KR20130110870A - 프리스탠딩 나노 박막 제조방법 - Google Patents

프리스탠딩 나노 박막 제조방법 Download PDF

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Abstract

프리스탠딩 나노 박막 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스탠딩 나노 박막 제조방법은 제1 기재 상부에 나노 박막을 형성하는 제1 단계; 상기 나노 박막 상부에 제2 기재를 형성하고, 상기 제1 기재를 제거하여 적층체를 형성하는 제2 단계; 상기 적층체에서 상기 제2 기재를 제1 용매로 제거하는 제3 단계; 및 상기 제1 용매를 20 dyne/cm 이하의 계면장력을 갖는 제2 용매로 용매 치환하는 제4 단계를 포함한다.

Description

프리스탠딩 나노 박막 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING NANO FREESTANDING NANO THIN-FILM}
본 발명은 나노 박막 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프리스탠딩 나노 박막 제조방법에 관한 것이다.
공중합체의 자기 조립법, 분자인식 방법 또는 Layer-by-Layer 조립법 등으로 제작되는 나노 박막(필름)은 비 휘발성 메모리 소자, 발광 다이오드, 전기화학 센서, 반사방지막 필름 등의 다양한 응용 분야에 이용되고 있으며, 수백 나노미터 이상의 두께를 갖는 다층 나노 박막은 멤브레인 등을 제조하는 데에 이용되고 있다.
나노 박막은 상술한 것과 같이 다양한 분야에 응용될 수 있으므로, 수 나노미터에서 수백 나노미터까지 두께 조절과 다양한 기능성 조성을 삽입, 조절할 수 있는 고유연성의 프리스탠딩 나노 박막을 보다 경제성 있는 방법으로 제조하기 위한 시도들이 이루어지고 있다.
이와 관련하여, 도 1a 및 도 1b는 프리스탠딩 나노 박막(20)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 프리스탠딩 나노 박막(20)은 소정 간격으로 이격되어 위치되는 지지부(10)에 의해 양측이 지지되는 구조이거나(도 1a), 관형체와 같이 내부 공간을 가지는 지지관(11)에 의해 지지되는 구조이거나(도 1b), 구멍이 형성되어 있는 판체의 상기 구멍 상에 올려질 수 있다(미도시).
그런데, 지지부(10) 또는 지지관(11)과 같이 프리스탠딩 나노 박막(20)을 전면적으로 지지하지 않는 구조에서는, 상부에 프리스탠딩 나노 박막(20)을 직접 형성하는 것은 기술적으로 쉽지 않을 뿐더러 고비용의 고온 공정 등이 요구되어 경제성이 나쁘다는 문제가 있다. 따라서, 평면 구조에서 제조된 나노 박막을 점착/접착 물질을 이용하여 지지부(10) 또는 지지관(11)과 같은 구조위에 상기 나노 박막을 전사하고자 하는 시도가 이루어지고 있는 실정이다.
이와 같이 나노 박막을 전사하는 방법에서는, 전사가 이루어진 다음에는 점착/접착 물질을 제거하는 과정이 필요하다. 이 때, 상기 점착/접착 물질을 제거하는 데에 사용되는 용매로는 물, 알코올, 아세톤, 디메틸포름아마이드(DMF)등이 있으며, 특히 아세톤이 주로 이용되고 있다. 그런데, 상기 용매들을 이용하여 나노 박막을 처리하고 건조시키는 과정에서, 상기 용매가 증발하면서 발생하는 모세관력(capillary force)에 의해서 나노 박막이 물리적 또는 화학적으로 변형된다는 문제점이 있었다. 나노 박막이 모세관력을 이기지 못하고 찢어지거나 변형되는 현상 등이 그것이다. 이러한 문제점은 나노 박막을 재현성 있게 제조하는 것에 장애요소로 작용할 뿐만 아니라, 임계건조기(critical point dryer)와 같은 고가의 장비들이 요구되므로 경제성 있는 나노 박막을 제조하는 데에 어려움이 있었다.
본 발명의 실시예들에서는 저비용의 경제성 있는 방법으로 프리스탠딩 나노 박막을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 기재 상부에 나노 박막을 형성하는 제1 단계; 상기 나노 박막 상부에 제2 기재를 형성하고, 상기 제1 기재를 제거하여 적층체를 형성하는 제2 단계; 상기 적층체에서 상기 제2 기재를 제1 용매로 제거하는 제3 단계; 및 상기 제1 용매를 20 dyne/cm 이하의 계면장력을 갖는 제2 용매로 용매 치환하는 제4 단계를 포함하는 프리스탠딩 나노 박막 제조방법이 제공될 수 있다.
이 때, 상기 나노 박막의 두께는 0.1 내지 100nm 일 수 있다.
또한, 상기 나노 박막은 그래핀(Graphene) 또는 카본나노튜브(Carbon Nano Tube)와 같은 탄소 동소체; SiN; SiO2; 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금과 같은 금속; 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), GaAs, GaN 또는 GaP와 같은 반도체 재료; ZnO, ZrO2, TiO2 또는 HfO2와 같은 금속산화물; 폴리티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리아세틸렌 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 박막화될 수 있다.
또한, 상기 제2 기재는 폴리(메틸)아크릴레이트, 폴리스티렌, PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리 우레탄계 필름, 수계 점착제, 수용성 점착제(폴리비닐알코올), 초산 비닐 에멀젼 접착제, 핫멜트 접착제, 광경화용(UV, 가시광, 전자선, UV/EB 경화용) 접착제, 광연화용 테이프, PBI(Polybenizimidazole), PI(Polyimide), Silicone/imide, BMI(Bismaleimide), 변성 에폭시 수지, PVB(Polyvinylalcohol)테이프, 접착 테이프(adhesive tape), 풀(glue), 에폭시수지(epoxy resin), 광연화용 테이프, 열 박리성 테이프 또는 수용성 테이프일 수 있다.
또한, 상기 제1 용매는 상기 제2 기재를 선택적으로 제거하는 것으로, 물; 황산, 질산, 불산 또는 수산화나트륨을 포함하는 수용액; 이소프로필알코올(IPA), 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 메틸이소부틸케톤, 테트라하이드로퓨란(THF), 사염화탄소(CCl4), 헥산, 4-메틸-2-펜타논, 케톤, 메틸에틸케톤, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, N-메틸피롤리돈, 아세톤, 아세토니트릴, 테칸, 노난, 옥탄, 헵탄 및 펜탄으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 제2 용매는 메톡시-노나플루오로부탄, 에톡시-노나플루오로부탄, 메틸 노나플루오로이소부틸 에테르 또는 메틸 노나플루오로부틸 에테르을 포함하는 알콕시-나노플루오로부탄; C2Cl3F3, C2Cl2H3F, C3Cl2HF5, C5H2F10, 2,2,2-트리플루오로에틸 아크릴레이트, 디클로로디메틸실란, 클로로트리메틸실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이 때, 상기 제2 용매는 끓는점이 100℃ 이하일 수 있다.
한편, 상기 제2 용매를 건조하는 제5 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 기재 상부에 나노 박막을 형성하는 제1 단계; 상기 나노 박막 상부에 제2 기재를 형성하고, 상기 제1 기재를 제거하여 적층체를 형성하는 제2 단계; 상기 적층체에서 상기 제2 기재를 용매로 제거하는 제3 단계; 및 상기 용매에 계면활성제를 첨가하여 상기 용매의 계면장력을 낮추는 제4 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 계면활성제는 불화 계면활성제일 수 있다.
본 발명의 실시예들에서는 저계면장력을 갖는 용매 치환 과정을 거침으로써, 건조시에 나노 박막의 변형을 방지할 수 있다.
또한, 상대적으로 간단한 용매 치환 공정을 거치면 되므로 추가적인 고가의 장비들이 필요하지 않아, 경제성 있는 방법으로 나노 박막을 제조할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 프리스탠딩 나노 박막을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스탠딩 나노 박막 제조방법의 순서도이다.
도 3a 내지 도 3b는 도 2의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스탠딩 나노 박막 제조방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 시험예에서 사용된 기판을 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 시험예에서 비교예 1의 수율 그래프이다.
도 7은 본 발명의 시험예에서 실시예의 수율 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스탠딩 나노 박막 제조방법의 순서도이고, 도 3a 내지 도 3b는 도 2의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스탠딩 나노 박막 제조방법(S100, 이하, 나노 박막 제조방법)은 제1 기재 상부에 나노 박막을 형성하는 제1 단계(S110); 상기 나노 박막 상부에 제2 기재를 형성하고, 상기 제1 기재를 제거하여 적층체를 형성하는 제2 단계(S120); 상기 적층체에서 상기 제2 기재를 제1 용매로 제거하는 제3 단계(S130); 및 상기 제1 용매를 저계면장력을 갖는 제2 용매로 용매 치환하는 제4 단계(S140)를 포함할 수 있다.
또한, 나노 박막 제조방법(S100)은 상기 적층체를 건조하는 제5 단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
나노 박막 제조방법(S100)에서 상기 나노 박막은 나노급의 크기로 형성되는 박막을 의미한다. 상기 나노 박막은 다양한 재료를 박막화하여 형성되는 것으로, 이 때 상기 재료는 특정 재료로 한정되지는 않는다. 즉, 나노급의 크기로 박막화 가능한 재료들은 상기 나노 박막에 모두 포함될 수 있다.
예를 들면, 상기 나노 박막은 그래핀(Graphene), 그래파이트, 단일층 그래핀, 다층 그래핀, 그래핀 옥사이드, 그래파이트 옥사이드 등의 그래핀 또는 그래파이트 산화물과 같은 탄소 동소체; 실리콘 나이트라이드(SiN); 실리콘 옥사이드(SiO2); 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금과 같은 금속; 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), GaAs, GaN 또는 GaP와 같은 반도체 재료; ZnO, ZrO2, TiO2 또는 HfO2와 같은 금속산화물; 폴리티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리아세틸렌 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등에서 선택되는 재료를 나노급의 크기로 박막화 함으로써 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 상기 나노 박막이 그래핀(Graphene)인 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
이하, 각 단계별로 나노 박막 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.
1. 제1 단계( S110 )
도 3a를 참조하면, 우선 제1 기재(110) 상부에 나노 박막(120)을 형성한다. 제1 기재(110) 상부에 나노 박막(120)을 형성하는 방법은 한정되지 않는다. 나노 박막(120)이 그래핀으로 형성되는 경우에 제1 기재(110) 상부에서 그래핀을 성장시킴으로써 나노 박막(120)을 형성할 수 있으며, 나노 박막(120)이 금속재료로 형성되는 경우에는 제1 기재(110) 상부에 증착 또는 용액 공정 등을 통하여 나노 박막(120)을 형성할 수 있다.
제1 기재(110)는 특정 재료로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 기재(110)는 실리콘, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 황동, 청동, 백동, 스테인리스 스틸 및 Ge로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 합금을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
나노 박막(120)이 그래핀으로 형성되는 경우에, 제1 기재(110)에 상기 그래핀을 성장시키는 방법으로는 예를 들면, 박리법(exfolidation), 승화법(SiC 기판 상의 그래핀 형성법) 또는 화학기상증착법일 수 있다. 상기 화학기상증착법의 예로는 고온 화학기상증착(RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착(ICP-CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 상압 화학기상증착(APCVD), 금속 유기화학기상증착(MOCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 등이 있으며, 이에 제한되지는 않는다.
나노 박막(120)의 두께는 0.1 내지 100nm 일 수 있다. 나노 박막(120)의 두께가 0.1nm 미만인 경우에는 프리스탠딩 나노 박막을 형성하기 어려우며, 나노 박막(120)의 두께가 100nm를 초과하는 경우에는 상대적으로 박막의 기계적 강도가 강해지므로 본 발명의 목적을 달성하기 여럽다.
2. 제2 단계( S120 )
다음으로, 도 3b를 참조하면, 나노 박막(120) 상부에 제2 기재(130)를 형성하고, 제1 기재(110)를 제거하여 적층체를 형성한다.
제2 기재(130)는 나노 박막(120)을 원하는 기판에 전사하기 위하여 일시적으로 지지하는 역할을 수행하는 것으로, 추가적으로 나노 박막(120)을 보호하는 역할도 할 수 있다.
