KR102467610B1 - Forming method of surface control 3D nano-structure, Surface control 3D nano-structure and Photoelectronic device Thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면 제어 3차원 나노구조체에 관한 것으로서, 기재 상부에 식각저항성이 서로 다른 복수개의 표면제어층을 형성하는 단계와, 노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 형성하여 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 단계와, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역에 제1나노구조체를 형성하는 단계와, 상기 표면제어층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법, 이에 의해 형성된 표면 제어 3차원 나노구조체 그리고 이를 이용한 광전소자를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 기재에 표면 제어 3차원 나노구조체를 형성시켜 기재의 표면을 제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등)하여 그 특성을 개선시키는 표면 제어 3차원 나노구조체를 제공하고, 이를 이용하여 광 추출 효율을 극대화시킨 광전소자를 제공하게 된다.The present invention relates to a surface-controlled three-dimensional nanostructure, comprising the steps of forming a plurality of surface control layers having different etch resistance on top of a substrate, and by an exposure process, each of the surface control layers has different sizes according to the etch resistance. Forming another control pattern, but forming an extension-cut on the lower control pattern compared to the upper control pattern to secure a surface control area on the substrate, and masking the plurality of surface control layers on which the control pattern is formed. A method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure comprising the steps of forming a first nanostructure in the surface control region and removing the surface control layer, and the surface-controlled three-dimensional nanostructure formed thereby And the photoelectric device using this is the technical point. Accordingly, a surface-controlled 3D nanostructure is provided on the substrate to improve its properties by controlling the surface of the substrate (surface area expansion, surface shape control, surface property control, etc.) by forming a surface-controlled 3D nanostructure on the substrate. A photoelectric device with maximized light extraction efficiency is provided.
Description
본 발명은 표면 제어 3차원 나노구조체에 관한 것으로서, 기재에 표면 제어 3차원 나노구조체를 형성시켜 기재의 표면을 제어하여 그 특성을 개선시키기 위한 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법 및 이에 의해 형성된 표면 제어 3차원 나노구조체 그리고 광전소자에 관한 것이다.The present invention relates to a surface-controlled three-dimensional nanostructure, and a method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure for improving its properties by controlling the surface of a substrate by forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure on a substrate and controlling the surface formed thereby It is about 3D nanostructures and optoelectronic devices.
광전소자(Photoelectronic Device)는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 소자로, 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 마이크로 발광다이오드(Micro-LED), 태양전지(Solar cell), 레이저다이오드(Laser Diode; LD), 포토다이오드(Photo Diode; PD), 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode; APD) 등이 있다.Photoelectronic devices are devices that convert light energy into electrical energy, such as Light Emitting Diodes (LEDs), Micro-LEDs, Solar cells, and Laser Diodes. LD), photo diode (PD), avalanche photo diode (APD), and the like.
이러한 광전소자는 다양한 전기, 전자 제품에 적용되고 있으며, 전기, 전자 제품의 고성능화, 소형화 추세에 따라 고집적, 고효율에 대한 성능 개선을 위한 연구에 집중되고 있다.Such optoelectronic devices are applied to various electrical and electronic products, and research is focused on performance improvement for high integration and high efficiency according to the trend of miniaturization and high performance of electrical and electronic products.
최근 광전소자의 구조에 있어서 빛을 흡수하거나 방출하는 구성의 표면적을 개선하여, 고효율에 적합한 나노 또는 마이크로 구조체를 형성하는 시도가 이루어지고 있다.Recently, attempts have been made to form a nano or micro structure suitable for high efficiency by improving the surface area of a component that absorbs or emits light in the structure of an optoelectronic device.
이러한 광전소자 중 발광다이오드는 수명이 길고, 전력 소모와 유지 보수 비용이 절감되어 디스플레이, 반도체, 태양전지, 조명기기, 바이오, 광통신, 광센서 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 이 또한 고집적, 고효율을 실현하기 위해 연구자들이 다양한 방법을 시도하고 있는 추세이다. Among these photoelectric devices, light emitting diodes have a long lifespan, reduce power consumption and maintenance costs, and are used in various fields such as displays, semiconductors, solar cells, lighting devices, bio, optical communication, and optical sensors. Researchers are trying various methods to realize this.
일반적으로 발광다이오드는 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하며, 상기 n형 반도체층 및 p형 반도체층에 순방향으로 전류가 흐르면, 상기 활성층 내로 주입된 전자와 정공이 재결합하면서 빛을 발생시키게 된다.In general, a light emitting diode includes an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, and when current flows in the forward direction through the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, electrons and holes injected into the active layer recombine to emit light. will cause
이러한 발광다이오드에서의 효율 즉, 광효율은 내부 양자 효율과 광 추출 효율(외부 양자 효율)에 의해 결정되고 있으나, 내부 양자 효율과 달리 광 추출 효율은 발광다이오드 내부 구조에서의 산란 또는 전반사에 의해 상당량 감소되어 발광다이오드의 전체 광 효율을 저해하고 있다.Efficiency, that is, light efficiency, in these light emitting diodes is determined by internal quantum efficiency and light extraction efficiency (external quantum efficiency), but unlike internal quantum efficiency, light extraction efficiency is significantly reduced by scattering or total reflection in the internal structure of the light emitting diode. This reduces the overall light efficiency of the light emitting diode.
즉, 발광다이오드에서의 광 추출 효율을 향상시키기 위해서는 발광다이오드의 내부 구조를 개선하여야 하는데, 주로 발광다이오드 최상부층인 n형 반도체층 또는 p형 반도체층의 표면에 요철 패턴을 형성하는 방법으로 구현하고 있다.That is, in order to improve light extraction efficiency in the light emitting diode, the internal structure of the light emitting diode needs to be improved. It is mainly implemented by forming a concavo-convex pattern on the surface of the n-type semiconductor layer or p-type semiconductor layer, which is the uppermost layer of the light emitting diode. have.
종래에는 이러한 요철 패턴을 형성하기 위해 습식 식각 공정을 주로 수행하였으나, 이 공정은 요철 패턴의 분포 및 형상이 불균일하여 빛의 산란 또는 광반사가 빈번하여 광 추출 효율이 떨어지며, 동일한 광 추출 효율을 갖는 제품을 생산하기에 어려움이 있다.In the prior art, a wet etching process was mainly performed to form such a concavo-convex pattern, but in this process, the distribution and shape of the concavo-convex pattern are non-uniform, so light scattering or light reflection is frequent, resulting in low light extraction efficiency, and having the same light extraction efficiency It is difficult to produce products.
또한, 활성층에서의 광 방출시 반도체층과 공기의 굴절률 차이에 따른 광반사 또는 산란이 발생하게 되어, 광 추출 효율을 더욱 저하시키게 된다.In addition, when light is emitted from the active layer, light reflection or scattering occurs according to a difference in refractive index between the semiconductor layer and the air, further reducing the light extraction efficiency.
이러한 습식 식각 공정에 건식 식각 공정이나 임프린팅 공정 등을 추가하여 요철 패턴에 방향성을 부여하고, 보다 균일한 요철 패턴을 형성하고자 하는 시도가 있었으나, 여전히 광 추출 효율을 개선하기에는 미흡한 면이 있다.Attempts have been made to add a dry etching process or an imprinting process to the wet etching process to impart directionality to the concavo-convex pattern and to form a more uniform concavo-convex pattern, but it is still insufficient to improve light extraction efficiency.
한편, 최근 수㎛~수십㎛ 크기의 마이크로 발광다이오드(Micro-LED)가 다양한 분야에 활용되고 있다. 이러한 마이크로 발광다이오드는 칩의 크기가 감소하게 됨에 따라 발광 효율이 급격히 저하되는 특성으로 인하여, 청색, 녹색, 적색 마이크로 발광다이오드 모두 광 추출 효율이 극대화된 고출력이 요구되고 있다.Meanwhile, recently, micro-light emitting diodes (Micro-LED) having a size of several μm to several tens of μm are being used in various fields. Due to the characteristic that the luminous efficiency of these micro light emitting diodes rapidly decreases as the size of the chip decreases, high output with maximized light extraction efficiency is required for all of the blue, green, and red micro light emitting diodes.
예컨대 1,000×1,000㎛2 크기의 고출력 발광다이오드 광원 대비 50×50㎛2 크기의 마이크로 발광다이오드 광원의 발광효율은 동일면적에서 30% 이하 수준으로 급격히 감소함을 보이며, 100㎛ 이하의 마이크로 발광다이오드 칩의 경우 기존의 발광다이오드 칩에 비하여 sidewall 면적이 급격하게 증가함을 보여(도 1), 광추출 효율 극대화를 위한 구조 개선이 필연적으로 요구되는 실정이다.For example, compared to a 1,000×1,000㎛ 2 high power light emitting diode light source, the luminous efficacy of a 50×50㎛ 2 micro light emitting diode light source rapidly decreases to 30% or less in the same area, and a micro light emitting diode chip of 100 ㎛ or less In the case of the light emitting diode chip, the sidewall area is rapidly increased compared to the existing light emitting diode chip (FIG. 1), so structural improvement for maximizing light extraction efficiency is inevitably required.
본 발명은 상기 필요성에 의해 고안된 것으로서, 기재에 표면 제어 3차원 나노구조체를 형성시켜 기재의 표면을 제어하여 그 특성을 개선시키기 위한 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법 및 이에 의해 형성된 표면 제어 3차원 나노구조체 그리고 광전소자의 제공을 목적으로 한다.The present invention was devised in response to the above needs, and a method for forming a surface-controlled 3D nanostructure for improving the properties of a substrate by controlling the surface of a substrate by forming a surface-controlled 3D nanostructure on a substrate, and a surface-controlled 3D nanostructure formed thereby. It aims to provide a structure and an optoelectronic device.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은, 기재 상부에 식각저항성이 서로 다른 복수개의 표면제어층을 형성하는 단계와, 노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 형성하여 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 단계와, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역에 제1나노구조체를 형성하는 단계와, 상기 표면제어층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법 및 이에 의한 표면 제어 3차원 나노구조체 그리고 이를 이용한 광전소자를 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the above object is to form a plurality of surface control layers having different etch resistance on top of a substrate, and to form control patterns having different sizes according to the etch resistance on each of the surface control layers by an exposure process. Forming, but forming an extension-cut for the lower control pattern compared to the upper control pattern to secure a surface control area on the substrate, and using a plurality of surface control layers formed with the control pattern as a mask to form an extension-cut on the surface Forming a first nanostructure in a control region, and removing the surface control layer A method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure, a surface-controlled three-dimensional nanostructure thereby, and an optoelectronic device using the same as the technical point.
또한, 상기 표면제어층을 모두 제거하여 상기 기재 상에 제1나노구조체를 형성하거나, 상기 표면제어층을 순차적으로 제거하면서, 잔존 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재의 일부에 상기 제1나노구조체와는 다른 나노구조체를 중첩형성하는 것이 바람직하다.In addition, the first nanostructure is formed on the substrate by removing all of the surface control layer, or the first nanostructure is formed on a portion of the substrate using the remaining surface control layer as a mask while sequentially removing the surface control layer. It is preferable to overlap a nanostructure different from the above.
또한, 상기 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법은, 기재 상부에 제1표면제어층을 형성하는 제1단계와, 상기 제1표면제어층 상부에 상기 제1표면제어층에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층을 형성하는 제2단계와, 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층에 제1제어패턴을 형성하는 제3단계와, 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층에 형성되며, 상기 제1제어패턴에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴을 형성하는 제4단계와, 상기 제1표면제어층의 제2제어패턴에 의해 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 제5단계와, 상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 제1나노구조체를 형성하는 제6단계와, 상기 제2표면제어층 및 상기 제1표면제어층을 제거하여 상기 기재 상에 제1나노구조체를 형성하거나, 상기 제2표면제어층을 제거하고 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 제2나노구조체를 형성하고, 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 제거하여 상기 기재 상에 제1나노구조체 및 제2나노구조체로 이루어진 복합 나노구조체를 형성하는 제7단계를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the surface-controlled three-dimensional nanostructure formation method includes a first step of forming a first surface control layer on a substrate, and a relatively high etch resistance to the first surface control layer on the first surface control layer. A second step of forming a second surface control layer having, a third step of forming a first control pattern on the second surface control layer by an exposure process, and a first control pattern of the second surface control layer. A fourth step of forming a second control pattern continuously or sequentially formed on the first surface control layer and forming an extension-cut with respect to the first control pattern; A fifth step of securing a surface control area on the substrate by two control patterns, and using the second surface control layer formed with the first control pattern and the first surface control layer formed with the second control pattern as a mask, A sixth step of forming a first nanostructure in a surface control region, and removing the second surface control layer and the first surface control layer to form a first nanostructure on the substrate or the second surface control layer. is removed, and a second nanostructure is formed in the surface control region using the first surface control layer having the second control pattern as a mask, and the first surface control layer having the second control pattern is removed to obtain the substrate It is preferable to include a seventh step of forming a composite nanostructure composed of the first nanostructure and the second nanostructure on the surface.
또한, 상기 제1표면제어층과 제2표면제어층의 식각저항성비는 1 : 1.1~10인 것이 바람직하다.In addition, the etching resistance ratio of the first surface control layer and the second surface control layer is preferably 1:1.1 to 10.
또한, 상기 제4단계는, 상기 제3단계의 노광 공정에 따른 현상 공정을 수행하고, 이에 연속적 또는 순차적으로 추가적인 현상 공정을 수행하여 상기 제2제어패턴을 형성하는 것이 바람직하다.In the fourth step, it is preferable to form the second control pattern by performing a developing process according to the exposure process of the third step, and continuously or sequentially additional developing processes.
또한, 상기 제4단계는, 상기 현상 공정 후 또는 추가적인 현상 공정 후, 상기 제1표면제어층을 건식 식각 또는 습식 식각하여 상기 확장컷을 더욱 확장시킨 제2제어패턴을 형성하는 것이 바람직하다.In the fourth step, after the developing process or the additional developing process, it is preferable to dry-etch or wet-etch the first surface control layer to further expand the extended cut to form a second control pattern.
또한, 상기 제1표면제어층의 제2제어패턴은, 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴의 배열 형태에 따라 배열 형태가 결정되거나, 또는 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴 간 거리에 의해 패턴의 형상이 조절되는 것이 바람직하다.In addition, the arrangement of the second control pattern of the first surface control layer is determined according to the arrangement of the first control patterns of the second surface control layer, or between the first control patterns of the second surface control layer. It is preferable that the shape of the pattern is controlled by the distance.
또한, 상기 제5단계는, 상기 제4단계의 확장컷을 이루는 제2제어패턴의 면적 변화를 통하여 상기 표면 제어 영역의 크기가 조절되는 것이 바람직하다.In the fifth step, it is preferable that the size of the surface control region is adjusted by changing the area of the second control pattern constituting the extended cut of the fourth step.
또한, 상기 제1나노구조체는, 화학적으로 합성된 단일 금속 나노구조체 또는 화학적으로 합성된 2종 이상의 금속 나노구조체, 또는 상기 기재와는 표면 특성이 다른 특성제어 박막층을 단층 또는 다층으로 형성한 나노구조체인 것이 바람직하다.In addition, the first nanostructure may be a chemically synthesized single metal nanostructure, two or more chemically synthesized metal nanostructures, or a nanostructure formed by forming a single or multilayer property control thin film layer having a surface property different from that of the substrate. It is desirable to be
또한, 상기 복합 나노구조체는, 상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 상기 기재와는 표면 특성이 다른 특성제어 박막층을 단층 또는 다층으로 제1나노구조체와, 상기 제2표면제어층을 제거하고 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 상기 제1나노구조체와 중첩형성된 금속 나노구조체로 이루어진 제2나노구조체로 이루어진 것이 바람직하다.In addition, the composite nanostructure has a surface characteristic different from that of the substrate in the surface control region by using the second surface control layer formed with the first control pattern and the first surface control layer formed with the second control pattern as a mask. The first nano structure and the second surface control layer are removed by using another characteristic control thin film layer as a single layer or multiple layers, and using the first surface control layer formed with the second control pattern as a mask, the first nanostructure is formed in the surface control region. It is preferably made of a second nanostructure made of a metal nanostructure overlapped with the structure.
또한, 상기 제5단계 이후에, 상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 식각 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 식각패턴을 추가로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, after the fifth step, an etching pattern is additionally applied to the surface control region by using the second surface control layer formed with the first control pattern and the first surface control layer formed with the second control pattern as an etching mask. It is desirable to form
또한, 상기 제1나노구조체 및 복합 나노구조체는, 상기 식각패턴에 대응하여 형성된 것이 바람직하다.In addition, the first nanostructure and the composite nanostructure are preferably formed to correspond to the etching pattern.
또한, 상기 식각패턴은, 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 같은 단일 식각 공정에 의해 형성되거나, 건식 식각 공정 후 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정 후 건식 식각 공정과 같은 복합 식각 공정 중 어느 하나에 의해 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the etching pattern is formed by a single etching process such as a dry etching process or a wet etching process, or a complex etching process such as a wet etching process after a dry etching process or a dry etching process after a wet etching process. Formed by any one of it is desirable to be
또한, 상기 기재는, 광전소자의 최상부층에 형성된 n형 반도체층 또는 p형 반도체층인 것이 바람직하다.In addition, the substrate is preferably an n-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer formed on the uppermost layer of the photoelectric device.
또한, 상기 광전소자는, 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 마이크로 발광다이오드(Micro-LED), 태양전지(Solar cell), 레이저다이오드(Laser Diode; LD), 포토다이오드(Photo Diode; PD), 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode; APD) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the photoelectric device includes a light emitting diode (LED), a micro-light emitting diode (Micro-LED), a solar cell, a laser diode (LD), and a photo diode (PD). , an avalanche photo diode (APD).
본 발명은 표면이 제어된 구조체의 형성 방법에 관한 것으로서, 기재에 표면 제어 3차원 나노구조체를 형성시켜 기재의 표면을 제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등)하여 그 특성을 개선시키기 위한 표면 제어 3차원 나노구조체를 제공하는 효과가 있다.The present invention relates to a method for forming a structure having a controlled surface, and is intended to improve the properties of a substrate by forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure on a substrate to control the surface of the substrate (surface area expansion, surface shape control, surface property control, etc.) It has the effect of providing a surface-controlled three-dimensional nanostructure for
또한, 본 발명은 기재 상부에 복수개의 표면제어층을 형성하여 기재의 표면적 제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면 제어가 용이하고 다양한 물질의 구조체를 형성하여 그 적용성을 높일 수 있다.In addition, the present invention forms a plurality of surface control layers on the substrate to increase the precision and freedom of surface area control of the substrate, so that surface control is easy and a structure of various materials can be formed to increase its applicability.
또한, 본 발명은 현상 공정을 과도하게 수행함으로써, 제1표면제어층에 확장컷을 형성하여, 기재 상에 표면 제어 영역의 확보가 용이하도록 하며, 이에 의해 기재의 표면에 식각패턴을 형성시키고, 여기에 나노구조체를 형성하여 복합 패턴을 갖는 3차원 나노구조체를 형성하여, 표면적의 확장 및 제어, 물성 제어가 용이하도록 한다.In addition, the present invention makes it easy to secure a surface control region on the substrate by forming an extended cut in the first surface control layer by excessively performing the developing process, thereby forming an etching pattern on the surface of the substrate, A nanostructure is formed here to form a three-dimensional nanostructure having a complex pattern, so that the expansion and control of the surface area and the control of physical properties are facilitated.
또한, 본 발명은 광전소자 최상부층에 표면 제어 3차원 나노구조체를 형성하여, 최상부층의 표면적을 확장시키고 그 형태를 제어하여 광 추출 효율을 극대화시키는 광전소자를 제공하는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of providing an optoelectronic device that maximizes light extraction efficiency by forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure on the uppermost layer of the optoelectronic device to expand the surface area of the uppermost layer and control its shape.
또한, 본 발명은 기재와 굴절률이 다른 특성제어 박막층을 단층 또는 다층으로 형성하고, 여기에 중첩적으로 금속 나노구조체를 형성한 복합 나노구조체에 의해 기재의 굴절률 제어가 용이하며, 이를 광전소자에 적용시 광 추출 효율을 더욱 개선시키는 효과가 있다.In addition, the present invention is easy to control the refractive index of the substrate by forming a single layer or multi-layer property control thin film layer having a different refractive index from the substrate, and forming a metal nanostructure overlapping thereon, so that the refractive index of the substrate can be easily controlled. There is an effect of further improving the light extraction efficiency.
도 1 - 종래의 발광다이오드 크기에 따른 상부 면적과 측면 면적의 비율을 나타낸 도.
도 2 내지 도 6 - 본 발명 다양한 실시예에 따른 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법에 대한 모식도.
도 7(a) - 종래의 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 SEM(Scanning Electron Microscope, 주사전자현미경) 및 광학 이미지를 나타낸 도.
도 7(b), 도 7(c), 도 7(d) - 본 발명의 일실시예에 따라 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 SEM 및 광학 이미지를 측정한 데이타를 나타낸 도.
도 8의 (a), (c) 및 (e) - 종래의 현상 시간(20초)에 따른 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 이미지를 나타낸 도
도 8의 (b), (d) 및 (f) - 본 발명의 일실시예에 따라 현상 시간에 따른 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 이미지를 나타낸 도.
도 9 - 본 발명의 일실시예에 따라 제1표면제어층의 건조 조건(온도 및 시간)[도 9의 (a), (b) 및 (c)]과 자외선 조사 이후 Post Exposure Bake(PEB) 조건(온도 및 시간) 조절[도 9의 (d), (e) 및 (f)]에 따라서 제1표면제어층의 다양한 제2제어패턴 구현을 통한 확장컷의 면적 조절에 관한 광학 이미지를 나타낸 도.
도 10 - 본 발명의 일실시예에 따라 자외선 조사시간 변화에 따른 금속-유기물 광분해 반응 측정 결과를 나타낸 도[도 10의 (a), (b) 및 (c)], 자외선 조사시간 변화에 따른 금속-유기물 용액의 색상 변화를 나타낸 도[도 10의 (d), (e) 및 (f)], 자외선 조사시간 변화에 따른 금속 나노구조체의 직경 분포를 나타낸 도[도 10의 (g), (h) 및 (i)].
도 11 - 본 발명의 일실시예에 따라 광감응성 금속-유기물 용액 내부에 확장컷이 형성된 샘플을 침지시킨 후 자외선을 조사하였을 때 금속 나노구조체가 형성되는 광분해 메커니즘과 다양한 실시예에 따른 확장컷의 광학 이미지 및 금속 나노구조체의 SEM 측정결과 이미지를 나타낸 도.
도 12 - 본 발명의 일실시예에 따라 상기 기재가 발광 다이오드의 반도체 적층체인 경우 PL(Photoluminescence)을 측정한 결과 및 PL 증가율을 나타낸 도.1 - A diagram showing the ratio of the top area to the side area according to the size of a conventional light emitting diode.
2 to 6 - schematic diagrams of methods for forming surface-controlled three-dimensional nanostructures according to various embodiments of the present invention.
Figure 7 (a) - SEM (Scanning Electron Microscope, Scanning Electron Microscope) and optical images of the conventional second surface control layer on which the first control pattern is formed and the first surface control layer on which the second control pattern (undercut) is formed shown figure.
7(b), 7(c), and 7(d) - a second surface control layer formed with a first control pattern and a first surface formed with a second control pattern (extended cut) according to an embodiment of the present invention. A diagram showing data obtained by measuring SEM and optical images of the surface control layer.
Figure 8 (a), (c) and (e) - the second surface control layer formed with the first control pattern according to the conventional development time (20 seconds) and the first surface control formed with the second control pattern (undercut) An optical image of the layer is shown.
8 (b), (d) and (f) - a second surface control layer formed with a first control pattern according to an embodiment of the present invention and a second control pattern (extended cut) formed according to an embodiment of the present invention. 1 A diagram showing an optical image of the surface control layer.
Figure 9 - Drying conditions (temperature and time) of the first surface control layer according to an embodiment of the present invention (Fig. 9 (a), (b) and (c)) and Post Exposure Bake (PEB) after UV irradiation Optical images showing the area control of the extended cut through the implementation of various second control patterns of the first surface control layer according to conditions (temperature and time) control [Fig. 9 (d), (e) and (f)] do.
Figure 10 - Figure 10 (a), (b) and (c) showing the results of measuring the metal-organic photolysis reaction according to the change in ultraviolet irradiation time according to an embodiment of the present invention, according to the change in ultraviolet irradiation time A diagram showing the color change of the metal-organic solution [FIG. 10 (d), (e) and (f)], and a diagram showing the diameter distribution of metal nanostructures according to the change in UV irradiation time [FIG. 10 (g), (h) and (i)].
11 - A photolysis mechanism in which metal nanostructures are formed when a sample having an extended cut is immersed in a photosensitive metal-organic solution according to an embodiment of the present invention and then irradiated with ultraviolet rays, and a photodegradation mechanism according to various embodiments of the extended cut A diagram showing an image of an optical image and an SEM measurement result of a metal nanostructure.
12 - A diagram showing a result of measuring PL (Photoluminescence) and a PL increase rate when the substrate is a semiconductor laminate of light emitting diodes according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 표면 제어된 나노구조체에 관한 것으로서, 기재에 표면 제어 3차원 나노구조체를 형성시켜 기재의 표면을 제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등)하여 그 특성을 개선시키는 표면 제어 3차원 나노구조체를 제공하는 것이다.The present invention relates to a surface-controlled nanostructure, in which a surface-controlled three-dimensional nanostructure is formed on a substrate to control the surface of the substrate (surface area expansion, surface shape control, surface property control, etc.) to improve its properties Surface control 3 It is to provide a dimensional nanostructure.
특히 본 발명은 기재 상부에 복수개의 표면제어층을 형성하여 기재의 표면적 제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면 제어가 용이하고 여기에 다양한 물성을 갖는 물질을 형성함으로써, 그 응용분야를 넓히도록 하는 것이다.In particular, the present invention is to form a plurality of surface control layers on top of a substrate to increase the precision and freedom of surface area control of the substrate, thereby forming a material that is easy to control the surface and has various physical properties, thereby broadening its application field.
또한, 본 발명은 광전소자의 최상부층에 표면 제어 3차원 나노구조체를 형성하여, 최상부층의 표면적을 확장시키고 물성을 제어하여 광 추출 효율을 극대화시키는 광전소자를 제공하고자 하는 것이다.In addition, the present invention is to provide a photoelectric device that maximizes light extraction efficiency by forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure on the top layer of the photoelectric device to expand the surface area of the top layer and control physical properties.
본 발명에 따른 표면 제어 3차원 나노구조체의 형성 방법은, 기재 상부에 식각저항성이 서로 다른 복수개의 표면제어층을 형성하는 단계와, 노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 형성하여 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 단계와, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역에 제1나노구조체를 형성하는 단계와, 상기 표면제어층을 제거하는 단계를 포함하는 것으로, 표면 제어 영역에 나노구조체를 형성하여, 표면 제어 3차원 나노구조체를 제공하는 것을 특징으로 한다.A method of forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure according to the present invention includes forming a plurality of surface control layers having different etch resistance on top of a substrate, and each surface control layer having a size according to the etch resistance by an exposure process. Forming different control patterns, but forming an extension-cut in the lower control pattern compared to the upper control pattern to secure a surface control area on the substrate, and a plurality of surface control layers on which the control pattern is formed forming a first nanostructure in the surface control region using as a mask, and removing the surface control layer, forming a nanostructure in the surface control region to provide a surface control three-dimensional nanostructure It is characterized by doing.
먼저, 본 발명은 기재 상부에 식각저항성이 서로 다른 복수개의 표면제어층을 형성한다.First, in the present invention, a plurality of surface control layers having different etch resistances are formed on a substrate.
본 발명은 표면을 제어 즉, 표면적 확장, 표면 형상 변경, 표면 굴절률 제어, 표면 특성 조절 등 표면 상태를 다양하게 제어하여 성능을 개선시키거나 새로운 특성을 발현시키고자 하는 경우에 적용될 수 있으며, 이러한 목적에 부합하는 경우 어떠한 기재에도 적용할 수 있다.The present invention can be applied when improving performance or expressing new characteristics by controlling the surface in various ways, such as surface area expansion, surface shape change, surface refractive index control, surface property control, etc. It can be applied to any material if it conforms to .
구체적으로는 상기 기재는 응용 분야에 따라 무기물 기판, 유기물 기판 또는 박막, 반도체 소자, 특히 광전소자의 최상부층 등이 될 수 있으며, 표면을 제어하여 각각의 용도 및 목적에 부합하도록 상기 기재의 표면에 표면 제어 3차원 나노구조체를 형성하게 된다.Specifically, the substrate may be an inorganic substrate, an organic substrate or a thin film, a semiconductor device, in particular, an uppermost layer of an optoelectronic device, etc. A surface-controlled three-dimensional nanostructure is formed.
상기 표면제어층은 상기 기재의 종류, 용도, 목적, 인접하게 적층 형성되는 다른 표면제어층의 종류에 따라 적절한 재료를 선택하여 사용하며, 특히 상기 인접하는 표면제어층 간의 코팅성 및 도막성을 향상시키는 재료를 사용한다.For the surface control layer, an appropriate material is selected and used according to the type, use, and purpose of the substrate, and the type of other surface control layers to be laminated adjacently. In particular, the coating and coating properties between the adjacent surface control layers are improved. Use the materials you are told to do.
특히 본 발명에서의 표면제어층은 상기 기재 상부에 복수개로 형성되되, 서로 식각저항성이 다른 재료로 형성되어, 각 표면제어층에 형성된 제어패턴의 형상이나 크기, 배열 형태가 상이하게 형성되도록 하여 상호 중첩되더라도 각 제어패턴의 형상이 반영되도록 한다.In particular, the surface control layer in the present invention is formed in plurality on the substrate, but is formed of materials having different etching resistance, so that the shape, size, and arrangement of the control patterns formed on each surface control layer are formed differently so that they are mutually Even if overlapped, the shape of each control pattern is reflected.
바람직하게는 기재로부터 가깝게 형성된 표면제어층에 대해 상대적으로 기재로부터 멀게 형성된 표면제어층의 식각저항성이 더 높은 재료로 형성되도록 하여, 최상부층에 가까울수록 표면제어층에 형성된 제어패턴의 크기가 상대적으로 작게 형성된다. 본 발명에서의 식각의 의미는 물리적, 화학적 모든 식각 공정을 포함하며, 특히 현상 공정에 따른 식각도 포함된다.Preferably, the surface control layer formed relatively far from the substrate is formed of a material with higher etching resistance relative to the surface control layer formed closer to the substrate, so that the size of the control pattern formed on the surface control layer is relatively closer to the uppermost layer. formed small. The meaning of etching in the present invention includes all physical and chemical etching processes, and particularly includes etching according to the developing process.
