KR20110060028A - 패터닝 형성용 탄소나노튜브-고분자 복합체 및 이를 이용하여 기판에 패터닝을 형성하는 방법 - Google Patents
패터닝 형성용 탄소나노튜브-고분자 복합체 및 이를 이용하여 기판에 패터닝을 형성하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 의하여 수용액상의 탄소노나노튜브 분산용액, 계면활성제 및 점성을 가지는 고분자 용액을 포함하는 탄소나노튜브-고분자 복합체가 개시되며, 탄소나노튜브를 기판에 패터닝 하기 위한 준비 단계로써 점성을 가지는 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 준비하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 AFM 탐침 표면에 물리적 흡착을 유도하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액이 함침된 AFM 탐침을 기판 상에서 이동시키며 탄소나노튜브-고분자 복합체를 전사하는 단계; 상기 전사된 탄소나노튜브-고분자 복합체에서 고분자 부분을 화학적 처리를 통해 제거하는 단계; 및 소자를 형성하여 전도성을 확인하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브의 패터닝 방법이 개시된다.
딥펜-나노리소그래피, 탄소나노튜브-고분자 복합체, 배향성, 패터닝
Description
본 발명은 수용액상의 탄소나노튜브 분산용액, 계면활성제 및 점성을 가지는 고분자 용액으로 이루어지는 기판에 특정 방향으로 배향성을 가지는 직접 패터닝을 형성하기 위한 탄소나노튜브-고분자 복합체에 관한 것이다. 또한, 점성을 가지는 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 준비하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 AFM 탐침 표면에 물리적 흡착을 유도하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액이 함침된 AFM 탐침을 기판 상에서 이동시키며 탄소나노튜브-고분자 복합체를 전사하는 단계; 및 상기 전사된 탄소나노튜브-고분자 복합체에서 고분자 부분을 화학적 처리를 통해 제거하는 단계를 포함하는, 기판에 탄소나노튜브를 특정 방향으로 직접 패터닝하는 방법에 관한 것이다.
기존의 포토리소그래피 (photolithography)나 이빔리소그래피 (e-beam lithography) 공정의 경우 복잡하며 값비싼 공정 문제로 인하여, 최근 전자소자의 더 높은 집적도와 효율성을 얻기 위한 방법으로 원자힘 현미경 (Atomic Force Microscopy; AFM)을 이용한 딥펜-나노리소그래피 (Dip-pen nanolithography; DPN) 기술이 각광 받고 있다. 미국 노스웨스턴 대학의 Chad A. Mirkin 교수에 의해 개발된 (Chad A. Mirkin et al. Science 283, 661 (1999) 딥펜-나노리소그래피 (Dip-pen nanolithography; DPN) 방법은 기존의 포토리소그래피 (photolithography) 나 이빔리소그래피 (e-beam lithography) 와는 다른 패턴화 방법들로 보다 간단한 과정들로 진행된다.
딥펜-나노리소그래피 방법은 주사탐침현미경 (SPM) 팁을 ‘펜’ 으로 하고, 고체기판을 ‘종이’ 로 하여, 고체 상태의 기판에 대하여 화학적 친화력을 가진 분자나 생체물질을 ‘잉크’ 로서 SPM 팁과 기판 사이에 형성되는 물 매니스커스 (water meniscus)를 용매로 사용하여 확산 현상에 의해서 다양한 단분자나 바이오 물질을 기판에 코팅하는 기술이며, 이러한 딥펜-나노리소그래피 방식은 잉크로 사용하는 물질의 제약이 거의 없을 뿐만 아니라, 기능성 유기분자나 무기물질 또는 생체물질을 그 구조의 손상 없이 직접적으로 패터닝 할 수 있는 매우 큰 장점을 지니고 있다. 그러나 이러한 많은 장점에도 불구하고 아직까지 분자량이 큰 물질이나 마이크로 수준의 유-무기 물질들의 패터닝에는 그 제약이 따른다.
한편, 탄소나노튜브는 (Carbon Nanotube; CNT)는1991년 일본의 Iijima 박사에 의해 발견되었으며, 그들의 준 1차원적인 양자구조로 인하여 특이한 여러 양자역학적 현상이 관측되었으며, 그들의 직경이 수에서 수십 나노미터(nm)로 굉장히 작고, 종횡비가 크고, 속이 비어있는 특징이 있다. 이러한 탄소나노튜브의 매우 독특한 1차원 탄소구조로 인하여 우수한 기계적, 열적, 전기적 성질을 나타내며, 현 존하는 물질 중 가장 이상적인 반도체 소재로 평가되며, 차세대 신소재 물질로 평가 받고 있다. 여러 가지 장점들 중 특히, 기계적 물성이 뛰어난 것과 동시에 전기전도성과 열전도성이 높은 특성을 이용하여 산업전반에 걸쳐 전계효과 트랜지스터, 평판표시소자, 전자소자 등의 응용이 연구되고 있다.
그러나 아직까지 탄소나노튜브를 이용한 소자를 제작하는 데에 있어서 해결해야 하는 큰 과제가 남아있다. 궁극적으로 탄소나노튜브를 전자소자에 이용하는데 있어서 반도체성 탄소나노튜브를 얻어야 하는데, 현재 합성되는 과정을 보면 반도체성과 금속성 탄소나노튜브가 혼재되어 합성되고 있다. 따라서 혼재된 두 반도체성과 금속성 탄소나노튜브를 선택적으로 분리하는 것이 전자소자의 적용에 있어서 매우 중요하며, 향후 탄소나노튜브를 전자소자에 적용하기 위해서는 분리공정 기술뿐만 아니라 직경 및 길이의 제어가 가능해야 하고, 다양한 표면 처리 기술 및 원하는 기판 위에 요구하는 곳에 위치시킬 수 있는 어레이(array) 패터닝 기술이 확립되어야 할 필요가 있다.
상기 탄소나노튜브를 어레이 하는데 있어, 현재 산업계에서는 포토리소그래피나 이빔리소그래피 공정을 주로 이용하는데 이 경우 복잡한 공정 절차, 소자에 무리가 가는 화학공정 및 값 비싼 제조 비용의 부담이라는 문제가 존재한다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위하여 딥펜-나노리소그래피 방법을 이용한 탄소나노튜브의 패턴화 기술이 여러 그룹에서 소개 되고 있다. 딥펜-나노리소그래피 방식을 이용한 탄소나노튜브의 어레이 기술을 살펴보면 2006년 미국의 노스웨스턴 대학의 멀킨 그룹의 연구진들은 간접적인 딥펜-나노리소그래피 방법을 이용하여 금속 기판 표면에 탄소나노튜브에 대하여 친화력을 가지는 유기 물질을 패터닝 한 후 탄소나노튜브 용액에 기판을 침지하여 간접적으로 탄소나노튜브를 기판위에 패터닝 하는 기술을 개발하였다. (Yuhuang Wang 등, PNAS., 2006, 103, 2026) 최근 일본의 니가타 대학의 연구원들은 전형적인 딥펜-나노리소그래피 방식인 물 메니스커스를 통한 패터닝 방법으로 직접적인 탄소나노튜브를 기판위에 전이 하는데 성공하였다. (Akira Baba 등, Nanotechnology, 2009, 20, 085301)
그러나 아직까지 딥펜-나노리소그래피 방식으로 특정 방향으로 배향된 탄소나노튜브를 기판에 직접적으로 패턴화하는 기술은 발표 되지 않았다.
따라서 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 점도성을 가지는 고농도의 탄소나노튜브 용액을 제조하는 방법을 제공하는 것을 개시하며, 상기에서 개발된 점도성을 가지는 탄소나노튜브 용액을 잉크로 사용하여 딥펜-나노리소그래피 방법으로 특정 방향으로 배향된 탄소나노튜브의 직접적인 패터닝 기법을 제공하는 것이며, 더 나아가 딥펜-나노리소그래피 방법으로 패터닝된 탄소나노튜브의 전기적 특성을 확인하여 전자소자로써의 응용 가능성을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 점도성의 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체를 잉크로 사용하여 딥펜-나노리소그래피 방법으로 특정 방향으로 배향된 탄소나노튜브의 직접적인 패터닝 기법과 그 응용을 개시한다.
보다 구체적으로 본 발명은
특정 방향으로 배향된 탄소나노튜브의 패턴을 제작하기 위해서 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 사용한다. 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액은 다양한 방법으로 제조할 수 있으나, 수용액을 용매로 하여 탄소나노튜브를 안정하게 분산시키는 방법으로 제조하는 것이 바람직하다. 그 이유는 약간의 수분을 함유해서 AFM 탐침에 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액이 마르는 현상을 방지하기 때문이다.
