KR102354766B1 - Nano template - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트는 단일층 또는 다중층 구조를 포함하는 그래핀을 포함하며, 그래핀의 표면은 제1 패턴을 포함하고 제1 패턴과 제1 패턴을 제외한 부분의 화학적 성질 또는 물리적 성질이 상이하다.A nanotemplate according to an embodiment of the present invention includes graphene having a single-layer or multi-layer structure, and the surface of the graphene includes a first pattern, and chemical properties of portions excluding the first pattern and the first pattern or different physical properties.
Description
본 발명은 나노 템플레이트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일층 또는 다중층 구조를 포함하는 그래핀을 이용한 나노 템플레이트에 관한 것이다.The present invention relates to a nano-template, and more particularly, to a nano-template using graphene having a single-layer or multi-layer structure.
최근 플렉서블 소재에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 특히 유기물, 실리콘 기반의 소재를 다양한 분야에 응용하기 위한 기술이 제안되고 있다.Recently, research on flexible materials has been actively conducted, and in particular, technologies for applying organic and silicon-based materials to various fields have been proposed.
그러나, 유기물 기반의 소재의 경우, 유연성은 우수하나 내구성, 내열성, 내화학성 등이 취약하여 신뢰성, 양산성 확보가 용이하지 않다는 한계가 있으며, 외부 환경에서 사용하기 위해 밀봉 등의 추가적인 공정이 요구되고 있다.However, in the case of an organic material-based material, although it has excellent flexibility, durability, heat resistance, chemical resistance, etc. are weak, so it is difficult to secure reliability and mass production, and additional processes such as sealing are required for use in an external environment. have.
한편, 실리콘 등 무기물 기반의 소재의 경우, 유기물에 비해 내구성, 내열성, 내화학성 등은 우수하나, 고온 공정이 필요하며, 유연성이 충분히 확보되지 못하는 한계가 있다.On the other hand, in the case of inorganic materials such as silicon, durability, heat resistance, chemical resistance, etc. are excellent compared to organic materials, but a high temperature process is required, and flexibility is not sufficiently secured.
이에, 유연성이 우수한 기판 위에 선택적으로 무기물 소재 기반의 나노 구조물을 성장시켜 유기물 및 무기물 소재의 장점을 모두 확보하는 기술이 제안되었다.Accordingly, a technique for securing both the advantages of organic and inorganic materials by selectively growing an inorganic material-based nanostructure on a flexible substrate has been proposed.
나노 구조물의 선택적 성장을 위해 포토리소그래피, e-빔 리소그래피, 임프린트 리소그래피 등의 마스크 패터닝 기법 또는 씨드층을 원하는 위치에 선택적으로 배치하는 프린팅 기법 등이 활용되고 있다.For the selective growth of nanostructures, a mask patterning technique such as photolithography, e-beam lithography, imprint lithography, or a printing technique for selectively disposing a seed layer at a desired position is used.
포토리소그래피 등의 마스크 패터닝 기법의 경우, 실리콘 등을 포함하는 단단한 기판 위에서만 적용이 가능하며, 증착, 노광, 식각 등의 다수의 공정이 요구된다는 한계가 있다.In the case of a mask patterning technique such as photolithography, it can be applied only on a hard substrate containing silicon, etc., and there is a limitation in that a number of processes such as deposition, exposure, and etching are required.
한편, 쉐도우 마스크 등을 이용하는 프린팅 기법의 경우, 기판 표면이 일정 수준 이상의 거칠기를 갖는 경우 밀착성이 좋지 않아 원하는 구조를 제대로 성장시키기 어렵다는 단점이 있으며, 더욱이 글래스 또는 플라스틱 등의 유연한 기판에의 적용이 어렵다는 한계가 있다.On the other hand, in the case of a printing technique using a shadow mask, etc., if the substrate surface has a roughness above a certain level, there is a disadvantage that it is difficult to properly grow a desired structure due to poor adhesion, and furthermore, it is difficult to apply to a flexible substrate such as glass or plastic. There are limits.
본 발명의 일 목적은 기판 소재 선택의 제약이 최소화될 수 있어 다양하게 활용 가능한 나노 템플레이트를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a nano-template that can be used in various ways because the restrictions on substrate material selection can be minimized.