이러한 표면제어층의 종류, 두께, 식각저항성의 차이 및 노광 공정에서의 노광 공정 조건(표면제어층의 두께, 에너지 조사 시간, 현상 시간, 현상 온도, 경화 온도와 시간 등) 등에 따라 각 표면제어층에 형성된 제어패턴의 형상 및 크기는 다양하게 형성될 수 있으며, 최적의 표면 제어 3차원 나노구조체를 형성하기 위해 인접하는 제어패턴 간의 그 크기 비율을 조절할 수 있다.Depending on the type, thickness, and etch resistance of the surface control layer and exposure process conditions in the exposure process (surface control layer thickness, energy irradiation time, developing time, developing temperature, curing temperature and time, etc.), each surface control layer The shape and size of the control pattern formed can be formed in various ways, and the size ratio between adjacent control patterns can be adjusted to form an optimal surface-controlled three-dimensional nanostructure.
특히 기재에 가깝게 형성된 표면제어층의 경우, 상기 기재의 표면 제어 영역 확보에 관여하게 되므로, 상기 기재의 표면 제어 영역의 면적을 고려하여 노광 공정 및 식각 공정에 따른 식각저항성을 고려하여 적절한 종류의 재료를 적절한 두께로 형성한다.In particular, in the case of the surface control layer formed close to the substrate, since it is involved in securing the surface control region of the substrate, an appropriate kind of material is taken into account in consideration of the area of the surface control region of the substrate and the etch resistance according to the exposure process and the etching process. to an appropriate thickness.
그리고 노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 이루게 된다.In addition, control patterns having different sizes according to the etching resistance are formed on each of the surface control layers by an exposure process, and the lower control patterns are extended-cut compared to the upper control patterns.
본 발명에서의 노광 공정이라 함은 상기 표면제어층에 형성하고자 하는 제어패턴의 위치나 크기 등을 고려하여 최상부의 표면제어층을 포함하여 에너지를 선택적으로 조사하여, 적절한 경도로 경화시키고, 현상 공정을 진행함으로써, 각 표면제어층에 제어패턴이 형성되도록 하는 것이다.The exposure process in the present invention refers to a process of selectively irradiating energy including the uppermost surface control layer in consideration of the position or size of the control pattern to be formed on the surface control layer, curing it to an appropriate hardness, and developing process. By proceeding, a control pattern is formed on each surface control layer.
여기에서 표면제어층의 식각저항성에 따라 현상 공정에 따른 표면제어층에 형성되는 제어패턴의 형상 및 크기는 조절되게 된다.Here, the shape and size of the control pattern formed on the surface control layer according to the development process are controlled according to the etching resistance of the surface control layer.
상술한 바와 같이, 기재에 가까운 표면제어층의 식각저항성이 상대적으로 더 낮은 경우, 상기 제어패턴의 폭은 기재에 가까울수록 더 크게 형성되며, 이는 후술한 기재 상부의 표면 제어 영역이 되게 된다.As described above, when the etch resistance of the surface control layer close to the substrate is relatively low, the width of the control pattern is formed larger as it is closer to the substrate, which becomes a surface control region above the substrate described later.
일반적인 노광 공정에 따른 현상 공정에 의하면, 상부층의 제어패턴은 그 하부의 제어패턴과 비교하여 언더컷(Under-cut) 형상 정도로 형성되므로, 본 발명에 따른 표면 제어 영역의 구현은 어렵다.According to the developing process according to the general exposure process, since the control pattern of the upper layer is formed to an under-cut shape compared to the control pattern of the lower layer, it is difficult to implement the surface control area according to the present invention.
본 발명에서는 식각저항성의 차이를 두면서 상기 노광 공정에서의 현상 공정이 추가적으로 과도하게 이루어지도록 하여, 언더컷에서 더욱 확장된 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제어패턴을 형성하도록 하는 것이다.In the present invention, the development process in the exposure process is performed additionally and excessively while making a difference in etching resistance, so that a control pattern forming a more extended extension-cut is formed in the undercut.
상기 추가적인 현상 공정은 상기 현상 공정 중 현상 시간을 더 늘리거나, 현상액의 농도 또는 현상 온도를 더 높이거나, 현상액의 종류를 달리하는 것 등으로 실현될 수 있다.The additional developing process may be realized by further extending the developing time, increasing the concentration or developing temperature of the developing solution, or changing the type of the developing solution during the developing process.
따라서, 각 제어패턴에 의해 노출되는 기재의 일부 영역은 표면 제어 영역으로 확보되게 된다.Therefore, a partial area of the substrate exposed by each control pattern is secured as a surface control area.
즉, 상기 확장컷의 정도를 조절함으로써, 상기 기재의 표면 제어 영역의 면적이 조절되며, 이는 곧 기재의 표면 제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등)로 이어지게 된다.That is, by adjusting the extent of the extended cut, the area of the surface control region of the substrate is adjusted, which leads to surface control (surface area expansion, surface shape control, surface property control, etc.) of the substrate.
한편, 상기 현상 공정 또는 추가적인 현상 공정 후, 상기 표면제어층을 건식 식각 또는 습식 식각하여, 상기 확장컷을 더욱 확장시킬 수 있다. 이는 사용 목적에 따라 기재의 표면 제어 영역의 면적을 조절하고자 할 때 유용하게 사용될 수 있는 공정이다.Meanwhile, after the developing process or the additional developing process, the surface control layer may be dry-etched or wet-etched to further expand the extended cut. This is a process that can be usefully used when adjusting the area of the surface control region of the substrate according to the purpose of use.
이러한, 상기 표면제어층에 형성되는 제어패턴의 면적은 노광 공정 조건(표면제어층의 두께, 에너지 조사 시간, 현상 시간, 현상 온도, 경화 온도와 시간 등)에 따라 제어될 수 있다.The area of the control pattern formed on the surface control layer may be controlled according to exposure process conditions (thickness of the surface control layer, energy irradiation time, developing time, developing temperature, curing temperature and time, etc.).
예컨대, 상기 표면제어층의 경화도가 높으면 상대적으로 상기 기재의 표면 제어 영역의 면적이 작게 확보될 수 있으며, 상기 경화도가 낮으면 상대적으로 상기 기재의 표면 제어 영역의 면적을 크게 확보할 수 있어, 상기 기재의 표면적 제어가 매우 용이하게 이루어질 수 있게 된다.For example, if the curing degree of the surface control layer is high, the area of the surface control region of the substrate can be secured relatively small, and if the curing degree is low, the area of the surface control region of the substrate can be secured relatively large. Control of the surface area of the substrate can be achieved very easily.
이와 같이 본 발명에 따른 기재의 표면 제어 영역을 확보하기 위한 제어패턴에 따른 확장컷 형성은, 노광 공정 조건에 따른 상기 제어패턴의 크기 및 형상, 상기 표면제어층의 경화도, 그리고 현상 공정 조건 또는 식각 공정 조건 등에 따라 제어되게 된다.In this way, the formation of the extended cut according to the control pattern to secure the surface control area of the substrate according to the present invention, the size and shape of the control pattern according to the exposure process conditions, the degree of curing of the surface control layer, and the development process conditions or It is controlled according to etching process conditions and the like.
그리고, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 제1나노구조체를 형성한다.In addition, a first nanostructure is formed in the surface control region using the plurality of surface control layers on which the control pattern is formed as a mask.
상기 제1나노구조체는 상기 기재의 표면 특성을 제어하거나 발현시키기 위해 기재와는 특성이 다른 물질을 코팅, 증착 등을 수행하는 것으로, 표면제어층에 의해 확보된 표면 제어 영역에 형성되게 된다.The first nanostructure is formed in the surface control region secured by the surface control layer by coating or depositing a material having characteristics different from those of the substrate in order to control or express the surface characteristics of the substrate.
본 발명의 일실시예로, 상기 제1나노구조체는 화학적으로 합성된 단일 금속 나노구조체 또는 화학적으로 합성된 2종 이상의 금속 나노구조체이거나, 또는 상기 기재와는 표면 특성이 다른 특성제어 박막층을 단층 또는 다층으로 형성한 나노구조체일 수 있다. 또한 이들의 복합 나노구조체일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first nanostructure is a chemically synthesized single metal nanostructure or two or more chemically synthesized metal nanostructures, or a property control thin film layer having a different surface property from that of the substrate is formed as a single layer or a chemically synthesized metal nanostructure. It may be a nanostructure formed in multiple layers. It may also be a composite nanostructure of these.
상기 금속 나노구조체는 광분해 반응에 의해 형성되는 것으로, 나노입자, 나노막대, 나노선, 나노튜브금속 등을 하나 또는 하나 이상 포함하는 나노구조체일 수 있으며, 예컨대 은, 금, 백금, 구리, 팔라듐, 니켈, 실리콘, 철, 코발트 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 조합에 의한 금속 나노입자이다.The metal nanostructure is formed by a photolysis reaction, and may be a nanostructure containing one or more nanoparticles, nanorods, nanowires, nanotube metals, etc., such as silver, gold, platinum, copper, palladium, A metal nanoparticle made of any one of nickel, silicon, iron, and cobalt, or a combination of two or more thereof.
그리고, 상기 특성제어 박막층의 경우, 상기 기재와는 전기적 또는 광학적 성질이 다른 물질로, 예컨대 굴절률이 다른 물질을 단층 또는 다층으로 증착하여 형성할 수 있다. 특히 다층으로 증착된 경우, 상기 기재에서부터 굴절률이 높은 물질부터 낮은 물질로 증착되거나, 상기 기재에서부터 굴절률이 낮은 물질부터 높은 물질로 증착될 수 있으며, 금속, 금속산화물, 불화물, 인화물, 질화물 및 황화물 중 어느 하나 이상을 선택하여 박막으로 증착될 수 있다.In the case of the property control thin film layer, a material having different electrical or optical properties from that of the substrate, for example, a material having a different refractive index may be formed by depositing a single layer or multiple layers. In particular, when deposited in multiple layers, a material having a high refractive index to a material having a low refractive index may be deposited from the substrate, or a material having a low refractive index may be deposited from the substrate to a material having a high refractive index, among metals, metal oxides, fluorides, phosphides, nitrides, and sulfides. Any one or more may be selected and deposited as a thin film.
그리고, 상기 표면제어층을 제거함으로써, 상기 기재 상의 표면 제어 영역에는 제1나노구조체만 형성되게 된다. 상기 제1나노구조체의 종류 및 패턴의 싸이즈에 따라 상기 기재의 표면 특성을 제어하거나 특정 표면 특성을 발현할 수 있게 된다.And, by removing the surface control layer, only the first nanostructure is formed in the surface control region on the substrate. Depending on the type of the first nanostructure and the size of the pattern, it is possible to control the surface properties of the substrate or to develop specific surface properties.
또한, 상기 표면제어층을 한꺼번에 제거하지 않고, 상기 기재의 표면 제어 영역에 제1나노구조체를 형성하고, 최상층에서부터 표면제어층을 순차적으로 제거하면서, 잔존 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재의 표면 제어 영역에 상기 제1나노구조체와는 다른 나노구조체를 중첩형성하는 복합 나노구조체를 형성할 수도 있다.In addition, without removing the surface control layer at once, the first nanostructure is formed in the surface control region of the substrate, and the surface control layer is sequentially removed from the uppermost layer, while using the remaining surface control layer as a mask to form the surface of the substrate A composite nanostructure may be formed in the control region by overlapping a nanostructure other than the first nanostructure.
즉, 이러한 공정을 반복수행함으로써 각 나노구조체는 서로 다른 물질로 형성되거나, 다른 형태(나노입자, 나노막대, 나노선, 나노튜브금속, 박막 등)로 복수개의 표면제어층에 의해 확보된 표면 제어 영역에 형성되게 된다.In other words, by repeating this process, each nanostructure is formed of different materials or has a different shape (nanoparticle, nanorod, nanowire, nanotube metal, thin film, etc.) and surface control secured by a plurality of surface control layers. formed in the area.
특히, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 복수개의 표면제어층은 기재에 가까운 표면제어층일수록 더 많이 식각된 제어패턴, 즉 확장컷을 이루는 제어패턴을 가지며, 이에 의해 확보된 표면 제어 영역에 본 발명에 따른 나노구조체가 형성되게 된다. In particular, as described above, the plurality of surface control layers according to the present invention have a control pattern etched more, that is, a control pattern forming an extended cut, as the surface control layer is closer to the substrate, and thereby secured in the surface control region of the present invention. Accordingly, a nanostructure is formed.
여기에서, 상기 기재의 표면 제어 영역에는 제어패턴이 형성된 표면제어층을 식각마스크로 하여 식각패턴을 더 형성할 수 있으며, 상기 식각패턴에 상술한 나노구조체를 형성하여, 표면적이 확장된 다양한 형태의 3차원 패턴을 갖는 나노구조체를 구현할 수 있다.Here, in the surface control region of the substrate, an etching pattern may be further formed by using the surface control layer formed with the control pattern as an etching mask, and the above-described nanostructure is formed on the etching pattern to obtain various forms of surface area expansion. A nanostructure having a three-dimensional pattern can be implemented.
상기 식각패턴은 상기 복수개의 표면제어층을 식각마스크로 하여 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 같은 단일 식각 공정에 의해 형성되거나, 건식 식각 공정 후 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정 후 건식 식각 공정과 같은 복합식각 공정에 의해 형성될 수 있다.The etching pattern is formed by a single etching process such as a dry etching process or a wet etching process using the plurality of surface control layers as an etch mask, or a wet etching process after a dry etching process or a dry etching process after a wet etching process. It can be formed by an etching process.
즉, 상기 식각패턴의 깊이나 폭, 배열 등에 따라 기재의 표면적 확장, 기재의 표면 형성 변경 등을 유도할 수 있으며, 이러한 영역에 단일 나노구조체 또는 복합 나노구조체가 형성되게 된다.That is, according to the depth, width, arrangement, etc. of the etching pattern, the surface area of the substrate may be expanded, the surface formation of the substrate may be changed, and a single nanostructure or composite nanostructure may be formed in this area.
