KR20120105951A - 강유전체 폴리머 나노도트 소자 및 그 제조를 위한 디웨팅 프로세스 - Google Patents

강유전체 폴리머 나노도트 소자 및 그 제조를 위한 디웨팅 프로세스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강유전체 폴리머(Ferroelectric Polymer)인 P(VDF-TrFE)로 이루어져, 소자의 특성을 개선시킨 강유전체 폴리머 나노도트 소자 및 그 제조를 위한 디웨팅 프로세스(Dewetting Process)에 관한 것으로, 강유전체 폴리머 나노도트 소자는 절연물질로 이루어진 기판, 기판 상면에 형성된 하부 전극, 하부 전극 상면의 일부 영역에 요철 구조로 형성되고, P(VDF-TrFE)로 이루어진 P(VDF-TrFE) 나노도트 및 P(VDF-TrFE) 나노도트 상면에 형성된 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 본 발명에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스(Dewetting process)는 기판을 준비하는 단계, 기판 상면에 하부 전극을 형성하는 단계, P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 획득하는 단계, 하부 전극 상면에 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 도포하는 단계, 어닐링(Annealing) 공정으로 P(VDF-TrFE) 나노도트를 획득하는 단계 및 P(VDF-TrFE) 나노도트 표면에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강유전체 폴리머 나노도트 소자 및 그 제조를 위한 디웨팅 프로세스{Ferroelectric Polymer Nanodot Arrays and Dewetting Process for Manufacturing the Same}
본 발명은 나노도트 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강유전체 폴리머(Ferroelectric Polymer)인 P(VDF-TrFE)로 이루어져, 소자의 특성을 개선시킨 강유전체 폴리머 나노도트 소자 및 그 제조를 위한 디웨팅 프로세스(Dewetting Process)에 관한 것이다.
일반적으로 나노도트(Nanodot)는 수 ㎚ 크기의 입자로 이루어져 광학적, 자기적, 전기적 성질을 가지며, 입자의 크기에 따라 상이한 성질을 나타낸다. 따라서, 단일 전자 소자(Single electron device), 광결정(Photonic crystal), 패터닝된 자기 저장 소자(Patterned magnetic storage device), 전기화학적 센서(Electrochemical sensor), 생물학적 센서(Biogical sensor) 등에 응용이 가능하다. 이 나노도트 기술은 크게 극미세화적 가공 기술인 Top-down 기술과 물리적인 상호작용에 의해 구조를 제어하는 Bottom-up 기술로 나눌 수 있으며, 핵형성(Nucleation)법 또는 나노도트 입자를 포함하는 콜로이드 용액을 이용하는 방법 등으로 제조된다.
위에서 상술한 방법을 통한 나노도트는 크기와 밀도가 균일하지 못하고, 기판상에 일정한 배열이 불가능하다. 따라서, 나노도트의 유착 또는 변형으로 인해 소자 작동시 소자 특성을 저하시키는 문제점이 있다. 또한, 나노도트의 분포편차가 크기 때문에 나노도트마다 전기적 특성 등이 균일하지 못해 실제 소자에 적용하는데는 문제점이 있다.
본 발명은 위에서 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 나노도트의 크기 및 밀도가 균일하고, 기판상에 배열이 일정해 소자 작동 시 소자 특성을 향상시키는 강유전체 폴리머 나노도트 소자 및 그 제조방법인 디웨팅 프로세스(Dewetting Process)를 제공함을 그 목적으로 한다.
나아가, 나노도트 형성 시 유착 또는 변형을 방지하고, 전자 소자, 자기 저장 소자, 전기화학적 센서 등에 응용 가능한 강유전체 폴리머 나노도트 소자 및 그 제조방법인 디웨팅 프로세스(Dewetting Process)를 제공함을 그 목적으로 한다.
더 나아가, 기판 전체에 균일한 나노도트를 형성하고, 균일하게 배열시킴으로써, 나노도트 소자의 생산성 및 효율성을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자는 절연물질로 이루어진 절연물질로 이루어진 기판, 기판 상면에 형성된 하부 전극, 하부 전극 상면의 일부 영역에 요철 구조로 형성되고, P(VDF-TrFE)로 이루어진 P(VDF-TrFE) 나노도트 및 P(VDF-TrFE) 나노도트 상면에 형성된 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 본 발명에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스(Dewetting process)는 기판을 준비하는 단계, 기판 상면에 하부 전극을 형성하는 단계, P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 획득하는 단계, 하부 전극 상면에 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 도포하는 단계, 어닐링(Annealing) 공정으로 P(VDF-TrFE) 나노도트를 획득하는 단계 및 P(VDF-TrFE) 나노도트 표면에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명은 절연물질로 이루어진 기판상에 P(VDF-TrFE) 나노도트가 반 구 형상으로 이루어져 요철 구조로 형성되고, 상하부에 전극이 형성됨으로써, 소자 작동 시 소자 특성을 향상시킨다.
나아가, P(VDF-TrFE) 펠렛(Pellet) 0.25wt%에 MEK, DMA, DMF, DMSO 용액 중 어느 하나 또는 하나 이상의 용액에 혼합하여 획득한 폴리머 용액을 하부 전극 상면에 도포하고, 열처리함으로써, 기판상에 나노도트의 크기 및 밀도가 균일해짐과 동시에 균일하게 패터닝된 P(VDF-TrFE) 나노도트 구조물을 구현할 수 있다.
더 나아가, P(VDF-TrFE) 용액의 도포 후 어닐링(Annealing) 공정만으로 균일한 P(VDF-TrFE) 나노도트를 생성하기 때문에 제조 공정을 간소화하고, 생산성 및 전체 소자의 균일성을 확보할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 나노도트 소자를 설명하는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 나노도트 소자의 AFM 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자의 AFM 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 디웨팅 프로세스(Dewetting Process)에 의한 나도토트의 공정 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 디웨팅 프로세스(Dewetting process)를 설명하는 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자의 특성을 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 나노도트 소자를 설명하는 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 나노도트 소자(100)는 기판(101), 기판(101) 상면에 형성된 하부 전극(102), 하부 전극(102) 상면에 형성된 나노도트(103)를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 기판(101)은 반도체 소자 또는 직접 회로(IC)의 제작에 기본적으로 사용되는 기판이며, 실리콘으로 형성된다. 기판(101)은 단결정 규소(Si)를 슬라이드 커팅(Slide cutting)하고, 균일한 표면처리를 통해 고도의 평탄도를 가진다. 일반적으로 두께는 수 ㎜, 지름은 수 ㎝의 원판 형상으로 이루지며, 검수 공정 후 커팅(Cutting)하여 개별적인 기판(101)으로 사용된다.
일 실시 예에 있어서, 하부 전극(102)은 기판(101)의 상면에 형성되고, Pt, Ir, IrO2 또는 SrRuO3가 사용된다. 기판(101)과 하부 전극(102) 사이에는 접착성을 향상시키기 위해 TiO2, ZrO2, Cr, Ti와 같은 접착 물질(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 하부 전극(102)은 열 증착(Thermal evaportor), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 형성한다.
일 실시 예에 있어서, 나노도트(103)는 하부 전극(102)의 상면에 형성되며, 강유전성 물질이다. 또한, 다양한 나노소재로 이루어질 수 있다. 나노도트(103)는 핵형성(Nucleation)법 또는 나노도트 입자를 포함하는 콜로이드 용액을 이용하는 방법으로 형성하고, 이외에 다양한 나노도트 제조방법으로 하부 전극(102) 상면의 일부 혹은 전면에 제조 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자의 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 강유전체 폴리머 나노도트 소자(200)는 절연물질로 이루어진 기판(101), 기판(101) 상면에 형성된 하부 전극(102), 하부 전극(102) 상면의 일부 영역에 요철 구조로 형성되고, P(VDF-TrFE)로 이루어지는 P(VDF-TrFE) 나노도트(201)를 포함한다. 나아가, P(VDF-TrFE) 나노도트(201) 표면에 상부 전극(104)을 더 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 기판(101)은 반도체 소자 또는 직접 회로(IC)의 제작에 기본적으로 사용되는 기판이며, 일반적으로 실리콘으로 형성된다. 기판(101)은 단결정 규소(Si)를 슬라이드 커팅(Slide cutting)하고, 균일한 표면처리를 통해 고도의 평탄도를 가진다. 기판(101)은 사파이어(Sapphire) 기판, SiC 기판을 사용 가능하며, Al, TiN, Cu, Ni, Au, W, Ti 중 하나 또는 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 일반적으로 두께는 수 ㎜, 지름 수 ㎝의 원판 형상으로 이루지며, 검수 공정 후 커팅(Cutting)하여 개별적인 기판(101)으로 사용한다.