본 발명의 일 목적은 상기 나노 템플레이트의 제조 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for manufacturing the nano-template.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트는 단일층 또는 다중층 구조를 포함하는 그래핀을 포함하며, 그래핀의 표면은 제1 패턴을 포함하고 제1 패턴과 제1 패턴을 제외한 부분의 화학적 성질 또는 물리적 성질이 상이하다.A nanotemplate according to an embodiment of the present invention includes graphene having a single-layer or multi-layer structure, and the surface of the graphene includes a first pattern, and chemical properties of portions excluding the first pattern and the first pattern or different physical properties.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트는 실리콘, 사파이어 등의 고가의 기판이 아닌 글래스, 플라스틱 등의 다양한 기판 상에도 적용이 가능하다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트는 기판 소재 선택의 제약이 최소화될 수 있다.The nanotemplate according to an embodiment of the present invention can be applied to various substrates such as glass and plastic, not expensive substrates such as silicon and sapphire. In other words, the nano-template according to an embodiment of the present invention can minimize the restriction of substrate material selection.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트 제조 방법에 따르면 단일층 그래핀을 기반으로 한 적층 구조의 제작을 가능하게 한다. 상기 적층 구조는 nm 수준의 초박막형태로서 휘어짐이나 신축 등의 변형이 용이하며 공정 경제성이 우수하다.According to the nano-template manufacturing method according to an embodiment of the present invention, it is possible to fabricate a stacked structure based on single-layer graphene. The laminated structure is in the form of an ultra-thin film on the level of nm, which is easily deformed by bending or stretching, and has excellent process economics.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트의 사시도이다.
도 3은 도 2의 I - I' 선에 대응하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 나노 템플레이트의 평면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트 제조 방법의 일부를 순차적으로 도시한 사시도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트 제조 방법의 일부를 순차적으로 도시한 사시도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트 제조 방법의 일부를 순차적으로 도시한 사시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트를 이용하여 성장시킨 나노 구조물의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.1 is a perspective view of a nano-template according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a nano-template according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line I - I' of FIG. 2 .
4 is a plan view of the nano-template shown in FIG.
5A to 5E are perspective views sequentially illustrating a part of a method for manufacturing a nano-template according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are perspective views sequentially illustrating a part of a method for manufacturing a nano-template according to an embodiment of the present invention.
7A to 7D are perspective views sequentially illustrating a part of a method for manufacturing a nano-template according to an embodiment of the present invention.
8A to 8C are scanning electron microscope (SEM) images of a nanostructure grown using a nanotemplate according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 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.In order to fully understand the configuration and effect of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be embodied in various forms and various modifications may be made. However, it is provided so that the disclosure of the present invention is complete through the description of the present embodiments, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention. In the accompanying drawings, for convenience of explanation, the size is enlarged than the actual size, and the ratio of each component may be exaggerated or reduced.
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.Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those of ordinary skill in the art. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트의 사시도이다.1 is a perspective view of a nano-template according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트(10)는 그래핀을 포함한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트(10)는 그래핀으로 이루어진다. 그래핀(10)의 표면(SUR)은 제1 패턴(PR1)을 포함한다. 그래핀(10)의 표면(SUR)은 제1 패턴(PR1)과 제1 패턴(PR1)을 제외한 부분(PR2)으로 구분될 수 있다. 제1 패턴(PR1)과 제1 패턴(PR1)을 제외한 부분(PR2)은 화학적 성질 또는 물리적 성질이 상이하다. 예를 들어, 제1 패턴(PR1)은 친수성이고, 제1 패턴(PR1)을 제외한 부분(PR2)은 소수성인 것일 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 1 , a
제1 패턴(PR1)의 크기는 필요에 따라 조절될 수 있으며, 예를 들어 수 nm에서 수십 ㎛ 까지 적절하게 조절될 수 있다.The size of the first pattern PR1 may be adjusted as necessary, for example, from several nm to several tens of μm.
