KR101386001B1 - 마이크로파 가열에 의한 국부적 순간 합성을 통해 3차원 미세구조체를 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세노즐을 이용하여 금속, 고분자, 복합재료 등의 3차원의 마이크로 또는 나노 스케일 미세구조체를 기판 위에 직접 형성시키되 마이크로파 가열을 국부적으로 적용하여 임의의 위치에 선택적으로 미세구조체를 순간적으로 합성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 미세구조체 제조 방법 및 장치에 따르면, 대부분의 재료에 대해 적용하여 마이크로파 가열에 의한 고온의 열이 국부적으로 가해져 순간적인 합성으로 기판 위에 직접 3차원 미세구조체를 형성하게 되므로, 미세구조의 재료가 되는 나노입자 등을 미리 잘 분산된 콜로이드 형태로 만들어야 하는 어려움이나 미세노즐의 막힘 문제 등을 원천적으로 방지할 수 있다.

Description

마이크로파 가열에 의한 국부적 순간 합성을 통해 3차원 미세구조체를 제조하는 방법 및 장치{Method for Manufacturing 3-Dimensional Micro-structure by Localized Flash Synthesis with Microwave Heating}

본 발명은 3차원 미세구조체를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 미세노즐을 이용하여 금속, 고분자, 복합재료 등의 3차원의 마이크로 또는 나노 스케일 미세구조체를 기판 위에 직접 형성시키되 마이크로파 가열을 국부적으로 적용하여 임의의 위치에 선택적으로 미세구조체를 순간적으로 합성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

나노 기술이 발전하면서 벌크(bulk)한 재료와는 달리 우수한 특성을 가지는 3차원 나노 구조체는 전자, 의료/바이오, 환경, 에너지 등의 응용 분야에서 핵심적인 요소로 활용되고 있다. 이에 따라 나노 구조체를 제조하는 많은 기술들이 개발되고 있다. 나노 기술 초기에는 재료를 깎아서 구조체를 만드는 Top-down 방식이 많이 활용되었으나, 이 방식으로 제조할 수 있는 구조체의 크기는 제한적이므로, 최근에는 구조체를 성장시키는 Bottom-up 방식의 기술들도 활발히 연구되고 있다.

하지만, 현재까지 개발된 나노구조체 제조 기술들은 '선합성후 정렬' 기술이 주류를 이루고 있으며, 이와 같은 방식들은 진공 상태에서 공정이 진행되어야 하고 공정 단계가 복잡하며 이로 인해 공정 시간 및 공정 단가가 높아질 뿐만 아니라 정렬의 정확성도 떨어지는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해 '선정렬후 합성' 방식과 같은 역기법을 이용하는 기술도 연구되고 있으나, 대부분의 종래 기술들은 공정이 복잡할 뿐만 아니라 다양한 물질에 적용하기도 어려운 문제점을 안고 있다.

최근 들어, 펜(fountain pen) 형태의 노즐을 이용해 국부성장방법으로 나노 구조체를 제조할 수 있는 기술들이 개발되고 있으며 이 기술은 간단한 공정을 통하여 크기, 형태, 기능 등의 조절이 용이하고, 원하는 위치에 선택적으로 구조체를 정렬할 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 기술에서 나노 구조체가 제조되는 기전은 공정 중 형성된 용액 메니스커스(meniscus)에서 수분이 증발되어 고체 형태의 나노 구조체가 만들어지는 것이다.