이에 의해 용도에 맞는 표면 제어 3차원 나노구조체가 형성된 기재를 제공하게 되며, 복수개의 표면제어층을 형성함으로써, 기재 표면의 표면 제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면 제어가 용이하고 다양한 표면 특성의 발현이 가능하도록 하는 등 그 적용성을 높이게 된다.As a result, a substrate having a surface-controlled three-dimensional nanostructure suitable for the purpose is provided, and by forming a plurality of surface control layers, the precision and freedom of surface control of the substrate surface are increased to facilitate surface control and to express various surface characteristics. and to increase its applicability.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예로, 표면제어층이 2개층으로 형성된 경우에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, as a preferred embodiment of the present invention, a case in which the surface control layer is formed of two layers will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 내지 도 6은 표면제어층을 2개층으로 한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다. 도 7(a)는 종래의 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 SEM 및 광학 이미지 나타낸 도이고, 도 7(b), 도 7(c), 도 7(d)는 본 발명의 일실시예에 따라 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 SEM 및 광학 이미지를 측정한 데이타를 나타낸 도이고, 도 8의 (a), (c) 및 (e)는 종래의 현상 시간(20초)에 따른 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 이미지를 나타낸 도이고, 도 8의 (b), (d) 및 (f)는 본 발명의 일실시예에 따라 현상 시간에 따른 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 이미지를 나타낸 도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 제1표면제어층의 건조 조건(온도 및 시간)[도 9의 (a), (b) 및 (c)]과 자외선 조사 이후 Post Exposure Bake(PEB) 조건(온도 및 시간) 조절[도 9의 (d), (e) 및 (f)]에 따라서 제1표면제어층의 다양한 제2제어패턴 구현을 통한 확장컷의 면적 조절에 관한 광학 이미지를 나타낸 도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 자외선 조사시간 변화에 따른 금속-유기물 광분해 반응 측정 결과를 나타낸 도[도 10의 (a), (b) 및 (c)], 자외선 조사시간 변화에 따른 금속-유기물 용액의 색상 변화를 나타낸 도[도 10의 (d), (e) 및 (f)], 자외선 조사시간 변화에 따른 금속 나노구조체의 직경 분포를 나타낸 도[도 10의 (g), (h) 및 (i)]이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 광감응성 금속-유기물 용액 내부에 확장컷이 형성된 샘플을 침지시킨 후 자외선을 조사하였을 때 금속 나노구조체가 형성되는 광분해 메커니즘과 다양한 실시예에 따른 확장컷의 광학 이미지 및 금속 나노구조체의 SEM 측정결과 이미지를 나타낸 도이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 상기 기재가 발광 다이오드의 반도체 적층체인 경우 PL(Photoluminescence)을 측정한 결과 및 PL 증가율을 나타낸 도이다.2 to 6 show a schematic view of a method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure according to various embodiments of the present invention in which the surface control layer is made of two layers. 7(a) is a view showing SEM and optical images of a conventional second surface control layer formed with a first control pattern and a first surface control layer formed with a second control pattern (undercut), FIG. 7(b), 7(c) and 7(d) are SEMs of a second surface control layer formed with a first control pattern and a first surface control layer formed with a second control pattern (extended cut) according to an embodiment of the present invention. and optical image measurement data, and FIG. 8 (a), (c) and (e) show the second surface control layer and the second surface control layer formed with the first control pattern according to the conventional development time (20 seconds). 2 is a diagram showing optical images of the first surface control layer on which the control pattern (undercut) is formed, and FIG. 9 is a view showing an optical image of a second surface control layer having a first control pattern formed thereon and a first surface control layer having a second control pattern (extended cut) formed thereon, and FIG. Drying conditions (temperature and time) of the layer [Fig. 9 (a), (b) and (c)] and Post Exposure Bake (PEB) conditions (temperature and time) after UV irradiation are adjusted [Fig. 9 (d), (e) and (f)] is a view showing an optical image related to the area control of the extended cut through the implementation of various second control patterns of the first surface control layer, and FIG. 10 is a diagram showing an optical image according to one embodiment of the present invention A diagram showing the measurement results of the metal-organic photolysis reaction according to the change in irradiation time [Fig. 10 (a), (b) and (c)], a diagram showing the color change of the metal-organic solution according to the change in ultraviolet irradiation time [diagram 10 (d), (e) and (f)], a diagram showing the diameter distribution of metal nanostructures according to changes in ultraviolet irradiation time [Fig. 10 (g), (h) and (i)], and Fig. 11 A photolysis mechanism in which metal nanostructures are formed when a sample having an extended cut is immersed in a photosensitive metal-organic solution according to an embodiment of the present invention and then irradiated with ultraviolet rays, and an optical image of the extended cut according to various embodiments And a diagram showing an image of an SEM measurement result of a metal nanostructure, 12 is a diagram showing a result of measuring PL (Photoluminescence) and a PL increase rate when the substrate is a semiconductor laminate of light emitting diodes according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 표면 제어 3차원 나노구조체(400) 형성방법은, 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하는 제1단계와, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성하는 제2단계와, 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하는 제3단계와, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하는 제4단계와, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보하는 제5단계와, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410)를 형성하는 제6단계와, 상기 제2표면제어층(300) 및 상기 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1나노구조체(410)를 형성하거나, 상기 제2표면제어층(300)을 제거하고 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제2나노구조체(420)를 형성하고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1나노구조체(410) 및 제2나노구조체(420)로 이루어진 복합 나노구조체를 형성하는 제7단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.As shown, the method of forming the surface-controlled three-dimensional nanostructure 400 according to an embodiment of the present invention includes the first step of forming the first surface control layer 200 on the substrate 100, and the first A second step of forming a second surface control layer 300 having a relatively high etching resistance with respect to the first surface control layer 200 on the surface control layer 200, and an exposure process on the second surface The third step of forming the first control pattern 310 on the control layer 300, and the first control pattern 310 of the second surface control layer 300 continuously or sequentially on the first surface control layer ( 200), a fourth step of forming a second control pattern 210 forming an extension-cut with respect to the first control pattern 310, and A fifth step of securing the surface control area 110 on the base material 100 by the second control pattern 210, the second surface control layer 300 having the first control pattern 310, and the 2 A sixth step of forming a first nanostructure 410 in the surface control region 110 using the first surface control layer 200 having the control pattern 210 as a mask, and the second surface control layer 300 and the first surface control layer 200 are removed to form the first nanostructure 410 on the substrate 100, or the second surface control layer 300 is removed and the second control layer 300 is removed. A
먼저, 본 발명은 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성한다(제1단계).First, in the present invention, the first
본 발명에 따른 기재(100)는 응용 분야에 따라 무기물 기판, 유기물 기판 또는 박막, 반도체 소자, 특히 광전소자의 최상부층 등이 될 수 있으며, 표면을 제어하여 각각의 용도 및 목적에 부합하도록 상기 기재(100)의 표면에 표면 제어 3차원 나노구조체(400)를 형성하게 된다.The
구체적으로는 상기 기재(100)는, 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 보론 나이트라이드(BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, InP, Ge, InAs, GaSb, 사파이어, 석영 및 유리 중 어느 하나의 무기물 기판을 사용할 수 있다.Specifically, the
또는, 응용분야에 따라 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리노르보넨(Polynorbornene, PN), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타일렌(Polystyrene, PS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC), 폴리아미드(Polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나의 고분자 기판을 사용할 수 있다.Or, depending on the application, polycarbonate (PC), polyethylene naphthalate (PEN), polynorbornene (PN), polyacrylate, polyvinyl alcohol (PVA), Polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polystyrene (PS), polypropylene (PP), polyethylene (PE), Any one of polyvinylchloride (PVC), polyamide (PA), polybutyleneterephthalate (PBT), polymethyl methacrylate (PMMA), and polydimethylsiloxane (PDMS) A polymer substrate of can be used.
본 발명의 일실시예로 상기 기재(100)는 최상부층으로 n형 반도체층 또는 p형 반도체층을 갖는 반도체 적층체일 수도 있으며, 상기 최상부층에 본 발명에 따른 표면 제어 3차원 나노구조체(400)를 형성하는 것이다.In one embodiment of the present invention, the
상기 제1표면제어층(200)은 상기 기재(100)의 종류, 용도 및 목적, 후술할 제2표면제어층(300)의 종류에 따라 적절한 재료를 선택하여 사용하며, 특히 상기 제2표면제어층(300)의 코팅성 및 도막성을 향상시키고, 제2표면제어층(300)에 비해 식각저항성이 낮은 고분자 재료를 사용한다.For the first
또한, 상기 제1표면제어층(200)은 상기 기재(100) 상부에 형성되어 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110) 확보에 관여하게 되므로, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적을 고려하여 현상 공정 및 식각 공정에 따른 식각저항성을 고려하여 적절한 종류의 재료를 적절한 두께로 상기 기재(100) 상부에 형성한다.In addition, since the first
이러한 상기 제1표면제어층(200)은, PVC(Polyvinyl Chloride), Neoprene, PVA(Polyvinyl Alcohol), PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA(Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG(Spin On Glass), PDMS(Polydimethylsiloxane), PVFM(Poly Vinyl formal), Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide 및 LOR(Lift-Off Resist) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.The first
상기 제1표면제어층(200)은 기재(100) 상부에 스핀 코팅(Spin Coating), 딥 코팅(Dip coating) 또는 스프레이 코팅(Spray coating) 등의 방법으로 형성하고, 50℃~300℃ 온도로 15초~10분간 가열처리하여 대략 50㎛ 이하의 두께로 형성된다.The first
또는 제1표면제어층(200)의 종류와 두께에 따라, 증착 또는 코팅의 조건을 상이하게 설정할 수 있으며, 상기 제1표면제어층(200)의 증착 또는 코팅은 다양한 방식에 의해 이루어질 수 있다.Alternatively, depending on the type and thickness of the first
다음으로, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(제2단계).Next, a second
여기에서 상기 식각저항성은 상기 제1표면제어층(200)과 제2표면제어층(300)을 동시에 식각할 때, 상기 제2표면제어층(300)에 비해 상기 제1표면제어층(200)의 식각률이 더 높은 것을 의미한다. 본 발명에서의 식각의 의미는 물리적, 화학적 모든 식각 공정을 포함하며, 특히 현상 공정에 따른 식각도 포함된다.Here, when the first
바람직하게는 상기 제1표면제어층(200)과 상기 제2표면제어층(300)의 식각저항성비는 1 : 1.1~10인 것을 특징으로 하며, 이는 상기 기재(100) 상부에 표면 제어 영역(110) 확보를 위한 최적의 조건으로, 이보다 제1표면제어층(200)의 식각률이 높으면 제1표면제어층(200)으로 이루어진 격벽이 무너져 표면 제어 영역(110)에 따른 패턴 형성이 되지 않거나 인접하는 패턴과 중첩되는 문제가 있으며, 이보다 식각률이 낮으면 표면 제어 영역(110)으로써 효용성이 떨어지게 된다.Preferably, the etch resistance ratio of the first
이러한 상기 제2표면제어층(300)은 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 포토레지스트 또는 감광성 금속-유기물 전구체 재료를 사용할 수 있다.The second
여기에서 상기 포토레지스트는 Positive-type의 포토레지스트와 Negative-type의 포토레지스트를 포함할 수 있으며, 전자빔 레지스트, KrF 레지스트 및 ArF 레지스트 등을 포함할 수 있다. 또한, 식각저항성을 조절하기 위해 이러한 포토레지스트에 실리콘(Silicon) 또는 금속산화물(Metal Oxide) 나노입자(Nanoparticle)를 포함할 수 있으며, 상기 제1표면제어층(200)에 대해 식각저항성이 더욱 높은 재료를 사용한다.Here, the photoresist may include a positive-type photoresist and a negative-type photoresist, and may include an electron beam resist, a KrF resist, an ArF resist, and the like. In addition, in order to control the etching resistance, silicon or metal oxide nanoparticles may be included in the photoresist, and the etching resistance of the first
상기 감광성 금속-유기물 전구체는 금속-유기물 전구체와 유기 용매를 혼합하여 합성할 수 있으며, 감광성 Zn-유기물 전구체, 감광성 Sn-유기물 전구체, 감광성 Ti-유기물 전구체 등 다양한 금속이 상기 감광성 금속-유기물 전구체에 포함되어 상기 제1표면제어층(200)에 대해 식각저항성이 더 높도록 한다.The photosensitive metal-organic precursor may be synthesized by mixing a metal-organic precursor and an organic solvent, and various metals such as a photosensitive Zn-organic precursor, a photosensitive Sn-organic precursor, and a photosensitive Ti-organic precursor may be added to the photosensitive metal-organic precursor. It is included so that the etch resistance of the first
상기 포토레지스트 및 상기 감광성 금속 유기물 전구체는 상기 제1표면제어층(200) 상부에 스핀 코팅(Spin coating), 딥 코팅(Dip coating) 또는 스프레이 코팅(Spray coating) 등의 방법으로 코팅된 후 경화되되, 상기 표면 제어 영역(110)의 면적을 고려하여 경화도(열, 광 또는 열과 광)가 조절되도록 한다.The photoresist and the photosensitive metal organic precursor are coated on the first
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성한다(제3단계).Then, the
상기 노광 공정은 표면 제어 영역(110)의 면적을 고려하여 상기 제1제어패턴(310)의 형상, 크기 및 배열을 설계하며, 이에 따라 상기 제2표면제어층(300) 상측에 선택적으로 노광[열 또는 광(자외선, 극자외선, 전자빔 및 X-선 등)]을 실시하거나, 설계된 마스크를 상기 제2표면제어층(300) 상측에 위치시키고, 노광을 실시한 후, 현상 공정을 거치는 것으로, 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성한다.In the exposure process, the shape, size, and arrangement of the
여기에서, 적절한 에너지를 조사하여 상기 제2표면제어층(300)의 경화도를 조절할 수 있으며, 이에 의해 상기 제1제어패턴(310)의 크기를 조절할 수 있다.Here, the curing degree of the second
또한 상기 현상 공정은 표면 제어 영역(110)의 면적을 고려하여 현상액의 종류, 농도, 현상 시간, 현상 온도 등과 같은 현상 공정 조건을 조절하여 수행한다.In addition, the developing process is performed by adjusting the developing process conditions, such as the type and concentration of the developing solution, the developing time, and the developing temperature, in consideration of the area of the
그리고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성한다(제4단계). 그리고 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다(제5단계).In addition, it is continuously or sequentially formed on the
그리고, 상기 제5단계는 상기 제4단계의 확장컷을 이루는 제2제어패턴(210)의 면적 변화를 통하여 상기 표면 제어 영역(110)의 크기가 조절될 수 있다.In the fifth step, the size of the
일반적인 현상 공정에 의하면, 상기 제2제어패턴(210)은 상기 제1제어패턴(310)의 아래에 상기 제1표면제어층(200)의 언더컷(Under-cut) 형상 정도로 형성되며, 본 발명에 따른 표면 제어 영역(110)의 구현이 어렵다.According to a general development process, the
본 발명에서는 상기 제3단계의 노광 공정에서의 현상 공정에 이어서 추가적인 과도한 현상 공정을 수행하여 언더컷에서 더욱 확장된 확장컷을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하는 것이다.In the present invention, an additional excessive developing process is performed following the development process in the exposure process of the third step to form the
상기 추가적인 현상 공정은 상기 현상 공정 중 현상 시간을 더 늘리거나, 현상액의 농도 또는 현상 온도를 더 높이거나, 제1제어패턴(310) 형성시 사용했던 현상액과 제2제어패턴(210) 형성시 사용하는 현상액의 종류를 달리하는 것 등으로 실현될 수 있다.In the additional developing process, the developing time is further increased, the concentration of the developing solution or the developing temperature is further increased, or the developer used when forming the
따라서, 상기 제2표면제어층(300)의 상기 제1제어패턴(310)의 아래로 확장컷으로 형성된 제2제어패턴(210)을 이루며, 이에 의해 노출되는 기재(100)의 일부 영역은 표면 제어 영역(110)으로 확보되게 된다.Therefore, the
즉, 상기 확장컷의 정도(제2제어패턴(210)의 면적)를 조절함으로써, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적이 조절되며, 이는 곧 기재(100)의 표면 제어(표면적 확장, 표면 형상 조절, 표면 특성 조절 등)로 이어지게 된다.That is, by adjusting the extent of the extended cut (area of the second control pattern 210), the area of the
한편, 상기 현상 공정 또는 추가적인 현상 공정 후, 상기 제1표면제어층(200)을 건식 식각 또는 습식 식각하여, 상기 확장컷을 더욱 확장시킨 제2제어패턴(210)을 형성할 수 있다. 이는 사용 목적에 따라 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적을 조절하고자 할 때 유용하게 사용될 수 있는 공정이다.Meanwhile, after the developing process or the additional developing process, the first
이러한, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)의 면적은 상기 현상 공정 중 상술한 바와 같이 현상 시간, 현상 온도와 더불어 상기 제1표면제어층(200)의 경화도에 의해 제어될 수 있다.The area of the
즉, 상기 제1표면제어층(200)의 경화도가 높으면 상대적으로 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적이 작게 확보될 수 있으며, 상기 경화도가 낮으면 상대적으로 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)의 면적을 크게 확보할 수 있어, 상기 기재(100)의 표면적 제어가 매우 용이하게 이루어질 수 있게 된다.That is, when the curing degree of the first
이와 같이 본 발명에 따른 기재(100)의 표면 제어 영역(110)을 확보하기 위한 제1표면제어층(200)의 확장컷 형성은, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)의 형상, 크기 및 배열, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)의 형상, 크기 및 배열, 상기 제1표면제어층(200) 및 제2표면제어층(300)의 경화도, 그리고 현상 공정 조건 또는 식각 공정 조건 등에 따라 제어되게 된다.In this way, the formation of the extended cut of the first
또한, 상기 제2제어패턴(210)은 상기 제1제어패턴(310)을 형성하는 과정에서 연속적으로 확장컷이 형성되도록 할 수도 있으며, 상기 제1제어패턴(310)을 형성한 후 순차적으로 다른 조건의 노광 공정, 다른 조건의 현상 공정을 실시하거나 건식 또는 습식 식각 공정을 실시하여 확장컷이 형성되도록 할 수 있다.In addition, the
이에 의해 표면 제어 영역(110)이 확보된 기재(100)를 제공하게 되며, 표면제어층의 개수가 많을수록 기재(100) 표면의 표면적 제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면적 제어가 용이하고 그 적용성을 높일 수 있으며, 상기 표면 제어 영역(110)에 본 발명에 따른 나노구조체가 추가로 형성되게 된다.As a result, the
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410)를 형성한다(제6단계).Then, the
상기 제6단계는 복수개의 표면제어층에 의해 확보된 표면 제어 영역(110)에 나노구조체를 형성하는 것으로서, 기재(100)의 표면 특성의 개선 및 특정 표면 특성을 발현시키기 위해 적합한 어떠한 물질을 사용할 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예로는 금속 나노구조체 등을 적용할 수 있다.The sixth step is to form a nanostructure in the
종래의 금속 나노구조체는 특정 방향으로 정렬된 상태로 다양한 형상. 크기 및 패터닝을 가지도록 제조할 수 있으며, 특히 금속 나노구조체는 방향성이 뛰어나 광전소자에 있어서 고효율에 적합할 수 있으며, 그 외에도 전극, 센서 등 다양한 전자 소자에 이용할 수 있다.Conventional metal nanostructures have various shapes aligned in a specific direction. It can be manufactured to have size and patterning, and in particular, metal nanostructures have excellent directionality and can be suitable for high efficiency in optoelectronic devices, and can be used in various electronic devices such as electrodes and sensors.