제1 패턴(PR1)을 포함하는 그래핀(10)의 표면(SUR)은 그래핀(10)의 상면일 수 있고, 그래핀(10)의 상면은 제1 방향축(DR1) 및 제2 방향축(DR2)이 정의하는 면과 평행한다. 나노 템플레이트(10)의 두께 방향은 제3 방향축(DR3)이 지시한다. 그래핀(10)의 상면과 하면은 제3 방향축(DR3)에 의해 구분된다. 그러나, 제1 내지 제3 방향축(DR1, DR2, DR3)이 지시하는 방향은 상대적인 개념으로서 다른 방향으로 변환될 수 있다.The surface SUR of the
도 1에서는 그래핀(10)이 단일층 구조를 갖는 것을 예를 들어 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.1 illustrates that the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트의 사시도이다. 도 3은 도 2의 I - I' 선에 대응하여 개략적으로 나타낸 단면도이다. 2 is a perspective view of a nano-template according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view corresponding to the line I - I' of FIG. 2 .
도 2 및 도 3을 참조하면, 그래핀(10)은 다중층 구조를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 그래핀(10)은 제1 서브 그래핀층(10-1) 및 제1 서브 그래핀층(10-1) 상에 배치된 제2 서브 그래핀층(10-2)을 포함하는 것일 수 있다. 제2 서브 그래핀층(10-2)에는 복수 개의 제1 홀들(HL1)이 정의될 수 있다. 복수 개의 제1 홀들(HL1)에 의해 그래핀(10)의 표면은 제1 패턴(PR1)을 포함할 수 있게 된다. 복수 개의 제1 홀들(HL1)에 의해 노출된 제1 서브 그래핀층(10-1)의 표면이 그래핀(10) 표면(SUR)의 제1 패턴(PR1)에 대응할 수 있다.2 and 3 , the
제1 서브 그래핀층(10-1)과 제2 서브 그래핀층(10-2)의 화학적 성질이 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 그래핀층(10-1)은 소수성이고, 제2 서브 그래핀층(10-2)은 친수성일 수 있으며, 제2 서브 그래핀층(10-2)에 정의된 제1 홀들(HL1)에 의해 노출된 제1 서브 그래핀층(10-1)의 표면은 소수성을 나타내고, 제2 서브 그래핀층(10-2)의 표면은 친수성을 나타낸다. 제1 서브 그래핀층(10-1)은 그래핀을 포함하고, 제2 서브 그래핀층(10-2)은 그래핀 옥사이드를 포함하는 것일 수 있다.Chemical properties of the first sub graphene layer 10 - 1 and the second sub graphene layer 10 - 2 may be different from each other. For example, the first sub graphene layer 10 - 1 may be hydrophobic, the second sub graphene layer 10 - 2 may be hydrophilic, and the first holes defined in the second sub graphene layer 10 - 2 . The surface of the first sub-graphene layer 10-1 exposed by HL1 exhibits hydrophobicity, and the surface of the second sub-graphene layer 10-2 exhibits hydrophilicity. The first sub graphene layer 10-1 may include graphene, and the second sub graphene layer 10-2 may include graphene oxide.
도 4는 도 2에 도시된 나노 템플레이트의 평면도이다.4 is a plan view of the nano-template shown in FIG.
도 4를 참조하면, 결과적으로 그래핀(10)의 표면(SUR)은 제1 패턴(PR1)을 포함하게 되고, 제1 패턴(PR1)과 제1 패턴(PR1)을 제외한 부분(PR2)의 화학적 성질이 상이하게 된다.Referring to FIG. 4 , as a result, the surface SUR of the
도 1 내지 도 4에서는 평면상에서 제1 패턴(PR1)의 형상이 원형인 것을 예를 들어 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 패턴(PR1)의 형상은 필요에 따라 다양하게 변경이 가능하다.In FIGS. 1 to 4 , the shape of the first pattern PR1 on a plane is illustrated as an example, but the present invention is not limited thereto, and the shape of the first pattern PR1 can be variously changed as needed. .
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트(10)는 단일층 또는 다중층 구조의 그래핀 상에 물리적 또는 화학적 방법을 이용하여 표면 상태가 제어된 패턴을 형성하고, 이를 이용하여 표면 상태에 따라 나노 구조물을 선택적으로 성장시킬 수 있다.As described above, the
그래핀은 기계적 특성, 내열성, 내화학성, 유연성이 모두 우수하며, 거칠기가 비교적 큰 기판에도 우수한 밀착성을 유지하는 바, 기판 소재 선택의 제약이 최소화될 수 있다. 따라서, 실리콘, 사파이어 등의 고가의 기판이 아닌 유리, 플라스틱 등의 다양한 기판 상에도 적용할 수 있게 된다.Graphene has excellent mechanical properties, heat resistance, chemical resistance, and flexibility, and maintains excellent adhesion even to substrates with relatively large roughness, so that restrictions on substrate material selection can be minimized. Therefore, it can be applied to various substrates such as glass and plastic, not expensive substrates such as silicon and sapphire.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트는 비교적 간단한 공정을 통해 제조할 수 있어, 공정 경제성도 우수하다. 이하에서는 앞서 설명한 내용과의 차이점을 위주로 구체적으로 설명하고, 별도로 설명되지 않은 부분은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 내용에 따른다.Hereinafter, a method for manufacturing a nano-template according to an embodiment of the present invention will be described. The nano-template according to an embodiment of the present invention can be manufactured through a relatively simple process, and thus the process economical is excellent. Hereinafter, differences from the previously described content will be mainly described in detail, and parts not described separately will follow the content described with reference to FIGS. 1 to 4 .
먼저, 베이스 그래핀을 준비하는 단계가 수행된다. 베이스 그래핀은 표면이 제1 패턴(도 1의 PR1)을 포함하지 않은 상태를 의미할 수 있다. 도 5a 내지 도 5e는 베이스 그래핀을 준비하는 단계를 순차적으로 도시한 사시도이다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니며, 베이스 그래핀을 준비하는 단계는 당 기술분야에 알려진 일반적인 방법을 채용할 수 있으며, 시판되고 있는 제품을 구입할 수도 있다.First, a step of preparing the base graphene is performed. The base graphene may refer to a state in which the surface does not include the first pattern (PR1 in FIG. 1 ). 5A to 5E are perspective views sequentially illustrating the steps of preparing the base graphene. However, the present invention is not limited thereto, and a general method known in the art may be employed for the step of preparing the base graphene, and a commercially available product may be purchased.
도 5a를 참조하면, 베이스 기판(BS) 상에 베이스 그래핀(10-A)을 성장시킨다. 본 명세서에서는 베이스 기판(BS)으로 Cu foil을 이용하고, Cu foil 위에 CVD 방식으로 베이스 그래핀(10-A)을 성장시키는 것을 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 금속 촉매를 이용하여 베이스 그래핀(10-A)을 성장시킬 수도 있다.Referring to FIG. 5A , the base graphene 10-A is grown on the base substrate BS. In this specification, using Cu foil as the base substrate (BS), and growing the base graphene (10-A) on the Cu foil by CVD method will be described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the base graphene 10-A may be grown using other metal catalysts.
도 5b를 참조하면, 베이스 그래핀(10-A) 상에 고분자 수지층(RE)을 형성한다. 고분자 수지층(RE)은 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 5c를 참조하면, 고분자 수지층(RE)을 이용하여 Cu foil를 습식 에칭을 통해 제거한다. 이어서, 도 5d에 도시한 바와 같이, 베이스 그래핀(10-A)이 타겟 기판(SUB)과 접촉하도록 타겟 기판(SUB)에 전사한다. Referring to FIG. 5B , a polymer resin layer RE is formed on the base graphene 10-A. The polymer resin layer (RE) may include polymethyl methacrylate (PMMA), but is not limited thereto. Referring to FIG. 5C , the Cu foil is removed through wet etching using a polymer resin layer (RE). Then, as shown in FIG. 5D , the base graphene 10 -A is transferred to the target substrate SUB so as to be in contact with the target substrate SUB.
베이스 그래핀(10-A)은 그래핀 고유의 성질로 인해 거칠기가 비교적 큰 기판에도 잘 밀착될 수 있는 바, 타겟 기판(SUB) 소재 선택의 제약이 낮다.Since the base graphene 10-A can adhere well to a substrate having a relatively large roughness due to the intrinsic properties of graphene, there is a low restriction in the selection of a material for the target substrate SUB.
이어서, 도 5e에 도시한 바와 같이, 고분자 수지층(RE)을 습식 공정을 통해 제거하면 최종적으로 나노 템플레이트를 형성하기 위한 베이스 그래핀(10-A)이 준비된다.Subsequently, as shown in FIG. 5E , when the polymer resin layer RE is removed through a wet process, the base graphene 10-A for finally forming a nano-template is prepared.
