KR101682164B1 - 실리콘 나노 와이어 형성 방법 - Google Patents

실리콘 나노 와이어 형성 방법 Download PDF

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이양
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

저비용으로 일정한 직경 또는 일정한 간격을 가지고 배치되는 실리콘 나노 와이어 형성 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 실리콘 나노 와이어 형성 방법은, 실리콘 기판을 준비하는 단계, 복수의 홀을 가지는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 마스크로 사용하여 실리콘 기판 상에 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트를 형성하는 단계 및 실리콘 기판을 열처리하여, 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트에 대응하는 위치에 복수의 실리콘 나노 와이어를 성장시키는 단계를 포함한다.

Description

실리콘 나노 와이어 형성 방법{Method of manufacturing silicon nanowire}
본 발명은 실리콘 나노 와이어 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세한 굵기를 가지는 실리콘 나노 와이어를 형성하는 방법에 관한 것이다.
나노 와이어는 직경이 나노미터 영역이고, 길이가 수백 나노 미터, 마이크로 미터 단위를 갖는 선형 재료로서, 직경과 길이에 따라서 나노 와이어의 물성이 달라진다. 이러한 나노 와이어는 작은 크기로 인하여 미세 소자에 다양하게 응용될 수 있을 뿐 아니라, 특정 방향으로의 전자의 이동과 편광 현상을 나타내는 광학 특성을 이용할 수 있는 장점이 있다. 또한 나노 와이어는 전도성이 우수하고, 열 안정도가 뛰어난 특성을 갖는 물질로서 레이저나 트랜지스터, 메모리, 화학감지용 센서 등 다양한 분야에 응용되고 있다.
나노 와이어의 제조 방법으로 여러 가지가 제안되고 있으나, 일정한 직경 또는 일정한 간격을 가지고 배치되는 나노 와이어를 제조할 수 있는 제조 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하고자, 저비용으로 일정한 직경 또는 일정한 간격을 가지고 배치되는 실리콘 나노 와이어 형성 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 실리콘 나노 와이어 형성 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 실리콘 나노 와이어 형성 방법은, 실리콘 기판을 준비하는 단계; 복수의 홀을 가지는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 마스크로 사용하여, 상기 실리콘 기판 상에 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(Au-Si liquid alloy nano-dot)를 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 기판을 열처리하여, 상기 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트에 대응하는 위치에 복수의 실리콘 나노 와이어를 성장시키는 단계;를 포함한다.
상기 복수의 실리콘 나노 와이어를 성장시키는 단계 전에, 복수의 금 나노 도트를 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 기판을 열처리하여, 상기 복수의 금 나노 도트를 상기 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트로 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 금 나노 도트를 형성하는 단계는, 상기 실리콘 기판 상에 복수의 홀을 가지는 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 부착하는 단계; 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름이 부착된 상기 실리콘 기판 상에 금(Au)을 증착하는 단계; 및 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 금 나노 도트를 형성하는 단계는, 상기 실리콘 기판 상에 금 박막층을 형성하는 단계; 상기 금 박막층이 형성된 상기 실리콘 기판 상에 복수의 홀을 가지는 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 부착하는 단계; 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 식각 마스크로, 상기 금 박막층의 일부분 및 상기 실리콘 기판의 일부분을 제거하는 단계; 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 제거하는 단계; 및 상기 실리콘 기판을 열처리하여 상기 복수의 금 나노 도트를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 실리콘 기판을 열처리하여 상기 복수의 금 나노 도트를 형성하는 단계는, 상기 금 박막층의 잔류하는 부분이 자기 조립(self-assembly)으로 응집하여 상기 복수의 금 나노 도트를 형성할 수 있다.
알루미늄 호일을 준비하는 단계; 상기 알루미늄 호일을 1차 양극 산화(anodic oxidation)를 수행하여 상기 알루미늄 호일의 일부분을 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층으로 형성하는 단계; 상기 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층을 제거하는 단계; 및 상기 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층이 제거된 상기 알루미늄 호일을 2차 양극 산화를 수행하여 복수의 홀을 가지는 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 형성하는 단계;를 포함하는, 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 준비하는 단계는, 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름이 가지는 상기 복수의 홀이 육각 배열 구조를 가지도록 형성할 수 있다.
