KR20110139376A - Method of fabricating a metal nanopillar array for inducing lspr - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a metal nano-structure array is provided to easily control manufacturing processes by implementing a colloid spin-coating process based on nano-silver particles and implementing a thermal treating process. CONSTITUTION: A method for manufacturing a metal nano-structure array includes the following: Colloidal suspension(100) containing nano-silver particles and a substrate(200) are prepared. The colloidal suspension is coated on the substrate. Nano-silver islands(400) are formed from the nano-silver particles in the colloidal suspension through a thermal treating process. The nano-silver particles of the colloidal suspension are dispersed in a non-polar solvent. While the thermal treating process, colloidal aggregates(300) are formed and a sintering and isolating process is implemented.

Description

국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법{METHOD OF FABRICATING A METAL NANOPILLAR ARRAY FOR INDUCING LSPR}METHOD OF FABRICATING A METAL NANOPILLAR ARRAY FOR INDUCING LSPR}

본 발명은 국소표면플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노은입자를 포함하는 콜로이드 스핀코팅 후 열처리를 통해 나노구조 어레이를 제작함으로써 기존의 탑다운 방식(식각 또는 lift-off)의 금속나노구조 어레이 제작방법에 비해 대면적화 및 공정제어가 용이하며, 또한 금속필름을 이용하는 방법에 비해 고온에 적합하지 않은 기판에 적용가능하고 입자패턴의 규칙성 및 크기 제어가 용이한 저비용 고생산성의 국소표면플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of fabricating a metal nanostructure array for induction of local surface plasmon resonance, and more particularly, by fabricating a nanostructure array through heat treatment after colloidal spin coating containing nanosilver particles (etching). Compared to the method of fabricating a metal nanostructure array of lift-off, it is easier to make a large area and to control the process. Also, it is applicable to a substrate which is not suitable for high temperature compared to the method of using a metal film, and the regularity and size control of the particle pattern is easy. A method of fabricating a metal nanostructure array for inducing low cost, high productivity local surface plasmon resonance.

금속 박막이나 금속 나노입자의 표면에 외부로부터 전자기파가 입사되면 여기된 자유전자들이 금속표면에서 집단적으로 진동을 일으키게 된다. 이 때, 입사파가 특정파장을 갖고 특정각도에서 조사되어 표면플라즈몬의 모멘텀과 입사파 계면 성분의 모멘텀이 일치하게 되면 입사파의 에너지가 자유전자에 전이됨으로써 복사 또는 열의 형태로 금속표면에 흡수되는 표면플라즈몬공명(SPR : Surface Plasmon Resonance) 현상이 발생한다.When electromagnetic waves are incident on the surface of the metal thin film or metal nanoparticles, the excited free electrons collectively vibrate on the metal surface. At this time, when the incident wave is irradiated at a specific angle with a specific wavelength and the momentum of the surface plasmon coincides with the momentum of the interface component of the incident wave, the energy of the incident wave is transferred to the free electrons and absorbed on the metal surface in the form of radiation or heat. Surface Plasmon Resonance (SPR) phenomenon occurs.

매끄러운 평판형 금속 박막에서의 표면플라즈몬공명은 금속과 유전체의 계면을 따라 전파되는 표면플라즈몬파(surface plasmon polariton)를 생성하나, 격리된 2차원 나노입자섬 어레이에서는 여기된 광자가 각각의 나노입자섬에 가두어지므로 표면플라즈몬공명이 국부화되고 경계면을 통한 표면플라즈몬파의 전파가 차단되고 나노구조 주변에서 크게 증폭된 전기장을 형성하게 된다. 이를 국소표면플라즈몬공명(LSPR : Localized Surface Plasmon Resonance)이라 한다. 인접한 나노입자섬의 광전자 에너지의 상호작용은 면상 광전파로 인한 손실을 최소화하고 표면플라즈몬공명 효과를 증대시키는데, 이는 센서의 감도를 향상하고 발광장치의 발광효율을 개선하는 데에 응용될 수 있어 최근 센서, 발광디스플레이소자, 광흡수소자 등의 분야에서 많은 연구가 이루어지고 있다.Surface plasmon resonance in smooth flat metal films produces surface plasmon polaritons that propagate along the interface of the metal and dielectric, but in an isolated two-dimensional array of nanoparticle islands, the excited photons are each Because of its confinement, the surface plasmon resonance is localized, the propagation of surface plasmon waves through the interface is blocked, and a large amplified electric field is formed around the nanostructure. This is called Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR). The interaction of optoelectronic energy of adjacent nanoparticle islands minimizes losses due to surface light propagation and increases the surface plasmon resonance effect, which can be applied to improve the sensitivity of the sensor and the luminous efficiency of the light emitting device. Much research has been made in the fields of sensors, light emitting display elements, light absorbing elements, and the like.

