KR20120017917A - 홀을 가지는 다공성 박막 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본원은, 홀을 가지는 다공성 박막으로서, 상기 홀은 상기 박막의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있으며 상기 홀은 상기 박막의 기공과 연결되어 있는 것인 홀을 가지는 다공성 박막, 및 입자의 정렬층을 주형으로서 이용하는 것을 포함하는 상기 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본원은, 홀을 가지는 다공성 박막 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
다공성 박막은 기공(pore)을 가지고 있고 이러한 기공의 흡착 및 분리 기능 등으로 인하여 다양한 산업분야, 예를 들어, 리소그래피용 마스크(lithographic mask), 반사 방지 물질, 데이터 저장물질(datastorage materials), 촉매, 화학적 센서, 기능성 소재, 필터, 분리막 등에 이용될 수 있다. 이러한 다공성 박막은 기공이 규칙적으로 배열될 것이 요구되며, 가능한 많은 기공을 보유할 것이 요구된다.
종래, 다공성 무기 박막은 200 nm 내지 500 nm 크기를 가지는 폴리스티렌 비즈(beads)와 고분자 라텍스 또는 마이크로 크기를 가지는 콜로이드 입자와 오팔 입자 등을 주형으로 사용하여 제조되었다. 그러나, 이러한 다공성 무기 박막은 기공의 크기가 마이크로 사이즈이거나, 200 nm 내지 500 nm 이어서, 공극의 크기를 더 감소시킬 필요성이 있다.
나노 다공성 박막을 만드는 방법은 크게 두 가지가 있다. 먼저 알루미늄을 양극산화시키는 방법에 의하여 알루미늄을 양극산화 시키면 알루미늄 표면에 수십 나노미터 직경의 규칙적인 기공이 만들어지는데 구멍의 간격이나 크기는 산화조건을 통하여 조절할 수 있다. 두 번째로 블록공중합체(block copolymer)의 미세상분리(microphase separation)와 자기조립(self-assembly)에 의해 나노미터 수준의 다공성 구조를 만들 수 있는데, 이것 또한 분자량이나 블록 조성을 제어함으로 구멍의 크기나 형태를 바꿀 수 있다.
최근 나노미터 사이즈의 다공성 박막은 무수히 많은 조절된(일정한) 크기의 구멍을 가지고 있기 때문에 필터로서의 응용이 가능하고, 기능성을 도입하여 특정한 물질의 분리나 정제 또는 효소 고정 재료 등에 사용될 수도 있다.
그러나 종래 다공성 박막의 제조 방법은 다공성 박막 제조 시 공정이 복잡하고 제조된 다공성 박막에 형성된 기공의 크기 및 분포도가 균일하지 못하고, 기공의 크기 및 배열의 조절이 용이하지 않은 문제점이 있다.
본원은 입자의 정렬층을 주형으로서 이용하여 홀을 형성하는 것을 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법 및 이에 의한 홀을 가지는 다공성 박막을 제공한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 일 측면은, 제 1 기재(substrate) 상에 입자의 정렬층을 형성하는 단계; 상기 입자의 정렬층이 형성된 제 1 기재와 제 2 기재를 접촉시켜 상기 입자의 정렬층을 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계; 상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자의 정렬층을 제 1 박막 형성 물질로 코팅하여 상기 입자-제 1 박막 복합체를 형성하는 단계; 및, 상기 입자-제 1 박막 복합체 중 상기 코팅된 제 1 박막의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계:를 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법을 제공한다.
본원의 다른 측면은, 제 1 음각 또는 제 1 양각이 표면에 형성된 제 1 기재를 준비하는 단계; 상기 제 1 기재 상에 복수의 입자를 올린 후 물리적 압력에 의하여 상기 입자들의 일부 또는 전부를 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극(孔隙)에 삽입시켜 상기 제 1 기재 상에 상기 입자의 정렬층을 형성하는 단계; 상기 입자들의 정렬층이 형성된 상기 제 1 기재와 제 2 기재를 접촉시켜 상기 상기 입자의 정렬층을 상기 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계; 상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자들의 정렬층을 고분자로 코팅하여 입자-고분자 복합체 박막을 형성하는 단계; 및 상기 입자-고분자 복합체 박막 중 상기 코팅된 고분자의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계:를 포함하는, 홀(hole)을 가지는 박막의 제조 방법을 제공한다.
본원의 또 다른 측면은, 제 1 음각 또는 제 1 양각이 표면에 형성된 제 1 기재를 준비하는 단계; 상기 제 1 기재 상에 복수의 입자를 올린 후 물리적 압력에 의하여 상기 입자들의 일부 또는 전부를 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극(孔隙)에 삽입시켜 상기 제 1 기재 상에 상기 입자의 정렬층을 형성하는 단계; 표면에 점착층이 형성되어 있는 제 2 기재를 준비하는 단계; 상기 입자들의 정렬층이 형성된 상기 제 1 기재와, 상기 제 2 기재의 점착층과 접촉시켜 상기 입자의 정렬층을 상기 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계; 상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자들의 정렬층을 고분자로 코팅하여 입자-고분자 복합체 박막을 형성하는 단계; 상기 제 2 기재 상에 형성된 상기 점착층을 제거하여 상기 입자-고분자 복합체 박막을 분리함으로써 상기 입자-고분자 복합체 박막의 하부에 상기 입자의 일부가 노출되도록 하는 홀을 형성한 후 상기 홀이 제 3 기재 표면에 접하도록 상기 입자-고분자 복합체 박막을 제 3 기재 상으로 전사하는 단계; 및 상기 입자-고분자 복합체 박막의 상부의 코팅된 고분자의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계: 를 포함하는, 홀(hole)을 가지는 박막의 제조 방법을 제공한다.
본원의 또 다른 측면은, 홀을 가지는 다공성 박막으로서, 상기 홀은 상기 박막의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있으며 상기 홀은 상기 박막 내부의 기공과 연결되어 있는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막을 제공한다.
본원의 일 구현예에 의하여, 홀을 가지는 다공성 박막 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있으며, 상기 홀을 가지는 다공성 박막을 제조함에 있어서, 용매가 필요없고 정밀한 온도와 습도조절이 필요없는 조건 하에서 형성될 수 있는 입자의 정렬층을 주형으로서 이용함으로써 단시간내에 용이한 방법으로 홀을 가지는 다공성 박막을 제조할 수 있으며, 대면적의 홀을 가지는 다공성 박막도 제조 가능하다. 또한, 상기 주형으로서 이용하는 상기 입자의 정렬층의 형성 시 상기 입자의 크기를 조절함으로써 홀을 가지는 다공성 박막의 기공의 크기를 다양하게 조절할 수 있으며, 또한, 상기 홀의 형상 및/또는 크기 및/또는 배열을 다양하게 조절할 수 있다. 이러한 상기 홀을 가지는 다공성 박막은 기공의 흡착 및 분리 기능 등을 이용하여, 예를 들어, 리소그래피용 마스크(lithographic mask), 반사 방지 물질, 데이터 저장물질(datastorage materials), 촉매, 화학적 센서, 기능성 소재, 필터, 분리막 등 다양한 기술 분야에 응용될 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 홀을 가지는 다공성 박막을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 제 1 기재 상에 입자의 정렬층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 제 1 기재 상에 정렬된 입자의 정렬층을 제 2 기재상에 전사하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 제 2 기재 상에 상기 입자-제 1 박막 복합체의 형성 및 이로 부터 상기 입자의 제거에 의해 홀을 가지는 다공성 박막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따라 제조된 홀을 가지는 PMMA 다공성 박막의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 홀을 가지는 PMMA 다공성 박막을 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 홀을 가지는 PMMA 다공성 박막의 제조 단계 별 SEM 사진이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 홀을 가지는 실리콘 웨이퍼 상에 전사된 홀을 가지는 PMMA 다공성 박막의 SEM 사진이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 홀을 가지는 실리콘 웨이퍼 상에 전사된 홀을 가지는 폴리스티렌 다공성 박막의 SEM 사진이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 제 1 기재 상에 입자의 정렬층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 제 1 기재 상에 정렬된 입자의 정렬층을 제 2 기재상에 전사하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 제 2 기재 상에 상기 입자-제 1 박막 복합체의 형성 및 이로 부터 상기 입자의 제거에 의해 홀을 가지는 다공성 박막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따라 제조된 홀을 가지는 PMMA 다공성 박막의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 홀을 가지는 PMMA 다공성 박막을 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 홀을 가지는 PMMA 다공성 박막의 제조 단계 별 SEM 사진이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 홀을 가지는 실리콘 웨이퍼 상에 전사된 홀을 가지는 PMMA 다공성 박막의 SEM 사진이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 홀을 가지는 실리콘 웨이퍼 상에 전사된 홀을 가지는 폴리스티렌 다공성 박막의 SEM 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서, 용어“~ 하는 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재와 “상에”위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 층 또는 두 부재 사이에 또 다른 층 또는 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 “홀(hole)”이란 본원의 일 구현예에 따른 홀을 가지는 다공성 박막의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있는 구멍으로서 상기 박막 내부의 기공과 연결되어 있을 수 있는 것을 의미하며, 상기 홀의 모양 및/또는 크기는 상기 박막의 기공의 구조 및 형태와는 무관하게 다양하게 조절될 수 있으며, 예를 들어, 상기 홀의 크기는, 나노미터 내지 마이크로미터 크기의 범위에서 다양하게 조절될 수 있다.
본원의 일 측면은, 제 1 기재(substrate) 상에 입자의 정렬층을 형성하는 단계; 상기 입자의 정렬층이 형성된 제 1 기재와 제 2 기재를 접촉시켜 상기 입자의 정렬층을 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계; 상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자의 정렬층을 제 1 박막 형성 물질로 코팅하여 상기 입자-제 1 박막 복합체를 형성하는 단계; 및, 상기 입자- 제 1 박막 복합체 중 상기 코팅된 제 1 박막의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계를 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단계들을 반복하여 홀을 가지는 다공성 박막 복수개를 형성한 후 상기 박막들을 적층하여 홀을 가지는 다공성 다층 박막을 형성하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일 구현예에 있어서, 상기 다공성 다층 박막을 형성하는 각 박막이 가지는 홀의 크기 및 상기 홀의 배열 방식은 동일하거나 서로 상이한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 홀의 크기는 상기 입자의 크기보다 작은 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 홀의 크기는, 예를 들어, 나노미터 내지 마이크로미터 크기의 범위에서 다양하게 조절될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 홀은 2 차원적으로 규칙적으로 배열되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자의 크기는 나노미터 내지 마이크로미터 범위일 수 있으며, 예를 들어, 1 nm 내지 10000 ㎛, 또는 5 nm 내지 10000 ㎛, 또는 10 ㎚ 내지 10000 ㎛, 또는 1 nm 내지 1000 ㎛, 또는 5 nm 내지 1000 ㎛, 또는 10 nm 내지 1000 ㎛, 또는 1 nm 내지 100 ㎛, 또는 5 nm 내지 10000 ㎛, 또는 10 nm 내지 100 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자의 정렬층은 상기 입자의 단일층(monolayer) 또는 복수층(multilayer)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자를 제거하는 단계는, 상기 제 1 박막의 일부를 에칭(etching)하여 복수의 홀을 형성함으로써 상기 홀을 통하여 상기 입자 각각의 일부를 노출시키고; 상기 홀을 통하여 상기 노출된 입자를 제거하는 것: 을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제 1 박막의 일부를 에칭(etching)하는 것은, 상기 제 1 박막을 선택적으로 에칭할 수 있는 적당한 에칭 용액을 이용하거나 플라즈마 에칭법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 기재는 그의 표면에 형성된 제 1 음각 또는 제 1 양각의 패턴을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 기재 상에 형성된 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각의 패턴은 상기 기재 자체에 리소그래피, 레이저 빔, 또는 에칭 등을 통해 직접 각인되거나, 포지티브 또는 네가티브 포토레지스트에 의해 형성되거나 희생층을 코팅한 후 레이저 어블레이션에 의해 형성되거나, 잉크젯 인쇄법에 의해 형성될 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 기재 상에 형성된 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극은 나노우물(nanowell), 나노점(nanodot), 나노막대(nanorod), 나노기둥(nanocolumn), 나노도랑(nanotrench) 또는 나노원뿔(nanocone)의 형태를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 음각에 의해 형성되는 공극 형상 또는 제 1 양각의 형상의 단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 구각형, 십각형, 사디리꼴, 마름모 및 평행사변형 등과 같은 다각형, 타원, 반달, 초생달, 꽃모양 및 별모양 등과 같은 복합 도형, 직선형 및 곡선형 도랑(trench) 형태 등 다양한 기하학적 형태를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원에 의하면 제 1 음각 또는 제 1 양각에 의해 형성되는 공극의 형상에 무관하게 입자를 거의 모든 공극에 삽입시켜 완벽하게 정렬할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 제 1 기재 상에 형성된 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극의 크기 및/또는 형상은 1 종 또는 2 종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이는 용매 내 입자의 자기 조립을 이용하지 않고, 본원에 따라 다수의 입자를 물리적 압력에 의해 공극에 삽입시키기 때문에 제 1 기재 상에 공극의 크기 및/또는 형상이 2 종 이상이어도 입자를 거의 모든 공극에 삽입시킬 수 있는 것이다. 