그런데 노즐을 이용하는 방식에서는 나노 구조체가 될 재료가 나노입자의 형태로 존재하는 콜로이드 성상이어야 하고, 노즐의 막힘이나 내벽 흡착을 방지하려면 안정적으로 잘 분산된 상태이어야 한다. 이런 조건은 다양한 형태의 재료 또는 복합 재료에 적용하는데 큰 어려움으로 작용한다. 노즐을 이용하는 방식 이외에도 전기합성법을 이용하는 방식이 있는데, 이 기술 또한 전기합성이 가능한 재료만 미세구조체를 만들 수 있다는 한계를 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 미세노즐을 이용하여 금속, 고분자, 복합재료 등의 다양한 형태와 재료로 구성되는 3차원의 마이크로 또는 나노 스케일 미세구조체를 기판 위에 직접 제조하기 위해서, 마이크로파 가열을 국부적으로 적용하여 임의의 위치에 선택적으로 미세구조체를 순간적으로 합성시키는 미세구조체 제조 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 미세구조체 제조 방법은, 미세 노즐을 통하여 미세구조체 원료를 기판 상으로 공급하는 단계; 및 상기 미세 노즐에서 원료가 상기 기판 쪽으로 나오는 동안 상기 기판과 상기 미세 노즐 사이의 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하여 상기 기판 상에 미세구조체를 형성하는 단계를 포함한다.

그리고, 본 발명의 일면에 따른, 미세구조체 제조 장치는, 미세구조체 원료를 기판 상으로 공급하는 미세 노즐; 및 상기 미세 노즐에서 원료가 기판 쪽으로 나오는 동안 기판과 상기 미세 노즐 사이의 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하여 상기 기판 상에 미세구조체를 형성시키는 마이크로파 발생 장치를 포함한다. 상기 미세구조체 제조 장치는 제어 신호에 따라 상기 미세 노즐 또는 상기 기판을 미세구조체 형성 위치로 상하좌우 이동시키기 위한 제어 장치를 더 포함한다.

상기 마이크로파 발생 장치는, 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선(microwave transmission line)을 포함하고, 상기 마이크로파 전송선의 끝단이 상기 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하기 위한 안테나 부분을 포함할 수 있다. 상기 전송선은 상기 미세 노즐의 외벽에 고정되어 있을 수 있다.

또는, 상기 미세 노즐은, 절연층을 사이에 두고 내벽과 외벽에 형성된 전도층을 포함하고, 상기 마이크로파 발생 장치는, 상기 내벽과 상기 외벽의 전도층을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하는 형태이고, 상기 마이크로파 전송선의 끝단이 상기 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하기 위한 안테나 부분을 포함할 수 있다.

상기 내벽의 전도층이 상기 미세 노즐의 내벽 전체에 형성되고, 상기 외벽의 전도층이 상기 절연층 외부 전체에 형성되어, 상기 내벽과 상기 외벽의 전도층이 동축형 전송선 형태일 수도 있고, 상기 내벽의 전도층이 상기 미세 노즐의 내벽 중 일부 영역에 형성되고, 상기 외벽의 전도층이 상기 절연층을 사이에 두고 상기 내벽의 전도층과 마주보는 상기 절연층 외부 일부 영역에 형성되어, 상기 내벽과 상기 외벽의 전도층이 마주보는 2개의 판형 전송선 형태일 수도 있다.

또는, 상기 기판이 전도성 기판인 경우, 상기 미세 노즐은, 벽의 일부 또는 전체에 형성된 전도층을 포함하고, 상기 마이크로파 발생 장치는, 상기 미세 노즐의 전도층과 상기 전도성 기판을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하는 형태일 수 있다.

또는, 절연체로 이루어진 상기 기판의 하부에 설치된 전도성 기판을 더 포함할 수 있으며, 상기 미세 노즐은, 벽의 일부 또는 전체에 형성된 전도층을 포함하고, 상기 마이크로파 발생 장치는, 상기 미세 노즐의 전도층과 상기 전도성 기판을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하는 형태일 수도 있다.

또는, 상기 기판은 전도성 기판인 경우에, 상기 미세 노즐은, 벽의 한쪽 끝단에 형성된 복수의 배출구를 포함하고, 상기 복수의 배출구를 형성하기 위한 끝단의 벽에 형성된 전도층을 포함하고, 상기 마이크로파 발생 장치는, 상기 미세 노즐의 전도층과 상기 전도성 기판을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하는 형태일 수 있다.

또는, 절연체로 이루어진 상기 기판의 하부에 설치된 전도성 기판을 더 포함할 수 있으며, 상기 미세 노즐은, 벽의 한쪽 끝단에 형성된 복수의 배출구를 포함하고, 상기 복수의 배출구를 형성하기 위한 끝단의 벽에 형성된 전도층을 포함하고, 상기 마이크로파 발생 장치는, 상기 미세 노즐의 전도층과 상기 전도성 기판을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하는 형태일 수도 있다.

