KR102112190B1 - Radio frequency antenna and the method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 라디오 주파수 안테나 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은 나노입자의 표면 화학 조절을 통한 고성능 라디오 주파수 안테나 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a radio frequency antenna and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a high performance radio frequency antenna through the surface chemical control of silver nanoparticles and a method for manufacturing the same.
최근 들어서, 사물인터넷이 각광 받음에 따라 사물인터넷 소자간의 상호 연결에 대한 관심이 증대되고 있고 다양한 소자들을 연결시키기 위한 라디오 주파수 영역 대의 회로 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.Recently, as the Internet of Things is in the spotlight, interest in interconnection between IoT devices is increasing, and research on a circuit in a radio frequency range for connecting various devices is actively underway.
그러나 기존 회로는 구성물질을 합성하는데 높은 비용 및 회로를 디자인하는데 값비싼 공정이 필요해 상용화에 경제적인 어려움이 있다. However, existing circuits have economical difficulties in commercialization because of the high cost of synthesizing the constituent materials and the expensive process required to design the circuit.
이에 종래 라디오 주파수 안테나의 문제를 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있다.Accordingly, there is an urgent need for a method for solving the problems of the conventional radio frequency antenna.
본 발명의 실시예는 은 나노입자의 표면 화학 조절을 통하여 20 GHz 에서 최대 3 nH의 인덕턴스(inductance) 및 2.5 pF의 커패시턴스(capacitance)를 가지는 라디오 주파수 안테나 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a radio frequency antenna having a maximum inductance of 3 nH and a capacitance of 2.5 pF at 20 GHz through a surface chemical control of silver nanoparticles and a method for manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나는, 기판; 상기 기판의 일면에 형성되는 제1 전극; 및 상기 기판의 타면에 형성되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 은 나노입자에 금(Au)이 코팅된 구조를 가지며, 상기 은 나노입자는 표면 리간드가 짧은 무기 리간드 또는 짧은 유기 리간드로 치환되어 있다.Radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention, the substrate; A first electrode formed on one surface of the substrate; And a second electrode formed on the other surface of the substrate, wherein the first electrode and the second electrode have a structure in which gold (Au) is coated on silver nanoparticles, and the silver nanoparticles have short surface ligands. It is substituted with a ligand or a short organic ligand.
본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나에서, 상기 무기 리간드는, 염화암모늄(NH4Cl), 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB), 및 티오시안산암모늄(NH4SCN) 으로 구성된 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In the radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention, the inorganic ligand is ammonium chloride (NH 4 Cl), tetra n-butylammonium bromide (tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB), and ammonium thiocyanate It is characterized by at least one selected from the group consisting of (NH 4 SCN).
본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나에서, 상기 유기 리간드는 MPA 및 EDT로 구성된 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In the radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention, the organic ligand is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of MPA and EDT.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나 제조방법은, 기판의 일면 및 타면에 은 나노입자를 코팅하여 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 은 나노입자의 표면 리간드를 무기 리간드 또는 유기 리간드로 치환하는 단계; 및 상기 표면 리간드가 상기 무기 리간드로 치환된 상기 은 나노입자의 표면에 금(Au)을 코팅하는 단계; 를 포함한다.A radio frequency antenna manufacturing method according to another embodiment of the present invention includes the steps of coating silver nanoparticles on one surface and the other surface of a substrate to form a first electrode and a second electrode; Substituting surface ligands of the silver nanoparticles of the first electrode and the second electrode with an inorganic ligand or an organic ligand; And coating gold (Au) on the surface of the silver nanoparticles in which the surface ligand is substituted with the inorganic ligand. It includes.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나 제조방법에서, 상기 기판의 일면 및 타면에 은 나노입자를 코팅하여 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계 중 상기 제1 전극을 형성하는 단계는, 상기 기판의 일면에 포토레지스트를 코팅하는 단계; 상기 포토레지스트를 패터닝 하는 단계; 상기 패터닝 된 포토레지스트 상에 은 나노입자를 코팅하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 리프트 오프(lift off) 하는 단계를 포함한다.In a method of manufacturing a radio frequency antenna according to another embodiment of the present invention, the step of forming the first electrode among the steps of forming the first electrode and the second electrode by coating silver nanoparticles on one surface and the other surface of the substrate is performed. Coating a photoresist on one surface of the substrate; Patterning the photoresist; Coating silver nanoparticles on the patterned photoresist; And lifting off the photoresist.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나 제조방법에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 나노입자의 표면 리간드를 무기 리간드 또는 유기 리간드로 치환하는 단계는, 상기 제1 은 나노입자 필름 및 상기 제2 은 나노입자 필름의 표면에 상기 무기 리간드 또는 상기 유기 리간드가 분산된 용액을 접촉시켜 상기 표면 리간드가 상기 무기 리간드 또는 상기 유기 리간드로 치환되는 것을 특징으로 한다.In the radio frequency antenna manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the step of substituting the surface ligands of the nanoparticles of the first electrode and the second electrode with an inorganic ligand or an organic ligand includes: the first silver nanoparticle film and The surface ligand is substituted with the inorganic ligand or the organic ligand by contacting the surface of the second silver nanoparticle film with the inorganic ligand or the solution in which the organic ligand is dispersed.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나 제조방법에서, 상기 무기 리간드는, NH4Cl, 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB), 및 NH4SCN 으로 구성된 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In a radio frequency antenna manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the inorganic ligand is a group consisting of NH 4 Cl, tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB), and NH 4 SCN It is characterized in that at least one selected from among.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나 제조방법에서, 상기 유기 리간드는 MPA 및 EDT로 구성된 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In the radio frequency antenna manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the organic ligand is characterized in that at least one selected from the group consisting of MPA and EDT.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나 제조방법에서, 상기 표면 리간드가 상기 무기 리간드 또는 상기 유기 리간드로 치환된 상기 은 나노입자의 표면에 금(Au)을 코팅하는 단계는, 상기 표면 리간드가 상기 무기 리간드 또는 상기 유기 리간드로 치환된 상기 은 나노입자를 이용한 전극이 형성된 상기 기판을 금(Au) 전구체에 침지하여 형성되는 것을 특징으로 한다.In the radio frequency antenna manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the step of coating the surface of the silver nanoparticles in which the surface ligand is substituted with the inorganic ligand or the organic ligand is gold (Au). It is characterized in that it is formed by immersing the substrate in which an electrode using the silver nanoparticles substituted with the inorganic ligand or the organic ligand is formed in a gold (Au) precursor.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나 제조방법에서, 상기 금 전구체는 HAuCl43H2O인 것을 특징으로 한다.In the radio frequency antenna manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the gold precursor is characterized in that the HAuCl 4 3H 2 O.