종래 제시되어온 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법으로는 탑다운 방식에 의한 전자빔리소그래피, 집속이온빔(FIB) 가공, 나노임프린트, 홀로그래픽 리소그래피 후 반응이온에칭(RIE) 등의 방법이 있다. 그러나 이러한 방식에 의하면 대면적으로 나노구조물을 제작하는데 높은 비용과 긴 공정시간을 요하며 공정 비용이 매우 높아 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.Metal nanostructure array fabrication methods for inducing local surface plasmon resonance have been proposed by conventional methods such as top-down electron beam lithography, focused ion beam (FIB) processing, nanoimprint, and holographic lithography followed by reactive ion etching (RIE). There is this. However, this method requires a large cost and a long process time to produce a nanostructure in large areas, and there is a problem in that the process cost is very high and economic efficiency is low.

또한, 바텀업 방식으로 스퍼터링을 통해 금속 박막을 형성하고 이를 열처리하여 격리된 금속 나노구조 어레이를 제작하는 방법이 알려져 있다. 이는 금속 박막의 온도를 일정 온도 이상으로 높이는 경우 금속이 녹으면서 표면 에너지 준위가 낮은 원형으로 그 형상이 변화되는 원리를 이용한 기술이다. 다만 이 경우 낮은 에너지 준위 상태로 재구성되기 위해서는 수십 분간 고온이 가해질 것을 요하므로 폴리머 코팅 기판 등에는 적합하지 않고, 다양한 어플리케이션에 적용되기가 어려우며, 격리된 패턴의 크기와 형상을 제어하기가 거의 불가능한 문제점이 있었다.In addition, a method of forming an isolated metal nanostructure array by forming a metal thin film through sputtering in a bottom-up manner and heat-treating the same is known. This is a technique using the principle that when the temperature of the metal thin film is raised above a certain temperature, the shape of the metal is changed into a circle having a low surface energy level as the metal melts. However, in this case, high temperature is required to be applied for several minutes to reconstruct to a low energy level, so it is not suitable for a polymer coated substrate, and is difficult to apply to various applications, and it is almost impossible to control the size and shape of an isolated pattern. There was this.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비용효율적이고, 고온환경에 적합하지 않은 기판에도 적용 가능하며, 나노패턴의 균일성 및 크기 제어가 용이한 국소표면플라즈몬공명 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, cost-effective, applicable to substrates that are not suitable for high temperature environment, nanostructure array fabrication for induction of local surface plasmon resonance easy to control the uniformity and size of the nanopattern The purpose is to provide a method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 국소표면플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법은 나노은입자를 포함하는 콜로이드 서스펜션(colloidal suspension)과 나노구조 어레이가 제작될 기판을 준비하는 준비단계, 상기 기판 위에 상기 콜로이드 서스펜션을 코팅하는 코팅단계, 상기 콜로이드 서스펜션에 포함된 나노은입자가 서로 격리된 나노은섬(nanosilver islands)을 형성하도록 열처리하는 열처리단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method for preparing a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance of the present invention is a preparation step of preparing a substrate on which a colloidal suspension containing nanosilver particles and a nanostructure array are manufactured. And a coating step of coating the colloidal suspension on the substrate, and a heat treatment step of heat treating the nanosilver particles included in the colloidal suspension to form nanosilver islands isolated from each other.

또한, 상기 열처리단계는 150~200℃에서 아직 젖어 있는 상기콜로이드의 얇은 막에서 용매가 증발 및 디웨팅 되면서 콜로이드 서스펜션 코팅막이 갈라지고 여러 개의 콜로이드 덩어리를 형성하게 되는 단계와, 상기 디웨팅 단계 후에 200~250℃에서 열처리되어 콜로이드 서스펜션의 용매가 모두 증발하고 나노은입자가 소결되면서 격리되는 동시에 성장해가며 표면에너지가 낮은 상태로 변화된 나노은섬이 형성되는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the heat treatment step is the solvent is evaporated and dewetted in the thin film of the colloid still wet at 150 ~ 200 ℃ to break the colloidal suspension coating film to form a plurality of colloidal mass, 200 after the dewetting step Heat treatment at ~ 250 ℃ may include the step of forming a nano silver island is evaporated, all of the silver nanoparticles are isolated as the nano silver particles are sintered and grown at the same time, and changed to a state of low surface energy.

