KR101627289B1 - 자성 나노입자를 포함하는 전자소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

자성 나노입자를 포함하는 전자소자 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR101627289B1
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magnetic
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김영근
이지성
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고려대학교 산학협력단
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

본 발명은 자성 나노입자를 포함하는 전자소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전자소자 및 이의 제조방법은 자성 나노입자를 전자소자에 적용 경우, 해당 전자소자에서 요청되는 적절한 배열이 가능한 전자소자를 제공할 수 있다. 그리하여 종래 기술에 의하여 전자소자의 제조시 자성 나노입자를 적용하여 제조하게 되면, 자성 나노입자 특유의 전기적 또는 자기적 특성이 전자소자에서 유익하게 발현될 수 있음에도, 자성 나노입자의 성질상 전자소자에 적절하도록 배열하는 것이 어려워 기대하였던 효과를 달성하지 못하였던 문제점을 획기적으로 개선하였다. 또한 자성 나노입자를 기판 상에 효과적으로 배열하면서 전체 전자소자의 전기적 또는 자기적 수송특성을 효과적으로 조절하는 것이 가능하다.

Description

자성 나노입자를 포함하는 전자소자 및 이의 제조방법{Electronic device comprising magnetic nanoparticles and preparation method thereof}
본 발명은 자성 나노입자를 포함하는 전자소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 나노입자(nanoparticle)들은 그의 특이적 형태 및 물리 화학적 성질들에 의해 생명공학 분야 및 전자, 기계, 신소재 등 여러 분야에서 각광을 받고 있다. 특히 자성을 띄고 있는 나노입자(이하 이러한 나노입자를‘자성 나노입자(magnetic nanoparticle)’라 칭함)들은 촉매제, 약물전달, 스핀전자소자(spin-electronic device), 자성 기록장치, 거대저항 자기센서 등에 사용되고 있다. 따라서 다양한 온도 및 자기장이 가해지는 환경에서 배열된 자성 나노입자 간의 전기적, 자기적 수송(transport) 특성들에 대한 연구에 관해 과학계에서 관심도가 크게 증가하고 있다.
즉, 상기 자성 나노입자는 여러 분야에 적용됨과 동시에 해당 분야에 적절하게 사용되는 자성 나노입자는 특정되어 있고, 이러한 특정 분야에 사용되기 위한 해당 자성 나노입자의 특유한 성질은 자성 나노입자가 어떻게 배열되는지에 따라 제대로 발현되는지 크게 영향을 받는 것이었다. 특히 상기 자성 나노입자는 주변의 온도 변화 및 자기장 흐름 등에 그 배열 및 배열의 일관성이 크게 좌우되는 문제점이 있어 해당 분야에 처음 의도한 바와 같이 적절하게 적용하기가 매우 어렵다는 문제점이 있다.
이러한 문제점이 특히 두드러지게 나타나는 분야로서, 전자소자에 자성 나노입자를 적용하는 경우에는 상기 자성 나노입자가 사용되는 전극 기판 등에 외부 전류 등이 수시로 인가되고, 자기장의 흐름에 영향을 주는 재료들이 혼재되어 있어 상기 자성 나노입자를 해당 전자소자의 쓰임새에 맞게 적절하게 배열하기 어렵다는 문제점이 존재하였다.
본 발명과 관련되는 선행기술문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0996100호(특허문헌 1)이 개시되어 있으며, 상기 특허문헌 1에서는 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한 베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자 등이 개시되어 있을 뿐, 자성 나노입자를 특정 구조로 배열하는 전자소자에 관하여는 어떠한 개시 또는 암시조차 되어 있지 않다.
특허문헌 1. 대한민국 등록특허 제10-0996100호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전자소자에 적용되는 자성 나노입자를 해당 전자소자에 적용시키기 적절한 구조로 기판상에 배열한 전자소자를 제공하는 것이다. 즉, 자성 나노입자는 전자소자에 포함되는 기판 상에 원하는 특성이 발현되도록 적절한 구조로 배열하는 것이 어려웠는데, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하여 상기 자성 나노입자를 전자소자에 포함되는 기판 상에서 적절한 구조로 원하는 바와 같이 배열하는 것이 가능한 전자소자 및 이의 제조방법을 제공하는 것이 목적이다. 또한 정교한 방법을 사용하여 전자소자의 전기적 또는 자기적 수송특성을 조절하는 것이 목적이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 양태에 따른 전자소자는
상부에 절연층이 형성된 전자소자용 기판의 일면에 자성 나노입자가 배열되고,
상기 자성 나노입자의 배열은 기판 상에 전도성 물질 및 전극에 의해 형성된 패턴을 따라 연속적으로 연결되어 배열되며,
상기 전도성 물질 및 전극은 기판 상에 순차적으로 위치하여 패턴을 형성하고,
상기 패턴은 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자의 좌측 및 우측에 각각 형성되며,
상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자 및 패턴을 형성한 전극은 임의의 부위에서 단일 또는 복수개의 미세전극으로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자소자이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 전자소자의 제조방법은
1) 전자소자용 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
2) 상기 절연층의 상부에 전도성 물질 및 전극이 순차적으로 위치하면서 패턴을 형성하는 단계
3) 상기 패턴을 따라 자성 나노입자를 연속적으로 연결하여 배열하는 단계;
4) 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자 및 패턴을 형성한 전극은 임의의 부위에서 단일 또는 복수개의 미세전극으로 연결하는 단계;
를 포함하며,
상기 패턴은 상기 연속적으로 연결하여 배열된 자성 나노입자의 좌측 및 우측에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 전자소자의 제조방법이다.
본 발명에 따른 전자소자 및 이의 제조방법은 자성 나노입자를 전자소자에 적용 경우, 해당 전자소자에서 요청되는 적절한 배열이 가능한 전자소자를 제공할 수 있다. 그리하여 종래 기술에 의하여 전자소자의 제조시 자성 나노입자를 적용하여 제조하게 되면, 자성 나노입자 특유의 전기적 또는 자기적 특성이 전자소자에서 유익하게 발현될 수 있음에도, 자성 나노입자의 성질상 전자소자에 적절하도록 배열하는 것이 어려워 기대하였던 효과를 달성하지 못하였던 문제점을 획기적으로 개선하였다. 또한 자성 나노입자를 기판 상에 효과적으로 배열하면서 전체 전자소자의 전기적 또는 자기적 수송특성을 효과적으로 조절하는 것이 가능하다.
도 1은 하기 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 경우 자성 나노입자 배열 및 미세전극이 형성된 스핀전자 소자의 전체적인 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 2는 하기 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 경우 자성 나노입자 배열 및 미세전극이 형성된 전자소자의 제작 모식도이다.
도 3은 하기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제작된 스핀 전자소자의 온도에 따른 전기적 특성변화 및 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 하기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제작된 스핀 전자소자에 외부 자기장 세기에 따른 전류-전압 곡선 및 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 하기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제작된 스핀 전자소자의 자기수송 효과를 나타내는 그래프이다.
이에 본 발명자들은 자성 나노입자가 전자소자에 적용되는 경우 적절한 배열을 이루는 것이 가능한 전자소자 및 이의 제조방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명에 따른 특정구조로 배열된 자성 나노입자를 포함하는 전자소자 및 이의 제조방법을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
구체적으로 본 발명에 따른 전자소자는
상부에 절연층(2)이 형성된 전자소자용 기판(1)의 일면에 자성 나노입자(5)가 배열되고,
상기 자성 나노입자의 배열은 기판 상에 전도성 물질(3) 및 전극(4)에 의해 형성된 패턴을 따라 연속적으로 연결되어 배열되며,
상기 전도성 물질 및 전극은 기판 상에 순차적으로 위치하여 패턴을 형성하고,
상기 패턴은 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자의 좌측 및 우측에 각각 형성되며,
상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자 및 패턴을 형성한 전극은 임의의 부위에서 단일 또는 복수개의 미세전극(6)으로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자소자이다.
한편, 상기 전자소자용 기판은 상기 자성 나노입자가 연속적으로 연결되어 배열되는 것을 방해하지 않는 전자소자용 기판이라면 특별한 제한 없이 본 발명에 적용될 수 있다.