상기 1차 양극 산화를 수행하기 전에, 상기 복수의 홀에 대응하는 상기 알루미늄 호일의 부분들에 표면 처리를 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 실리콘 나노 와이어를 성장시키는 단계는, 실리콘 전구체 분위기에서 열처리를 통하여 수행될 수 있다.
상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 부착하는 단계는, 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의하여 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름이 상기 실리콘 기판 상에 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 나노 와이어 형성 방법은, 반데르발스 힘에 의하여 부착된 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 사용하여 실리콘 나노 와이어를 형성하기 때문에, 특별한 제거 방법 없이 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 실리콘 기판 상으로부터 분리할 수 있고, 실리콘 기판 상으로부터 분리된 양극 산화 알루미늄 산화물 필름은 재활용을 할 수 있다.
또한 양극 산화 알루미늄 산화물 필름이 가지는 복수의 홀보다 작은 직경을 가지는 실리콘 나노 와이어를 형성할 수 있기 때문에, 상대적으로 작은 직경을 가지는 실리콘 나노 와이어를 쉽게 형성할 수 있다.
따라서 실리콘 나노 와이어의 직경보다 큰 직경을 가지는 마스크인 복수의 홀을 가지는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 사용할 수 있기 때문에, 제조비용을 절감할 수 있다.
도 1a 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 나노 와이어 형성 방법을 나타내는 단면도 및 평면도들이다.
도 7a 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 나노 와이어 형성 방법을 나타내는 단면도 및 평면도들이다.
도 13a 내지 도 16b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 나노 와이어 형성 방법에 사용되는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 제조하는 방법을 나타내는 단면도 및 평면도들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 나노 와이어 형성 방법을 나타내는 단면도 및 평면도들이다.
도 1a 및 도 1b를 함께 참조하면, 실리콘 기판(100) 상에 금 박막층(200)을 형성한다. 실리콘 기판(100)은 예를 들면, 주면에 대한 법석이 결정학적 <111> 방향을 가질 수 있다. 금 박막층(200)은 예를 들면, 스퍼터링, 증발(evaporation)에 의하여 형성될 수 있다.
금 박막층(200)이 형성된 실리콘 기판(100) 상에는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)을 부착한다. 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)은 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의하여 금 박막층(200)이 형성된 실리콘 기판(100) 상에 부착될 수 있다. 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)은 복수의 홀(300h)을 가질 수 있다. 복수의 홀(300h)은 약 수십㎚의 직경을 가지며 규칙적으로 배열될 수 있다. 복수의 홀(300h)은 육각 배열 구조를 가지도록 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)에 형성될 수 있다.
복수의 홀(300h)을 가지는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)의 제조 방법에 대해서는 도 13a 내지 도 16b에서 자세히 설명하도록 한다.
도 1a 및 2를 함께 참조하면, 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)을 식각 마스크로 금 박막층(200)의 일부분을 제거하는 식각 공정을 수행하여, 금 박막층(200)의 잔류하는 부분인 복수의 관통홀(200h)을 가지는 금 박막 패턴(200a)을 형성한다. 상기 식각 공정은 예를 들면, 습식 또는 건식 식각 공정에 의하여 수행될 수 있다. 금 박막 패턴(200a)을 형성하는 식각 공정 중에 실리콘 기판(100)의 일부분도 함께 제거되어 복수의 리세스(100r)가 형성될 수 있다. 서로 대응되는 홀(300h), 관통홀(200h) 및 리세스(100r)는 서로 연결될 수 있다. 복수의 관통홀(200h) 및 복수의 리세스(100r)는 복수의 홀(300h)과 마찬가지로 육각 배열 구조를 가질 수 있다. 그러나 복수의 홀(300h), 복수의 관통홀(200h) 및 복수의 리세스(100r) 각각의 배열 방법은 이에 제한되는 것은 아니고, 예를 들면, 복수의 홀(300h), 복수의 관통홀(200h) 및 복수의 리세스(100r)는 각각 매트릭스 구조를 가지도록 배열될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 함께 참조하면, 금 박막 패턴(200a)이 형성된 실리콘 기판(100) 상에서 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(도 2의 300)을 제거한다. 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)이 반데르발스 힘에 의하여 실리콘 기판(100) 상에 부착된 경우, 특별한 제거 방법이 없이, 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)을 실리콘 기판(100) 상으로부터 분리할 수 있다. 실리콘 기판(100) 상으로부터 분리된 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)은 이후에 재활용이 가능하다.
