KR20100047879A - 탄소 나노튜브층의 레이저 패터닝 - Google Patents

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KR20100047879A
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린 쉬한
케빈 둘리
로리 조단
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

탄소 나노튜브층의 패터닝 방법은 탄소 나노튜브층(204A)을 포함하는 기판(112)을 제공하는 단계를 포함한다. 레이저빔이 생성된다. 레이저빔은 탄소 나노튜브층의 제1 표면 상으로 보내진다. 상기 레이저빔과 상기 제1 표면 사이의 상대 이동이 유발되어 제1 표면 상에 적어도 하나의 공동 피처(210)를 형성한다.

Description

탄소 나노튜브층의 레이저 패터닝{LASER PATTERNING OF A CARBON NANOTUBE LAYER}
탄소 나노튜브(CNT)는 1991년 그 발견 이래로 그들 고유의 전기적, 기계적 및 열적 속성들 때문에 개발자들로부터 상당한 주목을 끌었다. 괄목할만한 탄소 나노튜브들의 전기적 속성으로 인해 그들은 센서, 상호접속, 트랜지스터 및 평판 디스플레이와 같은 어플리케이션에 대한 이상적인 후보가 되었다. 이러한 속성들은 각종 제품에 사용되는 고성능의 유연한 투명 전극들을 개발하는 기회를 제공한다. 그러나, 유연한 전자 기기와 같은 제품들로의 성공적인 구현을 위해, 대형 면적에 걸쳐, 고해상도에서, 플라스틱과 호환가능한 처리 온도로 탄소 나노튜브들을 퇴적하고 패터닝하는 방법들을 가지는 것이 바람직하다. 탄소 나노튜브들의 잠재적인 전기적 및 광학적 속성들을 이용하기 위해, 제조업자들은 재료들을 공통의 전자 회로 형태로 패터닝할 수 있어야 할 것이다.
원하는 패턴으로 기판 상에 탄소 나노튜브들을 직접 잉크젯 프린트하는 것이 이전에 제안되었다. 그러나, 그러한 프로세스는 탄소 나노튜브들의 잉크 형성, 해상도 제한들 및 기판들로의 불충분한 부착이라는 단점을 갖는다. 기판과 탄소 나노튜브 화학 상호작용에 기초한 패터닝 기술들도 이전에 제안되었다. 이러한 프로세스는 매우 복잡한 화학 과학, 패턴 필(pattern fill)에 대한 불일치 결과들, 및 탄소 나노튜브들을 부착하기 전에 부착 화학 물질을 패터닝할 필요성의 단점을 갖는다. 포토리소그래피 프로세스들도 제안되었다. 그러한 프로세스들은 원하는 패턴을 완성하기 위해 여러 포토리소그래피 및 플라즈마 에치 단계들을 요구하는 단점을 갖는다. 다른 제안은 구리 마스크 시스템을 이용하여 탄소 나노튜브들의 레이저 트리밍(trimming)을 이용하는 것이다. 이러한 레이저 트리밍법은 구리 그리드 마스크에 의해 정의된 탄소 나노튜브들의 패턴들을 생성할 수 있다. 이러한 방법은 구리 그리드에 의해 정의된 패턴들만이 생성될 수 있고 패터닝되는 영역에 걸쳐 레이저 노출이 균일화되어야 하는 단점을 갖는다.
일 실시예는 탄소 나노튜브층을 패터닝하는 방법을 제공한다. 이 방법은 탄소 나노튜브층을 포함하는 기판을 제공하는 단계를 제공한다. 레이저빔이 발생된다. 레이저빔은 탄소 나노튜브층의 제1 표면 상으로 보내진다. 레이저빔과 제1 표면 사이의 상대 운동이 야기되어 제1 기판 상에 적어도 하나의 공동 피처(cavity feature)를 형성한다.
도 1은 일 실시예에 따라 탄소 나노튜브층을 패터닝하는 시스템을 도시하는 블록도.
도 2a 내지 도 2d는 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템에 의해 패터닝된 기판의 단면도를 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3d는 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템에 의해 패터닝된 기판의 단면도를 도시하는 도면.
도 4는 일 실시예에 따라 여러 타입의 층들의 절제와 레이저 전류 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템에 의해 형성된 공동 피처들을 갖는 탄소 나노튜브층을 포함하는 기판의 광학 마이크로스코프 이미지를 도시하는 도면.