본 발명에서 탄소나노튜브의 서로간의 엉김이 없으며 수용액 혹은 휘발성 유기용매에 침전되지 않은 상태로 분산될 수 있는 성질을 갖는 것이거나 또는 탄소나 노튜브의 표면처리를 통하여 상기한 성질을 갖게 하는 것이 바람직하다.
탄소나노튜브의 서로간의 엉김이 없으며 수용액 혹은 휘발성 유기용매에 침전되지 않은 상태로 분산될 수 있는 성질을 갖도록 탄소나노튜브를 전처리 하는 데에는 여러 가지 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어 전처리 과정에서 탄소나노튜브 표면의 일부에 수용액 혹은 휘발성 유기용매와 친화성이 있는 기능기를 부여하면 탄소나노튜브의 서로간에 엉김이 없으며 수용액 혹은 휘발성 용매에 침전되지 않은 상태로 분산될 수 있는 성질을 갖게 된다. 예컨대, 대한민국 등록특허 제10-675334호에 상기와 같은 기술이 개시되어 있다.
상기 탄소나노튜브의 서로간에 엉김이 없으며 안정한 분산상태를 유지하기 위해서는 다양한 유기 물질 혹은 고분자 물질의 도입이 필요하다. 우선, 고농도, 예컨대, 3mg/ml의 고농도 탄소나노튜브 분산액을 제조하기 위하여 소듐도데실벤젠 설퍼네이트 (Sodiumdodecylbenzene sulphonate, SDBS 점도, 200,000cps)를 계면활성제로 이용하여 수용액상의 분산용액을 준비하고, 점도성을 부여하기 위하여 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimine, PEI)을 도입하여 점도성을 갖는 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 상기 탄소나노튜브 분산용액에 혼합한다.
본 발명에서 서로간에 엉김이 없는 안정한 탄소나노튜브 분산용액을 제조하기 위한 계면활성제는 상기의 소듐도데실벤젠설퍼네이트 외에 퍼플루오로옥타네이트, 퍼플루오로옥탄설퍼네이트, 소듐라우릴에테르설페이트, 알킬벤젠설포네이트, 세틸트리메틸암모늄브로마이드, 세틸피리디늄클로라이드, 폴리에틸티올실레이티드탈로우아민, 벤즈알코늄클로라이드, 벤즈에토늄클로라이드, 알킬폴리에틸렌옥사이 드, 알킬페놀폴리에틸렌옥사이드, 폴로옥사민, 알킬폴리글루코사이드, 세틸알코올, 올레일알코올, 코카마이드MEA 또는 DEA, Tween 20, 80, 도데실디메틸아민옥사이드, 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, CNT 분산용액에 점도를 부여하기 위하여는 상기 폴리에틸렌이민외에, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리티오펜, 키토산, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌 비닐렌)유도체, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 아라비아검, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴아미드, 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 혹은 다중벽 혹은 이중벽 탄소나노튜브가 쓰일 수 있으며, 본 실시 예에서는 단중벽 탄소나노튜브가 사용되었다.
상기 탄소나노튜브는 화학적, 물리적 공정을 통해 길이를 제어하여 다양한 길이의 탄소나노튜브 패턴을 유도 할 수 있으며, 바람직하게는 탄소나노튜브의 결점을 최소화하고 본래의 고유한 화학적, 전기적 성질을 유지할 수 있도록 결점이 없는 순수한 탄소나노튜브를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 산처리 공정을 거치지 않은 결점이 없는 순수한 탄소나노튜브를 사용하여 점도성을 가지는 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체를 사용하였다.
본 발명에서 탄소나노뷰브-고분자 복합체 수용액 혹은 휘발성 용매에 안정되게 분산된 상태는 탄소나노튜브의 패터닝에 있어 배향 및 정렬에 있어서 반드시 요구된다. 탄소나노튜브의 안정되게 분산된 상태는 당업자가 용이하게 제조할 수 있으며, 예컨대, 대한민국 등록특허 제10-675334호에 개시되어 있다.