이러한 경우, 상이한 크기 및/또는 형상을 가지는 입자를 상기 공극에 삽입함으로써, 이러한 입자의 정렬층을 주형으로서 이용하여 제조되는 상기 홀을 가지는 다공성 박막이 상이한 크기 및/또는 형상의 기공을 가지도록 할 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 상기 제 1 기재는 상기 하나의 제 1 음각 안에 추가로 개별적인 입자의 위치 및/또는 배향을 고정시킬 수 있는 2 개 이상의 제 2 음각을 형성시킬 수 있으며, 이때 상기 입자의 위치 및/또는 배향을 고정시킬 수 있는 상기 제 2 음각의 크기 및/또는 형상은 1 종 또는 2 종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 음각 또는 제 1 양각에 의해 형성되는 개별적인 공극의 크기는 1 nm 내지 10000 ㎛, 또는 5 nm 내지 10000 ㎛, 또는 10 nm 내지 10000 ㎛, 또는 1 nm 내지 1000 ㎛, 또는 5 nm 내지 1000 ㎛, 또는 10 nm 내지 1000 ㎛, 또는 1 nm 내지 100 ㎛, 또는 5 nm 내지 100 ㎛, 또는 10 nm 내지 100 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원에서 제 1 음각 또는 제 1 양각에 의해 형성되는 개별적인 공극의 크기는, 예를 들어, 나노우물 또는 나노기둥의 경우에는 직경, 나노원뿔의 경우에는 하부의 직경을 의미한다. 일 구현예에 있어서, 상기 개별적인 공극의 깊이/높이는 1 nm 내지 10000 ㎛, 또는 5 nm 내지 10000 ㎛, 또는 10 nm 내지 10000 ㎛, 또는 1 nm 내지 1000 ㎛, 또는 5 nm 내지 1000 ㎛, 또는 10 nm 내지 1000 ㎛, 또는 1 nm 내지 100 ㎛, 또는 5 nm 내지 100 ㎛, 또는 10 nm 내지 100 ㎛ 일 수 있으며, 개별적인 공극의 바닥은 평평하거나 완만한 경사 또는 곡면이 있을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 물리적 압력은 문지르기(rubbing) 또는 누르기(pressing against substrate)에 의해 가해지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 구현예에 있어서, 상기 문지르기(rubbing)는, 제 1 부재를 사용하여 상기 제 1 기재 상에 놓여진 입자에 물리적 압력을 가한 상태에서 상기 제 1 기재와 평행한 방향으로 왕복운동을 적어도 1회 이상 수행하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 필요한 경우 상기 문지르기를 수행한 후 점착성 물질이 코팅된 제 2 부재를 이용하여 상기 정렬층을 형성한 입자를 제외한 나머지 입자를 제거하는 것을 추가 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 제 1 기재가 그의 표면에 형성된 제 1 음각 또는 제 1 양각의 패턴을 가지는 것인 경우, 상기 제 1 기재 상에 입자의 정렬층을 형성하는 단계는, 상기 제 1 기재 상에 복수의 입자를 올린 후 물리적 압력에 의하여 상기 입자들의 일부 또는 전부를 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극(孔隙)에 삽입시켜 상기 제 1 기재 상에 상기 입자의 정렬층을 형성하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 기재 상에 형성된 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극의 형상은 상기 입자의 배향을 조절하기 위해 상기 공극 내에 삽입되는 입자의 소정 부분의 형상과 대응되는 형상을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법은, 상기 제 1 기재와 상기 제 2 기재를 접촉시키기 전에, 상기 제 2 기재의 표면에 점착층을 형성하는 것을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법은, 상기 제 1 기재(substrate) 상에 입자의 정렬층을 형성하는 단계 전에, 상기 제 1 기재 상에 점착층을 형성하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 점착층은, 예를 들어, (i) -NH2 기를 갖는 화합물, (ⅱ) -SH기를 갖는 화합물 (ⅲ) -OH 기를 갖는 화합물, (ⅳ) 고분자 전해질, (ⅴ) 폴리스티렌, 및 (ⅴi) 포토레지스트로 구성된 군에서 선택된 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 기재 표면을 점착성 물질로 코팅하여 점착층을 형성하는 경우는, 간단한 방식 및 짧은 시간에, 제 1 기재 상에 코팅된 점착성 물질에 원하는 정렬 및 패턴 방식으로 제 1 음각 또는 제 2 음각을 부여하고, 물리적 압력을 이용하여 입자를 상기 제 1 음각 또는 상기 제 2 음각에 의해 형성된 공극 내에 삽입시켜 상기 정렬 및 패턴 방식으로 배치한 후, 상기 점착성 물질을 제거함으로써, 편평한 제 1 기재 상에 프리-스탠딩(free-standing) 입자 정렬 및 패턴을 형성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법은, 상기 형성된 홀을 가지는 다공성 박막을 상기 제 2 기재로부터 분리하는 것을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 경우, 상기 제 2 기재 상에서 분리된 상기 홀을 가지는 다공성 박막을, 상기 홀 보다 더 큰 홀(hole)을 가지는 지지 기판으로 전사할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 박막 형성 후 상기 제 1 박막 상에 한 개 이상의 추가 박막을 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 박막을 형성하는 물질과 추가되는 박막을 형성하는 물질은 동일하거나 상이할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 기재 또는 제 2 기재는 고체상 기재로서 당업계에 공지된 어떠한 기재도 이용할 수 있으며, 예를 들어, 유리, 용융 실리카(fused silica) 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 또는 포토레지스트로 코팅된 기재를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일 구현예에 있어서, 상기 기재는 포토레지스트(PR)로 코팅된 기재일 수 있다. 상기 포토레지스트는 당업계에 공지된 것들을 제한없이 사용할 수 있으며, 포지티브 포토레지스트 또는 네가티브 포토레지스트를 사용할 수 있다. 상기 포토레지스트의 비제한적 예들로서 PDMS, PMMA(Polymethylmethacrylate), PMGI(PolyMethylGlutarimide), DNQ/Novolac 및 SU-8를 포함할 수 있으며, 상기 포토레지스트는 미국 특허 제5,492,793호, 제5,747,622호, 제5,468,589호, 제4,491,628호, 제5,679,495호, 제6,379,861호, 제6,329,125호, 제5,206,317호, 제6,146,793호, 제6,165,682호, 제6,340,734호, 제6,028,154호, 제6,042,989호, 제5,882,844호, 제5,691,396호, 제5,731,126호, 제5,985,524호, 제6,531,260호 및 제6,590,010호에 개시되어 있는 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 구현예에 있어서, 상기 기재는 규소, 알루미늄, 티탄, 주석 및 인듐 등 각종 금속 및 비금속 원소들이 단독 또는 2 종 이상 포함되어 있는 산화물로서 표면에 히드록시기를 가지는 모든 물질, 예를 들어, 석영, 운모, 유리, ITO 유리(인듐주석산화물이 증착된 유리), 주석 산화물(SnO2) 등의 각종 전도성 유리, 용융실리카(fused silica), 비정질 실리카, 다공성 실리카, 알루미나, 다공성 알루미나, 수정, 사파이어, 이산화티탄, 다공성 이산화티탄 및 규소 웨이퍼를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또 다른 구현예에 있어서, 상기 기재는 금, 은, 동, 백금과 같이 티올기(-SH)나 아민기(-NH2)와 결합하는 금속, 니켈 및 스테인리스 스틸 등과 같은 금속일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 구현예에 있어서, 상기 기재는 표면에 다양한 작용기를 갖는 중합체, 예를 들어, 표면에 작용기가 있는 폴리비닐 클로라이드(PVC), 메리필드 펩타이드 수지(Merrifield peptide resin), 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트(PR), PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 및 아크릴를 포함 할 수 있으며, 셀레늄화아연(ZnSe), 비소화갈륨(GaAs) 및 인화인듐(InP) 등의 반도체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 구현예에 있어서, 상기 기재는 천연 또는 합성 제올라이트 및 그의 유사 다공성 분자체 또는 셀룰로오스, 녹말(아밀로오스 및 아밀로펙틴) 및 리그닌 등 표면에 히드록실기를 가지는 천연 고분자, 합성 고분자 또는 전도성 고분자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 기재 또는 제 2 기재의 면적은 특별하게 제한되지 않으며, 상기한 입자 정렬 방법을 이용하는 경우, 넓은 면적의 기재에도 잘 적용되어 입자들이 전체 면적에 걸쳐 모두 완벽하게 정렬될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 기재 상에 정렬된 상기 입자는 인접한 입자와 접촉 또는 이격되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본원은 제 1 기재의 공극 간의 거리를 조절함으로써, 공극에 삽입되는 입자들은 인접한 입자와 접촉 또는 이격되게 할 수 있으며, 이로 인해 밀집(close packed) 또는 비밀집(non-close packed) 구조의 입자 정렬을 형성할 수 있으며, 상기 제 1 기재의 각 공극의 위치를 조절함으로써, 상기 입자들을 사방 밀집 배열 또는 육방 밀집 배열 등으로 임의적으로 정렬할 수 있다. 예를 들어, 상기 공극 단면의 마주보는 두 점간의 최단거리가 2 nm 내지 1000 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본원에 따르면 제 1 기재 상의 공극에 삽입된 입자가 모여 1D, 2D, 3D의 특정 패턴 또는 모양을 형성할 수 있다. 비제한적인 예로는 1D 와이어(wires), 1D 줄무늬(stripes)와 같은 1차원 패턴, 2D 스퀘어 네트(square net) 배열과 같은 2차원 패턴 및 크리스탈 격자구조와 유사한 3차원 패턴을 형성할 수 있다. 이때, 제 1 기재상에 형성된 입자들의 상기 패턴 또는 모양은 1 또는 2 이상일 수 있다. 상기 입자에 의해 형성되는 패턴의 크기는 제한되지 않으나, (길이/폭/높이 상) 1 mm 내지 15 cm, 또는 5 mm 내지 5 cm, 또는 8 mm 내지 2 cm 일 수 있다. 본원에 따르면 상기 입자들은 기재 상에 fcc(100) 정렬, fcc(111) 정렬 또는 이들의 혼합 정렬로 배치될 수 있다. 즉, 본원은 하나의 기재 상에 동일한 정렬 또는 대칭성이 다른 2 이상의 정렬로도 동시에 입자들을 배치시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자는 유기 고분자, 무기 고분자, 무기물, 금속 입자, 자성체, 반도체, 생체물질 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 고분자의 비제한적인 예로는 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴레이트, 폴리알파메틸스틸렌, 폴리벤질메타크릴레이트, 폴리페닐메타크릴레이트, 폴리다이페닐메타크릴레이트, 폴리사이클로헥실메타크릴레이트, 스틸렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스틸렌-메틸메타크릴레이트 공중합체 등을 포함 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 무기 고분자의 비제한적인 예로는 티타늄산화물, 아연산화물, 세륨산화물, 주석산화물, 탈륨산화물, 바륨산화물, 알루미늄산화물, 이트리움산화물, 지르코늄산화물, 구리산화물, 니켈산화물, 실리카 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 입자의 비제한적인 예로는 금, 은, 동, 백금, 알루미늄, 플라티늄, 아연, 세륨, 탈륨, 바륨, 이트리움, 지르코늄, 주석, 티타늄, 카드듐, 철, 또는 이들의 합금 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 반도체 입자의 비제한적인 예로는 단일원소 반도체(예컨대, Si 및 Ge) 및 화합물 반도체(예컨대, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs 및 InSb) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 상기 입자의 비제한적인 예로는, SiO2, TiO2, ITO(indium tin oxide) 및 Al2O3 등과 같은 이성분계 이상의 주족금속 및 전이금속 원소의 결정성 및 비결정성 칼코젠화물(crystalline and non-crystalline, binary and multicomponent main group metal and transition metal chalcogenides); 상기 물질 들 중 두 물질 이상이 코아/쉘(core/shell) 또는 코아/제 1 쉘/제 2 쉘 형태 또는 여러가지 형태를 이루고 있는 것; 형광을 띄는 코아물질과 이를 둘러싼 다양한 물질의 쉘; 두 가지 이상의 물질이 양파처럼 여러 겹으로 이루어진 물질; 유기 및 무기 입자 속에 유기, 무기 또는 유무기 형광분자들이 규칙적 및 불규칙적으로 분포된 형광물질; 자기, 반자기, 상자기, 강유전체(ferroelectric), 페리유전성(ferrielectric), 초전도, 전도성, 반도체 또는 부도체 성질을 가진 입자 등을 포함할 수 있다. 상기 생체물질 입자의 비제한적인 예로는 단백질, 펩티드, DNA, RNA, 다당류, 올리고당, 지질, 세포, 이들의 복합체가 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자는 다공성 또는 비다공성을 가진 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자는 대칭 형상, 비대칭 형상 또는 무정형일 수 있으며, 이의 비제한적인 형상으로는 구형, 반구형, 큐브형, 사면체, 오면체, 육면체, 직육면체형, 팔면체, Y형, 기둥형, 뿔형 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 입자는 평편한 면(flat facet) 없이 연속적인 곡면으로만 형상이 이루어진 입자일 수 있으며, 바람직하게는 구형의 형상을 가질 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 기재와 입자는 부가되는 물리적 압력에 의해 수소결합, 이온결합, 공유결합, 배위 결합 또는 반데르발스 결합을 형성하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 박막은 유기 박막, 무기 박막 또는 유기-무기 하이브리드 박막을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 유기 박막은, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴레이트, 폴리알파메틸스틸렌, 폴리벤질메타크릴레이트, 폴리페닐메타크릴레이트, 폴리다이페닐메타크릴레이트, 폴리사이클로헥실메타크릴레이트, 스틸렌-아크릴로니트릴 공중합체 및 스틸렌-메틸메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 무기 박막은 당업계에 알려진 코팅 가능한 무기물질을 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 무기 고분자, 무기물, 금속 입자, 자성체, 반도체 등에 대하여 예시적으로 기재한 물질들을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기-무기 하이브리드 박막은 상기한 유기 박막 및 상기 무기 박막에 대하여 예시된 물질들을 적절히 조합하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 다른 측면은, 하기를 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법을 제공한다:
제 1 음각 또는 제 1 양각이 표면에 형성된 제 1 기재를 준비하는 단계;
상기 제 1 기재 상에 복수의 입자를 올린 후 물리적 압력에 의하여 상기 입자들의 일부 또는 전부를 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극(孔隙)에 삽입시켜 상기 제 1 기재 상에 상기 입자의 정렬층을 형성하는 단계;
상기 입자들의 정렬층이 형성된 상기 제 1 기재와 제 2 기재를 접촉시켜 상기 상기 입자의 정렬층을 상기 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계;
상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자들의 정렬층을 고분자로 코팅하여 입자-고분자 박막 복합체를 형성하는 단계; 및
상기 입자-고분자 박막 복합체 중 상기 코팅된 고분자의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계.
본원의 또 다른 측면은, 하기를 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법을 제공한다:
제 1 음각 또는 제 1 양각이 표면에 형성된 제 1 기재를 준비하는 단계;
상기 제 1 기재 상에 복수의 입자를 올린 후 물리적 압력에 의하여 상기 입자들의 일부 또는 전부를 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극(孔隙)에 삽입시켜 상기 제 1 기재 상에 상기 입자의 정렬층을 형성하는 단계;
표면에 점착층이 형성되어 있는 제 2 기재를 준비하는 단계;
상기 입자들의 정렬층이 형성된 상기 제 1 기재와, 상기 제 2 기재의 점착층과 접촉시켜 상기 입자의 정렬층을 상기 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계;
상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자들의 정렬층을 고분자로 코팅하여 입자-고분자 박막 복합체를 형성하는 단계;
상기 제 2 기재 상에 형성된 상기 점착층을 제거하여 상기 입자-고분자 박막 복합체를 분리함으로써 상기 입자-고분자 박막 복합체의 하부에 상기 입자의 일부가 노출되도록 하는 홀을 형성한 후 상기 홀이 제 3 기재 표면에 접하도록 상기 입자-고분자 복합체 박막을 제 3 기재 상으로 전사하는 단계; 및
상기 입자-고분자 박막 복합체의 상부의 코팅된 고분자의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계.