도 4a 및 도 4b를 함께 참조하면, 실리콘 기판(100)을 열처리하여, 금 박막층(도 2의 200)의 잔류하는 부분, 즉 금 박막 패턴(도 3a 및 도 3b의 200a)이 자기 조립(self-assembly)으로 응집하여 복수의 리세스(100r) 각각의 내에서 복수의 금 나노 도트가 형성될 수 있다. 이후 실리콘 기판(100)에 대한 열처리를 계속 하여, 상기 복수의 금 나노 도트 각각이 실리콘 기판(100)에 함유된 실리콘 원자와 결합되어 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210, Au-Si liquid alloy)로 형성될 수 있다. 상기 복수의 금 나노 도트와 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)의 형상은 거의 동일할 수 있기 때문에, 도 4a 및 도 4b에 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)만을 도시하였으나, 도 4a 및 도 4b에 도시된 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)를 상기 복수의 금 나노 도트에 대한 것으로 이해하는 것 또한 가능하다.
상기 복수의 금 나노 도트는 복수의 리세스(100r) 각각의 사이의 실리콘 기판(100) 상에 자기 조립으로 응집할 수 있다. 따라서 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)는 복수의 리세스(100r) 각각의 내의 실리콘 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 리세스(100r)가 육각 배열 구조를 가지는 경우, 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210) 각각도 육각 배열 구조를 가지며 각 리세스(100r) 내의 실리콘 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 따라서 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)의 개수는 복수의 리세스(100r)의 개수와 동일할 수 있다. 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)의 직경은 복수의 리세스(100r)의 직경보다 작을 수 있다.
복수의 리세스(100r)의 직경이 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(도 1의 300)이 가지는 복수의 홀(도 1의 300h)의 직경과 실질적으로 동일한 경우, 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)의 직경은 복수의 홀(300h)의 직경보다 작을 수 있다.
따라서 복수의 홀(300h)을 가지는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)을 마스크로 사용하였으나, 복수의 홀(300h)보다 작은 직경을 가지는 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)를 형성할 수 있다. 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)는 예를 들면 수㎚ 내지 수십㎚의 직경을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 실리콘 전구체 분위기에서 실리콘 기판(100)을 열처리하여, 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)에 대응하는 위치에 복수의 실리콘 나노 와이어(150)을 형성한다. 상기 실리콘 전구체는 예를 들면, SiCl4일 수 있다.
복수의 실리콘 나노 와이어(150)의 길이, 즉 높이는 실리콘 전구체 분위기에서 실리콘 기판(100)을 열처리하는 시간에 따라서 다양하게 결정될 수 있다.
도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)를 제거하여 복수의 리세스(100r) 내로부터 수직 방향으로 실리콘 기판(100)으로부터 각각 연장되는 복수의 실리콘 나노 와이어(150)를 완성한다. 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)는 예를 들면, 습식 식각에 의하여 제거할 수 있다.
도 7a 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 나노 와이어 형성 방법을 나타내는 단면도 및 평면도들이다.
도 7a 및 도 7b를 함께 참조하면, 실리콘 기판(100) 상에 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)을 부착한다. 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)은 반데르발스 힘에 의하여 실리콘 기판(100) 상에 부착될 수 있다. 실리콘 기판(100)은 예를 들면, 주면에 대한 법석이 결정학적 <111> 방향을 가질 수 있다.