또한, 은의 산화를 막기 위하여 상기 열처리단계는 질소분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, in order to prevent oxidation of silver, the heat treatment step is preferably performed in a nitrogen atmosphere.

여기서, 상기 나노은입자는 직경이 20~40㎚인 것이 일반적이며 본 발명에 적용이 가능하다.Here, the nano silver particles are generally 20 ~ 40nm in diameter and can be applied to the present invention.

또한, 상기 열처리단계에서 용매가 증발함에 따라 분산된 나노입자들이 보다 원활히 응집될 수 있도록 상기 콜로이드 서스펜션의 상기 나노은입자는 극성용매에 비해 표면에너지가 크고 휘발성이 낮은 무극성용매에 분산되어 있는 것이 바람직하다.In addition, the nano silver particles of the colloidal suspension are preferably dispersed in a nonpolar solvent having a high surface energy and low volatility as compared to the polar solvent so that the nanoparticles dispersed in the heat treatment step may be more easily aggregated as the nanoparticles are dispersed. .

또한, 콜로이드 서스펜션의 코팅 두께를 균일하게 하고, 두께 조절로 나노은섬의 크기 제어가 가능하도록 상기 습식코팅단계는 상승온도에서 디웨팅이 원활히 일어날 수 있도록 상기 콜로이드 서스펜션이 스핀코팅(spin-coating) 되는 것이 바람직하다.In addition, the coating thickness of the colloidal suspension is uniform, and the wet coating step to control the size of the nano-silver islands by adjusting the thickness of the colloidal suspension is spin-coated (spin-coating) so that dewetting can occur smoothly at an elevated temperature It is preferable.

국소표면플라즈몬공명 현상을 발광소자의 결합효율(coupling efficiency) 개선에 이용하기 위하여 상기 열처리단계를 수행한 후 상기 나노은섬 위에 광발광(photoluminescence)층을 증착하는 발광물질 도포단계를 포함할 수 있다.In order to use the local surface plasmon resonance phenomenon to improve the coupling efficiency of the light emitting device, after the heat treatment step, a light emitting material coating step of depositing a photoluminescence layer on the nanosilver island may be included.

여기서, 나노은섬과 광발광층이 근접하는 경우에 광발광 소멸(quenching)을 막기 위하여 상기 열처리단계를 수행한 후 상기 나노은섬 위에 이산화규소(SiO2) 등 스페이서(spacer) 박막층의 증착형성단계를 수행하고, 상기 스페이서 박막층 위에 광발광(photoluminescence)층을 증착하는 발광물질 도포단계를 포함하는 것이 바람직하다.Here, after the heat treatment step is performed to prevent photoluminescence quenching when the nano silver island and the light emitting layer are in close proximity, a deposition forming step of a spacer thin film layer such as silicon dioxide (SiO 2 ) is performed on the nano silver island. And a light emitting material coating step of depositing a photoluminescence layer on the spacer thin film layer.

본 발명에 따른 바텀업 방식의 국소표면플라즈몬공명 현상의 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법에 의하면 저비용 고생산성의 국소표면플라즈몬공명 유도를 위한 나노구조 어레이를 제작방법이 제공된다.According to the method of fabricating a nanostructure array for inducing a local surface plasmon resonance phenomenon of the bottom-up method according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance of low cost and high productivity.

또한, 기존의 진공증착 방식이 아닌 콜로이드 서스펜션을 사용한 습식 방법으로 나노은섬을 증착하고, 이를 통해 나노은입자의 소결이 이루어지는 최저온도인 150~250℃에서 나노은섬을 형성할 수 있으므로 공정조건이 우호적이고, 고온에 적합하지 않은 기판에도 적용가능한 장점이 있다.In addition, nanosilver islands are deposited by a wet method using a colloidal suspension rather than a conventional vacuum deposition method, and thus the process conditions are favorable because nano silver islands can be formed at the minimum temperature at which the nano silver particles are sintered. This has the advantage of being applicable to substrates that are not suitable for high temperatures.

아울러, 스퍼터링을 통해 형성한 금속 박막을 열처리하여 랜덤한 나노스케일 패턴을 얻어내는 기 보고된 방법과 비교하여 입자패턴의 규칙성 및 크기 제어가 보다 용이한 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법이 제공된다.In addition, the metal nanostructure for inducing local surface plasmon resonance, which is easier to control the regularity and size of the particle pattern, compared to the previously reported method of obtaining a random nanoscale pattern by heat-treating the metal thin film formed through sputtering. An array fabrication method is provided.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 나노구조 어레이 제작방법에 의하여 나노구조 어레이가 제작되는 과정을 도시한 개요도이다.
도 3은 콜로이드 서스펜션의 나노은입자 농도를 각각 (a) 3 wt%, (b) 5 wt%, (c) 7 wt% 로 달리한 경우 도 1의 나노구조 어레이 제작방법에 의하여 생성된 나노은섬의 형상을 도시한 도면이다.
도 4는 콜로이드 서스펜션의 스핀코팅시 스핀스피드를 각각 (a) 2,000 rpm, (b) 4,000 rpm 로 달리한 경우 도 1의 나노구조 어레이 제작방법에 의하여 생성된 나노은섬의 형상을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 도 6의 나노구조 어레이 제작방법에 의하여 격리된 나노은섬이 형성되는 과정을 도시한 개요도이다.1 is a flowchart illustrating a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a process of manufacturing a nanostructure array by the method of manufacturing a nanostructure array of FIG. 1.
FIG. 3 illustrates nanosilver islands produced by the nanostructure array fabrication method of FIG. 1 when the nanosilver particle concentration of the colloidal suspension is changed to (a) 3 wt%, (b) 5 wt%, and (c) 7 wt%, respectively. It is a figure which shows a shape.
4 is a view showing the shape of the nanosilver islands produced by the nanostructure array manufacturing method of FIG. 1 when the spin speed of the colloidal suspension is changed to (a) 2,000 rpm, (b) 4,000 rpm, respectively.
5 is a flowchart illustrating a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a second embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a process of forming an isolated nanosilver island by the method of manufacturing a nanostructure array of FIG. 6.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법을 도시한 흐름도이고, 도 2는 도 1의 나노구조 어레이 제작방법에 의하여 나노구조 어레이가 제작되는 과정을 도시한 개요도이다.1 is a flowchart illustrating a method for fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a nanostructure array fabricated by the method for fabricating a nanostructure array of FIG. 1. It is a schematic diagram showing the process.

도 1 내지 도 2를 참조하면 본 발명의 제1실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법은 나노은입자(110)를 포함하는 콜로이드 서스펜션(100)과 나노구조 어레이가 제작될 기판(200)을 준비하는 준비단계(S100), 상기 기판(200) 위에 상기 콜로이드 서스펜션(100)을 코팅하는 코팅단계(S200), 상기 콜로이드 서스펜션(100)에 포함된 나노은입자(110)가 서로 격리된 나노은섬(400)을 형성하도록 열처리하는 열처리단계(S300)를 포함한다.1 to 2, a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a first embodiment of the present invention includes a colloidal suspension 100 and a nanostructure array including nanosilver particles 110. Preparation step of preparing the substrate 200 to be produced (S100), the coating step of coating the colloidal suspension 100 on the substrate 200 (S200), nano silver particles 110 included in the colloidal suspension 100 It includes a heat treatment step (S300) that the heat treatment to form a nano silver island 400 is isolated from each other.

상기 준비단계(S100)에서 콜로이드 서스펜션(100)은 나노은입자(110)가 용매(120)에 분산되어 있는 것으로 나노은입자 페이스트에 희석솔벤트를 가하여 사용할 수 있다. In the preparation step (S100), the colloidal suspension 100 may be used by adding a dilute solvent to the nanosilver particle paste in which the nanosilver particles 110 are dispersed in the solvent 120.

기판(200)은 실리콘, 쿼츠(quartz), 유리, 플라스틱, 산화물, 금속 중 하나를 포함할 수 있는데, 고온환경에 적합하지 않은 플라스틱 기판과, 고온에서 열처리가 가능한 실리콘 등의 기판이 모두 사용 가능하다.The substrate 200 may include one of silicon, quartz, glass, plastic, oxide, and metal, and both a plastic substrate which is not suitable for a high temperature environment and a substrate such as silicon that can be heat-treated at a high temperature may be used. Do.

상기 코팅단계(S200)에서는 기판(200)상에 나노은입자(110)가 균일하게 도포되도록 콜로이드 서스펜션(100)을 기판(200)상에 코팅한다. 코팅방법으로는 콜로이드 서스펜션(100)의 코팅 두께를 균일하게 유지하기에 용이하고, 스핀스피드 조절을 통해 코팅 두께를 조절가능하도록 스핀코팅(spin-coating)에 의하는 것이 바람직하다.In the coating step (S200) to coat the colloidal suspension 100 on the substrate 200 so that the nano-silver particles 110 are uniformly applied on the substrate 200. As a coating method, it is preferable to perform spin-coating to easily maintain the coating thickness of the colloidal suspension 100 uniformly and to adjust the coating thickness through spin speed control.

