KR20140026962A - 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

그래핀을 이용한 캔틸레버 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 절연막의 상면에 형성된 제2 전극으로부터 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 길이부와 길이부의 끝단에 형성된 접점부를 포함하는 캔틸레버 구조로 된 캔틸레버 소자의 제조방법에 있어서, 제1 전극이 제1 절연막의 상면 일측에 형성되도록 하는 제1 단계, 제1 전극 및 제1 절연막 위에 순차적으로 제2 절연막 및 제2 전극을 형성하는 제2 단계, 제1 전극의 위에 형성된 제2 절연막 중 접점부에 해당하는 부분과 제1 전극 사이를 에칭하는 제3 단계, 제2 전극의 상면, 길이부의 상면 및 접점부에 그래핀을 도포하는 제4 단계 및 길이부의 하부에 형성된 제2 절연막을 에칭하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법이다. 본 발명의 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자 및 그 제조방법은 MEMS 탐침 역할을 하는 금속 전극을 전기 전도도와 기계적 탄성 특성이 탁월한 그래핀 물질로 대체함으로 인하여 접점 부분의 이격 거리를 줄이고, 해당 이격 거리에 가해지는 동작 전압을 효과적으로 낮출 수 있으며, 단순한 그래핀 물질을 이용하는 탐침 구조에 비해 다양한 형태의 구조 적용 및 형성 공정이 용이하고, 가해진 전압에 대한 민감도 증가 및 FPGA, Gyroscope 등의 다양한 MEMS 소자로의 응용 또한 가능함과 동시에, 일반 금속 대비 얇은 막으로 뛰어난 전기 전도도 및 낮은 Young's Modulus의 특성을 갖는 그래핀을 사용함으로써 전기적 특성의 개선이 가능한 효과를 제공한다.

Description

그래핀을 이용한 캔틸레버 소자 및 그 제조방법{CANTILEVER DEVICE AND METHOD USING GRAPHENE}
본 발명은 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극에 그래핀을 도포하여 MEMS 소자를 제작함으로써, 접점 부분의 이격거리를 줄이고 동작전압을 효과적으로 낮출 수 있어 제품 신뢰도가 개선되고 MEMS, NEMS 소자를 다양한 분야에 활용하기 위한 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
MEMS(Micro Electro Mechanical System), NEMS(Nano Electro Mechanical System) 소자는 다양한 구조로 활용되고, 그 중 하나로 캔틸레버 구조가 이용된다. MEMS, NEMS 캔틸레버의 대표적인 예로, 스위치는 무선 통신 시스템에서 신호의 선별 전송(Signal Routing)이나 임피던스 정합 네트워크(Impedance Matching Networks) 등에 널리 사용되는 응용 소자에 활용된다. 이외에도 MEMS, NEMS 캔틸레버는 센서에 이용되는 프로브로 사용되기도 한다.
캔틸레버 구조를 갖는 MEMS, NEMS 소자는 기판 위에 이격되게 형성된 각 전극들 간의 접촉에 의하여 동작한다. MEMS, NEMS 소자에 형성된 각 전극들이 접촉하기 위하여는 각 전극이 작동할 수 있는 최소의 전압인 동작전압(pull-in voltage)이 가해져야 한다.
종래의 MEMS, NEMS 캔틸레버(Cantilever) 구조에서는 니켈(Nickel) 등의 금속물질을 전극으로 사용하여 왔다. 금속물질을 전극으로 사용할 경우 물질이 가진 기계적 탄성 강도(Young's modulus)로 인해 나노미터 사이즈 크기의 소자에 적용함에 있어 동작 전압이나 기계적 스트레스 측면에서 취약한 단점이 있었다. 또한, 다양한 형상의 캔틸레버 구조를 제작하는데에 복잡한 공정을 거쳐야 하는 한계점이 있었다.
한편, 한국공개특허공보 제10-2009-0088691호는 물결 형상의 단면을 갖는 MEMS 캔틸레버 구조를 개시하고 있다. 하지만, 상기와 같은 구성에 의하더라도 일반적인 금속물질을 전극으로 사용하는 경우 동작 전압이나 기계적 탄성 강도 측면에서 취약한 한계가 있다.
본 발명의 목적은, 금속 전극 위에 그래핀 물질을 형성하고 선택적 에칭 공정을 통해 다양한 MEMS, NEMS 소자를 제작함으로써, MEMS, NEMS 탐침에 그래핀을 다양한 구조로 적용이 가능하고 접점 부분의 이격 거리를 줄이고 동작 전압을 효과적으로 낮출 수 있어 제품 신뢰도가 개선되고, 공정의 단순화로 인하여 다양한 설계가 가능하도록 하기 위한 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자 및 그 제조방법을 제공하고자 함에 있다.
이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법은, 제1 절연막의 상면에 형성된 제2 전극으로부터 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 길이부와 길이부의 끝단에 형성된 접점부를 포함하는 캔틸레버 구조로 된 캔틸레버 소자의 제조방법에 있어서, 제1 전극이 제1 절연막의 상면 일측에 형성되도록 하는 제1 단계, 제1 전극 및 제1 절연막 위에 순차적으로 제2 절연막 및 제2 전극을 형성하는 제2 단계, 제1 전극의 위에 형성된 제2 절연막 중 접점부에 해당하는 부분과 제1 전극 사이를 에칭하는 제3 단계, 제2 전극의 상면, 길이부의 상면 및 접점부에 그래핀을 도포하는 제4 단계 및 길이부의 하부에 형성된 제2 절연막을 에칭하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법은, 길이부 및 접점부에 형성된 제2 전극을 에침함으로써 길이부 및 접점부가 그래핀으로 이루어지도록 하는 제6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법의 제3 단계에 있어서, 제1 전극의 위에 형성된 제2 절연막 중 접점부에 해당하는 부분과 제1 전극 사이를 에칭하는 단계 이전에, 제1 전극 위에 형성된 제2 전극의 끝단을 일부 에칭하여 캔틸레버 길이를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법의 제4 단계에 있어서, 제1 전극의 상면에 그래핀을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법의 제3 단계에 있어서, 접점부는 길이부에 비하여 폭이 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법의 제3 단계에 있어서, 접점부는 길이부의 중단에서 하부 방향으로 돌출되도록 한 개 이상 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법의 제4 단계에 있어서, 길이부의 측면에 그래핀을 더 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법의 제1 단계에 있어서, 제1 전극은 포토리소그래피 공정을 통하여 에칭하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법의 제3 단계에 있어서, 제2 전극은 포토리소그래피 공정을 통하여 에칭하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는, 제1 절연막, 제1 절연막의 상면에 이격 형성된 제1 전극, 제2 전극 및 제2 전극으로부터 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버를 포함하고, 캔틸레버의 외면은 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 캔틸레버는, 제2 전극에서 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 길이부 및 길이부의 끝단에 형성되어 제1 전극의 상부에 이격되게 배치되고 제1 전극 방향으로 하부가 돌출된 접점부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 길이부의 하부를 따라 제2 전극이 연장 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 캔틸레버는, 제2 전극에서 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 길이부 및 길이부의 끝단에 형성되어 제1 전극의 상부에 이격되게 배치되고 제1 전극 방향으로 하부가 돌출되며 길이부에 비하여 폭이 넓은 접점부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 캔틸레버는, 제2 전극에서 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 길이부 및 제1 전극의 상부에 대응되는 길이부에서 제1 전극 방향으로 하부가 돌출되어 제1 전극과 이격 형성된 복수의 접점부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 캔틸레버는, 제2 전극에서 제1 전극의 상부까지 연장 형성되어 하면이 뚫린 막대 형상으로 형성된 길이부 및 길이부의 하면 모서리에 길이부의 길이 방향으로 형성되어 제1 전극의 상부에 이격되게 배치된 접점부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제2 전극은 제1 절연막을 기준으로 제1 전극보다 높게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제2 전극과 제1 절연막 사이에 제2 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제1 절연막 및 제2 절연막은 실리콘 산화막으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, MEMS, NEMS 탐침 역할을 하는 금속 전극을 전기 전도도와 기계적 탄성 특성이 탁월한 그래핀 물질로 대체함으로 인하여 접점 부분의 이격 거리를 줄이고, 해당 이격 거리에 가해지는 동작 전압을 효과적으로 낮출 수 있는 효과가 있다. 또한, 단순한 그래핀 물질을 이용하는 탐침 구조에 비해 다양한 형태의 구조 적용 및 형성 공정이 용이하고, 가해진 전압에 대한 민감도 증가 및 FPGA, Gyroscope 등의 다양한 MEMS, NEMS 소자로의 응용 또한 가능하다. 또한, 일반 금속 대비 얇은 막으로 뛰어난 전기 전도도 및 낮은 Young's Modulus의 특성을 갖는 그래핀을 사용함으로써 전기적 특성의 개선이 가능하다. 또한, 제조 공정은 단순화 되며, 그에 비해 에칭공정 만으로 다양한 형태의 캔틸레버 소자를 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제1 실시예의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제2 실시예의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제3 실시예의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제4 실시예의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제5 실시예의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제6 실시예의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제7 실시예의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제8 실시예의 사시도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제1 실시예의 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는, 평판 형상의 베이스 기판(10) 위에 제1 절연막(20)이 형성된다. 베이스 기판(10)은 실리콘(Si)으로 구성되는 것이 바람직하며, 제1 절연막(20)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 구성되는 것이 바람직하다.
제1 절연막(20) 상부 표면에는 제1 전극(30)이 형성되며, 제1 전극(30)은 에칭 등을 통하여 제1 절연막(20) 상부 표면의 일부에 형성될 수 있다. 제1 전극(30)은 니켈(Nickel) 등의 금속으로 구성되는 것이 바람직하다.
제1 절연막(20) 상부 표면에는 제2 절연막(25)이 형성된다. 제2 절연막(25)은 제1 전극(30)과 나란히 배치되며, 제2 절연막(25)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 구성되는 것이 바람직하다.
제2 절연막(25)의 상면에는 제2 전극(35)이 형성되며, 제2 전극(35)은 제2 절연막(25)에 의해, 제1 전극(30)에 비해 제1 절연막(20)을 기준으로 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하며 니켈(Nickel) 등의 금속으로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제2 전극(35)에서 제1 전극(30)의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버(40a)를 포함한다. 캔틸레버(40a)는 제1 전극(30)과 이격되게 형성되며, 막대 형상의 길이부(41a)와 길이부(41a)의 끝단에 형성된 접점부(42a)로 구성된다.
길이부(41a)는 제2 전극(35)에서 연장 형성되어 제1 전극(30)의 상부까지 납작한 막대형상으로 형성될 수 있다. 길이부(41a) 및 접점부(42a)는 그래핀 만으로 구성된 단일층이거나, 제2 전극(35)과 동일한 물질인 니켈(Nickel) 등의 금속과, 금속의 일부 표면에 그래핀이 도포된 이중층일 수도 있다.
그래핀 만으로 구성된 단일층인 경우에는, 얇은 막의 그래핀의 낮은 Young's Modulus, 뛰어난 전기 전도도 및 기계적 탄성으로 인하여 접점 부분의 이격 거리를 줄이고 해당 이격 거리에 가해지는 동작 전압을 효과적으로 낮출 수 있다.
캔틸레버(40a)의 길이부(41a)의 끝단에는 접점부(42a)가 형성된다. 접점부(42a)는 제1 전극(30)의 상부에 배치되고 제1 전극(30)과 이격되어 형성되어 있다. 또한 MEMS, NEMS 소자의 동작시 접점부(42a) 만이 제1 전극(30)에 접촉할 수 있도록 접점부(42a)는 길이부(41a)의 끝단에서 하방으로 돌출되어 형성된다. 접점부(42a)는 'ㄷ' 자 형상일 수 있고, 일면이 뚫려있는 육면체 형상일 수도 있다.
제1 전극(30)의 상면에는 그래핀 층(45)이 도포되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 그래핀 층은 음영처리 되어 있다. 또한, 제2 전극(35)의 상면 및 측면에도 그래핀 층이 도포되어 있다. 또한 캔틸레버(40a)의 길이부(41a)의 상면 및 접점부(42a)에는 그래핀이 도포되어 있다. 따라서 MEMS, NEMS 소자의 동작시, 접점부(42a)의 하면에 형성된 그래핀 층과 제1 전극(30)의 상면에 도포된 그래핀 층(45)이 접촉된다.
이와 같은 구조를 통하여 접점부(42a)가 일반적인 금속 전극이 아닌 그래핀 층으로 형성되어, 그래핀 층(45)이 형성된 제1 전극(30)과 그래핀으로 형성된 접점부(42a)가 접촉함으로써, 얇은 막의 그래핀의 낮은 Young's Modulus, 뛰어난 전기 전도도 및 기계적 탄성으로 인하여 접점 부분의 이격 거리를 줄이고 해당 이격 거리에 가해지는 동작 전압을 효과적으로 낮출 수 있다. 또한, 캔틸레버 구조에 있어서 일반적인 금속으로 형성된 전극을 사용하는 것이 비하여 더욱 미세한 크기의 MEMS, NEMS 소자의 제작이 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법의 순서도이다.
도 2에 도시된 (a), (b)는 제1 절연막(20)위에 제1 전극(30)을 형성하고 에칭하는 제1 단계, (c)는 제1 전극(30) 위에 제2 전극(35)를 형성하는 제2 단계, (d), (e)는 제2 전극(35) 및 제1 절연막(20)을 에칭하는 단계를 나타낸다. 또한, (f)는 그래핀을 도포하는 제4 단계, (g)는 제2 절연막(25)을 에칭하는 제5 단계를 나타내며, (h)는 제2 전극을 에칭하여 캔틸레버 구조를 형성하는 제6 단계를 나타낸다. 이하, 도 2를 참조하여 각 단계를 구체적으로 나열한다.
먼저, (a), (b)는 제1 절연막(20)위에 제1 전극(30)을 형성하고 에칭하는 제1 단계를 도시한다.
(a) 제1 단계에서는, 평판 형상의 베이스 기판(10) 위에 제1 절연막(20)을 형성하고, 순차적으로 제1 전극(30)을 형성한다.
베이스 기판(10)은 실리콘(Si)으로 구성되는 것이 바람직하고, 제1 절연막(20)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 구성되는 것이 바람직하다. 제1 전극(30)은 니켈(Nickel) 등의 금속층으로 구성되는 것이 바람직하다.
(b) 또한 제1 단계에서는, 제1 절연막(20)의 상면에 형성된 제1 전극(30)의 일부를 에칭한다.
에칭의 일 예로 사진 공정, 즉 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 통하여 에칭할 수 있다. 포토리소그래피(Photolithography) 공정의 구체적인 단계로는, 먼저 제1 전극(30)의 상면에 감광제(Photoresist)를 균일하게 도포한다. 감광제를 도포한 제1 전극(30)의 표면에, 에칭하고자 하는 형상에 맞게 패턴된 포토마스크를 근접시킨 후, 기판의 감광제를 포토마스크를 통하여 자외선(UV)에 노출시켜 현상한다.
또는 Lift-off 공정을 통하여 제1 전극(30)을 형성할 수도 있다. 이와 같은 과정의 경우는, (a)를 생략하고 공정을 수행한다. 구체적으로는, 제1 절연막(20) 상면에 포토레지스트(Photoresist)를 도포하되, 최종적으로 제1 전극(30)이 형성될 형상이 나타나는 구멍을 갖도록 도포한다. 그 위에 제1 전극(30)을 형성하면, 제1 전극(30)의 일부는 포토레지스트 상면에, 제1 전극(30)의 나머지는 제1 절연막(20) 상부에 형성된다. 포토레지스트 상면에 형성된 제1 전극(30)은 포토레지스트와 함께 제거되고 제1 절연막(20) 상면에는 포토레지스트가 도포되지 않은 제1 절연막(20) 상면에 형성된 제1 전극(30)만이 남는다.
이와 같은 포토리소그래피(Photolithography) 공정 또는 Lift-off 공정을 통하여 제1 전극(30)을 에칭하여 제1 절연막(20)의 상면 일측에만 제1 전극(30)이 형성되도록 함으로써, 제1 절연막(20) 상면에 제2 절연막(25) 및 제2 전극(35)이 형성될 공간을 확보할 수 있다.
다음으로, (c)는 제1 전극(30) 위에 제2 전극(35)를 형성하는 제2 단계를 도시한다.
(c) 제2 단계에서는, 제1 전극(30)의 에칭 후, 그 위에 제2 절연막(25)을 형성하고, 제2 절연막(25)의 위에 제2 전극(35)을 형성한다. 즉, 제1 전극(30) 위와, 제1 전극(30)이 형성되지 않은 제1 절연막(20) 위에 모두 제2 절연막(25)을 형성하고, 제2 절연막(25) 위에 제2 전극(35)을 형성한다.
제2 절연막(25)은 생략 가능하나, 제2 절연막(25)은 캔틸레버의 높이를 조절할 수 있도록 하기 위하여 형성되며, 접점부와 제1 전극 간의 이격거리를 정확하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, (d), (e)는 제2 전극(35) 및 제1 절연막(20)을 에칭하는 단계를 도시한다.
(d) 제3 단계에서는, 제2 전극(35)의 형성 후 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 전극(35)의 일부를 에칭한다. 에칭은 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 통하여 에칭 가능하다. 제2 전극(35)의 에칭을 통하여 제1 전극(30)에 접촉되는 캔틸레버의 접점부의 위치를 미세하게 조절할 수 있다.
(e) 또한 제3 단계에서는, 제2 절연막(25)을 에칭한다. 이 때, 에칭이 끝난 제2 전극(35)보다 제2 절연막(25)의 면적이 좁아지도록 에칭한다. 따라서 제2 절연막(25)의 에칭에 따라 제1 전극(30)이 제2 절연막이(25)에 비하여 일부 돌출되어 접점부를 형성한다. 즉, 제2 절연막(25)이 제2 전극(35)보다 더 에칭됨으로써, 제2 전극(35)의 끝단에 제2 절연막(25)에 비하여 조금 돌출된 접점부가 형성된다. 즉, 제1 전극(30)의 위에 형성된 제2 절연막(25) 중 접점부에 해당하는 부분과 제1 전극의 사이를 에칭한다.
