KR101829302B1 - 나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치 - Google Patents

나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101829302B1
KR101829302B1 KR1020160138464A KR20160138464A KR101829302B1 KR 101829302 B1 KR101829302 B1 KR 101829302B1 KR 1020160138464 A KR1020160138464 A KR 1020160138464A KR 20160138464 A KR20160138464 A KR 20160138464A KR 101829302 B1 KR101829302 B1 KR 101829302B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
nanomaterial
template
side electrode
hydrophilic surface
Prior art date
Application number
KR1020160138464A
Other languages
English (en)
Inventor
조한철
김도연
박철진
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020160138464A priority Critical patent/KR101829302B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101829302B1 publication Critical patent/KR101829302B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • B82B3/0038—Manufacturing processes for forming specific nanostructures not provided for in groups B82B3/0014 - B82B3/0033
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

본 발명은 나노소재 어셈블리구조의 제작이 매우 빠르게 진행될 수 있으면서 공정이 간략화될 수 있는 나노소재 어셈블리구조의 제작방법에 관한 것이다. 본 발명은, 절연체 기판 위에 소정간격을 두고 일측전극과 타측전극이 배치된 템플릿을 형성하는 1단계; 템플릿을 덮는 레지스트층을 형성하되, 일측전극과 타측전극이 각각 양단에서 노출되는 트렌치를 형성하는 2단계; 트렌치가 형성된 템플릿을, 일측전극과 타측전극 중 어느 하나는 상측에 위치하고 다른 하나는 하측에 위치하도록 나노소재용액에 담그고, 템플릿과 이격된 위치에 대향전극을 배치하는 3단계; 일측전극과 타측전극 중 상측에 위치하는 전극과, 대향전극을 전원에 연결함으로써, 전기영동에 의해 나노소재가 체인구조를 이루는 4단계; 및 템플릿을 상승시켜 트렌치 내에서 나노소재가 일측전극과 타측전극을 연결하도록 안착되는 5단계;를 포함한다.

Description

나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치{ METHOD FOR MANUFACTURING ASSEMBLY STRUCTURE OF NANOMATERIAL AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명의 나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 가스센서, 바이오센서 등으로 활용가능하도록, 탄소나노튜브와 같은 나노소재가 절연체 상의 양측 전극을 서로 연결하는 구조를 제작하는 제작방법과, 그 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.
절연체 기판에 한 쌍의 전극을 배치하고, 그 양 전극을 탄소나노튜브가 연결하는 구조의 디바이스는 유해가스를 탐지하는 가스센서, 혈당 등을 측정하는 바이오센서 등으로 다양한 활용이 가능하다.
도 1은 종래 전술한 구조의 디바이스를 제작하기 위한 나노소재 어셈블리 기술을 도시하고 있다.
도 1의 (a)를 참고하면, 높은 농도로 나노소재가 분산된 나노소재용액(3)에 입체적 형상을 가진 템플릿(형판)(1)이 잠긴 상태에서 매우 느린 속도로 상승시켜, 템플릿(1) 표면의 트렌치(좁고 긴 도랑)(2)에 모세관 현상으로 나노소재가 부착되도록 한다.
도 1의 (b)는 그와 같은 방법으로 템플릿(1) 상에 탄소나노튜브(4)가 안착된 상태를 도시하는 사진이다.
이러한 기술은 절연층(부도체 층)에 나노소재를 어셈블리 할 수 있고, 전기적 특성이 좋은 나노소재의 경우 디바이스 제작에 바로 활용 할 수 있다.
그러나, 모세관효과에 의해 발생하는 힘과 유체의 증발현상에 의존적인 공정의 특성상, 어셈블리 결과는 우수하더라도 템플릿(1)을 상승시키는 속도가 매우 느리므로 오랜 시간이 필요하고, 나노소재의 농도가 매우 높은 용액이 요구된다.
한편, 종래의 다른 기술로서, 전기영동 어셈블리(electrophoresis assembly) 기술이 제시되어 있다.
도 2를 참조하면, 절연체 기판(5a)에 금도금층(5b)이 형성되고, 그 금도금층(5b) 상에 레지스트층(5c)을 형성하되, 나노소재가 안착될 트렌치(6)에는 금도금층(5b)이 노출되도록 템플릿(5)을 구성한다.
이후, 나노소재용액(3) 중에서 상기 금도금층(5b)과 대향전극(7)을 전원으로 연결하면, 용액 내에서 제타전위로 인해 극성을 가지는 나노소재가, 금도금층(5b)의 표면에 끌려 부착이 이루어진다.
나노소재들이 부착된 템플릿(5)을 건조시키고 레지스트층(5c)을 제거함으로써, 금도금층(5b)에 나노소재가 어셈블리된 구조를 얻을 수 있다.
이 경우, 용액 중 나노소재의 농도가 낮아도 전기영동에 의해 나노소재을 충분히 끌어들여 부착시킬 수 있고, 나노소재의 어셈블리 시간이 매우 빠르다는 장점이 있다.
그러나, 상기 공정을 통해 얻게 되는 결과물은 나노소재가 전도체층(금도금층)에 어셈블리된 구조이므로, 나노소재의 전기적 특성을 활용하기 위해 전도체층(금도금층)에 어셈블리된 나노소재를 절연층으로 옮기는 전사공정이 추가적으로 필요한 문제가 있다.
미국등록특허 US 7,473,651 B2 일본공개특허공보 JP 2013-168655 A
본 발명은 상기와 같은 관점에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 나노소재 어셈블리구조의 제작이 매우 빠르게 진행될 수 있으면서 가스센서 등의 디바이스 제작을 위한 공정이 간략화될 수 있는 구조를 가진 나노소재 어셈블리구조의 제작방법과, 그 방법을 실시하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 나노소재 어셈블리구조의 제작방법은, 절연체 기판 위에 소정간격을 두고 일측전극과 타측전극이 배치된 템플릿를 형성하는 1단계; 상기 1단계에서 형성된 템플릿를 덮는 레지스트층을 형성하되, 상기 레지스트층이 일부 미형성된 부분으로서 상기 일측전극과 상기 타측전극이 각각 양단에서 노출되는 트렌치를 형성하는 2단계; 상기 2단계 후, 상기 트렌치가 형성된 템플릿을, 상기 일측전극과 상기 타측전극 중 어느 하나는 상측에 위치하고 다른 하나는 하측에 위치하도록 나노소재용액에 담그고, 상기 나노소재용액 중에서 상기 템플릿와 이격된 위치에 대향전극를 배치하는 3단계; 상기 3단계후, 상기 일측전극과 상기 타측전극 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극를 전원으로 연결함으로써, 전기영동에 의해 상기 상측에 위치하는 전극에 나노소재가 부착됨과 함께 상기 나노소재용액 중에서 상기 나노소재가 체인구조를 이루는 4단계; 및 상기 4단계 후 상기 템플릿를 상승시켜 상기 트렌치 내에서 상기 나노소재가 상기 일측전극과 상기 타측전극을 연결하도록 안착되는 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1단계에서 상기 절연체 기판에는 상기 레지스트층의 외표면보다 높은 친수성을 가진 친수성표면을 포함하고 그 친수성표면의 상면에 상기 일측전극과 타측전극이 배치되며, 상기 2단계에서 상기 트렌치 내에는 상기 일측전극과 상기 타측전극 사이에 상기 친수성표면이 노출되어 있는 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 레지스트층을 제거하는 6단계를 더 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 다른 관점에서 본 발명은 절연체 기판 상에서 양 전극을 나노소재가 서로 연결하고 있는 구조의 나노소재 어셈블리구조의 제작방법에 있어서, 상기 절연체 기판 위에 소정간격을 두고 일측전극과 타측전극이 배치된 템플릿를 형성하는 단계; 상기 일측전극과 상기 타측전극 중 어느 하나는 상측에 위치하고 다른 하나는 하측에 위치하도록 상기 템플릿를 나노소재용액에 담그고, 상기 나노소재용액 중에서 상기 템플릿와 이격된 위치에 대향전극를 배치하는 단계; 상기 일측전극과 상기 타측전극 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극를 전원으로 연결함으로써, 전기영동에 의해 상기 상측에 위치하는 전극에 나노소재가 부착됨과 함께 상기 나노소재용액 중에서 상기 나노소재가 체인구조를 이루는 단계; 및 상기 템플릿를 상승시켜 상기 나노소재가 상기 일측전극과 상기 타측전극을 연결하도록 상기 템플릿 표면에 안착되는 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 구성에서 상기 템플릿은 상기 절연체 기판에 상기 레지스트층의 외표면보다 높은 친수성을 가진 친수성표면이 형성되고, 그 친수성표면의 상면에 상기 일측전극과 타측전극이 배치되며, 상기 일측전극과 상기 타측전극 사이에 상기 친수성표면이 노출되어 있는 구조인 것을 다른 특징으로 한다.
한편, 또 다른 관점에서 본 발명은 나노소재가 분산되어 포함되어 있는 나노소재용액의 수조; 소정간격을 두고 일측전극과 타측전극이 배치된 절연체 기판의 상면에, 레지스트층이 덮어 적층상태를 이루되, 상기 레지스트층이 일부 미형성된 영역으로서, 상기 일측전극과 상기 타측전극이 각각 양단에서 노출되는 트렌치가 형성되어 있는 템플릿; 상기 나노소재용액 내에서 상기 템플릿와 대향하여 배치되기 위한 대향전극; 상기 템플릿가 상기 수조에 담긴 상태에서 상기 일측전극과 상기 타측전극 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극를 연결하는 전원; 및 상기 템플릿를 상승시키는 상승구동장치를 포함하는 나노소재 어셈블리구조의 제작장치을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제작장치에서 상기 템플릿는 상기 절연체 기판에는 상기 레지스트층의 외표면보다 높은 친수성을 가진 친수성표면을 포함하고 그 친수성표면의 상면에 상기 일측전극과 타측전극이 배치되며, 상기 트렌치 내에는 상기 일측전극과 상기 타측전극 사이에 상기 친수성표면이 노출되어 있는 구조인 것을 다른 특징으로 한다.
전술한 본 발명의 구성들에서, 상기 친수성표면은 컨택앵글이 20° 이하인 친수성을 가지고, 상기 레지스트층의 표면은 컨택앵글이 60°이상인 것을 또 다른 특징으로 한다.
전술한 본 발명의 구성들에서, 상기 나노소재는 탄소나노튜브, 골드나노와이어, 실버나노와이어, 진콕사이드나노와이어 중 선택된 어느 하나인 것을 또 다른 특징으로 한다.
전술한 구성에 따른 본 발명의 나노소재 어셈블리구조의 제작방법은, 전기영동의 힘을 활용하여 공정의 신속한 진행이 가능하면서, 나노소재가 양호하게 안착된 어셈블리 구조를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 장치에 의해 제작되는 구조는, 절연체 상에 양측 전극이 형성된 템플릿에서 그 양측 전극을 연결하는 나노소재가 양호한 상태로 안착된 상태이므로, 공정의 완료 후 가스센서 등과 같은 디바이스로의 활용이 용이할 뿐아니라 추가공정이 불필요하거나 간략화될 수 있다.
특히, 전기영동에 의해 나노소재가 전극에 끌려 안착되는 방식이므로, 나노소재가 균일한 방향성을 가지고 배치될 수 있으므로 균일한 전기적특성을 나타낼 수 있고, 나노소재가 템플릿 상에 비교적 견고하게 부착되며, 나노소재의 밀도가 높은 연결구조를 형성할 수 있다.
도 1는 종래 나노소재 어셈블리구조를 제작하기 위한 공정의 예를 설명하는 설명도
도 2는 종래 나노소재 어셈블리구조를 제작하기 위한 다른 공정의 예를 설명하는 설명도
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 템플릿의 제작이 이루어지는 과정을 순차적으로 도시하는 공정설명도
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 나노소재 어셈블리구조의 제작방법을 실시하기 위한 장치를 설명하는 구성설명도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 나노소재 어셈블리구조의 제작방법에서 나노소재용액 내에 나노소재들이 극성을 가진 상태를 도시하는 작용설명도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 나노소재 어셈블리구조의 제작방법에서 나노소재용액 내의 나노소재들이 전기영동에 의해 체인구조를 형성하면서 전극에 부착된 상태를 도시하는 작용설명도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 나노소재 어셈블리구조의 제작방법에서 상승구동장치에 의해 템플릿을 상승시키는 과정의 작용을 설명하는 작용설명도
도 8의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 나노소재 어셈블리구조의 제작방법에서 나노소재들이 템플릿의 트렌치 내에 안착된 상태를 도시하는 사시도이고, (b)는 레지스트층을 제거한 후 양측 전극을 나노소재가 연결하고 있는 상태를 도시하는 사시도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 나노소재 어셈블리구조의 제작방법으로 시험제작된 것으로서, 양측 전극을 나노소재가 연결하고 있는 구조를 촬영한 사진이미지
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 다수의 나노소재 어셈블리구조를 일시에 제작하기 위한 템플릿의 구조를 설명하는 사시도
도 11의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노소재 어셈블리구조의 제작방법을 실시하기 위한, 템플릿의 구조와 나노소재용액 내에서의 작용을 설명하는 설명도
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 나노소재 어셈블리구조의 제작방법은, 절연체 기판(31) 위에 소정간격을 두고 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치된 템플릿(30)을 형성하는 1단계; 상기 1단계에서 형성된 템플릿(30)(template; 형판)을 덮는 레지스트층(34)을 형성하되, 상기 레지스트층(34)이 일부 미형성된 부분으로서 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 각각 양단에서 노출되는 트렌치(35)를 형성하는 2단계; 상기 2단계 후, 트렌치(35)가 형성된 템플릿(30)을, 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 중 어느 하나는 상측에 위치하고 다른 하나는 하측에 위치하도록 나노소재용액(25)에 담그고, 나노소재용액(25) 중에서 템플릿(30)과 이격된 위치에 대향전극(40)을 배치하는 3단계; 상기 3단계후, 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극(40)을 전원에 연결함으로써, 전기영동에 의해 상기 상측에 위치하는 전극에 나노소재(70)가 부착됨과 함께 나노소재용액(25) 중에서 나노소재(70)가 체인구조를 이루는 4단계; 및 상기 4단계 후 상기 템플릿(30)을 상승시켜 트렌치(35) 내에서 나노소재(70)가 일측전극(33a)과 타측전극(33b)을 연결하도록 안착되는 5단계;를 포함한다.