양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)은 복수의 홀(300h)을 가질 수 있다. 복수의 홀(300h)은 약 수십㎚의 직경을 가지며 규칙적으로 배열될 수 있다. 복수의 홀(300h)은 육각 배열 구조를 가지도록 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)에 형성될 수 있다.
복수의 홀(300h)을 가지는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)의 제조 방법에 대해서는 도 13a 내지 도 16b에서 자세히 설명하도록 한다.
도 7a 및 8을 함께 참조하면, 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)이 부착된 실리콘 기판(100) 상에 금 박막층(202)을 형성한다. 금 박막층(202)은 예를 들면, 스퍼터링, 증발(evaporation)에 의하여 형성될 수 있다. 금 박막층(202)의 제1 부분(202a)은 복수의 홀(300h)에 의하여 노출되는 실리콘 기판(100)의 상면 상에 형성되고, 제2 부분(202b)은 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)의 상면 상에 형성될 수 있다.
따라서, 금 박막층(202)의 제2 부분(202b)은 복수의 홀(300h)과 마찬가지로 육각 배열 구조를 가질 수 있다.
그러나 복수의 홀(300h), 및 금 박막층(202)의 제1 부분(202a) 각각의 배열 방법은 이에 제한되는 것은 아니고, 예를 들면, 복수의 홀(300h), 및 금 박막층(202)의 제1 부분(202a)는 각각 매트릭스 구조를 가지도록 배열될 수 있다.
도 8, 도 9a 및 도 9b를 함께 참조하면, 실리콘 기판(100) 상에서 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)을 제거한다. 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)이 제거되면서, 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)의 상면 상에 형성된 금 박막층(202)의 제2 부분(202b)도 함께 제거될 수 있다. 따라서 금 박막층(202)의 제1 부분(202a)이 복수의 홀(300h)에 대응되는 실리콘 기판(100)의 상면 상에 잔류될 수 있다.
양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)이 반데르발스 힘에 의하여 실리콘 기판(100) 상에 부착된 경우, 특별한 제거 방법이 없이, 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)을 실리콘 기판(100) 상으로부터 분리할 수 있다. 실리콘 기판(100) 상으로부터 분리된 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)은, 금 박막층(202)의 제1 부분(202a)을 제거한 이후에 재활용이 가능하다.
도 10a 및 도 10b를 함께 참조하면, 실리콘 기판(100)을 열처리하여, 금 박막층(도 8의 200)의 제1 부분(도 9a의 202a)이 자기 조립으로 응집하여 복수의 금 나노 도트가 형성될 수 있다. 이후 실리콘 기판(100)에 대한 열처리를 계속 하여, 상기 복수의 금 나노 도트 각각이 실리콘 기판(100)에 함유된 실리콘 원자와 결합되어 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a)로 형성될 수 있다. 상기 복수의 금 나노 도트와 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a)의 형상은 거의 동일할 수 있기 때문에, 도 10a 및 도 10b에 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a)만을 도시하였으나, 도 10a 및 도 10b에 도시된 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a)를 상기 복수의 금 나노 도트에 대한 것으로 이해하는 것 또한 가능하다.
복수의 홀(도 7a의 300h)이 육각 배열 구조를 가지는 경우, 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a) 또한 육각 배열 구조를 가질 수 있다. 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a)의 직경은 금 박막층(도 8의 200)의 제1 부분(도 9a의 202a)이 자기 조립으로 응집되었기 때문에, 복수의 홀(300h)의 직경보다 작을 수 있다.
따라서 복수의 홀(300h)을 가지는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)을 마스크로 사용하였으나, 복수의 홀(300h)보다 작은 직경을 가지는 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a)를 형성할 수 있다. 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(210)는 예를 들면 수㎚ 내지 수십㎚의 직경을 가질 수 있다.
도시하지는 않았으나, 복수의 홀(300h)이 매트릭스 구조를 가지고 배열되는 경우, 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a) 또한 매트릭스 구조를 가지고 배열될 수 있다.
도 11을 참조하면, 실리콘 전구체 분위기에서 실리콘 기판(100)을 열처리하여, 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a)에 대응하는 위치에 복수의 실리콘 나노 와이어(152)을 형성한다. 상기 실리콘 전구체는 예를 들면, SiCl4일 수 있다.
복수의 실리콘 나노 와이어(152)의 길이, 즉 높이는 실리콘 전구체 분위기에서 실리콘 기판(100)을 열처리하는 시간에 따라서 다양하게 결정될 수 있다.
도 11 및 도 12를 함께 참조하면, 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a)를 제거하여 복수의 실리콘 나노 와이어(152)를 완성한다. 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(212a)는 예를 들면, 습식 식각에 의하여 제거할 수 있다.
도 13a 내지 도 16b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 나노 와이어 형성 방법에 사용되는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 제조하는 방법을 나타내는 단면도 및 평면도들이다.
도 13a를 참조하면, 알루미늄 호일(350)을 준비한다. 알루미늄 호일(350)는 예를 들면 수십 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
도 13b를 참조하면, 알루미늄 호일(350) 상에 복수의 마스크 홀(400h)을 가지는 마스크 패턴(400)을 형성한 후, 복수의 마스크 홀(400h)에 의하여 노출되는 알루미늄 호일(350)의 상면의 일부분(350s)에 표면 처리를 수행한다. 복수의 마스크 홀(400h)은 도 1a 및 도 1b에 보인 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)가 가지는 복수의 홀(300h)에 대응되는 배열 구조를 가질 수 있다.
상기 표면 처리는 플라즈마 처리 또는 화학 용액에 의한 처리 등을 포함할 수 있다. 상기 표면 처리에 의하여 알루미늄 호일(350)의 상면의 일부분(350s)은 예를 들면, 친수성 또는 젖음성(wetting)을 가질 수 있다.
이와 같은 표면 처리는 선택적으로 이루어질 수 있으며, 생략 가능하다.
도 13a 및 도 14를 참조하면, 알루미늄 호일(350)에 대하여 1차 양극 산화(anodic oxidation)를 수행한다. 상기 1차 양극 산화는 알루미늄 호일(350)을 애노다이징 용액(anodizing solution)에 담근 후 소정의 전압을 인가하여 수행할 수 있다. 상기 1차 양극 산화는 예를 들면, 11℃인 약 0.3M의 황산 용액 내에서 5분 동안 40V 전압을 인가하는 양극 산화를 통하여 수행할 수 있다.
상기 1차 양극 산화에 의하여 알루미늄 호일(350)의 일부분은 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층(302)으로 형성될 수 있고, 나머지 부분은 알루미늄층(350a)으로 잔류할 수 있다. 알루미늄층(350a)의 표면 상에는 복수의 나노 포어(nano pore, 350p)가 형성될 수 있다. 복수의 나노 포어(350p)는 상기 1차 양극 산화 과정에서 알루미늄 호일(350)의 상면에 발생할 수 있는 결함(flaw)이나 경로(path)로 애노다이징 용액이 공급되면서 형성될 수 있으며, 일정한 전압을 인가하는 양극 산화에 의하여 자기 조직화(self-organizing)되어 상대적으로 높은 규칙성을 가질 수 있다. 예를 들면, 복수의 나노 포어(350p)는 육각 배열 구조로 형성될 수 있다.
또한 복수의 나노 포어(350p)의 규칙성을 더 높이기 위하여 도 13b에서 설명한 알루미늄 호일(350)의 상면에 대한 표면 처리를 수행할 수도 있다. 즉 플라즈마 처리 또는 화학 용액에 의한 처리에 의하여 친수성 또는 젖음성을 가지는 부분들에서 나노 포어(350p)의 성장이 시작되도록 하여, 나노 포어(350p)가 높은 규칙성을 가지고 배치되도록 할 수 있다.