따라서, 제2 절연막(25)의 에칭 정도에 따라 그래핀 층이 형성될 접점부의 면적이 조절되고, 이에 따라 전극 간의 접촉 면적을 변화시킬 수 있는 효과가 있다.
다음으로, (f)는 그래핀을 도포하는 제4 단계를 도시한다.
(f) 제4 단계에서는, 제1 전극(30)의 상면, 제2 전극(35)의 상면 및 제2 전극(35)의 접점부(42)의 노출된 부분에 그래핀을 도포한다. 제3 단계에서 제2 절연막(25)을 제2 전극(35)보다 더 많이 에칭하여 제2 전극(35)에 접점부(42)가 형성됨으로써 그래핀은 제2 전극(35)의 하면 전체가 아닌 접점부(42)의 하면에만 도포된다.
다음으로, (g)는 제2 절연막(25)을 에칭하는 제5 단계를 도시한다.
(g) 제5 단계에서는, 제1 전극(30)의 상면에 형성된 제2 절연막(25)을 모두 에칭한다. 이에 따라, 제2 절연막(25)의 에칭 정도에 따라 접점부의 면적을 조절할 수 있고, 이에 따라 전극 간의 접촉 면적을 변화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 제1 전극(30) 옆에 형성되어 있는 제2 절연막(25)도 에칭한다. 이는 제2 절연막(25)과 제1 전극(30)이 제1 절연막(20) 상면에서 이격되어 형성되도록 하기 위함이다. 따라서, 제2 전극(35)의 일부가 제1 전극(30)의 상부에 떠 있는 형상이 된다. 또한, 제1 전극(30)과 제2 절연막(25)이 이격되어 형성된다.
마지막으로, (h)는 제2 전극을 에칭하여 캔틸레버 구조를 형성하는 제6 단계를 도시한다.
(h) 제6 단계에서는 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 전극(35)을 모두 에칭한다. 따라서, 에칭된 제2 전극(35)에 도포되어 있던 그래핀만 남고 제2 전극(35)은 모두 제거되어, 그래핀으로 구성된 캔틸레버(40)가 형성된다.
이와 같이 캔틸레버(40)가 그래핀 만으로 구성된 경우에는, 얇은 막의 그래핀의 낮은 Young's Modulus, 뛰어난 전기 전도도 및 기계적 탄성으로 인하여 접점 부분의 이격 거리를 줄이고 해당 이격 거리에 가해지는 동작 전압을 효과적으로 낮출 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제2 실시예의 사시도이다.
도 3에 나타난 제2 실시예를 참조할 때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는, 평판 형상의 베이스 기판(10) 위에 제1 절연막(20)이 형성된다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제1 전극(30)이 형성되며, 제1 전극(30)은 에칭 등을 통하여 제1 절연막(20) 상부 표면의 일부에 형성될 수 있다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제2 절연막(25)이 형성된다. 제2 절연막(25)은 제1 전극(30)과 나란히 배치된다.
제2 절연막(25)의 상면에는 제2 전극(35)이 형성되며, 제2 전극(35)은 제2 절연막(25)에 의해, 제1 전극(30)에 비해 제1 절연막(20)을 기준으로 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제2 전극(35)에서 제1 전극(30)의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버(40b)를 포함한다. 캔틸레버(40b)는 제1 전극(30)과 이격되게 형성되며, 막대 형상의 길이부(41b)와 길이부(41b)의 끝단에 형성된 접점부(42b)로 구성된다.
길이부(41b)는 제2 전극(35)에서 연장 형성되어 제1 전극(30)의 상부까지 납작한 막대형상으로 형성될 수 있다. 길이부(41b)는 그래핀 만으로 구성된 단일층이거나, 제2 전극(35)과 동일한 물질인 니켈(Nickel) 등의 금속과, 금속의 상면에 그래핀이 도포된 이중층일 수도 있다.
캔틸레버(40b)의 길이부(41b)의 끝단에는 접점부(42b)가 형성된다. 접점부(42b)는 제1 전극(30)의 상부에 배치되고 제1 전극(30)과 이격되어 있다. 또한 MEMS, NEMS 소자의 동작시 접점부(42b) 만이 제1 전극(30)에 접촉할 수 있도록 길이부(41b)보다 제1 전극에 가깝게 형성된다. 즉, 접점부(42b)가 꺾임 구조로 형성되어 접점부(42b)의 하면만이 제1 전극(30)과 접촉할 수 있다. 접점부(42b)는 'ㄷ' 자 형상으로 형성되어 가장 하부에 형성된 면에 제1 전극(30)과 접촉한다.
제1 전극(30)의 상면, 제2 전극(35)의 상면 및 측면에는 그래핀 층이 도포되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 그래핀 층은 음영처리 되어 있다. 또한 캔틸레버(40b)의 길이부(41b)의 상면 및 접점부(42b)에는 그래핀이 도포되어 있다. 따라서 MEMS, NEMS 소자의 동작시, 접점부(42b)의 하면에 형성된 그래핀 층과 제1 전극(30)의 상면에 도포된 그래핀 층(45)이 접촉된다.
상기 검토한 바와 같이 제2 실시예에 의하면, 제1 실시예에 비하여 접점부의 중량을 감소시키면서, 접점부의 표면적을 그대로 유지할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제3 실시예의 사시도이다.
도 4에 나타난 제3 실시예를 참조할 때, 본 발명의 제3 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는, 평판 형상의 베이스 기판(10) 위에 제1 절연막(20)이 형성된다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제1 전극(30)이 형성되며, 제1 전극(30)은 에칭 등을 통하여 제1 절연막(20) 상부 표면의 일부에 형성될 수 있다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제2 절연막(25)이 형성된다. 제2 절연막(25)은 제1 전극(30)과 나란히 배치된다.
제2 절연막(25)의 상면에는 제2 전극(35)이 형성되며, 제2 전극(35)은 제2 절연막(25)에 의해, 제1 전극(30)에 비해 제1 절연막(20)을 기준으로 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제2 전극(35)에서 제1 전극(30)의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버(40c)를 포함한다. 캔틸레버(40c)는 제1 전극(30)과 이격되게 형성되며, 막대 형상의 길이부(41c)와 길이부(41c)의 끝단에 형성된 접점부(42c)로 구성된다.