본 발명에 따른 미세구조체 제조 방법 및 장치에 따르면, 대부분의 재료에 대해 적용하여 마이크로파 가열에 의한 고온의 열이 국부적으로 가해져 순간적인 합성으로 기판 위에 직접 3차원 미세구조체를 형성하게 되므로, 미세구조의 재료가 되는 나노입자 등을 미리 잘 분산된 콜로이드 형태로 만들어야 하는 어려움이나 미세노즐의 막힘 문제 등을 원천적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세구조체 제조 장치를 이용한 3차원 미세구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세구조체 제조 장치를 이용한 3차원 미세구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세구조체 제조 장치를 이용한 3차원 미세구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세구조체 제조 장치를 이용한 3차원 미세구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

먼저, 마이크로파는 극초단파라고도 불리는 전자기파의 일종이다. 파장이 1mm에서 1m, 주파수가 300MHz로부터 300GHz 영역의 전자기파이다. 마이크로파는 제2차 세계대전 중에 레이더용으로 개발되어 이용되었으며, 그 후 통신기기 등에 폭넓게 이용되고 있다. 특히 휴대전화나 무선LAN(Local Area Network) 등에서 최근 그 활용이 확대되고 있다. 1946년 레이더 개발 도중 우연히 마이크로파가 식품을 급속히 가열하는 현상이 발견되었으며 이것이 전자레인지의 발명으로 연결되었다.

마이크로파 가열은 마이크로파 주파수로 진동하는 전기장의 영향 하에서 극성 분자나 이온의 회전과 관련된다. 진동하는 전기장이 존재할 때 입자들은 전기장의 방향이나 위상에 맞추려고 하고, 그러나 이러한 입자들의 운동은 입자 간의 상호작용이나 전기 저항에 의해 제한을 받고 이것이 입자들의 무작위 운동을 일으켜 열을 발생시키게 된다.

쌍극자 편극(dipolar polarization) 발열 메커니즘은 극성 분자들에서 열이 발생하는 프로세스이다. 적절한 주파수로 진동하는 전기장 하에서 극성 분자들이 전기장의 방향과 위상에 맞추려고 할 때, 분자 간 힘으로 인해 극성 분자들이 저항을 받아 전기장에 따라갈 수 없게 됨으로써 분자들의 무작위 운동을 야기하고 이것이 열을 발생시킨다. 전기 저항(electric conduction) 발열 메커니즘은 전류에 대한 저항으로 인해 열이 발생하는 프로세스이다. 진동하는 전기장은 전도체 내의 전자나 이온의 진동을 일으켜 전류를 만들어 내고, 이 전류가 내부 저항에 의해 열을 발생시킨다.

1947년 스펜서 박사가 최초의 마이크로파 오븐을 개발하여 마이크로파를 가열 방법으로 사용한지 60여년이 넘었다. 이후 마이크로파 가열이 가정용뿐만 아니라 산업용 가열 방법으로 개발되어 적용되었다. 1980년대 중반 마이크로파 가열은 화학 분석―ashing, extraction, digestion 등―에 적용되기 시작하였고, 1986년에는 마이크로파 가열을 이용하여 화학 합성을 시도하여 재래식 가열 방법보다 약 천배 빠르게 반응이 일어남을 보고하였다. 1990년대에는 마이크로파 화학 장치 업체에서 개발한 제품들이 기술적으로 발전하면서 널리 보급되었다.

마이크로파는 이와 같이 다양한 반응계에서 반응속도를 수 ~ 수천 배로 가속시킬 뿐만 아니라 선택성 향상이나 나노입자의 생성 등 단순한 가열효과를 초월하는 새로운 반응영역으로 기대되는 사례가 많이 보고되고 있다. 특히 반응을 신속하게 실현할 수 있기 때문에 의약품 개발, 조합 화학(combinatorial chemistry) 및 실험실 단계에서의 반응 탐색 등으로 폭넓게 이용되어 오고 있다. 통상의 가열반응에서는 필수적인 용매나 촉매가 필요 없는 사례도 있다. 따라서 청정화학의 관점에서도 아주 유용한 도구로 인식되고 있으며, 이미 수천 편이 넘는 SCI(Science Citation Index)급 논문들이 쏟아져 나오고 있다.