상기 1단계는 절연체 기판(31) 위에 소정간격을 두고 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치된 템플릿(30)(template; 형판)을 형성하는 단계이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 절연체 기판(31)은 실린콘(Si) 베이스의 상면에 이산화규소(SiO2) 재질의 친수성층(32)이 형성되어 있다. SiO2 재질은 친수성 재질로서, 나노소재용액(25) 중의 나노소재(70)가 양호하게 부착될 수 있도록 한다.
친수성층(32)은 그 표면이 트렌치(35) 내에서 노출되어 나노소재(70)가 잘 부착되도록 하기 위한 것이고, 트렌치(35)의 외부인 레지스트층(34)의 외표면에는 레지스트층(34)의 통상의 재질이 소수성이므로 나노소재(70)가 거의 부착되지 않는다.
이러한 구성은 결국 친수성층(32)이 상기 레지스트층(34)의 외표면보다 높은 친수성을 가지도록 구성된다.
보다 구체적으로, 친수성의 정도를 수치화할 수 있는 컨택앵글(접촉각)로 나타낼 때, 상기 친수성층(32) 표면은 컨택앵글(접촉각)이 20° 이하로 하고, 레지스트층(34)의 외표면은 컨택앵글(접촉각)이 60°이상, 보다 바람직하게는 70°이상이 되도록 재질을 선택한다.
상기 친수성층(32)은 절연체 기판(31)에서 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치되는 사이영역의 표면이 친수성표면이 되도록 하기 위한 것이므로, 반드시 친수성층(32)이 형성될 필요없이 절연체 기판(31)의 상면에 친수성표면이 형성되는 것으로 충분하다.
즉, 상기 제1단계에서 형성되는 절연체 기판(31)은 다양한 절연체 소재로도 형성할 수 있고, 그 외표면에 친수성 재질의 별도의 층을 형성하지 않더라도 표면처리하여 전술한 정도의 친수성을 가진 친수성표면이 형성되도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 친수성층(32)의 상면에 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치된다.
상기 나노소재(70)는 본 실시예에서 탄소나노튜브(Carbone nanotube; CNT)가 이용될 수 있다. 상기 나노소재(70)로는 탄소나노튜브 외에 골드나노와이어, 실버나노와이어, 진콕사이드나노와이어 등도 가능하고, 이러한 나노소재(70)도 센서로 활용될 수 있는 나노물질들이다.
도 3의 (b)를 참조하면, 상기 2단계는 1단계에서 형성된 템플릿(30)을 덮는 레지스트층(34)을 형성하되, 상기 레지스트층(34)이 일부 미형성된 부분으로서 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b)이 각각 양단에서 노출되는 트렌치(35)(trench; 도랑)를 형성한다.
먼저, 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치된 친수성층(32)을 덮도록 레지스트층(34)을 형성한다. 상기 레지스트층(34)은 포토레지스트층(34)으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 레지스트층(34)은 PMMA(Polymethyl Methacrylate), 공지의 감광수지 등이 이용될 수 있으며, 레지스트 물질은 일반적으로 소수성 재질이다.
상기 레지스트층(34)이 형성되면, 도 3의 (c)와 같이, 레지스트층(34)의 일부를 제거하여 트렌치(35)를 형성한다. 포토레지스트층의 경우, 트렌치(35) 부분을 제외한 영역에 마스크를 씌우고 자외선으로 트렌치(35) 부분의 레지스트층(34)을 제거하는 방식으로 트렌치(35)를 형성한다.
상기 트렌치(35)는 그 양단 즉 상측단부와 하측단부에 각각 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 노출되도록 형성된다.
또한, 트렌치(35) 내에서 일측전극(33a)과 타측전극(33b)의 사이에는 친수성층(32)의 친수성표면이 노출되어 있다.
이에 따라, 일측전극(33a)과 타측전극(33b)의 사이의 친수성표면에 나노소재용액(25)이 양호하게 접촉하여 퍼짐으로써 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 사이에 나노소재(70)의 안착을 용이하게 한다.
상기 3단계는 도 4와 같이 상기 트렌치(35)가 형성된 템플릿(30)을, 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 중 어느 하나는 상측에 위치하고 다른 하나는 하측에 위치하도록 나노소재용액(25)에 담그고, 상기 나노소재용액(25) 중에서 상기 템플릿(30)과 이격된 위치에 대향전극(40)을 배치하는 단계이다.