도 14 및 도 15를 함께 참조하면, 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층(302)을 제거하여 알루미늄 호일(도 13a의 350)의 일부분인 알루미늄층(350a)만을 잔류시킬 수 있다. 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층(302)은 예를 들면, 크롬산과 인산의 혼합 용액을 통하여 제거할 수 있다.
도 16a 및 도 16b를 함께 참조하면, 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층(도 14의 302)이 제거된 알루미늄 호일(도 13a의 350)의 일부분인 알루미늄층(도 15의 350a)에 대하여 2차 양극 산화를 수행하여 복수의 홀(300h)을 가지는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름(300)을 형성한다. 상기 2차 양극 산화는 알루미늄층(350a)을 애노다이징 용액에 담근 후 소정의 전압을 인가하여 수행할 수 있다. 상기 2차 양극 산화는 예를 들면, 11℃인 약 0.3M의 황산 용액 내에서 20분 동안 40V 전압을 인가하는 양극 산화를 통하여 수행할 수 있다.
복수의 홀(300h)은 복수의 나노 포어(도 15의 350p)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 복수의 홀(300h)은 약 수십㎚의 직경을 가지며 규칙적으로 배열될 수 있다. 복수의 홀(300h)의 직경은 양극 산화 공정 시 애노다이징 용액의 온도, 인가 전압, 애노다이징 용액(전해질 산)의 종류를 선택하여 제어할 수 있다.
100: 실리콘 기판, 150, 152 : 실리콘 나노 와이어, 200, 202 : 금 박막층, 210, 212a : 금-실리콘계 합금 나노 도트, 300 : 양극 산화 알루미늄 산화물 필름, 300h : 홀, 350 : 알루미늄 호일

Claims (10)

  1. 실리콘 기판을 준비하는 단계;
    상기 실리콘 기판 상에 금 박막층을 형성하는 단계;
    상기 금 박막층이 형성된 상기 실리콘 기판 상에 복수의 홀을 가지는 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 부착하는 단계;
    상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 식각 마스크로, 상기 금 박막층의 일부분 및 상기 실리콘 기판의 일부분을 제거하여, 상기 실리콘 기판에 복수의 리세스를 형성하는 단계;
    상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 제거하는 단계; 및
    상기 실리콘 기판을 열처리하여 상기 금 박막층의 잔류하는 부분이 자기 조립(self-assembly)으로 응집하여 상기 복수의 리세스 각각의 내에 복수의 금 나노 도트를 형성하는 단계; 및
    상기 실리콘 기판을 열처리하여, 상기 복수의 금 나노 도트를 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트(Au-Si liquid alloy nano-dot)로 형성하는 단계; 및
    상기 실리콘 기판을 열처리하여, 상기 복수의 금-실리콘계 합금 나노 도트에 대응하는 위치에 복수의 실리콘 나노 와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 실리콘 나노 와이어 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    알루미늄 호일을 준비하는 단계;
    상기 알루미늄 호일을 1차 양극 산화(anodic oxidation)를 수행하여 상기 알루미늄 호일의 일부분을 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층으로 형성하는 단계;
    상기 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층을 제거하는 단계; 및
    상기 예비 양극 산화 알루미늄 산화물층이 제거된 상기 알루미늄 호일을 2차 양극 산화를 수행하여 복수의 홀을 가지는 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 형성하는 단계;를 포함하는,
    상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 준비하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노 와이어 형성 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 준비하는 단계는,
    상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름이 가지는 상기 복수의 홀이 육각 배열 구조를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노 와이어 형성 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 1차 양극 산화를 수행하기 전에,
    상기 복수의 홀에 대응하는 상기 알루미늄 호일의 부분들에 표면 처리를 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노 와이어 형성 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 실리콘 나노 와이어를 성장시키는 단계는,
    실리콘 전구체 분위기에서 열처리를 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노 와이어 형성 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름을 부착하는 단계는, 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의하여 상기 양극 산화 알루미늄 산화물 필름이 상기 실리콘 기판 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노 와이어 형성 방법.
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