일 실시 예에 있어서, 하부 전극(102)은 기판(101)의 상면에 형성되고, Pt, Ir, IrO2 또는 SrRuO3가 사용된다. 또한, Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In 또는 Sn과 같은 도전성 물질 중 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 기판(101)과 하부 전극(102) 사이에는 접착성을 향상시키기 위해 TiO2, ZrO2, Cr, Ti와 같은 접착 물질(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 하부 전극(102)은 열 증착(Thermal evaportor), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 형성한다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 전극 형성법에 의해 구현가능하다.
나아가, 하부 전극(102)은 기판(101) 상면에 금속, 금속산화물, 탄소재료와 같은 도전성 재료로 이루어진 투명 전극으로 구현할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 탄소나노튜브와 같은 전도성 고분자를 전극 재료로 이용할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, P(VDF-TrFE) 나노도트(201)는 하부 전극(102) 상면에 일부 영역에 요철 구조로 형성되고, P(VDF-TrFE)로 이루어진다. P(VDF-TrFE) 나노도트(201)는 하부 전극(102) 상면에 반 구 형상으로 이루어지고, P(VDF-TrFE) 나노도트(201)와 P(VDF-TrFE) 나노도트(201) 사이에는 일정 간격비로 배열된다. 나노도트(103)가 균일하게 패터닝됨에 따라 단일 전자 소자(Single electron device), 광결정(Photonic crystal), 패터닝된 자기 저장 소자(Patterned magnetic storage device), 전기화학적 센서(Electrochemical sensor), 생물학적 센서(Biogical sensor)에 응용시 소자 특성을 향상시킬 수 있다.
P(VDF-TrFE) 나노도트(201)의 지름은 100㎚~300㎚ 범위에 속하고, 표면 거칠기(Surface roughness)는 10㎚~25㎚ 범위에 속한다. 또한, 높이는 40㎚~100㎚ 범위에 속한다. 또한 지름과 높이의 비는 2:1~4:1 이고, 지름과 P(VDF-TrFE) 나노도트(201) 사이의 간격비(Pitch)가 1:1~1:3이다.
도 3은 종래 기술에 따른 나노도트 소자의 AFM 사진이다. 도 3은 LB film(Langmuir-Blodgett film)을 어닐링(Annealing)하여, 나노도트(103) 구조물을 형성한 것이다. 이 나노도트(103) 구조물은 크기 및 밀도가 균일하지 않고, 나노도트(103) 간의 유착 및 불규칙한 배열 상태를 보인다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자의 AFM 사진이다. 도 4의 AFM(Atomic Force Microscope) 사진은 170℃의 어닐링(Annealing) 공정으로 형성된 P(VDF-TrFE) 나노도트(201)이다. 이 P(VDF-TrFE) 나노도트(201)는 표면 거칠기(Surface roughness)가 12.2㎚, 지름이 169.5㎚, 최고 높이가 50.6㎚이다.
본 발명은 이에 한정되지 않으며, 150℃의 어닐링(Annealing) 공정으로 형성된 P(VDF-TrFE) 나노도트(201)는 표면 거칠기(Surface roughness)가 12.9㎚, 지름이 190.6㎚, 최고 높이가 62.3㎚이다.
또한, 130℃의 어닐링(Annealing) 공정으로 형성된 P(VDF-TrFE) 나노도트(201)이다. 이 P(VDF-TrFE) 나노도트(201)는 표면 거칠기(Surface roughness)가 18.3㎚, 지름이 212.0㎚, 최고 높이가 74.9㎚이다.