상기 4단계는 3단계후, 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극(40)을 전원에 연결함으로써, 전기영동에 의해 상기 상측에 위치하는 전극에 나노소재(70)가 부착됨과 함께 나노소재용액(25) 중에서 나노소재(70)가 체인구조를 이루는 단계이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서 템플릿(30)에 나노소재(70)를 안착시키기 위한 장치는, 나노소재(70)가 분산되어 포함되어 있는 나노소재용액(25)의 수조(20)와, 상기 나노소재용액(25) 내에서 상기 템플릿(30)과 대향하여 배치되는 대향전극(40)과, 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극(40)을 연결하는 전원(50), 및 상기 템플릿(30)을 상승시키는 상승구동장치(60)를 포함한다.
상기 수조(20)에는 나노소재(70) 용액이 수용되는 것으로서, 탄소나노튜브(CNT) 및 분산제가 첨가되어 탄소나노튜브가 균일하게 분산되어 있는 전해액을 준비한다
상기 대향전극(40)은 기판에 금속층(43)이 적층된 전극을 준비하여, 나노소재용액(25) 내에서 상기 템플릿(30)과 대향하여 배치시킨다.
상기 전원(50)은 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극(40)을 연결하도록 설치되고, 상기 상측에 위치하는 전극을 양극으로 대향전극(40)을 음극으로 연결한다. 나노소재용액 중의 탄소나노튜브가 거의 대부분 음극(-)을 띄고 있으므로, 상측에 위치하는 전극에 탄소나노튜브가 부착되어야 하므로, 상측에 위치하는 전극을 양극으로 연결하고 있다. 나노소재용액 중에 나노소재가 가지는 극성은 제타포텔셜측정기로 사전에 측정하여 전원(50)이 연결하는 극성이 결정된다.
상기 상승구동장치(60)는 템플릿(30)을 상승시키기 위한 장치이다. 상승구동장치(60)는 공압 또는 유압실린더나 리니어모터 등을 설치하여 템플릿(30)을 나노소재용액(25)으로부터 상승시킨다.
여기서 상기 템플릿(30)은, 앞에서 설명한 바와 같이, 소정간격을 두고 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치된 절연체 기판(31)의 상면에, 레지스트층(34)이 덮어 적층상태를 이루고 있다.
또한, 템플릿(30)에는 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 각각 양단에서 노출되는 트렌치(35)가 형성되어 있으며, 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 중 어느 하나는 상측에 위치하고 다른 하나는 하측에 위치하도록 나노소재용액(25)에 잠긴 상태로 배치되어 있다.
템플릿(30)과 대향전극(40)이 나노소재용액(25)에 잠긴 상태에서 전원(50)의 전류가 공급되면, 도 5와 같이 나노튜브용액 중에서 극성을 가지는 나노소재(70)가, 전기영동에 의해 상기 상측에 위치하는 전극에 끌려 도 6과 같이, 부착됨과 함께 나노소재용액(25) 중에서 나노소재(70)가 길게 연결되는 체인구조를 이루게 된다.
나노소재(70)의 체인구조가 형성된 상태에서, 템플릿(30)을 상승구동장치(60)가 상승시키는 4단계가 진행된다.
도 7과 같이, 템플릿(30)이 상승하게 되면, 체인구조를 이루는 나노소재(70)가 상측에 위치하는 전극에 붙어 함께 상승하게 되고, 나노소재용액(25)을 벗어나기 시작하면서 템플릿(30)의 표면을 따라 흘러내리는 나노소재용액(25)을 따라 체인구조의 나노소재(70)가 트렌치(35) 내에 안착되면서 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b)을 연결하게 된다.
트렌치(35)의 외측에는 소수성의 레지스트층(34)이 형성되어 있으므로, 나노소재용액(25)의 이탈이 쉬워 나노소재(70)의 부착이 거의 발생하지 않고, 친수성층(32)이 노출되어 있는 트렌치(35)의 내부에 나노소재용액(25)이 붙어 흘러내리면서 상측에 위치하는 전극에 붙은 체인구조의 나노소재(70)가 표면에 부착되게 된다.
이에 따라, 템플릿(30)의 상승을 완료하면, 나노소재(70)의 체인구조가 긴 길이를 가지므로, 일측전극(33a)과 타측전극(33b)을 연결하도록 체인구조의 나노소재(70)가 트렌치(35)의 내부에 붙어 안착될 수 있다.
이후, 도 8의 (a) 상태에서 상기 레지스트층(34)을 제거하는 6단계가 진행되고, 레지스트층(34)을 제거하면 도 8의 (b)와 같이 절연체 기판(31) 상에서 양 전극을 나노소재(70)가 서로 연결하고 있는 나노소재 어셈블리구조를 얻을 수 있다.