상기 열처리단계(S300)에서는 콜로이드 서스펜션(100)이 코팅된 기판(200)이 열처리되어 콜로이드 서스펜션(100)의 용매(120)가 증발되고, 나노은입자(110)가 나노은섬(400)을 형성하도록 재구성된다.In the heat treatment step (S300), the substrate 200 coated with the colloidal suspension 100 is heat-treated so that the solvent 120 of the colloidal suspension 100 is evaporated, and the nanosilver particles 110 form the nanosilver islands 400. Is reconstructed.

콜로이드 서스펜션(100) 코팅층이 격리된 나노은섬(400) 어레이로 재구성되는 것은 디웨팅(dewetting) 및 오스왈트 라이프닝(Oswald ripening)의 결합 작용에 의한 것으로 설명할 수 있다. 기판(200)의 가열 초기에, 용매(120)의 디웨팅과 증발이 일어나는데, 이 과정에서 콜로이드 서스펜션(100) 코팅막이 갈라지면서 콜로이드 덩어리(aggregate)(300)을 형성한다. 가열을 계속하여 나노은입자(110)의 소결이 이루어지는 온도에 도달하면 용매(120)가 완전히 증발하고 나노은입자(110)가 녹기 시작하면서 표면에너지 준위가 낮은 격리된 원형으로 변화하게 된다. 동시에 이 과정에서 오스왈트 라이프닝 원리에 의하여 녹기 쉬운 작은 입자가 용해되어 큰 입자쪽에 재석출되어가면서 나노은섬(400)이 성장한다.The reconstitution of the colloidal suspension 100 coating layer into an isolated nanosilver island 400 array may be explained by the combined action of dewetting and Oswald ripening. In the early stage of heating of the substrate 200, dewetting and evaporation of the solvent 120 occur. In this process, the colloidal suspension 100 coating film is cracked to form a colloidal aggregate 300. When the heating is continued to reach the temperature at which the nano silver particles 110 are sintered, the solvent 120 is completely evaporated, and the nano silver particles 110 start to melt and change into an isolated circle having a low surface energy level. At the same time, the nanosilver islands 400 are grown while small particles which are easily melted and re-precipitated toward the larger particles are dissolved in the process by the Oswalt life principle.

나노은섬의 크기와 밀도, 형상 등은 콜로이드의 농도, 콜로이드 크기(as-synthesized size), 스핀코팅 조건(속도 및 시간), 열처리 조건(온도, 시간, radiation or conduction 등) 등의 다양한 공정조건에 의해 변화되며 이를 통해 제어가 가능하다.The size, density, and shape of the nanosilver islands depend on various process conditions such as colloid concentration, as-synthesized size, spin coating conditions (speed and time), and heat treatment conditions (temperature, time, radiation or conduction, etc.). It can be controlled by this.

상기한 재구성 과정은 기존에 시도되었던 유사한 바텀업 방식의 나노구조물 제작공정 중 하나인, 금속 박막의 스퍼터링 후 열처리하는 방법에서 300℃ 이상의 고온환경을 요구하던 것과 비교하여 보다 낮은 온도에서 이루어지게 되는데 이는 나노금속입자의 녹는점이 벌크금속의 녹는점보다 낫기 때문이다. 이로써 보다 우호적인 조건에서 공정을 진행할 수 있으며, 고온환경에 적합하지 않은 기판에도 적용가능한 장점이 있다.The reconstruction process is performed at a lower temperature than that required for a high temperature environment of 300 ° C. or higher in sputtering and heat treatment of a metal thin film, which is one of the similar bottom-up nanostructure fabrication processes. This is because the melting point of nanometal particles is better than that of bulk metal. This allows the process to be carried out in more favorable conditions, there is an advantage that can be applied to a substrate that is not suitable for high temperature environment.

여기서, 콜로이드 서스펜션(100)의 용매(120)는 자일렌(xylene) 등의 무극성용매인 것이 바람직한데, 무극성 용매는 극성 용매에 비해 상대적으로 표면 에너지가 높아 증발이 쉽게 일어나지 않으므로 디웨팅이 용이하여 콜로이드 덩어리(300)의 형성이 보다 분명하게 드러나 나노은입자(110)를 잘 응집시키기 때문이다. Herein, the solvent 120 of the colloidal suspension 100 is preferably a nonpolar solvent such as xylene. The nonpolar solvent has a relatively high surface energy compared to the polar solvent, so that evaporation does not occur easily, and thus dewetting is easy. This is because the formation of the colloidal agglomerate 300 is more clearly revealed and the nanosilver particles 110 aggregate well.

