KR20130003141A - 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 기판 - Google Patents
표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 기판 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130003141A KR20130003141A KR1020110064227A KR20110064227A KR20130003141A KR 20130003141 A KR20130003141 A KR 20130003141A KR 1020110064227 A KR1020110064227 A KR 1020110064227A KR 20110064227 A KR20110064227 A KR 20110064227A KR 20130003141 A KR20130003141 A KR 20130003141A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- polymer
- raman scattering
- enhanced raman
- manufacturing
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 claims abstract description 66
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 45
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 44
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims description 40
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 6
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 claims description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 8
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 16
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 9
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- -1 gallium nitride compound Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 150000002903 organophosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
본 발명은 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 기판에 관한 것이다.
본 발명에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법은 나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 기판에 고분자 물질을 도포하는 고분자 물질 도포단계, 상기 마스터 기판에 도포되어 있는 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화단계, 상기 마스터 기판으로부터 상기 고분자 물질을 분리하여 상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴이 전사되어 있는 고분자 기판을 형성하는 고분자 기판 형성단계 및 상기 고분자 기판의 나노 패턴 상에 금속 박막을 형성하는 금속 박막 형성단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 높은 반복 재현성과 더불어 제조비용이 낮고, 핫스팟(hot spots)의 유도가 효율적으로 이루어져 물질의 검출 감도를 향상시킬 수 있는 표면증강라만산란 분광용 기판 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법은 나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 기판에 고분자 물질을 도포하는 고분자 물질 도포단계, 상기 마스터 기판에 도포되어 있는 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화단계, 상기 마스터 기판으로부터 상기 고분자 물질을 분리하여 상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴이 전사되어 있는 고분자 기판을 형성하는 고분자 기판 형성단계 및 상기 고분자 기판의 나노 패턴 상에 금속 박막을 형성하는 금속 박막 형성단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 높은 반복 재현성과 더불어 제조비용이 낮고, 핫스팟(hot spots)의 유도가 효율적으로 이루어져 물질의 검출 감도를 향상시킬 수 있는 표면증강라만산란 분광용 기판 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 기판에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 높은 반복 재현성과 더불어 제조비용이 낮고, 핫스팟(hot spots)의 유도가 효율적으로 이루어져 물질의 검출 감도를 향상시킬 수 있는 표면증강라만산란 분광용 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 환경오염 문제가 심각해지면서 각종 중금속이나 유기인계 화합물과 같은 위험한 환경오염 물질을 조기에 정확하게 검출하여 그 확산을 차단할 필요성이 증대되고 있으며, 각종 화학물질의 극미량 분석 기술의 개발은 의학, 환경 모니터링, 법의학 및 국토방위 분야에서 매우 중요한 문제로 대두되고 있다.
라만(Raman) 분광법은 물질의 고유한 진동 스펙트럼을 측정하여 물질의 고유한 스펙트럼을 찾아냄으로써 각 물질의 정성, 정량 분석을 수행하는 방법이다.
그런데, 종래의 라만 분광법에서는 수득 가능한 신호 강도가 매우 낮고 감도가 떨어진다. 이에 따라 시료의 농축조작이 필수인데, 이 과정에 의해 추가적인 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 시료가 소실되거나 변성될 위험이 있다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 표면증강라만산란(SERS: surface-enhanced Raman scattering)은 고감도의 계면분광도구로서 나노 구조체의 표면에서 분자 이미징을 할 수 있는 생물학적 센서로 사용된다.
은 또는 금 나노입자 또는 나노 구조체는 표면증강라만산란에 효과적인 기질로 널리 사용된다. 금속 나노입자를 이용한 표면증강라만산란 분광기는 일반적인 이동형 라만 분광기의 감도 문제를 극복할 수 있는 가능성을 보여주었으며, 이 경우 나노입자 집단의 검출 감도는 6 내지 10 차수(orders of magnitude)까지 증강될 수 있음이 밝혀졌다.