한편, 상기 절연층은 상기 전자소자용 기판 상에 절연체로 사용될 수 있는 물질이라면 특별한 제한 없이 모두 이에 포함될 수 있으며, 바람직한 일실시예로서 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4) 등이 있으며, 절연성이 강한 재료들은 모두 이에 포함될 수 있다. 이러한 절연층의 형성 방법 또한 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 바람직한 일실시예로서 습식산화(wet oxidation), 증착(deposition) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 절연층이 상부에 형성된 전자소자용 기판 상에는 전도성 물질 및 전극에 의해 패턴이 형성되어 있으며, 상기 자성 나노입자는 상기 패턴을 따라 배열되어 있다. 또한 상기 자성 나노입자는 상기 패턴을 따라 연속적으로 연결되어 배열된다. 이렇게 상기 자성 나노입자는 패턴을 따라 연속적으로 연결된 배열 구조를 보이는데, 이렇게 연속적으로 연결된 배열 구조는 사슬구조 또는 나노체인구조로도 비유될 수 있다. 또한 이렇게 연속적으로 연결된 배열 구조는 1 차원, 2 차원 또는 3 차원 형태의 규칙(ordered) 또는 불규칙(disordered)의 초격자(superlattice) 구조를 모두 포함할 수 있다.
한편, 상기 전도성 물질 및 전극에 의해 패턴이 형성되는데, 이러한 전도성 물질 및 전극은 상부에 절연층이 형성된 기판 상에 순차적으로 위치하여 형성된 것이다. 즉, 상기 전도성 물질이 먼저 절연층의 일부에 부착된 후, 전도성 물질의 상부에 순차적으로 전극이 위치하게 되는 것이다.
한편, 상기 전도성 물질은 전도성이 존재하는 물질이라면 특별한 제한 없이 본 발명의 전도성 물질로 적용될 수 있으며, 또한 상기 전도성 물질은 본 발명에서는 절연층과 전극을 연결하는 접착층(adhesion layer)의 역할도 수행하게 된다. 이렇게 상기 전도성 물질은 전도성을 보유하면서 접착력도 우수한 물질이라면 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 바람직하게는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
한편, 상기 패턴은 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자의 좌측 및 우측에 각각 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 패턴은 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자의 배열을 안쪽에 두는 것으로서, 상기 자성 나노입자의 좌측과 우측에 각각 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 전도성 물질과 함께 패턴을 형성하는 전극은 전극 재료로 사용되는 것이라면 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 후술할 미세전극과 구분되는 것으로서 바람직하게는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 아연(Zn), 주석(Sn), 주석 도프(tin doped) 산화인듐(ITO),팔라듐(Pd) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
한편, 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자 및 패턴이 형성된 전극은 임의의 부위에서 미세전극으로 연결되는데, 이러한 미세전극에 의해 자성 나노입자의 배열 구조 중에서 원하는 부위와 패턴이 형성된 전극의 원하는 부위를 연결하는 것이 가능하게 된다. 또한 상기 미세전극은 자성 나노입자의 전체 배열 중에서 원하는 배열 부위를 전극과 연결하는 것이기 때문에 상기 구조를 모두 포함하는 최종적인 전자소자의 전기적 또는 자기적 수송 특성을 이러한 미세전극에 의해 조절하는 것이 가능하게 된다. 또한 이러한 미세전극은 자성 나노입자의 배열 중 원하는 부위와 상기 패턴이 형성된 전극의 원하는 임의의 부위를 연결하는 것으로서, 특별한 제한 없이 단일 또는 복수개의 미세전극으로 연결되는 것일 수 있다. 또한 상기 미세전극을 이루는 물질은 상기 전극과는 구별되는 것으로서 상기 자성 나노입자와 전극을 연결할 수 있는 물질이라면 특별한 제한 없이 이에 포함될 수 있으며, 바람직하게는 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 철(Fe), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 아연(Zn), 주석(Sn), 주석 도프(tin doped) 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 한편, 이러한 미세전극을 형성하는 방법으로는 자성 나노입자의 배열 및 패턴이 형성된 전극의 원하는 임의의 부위에 미세전극의 연결을 가능하게 하는 방법이라면 특별한 제한 없이 모두 적용될 수 있으며, 바람직한 일실시예로서 집속 이온빔 시스템에 의하여 상기 미세전극을 형성할 수 있다.
한편, 상기 자성 나노입자의 평균 입경은 특별한 제한이 있는 것은 아니지만 바람직하게는 2-200 nm에 해당할 수 있다. 상기 자성 나노입자의 평균 입경이 2 nm 미만인 경우에는 그 크기가 너무 작아 미세전극을 형성하는 것이 용이하지 않으므로 바람직하지 않으며, 상기 자성 나노입자의 평균 입경이 200 nm를 초과하는 경우에는 그 크기가 너무 커서 자성 나노입자의 전기적 또는 자기적 수송 특성을 보려고 하는 본 발명의 목적을 달성하기 어려워 바람직하지 않다.