본 발명에서 사용되는 탄소나노튜브를 대체 할 수 있는 물질의 예로는 탄소 동소체인 플러린 (Fullerene, C60), 그래핀 (Graphene), 나노와이어 (Nanowire), 나노로드 (Nano rod) 등과 같이 막대 형상을 가진 나노물질 및 나노점 (Nano dot)등이 적용될 수 있으며, 상기 탄소나노튜브를 대체할 수 있는 일차원 구조체로는 산화아연(ZnO), 갈륨/비소(GaAs), 갈륨/질소(GaN), 인듐/인(InP), 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd)등이 될 수 있으며, 바이오 물질인 DNA, 단백질 (Protein), 바이러스 (Virus)등도 포함될 수 있다.
본 발명에 있어서 점도성을 가지는 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 잉크로 사용하여 딥펜-나노리소그래피 방식을 이용하여 원하는 기판상에 패터닝 하기 위해서 사용되는 원자힘 현미경 탐침으로는 이산화규소 또는 실리콘 질화물 등과 같은 재질의 소수성 팁이 사용될 수 있다.
상기에서 명시된 원하는 기판상에 탄소나노튜브를 패터닝 하기 위한 과정으로 상기의 이산화규소 또는 실리콘 질화물 등으로 원자힘 현미경 탐침의 표면처리가 바람직하다.
상기 원자력 현미경 탐침의 표면처리는 화학적 처리를 통한 소수성또는 친수성 표면개질 및 오존-플라즈마 처리를 통한 OH를 부여한 친수성 표면 제공방법 또는 H2SO4/H2O2 3-6:1-2의 혼합용액을 이용하는 등의 방법이 있으며, 본 발명의 바람직한 예에서는 오존-플라즈마 처리를 통한 친수성을 부여한 원자힘 현미경 탐침을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 탄소나노튜브를 패터닝하는 과정으로 표면 처리된 원자힘 현미경 탐침을 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 담지하고 원하는 기판 상에 패터닝하여 전이하는 것이 바람직하다.
상기 패턴된 탄소나노튜브-고분자 복합체는 그 자체로써 뿐 아니라 고분자가 제거된 순수한 탄소나노튜브만이 존재하는 상태로 제작하는 것이 가능하며, 이는, 아세톤, 메탄올, 에탄올 등의 다양한 유기용매 및 H2O를 통한 제거가 가능하다.
상기 탄소나노튜브의 패턴은 회로가 패턴된 소자에 적용되어 바람직하게는 전도성을 갖는 탄소나노튜브의 패턴을 제공하여 다양한 전자소자의 센서에 응용이 가능하다.
상기한 바와 같이 점도성을 가지는 고농도의 탄소나노튜브 용액을 제조하여, 딥펜-나노리소그래피 방법으로 특정 방향으로 배향된 탄소나노튜브의 직접적인 패터닝 기법은 전자소자에 응용되어 바이오센서 및 화학적 센서에 응용이 가능하다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 단, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위해 다음과 같은 구성에 의해 달 성되었다.
탄소나노튜브를 기판에 패터닝 하기 위한 준비 단계로써, 계면활성제와 함께 점성을 가지는 고분자를 사용하여 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 준비하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 AFM 탐침 표면에 물리적 흡착을 유도하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액이 함침된 AFM 탐침을 기판 상에서 이동시키며 탄소나노튜브-고분자 복합체를 전사하는 단계; 및 상기 전사된 탄소나노튜브-고분자 복합체에서 고분자 부분을 화학적 처리를 통해 제거하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브의 패터닝 방법을 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 점도성을 가지는 고농도의 탄소나노튜브 용액을 제조하는 방법을 제공하는 것을 개시하며, 상기한 방법으로 개발된 탄소나노튜브 용액을 잉크로 사용하여 딥펜-나노리소그래피 방법으로 특정 방향으로 배향된 탄소나노튜브의 직접적인 패터닝 기법에 대한 내용에 관한 것으로 종래의 딥펜-나노리소그래피 방식인 물 매니스커스를 통한 확산 방식에 비해서 별도의 습도 조절 없이 상대적으로 낮은 습도에서도 물리적 접촉 방식으로 용이하게 CNT를 전사시킬 수 있으며, 더 나아가 딥펜-나노리소그래피 방법으로 패터닝된 탄소나노튜브의 전기적 특성을 확인하여 전자소자로써의 응용을 개시하는 방법에 관한 것이다.
도 1의 (a) 및 (b)는 종래의 딥펜-나노리소그래피 방법을 이용한 탄소나노튜브-고분자 복합체의 직접적인 패터닝 과정과 패턴 된 후의 복합체의 고분자 부분을 제거하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명에서 사용된 점도성의 고농도 탄소나노튜브-고분자 복합체의 제조는 소듐도데실벤젠 설퍼네이트 (Sodiumdodecylbenzene sulphonate, SDBS)를 계면활성제로 이용하여 수용액상의 고농도 (30 mg/ml) 분산용액을 만든 후 SWNT (60mg, Arc, Iljin)를 20 ml의 SDBS 수용액에 넣고 팁 소니케이터(tip sonicator; 200W)를 이용하여 30분간 분산한다. 분산한 용액을 1000rpm의 속도로 3 분간 원심분리하고 상등액을 따로 모은다. 여기에 점도성 고분자 용액인 폴리에틸렌이민 (PEI, 0.2ml 을 섞어 최종적으로 점도성을 가지는 3mg/ml의 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체를 형성 한다.
도 2는 상기한 방법으로 제조한 탄소나노튜브-고분자 복합체의 FT-IR과 FT-라만(Raman) 데이터로써, 탄소나노튜브-고분자 복합체가 서로 균일하게 형성되어 있음을 알 수 있다.
상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액의 구조적 형태는 주사전자현미경(SPM) 사진과 원자힘 현미경(AFM)을 통하여 분석하였다. 도 3의(a)는 본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 실리콘 웨이퍼 기판위에 떨어뜨린 후 질소 가스로 불어서 기판에 흡착된 용액을 메탄올로 씻어낸 후 주사전자 현미경으로 찍은 이미지이고, (b)는 상기와 같은 방법과 같은 형태로 샘플을 준비하여 원자힘 현미경으로 찍은 이미지이며, (c)는 그림 (b)의 파란색 라인의 원자힘 현미경 이미지에 나타난 탄소나노튜브-고분자 복합체의 높이를 나타낸 데이터이다. 이를 통하여 탄소나노튜브-고분자 복합체의 직경이 약 2 nm로 탄소나노튜브가 균일하게 형성 되어 있음을 확인 할 수 있으며, 도 3의 a)를 통하여 수 내지 수십 나노미터 의 두께로 균일하게 탄소나노튜브가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
상기의 탄소나노튜브-고분자 복합체를 기판에 패터닝 하는 과정으로써, 먼저 실리콘 소재인 AFM 탐침의 표면에 친수성을 부여 하기 위하여 오존-플라즈마를 15분간 처리를 하여 표면에 -OH기를 도입한다. 이후 상기에서 제조된 탄소나노튜브 복합체 용액을 실리콘 기판위에 20ul 떨어뜨려, 친수성이 도입된 AFM 탐침을 10분간 침지한다.
이후 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액이 침지된 AFM 탐침을 이용하여 AFM의 접촉식 모드를 이용하여, 딥펜-나노리소그래피 기법을 골드 전극이 형성된 실리콘옥사이드 기판 표면위에 패터닝 한다. 보다 구체적으로, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액이 함침된 AFM 탐침을 이용하여 AFM의 접촉식 모드로 실리콘옥사이 기판 표면위에 접근시킨다. 이후 y축 방향으로 스캔 속도 0.1 Hz로 하여 45 m의 탄소나노튜브-고분자 복합체 라인 패턴을 긋는다. 이후 20~30초 후 AFM 탐침을 들어올리면, 기판에 라인형태로 탄소나노튜브-고분자 복합체가 직접적으로 패터닝 되며, 스캔 방향인 y축 방향으로 탄소나노튜브가 정렬된 것을 얻을 수 있다.
상기한 방법으로 패터닝된 기판을 도 3에서 나타낸 바, 도 3 의 (a) 및 (b)는 탄소나노튜브-고분자 복합체의 주사전자 현미경 이미지와 원자힘 현미경 이미지로서, (b)에 의해서 y축 방향으로 탄소나노튜브가 정렬되었음을 알 수 있다. 도 3의 (c)는 도 3 (b)의 파란색 라인의 원자힘 현미경 이미지에 나타난 탄소나노튜브-고분자 복합체의 높이를 나타낸 데이터이다.
상기 패터닝된 탄소나노튜브-고분자 복합체의 전기적 특성을 확인하기 위하 여, 탄소나노튜브-고분자 복합체 패터닝의 여분의 고분자를 메탄올을 이용하여 제거하고, 전기적 특성을 확인 할 수 있는 키슬리 장비를 (Keithley 2400 electrometer 이용하여 전기적 특성을 확인하였다. 도 4의 (a)는 골드 전극으로 형성된 소자의 광학 이미지이며, (b)는 (a)의 소자에 딥펜-나노리소그래피 방법을 이용하여 탄소나노튜브를 패턴 한 후의 원자힘 현미경 이미지이다. 도 4의 (c)는 도 4의 (a)소자에 형성된 탄소나노튜브의 전기적 성질을 나타낸 데이터이다. 서로 연결되어 있지 않은 골드 전극 사이를 딥-펜 나노리소그래피 공정을 통하여 탄소나노튜브를 패터닝하고, 두 골드 전극사이에 형성된 탄소나노튜브의 전기적 특성은 소스와 드래인 사이의 전압이 5 V 일때, 전류가 약 124 로 흐름을 확인하였다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이로부터 균등한 타 실시 예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1의 (a) 및 (b)는 종래의 딥펜-나노리소그래피 방법을 이용한 탄소나노튜브-고분자 복합체의 직접적인 패터닝 과정과 패턴 된 후의 복합체의 고분자 부분을 제거하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 균일하게 형성된 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액의FI-IR과 FT-Raman의 데이터이다.
도 3 의 (a) 및 (b)는 탄소나노튜브-고분자 복합체의 주사전자 현미경 이미지와 원자힘 현미경 이미지이며, (c)는 그림 (b)의 파란색 라인의 원자힘 현미경 이미지에 나타난 탄소나노튜브-고분자 복합체의 높이를 나타낸 데이터이다.
도 4 의(a)는 골드 전극으로 형성된 소자의 광학 이미지이며, (b)는(a)의 소자에 딥펜-나노리소그래피 방법을 이용하여 탄소나노튜브를 패턴 한 후의 원자힘 현미경 이미지이며, 그림 (c)는(a)소자에 형성된 탄소나노튜브의 전기적 성질을 나타낸 데이터이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: AFM 탐침 2: 탄소나노튜브-고분자 복합체
3: 실리콘 기판
Claims (10)
- 수용액상의 탄소노나노튜브 분산용액, 계면활성제 및 점성을 가지는 고분자 용액을 포함하는 기판에 특정 방향으로 배향성을 가지는 패터닝을 형성하기 위한 탄소나노튜브-고분자 복합체.
- 제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 탄소동소체인 플러린 (Fullerene, C60), 그래핀 (Graphene), 나노와이어 (Nanowire), 나노로드 (Nano rod) 등과 같이 막대 형상을 가진 나노물질 또는 나노점 (Nano dot)이고, 일차원 구조체로서 산화아연(ZnO), 갈륨/비소(GaAs), 갈륨/질소(GaN), 인듐/인(InP), 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd)이며, 바이오 물질인 DNA, 단백질 (Protein), 바이러스 (Virus)임을 특징으로 하는 기판에 특정 방향으로 배향성을 가지는 패터닝을 형성하기 위한 탄소나노튜브-고분자 복합체.
- 수용액상의 탄소노나노튜브 분산용액, 계면활성제 및 점성을 가지는 고분자 용액을 포함하는 기판에 특정 방향으로 배향성을 가지는 패터닝을 형성하기 위한 탄소나노튜브-고분자 복합체를 제조함에 있어서, 상기 계면활성제는 소듐도데실벤질설퍼네이트, 퍼플루오로옥타네이트, 퍼플루오로옥탄설퍼네이트, 소듐라우릴에테르설페이트, 알킬벤젠설포네이트, 세틸트리메틸암모늄브로마이드, 세틸피리디늄클 로라이드, 폴리에틸티올실레이티드탈로우아민, 벤즈알코늄클로라이드, 벤즈에토늄클로라이드, 알킬폴리에틸렌옥사이드, 알킬페놀폴리에틸렌옥사이드, 폴로옥사민, 알킬폴리글루코사이드, 세틸알코올, 올레일알코올, 코카마이드MEA 또는 DEA, Tween 20, 80, 도데실디메틸아민옥사이드, 또는 이들의 혼합물이고, 상기 점성을 가지는 고분자는 폴리에틸렌이민외에, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리티오펜, 키토산, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌 비닐렌)유도체, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 아라비아검, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴아미드, 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 기판에 특정 방향으로 배향성을 가지는 패터닝을 형성하기 위한 탄소나노튜브-고분자 복합체.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기판은 실리콘, 금, 백금, 유리 또는 플라스틱 기판으로 이루어지는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브-고분자 복합체.