본 발명의 실시예에 따르면, 라디오 주파수 안테나를 구성하는 은 나노입자의 긴 리간드를 짧은 무기 리간드 또는 짧은 유기 리간드로 치환하여 은 나노입자 간 거리를 감소시켜, 은 나노입자 필름의 비저항을 감소시킴으로써 높은 전도성을 갖게 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by replacing the long ligand of the silver nanoparticles constituting the radio frequency antenna with a short inorganic ligand or a short organic ligand, the distance between the silver nanoparticles is reduced, thereby reducing the specific resistance of the silver nanoparticle film. It can be made conductive.
본 발명의 실시예에 따르면, 은 나노입자 표면을 금으로 코팅함으로써, 높은 전도성을 구현하여 라디오 주파수 안테나의 특성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by coating the surface of the silver nanoparticles with gold, high conductivity can be realized to improve the characteristics of the radio frequency antenna.
본 발명의 실시예에 따르면, 20 GHz 에서 최대 3 nH의 인덕턴스(inductance) 및 2.5 pF의 커패시턴스(capacitance)를 가지는 라디오 주파수 안테나를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a radio frequency antenna having an inductance of up to 3 nH and a capacitance of 2.5 pF at 20 GHz.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나를 도시한 단면도이다.
도 2는 무기 리간드 치환에 따른 은 나노입자 필름의 전도성 변화를 도시한 개략도이다.
도 3a 내지 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 제조방법을 순서대로 도시한 흐름도 및 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 FTIR 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 UV-vis 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 EDX 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 제조 단계에 따른 은 나노입자 필름의 X선 회절 패턴을 도시한 그래프이다.
도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 제조 단계에 따른 은 나노입자 필름의 전류-전압 곡선을 도시한 그래프이다.
도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 제조 단계 및 자외선-오존 처리에 따른 XPS 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 광학 현미경 이미지 및 HFSS 시뮬레이션을 도시한 것이다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 제조 단계별 신호 감쇄를 도시한 그래프이다.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 제조 단계별 라인의 두께에 따른 손실을 도시한 그래프이다.
도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 길이를 달리하여 형성하였을 때의 삽입 손실을 측정한 그래프이다.
도 6e는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 길이를 달리하여 형성하였을 때의 위상을 측정한 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 형태를 2 turn의 사행형, 2.5 turn의 사행형 및 3 turn의 사행형으로 형성하였을 때의 광학 현미경 이미지, 오메가형으로 형성하였을 때의 광학 현미경 이미지 및 4 핑거형, 8 핑거형 및 12 핑거형으로 형성하였을 때의 광학 현미경 이미지를 도시한 것이다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 형태를 2 turn의 사행형, 2.5 turn의 사행형 및 3 turn의 사행형으로 형성하였을 때의 인덕턴스 및 Q 팩터를 측정한 그래프이다.
도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 형태를 오메가형으로 형성하였을 때의 인덕턴스 및 Q 팩터를 측정한 그래프이다.
도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 형태를 4 핑거형, 8 핑거형 및 12 핑거형으로 형성하였을 때의 인덕턴스 및 Q 팩터를 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 패치 안테나의 광학 현미경 이미지 및 반사 손실을 측정한 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the change in conductivity of the silver nanoparticle film according to inorganic ligand substitution.
3A to 4 are flowcharts and cross-sectional views sequentially showing a method of manufacturing a radio frequency antenna according to another embodiment of the present invention.
5A is a graph showing the FTIR spectrum of a silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
Figure 5b is a graph showing the UV-vis spectrum of the silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
Figure 5c is a graph showing the EDX spectrum of the silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
5D is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a silver nanoparticle film according to a manufacturing step of a silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
5E is a graph showing a current-voltage curve of a silver nanoparticle film according to a manufacturing step of a silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
Figure 5f is a graph showing the XPS spectrum according to the manufacturing step and ultraviolet-ozone treatment of the silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
6A illustrates an optical microscope image and HFSS simulation of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
6B is a graph showing signal attenuation at each stage of manufacture of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
6C is a graph showing a loss according to the thickness of a line for each stage of manufacturing a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
6D is a graph measuring insertion loss when formed by varying the line length of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
6E is a graph of measuring phase when the line length of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed with different lengths.
FIG. 7A shows an optical microscope image when the line shape of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed as a 2 turn serpentine, a 2.5 turn serpentine, and a 3 turn serpentine, when formed in an omega shape It shows an optical microscope image and an optical microscope image when formed into a 4-finger, 8-finger, and 12-finger type.
7B is a graph of measuring inductance and Q factor when the line shape of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed as a 2 turn serpentine, a 2.5 turn serpentine, and a 3 turn serpentine.
7C is a graph measuring inductance and Q factor when a line shape of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed in an omega shape.
7D is a graph measuring inductance and Q factor when a line shape of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed as a 4-finger, 8-finger, and 12-finger type.
8 is a graph measuring optical microscope images and reflection loss of a radio frequency patch antenna according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprises" and / or "comprising" refers to the components, steps, operations and / or elements mentioned above, the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or do not exclude additions.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, "example", "example", "side", "example", etc. should be construed as any aspect or design described being better or more advantageous than another aspect or designs. It is not done.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terminology used in the description below has been selected to be general and universal in the related technical field, but may have other terms depending on technology development and / or changes, conventions, and technical preferences. Therefore, the terms used in the following description should not be understood as limiting the technical idea, but should be understood as exemplary terms for describing the embodiments.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Also, in certain cases, some terms are arbitrarily selected by the applicant, and in this case, detailed meanings will be described in the corresponding description. Therefore, the terms used in the description below should be understood based on the meaning of the term and the entire contents of the specification, not just the name of the term.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Meanwhile, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from other components.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, terms defined in the commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless specifically defined.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.On the other hand, in the description of the present invention, when it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms used in the present specification (terminology) are terms used to properly represent an embodiment of the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention, or a custom in a field to which the present invention pertains. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나는 기판(110), 기판(110)의 일면에 형성되는 제1 전극(120) 및 기판(110)의 타면에 형성되는 제2 전극(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention includes a
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나는 CBCPW(Conductor-backed Coplanar Waveguide)로서, 기판의 일면, 즉 상부면에 형성되는 제1 전극(120)은 중앙의 신호라인, 상기 신호라인과 일정 간격으로 평행하게 대칭되도록 형성되는 접지라인으로 구성될 수 있고, 기판의 타면, 즉 하부면에 형성되는 제2 전극(130)은 하부 접지인 구조를 가질 수 있다.At this time, the radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is a CBCPW (Conductor-backed Coplanar Waveguide), the
신호라인 및 접지라인으로 패터닝 된 구조를 갖는 제1 전극(120)의 형성을 위하여, 포토레지스트를 이용한 패터닝 공정을 수행할 수 있으며, 이는 후술할 라디오 주파수 안테나의 제조방법에서 보다 상세히 설명하도록 한다.In order to form the
본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 은 나노입자 필름으로 구성되고, 은 나노입자 필름의 표면 리간드가 짧은 무기 리간드 또는 짧은 유기 리간드로 치환되어 있는 것을 특징으로 한다.The
이때, 상기 무기 리간드는 염화암모늄(NH4Cl), 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB), 및 티오시안산암모늄(NH4SCN) 으로 구성된 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.In this case, the inorganic ligand is at least selected from the group consisting of ammonium chloride (NH 4 Cl), tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB), and ammonium thiocyanate (NH 4 SCN) It can be any one or more.