이와 같이 제작된 템플릿(30)은 양측 전극과 그 사이를 나노소재(70)가 연결하고 있는 구조가 포함되도록 템플릿(30)을 적당한 크기로 절단하고, 가스센서 등의 제작을 위해 활용될 수 있다.
도 9는 전술한 나노소재 어셈블리구조의 제작방법에 의해 시험제작된 템플릿(30)의 사진을 도시하고 있다.
레지스트층(34)가 제거된 상태이므로 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 사이에 SiO2의 친수성층(32)이 가로로 나타나고 있다.
일측전극(33a)과 타측전극(33b)을 탄소나노튜브(SWNT; 단일벽탄소나노튜브)가 양호한 상태로 연결하고 있는 구조를 보여주고 있다.
한편, 도 10의 (a)는 양측 전극이 다수 배치된 템플릿(30)을 도시하고, 도 10의 (b)는 그 템플릿(30) 상에 다수의 트렌치(35)가 형성되도록 레지스트층(34)을 형성한 상태를 도시하고 있다.
그와 같이 준비된 템플릿(30)을 전술한 방법 및 장치를 활용함으로써, 양측 전극을 탄소나노튜브가 서로 연결하고 있는 구조를 다수 제작할 수 있고, 양측 전극을 탄소나노튜브(SWNT; 단일벽탄소나노튜브)가 서로 연결하고 있는 단위구조별로 분리하여 가스센서 등의 제작에 활용할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 레지스트층(34)을 형성하지 않더라도 양측 전극을 탄소나노튜브가 서로 연결하고 있는 구조를 제작할 수 있다.
도 11의 (a)를 참조하면, 본 실시예는, 절연체 기판(31) 위에 소정간격을 두고 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치된 템플릿(30)을 형성하되, 일측전극(33a)과 타측전극(33b)은 안착될 나노소재(70)의 폭을 고려하여 폭이 너무 커지 않도록 적절히 설정하여 배치한다.
상기 템플릿(30)은 절연체 기판(31)에 친수성층(32)이 형성되고, 그 친수성층(32)의 상면에 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치되며, 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 사이에 상기 친수성층(32)이 노출되어 있는 구조로 형성한다. 상기 친수성층(32)은 SiO2 재질인 것이 바람직하다.
본 실시예에서 별도의 레지스트층(34)은 형성하지 않는다.
제작된 템플릿(30)을 도 11의 (b)와 같이, 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 중 어느 하나는 상측에 위치하고 다른 하나는 하측에 위치하도록 나노소재용액(25)에 담그고, 나노소재용액(25) 중에서 템플릿(30)과 이격된 위치에 대향전극(40)을 배치한다.
이후 이루어지는 과정은 전술한 실시예와 동일하다.
즉, 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 중 상측에 위치하는 전극과, 대향전극(40)을 전원(50)으로 연결함으로써, 전기영동에 의해 상측에 위치하는 전극에 나노소재(70)가 부착됨과 함께 나노소재용액(25) 중에서 나노소재(70)가 체인구조를 이룬다.
이후, 템플릿(30)을 상승시켜 나노소재(70)가 일측전극(33a)과 타측전극(33b)을 연결하도록 템플릿(30) 표면에 안착되도록 한다.
본 실시예에서는 레지스트층(34)이 존재하지 않으므로, 레지스트층(34)을 제거하는 과정은 존재하지 않는다.
