닝 하는 전압 신호로 적합하며, 또한, 극초단펄스(ultra-short pulse)는 AC 전압 신호 이기 때문에 여러 조건(주파수, 주기, 진폭 등)을 변화시켜 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 다양하게 조절 할 수 있다.In general, ultra-short pulses have been used in micro / nano-machining studies, and ultra-short pulses are applied to local areas only because voltage is applied instantaneously. It is suitable as a voltage signal for patterning micro / nano size. Also, since the ultra-short pulse is an AC voltage signal, the line width of the conductive polymer nano patterning can be changed by changing various conditions (frequency, period, amplitude, etc.). Various adjustments are possible.
따라서 본 발명에서는 AFM 캔틸레버 팁에 극초단펄스 전압을 인가하여 금 표면 위에 전도성 고분자 나노 패터닝을 형성시키고, 다양한 극초단펄스의 조건과 AFM 캔틸레버 팁의 속도를 변화하여, 선폭 사이즈를 마이크로에서 나노 사이즈까지 조절하는 전도성 고분자의 패터닝 방법을 제안한다.Therefore, in the present invention, the ultra-short pulse voltage is applied to the AFM cantilever tip to form conductive polymer nano patterning on the gold surface, and the conditions of various ultra-short pulses and the speed of the AFM cantilever tip are changed, and the line width size is changed from micro to nano size. We propose a patterning method for controlling conductive polymers.
즉, 본 발명은, 전도성 고분자를 중합하는데 있어 극초단펄스전압을 이용하여 AFM 캔틸레버 팁 주위국소지역에만 전기장이 형성되도록 하여 나노 사이즈의 전도성 고분자 와이어를 만들며, 전도성 고분자를 와이어 형태로 중합하는데 있어서 와이어 선폭 사이즈를 마이크로에서 나노 사이즈까지 극초단파펄스전압의 조건을 변경하여 조절할 수 있는, AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법을 제공하는 것이다.That is, the present invention, in the polymerization of the conductive polymer using an ultra-short pulse voltage so that the electric field is formed only in the local area around the AFM cantilever tip to make a nano-sized conductive polymer wire, the wire in the polymerization of the conductive polymer in the form of a wire The present invention provides a method for producing a conductive polymer nanowire using an AFM cantilever and an ultra-short pulse voltage, which can adjust the line width size by changing the conditions of the ultra-short pulse voltage from micro to nano size.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전도성 고분자를 중합하는데 있어 극초단펄스전압을 이용하여 AFM 캔틸레버 팁 주위국소지역에만 전기장이 형성되도록 하여 나노 사이즈의 전도성 고분자 와이어를 만드는, AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention, AFM cantilever and ultra-short pulse voltage to make a nano-sized conductive polymer wire by forming an electric field only in the local region around the AFM cantilever tip using the ultra-short pulse voltage in the polymerization of the conductive polymer It is to provide a method for producing a conductive polymer nanowires.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 전도성 고분자를 나노 와이어 형태로 중합하는데 있어 절연층을 만드는 복잡한 전처리과정이 필요 없는, AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a conductive polymer nanowire using an AFM cantilever and an ultra-short pulse voltage, which does not require a complicated pretreatment process for making an insulating layer to polymerize the conductive polymer into a nanowire form. will be.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전도성 고분자를 와이어 형태로 중합하는데 있어서 와이어 선폭 사이즈를 마이크로에서 나노 사이즈까지 극초단파펄스전압의 조건을 변경하여 조절할 수 있는, AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is the conductivity using the AFM cantilever and the ultra-short pulse voltage, which can be adjusted by changing the conditions of the ultra-short pulse voltage from the micro wire to the nano wire size in the polymerization of the conductive polymer in the form of a wire It is to provide a polymer nanowire manufacturing method.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전도성 고분자를 중합하는데 있어 삼전극 시스템을 사용하지 않고 극초단펄스전압만을 이용하여 전도성 고분자를 중합하는, AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to prepare a conductive polymer nanowire using an AFM cantilever and an ultra short pulse voltage, which polymerize the conductive polymer using only an ultrashort pulse voltage without using a three-electrode system in polymerizing the conductive polymer. To provide a way.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전도성 고분자를 중합하는데 있어 극초단펄스전압의 조건만 변경하면서 공정하게 되면 한번에 다양한 사이즈의 전도성 고분자 와이어를 만들 수 있는, AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is the polymerization using conductive AFM cantilever and ultra-short pulse voltage, which can produce conductive polymer wires of various sizes at once if the process is performed while changing only the conditions of ultra-short pulse voltage in polymerizing the conductive polymer. It is to provide a polymer nanowire manufacturing method.
본 발명의 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법은, AFM Liquid cell(AFM 액체전지)에 AFM 캔틸레버 팁을 고정하고, AFM 캔틸레버 팁을 고정하는 스프링에 전선을 연결하는, AFM 캔틸레버 팁 고정단계; 극초단펄스 전압원의 양극을 AFM 샘플의 금 표면과 연결되어있는 전선에 연결하고, 음극은 AFM 캔틸레버 팁과 연결되어있는 전선에 연결하는, 극초단펄스 전압원 연결단계; AFM Liquid cell에 0.7 M 피롤 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 섞은 수용액을 주입하는, 수용액 주입단계; AFM으로 이미지하여 금 표면에 아무것도 없는 것을 확인하는, 금표면 확인단계; AFM 캔틸레버 팁으로 이미지(image)를 하는 동안 극초단펄스 전압을 인가하는, 전압인가 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The conductive polymer nanowire manufacturing method of the present invention, AFM cantilever tip fixed to the AFM liquid cell (AFM liquid cell), AFM cantilever tip fixing step of connecting the wire to the spring fixing the AFM cantilever tip; Connecting an ultra-short pulse voltage source to a wire connected to the gold surface of the AFM sample, and connecting a cathode to a wire connected to the AFM cantilever tip; Injecting an aqueous solution of 0.7 M pyrrole aqueous solution and 0.002 M sulfuric acid aqueous solution into an AFM Liquid cell; A gold surface verification step of confirming that nothing is on the gold surface by imaging with AFM; And applying a very short pulse voltage during the imaging with the AFM cantilever tip.
또한, 본 발명의 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법은, AFM 샘플 퍽(puck)에 탄소 테이프를 부착하는, 탄소 테이프 부착단계; 탄소 테이프 위에 금이 증착된 실리콘 웨이퍼를 부착하는, 실리콘 웨이퍼 부착단계; 금 표면의 한 쪽 끝에 전선을 연결하여 극초단펄스전압을 입력할 수 있도록 하며, 금 표면에 전선을 고정하여 전기적으로 통할 수 있도록 하는, 금표면 전선 고정단계; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the conductive polymer nanowire manufacturing method of the present invention, the carbon tape attached to the AFM sample puck (puck), carbon tape attaching step; Attaching the silicon wafer on which the gold is deposited on the carbon tape; Connecting a wire at one end of the gold surface to input an ultrashort pulse voltage, and fixing the wire to the gold surface so as to be electrically connected to the gold surface wire fixing step; And a control unit.
또한, 본 발명의 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법은, 열증착기 장비를 이용하여 진공이 1.0 x 10-6 torr 이하에서 실리콘 웨이퍼에 크롬을 150 Å 두께로 증착하는, 크롬 증착단계; 크롬 증착단계에서 크롬이 올라간 상태에서 금을 1.5 kÅ 두께로 증착하는, 금 증착단계; 금 증착단계에서 실리콘 웨이퍼에 금이 증착된 것을 다이아몬드 펜을 이용하여 실리콘 웨이퍼를 조각내는, 실리콘 웨이퍼 조각 생성단계; AFM 샘플 퍽(puck)에 탄소 테이프를 부착하고, 탄소 테이프 위에 금이 증착된 실리콘 웨이퍼 조각을 부착하는, 실리콘 웨이퍼 부착단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the conductive polymer nanowire manufacturing method of the present invention, by using a thermal evaporator vacuum deposition of chromium on the silicon wafer at a thickness of 150 Å below 1.0 x 10 -6 torr, chromium deposition step; Depositing gold to a thickness of 1.5 kÅ in a state where chromium is raised in the chromium deposition step; A silicon wafer piece generating step of carving a silicon wafer using a diamond pen, in which gold is deposited on the silicon wafer in a gold deposition step; And attaching a carbon tape to the AFM sample puck, and attaching a piece of gold-deposited silicon wafer onto the carbon tape, the silicon wafer attaching step.
수용액 주입단계는, AFM Liquid cell에 0.7 M 피롤 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 1:1의 비율로 섞은 수용액을 주입한다.In the aqueous solution injection step, an aqueous solution of 0.7 M pyrrole aqueous solution and 0.002 M sulfuric acid aqueous solution in a 1: 1 ratio is injected into the AFM Liquid cell.
금표면 확인단계는, AFM으로 50 μm x 50 μm 크기로 이미지를 한다.In the gold surface identification step, images are measured in AFM size of 50 μm × 50 μm.
전압인가 단계는, AFM 캔틸레버 팁으로 이미지(image)를 하는 동안 극초단펄스 전압을 5초간 인가한다.The voltage application step applies an ultrashort pulse voltage for 5 seconds while imaging with the AFM cantilever tip.
크롬 증착단계는, 열증착기 장비를 이용하여 진공이 1.0 x 10-6 torr 이하에서 실리콘 웨이퍼에 크롬을 1 Å/s 속도로 150 Å 두께로 증착한다.In the chromium deposition step, the thermal vapor deposition apparatus is used to deposit chromium on the silicon wafer at a vacuum of 1.0 x 10 -6 torr or less at a thickness of 150 kW at a rate of 1 kW / s.
금 증착단계는, 크롬이 올라간 상태에서 금을 1 Å/s 속도로 1.5 kÅ 두께로 증착한다.In the gold deposition step, gold is deposited to a thickness of 1.5 kÅ at a rate of 1 kW / s while chromium is raised.
실리콘 웨이퍼 조각 생성단계는, 실리콘 웨이퍼에 금이 증착된 것을 다이아몬드 펜을 이용하여 1 cm x 1 cm 크기가 되도록 실리콘 웨이퍼를 조각낸다.In the silicon wafer fragment generation step, the silicon wafer is sliced so that the gold is deposited on the silicon wafer to a size of 1 cm x 1 cm using a diamond pen.
금표면 전선 고정단계는, 금 표면과 전선은 은풀로 고정한다.In the gold surface wire fixing step, the gold surface and the wire are fixed with silver paste.
극초단펄스 전압원 연결단계의 AFM 샘플은, AFM 샘플 퍽(puck)에 탄소 테이프를 부착하는, 탄소 테이프 부착단계; 탄소 테이프 위에 금이 증착된 실리콘 웨이퍼를 부착하는, 실리콘 웨이퍼 부착단계; 금 표면의 한 쪽 끝에 전선을 연결하여 극초단펄스전압을 입력할 수 있도록 하며, 금 표면에 전선을 고정하여 전기적으로 통할 수 있도록 하는, 금표면 전선 고정단계;를 포함하여 진다.The AFM sample of the ultra-short pulse voltage source connection step may include: attaching a carbon tape to an AFM sample puck; Attaching the silicon wafer on which the gold is deposited on the carbon tape; One end of the gold surface is connected to the wire to enable the input of ultra-short pulse voltage, and fixed to the wire on the gold surface to allow the electrical surface, the gold surface wire fixing step; includes.
수용액 주입단계의 0.7 M 피롤 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 섞은 수용액은, 피롤(Pyrrole)을 DI water(탈이온수)에 희석하여 피롤 수용액 농도를 0.7 M이 되도록 제조하는 단계; 96% 황산을 DI water에 희석하여 황산 수용액 농도를 0.002 M이 되도록 제조하는 단계; 0.7 M의 피롤 수용액 1 ml와 0.002 M 황산 수용액 1 ml를 섞는 단계;를 포함하여 진다.The aqueous solution of 0.7 M pyrrole aqueous solution and 0.002 M sulfuric acid aqueous solution in the aqueous solution injection step is prepared by diluting pyrrole in DI water (deionized water) so that the pyrrole aqueous solution concentration is 0.7 M; Diluting 96% sulfuric acid in DI water to prepare an aqueous sulfuric acid solution concentration of 0.002 M; Mixing 1 ml of an aqueous solution of 0.7 M pyrrole and 1 ml of an aqueous 0.002 M sulfuric acid solution.
전압인가 단계의 극초단펄스 전압은, 2.0 Vpp 내지 1.2 Vpp의 사이이다.The ultrashort pulse voltage of the voltage application step is between 2.0 Vpp and 1.2 Vpp.
전압인가 단계의 극초단펄스 전압의 주파수는, 500 kHz 내지 1 kHz의 사이이다.The frequency of the ultrashort pulse voltage in the voltage application step is between 500 kHz and 1 kHz.
전압인가 단계의 극초단펄스 전압의 펄스 폭은, 10 us 내지 20 ns사이 이다.The pulse width of the ultrashort pulse voltage of the voltage application step is between 10 us and 20 ns.
본 발명은, 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법으로 이루어진 전도성 고분자 나노 와이어를 특징으로 한다.The present invention is characterized by a conductive polymer nanowires made of the conductive polymer nanowire manufacturing method of any one of
본 발명은, 제 1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법으로 제조된 다이오드 소자를 특징으로 한다.The present invention is characterized by a diode device manufactured by the method for producing a conductive polymer nanowire of any one of
본 발명은, 제 1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법으로 제조된 FET 소자를 특징으로 한다.The present invention is characterized by a FET device manufactured by the method for producing a conductive polymer nanowire of any one of
본 발명은, 제 1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법으로 제조된 FET 센서를 특징으로 한다.The present invention is characterized by a FET sensor manufactured by the method for producing a conductive polymer nanowire of any one of
본 발명은, 제 1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법으로 제조된 바이오 센서를 특징으로 한다.The present invention is characterized by a biosensor manufactured by the conductive polymer nanowire manufacturing method of any one of
본 발명의 AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조 방법에 따르면, 전도성 고분자를 중합하는데 있어 극초단펄스전압을 이용하여 AFM 캔틸레버 팁 주위국소지역에만 전기장이 형성되도록 하여 나노 사이즈의 전도성 고분자 와이어를 만들 수 있으며, 전도성 고분자를 나노 와이어 형태로 중합하는데 있어 절연층을 만드는 복잡한 전처리과정이 필요 없으며, 전도성 고분자를 와이어 형태로 중합하는데 있어서 와이어 선폭 사이즈를 마이크로에서 나노 사이즈까지 극초단파펄스전압의 조건을 변경하여 조절할 수 있다.According to the method of manufacturing the conductive polymer nanowires using the AFM cantilever and the ultra short pulse voltage of the present invention, in the polymerization of the conductive polymer, the electric field is formed only in the local region around the AFM cantilever tip using the ultra short pulse voltage to conduct nano-sized conductivity. The polymer wire can be made, and the complicated pretreatment process for making the insulating layer is not necessary to polymerize the conductive polymer in the form of nanowires, and the ultra-high pulse voltage of the wire line size from micro to nano size is required in polymerizing the conductive polymer into the wire form. Can be adjusted by changing the condition.
또한 본 발명의 AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제조 방법은, 전도성 고분자를 중합하는데 있어 삼전극 시스템을 사용하지 않고 극초단펄스전압만을 이용하여 전도성 고분자를 중합하며, 전도성 고분자를 중합하는데 있어 본 발명에 의해 극초단펄스전압의 조건만 변경하면서 공정하게 되면 한번에 다양한 사이즈의 전도성 고분자 와이어를 만들 수 있다.In addition, the method for manufacturing a conductive polymer nanowire using the AFM cantilever and the ultra short pulse voltage of the present invention polymerizes the conductive polymer using only the ultra short pulse voltage without using a three-electrode system to polymerize the conductive polymer. In the polymerization, the present invention can produce conductive polymer wires of various sizes at once when the process is performed while changing only the conditions of the ultra short pulse voltage.
종래 기술의 경우, 전도성 고분자를 중합하는 방법에 있어 AFM 캔틸레버를 이용하여 나노 크기로 중합하는 방법들이 나와있으나, AFM 캔틸레버 끝에 전도성 고분자를 코팅하거나, 절연층위에 AFM으로 흠집을 낸 뒤 전도성 고분자를 중합하거나, 다른 고분자와 결합한 상태에서 전도성 고분자를 중합하는 등 복잡한 단계들이 필요했다. 또한, 종래 기술의 경우 전도성 고분자를 중합하는 방법들은 절연층을 만드는 복잡한 전처리과정이 필요했다. In the prior art, a method of polymerizing a conductive polymer is disclosed using a AFM cantilever to polymerize the nano-sized polymer.However, a conductive polymer is coated on the tip of the AFM cantilever or the AFM is scratched on an insulating layer, and then the conductive polymer is polymerized. Or polymerizing conductive polymers in combination with other polymers. In addition, in the prior art, methods for polymerizing a conductive polymer required a complicated pretreatment process for making an insulating layer.
