KR20070026370A - 화학적 촉매 작용의 전자기 제어 - Google Patents

화학적 촉매 작용의 전자기 제어 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 촉매 화학 반응을 개시 및/또는 구동하기 위하여, 적어도 사용된 입자의, 여기로서 또한 알려진 적어도 광자-전자 공명을 통해, 적어도 부분적으로 열을 제공하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 어떤 실시예에 의하면, 입자는 나노구조물과 같은 구조물 또는 금속성 구조물이다. 하나 또는 그 이상의 금속성 구조물은 적어도, 하나 또는 그 이상의 입자의 국부화되지 않은 표면 전자와, 특정의 주파수 및/또는 주파수 범위를 갖는 입사 전자기 방사선의 상호 작용의 결과로서 가열된다. 이는, 촉매 화학 반응 온도가 제공되는 방법뿐 아니라, 발생된 열의 공간적 및 시간적 제어를 통해, 나노미터 규모로, 촉매 화학 반응의 제어를 제공한다.
광자-전자 공명, 국부적 열, 전자기 방사선, 촉매 화학 반응, 공명 주파수

Description

화학적 촉매 작용의 전자기 제어{ELECTROMAGNETIC CONTROL OF CHEMICAL CATALYSIS}
<관련 출원>
본 출원은 2003.12.15자 미국 임시 특허출원 제60/529,869호, "정렬된 나노 구조물의 화학 증착 공정:광자-전자 보조 CVD(Process of Chemical Vapor Deposition of Arrayed Nanostructures:Photon-Electron Assisted CVD)"을 우선권 주장의 기초로 하고, 이에 대한 이익을 향유하며, 그 전체를 참조에 의해 본 출원에 편입시킨다.
<분야>
본 발명은, 마이크로 또는 나노 구조물의 국부적(localized) 가열과 그들의 이용 및 응용에 관련된 방법에 관한 것이다. 더 상세하게, 한 국면에 의하면, 여기에 개시된 내용은 또한, 촉매가 가해진 화학 반응에 영향을 끼칠 목적으로 특정의 나노 및 마이크로 구조물의 매우 국부적인 가열을 제공한다. 한 국면에 의하면, 여기에 시사된 바와 같이,적어도 광자-전자 공명의 결과로서 열을 발생하는 하나 또는 복수의 제공된 구조물 상에서 및/또는 근처에서 일어나는 화학 반응을 위 한 열을 제공한다.
대규모의 연속 화학 공정에서 촉매 작용의 이용은 잘 알려져 있다. 많은 촉매 반응이 임계 온도를 갖는다. 선행 기술의 방법은, 대체로 그러한 반응에 열을 공급하기 위하여 거시적인 열원을 사용하며, 대체로 전체에 걸친 대류, 전도, 복사를 수반한다. 그러한 거시적 열원의 예로는, 열선, 오븐, 램프, 또는 가열된 기체가 있다.
그러한 종래의 가열 방법의 이용에는 본래, 촉매, 촉매 근처 및/또는 인가된 열의 온도를 시간적, 공간적으로 모두 제어하는데 어려움이 있다. 예를 들면, 반응은, 그러한 화학 반응이 그 안이나, 위/부근에서 일어나는 주변 용기(vessel)나 기판(substrate)과 관련된 시정수(time constants)에 의해서 각각 결정된 것보다 상당히 적은 소정의 시간동안 일어나도록 하는 것이 바람직할 것이다. 예를 들면, 매우 작은 특정 영역/위치에 필요한 열을 공급하고, 주변 용기 및/또는 챔버(chamber) 및/또는 기판을 가열하지 않을 수 있다면, 이는 사용된 온도 및 촉매에 대한 시간적 제어를 매우 뛰어나게 할 것이며, 이는 다시 말해, 용기나 기판의 열질량(thermal mass)이 무시될 수 있기 때문에, 반응 시간이 현저히 짧아질 수 있다. 또한, 나노미터 및/또는 미크론의 수치로 공간적으로 반응을 국부화하는 것이 바람직할 것이다.
광자를 금속성 나노입자에 결합할 때 발생되는 열은, 다음과 같이 유도될 수 있다: 반경 R인 작은 금속성 구의 분극률 α는 다음과 같이 보여질 수 있다:
Figure 112006051048110-PCT00001
여기서, ε0는 자유 공간 유전 상수(free space dielectric constant)이고, ε는 입자의 유전 상수이며, εm은 나노입자의 유전 상수이다. 공명(resonance)은 다음 조건이 이루어질 때, 시간적으로 변화하고 공간적으로는 정지한 장(field)에서 일어난다.
Figure 112006051048110-PCT00002
이러한 조건은 귀금속으로 충족될 수 있고, 대응하는 나노구조는 스펙트럼의 가시광선 영역에서 광자-전자 공명과 관련된 강한 흡수를 하는 것으로 알려져 있다. "U.K.Kreibig and M.Vollmer's, Optical Properties of Metal Clusters. Springer-Verlag., New York, 1995"의 전체는, 참조에 의하여 본 출원에 편입된다. 공명 주파수(resonance frequency) 부근에서는, 흡수의 크기 증가가 거의 한 차수 정도이다. 입자가 적절한 공명 주파수에서 완전히 흡수하고 있다면, 간단한 슈테판-볼츠만 계산,
Figure 112006051048110-PCT00003
이 선택된 입자 온도를 달성하기 위하여 필요한 힘을 계산할 수 있으며, 여기서 σ는 슈테판-볼츠만 상수이다.
상술한 바와 같이, 국부적인 나노규모 반응은, 다양한 응용 및 분야에 사용 될 수 있는 관련 장치, 구조물, 방법 및 시스템에 꼭 필요한 것임을 알 수 있다.
본 발명의 한 국면에 따르면, 화학 공정에 관련된 기술이 제시된다. 또한, 마이크로 또는 나노 구조물을 제공하는 것과 그 응용이 제시된다. 본 발명은 생명 과학, 화학, 물질 과학, 나노 기술, 전자 공학 등과 같은 다른 분야 및 응용에 이용될 수 있다.
어떤 예시적 실시예에 의하면, 화학 반응에 영향을 미치는 온도는, 적어도, 때때로는 또한 플라즈몬 공명(plasmon resonance)으로서 학술적으로 언급되고 그 기술 분야에 알려져 있는, 광자-전자 상호 작용(interaction)에 의해 제공된 선택적인 국부적 가열에 의해 촉진된다.
단지 하나의 예로서, 한 실시예에 의하면, 본 발명은, 물질의 증착과 관련된 촉매 화학 반응(catalytic chemical reactions)을 개시하거나 촉진시키기 위하여, 열원으로서 나노미터 크기의 구조물에 광자-전자 상호 작용에 의해 발생되는 열을 사용하는 광자-전자 보조 화학 증착법(PACVD)을 제시한다.
예시적인 실시예에 의하면, 반응 생성물은, 단순하게 본 발명의 내용에 따라 광자-전자 상호 작용에 의해 가열되는 가열된 반응물(reactant)일 수 있다. 이러한 방식으로 가열된 반응물은, 원한다면, 추가적 단계 및/또는 공정에 사용될 수 있다. 특히 여기에서 제시된 내용에 따르면, 전자기 방사선(electromagnetic radiation)의 특정의 미리 결정된 주파수 및/또는 주파수 범위의 인가는, 나노미터 크기의 구조물에서 적어도 광자-전자 공명을 여기시키고, 화학 반응이 일어나는 나노미터 크기 구조물의 가열 및 상대적 온도를 제어한다.
예시적인 실시예에 의하면, 레이저는, 적어도 광자-전자 공명을 여기시키기 위해 사용된 전자기 방사선을 제공한다.
예시적인 실시예에 의하면, 본 발명은, 물질을 가열하여 반응을 장려, 촉진 및/또는 개시하기 위하여, 선행 기술에 의해 일반적으로 사용된 것보다 실질적으로 더 낮은 전력 밀도(power density)를 사용하는 나노미터 크기의 구조물을 가열하기 위해, 광자-전자 공명을 선택적으로 구동하는 원하는 전자기 방사선을 제시하기 위하여, 레이저원과 같은 광원 및 종래의 광학의 이용을 제시한다.
예시적인 실시예는, 나노미터 규모로 촉매 기판 상에서 화학적 합성, 증착, 및/또는 분해와 같은 화학 공정의 공간적 제어를 허용한다. 또한, 이는 공정/반응의 온도의 높은 수준의 시간적 제어를 제시한다. 나노미터 크기의 구조물로 입사 전자기 방사선의 흐름을 중단한 결과, 나노미터 크기의 구조물에 매우 급속한 온도 하강을 오게 되며, 이는 다시 말해, 이와 관련하여 발생한 국부적 가열이 약화/감소됨에 따라, 이러한 구조물의 이전에 확립된 광자-전자 공명이 약화/감소된다.
전자기적으로 제어되는 화학적 촉매 작용을 위해 마이크로 또는 나노 구조물을 이용하는 기술이 제시된다. 더욱 상세하게는, 여기에 개시된 내용은, 이미 알려진 촉매 마이크로 구조물의 결합에 기초한 촉매 작용 및 전자기적으로 구동되는 광자-전자 상호 작용에 기초한 가열/온도 제어를 통해, 화학 반응을 강화하는 방법, 시스템, 및 결과 구조물을 제시한다.
예시적 일실시예에 의하면, 본 방법은, 하나 또는 그 이상의 입자 근처에 반응종(예를 들면, Ti(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione), SiH4, 및 GeH4)과 같은, 그러나 이에 한정되지는 않는 반응물 또는 반응물들을 제공하는 단계, 및 미리 선택된 주파수, 다시 말해, 여기에서 하나 또는 복수의 입자와 같은 하나 또는 그 이상의 구조물의 광자-전자 공명 주파수나 표면 전자의 "P-ERF"에 합치하거나 실질적으로 합치하는 주파수를 갖는, (예를 들면, 레이저 원이나, 또는 다른 소스로부터 온) 전자기 방사선으로 하나 또는 그 이상의 입자를 조사하는(irradiating) 단계를 포함한다. "근처(adjacent)"라는 용어는, 한 대상과 다른 것 사이의 실제적인 접촉을 포함한 것이다. 여기에서 개시된 바와 같이, 반응물은, 적어도 광자-전자 공명의 여기에 의해 제공된 열에 노출된 결과로서 일어나는 반응을 겪거나 그 일부가 될 수 있는 어떠한 원소나 화합물일 수 있다. 적어도 선택 온도(즉, 반응 온도)로의 하나 또는 그 이상의 입자의 온도 증가는, 미리 선택된 주파수를 갖는 적어도 전자기 방사선의 영향으로부터 나온 결과이다. 본 방법은, 적어도 하나 또는 그 이상의 입자 온도의 증가로부터 반응물의 화학 반응을 유발한다.
예시적인 일실시예에 의하면, 본 발명은, 전자기 방사선을 이용하여 촉매 화학 반응을 가속화하는 다른 방법을 제시한다. 본 방법은, 하나 또는 그 이상의 입자를 제공하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 하나 또는 그 이상의 입자는 열 특성을 갖는다. 본 방법은, 하나 또는 그 이상의 입자 근처 및/또는 위에 적어도 하나의 반응물을 인가하는 단계, 및 미리 선택된 주파수를 갖는 전자기 방사선으로 하나 또는 그 이상의 입자를 조사하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 적어도 미리 선택된 주파수를 갖는 전자기 방사선의 영향으로부터, 열특성을 갖는 하나 또는 그 이상의 입자의 온도를 적어도 선택 온도로 증가시키는 단계, 및 적어도 하나 또는 그 이상의 입자 온도 증가로부터, 적어도 하나의 반응물의 촉매 화학 반응을 유발하는 단계를 포함한다. 그러한 가열은, 반응 생성물의 형성을 개시하기 위하여 다른 공정에 이용될 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 조사 및 광자-전자 상호 작용을 통해 가열된 입자는, 강화된 화학 반응 공정에서 직접 촉매제(catalytic agent)가 될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 의하면, 복합 입자가 함께 이용될 수 있다; 이러한 입자 중 어떤 것은, 앞서 말한 광자-전자 상호 작용을 통해 국부적 온도 증가를 유발하는데 이용될 수 있고, 반면에 다른 것은 촉매 입자로서 작용하는데, 이는 적당한 온도나 온도 범위에서 원하는 화학 반응을 강화한다. 공간 및 시간적 제어의 이익은, 하나 또는 두 경우 모두에 적용될 수 있다.
또한, 어떠한 실시예에 의하면, 본 발명은, 기판에 특정 방식으로 배치되는, 제공된 구조물의 적어도 광자-전자 공명에 의해 발생하는 열을 사용하여 반응 생성물을 형성하는 방법을 제시한다. 예시적인 방법은, 선택 물질로 만들어진 적어도 하나 또는 그 이상의 구조물, 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 나노구조물의 패턴을 포함하는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 나노구조물의 선택 물질의 P-ERF를 결정하는 단계, 및 미리 결정된 주파수를 갖거나 선택 물질의 열 에너지의 발생, 및 증가를 유발하기 위하여 P-ERF와 실질적으로 일치하는 전자기 방사선을 제공하는 전자기원을 이용하여, 선택 물질의 적어도 일부분을 여기시키는 단계를 포함한다. 본 방법은, 기판의 위에 위를 덮는/근처의 적어도 하나의 반응물과 P-ERF에서 여기된 선택 물질을 제공하는 단계, 및 적어도 제공된 반응물 또는 반응물들에 따라, 원하는 반응 생성물의 생성을 유발하는 단계를 포함한다.
실시예에 따라, 본 발명은 또한, 다음 실시예의 특징 중 하나 또는 그 이상을 제공하며, 이는 본 명세서, 특히 아래에서 더 잘 설명되어 있다.
1. 국부적 온도 분포(temperature profiles)를 형성하거나, 화학 반응을 개시하기에 충분한 국부적 가열을 유도하는 수단으로서, 금속성 나노구조물에서 광자-전자 여기를 이용하는 방법.
2. 예시적 실시예에 따르면, 한정된 공간에서, 프리폼(pre-form)과 같은 구조물을 국부적으로 가열하기 위하여, 금속성 나노 구조물에서 광자-전자 여기가 또한 개시된다. 간단한 단계별 시퀀스는 다음과 같이 제시될 수 있다:
a. 전자빔 리소그래피(electron beam lithography), 침강(precipitation) 및 나노 임프린팅(nano-imprinting)을 포함하나, 이에 한정되지 않는 효과적인 수단에 의해 팔라듐(palladium)이나 금 입자의 배열과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 기판(프리폼)상에 적어도 하나의 금속성 나노구조물을 발전시키는 단계 및/또는 제공하는 단계.
b. 금속성 나노구조물의 주어진 선택 물질, 공간, 입자 크기 등에 대한 P-ERF(예를 들면, 또는 주파수 범위)를 연산하는 단계 및/또는 사용하는 단계.
c. 적어도 하나의 나노 구조물의 각각에 광자-전자 공명 가열을 유도하기 위하여, 적절한 주파수 및/또는 주파수 범위와 충분한 세기(intensity)를 갖는 광원을 이용하는 단계. 이는, 모든 금속성 나노 구조물을 함께 여기시킬 수 있는 집중 또는 확산원(diffuse source)을 이용함으로써 성취될 수 있다.
d. 예를 들면, 기화된 화학적 전구체(precusors)와 같은, 적어도 하나의 반응물이 제공되고, 가열된 금속성 나노구조물과 접촉하여, 화학 반응에 촉매 작용을 하도록, 한정된 공간에서 (c) 단계를 수행하는 단계.
전자기 방사선원을 제어하는 단계는, 적어도 가열을 시작하거나 중지하는데 이용될 수 있다. 적어도 광자-전자 공명을 통해, 기판 전체가 아닌 금속성 구조물의 국부적 가열을 확립하는 것은, 금속성 나노구조물과 입사 전자기 방사선의 상호 작용이기 때문에, 가열은 더 급속하게 유도되고 더 급속하게 확산된다. 금속성 구조물로부터, 적절한 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 입사 전자기 방사선 흐름을 제거하는 단계는, 금속성 구조물의 작은 크기/질량 때문에 금속성 구조물의 매우 빠른 냉각이라는 결과를 가져온다.
본 실시예에 따르면, 이러한 특징 중 하나 또는 그 이상이 포함될 수 있다. 물론, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 많은 변형, 수정, 및 대안을 인식할 것이다. 특히, 입자, 나노입자 또는 나노구조물의 다양한 형태가 같은 공정에 이용될 수 있다는 것은 명확하다. 어떤 입자나 나노구조물은, 상기 지적한 방식으로 온도를 제어하는데 이용될 수 있으나, 촉매 활동을 하지는 않는다. 프리폼에는, 적절한 온도에 도달할 때, 촉매로서 작용하는 다른 입자가 존재할 수 있다.
또한, 여기에서 제시된 예시적인 실시예는, 장비에 대한 실질적인 수정 없이, 통상적인 제조/공정 기술에 적합한 공정 및 장치와 통합되고 이를 제공한다. 바람직하게는, 여기에 개시된 기술은, 나노미터 및 그 이하의 설계 규칙(design rule)으로, 개선된 공정 집적화를 제공한다. 이러한, 그리고 그 밖의 다른 이익은, 본 명세서, 특히 아래를 통해 보다 상세하게 설명될 것이다.
