KR20140124366A - 그라핀 나노구조의 dna 규정 에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소정의 DNA 형성의 DNA 샘플을 사용하는 그라핀 에칭 방법을 제공한다. DNA 샘플을 바람직하게는 고배향 열분해성 흑연 조각(HOPG)의 반응 영역 상에 배치하고, 그리고나서 DNA 샘플 및 HOPG 모두를 습도 조절 챔버 내에 배치한다. 바람직하게는 HOPG에 습도를 적용하여 DNA 샘플의 표면에 걸쳐 수막을 생성한다. 또한, HOPG에 전압을 가하여 에칭 공정을 위한 전위 에너지를 생성한다. 에칭을 완료한 후, 통상 반응 영역을 탈이온수로 세정한다.
Description
발명자 마이클 제임스 달링에 의한 "그라핀 나노구조의 DNA 규정 에칭 방법"을 명칭으로 하는 미국 정규 특허 출원 연속 번호 13/630,975(2012년 9월 28일 출원)를 우선권으로 주장하며, 이의 내용은 본원에 확실하게 참고 인용된다. 또한, 발명자 마이클 제임스 달링에 의한 "그라핀의 DNA 규정 에칭"을 명칭으로 하는 미국 가 특허 출원 연속 번호 61/588,556(2012년 1월 19일 출원)을 우선권으로 주장하며, 이의 내용 또한 본원에 확실하게 참고 인용된다.
본 발명의 분야
본 발명은 일반적으로 그라핀 에칭 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 DNA 샘플을 사용하여 전압 전위를 인가함으로써 나노규모의 그라핀계 재료를 에칭하는 방법이다.
그라핀은 이의 독특한 전기적, 기계적, 및 물리적 특성으로 인해 2004년 발견 이래로 순식간에 막대한 관심을 받고 있다. 이의 예는 낮은 저항률 및 높은 담체 이동도를 포함한다. 연구원들은, 예를 들면 전자가 그라핀의 낮은 저항률로 인해 규소에서보다 그라핀에서 대략 100배까지 실질적으로 보다 빠르게 이동할 수 있다는 것을 발견하였다. 단일-원자-두께 흑연 시트는, 예를 들면, 실온에서 공지된 종래 가장 낮은 저항률 재료인 구리의 저항률보다 대략 35% 낮은 약 1.0 마이크로오옴/cm의 저항률을 제공한다. 이러한 그라핀의 낮은 저항률은 이에 따라 그라핀계 응용예에 보다 높은 전도율을 제공하며, 이는 신속한 스위칭이 필요한 반도체 응용예에 상당한 이점이 된다.
담체 이동도와 관련하여, 전자의 이동도에 대한 그라핀의 한계는 또한 규소를 능가한다. 그라핀에서 전자 이동도의 한계는 원자의 열진동에 의해 결정되며 이는 실온에서 대략 200,000 cm2/Vs이다. 반면, 규소는 약 1400 cm2/Vs이다. 현재 그라핀 응용예는 단지 10,000 cm2/Vs만을 이용하기 때문에, 200,000 cm2/Vs 한계를 달성하는 그라핀계 응용예를 극대화시키기 위한 잠재성이 존재한다.
이러한 이점에도 불구하고, 그라핀은 통상 나노규모 선폭을 갖는 채널로 구성된다. 따라서, 상기 그라핀계 응용예의 이점을 취하기 위해서, 그라핀 제작은 일반적으로 규소 밴드갭(즉, 대략 1.11 eV)을 갖기 위해 선폭이 대략 1∼2 nm인 나노와이어의 제조를 필요로 한다. 이것은 현재 이용가능한 반도체 가공 기법으로 통상 3 nm 미만의 좁은 나노규모 선폭으로 그라핀을 절단하는 것이 불가능하기 때문에 문제를 유발한다. 추가적으로, 종래 방법은 훨씬 더 느려서, 각 지점이 순차적 방식의 전기화학적 반응으로 에칭되는 것을 필요로 한다. 더하여, 그러한 종래 방법은 통상 패턴의 나노규모 해상도를 방지하는 것으로 공지된 하향식 리소그래피를 사용하여 제작된 마스크를 통한 에칭에 의존하고 있다.
따라서, 나노규모에서 그라핀을 제작하는 신규 방법이 필요한 실정이다. 바람직한 방법은 더욱 신속하고, "상향식" 접근을 이용하며, 에칭에 DNA 샘플을 이용한다.
종래 기술의 한계를 최소화하고, 본 명세서의 판단 및 이해시 자명한 다른 제한들을 최소화하기 위해, 본 발명에는 DNA 샘플을 사용하는 그라핀 에칭 방법이 개시된다.