이와 같은 마이크로파 가열은 재래식 가열에 비해 반응에 따라 반응속도를 10~1000배 향상시키고, 장치를 가열하지 않고 반응 대상물 자체를 가열하기 때문에 재래식 가열에 비해 에너지 소비량이 적다. 또한, 마이크로파 가열은 반응에 따라 재래식 가열에 비해 더 높은 수율 획득을 가능케 한다. 이외에도, 물질에 따라 마이크로파에 다르게 반응하기 때문에 선택적 가열이 가능하다. 마이크로파는 반응물을 직접 가열하기 때문에 화학 반응 시 사용하는 용매의 양을 줄이거나 용매를 없앨 수 있으므로 친환경적이며, 마이크로파 가열에 의한 반응은 가열이 균일하고 프로세스 변수의 제어가 좋기 때문에 재래식 가열에 비해 재현성이 더 좋다.

마이크로파 가열 방식이 가열원의 직접적인 접촉없이 이루어진다는 점은 미세구조체의 제조에 효과적으로 활용할 수 있는 큰 장점이 될 수 있다. 만일 미세구조체를 제조하는데 있어 마이크로 또는 나노 스케일의 국부적인 가열이 필요하다면 기존의 전도를 이용한 가열 방식에는 한계가 있다.

이와 같은 마이크로파 가열 방식의 장점을 이용해 미세노즐을 통해 나오는 미세구조체를 합성하는데 필요한 반응물(예, 금 등의 금속, 고분자, 복합재료 등으로 구성된 미세구조체를 만든다면 이들을 화학적으로 합성할 수 있는 액상의 합성원료)에 마이크로파 가열을 국부적으로 적용하여 임의의 위치에 선택적으로 미세구조체를 순간적으로 합성시킴으로써, 미세노즐을 가열하지 않으며 미세구조의 재료가 되는 나노입자 등을 미리 잘 분산된 콜로이드 형태로 만들어야 하는 어려움이나 미세노즐의 막힘 문제 등 없이 마이크로와이어 또는 나노와이어 등 미세구조체를 용이하게 제조할 수 있는 방법 및 장치를 설명한다. 예를 들어, 이와 같이 제조되는 미세구조체는 생명과학(life science), 바이오-의료 센서(sensor), 미세전자공학 (microelectronics), 디스플레이(display) 등과 같은, 전자, 의료/바이오, 환경, 에너지 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있다.

미세구조체 원료의 예로서, 탄소나노튜브, 전도성고분자 또는 이들의 혼합액(또는 용매에 혼합액 등 가능)을 포함할 수도 있다. 전도성고분자는, 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리티오펜(Polythiopene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리아세틸렌(Polyacetylene) 등일 수 있다.

하기하는 바와 같이 본 발명의 일실시예들에서 언급되는 미세구조체 제조 장치들은, 기본적으로, 위와 같은 미세구조체 원료를 기판 상으로 공급하는 미세 노즐을 포함하며, 상기 미세 노즐에서 원료가 기판 쪽으로 나오는 동안 기판과 상기 미세 노즐 사이의 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하여 상기 기판 상에 미세구조체를 형성시키는 마이크로파 발생 장치를 포함한다. 이외에도, 본 발명의 일실시예들에서 언급되는 미세구조체 제조 장치들은, 원료의 공급이나 위치의 제어 또는 제조 과정을 감시하기 위한 기능을 수행하는 제어 장치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치는 사용자의 제어 입력에 따라 자동으로 소정의 제어 신호를 발생시켜, 미세 노즐에서 기판 상으로 일정 배출량으로 원료가 배출되도록 제어할 수 있으며, 미세 노즐 또는 기판을 미세구조체 형성 위치로 상하좌우 이동시켜서 표적 위치에 위치할 수 있도록 제어할 수 있으며, 또한 기판 위에 미세구조체를 형성하는 동안 카메라가 촬영하는 영상을 LCD와 같은 디스플레이 장치를 통해 디스플레이함으로써 사용자가 미세와이어가 제조 과정을 관찰하도록 할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세구조체 제조 장치(100)를 이용한 3차원 미세구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 미세구조체 제조 장치(100)는, 미세 노즐(110) 및 마이크로파 발생 장치(10, 120)를 포함한다.

미세 노즐(110)은 위와 같은 미세구조체 원료를 기판 상으로 공급한다. 미세 노즐(110)은 수직벽과 그로부터 직경이 좁아지는 형태의 배출구 부분이, 원통형, 사각기둥형, 육각기둥형 등 다양한 형태일 수 있고, 그에 담긴 원료가 제어 장치의 제어를 받아 밀어짐으로써 배출구(예, 직경 1nm~1000nm)를 통해 일정 배출량(속도)으로 원료를 배출할 수 있다.

마이크로파 발생 장치(10, 120)는 마이크로파 소스(10)로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선(120)을 포함하고, 마이크로파 전송선(120) 중 어느 하나 이상의 끝단이 미세 노즐(110)에서 나오는 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하기 위한 안테나 부분을 포함한다. 마이크로파 소스(10)에서 발생된 마이크로파 출력은 마이크로파 전송선(120) 사이를 통해 손실을 최소화하면서 미세노즐(110)의 끝단까지 전달될 수 있으며, 이와 같은 마이크로파 전송선(120)은 미세 노즐(110)의 외벽에 고정되어 설치될 수 있으며, 제어 장치(도시되지 않음)를 통해 미세 노즐(110)이 움직일 때 같이 움직이도록 할 수 있다.

마이크로파 전송선(120)의 한쪽 또는 양쪽 끝단이 마이크로파를 방사하는 안테나 특성을 가질 수 있으며, 미세 노즐(110)에서 원료가 기판 쪽으로 나오는 동안 기판과 미세 노즐(110) 사이의 원료에 위와 같은 마이크로파 전송선(120)의 끝단의 안테나 부분을 통해 마이크로파를 국부적으로 가하여, 위에서 기술한 바와 같은 가열 방식의 원리로 순간 합성되는 미세구조체를, 제어 장치에 의해 미세하게 조정될 수 있는 기판 상의 목표 위치의 기판 상에 형성시킬 수 있게 된다. 제어 장치는 미세 노즐(110)을 서서히 올리면서 하부로부터 순간 합성 후 고형화되는 미세구조체가 적당한 길이가 되면 원료의 배출을 중단하고 다른 위치에서 미세구조체가 형성되도록 제어할 수 있다.

마이크로파 전송선(120)의 한쪽 또는 양쪽 끝단 자체가 다이폴 안테나 또는 지향성 안테나 등의 특성을 가질 수도 있으며, 마이크로파 전송선(120)의 한쪽 끝단에 또는 양쪽 끝단 사이에 마이크로파를 방사하기 위한 다이폴 안테나 또는 지향성 안테나 등 다양한 특성의 별도의 안테나를 추가적으로 설치 또는 형성할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세구조체 제조 장치(200)를 이용한 3차원 미세구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세구조체 제조 장치(200)는, 미세 노즐(210) 및 마이크로파 발생 장치(10, 221, 222, 223)를 포함한다.

여기서는 미세구조체 원료를 기판 상으로 공급하기 위한 미세 노즐(210)이 전송선로 역할을 겸비한 구조를 설명한다. 제어 장치의 제어를 받아 배출구를 통해 일정 배출량(속도)으로 원료를 배출하는 미세 노즐(210)이, 절연층(221)을 사이에 두고 내벽과 외벽에 형성된 전도층(222,223)을 포함한다.

여기서는 별도의 마이크로파 발생 장치가 구비되지 않아도, 내벽의 전도층(222)과 외벽의 전도층(223)을 마이크로파 소스(10)로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하여 그 어느 하나 이상의 끝단의 안테나 부분을 통해 마이크로파를 국부적으로 가하여, 위에서 기술한 바와 같은 가열 방식의 원리로 순간 합성되는 미세구조체를, 제어 장치에 의해 미세하게 조정될 수 있는 기판 상의 목표 위치에 형성시킬 수 있는 구조이다.

여기서도 내벽의 전도층(222)과 외벽의 전도층(223), 즉, 마이크로파 전송선(222, 223)의 한쪽 또는 양쪽 끝단 자체가 다이폴 안테나 또는 지향성 안테나 등의 특성을 가질 수도 있으며, 마이크로파 전송선(120)의 한쪽 끝단에 또는 양쪽 끝단 사이에 마이크로파를 방사하기 위한 다이폴 안테나 또는 지향성 안테나 등 다양한 특성의 별도의 안테나를 추가적으로 설치 또는 형성할 수도 있다.

마이크로파 전송선(222, 223)의 형태는 미세 노즐(210)의 단면 형태에 따라 동축형, 평행 판형 등 다양한 전송선 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 미세 노즐(210)은 원통형, 사각기둥형, 육각기둥형 등 다양한 형태가 될 수 있으며, 내벽의 전도층(222)이 미세 노즐(210)의 내벽 전체에 적절한 전도성을 가지는 금속으로 형성되고, 외벽의 전도층(223)이 절연층(221) 외부 전체에 적절한 전도성을 가지는 금속으로 형성되어, 내벽과 외벽의 전도층(222, 223)이 동축형 전송선 형태로 되도록 할 수 있다. 다른 예로서, 미세 노즐(210)이 사각기둥형과 같은 경우에, 내벽의 전도층(222)이 미세 노즐(210)의 내벽 중 일부 영역(예, 사각기둥의 내부 양 옆면)에 형성되고, 외벽의 전도층(223)이 절연층(221)을 사이에 두고 내벽의 전도층(222)과 마주보는 절연층(221) 외부 일부 영역(예, 사각기둥의 외부 양 옆면)에 형성되어, 내벽과 외벽의 전도층(222, 223)이 마주보는 2개의 (평행) 판형 전송선 형태가 되도록 할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세구조체 제조 장치(300)를 이용한 3차원 미세구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세구조체 제조 장치(300)는, 미세 노즐(310) 및 마이크로파 발생 장치(10, 321, 322)를 포함한다.

여기서는 미세구조체 원료를 기판 상으로 공급하기 위한 미세 노즐(310)이 마이크로파 전송선 중 어느 한 가닥의 역할을 하는 구조를 설명한다.

도 3과 같이, 기판이 절연체(플라스틱류, 수지계, 고분자 물질 등)로 이루어진 경우에는, 기판의 하부에 전도성 기판(322)을 설치할 수 있다. 또한, 미세 노즐(310)은, 벽(예, 노즐 내벽이 되는 절연체 등)의 일부 또는 전체에 적절한 전도성 금속으로 형성된 전도층(321)을 포함한다. 전도층(321)은 벽(예, 노즐 내벽이 되는 절연체 등)의 내부 또는 외부에 형성될 수 있다.

이와 같이 하면, 미세 노즐(310)의 전도층(321)과 전도성 기판(322)을 마이크로파 소스(10)로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용할 수 있고, 전도성 기판(322)과 미세 노즐(310)의 배출구쪽 그 끝단 사이에 AC(Alternating Current) 형태의 마이크로파가 국부적으로 가해져, 위에서 기술한 바와 같은 가열 방식의 원리로 순간 합성되는 미세구조체를, 제어 장치에 의해 미세하게 조정될 수 있는 기판 상의 목표 위치에 기판 상에 형성시킬 수 있다. 이와 같은 구조에서는 미세 노즐(310)의 배출구쪽 그 끝단에 안테나 부분이 필요하지 않으며(필요에 따라 별도 안테나 장착 가능), 전도성 기판(322)과 미세 노즐(310)의 배출구쪽 그 끝단이 AC전극 역할을 하여 마이크로파 대역의 AC 전압을 발생시킬 수 있게 된다.

이외에도, 도면에는 도시하지 않았지만, 미세구조체를 형성하기 위한 기판이 위와 같이 절연체가 아니고 자체가 전도성 기판으로 이루어진 경우에는 위와 같은 전도성 기판(322)을 별도로 설치할 필요는 없다. 즉, 미세 노즐(310)의 전도층(321)과 기판 자체인 전도성 기판을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하여, 해당 기판과 미세 노즐(310)의 배출구쪽 그 끝단 사이에 AC(Alternating Current) 형태의 마이크로파가 국부적으로 가해져, 위에서 기술한 바와 같은 가열 방식의 원리로 순간 합성되는 미세구조체를, 제어 장치에 의해 미세하게 조정될 수 있는 기판 상의 목표 위치에 기판 상에 형성시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세구조체 제조 장치(400)를 이용한 3차원 미세구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세구조체 제조 장치(300)는, 미세 노즐(410) 및 마이크로파 발생 장치(10, 421, 422)를 포함한다.

여기서는 미세구조체 원료를 기판 상으로 공급하기 위한 미세 노즐(410)이 마이크로파 전송선로 중 어느 한 가닥의 역할을 하며 복수의 배출구를 포함하는 구조를 설명한다.

도 4와 같이, 기판이 절연체(플라스틱류, 수지계, 고분자 물질 등)로 이루어진 경우에는, 기판의 하부에 전도성 기판(422)을 설치할 수 있다. 또한, 미세 노즐(410)은, 벽(그림에서 수직벽)의 한쪽 하부 끝단에 형성된 복수의 배출구를 포함하고, 복수의 배출구를 형성하기 위한 벽(그림에서 기판과 마주하고 있는 노즐 하단부 벽)에 적절한 전도성 금속으로 형성된 전도층(421)을 포함한다. 전도층(421)은 벽(하단부 벽)의 내부 또는 외부에 형성될 수 있다.

이와 같이 하면, 미세 노즐(410)의 전도층(421)과 전도성 기판(422)을 마이크로파 소스(10)로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용할 수 있고, 전도성 기판(422)과 튀어나온 미세 노즐(410)의 배출구들쪽 그 끝단 사이에 AC(Alternating Current) 형태의 마이크로파가 국부적으로 가해져, 위에서 기술한 바와 같은 가열 방식의 원리로 순간 합성되는 미세구조체를, 제어 장치에 의해 미세하게 조정될 수 있는 기판 상의 목표 위치에 기판 상에 형성시킬 수 있다. 이와 같은 구조에서는 미세 노즐(410)의 배출구들쪽 그 끝단에 안테나 부분이 필요하지 않으며(필요에 따라 별도 안테나 장착 가능), 전도성 기판(422)과 미세 노즐(410)의 배출구들쪽 그 끝단이 AC전극 역할을 하여 마이크로파 대역의 AC 전압을 발생시켜 가열할 할 수 있게 된다.

이외에도, 도면에는 도시하지 않았지만, 미세구조체를 형성하기 위한 기판이 위와 같이 절연체가 아니고 자체가 전도성 기판으로 이루어진 경우에는 위와 같은 전도성 기판(422)을 별도로 설치할 필요는 없다. 즉, 미세 노즐(410)의 전도층(421)과 기판 자체인 전도성 기판을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하여, 해당 기판과 미세 노즐(410)의 배출구들쪽 그 끝단 사이에 AC(Alternating Current) 형태의 마이크로파가 국부적으로 가해져, 위에서 기술한 바와 같은 가열 방식의 원리로 순간 합성되는 미세구조체를, 제어 장치에 의해 미세하게 조정될 수 있는 기판 상의 목표 위치에 기판 상에 형성시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 마이크로파 소스
100, 200, 300, 400: 미세구조체 제조 장치
110, 210, 310, 410: 미세 노즐
120: 마이크로파 전송선
221: 절연층
222,223,321,421: 전도층
322, 422: 전도성 기판

Claims (12)

1. 삭제
2. 미세구조체 합성 원료를 기판 상으로 공급하는 미세 노즐; 및
   상기 미세 노즐에서 상기 합성 원료가 상기 기판 쪽으로 공급되는 동안 상기 기판과 상기 미세 노즐 사이의 합성 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하여 상기 기판 상에 미세구조체를 형성시키는 마이크로파 발생 장치를 포함하되,
   상기 마이크로파 발생 장치는, 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선을 포함하고,
   상기 마이크로파 전송선은 상기 미세 노즐의 외벽에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 미세구조체 제조 장치는,
   제어 신호에 따라 상기 미세 노즐 또는 상기 기판을 미세구조체 형성 위치로 상하좌우 이동시키기 위한 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 마이크로파 전송선 중 어느 하나 이상의 끝단은, 상기 합성 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하기 위한 안테나 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.
5. 삭제
6. 미세구조체 합성 원료를 기판 상으로 공급하는 미세 노즐; 및
   상기 미세 노즐에서 상기 합성 원료가 상기 기판 쪽으로 공급되는 동안 상기 기판과 상기 미세 노즐 사이의 합성 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하여 상기 기판 상에 미세구조체를 형성시키는 마이크로파 발생 장치를 포함하되,
   상기 미세 노즐은, 절연층을 사이에 두고 내벽과 외벽에 형성된 전도층을 포함하고,
   상기 마이크로파 발생 장치는, 상기 내벽과 상기 외벽의 전도층을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하는 형태이고,
   상기 내벽과 상기 외벽의 전도층 중 어느 하나 이상의 끝단은, 상기 합성 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하기 위한 안테나 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 내벽의 전도층이 상기 미세 노즐의 내벽 전체에 형성되고, 상기 외벽의 전도층이 상기 절연층 외부 전체에 형성되어, 상기 내벽과 상기 외벽의 전도층이 동축형 전송선 형태인 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 내벽의 전도층이 상기 미세 노즐의 내벽 중 일부 영역에 형성되고, 상기 외벽의 전도층이 상기 절연층을 사이에 두고 상기 내벽의 전도층과 마주보는 상기 절연층 외부 일부 영역에 형성되어, 상기 내벽과 상기 외벽의 전도층이 마주보는 2개의 판형 전송선 형태인 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.
9. 미세구조체 합성 원료를 기판 상으로 공급하는 미세 노즐; 및
   상기 미세 노즐에서 상기 합성 원료가 상기 기판 쪽으로 공급되는 동안 상기 기판과 상기 미세 노즐 사이의 합성 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하여 상기 기판 상에 미세구조체를 형성시키는 마이크로파 발생 장치를 포함하되,
   상기 기판은 전도성 기판을 포함하고,
   상기 미세 노즐은, 벽의 일부 또는 전체에 형성된 전도층을 포함하고,
   상기 마이크로파 발생 장치는, 상기 미세 노즐의 전도층과 상기 전도성 기판을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하는 형태인 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 전도성 기판의 상부에 설치되고, 절연체로 이루어진 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.
11. 미세구조체 합성 원료를 기판 상으로 공급하는 미세 노즐; 및
    상기 미세 노즐에서 상기 합성 원료가 상기 기판 쪽으로 공급되는 동안 상기 기판과 상기 미세 노즐 사이의 합성 원료에 마이크로파를 국부적으로 가하여 상기 기판 상에 미세구조체를 형성시키는 마이크로파 발생 장치를 포함하되,
    상기 기판은 전도성 기판을 포함하고,
    상기 미세 노즐은, 벽의 한쪽 끝단에 형성된 복수의 배출구를 포함하고, 상기 복수의 배출구를 형성하기 위한 끝단의 벽에 형성된 전도층을 포함하고,
    상기 마이크로파 발생 장치는, 상기 미세 노즐의 전도층과 상기 전도성 기판을 마이크로파 소스로부터 받은 마이크로파를 전송하는 마이크로파 전송선으로 이용하는 형태인 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 전도성 기판의 상부에 설치되고, 절연체로 이루어진 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조체 제조 장치.

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