일 실시 예에 있어서, 상부 전극(104)는 P(VDF-TrFE) 나노도트(201)의 표면에 형성되고, Pt, Ir, IrO2 또는 SrRuO3가 사용된다. 또한, Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In 또는 Sn과 같은 도전성 물질 중 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상부 전극(104)은 열 증착(Thermal evaportor), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 형성한다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 전극 형성법에 의해 구현가능하다.
나아가, 상부 전극(104)은 금속, 금속산화물, 탄소재료와 같은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 탄소나노튜브와 같은 전도성 고분자를 전극 재료로 이용할 수 있다.
위에서 서술한 강유전체 폴리머 나노도트 소자(200)는 P(VDF-TrFE) 나노도트(201)의 크기 및 밀도가 균일한 반 구 형상으로 이루어져, 요철 구조를 형성한다. 또한, P(VDF-TrFE) 나노도트(201)의 상하부에 전극을 형성함으로써, 소자 작동 시 소자 특성을 향상시킨다.
도 5는 본 발명에 따른 디웨팅 프로세스(Dewetting Process)에 의한 나도토트의 공정 순서도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자는 디웨팅 프로세스(Dewetting Process)에 의해 제조되며, 이 제조방법은 기판을 준비하는 단계(s101), 기판 상면에 하부 전극을 형성하는 단계(s102), P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 획득하는 단계(s103), 하부 전극 상면에 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 도포하는 단계(s104), 어닐링(Annealing) 공정으로 P(VDF-TrFE) 나노도트를 획득하는 단계(s105) 및 P(VDF-TrFE) 나노도트 표면에 상부 전극을 형성하는 단계(s106)를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 기판을 준비하는 단계(s101)는 하부 전극(102), P(VDF-TrFE) 나노도트와 상부 전극(104)을 형성 및 지지하기 위한 것으로, 단결정 규소(Si)를 슬라이드 커팅(Slide cutting)하고, 균일한 표면처리를 통해 고도의 평탄도를 가지는 실리콘 기판을 주로 사용한다. 또한, 사파이어(Sapphire) 기판, SiC 기판을 사용한다. 기판(101)은 Al, TiN, Cu, Ni, Au, W, Ti 중 하나 또는 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 일반적으로 두께는 수 ㎜, 지름 수 ㎝의 원판 형상으로 이루어진다.
일 실시 예에 있어서, 기판 상면에 하부 전극을 형성하는 단계(s102)는 기판(101)의 상면에 열 증착(Thermal evaporator), 전자선증착(E-beam evaporator), 스퍼터(RF or DC sputter), 이 빔(E-beam), 전기도금(Electro-plating), 화학기상증착(CVD) 방식 중 어느 한 방식으로 형성한다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 전극 형성법에 의해 구현가능하다.
또한, 하부 전극(102)은 Pt, Ir, IrO2 또는 SrRuO3가 사용되고, Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In 또는 Sn과 같은 도전성 물질 중 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 기판(101)과 하부 전극(102) 사이에는 접착성을 향상시키기 위해 TiO2, ZrO2, Cr, Ti와 같은 접착 물질(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
나아가, 하부 전극(102)은 기판(101) 상면에 금속, 금속산화물, 탄소재료와 같은 도전성 재료로 이루어진 투명 전극으로 구현할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 탄소나노튜브와 같은 전도성 고분자를 전극 재료로 이용할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 획득하는 단계(s103)에서는 P(VDF-TrFE) 펠렛(Pellet) 0.25wt%를 10㎖의 MEK 용액에 음파처리(Sonication) 방식으로 용해시킨다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, DMA, DMF, DMSO 용액 중 어느 하나 또는 하나 이상의 용액을 사용해 용해할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 하부 전극 상면에 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 도포하는 단계(s104)는 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 획득하는 단계(s103)에서 획득한 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 하부 전극(102) 상면에 60㎕ 도포한다. 도포는 스핀 코팅(Spin coating) 방식 또는 드로프렛(Droplet) 방식으로 이루어진다.