본 발명에 따라 표면 제어 영역(110)에 단일 또는 복합 나노구조체를 다양한 방식으로 형성하여, 그 응용분야를 다양화하고, 적용성을 더 높일 수 있도록 한다.According to the present invention, single or composite nanostructures are formed on the
본 발명의 일실시예로, 상기 제1나노구조체(410)는 화학적으로 합성된 단일 금속 나노구조체 또는 화학적으로 합성된 2종 이상의 금속 나노구조체이거나, 또는 상기 기재(100)와는 표면 특성이 다른 특성제어 박막층을 단층 또는 다층으로 형성한 나노구조체일 수 있다. 또한 이들의 복합 나노구조체일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
상기 금속 나노구조체는 광분해 반응에 의해 형성되는 것으로, 나노입자, 나노막대, 나노선, 나노튜브금속 등을 하나 또는 하나 이상 포함하는 나노구조체일 수 있으며, 예컨대 은, 금, 백금, 구리, 팔라듐, 니켈, 실리콘, 철, 코발트 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 조합에 의한 금속 나노입자이다.The metal nanostructure is formed by a photolysis reaction, and may be a nanostructure containing one or more nanoparticles, nanorods, nanowires, nanotube metals, etc., such as silver, gold, platinum, copper, palladium, A metal nanoparticle made of any one of nickel, silicon, iron, and cobalt, or a combination of two or more thereof.
그리고, 상기 특성제어 박막층의 경우, 상기 기재(100)와는 전기적 또는 광학적 성질이 다른 물질로, 예컨대 굴절률이 다른 물질을 단층 또는 다층으로 증착하여 형성할 수 있다. 특히 다층으로 증착된 경우, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 높은 물질부터 낮은 물질로 증착되거나, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 낮은 물질부터 높은 물질로 증착될 수 있으며, 금속, 금속산화물, 불화물, 인화물, 질화물 및 황화물 중 어느 하나 이상을 선택하여 박막으로 증착될 수 있다.In the case of the property control thin film layer, a material having electrical or optical properties different from that of the
그리고, 상기 제2표면제어층(300) 및 상기 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1나노구조체(410)를 형성하거나, 상기 제2표면제어층(300)을 제거하고 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제2나노구조체(420)를 형성하고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1나노구조체(410) 및 제2나노구조체(420)로 이루어진 복합 나노구조체를 형성하게 된다(제7단계).Then, the second
즉, 단일의 제1나노구조체(410)만을 형성하기 위해서는 제2표면제어층(300) 및 상기 제1표면제어층(200)을 모두 제거하며, 상기 제1나노구조체(410)의 종류 및 패턴의 싸이즈에 따라 상기 기재(100)의 표면 특성을 제어하거나 특정 표면 특성을 발현할 수 있게 된다.That is, in order to form only the single
또한, 상기 표면제어층을 한꺼번에 제거하지 않고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410)를 형성하고(제6단계), 상기 제2표면제어층(300)을 제거하고 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제2나노구조체(420)를 형성하고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여 상기 기재(100) 상에 제1나노구조체(410) 및 제2나노구조체(420)로 이루어진 복합 나노구조체를 형성하게 된다(제7단계).In addition, the second
즉, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 상기 제1나노구조체(410)와는 다른 나노구조체를 중첩형성하는 복합 나노구조체를 형성할 수도 있으며, 이러한 공정을 반복수행함으로써 각 나노구조체는 서로 다른 물질로 형성되거나, 다른 형태(나노입자, 나노막대, 나노선, 나노튜브금속, 박막 등)로 복수개의 표면제어층에 의해 확보된 표면 제어 영역(110)에 형성되게 된다.That is, a composite nanostructure may be formed in which a nanostructure other than the
본 발명의 일실시예로, 상기 복합 나노구조체는, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 상기 기재(100)와는 표면 특성이 다른 특성제어 박막층을 단층 또는 다층으로 제1나노구조체(410)와, 상기 제2표면제어층(300)을 제거하고 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 상기 제1나노구조체(410)와 중첩형성된 금속 나노구조체로 이루어진 제2나노구조체(420)로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the composite nanostructure includes the second
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 복수개의 표면제어층은 기재(100)에 가까운 표면제어층일수록 더 많이 식각된 제어패턴, 즉 확장컷을 이루는 제어패턴을 가지며, 이에 의해 확보된 표면 제어 영역(110)에 본 발명에 따른 나노구조체가 형성되게 된다.As described above, the plurality of surface control layers according to the present invention have a control pattern etched more, that is, a control pattern forming an extended cut, as the surface control layer is closer to the
상기 제1표면제어층(200) 및 제2표면제어층(300)의 제거를 위한 용매는, Acetone, Isopropyl alcohol, Hydrofluoric acid(HF), Phosphoric acid(H3PO4), Hydrochloric acid(HCl), Nitric acid(HNO3), Acetic acid(CH3COOH), Sulfuric acid(H2SO4), Dihydrogen dioxide(H2O2), Potassium hydroxide(KOH), 4-Methyl-2-pentanone, Ketone, MIBK(Methyl Iso Butyl Ketone), Methyl Ethyl Ketone, Water(H2O), Methanol(CH3OH), Ethanol(C2H5OH), Propanol, Isopropanol, Butanol, Pentanol, Hexanol, DMSO(Dimethyl sulfoxide), DMF(Dimethylformamide), NMP(N-Methyl Pyrrolidone), 1-Methyl-2-pyrrolidone, 1-Methyl-3-pyrrolidone, Dimethylacetamide, Acetonitrile, THF(Tetrahydrofuran), Nonane(C9H20), Octane, Heptane, Pentane, 2-Methoxyethanol으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 사용한다.The solvent for removing the first
여기에서, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에는 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 식각 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 식각패턴(430)을 더 형성할 수 있으며, 상기 식각패턴(430)에 상술한 나노구조체를 형성하여, 상기 제1나노구조체(410) 및 복합 나노구조체는 상기 식각패턴(430)에 따라 이에 대응하여 형성되게 되며, 다양한 3차원 패턴을 갖는 나노구조체를 구현할 수 있게 된다.Here, in the
상기 식각패턴(430)은 상기 복수개의 표면제어층을 식각마스크로 하여 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 같은 단일 식각 공정에 의해 형성되거나, 건식 식각 공정 후 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정 후 건식 식각 공정과 같은 복합식각 공정에 의해 형성될 수 있다.The
즉, 상기 식각패턴(430)의 깊이나 폭, 배열 등에 따라 기재(100)의 표면적 확장, 기재(100)의 표면 형상 변경 등을 유도할 수 있으며, 이러한 영역에 단일 나노구조체 또는 복합 나노구조체가 형성되게 된다.That is, the expansion of the surface area of the
이에 의해 용도에 맞는 표면 제어 3차원 나노구조체(400)가 형성된 기재(100)를 제공하게 되며, 복수개의 표면제어층을 형성함으로써, 기재(100) 표면의 표면 제어의 정밀도 및 자유도를 높여 표면 제어가 용이하고 다양한 표면 특성의 발현이 가능하도록 하는 등 그 적용성을 높이게 된다.As a result, the
이에 의해 본 발명은 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층에 의해 표면 제어 영역(110)이 확보된 기재(100)와, 상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재(100) 상의 표면 제어 영역(110)에 형성된 나노구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체(400)를 제공하게 된다.Accordingly, the present invention provides a
본 발명의 일실시예로 표면제어층이 2개로 형성된 경우, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)은 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)의 배열 형태, 패턴 싸이즈, 패턴 간 거리, 패턴의 형상 등에 의존되게 된다. 즉, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 따라 확장컷 영역이 조절되게 된다.In one embodiment of the present invention, when two surface control layers are formed, the
예컨대, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)은, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)의 배열 형태에 따라 배열 형태가 결정되거나, 또는 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310) 간 거리에 의해 패턴의 형상이 조절될 수 있다.For example, the arrangement of the
본 발명의 일실시예에 따르면, 특정한 확장컷 형성 조건에서 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)의 배열 형태가 Sqare array(Hexagonal array)이면, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)의 배열도 Square array(Hexagonal array)가 형성되고, 또한, 특정한 확장컷 형성 조건에서 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310) 간의 거리가 같으면 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210) 간의 연결이 가능하며, 패턴 간의 거리가 다르면 패턴간의 분리가 가능한 특징이 있다.According to one embodiment of the present invention, when the arrangement form of the
또한, 상기 식각패턴(430)은 표면제어층을 제거하면서 2차식각패턴, 3차식각패턴 등을 형성할 수도 있다. 상기 3차식각패턴은 1차식각패턴 및 2차식각패턴에 중첩적으로 형성된다.In addition, the
또한, 표면제어층의 개수에 따라 건식 또는 습식 식각 공정을 표면적이 확장되는 방향이나 표면 형상이 변경되는 방향으로 다수 회 진행하여 n차식각패턴을 중첩적으로 형성할 수 있으며, 이러한 표면 제어 영역(110)에 본 발명에 따른 나노구조체(400)가 형성된다.In addition, according to the number of surface control layers, the dry or wet etching process may be performed multiple times in a direction in which the surface area is expanded or in a direction in which the surface shape is changed to form nth etch patterns in an overlapping manner, such a surface control region ( 110), the
상술한 바와 같이, 상기 제1나노구조체(410), 제2나노구조체(420), 식각패턴(430)은 상기 표면제어층의 개수, 두께나 상기 제1제어패턴(310) 및 확장컷을 이루는 제2제어패턴(210)의 크기에 유기적이면서 복합적으로 의존되게 된다.As described above, the
즉, 상기 제1제어패턴(310) 및 제2제어패턴(210) 크기의 조절에 의해 상기 기재(100)의 표면 상태를 변경, 예컨대 표면적의 형상 및 확장 정도를 조절할 수 있게 되며, 이에 따라 상기 기재(100) 표면에 표면 제어 3차원 나노구조체(400)를 다양하게 형성할 수 있다.That is, by adjusting the size of the
이러한 상기 표면 제어 3차원 나노구조체(400)는 상술한 바와 같이 단일 금속 나노구조체 또는 2종 이상의 금속 나노구조체이거나, 상기 기재(100)와는 표면 특성이 다른 특성제어 박막층을 단층 또는 다층으로 형성한 나노구조체일 수 있다. 또한 상술한 바와 같이, 이러한 나노구조체를 복합적으로 형성할 수도 있다.As described above, the surface-controlled three-
이러한 나노구조체는 기재(100) 고유의 특성을 개선시키거나, 특정 특성을 발현시키는 것으로, 예컨대, 상기 표면 제어 영역(110)에 상기 기재(100)와는 굴절률이 다른 물질을 증착하거나, 기재(100)와는 다른 친수성, 소수성을 갖거나, 기재(100)와는 다른 전기적 또는 화학적 성질을 갖는 등, 필요 목적에 따라 다양한 성질을 갖는 특성제어 박막층을 구현할 수 있다.Such a nanostructure improves the intrinsic properties of the
본 발명의 일실시예로는 상기 특성제어 박막층으로 굴절률 제어층을 형성할 수 있으며, 상기 기재(100)와는 굴절률이 다른 물질을 단층 또는 다층으로 증착하여, 굴절률을 제어하도록 한 것이다.In one embodiment of the present invention, a refractive index control layer may be formed with the characteristic control thin film layer, and a material having a refractive index different from that of the
본 발명의 일실시예에 따라 상기 제1표면제어층(200)의 확장컷에 의해 형성되는 표면 제어 영역(110)에 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정을 수행하거나, 건식 식각 공정과 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 건식 식각 공정을 수행하여 형성된 식각패턴(430)에 상기 기재(100)와는 굴절률이 다른 물질을 증착함으로써 굴절률 제어층을 형성하여, 상기 기재(100)의 굴절률을 제어하도록 한 것이다.According to an embodiment of the present invention, a dry etching process or a wet etching process is performed on the
상기 굴절률 제어층이 다층으로 증착되는 경우, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 높은 물질부터 낮은 물질로 증착되거나, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 낮은 물질부터 높은 물질로 증착될 수 있다.When the refractive index control layer is deposited in multiple layers, a material having a high refractive index to a material having a low refractive index may be deposited from the
여기에서 상기 표면 제어 영역(110)에 굴절률 제어층이 형성된 상태에서, 금속 나노구조체를 더 형성할 수 있다.Here, in a state where the refractive index control layer is formed on the
이는 상기 기재(100)의 용도에 따라 특성제어 박막층(굴절률 제어층) 및 금속 나노구조체의 조합에 의해 광 경로 제어가 용이하여 광 추출 효율을 개선하거나, 필요에 따라 빛의 난반사 또는 전반사를 유도하는 용도로 사용될 수도 있다. 또한 센서 용도에 따라 적절하게 디텍터를 구성할 수 있으며, 발광되는 빛의 변조가 가능하도록 하여 다양한 전자 소자에 활용할 수 있다.Depending on the use of the
본 발명의 일실시예로 상기 기재(100)가 광전소자의 최상부층일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
상기 광전소자는 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED), 마이크로 발광다이오드(Micro-LED), 태양전지(Solar cell), 레이저다이오드(Laser Diode; LD), 포토다이오드(Photo Diode; PD), 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode; APD) 중 어느 하나 일 수 있다.The photoelectric device includes a light emitting diode (LED), a micro-LED, a solar cell, a laser diode (LD), a photo diode (PD), and an avalanche. It may be any one of an Avalanche Photo Diode (APD).
상기 광전소자 중 발광다이오드의 경우, 그 최상부층에 형성된 n형 반도체층 또는 p형 반도체층의 경우 상기 굴절률 제어층은 상기 기재(100)보다 굴절률이 낮거나, 상기 기재(100)에서부터 굴절률이 높은 물질부터 낮은 물질로 증착되어, 상기 기재(100)와 공기 간의 굴절률 차이를 줄여 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선하도록 하는 것이다.In the case of a light emitting diode among the optoelectronic devices, in the case of an n-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer formed on the uppermost layer, the refractive index control layer has a lower refractive index than the
상기 굴절률 제어층은, 상기 기재(100)의 용도에 따라 금속, 금속산화물, 불화물, 인화물, 질화물 및 황화물 중 어느 하나 이상을 선택하여 박막으로 증착될 수 있다.The refractive index control layer may be deposited as a thin film by selecting one or more of metal, metal oxide, fluoride, phosphide, nitride, and sulfide according to the purpose of the
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 표면제어층이 두개로 형성된 경우, 상기 기재(100) 상의 표면 제어 영역(110)에 나노구조체를 형성하는 것을 도시한 것이다.2 to 6 show the formation of nanostructures in the
도 2에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).Referring to the embodiment according to FIG. 2, the first
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].In addition, a
상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410)를 형성한다[단일 종류의 금속으로 이루어진 제1나노구조체(410)를 형성한 경우(d), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제2나노구조체(420)를 형성한 경우(f)].The second
그리고, 상기 표면제어층을 모두 제거하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410)를 형성하게 된다[(e),(g)].Then, by removing all of the surface control layer, the
도 3에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).Referring to the embodiment according to FIG. 3, the first
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].In addition, a
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 식각 마스크로 하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 식각패턴(430)을 형성한다(d).And the second
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410)를 형성한다[단일 종류의 금속으로 이루어진 제1나노구조체(410)를 형성한 경우(e), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제2나노구조체(420)를 형성한 경우(g)].Then, the
그리고, 상기 표면제어층을 모두 제거하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410)를 형성하게 된다[(h),(f)].Then, the surface control layer is completely removed to form the
도 4에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).Referring to the embodiment according to FIG. 4, the first
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].In addition, a
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)에 특성제어 박막층을 다층(제1나노구조체)으로 형성한다(d).The
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300)을 제거하고(e), 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역(110)의 상기 특성제어 박막층과 중첩되도록 제2나노구조체(420)를 형성한다[(f), (h)].Then, the second
그리고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410) 및 제2나노구조체(420)로 이루어진 복합 나노구조체를 형성하게 된다[(g),(i)].[단일 종류의 금속으로 이루어진 제2나노구조체(420)를 형성한 경우(g), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제2나노구조체(420)를 형성한 경우(i)].Then, by removing the first
도 5에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).Referring to the embodiment according to FIG. 5 , the first
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].In addition, a
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 식각 마스크로 하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 식각패턴(430)을 형성한다(d).And the second
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)의 상기 식각패턴(430)에 특성제어 박막층을 다층(제1나노구조체)으로 형성한다(e).The
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300)을 제거하고(f), 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여 상기 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)의 상기 특성제어 박막층과 중첩되도록 제2나노구조체(420)를 형성한다[(g), (i)].Then, the second
그리고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여, 상기 기재(100)의 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410) 및 제2나노구조체(420)로 이루어진 복합 나노구조체를 형성하게 된다[(h),(j)].[단일 종류의 금속으로 이루어진 제2나노구조체(420)를 형성한 경우(h), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제2나노구조체(420)를 형성한 경우(j)].Then, by removing the first
도 6에 따른 실시예를 설명하면, 상기 기재(100) 상부에 제1표면제어층(200)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200) 상부에 상기 제1표면제어층(200)에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층(300)을 형성한다(a).Referring to the embodiment according to FIG. 6, the first
그리고 노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층(300)에 제1제어패턴(310)을 형성하고, 상기 제2표면제어층(300)의 제1제어패턴(310)에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층(200)에 형성되며, 상기 제1제어패턴(310)에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴(210)을 형성하고, 상기 제1표면제어층(200)의 제2제어패턴(210)에 의해 상기 기재(100)에 표면 제어 영역(110)을 확보한다[(b), (c)].In addition, a
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 식각 마스크로 하여, 상기 기재(100)의 표면 제어 영역(110)에 식각패턴(430)을 형성한다(d).And the second
그리고 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300) 및 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역(110)의 상기 식각패턴(430)에 특성제어 박막층(제1나노구조체)을 형성한다(e). 여기에서 상기 특성제어 박막층은 Tilt evaporation 공정을 활용하여 상기 식각패턴(430) 내부에 특성제어 박막층이 경사지게 형성되도록 한다.The
그리고, 상기 제1제어패턴(310)이 형성된 제2표면제어층(300)을 제거하고(f), 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 마스크로 하여 상기 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)의 상기 특성제어 박막층과 중첩되도록 제2나노구조체(420)를 형성한다[(g), (i)].Then, the second
그리고, 상기 제2제어패턴(210)이 형성된 제1표면제어층(200)을 제거하여, 상기 기재(100)의 식각패턴(430)을 포함하는 표면 제어 영역(110)에 제1나노구조체(410) 및 제2나노구조체(420)로 이루어진 복합 나노구조체를 형성하게 된다[(h),(j)].[단일 종류의 금속으로 이루어진 제2나노구조체(420)를 형성한 경우(h), 2종 이상의 금속으로 이루어진 제2나노구조체(420)를 형성한 경우(j)].Then, by removing the first
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 공정 결과 데이터에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, the process result data of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일실시예에 따라 상기 기재가 발광 다이오드의 반도체 적층체인 경우, 상기 기재는 Red LED epi-wafer(p-AlGaInP/u-AlGaInP/MQW(AlGaInP/InGaP)/u-AlGaInP/n+GaAs/n-AlGaInP/GaAs substrate)를 사용하였다. 상기 Red LED epi-wafer 상에 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층(AZ GXR-601 레지스트) 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층(LOR[Lift-Off Resist])을 형성하였다.According to an embodiment of the present invention, when the substrate is a semiconductor laminate of light emitting diodes, the substrate is a Red LED epi-wafer (p-AlGaInP/u-AlGaInP/MQW(AlGaInP/InGaP)/u-AlGaInP/n+GaAs /n-AlGaInP/GaAs substrate) was used. The second surface control layer (AZ GXR-601 resist) on which the first control pattern is formed on the Red LED epi-wafer and the first surface control layer (LOR [Lift-Off Resist]) on which the second control pattern (extension cut) is formed ) was formed.
더욱 구체적으로는, Red LED epi-wafer 상에 Hexamethyldisilazane(HMDS)[AZ AD Promoter-K, AZ Electronic Materials, Luxembourg]을 2000rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 100℃ 120초간 건조하였으며, LOR 20B[MicroChem Corp., Japan]를 4000rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 170℃에서 300초간 건조하여 2㎛ 두께의 제1표면제어층을 형성하였다. 상기 제1표면제어층 상에 AZ GXR-601 레지스트를 4500rpm 으로 40초간 스핀코팅한 후 90℃에서 90초간 건조하여서 2㎛ 두께의 AZ GXR-601 레지스트층을 제2표면제어층으로 형성하였다.More specifically, Hexamethyldisilazane (HMDS) [AZ AD Promoter-K, AZ Electronic Materials, Luxembourg] was spin-coated on a Red LED epi-wafer at 2000 rpm for 40 seconds, and then dried at 100 ° C for 120 seconds, and LOR 20B [MicroChem Corp. ., Japan] was spin-coated at 4000 rpm for 40 seconds and then dried at 170° C. for 300 seconds to form a first surface control layer having a thickness of 2 μm. AZ GXR-601 resist was spin-coated on the first surface control layer at 4500 rpm for 40 seconds and dried at 90° C. for 90 seconds to form a 2 μm-thick AZ GXR-601 resist layer as a second surface control layer.
포토마스크를 사용하여 60mJ/cm2의 자외선을 국부적으로 조사한 후 Post Exposure Bake(PEB) 공정으로 110℃에서 90초간 건조한 후, 현상액(Developer)인 AZ 300 MIF[AZ Electronic Materials, Luxembourg]에 20초간 담근 후 Deionized (DI) water에 Rinsing 한 후 N2 blowing한 결과가 도 7(a)이다.After locally irradiating UV rays of 60mJ/cm 2 using a photomask, dry at 110℃ for 90 seconds in the Post Exposure Bake (PEB) process, and then apply
그리고, 도 7(b), 7(c) 및 7(d)의 경우 현상 공정을 과도하게 수행한 결과로서 현상액에 각각 40초, 50초 및 60초간 담근 후 DI water에 Rinsing 한 후 N2 blowing 한 결과이다.And, in the case of FIGS. 7(b), 7(c), and 7(d), as a result of excessively performing the developing process, after immersing in the developer for 40 seconds, 50 seconds, and 60 seconds, respectively, rinsing in DI water and blowing N 2 is a result
즉, 도 7(a)는 종래의 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(언더컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 및 SEM 분석 결과를 나타낸 것이고, 도 7(b), 7(c) 및 7(d)는 본 발명의 일실시예에 따라 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층에 대한 광학 및 SEM 사진을 나타낸 것이다.That is, FIG. 7 (a) shows the optical and SEM analysis results of the conventional second surface control layer formed with the first control pattern and the first surface control layer formed with the second control pattern (undercut), and FIG. 7 ( b), 7(c) and 7(d) are for the second surface control layer on which the first control pattern is formed and the first surface control layer on which the second control pattern (extended cut) is formed according to an embodiment of the present invention. Optical and SEM pictures are shown.
도 7(b), 7(c) 및 7(d)에 도시한 바와 같이, 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴에 대응하여 상기 제1표면제어층의 제2제어패턴이 상기 제1표면제어층에 다양한 형상과 면적을 갖는 확장컷이 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 이는 상기 기재 상에 표면 제어 영역(110)으로 작용하게 된다.As shown in FIGS. 7(b), 7(c) and 7(d), the second control pattern of the first surface control layer corresponds to the first control pattern of the second surface control layer. It was confirmed that extended cuts having various shapes and areas were formed on the surface control layer, which acted as the
도 7에 기재된 상세한 일실시예와 동일하게 공정을 수행하였으며, 도 8의 (a), (c) 및 (e)의 경우 현상시간을 20초 동안 하였으며, 도 8의 (b), (d) 및 (f)의 경우 확장컷을 형성하기 위하여 현상시간을 50초 동안 하였다.The process was performed in the same manner as in the detailed embodiment described in FIG. 7, and in the case of (a), (c) and (e) of FIG. 8, the development time was 20 seconds, and in (b) and (d) of FIG. And in the case of (f), the developing time was set for 50 seconds to form an extended cut.
확장컷 형성 시 제2표면제어층의 제1제어패턴에 의하여 제1표면제어층에서 새로운 패턴(제2제어패턴)의 형성이 가능하고 또한, 제2표면제어층의 제1제어패턴의 배열 조절을 통하여 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 제2제어패턴의 배열이 가능한 것을 확인할 수 있었다.When forming the extended cut, it is possible to form a new pattern (second control pattern) in the first surface control layer by the first control pattern of the second surface control layer, and also adjust the arrangement of the first control pattern of the second surface control layer. Through this, it was confirmed that the arrangement of the second control pattern of the newly formed first surface control layer was possible.
즉, 도 8(a)의 경우 Square array(Hole이 4면을 이루는 정사각형 배열)로 배열되어 있는데, 확장컷을 형성하면 새롭게 형성되는 제1표면제어층 제2제어패턴의 배열도 Square array(새로운 형상의 패턴이 4면을 이루는 정사각형 배열[도 8(b)])로 배열하게 되는 특징이 있다.That is, in the case of FIG. 8 (a), they are arranged in a square array (a square array in which holes form four sides), and the arrangement of the second control pattern of the first surface control layer newly formed when the extended cut is formed is also arranged in a square array (new It is characterized in that the pattern of the shape is arranged in a square arrangement (FIG. 8(b)) constituting four sides.
또한, 도 8(c)의 경우 Hexagonal array(Hole이 6면을 이루는 육각형 배열)로 배열되어 있는데, 확장컷을 형성하면 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 제2제어패턴의 배열도 Hexagonal array(새로운 형상의 패턴이 6면을 이루는 육각형 배열[도 8(d)])로 배열하게 되는 특징이 있다.In addition, in the case of FIG. 8(c), they are arranged in a hexagonal array (a hexagonal array with six holes), and when an extended cut is formed, the array of the second control pattern of the first surface control layer newly formed is also arranged in a hexagonal array ( It is characterized by the fact that the pattern of the new shape is arranged in a hexagonal arrangement (FIG. 8(d)) constituting six sides.
즉, 본 실시예를 통하여 제2표면제어층의 제1제어패턴을 배열하는 방법에 따라서 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 제2제어패턴도 동일한 면을 갖는 형상의 배열로 패턴이 이루어지는 특징이 있다.That is, the second control pattern of the first surface control layer newly formed according to the method of arranging the first control pattern of the second surface control layer according to the present embodiment is characterized in that the pattern is formed in an arrangement having the same shape. have.
다른 특징적인 요소는, 도 8(e)에서 보듯이 A와 B의 길이가 B와 C의 길이가 같으면 확장컷 형성 시 패턴 간의 연결[도 8(f)]이 가능하며, B와 C의 길이가 같고 C와 D의 길이가 다르게 되면 C와 D의 공간을 분리하게 되어, 즉 패턴 간의 분리[도 8(f)]가 가능하게 되는 특징이 있다.Another characteristic factor is that, as shown in FIG. 8(e), if the lengths of A and B are the same as those of B and C, it is possible to connect patterns [Fig. 8(f)] when forming an extended cut, and the lengths of B and C are possible. When is the same and the lengths of C and D are different, the space of C and D is separated, that is, separation between patterns [FIG. 8(f)] is possible.
도 9는 제1표면제어층의 건조 조건(온도 및 시간)과 자외선 조사 이후 Post Exposure Bake(PEB) 조건(온도 및 시간) 조절에 따라서 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 다양한 패턴 구현을 통한 확장컷의 면적 조절에 관한 실시예를 나타낸 것이다.9 is an extension through the realization of various patterns of the first surface control layer newly formed according to the adjustment of the drying conditions (temperature and time) of the first surface control layer and Post Exposure Bake (PEB) conditions (temperature and time) after UV irradiation. An example of adjusting the area of the cut is shown.
도 7에 기재된 상세한 일실시예와 동일하게 공정을 수행(현상시간은 50초로 고정)하였으며, 도 9의 (a), (b) 및 (c)의 경우, 제1표면제어층의 건조 조건(온도 및 시간) 변화에 따른 결과이며, 도 9의 (d), (e) 및 (f)의 경우, PEB(온도 및 시간) 조절에 따른 결과를 나타낸 것이다.The process was performed in the same manner as in the detailed embodiment described in FIG. 7 (development time was fixed at 50 seconds), and in the case of (a), (b) and (c) of FIG. 9, the drying conditions of the first surface control layer ( temperature and time), and in the case of (d), (e) and (f) of FIG. 9, the results are shown according to PEB (temperature and time) control.
도 9의 결과를 상호 비교 시, 제1표면제어층의 건조 시간 및 건조 온도 변화에 따라서 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 제2제어패턴이 변화함을 확인할 수 있었으며, 또한 PEB 온도 및 PEB 시간 변화에 따라서 제1표면제어층의 패턴이 변화함을 확인할 수 있었다. PEB 조건 변화보다는 제1표면제어층의 건조 조건 조절이 확장컷의 면적 조절에 있어 더욱 큰 영향을 줌을 확인하였다.When comparing the results of FIG. 9, it was confirmed that the second control pattern of the newly formed first surface control layer changed according to the change in the drying time and drying temperature of the first surface control layer, and also the PEB temperature and PEB time. It was confirmed that the pattern of the first surface control layer was changed according to the change. It was confirmed that the control of the drying condition of the first surface control layer had a greater effect on the control of the area of the extended cut than the change of the PEB condition.
즉, 새롭게 형성되는 제1표면제어층의 다양한 제2제어패턴의 구현이 가능한 공정변수는 제1표면제어층의 두께, 제2표면제어층의 두께, 국부적으로 조사되는 에너지, 현상 시간, Soft baking 온도와 시간, PEB(Post-exposure baking) 온도와 시간이며, 각 공정변수에 있어서 범위는 제1표면제어층과 제2표면제어층의 두께는 25 nm∼50㎛, 국부적으로 조사되는 자외선 에너지는 1mJ/cm2 ∼ 10J/cm2, 전자빔 에너지는 1μC/cm2∼5mC/cm2, 현상시간은 10초∼5분, Soft-baking 및 PEB 온도와 시간은 50℃∼300℃에서 15초∼10분 범위이다.That is, the process variables capable of implementing various second control patterns of the newly formed first surface control layer are the thickness of the first surface control layer, the thickness of the second surface control layer, locally irradiated energy, developing time, soft baking Temperature and time, PEB (Post-exposure baking) temperature and time, the range for each process variable is 25 nm to 50㎛ for the thickness of the first surface control layer and the second surface control layer, and the locally irradiated ultraviolet energy 1mJ/cm 2 ~ 10J/cm 2 , electron beam energy 1μC/cm 2 ~5mC/cm 2 ,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 자외선 조사시간 변화에 따른 금속-유기물 광분해 반응 측정 결과를 나타낸 도[도 10의 (a), (b) 및 (c)], 자외선 조사시간 변화에 따른 금속-유기물 용액의 색상 변화를 나타낸 도[도 10의 (d), (e) 및 (f)], 자외선 조사시간 변화에 따른 금속 나노구조체의 직경 분포를 나타낸 도[도 10의 (g), (h) 및 (i)]이다.Figure 10 is a diagram showing the results of measuring the metal-organic photolysis reaction according to the change in ultraviolet irradiation time according to an embodiment of the present invention [Fig. 10 (a), (b) and (c)], according to the change in ultraviolet irradiation time A diagram showing the color change of the metal-organic solution [FIG. 10 (d), (e) and (f)], and a diagram showing the diameter distribution of metal nanostructures according to the change in UV irradiation time [FIG. 10 (g), (h) and (i)].
Vial 병 안에 광감응성 금속(은[Ag], 금[Au] 및 백금[Pt])-유기물 용액을 넣은 후 자외선 조사 시간 조절에 따라 금속(은, 금 및 백금) 나노구조체가 생성됨을 확인하였다. 또한, UV-vis. 측정결과[도 10(a), (b) 및 (c)], 금속-유기물 용액의 색상 변화[도 10(d), (e) 및 (f)] 및 금속 나노구조체의 직경 분포도[도 10(g), (h) 및 (i)]의 분석을 통하여 자외선 시간 조절을 통하여 금속 나노구조체의 직경 크기 및 분포도의 조절이 가능함을 확인하였다.After putting the light-sensitive metal (silver [Ag], gold [Au], and platinum [Pt])-organic solution in the vial bottle, it was confirmed that metal (silver, gold, and platinum) nanostructures were created according to the UV irradiation time control. In addition, UV-vis. Measurement results [Fig. 10 (a), (b) and (c)], color change of metal-organic solution [Fig. 10 (d), (e) and (f)] and diameter distribution of metal nanostructures [Fig. 10 Through the analysis of (g), (h) and (i)], it was confirmed that the diameter size and distribution of the metal nanostructures can be controlled by adjusting the UV time.
도 11(a)는 광감응성 금속[M(Metal)]-유기물 용액 내부에 위치, 영역 및 형상이 제어되어 확장컷이 형성된 샘플을 침지시킨 후 자외선을 조사하였을 때, 금속 나노구조체가 형성되는 광분해 반응 메커니즘을 나타낸 것으로써, 광개시제(Photo-initiator) 중 하나인 구연산나트륨(2수화물)[Sodium citrate tribasic dihydrate]이 광분해 반응을 유도하여 확장컷 상에 금속 나노구조체가 형성되는 것을 나타낸 것이다.11(a) is a photolysis in which metal nanostructures are formed when a sample having an extended cut is immersed in a photosensitive metal [M (Metal)]-organic solution in which the location, area, and shape are controlled, and then irradiated with ultraviolet rays. As an illustration of the reaction mechanism, it is shown that sodium citrate (dihydrate), one of the photo-initiators, induces a photolysis reaction to form metal nanostructures on the extended cut.
또한 광분해 반응 시 자외선 조사시간을 조절하면 금속 나노구조체의 크기 분포의 제어가 가능한 특징이 있으며, 상기 금속 나노구조체를 구성하는 금속은 은, 금, 백금, 구리, 팔라듐, 니켈, 실리콘, 철, 코발트 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 조합한 것이며, 나노구조체의 형상은 나노입자, 나노막대, 나노선, 나노튜브 중 어느 하나 또는 두 가지 이상의 형상이 혼재된 것이다.In addition, it is possible to control the size distribution of the metal nanostructure by adjusting the UV irradiation time during the photolysis reaction, and the metal constituting the metal nanostructure is silver, gold, platinum, copper, palladium, nickel, silicon, iron, cobalt Any one or a combination of two or more of them, and the shape of the nanostructure is a mixture of any one or two or more shapes of nanoparticles, nanorods, nanowires, and nanotubes.
도 11(b)는 도 7에 기재된 상세한 일실시예와 동일한 순서로 공정을 하고 현상시간을 40초로 수행하여 형성된 확장컷에 대한 광학현미경 측정 결과이며, 도 11(c)는 질산은(AgNO3), 구연산나트륨(2수화물)[Sodium citrate tribasic dihydrate] 및 물(Water)을 일정 양 혼합한 광감응성 Ag-유기물 용액을 제조하고 도 11(b)에 제시된 샘플에서 제2표면제어층을 제거한 이후에 광감응성 Ag-유기물 용액에 침지시켰다.11(b) is an optical microscope measurement result of an extended cut formed by performing the process in the same order as the detailed embodiment described in FIG. 7 and developing the development time at 40 seconds, and FIG. 11(c) is silver nitrate (AgNO 3 ) After preparing a photosensitive Ag-organic solution by mixing a certain amount of sodium citrate (dihydrate) [Sodium citrate tribasic dihydrate] and water and removing the second surface control layer from the sample shown in FIG. 11 (b) It was immersed in a photosensitive Ag-organic solution.
그 이후 자외선을 7분 동안 조사한 이후에 관찰한 SEM 측정 결과가 도 11(c)이다. 확장컷 상에 형성된 나노구조체의 직경은 대략 20nm 정도 크기였으며, 일부는 제1표면제어층 측면에도 나노구조체가 형성된을 관찰할 수 있었다. 또한 에너지분산형 형광분석(EDS, Energy Dispersive Spectrometry)을 이용하여 형성된 나노구조체는 은(Ag) 임을 확인하였다.FIG. 11(c) shows the SEM measurement results observed after irradiation with ultraviolet rays for 7 minutes thereafter. The diameter of the nanostructures formed on the extended cut was approximately 20 nm, and it was observed that some of the nanostructures were also formed on the side of the first surface control layer. In addition, it was confirmed that the nanostructure formed using energy dispersive spectrometry (EDS) was silver (Ag).
도 11(d)는 도 7에 기재된 상세한 일실시예와 동일한 순서로 공정을 하고 현상시간을 50 초동안 수행하고 제2표면제어층을 제거한 이후에 형성된 확장컷에 대한 SEM 측정 결과이며, 이후 상기 기재된 광감응성 Ag-유기물 용액에 샘플을 침지시킨 후 자외선을 15분간 조사한 이후에 제1표면제어층을 제거하고 측정한 SEM 결과가 도 11(e)이다.11(d) is an SEM measurement result of an extended cut formed after processing in the same order as in the detailed embodiment described in FIG. 7, developing for 50 seconds, and removing the second surface control layer. After immersing the sample in the described photosensitive Ag-organic solution and then irradiating with ultraviolet rays for 15 minutes, the first surface control layer was removed and the SEM results measured are shown in FIG. 11(e).
위치가 제어된 확장컷 영역에 은(Ag) 나노구조체가 형성되어 있음을 확인하였으며 은(Ag) 나노구조체의 크기는 대략 40 ∼ 50nm임을 확인하였다. 본 결과로부터 자외선 조사시간 조절을 통하여 은(Ag) 나노구조체의 직경의 분포 조절이 가능함으로 확인하였다.It was confirmed that silver (Ag) nanostructures were formed in the extended cut region where the position was controlled, and it was confirmed that the size of the silver (Ag) nanostructures was approximately 40 to 50 nm. From this result, it was confirmed that the distribution of the diameter of the silver (Ag) nanostructure can be controlled by adjusting the UV irradiation time.
상기 금속-유기물 용액에서 유기물은 구연산나트륨(2수화물), 에틸헥사노네이트, 디알킬이소카바메이트, 카르복실 액시드, 카르복실레이트, 피리딘, 디아민, 아라신, 디아라신, 포스핀, 디포스핀, 아레네스, 클로라이드, 아세테이트, 아세틸아세토네이트, 카르보닐, 카르보네이트, 하이드레이트, 하이드록사이드, 니트레이트, 옥살레이트 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹 중 적어도 하나 이상일 수 있고 상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, DMSO, DMF, N-메틸 피롤리돈, 아세톤, 아세토니트릴, THF, 테칸, 노난, 옥탄, 헵탄, 헥산 및 펜탄으로 구성된 그룹 중 적어도 하나 이상일 수 있다.The organic matter in the metal-organic solution is sodium citrate (dihydrate), ethyl hexanonate, dialkyl isocarbamate, carboxyl acid, carboxylate, pyridine, diamine, aracin, diaracin, phosphine, diphosphine , arenes, chloride, acetate, acetylacetonate, carbonyl, carbonate, hydrate, hydroxide, nitrate, oxalate, and at least one of the group consisting of mixtures thereof, and the solvent is water, methanol, At least one of the group consisting of ethanol, propanol, isopropanol, butanol, pentanol, hexanol, DMSO, DMF, N-methyl pyrrolidone, acetone, acetonitrile, THF, tecan, nonane, octane, heptane, hexane and pentane can
또한, 금속-유기물 용액을 분해 반응을 유도하는 에너지원은 자외선뿐만 아니라 열, 마이크로웨이브 또는 레이저일 수 있다.In addition, the energy source for inducing the decomposition reaction of the metal-organic solution may be heat, microwave or laser as well as ultraviolet rays.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 상기 기재가 발광 다이오드의 반도체 적층체인 경우, 상기 기재는 Blue LED epi-wafer[p-GaN//MQW(InGaN/GaN)/n-GaN/un-GaN/sapphire substrate)를 사용하였다. 상기 Blue LED epi-wafer 상에 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층(AZ GXR-601 레지스트) 및 제2제어패턴(확장컷)이 형성된 제1표면제어층(LOR [Lift-Off Resist])을 형성하였다.12 is a diagram in which the substrate is a semiconductor laminate of light emitting diodes according to an embodiment of the present invention, the substrate is a Blue LED epi-wafer [p-GaN//MQW (InGaN/GaN)/n-GaN/un-GaN /sapphire substrate) was used. A second surface control layer (AZ GXR-601 resist) having a first control pattern formed on the Blue LED epi-wafer and a first surface control layer (LOR [Lift-Off Resist]) having a second control pattern (extension cut) formed thereon ) was formed.
더욱 구체적으로는, Blue LED epi-wafer 상에 Hexamethyldisilazane (HMDS) [AZ AD Promoter-K, AZ Electronic Materials, Luxembourg]을 2000rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 100℃ 120초간 건조하였으며, LOR 20B[MicroChem Corp., Japan]를 4000rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 170℃에서 300초간 건조하여 2㎛ 두께의 제1표면제어층을 형성하였다.More specifically, Hexamethyldisilazane (HMDS) [AZ AD Promoter-K, AZ Electronic Materials, Luxembourg] was spin-coated on a Blue LED epi-wafer at 2000 rpm for 40 seconds, and then dried at 100 ° C for 120 seconds, and LOR 20B [MicroChem Corp. ., Japan] was spin-coated at 4000 rpm for 40 seconds and then dried at 170° C. for 300 seconds to form a first surface control layer having a thickness of 2 μm.
상기 제1표면제어층 상에 AZ GXR-601 레지스트를 4500rpm으로 40초간 스핀코팅한 후 90℃에서 90초간 건조하여서 2㎛ 두께의 AZ GXR-601 레지스트 층을 제2표면제어층으로 형성하였다. 포토마스크([도 12(a), Hole 직경 4㎛, Pitch 16㎛ 및 Square array] 및 [도 12(c), Hole 직경 4㎛, Pitch 12㎛ 및 Hexagonal array])를 사용하여 60mJ/cm2의 자외선을 국부적으로 조사한 후 Post Exposure Bake(PEB) 공정으로 110℃에서 90초간 건조한 후, 현상액(Developer)인 AZ 300 MIF[AZ Electronic Materials, Luxembourg]에 각각 40초[도 12(a)] 및 60초[도 12(c)] 동안 담근 후 Deionized(DI) water에 Rinsing 한 후 N2 blowing 하였다.AZ GXR-601 resist was spin-coated on the first surface control layer at 4500 rpm for 40 seconds and dried at 90° C. for 90 seconds to form a 2 μm thick AZ GXR-601 resist layer as a second surface control layer. 60 mJ/cm 2 using a photomask ([Fig. 12(a), Hole diameter 4㎛,
확장컷을 형성한 이후에 패턴된 제2표면제어층과 제1표면제어층을 건식식각 마스크로 사용하여 ICP etcher[Multiplex ICP, STS, America]으로 30초간 건식 식각을 수행한 후 패턴된 제2표면제어층만 제거하고 ICP etcher로 추가적으로 30초간 건식 식각을 수행한 후 제1표면제어층을 제거한 이후에 3차원 구조체에 대하여 광학현미경으로 관찰한 결과가 도 12(a) 및 도 12(c)이다.After forming the extended cut, dry etching is performed with an ICP etcher [Multiplex ICP, STS, America] for 30 seconds using the patterned second surface control layer and the first surface control layer as a dry etching mask, and then the patterned second surface control layer is used as a dry etching mask. 12(a) and 12(c) show the results of observing the three-dimensional structure with an optical microscope after removing only the surface control layer and performing dry etching for 30 seconds additionally with an ICP etcher and then removing the first surface control layer. to be.