또한, 상기 유기 리간드는 3-메르캅토프로피온산(3-Mercaptopropionic acid, MPA) 및 1,2-에테인다이티올(1,2-Ethandithiol, EDT)로 구성된 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.In addition, the organic ligand may be at least one selected from the group consisting of 3-Mercaptopropionic acid (MPA) and 1,2-ethanedithiol (EDT).
은 나노입자 필름의 표면 리간드 치환은 은 나노입자 간 거리를 감소시키기 위한 목적을 갖는다.The surface ligand substitution of the silver nanoparticle film aims to reduce the distance between the silver nanoparticles.
표면 리간드가 치환되지 않은 은 나노입자는 긴 표면 리간드로 인하여 입자 간 거리가 길어서 절연적인 특성을 갖게 된다.Silver nanoparticles that are not substituted with surface ligands have insulating properties due to long distance between particles due to long surface ligands.
이때, 은 나노입자의 긴 표면 리간드를 짧은 무기 리간드 또는 짧은 유기 리간드로의 치환을 통하여 은 나노입자 필름의 비저항을 감소시킬 수 있다.At this time, the specific resistance of the silver nanoparticle film may be reduced by replacing the long surface ligand of the silver nanoparticle with a short inorganic ligand or a short organic ligand.
은 나노입자 필름의 표면 리간드 치환은 후술할 도 2에서 보다 자세하게 설명하도록 한다.The surface ligand substitution of the silver nanoparticle film will be described in more detail in FIG. 2 to be described later.
본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 표면 리간드가 치환된 은 나노입자 필름을 베이스로 하고, 그 표면에 금(Au)이 코팅된 구조를 갖는다.The
표면 리간드가 치환된 은 나노입자 필름에 금(Au)을 코팅함으로써 전도도 및 안정성이 향상될 수 있다.Conductivity and stability may be improved by coating gold (Au) on a silver nanoparticle film substituted with a surface ligand.
도 2는 무기 리간드 치환에 따른 은 나노입자 필름의 전도성 변화를 도시한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the change in conductivity of the silver nanoparticle film according to inorganic ligand substitution.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 표면 리간드의 치환 공정은 짧은 무기 리간드 또는 짧은 유기 리간드를 포함하는 용액 내에 은 나노입자 필름이 형성된 기판을 침지시킴으로써 수행된다.The process of substituting the surface ligand of the silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention is performed by immersing the substrate on which the silver nanoparticle film is formed in a solution containing a short inorganic ligand or a short organic ligand.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 표면 리간드 치환 공정은, 짧은 무기 리간드 또는 짧은 유기 리간드를 포함하는 용액 내에 은 나노입자 필름이 형성된 기판을 침지 시킴에 따라, 은 나노입자 필름의 긴 리간드가 짧은 무기 리간드 또는 짧은 유기 리간드로 치환된다.That is, the surface ligand substitution process of the silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention is performed by immersing the substrate on which the silver nanoparticle film is formed in a solution containing a short inorganic ligand or a short organic ligand, the silver nanoparticle film The long ligand of is substituted with a short inorganic ligand or a short organic ligand.
이러한 치환 공정에 따라 금속 나노 입자 필름의 전기적 특성이 변화될 수 있다.The electrical properties of the metal nanoparticle film may be changed according to the substitution process.
예를 들어, 은 나노입자 필름에 무기 리간드 치환 공정이 진행되지 않으면, 은 나노입자(10)는 표면에 상대적으로 길이가 긴 리간드(20)를 포함하여 고르게 분포되어 있고, 은 나노입자(10)의 표면에 형성된 길이가 긴 리간드(20)에 의해 은 나노입자(10) 간의 간격이 크므로 전기적으로 절연성을 나타낼 수 있다.For example, if the inorganic ligand substitution process is not performed on the silver nanoparticle film, the
그러나, 은 나노입자에 짧은 무기 리간드 또는 짧은 유기 리간드로의 치환 공정를 진행하면, 은 나노입자(10) 표면의 긴 리간드(20)가 짧은 리간드(미도시)로 치환됨에 따라, 은 나노입자(10) 간의 간격이 가까워져 전도성을 나타내게 된다.However, when a process of replacing a short inorganic ligand or a short organic ligand with a silver nanoparticle is performed, as the
또한 이에 따라, 은 나노입자(10)의 미세 클러스터(11)가 계속 융합되어 은 나노입자 필름의 표면 에너지가 더욱 감소하여 금속성을 나타낼 수 있다.In addition, according to this, the
본 발명의 일 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 표면 리간드 치환은 무기 리간드 치환 처리 시간에 따라, 은 나노입자(10) 표면의 짧은 리간드(미도시)의 비율이 조절되고, 금속 나노 입자(10) 표면의 짧은 리간드(미도시)의 비율에 따라 금속 나노 입자 필름의 전기적 특성이 변화될 수 있다.The surface ligand substitution of the silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention is controlled by the ratio of the short ligand (not shown) on the surface of the
도 3a 내지 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 제조방법을 순서대로 도시한 흐름도 및 단면도이다.3A to 4 are flowcharts and cross-sectional views sequentially showing a method of manufacturing a radio frequency antenna according to another embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 제조방법을 설명하도록 한다.A method of manufacturing a radio frequency antenna according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 4.
도 3a 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나 제조방법은, 기판(110)의 일면 및 타면에 은 나노입자를 코팅하여 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 형성하는 단계(S110), 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)의 은 나노입자의 표면 리간드를 무기 리간드로 치환하는 단계(S120) 및 표면 리간드가 무기 리간드로 치환된 은 나노입자의 표면에 금(Au)을 코팅하는 단계(S130)의 3 단계 공정으로 구성된다.Referring to Figure 3a to 4, the radio frequency antenna manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the
기판(110)의 일면 및 타면에 은 나노입자를 코팅하여 제1 전극(120a) 및 제2 전극(130a)을 형성하는 단계(S110)는, 구체적으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기판이나 폴리이미드(PI) 기판 등과 같은 유연하고 절연 특성을 갖는 기판 상에 은 나노입자를 코팅하는 공정을 포함한다.The step (S110) of forming the
제1 전극(120a) 및 제2 전극(130a)의 형성을 위한 은 나노입자의 코팅은 은 나노입자를 유기용매에 분산시켜 스핀코팅하는 방식으로 이루어질 수 있다.The coating of the silver nanoparticles for the formation of the
이때, 은 나노입자가 효과적으로 코팅되도록, 스핀코팅 이전에 기판의 일면에 표면 처리를 수행할 수 있다.At this time, surface treatment may be performed on one surface of the substrate before spin coating so that the silver nanoparticles are effectively coated.