예시적인 실시예에 의하면, 나노구조물과 같은 구조물의 특정의 국부적 가열은, 적어도 광자-전자 공명의 여기로 인한 결과이다. 다른 실시예에 의하면, 이러한 구조물의 특정의 국부적 가열은, 구조물에 대한 전자기 방사선의 충돌로 인한 다른 효과나 효과의 결합의 결과로서 나타나며, 원하는 온도로 열을 발생시키는 결과를 가져온다. 본 발명의 국부적 가열이라는 결과를 가져오는 예시적 효과는, 광자-전자 공명의 여기, 포논 격자 진동(phonon lattice vibrations), 전자 구멍 생성/역학 관계(electron hole creation/dynamics) 및 란다우 감쇠(Landau damping), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
한 국면에 의하면, 본 발명의 내용은, 그 위에 배치된 적어도 하나의 구조물을 구비하는 기판을 제공하는 단계, 적어도 하나의 구조물 근처에 적어도 하나의 반응물을 가하는 단계 및 전자기 방사선으로 적어도 하나의 구조물을 조사하는 단계를 포함하는, 국부적 가열을 사용하여 화학 반응을 촉진시키는 방법을 제시한다. 어떠한 실시예에 의하면, 복수의 구조물이 제공된다. 전자기 방사선은, 적어도 하나의 구조물에 의해 흡수되고, 바람직하게는 적어도 하나의 구조물의 적어도 광자-전자 공명을 여기시키는, 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는다. 이것은 적어도 하나의 구조물로부터, 적어도 광자-전자 공명의 결과로서, 국부적 가열을 제공하고 발생시키며, 적어도 하나의 반응물을 포함하고 적어도 하나의 반응 생성물을 제공하는, 적어도 하나의 촉매 화학 반응을 촉진시키기 위해 온도를 증가시킨다.
어떤 실시예에 의하면, 적어도 하나의 구조물은, 프리폼을 제공하기 위하여 원하는 형상으로 상기 기판상에 제공되는데, 이는 적어도 하나의 촉매 화학 반응이 일어나는 부분을 결정한다. 프리폼은, 복수 또는 하나의 구조물을 포함할 수 있으며, 여기에는 적어도 하나 또는 복수의 구조물이, 예를 들면, 입자, 점, 구(sphere), 와이어(wire), 선(line), 필름 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 형태를 갖는다. 어떤 실시예에 의하면, 입자, 점, 구, 와이어, 선, 필름 및 이들의 임의의 조합은, 나노 크기의 치수(높이, 길이, 폭, 직경, 반경, 대각선, 등의 조합 또는 그 중 하나)를 갖는다. 어떤 실시예에 의하면, 입자 및/또는 구는, 실질적으로 0.5 내지 실질적으로 500 나노미터, 또는 실질적으로 1 내지 100 나노미터의 반경을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 적어도 하나의 구조물은, 적어도 하나의 금속이거나, 이를 포함한다. 금속은, 금, 구리, 은, 티타늄(titanium), 알루미늄, 니켈, 팔라듐(palladium), 백금(platinum), 루테늄(ruthenium), 이리듐(iridium), 철, 코발트(cobalt), 로듐(rhodium), 오스뮴(osmium), 아연 또는 이들의 임의의 조합 중 하나일 수 있다. 적어도 하나의 금속은, 적어도 하나의 화학 반응에서 촉매로서 작용할 수 있고/있거나, 반응 온도에서 열을 제공하기 위하여 국부적 열원으로서 작용할 수 있다. 예시적 실시예에 의하면, 적어도 하나의 반응물은, 기체, 액체, 플라즈마(plasma), 고체 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 적어도 하나의 구조물은, 원소 주기율표 상에서 발견되는 적어도 하나의 원소, 또는 원소의 결합, 또는 이들의 임의의 조합이거나, 이들을 포함한다. 적어도 하나의 구조물은, 적어도 하나의 화학 반응에서 촉매로서 작용할 수 있고/있거나, 화학 반응 온도에서 열을 제공하기 위하여, 국부적 열원으로서 작용할 수 있다. 예시적인 실시예에 의하면, 적어도 하나의 반응물은, 기체, 액체, 플라즈마, 고체 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 적어도 하나의 반응물을 포함하는 적어도 하나의 화학 반응은, 예를 들면, 적어도 하나의 반응 생성물이 적어도 하나의 반응물의 성분이거나 이를 포함하는, 분해(decomposition) 반응일 수 있다. 어떤 실시예에 의하면, 적어도 하나의 반응물은, 특정의 원소비를 갖는 화합물이며, 여기에서, 적어도 하나의 반응 생성물은 상기 화합물과 같은 원소비를 가지고, 적어도 하나의 화학 반응은 화합물의 적어도 하나의 특성 변화를 가져온다. 예를 들면, 예시적인 변화는, 원자의 재배열, 결합수의 변화, 결합 형태의 변화, 결합각의 변화를 포함한다. 어떤 실시예에 의하면, 반응은, 적어도 하나의 반응물의 이성질체(isomer)의 생성이라는 결과를 가져오는, 적어도 하나의 특성 변화를 일으킨다. 어떤 실시예에 의하면, 그러한 이성질체 생성은, 거울상 이성질체(enantiomers) 생성의 결과를 가져올 수 있다.
예시적 실시예에 의하면, 적어도 하나의 반응물을 포함하는 적어도 하나의 화학 반응은, 예를 들면, 치환 반응, 첨가 반응, 제거 반응, 축합 반응 또는 이들의 임의의 조합 중 어떠한 것일 수 있다. 어떤 실시예에 의하면, 적어도 하나의 반응물이 반응 생성물을 형성하기 위하여, 적어도 제2 반응물과 결합한다.
어떤 실시예에서 사용된 전자기 방사선은, 레이저원에 의해 제공되는 레이저 형태로 되어 있다. 다양한 레이저원 및 레이저가, 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 예를 들면, 전자기 방사선은, 자외선, 가시 광선 또는 적외선이거나 이들의 임의의 조합일 수 있다. 어떤 실시예에 의하면, 제공된 전자기 방사선은, 기판의 적어도 일부분을 조사한다.
한 국면에 의하면, 본 발명은, 적어도 하나의 반응물이 탄소 포함 화합물(carbon containing compound)인 방법을 제시한다. 일정한 실시예에 의하면, 적어도 제2 반응물이 제공되는데, 여기서 적어도 하나의 반응물은 탄소 포함 화합물이고, 제2 반응물은 수소 포함 화합물이다.
예시적인 실시예에 의하면, 기판은 실리콘, 또는 Ⅲ/Ⅴ족 물질, 또는 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator), 또는 게르마늄,또는 석영, 또는 유리, 또는 이들의 임의의 조합으로 구성된다.
예시적인 실시예에 의하면, 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 전자기 방사선은, 복수의 구조물이나 복수의 구조물의 서브셋(subset)으로 향한다. 복수의 구조물은, 적어도 구조물의 제1 서브셋과 제2 서브셋을 포함할 수 있고, 각 서브셋은 다른 서브셋과 구성(composition)이 다르다. 한 실시예에 의하면, 제1 서브셋은, 적어도 하나의 촉매 화학 반응을 구동하기 위하여, 제1 서브셋과 제공된 전자기 방사선 조사의 상호 작용의 결과인 제1 반응 온도로 가열된다. 추가적인 예시적 단계에서는, 추가적인 전자기 방사선이 제공되는데, 여기에서 추가적인 전자기 방사선은, 이전에 제공된 전자기 방사선과는 다르고, 구조물의 제2 서브셋에서 적어도 광자-전자 공명을 여기시키며, 따라서 추가적인 반응에 가열을 제공하는, 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는다.
또한, 본 발명은, 상기 가열을 제공하기 위하여, 상기 광자-전자 공명에 더하여, 포논 격자 진동, 전자 구멍 생성/역학 관계, 란다우 감쇠, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나에 의해, 적어도 부분적으로, 국부적 가열이 제공되는 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 광자-전자 보조 증착의 예시적 장치를 제공한다. 예시적인 실시예에 의하면, 그러한 장치는, 한정된 공간(determined space), 한정된 공간과 연통하여 적어도 하나의 반응물을 한정된 공간으로 전달하는 적어도 하나의 입구(inlet), 적어도 하나의 구조물을 그 위에 배치하고, 한정된 공간 내에 위치하는 기판을 포함한다. 또한, 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖고, 적어도 하나의 구조물에 의해 흡수되며, 적어도 하나의 구조물의 적어도 광자-전자 공명을 여기시키는 전자기 방사선을, 기판에 조사하기 위하여 위치한 전자기 방사선원이 제공된다. 어떤 실시예에 의하면, 그 위에 배치된 적어도 하나의 구조물을 구비하는 기판의 적어도 일부분에 조사하도록, 전자기 방사선이 제공된다. 이것은 한 온도에서 적어도 하나의 반응물을 포함하는 적어도 하나의 촉매 화학 반응을 촉진하기 위하여, 적어도 하나의 구조물로부터 적어도 광자-전자 공명의 결과로서, 국부적 열을 제공한다. 본 장치는, 한정된 공간과 연통하는, 적어도 하나의 출구(outlet)를 더 포함한다. 적어도 하나의 출구는, 적어도 하나의 반응 생성물을, 한정된 공간으로부터 전달하기 위한 것일 수 있다. 어떤 실시예는, 한정된 공간과 연통하는 제2 입구 및/또는 한정된 공간으로부터의 제2 출구를 포함할 수 있다.
본 장치의 예시적인 실시예에 의하면, 적어도 하나의 구조물은, 금, 구리, 은, 티타늄, 알루미늄, 니켈, 팔라듐, 백금, 루테늄, 이리듐, 철, 아연 및 이들의 임의의 조합 중 하나와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 적어도 하나의 금속을 포함한다. 적어도 하나의 구조물은, 입자, 점, 구, 와이어, 선, 필름 및 이들의 임의의 조합 중 하나일 수 있는 형태/모양을 갖는다. 상술한 바와 같이, 본 장치의 어떤 실시예는, 나노규모의 치수를 갖는, 입자, 점, 구, 와이어, 선, 필름 및 이들의 임의의 조합과 같은 모양/형태를 갖는, 적어도 하나의 구조물을 사용한다. 높이, 폭, 두께, 등과 같은 예시적인 치수는, 0.5 내지 500 나노미터 중의 어딘가일 수 있다. 어떤 실시예는, 1 내지 100 나노미터의 치수를 갖는 구조물을 사용하고, 다른 것은 10 내지 50 나노미터, 또는 그 부근이나 그 사이의 어떤 범위를 갖는 구조물을 사용한다.
본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 구조물의 적어도 하나의 금속은, 적어도 하나의 증착 반응에서 촉매일 수 있고/있거나, 반응에 대한 열원으로써 작용할 수 있다. 예시적인 적어도 하나의 반응물은, 기체, 액체, 플라즈마 또는 고체 중 하나이거나 이들의 임의의 조합일 수 있다.
본 발명의 다양한 추가적인 목적, 특징, 및 이점들이, 발명의 상세한 설명과 첨부 도면의 참조를 통해 보다 충분하게 설명될 수 있다.
도 1은, 구조물 및 적어도 하나의 반응물의 예시이다.
도 1a는, 구조물의 표면, 입사 전자기 방사선, 구조물의 표면의 예시적인 표면 전자 및 적어도 하나의 반응물을 확대한 도면이다
도 1b는, 구조물 위에 배치된 예시적인 제1 물질층 및 제2 입사 전자기 방사선, 제2 반응물 및 증착된 예시적인 제1 물질층의 예시적인 표면 전자를 나타낸다.
도 1c는, 제1 물질층 위의 제2 물질 증착층을 나타낸다.
도 2a는, 예시적인 기판, 복수의 구조물을 나타내는 도면이다.
도 2b는, 도 2a에 나타난 구조물 및 예시적인 화학 반응을 수행하는 반응물의 개략적인 확대도이다.
도 3a는, 예시적인 기판, 복수의 구조물 및 두 반응물을 나타내는 도면이다.
도 3b는, 도 3a에 나타난 구조물 및 다른 예시적인 반응에 대한 개략적인 확대도이다.
도 4a는, 예시적인 기판, 복수의 구조물 및 반응물을 나타내는 도면이다.
도 4b는, 도 4a에 나타난 구조물 및 다른 예시적인 반응의 개략적인 확대도이다.
도 5는, 다른 예시적인 구조물, 열 및 다른 예시적인 반응에 대한 개략적인 확대도이다.
도 6은, 여기서 개시된 내용에 따른 예시적인 장치의 개략적인 형상이다.
그 일부를 형성하며, 본 명세서에서 제공되는 기술 사상의 예시적 실시예의 실례로서 도시된 첨부 도면을 참조로, 예시적인 실시예들에 관한 설명이 제공된다. 여기에서 제시된 내용의 다른 실시예 및 응용이 사용될 수 있고, 본 발명이 본질 및 범위로부터 이탈하지 않은 채, 구조적이고 기능적인 변화가 만들어질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 도면은 예시적 목적을 위한 것이며, 상대적 또는 한정적 크기, 규모 또는 비율의 어느 것도 의도된 것은 아니다.
마이크로 또는 나노구조물과 관련된 기술 및 이들의 응용이 제시된다. 더 상세하게, 한 국면에 의하면, 여기에 개시된 기술은, 매우 다양한 응용에 유용한, 독창적인 증착 기술을 이용하여 나노 및 마이크로 구조물을 형성하는 방법, 시스템 및 결과 구조물과 그 이용을 제공한다. 단지 한 예로서, 그러한 증착 기술은, 집적 회로, 메모리 미디어, 휘발성(volatile) 및 비휘발성(non-volatile) 저장 매체(storage media)와 같은 전자 디바이스의 제조에서 하나 또는 그 이상의 필름 형성에 적용될 수 있다. 본 발명은 매우 넓은 적용 범위를 갖는다는 점이 인식될 것이다. 입자, 막대(rods), 와이어, 구 등과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 특정 구조물의 입사 전자기 방사선에 의해 분리된 표면 전자의, 적어도 광자-전자 공명 여기를 통한 열의 발생은, 다양한 제조 기술, 특히 나노 규모 제조, 화학적 가공 및 매우 국부적인 열 발생이 필요한 다른 이용 분야에서, 또한 이를 위해 사용될 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 여기에서 설명한 바와 같이, 개시된 내용에 따르면 전자기 방사선에의 노출로 열을 제공/발생하는 그러한 구조물의 크기는, 실질적으로 0.5 내지 실질적으로 500 나노미터, 바람직하게는 실질적으로 1 내지 100 나노미터, 또는 적어도 광자-전자 공명이 제공될 수 있고, 반응 온도와 같은 원하는 온도에서 열을 제공하는, 그 사이의 다른 특정 범위의 수치를 가질 수 있다.
일실시예에 의하면, 본 발명의 일실시예에 따라 광자-전자 보조 공정을 이용하여 물질의 필름을 제조하는 방법은, 다음과 같이 개략할 수 있다:
표면 영역을 갖는 기판이 제공되고, 그 위에 금속성 구조물, 바람직하게는 금속성 나노구조물이 배치된다. 이 실시예에 의하면, 이러한 금속성 구조물은, 예를 들면, 적절한 P-ERF 또는 P-ERFs의 범위를 갖는 적절한 전자기 방사선에의 노출로, 적절한 광자-전자 공명을 제공하는 능력과 같은, 특정의 열특성을 갖는 하나 또는 그 이상의 입자일 수 있다. P-ERF는, 고체 구조물에서, 전자기파로부터의 전자기 에너지가 집단 전자 운동(collective electron motion)으로 효율적으로 전환되는 주파수이다. 광자-전자 공명 주파수는, 적절한 경계(boundary) 조건으로 맥스웰 방정식을 계산함으로써 유도할 수 있거나, 또는 반사 또는 흡수 스펙트럼으로부터 실험적으로 측정될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 입자는, 기판의 표면 영역의 적어도 일부분에 배치된다. 적어도 하나의 반응물은, 하나 또는 그 이상의 입자 부근 내로 제공된다. 비록, 반응물은 둘 또는 그 이상의 성분들을 포함할 수 있지만, 적어도 하나의 반응물은, 적어도 하나의 성분으로 구성된다. 하나 또는 그 이상의 입자는, 선택된 공간 영역(spatial region)에서, 미리 선택된 주파수를 갖는 전자기 방사선으로 조사된다. 공간 영역은, 기판 위의 하나 또는 그 이상의 입자의 위치에 의해 실질적으로 정의될 수 있다. 또한, 꽉 채워진 공간 영역은, 하나 또는 그 이상의 입자가 배치되지 않는 기판의 면적을 포함할 수 있다. 또한, 공간 영역은, 예를 들면, 주어진 시간에 조사가 어떤 입자에는 이루어지나 다른 것에는 그렇지 않는 것과 같이, 하나 또는 그 이상의 입자가 배치된 기판의 면적보다 작은 면적을 포함할 수 있다.
조사하는 전자기 방사선의 미리 선택된 주파수는, 배치된 금속성 구조물, 여기서는 하나 또는 그 이상의 입자의 P-ERF와 일치하는/실질적으로 일치하는 주파수이다. 이는, 적어도 미리 선택된 주파수를 갖는 전자기 방사선의 영향으로, 적어도 선택된 온도로, 열특성을 갖는 하나 또는 그 이상의 입자 온도가 증가하는 결과를 가져온다. 주변 기판은, 그 위에 배치된 하나 또는 그 이상의 입자에 비해, 눈에 띌 정도로 가열되지는 않는다. 하나 또는 그 이상의 입자의 국부화되지 않은 표면 전자와, 미리 선택된 주파수를 갖는 전자기 방사선의 상호 작용의 결과로서 일어나는 광자-전자 공명으로 인한, 이러한 매우 특정하고 국부적인 가열은, 적어도 하나 또는 그 이상의 입자의 온도 증가로 인하여, 적어도 하나의 반응물을 포함하는 화학 반응을 유발하기 위해 필요한 에너지(즉, 열)를 제공한다. 이는, 적어도 하나의 반응물에 기초한 물질의 필름 형성/증착에 이용될 수 있는 반응을 개시한다.
도 1 및 1a-1c에서 금속성 구조물 8은, 예시적 목적을 위해 간단히 정육면체로서 도시되어 있으며, 전에 설명한 바와 같이, 원하는 어떤 형태도 될 수 있다. 입사 전자기 방사선 4는, 예를 들면, 기화된 화학적 전구체 6과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 적어도 하나의 반응물을 포함하는, CVD 환경에서 기판 2 상에 배열된, 금속성 구조물 8의 광자-전자 공명을 여기시킨다.
도 1a-1c는, 여기에 개시된 내용에 따라, 나노미터 크기의 구조물에서 광자-전자 상호 작용에 의해 열이 발생되는 구조물의 표면에 대한 개략적인 확대도이다. 도 1a에서, 금속성 구조물 8을 예로 보면, 분리된 표면 전자는 "e-"로 표시된다. 이러한 표면 전자의 광자-전자 공명에 합치하는 주파수를 갖는 입사 전자기 방사선 4는 광자-전자 공명을 여기시키고 확립하는데, 이는, 금속성 구조물 8과, 예를 들면 화학적 전구체 6과 같은 적어도 하나의 반응물 사이, 및/또는 화학적 전구체들 6 사이의 반응이 물질과 증착물 10의 형성을 일으키는 반응 온도까지, 차례로 열을 발생시킨다. 어떤 실시예에 의하면, 적어도 하나의 구조물은, 열 발생기뿐만 아니라 촉매라는 두 가지 역할을 한다. 여기에 시사된 바와 같이, 열이 국부화될 때, 그와 관련된 화학 반응 및 증착이 일어날 수 있다.
도 1b를 살펴보면, 증착물 10을 구성하는 물질은, 여기서 e-'로 표시되는 분리된 표면 전자를 갖는다. 제2 입사 전자기 방사선 20 및 제2 화학적 전구체 21과 같은 제2 반응물이 가해진다. 제2 입사 전자기 방사선 20은, 이러한 표면 전자 (e-')의 광자-전자 공명에 합치하는 주파수를 가지며, 적어도 제2 광자-전자 공명 및 이와 관련하여 발생한 열을 여기시키고 확립한다. 나노 입자에서 광자-전자 상호 작용으로 인한 가열 효과는 전도 전자(conduction electrons)의 평균 운동 에너지에 관련되며, 입사 전자기 방사선은 금속의 표면 영역에 있는 전자의 발 진(oscillations)을 유발할 것이고, 그로 인해 평균 운동 에너지를 증가시킨다. 표면 전자의 운동 에너지는, 결국, 다소 무작위 방식으로, 벌크(bulk) 전자라 불리는, 표면 내부의 전자로 전달된다. 이것이 방사선 가열의 원리이다. 그러나, 만일 전자기 방사선이 P-ERF나 그 근처에 있다면, 표면 전자의 집단 진동이나 공명이 있을 것이며, 가열은 극대화될 것이다. 구조물의 크기가 감소함에 따라, 1/R에 비례하는 표면 대 부피비의 증가가 있게 되는데, 여기서 R은 입자의 반경이다. 특히, 나노입자는 높은 표면 대 부피비를 가져, 벌크 전자에 비해 훨씬 많은 수의 표면 전자를 갖는다. 이것이, 플라즈몬 공명 주파수에서의, 전자기 방사선에 의한 나노입자의 효과적인 가열을 설명한다고 대체로 이해된다. 최적의 흡수 주파수는, (예를 들면, 표면에 있는) 나노입자 집단의 기하학적 배열뿐 아니라 개개의 나노입자의 모양에도 의존할 수 있다. 개개의 구형 입자에 대한, 흡수 스펙트럼의 계산은, 지난 세기 초기에 미(Mie)의 연구로 거슬러 올라간다. 최근의 실험적 증거는, 이러한 가열 공정이 매우 빠른 시간 척도에서 일어날 수 있다는 것을 제안한다. 발생된 열은, 화학 반응을 개시하기에 충분하도록 온도를 증가시킬 수 있다. 열은, 증착물 10과 제2 화학적 전구체 21 사이, 및/또는 제2 화학적 전구체 21 자체 사이에 인가되어, 제2 물질 형성 및 이전에 제공된 증착물 10 위에 증착물 18이라는 결과를 가져올 수 있다.
Cu, Ag, Ni, Pd, Pt, Rh 및 Ir과 같은,(금속성 구조물을 형성하기 위해 이용될 수 있는) 예시적인 금속은, 플라즈몬으로 알려진 분리된 표면 전자 때문에, 가시광선 파장대에서 흡수 공명을 갖는다. 이러한 표면 전자의 여기로 인한 금속성 나노구조물의 적어도 광자-전자 공명 및 이와 관련된 가열을 사용함으로써, 입사광의 적절한 파장 및 세기, 구, 선, 열(array) 및 막대와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 나노 크기의 구조물, 즉, 나노구조물을 가지고, 물질 성장을 포함하나 이에 한정되지 않는 증착 반응을 촉진하기에 적당한 온도로 가열하는 것이 가능하다.
어떤 실시예에 의하면, 아래에 놓인 기판은, 실리콘, (주기율표상의) Ⅲ/Ⅴ족 물질, 실리콘 온 인슐레이터, 게르마늄, 또는 석영 또는 유리 중 하나이거나 이들의 임의의 조합일 수 있다. 여기서 설명된 경우 중 어떤 것에 의하면, 제공된 전자기 방사선은, 구조물 또는 복수의 구조물의 어떤 성분과 적어도 광자-전자 상호 작용의 결과로서 열을 발생시키기 위해, 구조물에 일정한 속도 및/또는 펄스(pulse) 형태로 제공될 수 있다. 어떤 실시예에 의하면, 이러한 성분은, 나노구조물을 포함하는 금속이다. 촉진된 반응은, 기판 2에 증착될 수 있는 많은 형태의 반응 생성물을 제공한다.
어떤 실시예에 의하면, 기판은, 실리콘, (주기율표상의) Ⅲ/Ⅴ족 물질, 실리콘 온 인슐레이터, 게르마늄, 또는 석영 또는 유리 중 하나 또는 이들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 여기에 설명된 직접적인 경우 중 어떤 것에 의하면, 제공된 전자기 방사선은, 금속 함유 나노구조물의 실시예에서, 구조물 또는 복수의 구조물의 적어도 광자-전자 공명의 결과로서 열을 발생시키기 위해, 구조물에 일정한 속도 및/또는 펄스(pulse) 형태로 제공될 수 있다.
다양한 화학 반응이, 적어도 하나, 또는 (예를 들면, 열(array)과 같은) 복수의 구조물 상에서, 또는 근처에서 일어날 수 있다. 또한, 국부적 열원으로써 작 용하는 적어도 하나의 구조물은, 적어도 하나의 화학 반응에서, 촉매로서도 함께 작용할 수 있다. 이전에 설명한 바와 같이, 바람직하게는, 적어도 하나의 구조물은, 금, 구리, 은, 티타늄, 알루미늄, 니켈, 팔라듐, 백금, 루테늄, 이리듐, 철, 코발트, 오스뮴, 아연, 로듐 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 금속을 포함한다. 어떤 실시예에 의하면, 어떤 것은 열원으로서만 작용하고, 어떤 것은 촉매 유닛으로서만 작용하는, 복수의 나노구조 입자가 제공된다. 복수의 구조물이 제공되는 어떤 실시예에 의하면, 적어도 구조물의 제1 및 제2 서브셋이 제공될 수 있다. 서브셋은, 같은 물질로 구성될 수 있고, 서로 다른 모양/형태를 가지고 기판 2에 배치될 수 있다(예를 들면, 와이어의 한 열과 한 세트). 다른 중요한 실시예는, 예를 들면, 적어도 광자-전자 공명과 같은 특정 열특성을, 구조물의 각 서브셋에 제공하면서, 다른 물질로 구성되어 있는 기판상에, 다른 서브셋에는 적어도 광자-전자 공명을 여기시키지 않는 특정 전자기 방사선 주파수 또는 주파수 범위에 노출되는 결과로서 열을 제공하는, 구조물의 서브셋을 포함한다. 이는, 기판상에 있는 다른 제2 서브셋 근처에서 일어나는, 특정 서브셋에 의한, 특정 화학 반응을 위한, 특정 열을 제공한다.
이전에 설명한 바와 같이, 적어도 하나의 구조물은, 나노 크기의 치수를 갖는, 즉, 0.5 내지 500 나노미터 중 어떤 것, 바람직하게는 1 내지 100 나노미터 사이의 어떤 것, 또는 그 사이의 어느 범위 및 그 부근인 높이, 길이, 폭, 반경, 대각선, 직경 중 하나 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 갖는, 입자, 점, 구, 와이어, 선, 필름 또는 이들의 임의의 조합으로서, 제공될 수 있다.
본 발명에 따라 제시된 예시적인 화학 반응의 반응물은, 기체, 액체, 플라즈마, 고체 중 하나이거나 이들의 임의의 조합일 수 있다. 다양한 형태의 반응물이 본 발명에 따라 제시될 수 있다. 예시적인 반응은, 적어도 하나의 반응 생성물이 적어도 하나의 반응물의 성분이거나 이를 포함하는, 분해 반응일 수 있다. 이는 도 2a에 예시되어 있으며, 복수의 금속성 구조물 8이, 각각의 금속성 구조물 8에서 적어도 광자-전자 공명을 여기시키는 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 전자기 방사선 4에 의해 조사되는 상태에서, 기판 2 상에 그려져 있다. 또한, 예시적인 분해 반응물 62가 제시된다. 도 2b는, 금속성 구조물 8의 광자-전자 전자와 적절한 광자-전자 공명 주파수 또는 주파수 범위에 있는 전자기 방사선 4의 상호 작용의 결과로서 제공된, 적어도 여기된 광자-전자 공명의 결과로서, 화학 반응 온도에서, 여기에서는 복수의 물결선 29로 그려진 열을 발생하는, 하나의 금속성 구조물 8의 개략적인 확대도이다. 이러한 온도 증가는, (금속성 구조물일 수 있는) 촉매의 국부적 부근의 근처, 위, 및/또는 안에서 일어난다. 예시적인 분해 반응물 62는 분해를 수행하여, 적어도 하나의 원하는 반응 생성물을 제공하면서, 적어도 두 부분인 62A와 62B로 분리된다. 때때로, 도 2a 및 2b에 표시된 예시적인 반응은, 반응물이 구성 부분으로 깨어져 제거되는, 제거 반응으로서 언급된다.
다른 예시적인 화학 반응은, 적어도 하나의 반응물이 적어도 제2 반응물과 반응하여 제2 반응물의 일부를 대신하여 그 자체 또는 그 자체의 일부분을 치환하고/치환하거나, 반응 생성물을 생성하기 위하여 제2 반응물에 첨가하는, 치환 반응일 수 있다. 이는 도 3a의 개략도에 예시되어 있으며, 이러한 예시적인 실시예에 의하면, 복수의 금속성 구조물 8은, 기판 2 상에 제공된다. 적절한 전자기 방사선 4는, 복수의 금속성 구조물 8로에서, 적어도 광자-전자 공명의 여기로 인해, 복수의 금속성 구조물 8로부터 열을 발생시키기 위하여 제공된다. 여기에서, 예시적인 제1 반응물은 결합된 한 쌍의 삼각형 62로서 상징되고, 예시적인 제2 반응물은 결합된 한 쌍의 원 6으로서 상징된다. 도 3b의 개략적인 확대도에 나타난 바와 같이, 열 29는, (금속성 구조물일 수 있는) 촉매의 국부적 부근의 근처, 위, 및/또는 안에서 원하는 반응 온도를 제공하고, 적어도 하나의 화학 반응이 일어난다. 이러한 예에 의하면, 예시적인 제1 반응물의 일부분일 수 있는 삼각형 중 하나는, 제1 반응물의 일부와 제2 반응물의 일부를 갖는, 적어도 하나의 반응 생성물을 제공하기 위하여, 제2 반응물의 일부 중 하나와 위치를 교환한다. 도 3b에서는, 결합된 원과 삼각형 64로서 상징된다. 다른 예시적인 반응에서는, 적어도 제2 반응물과 제1 반응물의 대량 결합은, 첨가 반응 생성물의 결과를 가져올 수 있다. 즉, 도 5에 예시적 및 상징적으로 도시된 바와 같이, 별 82로 나타낸 제1 반응물과 원 83으로 나타낸 제2 반응물은, 여기에서는 한 쌍의 별표 82와 원 83으로 도시된, 둘의 첨가적 결합인 반응 생성물을 형성하여, 결합 첨가 반응 생성물 88을 제공하기 위해, 제시된 화학 반응 온도에서 함께 첨가된다.
어떤 실시예에 의하면, 제시된 적어도 하나의 화학 반응의 적어도 하나의 반응물은, 도 4a에서 원, 정사각형 및 삼각형으로 나타난 바와 같이, 특정 원소비를 갖는, 예시적인 개시 화합물을 상징하는 개시 화합물 73이다. 도 4b에 나타난 바와 같이, 이전에서처럼 적절한 전자기 방사선 4가 제공되고, 금속성 구조물 8의 적 어도 광자-전자 공명을 통해 화학 반응 온도까지 적절한 열이 발생되며, 적어도 하나의 화학 반응이 일어난다. 여기에서, 변경된 화합물 79로 나타난, 적어도 하나의 반응 및 적어도 하나의 반응 생성물은, 개시 화합물 73과 같은 원소비를 가지며, 적어도 하나의 화학 반응은 개시 화합물 73의 적어도 하나의 특성 변화를 가져온다. 예시적인 변화는, 원자의 재배열, 결합수의 변화, 결합 형태의 변화, 결합각의 변화, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나를 포함한다. 어떤 실시예에 의하면, 적어도 하나의 반응은, 예를 들면, 적어도 하나의 반응물의 이성질체 생성과 같은, 개시 화합물 73의 적어도 하나의 특성 변화를 일으킨다. 어떤 실시예에 의하면, 그러한 이성질체 생성은, 거울상 이성질체 생성이라는 결과를 가져올 수 있다.
본 발명의 한 국면에 따른 예시적인 장치가, 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 이 예에서 장치는, 한정된 공간 1200, 한정된 공간 1200과 연통하여 적어도 하나의 반응물 공급부 1204로부터 한정된 공간 1200으로 적어도 하나의 반응물을 전달하는 적어도 하나의 입구 1217, 그 위에 배치된 적어도 하나의 구조물을 구비하는 기판 2, 예를 들면, 여기에서는 복수의 금속성 구조물 8을 포함하는 배열 7을 포함한다. 본 발명의 범위 및 내용 내에서, 다른 형상이 생각될 수 있다. 기판 2는 한정된 공간 내에 위치하고, 또한, 전자기 방사선원 1202가 제공된다. 전자기 방사선원 1202는, 여기에서는 예시적으로 복수의 금속성 구조물 8을 갖는 배열 7로서 나타난, 적어도 하나의 구조물에 의해 흡수되는 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖고, 적어도 복수의 금속성 구조물 8의 광자-전자 공명을 여기시키는 전자기 방사선으로, 그 위에 배치된 적어도 하나의 구조물을 구비하는 기판 및/또 는 그 일부를 조사하도록 위치된다. 어떤 실시예에 의하면, 전자기 방사선 4는, 그 위에 배치된 적어도 하나의 구조물을 구비하는 기판의 적어도 일부분을 조사하도록 제공된다. 이는, 화학 반응 온도에서 반응물 공급부 1204에 의해 제공되는 적어도 하나의 반응물을 포함하는 적어도 하나의 화학 반응을 촉진하기 위하여, 적어도 하나의 구조물로부터, 적어도 광자-전자 공명의 결과로서, 국부적 열을 제공한다. 또한, 한정된 공간 1200과 연통하는, 적어도 하나의 출구 1219가 제공된다. 적어도 하나의 출구 1219는, 한정된 공간 1200으로부터, 적어도 하나의 반응 생성물을 전달하기 위한 것일 수 있다. 어떤 실시예는, 한정된 공간 1200과 연통하는 제2 입구 1218, 및 제2 반응물을 포함하는 제2 반응물 공급부 1206을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 추가적으로, 한정된 공간 1200, 및 예를 들면 가스 크로마토그래프(gas chromatograph)와 같은 분석 장치 1210과 원활하게 연통하도록, 추가적인 출구 1220이 또한 제공될 수 있다. 또한, 진공부 1208이 제공되어, 적어도 하나의 반응 생성물을 모으고/모으거나, 분석 장치 1210으로 반응 생성물을 끌어당기는 기능을 할 수 있다. 물론, 도 6에 나타난 바와 같이, 적당한 밸브 1205가 예시적으로 제공될 수 있다. 여기에서 제시된 내용에 따른, 장치의 전반적 작동과 반응의 감시(monitoring) 및 제어는, 적어도 하나의 컴퓨터 시스템 1021에 의해 제공될 수 있으며, 도 6에 예시적으로 나타난 바와 같이, 장치 셋업(set up)의 다양한 요소와 작동 가능한 상태로 연통되어 있다. 반응물 공급부 1204 및 1206의 반응물은, 기체, 액체, 고체 또는 플라즈마, 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 원하는 상태로 한정된 공간 1200에 제공될 수 있다.
장치의 어떤 실시예에 의하면, 여기에서는 복수의 금속성 구조물 8인 적어도 하나의 구조물은, 금, 구리, 은, 티타늄, 알루미늄, 니켈, 팔라듐, 백금, 루테늄, 로듐, 이리듐, 철, 아연 및 이들의 임의의 조합과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 적어도 하나의 금속을 포함한다. 적어도 하나의 구조물은, 이전에 설명한 바와 같이, 입자, 점, 구, 와이어, 선, 필름 및 이들의 임의의 조합 중 하나일 수 있는 형태/모양을 갖는다. 상술한 바와 같이, 장치의 어떤 실시예는, 나노규모의 수치를 갖는, 입자, 점, 구, 와이어, 선, 필름 및 이들의 임의의 조합과 같은 모양/형태를 갖는, 적어도 하나의 구조물을 사용한다. 높이, 폭 두께, 직경, 길이 또는 이들의 임의의 조합과 같은 그러한 구조물의 예시적인 수치는, 실질적으로 0.5 내지 실질적으로 500 나노미터이다. 어떤 실시예에 의하면, 적어도 하나의 구조물은, 실질적으로 1 내지 100 나노미터의 수치를 가지며, 다른 실시예에 의하면, 실질적으로 10 내지 50 나노미터의 수치를 가진다. 전체 크기는, 원하는 반응 온도에서 열을 제공하는, 적어도 광자-전자 공명의 확립 및 사용을 제공한다.
본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 구조물의 적어도 하나의 금속은, 적어도 하나의 화학 반응에서 촉매이고/이거나, 화학 반응을 위한 열원으로서 작용한다. 예시적인 화학 반응 온도는, 수백 섭씨(Celsius;C) 60 C 내지 1200 C 일 수 있고, 따라서, 본 발명에 의해 개시되고 제시된 바와 같이, 국부적 가열이 그러한 온도에 도달할 수 있다. 다양한 실시예에 의하면, 예를 들어, 레이저를 펄스로 가함으로써, 화학 반응 시간 및 온도를 제어하는 것이 가능하다. 여기에서 제시된 예시적인 장치는, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다양한 화학 반응을 다룰 수 있다.
어떤 실시예에 의하면, 예시적인 장치는 적어도 하나의 전자기 방사선원 1202를 포함하며, 이는 고체 레이저(solid state laser), 반도체 다이오드 레이저(semiconductor diode laser), 헬륨 네온 가스 레이저, 아르곤 이온 가스 레이저, 크립톤 이온 가스 레이저, 크세논 이온 가스, 파장 가변 레이저(tunable lasers), 및 또는 램프와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 레이저원으로부터 유도될 수 있다. 바람직하게는, 미리 선택된 파장은, 실질적으로 100nm 내지 실질적으로 10㎛의 범위를 갖는다. 예시적 장치에 의해 제공되고 사용되는 예시적인 전자기 방사선 4는, 자외선, 가시광선, 적외선 중 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 전자기 방사선원은, 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 펄스 전자기 방사선을 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 사용된 전자기 방사선은, 예를 들면, 레이저원이나 램프와 같은 많은 소스에 의해 제공될 수 있다. 전자기 방사선 4는, 자외선, 가시광선 또는 적외선의 전자기 방사선 중 하나이거나 이들의 임의의 조합일 수 있다.
광자-전자 공명이 상세하게 논의되는 한편, 다양한 다른 효과들이 단독으로 또는 임의의 조합으로, 상술한 매우 국부적이고 특정한 열 발생 방법론에 기여할 수 있다는 점이 더욱 예상된다. 이들은, 란다우 감쇠, 포논 격자 진동 뿐 아니라 전자 구멍 생성/역학 관계를, 임의의 조합 및 기여의 형태로, 포함할 수 있다.
또한, 여기서 설명한 예시 및 실시예는 단지 예시적 목적을 위한 것이며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 그 견지에서 다양한 수정 또는 변형 이 제안될 것이고, 이는 본 출원의 내용 및 조항과 특허청구범위 및 그 콤비네이션의 범위 내에 포함될 것이라는 점이 이해되어야 한다.

Claims (75)

  1. 광자-전자 공명으로 유도된 국부적 가열을 사용하여 촉매 화학 반응을 촉진하는 방법에 있어서,
    그 위에 배치된 적어도 하나의 구조물을 구비하는 기판을 제공하는 단계;
    상기 적어도 하나의 구조물 근처에 적어도 하나의 반응물을 가하는 단계;
    상기 적어도 하나의 구조물의 적어도 광자-전자 공명을 여기시키는 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 전자기 방사선으로, 상기 적어도 하나의 구조물을 조사하는 단계;
    촉매 화학 반응 온도에서 상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 적어도 하나의 촉매 화학 반응을 촉진하기 위하여, 상기 적어도 하나의 구조물로부터, 상기 적어도 광자-전자 공명의 결과로서, 국부적 열을 제공하는 단계; 및
    적어도 하나의 반응 생성물을 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조물은, 프리폼(pre-form)을 제공하기 위하여, 원하는 형상으로 상기 기판에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조물은, 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조물은, 입자, 점, 구, 와이어, 선, 필름 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은, 금, 구리, 은, 티타늄, 알루미늄, 니켈, 팔라듐, 백금, 루테늄, 이리듐, 철, 코발트, 오스뮴, 아연, 로듐 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은, 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응에서 촉매로서 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은, 상기 촉매 화학 반응 온도에서 열을 제공하기 위한 국부적 열원으로서만 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 점, 구, 와이어, 선, 필름 및 이들의 임의의 조합은, 나노 크기의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 금속은, 각 입자가 실질적으로 0,5 내지 실질적으로 500 나노미터의 직경을 갖는, 하나 또는 그 이상의 입자로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은, 기체인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은, 액체인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은, 플라즈마인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은, 고체인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 상기 적어도 하나의 화학 반응은 분해 반응이고, 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 상기 적어도 하나의 반응물의 성분이거나 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 특정 원소비를 갖는 화합물이고, 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 상기 화합물과 같은 원소비를 가지며, 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응의 결과 상기 화합물의 적어도 하나의 특성 변화가 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특성 변화는, 원자의 재배열, 결합수의 변화, 결합 형태의 변화, 결합각의 변화 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특성 변화의 결과, 상기 적어도 하나의 반응물의 이성질체가 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 이성질체의 생성은, 거울상 이성질체(enantiomers)의 생성을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응은 치환 반응이고, 상기 적어도 하나의 반응물은, 적어도 제2 반응물과 반응하며, 상기 반응 생성물을 생성하기 위하여 상기 제2 반응물의 일부를 대신하여 자신을 치환하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응은 첨가 반응이고, 상기 적어도 하나의 반응물 및 적어도 제2 반응물은, 상기 반응 생성물을 형성하기 위하여 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응은 제거 반응이며, 상기 적어도 하나의 반응물은 상기 반응 생성물로 분리되고, 상기 반응 생성물은 적어도 두 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 방사선은, 레이저원에 의해 제공되는 레이저 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 방사선은, 자외선, 가시광선, 적외선 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 상기 전자기 방사선은, 상기 적어도 하나의 구조물에 펄스파로 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 상기 전자기 방사선은, 상기 적어도 하나의 구조물이 그 위에 배치된 상기 기판의 적어도 일부분을 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 상기 전자기 방사선은, 상기 적어도 하나의 구조물에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조물은, 나노 임프린팅(nano-imprinting), 침강(precipitation) 또는 전자빔 리소그래피(electron beam lithography) 또는 이들의 조합을 통해, 상기 기판 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 국부적 가열을 사용하여 화학 반응을 촉진하는 방법에 있어서,
    그 위에 배치된 복수의 구조물을 구비하는 기판을 제공하는 단계;
    상기 복수의 구조물 근처에 적어도 하나의 반응물을 가하는 단계;
    상기 복수의 구조물의 적어도 광자-전자 공명을 여기시키는 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 전자기 방사선으로, 상기 복수의 구조물을 조사하는 단계;
    촉매 화학 반응 온도에서 상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 적어도 하나의 촉매 화학 반응을 촉진하기 위하여, 상기 복수의 구조물로부터, 상기 적어도 광자-전자 공명의 결과로서, 국부적 열을 제공하는 단계; 및
    적어도 하나의 반응 생성물을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 복수의 구조물은, 프리폼을 제공하기 위하여, 원하는 형상으로 상기 기판상에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 복수의 구조물은, 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 상기 전자기 방사선은, 상기 복수의 구조물에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은, 금, 구리, 은, 티타늄, 알루미늄, 니켈, 팔라듐, 백금, 루테늄, 이리듐, 철, 코발트, 아연, 오스뮴, 로듐 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제28항에 있어서,
    상기 기판은, 실리콘, 또는 Ⅲ/Ⅴ족 물질 또는 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator) 또는 게르마늄 또는 석영 또는 유리 또는 이들의 임의의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 금속 구조물은, 각각이 실질적으로 0.5 내지 실질적으로 500 나노미터의 직경을 갖는 입자로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 금속 구조물은, 각각이 실질적으로 1 내지 실질적으로 100 나노미터의 직경을 갖는 입자로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제28항에 있어서,
    상기 전자기 방사선은, 레이저원에 의해 제공된 레이저의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제28항에 있어서,
    상기 전자기 방사선은, 자외선, 가시광선, 적외선 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 28항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 기체인 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제28항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 액체인 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제28항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 플라즈마인 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제28항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 고체인 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제28항에 있어서,
    상기 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 상기 전자기 방사선은, 상기 복수의 구조물 또는 복수의 구조물 세트의 서브셋(subset)에 펄스파로 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제28항에 있어서,
    상기 복수의 구조물은, 적어도 구조물의 제1 서브셋 및 제2 서브셋으로 구성되며, 각각의 서브셋은 다른 서브셋과 구성이 다른 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제28항에 있어서,
    상기 제1 서브셋은, 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응을 구동하기 위하여, 상기 전자기 방사선에 의한 상기 제1 서브셋의 조사에 의해 제공되는 제1 반응 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제43항에 있어서,
    추가적인 전자기 방사선을 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 추가적인 전자기 방사선은, 상기 전자기 방사선과는 다른 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖고, 구조물의 상기 제2 서브셋에서 적어도 광자-전자 공명을 여기시켜, 추가적인 화학 반응을 위한 열을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제28항에 있어서,
    상기 광자-전자 공명에 더하여, 포논 격자 진동, 전자 구멍 생성/역학 관계, 란다우 감쇠, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나에 의하여, 적어도 일부분에 국부적 열이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제28항에 있어서,
    상기 복수의 구조물은, 나노 임프린팅, 침강 또는 전자빔 리소그래피 또는 이들의 조합을 통해 상기 기판상에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 화학적 촉매를 전달하는 장치에 있어서,
    반응 챔버(chamber);
    상기 반응 챔버 내로 적어도 하나의 반응물을 전달하도록 상기 반응 챔버와 연통하는 적어도 하나의 입구;
    상기 반응 챔버 내에 위치하고, 그 위에 배치된 적어도 하나의 구조물을 구비하는 기판;
    상기 적어도 하나의 구조물에 의해 흡수되고, 상기 적어도 하나의 구조물의 적어도 광자-전자 공명을 여기시키는, 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 가짐으로써, 촉매 화학 반응 온도에서 상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 적어도 하나의 촉매 화학 반응을 촉진하기 위하여, 상기 적어도 하나의 구조물로부터 상기 적어도 광자-전자 공명의 결과로서, 국부적 열을 제공하는 전자기 방사선을, 상기 기판에 조사하도록 위치된 전자기 방사선원; 및
    상기 반응 챔버로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 전달하도록 상기 반응 챔버와 연통하는 적어도 하나의 출구를 포함하는 장치.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조물은, 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  50. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조물은, 입자, 점, 구, 와이어, 선, 필름 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  51. 제49항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은, 금, 구리, 은, 티타늄, 알루미늄, 니켈, 팔라듐, 백금, 루테늄, 이리듐, 철, 코발트, 오스뮴, 로듐 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  52. 제49항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은, 상기 적어도 하나의 화학 반응에서 촉매인 것을 특징으로 하는 장치.
  53. 제49항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은, 상기 화학 반응 온도에 도달하는 열을 제공하기 위하여, 국부적 열원으로서만 작용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  54. 제50항에 있어서,
    상기 입자, 점, 구, 와이어, 선, 필름 및 이들의 임의의 조합은, 나노 크기의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 나노 크기의 치수는, 실질적으로 0.5 내지 실질적으로 500 나노미터인 것을 특징으로 하는 장치.
  56. 제54항에 있어서,
    상기 나노 크기의 치수는, 실질적으로 1 내지 실질적으로 100 나노미터인 것을 특징으로 하는 장치.
  57. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 기체인 것을 특징으로 하는 장치.
  58. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 액체인 것을 특징으로 하는 장치.
  59. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 플라즈마인 것을 특징으로 하는 장치.
  60. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 고체인 것을 특징으로 하는 장치.
  61. 제48항에 있어서,
    적어도 제2 입구가 상기 반응 챔버와 연통하는 것을 특징으로 하는 장치.
  62. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응은 분해 반응이고, 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 상기 적어도 하나의 반응물의 성분이거나 이를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  63. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물은 특정 원소비를 갖는 화합물이고, 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 상기 화합물과 같은 원소비를 가지며, 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응의 결과 상기 화합물의 적어도 하나의 특성 변화가 일어나는 것을 특징으로 하는 장치.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특성 변화는, 원자의 재배열, 결합수의 변화, 결합 형태의 변화, 결합각의 변화, 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  65. 제63항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특성 변화의 결과, 상기 적어도 하나의 반응물의 이성질체가 생성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 이성질체 생성은, 거울상 이성질체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  67. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응은 치환 반응이고, 상기 적어도 하나의 반응물은 적어도 제2 반응물과 반응하며, 상기 반응 생성물을 생성하기 위하여 상기 제2 반응물의 일부를 대신하여 자신을 치환하는 것을 특징으로 하는 장치.
  68. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응 은 첨가 반응이고, 상기 적어도 하나의 반응물 및 적어도 제2 반응물은, 상기 반응 생성물을 형성하기 위하여 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 장치.
  69. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 상기 적어도 하나의 촉매 화학 반응은 제거 반응이고, 상기 적어도 하나의 반응물은 상기 반응 생성물로 분리되며, 상기 반응 생성물은 적어도 두 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  70. 제48항에 있어서,
    상기 전자기 방사선은, 자외선, 가시광선 또는 적외선 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  71. 제48항에 있어서,
    상기 전자기 방사선원은, 상기 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 펄스형의 전자기 방사선을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  72. 제48항에 있어서,
    상기 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 전자기 방사선을 제공하는 상기 전자기 방사선원은, 상기 적어도 하나의 구조물이 그 위에 배치된 상기 기판의 적어도 일부를 조사하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  73. 제48항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조물은, 나노 임프린팅, 침강 또는 전자빔 리소그래피 또는 이들의 조합을 통해 상기 기판에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  74. 광자-전자 공명으로 유도된 국부적 가열로, 촉매 화학 반응을 촉진하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 구조물의 적어도 광자-전자 공명을 여기시키는 미리 결정된 주파수 또는 주파수 범위를 갖는 전자기 방사선으로, 상기 적어도 하나의 구조물을 조사하는 단계;
    상기 적어도 하나의 구조물 근처에 적어도 하나의 반응물을 가하는 단계;
    촉매 화학 반응 온도에서 상기 적어도 하나의 반응물을 포함하는 적어도 하나의 촉매 화학 반응을 촉진하기 위하여, 상기 적어도 하나의 구조물로부터, 상기 적어도 광자-전자 공명의 결과로서, 국부적 열을 제공하는 단계; 및
    그 위에 배치된 적어도 하나의 구조물을 구비하는 기판을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  75. 제74항에 있어서,
    적어도 하나의 반응 생성물을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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