- 계면활성제와 점성을 가지는 고분자를 이용하여 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 준비하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 AFM 탐침 표면에 물리적 흡착을 유도하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액이 함침된 AFM 탐침을 기판 상에서 이동시키며 탄소나노튜브-고분자 복합체를 전사하는 단계; 및 상기 전사된 탄소나노튜브-고분자 복합체에서 고분자 부분을 화학적 처리를 통해 제거하는 단계를 포함하는, 기판에 탄소나노튜브를 특정 방향으로 직 접 패터닝하는 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 탄소동소체인 플러린 (Fullerene, C60), 그래핀 (Graphene), 나노와이어 (Nanowire), 나노로드 (Nano rod) 등과 같이 막대 형상을 가진 나노물질 또는 나노점 (Nano dot)이고, 일차원 구조체로서 산화아연(ZnO), 갈륨/비소(GaAs), 갈륨/질소(GaN), 인듐/인(InP), 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd)이며, 바이오 물질인 DNA, 단백질 (Protein), 바이러스 (Virus)임을 특징으로 하는, 기판에 탄소나노튜브를 특정 방향으로 직접 패터닝하는 방법.
- 계면활성제와 점성을 가지는 고분자를 이용하여 고농도의 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 준비하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 AFM 탐침 표면에 물리적 흡착을 유도하는 단계; 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액이 함침된 AFM 탐침을 기판 상에서 이동시키며 탄소나노튜브-고분자 복합체를 전사하는 단계; 및 상기 전사된 탄소나노튜브-고분자 복합체에서 고분자 부분을 화학적 처리를 통해 제거하는 단계를 포함하는, 기판에 탄소나노튜브를 특정 방향으로 직접 패터닝하는 방법에 있어서, 상기 계면활성제는 소듐도데실벤질설퍼네이트, 퍼플루오로옥타네이트, 퍼플루오로옥탄설퍼네이트, 소듐라우릴에테르설페이트, 알킬벤젠설포네이트, 세틸트리메틸암모늄브로마이드, 세틸피리디늄클로라이드, 폴리에틸티올실레이티드탈로우아민, 벤즈알코늄클로라이드, 벤즈에토늄클로라이드, 알킬폴 리에틸렌옥사이드, 알킬페놀폴리에틸렌옥사이드, 폴로옥사민, 알킬폴리글루코사이드, 세틸알코올, 올레일알코올, 코카마이드MEA 또는 DEA, Tween 20, 80, 도데실디메틸아민옥사이드, 또는 이들의 혼합물이고 , 상기 점성을 가지는 고분자는 상기 폴리에틸렌이민외에, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리티오펜, 키토산, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌 비닐렌)유도체, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 아라비아검, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴아미드, 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는, 기판에 탄소나노튜브를 특정 방향으로 집적 패터닝하는 방법.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 탄소나노튜브-고분자 복합체 용액을 상기 AFM 표면에 물리적 흡착을 유도하는 방법은 상기 AFM 탐침 표면에 H2SO4/H2O2 3:1의 혼합용액을 이용하거나 또는 UV/오존 처리를 통해서 유도하는 것을 특징으로 하는, 기판에 탄소나노튜브를 특정 방향으로 직접 패터닝하는 방법.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 전사된 탄소나노튜브-고분자 복합체에서 고분자 부분을 메탄올, 에탄올, 아세톤으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 유기용매를 이용한 화학적 처리를 통해 제거함을 특징으로 하는, 기판에 탄소나노튜브를 특정 방향으로 직접 패터닝하는 방법.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 기판은 실리콘, 금, 백금, 유리 또는 플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 기판에 탄소나노튜브를 특정 방향으로 직접 패터닝하는 방법.
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