그러나 은 또는 금 나노입자를 이용한 표면증강라만산란 분광기의 경우 응집의 정도, 금속 콜로이드의 입자 크기 및 금속 표면상 분자의 불균일 분포와 같은 실험 조건들을 제어하는 것이 곤란한 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고 높은 검출 감도를 얻기 위해 수 나노 내지는 수십 나노 수준의 표면 요철을 형성해야 하는데, 이를 위한 패터닝 공정은 대면적화가 어려우며, 제조비용이 높을 뿐만 아니라 반복 재현성이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 대면적화가 용이하여 높은 반복 재현성과 더불어 제조비용이 낮은 표면증강라만산란 분광용 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 종래의 표면증강라만산란 분광기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 마스터 기판에 형성된 나노 패턴을 고분자 기판에 반복적으로 전사하고, 나노 패턴이 전사된 고분자 기판에 금속 박막 또는 금속 나노 입자를 형성하여 높은 검출 감도 및 재현성과 더불어 제조비용이 저렴하고 대면적화가 용이한 표면증강라만산란 분광용 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 핫스팟(hot spots)의 유도가 효율적으로 이루어져 물질의 검출 감도를 향상시킬 수 있는 표면증강라만산란 분광용 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법은 나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 기판에 고분자 물질을 도포하는 고분자 물질 도포단계, 상기 마스터 기판에 도포되어 있는 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화단계, 상기 마스터 기판으로부터 상기 고분자 물질을 분리하여 상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴이 전사되어 있는 고분자 기판을 형성하는 고분자 기판 형성단계 및 상기 고분자 기판의 나노 패턴 상에 금속 박막을 형성하는 금속 박막 형성단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제2 측면에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법은 나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 기판에 고분자 물질을 도포하는 고분자 물질 도포단계, 상기 마스터 기판에 도포되어 있는 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화단계, 상기 마스터 기판으로부터 상기 고분자 물질을 분리하여 상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴이 전사되어 있는 고분자 기판을 형성하는 고분자 기판 형성단계, 상기 나노 패턴이 형성되어 있는 고분자 기판을 지지 홀더에 증착 방향에 대하여 경사지게 배치하는 고분자 기판 배치단계 및 상기 고분자 기판에 형성되어 있는 나노 패턴의 일부 영역 상에 금속 물질을 경사 증착하여 금속 박막을 형성하는 금속 박막 형성단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제3 측면에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법은 나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 기판에 고분자 물질을 도포하는 고분자 물질 도포단계, 상기 마스터 기판에 도포되어 있는 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화단계, 상기 마스터 기판으로부터 상기 고분자 물질을 분리하여 상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴이 전사되어 있는 고분자 기판을 형성하는 고분자 기판 형성단계 및 상기 고분자 기판의 나노 패턴 상에 금속 나노 입자를 도포하는 금속 나노 입자 도포단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제1 및 제2 측면에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법은 상기 고분자 기판의 나노 패턴 상에 형성되어 있는 금속 박막 상에 금속 나노 입자를 도포하는 금속 나노 입자 도포단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 및 제2 측면에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법에 있어서, 상기 금속 박막은 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 내지 제3 측면에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법에 있어서, 상기 금속 나노 입자는 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 내지 제3 측면에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법에 있어서, 상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴은 나노 임프린트 방식, 포토 리소그래피 방식, 전자빔 리소그래피 방식, 습식 에칭 방식, 자기정렬 나노 구조체 형성 방식, 알루미늄양극산화 방식 중 어느 하나를 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판은 본 발명의 제1 내지 제3 측면에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 마스터 기판에 형성된 나노 패턴을 고분자 기판에 반복적으로 전사할 수 있기 때문에, 대면적화가 용이하고 높은 반복 재현성과 더불어 제조비용이 낮은 표면증강라만산란 분광용 기판 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 고분자 기판에 형성된 나노 패턴, 금속 박막, 금속 나노 입자에 의해, 분광 분석 시 핫스팟(hot spots)의 유도가 효율적으로 이루어지기 때문에 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 경사 증착을 통하여 고분자 기판의 일부분에만 금속 박막을 형성할 경우 핫스팟의 유도가 용이하여 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 분석 대상 물질을 종래에 비해 보다 쉽고 빠르게 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 순서도이다.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 순서도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 순서도이다.
도 17 내지 도 18은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 순서도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 순서도이다.
도 17 내지 도 18은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 단면도들이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 순서도이고, 도 2 내지 도 10은 그 공정 단면도들이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법은 고분자 물질 도포단계(S11), 고분자 물질 경화단계(S12), 고분자 기판 형성단계(S13), 금속 박막 형성단계(S14) 및 금속 나노 입자 도포단계(S15)를 포함하여 구성된다.
<고분자 물질 도포단계(S11)>
먼저 도 1 내지 도 4를 참조하면, 고분자 물질 도포단계(S11)에서는, 나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 기판(10)에 고분자 물질을 도포하는 과정이 수행된다.
마스터 기판(10)은 후술하는 고분자 기판(20)으로 나노 패턴을 반복적으로 전사하기 위한 수단이다. 즉, 고분자 기판(20)으로 전사되는 나노 패턴을 마스터 기판(10)에 미리 형성해 놓은 상태에서, 후술하는 공정을 통하여 마스터 기판(10)에 형성되어 있는 나노 패턴을 고분자 기판(20)으로 반복적으로 전사한다. 이에 따르면, 마스터 기판(10)을 반복적으로 사용할 수 있기 때문에 종래와는 달리 고분자 기판(20)에 나노 패턴을 형성하기 위한 패터닝 공정이 불필요하여 저비용으로 나노 패턴이 형성된 표면증강라만산란 분광용의 고분자 기판(20)을 제조할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에서는, 마스터 기판(10)을 이루는 물질로 질화갈륨 화합물 반도체를 사용하였으나, 이외에도 나노 구조를 형성할 수 있는 것이면 공지된 어떠한 반도체 기판 물질도 마스터 기판(10)을 이루는 재료로 사용할 수 있다.
예를 들어, 마스터 기판(10)에 나노 패턴을 형성하는 방법으로는 나노 임프린트 방식, 포토 리소그래피 방식, 전자빔 리소그래피 방식, 습식 에칭 방식, 자기정렬 나노 구조체 형성 방식, 알루미늄양극산화 방식 등이 있을 수 있다.
도 3은 마스터 기판(10)의 표면에 형성된 나노 패턴의 예를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 3의 나노 패턴은 마스터 기판(10)으로 질화갈륨계 반도체 기판을 채택하고, 이 질화갈륨계 반도체 기판의 표면에 습식 에칭을 통해 형성한 것이다. 이 나노 패턴은 질화갈륨계 반도체 기판의 표면을 광증강 화학 에칭(Photo-enhanced chemical etching) 또는 광전자화학 에칭(Photoelectrochemical etching) 등의 알려진 반도체 습식 식각 방법을 이용하여 형성할 수 있는데, 본 발명의 제1 실시 예에서는 N 극성을 가지는 n형 GaN 기판을 2M의 NaOH 용액 (10% H2O2 포함)에 담근 후, 고출력 UV를 조사하여 피라미드 형상의 나노 패턴을 형성하였다. 나노 패턴의 형상은 피라미드 형상뿐 아니라, 표면증강라만산란 분광을 통하여 검출하고자 하는 시료에 따라 그 크기, 형상, 간격 및 밀도 등이 다양하게 조절될 수 있다.
<고분자 물질 경화단계(S12)>
다음으로 도 1과 도 5를 참조하면, 고분자 물질 경화단계(S12)에서는, 마스터 기판(10)에 도포되어 있는 고분자 물질(20)을 경화하는 과정이 수행된다.
이러한 경화 과정은 마스터 기판(10)에 도포되어 있는 고분자 물질(20)에 일정 시간 동안 UV(Ultra Violet)를 조사하거나 열을 가하는 방식으로 수행될 수 있다.
<고분자 기판 형성단계(S13)>
다음으로 도 1과 도 6 및 도 7을 참조하면, 고분자 기판 형성단계(S13)에서는, 마스터 기판(10)으로부터 고분자 물질(20)을 분리하여 마스터 기판(10)에 형성되어 있는 나노 패턴이 전사되어 있는 고분자 기판(20)을 형성하는 과정이 수행된다. 설명의 편의상 분리전의 고분자 물질(20)과 분리후의 고분자 기판(20)에 동일한 도면부호를 부여하였다.
도 7은 도 3의 마스터 기판(10)의 표면에 형성된 나노 패턴이 고분자 기판(20)의 표면에 전사된 예를 주사전자현미경으로 촬영한 사진으로서, 도 3의 마스터 기판(10)에 형성되어 있던 나노 패턴이 고분자 기판(20)으로 복제되어 전사된 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 고분자 기판(20)의 표면에 형성된 나노 패턴은 표면증강라만산란시 핫스팟(hot spots)으로 작용하여 주변의 전자기장(electromagnetic field)을 강화시키는 역할을 하기 때문에 라만 분광에 있어서 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 높일 수 있다.
<금속 박막 형성단계(S14)>
다음으로 도 1과 도 8을 참조하면, 금속 박막 형성단계(S14)에서는, 고분자 기판(20)의 나노 패턴 상에 금속 박막(30)을 형성하는 과정이 수행된다.
금속 박막(30)은 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이들의 합금일 수도 있다. 합금의 경우 상기 금속이 원자%로 적어도 70% 이상 포함된 것이 바람직하다.
이러한 금속 박막(30)은 표면플라즈몬공명(surface plasmon resonance)을 강화하여 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 높이는 기능을 수행한다.
<금속 나노 입자 도포단계(S15)>
다음으로 도 1, 도 9 및 도 10을 참조하면, 금속 나노 입자 도포단계(S15)에서는, 고분자 기판(20)의 나노 패턴 상에 형성되어 있는 금속 박막 상에 금속 나노 입자(40)를 도포하는 과정이 수행된다.
금속 나노 입자(40)는 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이들의 합금일 수도 있다. 합금의 경우 상기 금속이 원자%로 적어도 70% 이상 포함된 것이 바람직하다.
이러한 금속 나노 입자(40)도 표면플라즈몬공명(surface plasmon resonance)을 강화하여 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 높이는 기능을 수행한다.
표면플라즈몬공명을 극대화하기 위해 금속 박막(30)과 금속 나노 입자(40)를 함께 적용하거나, 서로 다른 종류의 금속 나노 입자(41, 42)를 함께 사용할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 순서도이고, 도 12 내지 도 15는 그 공정 단면도들이다.
도 11 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법은 고분자 물질 도포단계(S21), 고분자 물질 경화단계(S22), 고분자 기판 형성단계(S23), 고분자 기판 배치단계(S24), 금속 박막 형성단계(S25) 및 금속 나노 입자 도포단계(S26)를 포함하여 구성된다.
고분자 물질 도포단계(S21), 고분자 물질 경화단계(S22), 고분자 기판 형성단계(S23)에 대한 설명은 제1 실시 예의 해당 부분에 대한 설명으로 대체한다.
제1 실시 예와 비교하여 제2 실시 예가 갖는 특징은 경사 증착을 통해 고분자 기판(20)의 일부분에만 금속 박막(31)을 형성한다는 것이다. 이하에서는 이러한 차이점 초점을 맞추어 제2 실시 예를 설명한다.
<고분자 기판 배치단계(S24)>
도 11과 도 12를 참조하면, 고분자 기판 배치단계(S24)에서는, 나노 패턴이 형성되어 있는 고분자 기판(20)을 지지 홀더(60)에 증착 방향에 대하여 경사지게 배치하는 과정이 수행된다.
이 단계를 거쳐 고분자 기판(20)에 형성된 나노 패턴들이 증착 방향에 대하여 갖게 되는 각도에 의해 고분자 기판(20)의 나노 패턴들 상에 금속 물질이 증착되는 영역이 결정된다.
<금속 박막 형성단계(S25)>
다음으로 도 11 내지 도 13을 참조하면, 금속 박막 형성단계(S25)에서는, 고분자 기판(20)에 형성되어 있는 나노 패턴의 일부 영역 상에 금속 물질을 경사 증착하여 금속 박막(31)을 형성하는 과정이 수행된다.
금속 박막(31)은 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이들의 합금일 수도 있다. 합금의 경우 상기 금속이 원자%로 적어도 70% 이상 포함된 것이 바람직하다.
이와 같이, 고분자 기판(10)을 기울여 금속 박막(31)을 증착할 경우 나노 패턴 표면의 일부 영역에만 금속 박막(31)이 증착되는데, 이렇게 표면 일부에만 금속 박막(31)이 증착할 경우, 금속 박막(31)과 고분자 기판(20)의 열전도도 차이로 인해 핫스팟의 유도가 용이해져 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 더욱 높일 수 있다.
<금속 나노 입자 도포단계(S26)>
다음으로 도 11, 도 14 및 도 15를 참조하면, 금속 나노 입자 도포단계(S26)에서는, 고분자 기판(20)의 나노 패턴 상에 형성되어 있는 금속 박막(31) 상에 금속 나노 입자(40)를 도포하는 과정이 수행된다.
금속 나노 입자(40)는 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이들의 합금일 수도 있다. 합금의 경우 상기 금속이 원자%로 적어도 70% 이상 포함된 것이 바람직하다.
이러한 금속 나노 입자(40)도 표면플라즈몬공명(surface plasmon resonance)을 강화하여 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 높이는 기능을 수행한다.
표면플라즈몬공명을 극대화하기 위해 금속 박막(31)과 금속 나노 입자(40)를 함께 적용하거나, 서로 다른 종류의 금속 나노 입자(41, 42)를 함께 사용할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 순서도이고, 도 17 내지 도 18은 그 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법의 공정 단면도들이다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법은 고분자 물질 도포단계(S31), 고분자 물질 경화단계(S32), 고분자 기판 형성단계(S33) 및 금속 나노 입자 도포단계(S34)를 포함하여 구성된다.
고분자 물질 도포단계(S31), 고분자 물질 경화단계(S32), 고분자 기판 형성단계(S33)에 대한 설명은 제1 실시 예의 해당 부분에 대한 설명으로 대체한다.
제1 실시 예와 비교하여 제3 실시 예가 갖는 특징은 고분자 기판(20)의 나노 패턴 상에 금속 박막을 형성하지 않고 금속 나노 입자(40)만을 도포한다는 점이다. 이하에서는 이러한 차이점 초점을 맞추어 제2 실시 예를 설명한다.
<금속 나노 입자 도포단계(S34)>
도 16 내지 도 18을 참조하면, 금속 나노 입자 도포단계(S34)에서는, 고분자 기판(20)의 나노 패턴 상에 금속 나노 입자(40)를 도포하는 과정이 수행된다.
금속 나노 입자(40)는 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이들의 합금일 수도 있다. 합금의 경우 상기 금속이 원자%로 적어도 70% 이상 포함된 것이 바람직하다.
이러한 금속 나노 입자(40)는 표면플라즈몬공명(surface plasmon resonance)을 강화하여 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 높이는 기능을 수행한다.
표면플라즈몬공명을 극대화하기 위해 서로 다른 종류의 금속 나노 입자(41, 42)를 함께 사용할 수도 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 마스터 기판에 형성된 나노 패턴을 고분자 기판에 반복적으로 전사할 수 있기 때문에, 대면적화가 용이하고 높은 반복 재현성과 더불어 제조비용이 낮은 표면증강라만산란 분광용 기판 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 고분자 기판에 형성된 나노 패턴, 금속 박막, 금속 나노 입자에 의해, 분광 분석 시 핫스팟(hot spots)의 유도가 효율적으로 이루어지기 때문에 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 경사 증착을 통하여 고분자 기판의 일부분에만 금속 박막을 형성할 경우 핫스팟의 유도가 용이하여 분석 대상이 되는 물질의 검출 감도를 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 분석 대상 물질을 종래에 비해 보다 쉽고 빠르게 분석할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 마스터 기판
20: 고분자 기판
30, 31: 금속 박막
40, 41, 42: 금속 나노 입자
60: 지지 홀더
20: 고분자 기판
30, 31: 금속 박막
40, 41, 42: 금속 나노 입자
60: 지지 홀더
Claims (9)
- 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법에 있어서,
나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 기판에 고분자 물질을 도포하는 고분자 물질 도포단계;
상기 마스터 기판에 도포되어 있는 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화단계;
상기 마스터 기판으로부터 상기 고분자 물질을 분리하여 상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴이 전사되어 있는 고분자 기판을 형성하는 고분자 기판 형성단계; 및
상기 고분자 기판의 나노 패턴 상에 금속 박막을 형성하는 금속 박막 형성단계를 포함하는, 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법. - 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법에 있어서,
나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 기판에 고분자 물질을 도포하는 고분자 물질 도포단계;
상기 마스터 기판에 도포되어 있는 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화단계;
상기 마스터 기판으로부터 상기 고분자 물질을 분리하여 상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴이 전사되어 있는 고분자 기판을 형성하는 고분자 기판 형성단계;
상기 나노 패턴이 형성되어 있는 고분자 기판을 지지 홀더에 증착 방향에 대하여 경사지게 배치하는 고분자 기판 배치단계; 및
상기 고분자 기판에 형성되어 있는 나노 패턴의 일부 영역 상에 금속 물질을 경사 증착하여 금속 박막을 형성하는 금속 박막 형성단계를 포함하는, 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법. - 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법에 있어서,
나노 패턴이 형성되어 있는 마스터 기판에 고분자 물질을 도포하는 고분자 물질 도포단계;
상기 마스터 기판에 도포되어 있는 고분자 물질을 경화하는 고분자 물질 경화단계;
상기 마스터 기판으로부터 상기 고분자 물질을 분리하여 상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴이 전사되어 있는 고분자 기판을 형성하는 고분자 기판 형성단계; 및
상기 고분자 기판의 나노 패턴 상에 금속 나노 입자를 도포하는 금속 나노 입자 도포단계를 포함하는, 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 고분자 기판의 나노 패턴 상에 형성되어 있는 금속 박막 상에 금속 나노 입자를 도포하는 금속 나노 입자 도포단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 금속 박막은 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법. - 제3 항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법. - 제4 항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는 Au, Ag, Al, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법. - 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마스터 기판에 형성되어 있는 나노 패턴은 나노 임프린트 방식, 포토 리소그래피 방식, 전자빔 리소그래피 방식, 습식 에칭 방식, 자기정렬 나노 구조체 형성 방식, 알루미늄양극산화 방식 중 어느 하나를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법. - 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 기재된 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란 분광용 기판.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110064227A KR101243634B1 (ko) | 2011-06-30 | 2011-06-30 | 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 기판 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110064227A KR101243634B1 (ko) | 2011-06-30 | 2011-06-30 | 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 기판 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130003141A true KR20130003141A (ko) | 2013-01-09 |
| KR101243634B1 KR101243634B1 (ko) | 2013-03-15 |
Family
ID=47835459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110064227A KR101243634B1 (ko) | 2011-06-30 | 2011-06-30 | 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 기판 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101243634B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101627430B1 (ko) * | 2014-12-04 | 2016-06-03 | 한국과학기술원 | 측벽 스페이서 기술 방법을 이용한 대면적 금속 나노 고리 구조 제조 방법 및 이를 이용한 전사 방법 |
| WO2017051957A1 (ko) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | 한국표준과학연구원 | 투명기판의 제조방법 및 이를 이용한 표면증강 라만산란 기판의 제조방법 |
| KR20170098767A (ko) * | 2017-08-18 | 2017-08-30 | 한국표준과학연구원 | 투명기판의 제조방법 및 이를 이용한 표면증강 라만산란 기판의 제조방법 |
| KR20210009212A (ko) * | 2019-07-16 | 2021-01-26 | 한국재료연구원 | 곡면을 가지는 플라즈모닉 연속 박막을 포함하는 기판 및 이의 제조방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101696839B1 (ko) | 2015-03-12 | 2017-01-17 | (주)광림정공 | 표면증강 라만 분광기판 및 그의 제조방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3714671B2 (ja) | 2003-09-03 | 2005-11-09 | 学校法人慶應義塾 | 表面増強ラマン散乱活性基板の作成方法 |
| KR101467281B1 (ko) * | 2008-03-19 | 2014-12-02 | 엘지이노텍 주식회사 | 경사 증착에 의한 나노 금속 선격자 보호코팅 및 그의 보호코팅 방법 |
| KR101468960B1 (ko) * | 2008-07-16 | 2014-12-04 | 삼성전자주식회사 | 리소그래피 마스크 제조방법 및 이를 이용한 미세패턴형성방법 |
| KR101185044B1 (ko) * | 2009-09-14 | 2012-09-21 | 한국과학기술원 | 나노 채널을 이용한 표면강화 라만 산란 기판 및 이를 이용한 표면강화 라만 산란 방법 |
-
2011
- 2011-06-30 KR KR1020110064227A patent/KR101243634B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101627430B1 (ko) * | 2014-12-04 | 2016-06-03 | 한국과학기술원 | 측벽 스페이서 기술 방법을 이용한 대면적 금속 나노 고리 구조 제조 방법 및 이를 이용한 전사 방법 |
| WO2017051957A1 (ko) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | 한국표준과학연구원 | 투명기판의 제조방법 및 이를 이용한 표면증강 라만산란 기판의 제조방법 |
| US10222695B2 (en) | 2015-09-24 | 2019-03-05 | Korea Research Institute Of Standards And Science | Method for manufacturing transparent substrate and method for manufacturing surface enhanced Raman scattering substrate using the same |
| KR20170098767A (ko) * | 2017-08-18 | 2017-08-30 | 한국표준과학연구원 | 투명기판의 제조방법 및 이를 이용한 표면증강 라만산란 기판의 제조방법 |
| KR20210009212A (ko) * | 2019-07-16 | 2021-01-26 | 한국재료연구원 | 곡면을 가지는 플라즈모닉 연속 박막을 포함하는 기판 및 이의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101243634B1 (ko) | 2013-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101229065B1 (ko) | 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 기판 | |
| KR101097205B1 (ko) | 표면증강라만산란 분광용 기판의 제조방법 | |
| US8568878B2 (en) | Directly fabricated nanoparticles for raman scattering | |
| Zhang et al. | Continuous fabrication of nanostructure arrays for flexible surface enhanced Raman scattering substrate | |
| Cottat et al. | Soft UV nanoimprint lithography-designed highly sensitive substrates for SERS detection | |
| KR101243634B1 (ko) | 표면증강라만산란 분광용 기판 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 기판 | |
| Adams et al. | Non‐lithographic SERS Substrates: Tailoring Surface Chemistry for Au Nanoparticle Cluster Assembly | |
| Bhalla et al. | Plasma-assisted large-scale nanoassembly of metal–insulator bioplasmonic mushrooms | |
| Wang et al. | Highly ordered Au-Ag alloy arrays with tunable morphologies for surface enhanced Raman spectroscopy | |
| KR101696839B1 (ko) | 표면증강 라만 분광기판 및 그의 제조방법 | |
| Zheng et al. | Surface‐Enhanced Raman Scattering (SERS) Substrate based on large‐area well‐defined gold nanoparticle arrays with high SERS uniformity and stability | |
| Gomez et al. | Reliable and cheap SERS active substrates | |
| JP2009031023A (ja) | 表面増強ラマン分光分析用基板の作成方法、マイクロｔａｓの製造方法、及び、マイクロｔａｓ | |
| US20220228992A1 (en) | Substrates for surface-enhanced raman spectroscopy and methods for manufacturing same | |
| Domenici et al. | Engineering microscale two-dimensional gold nanoparticle cluster arrays for advanced Raman sensing: an AFM study | |
| Liu et al. | Spatial Raman mapping investigation of SERS performance related to localized surface plasmons | |
| Liu et al. | Real-time Raman detection by the cavity mode enhanced Raman scattering | |
| Zhang et al. | Enhanced self-organized dewetting of ultrathin polymer blend film for large-area fabrication of SERS substrate | |
| KR101225124B1 (ko) | 표면증강라만산란 분광용 기판 및 이를 이용한 표면증강라만산란 분광법 | |
| JP2012211839A (ja) | 光電場増強デバイスの製造方法 | |
| Kim et al. | Au coated PS nanopillars as a highly ordered and reproducible SERS substrate | |
| Fu et al. | Ni/Au hybrid nanoparticle arrays as a highly efficient, cost-effective and stable SERS substrate | |
| Gutierrez-Rivera et al. | Application of EBL fabricated nanostructured substrates for surface enhanced Raman spectroscopy detection of protein A in aqueous solution | |
| Peng et al. | Templated synthesis of patterned gold nanoparticle assemblies for highly sensitive and reliable SERS substrates | |
| US9169566B2 (en) | Method for spatially resolved enlargement of nanoparticles on a substrate surface |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151224 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170113 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |