KR102620769B1 - 크기 제어가 가능한 갭을 갖는 플렉서블-제로갭 기판, 이의 제조 방법, 및 이의 용도 - Google Patents
크기 제어가 가능한 갭을 갖는 플렉서블-제로갭 기판, 이의 제조 방법, 및 이의 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유연 기판(10), 및 상기 유연 기판(10) 상의 제1 금속층(20)과 제2 금속층(30)을 포함하고, 여기서, 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)은 서로 측면이 인접하고, 이들 인접하는 측면 사이의 갭(gap)(G)은 상기 유연 기판(10)에 물리적 힘이 가해졌을 때 상기 물리적 힘에 따라 그의 크기가 변하는 것인 플렉서블-제로갭 기판(100)을 제공한다. 본 발명의 기판은, 인접 두 금속층의 접촉부 사이에서 일어나는 계면 벌어짐에 의해 생기는 트렌치를 활용하는 것이다. 계면 벌어짐을 이용하기 때문에 트렌치의 폭 (즉, 갭)을 0 에서 수 μm 까지 연속 조절이 가능하고, 조절 단위가 원자 단위 정도인 옹스트롬 또는 그 이하의 크기로 미세 조절이 가능하다. 한번 형성된 트렌치는 반복적으로 열렸다가 닫힐 수 있어서 반복 사용이 가능하다. 본 발명의 기판은 쉐도우 마스크, 포토 마스크, 마이크로웨이브 또는 테레헤르츠파 스위치 및 안테나, 마이크로웨이브 차폐제, 구조 역학적 기억 소자, 저항 메모리 소자, 양자 저항 기반 소자, 물질 특성 관측 플랫폼, 광화학 분석 플랫폼, 초미세 먼지 및 가스 센서, 바이러스 검출기, 나노바이오센서, 분자전자공학 플랫폼, 나노와이어 제작 플랫폼, 또는 단일원자체인 제작 플랫폼을 제작하는데 활용될 수 있다.
Description
본 발명은 크기 제어가 가능한 갭을 갖는 플렉서블-제로갭 기판, 이의 제조 방법, 및 이의 용도에 관한 것이다.
테라헤르츠파(Terahertz wave)는 마이크로파와 적외선의 중간 영역에 위치하는 전자기파이다. 테라헤르츠파 대역은 빛의 직진성과 전자기파의 투과성을 모두 가지고 있으며, 마이크로파나 광파가 투과할 수 없는 물질을 쉽게 투과하는 특성을 가지고 있다. 이에 따라, 테라헤르츠파는 의료, 보안, 검역, 물질관리, 통신 등의 많은 분야에서 적용되고 있으며, 특히 의료 영상 및 무선 통신 분야에서 전자기파를 이용한 정보전달시에 활용된다. 이러한 통신 및 영상기술에서 다양한 정보를 전달하기 위해서는 전자기파의 진폭을 변조하는 기술이 필요하며, 이러한 변조 방법 중 하나는 대역 필터에 설치되는 두 평행 금속판 사이의 갭을 제어하여 그 갭의 크기에 따라 차단되는 공진 주파수 대역이 달라지게 하는 것이다. 그러나, 이러한 갭을 미세하게 제어하는 기술은 아직 미흡하다.
또한, 반도체 분야에 있어서도 고밀도 집적화에 대한 요구가 항상 존재해 왔으나 최근에는 빅데이터, 인공 지능 등의 신규 응용 분야에서 고속 대용량 저장 솔루션용 데이터 처리를 요구함에 따라 반도체의 대용량화 및 초미세화 성능 구현을 더욱 필요로 하고 있다. 이를 위해 미세 선폭을 제공하는 포토마스크가 필요하나, 이러한 포토마스크의 선폭은 고정되어 있어서 하나의 포토마스크로 다양한 크기의 미세 선폭을 용도에 맞추어 제공하기는 어렵다. 이러한 문제점은 OLED 제조에 필수적으로 사용되는 쉐도우 마스크에도 유사하게 적용되는데, 목적하는 해상도에 맞는 다양한 크기의 화소를 하나의 쉐도우 마스크로 제공하기는 곤란하다.
본 발명의 일 목적은 갭을 0 에서부터 수 마이크론까지 다양한 크기로 제어할 수 있고, 이를 피코 미터 수준의 미세조정이 가능한 플렉서블-제로갭을 갖는 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 상기 플렉서블-제로갭 기판을 손쉽게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 일 목적은 미세하게 제어 가능한 갭을 제공하는 본 발명의 플렉서블-제로갭을 활용할 수 있는, 플렉서블-제로갭의 다양한 용도를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 유연 기판(10), 및 상기 유연 기판(10) 상의 제1 금속층(20)과 제2 금속층(30)을 포함하고, 여기서, 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)은 서로 측면이 인접하고, 이들 인접하는 측면 사이의 갭(gap)(G)은 상기 유연 기판(10)에 물리적 힘이 가해졌을 때 상기 물리적 힘에 따라 그의 크기가 변하는 것인 플렉서블-제로갭 기판(100)이 제공된다.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, (a) 유연 기판(10) 상에 제1 금속층(20)을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 금속층(20)을 패터닝하는 단계; 및 (c) 상기 패터닝된 제1 금속층들(20) 사이의 트렌치 내부에 제2 금속층(30)을 형성하는 단계를 포함하는, 전술한 바와 같은 플렉서블-제로갭 기판(100)의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 일 양태에 따르면, 전술한 바와 같은 플렉서블-제로갭 기판을 이용하여 제작된 쉐도우 마스크, 포토 마스크, 마이크로웨이브 또는 테레헤르츠파 대역 스위치 및 안테나, 마이크로웨이브 차폐제, 구조 역학적 기억 소자, 저항 메모리 소자, 양자 저항 기반 소자, 물질 특성 관측 플랫폼, 광화학 분석 플랫폼, 초미세 먼지 및 가스 센서 바이러스 검출기, 나노바이오센서, 분자전자공학 플랫폼, 나노와이어 제작 플랫폼, 또는 단일원자체인 제작 플랫폼이 제공된다.
본 발명에 따른 플렉서블-제로갭 기판은, 유연 기판에 물리적인 힘을 가할 때, 인접하는 두 금속층의 접촉부 사이에서 일어나는 경계면 벌어짐을 이용하여 생기는 트렌치를 활용하기 위한 것이다. 따라서, 유연 기판 위에 두 인접 금속층이 목적하는 형태의 패턴을 갖도록 패터닝하여 형성하고, 유연 기판을 늘리거나 구부리면서 두 금속층 사이에 형성되는 트렌치 패턴을 활용할 수 있다. 또한, 벌어짐을 이용하기 때문에 트렌치의 폭을 0 에서 수 μm 까지 연속적으로 조절이 가능하고, 트렌치의 조절 단위가 심지어는 원자 단위 정도인 옹스트롬 또는 그 이하의 크기로 미세 조절이 가능하다. 구체적으로, 기판을 실제 1 μm 내지 10 cm 정도로 움직여서 트렌치 폭의 해상도 1 pm 정도로 미세 조절이 가능하다. 따라서 나노 구조의 소자들의 크기를 더 미세하고 정교하게 제어가 가능하며 원자 단위까지 더욱 쉽게 조절하게 될 수 있다. 또한, 한번 형성된 트렌치는 반복적으로 닫혔다가 열릴 수가 있어서 반복 사용이 가능하다. 제조 방법에 있어서도 처음부터 트렌치를 형성시키는 것이 아니기 때문에 제조 단계가 감소하므로 대량화 생산에 더욱 적합하다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판의 정면도 (도 1의 (a)) 및 상기 플렉서블-제로갭 기판을 늘리는 물리적 힘을 인가했을 때의 사용 양태를 모식적으로 보여주는 모식도 (도 1의 (b))이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판의 사시도 (도 2의 (a)와 (b)) 및 상기 플렉서블-제로갭 기판을 구부리는 물리적 힘을 인가했을 때의 사용 양태를 모식적으로 보여주는 모식도 (도 2의 (c))이다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판에 물리적 힘을 인가했을 때 형성된 트렌치를 확대하여 보여주는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판에서 금속층의 패터닝에 의해 형성된 패턴의 예를 보여주는 상면도이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판의 제조 방법의 예를 보여주는 흐름도이다.
도 6은 실시예에서 제작한 기판에 물리적 힘을 가하지 않았을 때의 기판 이미지 및 물리적 힘을 가하였을 때의 기판 이미지를 보여준다.
도 7은 실시예에서 제작한 기판에 물리적 힘을 가함에 따른 15 GHz 마이크로웨이브 영역에서의 투과도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판의 사시도 (도 2의 (a)와 (b)) 및 상기 플렉서블-제로갭 기판을 구부리는 물리적 힘을 인가했을 때의 사용 양태를 모식적으로 보여주는 모식도 (도 2의 (c))이다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판에 물리적 힘을 인가했을 때 형성된 트렌치를 확대하여 보여주는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판에서 금속층의 패터닝에 의해 형성된 패턴의 예를 보여주는 상면도이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판의 제조 방법의 예를 보여주는 흐름도이다.
도 6은 실시예에서 제작한 기판에 물리적 힘을 가하지 않았을 때의 기판 이미지 및 물리적 힘을 가하였을 때의 기판 이미지를 보여준다.
도 7은 실시예에서 제작한 기판에 물리적 힘을 가함에 따른 15 GHz 마이크로웨이브 영역에서의 투과도를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다, "함유"한다, "가지다"라고 할 때, 이는 특별히 달리 정의되지 않는 한, 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술한 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
층, 막 등의 어떤 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 또는 "바로 상에" 있어서 어떤 부분과 다른 부분이 서로 접해 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 존재하는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 또는 "바로 상에" 있다고 할 때는 중간에 다른 부분이 없는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "플렉서블-제로갭"은 크기가 0 (zero) 에서부터 예를 들어 수 마이크론까지 다양하게 제어될 수 있는 갭(gap)을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 "플렉서블-제로갭 기판"은 전술한 바와 같은 플렉서블-제로갭이 형성된, 임의 형태 및 크기의 기판을 의미한다.
이하에서는 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 플렉서블-제로갭 기판(100)에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 유연 기판(10), 및 상기 유연 기판(10) 상의 제1 금속층(20)과 제2 금속층(30)을 포함하고, 여기서, 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)은 서로 측면이 인접하고, 이들 인접하는 측면 사이의 갭(gap)(G)은 상기 유연 기판(10)에 물리적 힘이 가해졌을 때 상기 물리적 힘에 따라 그의 크기가 변하는 것인 플렉서블-제로갭 기판(100)이 제공된다.
상기 유연 기판(10)은 신축성이 있는 유연한 재료로 만들어진 것일 수 있으며, 여기서 상기 재료는 금속 증착과 같은 박막 형성 공정을 견딜 수 있고 신축성 및 유연성이 있는 재료라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 유연 기판(10)은 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌텔프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 에코플렉스(ecoflex), 및 스테인리스 스틸 테이프로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 것일 수 있다.
상기 유연 기판(10) 상에 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)은 서로 마주보는 측면이 인접하도록 형성된다. 이에 따라 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)은 직접 접촉하여 이들 사이의 갭(gap)은 원칙적으로 0 이다.
다만, 상기 유연 기판(10)은 전술한 바와 같이 신축성 및 유연성이 있으므로, 상기 유연 기판(10)에 물리적 힘이 인가됨에 따라 상기 갭의 크기는 상기 물리적 힘에 따른 가변성을 가지게 된다. 여기서, 상기 물리적 힘은 상기 유연 기판을 늘리거나(도 1의 (b)) 구부리는 힘(도 2의 (c))을 의미할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)은 얇은 금속 박막의 제한적인 유연성으로 인해, 유연 기판(10)을 늘리거나 구부리면 이들 제1, 제2 금속층(20, 30) 사이의 결합력이 상대적으로 약한 계면(interface)을 기준으로 갭(G)의 크기가 증가한다. 이에, 상기 계면 벌어짐으로 인해, 인접한 제1, 제2 금속층(20, 30) 사이의 갭(G)이 0 초과로 되고, 상기 제1, 제2 금속층(20, 30) 사이에 트렌치(trench, T)가 형성되게 된다. 상기 갭의 크기 (즉, 트렌치의 폭)은 유연 기판에 가해지는 물리적 힘이 강하여 유연 기판이 많이 늘어나거나 구부려지면 함께 커질 것이다.
이에 따라, 상기 유연 기판(10)에 물리적 힘이 가해지지 않았을 때 제1 금속층(20)과 제2 금속층(30)의 인접하는 측면 사이의 갭(G)은 0 (zero)가 될 수 있는 반면, 상기 유연 기판(10)에 물리적 힘이 가해졌을 때에는 서로 인접하는 제1 금속층(20)과 제2 금속층(30) 사이의 접촉부에서 벌어짐이 발생하여 상기 갭(G)은 0 초과로 될 수 있다.
상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층 (30)은 서로 동일하거나 상이한 재료로 된 것일 수 있고, 구체적으로는 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)은 서로 동일한 재료로 된 것일 수 있다. 여기서 금속은 단일 금속 뿐만 아니라 2종 이상의 금속의 합금 또는 금속을 포함하는 반도체 (예를 들어 ITO, GaAs, VO2 등)일 수도 있다. 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층 (30)은, 예를 들어 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 백금(Pt), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 인듐(In), 주석(Sn), 및 갈륨(Ga) 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속을 함유하는 재료로 된 것일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)은 동일하게 금(Au)으로 된 것일 수 있다.
상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)은 각각 독립적으로, 10 ㎚ 내지 10 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제1 금속층(20)과 상기 제2 금속층(30)의 두께는 서로 동일할 수 있지만 서로 상이하여도 된다. 복수의 상기 제1 금속층(20)과 복수의 상기 제2 금속층(30) 사이의 계면, 즉, 복수의 갭들에서 각 갭 사이의 간격은 10 nm 부터 1 cm의 범위를 가질 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 유연 기판에 물리적 힘이 인가되었을 때 갭이 0 초과로 되면서 형성되는 트렌치 및 트렌치의 폭 (즉, 갭의 크기)의 조절에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이 본 발명은 계면 벌어짐을 이용하는 것을 특징으로 하기 때문에 갭의 크기, 즉, 트렌치의 폭의 조절이 원자 단위 정도인 옹스트롬 또는 그 이하의 크기로 미세 조절이 가능하다. 구체적으로, 상기 플렉서블-제로갭 기판(100)의 유연 기판(10)에 물리적 힘이 가해졌을 때 갭(G)이 0 초과로 되면서 형성되는 트렌치(T)는 피코미터 단위로 조절이 가능하고, 이에 따라 상기 트렌치(T)의 폭(W)은 1 pm 또는 그 이상일 수 있다. 상기 유연 기판(10)에 가해지는 물리적 힘의 정도에 따라 갭(G)의 크기, 즉, 트렌치(T)의 폭(W)은 1 pm 내지 1 ㎛의 범위로 될 수 있다.
상기 트렌치(T)는 유연 기판(10)의 변형으로 인해 폭(W)이 조정되는데, 기판의 실제 움직인 거리는 1 ㎛ 내지 10 cm 정도이지만, 조절되는 트렌치(T)의 폭(W)은 해상도가 1 pm 정도로 미세 조절이 가능하다. 즉, 1 nm 이하의 미시적 거리를 거시적 거리로 조절할 수 있는 것이다. 이에 따라서, 나노 구조의 소자들의 크기를 더 미세하고 정교하게 제어하는 것이 가능해지며, 원자 단위까지 더욱 쉽게 조절하게 될 것이다.
상기 트렌치(T)는 높이(H)가 10 ㎚ 내지 10 ㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 트렌치(T)는, 패턴화된 제1 금속층(20)과 제2 금속층(30)의 개수에 따라 복수 개로 형성될 수 있고, 이 때 상기 복수의 트렌치(T) 간의 간격은 10 ㎚ 내지 1 ㎝일 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 플렉서블-제로갭 기판에서 금속층의 패터닝에 의해 형성된 패턴의 예를 보여주는 상면도이다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 물리적 힘의 인가시 두 인접 금속층 간의 계면에서 금속 벌어짐이 발생하여 트렌치가 형성된다. 따라서, 금속층의 형성 시에 금속층을 패터닝하여 두 금속층(20, 30) 사이의 계면이 패턴을 형성하도록 기판을 제조하면 트렌치가 해당 패턴의 모양으로 형성될 수 있게 된다. 상기 트렌치, 즉, 금속층간 계면을 따라 형성된 패턴의 모양은 예를 들어, 1차원적인 줄무늬(stripe) 형태의 패턴 (도 4의 (a) 참조)일 수도 있고, 격자 형태의 패턴 (도 4의 (b) 참조)일 수도 있으며, 이의 변형을 통한 보타이 갭 안테나(bowtie gap antenna) 등의 구조도 가능하다.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, (a) 유연 기판(10) 상에 제1 금속층(20)을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 금속층(20)을 패터닝하는 단계; 및 (c) 상기 패터닝된 제1 금속층들(20) 사이의 트렌치 내부에 제2 금속층(30)을 형성하는 단계를 포함하는, 플렉서블-제로갭 기판(100)의 제조 방법이 제공된다.
상기 제조 방법은 당업계에 공지된 통상의 공정을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 (a) 단계와 (b) 단계는 패터닝된 제1 금속층(20)을 형성하는 단계로서, 이는 통상의 포토리소그래피, 전자빔 리소그래피 방식, 또는 리프트-오프 방식을 사용하여 수행될 수 있다.
도 5를 참조하여 보다 구체적인 예를 들어 설명하면, 먼저, (a) 단계 (도 5의 (1))에서, 유연 기판(10) 상에 제1 금속층(20)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제1 금속층(20)의 형성은 열 증착, 이온빔 증착, 또는 스퍼터링 증착과 같은 통상적인 증착 방식을 이용하여 수행될 수 있으며, 만약에 용액 공정을 수행할 수 있는 금속계 물질이라면 스핀 코팅, 딥 코팅과 같은 용액 공정에 의해 형성될 수도 있다.
다음으로, (b) 단계 (도 5의 (2))에서, 상기 제1 금속층(20)을 목적하는 패턴이 형성되도록 패터닝할 수 있다. 예를 들어, 전술한 (a) 단계에서 유연 기판(10) 상에 형성된 제1 금속층(20) 상에 포토레지스트층 (40)을 도포하고, 상기 포토레지스트층(40)을 현상제로 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하고 에칭하여 패터닝된 제1 금속층(20)을 얻을 수 있다.
다음으로, (c) 상기 패터닝된 제1 금속층들(20) 사이의 트렌치 내부에 제2 금속층(30)을 형성하는 단계가 수행된다. 상기 제2 금속층(30)의 형성은 상기 패터닝된 제1 금속층들(20)의 측면에 제3의 층(예: 스페이서)이 개입되지 않고 제1 금속층(20)의 측면과 인접하도록 제2 금속층 (30)이 형성한다.
상기 제2 금속층(30)의 형성을 수행하는 공정 방식은 특별히 제한되지 않으며, 포토리소그래피, 전자빔 리소그래피, 리프트-오프 공정과 같은 일반적인 리소그래피 방식이나 접착 테이프를 이용하는 공정에 의해 수행될 수 있다.
상기 접착 테이프를 이용하는 공정은 예를 들어, 제2 금속층을 제1 금속층과 트렌치 내부에 형성한 후에 제1 금속층 상의 제2 금속층은 접착 테이프로 떼어내는 공정일 수 있다. 이 때, 필요한 경우, 제2 금속층은 제1 금속층보다 두께가 더 작도록 형성될 수 있다.
상기 리소그래피 방식에 대해 도 5의 (3) 및 (4)를 참조하여 구체적인 예를 들면, 제1 금속층(20)과 포토레지스트층(40) 상에 및 트렌치 내부에 제2 금속층(30)을 형성한다. 여기서 상기 제2 금속층의 형성은 예를 들어, 열 증착, 이온빔 증착, 또는 스퍼터링 증착과 같은 일반적인 증착 방식을 이용할 수도 있고, 만약 용액 공정을 수행할 수 있는 금속계 물질이라면 스핀 코팅, 딥 코팅과 같은 용액 공정으로 형성될 수도 있다. 다음으로, 제1 금속층(20) 상의 포토레지스트층(40)을 리프트-오프하여 제거함으로써 플렉서블-제로갭 기판(100)을 제조할 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 플렉서블-제로갭 기판(100)은 상기 제1 금속층(20)을 패터닝한 후, 포토레지스트층(40)을 제거하고, 제2 금속층 (30)을 상기 제1 금속층(20) 상에 및 트렌치 내부에 형성시킨 후, 상기 제1 금속층(20) 상에 형성된 제2 금속층(30)을 별도로 제거하지 않고 바로 플렉서블-제로갭 기판(100)으로 제조, 사용할 수도 있다.
본 발명의 플렉서블-제로갭 기판(100)은 갭의 폭을 0 에서 연속적으로 변화시킬 수 있으므로, 마이크로웨이브 또는 테라헤르츠파 영역에서 스위치 및 안테나, 마이크로웨이브 차폐제, 구조 역학적 기억 소자, 저항 메모리 소자, 양자 저항 기반 소자, 쉐도우 마스크, 포토 마스크, 물질 특성 관측 플랫폼, 광화학 분석 플랫폼, 초미세 먼지 및 가스 센서, 바이러스 검출기, 나노바이오센서, 분자전자공학 플랫폼, 나노와이어 제작 플랫폼 및 단일원자체인 제작 플랫폼으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 제작하는데 사용될 수 있다.
구체적으로, 금속 박막의 특성은 변형의 방향이나 크기를 제어함으로써 계면 벌어짐을 통해 폭 조절이 가능한 트렌치의 형성이 가능하게 해준다. 이렇게 한번 형성된 트렌치는 결정(crystal)의 경계(boundary)처럼 한 기준이 되어 반복적으로 닫혔다가 열릴 수 있고, 이 과정에서 새로운 트렌치는 형성되지 않는다. 또한 트렌치가 닫힐 때와 열릴 때 금속 박막을 통해 흐르는 전류의 히스테리시스(hysteresis)가 발견되므로 본 발명의 플렉서블-제로갭 기판은 기억 소자를 제조하는데 사용될 수 있는 것이다. 다른 구체적 예로, 본 발명의 플렉서블-제로갭 기판은 필요에 따라 유연 기판의 일부를 제거함으로써 프리 스탠딩 금속층의 어레이를 형성할 수 있고, 이를 쉐도우 마스크 또는 포토 마스크로 사용할 수 있다.
이에, 본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명의 플렉서블-제로갭을 이용하여 제작된 쉐도우 마스크, 포토 마스크, 마이크로웨이브 또는 테레헤르츠파 스위치, 마이크로웨이브 차폐제, 구조 역학적 기억 소자, 저항 메모리 소자, 양자 저항 기반 소자, 물질 특성 관측 플랫폼, 광화학 분석 플랫폼, 초미세 먼지 및 가스 센서, 바이러스 검출기, 나노바이오센서, 분자전자공학 플랫폼, 나노와이어 제작 플랫폼, 또는 단일원자체인 제작 플랫폼이 제공된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠다. 실시예는 발명의 설명을 위해 제시되는 것이므로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
15.8 mm X 7.90 mm 크기의 PET 기판 위에 슬릿 어레이 구조를 갖는 금 박막의 플렉서블-제로갭 기판을 제작하였다.
상기 제작한 기판에 물리적 힘을 가하지 않았을 때의 기판 이미지 및 기판에 구부리는 힘을 가했을 때의 기판 이미지를 도 6에 나타내었다. 도 6으로부터 기판에 물리적 힘을 가하지 않은 경우에는 갭의 크기가 0 이었으나, 물리적 힘을 가함에 따라 갭의 크기가 0 초과로 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 제작한 기판의 변형으로 인한 갭 크기 조절을 통해 12~18 GHz의 마이크로웨이브 영역에서 투과가 제어됨을 확인하였으며, 도 7에 기판을 구부린 거리에 따른 15 GHz 주파수에서의 투과도를 그래프로 표시하여 나타내었다. 갭이 0인 경우 투과되는 마이크로웨이브 파는 관측되지 않으며, 기판을 구부릴수록 갭 폭이 점점 증가되어 마이크로웨이브의 투과가 점차 증가한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 플렉서블-제로갭 기판
10: 유연 기판
20: 제1 금속층
30: 제2 금속층
40: 포토레지스트층
G: 갭
T: 트렌치
W: 폭
H: 높이
10: 유연 기판
20: 제1 금속층
30: 제2 금속층
40: 포토레지스트층
G: 갭
T: 트렌치
W: 폭
H: 높이
Claims (17)
- 유연 기판, 및 상기 유연 기판 상의 제1 금속층과 제2 금속층을 포함하고,
여기서, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 서로 측면이 인접하고,
이들 인접하는 측면 사이의 갭(gap)은 상기 유연 기판에 상기 유연 기판을 늘리거나 구부리는 물리적 힘이 가해졌을 때 상기 물리적 힘에 따라 그의 크기가 변하고,
상기 물리적 힘이 가해지지 않았을 때 상기 갭은 0 (zero)이면서 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 계면(interface)을 형성하고,
상기 제1 금속층은 리소그래피 방식, 또는 리프트-오프 방식을 사용하여 형성되고,
상기 제2 금속층은 리소그래피 방식, 리프트-오프 방식, 또는 접착 테이프를 사용하여 형성되는 것인 플렉서블-제로갭 기판. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 물리적 힘이 가해졌을 때 서로 인접하는 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이의 접촉부에서 계면(interface) 벌어짐이 발생하여 상기 갭이 0 초과로 되는 것을 특징으로 하는 플렉서블-제로갭 기판. - 제1항에 있어서,
상기 물리적 힘이 가해졌을 때 상기 갭은 0 초과로 되어 트렌치(trench)를 형성하고, 상기 트렌치의 폭은 1 pm 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 플렉서블-제로갭 기판. - 제4항에 있어서,
상기 트렌치는 높이가 10 ㎚ 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 플렉서블-제로갭 기판. - 제1항에 있어서,
상기 물리적 힘의 정도에 따라 상기 갭의 크기는 1 pm 내지 1 ㎛ 의 범위로 되는 것을 특징으로 하는 플렉서블-제로갭 기판. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유연 기판은 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌텔프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 에코플렉스(ecoflex), 및 스테인리스 스틸 테이프로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블-제로갭 기판. - 제1항에 있어서,
상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은 서로 동일하거나 상이한 재료로 된 것일 수 있고, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 백금(Pt), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 인듐(In), 주석(Sn), 및 갈륨(Ga) 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속을 함유하는 재료로 된 것을 특징으로 하는 플렉서블-제로갭 기판. - 제9항에 있어서,
상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 서로 동일한 재료로 된 것을 특징으로 하는 플렉서블-제로갭 기판. - 제1항에 있어서,
상기 플렉서블-제로갭 기판은 마이크로웨이브 또는 테라헤르츠파 대역 스위치 및 안테나, 마이크로웨이브 차폐제, 구조 역학적 기억 소자, 저항 메모리 소자, 양자 저항 기반 소자, 쉐도우 마스크, 포토 마스크, 물질 특성 관측 플랫폼, 광화학 분석 플랫폼, 초미세 먼지 및 가스 센서, 바이러스 검출기, 나노바이오센서, 분자전자공학 플랫폼, 나노와이어 제작 플랫폼 및 단일원자체인 제작 플랫폼으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 제작하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 플렉서블-제로갭 기판. - (a) 유연 기판 상에 제1 금속층을 형성하는 단계;
(b) 상기 제1 금속층을 패터닝하는 단계; 및
(c) 상기 패터닝된 제1 금속층들 사이의 트렌치 내부에 제2 금속층을 형성하는 단계를 포함하는, 제1항에 따른 플렉서블-제로갭 기판의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 (c) 단계는 상기 패터닝된 제1 금속층들의 측면에 제3의 층이 개입되지 않고 제1 금속층의 측면과 인접하도록 제2 금속층이 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 (c) 단계는 포토리소그래피, 전자빔 리소그래피, 리프트 오프 공정, 또는 접착 테이프를 이용하는 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제1항에 기재된 플렉서블-제로갭 기판을 이용하여 제작된 쉐도우 마스크.
- 제1항에 기재된 플렉서블-제로갭 기판을 이용하여 제작된 마이크로웨이브 또는 테라헤르츠파 대역에서의 스위치.
- 제1항에 기재된 플렉서블-제로갭 기판을 이용하여 제작된 마이크로웨이브 또는 테라헤르츠파 대역에서의 안테나.
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