길이부(41)는 제2 전극(35)에서 연장 형성되어 제1 전극(30)의 상부까지 납작한 막대형상으로 형성될 수 있다. 길이부(41c)는 그래핀 만으로 구성된 단일층이거나, 제2 전극(35)과 동일한 물질인 니켈(Nickel) 등의 금속과, 금속의 상면에 그래핀이 도포된 이중층일 수도 있다.
캔틸레버(40c)의 길이부(41c)의 끝단에는 접점부(42c)가 형성된다. 접점부(42c)는 제1 전극(30)의 상부에 배치되고 제1 전극(30)과 이격되어 있다. 또한 MEMS, NEMS 소자의 동작시 접점부(42c) 만이 제1 전극(30)에 접촉할 수 있도록 길이부(41c)보다 제1 전극에 가깝게 형성된다. 즉, 접점부(42c)가 꺾임 구조로 형성되어 접점부(42c)의 하면만이 제1 전극(30)과 접촉할 수 있다. 접점부(42c)는 'ㄷ' 자 형상으로 형성되어 가장 하부에 형성된 면에 제1 전극(30)과 접촉한다.
접점부(42c)의 폭은 하면이 길이부(41c)의 폭보다 더욱 넓게 형성된다. 접점부(42c)는 길이부(41c)와 수직하고 제1 전극(30)에 평행한 방향으로 연장 형성되어 하면의 표면적이 더욱 넓도록 형성된다.
캔틸레버(40c)의 끝단에 형성된 접점부(42c)는 제2 실시예와 비교할 때, 길이부(41c)에 비하여 접점부(42c)의 폭이 더욱 넓게 형성된다. 이와 같은 구성으로 인하여 제1 전극(30)과 접촉하는 접점부(42c)의 표면적이 넓어져 MEMS, NEMS 소자의 반응이 더욱 향상될 수 있다.
제1 전극(30)의 상면, 제2 전극(35)의 상면 및 측면에는 그래핀 층이 도포되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그래핀 층은 음영처리 되어있다. 또한 캔틸레버(40c)의 길이부(41c)의 상면 및 접점부(42c)에는 그래핀이 도포되어 있다. 따라서 MEMS, NEMS 소자의 동작시, 접점부(42c)의 하면에 형성된 그래핀 층과 제1 전극(30)의 상면에 도포된 그래핀 층(45)이 접촉된다.
상기 검토한 바와 같이 제3 실시예에 의하면, 제1, 제2 실시예에 비하여 접점부의 표면적을 길이부(41c)와 수직방향으로 증가시킬 수 있다.
제3 실시예에 따른 캔틸레버 소자는, 도 2의 (a), (b), (c)단계를 거친 후 (d)단계에서 제2 전극의 끝단을 접점부(42c)와 같이 형성하고, (e), (f), (g), (h)단계를 거쳐 제작할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제4 실시예의 사시도이다.
도 5에 나타난 제4 실시예를 참조할 때, 본 발명의 제4 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는, 평판 형상의 베이스 기판(10) 위에 제1 절연막(20)이 형성된다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제1 전극(30)이 형성되며, 제1 전극(30)은 에칭 등을 통하여 제1 절연막(20) 상부 표면의 일부에 형성될 수 있다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제2 절연막(25)이 형성된다. 제2 절연막(25)은 제1 전극(30)과 나란히 배치된다.
제2 절연막(25)의 상면에는 제2 전극(35)이 형성되며, 제2 전극(35)은 제2 절연막(25)에 의해, 제1 전극(30)에 비해 제1 절연막(20)을 기준으로 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제2 전극(35)에서 제1 전극(30)의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버(40d)를 포함한다. 캔틸레버(40d)는 제1 전극(30)과 이격되게 형성되며, 막대 형상의 길이부(41d)와 길이부(41d)의 중단 및 끝단에 각각 돌출 형성된 접점부(42d)로 구성된다.
길이부(41d)는 제2 전극(35)에서 연장 형성되어 제1 전극(30)의 상부까지 납작한 막대형상으로 형성된다. 길이부(41d)는 그래핀 만으로 구성된 단일층이거나, 제2 전극(35)과 동일한 물질인 니켈(Nickel) 등의 금속과, 금속의 상면에 그래핀이 도포된 이중층일 수도 있다.
캔틸레버(40d)의 길이부(41d)의 중단 및 끝단에는 각각 복수의 접점부(42d)가 형성된다. 접점부(42d)는 제1 전극(30)의 상부에 배치되고 제1 전극(30)과 이격되어 있다. 또한 MEMS, NEMS 소자의 동작시 접점부(42d) 만이 제1 전극(30)에 접촉할 수 있도록 길이부(41d)의 막대 형상보다 제1 전극(30)에 가깝게 형성된다. 즉, 접점부(42d)는 제1 전극(30)과 이격되며, 제1 전극(30) 방향으로 돌출 형성된다. 접점부(42d)는 육면체 형상으로 형성되어 가장 하부에 형성된 면에 제1 전극(30)과 접촉한다.
제1 전극(30)의 상면, 제2 전극(35)의 상면 및 측면에는 그래핀 층이 도포되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 그래핀 층은 음영처리 되어있다. 또한 캔틸레버(40d)의 길이부(41d)의 상면 및 접점부(42d)에는 그래핀이 도포되어 있다. 따라서 MEMS, NEMS 소자의 동작시, 접점부(42d)의 하면에 형성된 그래핀 층과 제1 전극(30)의 상면에 도포된 그래핀 층(45)이 접촉된다.
상기 검토한 바와 같이 제4 실시예에 의하면, 접점부를 2개로 형성하여 접점부의 표면적을 증가시킬 수 있다.
제4 실시예에 따른 캔틸레버 소자의 제조방법은 다음과 같다. 도 2의 (a), (b), (c), (d)단계를 거친 후, (e)단계에 있어서 제2 절연층(25)의 끝단의 에칭시, 제2 절연층(25)의 끝단과 일정 간격 이격된 제2 절연층(25)을 에칭하여 홀(hole)을 형성한다. 따라서 제1 전극(30)의 상부에 배치된 제2 절연층(25)의 두 군데가 이격되어 에칭된다. (e)단계를 거친 후, (f)단계에서 그래핀을 도포한다. (f)단계를 거치면서 제2 절연층(25)의 에칭된 두 부분의 외면에 그래핀층이 형성된다. 이후, (g)단계를 거쳐 제1 전극(30)의 상면에 형성된 제2 절연막(25)을 모두 에칭하고, (h)단계와 같이 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 전극을 모두 에칭한다.