본 발명의 일 구체예는 그라핀 나노구조의 에칭 방법으로서, 고배향 열분해성 흑연 조각을 제공하는 단계로서, 상기 고배향 열분해성 흑연 조각은 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 갖고, 제1 창 및 제2 창은 전압을 수용하도록 구성된 하나 이상의 전극 접촉부를 포함하고, 제3 창의 일부는 DNA 샘플을 수용하도록 구성된 반응 영역을 포함하는 것인 단계; DNA 샘플을 반응 영역에 침착시키는 단계; 고배향 열분해성 흑연 조각을 습도 조절 챔버에 배치하는 단계; 고배향 열분해성 흑연 조각에 상대 습도를 적용하는 단계; 및 제1 창 및 제2 창에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 방법이다. 바람직하게는, 고배향 열분해성 흑연 조각을 레지스트로 코팅한다. 바람직하게는, 전자빔 리소그래피를 사용하여 주사 전자 현미경으로 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 에칭한다. 제1 창 및 제2 창은 통상 대략 600∼1000 ㎛(마이크로미터 또는 미크론) 간격으로 배치되지만, 대략 800 ㎛ 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 그라핀 나노구조의 에칭 방법은 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 원자력 현미경으로 분석하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그라핀 나노구조의 에칭 방법은 DNA 샘플을 가열 및 용융하는 단계 및 실온으로 DNA 샘플을 냉각하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그라핀 나노구조의 에칭 방법은 DNA 샘플을 버퍼 용액으로 희석하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 통상, 버퍼 용액은 염화칼륨 대략 0.5∼1.5 몰(바람직하게는, 1 몰); 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 히드로클로라이드 대략 8∼12 밀리몰(바람직하게는, 10 밀리몰); 및 에틸렌디아민테트라아세트산 대략 8∼12 밀리몰(바람직하게는, 10 밀리몰)이다(하지만, DNA 샘플의 강력한 음전하 및 이의 pH 농도 고정 능력으로 인해 DNA 샘플을 안정화시키는 이온을 제공하는 데 임의 유형의 버퍼 용액을 사용할 수 있음). 바람직하게는, 전압은 대략 2∼6 V/mm(바람직하게는, 4 V/mm)의 전압 구배이다. DNA 샘플은 바람직하게는 이중 가닥 비메틸화된 2 람다 DNA이다. 그라핀 나노구조의 에칭 방법은 DNA 샘플을 가온된 탈이온수에서 세정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 구체예는 그라핀 나노구조의 에칭 방법으로서, 고배향 열분해성 흑연 조각을 제공하는 단계로서, 상기 고배향 열분해성 흑연 조각은 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 갖고; 제1 창 및 제2 창은 인가된 전압을 수용하도록 구성된 하나 이상의 전극 접촉부를 포함하고, 제3 창의 일부는 DNA 샘플을 수용하도록 구성된 반응 영역을 포함하는 것인 단계; DNA 샘플을 반응 영역에 침착시키는 단계; DNA 샘플을 가열 및 용융하는 단계; DNA 샘플을 실온으로 냉각하는 단계; DNA 샘플을 버퍼 용액으로 희석하는 단계; 버퍼 용액을 반응 영역에 도포하는 단계; 반응 영역을 항온처리하는 단계; 반응 영역을 탈이온수로 세정하여 버퍼 용액 및 과량의 DNA 샘플을 제거하는 단계; 고배향 열분해성 흑연 조각을 습도 조절 챔버에 배치하는 단계; 고배향 열분해성 흑연 조각에 상대 습도를 적용하는 단계; 제1 창 및 제2 창에 대략 1∼2분 동안 전압 구배를 인가하는 단계; 및 고배향 열분해성 흑연 조각을 가온된 탈이온수에서 세정하는 단계를 포함하는 방법이다. 바람직하게는, 전자빔 리소그래피를 사용하여 주사 전자 현미경으로 제1 창; 제2 창; 및 제3 창을 에칭한다. 바람직하게는, 그라핀 나노구조의 에칭 방법은 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 원자력 현미경으로 분석하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제1 창 및 제2 창은 바람직하게는 대략 600∼1000 ㎛ 간격으로 배치된다. 바람직하게는, DNA 샘플은 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA이다. 가열 및 용융 단계는 대략 8∼12분(바람직하게는, 8분) 동안 대략 70∼110℃(바람직하게는, 90℃)에서 수행될 수 있다(하지만, 임의의 시간, 예컨대 1분∼1시간이 사용될 수 있음). 바람직하게는, 버퍼는 대략 0.5∼1.5 몰의 염화칼륨; 대략 8∼12 밀리몰의 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 히드로클로라이드; 및 대략 8∼12 밀리몰의 에틸렌디아민테트라아세트산이다(하지만, DNA 샘플의 강력한 음전하 및 이의 pH 농도 고정 능력으로 인해 DNA 샘플을 안정화시키는 이온을 제공하는 데 임의 유형의 버퍼 용액을 사용할 수 있음). 적용된 상대 습도는 대략 60∼90%이지만, 바람직하게는 75%일 수 있다(하지만, 임의의 양의 상대 습도(예, 0∼100%) 및/또는 온도(예, 0∼200℃)가 사용될 수 있음).
본 발명의 또다른 구체예는 그라핀 나노구조의 에칭 방법으로서, 폴리메틸메타아크릴레이트 레지스트로 코팅된 고배향 열분해성 흑연 조각을 제공하는 단계로서, 상기 고배향 열분해성 흑연 조각은 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 갖고, 제1 창; 제2 창; 및 제3 창은 전자빔 리소그래피를 사용하여 주사 전자 현미경으로 에칭되고; 제1 창 및 제2 창은 전압을 수용하도록 구성된 하나 이상의 전극 접촉부를 포함하고, 제1 창 및 제2 창은 대략 600∼1000 ㎛ 간격으로 배치되는 것인 단계; 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 원자력 현미경으로 분석하는 단계로서, 상기 제1 창 및 제2 창은 전기 접촉부를 만들도록 구성된 하나 이상의 전극을 포함하고, 제3 창의 일부는 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 수용하도록 구성된 반응 영역을 포함하는 것인 단계; 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 반응 영역에 침착시키는 단계; 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 대략 70∼110℃에서 대략 8∼12분 동안 가열 및 용융하는 단계(하지만, 임의의 시간, 예컨대 1분∼1시간이 사용될 수 있음); 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 실온으로 냉각하는 단계; 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 버퍼 용액으로 희석하는 단계로서, 상기 버퍼 용액은 대략 0.5∼1.5 몰의 염화칼륨; 대략 8∼12 밀리몰의 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 히드로클로라이드; 및 대략 8∼12 밀리몰의 에틸렌디아민테트라아세트산인 단계(하지만, DNA 샘플의 강력한 음전하 및 이의 pH 농도 고정 능력으로 인해 DNA 샘플을 안정화시키는 이온을 제공하는 데 임의 유형의 버퍼 용액을 사용할 수 있음); 버퍼 용액을 반응 영역에 도포하는 단계; 반응 영역을 대략 20∼40초(바람직하게는, 30초) 동안 항온처리하는 단계; 반응 영역을 탈이온수로 세정하여 버퍼 용액 및 과량의 DNA를 제거하는 단계; 제3 창을 원자력 현미경으로 분석하는 단계; 고배향 열분해성 흑연 조각을 습도 조절 챔버에 배치하는 단계; 고배향 열분해성 흑연 조각에 대략 60∼90%의 상대 습도를 적용하는 단계(하지만, 임의의 양의 상대 습도(예, 0∼100%) 및/또는 온도(예, 0∼200℃)가 사용될 수 있음); 제1 창 및 제2 창에 대략 1∼2분 동안 대략 2∼6 V/mm의 전압 구배를 인가하는 단계; 및 고배향 열분해성 흑연 조각을 가온된 탈이온수에서 세정하는 단계를 포함하는 방법이다.
