KR20100015017A - 나노구조물들의 교차 구조들의 제조 - Google Patents
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Abstract
나노와이어 및 탄소 나노튜브와 같은 나노구조물들의 교차 구조들을 제조하는 기술이 제공된다. 일 실시예에 따르면, 나노구조물들의 교차 구조들을 제조하는 방법은, 기판을 제공하는 단계, 기판에 제1 마스크 층을 패터닝하는 단계, 제1 마스크 층이 존재하지 않는 기판의 표면 영역들에 제1 나노구조물들을 흡착하는 단계, 제1 마스크 층을 기판으로부터 제거하는 단계, 제1 나노구조물들이 흡착된 기판에 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계, 및 나노구조물들의 교차 구조들을 제조하는데 효과적인 조건들 하에서, 제2 마스크 층이 존재하지 않는 기판의 표면 영역들에 제2 나노구조물들을 흡착하는 단계를 포함한다.
나노 기술, 나노구조물, 탄소 나노튜브, 나노와이어
Description
본 명세서의 개시 내용은 나노 기술에 관한 것이다.
실리콘 기반의 마이크로일렉트로닉스(microelectronics)의 성능은 과거 수십년 동안 거의 지속적으로 급격하게 성장하였다. 컴퓨터 칩에 집적될 수 있는 트랜지스터의 수가 매 18개월마다 두 배가 될 것이라는 인텔사의 공동 설립자 고든 무어에 의한 예측은 사실로 증명되었으며, 전자 소자들의 크기는 극적으로 감소하였다. 그러나, 높은 제조 단가와 같은 경제적인 한계뿐만 아니라, 현재의 설계가 나노미터 스케일에서 신뢰성 있게 기능하는 것을 막는 물리적인 한계 때문에, 이러한 진행이 앞으로도 계속되지는 않을 것 같다.
최근, 실리콘 기반 기술의 한계들을 극복하기 위한 잠재성 때문에 나노 기술이 큰 주목을 얻고 있다. 예를 들어, 흥미로운 전기적 및/또는 광학적 특성들을 가지는 탄소 나노튜브(carbon nanotube) 및/또는 나노와이어(nanowire) 기반의 다양한 나노스케일 디바이스들이 개발되었다. 또한, 탄소 나노튜브와 나노와이어와 같은 나노구조물들의 교차 구조(cross-structure)에 기초하는 PN 다이오드 및 발광 다이오드와 같은 나노일렉트로닉 디바이스들이 보고되었다. 그러나, 나노구조물들의 교차 구조를 대량생산 하는 것은 매우 어렵다.
본 명세서의 개시 내용은 나노구조물들의 교차 구조들을 제조하기 위한 방법 및 이러한 방법에 의해 제조되는 나노구조물들의 교차 구조들을 가지는 장치를 제공한다.
나노구조물들의 교차 구조들을 제조하기 위한 방법들의 다양한 실시예들이 본 명세서에 개시된다. 일 실시예에 따르면, 나노구조물들의 교차 구조들을 제조하기 위한 방법은, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판에 제1 마스크 층을 패터닝하는 단계, 상기 제1 마스크 층이 존재하지 않는 상기 기판의 표면 영역들에 제1 나노구조물들을 흡착하는 단계, 상기 제1 마스크 층을 상기 기판으로부터 제거하는 단계, 상기 제1 나노구조물들이 조립된 상기 기판에 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계, 및 나노구조물들의 교차 구조들을 제조하는데 효과적인 조건들 하에서, 상기 제2 마스크 층이 존재하지 않는 상기 기판의 표면 영역들에 제2 나노구조물들을 흡착하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 의해 제조된 나노구조물들의 교차 구조들을 갖는 장치 또한 본 명세서에 개시된다.
위와 같은 실시예의 요약은 이하에서 더욱 상세하게 기재되는 발명의 상세한 설명의 단순화된 형태의 개념 중 일부를 설명하기 위해서 제공된다. 이러한 실시예의 요약은 청구범위에 기재된 발명의 필수적인 특징을 식별하기 위한 것은 아니며, 청구범위에 기재된 발명의 범위를 결정하기 위한 수단으로 사용되기 위한 것도 아니다.
일반적으로 도면들에서 도시되고 기술된 것과 같은 본 명세서의 컴포넌트들은, 매우 다양한 구성들로 배치되고 설계될 수 있음을 알 것이다. 따라서, 본 명세서에 따른 장치 및 방법들의 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명은 본 명세서의 범위를 한정하려는 의도가 아니며, 본 명세서에 따른 실시예들의 소정의 예들을 단순히 대표할 뿐이다. 본 명세서에서 기술되는 실시예들은 도면들을 참조하여 잘 이해될 것이며, 도면들에서 동일한 부분은 동일한 참조번호로 명시되어 있다.
도 1(A) 내지 1(F)를 참조하면, 나노구조물들의 교차 구조를 제조하는 방법의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 1(A)에 도시된 바와 같이, 위에 교차 구조들이 조립될 기판(110)이 제공된다. 예를 들어, 기판(110)은 금, 이산화규소, 유리, 수정, 실리콘 및 알루미늄을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 도 1(B)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 표면에 제1 마스크 층(120)이 패터닝된다. 일 실시예에서, 제1 마스크 층(120)은 포토레지스트 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 마스크 층(120)은, 포토레지스트 스핀 코팅 단계, 소프트/하드 베이킹 단계, 포토 마스크를 사용하는 자외선 노출 단계 및 마스킹되지 않은 포토레지스트를 제거하기 위한 현상 단계를 포함할 수 있는 통상적인 포토리소그래피 방법에 의해 기판(110)의 표면에 패터닝될 수 있다. 포토리소그래피 방법 외에, 도 1(B)에 도시된 바와 같이 기판(110)에 제1 마스크 층(120)이 남게 만드는데 사용될 수 있는 기타 방법들도 사용될 수 있다. 포토레 지스트 물질의 적절한 예에는 AZ5214E, PMMA(polymethyl-methacrylate) 등이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 도 1(C)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 표면에 제1 나노구조물들(130)이 흡착된다. 일 실시예에서, 제1 나노구조물들(130)은 탄소 나노튜브들을 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 제1 나노구조물들(130)은 나노와이어들을 포함할 수 있다. 나노와이어들은 나노미터 단위의 지름을 가지는 임의의 도전성 또는 반도전성 와이어를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 마스크 층(120)이 패터닝된 기판(110)은 제1 나노구조물들(130)을 포함하는 용액에 위치될 수 있으며, 용액의 제1 나노구조물들(130)은 제1 마스크 층(120)이 존재하지 않는 기판(110)의 표면 영역들에 선택적으로 흡착될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 제1 나노구조물들(130)을 포함하는 용액은 소정의 나노구조물들을 쉽게 분산시킬 수 있는 용매에 담긴 소정의 나노구조물들을 포함할 수 있다. 나노구조물들의 용액을 사용하여 제1 나노구조물들(130)을 흡착하는 과정은 이하에서 도 3을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
다음으로, 도 1(D)에 도시된 바와 같이, 제1 마스크 층(120)이 기판(110)으로부터 제거된다. 일 실시예에서, 제1 마스크 층(120)은 아세톤 또는 에천트(etchant)로 사용될 수 있는 임의의 기타 용매에 의해 제거될 수 있다. 제1 마스크 층(120)을 제거하면, 기판(110)에 제1 나노구조물들(130)의 조립체가 얻어진다.
이후, 도 1(E)에 도시된 바와 같이, 위에 제1 나노구조물들(130)이 조립된 기판(110)의 표면에 제2 마스크 층(140)이 패터닝된다. 제2 마스크 층(140)은 제2 나노구조물들(150)이 흡착될 공간을 남기도록 패터닝될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 마스크 층(140)은 포토레지스트 층을 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 제2 마스크 층(140)은 소수성 분자 층을 포함할 수 있다. 소수성 분자 층은 제2 나노구조물들(150)의 정렬 특성을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제2 마스크 층은 분자 패터닝 방법에 의해 패터닝될 수 있다. 일 실시예에서, 분자 패터닝 방법은, 예컨대 딥펜 나노리소그래피(dip-pen nanolithography) 및 마이크로컨택트 프린팅(microcontact printing) 방법들과 같은 직접 분자 패터닝 방법을 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 분자 패터닝 방법은 포토리소그래피 방법에 의해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 포토리소그래피를 통한 분자 패터닝은 통상적인 마이크로 제조 설비를 사용할 수 있다. 포토리소그래피를 통한 분자 패터닝 공정의 일 실시예가 이하에서 도 2(A) 내지 2(E)를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 2(A) 및 2(B)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(220)이 기판(210)의 표면에 패터닝된다. 일 실시예에서, 포토레지스트 패터닝은 95℃의 온도에서 짧은 베이킹 시간, 예컨대 10분 미만으로 수행될 수 있다. 짧은 베이킹 시간은 포토레지스트 층(220)이 분자 퇴적(deposition) 이후 기판의 표면에 잔여물을 남기지 않고 완전히 제거되도록 한다.
다음으로, 도 2(C)에 도시된 바와 같이, 패터닝된 기판은 무수 물질(anhydrous material)(230)로 헹구어질 수 있다. 예를 들어, 무수 물질(230) 은 무수 헥산 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 헹굼은 기판에 잔여 표면 수분을 제거할 수 있다.
이후, 도 2(D)에 도시된 바와 같이, 헹구어진 기판은 자기조립 단분자막(SAM; Self-Assembled Monolayer)과 같은 제2 마스크 층을 위한 물질을 포함하는 용액(240)에 위치된다. 예를 들어, SAM용 물질에는 1-옥타데칸티올(1-ODT; 1-octadecanethiol) 또는 옥타데실트리클로로실란(OTS; octadecyltrichlorosilane)가 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이후, 기판(210)에 SAM 패턴(250)을 형성하도록, 포토레지스트 층(220)이 존재하지 않는 기판의 표면 영역들에 SAM용 물질이 선택적으로 퇴적될 수 있다.
다음으로, 도 2(E)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(220)이 제거되어 SAM으로 패터닝된 기판(210)이 얻어진다. 예를 들어, 포토레지스트 층(220)은 아세톤과 같은 용매에 의해 제거될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. SAM 패턴(250)은 포토레지스트가 존재하지 않는 영역에 형성될 수 있는 반면에, 포토레지스트가 제거되기 전에 존재하던 영역은 분자 패터닝 전의 기판(210)의 표면과 동일한 상태를 가질 수 있다. 일 실시예에서, SAM 패턴(250)은 도 1(E) 및 1(F)에 도시된 제2 마스크(140)로서 작용할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 도 1(F)에 도시된 바와 같이, 제2 마스크(140)로 패터닝된 기판의 표면에 제2 나노구조물들(150)이 흡착된다. 일 실시예에서, 제2 나노구조물들(150)은 탄소 나노튜브들을 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 제2 나노구조물들(150)은 나노와이어들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 마스크 층(140)이 패터닝된 기판(110)은 제2 나노구조물들(150)을 포함하는 용액에 위치될 수 있으며, 용액의 제2 나노구조물들(150)은 제2 마스크 층(140)이 존재하지 않는 패터닝된 기판의 표면 영역들에 선택적으로 흡착될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 나노구조물들(150)은 제2 마스크 층이 존재하지 않는 패터닝된 기판의 표면 영역들에, 표면 영역의 극성으로 인하여 자발적으로 흡착될 수 있다. 제2 나노구조물들(150)의 흡착으로 도 1(F)에 도시된 바와 같은 제1 및 제2 나노구조물(130, 150)들의 교차 구조들이 얻어질 수 있다. 전술한 분자 링커 프리 조립(molecular linker-free assembly) 방법은 나노구조물들의 교차 구조의 대량 생산을 가능하게 한다. 나노구조물들의 용액을 사용하여 제2 나노구조물들을 흡착하는 과정은 이하에서 도 3을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 3은 기판에 나노구조물들을 흡착하는 과정의 일 실시예를 도시하는 개략도이다. 예를 들어, 나노구조물들은 나노와이어들 및 탄소 나노튜브들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 마스크 층(320)을 갖는 기판(310)은 나노구조물들(330)을 포함하는 용액(340)에 위치될 수 있으며, 용액(340)의 나노구조물들(330)은 마스크 층(320)이 존재하지 않는 기판(310)의 표면 영역들에 선택적으로 흡착될 수 있다. 나노구조물들(330)을 포함하는 용액의 용매는 마스크 층(320)을 용해시키지 않는다.
일 실시예에서, 나노구조물들(330)은 나노구조물들(330)을 쉽게 분산시킬 수 있는 용매에 담길 수 있다. 예를 들어, 나노구조물들(330)이 산화바나듐(V2O5) 나 노와이어들인 경우 탈이온수(deionized water)가 용매로서 이용될 수 있으며, 나노구조물들이 산화아연(ZnO) 나노와이어들인 경우 에탄올 또는 탈이온수가 용매로서 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 나노구조물들(330)이 탄소 나노튜브들인 경우, 1,2-디클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene), 1,3,4-트리클로로벤젠(1,3,4-trichlorobenzene), 1,3- 디클로로벤젠(1,3-dichlorobenzene), 디클로로에탄(dichloroethane), 클로로벤젠 (chlorobenzene) 등이 용매로서 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
패터닝된 기판에 나노구조물들(330)을 흡착하는 것은 나노구조물들의 전하와 반데르발스 상호작용과 같은 다양한 요인들에 의존할 수 있다. 일 실시예에서, 나노구조물들(330)은 표면 영역의 극성 때문에 기판(310)의 표면에 자발적으로 흡착될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 나노구조물들(330)은 나노구조물 흡착을 더 증진시키기 위해 전위(electric potential)를 사용하여 기판(310)의 표면에 흡착될 수 있다. 전위는 나노구조물들(330)의 흡착의 정도 및/또는 양을 제어하도록 기판(310)에 인가될 수 있다.
본 명세서는 그 기본적인 특징 또는 특성들을 벗어나지 않으면서 다른 구체적인 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 기술된 실시예들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 할 것이다. 따라서, 본 명세서의 범위는 전술한 설명에 의해서라기 보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 나타내어진다. 특허청구범위의 균등 범위 및 의미 내의 모든 변경이 본 명세서의 범위에 포함될 것이다.
본 명세서에 개시된 특징들 및 다른 특징들은 첨부 도면들과 상세한 설명 및 특허청구범위로부터 더 명확하게 이해될 것이다. 이 도면들은 본 명세서에 따른 몇몇 실시예들만을 도시한 것이며, 따라서 본 명세서의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것이 이해될 것이다. 본 명세서 개시 내용은 첨부 도면들의 사용을 통하여 보다 구체적이고 상세하게 설명될 것이다.
도 1(A) 내지 1(F)는 일 실시예에 따른 나노구조물들의 교차 구조들을 제조하는 과정을 도시하는 개략도.
도 2(A) 내지 2(E)는 다른 일 실시예에 따른 포토리소그래피를 통한 분자 패터닝의 과정을 도시하는 개략도.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 기판에 나노구조물들을 흡착하는 과정을 도시하는 개략도.
Claims (20)
- 나노구조물들의 교차 구조들을 제조하기 위한 방법으로서,기판을 제공하는 단계;상기 기판에 제1 마스크 층을 패터닝하는 단계;상기 제1 마스크 층이 존재하지 않는 상기 기판의 표면 영역들에 제1 나노구조물들을 흡착하는 단계;상기 제1 마스크 층을 상기 기판으로부터 제거하는 단계;상기 제1 나노구조물들이 조립된 상기 기판에 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계; 및나노구조물들의 교차 구조들을 제조하는데 효과적인 조건들 하에서, 상기 제2 마스크 층이 존재하지 않는 상기 기판의 표면 영역들에 제2 나노구조물들을 흡착하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 나노구조물들은 나노와이어들인 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 나노구조물들은 탄소 나노튜브들인 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2 나노구조물들은 나노와이어들인 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2 나노구조물들은 탄소 나노튜브들인 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 마스크 층을 패터닝하는 단계는 포토리소그래피 방법에 의해 수행되는 방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 마스크 층은 포토레지스트 물질을 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 나노구조물들을 흡착하는 단계는 상기 제1 나노구조물들을 포함하는 용액에 상기 패터닝된 기판을 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제8항에 있어서,상기 제1 나노구조물들을 흡착하는 단계는 상기 기판에 전위(electric potential)를 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계는 포토리소그래피, 딥펜 나노리소그래피(dip-pen nanolithography) 및 마이크로컨택트 프린팅(microcontact printing)을 포함하는 군으로부터 선택되는 분자 패터닝 방법에 의해 수행되는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계는 소수성 분자 층(hydrophobic molecular layer)을 패터닝하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계는 자기조립 단분자막(self-assembled monolayer)을 패터닝하는 단계를 포함하는 방법.
- 제10항에 있어서,상기 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계는 포토리소그래피에 의해 수행되는 방법.
- 제13항에 있어서,상기 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계는,상기 제1 나노구조물들이 조립된 기판에 포토레지스트 층을 패터닝하는 단계;상기 포토레지스트 층이 존재하지 않는 상기 기판의 표면 영역들에 상기 제2 마스크 층을 퇴적시키는데 효과적인 조건들 하에서, 제2 마스크 층용 물질을 포함하는 용액에 상기 기판을 위치시키는 단계; 및상기 포토레지스트 층을 상기 기판으로부터 제거하는 단계를 포함하는 방법.
- 제14항에 있어서,상기 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계는, 제2 마스크 층용 물질을 포함하는 상기 용액에 상기 기판을 위치시키기 전에, 상기 기판을 무수 물질(anhydrous material)로 헹구는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제14항에 있어서,상기 포토레지스트 층을 패터닝하는 단계는 10분 미만의 베이킹 시간으로 수행되는 방법.
- 제14항에 있어서,제2 마스크 층용 물질을 포함하는 용액에 상기 기판을 위치시키는 단계는 1- 옥타데칸티올(1-ODT; 1-octadecanethiol) 및 옥타데실트리클로로실란(OTS; octadecyltrichlorosilane)을 포함하는 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하는 용액에 상기 기판을 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2 나노구조물들을 흡착하는 단계는 제2 나노구조물들을 포함하는 용액에 상기 패터닝된 기판을 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제18항에 있어서,상기 제2 나노구조물들을 흡착하는 단계는 상기 기판에 전위를 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 기판을 제공하는 단계;상기 기판에 제1 마스크 층을 패터닝하는 단계;상기 제1 마스크 층이 존재하지 않는 상기 기판의 표면 영역들에 제1 나노구조물들을 흡착하는 단계;상기 제1 마스크 층을 상기 기판으로부터 제거하는 단계;상기 제1 나노구조물들이 조립된 상기 기판에 제2 마스크 층을 패터닝하는 단계; 및나노구조물들의 교차 구조들을 제조하는데 효과적인 조건들 하에서, 상기 제 2 마스크 층이 존재하지 않는 상기 기판의 표면 영역들에 제2 나노구조물들을 흡착하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 나노구조물들의 교차 구조들을 갖는 장치.
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