또한, 은의 산화를 막기 위하여 상기 열처리단계(S300)는 퍼니스(furnace)의 질소분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, in order to prevent the oxidation of silver, the heat treatment step (S300) is preferably made in a nitrogen atmosphere of the furnace (furnace).

도 3은 콜로이드 서스펜션의 나노은입자 농도를 각각 (a) 3 wt%, (b) 5 wt%, (c) 7 wt% 로 달리한 경우 도 1의 나노구조 어레이 제작방법에 의하여 생성된 나노은섬의 형상을 도시한 도면이고, 도 4는 콜로이드 서스펜션의 스핀코팅시 스핀속도를 각각 (a) 2,000 rpm, (b) 4,000 rpm 로 달리한 경우 도 1의 나노구조 어레이 제작방법에 의하여 생성된 나노은섬의 형상을 도시한 도면이다.FIG. 3 illustrates nanosilver islands produced by the nanostructure array fabrication method of FIG. 1 when the nanosilver particle concentration of the colloidal suspension is changed to (a) 3 wt%, (b) 5 wt%, and (c) 7 wt%, respectively. Figure 4 is a view showing the shape, Figure 4 shows the nanosilver islands produced by the nanostructure array manufacturing method of Figure 1 when the spin speed of the spin coating of the colloidal suspension (a) 2,000 rpm, (b) 4,000 rpm, respectively It is a figure which shows a shape.

도 3을 참조하면 콜로이드 서스펜션(100)의 나노은입자(110) 농도가 높아짐에 따라 형성되는 나노은섬(400)의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면 콜로이드 서스펜션(100)의 스핀코팅 시 스핀속도를 증가시킴에 따라 나노은섬(400)의 크기가 균일하게 감소하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that as the concentration of nanosilver particles 110 in the colloidal suspension 100 increases, the size of the nanosilver islands 400 formed increases. In addition, referring to FIG. 4, as the spin speed increases during spin coating of the colloidal suspension 100, the size of the nano silver islands 400 may be uniformly reduced.

기존의 금속박막의 스퍼터링 후 열처리를 통해 나노구조물을 제조하는 방법에서 랜덤하게 분리된 나노스케일의 패턴을 얻어낸 것에 비해 본 발명에 따른 나노구조 어레이 제조방법에 의하면 나노은입자(110)의 농도, 스핀코팅의 조건을 달리함으로써 형성되는 나노구조 어레이의 규칙성 및 크기 제어가 보다 용이한 장점이 있다.According to the nanostructure array manufacturing method according to the present invention, the concentration and spin coating of the nanostructure array according to the present invention are compared with that of the conventional method for producing nanostructures by sputtering a metal thin film and then heat treatment. Regularity and size control of the nanostructure array formed by changing the conditions of the has the advantage that it is easier.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법을 도시한 흐름도이다. 도 5를 참조하면 제1실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법에서 상기 열처리단계(S300)는 150~200℃에서 아직 젖어 있는 상기 콜로이드의 얇은 막에서 용매가 증발 및 디웨팅 되면서 콜로이드 서스펜션(100) 코팅막이 갈라지고 여러 개의 콜로이드 덩어리(300)을 형성하게 되는 디웨팅 단계(S310)와 디웨팅 단계(S310) 후에 200~250℃에서 열처리되어 콜로이드 서스펜션(100)의 용매(120)가 모두 증발하고 나노은입자(110)가 소결되면서 격리되는 동시에 성장해가며 표면에너지가 낮은 상태로 변화된 나노은섬(400)을 형성하는 성장단계(S320)을 포함할 수 있다.5 is a flowchart illustrating a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, in the method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to the first embodiment, the heat treatment step (S300) is performed by evaporating a solvent in a thin film of the colloid which is still wet at 150 to 200 ° C. And a heat treatment at 200-250 ° C. after the dewetting step (S310) and the dewetting step (S310), in which the colloidal suspension (100) coating film splits and forms a plurality of colloidal masses (300) as the dewetting is performed. All of the solvent 120 is evaporated, and the nano silver particles 110 are sintered and isolated at the same time growing and may include a growth step (S320) to form a nano silver island 400 is changed to a low surface energy state.