본 발명의 목적은 그라핀계 재료의 조절된 에칭 방법을 제공하는 것이다. 방법 또는 공정은 바람직하게는 주위 조건 하에서 수초 내에 나노미터 규모로 작용하지만, 또한 몇분 또는 심지어 한시간 이상이 걸릴 수도 있고, 임의의 온도, 예컨대 0∼200℃가 적용될 수도 있다.
본 발명의 목적은 DNA 샘플로 구성되는 자가 조립된 에칭 마스크를 사용하여 상향식 접근을 이용함으로써 나노규모 그라핀 재료의 조절된 에칭 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 한계를 극복하는 것이다.
이뿐 아니라, 이하, 다른 성분, 단계, 특징, 목적, 이득, 및 장점들도 하기 예시적 구체예의 상세한 설명, 첨부된 도면, 및 청구범위의 검토로 명백해질 것이다.
도면은 예시적 구체예의 것이다. 도면이 모든 구체예를 예시하지는 않는다. 다른 구체예가 추가적으로 또는 대신에 사용될 수 있다. 자명하거나 불필요할 수 있는 상세사항은 공간 절약을 위해 또는 더욱 효율적인 예시를 위해 생략될 수 있다. 일부 구체예는 추가 성분 또는 단계와 함께 및/또는 예시되는 모든 성분 또는 단계 없이 실시될 수 있다. 상이한 도면에서 동일한 숫자가 나올 경우, 이는 동일 또는 유사한 성분 또는 단계를 지칭한다.
도 1은 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 블록 다이어그램이다.
도 2는 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 예시이며 고배향 열분해성 흑연의 제1 창 및 제2 창 위에 배치된 전기 리드(electrical lead)를 나타낸다.
도 3은 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 예시이며 반응 영역에 전압 및 상대 습도를 적용한 후 제3 창의 반응 영역의 상세한 도면을 나타낸다.
도 4는 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 DNA 샘플을 갖는 그라핀 표면의 개략도이며 고배향 열분해성 흑연에 습도를 적용하는 경우 이중층 형성을 나타낸다.
도 5는 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 그래프이며 상대 습도 수준에 대한 수막(water film)의 거리를 나타낸다.
도 6은 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 그래프이며 전압 전위에 대한 수막의 두께를 나타낸다.
도 1은 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 블록 다이어그램이다.
도 2는 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 예시이며 고배향 열분해성 흑연의 제1 창 및 제2 창 위에 배치된 전기 리드(electrical lead)를 나타낸다.
도 3은 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 예시이며 반응 영역에 전압 및 상대 습도를 적용한 후 제3 창의 반응 영역의 상세한 도면을 나타낸다.
도 4는 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 DNA 샘플을 갖는 그라핀 표면의 개략도이며 고배향 열분해성 흑연에 습도를 적용하는 경우 이중층 형성을 나타낸다.
도 5는 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 그래프이며 상대 습도 수준에 대한 수막(water film)의 거리를 나타낸다.
도 6은 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 그래프이며 전압 전위에 대한 수막의 두께를 나타낸다.
본 발명의 다양한 구체예의 하기 상세한 설명에서, 수많은 특정 상세한 설명은 본 발명의 하나 이상의 구체예의 다양한 측면의 철저한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 하지만, 본 발명의 하나 이상의 구체예는 그러한 상세한 설명의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수 있다. 다른 예로서, 잘 공지된 방법, 절차, 및/또는 성분은 본 발명의 구체예의 측면을 불필요하게 모호하게 만들지 않도록 상세하게 기술되지 않았다.
복수의 구체예가 개시되었지만, 본 발명의 다른 구체예는 여전히 본 발명의 예시적 구체예를 제시하고 기술하는 하기 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 실현되는 바와 같이, 본 발명은 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 모든 다양한 명백한 측면에 대해 변형이 가능하다. 따라서, 그래프, 도면, 및 이의 상세한 설명은 사실상 그리고 비제한적으로 예시로서만 간주된다. 또한, 본 발명의 특정 구체예에 대한 참고 또는 비참조는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안된다.
본 발명의 방법은 DNA 샘플을 사용하여 그라핀계 재료를 에칭한다. 구체적으로는, DNA 샘플은 통상 고배향 열분해성 흑연 조각(HOPG)의 반응 영역에 배치되고, 여기서 DNA 샘플 및 HOPG를 습도 조절 챔버에 나중에 배치한다. 일반적으로 HOPG 및 DNA 샘플에 습도를 적용하여 수막을 생성하는데, 이는 통상 DNA의 표면에 걸쳐 형성되지만, HOPG의 표면에는 형성되지 않는다. 그리고나서 바람직하게는 전압을 HOPG에 인가함으로써, 전압을 야기하여 수막에 에칭 공정을 위한 전위 에너지를 제공한다. 일단 에칭이 완료되면, 반응 영역을 탈이온수로 세정할 수 있다.
DNA 샘플과 HOPG에의 습도 적용은 바람직한데 그 이유는 이것이 통상 에칭 공정에 전압 전위를 제공하기 때문이다. 예를 들면, 양이온 및 음이온을 모두 함유하는 수중에 배치된 음으로 하전된 물체는, 전기화학적 용량을 구성하고 통상 제1 층 및 제2 층(즉, 이중층)을 함유하는 스크리닝 층을 획득하는 것이 일반적이다. 고정된 양이온의 제1 층(즉, 내부 헬름홀츠 평면)은 일반적으로 상기 평면에 대해 선형으로 상승하는 전압 전위를 갖는 DNA 샘플의 음으로 하전된 표면 근처에 형성된다. 반면, 음으로 하전된 이온은 상기 평면에 대해 선형으로 하강하는 전압 전위에 의해 제2 층(즉, 외부 헬름홀츠 평면)에서 모이게 된다. 최종 층(즉, 확산층)이 형성되고, 이는 통상 제2 층(즉, 외부 헬름홀츠 평면)을 대량의 물에 연결시킨다. 상기 최종 층은 일반적으로 기하급수적으로 제로가 되는 경향이 있는 전압 전위를 갖는다.