그래핀은 결정성을 갖는 표면이 매우 안정하며, 소수성을 갖는 것으로 알려져 있다. 베이스 그래핀(10-A) 표면의 일부가 친수성을 가지도록 변환시키면 친수성 및 소수성 차이를 통해 나노 구조물의 선택적 성장이 가능한 나노 템플레이트가 될 수 있다. 이를 위해서는 패터닝 공정이 필요하며, 이하, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Graphene has a very stable surface with crystallinity and is known to have hydrophobicity. If a portion of the surface of the base graphene 10-A is converted to have hydrophilicity, it can become a nanotemplate capable of selectively growing nanostructures through the difference between hydrophilicity and hydrophobicity. For this, a patterning process is required, which will be described in more detail below with reference to FIGS. 6A and 6B .
도 6a를 참조하면, 베이스 그래핀(10-A) 상에 복수 개의 제2 홀들(HL2)이 정의된 마스크(MS)한다. 패터닝 기법으로 일반적으로 사용되는 포토리소그래피, e-빔 리소그래피 등은 다수의 공정이 요구되며, 플라스틱 등의 유연한 기판에는 적용이 어려운 바, 본 발명의 일 실시예에서는 마스크(MS)는 AAO(Anodic Aluminum Oxide) 등과 같은 나노 템플레이트를 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트 제조 방법은 공정 경제성이 우수하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 당 기술분야에 알려진 포토리소그래피 등의 일반적인 패터닝 기법이 적용될 수도 있다. 복수 개의 제2 홀들(HL2)들의 크기를 조절하여, 패턴의 크기를 조절할 수 있으며, 전술한 바와 같이 수 nm 에서 수십 ㎛까지 필요에 따라 조절할 수 있다.Referring to FIG. 6A , a mask MS having a plurality of second holes HL2 defined on the base graphene 10-A is formed. Photolithography and e-beam lithography, which are generally used as patterning techniques, require a large number of processes and are difficult to apply to a flexible substrate such as plastic. It is preferable to use a nanotemplate such as oxide). Accordingly, the nano-template manufacturing method according to an embodiment of the present invention is excellent in process economics. However, the present invention is not limited thereto, and a general patterning technique such as photolithography known in the art may be applied if necessary. The size of the pattern may be adjusted by adjusting the size of the plurality of second holes HL2 , and as described above, the size of the pattern may be adjusted from several nm to several tens of μm as necessary.
이하에서는 마스크(MS)로 AAO 마스크를 사용한 것을 예를 들어 설명한다. AAO 마스크(MS)는 베이스 그래핀(10-A) 상에 직접 성장시킬 수도 있고, 별도로 성장시킨 후 전사 하는 방식으로 베이스 그래핀(10-A) 상에 배치시킬 수도 있다. AAO 마스크는 당 기술분야에 알려진 일반적인 방법으로 형성될 수 있다.Hereinafter, an example of using the AAO mask as the mask MS will be described. The AAO mask MS may be directly grown on the base graphene 10-A, or may be separately grown and then disposed on the base graphene 10-A in a transfer manner. The AAO mask may be formed by a general method known in the art.
이어서, 복수 개의 제2 홀들(HL2)에 의해 노출된 베이스 그래핀(10-A)의 표면에 deep UV를 조사하거나, 산소 플라즈마(oxygen plasma) 처리를 수행하여, 복수 개의 제2 홀들(HL2)에 의해 노출된 베이스 그래핀(10-A)의 표면을 선택적으로 제거하거나, 표면을 선택적으로 그래핀 옥사이드로 변환시켜, 친수성을 갖도록 할 수 있다. UV/ozone 방식의 경우 반응성이 느려 원하는 표면 상태를 확보하기 위해 수십 분 이상의 공정 시간이 필요하며, 반대로 산소 플라즈마 처리 방식의 경우 빠른 반응성을 가지지만 그 정도가 큰 경우 과도한 에칭이 발생할 수도 있는 바, deep UV 방식을 이용하는 것이 바람직하다. deep UV 방식을 이용하는 경우, 그래핀에 발생하는 손상을 최소화할 수 있으며, 공정 시간도 단축할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라, UV/ozone 방식 또는 산소 플라즈마 처리 방식을 채용할 수도 있다.Then, deep UV is irradiated or an oxygen plasma treatment is performed on the surface of the base graphene 10 -A exposed by the plurality of second holes HL2 to form the plurality of second holes HL2 By selectively removing the surface of the base graphene (10-A) exposed by, or selectively converting the surface into graphene oxide, it can be made to have hydrophilicity. In the case of UV/ozone method, the reactivity is slow, so a process time of several tens of minutes or more is required to secure a desired surface condition. It is preferable to use the deep UV method. In the case of using the deep UV method, damage to graphene can be minimized and the process time can be shortened. However, the present invention is not limited thereto, and if necessary, a UV/ozone method or an oxygen plasma treatment method may be employed.
도 6b를 참조하면, AAO 마스크(도 6a 참조)를 제거하여, 최종적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트(10)를 얻을 수 있다. 필요에 따라, AAO 마스크를 제거하는 단계는 생략될 수도 있다. 도 6b에 도시된 나노 템플레이트(10)는 도 1을 참조하여 설명한 나노 템플레이트에 대응하는 것으로, 표면(SUR)이 제1 패턴(PR1)을 포함하고, 제1 패턴(PR1)과 제1 패턴(PR1)을 제외한 부분(PR2)의 화학적 성질이 상이하다.Referring to FIG. 6B , by removing the AAO mask (see FIG. 6A ), it is possible to finally obtain the
전술한 바와 같이, 나노 템플레이트를 구성하는 그래핀은 다중층 구조를 가질 수도 있다. 이의 제조 방법은 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 설명하도록 한다.As described above, graphene constituting the nanotemplate may have a multilayer structure. A manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. 7A to 7D .
도 5a 내지 도 5e를 참조하여 설명한 베이스 그래핀을 준비하는 단계에서, Cu foil의 일면이 아닌 양면에 베이스 그래핀을 성장시킬 수도 있다. 도 7a에 도시한 바와 같이, Cu foil의 양면을 반응 가스에 노출시키면 양면 모두에서 베이스 그래핀을 성장시킬 수 있다. Cu foil을 포함하는 베이스 기판(BS) 일면에서 제1 베이스 그래핀(10-A)을 성장시키고, 타면에서 제2 베이스 그래핀(10-B)을 성장시킬 수 있다.In the step of preparing the base graphene described with reference to FIGS. 5A to 5E , the base graphene may be grown on both sides of the Cu foil instead of on one side. As shown in FIG. 7a, when both sides of the Cu foil are exposed to a reactive gas, base graphene can be grown on both sides. The first base graphene 10-A may be grown on one surface of the base substrate BS including Cu foil, and the second base graphene 10-B may be grown on the other surface.
제1 베이스 그래핀(10-A) 및 제2 베이스 그래핀(10-B) 중 어느 하나를 deep UV 또는 산소 플라즈마 처리하여, 안정적인 친수성을 갖는 그래핀 옥사이드층으로 변환시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 베이스 그래핀(10-A) 및 제2 베이스 그래핀(10-B) 중 어느 하나의 표면을 선택적으로 개질시키기 위해서는 deep UV 공정을 이용하는 것이 바람직하다.Any one of the first base graphene 10-A and the second base graphene 10-B may be converted into a graphene oxide layer having stable hydrophilicity by deep UV or oxygen plasma treatment. As described above, it is preferable to use a deep UV process to selectively modify the surface of any one of the first base graphene 10-A and the second base graphene 10-B.
이어서, 도 7b를 참조하면 제1 베이스 그래핀(10-A) 상에 전술한 AAO 마스크를 배치시켜 일부를 제거한다. 이에 따라, 제1 베이스 그래핀(10-A)에는 복수 개의 제3 홀들(HL3)이 정의되며, 복수 개의 제3 홀들(HL3)에 의해 Cu foil의 표면의 일부가 노출된다. 도 7b는 예시적으로 도시한 것으로, 제2 베이스 그래핀(10-B)의 일부가 제거되는 공정이 진행될 수도 있다.Then, referring to FIG. 7B , the above-described AAO mask is disposed on the first base graphene 10-A, and a part thereof is removed. Accordingly, a plurality of third holes HL3 are defined in the first base graphene 10-A, and a portion of the surface of the Cu foil is exposed by the plurality of third holes HL3. 7B is illustrated by way of example, and a process in which a portion of the second base graphene 10 -B is removed may be performed.
도 7c를 참조하면, 복수 개의 제3 홀들(HL3)이 정의되지 않은 제2 베이스 그래핀(10-B)이 타겟 기판(SUB)가 접촉하도록 타겟 기판(SUB)을 배치한다. 이어서, 도 7d에 도시한 바와 같이, 습식 또는 건식 방법을 이용하여 Cu foil을 포함하는 베이스 기판(BS)을 제거한다. 도시하지는 않았으나, 베이스 기판(BS)이 제거된 후에 남게 되는 제1 베이스 그래핀(10-A) 및 제2 베이스 그래핀(10-B)은 매우 얇기 때문에 타겟 기판(SUB) 상에 잘 고정되도록 가장자리 또는 안쪽 일부를 고정할 수 있도록 프레임을 이용할 수도 있다.Referring to FIG. 7C , the target substrate SUB is disposed such that the second base graphene 10 -B in which the plurality of third holes HL3 are not defined contacts the target substrate SUB. Subsequently, as shown in FIG. 7D , the base substrate BS including the Cu foil is removed using a wet or dry method. Although not shown, the first base graphene 10 -A and the second base graphene 10 -B remaining after the base substrate BS is removed are very thin so that they are well fixed on the target substrate SUB. Frames can also be used to secure edges or parts of the inside.
최종적으로, 타겟 기판(SUB) 상에 다중층 구조를 갖는 그래핀으로 이루어진 나노 템플레이트가 형성된다. 도 7d에 도시된 나노 템플레이트는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 나노 템플레이트에 대응할 수 있으며, 제1 서브 그래핀층(10-1) 및 제2 서브 그래핀층(10-2)을 포함하며, 제2 서브 그래핀층(10-2)에 정의된 복수 개의 제3 홀들(HL3)은 도 2에 도시된 복수 개의 제1 홀들(HL1)에 대응한다.Finally, a nanotemplate made of graphene having a multilayer structure is formed on the target substrate SUB. The nano-template shown in FIG. 7D may correspond to the nano-template described with reference to FIGS. 2 to 4 , and includes a first sub-graphene layer 10-1 and a second sub-graphene layer 10-2, and The plurality of third holes HL3 defined in the second sub graphene layer 10 - 2 correspond to the plurality of first holes HL1 illustrated in FIG. 2 .
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트를 이용하여 원하는 위치에 선택적으로 나노 구조물을 성장시킬 수 있다. 나노 구조물의 성장 방식은 저온에서 진행하는 용액 기반의 수열합성법(hydrothermal)이나 고온에서 진행하는 유기기상증착법(MOVPE), MBE(molecular beam epitaxy), MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), ALD(atomic layer deposition) 등이 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트는 표면 상태가 제어된 표면을 포함하는 그래핀으로 이루어지며, 그래핀의 경우 기계적, 내화학적, 내열 특성이 우수하기 때문에 수열합성법에서 사용하는 다양한 용액에 대해 안정적으로 마스크 역할을 수행할 수 있고, 수백도 이상의 고온 성장 조건이 필요한 유기기상증착법 등에서도 템플레이트 역할을 안정적으로 수행할 수 있다.Nanostructures can be selectively grown at a desired location using the nanotemplate according to an embodiment of the present invention. The nanostructure growth method is a solution-based hydrothermal method that proceeds at a low temperature, an organic vapor deposition method (MOVPE) that proceeds at a high temperature, molecular beam epitaxy (MBE), metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), and atomic layer deposition) may be applied. The nanotemplate according to an embodiment of the present invention is made of graphene including a surface with a controlled surface state, and in the case of graphene, mechanical, chemical, and heat resistance properties are excellent. It can stably perform the role of a mask, and can also stably perform the role of a template in organic vapor deposition, which requires high-temperature growth conditions of several hundred degrees or more.
도 8a 내지 도 8c에는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트를 이용하여 성장시킨 나노 구조물의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 예시적으로 나타내었다.8A to 8C exemplarily show a scanning electron microscope (SEM) image of a nanostructure grown using a nanotemplate according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플레이트는 다양한 기판 위에 선택적인 성장이 가능한 템플레이트를 구성할 수 있고, 이로 인해 유연성이 확보된 다양한 성능의 소자를 구현할 수 있다. 또한, 보다 단순한 공정으로 그래핀이 갖는 장점을 활용할 수 있고, 기판 또는 공정의 제약이 낮은 바, 다양한 소자 기술 및 플랫폼 응용이 가능하다.The nano-template according to an embodiment of the present invention may constitute a template capable of selectively growing on various substrates, thereby realizing devices having various performances with secured flexibility. In addition, the advantages of graphene can be utilized through a simpler process, and the substrate or process restrictions are low, so that various device technologies and platform applications are possible.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.The above description of the embodiments of the present invention provides examples for the description of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and within the technical spirit of the present invention, many modifications and changes can be made by combining the embodiments by those of ordinary skill in the art. It is clear.
10: 그래핀을 포함하는 나노 템플레이트 PR1: 제1 패턴
PR2: 제1 패턴을 제외한 부분 SUR: 그래핀의 표면10: Nano template containing graphene PR1: first pattern
PR2: Part excluding the first pattern SUR: Surface of graphene
Claims (10)
상기 제1 베이스 그래핀을 그래핀 옥사이드층으로 변환하는 것;
상기 제1 베이스 그래핀 및 상기 제2 베이스 그래핀 중 어느 하나에 복수의 홀들을 형성하여 상기 베이스 기판을 노출시키는 것; 및
상기 베이스 기판을 제거하여, 상기 제1 베이스 그래핀 및 상기 제2 베이스 그래핀을 접촉시키는 것을 포함하되,
상기 제1 베이스 그래핀은 친수성이고, 상기 제2 베이스 그래핀은 소수성인 나노 템플레이트의 제조 방법.
forming a first base graphene on an upper surface of the base substrate, and forming a second base graphene on a lower surface of the base substrate;
converting the first base graphene into a graphene oxide layer;
exposing the base substrate by forming a plurality of holes in any one of the first base graphene and the second base graphene; and
By removing the base substrate, comprising contacting the first base graphene and the second base graphene,
The first base graphene is hydrophilic, and the second base graphene is hydrophobic.
상기 그래핀 옥사이드 층으로 변환하는 것은 상기 제1 베이스 그래핀의 상면 상에 UV을 조사하는 것 또는 상기 제1 베이스 그래핀의 상면 상에 산소 플라즈마 공정을 수행하는 것을 포함하는 나노 템플레이트의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The conversion to the graphene oxide layer includes irradiating UV on the upper surface of the first base graphene or performing an oxygen plasma process on the upper surface of the first base graphene.
상기 베이스 기판은 구리(Cu)를 포함하는 나노 템플레이트의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The base substrate is a method of manufacturing a nano-template including copper (Cu).
상기 베이스 기판의 상면 상에 제1 베이스 그래핀을 형성하고, 상기 베이스 기판의 하면 상에 제2 베이스 그래핀을 형성하는 것은,
상기 베이스 기판 상에 화학적 기상 증착법을 이용하여 그래핀을 증착시키는 것을 포함하는 나노 템플레이트의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Forming the first base graphene on the upper surface of the base substrate, and forming the second base graphene on the lower surface of the base substrate,
A method of manufacturing a nanotemplate comprising depositing graphene on the base substrate using a chemical vapor deposition method.
상기 제1 베이스 그래핀 및 상기 제2 베이스 그래핀 중 어느 하나에 복수의 홀들을 형성하여 상기 베이스 기판을 노출시키는 것은,
상기 제1 베이스 그래핀 및 상기 제2 베이스 그래핀 중 어느 하나 상에 상기 홀들의 위치를 정의된 마스크를 제공하는 것; 및
상기 마스크에 의해 노출된 상기 제1 베이스 그래핀 및 상기 제2 베이스 그래핀을 산소 플라즈마 공정을 수행하여 제거하는 것을 포함하는 나노 템플레이트의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Exposing the base substrate by forming a plurality of holes in any one of the first base graphene and the second base graphene,
providing a mask in which positions of the holes are defined on any one of the first base graphene and the second base graphene; and
and removing the first base graphene and the second base graphene exposed by the mask by performing an oxygen plasma process.
상기 마스크는 양극 산화 알루미늄(Anodic aluminum oxide)를 포함하는 나노 템플레이트의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The mask is a method of manufacturing a nano-template comprising an anodic aluminum oxide (Anodic aluminum oxide).
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