디웨팅 단계(S310)에서 열처리 온도는 나노은입자(110)의 소결 온도에는 이르지 못하므로 콜로이드 서스펜션(100)의 표면 에너지를 높여 용매(120)만이 증발하면서 에너지 준위가 낮은 콜로이드 덩어리(300)을 형성하고 나노은입자(110)를 응집시키게 된다. 성장단계(S320)에서의 열처리 온도는 나노은입자(110)가 소결될 수 있는 최저 온도로서 나노은입자(110)의 자체적인 디웨팅 및 오스왈트 라이프닝에 의한 성장이 이루어지도록 한다.In the dewetting step (S310), the heat treatment temperature does not reach the sintering temperature of the nanosilver particles 110, thereby increasing the surface energy of the colloidal suspension 100 to form the colloidal mass 300 having a low energy level while evaporating only the solvent 120. And agglomerate the nanosilver particles 110. The heat treatment temperature in the growth step (S320) is the lowest temperature at which the nanosilver particles 110 can be sintered, thereby allowing growth by self deweting and oswald life of the nanosilver particles 110.

이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법을 도시한 흐름도이고, 도 7은 도 6의 나노구조 어레이 제작방법에 의하여 격리된 나노은섬이 형성되는 과정을 도시한 개요도이다.6 is a flowchart illustrating a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an isolated silver silver island by the method of fabricating a nanostructure array of FIG. 6. It is a schematic diagram which shows the process formed.

도 6 내지 도 7을 참조하면 본 발명의 제3실시예에 따른 국소표면 플라즈몬공명의 유도를 위한 금속 나노구조 어레이 제작방법은 나노은입자(110)를 포함하는 콜로이드 서스펜션(100)과 나노구조 어레이가 제작될 기판(200)을 준비하는 준비단계(S100), 상기 기판(200) 위에 상기 콜로이드 서스펜션(100)을 코팅하는 코팅단계(S200), 상기 콜로이드 서스펜션(100)에 포함된 나노은입자(110)가 서로 격리된 나노은섬(400)을 형성하도록 열처리하는 열처리단계(S300)를 포함하고, 상기 열처리단계(S300)를 수행한 후 상기 나노은섬(400) 위에 광발광(photoluminescence)층(600)을 증착하는 발광물질 도포단계(S500)를 포함한다. 6 to 7, a method of fabricating a metal nanostructure array for inducing local surface plasmon resonance according to a third embodiment of the present invention includes a colloidal suspension 100 and a nanostructure array including nanosilver particles 110. Preparation step of preparing the substrate 200 to be produced (S100), the coating step of coating the colloidal suspension 100 on the substrate 200 (S200), nano silver particles 110 included in the colloidal suspension 100 Heat treatment step (S300) for heat treatment to form a nano silver island 400 is isolated from each other, and after performing the heat treatment step (S300) a photoluminescence layer 600 on the nano silver island 400 It includes the step of applying a light emitting material to be deposited (S500).

발광물질 도포단계(S400)는 국소표면플라즈몬공명 현상을 발광소자의 결합효율(coupling efficiency) 개선에 이용하기 위한 것이다. 여기서, 나노은섬과 광발광층(600)이 근접하는 경우에 광발광 소멸(quenching)을 막기 위하여 상기 열처리단계(S300)를 수행한 후 상기 나노은섬 위에 이산화규소(SiO2) 등의 박막층(500)을 증착하는 스페이서(spacer) 형성단계(S500)를 수행하고, 상기 이산화규소 박막층(500) 위에 광발광(photoluminescence)층(600)을 증착하는 발광물질 도포단계(S500)를 포함하는 것이 바람직하다.The light emitting material applying step (S400) is to use the local surface plasmon resonance phenomenon to improve the coupling efficiency (coupling efficiency) of the light emitting device. Here, the thin film layer 500 such as silicon dioxide (SiO 2 ) on the nanosilver island after performing the heat treatment step (S300) to prevent the photoluminescence disappearance (quenching) when the nanosilver island and the light emitting layer 600 is close. It is preferable to include a light emitting material applying step (S500) to perform a spacer forming step (S500) for depositing the deposition, and to deposit a photoluminescence layer 600 on the silicon dioxide thin film layer (500).

100 : 콜로이드 서스펜션 110 : 나노은입자
120 : 용매 200 : 기판
300 : 콜로이드 덩어리 400 : 나노은섬
500 : SiO2 박막층 600 : 광발광층100: colloidal suspension 110: nano silver particles
120 solvent 200 substrate
300: colloidal lump 400: nano silver island
500: SiO 2 thin film layer 600: light emitting layer

Claims (8)

나노은입자를 포함하는 콜로이드 서스펜션(colloidal suspension)과 나노구조 어레이가 제작될 기판을 준비하는 준비단계;
상기 기판 위에 상기 콜로이드 서스펜션을 코팅하는 코팅단계;
상기 콜로이드 서스펜션에 포함된 나노은입자가 서로 격리된 나노은섬(nanosilver islands)을 형성하도록 열처리하는 열처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소표면플라즈몬공명 현상의 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법.Preparing a substrate on which a colloidal suspension including nanosilver particles and a nanostructure array are to be prepared;
A coating step of coating the colloidal suspension on the substrate;
And a heat treatment step of heat treating the nano silver particles included in the colloidal suspension to form nanosilver islands isolated from each other. 제1항에 있어서,
상기 콜로이드 서스펜션의 상기 나노은입자는 무극성용매에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 국소표면플라즈몬공명 현상의 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법.The method of claim 1,
The nano silver particles of the colloidal suspension is dispersed in a non-polar solvent nanostructure array manufacturing method for the induction of local surface plasmon resonance phenomenon. 제1항에 있어서,
상기 나노은입자는 직경이 20~40㎚인 것을 특징으로 하는 국소표면플라즈몬공명 현상의 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법.The method of claim 1,
The nano silver particles are nanostructure array manufacturing method for the induction of local surface plasmon resonance phenomenon, characterized in that the diameter of 20 ~ 40nm. 제1항에 있어서,
상기 코팅단계는 상기 콜로이드 서스펜션이 스핀코팅(spin-coating) 되는 것을 특징으로 하는 국소표면플라즈몬공명 현상의 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법.The method of claim 1,
The coating step is a nanostructure array manufacturing method for the induction of local surface plasmon resonance phenomena, characterized in that the spin-coating (colloidal suspension). 제1항에 있어서,
상기 열처리단계는,
상기 기판상에 코팅되어 아직 젖어 있는 상기 콜로이드 서스펜션의 얇은 막에서 용매의 디웨팅 현상을 통해 여러 개의 콜로이드 덩어리를 형성하도록 150~200℃에서 열처리하는 디웨팅 단계;
상기 디웨팅 단계를 수행한 후 상기 콜로이드 서스펜션의 용매가 증발하고, 나노은입자가 소결되면서 격리되는 동시에 성장해가며 표면에너지가 낮은 상태인 나노은섬을 형성하도록 200~250℃에서 열처리하는 성장단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소표면플라즈몬공명 현상의 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법.The method of claim 1,
The heat treatment step,
Dewetting step of heat treatment at 150 ~ 200 ℃ to form a plurality of colloidal mass through the dewetting phenomenon of the solvent in the thin film of the colloidal suspension coated on the substrate still wet;
After the dewetting step, the solvent of the colloidal suspension evaporates, the nano silver particles are sintered and isolated while growing at the same time growing and heat treatment at 200 ~ 250 ℃ to form a nano silver island of low surface energy; includes; Nanostructure array manufacturing method for the induction of local surface plasmon resonance phenomenon, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 열처리단계는 퍼니스(furnace)의 질소분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 국소표면플라즈몬공명 현상의 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법.The method of claim 1,
The heat treatment step is a nanostructure array manufacturing method for the induction of local surface plasmon resonance phenomena, characterized in that the nitrogen atmosphere of the furnace (furnace). 제1항에 있어서,
상기 열처리단계를 수행한 후 상기 나노은섬 위에 광발광(photoluminescence)층을 증착하는 발광물질 도포단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소표면플라즈몬공명 현상의 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법.The method of claim 1,
And a light emitting material coating step of depositing a photoluminescence layer on the nanosilver islands after performing the heat treatment step. 제1항에 있어서,
상기 열처리단계를 수행한 후 상기 나노은섬 위에 이산화규소(SiO2) 박막층을 증착하는 스페이서(spacer) 형성단계를 수행하고,
상기 이산화규소 박막층 위에 광발광(photoluminescence)층을 증착하는 발광물질 도포단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 국소표면플라즈몬공명 현상의 유도를 위한 나노구조 어레이 제작방법.The method of claim 1,
After performing the heat treatment step and performing a spacer forming step of depositing a silicon dioxide (SiO 2 ) thin film layer on the nanosilver island,
A method of fabricating a nanostructure array for inducing a local surface plasmon resonance phenomenon comprising the step of applying a light emitting material to deposit a photoluminescence layer on the silicon dioxide thin film layer.
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