이하의 상세한 설명에서, 그 일부를 이루는 첨부 도면에 참조가 이루어지고, 본 발명을 실시할 수 있는 특정 실시예들이 예시로서 도시된다. 이와 관련하여, "상부", "하부", "전방", "후방" 등과 같은 방향성 용어는 설명되는 도면(들)의 배향을 참조하여 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예들의 컴포넌트들은 다수의 상이한 배향으로 배치될 수 있기 때문에, 방향성 용어는 예시용으로 사용되고 제한하려는 것이 아니다. 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다른 실시예들을 이용할 수 있고 구조적 또는 논리적 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 제한적으로 여겨져서는 안되고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.
도 1은 일 실시예에 따라 기판(112)을 패터닝하는 시스템(100)을 도시하는 블록도이다. 시스템(100)은 컨트롤러(102), 레이저(104), 빔 성형 어셈블리(106), 스캔 미러 어셈블리(108), 초점 렌즈(110) 및 스테이지(114)를 포함한다. 패터닝될 기판(112)이 스테이지(114) 상에 배치된다. 컨트롤러(102)는 레이저(104)가 빔 성형 어셈블리(106)로 출력되는 레이저빔을 생성하게 한다. 빔 성형 어셈블리(106)는 수신된 레이저빔을 성형하고 성형된 레이저빔을 스캔 미러 어셈블리(108)에 출력한다. 컨트롤러(102)는 스캔 미러 어셈블리(108)가 원하는 패턴으로 기판(112)에 걸쳐 수신된 레이저빔을 스캔하게 한다. 기판(112)을 히트(hit)하기 전에, 레이저빔은 초점 렌즈(110)에 의해 기판(112) 상에 초점화된다. 일 실시예에서, 초점 렌즈(110)는 레이저빔을 기판(112) 상의 1 내지 100 마이크로미터 직경 스폿에 초점화한다. 레이저 스폿의 직경은 사용되는 초점 렌즈(110)에 의존한다. 하나의 특정 실시예에서, 초점 렌즈(110)는 기판(112) 상에 10 마이크로미터 직경 스폿에 레이저 빔을 초점화하도록 구성된다.
일 실시예에서, 스캔 미러 어셈블리(108)는 2차원(즉, 기판(112)의 평면에 평행한 X 및 Y 차원)으로 기판(112)에 걸쳐 레이저빔을 스캔함으로써 2차원 패턴들이 기판(112) 상에서 그려지도록(traced out) 할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(102)는 또한 스테이지(114)의 이동을 유발하도록 구성되고, 이에 의해 시스템(100)이 대형 기판(112) 상에서 레이저빔을 스캔할 수 있다. 다른 실시예에서, 스캔 미러 어셈블리(108)는 고정된 위치에 유지되거나 사용되지 않고, 레이저빔과 기판(112)의 상대 이동은 스테이지(114)의 이동에 의해서만 유발된다. 또 다른 실시예에서, 시스템(100)은 스테이지(114)와 광학(예를 들어, 스캔 미러 어셈블리(108)와 초점 렌즈(110) 사이에 수직 이동(기판(112)의 평면에 수직인 Z 차원의 이동)을 제공하도록 구성된다.
일 실시예에서, 기판(112)은 탄소 나노튜브막층을 포함한다. 일 실시예에서, 탄소 나노튜브층은 탄소 나노튜브들의 집합적 속성을 이용하는 상호작용 네트워크로서 퇴적되는 순수하거나 실질적으로 순수한 탄소 나노튜브이다. 탄소 나노튜브들은 박막 형태인 경우에 투명하고, 그들 고유의 유연성과 결합되면, 투명한 유연한 전자기기에서 사용하기에 적합하게 된다. 패터닝된 도전체들의 전자 속성들을 이용하기 위해, 일 실시예에서, 나노튜브들 사이의 강한 상호작용이 극복되고, 나노튜브들은 막 퇴적 전에 개별적인 튜브들로 번들 해제된다(debundled). 일 실시예에서, 이러한 번들 해제 프로세스는 탄소 나노튜브들을 분산 처리함으로써 실현된다. 기계적 및/또는 화학적 처리들을 이용하여 안정한 번들 해제 해결책들을 실현할 수 있다. 일 실시예에서, 나노튜브들은 분산시 계면 활성제의 도움으로 기계적 번들 해제를 이용하여 개별적인 튜브들을 실현하기 위해 분산 처리된다. 탄소 나노튜브들을 번들 해제하기 위해 초음파 분해 팁이 사용된다.
그 후 패터닝되는 탄소 나노튜브막은 니트로셀룰로오스 멤브레인을 통해 분산의 고정량을 필터링함으로써 생성된다. 막이 설정된 후, 계면활성제는 용매 세척을 통해 제거된다. 나노튜브막을 포함하는 멤브레인은 그 후 기판으로 전송되고, 90℃에서 2시간 동안 건조된다. 멤브레인은 아세톤과 같은 적절한 용매 내에 멤브레인을 녹임으로써 제거된다. 멤브레인이 완전히 제거되는 것을 보장하기 위해 다수의 용매 중탕이 수행될 수 있다. 이 프로세스는 기판 상에 탄소 나노튜브 막을 생성하여 그 후 원하는 피처로 패터닝될 수 있다. 나노튜브막의 두께는 용매 내의 튜브들의 농도를 변경함으로써 제어될 수 있다.
기판 상에 탄소 나노튜브막을 형성하는 상술된 프로세스는 진공 여과 프로세스로서 본원에 참조된다. 다른 실시예에서, 잉크젯 프로세스, 스프레이 코팅, 또는 그라비어 코팅에 의해 기판 상에 탄소 나노튜브막이 퇴적된다. 일 실시예에서, 기판(112)은 6인치 직경, 9인치 직경 또는 A4 사이즈 기판이다. 다른 실시예에서, 기판(112)은 연속 기판(예를 들어, 롤대롤 처리를 위해)이다.
일 실시예에서, 레이저(104)는 60kHz에서 동작하는 11W 다이오드 펌프식 고체 상태 펄스형 자외선(UV) 레이저이다. 레이저(104)는 400nm 미만의 파장을 가진 UV 레이저광을 생성하고, 파장은 패터닝되는 재료의 결합 에너지보다 크거나 같은 에너지들로 모아진다. 일 특정 실시예에서, 레이저(104)는 355nm의 파장 및 약 40 나노초의 펄스 길이를 갖는 UV 레이저광을 생성한다. 레이저(104)에 의해 생성된 레이저빔의 에너지는 레이저 전류를 변경함으로써 컨트롤러(102)에 의해 제어된다. 기판(112) 내의 탄소 나노튜브층과 펄스형 UV 방사 사이의 상호작용에 의해 탄소 나노튜브 분자들 내의 특정 화학 결합들이 분리되어 탄소 나노튜브층이 더 작은 단위로 프레그먼트(fragment)된다. 특정한 임계 에너지 위로, 탄소 나노튜브 프레그먼트들이 기판(112)의 표면으로부터 절제된다. 절제되는 재료의 양은 레이저 전력이 증가하면 증가한다.
도시된 실시예에서, 컨트롤러(102)는 패턴 정보(118)를 저장하는 메모리(116)를 포함하고, 패턴 정보는 컨트롤러(102)가 레이저빔으로 하여금 기판(112) 상에 그리게 하는 패턴을 정의한다. 일 실시예에서, 패턴 정보(118)는 또한 레이저 전력 정보를 포함하며, 레이저 전력 정보는 레이저빔이 이어지는 패턴 내의 여러 포인트들에서 사용되는 레이저 전력을 정의한다. 저장된 패턴 정보(118)에 기초하여, 컨트롤러(102)는 시스템(100)이 임의의 원하는 패턴으로 기판(112) 위에 레이저빔을 스캔하고 기판(112)에 걸쳐 레이저빔을 스캔하는 동안 레이저 전력을 절제 임계치 위나 아래로 변경함으로서 단일 프로세스 단계에서 기판(112) 내에 공동 피처들(예를 들어, 채널들 또는 마이크로채널들)을 형성하게 하도록 구성된다. 일 실시예에 따라 시스템(100)에 의해 수행되는 레이저 패터닝은 종래의 포토리소그래피 처리에 비해 프로세스 단계가 감소하는데, 그 이유는 포토 마스트 및 연관된 현상 프로세스들에 대한 필요 없이 탄소 나노튜브막들 내에 피처들의 패터닝을 제공하기 때문이다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 1 마이크로미터 미만의 폭을 갖는 유연한 투명 전도성 트레이스들, 배선들 및 전극들 등의 기능적 전도성 구조들 내로 탄소 나노튜브막을 자동 패터닝하도록 구성된다.
도 2a 내지 도 2d는 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템(100)에 의해 패터닝되는 기판(112)의 단면도들을 도시하는 도면이다. 도 2a에 도시된 기판(112A)은 시스템(100)에 의한 패터닝 전의 예시적인 기판(112)을 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(112A)은 기판층(206) 상에 형성된 탄소 나노튜브막 층(204A)을 포함한다. 일 실시예에서, 탄소 나노튜브막 층(204A)은 투명층이고 1 마이크로미터 미만의 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 탄소 나노튜브막 층(204A)은 1 마이크로미터보다 두껍고, 투명성이거나 아닐 수 있다. 일 실시예에서, 기판층(206)은 실리콘 기판, 유리 기판 또는 폴리머 기판이다. 레이저(104)의 전력이 탄소 나노튜브층(204A)의 절제 임계치 위로 증가되면, 재료가 탄소 나노튜브층(204A)의 표면으로부터 절제되어, 도 2b의 기판(112B)에 도시된 바와 같이 탄소 나노튜브층(204A) 내에 채널들 또는 공동들(210)이 형성된다. 탄소 나노튜브 재료의 절제는 층(204A)을 패터닝된 탄소 나노튜브막 층(204B)으로 변환한다. 도 2b에 도시된 실시예에서, 레이저(104)의 전력은 타겟 위치들에서 탄소 나노튜브 재료 모두가 절제되게 하여, 항상 기판층(206) 아래로 연장하는 채널들 또는 공동들(210)이 탄소 나노튜브층 내에 형성되게 하기에 충분하다.
도 2c는 패터닝된 탄소 나노튜브막 층(204B) 상에 하드 포토경화가능 레지스트층(214)을 형성하고 레지스트층(214) 상에 제2 탄소 나노튜브막 층(212A)을 형성한 후의 기판(112B)을 나타내는 기판(112C)을 도시한다. 일 실시예에서, 레지스트층(214)은 SU8과 같은 경화된 교차 연결된 폴리머이다. SU8은 네거티브 포토레지스트 재료이다. 경화되지 않은 SU8은 액체 또는 건조막 형태일 수 있다. 액체 SU8은 스핀, 스프레이 또는 그라비어 코팅에 의해 기판 상에 코팅된다. 건조 SU8 막은 기판 상으로 적층될 수 있다. SU8은 전형적으로 UV 및 열적 경화 단계들 모두를 이용하여 경화된다. 경화된 SU8은 경화된 교차 연결된 폴리머이고, 선형 폴리머들에 비해 높은 기계적 및 열적 안정성을 갖는다.
레이저(104)의 전력이 탄소 나노튜브층(212A)의 절제 임계치 위로 증가되면, 재료가 탄소 나노튜브층(212A)의 표면으로부터 절제되어 도 2d의 기판(112D)에 도시된 바와 같이 탄소 나노튜브층(212A) 내에 채널들 또는 공동들(210)이 형성된다. 탄소 나노튜브 재료의 절제는 층(212A)을 패터닝된 탄소 나노튜브막 층(212B)으로 변환한다. 도 2d에 도시된 실시예에서, 레이저(104)의 전력은 타겟 위치들에서 탄소 나노튜브 재료의 모두가 절제되어 항상 레지스트층(214)으로 연장하는 채널들 또는 공동들(210)이 탄소 나노튜브층 내에 형성되게 하기에 충분히다.
도 3a 내지 도 3d는 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템(100)에 의해 패터닝된 기판(112)의 단면도들을 도시하는 도면이다. 도 3a에 도시된 기판(112E)은 시스템(100)에 의한 패터닝 전의 예시적인 기판(112)을 나타낸다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(112E)은 탄소 나노튜브막 층(302A), 하드 포토경화가능 레지스트층(304), 및 기판층(306)을 포함한다. 탄소 나노튜브막 층(302A)은 레지스트층(304) 상에 형성되고, 레지스트층(304)은 기판층(306) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 탄소 나노튜브막 층(302A)은 투명층이고 1 마이크로미터 미만의 두께를 갖는다. 다른 실시예들에서, 탄소 나노튜브막 층(302A)은 1 마이크로미터보다 두껍고 투명성이거나 아닐 수도 있다. 일 실시예에서, 레지스트층(304)은 SU8과 같은 비전도성의 경화된 교차 연결된 폴리머이다. 일 실시예에서, 기판층(306)은 실리콘 기판, 유리 기판 또는 폴리머 기판이다.
레이저(104)의 전력이 탄소 나노튜브층(302A)의 절제 임계치 위로 증가되면, 재료는 탄소 나노튜브층(302A)의 표면으로부터 절제되어 도 3b의 기판(112F)에 도시된 바와 같이 탄소 나노튜브층(302A) 내에 채널들 또는 공동들(210)이 형성된다. 탄소 나노튜브 재료의 절제는 층(302A)을 패터닝된 탄소 나노튜브막 층(302B)으로 변환한다. 도 3b에 도시된 실시예에서, 레이저(104)의 전력은 타겟 위치들에서 탄소 나노튜브 재료의 모두가 제거되어 항상 레지스트층(304) 아래로 연장하는 채널들 또는 공동들(210)이 탄소 나노튜브층 내에 형성되게 하기에 충분하다.
도 3c는 패터닝된 탄소 나노튜브막 층(302B) 상에 제2 하드 포토경화가능 레지스트층(310)을 형성하고 레지스트층(310) 상에 제2 탄소 나노튜브막 층(308A)을 형성한 후의 기판(112F)을 나타내는 기판(112G)을 도시한다. 일 실시예에서, 레지스트층(310)은 SU8과 같은 비전도성의 경화된 교차 연결된 폴리머이다. 레이저(104)의 전력이 탄소 나노튜브층(308A)의 절제 임계치 위로 증가되면, 탄소 나노튜브층(308A)의 표면으로부터 재료가 절제되어, 도 3d의 기판(112H)에 도시된 바와 같이 탄소 나노튜브층(308A) 내에 채널들 또는 공동들(210)이 형성된다. 탄소 나노튜브 재료의 절제는 층(308A)을 패터닝된 탄소 나노튜브막 층(308B)으로 변환한다. 도 3d에 도시된 실시예에서, 레이저(104)의 전력은 타겟 위치들에서 탄소 나노튜브 재료의 모두가 절제되어 레지스트층(310) 아래로 항상 연장하는 채널들 또는 공동들(210)이 탄소 나노튜브층 내에 형성되게 하기에 충분하다.
도 4는 일 실시예에 따라 레이저(104)의 레이저 전류와 각종의 층들의 절제사이의 관계를 도시하는 그래프(400)이다. 그래프(400)는 60kHz에서 동작되고 355nm에서 UV광을 제공하는 레이저(104)에 대해 얻어진 결과들을 나타낸다. 그래프(400)의 좌측 수직축은 레이저(104)의 레이저 플루언스(fluence)를 J/㎠으로 나타내고, 우측 수직 축은 레이저 강도를 W/㎠으로 나타내고, 수평 축은 레이저(104)의 레이저 전류를 레이저(104)의 최대 레이저 전류의 퍼센티지로서 나타낸다. 레이저(104)의 플루언스는 곡선(402)으로 나타내어지고, 레이저(104)의 강도는 곡선(404)으로 나타내어진다. 곡선(402 및 404)은 실질적으로 중첩된다.
탄소 나노튜브층의 절제 임계치는 층의 두께에 따라 다르다. 탄소 나노튜브 층들이 두꺼울수록 흑색 외관을 갖고 또한 본원에서는 블랙 탄소 나노튜브층들로 지칭된다. 탄소 나노튜브 층들이 얇을수록 투명하거나 거의 투명한 외관을 갖고, 또한 본원에서는 투명 탄소 나노튜브 층들로 지칭된다. 두꺼운 탄소 나노튜브 층들을 절제하는데 필요한 레이저 강도는 얇은 투명한 탄소 나노튜브 층들보다 2 작은 인수인 것으로 결정되었다.
도 4에 도시된 바와 같이, 블랙 탄소 나노튜브 층의 절제는 레이저(104)의 최대 전류의 약 71 내지 73 퍼센트의 범위(408)에서 발생한다. 절제 범위(408)는 SU8 기판들 상에 형성된 블랙 탄소 나노튜브 층들뿐만 아니라, 실리콘 기판들 상에 형성된 블랙 탄소 나노튜브 층들에 대해 얻어진 실험 결과들을 나타낸다. 얇은 투명한 탄소 나노튜브 층의 절제는 레이저(104)의 최대 전류의 약 74 내지 76 퍼센트의 범위(410)에서 일어난다. 절제 범위(410)는 실리콘 기판들 상에 형성된 얇은 투명한 탄소 나노튜브층들에 대해 얻어진 실험 결과들을 나타낸다. 주어진 절제 범위(408 또는 410) 내에서, 레이저 전력이 증가됨에 따라서, 탄소 나노튜브 층 내에 형성된 결과적인 채널들 또는 공동들이 더 깊어진다. 관통 심도는 또한 절제되는 재료의 흡수 및 레이저 파장에 따라 다르다. 제거되는 재료의 흡수 계수가 높을수록, 주어진 파장에서 관통 심도가 작다. 따라서, 재료 의존적인 절제 효율과 파장 사이의 트레이드오프가 있다.
또한, 도 4에는 PEN(polyethylene naphthalene dicarboxylate) 절제 영역(406), PET(polyethylene terephthalate) 절제 영역(412) 및 실리콘 절제 영역(414)이 도시된다. PET 및 PEN은 투명한 어플리케이션들을 위한 유연한 기판 재료들이다. 절제 영역(412 및 414)은 탄소 나노튜브층에 대한 절제 영역(408 및 410)보다 높기 때문에, 탄소 나노튜브층이 하지 실리콘층 또는 하지 PET 층 상에 형성되면, 탄소 나노튜브층은 하지 실리콘 또는 PET 층에 악영향을 미치지 않고 패터닝될 수도 있다. 레이저 전력 및 커트 속도(즉, 기판(112)을 가로질러 레이저빔이 스캔되는 속도)를 제어함으로써, 탄소 나노튜브층은 그러한 하지 실리콘 또는 PET층을 손상시키지 않고 패터닝될 수 있다. 반대로, 절제 영역(408 및 410)은 PEN 절제 영역(406)보다 높고, 이는 PEN이 패터닝될 탄소 나노튜브층에 적합한 하지 기판이 아닐 수 있다는 것을 나타낸다. 일부 하지 재료들의 예가 본원에 언급되었지만, 탄소 나노튜브층은 탄소 나노튜브층보다 큰 절제 임계치를 갖는 임의의 하지 재료 상에 패터닝될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템(100)에 의해 형성된 공동 피처들(210)을 갖는 탄소 나노튜브 층(504)을 포함한 기판(112)의 광학 마이크로스코프 이미지이다. 도 5에 도시된 실시예에서, 탄소 나노튜브층(504)은 하지 실리콘 기판 상에 형성되거나 그 위에 패터닝되었다. 공동 피처들(210)은 탄소 나노튜브층(504)의 절제 임계치 이상의 레이저 에너지들을 이용하여 형성된다. 도시된 실시예에서, 공동 피처들(210)은 탄소 나노튜브층(504) 내에 그리드 패턴을 형성하는 마이크로채널들 또는 마이크로트렌치들이다. 도 5에 도시된 실시예에서, 탄소 나노튜브 재료는 레이저 광이 입사된 임의의 영역에서 완전히 제거되었기 때문에, 이들 영역들 내의 하지 실리콘층의 상면을 노출시킨다. 공동 영역들(210) 내의 호스트 기판으로부터의 탄소 나노튜브 재료의 완전한 제거는 또한 라만 분광법에 의해서뿐만 아니라 SEM(scanning electron micrograph) 촬상에 의해 확인되었다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 폭(즉, 라인 폭)이 약 0.5 내지 50 마이크로미터이고 깊이가 약 0 내지 수백 마이크로미터인 탄소 나노튜브층 내의 공동 피처들(210)을 생성하도록 구성된다.