예를 들어, 3-머캅토프로필 트리메톡시실란 (3-Mercaptopropyl trimethoxysilane, MPTS)과 톨루엔 용액에, 상기 기판을 침지하여 MPTS 처리를 할 수 있다.For example, MPTS treatment may be performed by immersing the substrate in a 3-mercaptopropyl trimethoxysilane (MPTS) and a toluene solution.
또한, MPTS가 잘 부착 되도록, MPTS 처리 이전에, 아세톤, 이소프로필알콜, 및 탈이온수에 순차적으로 기판을 세척하고, 자외선(UV)-오존 클리닝 처리를 추가적으로 할 수 있다.In addition, the substrate can be washed sequentially with acetone, isopropyl alcohol, and deionized water before the MPTS treatment so that the MPTS adheres well, and an ultraviolet (UV) -ozone cleaning treatment can be additionally performed.
이때, 제1 전극(120a)을 형성하는 단계는 세부적으로, 기판(110)의 일면에 포토레지스트(PR)를 코팅하는 단계(S111), 포토레지스트(PR)를 패터닝 하는 단계(S112), 패터닝 된 포토레지스트(PR) 상에 은 나노입자를 코팅하는 단계(S113) 및 포토레지스트를 리프트 오프(lift off) 하는 단계(S114)를 포함하여 패터닝 된 제1 전극(120a)를 형성할 수 있다.At this time, the step of forming the
패터닝 된 제1 전극(120a)의 각각의 라인들은 평행하게 대칭되도록 다수 형성될 수 있고, 개별적으로 안테나의 신호라인 또는 접지라인의 역할을 할 수 있다.Each of the lines of the patterned
제1 전극(120) 및 제2 전극(130)의 은 나노입자의 표면 리간드를 무기 리간드로 치환하는 단계(S120)는, 무기 리간드가 분산된 제1 용액을 은 나노입자 필름 (제1 전극 및 제2 전극)에 분사하거나, 또는 그 제1 용액에 은 나노입자 필름을 침지하여 접촉시키는 방식으로 수행한다. In the step S120 of substituting the surface ligands of the silver nanoparticles of the
예를 들어, 메탄올 또는 에탄올에 NH4Cl, 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB), 또는 NH4SCN 등을 용해시켜 제1 용액을 제조하고, 그 제1 용액에 은 나노입자 필름을 침지함으로써, 각각 Cl- 리간드, Br- 리간드, 또는 SCN 리간드로 치환할 수 있다. For example, a first solution is prepared by dissolving NH4Cl, tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB), or NH4SCN in methanol or ethanol, and silver nanoparticles in the first solution By immersing the film, Cl - ligand, Br - ligand, or SCN ligand can be substituted, respectively.
이때, 소정의 반응시간 경과 후에, 은 나노입자 필름을 메탄올 또는 에탄올 등으로 세척할 수도 있다.At this time, after a predetermined reaction time has elapsed, the silver nanoparticle film may be washed with methanol or ethanol.
이러한 무기 리간드 치환 공정을 통하여, 표면 리간드가 무기 리간드로 치환된 제1 전극(120b) 및 제2 전극(130b)이 형성되고, 무기 리간드로 치환된 제1 전극 및 제2 전극은 금속성을 나타내므로 전도성이 향상되어 전극의 역할을 할 수 있게 된다.Through the inorganic ligand replacement process, the
전술한 바와 같이, 은 나노입자에 짧은 무기 리간드 또는 짧은 유기 리간드로의 치환 공정를 진행하면, 은 나노입자 표면의 긴 리간드가 짧은 리간드로 치환됨에 따라, 은 나노입자 간의 간격이 가까워져 전도성을 나타내게 된다.As described above, when a process of replacing a short inorganic ligand or a short organic ligand with a silver nanoparticle is performed, as the long ligand on the surface of the silver nanoparticle is replaced with a short ligand, the interval between the silver nanoparticles becomes closer to show conductivity.
또한 이에 따라, 은 나노입자의 미세 클러스터가 계속 융합되어 은 나노입자 필름의 표면 에너지가 더욱 감소하여 금속성을 나타낼 수 있다.In addition, according to this, fine clusters of silver nanoparticles are continuously fused, so that the surface energy of the silver nanoparticle film is further reduced to exhibit metallicity.
마지막으로, 표면 리간드가 무기 리간드로 치환된 은 나노입자의 표면에 금(Au)을 코팅하는 단계(S130)는 표면 리간드가 무기 리간드로 치환된 제1 전극(120b) 및 제2 전극(130b) 상에 금을 코팅하여 표면에 금이 코팅된 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 형성하는 단계이다.Finally, the step of coating gold (Au) on the surface of the silver nanoparticles in which the surface ligand is substituted with an inorganic ligand (S130) is the
표면 리간드가 무기 리간드로 치환된 제1 전극(120b) 및 제2 전극(130b) 상에 금을 코팅하는 공정은 HAuCl43H2O 처리를 통해 수행된다.The process of coating gold on the
보다 상세하게는, 표면 리간드가 무기 리간드로 치환된 상기 은 나노입자를 이용한 전극이 형성된 기판을 상온 및 상압에서 1 mM 내지 5 mM 농도의 금(Au) 전구체에 5분간 침지하여 제1 전극(120b) 및 제2 전극(130b) 상에 금을 코팅할 수 있다.In more detail, the
또한, 표면 리간드가 무기 리간드로 치환된 은 나노입자의 표면에 금(Au)을 코팅하는 단계(S130) 이후에 환원 공정을 추가적으로 수행할 수 있다.In addition, a reduction process may be additionally performed after the step (S130) of coating the surface of the silver nanoparticles in which the surface ligand is substituted with an inorganic ligand (A130).
환원 공정은 금이 코팅된 기판을 1 부피%의 하이드라진(N2H4, hydrazine) 수용액에 15분간 침지하여 금을 은 나노입자의 표면에 환원시키고, 전술한 공정 중 생성 된 염화금(AuCl), 브로민화은(AgBr) 등의 불순물을 제거하여 1 x 106 내지 3 x 106 S/m의 높은 전도성을 확보할 수 있고, 안전성 또한 확보할 수 있다.In the reduction process, the gold-coated substrate is immersed in a 1% by volume aqueous solution of hydrazine (N 2 H 4 , hydrazine) for 15 minutes to reduce gold to the surface of silver nanoparticles, and gold chloride (AuCl) produced during the above-described process, By removing impurities such as silver bromide (AgBr), high conductivity of 1 x 10 6 to 3 x 10 6 S / m can be secured, and safety can also be secured.
이하에서는, 도 5a 내지 도 8을 참고하여. 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 특성에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 5A to 8. The characteristics of the radio frequency antenna according to the embodiment of the present invention will be described.