도 6은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제5 실시예의 사시도이다.
도 6에 나타난 제5 실시예를 참조할 때, 본 발명의 제5 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는, 평판 형상의 베이스 기판(10) 위에 제1 절연막(20)이 형성된다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제1 전극(30)이 형성되며, 제1 전극(30)은 에칭 등을 통하여 제1 절연막(20) 상부 표면의 일부에 형성될 수 있다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제2 절연막(25)이 형성된다. 제2 절연막(25)은 제1 전극(30)과 나란히 배치된다.
제2 절연막(25)의 상면에는 제2 전극(35)이 형성되며, 제2 전극(35)은 제2 절연막(25)에 의해, 제1 전극(30)에 비해 제1 절연막(20)을 기준으로 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제2 전극(35)에서 제1 전극(30)의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버(40e)를 포함한다. 캔틸레버(40e)는 제1 전극(30)과 이격되게 형성되며, 직육면체 형상의 길이부(41e)와 길이부(41e)에서 연장 형성되어 제1 전극(30)의 상부에 형성된 접점부(42e)로 구성된다.
길이부(41e)는 제2 전극(35)에서 연장 형성되어 제1 전극(30)의 상부까지 직육면체의 형상이다. 길이부(41e)는 그래핀 만으로 구성된 단일층이거나, 제2 전극(35)과 동일한 물질인 니켈(Nickel) 등의 금속과, 금속의 상면에 그래핀이 도포된 이중층일 수도 있다.
캔틸레버(40e)의 길이부(41e)의 끝단에는 접점부(42e)가 형성된다. 접점부(42e)는 제1 전극(30)의 상부에 배치되고 제1 전극(30)과 이격되어 있다. 접점부(42e)는 육면체 형상으로 형성되어 접점부(42e)의 하면이 제1 전극(30)과 접촉한다.
제1 전극(30)의 상면, 제2 전극(35)의 상면 및 측면에는 그래핀 층이 도포되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 그래핀 층은 음영처리 되어있다. 또한 캔틸레버(40e)의 길이부(41e)의 상면, 측면, 하면 및 접점부(42e)에는 그래핀이 도포되어 있다. 따라서 MEMS, NEMS 소자의 동작시, 접점부(42e)의 하면에 형성된 그래핀 층과 제1 전극(30)의 상면에 도포된 그래핀 층(45)이 접촉된다.
상기 검토한 바와 같이 제5 실시예에 의하면, 길이부를 그대로 연장 형성한 접점부를 형성하여, 접점부의 표면적을 최대로 형성할 수 있다.
제5 실시예에 따른 캔틸레버 소자의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 도 2와 같이 (a), (b), (c), (d)단계를 거친다. 그 후, (e)단계를 생략하여, 제2 절연층을 일부 에칭시키기지 않고 (f)단계와 같이 그래핀을 도포한다. 따라서 제1 전극(30)의 상부에 배치된 접점부(42e)의 전면에 모두 그래핀 층이 형성된다. 이후, (g)단계를 거쳐 제1 전극(30)의 상면에 형성된 제2 절연막(25)을 모두 에칭하고, (h)단계와 같이 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 전극(35)을 모두 에칭한다.
도 7은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제6 실시예의 사시도이다.
도 7에 나타난 제6 실시예를 참조할 때, 본 발명의 제6 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는, 평판 형상의 베이스 기판(10) 위에 제1 절연막(20)이 형성된다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제1 전극(30)이 형성되며, 제1 전극(30)은 에칭 등을 통하여 제1 절연막(20) 상부 표면의 일부에 형성될 수 있다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제2 절연막(25)이 형성된다. 제2 절연막(25)은 제1 전극(30)과 나란히 배치된다.
제2 절연막(25)의 상면에는 제2 전극(35)이 형성되며, 제2 전극(35)은 제2 절연막(25)에 의해, 제1 전극(30)에 비해 제1 절연막(20)을 기준으로 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제2 전극(35)에서 제1 전극(30)의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버(40f)를 포함한다. 캔틸레버(40f)는 제1 전극(30)과 이격되게 형성되며, 내부와 밑면이 뚫려 있는 직육면체 형상으로 형성된 길이부(41f)와 길이부(41f)에서 연장 형성되어 길이부(41f)의 끝단에 형성된 접점부(42f)로 구성된다.
길이부(41f)는 제2 전극(35)에서 연장 형성되고, 그래핀 만으로 구성된 단일층이거나, 제2 전극(35)과 동일한 물질인 니켈(Nickel) 등의 금속과, 금속의 상면에 그래핀이 도포된 이중층일 수도 있다.
캔틸레버(40f)의 길이부(41f)의 끝단에는 접점부(42f)가 형성된다. 접점부(42f)는 제1 전극(30)의 상부에 배치되고 제1 전극(30)과 이격되어 있다. 접점부(42f)는 내부와 밑면이 뚫려있는 직육면체 형상으로 형성되어 가장 하부에 형성된 두 모서리가 제1 전극(30)과 접촉한다.
제1 전극(30)의 상면, 제2 전극(35)의 상면 및 측면에는 그래핀 층이 도포되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 그래핀 층은 음영처리 되어있다. 또한 캔틸레버(40f)의 길이부(41f)의 상면 및 접점부(42f)에는 그래핀이 도포되어 있다. 따라서 MEMS, NEMS 소자의 동작시, 접점부(42f)의 하단 모서리에 형성된 그래핀 층과 제1 전극(30)의 상면에 도포된 그래핀 층(45)이 접촉된다.
상기 검토한 바와 같이 제6 실시예에 의하면, 접점부의 폭을 그대로 유지하면서 접점부가 제1 전극에 접촉하는 면적을 줄일 수 있으며, 에칭을 통한 접점부의 길이를 조절함으로써 접촉면적의 미세한 조절이 가능하다.
제6 실시예에 따른 캔틸레버 소자의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 도 2와 같이 (a), (b), (c), (d)단계를 거친다. 그 후, (e)단계에서 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 절연층(25)을 모두 에칭한다. 그 후, (f)단계와 같이 그래핀을 도포한다. 따라서 제1 전극(30)의 상부에 배치된 접점부(42e)의 전면에 모두 그래핀 층이 형성된다. 이후, (g)단계를 거쳐 제1 전극(30)의 상면에 형성된 제2 절연막(25)을 모두 에칭하고, (h)단계와 같이 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 전극(35)을 모두 에칭한다. 이 때, 접점부(42f) 내부에 빈 공간이 형성되도록 접점부(42f) 내부에 형성된 제2 전극(35)을 모두 에칭한다. 또한, 접점부의 하면에 평행하게 이격 형성된 두 개의 가는 접촉면이 남도록 선택적 에칭을 수행한다.
도 8는 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제7 실시예의 사시도이다.
도 8에 나타난 제7 실시예를 참조할 때, 본 발명의 제7 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는, 평판 형상의 베이스 기판(10) 위에 제1 절연막(20)이 형성된다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제1 전극(30)이 형성되며, 제1 전극(30)은 에칭 등을 통하여 제1 절연막(20) 상부 표면의 일부에 형성될 수 있다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제2 절연막(25)이 형성된다. 제2 절연막(25)은 제1 전극(30)과 나란히 배치된다.
제2 절연막(25)의 상면에는 제2 전극(35)이 형성되며, 제2 전극(35)은 제2 절연막(25)에 의해, 제1 전극(30)에 비해 제1 절연막(20)을 기준으로 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제2 전극(35)에서 제1 전극(30)의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버(40g)를 포함한다. 캔틸레버(40g)는 제1 전극(30)과 이격되게 형성되며, 막대 형상으로 형성된 길이부(41g)와 길이부(41g)의 끝단에 형성된 접점부(42g)로 구성된다.
길이부(41g)는 제2 전극(35)에서 연장 형성되고, 그래핀 만으로 구성된 단일층이거나, 제2 전극(35)과 동일한 물질인 니켈(Nickel) 등의 금속과, 금속의 상면에 그래핀이 도포된 이중층일 수도 있다.
캔틸레버(40g)의 길이부(41g)의 끝단에는 접점부(42g)가 형성된다. 접점부(42g)는 제1 전극(30)의 상부에 배치되고 제1 전극(30)과 이격되어 있다. 또한 MEMS, NEMS 소자의 동작시 접점부(42g) 만이 제1 전극(30)에 접촉할 수 있도록 길이부(41)보다 제1 전극(30)에 가깝게 형성된다. 즉, 접점부(42g)는 제1 전극(30) 방향으로 연장형성되어 길이부(41g)보다 제1 절연층에 가깝도록 형성되고, 내부가 뚫려있는 직육면체 형상으로 형성되어 가장 하부에 형성된 두 모서리가 제1 전극(30)과 접촉한다. 접점부(42g)의 하면은 접점부(42g)의 상면보다 짧게 형성되어, 접점부(42g)의 하면부의 끝단이 일부 뚫려 있는 형상이다.
제1 전극(30)의 상면, 제2 전극(35)의 상면 및 측면에는 그래핀 층이 도포되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 그래핀 층은 음영처리 되어있다. 또한 캔틸레버(40g)의 길이부(41g)의 상면 및 접점부(42g)에는 그래핀이 도포되어 있다. 따라서 MEMS, NEMS 소자의 동작시, 접점부(42g)의 하면에 형성된 그래핀 층과 제1 전극(30)의 상면에 도포된 그래핀 층(45)이 접촉된다.
상기 검토한 바와 같이 제7 실시예에 의하면, 접점부의 하면을 접점부의 상면보다 작은 면적으로 형성함으로써 접점부의 표면적의 조절이 가능하다.
제7 실시예에 따른 캔틸레버 소자의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 도 2와 같이 (a), (b), (c), (d)단계를 거친다. 그 후, (e)단계에서 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 절연층(25)을 모두 에칭한다. 그 후, (f)단계와 같이 그래핀을 도포한다. 따라서 제1 전극(30)의 상부에 배치된 접점부(42e)의 전면에 모두 그래핀 층이 형성된다. 이후, (g)단계를 거쳐 제1 전극(30)의 상면에 형성된 제2 절연막(25)을 모두 에칭하고, (h)단계와 같이 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 전극(35)을 모두 에칭한다. 이 때, 접점부(42f) 내부에 빈 공간이 형성되도록 접점부(42f) 내부에 형성된 제2 전극(35)을 모두 에칭한다. 다만, 접점부(42f)의 하면에 접촉면이 형성되도록 접점부(42f) 내부의 제2 전극(35)만을 선택적 에칭한다.
도 9는 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제8 실시예의 사시도이다.
도 9에 나타난 제8 실시예를 참조할 때, 본 발명의 제8 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는, 평판 형상의 베이스 기판(10) 위에 제1 절연막(20)이 형성된다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제1 전극(30)이 형성되며, 제1 전극(30)은 에칭 등을 통하여 제1 절연막(20) 상부 표면의 일부에 형성될 수 있다. 제1 절연막(20) 상부 표면에는 제2 절연막(25)이 형성된다. 제2 절연막(25)은 제1 전극(30)과 나란히 배치된다.
제2 절연막(25)의 상면에는 제2 전극(35)이 형성되며, 제2 전극(35)은 제2 절연막(25)에 의해, 제1 전극(30)에 비해 제1 절연막(20)을 기준으로 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자는 제2 전극(35)에서 제1 전극(30)의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버(40h)를 포함한다. 캔틸레버(40h)는 제1 전극(30)과 이격되게 형성되며, 밑면이 뚫려 있는 직육면체 형상으로 형성된 길이부(41h)와 길이부(41h)에서 연장 형성되어 길이부(41h)의 끝단에 형성된 접점부(42h)로 구성된다.
길이부(41h)는 제2 전극(35)에서 연장 형성되고, 그래핀 만으로 구성된 단일층이거나, 제2 전극(35)과 동일한 물질인 니켈(Nickel) 등의 금속과, 금속의 상면에 그래핀이 도포된 이중층일 수도 있다.
캔틸레버(40h)의 길이부(41h)의 끝단에는 접점부(42h)가 형성된다. 접점부(42h)는 제1 전극(30)의 상부에 배치되고 제1 전극(30)과 이격되어 있다. 접점부(42h)는 밑면이 뚫려있는 직육면체 형상으로 형성되어 가장 하부에 형성된 두 모서리가 제1 전극(30)과 접촉한다.
제1 전극(30)의 상면, 제2 전극(35)의 상면 및 측면에는 그래핀 층이 도포되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 그래핀 층은 음영처리 되어있다. 또한 캔틸레버(40h)의 길이부(41h)의 상면 및 접점부(42h)에는 그래핀이 도포되어 있다. 따라서 MEMS, NEMS 소자의 동작시, 접점부(42h)의 하단 모서리에 형성된 그래핀 층과 제1 전극(30)의 상면에 도포된 그래핀 층(45)이 접촉된다.
제8 실시예에 따른 캔틸레버 소자의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 도 2와 같이 (a), (b), (c), (d)단계를 거친다. 그 후, (e)단계에서 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 절연층(25)을 모두 에칭한다. 그 후, (f)단계와 같이 그래핀을 도포한다. 따라서 제1 전극(30)의 상부에 배치된 접점부(42e)의 전면에 모두 그래핀 층이 형성된다. 이후, (g)단계를 거쳐 제1 전극(30)의 상면에 형성된 제2 절연막(25)을 모두 에칭하고, (h)단계와 같이 제1 전극(30)의 상부에 대응되는 제2 전극(35)을 모두 에칭한다. 이 때, 접점부(42f) 내부에 빈 공간이 형성되도록 접점부(42f) 내부에 형성된 제2 전극(35)을 모두 에칭한다. 또한, 접점부의 하면에 평행하게 이격 형성된 두 개의 가는 접촉면이 남도록 선택적 에칭을 수행한다.
상기와 같이 본 발명에 따르면, MEMS, NEMS 탐침에 그래핀을 다양한 구조로 적용이 가능하고 접점 부분의 이격 거리를 줄이고 동작 전압을 효과적으로 낮출 수 있어 제품 신뢰도가 개선되고 다양한 설계가 가능하도록 한 효과가 있다.
상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 베이스 기판 20: 제1 절연막
25: 제2 절연막 30: 제1 전극
35: 제2 전극 40, 40a ~ 40h: 캔틸레버
41, 41a ~ 41h: 길이부 42, 42a ~ 42h: 접점부

Claims (18)

  1. 제1 절연막의 상면에 형성된 제2 전극으로부터 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 길이부와 길이부의 끝단에 형성된 접점부를 포함하는 캔틸레버 구조로 된 캔틸레버 소자의 제조방법에 있어서,
    상기 제1 전극이 상기 제1 절연막의 상면 일측에 형성되도록 하는 제1 단계;
    상기 제1 전극 및 상기 제1 절연막 위에 순차적으로 제2 절연막 및 상기 제2 전극을 형성하는 제2 단계;
    상기 제1 전극의 위에 형성된 상기 제2 절연막 중 상기 접점부에 해당하는 부분과 상기 제1 전극 사이를 에칭하는 제3 단계;
    상기 제2 전극의 상면, 상기 길이부의 상면 및 상기 접점부에 그래핀을 도포하는 제4 단계; 및
    상기 길이부의 하부에 형성된 제2 절연막을 에칭하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 길이부 및 상기 접점부에 형성된 제2 전극을 에침함으로써 상기 길이부 및 상기 접점부가 그래핀으로 이루어지도록 하는 제6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 단계에 있어서,
    상기 제1 전극의 위에 형성된 상기 제2 절연막 중 상기 접점부에 해당하는 부분과 상기 제1 전극 사이를 에칭하는 단계 이전에,
    상기 제1 전극 위에 형성된 상기 제2 전극의 끝단을 일부 에칭하여 캔틸레버 길이를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4 단계에 있어서,
    상기 제1 전극의 상면에 그래핀을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 단계에 있어서,
    상기 접점부는 상기 길이부에 비하여 폭이 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 단계에 있어서,
    상기 접점부는 상기 길이부의 중단에서 하부 방향으로 돌출되도록 한 개 이상 더 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4 단계에 있어서,
    상기 길이부의 측면에 그래핀을 더 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 단계에 있어서, 상기 제1 전극은 포토리소그래피 공정을 통하여 에칭하여 형성하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 단계에 있어서, 상기 제2 전극은 포토리소그래피 공정을 통하여 에칭하여 형성하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자의 제조방법.
  10. 제1 절연막;
    상기 제1 절연막의 상면에 이격 형성된 제1 전극, 제2 전극; 및
    상기 제2 전극으로부터 상기 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 캔틸레버;
    를 포함하고,
    상기 캔틸레버의 외면은 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    상기 제2 전극에서 상기 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 길이부; 및
    상기 길이부의 끝단에 형성되어 상기 제1 전극의 상부에 이격되게 배치되고 상기 제1 전극 방향으로 하부가 돌출된 접점부를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 길이부의 하부를 따라 상기 제2 전극이 연장 형성된 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    상기 제2 전극에서 상기 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 길이부; 및
    상기 길이부의 끝단에 형성되어 상기 제1 전극의 상부에 이격되게 배치되고 상기 제1 전극 방향으로 하부가 돌출되며 상기 길이부에 비하여 폭이 넓은 접점부를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    상기 제2 전극에서 상기 제1 전극의 상부까지 연장 형성된 길이부; 및
    상기 제1 전극의 상부에 대응되는 상기 길이부에서 상기 제1 전극 방향으로 하부가 돌출되어 상기 제1 전극과 이격 형성된 복수의 접점부를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    상기 제2 전극에서 상기 제1 전극의 상부까지 연장 형성되어 하면이 뚫린 막대 형상으로 형성된 길이부; 및
    상기 길이부의 하면 모서리에 상기 길이부의 길이 방향으로 형성되어 상기 제1 전극의 상부에 이격되게 배치된 접점부로 구성되는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 절연막을 기준으로 상기 제1 전극보다 높게 형성된 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 전극과 상기 제1 절연막 사이에 제2 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 절연막 및 상기 제2 절연막은 실리콘 산화막으로 구성된 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 캔틸레버 소자.
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