일 실시예는 레이저 절제를 이용하여 유연하고 투명한 전자 기기 어플리케이션들에 대해 탄소 나노튜브 박막들의 패터닝을 직접 기입하는 시스템 및 방법을 제공한다. 일 실시예에 따른 시스템 및 방법은 대형의 면적, 고해상도, 탄소 나노튜브 막들의 패터닝을 제공한다. 그리드 마스크를 이용하여 레이저 트리밍을 수행하는 방법들과 같은 다른 방법들과 달리, 일 실시예에 따른 방법은 매우 대형의 탄소 나노튜브 영역의 보다 유연한 패터닝을 제공하는데, 여기서 임의의 원하는 패턴이 내부에 프로그램되고, 또한 레이저 강도가 패턴에 걸쳐 변경될 수 있어, 매우 유연한 처리를 가능하게 한다. 또한 일 실시예에 따른 패터닝 방법은 포토리소그래피 프로세스 등의 다른 방법들보다 더 효율적인데, 그 이유는 패터닝이 다중 단계 포토리소그래피 프로세스와 반대로 하나의 프로세스 단계로 달성될 수 있기 때문이다. 일 실시예에 따른 패터닝 방법은 저온(예를 들어, 150℃ 미만)의 처리 요건들과 호환가능하기 때문에, 유연한 기판 어플리케이션들에 사용되는 플라스틱 기판들 상의 패터닝을 가능하게 한다. 일 실시예에 따른 패터닝 방법은 또한 마스크가 없고, 등급 스케일을 미터링하기 위해 스케일 가능하다. 일 실시예에 따른 패터닝 방법은 또한 롤대롤형 처리 상의 구현도 가능하다.
본원에 특정 실시예들이 예시되고 기술되었지만, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 도시되고 기술된 특정 실시예들에 대해 각종 대안 및/또는 등가 구현들이 대체될 수 있음이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 출원은 본원에 논의된 특정 실시예들의 임의의 적응들 또는 변경들을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 청구범위 및 그 등가물에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 탄소 나노튜브층을 패터닝하는 방법으로서,
    탄소 나노튜브층(204A)을 포함하는 기판(112)을 제공하는 단계;
    레이저빔을 생성하는 단계;
    상기 탄소 나노튜브층의 제1 표면 상에 상기 레이저빔을 보내는 단계; 및
    상기 레이저빔과 상기 제1 표면 사이에 상대 이동을 유발시킴으로써 상기 제1 표면 상에 적어도 하나의 공동 피처(cavity feature)(210)를 형성하는 단계
    를 포함하는 탄소 나노튜브층 패터닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브층은 실질적으로 투명한 탄소 나노튜브층 패터닝 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브층은 약 1 마이크로미터 미만의 두께인 탄소 나노튜브층 패터닝 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 진공 여과 프로세스, 잉크젯 프로세스, 스프레이 코팅 프로세스 또는 그라비어(gravure) 코팅 프로세스 중 하나에 의해 기판층(206) 상에 형성된 탄소 나노튜브층을 포함하는 탄소 나노튜브층 패터닝 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브층의 절제를 방지하기 위해 상기 레이저빔의 전력을 임계치 아래로 변경하는 단계; 및
    상기 탄소 나노튜브층의 절제를 유발시켜서 상기 적어도 하나의 공동 피처를 형성하기 위해 상기 레이저빔의 전력을 상기 임계치 위로 변경하는 단계
    를 더 포함하는 탄소 나노튜브층 패터닝 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상대 이동은 상기 제1 표면에 걸쳐 상기 레이저빔을 스캔하는 스캐닝 미러(108)에 의해 유발되는 탄소 나노튜브층 패터닝 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상대 이동은 상기 제1 표면에 걸쳐 상기 레이저빔을 스캔하는 스캐닝 미러(108) 및 상기 기판을 이동시키는 이동 스테이지(114)에 의해 유발되는 탄소 나노튜브층 패터닝 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저빔은 자외광을 포함하는 탄소 나노튜브층 패터닝 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이저빔은 60kHz에서 펄싱되는 탄소 나노튜브층 패터닝 방법.
  10. 탄소 나노튜브층(204A)을 패터닝하는 시스템(100)으로서,
    상기 탄소 나노튜브층의 제1 표면 상으로 보내지는 레이저빔을 생성하도록 구성된 레이저(104);
    상기 레이저빔과 상기 제1 표면 사이의 상대 이동을 유발시키도록 구성된 이동 메카니즘(108 또는 114); 및
    상기 제1 표면에 공통 피처들(210)을 선택적으로 형성하기 위해 상기 레이저빔의 전력을 선택적으로 제어하도록 구성된 컨트롤러(102)
    를 포함하는 탄소 나노튜브층 패터닝 시스템.
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