[[ 제조예Manufacturing example ]]
[시약 밀 물질][Reagent wheat substance]
질화은 (99 %, AgNO3)은 알파 에이사에서 구매하여 사용하였다.Silver nitride (99%, AgNO 3 ) was purchased from Alpha Eisa and used.
올레산 (90 %), 올레일아민 (70 %), 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB) (99.0%), (3-멀캅토프로필)트리메톡시실란((3-mercaptopropyl)trimethoxysilane) (MPTS; 95%), 골드(III) 클로라이드 트리하이드레이트(gold(III) chloride trihydrate) (99.9%), (3-아미노프로필)트리에톡시실란((3-aminopropyl)triethoxysilane) (99%), 하이드라진 모노하이드레이트 수용액(hydrazine hydrate solution) 및 메탄올 (99.8%)은 시그마-알드리치에서 구매하여 사용하였다.Oleic acid (90%), oleylamine (70%), tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB) (99.0%), (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (( 3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTS; 95%), gold (III) chloride trihydrate (99.9%), (3-aminopropyl) triethoxysilane ) (99%), hydrazine hydrate solution and methanol (99.8%) were purchased from Sigma-Aldrich.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름은 SKC에서 구매하여 기판으로 사용하였다.Polyethylene terephthalate (PET) film was purchased from SKC and used as a substrate.
[포토리소그래피][Photolithography]
포토 레지스트를 PET 기판 상에 1000 rpm에서 20초 동안 스핀 코팅 하였다.The photoresist was spin coated on a PET substrate at 1000 rpm for 20 seconds.
포토 레지스트의 소프트 베이킹은 핫 플레이트상에서 110 ℃에서 2분 동안 수행되었다. Soft baking of the photoresist was performed on a hot plate at 110 ° C. for 2 minutes.
샘플을 Karl Suss Mark Aligner MJB 3 장치를 사용하여 9초 동안 자외선에 노출시켰다. Samples were exposed to UV light for 9 seconds using a Karl Suss
노출 된 기판을 MIF 300K 기기를 사용하여 150초 동안 현상하고 초순수로 세척 하였다. The exposed substrate was developed for 150 seconds using a MIF 300K instrument and washed with ultrapure water.
UV-오존 처리를 180초 동안 수행하고 패턴 화 된 기판 상에 5 부피%의 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyl triethoxysilane) 을 스핀 코팅 하였다.UV-ozone treatment was performed for 180 seconds and spin-coated 5% by volume of 3-aminopropyl triethoxysilane on a patterned substrate.
[은 나노입자 합성 및 박막 증착][Silver nanoparticle synthesis and thin film deposition]
3구 플라스크에 질화은 1.7 g, 올레산 45 mL 및 올레일아민 5 mL를 첨가하여 자기 교반으로 혼합하였다.To a 3-neck flask, 1.7 g of silver nitride, 45 mL of oleic acid and 5 mL of oleylamine were added and mixed by magnetic stirring.
혼합물을 75 ℃에서 1.5시간 동안 탈기시키고, 용액의 온도를 분당 1 ℃의 가열 속도에서 180 ℃까지 증가시켰다.The mixture was degassed at 75 ° C. for 1.5 hours, and the temperature of the solution was increased to 180 ° C. at a heating rate of 1 ° C. per minute.
이후, 용액을 실온으로 냉각시켰다.Thereafter, the solution was cooled to room temperature.
합성된 은 나노입자는 톨루엔과 에탄올을 이용하여 원심분리기로 5000 rpm의 속도에서 세척된 뒤 입자를 수득하였으며, 이러한 세척 공정을 동일한 용매를 이용하여 세 번 반복하였다.The synthesized silver nanoparticles were washed at a rate of 5000 rpm with a centrifuge using toluene and ethanol to obtain particles, and this washing process was repeated three times using the same solvent.
세척된 은 나노입자를 200 mg/mL의 농도로 옥탄에 분산하여 은 나노입자 용액을 형성하였다.The washed silver nanoparticles were dispersed in octane at a concentration of 200 mg / mL to form a silver nanoparticle solution.
이후, 은 나노입자 용액을 기판 상에 1000 rpm의 속도로 스핀 코팅하여 은 나노입자 박막을 형성하였다.Thereafter, the silver nanoparticle solution was spin coated on the substrate at a rate of 1000 rpm to form a silver nanoparticle thin film.
[은 나노입자 표면 리간드 치환 공정][Silver nanoparticle surface ligand substitution process]
앞서 제조된 은 나노입자가 코팅된 기판을 10 mM의 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB) / 메탄올 용액에 침지시키고, 60초 후에 꺼내어 은 나노입자 표면의 리간드를 무기 리간드로 치환하는 리간드 치환 공정을 수행하였다.The previously prepared silver nanoparticle-coated substrate was immersed in 10 mM tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB) / methanol solution, and after 60 seconds, the ligand on the surface of the silver nanoparticle was removed. A ligand substitution process was performed to replace the inorganic ligand.
[금 코팅 및 환원 공정][Gold coating and reduction process]
리간드 치환 공정 후의 기판을 5 mM HAuCl4 수용액에 25 ℃에서 5분간 침지시켜 은 나노입자 표면에 금(Au)을 코팅하였다.After the ligand replacement process, the substrate was immersed in 5 mM HAuCl 4 aqueous solution at 25 ° C. for 5 minutes to coat gold (Au) on the surface of the silver nanoparticles.
이후, 금 코팅 공정 후의 기판을 1 부피%의 하이드라진(N2H4, hydrazine) 수용액에 15분간 침지하여 금을 은 나노입자의 표면에 환원시켰다.Thereafter, the substrate after the gold coating process was immersed in a 1% by volume aqueous solution of hydrazine (N 2 H 4 , hydrazine) for 15 minutes to reduce gold to the surface of the silver nanoparticles.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 퓨리에 변환 적외분광(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR) 스펙트럼을 도시한 그래프이다.5A is a graph showing a Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) spectrum of a silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
도 5a를 참조하면, 코팅 후 아무 처리도 하지 않은 은 나노입자 필름만 2850 cm-1 내지 3000 cm-1 에서 피크가 발생하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 5a, it can be seen that the peak occurs at 2850 cm -1 to 3000 cm -1 only for the silver nanoparticle film that has not been treated after coating.
이를 통하여 리간드 치환 전의 은 나노입자 필름의 절연적 특성을 확인할 수 있다.Through this, the insulating properties of the silver nanoparticle film before ligand substitution can be confirmed.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 자외선-가시광선(UV-vis) 스펙트럼을 도시한 그래프이다.Figure 5b is a graph showing the ultraviolet-visible light (UV-vis) spectrum of the silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
도 5b를 참조하면, 코팅 후 아무 처리도 하지 않은 은 나노입자 필름은 440 nm에서 국부적인 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmonic resonance, LSPR)을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 5b, it can be seen that the silver nanoparticle film which was not treated after coating exhibits localized surface plasmonic resonance (LSPR) at 440 nm.
또한, 국부적인 표면 플라즈몬 공명은 리간드 치환 공정 이후에 사라지는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the local surface plasmon resonance disappears after the ligand substitution process.
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 에너지 분산 엑스선 분광(Energy Dispersive X-Ray Spectrometer, EDX) 스펙트럼을 도시한 그래프이다.Figure 5c is a graph showing the energy dispersive X-Ray Spectrometer (EDX) spectrum of the silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
도 5c를 참조하면, 코팅 후 아무 처리도 하지 않은 은 나노입자 필름은 1.74 keV에서 Ag 피크만 관찰되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 5c, it can be seen that only silver peaks are observed at 1.74 keV for the silver nanoparticle film that was not treated after coating.
이후 리간드 치환 공정 후에 Br 피크가 일부 발생하고, 금 코팅 공정 후에 Au 및 Cl 피크가 발생하며, 환원 공정 후 Br 및 Cl 피크는 대부분 사라지는 것을 확인할 수 있다.Thereafter, some Br peaks occur after the ligand substitution process, Au and Cl peaks occur after the gold coating process, and Br and Cl peaks disappear after the reduction process.
도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 제조 단계에 따른 은 나노입자 필름의 X선 회절 패턴을 도시한 그래프이다.5D is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a silver nanoparticle film according to a manufacturing step of a silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
도 5d를 참조하면, 코팅 후 아무 처리도 하지 않은 은 나노입자 필름은 약 38 °에서 넓은 피크를 보였는데, 이것은 은 나노입자의 작은 크기 및 긴 리간드의 존재에 기인한다.Referring to FIG. 5D, the film of silver nanoparticles that were not treated after coating showed a broad peak at about 38 °, which is due to the small size of silver nanoparticles and the presence of long ligands.
리간드 치환 공정 후 결정성이 크게 향상된 것을 확인할 수 있으며, AgBr (200) 평면에 해당하는 새로운 피크도 관찰되었다.After the ligand substitution process, it was confirmed that the crystallinity was greatly improved, and a new peak corresponding to the AgBr (200) plane was also observed.
또한, 금 코팅 공정 후에는 AgCl 및 AuCl의 (110) 및 (200) 평면에 해당하는 28 ° 및 32 °에서 새로운 피크가 나타난 것을 확인할 수 있다.In addition, after the gold coating process, it can be confirmed that new peaks appeared at 28 ° and 32 ° corresponding to the (110) and (200) planes of AgCl and AuCl.
환원 공정 이후에는 AgBr, AuCl 및 AgCl 피크가 사라지고 Ag 및 Au에 해당하는 피크만 남는 것을 확인할 수 있다.After the reduction process, it can be seen that the peaks of AgBr, AuCl and AgCl disappear and only the peaks corresponding to Ag and Au remain.
도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 제조 단계에 따른 은 나노입자 필름의 전류-전압 곡선을 도시한 그래프이다.5E is a graph showing a current-voltage curve of a silver nanoparticle film according to a manufacturing step of a silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
도 5e를 참조하면, 환원 공정 이후에 저항이 극적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 5e, it can be seen that the resistance is dramatically reduced after the reduction process.
이는 Ag3 + 이온이 Ag로 환원되어 AgBr, AuCl 및 AgCl을 완전히 제거하고 은 나노입자 사이의 접촉 면적이 더욱 증가했기 때문이다.This is because Ag 3 + ions are reduced to Ag was completely remove AgBr, AgCl, and AuCl and will further increase the contact area between the nanoparticles.
도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 은 나노입자 필름의 제조 단계 및 자외선-오존 처리에 따른 엑스선 분광(XPS) 스펙트럼을 도시한 그래프이다.Figure 5f is a graph showing the X-ray spectroscopy (XPS) spectrum according to the manufacturing step and ultraviolet-ozone treatment of the silver nanoparticle film according to an embodiment of the present invention.
도 5f에서 실선 그래프는 자외선-오존 처리 전의 그래프이며, 점선 그래프는 자외선-오존 처리 후의 그래프이다.In FIG. 5F, the solid line graph is a graph before ultraviolet-ozone treatment, and the dotted line graph is a graph after ultraviolet-ozone treatment.
또한, 도 5f에서 y축은 검출 된 은의 양을 의미한다.In addition, in FIG. 5F, the y-axis represents the amount of silver detected.
도 5f를 참조하면, 은나노입자박막에 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB) 무기 리간드 처리만 한 시편(검은색)과, 무기 리간드 처리 후 금 코팅 및 환원 처리까지 한 시편(빨간색)을 자외선-오존 처리를 30분 동안 하여 강제적으로 산화(oxidization)시킨 후, 은(Ag)의 양을 검출한 것을 도시한 것으로, 자외선-오존 처리 전 대비 처리 후 피크의 x축이 오른쪽으로, 즉 작은 eV값으로 움직인 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 5f, the silver nanoparticle thin film of tetra-n-butyl ammonium bromide (tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB) only the inorganic ligand treatment specimen (black), and after the inorganic ligand treatment to gold coating and reduction treatment It shows that the amount of silver (Ag) was detected after forcibly oxidizing one specimen (red) by UV-ozone treatment for 30 minutes, and the x-axis of the peak after treatment compared to before UV-ozone treatment. You can see that it moved to the right, that is, with a small eV value.
이는, 검출된 은(Ag)이 순수 은(Ag)(368ev)보다 산화은(AgO)(367.6eV) 형태로 많이 존재함을 나타내며, 은 나노입자 박막의 일부가 산화(oxidization) 되었음을 확인할 수 있다.This indicates that the detected silver (Ag) is more present in the form of silver oxide (AgO) (367.6 eV) than pure silver (Ag) 368ev, and it can be confirmed that a part of the silver nanoparticle thin film was oxidized.
이때, 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB) 무기 리간드 처리만 한 것 보다 금 코팅 및 환원 처리까지 한 시편의 피크가 오른쪽으로 덜 움직인 것을 볼 수 있고, 이는 은이 보다 적게 산화되었음을 의미한다.At this time, it can be seen that the peaks of the specimens that had undergone gold coating and reduction treatments were moved less to the right than those treated with tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB) inorganic ligands, which was caused by silver. It means less oxidation.
결론적으로, 금 코팅 및 환원 처리를 통하여 은(Ag) 표면에 형성된 금(Au) 쉘(shell)이 은(Ag) 표면의 산화를 성공적으로 방지하였음을 의미한다.In conclusion, it means that the gold (Au) shell formed on the silver (Ag) surface through gold coating and reduction treatment successfully prevented oxidation of the silver (Ag) surface.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 광학 현미경 이미지 및 HFSS 시뮬레이션을 도시한 것이다.6A illustrates an optical microscope image and HFSS simulation of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CBCPW(Conductor-backed Coplanar Waveguide) 라디오 주파수 안테나는 라인의 폭(gap)과 넓이(width), 두께 (thickness) 에 따라 특성임피던스 (characteristic impedance)가 결정된다.Referring to FIG. 6A, a CBCPW (Conductor-backed Coplanar Waveguide) radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention has characteristic impedance according to line width, width, and thickness. Is determined.
마이크로웨이브 회로 설계시, 회로 소자간에 혹은 회로 소자와 전송 라인 간에 특성 임피던스가 다르면 추가적인 전파신호 손실이 일어나기 때문에 전체적인 회로와 전송선의 특성 임피던스를 먼저 결정해서 설계해야 한다.When designing a microwave circuit, if the characteristic impedance is different between the circuit elements or between the circuit elements and the transmission line, additional propagation signal loss occurs. Therefore, the characteristic impedance of the entire circuit and transmission line must first be determined and designed.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 CBCPW(Conductor-backed Coplanar Waveguide) 라디오 주파수 안테나 디자인은 특성 임피던스 50 옴에 맞게 설계되었다.Accordingly, the CBCPW (Conductor-backed Coplanar Waveguide) radio frequency antenna design according to an embodiment of the present invention was designed to have a characteristic impedance of 50 ohms.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 제조 단계별 신호 감쇠를 도시한 그래프이다.6B is a graph showing signal attenuation at each stage of manufacture of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6b에서 실선은 실제 측정한 데이터를 표시한 것이고, 점선은 시뮬레이션을 통해 얻은 데이터를 표시한 것이다.In FIG. 6B, a solid line indicates actual measured data, and a dotted line indicates data obtained through simulation.
도 6b를 참조하면, 리간드 치환 공정 후의 은 나노입자 필름은 20 GHz에서 약 -6.15 dB의 상당히 큰 신호 감쇠를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 이는 전력의 25 %만이 라인을 통하여 전달될 수 있음을 의미한다.Referring to Figure 6b, it can be seen that the silver nanoparticle film after the ligand substitution process exhibits a significant signal attenuation of about -6.15 dB at 20 GHz. This means that only 25% of the power can be delivered over the line.
한편, 금 코팅 공정 및 환원 공정 처리 된 박막은 각각 5 mM 및 1 mM Au를 함유하는 조건일 때, 20 GHz 에서 -1.14 dB 및 -1.50 dB의 신호 감쇄 값을 갖는 우수한 전송 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be confirmed that the thin films treated with the gold coating process and the reduction process exhibit excellent transmission characteristics with signal attenuation values of -1.14 dB and -1.50 dB at 20 GHz, respectively, when the conditions contain 5 mM and 1 mM Au. have.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 제조 단계별 라인의 두께에 따른 손실을 도시한 그래프이다.6C is a graph showing a loss according to the thickness of a line for each stage of manufacturing a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6c를 참조하면, 각 제조 단계 별로 전도율의 변화가 있어도 위상각, 즉 딜레이는 변화가 없는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6C, it can be confirmed that even if there is a change in conductivity for each manufacturing step, the phase angle, that is, the delay is not changed.
도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 길이를 달리하여 형성하였을 때의 삽입 손실을 측정한 그래프이다.6D is a graph measuring insertion loss when formed by varying the line length of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6d를 참조하면, 라인의 길이가 길어질수록 위상각, 즉 딜레이 역시 비례하여 늘어나는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6D, it can be seen that as the length of the line increases, the phase angle, that is, the delay increases in proportion.
도 6e는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 길이를 달리하여 형성하였을 때의 위상을 측정한 그래프이다.6E is a graph of measuring the phase when the line length of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed with different lengths.
도 6e를 참조하면, 라인의 길이가 길어질수록 위상각, 즉 딜레이 역시 비례하여 늘어나는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6E, it can be seen that as the length of the line increases, the phase angle, that is, the delay increases in proportion.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 형태를 여러 형태로 형성하였을 때의 광학 현미경 이미지와 각 형태에 따른 인덕턴스 및 Q 팩터를 측정한 그래프이다.7A to 7D are graphs of measuring optical microscope images and inductances and Q factors of each shape when line shapes of radio frequency antennas according to embodiments of the present invention are formed in various shapes.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 형태를 2 turn의 사행형, 2.5 turn의 사행형 및 3 turn의 사행형으로 형성하였을 때의 광학 현미경 이미지, 오메가형으로 형성하였을 때의 광학 현미경 이미지 및 4 핑거형, 8 핑거형 및 12 핑거형으로 형성하였을 때의 광학 현미경 이미지를 도시한 것이다.FIG. 7A shows an optical microscope image when the line shape of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed as a 2 turn serpentine, a 2.5 turn serpentine, and a 3 turn serpentine, when formed in an omega shape It shows an optical microscope image and an optical microscope image when formed into a 4-finger type, 8-finger type, and 12-finger type.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 형태를 2 회선의 사행형, 2.5 회선의 사행형 및 3 회선의 사행형으로 형성하였을 때의 인덕턴스 및 Q 팩터를 측정한 그래프이다.7B is a graph of measuring the inductance and Q factor when the line shape of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed into two lines of meandering, 2.5 lines of meandering and three lines of meandering.
도 7b를 참조하면, 각각 3, 2.5 및 2 회선을 갖는 사행형 라인 형태는 각각 7.5 GHz, 12.5 GHz 및 17 GHz의 SRF 값을 보여 주었고 공진 이전에 최대 인덕턴스 값은 각각 3 nH, 2.5 nH 및 2 nH인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7B, the meandering line shape having 3, 2.5, and 2 lines respectively showed SRF values of 7.5 GHz, 12.5 GHz, and 17 GHz, respectively, and the maximum inductance values before resonance were 3 nH, 2.5 nH, and 2, respectively. It can be confirmed that it is nH.
도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 형태를 오메가형으로 형성하였을 때의 인덕턴스 및 Q 팩터를 측정한 그래프이다.7C is a graph measuring inductance and Q factor when a line shape of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed as an omega.
도 7c를 참조하면, 라인 형태를 오메가형으로 형성하였을 때 2nH의 최대 인덕턴스를 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7C, it can be seen that when the line shape was formed as an omega, the maximum inductance of 2 nH was shown.
또한, Au 농도를 1 mM 에서 5 mM로 증가 시키면 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 전기적 성능이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that increasing the Au concentration from 1 mM to 5 mM greatly improves the electrical performance of the radio frequency antenna according to the embodiment of the present invention.
도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 안테나의 라인 형태를 4 핑거형, 8 핑거형 및 12 핑거형으로 형성하였을 때의 커패시턴스를 측정한 그래프이다.7D is a graph measuring capacitance when a line shape of a radio frequency antenna according to an embodiment of the present invention is formed as a 4-finger, 8-finger, and 12-finger type.
도 7d를 참조하면, 커패시턴스 값은 핑거 수에 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7D, it can be seen that the capacitance value increases in proportion to the number of fingers.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 패치 안테나의 광학 현미경 이미지 및 반사 손실을 측정한 그래프이다.8 is a graph measuring optical microscope images and reflection loss of a radio frequency patch antenna according to an embodiment of the present invention.
도 8에서 실선은 실제 측정한 데이터를 표시한 것이고, 점선은 시뮬레이션을 통해 얻은 데이터를 표시한 것이다.In FIG. 8, solid lines indicate actual measured data, and dotted lines indicate data obtained through simulation.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 라디오 주파수 패치 안테나의 반사 손실이 측정 시 -21 dB, 시뮬레이션 시 -19.1 dB로 나타났고, 피크 공진이 측정 시 28.6 GHz, 시뮬레이션 시 29.1 GHz에서 관찰되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, the return loss of the radio frequency patch antenna according to the embodiment of the present invention was -21 dB when measured, -19.1 dB when simulated, and peak resonance was observed at 28.6 GHz when measured and 29.1 GHz during simulation. It can be confirmed.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented as specific examples for ease of understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art to which the present invention pertains that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
10: 은 나노입자 11: 미세 클러스터
20: 긴 리간드 110: 기판
120: 제1 전극 130: 제2 전극10: silver nanoparticles 11: fine clusters
20: long ligand 110: substrate
120: first electrode 130: second electrode
Claims (10)
상기 기판의 일면에 형성되는 제1 전극; 및
상기 기판의 타면에 형성되는 제2 전극
을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 은 나노입자에 금(Au)이 코팅된 구조를 가지며,
상기 은 나노입자는 표면 리간드가 짧은 무기 리간드로 치환되어 있는 것이며,
상기 금(Au)의 농도는 1 내지 5 mM인 것이며,
상기 무기 리간드는 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB) 이며,
상기 은 나노입자 표면은 환원처리된 것을 특징으로 하는 라디오 주파수 안테나.
Board;
A first electrode formed on one surface of the substrate; And
A second electrode formed on the other surface of the substrate
Including,
The first electrode and the second electrode have a structure in which gold (Au) is coated on silver nanoparticles,
The silver nanoparticle is a surface ligand is substituted with a short inorganic ligand,
The concentration of gold (Au) is 1 to 5 mM,
The inorganic ligand is tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB),
The surface of the silver nanoparticles is a radio frequency antenna, characterized in that the reduction treatment.
상기 금(Au)의 농도는 5 mM인 것을 특징으로 하는 라디오 주파수 안테나.
According to claim 1,
Radio frequency antenna, characterized in that the concentration of gold (Au) is 5 mM.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 은 나노입자의 표면 리간드를 무기 리간드로 치환하는 단계;
상기 표면 리간드가 상기 무기 리간드로 치환된 상기 은 나노입자의 표면에 금(Au)을 코팅하는 단계; 및
상기 은 나노입자 표면을 하이드라진(N2H4, hydrazine) 용액으로 환원처리 하는 단계를 포함하며,
상기 금(Au)의 농도는 1 내지 5 mM인 것이며,
상기 무기 리간드는 테트라 n-부틸암모늄브롬화물(tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB)인 것을 특징으로 하는 라디오 주파수 안테나 제조방법.
Forming first and second electrodes by coating silver nanoparticles on one surface and the other surface of the substrate;
Substituting the surface ligands of the silver nanoparticles of the first electrode and the second electrode with an inorganic ligand;
Coating gold (Au) on the surface of the silver nanoparticles in which the surface ligand is substituted with the inorganic ligand; And
Reducing the surface of the silver nanoparticles with a solution of hydrazine (N 2 H 4 , hydrazine),
The concentration of gold (Au) is 1 to 5 mM,
The inorganic ligand is tetra-n-butyl ammonium bromide (tetra-n-butyl ammonium bromide, TBAB) radio frequency antenna manufacturing method characterized in that.
상기 기판의 일면 및 타면에 은 나노입자를 코팅하여 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계 중 상기 제1 전극을 형성하는 단계는,
상기 기판의 일면에 포토레지스트를 코팅하는 단계;
상기 포토레지스트를 패터닝 하는 단계;
상기 패터닝 된 포토레지스트 상에 은 나노입자를 코팅하는 단계; 및
상기 포토레지스트를 리프트 오프(lift off) 하는 단계
를 포함하는 라디오 주파수 안테나 제조방법.
The method of claim 4,
The step of forming the first electrode among the steps of forming the first electrode and the second electrode by coating silver nanoparticles on one surface and the other surface of the substrate,
Coating a photoresist on one surface of the substrate;
Patterning the photoresist;
Coating silver nanoparticles on the patterned photoresist; And
Lifting off the photoresist
Radio frequency antenna manufacturing method comprising a.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 나노입자의 표면 리간드를 무기 리간드로 치환하는 단계는,
상기 제1 은 나노입자 필름 및 상기 제2 은 나노입자 필름의 표면에 상기 무기 리간드가 분산된 용액을 접촉시켜 상기 표면 리간드가 상기 무기 리간드로 치환되는 것을 특징으로 하는 라디오 주파수 안테나 제조방법.
The method of claim 4,
Substituting the surface ligands of the nanoparticles of the first electrode and the second electrode with an inorganic ligand,
A method of manufacturing a radio frequency antenna, wherein the surface ligand is replaced with the inorganic ligand by contacting a solution in which the inorganic ligand is dispersed on the surfaces of the first silver nanoparticle film and the second silver nanoparticle film.
상기 금(Au)의 농도는 5 mM인인 것을 특징으로 하는 라디오 주파수 안테나 제조방법.
The method of claim 4,
A method of manufacturing a radio frequency antenna, characterized in that the concentration of gold (Au) is 5 mM.
상기 표면 리간드가 상기 무기 리간드로 치환된 상기 은 나노입자의 표면에 금(Au)을 코팅하는 단계는,
상기 표면 리간드가 상기 무기 리간드로 치환된 상기 은 나노입자를 이용한 전극이 형성된 상기 기판을 금(Au) 전구체에 침지하여 형성되는 것을 특징으로 하는 라디오 주파수 안테나 제조방법.
The method of claim 4,
Coating the gold (Au) on the surface of the silver nanoparticles in which the surface ligand is substituted with the inorganic ligand,
A method of manufacturing a radio frequency antenna, characterized in that the surface ligand is formed by immersing the substrate on which an electrode using the silver nanoparticles substituted with the inorganic ligand is formed in a gold (Au) precursor.
상기 금 전구체는 HAuCl43H2O인 것을 특징으로 하는 라디오 주파수 안테나 제조방법.
The method of claim 9,
The gold precursor is HAuCl 4 3H 2 O radio frequency antenna manufacturing method characterized in that.
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|---|---|---|---|
| KR1020190016126A KR102112190B1 (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Radio frequency antenna and the method for fabricating the same |
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| KR101175898B1 (en) | 2011-07-19 | 2012-08-21 | 삼성전기주식회사 | An rf antenna swithch circuit, a high-frequency antenna component and a mobile communication device |
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2019
- 2019-02-12 KR KR1020190016126A patent/KR102112190B1/en active IP Right Grant
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