본원의 또 다른 측면은, 홀을 가지는 다공성 박막으로서, 상기 홀은 상기 박막의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있으며 상기 홀은 상기 박막의 기공을 관통하도록 형성되어 있는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막을 제공한다:
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 홀은 2 차원적으로 규칙적으로 배열되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 박막은 유기 박막, 무기 박막 또는 유기-무기 하이브리드 박막을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 홀의 크기는 상기 박막의 기공의 크기보다 작은 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 박막의 기공의 크기는 1 nm 내지 10000 ㎛, 또는 5 nm 내지 10000 ㎛, 또는 10 nm 내지 10000 ㎛, 또는 1 nm 내지 1000 ㎛, 또는 5 nm 내지 1000 ㎛, 또는 10 nm 내지 1000 ㎛, 또는 1 nm 내지 100 ㎛, 또는 5 nm 내지 100 ㎛, 또는 10 nm 내지 100 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 홀을 가지는 다공성 박막은 형상 및/또는 크기가 서로 상이한 2종류 이상의 기공을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 박막은, 상기 홀을 가지는 다공성 박막 2개 이상이 서로 적층되어 있는 홀을 가지는 다공성 다층 박막일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일 구현예에 있어서, 상기 홀을 가지는 다공성 다층 박막에 있어서, 홀들은 사로 관통되어 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 구현예에 있어서, 상기 홀을 가지는 다공성 다층 박막의 각 박막이 가지는 홀의 모양 및/또는 크기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 본원의 일 구현예 및 실시예에 따른 규칙적으로 정렬된 홀을 가지는 박막 및 그의 제조 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본원의 홀(hole)을 가지는 다공성 박막의 제조 방법은, 제 1 기재(substrate) 상에 입자의 정렬층을 형성하는 단계(S1); 상기 입자의 정렬층이 형성된 제 1 기재와 제 2 기재를 접촉시켜 상기 입자의 정렬층을 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계(S2); 상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자의 정렬층을 제 1 박막 형성 물질로 코팅하여 상기 입자-제 1 박막 복합체를 형성하는 단계(S3); 상기 입자의 정렬층에 코팅된 제 1 박막의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계(S4)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 제 1 기재상에 입자의 정렬층을 형성하는 단계(S1)를 구체적으로 설명하기 위한 공정도이다. 본원의 입자의 정렬층을 형성하는 방법은 용매의 사용 및 자기조립이 필수 구성요소인 종래 입자의 정렬 방법과 달리, 문지르기와 같은 물리적 압력을 입자에 가하여 상기 입자를 기재 상에 배치시키는 것이 특징이다. 따라서, 용매 내 입자들의 자기조립을 위해 필요한 정밀한 온도 조절 및 습도 조절이 필요 없다. 또한, 원하는 방향으로 기재 표면 상에 입자를 빠르게 이동시키기 때문에, 기재 상에서 입자들 이동이 표면 특성(예컨대, 소수성, 전하 및 roughness)에 의해 영향을 받는 것을 막아준다. 또한, 기재에 패턴이 되어 있는 경우, 용매에 분산된 입자를 사용하는 종래 기술은 용매의 모세관 현상에 의해 패턴에 의해 형성된 미세 공극 내에 입자가 잘 삽입되지 아니하여 입자 삽입여부가 불규칙하나, 이를 해결하기 위해 본원은 입자에 물리적 압력을 가하여 미세 공극 내 입자를 직접 삽입시키므로 모든 공극에 입자를 삽입시킬 수 있다. 나아가, 본원의 입자의 정렬 방법은 패턴된 기재 상에 입자를 정렬하는 과정에서 입자의 크기 및 모양에 대하여 자기조립에 의한 정렬보다 허용범위(tolerance)가 더 크다
제 1 기재 상에 입자의 정렬층을 형성하기 위하여, 먼저 제 1 기재를 준비하며, 필요한 경우 상기 제 1 기재(100) 상에 점착성 물질(미도시)을 코팅한다. 상기 점착성 물질을 코팅하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용되는 코팅 방법이면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 딥 코팅 또는 스핀 코팅(spin coating)에 의해 상기 점착층을 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 점착층을 형성하는 점착성 물질은, 예를 들어, PEI(Polyethylene imine), Polyacrylamide(PAM), Poly-DADMAC(diallyldimethyl ammonium chloride), PEO(polyethylene oxide) 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 점착성 물질은 상기 제 1 기재(100) 상에 상기 입자(120)들이 보다 잘 점착할 수 있게 하는 기능을 하며, 상기 제 1 기재 상에 입자의 정렬층의 형성 후, 상기 입자의 정렬층을 제 2 기재 상에 전사하기 전에 상기 입자의 정렬층의 전사를 용이하게 하기 위해 상기 점착층을 제거할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 점착성 물질을 제거하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, PEI(polyetherimide)와 같은 점착성 물질을 코팅한 경우에는 기재를 열처리하여 점착성 물질을 제거할 수 있다. 또한 상기와 같은 이유로 상기 입자의 정렬층을 제 2 기재로 전사하기 전에, 상기 제 2 기재의 표면에 점착성 물질로 코팅하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제 1 기재 상에 정렬하는 입자는 용매에 분산시키지 않은 분말 형태이거나, 입자의 부피에 대해 약 0 내지 약 10 배 부피비, 바람직하게는 약 0 내지 약 3 배 부피비의 용매로 코팅 또는 함침 또는 용매에 분산된 것일 수 있다. 바람직하게는 용매에 분산시키지 않은 건조된 분말 상태의 입자를 사용하거나, 상기 입자에 물리적 압력이 가할 때 용매가 윤활유 작용을 할 수 있을 정도로 용매가 코팅 또는 함침된 입자를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 입자들은 물리적 압력, 예를 들면, 문지르기(rubbing) 또는 누르기(pressing against substrate)에 의해 상기 제 1 기재 상에 정렬 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 문지르기란 상기 입자 상에 간단하게 물리적인 압력만을 가하여 상기 입자와 상기 기재 상에 물리적 또는 화학적 결합을 형성시키는 것을 말한다. 상기 화학적 결합은 수소결합, 이온결합, 공유결합, 배위결합 또는 반데르발스 결합을 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 이온결합 또는 수소결합을 포함할 수 있다. 상기 문지르기는 맨 손(bare hand), 고무장갑 낀 손을 이용하여 상기 입자에 압력을 가할 수 있고, 문지르기 기계 장치를 이용하여 상기 입자에 압력을 가할 수 있으며, 또는 문지르기 도구, 바람직하게는, 제 1 부재(130)을 사용하여 상기 입자에 압력을 가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 상기 제 1 부재는, 예를 들어, 다양한 기하학적인 형태를 가진 천연 및 인공 고무판, 플라스틱 판, PDMS 판 등 탄성이 있는 물질, 유리 기재, 실리콘 웨이퍼일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 부재를 사용하여 문지르기 할 경우, 상기 제 1 기재 상에 놓여진 입자에 물리적 압력을 가한 상태에서 상기 제 1 기재와 평행한 방향으로 왕복운동을 적어도 1회 이상 수행하는 방법으로 입자를 정렬할 수 있다. 상기 문지르는 시간은 특별히 한정되지 않으나, 입자의 단일층을 형성할 경우 10 초 내지 180 초, 바람직하게는 30 초 정도 문지르기 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 제 1 기재 상에 입자를 정렬시킨 후, 무작위적으로 고정되지 않은 나머지 입자를 점착성(110)을 갖는 제 2 부재(140)로 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 입자의 정렬층은 상기 입자의 단일층(monolayer) 또는 복수층(multilayer)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 원은 상기 언급한 방법에 의해 입자의 정렬층을 형성한 이후, 형성된 제 1 단층의 입자들 중 3개 이상의 입자에 의해 형성되는 공극에, 다수의 입자를 올린 후 물리적 압력에 의해 입자를 삽입하는 공정을 추가하여 제 2 단층을 형성할 수 있고, 상기 과정을 1 회 이상 수행하면 2 층 이상의 복수층의 입자의 정렬층을 형성할 수 있다. 또한, 본원은 상기 제 2 단층의 입자는 제 1 단층의 입자 상에 직립하여 정렬된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 입자의 단일층 상에 또 다른 입자의 단일층을 적층시킬 때, 문지르기와 같은 물리적 압력을 가하기 전에 점착층, 예를 들어, PEI를 입자의 하부단층에 추가로 도포하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 제 1 단층(monolayer)을 형성하는 입자와 상기 2 차 공극에 삽입되는 입자의 크기/형상/재질은 동일 또는 상이할 수 있다. 즉, 입자가 2 개 층 이상의 다층으로 정렬시 인접한 2 개 층의 각층을 구성하는 입자의 크기/형상/재질은 서로 동일 또는 상이할 수 있다. 또한, 입자가 2층 이상의 복수층으로 정렬시 인접한 2층의 각 패턴이 동일 또는 상이할 수 있다. 상기와 같이 형성된, 입자의 복수층을 사용하여 상기 복수층의 입자를 동시에 제 2 기재 상에 전사시킬 수 있다. 상기와 같은 방법에 의하여 제 1 기재 상에 입자의 정렬층(150)을 형성할 수 있다(S1; 도 2; 도 7의 a)참조).