한편, 상기 자성 나노입자는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 가돌리늄(Gd), 이들 각각의 산화물 및 이들 각각의 합금산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
결국, 이러한 구조로 이루어지는 본 발명에 따른 전자소자는 상기 패턴을 따라 자성 나노입자를 해당 전자소자에 적용하기 적절한 배열로 기판 상에 정렬하는 것이 가능한 전자소자이며, 이를 통해 상기 자성 나노입자가 해당 전자소자에서 원하는 특성이 제대로 발현하도록 기판 상에 정렬하는 것이 가능한 전자소자이다. 또한 상기 자성 나노입자의 배열을 원하는대로 정렬하는 것이 가능하면서, 미세전극을 자성 나노입자의 배열과 패턴이 형성된 전극의 원하는 임의의 부위에 연결하는 것이 가능하여 상기 구조를 모두 포함하는 전자 소자의 전기적 또는 자기적 수송특성을 조절하는 것이 가능하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 전자소자는 스핀 전자소자(spin electronic device), 자기센서(magnetic sensor), 기억소자(memory device) 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 전자소자의 제조방법은
1) 전자소자용 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
2) 상기 절연층의 상부에 전도성 물질 및 전극이 순차적으로 위치하면서 패턴을 형성하는 단계
3) 상기 패턴을 따라 자성 나노입자를 연속적으로 연결하여 배열하는 단계;
4) 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자 및 패턴을 형성한 전극은 임의의 부위에서 단일 또는 복수개의 미세전극으로 연결하는 단계;
를 포함하며,
상기 패턴은 상기 연속적으로 연결하여 배열된 자성 나노입자의 좌측 및 우측에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 전자소자의 제조방법이다.
상기 1)단계의 전자소자용 기판은 상기 자성 나노입자가 연속적으로 연결되어 배열되는 것을 방해하지 않는 전자소자용 기판이라면 특별한 제한 없이 본 발명에 적용될 수 있다.
한편, 상기 절연층은 상기 전자소자용 기판 상에 절연체로 사용될 수 있는 물질이라면 특별한 제한 없이 모두 이에 포함될 수 있으며, 바람직한 일실시예로서 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4) 등이 있으며, 절연성이 강한 재료들은 모두 이에 포함될 수 있다. 이러한 절연층의 형성 방법 또한 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 바람직한 일실시예로서 습식산화(wet oxidation), 증착(deposition) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 2)단계의 패턴은 절연층의 상부에 전도성 물질 및 전극을 순차적으로 위치시켜 형성하는 것인데, 상기 전도성 물질 및 전극을 순차적으로 위치시켜 패턴을 형성하는 방법에는 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 바람직한 일실시예로서 증착 등의 방법을 사용하여 전도성 물질 및 전극이 순차적으로 위치한 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 상기 전도성 물질은 전도성 및 접착력이 우수한 물질이라면 특별한 제한 없이 이에 포함될 수 있으며, 바람직하게는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 전극을 구성하는 물질은 미세전극과 구분되는 것으로서 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 아연(Zn), 주석(Sn), 주석 도프(tin doped) 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd), 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 것이 바람직하다.
한편, 상기 패턴은 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자의 좌측 및 우측에 각각 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 자성 나노입자의 배열은 좌측과 우측에 패턴을 따라 배열되는 것이다.
한편, 상기 자성 나노입자는 상기 3)단계에서 연속적으로 연결되어 패턴을 따라 배열되는 것인데, 이렇게 연속적으로 연결된 배열 구조는 사슬구조 또는 나노체인구조로도 비유될 수 있으며, 1 차원, 2 차원 또는 3 차원 형태의 규칙(ordered) 또는 불규칙(disordered)의 초격자(superlattice) 구조를 모두 포함할 수 있다.
한편, 상기 자성 나노입자는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 가돌리늄(Gd), 이들 각각의 산화물 및 이들 각각의 합금산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어진 나노입자인 것이 바람직하다.