제2 기재(130)는 예를 들면, 폴리(메틸)아크릴레이트, 폴리스티렌, PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리 우레탄계 필름, 수계 점착제, 수용성 점착제(폴리비닐알코올), 초산 비닐 에멀젼 접착제, 핫멜트 접착제, 광경화용(UV, 가시광, 전자선, UV/EB 경화용) 접착제, 광연화용 테이프, PBI(Polybenizimidazole), PI(Polyimide), Silicone/imide, BMI(Bismaleimide), 변성 에폭시 수지, PVB(Polyvinylalcohol)테이프/박막, 일반 접착 테이프 등 일 수 있다.
또한, 제2 기재(130)의 상부에는 나노 박막(120)의 접착 또는 분리를 용이하게 하기 위하여 점착층(미도시)이 추가적으로 형성될 수 있다. 상기 점착층은 접착 테이프, 풀, 에폭시 수지, 광연화용 테이프, 열박리성 테이프 또는 수용성 테이프를 포함할 수 있다.
나노 박막(120) 상부에 제2 기재(130)를 형성하는 방법은 한정되지 않는다. 예를 들면, 스핀 코팅 등의 용액 공정 또는 단순 부착 등의 방법을 이용할 수 있다.
한편, 나노 박막(120)에서 제1 기재(110)를 제거하는 방법은 에칭법 등의 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 상기 적층체에서 제1 기재(110)만을 에칭시키는 에칭 용액을 거치도록 구성하여 제1 기재(110)를 제거하는 것이 가능하다. 또한, 이와 같은 공정은 제1 기재(110)가 완전히 제거될 때까지 반복적으로 수행하는 것이 가능하다(이상 S120).
3. 제3 단계( S130 )
다음으로, 도 3c를 참조하면, 상기 적층체에서 제2 기재(130)를 제1 용매(A)로 제거한다.
제1 용매(A)는 상기 적층체에서 제2 기재(130)를 선택적으로 제거하기 위한 것으로, 제2 기재(130)의 종류에 따라 대응하여 선택될 수 있다. 제1 용매(A)의 예로는, 물; 황산, 질산, 불산, 수산화나트륨 등을 포함하는 수용액; 이소프로필알코올(IPA), 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 메틸이소부틸케톤, 테트라하이드로퓨란(THF), 사염화탄소(CCl4), 헥산, 4-메틸-2-펜타논, 케톤, 메틸에틸케톤, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, N-메틸피롤리돈, 아세톤, 아세토니트릴, 테칸, 노난, 옥탄, 헵탄 또는 펜탄 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들면, 제1 기재(110)가 제거된 상기 적층체를 제1 용매(A)가 담겨진 수조에 넣고 일정 시간 동안 반응시킴으로써, 제2 기재(130)를 제거할 수 있다. 이 때, 제2 기재(130)가 폴리 우레탄계 필름 또는 변성 에폭시 수지와 같은 폴리머 박막인 경우에는 제1 용매(A)로 아세톤을 사용할 수 있으며, 반응 시간은 특정 시간으로 한정되지 않는다.
한편, 상기 수조 내에 관형체와 같이 내부 공간을 가지는 지지부(200)를 배치하고, 상기 적층체를 지지부(200) 상부에 올릴 수도 있다. 또한, 제1 용매(A)의 종류에 따라 반응시 유독성 물질들이 배출되는 경우가 있을 수 있으므로, 상기 수조는 후드(hood)로 대체하는 것이 가능하다(이상 S130).
4. 제4 단계( S140 ) 및 제5 단계( S150 )
다음으로, 도 3d를 참조하면, 제1 용매(A)를 저계면장력을 갖는 제2 용매(B)로 용매 치환한다. 용매 치환하는 방법은 특정 방법으로 한정되지 않으며, 예를 들면, 수조에 담긴 제1 용매(A)를 배출시킴과 동시에 상기 수조 안으로 제2 용매(B)를 채우는 방식을 이용할 수 있다. 한편, 제2 용매(B)의 종류에 따라 유독성 물질들이 배출되는 경우가 있을 수 있으므로, 상기 수조는 후드(hood)로 대체하는 것이 가능하다.
제1 용매(A)가 건조시에 증발하면서 발생하는 모세관력(Capillary force)의 크기는 용매가 가진 계면장력(surface tension)에 비례한다. 프리스탠딩 나노 박막 제조시 많이 이용되는 아세톤의 경우에는 계면장력(surface tension)이 23.7 dyne/cm이며, 이 경우에는 용매 증발시에 나노 박막의 변형이 일어나는 문제가 있었다.
이와 관련하여, 본 발명의 발명자들은 0.1 내지 100nm 두께의 나노 박막의 경우에, 20 dyne/cm 이하의 계면장력을 갖는 용매를 증발시킬 경우에 모세관력에 의하여 나노 박막이 변형되지 않음을 발견하였다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스탠딩 나노 박막 제조 방법은 제1 용매(A)를 저계면장력을 갖는 제2 용매(B)로 용매 치환하여 용매 증발시 모세관력의 크기를 낮추는 것을 일 특징으로 한다. 여기에서 저계면장력은 20 dyne/cm 이하의 계면장력을 의미한다.
제2 용매(B)는 제1 용매(A)와 용매 치환되는 것으로, 저계면장력을 갖는다. 제2 용매(B)의 예로는 메톡시-노나플루오로부탄, 에톡시-노나플루오로부탄, 메틸 노나플루오로이소부틸 에테르 또는 메틸 노나플루오로부틸 에테르을 포함하는 알콕시-나노플루오로부탄; C2Cl3F3, C2Cl2H3F, C3Cl2HF5, C5H2F10, 2,2,2-트리플루오로에틸 아크릴레이트, 디클로로디메틸실란, 클로로트리메틸실란 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 제2 용매(B)는 20 dyne/cm 이하의 계면장력을 갖는 모든 용매를 포함할 수 있다.
한편, 제2 용매(B)는 20 dyne/cm 이하의 계면장력을 가지고, 추가적으로 끓는점(boiling point)이 100℃ 이하의 용매일 수 있다. 끓는점이 높을 경우에는 용매를 증발시키는 데에 상대적으로 시간이 많이 걸리므로, 공정시간이 길어지는 문제점이 있기 때문이다(이상 S140).
다음으로, 제2 용매(B)를 건조한다. 건조 방법은 특정 방법으로 한정되지 않으며, 자연건조, 가열건조, 바람건조 등을 이용할 수 있다. 특히, 온도가 증가할수록 계면장력이 떨어지는 것이 일반적이므로 가열건조를 이용하는 것이 바람직하나, 필수적인 것은 아니다(이상 S150).
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스탠딩 나노 박막 제조방법에 대하여 설명하도록 한다. 다만, 설명의 편의를 위하여 전술한 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스탠딩 나노 박막 제조방법(S200)의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스탠딩 나노 박막 제조방법(S200, 이하 나노 박막 제조방법)은 제1 기재 상부에 나노 박막을 형성하는 제1 단계(S210); 상기 나노 박막 상부에 제2 기재를 형성하고, 상기 제1 기재를 제거하여 적층체를 형성하는 제2 단계(S220); 상기 적층체에서 상기 제2 기재를 용매로 제거하는 제3 단계(S230); 및 상기 용매에 계면활성제를 첨가하여 상기 용매의 계면장력을 낮추는 제4 단계(S240)를 포함할 수 있다.
또한, 나노 박막 제조방법(S200)은 상기 용매를 건조하는 제5 단계(S250)를 더 포함할 수 있다.
나노 박막 제조방법(S200)에서 제1 단계(S210), 제2 단계(S220) 및 제3 단계(S230)는 전술한 실시예와 동일 또는 유사하므로 중복 설명은 생략하도록 한다. 한편, 나노 박막 제조방법(S200)에서 상기 용매는 전술한 실시예에서의 제1 용매(A)와 동일 또는 유사한 용매일 수 있다.
나노 박막 제조방법(S200)에서 제3 단계(S230)까지 수행한 후에는, 상기 용매에 계면활성제(surfactant)를 첨가하여 상기 용매의 계면장력을 낮춘다. 이 때, 상기 계면활성제는 불화 계면활성제(fluorosurfactant)일 수 있다. 상기 불화 계면활성제의 경우에는 계면장력을 떨어뜨리는 효과가 있으므로, 상기 용매에 상기 불화 계면활성제를 소량 첨가하는 것으로 상기 용매의 계면장력을 크게 낮출 수 있다. 따라서, 상기 용매의 증발시에 발생하는 모세관력의 크기가 낮아질 수 있다. 이와 같은 불화 계면활성제를 포함한 계면활성제들은 통상적인 방법을 통하여 상업적으로 판매되는 것을 입수할 수 있다(이상 S240).
다음으로, 계면활성제를 첨가하여 계면장력이 낮아진 상기 용매를 건조한다. 건조 방법은 특정 방법으로 한정되지 않으며, 자연건조, 가열건조, 바람건조 등을 이용할 수 있다. 특히, 온도가 증가할수록 계면장력이 떨어지는 것이 일반적이므로 가열건조를 이용하는 것이 바람직하나, 필수적인 것은 아니다(이상 S250)
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서는 저계면장력을 갖는 용매 치환 과정을 거침으로써, 건조시에 나노 박막의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 상대적으로 간단한 용매 치환 공정 또는 계면활성제 첨가 공정을 거치면 되므로 추가적인 고가의 장비들이 필요하지 않아, 경제성 있는 방법으로 나노 박막을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 프리스탠딩 나노 박막 제조방법에 의해 제조되는 프리스탠딩 나노 박막을 추가적으로 제공할 수 있다. 상기 프리스탠딩 나노 박막은 비 휘발성 메모리 소자, 발광 다이오드, 전기화학 센서, 반사방지막 필름, 멤브레인 등 다양한 용도로 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 시험예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 하기 시험예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 예시된 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
시험예
비교예 및 실시예 준비
시험을 위하여, 프리스탠딩 나노 박막이 놓여질 기판을 준비하였다. 상기 기판에는 프리스탠딩 나노 박막을 올려놓기 위하여 복수개의 홀을 형성하였다. 상기 홀의 직경은 5㎛, 10㎛, 20㎛, 30㎛의 크기로 달리하여 각각 복수 개를 형성하였다. 이와 관련하여, 도 5는 본 발명의 시험예에서 사용된 상기 기판을 촬영한 사진이다.
다음으로, 나노 박막 적층체를 제조하였다. 나노 박막을 이루는 재료로는 그래핀(Graphene)을 선택하였으며, Cu 기재 상에 그래핀 박막을 형성하고 상기 그래핀 박막의 상부에 PDMS(폴리디메틸실록산) 박막을 형성하였다. 다음으로, Cu 기재를 에칭하여 제거하여, 그래핀 박막-PDMS 박막 적층체를 복수 개 제조하였다.
다음으로, 제1 용매로는 아세톤을 선택하였고, 제2 용매로는 물 또는 메톡시-노나플루오로부탄(C4F9OCH3, 3M社 HFE-7100)을 선택하여 비교예 및 실시예를 준비하였다. 비교예 및 실시예에 대하여 하기 [표 1]에 정리하였다.
제1 용매 제2 용매 계면장력(dyne/cm)
비교예 1 아세톤 없음 23.7(제1 용매)
비교예 2 아세톤 물 72(제2 용매)
실시예 아세톤 메톡시-노나플루오로부탄 13.6(제2 용매)
다음으로, 상기 기판의 복수개의 홀 상부에 제조된 적층체를 각각 올려놓고, 비교예 및 실시예에 따라 용매 처리한 다음의 수율(yield)을 비교하였다.
도 6은 본 발명의 시험예에서 비교예 1의 수율 그래프이고, 도 7은 본 발명의 시험예에서 실시예의 수율 그래프이다. 계면장력이 가장 높은 물을 제2 용매로 선택하여 제1 용매를 치환한 비교예 2의 경우에는 모든 홀에 있는 나노 박막이 파손되었으므로 결과 그래프를 도시할 수 없었음을 밝혀둔다.
도 6 및 도 7을 참조하면, X축은 홀의 크기(㎛)이고, Y축은 수율(%)을 나타낸다. 제1 용매로 아세톤을 선택하고, 별도의 제2 용매로 용매 치환하지 않은 경우(비교예 1), 홀의 크기가 5㎛인 경우에 24%의 나노 박막만이 파손되지 않았으며, 홀의 크기가 증가할수록 파손되는 나노 박막은 늘어나 수율이 낮아짐을 확인할 수 있었다. 그러나, 제1 용매로 아세톤을 선택하고, 계면장력이 20 dyne/cm 이하인 메톡시-노나플루오로부탄을 제2 용매로 선택하여 용매 치환하는 경우(실시예), 홀의 크기가 5㎛인 경우에는 100% 나노 박막이 파손되지 않았으며, 홀의 크기가 30㎛인 경우에도 수율이 60%로 나타나서 나노 박막의 파손율이 크게 저감됨을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 지지부
11: 지지관
20: 프리스탠딩 나노 박막
110: 제1 기재
120: 나노 박막
130: 제2 기재
A: 제1 용매
B: 제2 용매
200: 지지부

Claims (11)

  1. 제1 기재 상부에 나노 박막을 형성하는 제1 단계;
    상기 나노 박막 상부에 제2 기재를 형성하고, 상기 제1 기재를 제거하여 적층체를 형성하는 제2 단계;
    상기 적층체에서 상기 제2 기재를 제1 용매로 제거하는 제3 단계; 및
    상기 제1 용매를 20 dyne/cm 이하의 계면장력을 갖는 제2 용매로 용매 치환하는 제4 단계를 포함하는 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 박막의 두께는 0.1 내지 100nm인 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 박막은 그래핀(Graphene) 또는 카본나노튜브(Carbon Nano Tube)와 같은 탄소 동소체; SiN; SiO2; 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금과 같은 금속; 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), GaAs, GaN 또는 GaP와 같은 반도체 재료; ZnO, ZrO2, TiO2 또는 HfO2와 같은 금속산화물; 폴리티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리아세틸렌 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 박막화되는 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기재는 폴리(메틸)아크릴레이트, 폴리스티렌, PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리 우레탄계 필름, 수계 점착제, 수용성 점착제(폴리비닐알코올), 초산 비닐 에멀젼 접착제, 핫멜트 접착제, 광경화용(UV, 가시광, 전자선, UV/EB 경화용) 접착제, 광연화용 테이프, PBI(Polybenizimidazole), PI(Polyimide), Silicone/imide, BMI(Bismaleimide), 변성 에폭시 수지, PVB(Polyvinylalcohol)테이프, 접착 테이프(adhesive tape), 풀(glue), 에폭시수지(epoxy resin), 광연화용 테이프, 열 박리성 테이프 또는 수용성 테이프인 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 용매는 상기 제2 기재를 선택적으로 제거하는 것으로,
    물; 황산, 질산, 불산 또는 수산화나트륨을 포함하는 수용액; 이소프로필알코올(IPA), 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 메틸이소부틸케톤, 테트라하이드로퓨란(THF), 사염화탄소(CCl4), 헥산, 4-메틸-2-펜타논, 케톤, 메틸에틸케톤, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, N-메틸피롤리돈, 아세톤, 아세토니트릴, 테칸, 노난, 옥탄, 헵탄 및 펜탄으로 이루어진 군에서 선택되는 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 용매는 메톡시-노나플루오로부탄, 에톡시-노나플루오로부탄, 메틸 노나플루오로이소부틸 에테르 또는 메틸 노나플루오로부틸 에테르을 포함하는 알콕시-나노플루오로부탄; C2Cl3F3, C2Cl2H3F, C3Cl2HF5, C5H2F10, 2,2,2-트리플루오로에틸 아크릴레이트, 디클로로디메틸실란, 클로로트리메틸실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 용매는 끓는점이 100℃ 이하인 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 용매를 건조하는 제5 단계를 더 포함하는 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  9. 제1 기재 상부에 나노 박막을 형성하는 제1 단계;
    상기 나노 박막 상부에 제2 기재를 형성하고, 상기 제1 기재를 제거하여 적층체를 형성하는 제2 단계;
    상기 적층체에서 상기 제2 기재를 용매로 제거하는 제3 단계; 및
    상기 용매에 계면활성제를 첨가하여 상기 용매의 계면장력을 낮추는 제4 단계를 포함하는 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 계면활성제는 불화 계면활성제인 프리스탠딩 나노 박막 제조방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조되는 프리스탠딩 나노 박막.
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