KR20110004159A - 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법 및 그에 의한 전도성 집적 나노선 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판 상에 전자빔 리소그래피를 이용하여 전자빔 레지스트층을 선형 또는 격자 형상의 나노 패턴으로 형성하고, 상기 기판 전면에 중간층을 형성한 후 상기 전자빔 레지스트층을 제거함으로써 상기 중간층의 선형 또는 격자 형상의 나노패턴을 형성하고, 이후 상기 중간층 상에 흡착층, 대전물질층 및 나노입자층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법, 상기 방법에 의하여 집적된 1 차원 또는 2 차원 고집적 전도성 나노선 및 이를 이용한 소자에 관한 것이다.
나노선, 전자빔 리소그래피, 고집적, 대전물질, DNA, 나노입자
Description
본원은 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법, 상기 방법에 의하여 집적된 1 차원 또는 2 차원 고집적 전도성 나노선 및 이를 이용한 소자에 관한 것이다.
최근 반도체 기술의 발달로 인하여 전자 부품 소자들은 그 크기가 매우 집적화 되어가고 있다. 특히 CMOS 등의 소자는 집적회로 분야에 널리 사용되고 있는데, 집적도가 높아짐에 따라 소자들의 선 폭은 미세하게 줄어들고 있는 추세이다. 이와 같이, 소자들의 크기가 작아지면서, 나노소자의 구현을 위한 새로운 나노구조체로는 반도체성 나노선과 카본나노튜브(CNT) 및 DNA, 단백질, 바이러스와 같은 바이오 물질들이 사용되고 있다. 하지만, 이들을 이용한 나노분자소자의 집적화는 여러 가지 문제점을 해결하여야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로는 가스 플로우 방법(gas flow method)과 트랜스퍼-프린팅 방법(transfer-printing method), 스캐닝-프로브 리소그래피 방법(scanning-probe lithography method), 미끄러운 분자막을 이용하는 방법 등이 알려져 있다.
인도 Purdue 대학의 C. Mao 그룹에 따른 가스 플로우 방법(Nano Letters 2003, 3, 1545 참조)은 가스를 불어주는 방향을 다르게 하여 고체 표면 상에 정렬된 DNA를 1-D 및 2-D로 제어하는 방식이다. 또한 일본 T. Ohtani 그룹의 트랜스퍼-프린팅 방법은 유기박막 시트를 이용하여 DNA를 고체 표면에 정렬하는 방식은 유기박막 시트 상에 DNA를 한방향으로 정렬시킨 후 고체 박막 상에 찍어내는 방식으로서, 이를 반복함으로써 간단한 공정으로 1-D 및 2-D DNA 어레이(array) 형성할 수 있다는 장점이 있다 [J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7162 참조]. 하지만, 두 방법 모두 DNA를 원하는 위치에 정확한 정렬 및 간격 제어가 어렵다는 문제점을 가지고 있다.
대한민국의 김성규 교수팀은 스캐닝-프로브를 이용하여 고체 표면을 산화시켜 흡착층을 형성하여 DNA의 선택적 정렬뿐만 아니라 1-D 및 2-D DNA 어레이를 형성하였다 [Nano Letters 2006, 6, 1334 참조]. 그러나 이 방법의 경우, SPM의 스캔 속도의 한계, 집적화의 한계 및 낮은 능률 때문에 나노선을 이용한 분자소자 제작 공정으로서 기술적 한계를 가진다.
이에, 기판 상에 1 차원 또는 2 차원의 나노단위의 패턴을 보다 용이하게 제어하고 집적화하는 기술의 필요성이 대두되었다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 기판 상에 전자빔 리소그래피를 이용하여 전자빔 레지스트층을 선형 또는 격자 형상의 나노 패턴으로 형성하고, 상기 기판 전면에 중간층을 형성한 후 상기 전자빔 레지스트층을 제거함으로써 상기 중간층의 선형 또는 격자 형상의 나노패턴을 형성하고, 이후 상기 중간층 상에 흡착층, 대전물질층 및 나노입자층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법, 그에 의한 전도성 집적 나노선 및 이를 포함하는 소자 등을 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 하기 단계를 포함하는, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법을 제공한다:
하기를 포함하는, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선(nanowires)의 집적 방법:
기판 상에 양 또는 음으로 대전된 물질의 흡착을 방지하기 위한 보호층(passivation layer)을 형성하는 제 1 단계;
상기 보호층 상에 전자빔 레지스트층을 도포하고 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 상기 전자빔 레지스트층을 선형 또는 격자 형상의 나노패턴으로 패터닝하는 제 2 단계;
상기 전자빔 레지스트층의 선형 또는 격자 형상의 나노패턴의 개구 부분을 통하여 드러나 있는 보호층 상에, 상기 대전된 물질의 흡착을 위한 흡착층을 도포하기 위한 중간층(interlayer)을 형성하는 제 3 단계;
상기 선형 또는 격자 형상의 나노패턴의 전자빔 레지스트층을 제거함으로써 상기 보호층 상에 상기 중간층의 선형 또는 격자 형상의 나노패턴을 형성하는 제 4 단계;
상기 선형 또는 격자 형상의 나노패턴의 중간층 상에 상기 대전된 물질의 흡착을 위한 흡착층을 형성하는 제 5 단계;
상기 흡착층 상에 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하여 상기 대전된 물질을 포함하는 선형 또는 격자 형상의 나노선을 형성하는 제 6 단계; 및
상기 형성된 대전된 물질을 포함하는 나노선 상에 상기 대전된 물질과 반대로 대전된 나노입자를 도포함으로써 선형 또는 격자 형상의 전도성 나노선을 형성하는 제 7 단계.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은, 하기 단계를 포함하는 대전된 물질을 이용한 1 차원 전도성 나노선의 고집적 방법을 제공한다:
상기 기판 상에 전자빔 레지스트층을 도포하고 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 상기 전자빔 레지스트층의 선형 나노패턴을 형성하는 제 1 단계;
상기 전자빔 레지스트층의 선형 나노패턴의 개구 부분을 통하여 드러나 있는 상기 기판 상에 흡착층을 형성하는 제 2 단계;
상기 선형 패턴의 전자빔 레지스트층을 상기 기판으로부터 제거하는 제 3 단계;
상기 흡착층 상에 양 또는 음으로 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하여 상기 대전된 물질을 포함하는 선형의 나노선을 형성하는 제 4 단계; 및
상기 형성된 대전된 물질의 나노선 상에 상기 대전된 물질과 반대로 대전된 나노입자를 도포함으로써 전도성 나노선을 형성하는 제 5 단계.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면은, 상기 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법에 따른 전도성 집적 나노선을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면은, 상기 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법에 따른 1 차원 또는 2 차원 전도성 집적 나노선을 포함하는 나노-분자 소자를 또는 전자소자 등의 소자를 제공한다.
상기 본 발명에 따르면, 전자빔 리소그래피를 통하여 선형 또는 격자 형상의 나노단위로 패턴된 전자빔 레지스트층을 형성하는 것을 이용함으로써 1 차원 또는 2 차원의 전도성 나노선을 집적할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 전자빔 리소그래피를 통하여 나노단위의 전도성 나노선을 보다 용이하게 제어할 수 있을 뿐 아니 라, 1 차원 또는 2 차원의 고집적 전도성 나노선 및 상기 전도성 나노선을 포함하는 나노-분자 소자 및 전자소자를 제공할 수 있다. 더 나아가, 본 발명에 따른 대전된 물질을 이용한 고집적 1 차원 또는 2 차원 전도성 나소선은 정전기적 인력을 이용하여 다양하게 제작될 수 있는 나노단위의 구조체이며, 이는 MOSFET, pn 접합소자, 신호 증폭을 통한 센서, 나노 배선 및 전자 회로의 개발 등 다양한 용도로 개발될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법은 하기 단계를 포함할 수 있다:
기판 상에 양 또는 음으로 대전된 물질의 흡착을 방지하기 위한 보호층(passivation layer)을 형성하는 제 1 단계;
상기 보호층 상에 전자빔 레지스트층을 도포하고 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 상기 전자빔 레지스트층을 선형 또는 격자 형상의 나노패턴으로 패터닝하는 제 2 단계;
상기 전자빔 레지스트층의 선형 또는 격자 형상의 나노패턴의 개구 부분을 통하여 드러나 있는 보호층 상에, 상기 대전된 물질의 흡착을 위한 흡착층을 도포하기 위한 중간층(interlayer)을 형성하는 제 3 단계;
상기 선형 또는 격자 형상의 나노패턴의 전자빔 레지스트층을 제거함으로써 상기 보호층 상에 상기 중간층의 선형 또는 격자 형상의 나노패턴을 형성하는 제 4 단계;
상기 선형 또는 격자 형상의 나노패턴의 중간층 상에 상기 대전된 물질의 흡착을 위한 흡착층을 형성하는 제 5 단계;
상기 흡착층 상에 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하여 상기 대전된 물질을 포함하는 선형 또는 격자 형상의 나노선을 형성하는 제 6 단계; 및
상기 형성된 대전된 물질을 포함하는 나노선 상에 상기 대전된 물질과 반대로 대전된 나노입자를 도포함으로써 선형 또는 격자 형상의 전도성 나노선을 형성하는 제 7 단계.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 보호층은 OTS(octadecyltrichlorosilane) 또는 DLC(다이아몬드상 카본=diamond-like carbon)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 DLC는 플라즈마 화학 기상증착법(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition)을 이용하여 형성될 수 있 다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 중간층은 폴리머 또는 SiO2를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 대전된 물질이 음으로 대전된 DNA일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 흡착층은 양으로 대전된 APS(aminoropyltriethoxysilane) 또는 MHA를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 제 6 단계에서 상기 기판 상에 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하는 단계는, 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 상기 기판 상에 도포한 후 상기 기판을 한쪽으로 기울이는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 제 6 단계에 상기 기판 상에 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하는 단계는, 상기 대전된 물질이 포함된 용액에 상기 흡착층이 형성된 기판을 넣고 한쪽 방향으로 끌어당기는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 흡착층은 음이온으로 대전된 MHA(16-mercaptohexadecanonic acid)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 제 6 단계에서 사용되는 상기 대전된 물질이 양으로 대전된 나노선, 나노구조체 또는 바이오 나노입자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 제 7 단계에서 사용되는 나노입자는 탄소나노튜브, 나노선, 금속성 나노입자, 반도체성 나노입자, 자성체성 나노입자, 바이오 나노입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 물질을 이용한 1 차원 전도성 나노선의 고집적 방법으로서 하기 단계를 포함할 수 있다:
상기 기판 상에 전자빔 레지스트층을 도포하고 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 상기 전자빔 레지스트층의 선형 나노패턴을 형성하는 제 1 단계;
상기 전자빔 레지스트층의 선형 나노패턴의 개구 부분을 통하여 드러나 있는 상기 기판 상에 흡착층을 형성하는 제 2 단계;
상기 선형 패턴의 전자빔 레지스트층을 상기 기판으로부터 제거하는 제 3 단계;
상기 흡착층 상에 상기 양 또는 음으로 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하여 상기 대전된 물질을 포함하는 선형의 나노선을 형성하는 제 4 단계; 및
상기 형성된 대전된 물질의 나노선 상에 상기 대전된 물질과 반대로 대전된 나노입자를 도포함으로써 전도성 나노선을 형성하는 제 5 단계.
상기 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 단계에서 상기 흡착층은 양으로 대전된 APS 또는 MHA를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 상기 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법에 따라 형성된 고집적 전도성 나노선이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 상기 본 발명에 따른 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법에 따라 형성된 고집적 전도성 나노선을 포함하는 나노-분자 소자 또는 전자소자 등의 소자를 제공한다.
더 나아가, 상기 본 발명에 따른 상기 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법에 따라 형성된 고집적 전도성 나노선은 정전기적 인력을 이용하여 다양하게 제작될 수 있는 나노단위의 구조체이며, 이는 MOSFET, pn 접합소자, 신호 증폭을 통한 센서, 나노 배선 및 전자 회로의 개발 등 다양한 용도로 개발될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 대하여 도면을 이용하여 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 대전된 물질을 이용한 고집적 전도성 나 노선을 1 차원으로 집적시키는 제조 공정을 보여주는 도면이다.
도 1(a)는 기판 상에 보호층 및 전자빔 레지스트층의 나노패턴 형성 공정을 보여주는 도면이다. 기판(100) 상에 보호층(110)을 형성할 수 있는데, 상기 보호층은(110)은 이후 형성될 대전된 물질을 포함하는 대전물질층의 고착을 억제할 수 있다. 상기 보호층(110)이 형성된 상기 기판(100) 상에 전자빔 레지스트층을 도포할 수 있다. 이후, 전자빔 리소그래피(electron beam lithography; EBL) 공정을 이용하여 상기 전자빔 레지스트층을 선형으로 나노미터 단위의 선폭을 갖는 전자빔 레지스트층의 나노패턴(120)으로 형성할 수 있다.
여기서, 상기 기판(100)은 Si 웨이퍼, SiO2가 증착된 웨이퍼, 유리 기판, 투명 전도성 산화막이 코팅된 유리 기판, 플렉시블한 유기 기판 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보호층(110)은 OTS 또는 DLC을 포함하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 OTS는 액상코팅방법으로 코팅하여 형성할 수 있으며, 상기 DLC는 플라즈마 화학 기상증착법(PECVD)을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 기판(100) 상에 도포된 전자빔 레지스트층을 전자빔 리소그래피 공정을 통하여 나노미터 단위의 선폭을 갖는 션형의 전자빔 레지스트층의 나노패턴(120)으로 형성할 수 있다. 여기서, 상기 전자빔 레지스트층의 나노패턴(120)에 있어서, 상기 나노패턴의 선폭은 100 nm 이하 예를 들어, 40 nm 이하로, 선간격은 500 nm 이하로 할 수 있다.
도 1(b) 및 도1(c)는 상기 보호층 상에 대전된 물질의 고착을 촉진하는 흡착 층을 도포하기 위하여 중간층을 형성하는 공정을 나타낸다.
상기 중간층(130)은 상기 보호층(110)을 포함하는 기판(100) 전면에 형성될 수 있으며, 이는 대전된 물질의 고착을 촉진하는 흡착층이 도포되는 것을 용이하게 할 수 있다. 상기 중간층(130)은 시클로헥센 폴리머 (cyclohexene polymer) 박막, 폴리이미드 (polyimide), 에폭시 (epoxy) 등의 폴리머, 또는, HfO2, SiO2와 같은 절연 특성을 가지는 산화막을 사용하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 중간층(130)은 화학 기상 증착법, 물리 기상 증착법 및 액상 코팅 방법 중 하나 이상의 방법으로 형성할 수 있다. 여기서, 상기 중간층(130)의 두께는 1 nm 이하로 형성할 수 있다.
도 1(d)는 기판 상에 전자빔 레지스트층의 나노패턴을 제거(리프트-오프 공정, 이하 동일)하고, 상기 보호층 상에 상기 중간층의 선형 패턴 및 흡착층을 형성 공정을 보여 주는 도면이다.
상기 보호층(110)의 상에 위치하는 상기 전자빔 레지스트층의 선형 나노패턴(120)을 제거함으로써, 상기 보호층(110) 상에 상기 중간층(130)의 선형 나노패턴을 형성할 수 있다. 상기 중간층(130) 상에 흡착층(140)을 형성하는데, 상기 흡착층(140)층은 이후 형성될 대전물질의 흡착을 용이하게 할 수 있다. 상기 흡착층(140)은 양 또는 음전하로 대전될 수 있는데, 양전하로 대전된 것을 특징으로 하는 APS를 포함하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, 상기 흡착층(140)의 간격은 선폭이 제어된 전자빔 레지스트 패턴의 선폭과 동일하다.
도 1(e)는 상기 흡착층 상에 대전된 물질을 포함하는 대전물질층을 선택적으로 위치시킨 공정을 보여주는 도면이다.
상기 흡착층(140) 상에 위치시키고자 하는 대전된 물질이 포함된 용액을 이용하여 대전된 물질을 포함하는 대전물질층(150)을 선택적으로 형성할 수 있다. 여기서, 상기 대전된 물질은 양 또는 음으로 대전된 물질을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 음으로 대전된 DNA이거나, 양으로 대전된 나노선, 나노구조체 또는 바이오 나노입자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 대전된 물질을 이용하여 회로를 만들기 위해서는 상기 대전된 물질을 특정의 위치에 선택적으로 위치시킴과 동시에 특정한 방향으로 정렬시켜야 한다. 본 발명에서는 상기 대전된 물질을 정렬시키는 방법으로서 하기 두 가지를 이용할 수 있다.