도 12(b) 및 도 12(d)는 확장컷을 형성한 이후에 패턴된 제2표면제어층과 제1표면제어층을 건식식각 마스크로 사용하여 ICP etcher[Multiplex ICP, STS, America]으로 30초간 건식 식각을 수행한 후 패턴된 제2표면제어층만 제거하고 ICP etcher로 추가적으로 30초간 건식 식각을 수행한 후, 상기 도 11에 기재된 광감응성 Ag-유기물 용액에 침지시킨 이후에 자외선을 15분 동안 조사한 후 제1표면제어층을 제거한 이후에 광학현미경으로 관찰한 측정 결과가 도 12(b) 및 도 12(d)이다.12(b) and 12(d) show ICP etcher [Multiplex ICP, STS, America] using the patterned second surface control layer and the first surface control layer as dry etching masks after forming the extended cut. After performing dry etching for 30 seconds, only the patterned second surface control layer is removed, dry etching is additionally performed for 30 seconds with an ICP etcher, and after immersion in the photosensitive Ag-organic solution described in FIG. 12(b) and 12(d) show measurement results observed with an optical microscope after irradiation for 10 minutes and removal of the first surface control layer.
도 12(b) 및 도 12(d)에서 보듯이 위치가 제어된 영역에 Ag 나노구조체의 국부적인 형성이 가능함을 확인하였다.As shown in FIGS. 12(b) and 12(d), it was confirmed that the local formation of Ag nanostructures was possible in the region where the position was controlled.
도 12(e)는 Roughening 하지 않은 Flat surface의 기재와 다양한 3차원 형상으로 Roughening 된 기재(3차원 A 및 B 구조체 [도 12(a) 및 도 12(c)]) 와 3차원 구조체 상에 Ag 나노구조체가 제어된 영역에 국부적으로 형성된 기재[도 12(b) 및 도 12(d)]에 대한 PL(Photoluminescence)을 측정한 결과이다.12(e) shows Ag on a flat surface substrate that is not roughened, a substrate roughened into various 3D shapes (3D A and B structures [FIGS. 12(a) and 12(c)]) and a 3D structure. This is a result of measuring PL (Photoluminescence) of a substrate on which nanostructures are locally formed in a controlled area (FIGS. 12(b) and 12(d)).
도 12(f)의 경우, Flat surface인 기재와 비교하여 PL 세기 증가율을 나타낸 표로서, Flat surface 기재에서 3차원 구조체인 A 및 B 형상으로 구현시 PL 세기는 28.16 및 79.11% 증가하였고, 3차원 구조체인 A 및 B 형상에 위치가 제어된 영역에 국부적으로 Ag 나노구조체를 형성함에 따라 PL 세기는 130.73 및 239.03% 증가함을 보였다.In the case of FIG. 12(f), this is a table showing the increase rate of PL intensity compared to a substrate with a flat surface. It was shown that the PL intensity increased by 130.73 and 239.03% as Ag nanostructures were formed locally in the regions where the positions of the structures A and B were controlled.
위 결과로부터 Flat surface 기재에서 3차원 구조체를 형성함에 따라 PL 세기가 증가하였으며 위치가 제어된 영역에 Ag 나노구조체를 추가로 형성함으로써 PL 세기는 더욱 큰 증가가 가능함을 실험적으로 확인하였다.From the above results, it was experimentally confirmed that the PL intensity increased as the three-dimensional structure was formed on the flat surface substrate, and that a greater increase in the PL intensity was possible by additionally forming Ag nanostructures in the region where the location was controlled.
이는 Ag 나노구조체의 표면 플라즈몬(Surface plasmon)에 의한 공명현상이 발생되고 Ag 나노구조체 주위에 국소 전기장(Local electromagnetic fields)의 강한 증강이 생기게 되어 Ag 나노구조체 주위에 국부적으로 강하게 형성된 전기장에 의해 광흡수 증가에 의한 여기증폭(Excitation enhancement)이 가능하게 되어 PL 세기가 증가된 것으로 확인되었다.This causes a resonance phenomenon by the surface plasmon of the Ag nanostructure, and a strong enhancement of local electromagnetic fields around the Ag nanostructure, resulting in light absorption by the locally strongly formed electric field around the Ag nanostructure. It was confirmed that the excitation enhancement by the increase became possible and the PL intensity increased.
즉, 광추출 효율의 조절에 있어서 본 발명에 따른 표면 제어 3차원 나노구조체의 직경, Pitch 크기, 배열 형태 및 구조체의 조밀성 정도를 조절함이 광추출 효율 향상에 중요한 요소임을 확인할 수 있었다.That is, in controlling the light extraction efficiency, it was confirmed that controlling the diameter, pitch size, arrangement type, and degree of compactness of the surface-controlled 3D nanostructure according to the present invention is an important factor in improving the light extraction efficiency.
100 : 기재 110 : 표면 제어 영역
200 : 제1표면제어층 210 : 제2제어패턴
300 : 제2표면제어층 310 : 제1제어패턴
400 : 표면 제어 3차원 나노구조체 410 : 제1나노구조체
420 : 제2나노구조체 430 : 식각패턴100: substrate 110: surface control area
200: first surface control layer 210: second control pattern
300: second surface control layer 310: first control pattern
400: surface control 3-dimensional nanostructure 410: first nanostructure
420: second nanostructure 430: etching pattern
Claims (25)
노광 공정에 의해 상기 표면제어층 각각에 상기 식각저항성에 따라 크기가 서로 다른 제어패턴을 형성하되, 상측 제어패턴에 비해 하측 제어패턴은 확장컷(Extension-cut)을 형성하여 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 단계;
상기 제어패턴이 형성된 복수개의 표면제어층을 마스크로 하여 상기 표면 제어 영역에 제1나노구조체를 형성하는 단계;
상기 표면제어층을 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 표면제어층을 모두 제거하여 상기 기재 상에 제1나노구조체를 형성하거나, 상기 표면제어층을 순차적으로 제거하면서, 잔존 표면제어층을 마스크로 하여 상기 기재의 일부에 상기 제1나노구조체와는 다른 나노구조체를 중첩형성하며,
상기 기재 상부에 형성된 복수개의 표면제어층은 상기 기재로부터 가깝게 형성된 표면제어층에 대해 상대적으로 기재로부터 멀게 형성된 표면제어층의 식각저항성이 더 높은 재료로 형성되고, 상기 복수개의 표면제어층 중 최하층의 표면제어층 외 나머지 표면제어층은 포토레지스트 또는 감광성 금속-유기물 전구체로 이루어지며,
상기 노광 공정에 따른 현상 공정을 수행하고,
이에 연속적 또는 순차적으로 추가적인 현상 공정을 수행하고, 상기 현상 공정 후 또는 추가적인 현상 공정 후, 상기 표면제어층을 건식 식각 또는 습식 식각하여 상기 확장컷을 더욱 확장시키고,
상기 표면제어층의 경화도를 조절하여 상기 표면 제어 영역의 면적을 조절하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.Forming a plurality of surface control layers having different etch resistances on top of a substrate;
Through an exposure process, control patterns having different sizes according to the etching resistance are formed on each of the surface control layers, and an extension-cut is formed in the lower control pattern compared to the upper control pattern to form a surface control region on the substrate. securing;
forming a first nanostructure in the surface control region using the plurality of surface control layers on which the control pattern is formed as a mask;
Including; removing the surface control layer;
The first nanostructure is formed on the substrate by removing all of the surface control layer, or the first nanostructure is formed on a portion of the substrate by using the remaining surface control layer as a mask while sequentially removing the surface control layer. Overlapping other nanostructures,
The plurality of surface control layers formed on the upper part of the substrate are formed of a material having higher etching resistance of the surface control layer formed farther from the substrate than the surface control layer formed close to the substrate, and the lowest layer of the plurality of surface control layers The rest of the surface control layer other than the surface control layer is made of photoresist or photosensitive metal-organic precursor,
Performing a developing process according to the exposure process,
An additional developing process is continuously or sequentially performed, and after the developing process or the additional developing process, the surface control layer is dry-etched or wet-etched to further expand the extended cut,
The method of forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure, characterized in that by adjusting the degree of curing of the surface control layer to control the area of the surface control region.
기재 상부에 제1표면제어층을 형성하는 제1단계;
상기 제1표면제어층 상부에 상기 제1표면제어층에 대해 상대적으로 높은 식각저항성을 갖는 제2표면제어층을 형성하는 제2단계;
노광 공정에 의해 상기 제2표면제어층에 제1제어패턴을 형성하는 제3단계;
상기 제2표면제어층의 제1제어패턴에 연속 또는 순차적으로 상기 제1표면제어층에 형성되며, 상기 제1제어패턴에 대해 확장컷(Extension-cut)을 이루는 제2제어패턴을 형성하는 제4단계;
상기 제1표면제어층의 제2제어패턴에 의해 상기 기재에 표면 제어 영역을 확보하는 제5단계;
상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 제1나노구조체를 형성하는 제6단계;
상기 제2표면제어층 및 상기 제1표면제어층을 제거하여 상기 기재 상에 제1나노구조체를 형성하거나, 상기 제2표면제어층을 제거하고 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 제2나노구조체를 형성하고, 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 제거하여 상기 기재 상에 제1나노구조체 및 제2나노구조체로 이루어진 복합 나노구조체를 형성하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 1, wherein the method of forming the surface-controlled three-dimensional nanostructure,
A first step of forming a first surface control layer on a substrate;
a second step of forming a second surface control layer having a relatively high etching resistance with respect to the first surface control layer on the first surface control layer;
a third step of forming a first control pattern on the second surface control layer by an exposure process;
A second control pattern formed on the first surface control layer in succession or sequentially to the first control pattern of the second surface control layer and forming an extension-cut with respect to the first control pattern. Step 4;
a fifth step of securing a surface control area on the base material by means of a second control pattern of the first surface control layer;
a sixth step of forming a first nanostructure in the surface control region using the second surface control layer on which the first control pattern is formed and the first surface control layer on which the second control pattern is formed as a mask;
The second surface control layer and the first surface control layer are removed to form a first nanostructure on the substrate, or the second surface control layer is removed and the first surface control layer on which the second control pattern is formed is formed. A composite nanostructure composed of the first nanostructure and the second nanostructure is formed on the substrate by forming a second nanostructure in the surface control region as a mask and removing the first surface control layer on which the second control pattern is formed. A method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure comprising a; seventh step of forming a.
상기 제3단계의 노광 공정에 따른 현상 공정을 수행하고, 이에 연속적 또는 순차적으로 추가적인 현상 공정을 수행하여 상기 제2제어패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 3, wherein the fourth step,
A method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure, characterized in that the second control pattern is formed by performing a developing process according to the exposure process of the third step and performing an additional developing process continuously or sequentially.
상기 현상 공정 후 또는 추가적인 현상 공정 후, 상기 제1표면제어층을 건식 식각 또는 습식 식각하여 상기 확장컷을 더욱 확장시킨 제2제어패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 5, wherein the fourth step,
After the developing process or after the additional developing process, the first surface control layer is dry-etched or wet-etched to form a second control pattern further expanding the extended cut. Method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure.
상기 제2표면제어층의 제1제어패턴의 배열 형태에 따라 배열 형태가 결정되거나,
또는 상기 제2표면제어층의 제1제어패턴 간 거리에 의해 패턴의 형상이 조절되는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 3, wherein the second control pattern of the first surface control layer,
The arrangement form is determined according to the arrangement form of the first control pattern of the second surface control layer;
Alternatively, the surface-controlled three-dimensional nanostructure formation method, characterized in that the shape of the pattern is adjusted by the distance between the first control patterns of the second surface control layer.
상기 제4단계의 확장컷을 이루는 제2제어패턴의 면적 변화를 통하여 상기 표면 제어 영역의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 3, wherein the fifth step,
The method of forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure, characterized in that the size of the surface control region is adjusted by changing the area of the second control pattern constituting the extended cut of the fourth step.
화학적으로 합성된 단일 금속 나노구조체 또는 화학적으로 합성된 2종 이상의 금속 나노구조체,
또는 상기 기재와는 표면 특성이 다른 특성제어 박막층을 단층 또는 다층으로 형성한 나노구조체인 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 3, wherein the first nanostructure,
A chemically synthesized single metal nanostructure or two or more chemically synthesized metal nanostructures,
Or a method of forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure, characterized in that a nanostructure formed by forming a single or multi-layered property-controlled thin film layer having a surface property different from that of the substrate.
상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 상기 기재와는 표면 특성이 다른 특성제어 박막층을 단층 또는 다층으로 제1나노구조체와,
상기 제2표면제어층을 제거하고 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 상기 제1나노구조체와 중첩형성된 금속 나노구조체로 이루어진 제2나노구조체로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 3, wherein the composite nanostructure,
Using the second surface control layer having the first control pattern and the first surface control layer having the second control pattern as a mask, a single or multi-layer property control thin film layer having a surface property different from that of the substrate is placed in the surface control region With the first nanostructure,
A second nanostructure composed of a metal nanostructure overlapped with the first nanostructure in the surface control region by removing the second surface control layer and using the first surface control layer formed with the second control pattern as a mask. A method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure, characterized in that.
상기 제1제어패턴이 형성된 제2표면제어층 및 상기 제2제어패턴이 형성된 제1표면제어층을 식각 마스크로 하여, 상기 표면 제어 영역에 식각패턴을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 3, after the fifth step,
Surface control 3, characterized in that an etching pattern is additionally formed in the surface control region by using the second surface control layer on which the first control pattern is formed and the first surface control layer on which the second control pattern is formed as an etching mask Method for forming dimensional nanostructures.
상기 식각패턴에 대응하여 형성된 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 11, wherein the first nanostructure and the composite nanostructure,
A method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure, characterized in that formed in response to the etching pattern.
건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 같은 단일 식각 공정에 의해 형성되거나,
건식 식각 공정 후 습식 식각 공정 또는 습식 식각 공정 후 건식 식각 공정과 같은 복합 식각 공정 중 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 11, wherein the etching pattern,
formed by a single etching process such as a dry etching process or a wet etching process;
A method for forming a surface-controlled three-dimensional nanostructure, characterized in that it is formed by any one of a complex etching process such as a wet etching process after a dry etching process or a dry etching process after a wet etching process.
광전소자의 최상부층에 형성된 n형 반도체층 또는 p형 반도체층인 것을 특징으로 하는 표면 제어 3차원 나노구조체 형성방법.The method of claim 3, wherein the substrate,
A surface-controlled three-dimensional nanostructure formation method, characterized in that the n-type semiconductor layer or p-type semiconductor layer formed on the uppermost layer of the photoelectric device.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |