KR20130130336A - Silica nano structure, method of fabricating the same and etching mask using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a silica nanostructure and a manufacturing method thereof. The silica nanostructure comprises silica nanopatterns and at least one silica bridge between the silica nanopatterns. Accordingly, the nanosize silica structure can be precisely controlled by using etching and inverse reaction.

Description

실리카 나노 구조체, 그 제조방법 및 이를 이용한 식각 마스크{Silica Nano Structure, Method of fabricating the same and Etching Mask using the same}Silica nanostructure, method of manufacturing the same, and etching mask using same

본 발명은 실리카 나노 구조체, 그 제조방법 및 이를 이용한 식각마스크에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 식각 및 역 반응을 이용한 실리카 나노 구조체, 그 제조방법 및 이를 이용한 식각 마스크에 관한 것이다.The present invention relates to a silica nanostructure, a method for producing the same, and an etching mask using the same. More particularly, the present invention relates to a silica nanostructure using etching and reverse reaction, a method for producing the same, and an etching mask using the same.

실리카 제조 기술 중 졸-겔 공정은 용매에 녹아있는 1 나노미터 이하의 크기를 갖는 분자 단위의 화합물이 물과 반응하여 하이드록시기(-OH) 작용기를 형성하는 수화 반응(hydrolysis)과 하이드록시기로부터 물분자가 빠지면서 산소와 결합을 형성하는 축합반응(condensation)을 거쳐서, 반응물들끼리 서로 연결되어 자라나게 만드는 공정이다.The sol-gel process in the silica production technology is a hydrolysis reaction in which a compound of a molecular unit having a size of 1 nanometer or less dissolved in a solvent reacts with water to form a hydroxyl group (-OH) Is a process in which the reactants are connected to each other through a condensation reaction in which a water molecule is released from the reaction mixture to form a bond with oxygen.

졸-겔 공정을 이용한 일 예로서, 대한민국 등록특허 제10-0824291호(2008.04.16.)는 실리카 나노 입자를 함유한 용액에 블록 코폴리머 또는 TEOS 등 일차원 구조체 형성능을 갖는 일차원 구조체 형성 물질을 용해시키고 pH 조정제에 의해 pH를 조정함으로써 제작된 실리카 나노 입자 구조체에 대하여 개시하고 있다.As an example using a sol-gel process, Korean Patent Registration No. 10-0824291 (Apr. 16, 2008) discloses a method of dissolving a one-dimensional structure forming material having a one-dimensional structure forming ability such as a block copolymer or TEOS in a solution containing silica nanoparticles And adjusting the pH by a pH adjusting agent.

다만, 졸-겔 공정은 반응에 사용하는 물질의 가격이 비교적 비싸고, 최종 생성물의 규격이 작은 문제점을 가지고 있다. 또한, 낮은 pH와 높은 온도가 일반적으로 요구되며, 균열이 생기거나 불균일한 조성을 가지는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 정교한 형상으로 만들기가 힘들며, 건조나 열에 의한 변성이 심한 문제점들 역시 수반 하고 있다.However, the sol-gel process has a problem in that the material used for the reaction is relatively expensive and the final product is small in size. In addition, low pH and high temperature are generally required, and cracks or non-uniform compositions are present. Therefore, it is difficult to make it into an elaborate shape, and there are also serious problems of deformation due to drying or heat.

그 외의 실리카 제조 기술들인 소성이나, 기상증착의 경우도, 형상제어가 어려우며, 높은 온도가 필요한 단점을 가지고 있다.In the case of other silica production techniques, such as firing and vapor deposition, it is difficult to control the shape and has a disadvantage in that a high temperature is required.

따라서, 나노 크기의 정교한 실리카 구조를 제작하는 방법을 개발할 필요성이 있다.Therefore, there is a need to develop a method for fabricating a nanoscale sophisticated silica structure.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 식각 및 역 반응을 이용하여 실리카 구조를 제어하여 제조된 실리카 나노 구조체를 제공함에 있다.A problem to be solved by the present invention is to provide a silica nanostructure produced by controlling the silica structure using etching and reverse reaction.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 식각 및 역 반응을 이용하여 실리카 구조를 제어하는 실리카 나노 구조체 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silica nanostructure that controls a silica structure using etching and reverse reaction.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 식각 및 역 반응을 이용하여 실리카 구조를 제어하여 제조된 실리카 나노 구조체를 이용한 식각 마스크를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an etch mask using a silica nanostructure produced by controlling a silica structure using an etching and a reverse reaction.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 실리카 나노 패턴 및 상기 실리카 나노 패턴 사이에 형성된 적어도 하나의 실리카 브릿지를 포함하는 실리카 나노 구조체를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a silica nanostructure including at least one silica bridge formed between a silica nanopattern and a silica nanopattern.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 기판 상에 실리카 나노 패턴을 고정하는 단계 및 상기 실리카 나노 패턴이 고정된 기판을 불산(HF) 및 암모늄플로라이드(NH4F)를 포함하는 혼합용액에 침지시켜 식각 및 역 반응에 의해 상기 실리카 나노 패턴 사이에 실리카 브릿지를 형성하는 단계를 포함하는 실리카 나노 구조체 제조방법을 제공한다.To a mixed solution comprising the another side step and the fixed substrate on which the silica nano pattern hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F) for fixing the silica nano pattern on the substrate of the present invention to achieve the above objective, And immersing the silica nanoparticles in a solvent to form a silica bridge between the silica nanopatterns by etching and reverse reaction.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은 실리카 나노 패턴 및 상기 실리카 나노 패턴 사이를 연결하는 적어도 하나의 실리카 브릿지로 구성된 실리카 나노 구조체를 포함하는 식각 마스크를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an etch mask comprising a silica nanostructure formed of a silica nanopattern and at least one silica bridge connecting the silica nanopattern.

본 발명에 따르면, 상온, 상압 및 중성에 가까운 pH에서 실리카 나노 구조체를 제조할 수 있다.According to the present invention, a silica nanostructure can be prepared at a pH close to normal temperature, normal pressure and neutral.

이와 더불어, 나노 크기의 정교한 실리카 구조체를 제조할 수 있다.In addition, nano-sized sophisticated silica structures can be produced.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 나노 구조체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 나노 구조체 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 식각 및 역 반응에 의해 실리카 나노 구형체 사이에 실리카 브릿지가 형성되는 과정을 시간에 따라 나타낸 개략도이다.
도 4 및 도 5는 제조예 1에 따른 실리카 나노 구조체의 이미지들이다.
도 6은 실리카 나노 구형체 및 실리카 브릿지의 중심들에서 측정된 에너지 분광 분석에 관한 이미지 및 표이다.
도 7은 비교예 1에 의한 제조방법에 의해 제조된 실리카 구조체의 이미지들이다.
도 8은 비교예 2에 의한 제조방법에 의해 제조된 실리카 구조체의 이미지들이다.
도 9는 비교예 3에 의한 제조방법에 의해 제조된 실리카 구조체의 이미지들이다.
도 10은 제조예 2 내지 제조예 5에 따른 실리카 나노 구조체의 제조방법에 의해 제조된 실리카 나노 구조체들의 이미지들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 결정 실리카 나노구조의 광 밴드갭 다이어그램이다.
1 is a schematic view of a silica nanostructure according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silica nanostructure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a process of forming a silica bridge between silica nanospheres by etching and reverse reaction with time.
Figs. 4 and 5 are images of the silica nanostructure according to Production Example 1. Fig.
6 is an image and table of energy spectroscopic analysis measured at the centers of silica nanospheres and silica bridges.
FIG. 7 shows images of the silica structure produced by the manufacturing method according to Comparative Example 1. FIG.
FIG. 8 shows images of the silica structure produced by the manufacturing method according to Comparative Example 2. FIG.
FIG. 9 shows images of the silica structure produced by the manufacturing method according to Comparative Example 3. FIG.
10 are images of the silica nanostructures prepared by the production method of the silica nanostructure according to Production Examples 2 to 5. FIG.
11 is a photonic bandgap diagram of a two-dimensional crystalline silica nanostructure according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms.

본 명세서에서 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 위쪽, 상(부), 상면 등의 방향적인 표현은 아래쪽, 하(부), 하면 등의 의미로 이해될 수 있다. 즉, 공간적인 방향의 표현은 상대적인 방향으로 이해되어야 하며, 절대적인 방향을 의미하는 것처럼 한정적으로 이해되어서는 안 된다.When a layer is referred to herein as being "on" another layer or substrate, it may be formed directly on another layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. In addition, in the present specification, the directional expression of the upper portion, the upper portion, and the upper surface may be understood as the meaning of the lower portion, the lower portion, the lower surface, and the like. That is, the expression of the spatial direction should be understood in a relative direction, and it should not be construed as definitively as an absolute direction.

본 실시예들에서 "제1", "제2", 또는 "제3"는 구성요소들에 어떠한 한정을 가하려는 것은 아니며, 다만 구성요소들을 구별하기 위한 용어로서 이해되어야 할 것이다.In the present embodiments, "first "," second ", or "third" is not intended to impose any limitation on the elements, but merely as terms for distinguishing the elements.

또한, 본 명세서에서 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Further, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout.

또한, 본 발명에서 사용하는 용어 "상압"은 특별히 압력을 줄이거나 높이지 않을 때의 압력으로, 보통 대기압과 같은 1기압 정도의 압력을 의미한다.The term "atmospheric pressure" used in the present invention refers to a pressure at which the pressure is not reduced or increased, and usually refers to a pressure of about one atmosphere such as atmospheric pressure.

또한, 본 발명에서 사용하는 용어 "상온"은 15℃ 내지 25℃를 의미한다.
The term "normal temperature" used in the present invention means 15 deg. C to 25 deg.

실시예Example 1 One

본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 나노 구조체를 설명한다.The silica nanostructure according to one embodiment of the present invention will be described.

실리카 나노 구조체는 실리카 나노 패턴 및 상기 실리카 나노 패턴 사이에 형성된 적어도 하나의 실리카 브릿지를 포함한다.The silica nanostructure comprises a silica nanopattern and at least one silica bridge formed between the silica nanopatterns.

상기 실리카 나노 패턴은 나노 구형체, 나노 로드, 나노 반구체, 나노 원기둥 또는 나노 다각기둥의 형상을 포함할 수 있다.The silica nanopattern may include nanospheres, nanorods, nano-hemispheres, nano cylinders, or nanopahedral prisms.

이하, 실리카 나노 패턴을 실리카 나노 구형체로 예를 들어 설명한다.Hereinafter, the silica nano pattern will be described as an example of a silica nanosphere.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 나노 구조체의 일 부분의 모식도이다.1 is a schematic view of a part of a silica nanostructure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 실리카 나노 구조체는 복수 개의 실리카 나노 구형체(200) 및 상기 실리카 나노 구형체(200) 사이에 형성된 적어도 하나의 실리카 브릿지(400)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the silica nanostructure includes a plurality of silica nanocrystals 200 and at least one silica bridge 400 formed between the silica nanospheres 200.

상기 실리카 나노 구형체(200)의 직경은 수백 nm일 수 있다. 예를 들어, 500nm 내지 700nm일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 실리카 나노 구형체(200)의 직경은 마이크로 단위의 크기 또는 수십 nm의 크기일 수 있다.The diameter of the silica nanosphere 200 may be several hundred nanometers. For example, from 500 nm to 700 nm. However, the present invention is not limited thereto, and the diameter of the silica nanosphere 200 may be in the order of micrometers or several tens of nanometers.

상기 실리카 브릿지(400)는 상기 실리카 나노 구형체(200) 사이를 연결하는 다리 역할을 한다. 상기 실리카 브릿지(400)의 직경은 상기 실리카 나노 구형체(200)의 직경보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 실리카 브릿지(400)의 직경은 브릿지의 길이방향의 수직한 단면적의 길이를 의미한다. 예를 들어, 상기 실리카 나노 구형체(200)의 직경이 약 600nm인 경우, 실리카 브릿지(400)의 직경은 150nm 내지 200nm일 수 있다.The silica bridge 400 serves as a bridge connecting the nanoscale spheres 200. The diameter of the silica bridge 400 may be smaller than the diameter of the silica nanosphere 200. Here, the diameter of the silica bridge 400 means the length of the vertical cross-sectional area of the bridge in the longitudinal direction. For example, when the diameter of the silica nanosphere 200 is about 600 nm, the diameter of the silica bridge 400 may be 150 nm to 200 nm.

상기 실리카 나노 구조체에서, 실리카 나노 구형체(200)의 배열은 다양한 형태일 수 있다. 예를 들어, 1개의 실리카 나노 구형체(200)는 주위에 6개의 실리카 나노 구형체(200)가 이격하여 둘러싸여 있고, 상기 실리카 나노 구형체(200) 간에 실리카 브릿지(400)로 연결될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 실리카 나노 구조체는 벌집 구조(honeycomb structure)일 수 있다.In the silica nanostructure, the arrangement of the silica nanospheres 200 may be in various forms. For example, one silica nanosphere 200 is surrounded by six silica nanospheres 200 spaced apart from each other, and the silica nanospheres 200 can be connected to each other by a silica bridge 400. In another example, the silica nanostructure may be a honeycomb structure.

상술한 실리카 나노 구조체는 실리콘이나 그래핀 등의 다른 물질들을 식각할 때 이용되는 마스크로 사용될 수 있다.The above-mentioned silica nanostructure can be used as a mask for etching other materials such as silicon and graphene.

또한, 상술한 실리카 나노 구조체는 광결정의 응용 분야에 이용될 수 있다.
In addition, the above-mentioned silica nanostructure can be used for application of photonic crystals.

실시예Example 2 2

본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 나노 구조체 제조방법을 설명한다.A method for producing a silica nanostructure according to an embodiment of the present invention will be described.

실리카 나노 구조체 제조방법은 기판 상에 실리카 나노 패턴을 고정하는 단계 및 상기 실리카 나노 패턴 사이에 실리카 브릿지를 형성하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing a silica nanostructure includes the steps of fixing a silica nanoparticle on a substrate and forming a silica bridge between the silica nanopatterns.

상기 실리카 나노 패턴은 나노 구형체, 나노 로드, 나노 반구체, 나노 원기둥 또는 나노 다각기둥의 형상을 포함할 수 있다.The silica nanopattern may include nanospheres, nanorods, nano-hemispheres, nano cylinders, or nanopahedral prisms.

이하, 실리카 나노 패턴을 실리카 나노 구형체로 예를 들어 설명한다.Hereinafter, the silica nano pattern will be described as an example of a silica nanosphere.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 나노 구조체 제조방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silica nanostructure according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 실리카 나노 구조체의 제조방법은 기판 상에 실리카 나노 구형체를 고정하는 단계(S1) 및 실리카 브릿지를 형성하는 단계(S2)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a method of manufacturing a silica nanostructure includes a step (S1) of fixing a silica nanosphere on a substrate and a step (S2) of forming a silica bridge.

보다 구체적으로 설명하면, 기판 상에 실리카 나노 구형체를 고정하는 단계(S1)는, 기판 상에 실리카 나노 구형체를 형성하는 단계 및 상기 기판 상에 실리카 나노 구형체를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.More specifically, step (S1) of immobilizing a silica nanosphere on a substrate may comprise the step of forming a silica nanosphere on the substrate and a step of heat treating the silica nanosphere on the substrate have.

기판 상에 실리카 나노 구형체를 형성하는 단계는 랭뮤어 블로젯 어셈블리(langmuir-blodgett assembly) 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 상기 실리카 나노 구형체는 단층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 랭뮤어 블로젯 어셈블리에 의해 기판 상에 실리카 나노 구형체를 단층으로 형성할 수 있다.The step of forming the silica nanospheres on the substrate may be performed by a Langmuir-blodgett assembly or the like. In addition, the silica nanospheres may be formed as a single layer. For example, a silica nanosphere can be formed as a single layer on a substrate by a Langmuir blowing assembly.

또한, 상기 기판 상에 실리카 나노 구형체가 서로 밀착되게 배열되도록 실리카 나노 구형체를 증착할 수 있다. 예를 들어, 기판 상에 조밀(closed pakced)한 실리카 나노 구형체를 형성할 수 있다. 예컨대, 육각 조밀(hexagonally colsed packed, HCP)한 실리카 나노 구형체를 배열할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 후술할 식각 및 역 반응이 일어날 수 있을 정도로 상기 실리카 나노 구형체 사이에 소정의 간격을 두고 배열할 수도 있다.In addition, the silica nanospheres can be deposited on the substrate in such a manner that the silica nanospheres are closely adhered to each other. For example, a closed paked silica nanosphere can be formed on a substrate. For example, a hexagonally colsed packed (HCP) silica nanosphere can be arranged. However, the present invention is not limited thereto, and the silica nanospheres may be arranged at a predetermined interval to such an extent that etching and adverse reactions as described below may occur.

상기 기판은 특별히 한정되지 않고, 다양한 종류의 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 SiO2/Si 기판일 수 있다.The substrate is not particularly limited, and various types of substrates can be used. For example, the substrate may be a SiO 2 / Si substrate.

상기 기판은 PMMA층을 포함할 수 있다. 상기 PMMA층은 기판 상에 스핀코팅법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 기판은 실리카 나노 구형체를 고정시킬 수 있는 물질층이라면 어느 물질층이라도 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판 자체가 PMMA로 이루어질 수 있다.The substrate may comprise a PMMA layer. The PMMA layer can be formed on a substrate by spin coating or the like. However, the present invention is not limited thereto, and the substrate may include any material layer that can fix the silica nanosphere. Also, the substrate itself may be made of PMMA.

상기 기판 상에 실리카 나노 구형체를 열처리하여 실리카 나노 구형체를 고정시킬 수 있다. 예를 들어, PMMA층이 포함된 기판 상에 실리카 나노 구형체를 증착한 후, 열처리를 통하여 상기 PMMA층을 부드럽게 하여 실리카 나노 구형체를 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는 150℃ 내지 200℃의 온도로 수행할 수 있다. 바람직하게는, 180℃ 온도에서 4분 이상 열처리하여 실리카 나노 구형체를 고정시킬 수 있다.The silica nanospheres may be heat-treated on the substrate to fix the silica nanospheres. For example, silica nanospheres may be deposited on a substrate containing a PMMA layer, and then the PMMA layer may be softened through heat treatment to fix the nanoparticles of silica. For example, the heat treatment may be performed at a temperature of 150 ° C to 200 ° C. Preferably, the silica nanospheres can be immobilized by heat treatment at 180 DEG C for 4 minutes or more.

실리카 브릿지를 형성하는 단계(S2)는 식각 및 역 반응에 의해 실리카 구형체 사이에 실리카 브릿지를 형성할 수 있다. 또한, 상기 실리카 브릿지를 형성하는 단계(S2)는 세척 단계를 더 포함할 수 있다.The step (S2) of forming the silica bridge can form a silica bridge between the silica spheres by etching and reverse reaction. In addition, the step (S2) of forming the silica bridge may further include a washing step.

상기 식각 반응은 실리카 구형체가 식각되고, 상기 역 반응은 실리카 구형체 사이에 실리카 브릿지가 생성되는 것을 의미한다.In the etching reaction, a silica spherical body is etched, and the reverse reaction means that a silica bridge is formed between silica spheres.

실리카 브릿지를 형성하는 단계는 상기 실리카 나노 구형체가 고정된 기판을 불산(HF) 및 암모늄플로라이드(NH4F)를 포함하는 혼합용액에 침지시켜 식각 및 역 반응에 의해 상기 실리카 나노 구형체 사이에 실리카 브릿지를 형성할 수 있다.The step of forming the silica bridge may include immersing the substrate on which the silica nanospheres are immobilized in a mixed solution containing hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F), and performing etching and reverse reaction between the silica nanospheres Silica bridge can be formed.

상기 혼합용액의 pH는 중성에 가까울 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합 용액의 pH는 6.7 내지 6.8일 수 있다.The pH of the mixed solution may be close to neutrality. For example, the pH of the mixed solution may be 6.7 to 6.8.

상기 혼합용액은 물(H2O)을 더 포함할 수 있다. 상기 혼합용액에서 물의 비율에 따라 실리카 브릿지의 생성속도를 조절할 수 있다.The mixed solution may further include water (H 2 O). The rate of formation of the silica bridge can be controlled according to the ratio of water in the mixed solution.

상기 실리카 나노 구형체가 고정된 기판을 불산(HF) 및 암모늄플로라이드(NH4F)를 포함하는 혼합용액에 침지시키면, 초반에는 실리카 브릿지가 형성되나, 시간이 좀 더 흐르면 형성된 실리카 브릿지는 식각되어 소멸되므로, 상기 실리카 브릿지가 식각되기 전에 반응을 종료해야 한다. 따라서, 상기 실리카 브릿지가 형성된 후, 상기 실리카 브릿지가 식각되기 전에 상기 기판을 세척하여 반응을 종료시킨다. 예를 들어, 상기 기판을 탈이온수로 세척할 수 있다.When the substrate on which the silica nanospheres are immersed is immersed in a mixed solution containing hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F), a silica bridge is formed in the early stage. However, the silica bridge formed is etched The reaction should be terminated before the silica bridge is etched. Therefore, after the silica bridge is formed, the substrate is washed to terminate the reaction before the silica bridge is etched. For example, the substrate may be washed with deionized water.

도 3은 식각 및 역 반응에 의해 실리카 나노 구형체(200) 사이에 실리카 브릿지(400)가 형성되는 과정을 시간에 따라 나타낸 개략도이다.FIG. 3 is a schematic diagram showing a process in which a silica bridge 400 is formed between silica nanocrystals 200 by etching and reverse reaction.

도 3을 참조하면, 실리카 브릿지(400)가 형성되는 원리는 다음과 같다. 먼저, 기판(100) 상에 실리카 나노 구형체(200)가 육각 조밀하게 배열하여 고정시킨 후, 상기 기판(100)을 불산(HF) 및 암모늄플로라이드(NH4F)를 포함하는 혼합용액에 담그어 반응을 진행시킨다.Referring to FIG. 3, the principle of forming the silica bridge 400 is as follows. First, a silica nanosphere 200 is densely arrayed and fixed on a substrate 100, and then the substrate 100 is immersed in a mixed solution containing hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F) So that the reaction proceeds.

도 3(a)를 참조하면, 처음에는 기판(100) 상에 실리카 나노 구형체(200)가 육각 조밀하게 배열되어 있다. Referring to FIG. 3 (a), initially, a silica nanosphere 200 is densely arranged on a substrate 100 in a hexagonal manner.

도 3(b)를 참조하면, 실리카 나노 구형체(200)가 불산에 의해서 하기 화학식 1과 같이 실리카가 식각되면서 수소헥사플루오르실리케이트(H2SiF6)가 만들어진다.Referring to FIG. 3 (b), hydrogen hexafluorosilicate (H 2 SiF 6 ) is produced by silica etching the silica nanospheres 200 with hydrofluoric acid as shown in Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

SiO2 + 6HF ↔ H2SiF6 + 2H2O
SiO 2 + 6HF ↔ H 2 SiF 6 + 2H 2 O

상기 만들어진 수소헥사플루오르실리케이트는 물과 반응하여 하기 화학식 2와 같이 실리식에시드(Si(OH)4)로 변하게 된다.The produced hydrogen hexafluorosilicate reacts with water to be changed into a silicate acid salt (Si (OH) 4 ) as shown in the following Chemical Formula 2.

[화학식 2](2)

H2SiF6 + 4H2O ↔ Si(OH)4 + 6HF
H 2 SiF 6 + 4H 2 O ↔ Si (OH) 4 + 6HF

한편, 암모늄플로라이드는 실리카 및 불산과 만나서 하기 화학식 3과 같이 암모늄 헥사플루오르실리케이트((NH4)2SiF6)(AHFS)가 된다.On the other hand, ammonium fluoride is combined with silica and hydrofluoric acid to form ammonium hexafluorosilicate ((NH 4 ) 2 SiF 6 ) (AHFS) as shown in the following chemical formula 3.

[화학식 3](3)

SiO2 + 4HF + 2NH4F ↔ (NH4)2SiF6 + 2H2O
SiO 2 + 4HF + 2NH 4 F ↔ (NH 4 ) 2 SiF 6 + 2H 2 O

상기 만들어진 암모늄 헥사플루오르실리케이트는 순간적으로 매우 고농도가 되며, 불산 내에서 매우 낮은 용해도를 가지고 있기 때문에, 전부 용해되지 않고 과포화된 상태를 유지하게 된다.The prepared ammonium hexafluorosilicate becomes extremely high in concentration instantaneously and has a very low solubility in hydrofluoric acid, so that the ammonium hexafluorosilicate maintains a supersaturated state without being completely dissolved.

이 때문에, 혼합용액은 고농도 암모늄 헥사플루오르실리케이트 영역(300)과 저농도의 암모늄 헥사플루오르실리케이트 영역으로 나뉘게 된다. 즉, 상 분리(phase seperation)가 일어난다.For this reason, the mixed solution is divided into a high concentration ammonium hexafluorosilicate region 300 and a low concentration ammonium hexafluorosilicate region. That is, phase seperation occurs.

특히, 생성된 암모늄 헥사플루오르실리케이트는 암모니아기와 헥사플루오르실리케이트로 나눌수 있는데, 암모니아기는 물에 대한 친화도가 매우 높기 때문에 응집된 암모늄 헥사플루오르실리케이트의 표면에 암모니아기가 위치되는 형태의 방울구조(droplet)의 상이 형성되게 된다.In particular, the resulting ammonium hexafluorosilicate can be divided into an ammonia group and a hexafluorosilicate. Since the ammonia group has a very high affinity for water, the ammonia group is located on the surface of the coagulated ammonium hexafluorosilicate, Phase.

도 3(c)를 참조하면, 암모니아기는 전기적으로 양성이고, 실리카의 표면은 전기적으로 음성을 띠고 있기 때문에, 정전기 상호작용(electrostatic interaction)에 의해 상기 만들어진 상은 실리카 나노 구형체(200) 3개의 중앙에 존재하게 된다. 즉, 고농도 암모늄 헥사플루오르실리케이트 영역(300)은 실리카 나노 구형체(200) 3개의 중앙에 존재하게 되고, 그 외의 영역은 저농도 암모늄 헥사플루오르실리케이트 영역이 된다.Referring to FIG. 3 (c), since the ammonia group is electrically positive and the surface of the silica is electronegative, the phase formed by the electrostatic interaction forms three centers of the silica nanosphere 200 Lt; / RTI > That is, the high-concentration ammonium hexafluorosilicate region 300 is located at the center of three silica nanospheres 200, and the other region is the low-concentration ammonium hexafluorosilicate region.

도 3(d)를 참조하면, 한편, 실리식에시드는 주로 실리카 나노 구형체(200) 2개 사이의 영역에 존재하게 된다. 즉, 실리카 나노 구형체(200) 사이의 영역 중 고농도 암모늄 헥사플루오르실리케이트 영역(300)이 아닌 실리카 나노 구형체(200) 2개 사이의 영역에 존재하게 된다. 이 때, 실리식에시드는 암모늄 헥사플루오르실리케이트의 암모니아기의 촉매 작용으로 인하여 중합 및 석출되면서, 실리카 나노 구형체(200)를 연결하는 실리카 브릿지(400)가 형성된다.Referring to FIG. 3 (d), on the other hand, the seed in the silica matrix is mainly present in the region between two silica nanospheres 200. That is, the region between the silica nanocrystals 200 exists in the region between the two silica nanospheres 200, not the high-concentration ammonium hexafluorosilicate region 300. At this time, due to the catalytic action of the ammonia group of the ammonium hexafluorosilicate seeded in the silylation, the silica bridge 400 connecting the silica nanospheres 200 is formed while being polymerized and precipitated.

도 3(e)를 참조하면, 상기 암모늄 헥사플루오르실리케이트의 농도차에 의한 상의 분리는 일시적인 비평형상태에 의존하고 있다. 따라서, 시간의 흐름에 따른 확산(diffusion), 그리고 실리카의 생성시의 공동침전(coprecipitation)에 의해서 다시 하나의 상으로 돌아오게 된다. 즉, 고농도 암모늄 헥사플루오르실리케이트 영역(300)은 소멸된다.Referring to Figure 3 (e), the separation of the phase by the concentration difference of ammonium hexafluorosilicate depends on the transient non-equilibrium state. Thus, diffusion back through time, and coprecipitation at the time of silica formation, return to one phase. That is, the high concentration ammonium hexafluorosilicate region 300 is annihilated.

도 3(f)를 참조하면, 그 후에는 좀 더 시간이 지나면, 생성되었던 실리카 브릿지(400)는 식각되어 사라지게 된다. Referring to FIG. 3 (f), after a further period of time, the silica bridge 400 that has been formed is etched away.

따라서, 암모늄 헥사플루오르실리케이트가 다시 하나의 상으로 돌아오기 전에, 즉 실리카 브릿지(400)가 식각되어 사라지기 전에, 반응을 종료시키면 실리카 나노 구형체(200) 사이를 실리카 브릿지(400)로 연결된 실리카 나노 구조체를 형성할 수 있다.
Therefore, if the reaction is terminated before the ammonium hexafluorosilicate returns to one phase, that is, before the silica bridge 400 is etched away, the silica nanospheres 200 are connected to each other through the silica bridge 400 A nanostructure can be formed.

한편, 상기 실리카 나노 구형체(200) 사이에 실리카 브릿지(400)를 형성하는 단계를 복수 회 반복 수행할 수 있다. 예를 들어, 첫번째 식각 및 역 반응에 의해 실리카 브릿지(400)를 형성하고, 이를 탈이온수로 세척하여 반응을 종료시킨 후, 다시 두번째 식각 및 역반응을 진행함으로써, 새로운 형상의 구조체를 제조할 수 있다.Meanwhile, the step of forming the silica bridge 400 between the silica nanospheres 200 may be repeated a plurality of times. For example, a new shape structure can be produced by forming a silica bridge 400 by first etching and reverse reaction, washing it with deionized water to terminate the reaction, and then conducting a second etching and reverse reaction .

또한, 상기 실리카 나노 구형체(200) 사이에 실리카 브릿지(400)를 형성하는 단계를 복수 회 반복 수행할 때, 반응시 사용되는 혼합용액의 각 성분을 조절할 수도 있다.
Further, when the step of forming the silica bridge 400 between the silica nanospheres 200 is repeated a plurality of times, each component of the mixed solution used in the reaction may be controlled.

제조예Manufacturing example 1 One

본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 나노 구조체를 제조하였다.Thereby preparing a silica nanostructure according to an embodiment of the present invention.

먼저, 300nm 두께의 SiO2층을 갖는 Si 기판 상에 200nm 두께의 PMMA층을 스핀 코팅하여 형성하고, 산소 플라즈마 공정(30W, 3초)을 수행하였다. 상기 PMMA층 상에 육각 조밀(hexagonally close-packed, HCP) 실리카 나노 구형체 단층을 랭뮤어 블로젯 어셈블리(langmuir-blodgett assembly)에 의해 증착하였다. 그 다음에, 상기 기판을 180℃에서 4분 내지 10분 동안 가열하여 상기 PMMA를 부드럽게 하여, 상기 실리카 구형체들을 상기 PMMA층에 고정시켜 샘플들을 제조하였다.First, a 200 nm-thick PMMA layer was formed by spin coating on an Si substrate having a SiO 2 layer of 300 nm thickness, and an oxygen plasma process (30 W, 3 seconds) was performed. A hexagonally close-packed (HCP) silica nanocrystalline monolayer was deposited on the PMMA layer by a Langmuir-blodgett assembly. Then, the substrate was heated at 180 캜 for 4 minutes to 10 minutes to soften the PMMA, and the silica spheres were fixed to the PMMA layer to prepare samples.

거의 중성에 가까운 용액(pH 6.7 내지 6.8)인 49% HF 산과 40% NH4F의 부피비가 1:30(v/v)인 혼합용액을 준비하고, 상기 혼합용액에 상기 샘플들을 침지하였다. 5초, 10초 및 15초 동안의 반응 후에, 상기 기판을 탈이온수에 의해 세척하고, 그 다음에 N2로 건조하여 실리카 나노 구형체-실리카 브릿지 네트워크(sphere-bridge network, SB-NW)를 형성하였다.A mixed solution having a volume ratio of 1:30 (v / v) of 49% HF acid and 40% NH 4 F, which is nearly neutral (pH 6.7 to 6.8), was prepared and the samples were immersed in the mixed solution. After 5 seconds, 10 seconds and 15 seconds of reaction, the substrate was washed with deionized water and then dried with N 2 to remove the silica nanosphere-sieve-bridge network (SB-NW) .

상기 반응은 교반없이 상온에서 수행되었다.
The reaction was carried out at room temperature without stirring.

제조예Manufacturing example 2 2

상기 제조예 1과 동일하게 수행하되, SB-NW를 형성한 후에, 상기 SB-NW가 형성된 기판을 상기 혼합용액과 동일한 용액에 다시 침지시켜 두번째 반응을 수행하였다. 5초 동안의 두번째 반응 이후에 상기 기판을 탈이온수로 세척하고 다음에 N2로 건조하였다.
After the formation of the SB-NW, the substrate on which the SB-NW was formed was immersed again in the same solution as the mixed solution to carry out the second reaction. After a second reaction for 5 seconds, the substrate was washed with deionized water and then dried with N 2 .

제조예Manufacturing example 3 3

상기 제조예 1과 동일하게 수행하되, 실리카 브릿지 형성 단계를 동일한 조건 하에 세번 반복 수행하였다.
The procedure of Preparation Example 1 was repeated except that the step of forming a silica bridge was repeated three times under the same conditions.

제조예Manufacturing example 4 4

상기 제조예 1과 동일하게 수행하되, 실리카 브릿지 형성 단계를 동일한 조건 하에 네번 반복 수행하였다.
The procedure of Preparation Example 1 was repeated except that the step of forming the silica bridge was repeated four times under the same conditions.

제조예Manufacturing example 5 5

상기 제조예 1과 동일하게 수행하여 형성된 SB-NW 구조를 희석된 HF 용액(49% HF 및 물이 1:30(v/v)인 혼합용액)에 5초 동안 침지한 후, 기판을 탈이온수로 세척하고 다음에 N2로 건조하였다.
The SB-NW structure formed in the same manner as in Preparation Example 1 was immersed in a diluted HF solution (mixed solution of 49% HF and 1:30 (v / v) water) for 5 seconds, washed, and dried in N 2, and then on to.

비교예Comparative Example 1 One

49% HF 용액을 탈이온수(DI water)로 희석하여, HF 및 탈이온수의 부피비가 1:100(v/v)인 혼합용액을 형성하였다.The 49% HF solution was diluted with DI water to form a mixed solution having a volume ratio of HF and deionized water of 1: 100 (v / v).

상기 제조예 1의 샘플과 동일한 PMMA층에 고정된 HCP 실리카 구형체들을 갖는 샘플들을 상기 혼합용액에 각각 5초, 10초 및 15초 동안 담갔다. 상기 반응 후에, 상기 샘플들을 즉시 탈이온수로 세척한 후에 N2로 건조시켰다.
Samples having HCP silica spheres fixed in the same PMMA layer as the sample of Preparation Example 1 were immersed in the mixed solution for 5 seconds, 10 seconds, and 15 seconds, respectively. After the reaction, the samples were immediately washed with deionized water and then dried with N 2 .

비교예Comparative Example 2 2

상기 제조예 1의 샘플과 같이 PMMA층에 고정된 HCP 실리카 구형체들을 갖는 샘플들을 준비하였다. 그리고 상기 실리카 구형체들의 크기를 CF4를 가지고 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE)에 의해 감소시켰다. 140W에서 90초 동안의 에칭은 구형체의 직경을 약 650nm에서 약 600nm로 감소시켰다.Samples having HCP silica spheres fixed to the PMMA layer as in the sample of Preparation Example 1 were prepared. The sizes of the spherical silica spheres were reduced by reactive ion etching (RIE) with CF 4 . Etching at 140 W for 90 seconds reduced the diameter of the spheroids from about 650 nm to about 600 nm.

한편, 수소헥사플루오르실리케이트(H2SiF6, 35%) 1 리터 및 흄드 실리카(fumed silica, SiO2) 파우더를 혼합하고 400rpm에서 교반하였다. 밤새 교반후, 상기 용액에 용해되지 않은 실리카 물질은 진공 필터 시스템을 이용하여 제거하였다. 그 다음에, 탈이온수(DI water) 2리터를 상기 용액에 첨가하였고, 이는 상기 용액에서 실리식산이 과포화되도록 하였다. 상기 용액을 준비한 후 즉시, 상기 크기가 줄어든 실리카 구형체들을 갖는 샘플들을 상기 용액에 각각 10초, 30분, 1시간, 2시간 및 3시간 동안 침지시켰다.
On the other hand, 1 liter of hydrogen hexafluorosilicate (H 2 SiF 6 , 35%) and fumed silica (SiO 2 ) powder were mixed and stirred at 400 rpm. After stirring overnight, the silica material not dissolved in the solution was removed using a vacuum filter system. Next, 2 liters of DI water was added to the solution, which allowed the silicic acid to be supersaturated in the solution. Immediately after preparing the solution, samples with the reduced size spherical silica particles were immersed in the solution for 10 seconds, 30 minutes, 1 hour, 2 hours, and 3 hours, respectively.

비교예Comparative Example 3 3

침지시간(반응시간) 동안 500rpm으로 혼합용액을 교반한 것을 제외하고 상기 제조예 1과 동일한 조건에서 수행하였다.
The reaction was carried out under the same conditions as in Preparation Example 1 except that the mixed solution was stirred at 500 rpm for the immersion time (reaction time).

실험예Experimental Example 1 One

도 4 및 도 5는 제조예 1 에 따른 실리카 나노 구조체의 이미지들이다.Figs. 4 and 5 are images of the silica nanostructure according to Production Example 1. Fig.

도 4a 및 도 4b는 SB-NW 구조의 상면 및 단면 SEM 이미지이다(scale bars:500nm). 도 4c는 SB-NW 구조의 TEM 이미지이고(scale bars:500nm), 도 4d 및 도 4e는 고배율 TEM 이미지이다(scale bars:200nm). 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 원통형 브릿지들이 실리카 구형체들 사이에서 상기 실리카 구형체간의 거리가 가장 가까운 위치들에서 형성됨을 알 수 있다.4A and 4B are top and cross-sectional SEM images of SB-NW structures (scale bars: 500 nm). 4C is a TEM image (scale bars: 500 nm) of the SB-NW structure, and FIGS. 4D and 4E are high magnification TEM images (scale bars: 200 nm). Referring to FIGS. 4A to 4D, it can be seen that cylindrical bridges are formed at positions nearest the distance between the spherical spherical bodies of silica between the spherical spherical bodies.

도 4f는 실리카 구형체 및 실리카 브릿지에서 측정한 EDS 스펙트라(spectra)이다. 도 4f를 참조하면, 실리카 나노 구형체 및 실리카 브릿지에서 Si 및 O 원소들의 존재를 확인할 수 있다. 나아가, 실리카 브릿지 내의 Si:O의 원자비는 1:1.61로 평가된다. 이는 상기 구형체 내의 Si:O의 원자비(1:1.66)와 꽤 유사하고, SiO2의 화학양론적 조성에 가깝다. 따라서, 상기 실리카 브릿지의 물질이 실리카임을 확인할 수 있다.Figure 4f is the EDS spectra measured on silica spheres and silica bridges. Referring to FIG. 4F, the presence of Si and O elements in the silica nanospheres and silica bridges can be confirmed. Further, the atomic ratio of Si: O in the silica bridge is evaluated as 1: 1.61. This is quite similar to the atomic ratio of Si: O in the spheres (1: 1.66) and is close to the stoichiometric composition of SiO 2 . Therefore, it can be confirmed that the material of the silica bridge is silica.

도 5는 침지 시간에 따라 형성된 실리카 나노 구조체의 이미지들이다. 도 5를 참조하면, 5초, 10초 및 15초 동안 침지한 경우, 초기에 조밀 실리카 구형체들은 등방성으로 에칭되고, 거의 동시에 그 역 반응(실리카 브릿지 형성)이 일어난다. 실리카 성장은 에칭 공정보다 우세하기 때문에, 상기 실리카 브릿지의 직경은 초반 10초 동안은 150 내지 200nm로 증가함을 알 수 있다. 그러나, 시간이 더 경과되면 에칭 반응이 더 우세해지면서, 상기 실리카 브릿지는 중심에서부터 식각되기 시작한다. 이후에, 실리카 브릿지는 15초에 가늘고 길게 되고 더 좁아짐을 알 수 있다.5 is images of the silica nanostructure formed according to immersion time. Referring to FIG. 5, when immersed for 5 seconds, 10 seconds, and 15 seconds, the dense silica spheres are initially etched isotropically, and the reverse reaction (silica bridge formation) occurs almost simultaneously. Since the silica growth is dominant over the etching process, the diameter of the silica bridge increases from 150 to 200 nm for the first 10 seconds. However, as the etching reaction becomes more dominant as time elapses, the silica bridge begins to etch from the center. Thereafter, the silica bridge becomes elongated and narrower in 15 seconds.

도 6은 실리카 나노 구형체 및 실리카 브릿지의 중심들에서 측정된 에너지 분광 분석(energy dispersive X-ray spectrometry, EDS)에 관한 이미지 및 표이다.6 is an image and table of energy dispersive X-ray spectrometry (EDS) measured at the centers of silica nanospheres and silica bridges.

도 6을 참조하면, 실리카 나노 구형체 및 실리카 브릿지에서 Si 및 O 원소들의 존재를 확인할 수 있다. 나아가, 실리카 나노 구형체의 표면 상에 있는 질소와 비교하여 실리카 브릿지 표면 상에 있는 질소의 농도가 더 높음을 알 수 있다. 이는 암모늄 헥사플루오르실리케이트 내의 아민 일부분(amine moieties)이 브릿지 성장에 관여함을 알 수 있다.
Referring to FIG. 6, the presence of Si and O elements in the silica nanospheres and silica bridges can be confirmed. Further, it can be seen that the concentration of nitrogen on the silica bridge surface is higher than that on the surface of the silica nanosphere. It can be seen that amine moieties in ammonium hexafluorosilicate are involved in bridge growth.

실험예Experimental Example 2 2

비교예 1 내지 비교예 3에 의한 제조방법에 의해 침지 시간에 따라 형성된 실리카 구조체들의 이미지들을 분석하였다.The images of the silica structures formed according to the immersion time were analyzed by the manufacturing method according to Comparative Examples 1 to 3.

도 7은 비교예 1에 의한 제조방법에 의해 제조된 실리카 구조체의 이미지들이다. 도 7을 참조하면, 5초, 10초 및 15초 동안 침지한 경우, 실리카 구형체의 식각이 발생됨을 알 수 있다. 다만, 구형체 사이에 브릿지는 형성되지 않음을 알 수 있다. 이는 혼합용액에 NH4F가 포함되지 않아 상분리가 발생되지 않기 때문인 것으로 판단된다.FIG. 7 shows images of the silica structure produced by the manufacturing method according to Comparative Example 1. FIG. Referring to FIG. 7, it can be seen that the silica spheres are etched when they are immersed for 5 seconds, 10 seconds, and 15 seconds. However, it can be seen that no bridge is formed between the spherical bodies. This is because the phase separation is not generated because NH 4 F is not contained in the mixed solution.

도 8은 비교예 2에 의한 제조방법에 의해 제조된 실리카 구조체의 이미지들이다. 도 8을 참조하면, 침지 시간을 늘릴수록 상기 실리카 구형체들의 표면에서 실리카의 균일용액 침전(homogeneous precipitation)에 의해 실리카 구형체의 직경이 증가함을 알 수 있다. 다만, 실리카 구형체 사이에 실리카 브릿지는 형성되지 않음을 알 수 있다. 이는 혼합용액에 NH4F가 포함되지 않아 상분리가 발생되지 않기 때문에 실리카 구형체의 전 표면에서 실리카가 생성된 것으로 판단된다.FIG. 8 shows images of the silica structure produced by the manufacturing method according to Comparative Example 2. FIG. Referring to FIG. 8, it can be seen that as the immersion time is increased, the diameter of the silica spheres increases by homogeneous precipitation of silica on the surface of the spheres of silica. However, it can be seen that no silica bridge is formed between the silica spheres. It is considered that silica is formed on the entire surface of the spherical silica spheres because phase separation is not generated because NH 4 F is not contained in the mixed solution.

도 9는 비교예 3에 의한 제조방법에 의해 제조된 실리카 구조체의 이미지들이다. 도 9를 참조하면, 5초, 10초 및 15초 동안 침지한 경우, 나노 구형체 사이에 브릿지가 형성되지 않음을 알 수 있다. 따라서, 상기 제조예와 비교하면, 교반을 통해 브릿지 형성이 제한됨을 알 수 있다.
FIG. 9 shows images of the silica structure produced by the manufacturing method according to Comparative Example 3. FIG. Referring to FIG. 9, it can be seen that no bridge is formed between nanospheres when immersed for 5 seconds, 10 seconds, and 15 seconds. Therefore, as compared with the above-mentioned production example, it can be seen that the formation of the bridge is restricted by stirring.

실험예Experimental Example 3 3

도 10은 제조예 2 내지 제조예 5에 따른 실리카 나노 구조체의 제조방법에 의해 제조된 실리카 나노 구조체들의 이미지들이다. 도 10을 참조하면, 상기 샘플을 이용하여 실리카 브릿지를 형성하는 단계의 수행 횟수 및 혼합용액의 각 성분의 조절에 따라 변화되는 실리카 나노 구조체들의 형태를 나타냈다.10 are images of the silica nanostructures prepared by the production method of the silica nanostructure according to Production Examples 2 to 5. FIG. Referring to FIG. 10, the number of times of the step of forming the silica bridge using the sample and the shape of the silica nanostructures changed according to the adjustment of each component of the mixed solution were shown.

도 10(a)는 제조예 2에 의한 실리카 나노구조체의 SEM 이미지이다. 도 10(a)를 참조하면, 실리카 브릿지를 형성하는 단계를 2번 수행한 결과, 실리카 구조는 이중층 브릿지를 갖는다.10 (a) is an SEM image of the silica nanostructure according to Production Example 2. FIG. Referring to FIG. 10 (a), the silica structure has double layer bridges as a result of performing the step of forming the silica bridge twice.

도 10(b)는 제조예 3에 의한 실리카 나노구조체의 SEM 이미지이고, 도 10(c)는 제조예 4에 의한 실리카 나노구조체의 SEM 이미지이다. 또한, 도 10(d)는 벌집 구조의 실리카 나노구조체의 개략도이다. 도 10(b) 및 도 10(c)를 참조하면, 실리카 브릿지를 형성하는 단계를 3번 및 4번 수행한 결과, 실리카 나노 브릿지들이 좀 더 넓어지고, 실리카 나노구조체 사이의 홀들이 좀 더 둥글게 됨을 알 수 있다. 나아가, 실리카 브릿지를 형성하는 단계를 반복 수행됨에 따라, 실리카 나노 구형체 및 실리카 브릿지의 상부에서도 식각이 일어나 실리카 나노 구형체가 좀 더 평편(planar)해짐을 알 수 있다. 또한, 도 10(d)를 참조하면, 실리카 브릿지를 형성하는 단계를 복수 회 반복할 경우, 벌집 구조(honeycomb lattice)와 같이 상부 표면이 좀 더 평편해지고, 좀 더 둥근 홀들을 갖는 구조로 점차 변함을 알 수 있다.10 (b) is an SEM image of the silica nanostructure according to Production Example 3, and FIG. 10 (c) is an SEM image of the silica nanostructure according to Production Example 4. FIG. 10 (d) is a schematic view of the silica nanostructure of the honeycomb structure. Referring to FIGS. 10 (b) and 10 (c), as a result of performing the steps 3 and 4 of forming the silica bridge, the silica nano-bridges become wider and the holes between the silica nanostructures become more rounded . Further, as the step of forming the silica bridge is repeated, it can be seen that the silica nanospheres and the silica bridges are etched more and the silica nanospheres become more planar. Referring to FIG. 10 (d), when the step of forming the silica bridge is repeated a plurality of times, the upper surface becomes more flat like a honeycomb lattice, and gradually changes into a structure having more round holes .

도 10(e) 및 도 10(f)는 제조예 5에 의한 실리카 나노구조체의 SEM 이미지이고, 도 10(g)는 이의 개략도이다. 도 10(e) 내지 도 10(g)를 참조하면, 실리카 브릿지를 형성하는 단계를 수행한 후, 추가로 상기 SB-NW 구조를 희석된 HF 용액(49% HF 및 물이 1:30(v/v)인 혼합용액)에 5초 동안 침지한 결과, 육각 접시-형태(hexagonal saucer-shaped)의 실리카 나노구조가 형성됨을 알 수 있다.
10 (e) and 10 (f) are SEM images of the silica nanostructure according to Production Example 5, and FIG. 10 (g) is a schematic view thereof. 10 (e) to 10 (g), after performing the step of forming a silica bridge, the SB-NW structure is further diluted with diluted HF solution (49% HF and water at 1:30 / v) for 5 seconds, a hexagonal saucer-shaped silica nanostructure is formed.

실험예Experimental Example 4 4

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 결정 실리카 나노구조의 광 밴드갭 다이어그램(photonic band diagram)이다.11 is a photonic band diagram of a two-dimensional crystalline silica nanostructure according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 유한차분 시간영역(finite difference time-domain, FDTD) 시뮬레이션 방법을 이용하여 실리카 나노 구조체의 2차원 광 밴드 구조를 계산하였다. 벌집 구조의 결정 격자(650nm의 격자 상수)에서 125nm의 반지름을 갖는 홀들의 2차원 배열을 가진 유전체 슬랩(dielectric slab)으로 단순화하여 계산하였다. 그 결과, 가시광선 영역에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 나노 구조체는 2차원(2-dimensional) 광결정 슬랩(photonic crystal slab)으로 이용될 수 있음을 알 수 있다.
Referring to FIG. 11, a two-dimensional photonic band structure of a silica nanostructure was calculated using a finite difference time-domain (FDTD) simulation method. Was simplified to a dielectric slab with a two-dimensional array of holes with a radius of 125 nm in a crystal lattice of the honeycomb structure (lattice constant of 650 nm). As a result, it can be seen that, in the visible light region, the silica nanostructure according to one embodiment of the present invention can be used as a two-dimensional photonic crystal slab.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.

100: 기판 200: 실리카 나노 구형체
300: 고농도 암모늄 헥사플루오르실리케이트 영역
400: 실리카 브릿지
100: substrate 200: silica nanospheres
300: high concentration ammonium hexafluorosilicate region
400: silica bridge

Claims (14)

실리카 나노 패턴; 및
상기 실리카 나노 패턴 사이에 형성된 적어도 하나의 실리카 브릿지를 포함하는 실리카 나노 구조체.
Silica nanopatterns; And
And at least one silica bridge formed between the silica nanopatterns.
제1항에 있어서,
상기 실리카 나노 패턴은 나노 구형체, 나노 로드, 나노 반구체, 나노 원기둥 또는 나노 다각기둥의 형상을 포함하는 실리카 나노 구조체.
The method of claim 1,
Wherein the silica nanopattern comprises a nanospherical body, a nanorod, a nanoparticle, a nanocrystal, or a nanocrystal.
제1항에 있어서,
상기 실리카 나노 구조체는 벌집 구조인 것을 특징으로 하는 실리카 나노 구조체.
The method of claim 1,
Wherein the silica nanostructure is a honeycomb structure.
기판 상에 실리카 나노 패턴을 고정하는 단계; 및
상기 실리카 나노 패턴이 고정된 기판을 불산(HF) 및 암모늄플로라이드(NH4F)를 포함하는 혼합용액에 침지시켜 식각 및 역 반응에 의해 상기 실리카 나노 패턴 사이에 실리카 브릿지를 형성하는 단계를 포함하는 실리카 나노 구조체 제조방법.
Fixing the silica nanopattern on the substrate; And
Immersing the substrate on which the silica nano pattern is immersed in a mixed solution containing hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F), and forming a silica bridge between the silica nano patterns by etching and reverse reaction Wherein the method comprises the steps of:
제4항에 있어서,
상기 실리카 나노 패턴은 나노 구형체, 나노 로드, 나노 반구체, 나노 원기둥 또는 나노 다각기둥의 형상을 포함하는 실리카 나노 구조체 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the silica nanopattern comprises the shape of a nanospheres, a nanorod, a nanoparticle, a nanoparticle, or a nanopahedral prism.
제4항에 있어서,
상기 기판 상에 실리카 나노 패턴을 고정하는 단계는,
상기 실리카 나노 패턴을 단층의 육각 밀집 구조로 고정하는 것을 특징으로 하는 실리카 나노 구조체 제조방법.
5. The method of claim 4,
The step of fixing the silica nanopattern on the substrate includes:
Wherein the silica nanopattern is fixed in a hexagonal close-packed structure of a single layer.
제4항에 있어서,
상기 기판은 PMMA층을 포함하는 실리카 나노 구조체 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the substrate comprises a PMMA layer.
제7항에 있어서,
기판 상에 실리카 나노 패턴을 고정하는 단계는,
상기 PMMA층 상에 실리카 나노 패턴을 증착하고, 상기 PMMA층을 열처리하여 상기 실리카 나노 패턴을 고정하는 것을 포함하는 실리카 나노 구조체 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The step of fixing the silica nanopattern on the substrate includes:
Depositing a silica nanopattern on the PMMA layer, and heat treating the PMMA layer to fix the silica nanopattern.
제4항에 있어서,
상기 혼합용액의 pH는 6.7 내지 6.8인 실리카 나노 구조체 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the mixed solution has a pH of 6.7 to 6.8.
제4항에 있어서,
상기 혼합용액은 물을 더 포함하는 실리카 나노 구조체 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the mixed solution further comprises water.
제4항에 있어서,
상기 실리카 나노 패턴 사이에 실리카 브릿지를 형성하는 단계는,
상기 실리카 브릿지가 형성된 후 식각되기 전에 반응을 종료하고, 상기 기판을 탈이온수로 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 나노 구조체 제조방법.
5. The method of claim 4,
Forming a silica bridge between the silica nanopatterns,
Further comprising the step of terminating the reaction before the silica bridge is formed and then etching the substrate, and washing the substrate with deionized water.
제11항에 있어서,
상기 실리카 나노 패턴 사이에 실리카 브릿지를 형성하는 단계를 복수회 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조방법.
12. The method of claim 11,
The method of manufacturing a nanostructure, characterized in that to repeat the step of forming a silica bridge between the silica nanopattern a plurality of times.
제4항에 있어서,
상기 실리카 나노 패턴 사이에 실리카 브릿지를 형성하는 단계는 상온에서 수행하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조방법.
5. The method of claim 4,
Forming a silica bridge between the silica nanopattern is nanostructure manufacturing method, characterized in that performed at room temperature.
실리카 나노 패턴 및 상기 실리카 나노 패턴 사이를 연결하는 적어도 하나의 실리카 브릿지로 구성된 실리카 나노 구조체를 포함하는 식각 마스크.An etching mask comprising a silica nanostructure composed of a silica nanopattern and at least one silica bridge connecting the silica nanopattern.
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