이러한 실시예의 경우, 트렌치(35)가 형성되지 않음으로 인해, 일측전극(33a)과 타측전극(33b) 사이에 배치되는 나노소재(70)의 형상이나 폭이 균일하지 못할 수 있으나, 절연체 상에 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치되고 일측전극(33a)과 타측전극(33b)을 나노소재(70)가 연결하는 기본구조를 비교적 간략화된 공정에 의해 제작할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
20 ; 수조 25 ; 나노소재용액
30 ; 템플릿 31 ; 기판
32 ; 친수성층 33a ; 일측전극
33b ; 타측전극 34 ; 레지스트층
35 ; 트렌치 40 ; 대향전극
50 ; 전원 60 ; 상승구동장치
70 ; 나노소재

Claims (11)

  1. 절연체 기판(31) 위에 소정간격을 두고 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치된 템플릿(30)을 형성하는 1단계;
    상기 1단계에서 형성된 템플릿(30)을 덮는 레지스트층(34)을 형성하되, 상기 레지스트층(34)이 일부 미형성된 부분으로서 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b)이 각각 양단에서 노출되는 트렌치(35)를 형성하는 2단계;
    상기 2단계 후, 상기 트렌치(35)가 형성된 템플릿(30)을, 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 중 어느 하나는 상측에 위치하고 다른 하나는 하측에 위치하도록 나노소재용액(25)에 담그고, 상기 나노소재용액(25) 중에서 상기 템플릿(30)과 이격된 위치에 대향전극(40)을 배치하는 3단계;
    상기 3단계후, 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극(40)을 전원(50)으로 연결함으로써, 전기영동에 의해 상기 상측에 위치하는 전극에 나노소재(70)가 부착됨과 함께 상기 나노소재용액(25) 중에서 상기 나노소재(70)가 체인구조를 이루는 4단계; 및
    상기 4단계 후 상기 템플릿(30)을 상승시켜 상기 트렌치(35) 내에서 상기 나노소재(70)가 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b)을 연결하도록 안착되는 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작방법
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1단계에서
    상기 절연체 기판(31)에는 상기 레지스트층(34)의 외표면보다 높은 친수성을 가진 친수성표면을 포함하고 그 친수성표면에 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치되며,
    상기 2단계에서
    상기 트렌치(35) 내에는 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 사이에 상기 친수성표면이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작방법
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연체 기판(31)은 친수성표면을 포함하고 그 친수성표면에 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치되되,
    상기 친수성표면은 컨택앵글이 20° 이하인 친수성을 가지고, 상기 레지스트층(34)의 표면은 컨택앵글이 60°이상인 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작방법
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레지스트층(34)을 제거하는 6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작방법
  5. 절연체 기판(31) 상에서 양 전극을 나노소재(70)가 서로 연결하고 있는 구조의 나노소재 어셈블리구조의 제작방법에 있어서,
    상기 절연체 기판(31) 위에 소정간격을 두고 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치된 템플릿(30)을 형성하는 단계;
    상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 중 어느 하나는 상측에 위치하고 다른 하나는 하측에 위치하도록 상기 템플릿(30)을 나노소재용액(25)에 담그고, 상기 나노소재용액(25) 중에서 상기 템플릿(30)과 이격된 위치에 대향전극(40)을 배치하는 단계;
    상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극(40)을 전원(50)으로 연결함으로써, 전기영동에 의해 상기 상측에 위치하는 전극에 나노소재(70)가 부착됨과 함께 상기 나노소재용액(25) 중에서 상기 나노소재(70)가 체인구조를 이루는 단계; 및
    상기 템플릿(30)을 상승시켜 상기 나노소재(70)가 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b)을 연결하도록 상기 템플릿(30) 표면에 안착되는 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작방법
  6. 제5항에 있어서,
    상기 템플릿(30)은
    상기 절연체 기판(31)에 친수성표면이 형성되고, 그 친수성표면의 상면에 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치되며, 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 사이에 상기 친수성표면이 노출되어 있는 구조를 이루되,
    상기 친수성표면은 컨택앵글이 20° 이하인 친수성을 가지는 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작방법
  7. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노소재(70)는 탄소나노튜브, 골드나노와이어, 실버나노와이어, 진콕사이드나노와이어 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작방법
  8. 나노소재(70)가 분산되어 포함되어 있는 나노소재용액(25)의 수조(20);
    소정간격을 두고 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치된 절연체 기판(31)의 상면에, 레지스트층(34)이 덮어 적층상태를 이루되, 상기 레지스트층(34)이 일부 미형성된 영역으로서, 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b)이 각각 양단에서 노출되는 트렌치(35)가 형성되어 있는 템플릿(30);
    상기 나노소재용액(25) 내에서 상기 템플릿(30)과 대향하여 배치되는 대향전극(40);
    상기 템플릿(30)이 상기 수조(20)에 담긴 상태에서 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 중 상측에 위치하는 전극과, 상기 대향전극(40)을 연결하는 전원(50); 및
    상기 나노소재용액(25) 내에서 상기 상측에 위치하는 전극에 부착된 체인구조의 나노소재(70)가 상기 템플릿(30)과 함께 상승하면서 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)을 연결시키도록 하기 위해 상기 템플릿(30)을 상승시키는 상승구동장치(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작장치
  9. 제8항에 있어서,
    상기 템플릿(30)은
    상기 절연체 기판(31)에는 상기 레지스트층(34)의 외표면보다 높은 친수성을 가진 친수성표면을 포함하고 그 친수성표면의 상면에 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치되며, 상기 트렌치(35) 내에는 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 사이에 상기 친수성표면이 노출되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작장치
  10. 제8항에 있어서,