먼저, 첫 번째 방법으로는, 흡착시키고자 하는 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 상기 흡착층(140)이 형성된 상기 기판(100) 상에 도포한 후에, 상기 기판(100)을 특정한 방향으로 기울여 상기 용액이 상기 기판 (100) 위를 흐르도록 함으로써 상기 대전된 물질이 일정한 방향으로 정렬되도록 하는 방법을 사용할 수 있다. 두 번째 방법으로는, 흡착시키고자 하는 상기 대전된 물질이 포함된 용액 내에 상기 흡착층(140)이 형성된 상기 기판(100)을 넣은 후, 상기 기판(100)을 특정한 방향으로 당겨 상기 기판(100) 표면의 용액이 일정한 흐름을 갖도록 함으로써 상기 대전된 물질이 일정한 방향으로 정렬되도록 하는 방법을 사용할 수 있다. 더 나아가, 단순한 선형이 아닌 교차형 또는 격자 형상의 패턴에 상기 대전된 물질을 흡착시키는 경우, 90도 회전된 다른 방향으로 상기 기판(100)을 기울이는 과정을 추가하거나 90도 회전된 다른 방향으로 상기 기판(100)을 당기는 과정을 추가할 수 있다.
상기 흡착층(140) 외의 영역에 흡착된 상기 대전된 물질을 제거하기 위해 세척하는 과정을 추가할 수 있다.
도 1(f)는 상기 대전된 물질을 포함하는 대전물질층 상에 나노입자를 고착시켜 나노입자층을 형성함으로써 상기 대전된 물질을 이용하는 전도성 나노선을 형성하는 제조 공정을 보여주는 도면이다.
상기 기판 상에 1 차원으로 집적된 대전물질층(150)이 음으로 대전되어 있는 경우에는 양으로 대전된 다른 나노입자를 상기 대전물질층(150) 상에 고착하여 나노입자층(160)을 형성함으로써 대전된 물질을 이용하는 전도성 나노선을 완성할 수 있다. 여기서, 상기 나노입자는 탄소나노튜브, 나노선, 금속성 나노입자, 반도체성 나노입자, 자성체성 나노입자, 바이오 나노입자로부터 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 나노입자 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 새로운 나노물질을 포함하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 대전된 물질을 이용하는 전도성 나노선은 정전기적 인력을 이용하여 다양하게 제작될 수 있는 나노단위의 구조체이며, 이는 MOSFET, 신호 증폭을 통한 센서, 나노 배선 및 전자 회로의 개발 등 다양한 용도로 개발될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 1 차원으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 나타내는 AFM 사진이다. 본 발명의 모든 실시예에 있어서, 상기 대전물질 층(150)은 음전하를 띈 DNA를 포함하고, 상기 나노입자층(160)은 금나노입자를 포함하도록 함으로써 상기 대전물질층(150) 및 상기 나노입자층(160)을 형성하였다.
도 3 (a)∼(f)는 본 발명의 다른 구현예에 따라 대전된 물질을 이용한 고집적 전도성 나노선을 2 차원으로 집적시키는 제조 공정을 보여주는 도면이다.
도 3 (a)는 기판 상에 보호층 및 전자빔 레지스트층의 나노패턴이 형성된 고집적 전도성 나노선의 제조 공정을 보여 주는 도면이다. 여기서, 상기 전자빔 레지스트층은 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 2 차원의 격자 형상으로 나노패턴을 형성할 수 있다. 상기 격자 형상의 나노패턴의 선폭은 100 nm 이하 예를 들어, 40 nm 이하로, 선간격은 500 nm 이하로 할 수 있다.
도 3(b)는 상기 보호층(110) 상에 대전된 물질의 고착을 촉진하는 흡착층(APS)을 형성하기 위한 중간층을 보여주는 도면이다.
도 3(c)는 상기 전자빔 레지스트층(120)을 제거함으로써 상기 보호층 상에 상기 중간층(130)의 격자 형상의 나노패턴을 보여주는 도면이다.
도 3(d)는 상기 격자 형상의 중간층(130) 상에 대전된 물질의 흡착을 위한 흡착층(140)을 보여주는 도면이다.
도 3(e)는 상기 흡착층(140) 상에 대전물질층(150)을 형성한 2 차원적으로 선택적 정렬 및 고집적된 전도성 나노선의 제조 공정을 보여주는 도면이다.
도 3(f)는 2 차원으로 고집적된 대전물질층(150) 상에 나노입자를 고착시켜 2 차원으로 고집적된 대전된 물질을 이용한 전도성 나노선의 제조 공정을 보여주는 도면이다.