도 3은 상기 제 1 기재 상에 정렬된 입자의 정렬층과 제 2 기재를 접촉시켜 상기 입자의 정렬층을 제 2 기재로 전사하는 단계(S2)를 구체적으로 설명하기 위한 공정도이다. 상기 제 1 기재 상(100)에 형성된 입자의 정렬층(150)을 제 2 기재(200) 상에 전사하기 전에 상기 입자의 정렬층의 전사를 용이하게 하기 위해 상기 점착성 물질(110)을 제거할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 점착성 물질을 제거하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, PEI(polyetherimide)와 같은 점착성 물질을 코팅한 경우에는 주형 기재를 열처리하여 점착성 물질을 제거할 수 있다. 이때, 주형 기재를 열처리하는 온도 및 시간은 사용된 점착성 물질에 따라 달라질 수 있으나 PEI를 사용한 경우에는 400℃ 내지 600℃, 또는 500℃에서 1 시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 점착성 물질이 포토레지스트(PR)인 경우, 예를 들어, 포토레지스트가 코팅된 기재를 필링 용액에 함침(immersing)시키거나 또는 필링 용액을 기재 상에 샤우어-주사(shower-injecting)하여 포토레지스트를 제거할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 필링 용액의 비제한적인 예로 강 알칼리 수용액, 다이메틸포름아마이드, 다이메틸아세토아마이드, 다이메틸설폭사이드, N-메틸-2-피롤리돈 및 메탄올 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한 상기 제 1 기재 상(100)에 형성된 입자의 정렬층을 제 2 기재(200) 상에 전사하는 것을 용이하게 하기 위해 상기 입자의 정렬층을 제 2 기재로 전사하기 전에, 상기 제 2 기재의 표면에 점착성 물질로 코팅하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 기재 및 제 2 기재는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리, 용융 실리카(fused silica) 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼 또는 포토레지스트가 코팅된 기재를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다(S2; 도 3; 도 7의 b)참조).
도 4는 상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자의 정렬층을 제 1 박막 형성 물질로 코팅하여 입자-제 1 박막 복합체를 형성하는 단계(S3; 도 7의 c) 참조) 및 상기 입자의 정렬층에 코팅된 제 1 박막의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계(S4)를 구체적으로 설명하기 위한 공정도이다. 상기 제 1 박막은 상기 입자의 정렬층을 내포하고 있다.
상기 제 1 박막 (170)을 형성하기 위하여, 상기 제 2 기재 상의 입자의 정렬층에 제 1 박막 형성 물질(160)을 코팅한다. 상기 코팅 방법은 당업계에서 통상적으로 사용되는 코팅 방법이면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 제 1 박막 형성 물질을 딥 코팅, 또는 스핀 코팅(spin coating)에 의해 코팅하여 상기 제 1 박막(160)을 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 박막은 유기 박막, 무기 박막, 유기-무기 하이브리드 박막 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 유기 박막은, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴레이트, 폴리알파메틸스틸렌, 폴리벤질메타크릴레이트, 폴리페닐메타크릴레이트, 폴리다이페닐메타크릴레이트, 폴리사이클로헥실메타크릴레이트, 스틸렌-아크릴로니트릴 공중합체 및 스틸렌-메틸메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 입자의 정렬층에 코팅된 제 1 박막의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계 (S4)는, 상기 입자-제 1 박막 복합체에서 상기 제 1 박막의 일부를 에칭(etching)하여 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성(도 7의 d))함으로써 상기 입자 각각의 일부를 노출시키고, 상기 홀을 통하여 상기 노출된 입자를 제거하는 입자를 제거(도 7의 e))하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 박막의 에칭 방법은 당업계에서 통상적으로 사용하는 방법으로서, 건식 에칭 또는 습식 에칭을 모두 포함할 수 있으다. 예를 들어, 상기 제 1 박막을 선택적으로 제거할 수 있는 에칭 용액을 사용하거나 플라즈마 에칭 (예: O2 플라즈마 에칭)에 의하여 상기 박막을 에칭할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 에칭에 의하여 상기 입자의 정렬층을 덮고 있는 상기 박막의 일부를 에칭하여 입자를 노출시킴으로써, 이후 상기 입자를 하기 공정에 의하여 제거할 수 있다. 상기 입자의 제거 방법은 상기 입자만을 선택적으로 제거할 수 있는 방법이면 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 산성 용액을 사용하여 습식 에칭에 의해 상기 입자를 제거할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 입자-박막 복합체(170)에서 상기 입자를 제거하는 단계(S4)에 의해 홀을 가지는 다공성 박막(180)을 제조할 수 있다(S4, 도 7의 d)) 및 e) 참조).
상기 형성된 박막 내 또는 하부의 상기 입자를 제거하기 전 또는 후에, 상기 박막 형성 물질의 코팅으로 형성되는 입자-제 1 박막 복합체 또는 홀을 가지는 다공성 박막을 상기 제 2 기재에서 분리하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 상기 분리된 입자-제 1 박막 복합체 또는 홀을 가지는 다공성 박막은 필요에 따라 목적 기판 상에 전사될 수 있다. 상기 목적기판은, 예를 들어, 상기 홀을 가지는 다공성 박막의 홀보다 더 큰 홀(hole)을 가지는 지지 기판일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 홀을 가지는 다공성 박막보다 더 큰 홀(hole)을 가지는 실리콘 웨이퍼 상에 전사될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다
이하, 비제한적이고 예시적인 실시예를 통하여 예시적인 구현예 중 하나를 더욱 상세히 설명하나, 본원이 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 기재로서 패터닝된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 기재 (pitch 700 nm)를 사용하였고, 입자로서 균일한 크기를 가지는 SiO2 비드(650 nm)를 사용하였다. 상기 제 1 기재 상에 상기 균일한 크기를 갖는 SiO2 비드(650 nm)를 문지르기 방법을 통해 정렬시켜 SiO2 비드(bead) 단층을 형성했다.
제 2 기재로서 유리 기재를 사용하였고, 상기 제 2 기재 상에 점착성 물질로 0.6wt% PEI(폴리에틸렌이미드)를 스핀코팅(rpm 3000, 20s)한 후 상기 SiO2 비드 단층을 상기 유리 기재에 전사했다. 이후 박막 형성 물질인PMMA(2 g, 분자량: 996,000)를 톨루엔(50 g)에 넣고 60℃에서 교반하면서 상기 PMMA 를 완전하게 녹여 4% PMMA 용액을 제조하고, 상기 용액을 상온으로 식힌 후, 상기 유리 기재 상의 SiO2 비드 단층을 상기 용액에 15분간 침지했다. 이후 상기 유리 기재 상의 SiO2 비드 단층을 상기 용액에서 꺼내어 20초간 3000 rpm의 속도로 스핀 코팅하여 상기 SiO2 비드 단층을 PMMA 로 코팅하여 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체를 형성하였다.
상기 과정에 의해 형성된 유리 기재 상의 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체를 2차 증류수 상에 20분 동안 침지하여 상기 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체와 유리 기재를 분리하여 상기 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체를 실리콘 웨이퍼 상으로 전사하였다.
상기 실리콘 웨이퍼 상의 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체를 140℃ 오븐에서 1 시간 동안 가열한 후 O2 플라즈마 클리너(HARRICK)를 이용하여 5분간 상기 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체의 상부 PMMA 박막의 일부를 에칭하여 제거하였다. 상기 에칭 후 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체를 5% HF 용액에 4초간 넣어 SiO2 비드를 제거한 후 2차 증류수로 세척 후 건조시켜 홀을 가지는 다공성 PMMA 박막을 형성하였다. 상기 홀을 가지는 다공성 PMMA 박막의 SEM 사진을 도 5에 나타내었다.
도 6에 나타낸 과정에 의하여 상기 홀을 가지는 PMMA 다공성 박막을 제조하였다.
우선, 제 1 기재로 반구형으로 패터닝된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 기재 상에 입자층으로 균일한 크기를 갖는 SiO2 비드(1.2 ㎛)를 사용하여 문지르기 방법을 통해 단층의 SiO2 비드 단층을 형성했다. 제 2 기재인 유리 기재 상에 점착성 물질로 0.6 wt% PEI를 스핀코팅(rpm 3000, 20s)한 후 상기 SiO2 비드 단층을 상기 유리 기재에 전사했다. 이후 박막 형성 물질로 PMMA(2 g, 분자량: 996,000)를 톨루엔(50 g)에 넣고 (8% PMMA 용액) 60℃에서 교반 하면서 상기 PMMA 를 완전하게 녹이고, 상기 용액을 상온으로 식힌 후, 상기 유리 기재 상의 SiO2 비드 단층을 상기 용액에 15분간 침지했다. 이후 상기 유리 기재 상의 SiO2 비드 단층을 상기 용액에서 꺼내어 20초간 3000 rpm의 속도로 스핀 코팅하여 8% PMMA로 코팅된 SiO2 비드 단층을 제조하였다.
상기 과정에 의해 형성된 유리 기재 상의 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체를 2차 증류수상에 20분 동안 침지하여 상기 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체와 유리 기재를 분리하여 상기 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체를 다른 유리 기재에 전사하였다.
상기 유리 기재 상의 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체를 140℃ 오븐에서 1 시간 동안 가열한 후 O2 플라즈마 클리너(HARRICK)를 이용하여 5분간 상기 PMMA 박막 일부를 에칭하였다. 상기 에칭 후 SiO2 비드-PMMA 박막 복합체를 5% HF 용액에 4초간 넣어 SiO2 비드를 제거한 후 2차 증류수로 씻은 후 건조시켜 SiO2 비드를 제거하여 홀을 가지는 PMMA 박막을 제조하였다. 상기 제조 과정 단계 별 형성된 SiO2 비드 단층, SiO2 비드-PMMA 박막 복합체, 홀을 가지는 PMMA 박막을 각각의 SEM 사진을 도 7에 나타내었다. 상기 홀을 가지는 PMMA 박막을 홀(hole)을 가지는 실리콘 웨이퍼 상으로 전사하였으며 이를 주사전자현미경(SEM, Scannig Electron Microscope)으로 관찰하였다(도 8).
도 8a의 밝은 부분은 실리콘 웨이퍼이고, 어두운 부분은 실리콘 웨이퍼 상의 홀을 나타낸다. 도 8b는 상기 실리콘 웨이퍼 상의 홀을 확대한 모습이며, 상기 실리콘 웨이퍼의 홀 상에 본원의 제조 방법에 의해 형성된 홀을 가지는 다공성 박막이 전사되어 있는 모습을 관찰할 수 있다. 도 8c는 상기 실리콘 웨이퍼의 홀 영역을 더욱 확대한 사진으로, 상기 사진에서는 규칙적으로 정렬된, 홀을 가지는 다공성 박막을 관찰할 수 있다.
실시예 2 와 동일하게 하되 박막 형성 물질을 상기 PMMA 대신 폴리스티렌(Polystyrene)을 사용하여 홀을 가지는 폴리스티렌(Polystyrene) 박막을 제조하였으며, 상기 홀을 가지는 폴리스티렌(Polystyrene) 박막을 홀(hole)을 가지는 실리콘 웨이퍼 상으로 전사하고 주사전자현미경(SEM, Scannig Electron Microscope)으로 관찰하였다(도 9). 도 9a 의 밝은 부분은 실리콘 웨이퍼이고, 어두운 부분은 실리콘 웨이퍼 상의 홀을 나타내며 도 9b 는 상기 실리콘 웨이퍼 상의 홀을 확대한 모습이고, 상기 실리콘 웨이퍼의 홀 상에 본원의 제조 방법에 의해 형성된 홀을 가지는 박막이 형성되어 있는 모습을 관찰할 수 있다. 도 9c 는 상기 실리콘 웨이퍼의 홀 영역을 더욱 확대한 사진으로, 상기 사진에서는 규칙적으로 정렬된, 홀을 가지는 박막을 관찰할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 제 1 기재
110: 점착층
120: 입자
130: 제 1 부재
140: 제 2 부재
150: 입자의 정렬층
160: 박막 형성 물질
170: 입자-박막 복합체
180: 홀을 가지는 다공성 박막
200: 제 2 기재
110: 점착층
120: 입자
130: 제 1 부재
140: 제 2 부재
150: 입자의 정렬층
160: 박막 형성 물질
170: 입자-박막 복합체
180: 홀을 가지는 다공성 박막
200: 제 2 기재
Claims (39)
- 제 1 기재(substrate) 상에 입자의 정렬층을 형성하는 단계;
상기 입자의 정렬층이 형성된 제 1 기재와 제 2 기재를 접촉시켜 상기 입자의 정렬층을 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계;
상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자의 정렬층을 제 1 박막 형성 물질로 코팅하여 상기 입자-제 1 박막 복합체를 형성하는 단계; 및
상기 입자-제 1 박막 복합체 중 상기 코팅된 제 1 박막의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계:
를 포함하는, 홀(hole)을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 입자를 제거하는 단계는,
상기 제 1 박막의 일부를 에칭(etching)하여 복수의 홀을 형성함으로써 상기 홀을 통하여 상기 입자 각각의 일부를 노출시키고;
상기 홀을 통하여 상기 노출된 입자를 제거하는 것: 을 포함하는 것인,
홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 홀은 2 차원적으로 규칙적으로 배열되어 있는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 입자의 크기는 10 nm 내지 100 ㎛ 인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 입자의 정렬층은 상기 입자의 단일층(monolayer) 또는 복수층(multilayer)을 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기재는 그의 표면에 형성된 제 1 음각 또는 제 1 양각의 패턴을 가지는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 기재 상에 입자의 정렬층을 형성하는 단계는, 상기 제 1 기재 상에 복수의 입자를 올린 후 물리적 압력에 의하여 상기 입자들의 일부 또는 전부를 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극(孔隙)에 삽입시켜 상기 제 1 기재 상에 상기 입자의 정렬층을 형성하는 것을 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 물리적 압력은 문지르기(rubbing) 또는 누르기(pressing against substrate)에 의해 가해지는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 문지르기(rubbing)는, 제 1 부재를 사용하여 상기 제 1 기재 상에 놓여진 상기 입자에 물리적 압력을 가한 상태에서 상기 제 1 기재와 평행한 방향으로 왕복운동을 적어도 1회 이상 수행하는 것을 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 문지르기를 수행한 후 점착성을 포함하는 제 2 부재를 이용하여 상기 정렬층을 형성한 입자를 제외한 나머지 입자를 제거하는 것을 추가 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 기재 상에 형성된 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극의 형상은 상기 입자의 배향을 조절하기 위해 상기 공극 내에 삽입되는 상기 입자의 소정 부분의 형상과 대응되는 형상을 가지는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 기재 상에 형성된 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극은 나노우물(nanowell), 나노점(nanodot), 나노막대(nanorod), 나노기둥(nanocolumn), 나노도랑(nanotrench) 또는 나노원뿔(nanocone)의 형태를 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 기재 상에 형성된 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극은 두 가지 이상의 상이한 크기 및/또는 형상을 가지는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기재와 상기 제 2 기재를 접촉시키기 전에, 상기 제 2 기재의 표면에 점착층을 형성하는 것을 추가로 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기재(substrate) 상에 입자의 정렬층을 형성하는 단계 전에, 상기 제 1 기재 상에 점착층을 형성하는 것을 추가 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기재 상에 정렬된 상기 입자는 인접한 입자와 접촉 또는 이격되어 있는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 형성된 홀을 가지는 다공성 박막을 상기 제 2 기재로부터 분리하는 것을 추가로 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,
상기 제 2 기재 상에서 분리된 상기 홀을 가지는 다공성 박막을, 상기 홀 보다 더 큰 홀(hole)을 가지는 지지 기판으로 전사하는 것을 추가 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 박막 상에 한 개 이상의 추가 박막을 형성하는 것을 더 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기재 또는 상기 제 2 기재는 유리, 용융 실리카(fused silica) 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼 또는 포토레지스트를 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 입자는 유기 고분자, 무기 고분자, 무기물, 금속, 자성체, 반도체, 생체물질 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 점착층은 (i) -NH2 기를 갖는 화합물, (ⅱ) -SH 기를 갖는 화합물 (ⅲ) -OH 기를 갖는 화합물, (ⅳ) 고분자전해질, (ⅴ) 폴리스티렌, (ⅴi) 포토레지스트 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 화합물을 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 입자는 다공성 또는 비다공성을 가진 입자를 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 입자는 대칭성 또는 비대칭성 모양을 가지는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 박막은 유기 박막, 무기 박막 또는 유기-무기 하이브리드 박막을 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 단계들을 반복하여 홀을 가지는 다공성 박막 복수 개를 형성한 후 상기 박막들을 적층하여 홀을 가지는 다공성 다층 박막을 형성하는 것을 추가 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 26 항에 있어서,
상기 다공성 다층 박막의 각 박막이 가지는 홀의 크기 및 상기 홀의 배열 방식은 동일하거나 서로 상이한 것인, 홀을 가지는 다공성 박막의 제조 방법.
- 제 1 음각 또는 제 1 양각이 표면에 형성된 제 1 기재를 준비하는 단계;
상기 제 1 기재 상에 복수의 입자를 올린 후 물리적 압력에 의하여 상기 입자들의 일부 또는 전부를 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극(孔隙)에 삽입시켜 상기 제 1 기재 상에 상기 입자의 정렬층을 형성하는 단계;
상기 입자들의 정렬층이 형성된 상기 제 1 기재와 제 2 기재를 접촉시켜 상기 상기 입자의 정렬층을 상기 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계;
상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자들의 정렬층을 고분자로 코팅하여 입자-고분자 복합체 박막을 형성하는 단계; 및
상기 입자-고분자 복합체 박막 중 상기 코팅된 고분자의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계:
를 포함하는, 홀(hole)을 가지는 박막의 제조 방법.
- 제 1 음각 또는 제 1 양각이 표면에 형성된 제 1 기재를 준비하는 단계;
상기 제 1 기재 상에 복수의 입자를 올린 후 물리적 압력에 의하여 상기 입자들의 일부 또는 전부를 상기 제 1 음각 또는 상기 제 1 양각에 의해 형성된 공극(孔隙)에 삽입시켜 상기 제 1 기재 상에 상기 입자의 정렬층을 형성하는 단계;
표면에 점착층이 형성되어 있는 제 2 기재를 준비하는 단계;
상기 입자들의 정렬층이 형성된 상기 제 1 기재와, 상기 제 2 기재의 점착층과 접촉시켜 상기 입자의 정렬층을 상기 제 2 기재로 전사(transfer)하는 단계;
상기 제 2 기재 상에 전사된 상기 입자들의 정렬층을 고분자로 코팅하여 입자-고분자 복합체 박막을 형성하는 단계;
상기 제 2 기재 상에 형성된 상기 점착층을 제거하여 상기 입자-고분자 복합체 박막을 분리함으로써 상기 입자-고분자 복합체 박막의 하부에 상기 입자의 일부가 노출되도록 하는 홀을 형성한 후 상기 홀이 제 3 기재 표면에 접하도록 상기 입자-고분자 복합체 박막을 제 3 기재 상으로 전사하는 단계; 및
상기 입자-고분자 복합체 박막의 상부의 코팅된 고분자의 일부를 제거하여 복수의 홀(hole)을 형성한 후 상기 홀을 통하여 상기 입자를 제거하는 단계:
를 포함하는, 홀(hole)을 가지는 박막의 제조 방법.
- 홀을 가지는 다공성 박막으로서,
상기 홀은 상기 박막의 상부 및/또는 하부에 형성되어 있으며 상기 홀은 상기 박막 내부의 기공과 연결되어 있는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막.
- 제 30 항에 있어서,
상기 홀은 상기 박막의 기공을 관통하도록 형성되어 있는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막.
- 제 30 항에 있어서,
상기 홀은 2차원적으로 규칙적으로 배열되어 있는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막.
- 제 30 항에 있어서,
상기 박막은 유기 박막, 무기 박막 또는 유기-무기 하이브리드 박막을 포함하는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막.
- 제 30 항에 있어서,
상기 홀의 크기는 상기 박막의 기공의 크기보다 작은 것인, 홀을 가지는 다공성 박막.
- 제 30 항에 있어서,
상기 박막의 기공의 크기는 10 nm 내지 100 ㎛ 인, 홀을 가지는 다공성 박막.
- 제 30 항에 있어서,
상기 홀을 가지는 다공성 박막은 형상 및/또는 크기가 서로 상이한 2종류 이상의 기공을 가지는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막.
- 제 30 항에 있어서,
상기 박막은 상기 홀을 가지는 다공성 박막 2 개 이상이 서로 적층되어 있는 홀을 가지는 다공성 다층 박막을 포함하는, 홀을 가지는 다공성 박막.
- 제 37 항에 있어서,
상기 홀을 가지는 다공성 다층 박막에 있어서, 각 층을 구성하는 홀들은 서로 관통되어 있는 것인, 홀을 가지는 다공성 박막.
- 제 37 항에 있어서,
상기 홀을 가지는 다공성 다층 박막의 각 박막이 가지는 홀의 모양 또는 크기는 각각 서로 동일하거나 상이한 것인, 홀을 가지는 다공성 박막.
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2014
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