한편, 상기 자성 나노입자를 연속적으로 연결하여 배열하는 방법은 먼저, 외부 자기장을 인가한 상태에서 용액의 농도 등을 조절하여 기판 위에 상기 자성 나노입자를 포함한 용액을 분사하게 되고, 이렇게 용액을 분사한 후에는 상기 자성 나노입자가 자기장의 인가 방향으로 연속적으로 연결되어 배열되게 된다. 이러한 방법으로 배열하게 되면 상기 설명한 바와 같이 사슬구조 또는 나노체인구조로 연속적으로 연결되어 배열하게 되는 것이다. 또한 이러한 외부 자기장의 인가 시 바람직한 자기장의 세기는 해당 전자소자용 기판 상에서 상기 자성 나노입자를 배열하여 발현하려는 구조에 맞게 특별한 제한 없이 적절하게 조절하여 적용하는 것이 가능하다.
한편, 상기 4)단계에 의해 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자 및 패턴을 형성한 전극은 임의의 부위에서 단일 또는 복수개의 미세전극으로 연결되게 된다. 상기 임의의 부위에서 연결하는 것은 원하는 부위에서 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자 및 패턴을 형성한 전극을 연결하는 것을 의미한다. 또한 이렇게 원하는 임의의 부위에서 연결하는 것이 가능하며, 이러한 임의의 부위는 단일 또는 복수의 부위일 수 있어 상기 미세전극은 단일 또는 복수개로 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자와 패턴을 형성한 전극을 연결할 수 있다.
한편, 상기 미세전극은 상기 전극과는 구분되는 것으로서, 바람직하게는 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 아연(Zn), 주석(Sn), 주석 도프(tin doped) 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd), 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 미세전극을 형성하는 방법은 자성 나노입자의 배열 및 패턴이 형성된 전극의 원하는 임의의 부위에 미세전극의 연결을 가능하게 하는 방법이라면 특별한 제한 없이 모두 적용될 수 있으며, 바람직한 일실시예로서 집속 이온빔 시스템에 의하여 상기 미세전극을 형성할 수 있다. 특히 상기 집속 이온빔 시스템을 이용하여 미세전극을 형성하면 기판 상에서는 발현되는 물리적 성질에 맞춰 상기 자성 나노입자의 개수를 조절하여 연결 할 수 있으므로 바람직하다.
한편, 상기 자성 나노입자의 평균 입경은 특별한 제한이 있는 것은 아니지만 바람직하게는 2-200 nm에 해당할 수 있다. 상기 자성 나노입자의 평균 입경이 2 nm 미만인 경우에는 그 크기가 너무 작아 미세전극을 형성하는 것이 용이하지 않으므로 바람직하지 않으며, 상기 자성 나노입자의 평균 입경이 200 nm를 초과하는 경우에는 그 크기가 너무 커서 자성 나노입자의 전기적 또는 자기적 수송 특성을 보려고 하는 본 발명의 목적을 달성하기 어려워 바람직하지 않다.
한편, 상기 자성 나노입자는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 가돌리늄(Gd), 이들 각각의 산화물 및 이들 각각의 합금산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
결국, 이러한 단계를 포함하는 본 발명에 따른 전자소자의 제조방법은 상기 패턴을 따라 자성 나노입자를 해당 전자소자에 적용하기 적절한 배열로 기판 상에 정렬하는 것이 가능한 전자소자의 제조방법이며, 이를 통해 상기 자성 나노입자가 해당 전자소자에서 원하는 특성이 제대로 발현하도록 기판 상에 정렬하는 것이 가능한 전자소자의 제조방법이다. 또한 상기 자성 나노입자의 배열을 원하는데로 정렬하는 것이 가능하면서, 미세전극을 자성 나노입자의 배열과 패턴이 형성된 전극의 원하는 임의의 부위에 연결하는 것이 가능하여 상기 구조를 모두 포함하는 전자 소자의 전기적 또는 자기적 수송특성을 조절하는 것이 가능하게 된다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 : 자성 나노입자 배열 및 미세전극이 형성된 스핀전자 소자 제작
< 실시예 1: 전자소자용 기판 제조>
스핀전자 소자를 제작하기 위해 산화 규소가 200 nm 성장되어 절연층이 존재하는 규소 기판 위에 섀도우 마스크 (shadow mask)를 이용하여 티타늄(전도성 물질)/금(전극)을 전자빔 증착법에 의하여 하기 도 1(a) 와 같이 T 자형으로 패턴을 형성하여 증착시킨다. 이렇게 증착된 기판은 이물질을 최소화 시키기 위하여 아세톤, 에탄올 용액 안에서 초음파 세척을 진행한다.
< 실시예 2: 자성 나노입자의 제조>
100 nm 크기의 마그네타이트 (Fe3O4) 나노입자 합성은 폴리올 (polyol) 방법에 의해 수행 되었다. 이 때 철 클로라이드 헥사하이드레이트 (iron chloride hexahydrate (FeCl3·6H2O)를 전구체로 사용하였으며 에틸렌글리콜 (ethylene glycol), 아세트산 나트륨(sodium acetate), 증류수가 각각 환원제, 보조제로 사용되었다.
< 실시예 3: 스핀 전자소자의 제조>
상기 실시예 2에 의해 합성된 자성 나노입자는 에탄올에 충분히 분산시킨 후 외부 자기장이 강하게 걸려 있는 환경 속에서 상기 실시예 1에 의해 제작된 기판 위에 일정 농도로 떨어뜨린다. 떨어진 자성 나노입자는 하기 도 1(b) 와 같이 T자형 티타늄/금 전극의 패턴 사이로 연속적으로 연결된 배열을 형성함을 확인하였다. 또한 이러한 배열은 연속적으로 연결되어 사슬구조 또는 나노체인구조와 유사한 구조를 보임을 확인하였다. 그 후, 여기에 집속 이온빔 장치를 적용하여 자성 나노입자가 연속적으로 연결되어 배열된 특정 부위와 패턴이 형성된 금 전극의 특정 부위를 연결하는 미세전극을 형성하였다. 이러한 미세전극은 집속 이온빔을 조사하여 백금(Pt) 가스 전구체를 백금 금속으로 증착하는 방식으로 형성하였다. 즉, 하기 도 1(c)에서 볼 수 있듯이 집속 이온빔 시스템을 이용하여 증착 티타늄 전도성 물질/금 전극으로 형성된 패턴 사이에 자성 나노입자 배열되고, 특정 부위에서 상기 전극과 자성 나노입자 배열의 사이를 백금 미세 전극으로 연결하였으며, 측정 조건에 따라 나노입자 개수를 조절하여 연결해주었다.
즉, 하기 도 1은 본 실시예의 전체적인 과정에 의하는 경우 자성 나노입자 배열 및 미세전극이 형성된 스핀 전자소자의 전체적인 SEM 이미지이다.
한편, 하기 도 2는 본 실시예의 전체적인 공정을 도식화한 것이며, 하기 도 2의 top view는 미세전극이 임의의 영역에서 자성 나노입자의 배열과 전극 사이에서 형성된 구조를 상부에서 바라본 형상으로 모형화한 그림이다.
실험예
상기 실시예 1 내지 실시예 3의 과정을 거쳐 제조된 스핀 전자소자를 가지고 물성특성측정시스템을 이용하여 여러 가지 특성을 측정하였다.
하기 도 3(a)는 상기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제작된 스핀 전자소자의 온도에 따른 전기적 특성변화를 나타낸다. 이렇게 측정된 곡선의 저항값을 계산할 수 있었으며 이를 바탕으로 하기 도 3(b) 와 같이 온도에 따른 저항의 변화를 확인할 수 있었다.
또한 하기 도 4(a)는 상기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제작된 스핀 전자소자에 외부 자기장 세기에 따른 전류-전압 곡선을 나타낸다. 이렇게 측정된 곡선의 저항값을 계산할 수 있었으며, 이를 바탕으로 하기 도 4(b) 와 같이 전압에 따른 자기저항(magneto-resistance, MR) 변화를 확인할 수 있었다. 또한 하기 도 5에서 보여주고 있듯이 외부 자기장 세기에 따른 자기수송 효과를 확인할 수 있었다.
한편, 이렇게 본 실험예에 의해 측정된 스핀 전자소자의 각종 특성들은, 해당 특성들이 최상의 효과를 달성하도록 자성 나노입자의 배열을 본 실시예와 같은 방법으로 조절하여 발현시키는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.
1. 전자소자용 기판
2. 절연층
3. 전도성 물질
4. 전극
5. (연속적으로 연결되어 배열된) 자성 나노입자
6. 미세전극

Claims (12)

  1. 상부에 절연층이 형성된 전자소자용 기판의 일면에 자성 나노입자가 배열되고,
    상기 자성 나노입자의 배열은 기판 상에 전도성 물질 및 전극에 의해 형성된 패턴을 따라 연속적으로 연결되어 배열되며,
    상기 전도성 물질 및 전극은 기판 상에 순차적으로 위치하여 패턴을 형성하고,
    상기 패턴은 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자의 좌측 및 우측에 각각 형성되며,
    상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자 및 패턴을 형성한 전극은 상기 패턴의 형성 후 상기 패턴 상의 선택된 부위에서 단일 또는 복수개의 미세전극으로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하고,
    상기 자성 나노입자는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 가돌리늄(Gd), 이들 각각의 산화물 및 이들 각각의 합금산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전극은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 아연(Zn), 주석(Sn), 주석 도프(tin doped) 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd), 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 미세전극은 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 아연(Zn), 주석(Sn), 주석 도프(tin doped) 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 자성 나노입자의 평균 입경은 2-200 nm인 것을 특징으로 하는 전자소자.
  7. 1) 전자소자용 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
    2) 상기 절연층의 상부에 전도성 물질 및 전극이 순차적으로 위치하면서 패턴을 형성하는 단계
    3) 상기 패턴을 따라 자성 나노입자를 연속적으로 연결하여 배열하는 단계;
    4) 상기 연속적으로 연결되어 배열된 자성 나노입자 및 패턴을 형성한 전극은 상기 3)단계 후 상기 패턴 상의 선택된 부위에서 단일 또는 복수개의 미세전극으로 연결하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 패턴은 상기 연속적으로 연결하여 배열된 자성 나노입자의 좌측 및 우측에 각각 형성되고,
    상기 자성 나노입자는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 가돌리늄(Gd), 이들 각각의 산화물 및 이들 각각의 합금산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자소자의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb) 및 탄탈럼(Ta)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자소자의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 전극은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 아연(Zn), 주석(Sn), 주석 도프(tin doped) 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자소자의 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 미세전극은 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 아연(Zn), 주석(Sn), 주석 도프(tin doped) 산화인듐(ITO), 팔라듐(Pd) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자소자의 제조방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 자성 나노입자의 평균 입경은 2-200 nm인 것을 특징으로 하는 전자소자의 제조방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190009501A (ko) 2017-07-19 2019-01-29 고려대학교 산학협력단 금속, 및 금속-세라믹 분리상의 복합체 구조의 자성체 분말 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100702669B1 (ko) * 2006-03-30 2007-04-03 삼성전자주식회사 나노 자기 메모리 소자와 그 제조방법
US20080017845A1 (en) * 2004-05-25 2008-01-24 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Nanostructure Assemblies, Methods And Devices Thereof
KR100996100B1 (ko) 2008-07-01 2010-11-22 경북대학교 산학협력단 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080017845A1 (en) * 2004-05-25 2008-01-24 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Nanostructure Assemblies, Methods And Devices Thereof
KR100702669B1 (ko) * 2006-03-30 2007-04-03 삼성전자주식회사 나노 자기 메모리 소자와 그 제조방법
KR100996100B1 (ko) 2008-07-01 2010-11-22 경북대학교 산학협력단 나노입자를 사용한 전자소자 제조방법과 이를 위한베이스템플릿 및 이에 의해 제조된 전자소자

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Feng Zhang외 1인, "Fabrication of One-Dimensional Iron Oxide/Silica Nanostructures with High Magnetic Sensitivity by Dipole-Directed Self-Assembly", J. Phys. Chem. C, Vol.112, 2008년, 페이지 15151-15156 *
Feng Zhang외 1인, "Fabrication of One-Dimensional Iron Oxide/Silica Nanostructures with High Magnetic Sensitivity by Dipole-Directed Self-Assembly", J. Phys. Chem. C, Vol.112, 2008년, 페이지 15151-15156.*
Vera La Ferrara외 5인, "Nanopatterned platinum electrode by focused ion beam in single palladium nanowire based device", Microelectronic Engineering, Vol.88, 2011년6 월, 페이지 3261-3266 *
Vera La Ferrara외 5인, "Nanopatterned platinum electrode by focused ion beam in single palladium nanowire based device", Microelectronic Engineering, Vol.88, 2011년6월, 페이지 3261-3266*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190009501A (ko) 2017-07-19 2019-01-29 고려대학교 산학협력단 금속, 및 금속-세라믹 분리상의 복합체 구조의 자성체 분말 제조방법

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