일 실시 예에 있어서, 어닐링(Annealing) 공정으로 P(VDF-TrFE) 나노도트를 획득하는 단계(s105)는 스핀 코팅(Spin coating) 방식 또는 드로프렛(Droplet) 방식으로 P(VDF-TrFE)막이 형성된 기판을 핫 플레이트(Hot plate) 상에서 어닐링(Annealing)한다. 어닐링(Annealing)은 어떠한 건조과정 없이 150℃의 고온으로 이루어지는 것이 가장 바람직하며, 130℃~170℃ 범위에 속하는 온도로 어닐링(Annealing) 가능하다.
일 실시 예에 있어서, P(VDF-TrFE) 나노도트 표면에 상부 전극을 형성하는 단계(s106) 열 증착(Thermal evaporator), 전자선증착(e-beam evaporator), 스퍼터(RF or DC sputter), 이 빔(E-beam), 전기도금(Electro-plating), 화학기상증착(CVD) 방식 중 어느 한 방식으로 형성한다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 전극 형성법에 의해 구현가능하다.
또한, Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In 또는 Sn과 같은 도전성 물질 중 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 탄소나노튜브와 같은 전도성 고분자를 전극 재료로 이용할 수 있다.
위에서 서술한 각 단계(s101~s106)를 포함하는 디웨팅 프로세스(Dewetting process)를 통해 기판상에 크기 및 밀도가 균일한 나노도트를 획득할 수 있고, 균일하게 패터닝된 P(VDF-TrFE) 나노도트(201) 구조물을 구현할 수 있다. 또한, P(VDF-TrFE) 나노도트 소자(200)의 제조 공정을 단순화하여, 생산성을 향상시킨다.
도 6은 본 발명에 따른 디웨팅 프로세스(Dewetting process)를 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이 디웨팅 프로세스(Dewetting process)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 P(VDF-TrFE) 나노도트 소자(200)의 제조방법을 통해 설명할 수 있다.
s104 단계에서의 P(VDF-TrFE)막은 P(VDF-TrFE)가 MEK 솔벤트(Solvent)에 용해된 상태의 폴리머 용액으로 형성되며, 자체 유리전이 온도가 -23℃이다. 따라서, 상온에서 유동성을 띄는 불안정한 상태다. 불안정한 P(VDF-TrFE)막은 (A)와 같이 표면 파동(Surface fluctuation)을 한다. 이때, 파동 λs(∝h2)는 두께에 비례한다.
표면 파동(Surface fluctuation)을 하는 불안정한 상태의 P(VDF-TrFE)막에 s105 단계에서 어닐링(Annealing)을 하면 (B)와 같이 진폭(Amplitude)이 증가한다. 그 결과 강유전체 폴리머 막인 P(VDF-TrFE)막의 일부가 하부 전극의 표면에 닿게 된다.
(C)와 같이 하부 전극의 표면에 P(VDF-TrFE)막의 일부가 닿게 되면 표면을 안정화시키기 위해 강유전체 폴리머끼리 뭉치게 되고, 가장자리에 림(Rim)이 발생되다. 또한, 하부 전극 상에 닿는 곳을 중심으로 홀(Hole)이 형성되다가, 가장 자리의 림(Rim)과 합쳐지면서 (D)와 같이 도트(Dot)가 형성된다. 이 과정을 디웨팅 프로세스(Dewetting process)라고 한다.
위에서 설명한 디웨팅 프로세스(Dewetting process)에 의해 제조된 강유전체 폴리머 나노도트는 우수한 압전특성을 가진다. 따라서, 단일 전자 소자(Single electron device), 광결정(Photonic crystal), 패터닝된 자기 저장 소자(Patterned magnetic storage device), 전기화학적 센서(Electrochemical sensor), 생물학적 센서(Biogical sensor)에 응용할 수 있다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 강유전체 폴리머 나노도트 소자의 특성을 나타내는 그래프이다. 도 7과 도 8은 도 5 내지 도 6에서 설명한 디웨팅 프로세스(Dewetting process)를 통해 제조한 강유전체 폴리머 나노로드의 압전 변형 상수(Piezoelectric strain constant)(d33)와 Coercive voltage를 나타내는 그래프다.
도시된 바와 같이 s105 단계에서 130℃ 온도로 어닐링(Annealing)했을 때 d33 값이 17.15±5.16(Pm/V)를 나타낸다. 또한, 150℃ 온도로 어닐링(Annealing)했을 때 d33 값이 18.1±3.3(Pm/V)를 나타낸다. 이는 d33 값이 10(Pm/V) 정도인 종래 기술에 따른 나노도트(A′) 보다 우수한 압전 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 또한, 어닐링(Annealing) 온도가 130℃ 일 때보다 150℃일 때 압전 특성이 더 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 전계를 가해서 분극을 스위칭시킬 수 있는 Coercive voltage가 130℃ 온도로 어닐링(Annealing)했을 때 3.411±0.63(V), 150℃ 온도로 어닐링(Annealing)했을 때 2.4±0.5(V)로 나타나는 것을 알 수 있다.
본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조 되는 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위 내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
100: 나노도트 소자
101: 기판
102: 하부 전극
103: 나노도트
104: 상부 전극
200: 강유전체 폴리머 나노도트 소자
201: P(VDF-TrFE) 나노도트

Claims (18)

  1. 절연물질로 이루어진 기판;
    상기 기판 상면에 형성된 하부 전극 및
    상기 하부 전극 상면의 일부 영역에 요철 구조로 형성되고, P(VDF-TrFE) 폴리머로 이루어진 P(VDF-TrFE) 나노도트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 강유전체 폴리머 나노도트 소자는,
    상기 나노토드 표면에 상부 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 하부 전극은,
    TI, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In 또는 Sn 중 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 나노도트는,
    지름이 100㎚~300㎚ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 나노도트는,
    상기 하부 전극 상면에 반 구 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 나노도트는,
    표면 거칠기(Surface roughness)가 10㎚~25㎚ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 나노도트는,
    높이가 40㎚~100㎚ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 나노도트는,
    지름과 높이의 비가 2:1~4:1인 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 나노도트는,
    지름과 상기 나노도트의 간격비(Pitch)가 1:1~1:3인 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  10. 제 2항에 있어서, 상기 상부 전극은,
    TI, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In 또는 Sn 중 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자.
  11. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상면에 하부 전극을 형성하는 단계:
    P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 획득하는 단계;
    상기 하부 전극 상면에 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 도포하는 단계 및
    어닐링(Annealing) 공정으로 P(VDF-TrFE) 나노도트를 획득하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 기판 상면에 하부 전극을 형성하는 단계는,
    열 증착(thermal evaporator), 전자선증착(e-beam evaporator), 스퍼터(RF or DC sputter), 이 빔(E-beam), 전기도금(Electro-plating), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 방식 중 어느 한 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 획득하는 단계는,
    P(VDF-TrFE) 펠렛(Pellet) 0.25wt%를 MEK, DMA, DMF, DMSO 용액 중 어느 하나 또는 하나 이상의 용액에 혼합하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 획득하는 단계는,
    음파처리(Sonication) 방식으로 획득하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 하부 전극 상면에 P(VDF-TrFE) 폴리머 용액을 도포하는 단계는,
    스핀 코팅(Spin coating) 방식 또는 드로프렛(Droplet) 방식으로 도포하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 핫 플레이트(Hot plate)에서 열처리 공정으로 P(VDF-TrFE) 나노도트를 획득하는 단계는,
    130℃~170℃로 어닐링(annealing) 하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스.
  17. 제 11항에 있어서, 상기 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조방법은,
    상기 P(VDF-TrFE) 나노도트 표면에 상부 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 P(VDF-TrFE) 나노도트 표면에 상부 전극을 형성하는 단계는,
    열 증착(thermal evaporator), 전자선증착(e-beam evaporator), 스퍼터(RF or DC sputter), 이 빔(E-beam), 전기도금(Electro-plating), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 방식 중 어느 한 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 강유전체 폴리머 나노도트 소자 제조를 위한 디웨팅 프로세스.
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