    상기 절연체 기판(31)은 친수성표면을 포함하고 그 친수성표면에 상기 일측전극(33a)과 타측전극(33b)이 배치되되, 상기 트렌치(35) 내에는 상기 일측전극(33a)과 상기 타측전극(33b) 사이에 상기 친수성표면이 노출되어 있으며,
    상기 친수성표면은 컨택앵글이 20° 이하인 친수성을 가지고, 상기 레지스트층(34)의 표면은 컨택앵글이 60°이상인 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작장치
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노소재(70)는 탄소나노튜브, 골드나노와이어, 실버나노와이어, 진콕사이드나노와이어 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노소재 어셈블리구조의 제작장치
KR1020160138464A 2016-10-24 2016-10-24 나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치 KR101829302B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160138464A KR101829302B1 (ko) 2016-10-24 2016-10-24 나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160138464A KR101829302B1 (ko) 2016-10-24 2016-10-24 나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101829302B1 true KR101829302B1 (ko) 2018-02-19

Family

ID=61387685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160138464A KR101829302B1 (ko) 2016-10-24 2016-10-24 나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101829302B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210378103A1 (en) * 2020-06-02 2021-12-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing wiring substrate

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090084216A (ko) * 2008-01-31 2009-08-05 성균관대학교산학협력단 Ｌｉｇａ공정의 도금방법 및 도금장치
KR20110019550A (ko) * 2009-08-20 2011-02-28 고려대학교 산학협력단 광기전 소자 및 그 제작 방법
KR20120126586A (ko) * 2011-05-12 2012-11-21 한국과학기술연구원 탄소나노튜브 양을 조절하는 방법 및 이를 이용한 탄소나노튜브 소자 제조방법
JP2013168655A (ja) * 2007-02-15 2013-08-29 Nec Corp カーボンナノチューブ抵抗体、半導体装置、カーボンナノチューブ抵抗体及び半導体装置の製造方法
KR101464283B1 (ko) * 2007-06-20 2014-11-21 뉴저지 인스티튜트 오브 테크놀로지 나노튜브 장치 및 제조 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013168655A (ja) * 2007-02-15 2013-08-29 Nec Corp カーボンナノチューブ抵抗体、半導体装置、カーボンナノチューブ抵抗体及び半導体装置の製造方法
KR101464283B1 (ko) * 2007-06-20 2014-11-21 뉴저지 인스티튜트 오브 테크놀로지 나노튜브 장치 및 제조 방법
KR20090084216A (ko) * 2008-01-31 2009-08-05 성균관대학교산학협력단 Ｌｉｇａ공정의 도금방법 및 도금장치
KR20110019550A (ko) * 2009-08-20 2011-02-28 고려대학교 산학협력단 광기전 소자 및 그 제작 방법
KR20120126586A (ko) * 2011-05-12 2012-11-21 한국과학기술연구원 탄소나노튜브 양을 조절하는 방법 및 이를 이용한 탄소나노튜브 소자 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210378103A1 (en) * 2020-06-02 2021-12-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing wiring substrate
US11696410B2 (en) * 2020-06-02 2023-07-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing wiring substrate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Andrews et al. Patterned liquid metal contacts for printed carbon nanotube transistors
Long et al. Recent advances in large-scale assembly of semiconducting inorganic nanowires and nanofibers for electronics, sensors and photovoltaics
US7964143B2 (en) Nanotube device and method of fabrication
KR101906967B1 (ko) 나노갭 센서 및 이의 제조 방법
US20110266521A1 (en) Porous and non-porous nanostructures
KR101087539B1 (ko) 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 포함하는 고분자 복합체, 그 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 스트레인 센서
CN103958397B (zh) 用于制造和对准纳米线的方法和这种方法的应用
KR101050142B1 (ko) 나노선 다중채널 ｆｅｔ 소자의 제조방법
KR20130064122A (ko) 수직 나노와이어 배열 상의 천공 접촉 전극
US20160144401A1 (en) Method for orienting one-dimensional objects and articles obtained therefrom
KR101302058B1 (ko) 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법
KR20170082629A (ko) 대규모, 저 비용 나노센서, 나노니들 및 나노펌프 어레이
TW200931015A (en) Electrode for an ionization chamber and method producing the same
KR101829302B1 (ko) 나노소재 어셈블리구조의 제작방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치
Manandhar et al. Integration of nanowire devices in out-of-plane geometry
Colli et al. Nanowire lithography on silicon
US9596762B2 (en) Method of fabricating a circuit board
Dhahi et al. Fabrication of lateral polysilicon gap of less than 50 nm using conventional lithography
Adam et al. Novel in-house fabrication of nano lab-on-chip devices
KR101027517B1 (ko) 나노 구조체의 배치 방법 및 이를 이용한 나노 소자의 제조방법
CN113548638B (zh) 一种微凸起结构的制备方法
JP7295857B2 (ja) カーボンナノチューブセンサが第１および第２の基板上に位置付けられた感知デバイス
Zhang Improving the electrical contact property of single-walled carbon nanotube arrays by electrodeposition
Wah et al. Development and Fabrication of Carbon Nanotube (CNT) based Morphological and Electrical Characterization
KR100897259B1 (ko) 다중조건 다공질 규소층의 제작 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant