KR20100019587A - 에스피엠 나노탐침 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SPM 나노탐침 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모체팁(mother tip)의 선단부에 나노니들을 부착한 형태의 SPM 나노탐침에 있어서, 상기 탐침은 입자빔 유도 증착(particle beam induced deposition)에 의해 나노니들의 선단부에 구형의 증착물이 형성되도록 한 구조를 포함하되, 상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 1.5 내지 8.5 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침에 관한 것으로, 본 발명의 SPM 나노탐침은 나노니들의 선단부에 형성되는 구형의 증착물의 직경 및 나노니들의 단면직경과 상기 구형의 증착물의 직경의 비를 임의적으로 조절하여 굴곡이 심한 표면 또는 패턴에서 표면, 바닥, 및 측벽의 형상 그리고 마찰력 및 접착력을 보다 안전하고 정밀하게 측정할 수 있다.
SPM 나노탐침, 나노니들, 증착물, 입자빔 유도증착
Description
본 발명은 SPM 나노탐침 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모체팁(mother tip)의 선단부에 나노니들을 부착한 형태의 SPM 나노탐침에 있어서, 상기 탐침은 입자빔 유도 증착(particle beam induced deposition)에 의해 나노니들의 선단부에 구형의 증착물이 형성되도록 한 구조를 포함하되, 상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 1.5 내지 8.5 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침 및 그 제조방법에 관한 것이다.
SPM은 나노 스케일의 기술 분야에서 정교하면서도 매우 강력하고 유용한 장비이다. SPM은 탐침과 시료 사이에 작용하는 원자간력을 이용하는 AFM(atomic force microscope), 탐침과 시료 사이에 작용하는 자기력을 이용하는 MFM(magnetic force microscope), 탐침과 시료 사이에 작용하는 정전기력을 이용하는 EFM(electrostatic force microscope), 시료의 광 특성을 이용하는 SNOM(scanning near field optical microscope), 시료표면의 마찰력을 비교하는 LFM(lateral force microscope) 등 다양한 종류가 있다.
이와 같은 SPM은 일반적으로 원자 수준의 분해능을 갖는 것으로 알려져 있지 만, 그러한 SPM의 분해능을 보다 향상시키기 위해서는 SPM에 사용되는 탐침(probe)의 선단부 또는 팁(tip)을 첨예화해야 할 필요성이 있다. 그러나, 기존의 방식인 반도체 미세 가공 기술(semiconductor micromachining technique)에 의해 제조되는 탐침의 종횡비(aspect ratio)를 향상시키는 것에는 한계가 있으므로 탐침의 선단부를 첨예화하기 위한 새로운 대안을 찾게 되었고, 그 새로운 대안으로 부각된 것이 바로 탄소 나노튜브(carbon nanotube)였다. 탄소 나노튜브는 알려진 바와 같이 우수한 전기적, 기계적 특성과 아울러 높은 종횡비를 갖고 있다. 따라서, 이와 같이 우수한 특성을 갖는 탄소 나노튜브를 SPM의 탐침의 팁에 부착하여 시료의 이미지를 얻는 방안에 대한 연구가 진행되었다. 이러한 연구와 관련하여 미국특허 제6,528,785호는 코팅막을 이용하여 탄소 나노튜브를 SPM의 탐침의 팁에 부착하는 기술에 대해 개시하고 있으며, 미국 특허 제6,759,653호는 집속된 이온빔을 이용하여 탄소 나노튜브를 탐침의 팀에 부착하고 필요한 길이로 탐침의 팁에 부착된 탄소 나노튜브를 절단하는 기술에 대해 개시하고 있다.
그런데, 이러한 일련의 기술의 전개와 관련하여 일반적으로 나노니들을 SPM의 탐침의 팁에 부착하여 사용하는 데에는 몇가지 중요한 기술적인 요소가 있다. 그 중 첫째는 나노니들을 탐침의 팁에 부착시키는 강도이며, 둘째는 탐침의 팁에 부착된 나노니들의 길이를 적당히 조절하는 것이며, 셋째는 탐침의 팁의 형상에 관계없이 탐침의 팀에 부착된 나노니들의 지향방향 및 모양을 조절하는 것이다. 앞서 언급한 미국특허 제6,528,785호 및 제6,759,653호는 위에서 기술한 두 가지 기술적인 요소, 즉 부착 강도 및 길이 조절에 관해 어느 정도의 기술적인 성과를 달 성하였지만, 세 번째 요소에 관해서는 아무런 해결책을 내놓고 있지 못하다. 특히, SPM을 이용하여 굴곡이 있는 측면의 영상을 얻기 위해서는 탐침의 끝이 일직선으로 곧은 탐침으로는 정확하게 굴곡이 있는 측면의 영상을 얻을 수가 없으므로 탐침이 첨단이 휜 것이 바람직하다.
이러한 문제를 해결하기 위한 시도가 있었다. 본 발명자들은 이온빔(ion beam)을 이용한 SPM(scanning probe microscope) 나노니들 탐침(nanoneedle probe)의 제조 방법으로서, 상기 나노니들이 부착되는 상기 탐침의 팁(tip)을 이온빔이 조사되는 방향으로 향하도록 위치시키는 단계와, 상기 나노니들이 부착된 상기 탐침의 팁 방향으로 이온빔을 조사하여 상기 탐침의 팁에 부착된 상기 나노니들을 상기 이온빔과 평행하게 정렬시키는 단계를 포함하는, SPM 나노니들 탐침의 제조 방법에 관한 특허를 출원하여 등록된 바 있다(특허 제679619호). 또한, 본 발명자들은 입자빔(particle beam)을 이용한 나노 크기 물질(nanometer-scale material)의 변형 방법으로서, 상기 나노 크기 물질에 입자빔을 조사하여 상기 나노 크기 물질을 상기 입자빔의 방향으로 휘게 하는 것을 특징으로 하는, 입자빔을 이용한 나노 크기 물질의 변형 방법을 출원하여 등록된 바 있다(특허 제767994호). 이처럼 SPM을 이용하여 굴곡이 있는 측면의 영상을 얻기 위한 탐침을 CD-SPM 탐침이라고 한다.
그러나, 상기 문헌을 포함한 종래의 방법으로 제조된 나노탐침뿐만 아니라 나노탐침의 말단부가 구형의 볼(ball)형태를 구현하여 사용하는 것이 바람직한 경우가 있다. 미세한 형상 측정에서는 뾰족한 나노니들 또는 끝이 굽어있는 나노니 들 만으로 충분하지만, 복잡한 형상 내부의 마찰력이나 접착력을 측정할 경우에는 나노니들탐침의 말단에 잘 정의된 면적을 가진 탐침말단부가 필요하게 되고, 이에 적합한 형상으로 탐침말단부에 일정한 크기와 형상을 지닌 볼 형태가 구현된 본 발명과 같은 탐침이 요구된다.
나노탐침의 말단부에 볼 형태를 구현하는 방법은 두 가지가 있을 수 있다. 첫번째는 나노탐침의 말단부에 볼을 부착하는 것이다. 그러나, 특정 크기의 볼을 개별 선정하여 그 볼을 나노니들탐침에 정확한 위치와 방향을 유지하면서 부착하는 방법이 알려져 있지 않고 또한 고난도의 작업이기 때문에 제작에 어려움이 있다. 한편, 본 발명자들은 집속이온빔(Focused Ion Beam, FIB)을 이용하여 나노니들의 일측 말단에 백금볼 형태의 팁을 부착할 수 있음을 보인 바 있다(참고논문: Park BC, Choi J H, Ahn S J, Kim D -H, Joon L, Dixon R, Orji G, Fu J, and Vorburger T, Proc.Of SPIE, 2007, 6518, 65819). 그러나, 상기 문헌에 개시된 백금볼 부착 나노니들의 경우 백금볼의 직경이 약 60 nm 정도이고 나노니들과 백금볼의 직경비가 약 1.4 정도에 불과하여 사용에 제약이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 모체팁(mother tip)의 선단부에 나노니들을 부착한 형태의 SPM 나노탐침으로 굴곡이 심한 표면 또는 패턴에서 표면, 바닥, 및 측벽의 형상 그리고 마찰력 및 접착력을 측정할 수 있도록 탐침말단부에 일정한 크기와 형상을 지닌 볼 형태가 구현되되, 상기 볼 형태의 탐침말단 부의 크기 및 나노니들의 단면직경과 볼 형태의 탐침말단부의 직경의 비를 조절한 SPM 나노탐침 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 모체팁(mother tip)의 선단부에 나노니들을 부착한 형태의 SPM 나노탐침에 있어서, 상기 탐침은 입자빔 유도 증착(particle beam induced deposition)에 의해 나노니들의 선단부에 구형의 증착물이 형성되도록 한 구조를 포함하되, 상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 1.5 내지 8.5 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 구형의 증착물의 직경이 15 nm 내지 1,000 nm 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 입자빔 유도 증착(particle beam induced deposition)이 입자 가속전압이 5 내지 50 kV 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 입자빔이 전자빔(electron beam), 중성자 빔(neutron beam), 양성자 빔(proton beam), 중성 원자빔(neutral atom beam) 또는 이온빔(ion beam)인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 중성 원자 또는 이온이 헬륨(He), 붕소(B), 네온(Ne), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 인(P), 염소(Cl), 알곤(Ar), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 크립톤(Kr), 인듐(In), 크세논(Xe), 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 중성 원자 또는 이온인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 증착물이 금속, 탄소 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 2 내지 8 범위이고, 상기 구형의 증착물의 직경은 80 nm 내지 600 nm 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모체팁(mother tip)의 선단부에 나노니들을 부착한 형태의 SPM 나노탐침의 제조방법에 있어서, ⅰ)마더팁(mother tip)에 나노니들을 부착하는 단계,; ⅱ)입자빔을 조사할 수 있는 챔버 내에 상기 나노니들이 부착된 마더팁을 안착하는 단계 및; ⅲ)상기 나노니들의 선단부에 입자 가속전압이 5 내지 50kV 범위의 입자빔을 조사하여 나노니들의 선단부에 구형의 증착물이 형성되도록 하되, 상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 1.5 내지 8.5 범위가 되도록 하는 단계를 포함하는 SPM 나노탐침의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 구형의 증착물의 직경은 15 nm 내지 1,000 nm 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 입자빔이 전자빔(electron beam), 중성자 빔(neutron beam), 양성자 빔(proton beam), 중성 원자빔(neutral atom beam) 또는 이온빔(ion beam)인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 중성 원자 또는 이온이 헬륨(He), 붕소(B), 네온(Ne), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 인(P), 염소(Cl), 알곤(Ar), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 크립톤(Kr), 인듐(In), 크세논(Xe), 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 중성 원자 또는 이온인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 증착물이 금속, 탄소 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 2 내지 8 범위이고, 상기 구형의 증착물의 직경은 80 nm 내지 600 nm 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 SPM 나노탐침은 나노니들의 선단부에 형성되는 구형의 증착물의 직경 및 나노니들의 단면직경과 상기 구형의 증착물의 직경의 비를 임의적으로 조절하여 굴곡이 심한 표면 또는 패턴에서 표면, 바닥, 및 측벽의 형상 그리고 마찰력 및 접착력을 보다 안전하고 정밀하게 측정할 수 있다.
이하에서 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 태양인 실시예를 통해 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 SPM 나노탐침(100)은 선단부에 나노니들을 부착한 형태의 것이다. 도 1은 본 발명의 SPM 나노탐침(100) 제조단계를 도식적으로 설명하기 위한 이해도 이고, 도 2는 본 발명의 SPM 나노탐침(100)의 구조를 설명하기 위한 단면구조도이다. 도 2 또는 전술한 특허 제767994호 등에 개시된 바와 같이, 모체팁(mother tip, 30)에 나노니들(20)을 부착하는 것은 탄화수소류의 증착에 의한 welding과 같은 방법으로 수행될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 모두 알 수 있을 것이므로 본 명세서에서 더 이상의 상세한 설명은 하지 않기로 한다. 본 명세서에서 상기 나노니들(nanoneedle, 20)은 0.1 nm 내지 1,000 nm 수준의 단면직경 또는 크기를 가진 미세구조를 의미하며, 나노튜브(nanotube)와 나노와이어(nanowire)를 포괄하는 것으로 사용하기로 한다. 나노튜브가 그 대상인 경우 탄소나노튜브, BCN계 나노튜브 또는 BN계 나노튜브 등 일반적인 나노튜브 및 단일벽 나노튜브(single-walled nanotube), 이중벽 나노튜브(double-walled nanotube) 또는 다중벽 나노튜브(multi-walled nanotube)에 관계없이 모두 적용될 수 있으며, 특히 본 발명의 실시예에서는 다중벽 탄소나노튜브가 사용되었다.
본 발명의 SPM 나노탐침(100)은 입자빔 유도 증착(particle beam induced deposition)에 의해 상기 나노니들(20)의 선단부에 구형의 증착물(10)이 형성되도록 한 구조를 포함하되, 상기 나노니들(20)의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물(10)의 직경(y)의 비 y/x가 1.5 내지 8.5 범위인 것을 특징으로 한다. 종래에 입자빔, 특히 집속된 이온빔(focused ion beam)의 용도는 미세 가공(micro-machining)을 위한 밀링(milling), 에칭(etching) 및 증착(deposition) 등에 한정되어 왔다. 즉, 종래의 집속된 이온빔은 이온빔의 가속 에너지에 의해 시편을 구성하는 물질에 충격을 주어 시편을 구성하는 물질의 밀링 작업이나 에칭, 또는 이온 빔을 시편을 구성하는 물질에 고착시키는 증착 등의 작업을 위해 사용되는데 한정되어 왔다. 본 발명자들은 입자빔을 이용한 증착과정에서 입자빔의 가속전압과 단위면적당 가해지는 입자의 량을 조절하는 경우 증착되는 증착물의 형태를 조절할 수 있음을 알게 되었고, 특히 본 발명과 같이 나노니들(20)의 선단부에 입자빔을 조사하는 경우 나노니들(20)의 선단부를 포함한 몸체에 전반적으로 증착물이 증착되며, 소정의 조건하에서는 나노니들(20)의 선단부에 증착되는 증착물이 구형으로 형성되며 상기 구형의 증착물(10)이 상대적으로 나노니들(20)의 몸체에 증착되는 증착물에 비해 성장속도가 빠르다는 것을 알게 되었다. 즉, 상기 나노니들(20)의 선단부에 입자 가속전압이 5 내지 50 kV 범위이고, 선단부에 조사되는 입자밀도가 400 내지 10,000 개/nm2(particle/nm2) 범위에서 입자빔을 조사하게 되면, 나노니들(20)의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물(10)의 직경(y)의 비 y/x가 1.5 내지 8.5 범위로 조절할 수 있게 된다. 전술한 바와 같이, 본 발명자들의 기발표된 논문에서도 나노니들(20)의 선단부에 백금볼을 형성할 수 있음을 보인 바 있으나, 상기 문헌에 개시된 백금볼-나노니들(20)의 경우 백금볼의 직경을 기준으로 약 15 nm 수준이고, 나노니들(20)과 백금볼의 직경을 기준으로 1.5 미만의 것만 제조할 수 있었다. 상기 구형의 증착물(10)의 직경은 15 nm 내지 1,000 nm 범위인 것이 바람직하다. 상기 구형의 증착물(10)의 직경이 15 nm 미만인 경우에는 나노니들(20)의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물(10)의 직경(y)의 비 y/x가 1.5를 초과하지 않아 전술한 목적을 달성하기 어렵고, 반면 구형의 증착물(10)의 직경이 1,000 nm를 초 과하는 경우에는 증착물의 형태가 구형을 유지하기 어려워 실제 탐침으로 사용하기 어렵기 때문이다. 증착물의 형태와 용도 등을 고려하면 상기 증착물은 구형에 가까운 것이 보다 바람직하기 때문에, 상기 나노니들(20)의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물(10)의 직경(y)의 비 y/x는 2 내지 8 범위인 것이 더욱 바람직하고, 상기 구형의 증착물(10)의 직경은 80 nm 내지 600 nm 범위인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 SPM 나노탐침(100)에 있어서, 상기 증착물은 특별히 제한되는 것은 아니며, 일반적인 입자빔 유도 증착(particle beam induced deposition) 즉, 이온빔 유도증착이나 전자빔 유도증착에 적용가능한 물질이면 모두 사용할 수 있음을 물론이다. 다만, 상기 증착물의 경우 SPM의 탐침으로 사용되는 것이므로, 전도성을 가진 물질 예컨대 금속, 탄소 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 태양인 실시예에서는 백금(Pt) 전구체인 메틸사이클로펜타디에닐(트리메틸)플라티늄(methylcyclopentadienyl(trimethyl)patinum)을 사용하여 백금-탄소가 나노니들(20)에 증착되도록 하였다.
상기 입자빔은 전자빔, 중성자 빔(neutron beam), 양성자 빔(proton beam), 중성 원자빔(neutral atom beam) 또는 이온빔(ion beam)이 모두 가능하며, 편의성 등을 고려하면 이온빔 또는 전자빔이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 상기 입자빔의 예로 갈륨(Ga) 이온빔을 사용하였으며, 전자빔 역시 사용가능함을 확인하였다. 상기 중성 원자 또는이온의 종류로는, 헬륨(He), 붕소(B), 네온(Ne), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 인(P), 염소(Cl), 알곤(Ar), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 크립톤(Kr), 인듐(In), 크세논(Xe), 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 중성 원자빔 또는 이온빔이 바람직하다. 또한, 상기 이온빔은 집속된 이온빔(focused ion beam)인 것이 바람직하며, 상기 집속된 이온빔의 가속전압은 5 kV 내지 30kV, 전류량은 1 pA 내지 1 nA, 상기 나노니들(20)이 상기 집속된 이온빔에 노출되는 시간은 1 초 내지 10 초인 것이 바람직하다. 아울러 상기 집속된 이온빔은 Ga 이온빔, Au 이온빔, Ar 이온빔, Li 이온빔, Be 이온빔, He 이온빔, Au-Si-Be 이온빔으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 SPM 나노탐침(100)은 ⅰ)모체팁(mother tip)에 나노니들(20)을 부착하는 단계,; ⅱ)입자빔을 조사할 수 있는 챔버 내에 상기 나노니들(20)이 부착된 모체팁(30)을 안착하는 단계 및; ⅲ)상기 나노니들(20)의 선단부에 입자 가속전압이 5 내지 50 kV 범위이고, 선단부에 조사되는 입자밀도가 400 내지 10,000 개/nm2(particle/nm2) 범위에서 입자빔을 조사하여 나노니들(20)의 선단부에 구형의 증착물(10)이 형성되도록 하되, 상기 나노니들(20)의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물(10)의 직경(y)의 비 y/x가 1.5 내지 8.5 범위가 되도록 하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다. 도 1은 본 발명의 SPM 나노탐침(100) 제조단계를 도식적으로 설명하기 위한 이해도이고, 도 3은 본 발명의 SPM 나노탐침(100)의 제조방법에 의해 제조된 나노탐침(100)의 모습을 담은 주사전자현미경 사진((a)나노니들(20)이고, Pt 증착물의 직경이 (b) 20 nm, (c) 30 nm, (d) 40 nm, (e) 60 nm, (f) 120 nm, (g) 190 nm, (h) 340 nm 및 (i) 400 nm 가 되도록 한 경우의 형상이다. 도 1 및 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 SPM 나노탐침(100)은 나노니들(20)의 선단부에 형성되는 증착물의 형태(구형) 및 크기와 나노니들(20)의 직경 대비 상대적인 직경의 비를 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 입자빔을 조사할 수 있는 챔버로는 이중빔 초점 이온빔 장치(Dual-beam focused ion-beam machine, 모델명: Nova 200, FEI, Co. 제조)를 사용하였으며, 이온빔의 가속전압은 각각 10, 20 및 30 kV으로 조절되었고, 갈륨 이온의 전류는 각각 3, 10 및 23 pA로 조절하였다. 또한, 페러데이컵(Faraday cup)을 이용하여 실제 전류량을 측정하기도 하였다. 하기 표 1에 본 발명의 이온빔 가속전압, 전류 및 이온 플럭스 등의 실시조건을 기재하였다.
| 가속전압(kV) | 명목전류 (pA) | 실제전류(pA) | 10 nm 대상두께당 Ga이온흐름량 (ion/nm2) |
| 10 | 3.0 | 3.8 | 180 |
| 20 | 23 | 25 | 160 |
| 30 | 10 | 7.8 | 99 |
도 4는 본 발명의 SPM 나노탐침(100)의 TEM 사진이고, 도 5는 본 발명의 SPM 나노탐침(100)의 부위별 EDS 분석결과이다. 도 4 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 나노니들(20)의 선단부에 형성된 구형의 증착물(10)은 그 주성분이 탄소와 백금(Pt)인 것을 알 수 있었고, 나노니들(20)의 몸체와 모체팁(30) 부분에 증착된 증착물의 조성 역시 마찬가지이되, 구형의 증착물(spot C)에 백금 성분이 좀 더 풍부하게 존재함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 SPM 나노탐침(100)에 있어서 입자가속전압에 따른 증착물의 직경(y)과 나노니들(20)의 직경(x)의 비(y/x)의 추세를 나타낸 그래프(a), 나노니들(20)의 직경(x) 변화 추세(b) 및 입자가속전압에 따른 증착물의 직경(c) 변화 추세를 나타낸 그래프이다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 입자가속전압이 높아짐에 따라 증착물의 직경(y)과 나노니들(20)의 직경(x)의 비(y/x)가 커지는 것을 확인할 수 있고, 이온조사량이 증가하면 직경비가 커지는 것을 알 수 있었다.
앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 SPM 나노탐침 제조단계를 도식적으로 설명하기 위한 이해도
도 2는 본 발명의 SPM 나노탐침의 구조를 설명하기 위한 단면구조도
도 3은 본 발명의 SPM 나노탐침의 제조방법에 의해 제조된 나노탐침의 모습을 담은 주사전자현미경 사진((a)나노니들이고, 구형의 Pt 증착물의 직경이 (b) 20 nm, (c) 30 nm, (d) 40 nm, (e) 60 nm, (f) 120 nm, (g) 190 nm, (h) 340 nm 및 (i) 400 nm
도 4는 본 발명의 SPM 나노탐침의 TEM 사진
도 5은 본 발명의 SPM 나노탐침의 부위별 EDS 분석결과
도 6은 본 발명의 SPM 나노탐침에 있어서 입자가속전압에 따른 증착물의 직경(y)과 나노니들의 직경(x)의 비(y/x)의 추세를 나타낸 그래프(a), 나노니들의 직경 변화 추세(b) 및 입자가속전압에 따른 증착물의 직경(c) 변화 추세를 나타낸 그래프.
Claims (13)
- 모체팁(mother tip)의 선단부에 나노니들을 부착한 형태의 SPM 나노탐침에 있어서,상기 탐침은 입자빔 유도 증착(particle beam induced deposition)에 의해 나노니들의 선단부에 구형의 증착물이 형성되도록 한 구조를 포함하되, 상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 1.5 내지 8.5 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침.
- 제1항에 있어서,상기 구형의 증착물의 직경은 15 nm 내지 1,000 nm 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침.
- 제1항에 있어서,상기 입자빔 유도 증착(particle beam induced deposition)은 입자 가속전압이 5 내지 50 kV 범위이고, 선단부에 조사되는 입자밀도가 400 내지 10,000 개/nm2(particle/nm2) 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침.
- 제1항에 있어서,상기 입자빔은 전자빔(electron beam), 중성자 빔(neutron beam), 양성자 빔(proton beam), 중성 원자빔(neutral atom beam) 또는 이온빔(ion beam)인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침.
- 제4항에 있어서,상기 중성 원자 또는 이온은 헬륨(He), 붕소(B), 네온(Ne), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 인(P), 염소(Cl), 알곤(Ar), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 크립톤(Kr), 인듐(In), 크세논(Xe), 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 중성 원자 또는 이온인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침.
- 제1항에 있어서,상기 증착물은 금속, 탄소 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침.
- 제2항에 있어서,상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 2 내지 8 범위이고, 상기 구형의 증착물의 직경은 80 nm 내지 600 nm 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침.
- 모체팁(mother tip)의 선단부에 나노니들을 부착한 형태의 SPM 나노탐침의 제조방법에 있어서,ⅰ)마더팁(mother tip)에 나노니들을 부착하는 단계,;ⅱ)입자빔을 조사할 수 있는 챔버 내에 상기 나노니들이 부착된 모체팁을 안착하는 단계 및;ⅲ)상기 나노니들의 선단부에 입자 가속전압이 5 내지 50 kV 범위이고, 선단부에 조사되는 입자밀도가 400 내지 10,000 개/nm2(particle/nm2) 범위에서 입자빔을 조사하여 나노니들의 선단부에 구형의 증착물이 형성되도록 하되, 상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 1.5 내지 8.5 범위가 되도록 하는 단계를 포함하는 SPM 나노탐침의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 구형의 증착물의 직경은 15 nm 내지 1,000 nm 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 입자빔은 전자빔(electron beam), 중성자 빔(neutron beam), 양성자 빔(proton beam), 중성 원자빔(neutral atom beam) 또는 이온빔(ion beam)인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 중성 원자 또는 이온은 헬륨(He), 붕소(B), 네온(Ne), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 인(P), 염소(Cl), 알곤(Ar), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 크립톤(Kr), 인듐(In), 크세논(Xe), 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 중성 원자 또는 이온인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 증착물은 금속, 탄소 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 나노니들의 단면직경(x)과 상기 구형의 증착물의 직경(y)의 비 y/x가 2 내지 8 범위이고, 상기 구형의 증착물의 직경은 80 nm 내지 600 nm 범위인 것을 특징으로 하는 SPM 나노탐침의 제조방법.
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