하지만, 본 발명에서, 액체 또는 물에 전체 HOPG를 배치하는 것과 달리, 얇은 수막이 DNA 샘플의 분자 상에 형성되는 것이 통상적이다. 수막은 바람직하게는 DNA 상에 형성되지만, 통상 그라핀 표면 상에는 형성되지 않는다. 이것은 통상적으로 발생하는데 그 이유는 DNA가 친수성인 반면 그라핀 표면은 소수성이기 때문이다. 결과적으로, 본 발명의 수막은 전압 전위로서 에칭 공정에 사용되는 유한 전압을 제공한다. 본 발명에서 습도의 사용은 구체적으로 물을 지칭할 수 있지만, 당업자라면 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 전압 전위를 생성하는 데 임의의 증기 유사 물질(예, 질소 증기 등)을 사용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
하기 설명에서, 특정 용어가 본 발명의 하나 이상의 구체예의 특정한 특징을 기술하는 데 사용된다. 예를 들면, 용어 "흑연" 또는 "고배향 열분해성 흑연"("HOPG")은 서로에 대하여 고도로 정렬 또는 배향되어 있고 잘 정렬된 탄소 층 또는 고도의 바람직한 결정자 배향을 갖는 결정자로 이루어진 흑연 재료를 지칭하고 또한 심지어 비제한적 예로서 열적 열분해성 흑연 및 어닐링된 열분해성 흑연을 비롯한, 그라핀의 임의의 단층 또는 다층을 지칭한다. 용어 "그라핀" 또는 "그라핀 막"은 흑연에서 "분해성" 층 (또는 운모 유사 분해)을 형성하기 위해 적층되는 원자-두께 탄소 시트 또는 층을 나타낸다. 용어 "DNA 샘플"은 비제한적 예로서 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 포함한, 그라핀 에칭 공정에 사용되는 디옥시리보핵산로부터 구성되는 임의의 제작되고/되거나 프로그래밍가능한 형태를 지칭한다.
도 1은 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 블록 다이어그램이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)은 바람직하게는 고배향 열분해성 흑연 조각을 제공하는 단계(103); 고배향 열분해성 흑연 상에 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 생성하는 단계(106); DNA 샘플을 가열 및 용융하는 단계(109); DNA 샘플을 실온으로 냉각하는 단계(112); DNA 샘플을 버퍼 용액으로 희석하는 단계(115); DNA 샘플을 반응 영역에 침착시키는 단계(118); 버퍼 용액을 반응 영역에 도포하는 단계(121); 반응 영역을 항온처리하는 단계(124); 반응 영역을 탈이온수로 세정하는 단계(127); 제3 창을 분석하는 단계(130); 제1 창 및 제2 창에 전압을 인가하는 단계(139) 및 HOPG를 가온된 탈이온수에서 세정하는 단계(142)를 포함한다. 당업자라면 상기 방법(100)은 특정 단계를 생략할 수 있고 마찬가지로 다른 단계를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 1에는 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 제1 단계, 즉 고배향 열분해성 흑연 조각을 제공하는 단계(103)가 도시된다. 고배향 열분해성 흑연(HOPG)(205)(도 2에 도시됨)은 일반적으로 흑연 기판 상에 모델 그라핀 표면이 있는 흑연의 노광된 표면을 지닌 수많은 그라핀 층들로 이루어진 벌크 재료이지만, 또한 그라핀의 단층 또는 다층을 지칭할 수도 있다. 바람직하게는, HOPG(205)를 전자빔 레지스트로 스핀 코팅한다. 레지스트는 통상 회로 패턴을 반도체 기판으로 전사하는 데 사용되는 얇은 층이며, 또한 바람직하게는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)이다. HOPG(205)가 본 발명에 사용되는 주요 재료이지만, 당업자라면 열적 열분해성 흑연 및 어닐링된 열분해성 흑연과 같은 임의 유형의 흑연이 사용될 수 있다는 것을 이해한다.
도 1에는 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 일 구체예의 다음 단계, 즉 고배향 열분해성 흑연 상에 제1 창(220), 제2 창(225), 및 제3 창(230)을 생성하는 단계(106)가 도시된다. 바람직하게는, 제1 창(220), 제2 창(225), 및 제3 창(230)의 생성은 주사 전자 현미경으로 HOPG(205) 상에서 전자빔 리소그래피를 이용함으로써 수행된다. 구체적으로는, HOPG 표면에 걸쳐 패턴화된 방식으로 주사 전자 현미경에서 전자빔을 방출시킴으로써, 바람직하게는 실질적으로 정사각형 또는 직사각형인 3개의 창을 생성하여야 한다. 하지만, 당업자라면 3개의 창이 원형, 삼각형, 팔각형, 및/또는 육각형과 같이 임의의 형상 또는 형태일 수 있음을 이해하여야 한다. 추가적으로, 또한 당업자라면 본 발명이 창을 사용하는 것이 필요하지 않고, 대안적으로는 임의 갯수의 창, 예컨대 4개, 5개, 및 6개의 창이 생성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 바람직하게는, 전자빔 리소그래피는 레지스트의 노광 또는 비노광된 영역을 선택적으로 제거한다. 이것은 통상 나중에 에칭 공정에 의해 기판 재료로 전사될 수 있는 매우 작은 구조를 레지스트 내에 생성하도록 한다. 하지만, 본 발명은 HOPG 상에서 레지스트의 사용이 필요하지 않다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 추가적으로, 제1 창(220)은 통상 제2 창(225)으로부터 대략 600∼1000 ㎛의 간격을 두지만, 바람직하게는 800 ㎛까지 간격을 둔다. 일단 3개의 창이 생성되면, 이소프로필 알콜로 창을 세척하고 블로우 드라이할 수 있다. 원자력 현미경으로 창을 이미지화하여 이의 청결도를 확인하는 것이 바람직하다. 또한, 반응 영역으로 제3 창(230)을 사용하면서 전기 접촉부를 만들도록 제1 창(220) 및 제2 창(225)을 구성하는 것도 바람직하다.
도 1에는 또한 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 일 구체예의 제3 및 제4 단계, 즉 DNA 샘플을 가열 및 용융하는 단계(109) 및 DNA 샘플을 실온으로 냉각하는 단계(112)가 도시된다. 바람직하게는 통상 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA인 DNA 샘플을 가열 및 용융하여 패턴 배열로 패턴화된 DNA를 제조한다. 일반적으로 DNA 샘플을 가열, 용융, 및 냉각하여 DNA 샘플의 이중 가닥을 분리하고 단일 가닥 DNA의 하나 이상의 섹션을 생성한다. 이중 가닥 DNA가 일반적으로 그라핀에 대해 불량한 접착력을 갖지만, 단일 가닥 DNA는 통상 그라핀 표면에 대해 높은 접착력을 갖는다. 추가적으로, 상기 구체예가 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 이용하지만, 다른 유형의 DNA를 사용할 수 있다.
DNA 샘플을 열 조절 챔버에 배치함으로써 가열 및 용융 공정을 통상 수행한다. DNA 샘플을 8∼12분 동안 대략 70∼110℃(바람직하게는, 90℃)에서 가열하는 경우 또한 일반적으로 DNA 샘플이 용융된다. 하지만, 당업자라면 DNA 샘플이 임의의 방법 또는 수단에 의해 용융될 수 있고 임의의 시간 및 온도를 채택할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 용융 단계가 완료된 후, DNA 샘플을 실온으로 통상 냉각한다.
도 1에는 또한 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 일 구체예의 제5 및 제6 단계, 즉 DNA 샘플을 버퍼 용액으로 희석하는 단계(115) 및 DNA 형상을 반응 영역에 침착시키는 단계(118)가 도시된다. 구체적으로는, (DNA 샘플과 함께) HOPG(205)를 실온으로 냉각하는 경우, 통상 DNA 샘플을 버퍼 용액으로 희석한다. 버퍼 용액은 통상 소량의 산 또는 염기의 첨가시 pH 변화를 감소시키는 임의의 수용액이다. 예를 들면, 본 발명의 일 구체예의 버퍼 용액은 통상 대략 0.5∼1.5 몰의 염화칼륨(바람직하게는, 1 몰의 염화칼륨); 대략 8∼12 밀리몰의 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 히드로클로라이드(바람직하게는, 10 밀리몰의 트리스(히드록시메틸)아미노메탄); 및 대략 8∼12 밀리몰의 에틸렌디아민테트라아세트산(바람직하게는, 10 밀리몰의 에틸렌디아민테트라아세트산)으로 이루어진다. 하지만, 당업자라면 임의 유형의 버퍼 용액을 사용할 수 있음을 이해하여야 한다. 일단 DNA 샘플을 버퍼 용액으로 희석하면, DNA 샘플을 HOPG의 반응 영역 내에 침착시키는 것이 바람직하다.
도 1에는 또한 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 일 구체예의 다음 4개의 단계, 즉 버퍼 용액을 반응 영역에 도포하는 단계(121); 반응 영역을 항온처리하는 단계(124); 반응 영역을 탈이온수로 세정하는 단계(127); 및 제3 창을 분석하는 단계(130)가 도시된다. 구체적으로는, 바람직하게는 버퍼 용액을 반응 영역에 도포하고 통상 항온처리하게 된다. 항온처리 시간은 20∼40초(바람직하게는, 30초)일 수 있지만, 임의의 시간, 예컨대 1분 또는 30분이 사용될 수 있다. 항온처리 시간 만료 후, 바람직하게는 반응 영역을 탈이온수로 세정하여 버퍼 용액 및 임의의 과량의 DNA를 제거하도록 돕는다. 바람직하게는, 반응 영역을 이미지화하여 이의 청결도를 확인한다.
그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 제11 및 제12 단계는 고배향 열분해성 흑연을 습도 조절 챔버에 배치하는 단계(133) 및 고배향 열분해성 흑연에 상대 습도를 적용하는 단계(136)이다. 구체적으로는, 임의의 과량의 DNA 및/또는 버퍼 용액에 대해 제3 창을 분석하는 단계(130) 후, 바람직하게는 HOPG(205)를 습도 조절 챔버에 배치한다. 일반적으로 HOPG(205)에 소정의 상대 습도를 적용함으로써, 통상 얇은 수막이 형성된다. 상대 습도는 70%인 것이 바람직하지만, 임의 수준의 상대 습도, 예컨대 0∼100%가 적용될 수 있다. 추가적으로, 특히 임의 유형의 극성 증기가 DNA 샘플/HOPG 상에 형성될 수 있기 때문에, 임의의 온도, 예컨대 0∼200℃가 사용될 수 있다.
도 1에는 또한 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 마지막 2개의 단계, 즉 제1 창 및 제2 창에 전압을 인가하는 단계(139) 및 HOPG를 가온된 탈이온수에서 세정하는 단계(142)가 도시된다. HOPG(205)를 습도 조절 챔버에 배치하는 경우, 2개의 전기 리드(210, 215)(도 2에 도시됨)는 통상 HOPG(205)의 제1 창(220) 및 제2 창(225) 각각에 접촉한다. 바람직하게는, 대략 2∼6 V/mm(바람직하게는, 4 V/mm)의 인가된 전압 구배로 대략 5∼15 V의 전압(바람직하게는, 10 V)을 HOPG(205)에 인가한다. 하지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나는 일 없이 HOPG(205)에 임의의 전압을 인가할 수 있음을 이해하여야 한다. 일단 에칭 기간이 완료되면, HOPG(205)를 가온된 탈이온수에서 세정할 수 있다. 에칭 기간은 바람직하게는 대략 1분 동안 지속되지만 에칭에 임의의 시간이 사용될 수 있다. 추가적으로, 세정 시간은 바람직하게는 대략 20분 동안 지속되지만, 세정에는 임의의 시간이 사용될 수 있다.
도 2는 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 예시이며 고배향 열분해성 흑연의 제1 창 및 제2 창 위에 배치되는 전기 리드가 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 일 구체예는 바람직하게는 고배향 열분해성 흑연(HOPG)(205) 및 전기 리드(210, 215)를 포함한다. 전기 리드(210, 215)는 HOPG(205)에 전압을 제공하는 임의의 전도성 메카니즘이다. 전기 리드(210, 215)는 바람직하게는 HOPG(205)를 습도 조절 챔버에 배치한 후 HOPG(205)와 접촉한다. 하지만, 전기 리드(210, 215)는 또한 HOPG(205)를 습도 조절 챔버에 배치하기 전에 전기 접촉부를 제공할 수 있다. 전기 리드(210, 215)는 통상 대략 10 V의 전력 공급을 제공하지만, 마찬가지로 5∼25 V와 같이 다른 다양한 전압도 공급할 수 있다. 전기 리드(210)는 바람직하게는 제1 창(220)에 대한 그라운드를 제공하는 반면 전기 리드(215)는 양 전압 전하(예, 10 V)를 제2 창(225)에 공급한다. 하지만, 당업자라면 전기 리드(210)가 양 전압 전하를 제공할 수 있는 반면, 전기 리드(215)가 그라운드를 제공할 수 있음을 이해하여야 한다. 추가적으로, 통상 그라운드를 제공하는 전기 리드(210)는 바람직하게는 그라운드와 HOPG 중간에 연결된 레지스터를 포함한다. 10 V 전력 공급용 8.9 ohm 레지스터가 통상 사용되지만, 임의 유형의 레지스터가 그라운에 연결될 수 있다.
게다가, 상기 논의된 바와 같이, HOPG(205)는 바람직하게는 제1 창(220), 제2 창(225), 및 제3 창(230)을 포함한다. 제1 창(220)은 바람직하게는 전도도를 제공하도록 구성된 하나 이상의 전극 접촉부를 포함하고 바람직하게는 전기 리드(210)에 연결된다. 유사하게는, 제2 창(225)은 마찬가지로 바람직하게는 하나 이상의 전극 접촉부를 포함하고 또한 또다른 전기 리드(215)에 연결된다. 본 발명이 전극의 사용을 나열하지만, 전극은 본 발명에 필요하지 않을 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요한데, 그 이유는 임의의 전도성 서브층이 그라핀의 하나 이상의 층들 아래에 배치될 수 있고, 이것이 제조 공정에 바람직한 방법일 수 있기 때문이다.
추가적으로, 도 2가 제1 창(220)과 접촉하는 전기 리드(210) 및 제2 창(225)과 접촉하는 전기 리드(215)를 도시하지만, 당업자라면 전기 리드(215)가 제1 창(220)과 접촉할 수 있고 전기 리드(210)가 제2 창(225)과 접촉할 수 있음을 이해하여야 한다. 추가적으로, 도 2가 제1 창(220)과 제2 창(225) 사이에 있는 제3 창(230)을 도시하지만, 제3 창(230)은 HOPG 상의 어디든지, 예를 들어 제1 창(220) 및/또는 제2 창(225)의 좌측 또는 우측 상에 배치될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 제1 창(220) 및 제2 창(225)은 바람직하게는 대략 600∼1000 ㎛의 간격이 있지만, 임의의 거리를 두고 떨어질 수 있다. 제3 창(230)은 바람직하게는 반응 영역을 포함하고, 바람직하게는 DNA 샘플이 삽입되는 위치이다.
도 3은 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 예시이고 도 3에는 반응 영역에 전압 및 상대 습도를 적용한 후 제3 창의 반응 영역의 상세한 도면이 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 HOPG(205)의 일 구체예는 바람직하게는 제1 창(220), 제2 창(225), 및 제3 창(230)을 포함한다. 제3 창(230)의 반응 영역은 에칭이 일어나는 하나 이상의 영역(305), 및 세척 또는 제거되지 않은 하나 이상의 과량의 DNA 부분(310)을 포함할 수 있다. 도 3의 경우, 에칭이 일어나는 영역(305)은 삼각형 형상으로 나타날 수 있고, 과량의 DNA 부분은 두께가 대략 14 나노미터일 수 있다. 하지만, 본 발명은 원형, 정사각형, 및 직선과 같은 임의의 형상 또는 형태의 에칭을 허용하며, 과량의 DNA 부분은 대략 8∼12 나노미터와 같은 임의의 두께의 것일 수 있다.
도 4는 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 DNA 샘플을 가진 그라핀 표면의 개략도이고 도 4에는 고배향 열분해성 흑연에 습도를 적용할 때의 이중층 형성이 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그라핀 나노구조의 에칭 방법(100)의 일 구체예의 표면은 바람직하게는 그라핀 표면(403); 음으로 하전된 DNA 샘플(405); 및 이중층(408)을 포함한다. 그라핀 표면(403)은 바람직하게는 HOPG의 표면적이지만, 임의의 금속 또는 재료의 표면일 수 있다. 음으로 하전된 DNA 샘플(405)은 바람직하게는 하나 이상의 전기 하전된 원자 또는 원자들 군으로 하전된 DNA 샘플이다. 이중층(408) 또는 전기 이중층은 일반적으로 액체에 배치될 경우 물체의 표면 상에 나타나는 구조이며 통상 하전된 물체 주변에 3개의 유의미한 수막을 지칭한다. 이중층(408)은 바람직하게는 내부 헬름홀츠 평면(410), 외부 헬름홀츠 평면(415), 및 확산 영역(420)을 포함한다. 내부 헬름홀츠 평면(410)은 바람직하게는 내부 층 또는 그라핀 표면(403) 근처에 부분적으로 용해된 이온 층을 함유하는 표면 평면이다. 외부 헬름홀츠 평면(415)은 바람직하게는 내부 층 위에 있는 완전히 용해된 이온의 평면이고 통상 쿨롱 힘을 통해 표면 전하에 결합되는 이온으로 이루어져서, 내부 헬름홀츠 평면(410)을 전기 스크리닝한다. 확산층(420)은 바람직하게는 헬름홀츠 평면(410) 및 외부 헬름홀츠 평면(415)의 외부에 있는 영역이며 일반적으로는 액체의 벌크에 연결된다. 기호 w는 바람직하게는 음으로 하전된 DNA 샘플(405)로부터의 거리를 나타내고 바람직하게는 본원에 나노미터로 표시된다.
일반적으로, 양이온 및 음이온 둘다를 함유하는 수중에 배치되는 음으로 하전된 물체는 전기화학적 용량을 구성하는 스크리닝 층을 획득한다. 이중층(408)의 이러한 전기화학적 용량은 큰 것이 일반적이며, 목적에 효율적으로 (통상 DNA와 유사한 크기를 갖는) 탄소 나노튜브를 이용하 수 있다. 고정된 양이온 층은 내부 헬름홀츠 평면(410) 쪽에 가깝게 형성되며 전압은 일반적으로 도 6에 도시된 바와 같이 상기 평면에 대해 선형으로 상승한다. 반면, 음으로 하전된 이온은 통상 외부 헬름홀츠 평면(415)에서 모이게 되고 전압 전위는 일반적으로 상기 평면에 대해 선형으로 하강한다. 이러한 층에서 음으로 하전된 이온은 또한 바람직하게는 이온 전도도에 기여한다. 외부 헬름홀츠 평면(415)을 물의 벌크에 연결하는 확산층(420)에서, 전압 전위는 기하급수적으로 제로가 되는 경향이 있다. 하지만, 본 발명은 통상 대단히 얇은 수막을 생성하기 때문에, 통상 벌크 한계에 절대로 도달하지 않고, 결과적으로 수막에 걸쳐서 통상 유한한 전압차가 존재하게 된다. 이러한 유한 전압은 바람직하게는 에칭 공정에 에너지를 제공하는 전위이다.
도 5는 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 그래프이며 도 5에는 상대 습도 수준에 대한 수막의 거리가 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 그래프에는 내부 헬름홀츠 평면(430); 외부 헬름홀츠 평면(435); 및 확산 영역(440)에 대한 상대 습도가 예시된다. DNA 샘플과 함께 HOPG(205)를 습도 조절 챔버에 배치하는 경우, 수막은 일반적으로 DNA 샘플 상에 형성되지만, 그라핀 표면 상에는 형성되지 않는 것이 일반적이다. 이것은 통상 DNA 샘플의 표면이 친수성이기 때문에, 즉 물 또는 다른 극성 물질과 상호작용하기 때문에 일어난다. 반면, 그라핀 표면은 일반적으로 소수성, 즉 물과 상호작용하지 않는다. 이의 수막 두께는 일반적으로 BET(Branauer-Emmett-Teller) 모델에 의해 제공된다. 예를 들면, 도 5에 따르면, 본 발명의 구체예에서, 거리(w)가 증가함에 따라, 상대 습도도 마찬가지로 대략 내부 헬름홀츠 평면(430)에서 50%, 외부 헬름홀츠 평면(435)에서 70%, 그리고 확산 영역(440)에서 80%로 상승한다. 거리(w)도 또한 상기 영역에서 각각 대략 0.3 nm, 0.45 nm, 및 0.65 nm로 증가한다.
도 6은 그라핀 나노구조의 에칭 방법의 일 구체예의 그래프이며 도 6에는 전압 전위에 대한 수막의 두께가 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 그래프에는 거리(w)에 대한 전압 전위(ψ)가 도시되며, 이는 내부 헬름홀츠 평면(445); 외부 헬름홀츠 평면(450); 및 확산 영역(455)에 적용된다. 상기 논의된 바와 같이, 거리(w)가 증가함에 따라, 전압 전위(ψ)도 마찬가지로 내부 헬름홀츠 평면(445)에 대해 상승한다. 이는 통상 내부 헬름홀츠 평면(445)의 음으로 하전된 표면에서 고정된 양이온의 형성으로 인한 것이다. 하지만, 전압 전위(ψ)는 외부 헬름홀츠 평면(450)의 외부 및 또한 확산 영역(455)에서 감소된다. 이는 일반적으로 이온 전도도에 기여하는 음으로 하전된 이온이 외부 헬름홀츠 평면(450)에서 모이게 되기 때문에 일어나는 것이 일반적이다.
달리 제시되지 않는 한, 모든 측정, 값, 비율, 위치, 규모, 크기, 장소, 및 하기 청구범위를 비롯한 본 명세서에 제시된 다른 규격은 근사값이며, 정확한 값이 아니다. 이는 관련된 기능과 일치하고 이들과 관련된 업계에서 일반적인 타당한 범위를 갖도록 하고자 하는 의도이다. 추가적으로, 본 출원에서 제시된 값도 또한 결정자와 관련하여 사용되는 그라핀의 퀄리티에 대단히 의존될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예의 전술된 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 복수의 구체예가 개시되지만, 당업자라면 본 발명의 다른 구체예도 여전히 본 발명의 예시적 구체예를 제시하고 기술하는 상기 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다. 실현되는 바와 같이, 본 발명은 다양한 명백한 측면들에서, 모두 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나는 일 없이 변형시킬 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 사실상 그리고 비제한적으로 예시로서만 간주된다. 또한, 명시적으로 제시되지는 않지만, 본 발명의 하나 이상의 구체예는 서로와 조합하여 또는 함께 실시될 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 특정 구체예의 참고 또는 비참조는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 이의 상세한 설명에 의해 제한되지 않지만, 여기에 첨부된 청구범위 및 청구범위의 등가물에 의해서는 제한되는 것으로 간주된다.
상기 직전에 언급된 것을 제외하고, 언급 또는 예시된 모든 것은 청구범위에 제시된 것 여부에 관계없이, 일반인들에게 임의의 성분, 단계, 특징, 목적, 이점, 장점, 또는 등가물의 추정을 유발하는 것으로 간주 또는 해석되지 않는다.
Claims (20)
- 그라핀 나노구조의 에칭 방법으로서,
고배향 열분해성 흑연 조각을 제공하는 단계;
상기 고배향 열분해성 흑연 조각에 DNA 샘플을 침착시키는 단계;
상기 고배향 열분해성 흑연 조각을 습도 조절 챔버에 배치하는 단계;
상기 고배향 열분해성 흑연 조각에 상대 습도를 적용하는 단계; 및
제1 창 및 제2 창에 전압을 인가하는 단계
를 포함하는 그라핀 나노구조의 에칭 방법. - 제1항에 있어서, 상기 고배향 열분해성 흑연 조각은 레지스트로 코팅되는 것인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 고배향 열분해성 흑연 조각은 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 갖고; 상기 제1 창 및 상기 제2 창은 전압을 수용하도록 구성된 하나 이상의 전극 접촉부를 포함하고; 상기 제3 창의 일부는 상기 DNA 샘플을 수용하도록 구성된 반응 영역을 포함하고; 상기 DNA 샘플을 상기 고배향 열분해성 흑연 조각의 상기 반응 영역에 침착시키는 것인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 창 및 상기 제2 창은 대략 600∼1000 ㎛ 간격으로 배치되는 것인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 창, 상기 제2 창, 및 상기 제3 창을 원자력 현미경으로 분석하는 단계를 추가로 포함하는 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 DNA 샘플을 가열 및 용융하는 단계; 및 상기 DNA 샘플을 실온으로 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 DNA 샘플을 버퍼 용액으로 희석하는 단계를 추가로 포함하는 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 버퍼 용액은 대략 0.5∼1.5 몰의 염화칼륨; 대략 8∼12 밀리몰의 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 히드로클로라이드; 및 대략 8∼12 밀리몰의 에틸렌디아민테트라아세트산인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 전압은 대략 2∼6 V/mm의 전압 구배인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 DNA 샘플은 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 DNA 샘플을 가온된 탈이온수에서 세정하는 단계를 추가로 포함하는 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 그라핀 나노구조의 에칭 방법으로서,
고배향 열분해성 흑연 조각을 제공하는 단계로서, 상기 고배향 열분해성 흑연 조각은 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 갖고; 상기 제1 창 및 상기 제2 창은 전압을 수용하도록 구성된 하나 이상의 전극 접촉부를 포함하고; 상기 제3 창의 일부는 DNA 샘플을 수용하도록 구성된 반응 영역을 포함하는 것인 단계;
상기 DNA 샘플을 상기 반응 영역에 침착시키는 단계;
상기 DNA 샘플을 가열 및 용융하는 단계;
상기 DNA 샘플을 실온으로 냉각하는 단계;
상기 DNA 샘플을 버퍼 용액으로 희석하는 단계;
상기 버퍼 용액을 상기 반응 영역에 도포하는 단계;
상기 반응 영역을 항온처리하는 단계;
상기 반응 영역을 탈이온수로 세정하여 상기 버퍼 용액 및 과량의 상기 DNA 샘플을 제거하는 단계;
상기 고배향 열분해성 흑연 조각을 습도 조절 챔버에 배치하는 단계;
상기 고배향 열분해성 흑연 조각에 상대 습도를 적용하는 단계;
상기 제1 창 및 상기 제2 창에 대략 1∼2분 동안 상기 전압을 인가하는 단계; 및
상기 고배향 열분해성 흑연 조각을 가온된 탈이온수에서 세정하는 단계
를 포함하는 그라핀 나노구조의 에칭 방법. - 제12항에 있어서, 상기 제1 창, 상기 제2 창, 및 상기 제3 창은 전자빔 리소그래피를 사용하여 주사 전자 현미경에 의해 에칭되는 것인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 창, 상기 제2 창, 및 상기 제3 창을 원자력 현미경으로 분석하는 단계를 추가로 포함하는 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 창 및 상기 제2 창은 대략 600∼1000 ㎛ 간격으로 배치되는 것인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 DNA 샘플은 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 가열 및 용융 단계는 대략 70∼110℃에서 대략 8∼12분 동안 수행되는 것인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 버퍼 용액은 대략 0.5∼1.5 몰의 염화칼륨; 대략 8∼12 밀리몰의 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 히드로클로라이드; 및 대략 8∼12 밀리몰의 에틸렌디아민테트라아세트산인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 적용된 상대 습도는 대략 60∼90%인 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
- 그라핀 나노구조의 에칭 방법으로서,
고배향 열분해성 흑연 조각을 제공하는 단계로서, 상기 고배향 열분해성 흑연 조각은 폴리메틸메타아크릴레이트 레지스트로 코팅되고, 상기 고배향 열분해성 흑연 조각은 제1 창, 제2 창, 및 제3 창을 갖고, 상기 제1 창, 상기 제2 창, 및 상기 제3 창은 전자빔 리소그래피를 사용하여 주사 전자 현미경에 의해 에칭되고, 상기 제1 창 및 상기 제2 창은 전압을 수용하도록 구성된 하나 이상의 전극 접촉부를 포함하고, 상기 제1 창 및 상기 제2 창은 대략 600∼1000 ㎛ 간격으로 배치되는 것인 단계;
상기 제1 창, 상기 제2 창, 및 상기 제3 창을 원자력 현미경으로 분석하는 단계로서, 상기 제1 창 및 상기 제2 창은 전기 접촉부를 만들도록 구성된 하나 이상의 전극을 포함하고, 상기 제3 창의 일부는 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 수용하도록 구성된 반응 영역을 포함하는 것인 단계;
상기 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 상기 반응 영역에 침착시키는 단계;
상기 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 대략 70∼110℃에서 대략 8∼12분 동안 가열 및 용융하는 단계;
상기 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 실온으로 냉각하는 단계;
상기 이중 가닥 비메틸화된 람다 DNA를 버퍼 용액으로 희석하는 단계로서, 상기 버퍼 용액은 대략 0.5∼1.5 몰의 염화칼륨; 8∼12 밀리몰의 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 히드로클로라이드; 및 대략 8∼12 밀리몰의 에틸렌디아민테트라아세트산인 단계;
상기 버퍼 용액을 상기 반응 영역에 도포하는 단계;
상기 반응 영역을 대략 20∼40초 동안 항온처리하는 단계;
상기 반응 영역을 탈이온수로 세정하여 상기 버퍼 용액 및 과량의 DNA를 제거하는 단계;
상기 제3 창을 상기 원자력 현미경으로 분석하는 단계;
상기 고배향 열분해성 흑연 조각을 습도 조절 챔버에 배치하는 단계;
상기 고배향 열분해성 흑연 조각에 대략 60∼90%의 상대 습도를 적용하는 단계;
상기 제1 창 및 상기 제2 창에 대략 1∼2분 동안 대략 2∼6 V/mm의 전압 구배를 인가하는 단계; 및
상기 고배향 열분해성 흑연 조각을 가온된 탈이온수에서 세정하는 단계
를 포함하는 그라핀 나노구조의 에칭 방법.
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