KR102680642B1 - 비드에 기초하여 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물 및 나노 구조물의 제작 방법 - Google Patents

비드에 기초하여 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물 및 나노 구조물의 제작 방법 Download PDF

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Abstract

비드를 이용한 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물 및 나노 구조물의 제작 방법이 개시된다. 나노 구조물은 기판; 상기 기판의 상단에 원형의 디스크와 상기 디스크의 주변에 육각형의 망이 배치되고, 상기 디스크와 망은 나노 사이즈의 갭만큼 이격될 수 있다.

Description

비드에 기초하여 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물 및 나노 구조물의 제작 방법 {NANO STRUCTURE COMPOSING DISK AND MESH BASED ON BEAD AND MANUFACTURING METHOD OF NANO STRUCTURE}
나노 갭을 가지는 나노 구조물은 다양한 용도로 사용된다. 기존의 나노 구조물은 나노-삼각형, 나노-홀, 나노-디스크 구조와 같이 다양한 형태로 제작되었다. 나노 구조물은 화학인자, 바이오 분자, 질병 표지 인자 등 다양한 물질과 흡착되며, 이로 인해서 전기적 특성이 변경되어 센서로서 동작할 수 있다.
기존에 알려진 나노 구조물 형태가 아닌 새로운 형태의 나노 구조물을 통해 좀더 효율적인 센서를 제작하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 비드에 기초하여 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물 및 나노 구조물의 제작 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 나노 구조물은 기판; 상기 기판의 상단에 원형의 디스크와 상기 디스크의 주변에 육각형의 망이 배치되고, 상기 디스크와 망은 나노 사이즈의 갭만큼 이격된다.
상기 디스크 및 망은, 전도성을 가지는 금속 물질로 구성된다.
상기 디스크 및 망은, 상기 기판 위에 증착된 금속 물질에 폐쇄 패킹(closed packing)된 비드를 일정 시간동안 식각함으로써 형성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 나노 구조물의 제작 방법은 기판 위에 금속 물질을 증착하는 단계; 상기 증착된 금속 물질 위에 복수의 비드들을 배치하는 단계; 상기 배치된 복수의 비드들에 반응성 이온 식각을 연속적으로 적용함으로써 상기 복수의 비드들을 디스크 위에 형성된 돔과 망 위에 형성된 기둥으로 변형하는 단계; 상기 복수의 비드들에 대해 반응성 이온 식각을 적용한 이후에, 상기 돔과 기둥 사이에 나노 사이즈의 갭만큼 노출된 금속 물질을 제거하는 단계; 상기 비드로부터 변형된 돔과 기둥을 제거하여 금속 물질로 된 디스크와 망을 노출하는 단계를 포함하고, 상기 디스크는 원형을 나타내고, 상기 망은 육각형을 나타낼 수 있다.
상기 복수의 비드들은, 상기 기판 위에 증착된 금속 물질에 폐쇄 패킹(closed packing)된 형태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 비드에 기초하여 디스크와 망으로 구성된 새로운 형태의 나노 구조물 및 나노 구조물의 제작 방법이 제시된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제1 공정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제2 공정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제3 공정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제4 공정을 나타낸 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제1 공정을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제1 공정과 관련된 평면도(A)와 단면도(B)가 도시된다.
도 1의 평면도(A)를 참고하면, 금속 물질(100)의 상단에 원형을 나타내는 복수의 비드들(101)이 폐쇄적인 패킹(closed packing) 형태로 배치된다. 즉, 구 형태의 복수의 비드들(101)이 서로 이격되지 않고 서로 맞닿도록 배치될 수 있다.
도 1의 단면도(B)를 참고하면, 기판(102) 상단에 금속 물질(100)이 증착되고, 증착된 금속 물질(100) 상단에 구 형태를 가지는 복수의 비드들(101)이 폐쇄적인 패킹(closed packing) 형태로 배치될 수 있다. 일례로, 금속 물질(100)은 금, 은과 같이 전도성이 있는 물질일 수 있다. 구 형태의 비드들(101)은 평면도(A)에서 볼 때 원형으로 표현된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제2 공정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제2 공정과 관련된 평면도(A)와 단면도(B-1, B-2)가 도시된다. 제2 공정은 제1 공정의 결과에서 반응성 이온 식각(Reactive ION Etching: RIE)을 적용하는 과정을 나타낸다. 즉, 도 2는 도 1에서 폐쇄 패킹된 형태로 배치된 복수의 비드들(101)에 반응성 이온 식각을 반복적으로 적용한 결과이다.
도 2의 평면도(A)를 참고하면, 원형의 비드(201)와 육각형의 비드(202)가 배치된다. 육각형의 비드(202)의 내부에 원형의 비드(201)가 위치한다. 육각형의 비드(202)는 망(mesh)과 같은 구조로 형성된다. 원형의 비드(201)는 육각형의 비드(202)로부터 일정 간격만큼 이격된 위치에 배치된다. 여기서, 일정 간격은 도 2의 단면도(B-2)에서 g에 대응한다.
평면도(A)에 도시된 원형의 비드(201)는 도 2의 단면도(B-1) 및 단면도(B-2)에서 돔 형태로 표현된다. 그리고, 평면도(A)에 도시된 육각형의 비드(202)는 도 2의 단면도(B-1) 및 단면도(B-2)에서 기둥 형태로 표현된다.
도 1에서 원형의 복수의 비드들(101)에 반응성 이온 식각을 적용하면, 단면도(B-1)에 도시된 바와 같이 원형의 비드(201)과 육각형의 비드(202)가 이격되지 않고 접촉된 상태가 된다. 도 2의 단면도(B-1)은 도 1의 단면도(B)에 도시된 비드를 반응성 이온 식각을 적용한 경우에 도출된다.
그리고, 도 2의 단면도(B-1)의 결과에서 반응성 이온 식각을 추가적으로 적용하면 도 2의 단면도(B-2)와 같이 도시된다. 도 2의 평면도(A)는 도 2의 단면도(B-2)에 대응한다. 도 2의 단면도(B-1)를 참고하면, 원형의 비드(201)와 육각형의 비드(202)가 접촉된 상태였지만, 추가적인 반응성 이온 식각이 적용됨에 따라 도 2의 단면도(B-2)에 도시된 바와 같이 원형의 비드(201)와 육각형의 비드(202)는 서로 이격될 수 있다.
도 2의 단면도(B-2)를 참고하면, d는 원형의 비드(201)의 직경을 나타낸다. 그리고, d는 차후에 나노 구조물을 구성하는 디스크의 직경이 될 수 있다. 그리고, w는 육각형의 비드(202)의 폭을 나타낸다. 또한, g는 원형의 비드(201)와 육각형의 비드(202) 사이의 간격을 의미하며, 나노 구조물에서 나노 사이즈를 가진다. 반응성 이온 식각의 적용 시간이 길어질수록 w와 d는 감소하고, g는 증가할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제3 공정을 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제3 공정과 관련된 평면도(A)와 단면도(B)가 도시된다. 제3 공정은 제2 공정의 결과에서 금속 물질(303)을 에칭하는 과정을 나타낸다.
도 3의 평면도(A)를 참고하면, 육각형의 비드(302)의 내부에 원형의 비드(301)가 배치될 수 있다. 이 때, 도 3에서 육각형의 비드(302)의 내부에 증착된 금속 물질(303)은 에칭을 통해 제거되고, 기판(300)이 노출된다.
도 3의 단면도(B)를 참고하면, 금속 물질(303)의 에칭을 통해 원형의 비드(301)와 육각형의 비드(302) 사이의 간격에 대응하는 금속 물질(303)이 제거될 수 있다. 그리고, 원형의 비드(301)와 육각형의 비드(302) 사이의 간격만큼 기판(300)이 노출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제4 공정을 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 디스크와 망으로 구성된 나노 구조물을 제작하는 제4 공정과 관련된 평면도(A)와 단면도(B)가 도시된다. 제4 공정은 제3 공정의 결과에서 비드를 제거한 과정을 나타낸다.
도 4의 평면도(A)를 참고하면, 도 2 내지 도 3에서 표현된 비드가 제거된 결과가 도시된다. 원형의 비드의 하단에 배치된 원형의 디스크(401)가 육각형의 망(402) 내부에 배치될 수 있다. 이 때, 원형의 디스크(401)과 육각형의 망(402)은 도 3에 도시된 원형의 비드(301)와 육각형의 비드(302)가 제거됨으로써 형성된다. 그러면, 원형의 디스크(401)와 육각형의 망(402)은 도 3에 도시된 원형의 비드(301)와 육각형의 비드(302)가 제거됨으로써 외부로 노출된 금속 물질로 구성될 수 있다.
도 4의 단면도(B)를 참고하면, 도 3의 단면도(B)에 기재된 비드가 제거된 결과를 나타낸다. 그러면, 금속 물질로 구성된 원형의 디크스(401)와 육각형의 망(402) 사이에 나노 사이즈의 갭이 형성될 수 있다. 그래서, 도 4의 공정을 통해 기판(400) 상에 원형의 디스크(401)와 나노 사이즈의 갭만큼 이격된 위치에 원형의 디스크(401)를 둘러싸는 육각형의 망(402)으로 배치된 나노 구조물이 형성될 수 있다.
본 발명에서 제시하는 나노 구조물에서 원형의 디스크(401)와 육각형의 망(402)이 나노 사이즈의 갭만큼 이격된 위치에 형성된다. 나노 사이즈의 갭은 비드의 식각 과정이 진행되는 정도에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 비드의 식각 시간이 증가할수록 나노 사이즈의 갭은 증가할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 금속 물질
101: 비드
102: 기판

Claims (5)

  1. 나노 구조물에 있어서,
    기판;
    상기 기판의 상단에 원형의 디스크와 상기 디스크의 주변에 육각형의 망이 배치되고,
    상기 디스크와 망은 나노 사이즈의 갭만큼 이격된 나노 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스크 및 망은, 전도성을 가지는 금속 물질로 구성된 나노 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디스크 및 망은,
    상기 기판 위에 증착된 금속 물질에 폐쇄 패킹(closed packing)된 비드를 일정 시간동안 식각함으로써 형성되는 나노 구조물.
  4. 나노 구조물의 제작 방법에 있어서,
    기판 위에 금속 물질을 증착하는 단계;
    상기 증착된 금속 물질 위에 복수의 비드들을 배치하는 단계;
    상기 배치된 복수의 비드들에 반응성 이온 식각을 연속적으로 적용함으로써 상기 복수의 비드들을 디스크 위에 형성된 돔과 망 위에 형성된 기둥으로 변형하는 단계;
    상기 복수의 비드들에 대해 반응성 이온 식각을 적용한 이후에, 상기 돔과 기둥 사이에 나노 사이즈의 갭만큼 노출된 금속 물질을 제거하는 단계;
    상기 비드로부터 변형된 돔과 기둥을 제거하여 금속 물질로 된 디스크와 망을 노출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 디스크는 원형을 나타내고, 상기 망은 육각형을 나타내는 나노 구조물의 제작 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 비드들은,
    상기 기판 위에 증착된 금속 물질에 폐쇄 패킹(closed packing)된 형태로 배치되는 나노 구조물의 제작 방법.
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Title
ACS Nano. 2017, Vol. 11, pp. 7542-7551 (2017.06.06.)*
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