그러나 본 발명에서는 복잡한 단계가 없이 단지 전도성 고분자의 단량체를 전해질 수용액에 녹인 상태에서 AFM 캔틸레버에 극초펄스전압을 인가하여 금 표면위에 전도성 고분자 나노 와이어를 합성하여 간편하고 빠르게 전도성 고분자 나노 와이어를 만들 수 있다. However, in the present invention, the conductive polymer nanowires can be easily and quickly made by synthesizing the conductive polymer nanowires on the gold surface by applying an ultra-pulse voltage to the AFM cantilever in a state in which a monomer of the conductive polymer is dissolved in an aqueous electrolyte solution without complicated steps. .
본 발명은 다른 전도성 고분자(예, aniline, thiophene 등)를 이용한 나노와이어 중합방법, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 다이오드 소자, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 FET 소자, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 FET 센서, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 바이오 센서, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 전극 시스템에 이용가능하다.The present invention is a nanowire polymerization method using other conductive polymers (eg, aniline, thiophene, etc.), diode devices using conductive polymer nanowires, FET devices using conductive polymer nanowires, FET sensors using conductive polymer nanowires, conductive polymers Biosensors using nanowires, and electrode systems using conductive polymer nanowires.
도 1은 본 발명에서 피롤을 이용하여 전도성 고분자 나노 패터닝 실험 방법을 설명하는 설명도이다.
도 2는 극초단펄스의 주파수를 변화시켜가면서 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다.
도 3은 극초단펄스의 펄스폭을 변화 시켜가면서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다.
도 4는 극초단펄스의 전압 진폭을 변화시켜가면서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다.
도 5는 극초단펄스는 일정 한 상태에서 AFM 캔틸레버 팁의 속도와 극초단펄스의 입력 시간을 변화 시켜가면서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다.
도 6은 펄스진폭에 대한 PPy-NWs의 패턴 폭과 높이의 변이를 나타낸다.1 is an explanatory diagram illustrating a conductive polymer nano patterning experiment method using pyrrole in the present invention.
Figure 2 shows the line width of the polymer nano patterning while changing the frequency of the ultra-short pulse.
Figure 3 shows the line width of the conductive polymer nano patterning while changing the pulse width of the ultra-short pulse.
Figure 4 shows the line width of the conductive polymer nano patterning while changing the voltage amplitude of the ultra-short pulse.
Figure 5 shows the line width of the conductive polymer nano patterning while changing the speed of the AFM cantilever tip and the input time of the ultra-short pulse in a constant state.
6 shows the variation of the pattern width and height of PPy-NWs with respect to the pulse amplitude.
이하에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, preferred embodiment of this invention is described in detail with reference to an accompanying drawing.
우선, 본 발명에서 사용되는 수용액의 제조에 대해서 설명한다.First, the manufacture of the aqueous solution used by this invention is demonstrated.
피롤(Pyrrole)을 DI water(deionized water, 탈이온수, 순수한 물)에 희석하여 Pyrrole 수용액 농도를 0.7 M이 되도록 제조한다.Pyrrole is diluted in DI water (deionized water, deionized water, pure water) to prepare a Pyrrole aqueous solution concentration of 0.7 M.
또한, 96% 황산을 DI water에 희석하여 황산 수용액 농도를 0.002 M이 되도록 제조한다.In addition, 96% sulfuric acid is diluted in DI water to prepare a sulfuric acid aqueous solution concentration of 0.002 M.
또한, 0.7 M의 Pyrrole 수용액 1 ml와 0.002 M 황산 수용액 1 ml를 섞는다.
In addition, 1 ml of 0.7 M Pyrrole aqueous solution and 1 ml of 0.002 M sulfuric acid aqueous solution are mixed.
다음은, 본 발명에서 사용되는 금 표면의 제작 순서에 대해서 설명한다.Next, the manufacturing procedure of the gold surface used by this invention is demonstrated.
4인치 실리콘 웨이퍼(4-inch silicon wafer)를 준비한다.Prepare a 4-inch silicon wafer.
열증착기 장비를 이용하여 진공이 1.0 x 10-6 torr 이하에서 상기 실리콘 웨이퍼에 크롬을 1 Å/s 속도로 150 Å 두께로 증착 한다.Using a thermal evaporator equipment, chromium is deposited on the silicon wafer to a thickness of 150 kPa at a rate of 1 kW / s at a vacuum of 1.0 x 10 -6 torr or less.
크롬이 올라간 상태에서 금을 1 Å/s 속도로 1.5 kÅ 두께로 증착한다.With chromium raised, gold is deposited to a thickness of 1.5 ks at 1 kW / s.
이렇게 실리콘 웨이퍼에 금이 증착된 것을 다이아몬드 펜을 이용하여 약 1 cm x 1 cm 크기가 되도록 실리콘 웨이퍼를 조각내어 사용한다.
The gold is deposited on the silicon wafer by using a diamond pen to slice the silicon wafer to a size of about 1 cm x 1 cm.
다음은 본 발명에서 AFM 샘플(Sample) 제작에 대해서 설명한다.Next, the AFM sample fabrication in the present invention will be described.
AFM 샘플 퍽(puck)에 절연 테이프를 부착한다.Attach insulating tape to the AFM sample puck.
절연 테이프 위에 금이 증착 된 실리콘 웨이퍼를 부착한다.A gold wafer is deposited on the insulating tape.
금 표면의 한 쪽 끝에 전선을 연결하여 극초단펄스전압을 입력할 수 있도록 하며, 금 표면과 전선은 은풀로 고정하여 전기적으로 통할 수 있도록 한다.
Wires are connected to one end of the gold surface to allow the entry of ultra-short pulse voltages, while the gold surface and wires are fixed with silver paste to allow electrical communication.
다음은 본 발명의 AFM을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어 제작에 대해서 설명한다.Next, the manufacturing of the conductive polymer nanowires using the AFM of the present invention will be described.
AFM 캔틸레버 팁은 실리콘 캔틸레버(silicon cantilever)에서 백금 이리디늄5 코팅(Pt/Ir5)를 코팅(coating)하여 전도성을 갖는 NCLPT(Nanoworld 사, non-contact or tapping mode)를 사용한다.The AFM cantilever tip uses a conductive NCLPT (Nanoworld, non-contact or tapping mode) by coating a
AFM Liquid cell에 AFM 캔틸레버 팁, 즉 NCLPT를 고정하고, AFM tip을 고정하는 스프링에 전선을 연결한다. Secure the AFM cantilever tip, NCLPT, to the AFM Liquid cell and connect the wires to the spring holding the AFM tip.
극초단펄스 전압의 음극은 금 표면과 연결되어있는 전선에, 양극은 AFM 캔틸레버 팁과 연결되어있는 전선과 연결한다.The cathode of the ultrashort pulse voltage is connected to the wire connected to the gold surface, and the anode is connected to the wire connected to the AFM cantilever tip.
상기 Liquid cell에 0.7 M pyrrole 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 섞은 수용액을 약 100 μl 정도 주입한다.Inject about 100 μl of the 0.7 M pyrrole aqueous solution and 0.002 M sulfuric acid aqueous solution into the liquid cell.
AFM으로 50 μm x 50 μm 크기로 이미지를 하여 금 표면에 아무것도 없는 것을 확인한다.
AFM tip으로 이미지(image)를 하는 동안 원하는 곳에서 극초단펄스전압을 5초간 인가한다. 여기서 사용한 극초단펄스전압의 조건은 아래와 같다.While imaging with the AFM tip, apply ultrashort pulse voltage for 5 seconds where desired. The conditions of the ultra short pulse voltage used here are as follows.
전압은 2.0 Vpp, 1.5 Vpp, 1.2 Vpp 중에 하나로 선정할 수 있다.The voltage can be selected from 2.0 Vpp, 1.5 Vpp, or 1.2 Vpp.
주파수는 500 kHz, 200 kHz, 100 kHz, 10 kHz, 1 kHz 중에 하나로 선정할 수 있다.The frequency can be selected from 500 kHz, 200 kHz, 100 kHz, 10 kHz or 1 kHz.
펄스폭은 10 us, 1 us, 100 ns, 50 ns, 20 ns 중에 하나로 선정할 수 있다.The pulse width can be selected from 10 us, 1 us, 100 ns, 50 ns, and 20 ns.
AFM tip의 scan 각도를 90도로 바꿔서 이미지 하면서 피롤(pyrrole)이 전기화학적으로 중합되어 전도성 나노 고분자 와이어가 된 것을 확인한다.By changing the scan angle of the AFM tip to 90 degrees, the pyrrole was electrochemically polymerized to form a conductive nanopolymer wire.
다시 설명하면, 즉, 본 발명의 AFM 캔틸레버와 극초단펄스 전압을 이용한 전도성 고분자 나노 와이어의 제조방법은 다음과 같다.In other words, the manufacturing method of the conductive polymer nanowires using the AFM cantilever and the ultra-short pulse voltage of the present invention is as follows.
제1단계로, 열증착기 장비를 이용하여 진공이 1.0 x 10-6 torr 이하에서 상기 실리콘 웨이퍼에 크롬을 1 Å/s 속도로 150 Å 두께로 증착한다.In a first step, using a thermal evaporator equipment, the vacuum is deposited to 150 10 thickness on the silicon wafer at a rate of 1 Å / s at 1.0 × 10 −6 torr or less.
제2단계로, 크롬이 올라간 상태에서 금을 1 Å/s 속도로 1.5 kÅ 두께로 증착한다.In a second step, gold is deposited to a thickness of 1.5 kÅ at a rate of 1 kW / s while the chromium is raised.
제3단계로, 실리콘 웨이퍼에 금이 증착된 것을 다이아몬드 펜을 이용하여 약 1 cm x 1 cm 크기가 되도록 실리콘 웨이퍼를 조각내어 사용한다.In a third step, the silicon wafer is sliced so that gold is deposited on the silicon wafer to a size of about 1 cm x 1 cm using a diamond pen.
제4단계로, AFM 샘플 퍽(puck)에 탄소 테이프를 부착한다.In a fourth step, a carbon tape is attached to the AFM sample puck.
제5단계로, 절연 테이프 위에 금이 증착 된 실리콘 웨이퍼를 부착한다.In a fifth step, a gold wafer is deposited on the insulating tape.
제6단계로, 표면의 한 쪽 끝에 전선을 연결하여 극초단펄스전압을 입력할 수 있도록 하되, 전선은 은풀로 고정하여 전기적으로 통할 수 있도록 한다.In the sixth step, the wires are connected to one end of the surface to input the ultra short pulse voltage, but the wires are fixed with silver glue so as to be electrically connected.
제7단계로, AFM 캔틸레버 팁은 실리콘 캔틸레버(silicon cantilever)에 백금 이리디늄5 코팅(Pt/Ir5)를 코팅(coating)하여 전도성을 갖는 NCLPT(Nanoworld 사, non-contact or tapping mode)를 사용하며, AFM Liquid cell에 AFM 캔틸레버 팁, 즉 NCLPT를 고정하고, AFM tip을 고정하는 스프링에 전선을 연결한다. In a seventh step, the AFM cantilever tip uses conductive NCLPT (Nanoworld, non-contact or tapping mode) by coating a
제8단계로, 극초단펄스 전압의 양극은 AFM 캔틸레버 팁과 연결되어있는 전선에, 음극은 금 표면과 연결되어있는 전선과 연결한다.In the eighth step, the anode of the ultra short pulse voltage is connected to the wire connected to the AFM cantilever tip, and the cathode is connected to the wire connected to the gold surface.
제9단계로, 극초단전압펄스의 양극은 금 표면과 연결되어있는 전선에, 음극은 AFM 캔틸레버 팁과 연결되어있는 전선과 연결한다.In the ninth step, the anode of the ultra short voltage pulse is connected to the wire connected to the gold surface, and the cathode is connected to the wire connected to the AFM cantilever tip.
제10단계로, AFM Liquid cell에 0.7 M pyrrole 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 섞은 수용액을 약 100 μl 정도 주입한다.In a tenth step, about 100 μl of an aqueous solution of 0.7 M pyrrole solution and 0.002 M sulfuric acid solution is injected into the AFM liquid cell.
제11단계로, AFM으로 50 μm x 50 μm 크기로 이미지를 하여 금 표면에 아무것도 없는 것을 확인한다.In the eleventh step, an image of 50 μm x 50 μm with AFM is confirmed that there is nothing on the gold surface.
제12단계로, AFM 팁으로 이미징을 하는 동안 원하는 곳에서 극초단펄스전압을 5초간 인가한다. 여기서 사용한 극초단펄스전압의 조건은 다음과 같다.In a twelfth step, the ultrashort pulse voltage is applied for 5 seconds where desired during imaging with the AFM tip. The conditions of the ultra short pulse voltage used here are as follows.
전압은 2.0 Vpp, 1.5 Vpp, 1.2 Vpp 중의 하나이며, 주파수는 500 kHz, 200 kHz, 100 kHz, 10 kHz, 1 kHz 중의 하나이며, 펄스폭은 10 us, 1 us, 100 ns, 50 ns, 20 ns 중의 하나이다. Voltage is one of 2.0 Vpp, 1.5 Vpp, 1.2 Vpp, frequency is one of 500 kHz, 200 kHz, 100 kHz, 10 kHz, 1 kHz, pulse width is 10 us, 1 us, 100 ns, 50 ns, 20 is one of ns.
제13단계로, AFM 팁의 스캔(scan) 각도를 90도로 바꿔서 이미지 하면서 피롤이 전기화학적으로 중합되어 전도성 나노 고분자 와이어가 된 것을 확인한다.
In the thirteenth step, the pyrrole is electrochemically polymerized to form a conductive nanopolymer wire while imaging by changing the scan angle of the AFM tip to 90 degrees.
다음은 본 발명관련 실험에 대해서 설명한다.The following describes the experiments related to the present invention.
AFM 캔틸레버 팁을 이용하여 전도성 고분자 나노 패터닝을 하기 이전에, bulk 상태에서 피롤과 황산(Sulfuric acid)를 마이크로 전극을 이용하여 중합 실험을 하였다. 마이크로 전극을 이용한 실험에서는, 피롤의 농도를 0.7 M, 0.07 M, 0.007 M과 황산의 농도를 0.2 M, 0.02 M, 0.002 M을 이용하였다. 각 용액을 섞은 뒤 마이크로 전극에 1.5 V를 인가한 뒤 피롤이 중합 되는 정도를 관찰하였다. 실험 결과에 따라 피롤은 0.7 M, 황산는 0.02 M의 농도로 결정하였다.Prior to conducting polymer nanopatterning using AFM cantilever tips, pyrrole and sulfuric acid (Sulfuric acid) were polymerized in a bulk state using a microelectrode. In the experiment using the microelectrode, the concentrations of pyrrole were 0.7 M, 0.07 M, 0.007 M and sulfuric acid 0.2 M, 0.02 M, and 0.002 M, respectively. After mixing each solution, 1.5 V was applied to the microelectrode and the degree of pyrrole polymerization was observed. According to the experimental results, pyrrole was determined at a concentration of 0.7 M and sulfuric acid at 0.02 M.
폴리피롤 중합체를 만들기 위한 starting material은 0.7 M의 monomer 피롤 (98%, Aldrich)과 2mM의 황산을 사용하였으며, 각각의 용액을 1ml 씩 혼합하여 사용하였다. The starting material for making polypyrrole polymer was 0.7 M of monomer pyrrole (98%, Aldrich) and 2 mM sulfuric acid, and each solution was used by mixing 1 ml.
금 표면(Gold surface)은 열증발증착(Thermal Evaporator)를 사용하여 Gold 박막을 실리콘 웨이퍼위에 증착하였다. 실리콘 웨이퍼위에 크롬 15 nm를 adhesion layer로서 증착 한 뒤 Gold를 150 nm을증착 하였으며 이때 증착속도는 1Å/s 였다. Gold surface was deposited on a silicon wafer using a gold evaporator (Thermal Evaporator). After depositing 15 nm of chromium on the silicon wafer as an adhesion layer, 150 nm of gold was deposited and the deposition rate was 1 증착 / s.
도 1은 본 발명에서 피롤을 이용하여 전도성 고분자 나노 패터닝 실험 방법을 설명하는 설명도이다.1 is an explanatory diagram illustrating a conductive polymer nano patterning experiment method using pyrrole in the present invention.
도 1의 (a)AFM을 이용한 필롤 모노몰의 electropolymerization에 의해 PPy-NW(폴리피롤 nanowire)의 형성을 설명하는 모식도이고 도 1의 (b)는 electropolymerization의 기전을 설명하는 모식도이다. 극초단펄스전압 AFM tip(positively charged; red line)과 Au 기판(negatively charged; black line)사이에 적용된다. electrolyte(H2SO4)는 pyrrole monomers를 포함하며, 결과적으로 폴리피롤의 나노 와이어의 형성을 가져온다.Fig. 1 (a) is a schematic diagram illustrating formation of PPy-NW (polypyrrole nanowire) by electropolymerization of monochloromole using AFM, and Fig. 1 (b) is a schematic diagram illustrating the mechanism of electropolymerization. Extremely short pulse voltage is applied between the AFM tip (positively charged; red line) and Au substrate (negatively charged; black line). The electrolyte (H 2 SO 4 ) contains pyrrole monomers, resulting in the formation of polypyrrole nanowires.
즉, 피롤을 이용하여 전도성 고분자 나노 패터닝 실험 방법이 도 1에 나타냈다. 나노패턴 형성을 위하여 사용된 AFM은 Nanoscope V controller (Santa Babara, CA, USA)이다. 실험에 사용 된 AFM 캔틸레버 팁은 Tip에 Pt/Ir5이 코팅된 NCLPt를(Nanoworld, USA) 사용하였다. 극초단펄스를 AFM 캔틸레버 팁에 국소적으로 인가하기 위하여 함수 발생기(33220A, Agilent, USA)를 사용하였다. That is, a conductive polymer nano patterning experiment method using pyrrole is shown in FIG. 1. The AFM used for nanopattern formation is the Nanoscope V controller (Santa Babara, CA, USA). The AFM cantilever tip used in the experiment was NCLPt coated with Pt / Ir 5 (Nanoworld, USA). A function generator (33220A, Agilent, USA) was used to apply ultrashort pulses locally to the AFM cantilever tip.
외부 함수발생기의 plus 단은 AFM 캔틸레버 팁에 minus 단은 gold surface에 연결한 뒤, AFM liquid cell에 피롤과 황산를 섞은 용액을 60 μl를 주입 하였다. AFM contact 모드로 이미징 하면서 AFM 캔틸레버 팁이 특정 위치에 있을 때 외부 함수발생기에서 신호를 입력하여 AFM 캔틸레버 팁에 전압이 인가되도록 한다. AFM 캔틸레버 팁이 한번 지나 갈 때 형성 된 폴리피롤의 패턴의 길이는 50 μm가 되도록 하였으며, 패턴이 완성 되면 함수발생기의 전압을 차단하였다. 그 다음 AFM 캔틸레버 팁의 scan angle을 90° 로 하여 전도성 고분자 나노 패터닝이 된 것을 AFM contact 모드로 20 μm x 20 μm 크기로 이미징 하였다.The positive end of the external function generator was connected to the AFM cantilever tip and the minus end to the gold surface, and 60 μl of a solution containing pyrrole and sulfuric acid was injected into the AFM liquid cell. While imaging in AFM contact mode, a voltage is applied to the AFM cantilever tip by inputting a signal from an external function generator when the AFM cantilever tip is in a specific position. When the AFM cantilever tip passes once, the length of the polypyrrole pattern formed was 50 μm. When the pattern was completed, the voltage of the function generator was cut off. The AFM cantilever tip was then imaged at 20 μm x 20 μm in AFM contact mode with conductive polymer nano patterning at a 90 ° scan angle.
도 2는 극초단펄스의 주파수를 변화시켜가면서 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the line width of the polymer nano patterning while changing the frequency of the ultra-short pulse.
즉, 도 2는 극초단펄스 유기 실험을 고려한 3가지 전기적 펄스 파라미터를 설명하는 설명도이다. That is, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining three electrical pulse parameters in consideration of the ultrashort pulse organic experiment.
실험 변수로써 고려되는 이 Pulse 는 펄스 주파수(위), 펄스 폭(아래 왼쪽), 펄스 진폭이 있다.Considered as an experimental variable, this pulse has a pulse frequency (top), pulse width (bottom left), and pulse amplitude.
도 2는 극초단펄스의 frequency를 변화 시켜가면서 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다. 함수발생기(Function generator)을 이용하여 극초단펄스의 변경한 조건은 다음과 같다. 극초단펄스의 주파수를 변경하여 나노 패터닝의 선폭 변화를 관측할 때에는 전압은 1.5 Vpp로 AFM 캔틸레버 팁의 속도는 10 μm/s로 고정하였다. 극초단펄스의 주파수와 펄스 폭(pulse width)를 변화 시킬 때, 펄스 듀티비(pulse duty ratio) (pulse width x 1/frequency) 의 값이 0.01이 되도록 유지하면서, 주파수와 펄스폭을 각각 500 kHz에서 20 ns, 200 kHz에서 50 ns, 100 kHz 에서 100 ns, 10 kHz에서 1 μs, 1 kHz 에서 10 μs로 변화시켜 가면서 나노 패터닝의 선폭 변화 경향성을 관측하였다.Figure 2 shows the line width of the polymer nano patterning while changing the frequency of the ultra-short pulse. The conditions for changing the ultra-short pulse using the function generator are as follows. When changing the frequency of the ultrashort pulses to observe the change in the line width of the nano patterning, the voltage was fixed at 1.5 Vpp and the speed of the AFM cantilever tip was 10 μm / s. When changing the frequency and pulse width of the ultrashort pulse, the frequency and pulse width are 500 kHz, respectively, while maintaining the pulse duty ratio (pulse width x 1 / frequency) to be 0.01. The trend of line width change of nano patterning was observed at 20 ns, 50 ns at 200 kHz, 100 ns at 100 kHz, 1 μs at 10 kHz, and 10 μs at 1 kHz.
도 3은 극초단펄스의 펄스폭을 변화 시켜가면서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다.Figure 3 shows the line width of the conductive polymer nano patterning while changing the pulse width of the ultra-short pulse.
도 3은 표면 전위(Surface potential)(SP)의 영상과 PPy-NW의 스펙트럼 분석을 행한 것으로, 도 3의 (a)에서 AFM topographic 이미지와 KPFM 이미지는 Au 기판 표면(왼쪽 그리고 중간)에서 2개의 PPy-NWs를 나타낸다. PPy-NWs(오른쪽)의 대표적 크로스 섹션 프로화일은 흰색화살표에 의해 암시되는 위치에서 왼쪽과 오른쪽으로부터 발췌되었다. 도 3의 (b)에서 PPy-NW의 XPS survey spectrum은 the nitrogen and gold molecules의 영역에서 제조된다. PPy의 낮은 해상도 survey spectrum은 4개의 피크, 즉, O 1s(∼532 eV), N 1s (∼400 eV), C 1s (∼285 eV), 및 Au 4f (∼84 eV)로 구성된다. 도 3의 (c)에서 PPy의 FT-IR spectrum은 C-C stretch (1098 cm-1), C=C stretch (1636 cm-1), 및 3715 and 2887 cm-1 사이의 브로드 스트롱 밴드(N-H, C-H, and O-H stretches)의 3개의 구별된 파형(wavelengths)을 설명한다.FIG. 3 is an image of surface potential (SP) and spectral analysis of PPy-NW. In FIG. 3 (a), the AFM topographic image and the KPFM image are shown on the Au substrate surface (left and middle). PPy-NWs. Representative cross-section profiles of PPy-NWs (right) were extracted from left and right at locations indicated by white arrows. In Figure 3 (b) the XPS survey spectrum of PPy-NW is prepared in the region of the nitrogen and gold molecules. The low resolution survey spectrum of PPy consists of four peaks: O 1s (˜532 eV), N 1s (˜400 eV), C 1s (˜285 eV), and Au 4f (˜84 eV). In (c) of FIG. 3, the FT-IR spectrum of PPy includes CC stretch (1098 cm −1 ), C = C stretch (1636 cm −1 ), and broad strong band (NH, CH) between 3715 and 2887 cm −1. We describe three distinct waveforms:, and OH stretches.
도 4는 극초단펄스의 전압 진폭을 변화시켜가면서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the line width of the conductive polymer nano patterning while changing the voltage amplitude of the ultra-short pulse.
즉, 도 4는 극초단펄스에 대한 PPy-NWs의 패턴 폭과 높이의 변이에 관한 것으로, 도 4의 (a)는 다양한 펄스 주파수(1-500 kHz)를 가지는 일렉트로폴리머라이즈된 나노와이어 패턴의 AFM 이미지 (20 × 20 μm2), 도 4의 (b)는 그 패턴폭의 높이 프로파일이다. 펄스 주파수(ω)× 펄스 폭(τ)로써 규정되어지는 펄스 듀티싸이클이 0.01 에 고정되고 총 극초단펄스 적용시간, 펄스 진폭 및 팁 속도가 각기 5 s, 1.5 Vpp, 및 10 μms-1 일때, 펄스 주파수와 대한 PPy-NWs의 패턴폭의 그래프는 도 4의 (c)이며, 높이의 그래프는 도 4의 (d)이다. 여기서 Vpp는 피크 투 피크 전압이다.That is, FIG. 4 relates to variation of the pattern width and height of PPy-NWs for ultrashort pulses, and FIG. 4A illustrates an electropolymerized nanowire pattern having various pulse frequencies (1-500 kHz). An AFM image (20 × 20 μm 2 ), FIG. 4B is the height profile of the pattern width. When the pulse duty cycle, defined as the pulse frequency (ω) × pulse width (τ) is fixed at 0.01 and the total ultrashort pulse application time, pulse amplitude and tip velocity are 5 s, 1.5 Vpp, and 10 μms −1 , respectively, The graph of the pulse frequency and the pattern width of the PPy-NWs is shown in FIG. 4C, and the graph of the height is FIG. 4D. Where Vpp is the peak-to-peak voltage.
도 4는 극초단펄스의 주파수가 500 kHz에서 1 kHz로 낮아짐에 따라 폴리머(Polymer) 패턴의 선폭은 줄어들었다. 이 때의 패턴 선폭은 353 nm, 470 nm, 744 nm, 1.223 μm, 1.576 μm. 극초단펄스의 주파수 변화 실험에서 피롤이 중합(Polymerization)이 가능한 총 인가 에너지는 동일하였다. 하지만, 주파수가 가장 높을 때는 에너지가 짧게 들어가게 되므로 많은 양의 폴리피롤(poly피롤)이 만들어지기 이전에 에너지 공급이 중단 되기 때문에 주파수가 가장 높은 500 kHz에서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭이 가장 좁게 나타났으며, 주파수가 낮아 짐에 따라 에너지가 길게 들어가기 때문에 충분한 양의 폴리피롤이 형성 되어 선폭이 증가한 것이다. 4 shows that the width of the polymer pattern is reduced as the frequency of the ultrashort pulse is lowered from 500 kHz to 1 kHz. The pattern line width at this time was 353 nm, 470 nm, 744 nm, 1.223 μm, 1.576 μm. In the frequency change experiment of the ultra-short pulse, the total applied energy to polymerize the pyrrole was the same. At the highest frequency, however, the energy enters shorter, so the energy supply is interrupted before a large amount of polypyrrole is produced, resulting in the narrowest line width of the conductive polymer nano patterning at 500 kHz, the highest frequency. As the frequency decreases, energy enters a long time, so a sufficient amount of polypyrrole is formed to increase the line width.
도 3은 극초단펄스의 펄스폭을 변화 시켜가면서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다. 극초단펄스의 펄스폭를 변화시킬 때에는 주파수는 1 kHz, 전압은 1.5 Vpp 그리고 AFM 캔틸레버 팁의 속도는 10 μm/s로 고정 하였다. 극초단펄스의주파수를 1 kHz를 사용 한 것은 펄스폭 변화 폭을 다양하게 할 수 있기 때문에 1 kHz에서 펄스폭를 0.5 μs, 1 μs, 5 μs, 10 μs로 변화시키면서 실험을 수행하였다. Figure 3 shows the line width of the conductive polymer nano patterning while changing the pulse width of the ultra-short pulse. When changing the pulse width of the ultrashort pulse, the frequency was fixed at 1 kHz, the voltage at 1.5 Vpp, and the speed of the AFM cantilever tip at 10 μm / s. Using a frequency of 1 kHz for the ultra-short pulse can vary the width of the pulse width. Therefore, the experiment was performed by changing the pulse width to 0.5 μs, 1 μs, 5 μs, and 10 μs at 1 kHz.
펄스폭이 증가함에 따라 형성 된 폴리피롤의 선폭은 증가 한다. 이때 형성된 폴리피롤의 선폭의 두께는 548 nm, 770 nm, 1.184 μm, 1.399 μm. 동일한 주파수에서 펄스폭가 좁은 것은 동일 시간에 인가되는 에너지가 적다는 것을 의미한다. 즉, 펄스폭가 가장 좁은 500 ns에서 피롤이 중합(polymerization)이 될 수 있는 에너지가 가장 적게 인가되었기 때문에 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭이 가장 좁게 나타난 것이다. 이는 이전 연구 결과인 펄스 전압에서 펄스폭를 변화시켜가면서 산화물(oxide) 형성한 결과 펄스폭를 줄일수록 산화물(oxide)의 높이(height)와 폭(width)이 감소하는 결과와도 일치한다.As the pulse width increases, the line width of the formed polypyrrole increases. The thickness of the polypyrrole formed at this time is 548 nm, 770 nm, 1.184 μm, 1.399 μm. Narrow pulse width at the same frequency means less energy is applied at the same time. That is, since the energy that can be polymerized (pyrrole) is the lowest applied at 500 ns, the narrowest pulse width, the line width of the conductive polymer nano patterning is the narrowest. This is consistent with the results of oxide formation by changing the pulse width at the pulse voltage, which is the result of the previous study, and as the pulse width is decreased, the height and width of the oxide decrease.
도 4는 극초단펄스의 전압 진폭를 변화 시켜가면서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다. 극초단펄스의 전압을 변화시킬 때에는 주파수는 100 kHz, 펄스폭는 100 ns, 그리고 AFM 캔틸레버 팁의 속도는 10 μm/s로 고정한 뒤 전압을 1.5 Vpp, 1.8 Vpp, 2.0 Vpp로 변화시켰다. Figure 4 shows the line width of the conductive polymer nano patterning while changing the voltage amplitude of the ultra-short pulse. When changing the voltage of the ultrashort pulse, the frequency was 100 kHz, the pulse width was 100 ns, and the speed of the AFM cantilever tip was fixed at 10 μm / s, and the voltage was changed to 1.5 Vpp, 1.8 Vpp, and 2.0 Vpp.
전압 진폭가 증가 함에 따라 형성된 폴리피롤의 선폭은 증가한다. 이때 형성된 폴리피롤의 두께는 0.739 nm, 1.019 μm, 1.212 μm. 전압 진폭가 낮은 것은 동일 시간에 인가되는 에너지가 적다는 것을 의미한다. 따라서, 극초단펄스의 전압 진폭가 낮은 1.5 Vpp에서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭이 가장 좁게 나타났으며, 전압 진폭가 높아 짐에 따라 에너지가 많이 들어가기 때문에 선폭이 증가한다. 이는 극초단펄스 전압을 이용하여 PPy-NW 패턴의 차원을 조절할 수 있음을 의미한다.As the voltage amplitude increases, the line width of the formed polypyrrole increases. The polypyrrole formed at this time had a thickness of 0.739 nm, 1.019 μm, and 1.212 μm. Lower voltage amplitudes mean less energy is applied at the same time. Therefore, the line width of the conductive polymer nano patterning is the narrowest at 1.5 Vpp, the voltage amplitude of the ultrashort pulse is low, and the line width increases because the energy inputs as the voltage amplitude increases. This means that the ultra short pulse voltage can be used to adjust the dimension of the PPy-NW pattern.
도 5는 극초단펄스는 일정 한 상태에서 AFM 캔틸레버 팁의 속도와 극초단펄스의 입력 시간을 변화 시켜가면서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다. Figure 5 shows the line width of the conductive polymer nano patterning while changing the speed of the AFM cantilever tip and the input time of the ultra-short pulse in a constant state.
즉, 도 5는 펄스폭에 대한 PPy-NWs의 패턴 높이와 폭의 변이이다. 도 5의 (a)는 펄스폭 변이(500 ns에서 10 μs)가지는 전기고분자화(electropolymerize)된 나노와이어 패턴의 AFM 이미지이며, 도 5의 (b)는 그것과 관련된 높이 프로파일이다. 펄스 주파수, 진폭 및 팁 속도가 각각 1 kHz, 1.5 Vpp, 및 10 μms-1 일때, 펄스 폭와 대한 PPy-NWs의 패턴폭의 그래프는 도 5의 (c)이며, 높이의 그래프는 도 5의 (d)이다.That is, FIG. 5 is a variation of the pattern height and width of PPy-NWs with respect to the pulse width. FIG. 5A is an AFM image of an electropolymerized nanowire pattern with a pulse width variation (500 ns to 10 μs), and FIG. 5B is a height profile associated therewith. When the pulse frequency, amplitude, and tip speed are 1 kHz, 1.5 Vpp, and 10 μms −1 , respectively, the graph of the pulse width and the pattern width of PPy-NWs is (c) of FIG. 5, and the graph of the height of FIG. d).
도 5는 극초단펄스는 일정 한 상태에서 AFM 캔틸레버 팁의 속도와 극초단펄스의 입력 시간을 변화 시켜가면서 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭을 나타낸 것이다. 극초단펄스를 변화시키는 것 외에도 AFM 캔틸레버 팁의 속도를 변화시킬 때는 극초단펄스는 주파수 100 kHz, 펄스폭 100 ns, 전압 1.5Vpp로 고정한 뒤 AFM 캔틸레버 팁 속도와 전압 인가 시간을 각각 10 μm/s - 5 s, 12 μm/s - 4 s, 15 μm/s - 3 s, 25 μm/s - 2 s, 50 μm/s - 1 s으로 변화시키면서 실험을 수행하였다.Figure 5 shows the line width of the conductive polymer nano patterning while changing the speed of the AFM cantilever tip and the input time of the ultra-short pulse in a constant state. In addition to changing the ultrashort pulse, the ultrashort pulse is fixed at a frequency of 100 kHz, a pulse width of 100 ns, and a voltage of 1.5 Vpp, and then the AFM cantilever tip speed and voltage application time are respectively 10 μm / s. The experiment was carried out changing to 5 s, 12 μm / s-4 s, 15 μm / s-3 s, 25 μm / s-2 s, 50 μm / s-1 s.
극초단펄스의 입력 시간을 변화시킨 것은 일정한 길이의 전도성 고분자 나노 패터닝을 형성하기 위한 것이다. AFM 캔틸레버 팁의 속도가 50 μm/s에서 10 μm/s로 낮아짐에 따라 전도성 고분자 나노 패턴의 선폭이 줄어들었다. 이 때의 패턴 평균 선폭은 707 nm, 807 nm, 932 nm, 1.00 μm, 1.11 μm이다. AFM 캔틸레버 팁의 속도 변화 실험은 피롤이 동일한 길이로 polymerization 하기 위하여 전압 인가 시간을 달리하였기 때문에, 피롤이 중합(polymerization) 되기 위한 에너지 양이 다르게 된다. 또한, 속도가 빠른 것은 극초단펄스에서 주파수를 변화시킨 것과 비슷한 원리이다. 즉, 속도가 빠른 것은 피롤이 충분하게 중합(polymerization) 되기 전에 AFM 캔틸레버 팁이 다른 곳으로 이동하여 에너지 공급이 적기 때문에, AFM 캔틸레버 팁의 속도가 가장 빠른 50 μm/s에서 전도성 고분자의 나노 패터닝의 선폭이 가장 좁게 나타났으며, 속도가 낮아짐에 따라 피롤이 중합(polymerization) 될 수 있는 에너지가 충분히 공급 되기 때문에 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭이 증가한다. The change in the input time of the ultrashort pulse is to form a conductive polymer nano patterning of constant length. As the speed of the AFM cantilever tip was reduced from 50 μm / s to 10 μm / s, the line width of the conductive polymer nanopatterns decreased. The pattern average line width at this time is 707 nm, 807 nm, 932 nm, 1.00 µm and 1.11 µm. The rate change experiments of the AFM cantilever tip differed in the amount of energy required to polymerize the pyrrole, because the voltage application time was varied in order for the pyrrole to polymerize to the same length. Also, the speed is similar to that of changing the frequency in the ultrashort pulse. In other words, the high speed means that the AFM cantilever tip moves elsewhere before the pyrrole is fully polymerized, so that the energy supply is low, so the nanopatterning of the conductive polymer at 50 μm / s is the fastest. The line width is the narrowest, and as the speed decreases, the line width of the conductive polymer nano patterning increases because energy is sufficient to polymerize the pyrrole.
도 6은 펄스진폭에 대한 PPy-NWs의 패턴 폭과 높이의 변이를 나타낸다.6 shows the variation of the pattern width and height of PPy-NWs with respect to the pulse amplitude.
도 6의 (a)는 펄스 진폭(1.5, 1.8, 2.0 Vpp)이 변이할때 전기고분자화된 AFM 이미지이며, 도 6의 (b)는 그와 관련된 높이 프로파일이다. 펄스 주파수, 펄스폭 및 팁 속도가 각각 100 kHz, 100 ns, 및 10 μms-1 일때, 펄스 진폭에 대한 PPy-NWs의 패턴폭의 그래프는 도 6의 (c)이며, 높이의 그래프는 도 6의 (d)이다. FIG. 6 (a) is an electropolymerized AFM image when the pulse amplitudes (1.5, 1.8, 2.0 Vpp) are varied, and FIG. 6 (b) is a height profile associated therewith. When the pulse frequency, pulse width and tip speed are 100 kHz, 100 ns, and 10 μms −1 , respectively, the graph of the pattern width of PPy-NWs versus the pulse amplitude is shown in FIG. 6C, and the graph of the height is shown in FIG. 6. (D).
펄스 진폭의 증가에 따라 패턴 폭과 높이가 증가한다. 따라서 펄스 진폭을 조절함에 의해 가장 적정한 패턴 디멘젼을 얻을 수 있다.As the pulse amplitude increases, the pattern width and height increase. Therefore, the most appropriate pattern dimension can be obtained by adjusting the pulse amplitude.
본 발명의 실험결과를 정리하면, 도 4의 (c)와 (d)에서와 같이, 극초단펄스전압의 주파수 변화에 따른 폴리피롤 나노와이어의 높이와 선폭 변화는 극초단펄스전압의 주파수를 1 kHz, 10 kHz, 100kHz, 200 kHz 그리고 500 kHz까지 변화를 줬을 때 폴리피롤 나노와이어의 높이는 87.1 nm ~ 3.7 nm 그리고 선폭은 3.3 μm~ 353 nm까지 변화하였다.In summary, the experimental results of the present invention, as shown in (c) and (d) of FIG. 4, the height and line width change of the polypyrrole nanowire according to the frequency change of the ultra short pulse voltage changes the frequency of the ultra short pulse voltage to 1 kHz. The polypyrrole nanowires varied in height from 87.1 nm to 3.7 nm and line widths from 3.3 μm to 353 nm at the 10, 100 kHz, 200 kHz and 500 kHz ranges.
도 5의 (c)와 (d)에서와 같이, 극초단펄스전압의 펄스폭 변화에 따른 폴리피롤 나노와이어의 높이와 선폭 변화는, 극초단펄스전압의 펄스폭을 10 μs, 5 μs, 1 μs 그리고 100 ns까지 변화를 줬을 때 폴리 나노와이어의 높이는 14.9 nm ~ 2.4 nm 그리고 선폭은 1.4 μm~ 548 nm까지 변화하였다.As shown in (c) and (d) of FIG. 5, the height and line width change of the polypyrrole nanowire according to the pulse width change of the ultra short pulse voltage, the pulse width of the ultra
도 6의 (c)와 (d)에서와 같이, 극초단펄스전압의 전압 변화에 따른 폴리피롤 나노와이어의 높이와 선폭 변화는, 극초단펄스전압의 펄스폭을 2.0 Vpp, 1.8 Vpp 그리고 1.5 Vpp까지 변화를 줬을 때 폴리피롤 나노와이어의 높이는 4.0 nm ~ 1.3 nm 그리고 선폭은 1.2 μm~ 739 nm까지 변화하였다.As shown in (c) and (d) of FIG. 6, the change in height and line width of the polypyrrole nanowire according to the voltage change of the ultra short pulse voltage is performed by changing the pulse width of the ultra short pulse voltage to 2.0 Vpp, 1.8 Vpp and 1.5 Vpp. The polypyrrole nanowires varied in height from 4.0 nm to 1.3 nm and line widths from 1.2 μm to 739 nm.
도 3의 (b)에서와 같이, 폴리피롤이 형성 된 것에 대한과, X-ray 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 실험 결과, 도 3의 (b)에서 N1s 피크가 검출된 것으로, 금 표면 위에 폴리피롤이 형성된 것을 확인할 수 있다. As shown in (b) of FIG. 3, the N1s peak was detected in FIG. 3 (b) as a result of polypyrrole formation and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) experiments. It can be seen that polypyrrole is formed on the surface.
도 3의 (c)에서와 같이, 폴리피롤이 형성된 것에 대한 푸리에 변환 적외선(Fourier transform infrared, FT-IR) 분광학 실험 결과, 1636 cm-1에서 피크가 검출되는 것으로 C=C가 존재하여 폴리피롤 나노와이어가 존재한다는 것을 확인할 수 있다.As shown in (c) of FIG. 3, Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy experiments on the formation of polypyrrole showed a peak at 1636 cm −1 . You can see that exists.
도 3의 (a)에서와 같이, 폴리피롤의 전도성 확인을 위한 켈빈 탐침력 현미경(Kelvin probe force microscopy) 실험 결과로서, 켈빈 탐침력 현미경은 물질 표면의 전자를 이미징 하는 기법으로 우리가 합성한 폴리피롤 나노 와이어의 전도성을 확인할 수 있다.As shown in (a) of FIG. 3, as a result of a Kelvin probe force microscopy experiment for checking the conductivity of polypyrrole, Kelvin probe force microscopy is a polypyrrole nanoparticle synthesized by the technique of imaging electrons on the surface of a material. You can check the conductivity of the wire.
본 발명에서는 전도성 고분자인 피롤을 AFM 캔틸레버 팁에 극초단펄스를 인가하여 국소 지역에 전기고분자화(electropolymerization)가 일어나도록 하여 전도성 고분자 나노 패터닝을 하였다. 또한 극초단펄스의 주파수, 펄스폭, 전압 진폭 그리고 AFM 캔틸레버 팁의 속도를 변화시켜가며 전도성 고분자 나노 패터닝의 선폭 경향성을 알 수 있었다. 여러 변수들을 이용하여 전도성 고분자 나노 패터닝의 평균 선폭을 353 nm부터 1.576 μm까지 조절하여 나노 패터닝을 할 수 있었다. 따라서, 앞으로 다양한 종류의 전도성 고분자를 이용하여 나노 패터닝이 가능할 것이며, AFM 테이핑 모드(tapping mode)를 이용하여 전도성 고분자 나노 패터닝을 하였을 경우 더욱 선폭이 좁은 나노 패터닝이 가능 할 것이다. 또한, 이 전도성 고분자 나노 패터닝 기법을 이용하여 나노 센서 그리고 나노 전자 소자 개발에 많은 이용 될 것이다.In the present invention, pyrrole, a conductive polymer, was applied to the AFM cantilever tip to apply ultrashort pulses to cause electropolymerization at a localized area, thereby conducting conductive polymer nano patterning. In addition, the line width tendency of the conductive polymer nano patterning was found by varying the frequency, pulse width, voltage amplitude and speed of the AFM cantilever tip. Using various parameters, nano patterning was possible by adjusting the average line width of conductive polymer nano patterning from 353 nm to 1.576 μm. Accordingly, nano patterning will be possible using various kinds of conductive polymers in the future, and nano patterning of narrower line widths will be possible when conductive polymer nano patterning is performed using AFM taping mode. In addition, this conductive polymer nano patterning technique will be used in the development of nano sensors and nano electronic devices.
본 발명은 다른 전도성 고분자(예, aniline, thiophene 등)를 이용한 나노와이어 중합방법, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 다이오드 소자, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 FET 소자, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 FET 센서, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 바이오 센서, 전도성 고분자 나노 와이어를 이용한 전극 시스템에 이용가능하다.The present invention is a nanowire polymerization method using other conductive polymers (eg, aniline, thiophene, etc.), diode devices using conductive polymer nanowires, FET devices using conductive polymer nanowires, FET sensors using conductive polymer nanowires, conductive polymers Biosensors using nanowires, and electrode systems using conductive polymer nanowires.
본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것이 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.
The present invention is not limited to the above described and illustrated in the drawings, and of course, more modifications and variations are possible to those skilled in the art within the scope of the following claims.
Claims (22)
극초단펄스 전압원의 양극을 AFM 샘플의 금 표면과 연결되어있는 전선에 연결하고, 음극은 AFM 캔틸레버 팁과 연결되어있는 전선에 연결하는, 극초단펄스 전압원 연결단계;
AFM Liquid cell에 0.7 M 피롤 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 섞은 수용액을 주입하는, 수용액 주입단계;
AFM으로 이미지하여 금 표면에 아무것도 없는 것을 확인하는, 금표면 확인단계;
AFM 캔틸레버 팁으로 이미지(image)를 하는 동안 극초단펄스 전압을 인가하는, 전압인가 단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.Fixing the AFM cantilever tip to the AFM Liquid cell, and connecting the wire to a spring for fixing the AFM cantilever tip;
Connecting an ultra-short pulse voltage source to a wire connected to the gold surface of the AFM sample, and connecting a cathode to a wire connected to the AFM cantilever tip;
Injecting an aqueous solution of 0.7 M pyrrole aqueous solution and 0.002 M sulfuric acid aqueous solution into an AFM Liquid cell;
A gold surface verification step of confirming that nothing is on the gold surface by imaging with AFM;
Applying an ultrashort pulse voltage during imaging with an AFM cantilever tip;
Conductive polymer nanowire manufacturing method characterized in that it comprises a.
수용액 주입단계는, AFM Liquid cell에 0.7 M 피롤 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 1:1의 비율로 섞은 수용액을 주입하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.The method of claim 1, wherein
The aqueous solution injection step, conductive polymer nanowires manufacturing method characterized in that the injection of an aqueous solution of 0.7 M pyrrole aqueous solution and 0.002 M sulfuric acid aqueous solution in a ratio of 1: 1 to the AFM Liquid cell.
수용액 주입단계는, AFM Liquid cell에 0.7 M 피롤 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 1:1의 비율로 섞은 수용액을 100 μl 주입하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.The method of claim 1,
The aqueous solution injection step, conductive polymer nanowires manufacturing method characterized in that the injection of 100 μl aqueous solution of 0.7 M pyrrole aqueous solution and 0.002 M sulfuric acid aqueous solution in a ratio of 1: 1 to the AFM Liquid cell.
금표면 확인단계는, AFM으로 50 μm x 50 μm 크기로 이미지를 하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.The method of claim 1,
Gold surface confirmation step, AFM manufacturing method of the conductive polymer nanowires, characterized in that the image with a size of 50 μm x 50 μm.
전압인가 단계는, AFM 캔틸레버 팁으로 이미지(image)를 하는 동안 극초단펄스 전압을 5초간 인가하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.The method of claim 1,
In the voltage applying step, the ultra-short pulse voltage is applied for 5 seconds while imaging with an AFM cantilever tip.
극초단펄스 전압원 연결단계의 AFM 샘플은
AFM 샘플 퍽(puck)에 탄소 테이프를 부착하는, 탄소 테이프 부착단계;
탄소 테이프 위에 금이 증착된 실리콘 웨이퍼를 부착하는, 실리콘 웨이퍼 부착단계;
금 표면의 한 쪽 끝에 전선을 연결하여 극초단펄스전압을 입력할 수 있도록 하며, 금 표면에 전선을 고정하여 전기적으로 통할 수 있도록 하는, 금표면 전선 고정단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.The method of claim 1,
An AFM sample of the ultrashort pulse
Attaching the carbon tape to the AFM sample puck;
Attaching the silicon wafer on which the gold is deposited on the carbon tape;
Connecting a wire at one end of the gold surface to input an ultrashort pulse voltage, and fixing the wire to the gold surface so as to be electrically connected to the gold surface wire fixing step;
Conductive polymer nanowire manufacturing method characterized in that it comprises a.
수용액 주입단계의 0.7 M 피롤 수용액과 0.002 M 황산 수용액을 섞은 수용액은,
피롤(Pyrrole)을 DI water(탈이온수)에 희석하여 피롤 수용액 농도를 0.7 M이 되도록 제조하는 단계;
96% 황산을 DI water에 희석하여 황산 수용액 농도를 0.002 M이 되도록 제조하는 단계;
0.7 M의 피롤 수용액 1 ml와 0.002 M 황산 수용액 1 ml를 섞는 단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.The method of claim 1,
The aqueous solution of 0.7 M pyrrole aqueous solution and 0.002 M sulfuric acid aqueous solution in the aqueous solution injection step,
Diluting pyrrole in DI water (deionized water) to produce a pyrrole aqueous solution concentration of 0.7 M;
Diluting 96% sulfuric acid in DI water to prepare an aqueous sulfuric acid solution concentration of 0.002 M;
Mixing 1 ml of an aqueous solution of 0.7 M pyrrole and 1 ml of an aqueous 0.002 M sulfuric acid solution;
Conductive polymer nanowire manufacturing method characterized in that it comprises a.
전압인가 단계의 극초단펄스 전압은,
2.0 Vpp 내지 1.2 Vpp의 사이 인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.The method of claim 1,
The ultra short pulse voltage of the voltage application stage,
Conductive polymer nanowire manufacturing method, characterized in that between 2.0 Vpp to 1.2 Vpp.
전압인가 단계의 극초단펄스 전압의 주파수는,
500 kHz 내지 1 kHz의 사이인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.The method of claim 1,
The frequency of the ultra short pulse voltage of the voltage application stage,
Method of producing a conductive polymer nanowires, characterized in that between 500 kHz to 1 kHz.
전압인가 단계의 극초단펄스 전압의 펄스 폭은,
10 us 내지 20 ns사이 인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 나노 와이어 제조방법.The method of claim 1,
The pulse width of the ultra short pulse voltage of the voltage application stage,
Method for producing a conductive polymer nanowires, characterized in that between 10 us to 20 ns.
The biosensor manufactured by the method for producing a conductive polymer nanowires of claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110100707A KR101362099B1 (en) | 2011-10-04 | 2011-10-04 | Conducting polymer nano wire by ultra-short pulses via an AFM cantilever and therof method |
Applications Claiming Priority (1)
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