도 3에 따른 본 발명의 구현예는 도 1에 따른 구현예와 비교하여, 상기 전자빔 레지스트층을 2 차원의 격자 형상으로 제조한다는 것을 제외하고는 도 1에서 설명한 제조 방법과 동일하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 1 차원(4a∼4b)과 2 차원(4c∼4d)으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 보여주는 AFM 사진이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 DNA 상에 금 나노입자를 코팅하여 형성된 DNA에 기반하는 2 차원 금 나노선을 보여주는 AFM 사진이다. 도 5를 참조하면, DNA에 기반하는 나노선이 2 차원으로 고집적된 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 금속 전극 사이에 각각 연결된 2 차원으로 고집적된 금 나노선을 보여주는 AFM 사진이다.
도 7 (a)∼(f)는 본 발명에 또 다른 구현예에 따라 보다 간단한 공정을 이용하여 대전된 물질을 이용한 고집적 전도성 나노선을 1 차원으로 집적시키는 제조 공정을 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 기판(100) 상에 추가의 보호층을 형성하지 않고 전자빔 레지스트층(120)을 형성할 수 있다. 이는 상기 기판(100) 자체가 보호층 역할을 할 수 있기 때문이다. 이후, 상기 기판(100) 상에 전자빔 리소그래피 공정을 통하여, 전자빔 레지스트층의 나노패턴(120)을 형성할 수 있다. 상기 패턴된 전자빔 레지스트층(120)은 두께가 100 nm 이하, 선간격이 40 nm 이하, 선폭이 500 내지 800 nm로 형성할 수 있어, 나노단위의 상기 전자빔 레지스트층의 선형패턴(120)을 형성할 수 있다(도 7b 참조).
이후, 상기 기판(100) 상에 전자빔 레지스트층(120)이 형성되지 않은 영역 상에 흡착층(140)을 형성할 수 있다(도 7c 참조). 다음으로, 상기 흡착층(140)을 형성하고, 상기 전자빔 레지스트층의 나노패턴(120)을 제거할 수 있다(도 7d 참조). 다음으로, 상기 흡착층(140) 상에 대전된 물질을 포함하는 용액을 사용하여 대전된 물질이 포함된 대전물질층(150)을 형성하고, 마지막으로 상기 대전물질층(150) 상에 정전기적 인력을 사용하여 나노입자층(160)을 형성함으로써, 대전된 물질을 이용한 1 차원의 전도성 나노선을 완성할 수 있다.
여기서, 상기 도 7의 구현예에 있어서, 기판, 전자빔 레지스트층의 나노 패턴, 흡착층, 대전물질층 및 나노입자층의 제조 방법 및 구성 물질은 도 1에서 설명한 것과 동일하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 1 차원으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 보여주는 AFM 사진이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 금속 전극 사이에 연결된 1 차원으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 보여주는 AFM 사진 및 SEM 사진이다.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 좀 더 자세히 설명하지만, 본 발명에 이에 제한되는 것은 아니다.
[
실시예
1] 1 차원으로 집적된
DNA
-기반 집적
나노선의
제조
도 2에 나타낸 공정에 따라, 기판 상에 1 차원으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 제조하였다.
우선, SiO2가 증착된 웨이퍼로 이루어진 기판 상에 액상코팅방법으로 OTS를 포함하는 보호층을 형성하였다. 상기 보호층 상에 전자빔 레지스트층을 도포하고, 전자빔 리소그래피를 이용하여 상기 전자빔 레지스트층을 선형의 나노패턴으로 형성하였다. 상기 나노패턴은 선폭이 400 nm 이고, 선간격은 100 nm(도 1참조)였다. 이후, 시클로헥센(cyclohexene)을 플라즈마 화학 기상증착법(PECVD)에 의하여 증착함으로써 시클로헥센 폴리머 박막을 형성하여 중간층을 형성하고, 상기 전자빔 레지스트층의 선형 나노패턴을 제거하여 상기 중간층의 나노패턴을 형성하였으며, 이때, 상기 중간층의 나노패턴은 선 간격이 400 nm 이고, 선폭은 100 nm로 형성되었다. 다음으로 APS로 이루어진 흡착층을 상기 기판 상에 도포함으로써 선형 나노패턴의 중간층 상에 상기 흡착층을 형성하였다. 그리고, DNA로서 시판되는 λ-DNA를 사용하여 λ-DNA가 포함된 용액을 상기 흡착층이 형성된 기판 상에 도포하여 DNA 나노선을 형성하였다. 마지막으로, 상기 기판 상에 형성된 DNA 나노선 상에 금 나노입자를 도포함으로써 1 차원으로 집적된 선형의 전도성 금 나노선을 형성하였다. 이와 같이 제조된 1 차원으로 집적된 DNA 기반 금 나노선의 AFM 사진을 도 2에 나타내었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 상기 전자빔 레지스트층을 격자 형상으로 나노패터닝하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 동일한 방법으로, 도 3에 나타낸 공정에 따라 2 차원으로 집적된 DNA 기반 격자형의 전도성 금 나노선을 형성하였다. 이와 같이 제조된 2 차원으로 집적된 DNA 기반 금 나노선의 AFM 사진을 도 4 및 도 5에 나타내었다. 또한, 금속 전극 사이에 각각 연결된 2 차원으로 고집적된 금 나노선의AFM 사진을 도 6에 나타내었다.
[
실시예
3]
도 7에 나타낸 공정에 따라, 기판 상에 1 차원으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 좀 더 용이한 방법으로 제조하였다.
SiO2가 증착된 웨이퍼로 이루어진 기판 상에 전자빔 레지스트층을 도포하였다. 이후, 전자빔 리소그래피를 이용하여 상기 전자빔 레지스트층을 선형의 나노패턴으로 형성하였는데, 상기 선형의 나노패턴은 선폭이 500~800 nm 이고, 선간격이 40 nm로 형성하였다. 다음으로, 상기 전자빔 레지스트층의 선형 나노패턴의 개구 부분에 APS로 이루어진 흡착층을 도포한 후 상기 전자빔 레지스트층의 나노패턴을 제거하였다. 따라서, 상기 흡착층의 나노패턴은 선간격이 500 nm 내지 800 nm이고, 선폭이 40 nm로 형성되었다. 그리고, 상기 흡착층의 나노패턴 상에 DNA가 포함된 용액을 도포함으로써, 상기 흡착층 상에 DNA 층을 형성하였고, 마지막으로 금 나노입자를 도포하여, 상기 DNA 층 상에 금나노입자층을 형성함으로써 1 차원의 전도성 집적 나노선을 완성하였다.
이와 같이 제조된 1 차원으로 집적된 DNA 기반 금 나노선의 AFM 사진을 도 8에 나타내었다. 또한, 금속 전극 사이에 고착된 DNA-기반 1 차원 금 나노선을 나타낸 AFM 사진과 SEM 사진을 도 9에 나타내었다.
이상, 구현예 및 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다.
도 1 (a)∼(f)는 본 발명의 일 구현예에 따라 대전된 물질을 이용한 고집적 전도성 나노선을 1 차원으로 집적시키는 공정을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 1 차원으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 나타내는 AFM 사진이다.
도 3 (a)∼(f)는 본 발명의 다른 구현예에 따라 대전된 물질을 이용한 고집적 전도성 나노선을 2 차원으로 집적시키는 공정을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 1 차원(4a∼4b)과 2 차원(4c∼4d)으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 보여주는 AFM 사진이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 DNA 상에 금 나노입자를 코팅하여 형성된 DNA에 기반하는 2 차원 금 나노선을 보여주는 AFM 사진이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 금 전극 사이에 각각 연결된 2 차원으로 고집적된 금 나노선을 보여주는 AFM 사진이다.
도 7 (a)∼(f)는 본 발명에 또 다른 구현예에 따라 보다 간단한 공정을 이용하여 대전된 물질을 이용한 고집적 전도성 나노선을 1 차원으로 집적시키는 공정을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 1 차원으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 보여주는 AFM 사진이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 금속 전극 사이에 연결된 1 차원으로 집적된 DNA에 기반하는 나노선을 보여주는 AFM 사진 및 SEM 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 기판
110 : 보호층
120 : 전자빔 레지스트층의 나노패턴
130 : 중간층
140 : 흡착층
150 : 대전물질층
160 : 나노입자층
Claims (16)
- 하기를 포함하는, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선(nanowires)의 고집적 방법:기판 상에 양 또는 음으로 대전된 물질의 흡착을 방지하기 위한 보호층(passivation layer)을 형성하는 제 1 단계;상기 보호층 상에 전자빔 레지스트층을 도포하고 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 상기 전자빔 레지스트층을 선형 또는 격자 형상의 나노패턴으로 패터닝하는 제 2 단계;상기 전자빔 레지스트층의 선형 또는 격자 형상의 나노패턴의 개구 부분을 통하여 드러나 있는 보호층 상에, 상기 대전된 물질의 흡착을 위한 흡착층을 도포하기 위한 중간층(interlayer)을 형성하는 제 3 단계;상기 선형 또는 격자 형상의 나노패턴의 전자빔 레지스트층을 제거함으로써 상기 보호층 상에 상기 중간층의 선형 또는 격자 형상의 나노패턴을 형성하는 제 4 단계;상기 선형 또는 격자 형상의 나노패턴의 중간층 상에 상기 대전된 물질의 흡착을 위한 흡착층을 형성하는 제 5 단계;상기 흡착층 상에 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하여 상기 대전된 물질을 포함하는 선형 또는 격자 형상의 나노선을 형성하는 제 6 단계; 및상기 형성된 대전된 물질을 포함하는 나노선 상에 상기 대전된 물질과 반대 로 대전된 나노입자를 도포함으로써 선형 또는 격자 형상의 전도성 나노선을 형성하는 제 7 단계.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호층은 OTS(octadecyltrichlorosilane) 또는 DLC(다이아몬드상 카본, diamond-like carbon)를 포함하는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 집적 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 보호층은 상기 DLC를 플라즈마 화학 기상증착법(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition)을 이용하여 증착함으로써 형성되는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 중간층은 폴리머 또는 SiO2를 포함하는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 6 단계에서 사용되는 상기 대전된 물질이 음으로 대전된 DNA 인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 4 단계에서 흡착층은 양으로 대전된 APS(aminoropyltriethoxysilane) 또는 MHA를 포함하는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 6 단계에서 상기 기판 상에 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하는 단계는, 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 상기 기판 상에 도포한 후 상기 기판을 한쪽으로 기울이는 것을 포함하는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 6 단계에서 상기 기판 상에 상기 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하는 단계는, 상기 대전된 물질이 포함된 용액에 상기 흡착층이 형성된 기판을 넣고 한쪽 방향으로 끌어당기는 것을 포함하는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 6 단계에서 사용되는 상기 대전된 물질이 양으로 대전된 나노선, 나노구조체 또는 바이오 나노입자를 포함하는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 4 단계에서 흡착층은 음이온으로 대전된 MHA(16-mercaptohexadecanonic acid)을 포함하는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 7 단계에서 사용되는 나노입자는 탄소나노튜브, 나노선, 금속성 나노입자, 반도체성 나노입자, 자성체성 나노입자, 바이오 나노입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 하기를 포함하는, 대전된 물질을 이용한 1 차원 전도성 나노선의 고집적 방법:상기 기판 상에 전자빔 레지스트층을 도포하고 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 상기 전자빔 레지스트층의 선형 나노패턴을 형성하는 제 1 단계;상기 전자빔 레지스트층의 선형 나노패턴의 개구 부분을 통하여 드러나 있는 상기 기판 상에 흡착층을 형성하는 제 2 단계;상기 선형 패턴의 전자빔 레지스트층을 상기 기판으로부터 제거하는 제 3 단계;상기 흡착층 상에 양 또는 음으로 대전된 물질이 포함된 용액을 도포하여 상기 대전된 물질을 포함하는 선형의 나노선을 형성하는 제 4 단계; 및상기 형성된 대전된 물질의 나노선 상에 상기 대전된 물질과 반대로 대전된 나노입자를 도포함으로써 전도성 나노선을 형성하는 제 5 단계.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 2 단계에서 상기 흡착층은 양으로 대전된 APS 또는 MHA를 포함하는 것인, 대전된 물질을 이용한 1 차원 전도성 나노선의 고집적 방법.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 고집적 방법에 따라 형성되는, 대전된 물질을 이용한 고집적 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선.
- 제 14 항에 따른 고집적 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선을 포함하는 나노-분자 소자.
- 제 14 항에 따른 고집적 1 차원 또는 2 차원 전도성 나노선을 포함하는 전자소자.
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