KR20160012727A - 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

3차원 플라즈모닉 나노 구조체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판; 상기 기판상에 형성된 나노 와이어; 및 상기 나노 와이어 표면에 결합한 복수의 금속 나노 입자;를 포함하고, 상기 나노 와이어는 120㎚ 내지 180㎚의 직경 및 400㎚ 내지 600㎚의 높이를 갖는 징크 옥사이드 나노 와이어 또는 80㎚ 내지 120nm의 직경 및 130㎚ 내지 1,000nm의 높이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어를 포함하는 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

3차원 플라즈모닉 나노 구조체 및 그 제조방법{3 DIMENSIONAL PLASMONIC NANO STRUCTURE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 3차원의 대면적 구조를 용이하게 제조할 수 있고, 기능성을 갖는 세라믹 소재를 이용하여 표면 특성을 대폭 변화시키고, 플라즈모닉 특성을 극대화시킨, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
플라즈모닉(Plasnmonic) 효과는 외부의 빛에 의해 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 현상으로 금속에서 나타나는 광-전자 효과이다. 이러한 효과는 특정 파장의 입사광에서 대부분의 광 에너지가 자유전자로 전이되는 공명 현상에 의한 것이다.
플라즈모닉 구조체는 플라즈모닉 공명 주파수를 조절하기 위하여 금이나 은과 같은 금속 입자의 크기 및 배열을 변경할 수 있다. 이때, 박막 혹은 입자의 크기를 수십 나노미터 수준으로 매우 작게 유지하며, 입자간 거리 또한 수십 나노미터 수준을 유지하는 것이 플라즈모닉 공명 주파수를 조절하는데 중요한 요인으로 작용한다.
이에 따라, 금속 나노 입자의 크기를 조절하고 입자간 거리를 일정하게 유지시키기 위해 다양한 연구들이 진행되어 왔고, 나노패터닝, 나노리소그래피법 등이 주로 사용되고 있다. 하지만, 나노패터닝, 나노리소그래피법은 일반적으로 고가의 장비를 사용하여 제조과정이 매우 복잡하며, 이로부터 제조된 플라즈모닉 구조체에서 발생하는 플라즈모닉 효과가 국부적이고, 구조체의 크기가 제한적이다.
또한, 플라즈모닉 효과에 의한 증폭된 전자기파는 플라즈모닉 입자에 매우 가까운 곳에만 영향을 주기 때문에, 플라즈모닉 입자를 2차원 평면에 위치시키면 멀리 떨어진 곳에 위치한 플라즈모닉 입자간에는 아무런 증폭효과가 나타나지 않는다.
이에, 간단한 방법으로 제조할 수 있으면서, 플라즈모닉 효과를 극대화할 수 있는 3차원 플라즈모닉 구조체의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 3차원의 대면적 구조를 용이하게 제조할 수 있고, 기능성을 갖는 세라믹 소재를 이용하여 표면 특성을 대폭 변화시키고, 플라즈모닉 특성을 극대화시킨, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 3차원의 대면적 구조를 용이하게 제조할 수 있고, 기능성을 갖는 세라믹 소재를 이용하여 표면 특성을 대폭 변화시키고, 플라즈모닉 특성을 극대화시킨, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체가 제공된다.
본 명세서에서는 또한, 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 제조방법이 제공된다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 및 그 제조방법 에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판; 상기 기판상에 형성된 나노 와이어; 및 상기 나노 와이어 표면에 결합한 복수의 금속 나노 입자;를 포함하고, 상기 나노 와이어는 120㎚ 내지 180㎚의 직경 및 400㎚ 내지 600㎚의 높이를 갖는 징크 옥사이드 나노 와이어 또는 80㎚ 내지 120㎚의 직경 및 130㎚ 내지 1,000㎚의 높이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어를 포함하는 3차원 플라즈모닉 나노 구조체가 제공될 수 있다.
본 발명자들은 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판; 상기 기판상에 형성된 나노 와이어; 및 상기 나노 와이어 표면에 결합한 복수의 금속 나노 입자;를 포함하고, 상기 나노 와이어는 120㎚ 내지 180㎚의 직경 및 400㎚ 내지 600㎚의 높이를 갖는 징크 옥사이드 나노 와이어 또는 80㎚ 내지 120㎚의 직경 및 130㎚ 내지 1,000㎚의 높이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어를 포함하는 3차원 플라즈모닉 나노 구조체를 이용하면, 플라즈모닉 입자를 3차원 공간에 위치시켜 플라즈모닉 효과에 의한 증폭된 전자기파의 적용이 용이하고, 표면이 나노 크기의 3차원 입체 구조를 가짐에 따라 기능성을 가질 수 있으면서, 대면적으로 제조 가능하며, 표면 특성 및 플라즈모닉 특성을 크게 변화시킬 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
구체적으로, 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체는 상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 포함하는 기판을 포함할 수 있다. 상기 질화갈륨(GaN, gallium nitride)은 갈륨과 암모니아를 약 1,100℃에서 반응시켜 얻어지는 무색 결정이다. 또한, 상기 실리콘 산화물은 산화물인 규소로서 모래, 암석, 광물 등의 형태로 존재하며 이들은 지각의 1/3 정도를 구성하고 있어 지구상에서 매우 풍부하게 존재하고 있으며, 반도체산업에 매우 안정적으로 공급될 수 있는 재료일 뿐 아니라 독성이 전혀 없어 환경적으로 매우 우수한 재료이다.
상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 포함하는 기판은 통상적으로 사용되는 기판상에 상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 증착하는 방법으로 제조될 수 있으며, 상기 증착의 방법으로는 통상적으로 사용되는 물리적·화학적 증착 방법이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기 화학 기상 증착법을 이용하여 알루미늄 기판 위에 상기 질화 갈륨을 증착시키는 방법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 실리콘(Si)웨이퍼 상에 상기 실리콘 산화물을 증착하는 방법 등을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 기판은 질화갈륨을 포함한 2㎛ 내지 5㎛ 두께의 기판 또는 실리콘 산화물을 포함한 80㎚ 내지 150㎚ 두께의 기판을 포함할 수 있다. 상기 질화갈륨을 포함한 기판의 두께가 2㎛ 미만으로 매우 얇거나, 5㎛ 초과로 지나치게 두꺼울 경우, 또는 상기 실리콘 산화물을 포함한 기판의 두께가 80㎚ 미만으로 매우 얇거나, 150㎚ 초과로 지나치게 두꺼울 경우에는, 상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 포함한 기판으로부터 나노 와이어가 성장하는 속도에 영향을 미칠 수 있어, 최종적으로 성장된 나노 와이어의 직경 및 높이가 목표한 특정 수치범위를 만족하지 못하게 될 수 있다.
상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 포함하는 기판의 표면에는 두께가 0.1㎚ 내지 50㎚, 또는 1㎚ 내지 7㎚인 금속 박막을 더 포함할 수 있다. 상기 기판의 표면에 상기 금속 박막을 포함함에 따라, 상기 금속 박막은 상기 기판에서 상기 나노 와이어가 형성되는 반응의 촉매로써 작용하여 상기 나노 와이어의 형성을 촉진할 수 있다. 상기 금속 박막은 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 루테늄 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
상기 금속 박막은 식각과정을 거쳐 단구형태의 입자로 상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 포함하는 기판의 표면에 존재할 수 있다. 또한, 상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 포함하는 기판상에 나노 와이어가 성장함에 따라, 상기 촉매 금속 입자는 상기 나노 와이어의 끝으로 이동할 수 있고, 기판의 표면에 남아있을 수도 있다.
상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 포함하는 기판의 표면에 상기 금속 박막을 결합하는 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 스퍼터링(sputtering), 열 또는 전자빔 증발법(thermal or e-beam evaporation), 펄스 레이저 증착법(pulse laser deposition), 분자 빔 증착법(Molecular beam epitaxy) 또는 화학증착법(CVD) 등을 사용할 수 있다.
한편, 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체는 상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 포함하는 기판상에 형성된 나노 와이어를 포함할 수 있다. 상기 나노 와이어는 단면의 지름이 직경이 수십 나노 혹은 수백 나노 (1나노는 10억분의 1미터) 정도의 극미세선을 의미한다. 상기 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판상에 상기 나노 와이어가 형성됨에 따라, 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체는 기능성을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 나노 와이어는 120㎚ 내지 180㎚의 직경 및 400㎚ 내지 600㎚의 높이를 갖는 징크 옥사이드 나노 와이어 또는 80㎚ 내지 120nm의 직경 및 130㎚ 내지 1,000nm의 높이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어를 포함할 수 있다. 상기 나노 와이어의 직경 또는 높이를 변화함에 따라, 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 플라즈모닉 공명 주파수를 조절하여, 플라즈모닉 광증폭 현상을 제어할 수 있다.
이에 따라, 상기 나노 와이어의 높이가 상술한 범위를 벗어나 지나치게 낮아지거나 높아지면, 상기 탄소나노튜브 와이어에 금속 입자를 증착시켰을 때 발생하는 플라즈모닉 효과가 감소할 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어의 직경 또는 높이를 변화함에 따라, 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 구조 변화로 인해 접촉면적을 조절하여, 표면 특성을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소나노튜브 와이어의 높이가 130㎚ 미만으로 낮아지게 되면, 접촉면적이 지나치게 감소하여, 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 표면특성의 변화율이 크게 나타나기 어려울 수 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브 와이어의 높이가 1,000㎚ 를 초과하면, 와이어 구조의 크기가 지나치게 커져 기능성이 감소할 수 있고, 반응시간 및 반응물 사용량에 있어 공정의 효율성이 감소할 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어와 상기 기판이 이루는 각도는 0°초과 90°이하, 또는 45°내지 90°일 수 있다. 상기 나노 와이어와 상기 기판이 이루는 각도는, 상기 나노 와이어와 상기 기판이 만나고 있는 접점을 포함하도록 상기 나노 와이어와 상기 기판의 표면상에 직선을 그었을 때, 상기 두 직선이 이루는 각도 중 더 작은 값을 의미할 수 있다. 상기 두 직선이 이루는 각도가 90°로 같은 경우에는, 상기 나노 와이어와 상기 기판이 이루는 각도는 90°이고, 상기 기판상에 상기 나노 와이어가 수직으로 형성된 것을 의미할 수 있다.
상기 나노 와이어를 제조하는 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 금속, 금속 산화물, 탄소 나노 튜브 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 증착시키는 방법을 사용할 수 있다. 상기 증착시키는 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 습식법, 화학기상 증착법, 진공증착법, 플라즈마 화학기상 증착법, 열 화학기상 증착법 등을 사용할 수 있다.
한편, 상기 플라즈모닉 나노 구조체는 상기 나노 와이어 표면에 결합한 복수의 금속 나노 입자를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 플라즈모닉 나노구조체는 금이나 은과 같은 금속입자의 크기 및 배열을 변경함으로써, 플라즈모닉 공진 주파수를 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 나노 입자의 직경은 5 ㎚ 내지 100 ㎚, 또는 10 ㎚ 내지 100 ㎚, 또는 5 ㎚ 내지 30 ㎚일 수 있다. 상기 금속 나노 입자는 그 크기가 균일하여 매우 좁은 입자 크기 분포도를 가질 뿐만 아니라 높은 순도를 가져, 나노 입자로서 갖는 적절한 물성을 확보할 수 있다.
상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 알루미늄, 루세늄 등과 같이 자유전자가 많은 금속의 나노 입자를 포함할 수 있다.
상기 나노 와이어 표면에 상기 금속 나노 입자를 결합하는 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 스퍼터링(sputtering), 열 또는 전자빔 증발법(thermal or e-beam evaporation), 펄스 레이저 증착법(pulse laser deposition), 분자 빔 증착법(Molecular beam epitaxy), 진공 열 증착법 또는 화학증착법(CVD) 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어 표면에 결합한 복수의 금속 나노 입자의 두께는 5 ㎚ 내지 100 ㎚, 또는 10 ㎚ 내지 60 ㎚일 수 있다. 상기 나노 와이어 표면에는 복수의 금속 나노 입자가 결합하여 일정한 두께를 나타낼 수 있고, 이에 따라 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 표면 특성이 변화할 수 있다. 또한, 상기 나노 와이어 표면에 결합한 복수의 금속 나노 입자의 두께가 상술한 범위를 벗어나 지나치게 낮아지거나 높아지면, 상기 탄소나노튜브 와이어에 금속 입자를 증착시켰을 때 발생하는 플라즈모닉 효과가 감소할 수 있다.
상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 광흡수 파장은 200 ㎚ 내지 600 ㎚, 또는 200 ㎚ 내지 450 ㎚, 또는 500 ㎚ 내지 600 ㎚일 수 있다. 상기 광흡수는 물체에 입사한 빛이 물체 내부를 통과하는 동안에 흡수에 의해서 빛 에너지가 변하게 되는 것을 의미하며, 상술한 바와 같이, 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체는 외부의 광에너지를 흡수하여 자유전자의 진동에너지로 전이되는 공명현상을 통해 광흡수가 진행될 수 있다.
보다 구체적으로, 예를 들어, 질화갈륨을 포함한 2㎛ 내지 5㎛의 기판, 상기 기판 상에 형성된 120㎚ 내지 180㎚의 직경 및 400㎚ 내지 600㎚의 높이를 갖는 징크 옥사이드 나노 와이어 및 상기 나노 와이어 표면에 결합한 10 ㎚ 내지 100 ㎚의 직경을 갖는 금속 입자;를 포함하는 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 경우, 광흡수 파장이 500 ㎚ 내지 600 ㎚에서 나타날 수 있다. 또한, 실리콘 산화물을 포함한 80㎚ 내지 150㎚의 기판, 상기 기판 상에 형성된 80㎚ 내지 120nm의 직경 및 130㎚ 내지 1,000nm의 높이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어 및 상기 나노 와이어 표면에 결합한 5 ㎚ 내지 30 ㎚의 직경을 갖는 금속 입자;를 포함하는 3차원 플라즈모닉 나노 구조체는 광흡수 파장이 200 ㎚ 내지 450 ㎚일 수 있다.
한편, 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 접촉각이 70° 내지 130°, 또는 75° 내지 125°일 수 있다. 상기 접촉각은 액체가 고체표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때 유체와 고체가 이루는 각을 의미하며, 상술한 바와 같이, 상기 접촉각이 90°이하이면 액체가 그 표면 위에 퍼져 그 표면을 그 액체로 젖게 만드는 친수성과 우수한 습윤성(wettability)을 나타내고, 상기 접촉각이 90°이상이면 구상의 액체 방울이 그 고체 표면을 적시지 않고 구상을 계속 유지하는 소수성을 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함한 80㎚ 내지 150㎚의 기판, 상기 기판 상에 형성된 80㎚ 내지 120nm의 직경 및 130㎚ 내지 1,000nm의 높이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어 및 상기 나노 와이어 표면에 결합한 5 ㎚ 내지 30 ㎚의 직경을 갖는 금속 입자;를 포함하는 3차원 플라즈모닉 나노 구조체는 75° 내지 125°의 접촉각을 가질 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어 표면에 복수의 금속 나노 입자가 결합하기 전후 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 접촉각 변화율은 25% 내지 1,500%, 또는 27% 내지 1,480%일 수 있다. 상기 나노 와이어 표면에 복수의 금속 나노 입자가 결합하기 전후 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 접촉각 변화율은 하기 수학식 1을 통해 구할 수 있다.
[수학식 1]
접촉각 변화율(%) =(금속나노입자 증착 후 접촉각 ­ 초기 접촉각)/ 초기 접촉각 X 100
상기 수학식 1에서 초기 접촉각은 상기 금속나노입자를 증착하기 전 상기 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 접촉각을 의미하며, 금속나노입자 증착 후 접촉각은 상기 금속나노입자를 증착한 후 상기 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 접촉각을 의미한다.
상기 나노 와이어 표면에 복수의 금속 나노 입자가 결합하기 전후 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 접촉각 변화율이 지나치게 작으면, 상기 복수의 금속 나노 입자 결합에 따른 상기 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 표면 특성을 충분히 조절하지 못할 수 있다.
상술한 일 구현예의 3차원 플라즈모닉 나노 구조체는 대면적으로 플라즈모닉 광증폭현상이 요구되는 태양전지, 컬러필터, 바이오센서, 발광소자, 2차전지 등의 광소자로 사용될 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판 상에 나노 와이어를 형성하는 단계; 및 상기 나노 와이어의 표면에 복수의 금속 나노 입자를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 나노 와이어는 120㎚ 내지 180㎚의 직경 및 400㎚ 내지 600㎚의 높이를 갖는 징크 옥사이드 나노 와이어 또는 80㎚ 내지 120nm의 직경 및 130㎚ 내지 1,000nm의 높이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어를 포함하는 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 포함하는 기판은 통상적으로 사용되는 기판상에 상기 질화갈륨 또는 실리콘 산화물을 증착하는 방법으로 제조될 수 있으며, 상기 증착의 방법으로는 통상적으로 사용되는 물리적·화학적 증착 방법이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기 화학 기상 증착법을 이용하여 알루미늄 기판 위에 상기 질화 갈륨을 증착시키는 방법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 실리콘(Si)웨이퍼 상에 상기 실리콘 산화물을 증착하는 방법 등을 사용할 수 있다.
상기 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판 상에 나노 와이어를 형성하는 단계는, 300℃이상, 또는 700℃ 내지 1,000℃의 온도에서 금속, 금속 산화물 및 탄소 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 상기 기판 상에 기상 증착시켜 나노 와이어를 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 300℃이상의 온도에서 금속, 금속 산화물 및 탄소 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 상기 기판 상에 기상 증착시켜 나노 와이어를 성장시키는 단계에서, 가열온도가 300℃ 미만이면, 상기 고체상의 금속, 금속 산화물 또는 탄소 화합물이 충분히 증발할 수 없다.
상기 금속의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 징크, 안티몬, 게르마늄, 망가네시움, 인듐, 틴 등을 사용할 수 있고, 상기 탄소 화합물의 예 또는 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 탄소수 1 내지 10의 탄화수소, 바람직하게는 아세틸렌을 사용할 수 있다.
또한, 상기 증착의 방법으로는 통상적으로 사용되는 물리적·화학적 증착 방법이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기 화학 기상 증착법을 이용하여 알루미늄 기판 위에 상기 질화 갈륨을 증착시키는 방법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 실리콘(Si)웨이퍼 상에 상기 실리콘 산화물을 증착하는 방법 등을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 증착 방법의 예를 들면, 징크 옥사이드와 질화갈륨 기판을 이격 배치시킨후, 반응로에 반응가스 또는 어닐링 가스를 흘려주면서 반응로를 가열하면서, 반응로 내에서는 아르곤, 헬륨, 질소 등의 캐리어 가스를 상기 징크 옥사이드에서 상기 질화갈륨 기판 방향으로 흘려, 상기 캐리어 가스가 휘발된 징크 옥사이드 가스를 운반하며, 상기 질화갈륨 기판 상부의 결정 면에 증착하는 방법을 사용할 수 있다.
또한, 리모트 플라즈마 발생장치에 의해 발생된 플라즈마를 반응 챔버 내에 공급하여 플라즈마를 발생시키고, 상기 반응 챔버 내부로 아세틸렌 가스를 공급하여, 반응 챔버 내부에 존재하는 실리콘 산화물 기판 상부의 결정 면에 증착하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 300℃이상의 온도에서 금속, 금속 산화물 및 탄소 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 상기 기판 상에 기상 증착시켜 나노 와이어를 성장시키는 단계는, 2분 내지 150분, 또는 20분 내지 130분 동안 진행될 수 있다. 상기 나노 와이어의 성장 시간에 따라, 상기 기판 상에 형성되는 나노 와이어의 크기를 조절할 수 있다. 이에 따라 상기 나노 와이어의 성장 시간이 지나치게 줄어들면, 상기 나노 와이어의 직경 및 높이가 충분하지 못할 수 있다.
한편, 상기 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판 상에 나노 와이어를 형성하는 단계 이전에, 상기 기판 상에 금속 박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 기판 상에 금속 박막을 형성하는 방법의 예가 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 E-beam 증착법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판 상에 금속 박막을 형성하는 단계 이후에, 상기 금속 박막을 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 금속 박막을 식각하는 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 암모니아를 상기 금속 박막을 식각하여, 상기 금속 박막을 입자화시킬 수 있다.
한편, 상기 나노 와이어 표면에 복수의 금속 나노 입자를 형성하는 단계는, 300℃이상의 온도에서 금, 은, 구리, 알루미늄, 루테늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 상기 나노 와이어 상에 기상 증착 시키는 단계; 및 상기 금속이 기상 증착된 나노 와이어를 500℃이상에서 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 300℃이상의 온도에서 금, 은, 구리, 알루미늄, 백금, 니켈 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 상기 나노 와이어 상에 기상 증착 시키는 단계에서, 가열온도가 300℃ 미만이면, 상기 고체상의 금속이 충분히 증발할 수 없다.
상기 300℃이상의 온도에서 금, 은, 구리, 알루미늄, 백금, 니켈 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 상기 나노 와이어 상에 기상 증착 시키는 단계는 10-7 torr 내지 10-5 torr의 압력에서, 0.3 Å/s 내지 0.4 Å/s 의 속도로 진행될 수 있다. 상기 금속 증착시의 압력이 지나치게 작거나, 증착 속도가 지나치게 작으면, 상기 나노 와이어 상에 상기 금속이 충분히 증착하지 못해, 플라즈모닉 특성이 감소할 수 있다.
한편, 상기 금속이 기상 증착된 나노 와이어를 500℃이상에서 열처리하는 단계를 통해, 상기 나노 와이어 표면에 필름형태로 결합한 금속을 복수의 금속 나노 입자로 변형할 수 있다. 이에 따라, 상기 입자 형태의 복수의 금속 나노 입자에 의한 플라즈모닉 특성이 극대화될 수 있다.
구체적으로, 상기 금속이 기상 증착된 나노 와이어를 500℃이상에서 열처리하는 단계는 600℃ 내지 800℃의 온도로 1시간 내지 5시간 동안 진행될 수 있다.
상기 기판, 나노 와이어 및 복수의 금속 나노 입자에 관한 내용은 상기 일 구현예의 3차원 플라즈모닉 나노 구조체에 관하여 상술한 내용을 포함한다.
본 발명에 따르면, 3차원의 대면적 구조를 용이하게 제조할 수 있고, 기능성을 갖는 세라믹 소재를 이용하여 표면 특성을 대폭 변화시키고, 플라즈모닉 특성을 극대화시킨, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
도 1은 ZnO 나노 와이어의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 ZnO 나노 와이어에 금속을 증착시킨 플라즈모닉 나노 구조체의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예1 및 비교예1의 광 분산 시뮬레이션을 나타낸 것이다.
도 4의 (a-ⅰ) 및 (a-ⅱ)는 각각 비교예4 및 비교예5의 SEM이미지, (b-ⅰ) 및 (b-ⅱ)는 각각 실시예4 및 실시예7의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 5의 (a-ⅲ) 및 (a-ⅳ)는 각각 비교예6 및 비교예7의 SEM이미지, (b-ⅲ) 및 (b-ⅳ)는 각각 실시예10 및 실시예13의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 4, 7, 10, 13의 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 6 내지 8의 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기를 나타낸 것이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Ⅰ. 징크 옥사이드 ( ZnO ) 나노와이어 플라즈모닉 구조체
< 실시예 1: 징크 옥사이드 ( ZnO ) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 제조>
(1) ZnO 나노 와이어가 형성된 세라믹 기판의 제조
알루미늄 기판 상에 4㎛의 두께로 질화갈륨(GaN)을 증착시켜 질화갈륨 기판을 제조하였다. 또한, 상기 질화갈륨 기판상에 촉매로 두께 2㎚의 금 박막을 더 증착시켰다. 반응로 내부에 상기 질화갈륨 기판과 분말형태의 산화아연을 이격배치시킨 후, 질소가스를 주입하면서 반응로를 880℃의 온도로 가열하여 상기 분말형태의 산화아연의 휘발로 발생한 산화아연가스를 상기 질화갈륨 기판 방향으로 흘려 산화아연가스를 상기 질화갈륨 기판 상부면에 증착하였다. 2시간 동안 상기 산화아연을 성장시켜, 직경이 150㎚, 길이가 500㎚인 ZnO 나노 와이어가 형성된 질화갈륨 기판을 제조하였다. 상기 ZnO 나노 와이어에 대한 SEM이미지를 하기 도1에 도시하였다.
(2) 징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 제조
고체 금을 10-6 torr 압력에서 947 ℃의 온도로 가열하여 증기화한 다음, 진공챔버 내에 위치한 상기 ZnO 나노 와이어가 형성된 질화갈륨 기판의 ZnO 나노 와이어 표면에 0.35 Å/s 의 속도로 증착하여, 상기 ZnO 나노 와이어 표면에 필름 형태로 10㎚ 두께의 금이 증착시켰다. 이후, 650℃에서 3시간 동안 열처리를 하여, 상기 필름 형태의 금을 직경 36㎚의 입자 형태로 변형시켜 징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체를 제조하였다. 상기 징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 SEM이미지를 하기 도2에 도시하였다.
< 실시예 2: 징크 옥사이드 ( ZnO ) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 제조>
(1) ZnO 나노 와이어가 형성된 세라믹 기판의 제조
상기 실시예1과 동일한 방법으로 ZnO 나노 와이어가 형성된 질화갈륨 기판을 제조하였다.
(2) 징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 제조
0.35 Å/s 의 속도로 20㎚두께의 금을 증착시킨 다음, 열처리를 통해 직경 52㎚의 입자로 변형시킨 점을 제외하고, 상기 실시예1과 동일한 방법으로 징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체를 제조하였다.
< 비교예1 : 플라즈모닉 나노 구조체의 제조>
상기 질화갈륨 기판상에 ZnO 나노 와이어를 형성하지 않은 점을 제외하고, 상기 실시예1과 동일한 방법으로 플라즈모닉 나노 구조체를 제조하였다. 상기 비교예1의 플라즈모닉 나노 구조체를 하기 도3(b)에 도시하였다.
< 비교예2 : 징크 옥사이드 ( ZnO ) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 제조>>
상기 650℃에서 3시간 동안 열처리 하는 단계를 포함하지 않는 점을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체를 제조하였다.
< 비교예3 : 징크 옥사이드 ( ZnO ) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 제조>>
상기 650℃에서 3시간 동안 열처리 하는 단계를 포함하지 않는 점을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체를 제조하였다.
Ⅱ. 탄소나노튜브 나노 와이어 플라즈모닉 구조체
< 실시예 3 내지 14: 탄소나노튜브 나노 와이어 플라즈모닉 구조체의 제조>
(1) 탄소나노튜브 나노 와이어가 형성된 세라믹 기판의 제조
실리콘 웨이퍼 상에 100㎚의 두께로 실리콘 산화물을 증착하고, 촉매로 두께 5㎚의 니켈 박막을 더 증착시킨 다음 암모니아를 이용하여 상기 니켈 박막을 식각하여 실리콘 산화물 기판을 제조하였다. 상기 실리콘 산화물 기판을 반응 챔버 내부에 넣고, 플라즈마 발생장치의 파워를 100W로 맞춰 발생한 플라즈마와 아세틸렌과 암모니아를 1 : 4의 비율로 혼합한 기체를 반응 챔버 내부로 공급하여 상기 실리콘 산화물 기판을 700 ℃의 온도로 가열하면서 탄소나노튜브를 성장시켜, 상기 실리콘 산화물 기판 표면에 직경이 100㎚이고, 하기 표1에 나타난 길이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어가 형성된 실리콘 기판을 제조하였다.
(2) 탄소나노튜브 나노 와이어 플라즈모닉 구조체의 제조
고체 은을 10-6 torr 압력에서 958 ℃ 의 온도로 가열하여 증기화하고, 진공챔버 내에 위치한 상기 탄소나노튜브 나노 와이어가 형성된 실리콘 산화물 기판의 탄소나노튜브 나노 와이어 표면에 0.35 Å/s 의 속도로 증착시켜, 상기 탄소나노튜브 나노 와이어 플라즈모닉 구조체를 제조하였다. 이때, 상기 증착된 은 입자의 직경은 20 nm 이고, 상기 은 입자들이 형성한 은 층이 하기 표1에 나타난 두께를 갖도록 하였다.
< 비교예4 내지 7: 탄소나노튜브 나노 와이어 플라즈모닉 구조체의 제조 >
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 은 입자를 증착하지 않는 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 상기 플라즈모닉 나노 구조체를 제조하였다.
< 실험예 : 실시예 및 비교예에서 얻어진 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 물성 측정>
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 3차원 플라즈모닉 나노 구조체의 물성을 하기 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표1 내지 표3에 각각 나타내었다.
1. 금속층의 두께 또는 금속 입자의 직경
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 3차원 플라즈모닉 나노 구조체에 대하여, Room temperature 에서 Field-emission scanning electron microscopy(FE-SEM; LEO SUPRA 55, Carl Zeiss) 장치를 이용하여 Cross Section 방법으로 금속층의 두께 또는 금속 입자의 직경을 측정하였다.
2. 광분산성
상기 실시예1 및 비교예 1에서 얻어진 3차원 플라즈모닉 나노 구조체에 대하여, 광분산 시뮬레이션 측정 장치를 이용하여 광분산성을 측정하였다.
3. 광흡수 파장
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 2 내지 4에서 얻어진 3차원 플라즈모닉 나노 구조체에 대하여, 분광광도계를 이용하여 가시광선 영역에서의 광흡수 파장을 측정하였다.
4. 표면 증강 라만 산란( SERS )
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 2 내지 4에서 얻어진 3차원 플라즈모닉 나노 구조체에 대하여, 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기를 측정하였다
5. 표면형태
상기 실시예4, 7, 10, 13 및 비교예 4 내지 7에서 얻어진 3차원 플라즈모닉 나노 구조체에 대하여, Field-emission scanning electron microscopy(FE-SEM; LEO SUPRA 55, Carl Zeiss) 장치를 이용하여, SEM이미지를 통해 표면형태를 확인하였다.
6. 접촉각( Contact angle )
상기 실시예 3 내지 14 및 비교예 4 내지 7에서 얻어진 3차원 플라즈모닉 나노 구조체에 대하여, Room condition에서 Camera 장치를 이용하여 Static 방법으로 접촉각을 측정하였다.
7. 접촉각의 변화율(%)
상기 실시예 3 내지 14 및 비교예 4 내지 7에서 얻어진 3차원 플라즈모닉 나노 구조체에 대하여, 하기 수학식1을 이용하여, 접촉각의 변화율을 계산하였다.
[수학식 1]
접촉각 변화율(%) =(금속나노입자 증착 후 접촉각 ­ 초기 접촉각)/ 초기 접촉각 X 100
상기 수학식 1에서 초기 접촉각은 상기 금속나노입자를 증착하기 전 상기 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 접촉각(비교예 4 내지 7)을 의미하며, 금속나노입자 증착 후 접촉각은 상기 금속나노입자를 증착한 후 상기 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 접촉각(실시예 3 내지 14)을 의미한다.
상기 실시예 및 비교예에 대한 실험예의 결과를 하기 표1 내지 4에 기재하였다.
징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 광분산성
구분 비교예1(도3(a)) 실시예1(도3(b))
광분산 시뮬레이션 결과 도3(c) 도3(d)
상기 표1에 나타난 바와 같이, 2차원 기판위에 금속 입자가 증착된 비교예1과 징크 옥사이드 나노와이어가 형성된3차원 구조체 상에 금속 입자가 증착된 실시예1에서의 플라즈모닉 효과를 비교하면, 실시예1의 경우 비교예1에 비해 광분산의 영역범위가 넓고, 자기장의 세기가 증가하여 우수한 플라즈모닉 효과를 보다 넓은 영역으로 확장시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체 및 탄소나노튜브 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 광흡수 파장
금속 증착 두께(㎚) 광흡수가 일어나는 파장(㎚)
실시예1(열처리 후) 10 534
비교예2(열처리 전) 583
실시예2(열처리 후) 20 572
비교예3(열처리 전) 587
실시예3 20 246 , 388
실시예4 30 259 , 382
실시예5 50 248 , 382
비교예4 - 217 , 446
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 경우, 열처리를 진행하기 전인 비교예2 및 3에서는 580㎚파장대에서 광흡수가 일어나다가, 각각 열처리를 진행한 후인 실시예 1 및 2에서는 534㎚, 572㎚로 흡수 파장이 이동한 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 ZnO 나노 와이어 구조가 형성된 질화갈륨 기판에 필름 형태로 증착된 금에 열처리를 하게 되면, 금이 입자 형태로 변화되면서 광흡수를 하는 파장대가 짧아지는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 간단한 열처리 조작을 통해 상기 징크 옥사이드(ZnO) 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 플라즈모닉 특성을 크게 변화시킬 수 있음을 확인하였다.
한편, 탄소나노튜브 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 경우, 실시예3 내지 5와 비교예4의 흡수파장을 비교하면, 은 증착 두께가 증가하더라도 대체로 유사한 파장대에서 광흡수가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 은 증착 두께가 변하더라도, 상기 탄소나노튜브 와이어 구조 상에 형성된 금속 입자의 크기에는 변화가 없다는 것을 확인할 수 있다.
탄소나노튜브 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 접촉각
탄소나노튜브의 길이 (㎚) 은 증착 두께 (㎚) SEM 접촉각(°) 접촉각의 변화율
(%)
실시예3 150 20 - 108 27.1
실시예4 150 30 도4(b-ⅰ) 110 29.4
실시예5 150 50 - 120 41.2
실시예6 250 20 - 107 42.7
실시예7 250 30 도4(b-ⅱ) 100 33.3
실시예8 250 50 - 119 58.7
실시예9 500 20 - 107 52.9
실시예10 500 30 도5(b-ⅲ) 108 54.3
실시예11 500 50 - 115 64.3
실시예12 1,000 20 - 78 875
실시예13 1,000 30 도5(b-ⅳ) 110 1,275
실시예14 1,000 50 - 124 1,450
비교예4 150 - 도4(a-ⅰ) 85 0
비교예5 250 - 도4(a-ⅱ) 75 0
비교예6 500 - 도5(a-ⅲ) 70 0
비교예7 1,000 - 도5(a-ⅳ) 8 0
상기 표3에 나타난 바와 같이, 실시예 4, 7, 10, 13의 SEM이미지(각각 도4(b-ⅰ), 도4(b-ⅱ), 도5(b-ⅲ), 도5(b-ⅳ))를 살펴보면, 은 입자들이 상기 탄소나노튜브 구조를 덮고 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 친수성 표면을 갖는 탄소나노튜브만 존재하는 비교예4 내지 7에 비해 실시예 3 내지 14에서 상기 탄소나노튜브 상에 은 증착 두께가 증가함에 따라, 친수성의 표면이 덮히고, 표면적이 넓어지면서 접촉각이 대체로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 접촉각의 변화율은 25% 내지 1,500%로 나타났고, 특히, 길이 1,000㎚인 탄소나노튜브 나노 와이어 상에 은 증착 두께가 50㎚인 경우에는, 접촉각이 124˚를 나타내어 초소수성의 특징을 나타내었다.
이에 따라, 상기 탄소나노튜브 나노와이어 플라즈모닉 구조체에 금속을 증착시킴에 따라, 탄소나노튜브 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 구조적 특성이 변화하여 표면 특성(접촉각)을 크게 변화시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
탄소나노튜브 나노와이어 플라즈모닉 구조체의 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기
탄소나노튜브의 길이 (㎚) 은 증착 두께 (㎚) 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기(a.u.)
실시예4 150 30 도6 (a)
실시예7 250 30 도6 (b), 도7 (b)
실시예10 500 30 도6 (c)
실시예13 1,000 30 도6 (d)
실시예6 250 20 도7 (a)
실시예8 250 50 도7 (c)
상기 표4에 나타난 바와 같이, 실시예 4, 7, 10, 13의 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기를 살펴보면, 상기 탄소나노튜브의 길이가 150㎚ 또는 250㎚인 경우, 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기값이 크다는 것을 확인할 수 있다.
상기 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기값은 상기 3차원 플라즈모닉 구조체의 표면 플라즈몬 효과에 따른 전자기장으로 인해 증가할 수 있기 때문에, 상기 탄소나노튜브의 길이가 150㎚ 또는 250㎚인 경우, 상기 3차원 플라즈모닉 구조체의 표면 플라즈몬 효과가 우수하다는 점을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 6, 7, 8의 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기를 살펴보면, 상기 은 증착 두께가 30㎚ 또는 50㎚인 경우, 표면 증강 라만 산란(SERS) 세기값이 크다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 은 증착 두께가 30㎚ 또는 50㎚인 경우, 상기 3차원 플라즈모닉 구조체의 표면 플라즈몬 효과가 우수하다는 점을 확인할 수 있다.

Claims (15)

  1. 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판;
    상기 기판상에 형성된 나노 와이어; 및
    상기 나노 와이어 표면에 결합한 복수의 금속 나노 입자;를 포함하고,
    상기 나노 와이어는 120 ㎚ 내지 180 ㎚의 직경 및 400 ㎚ 내지 600 ㎚의 높이를 갖는 징크 옥사이드 나노 와이어 또는 80 ㎚ 내지 120 nm의 직경 및 130 ㎚ 내지 1,000 nm의 높이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어를 포함하는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나노 와이어 표면에 결합한 복수의 금속 나노 입자의 두께가 5 ㎚ 내지 100 ㎚인, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 알루미늄, 루테늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속의 나노 입자를 포함하는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 질화갈륨을 포함한 2 ㎛ 내지 5 ㎛ 두께의 기판 또는 실리콘 산화물을 포함한 80 ㎚ 내지 150 ㎚ 두께의 기판을 포함하는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 위치하고, 두께가 0.1 ㎚ 내지 50 ㎚인 금속 박막을 더 포함하는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 금속 박막은 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 루테늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체.
  7. 제 1항에 있어서,
    광흡수 파장이 200 ㎚ 내지 600 ㎚인, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 나노 와이어 표면에 복수의 금속 나노 입자가 결합하기 전후 접촉각의 변화율이 25% 내지 1,500%인, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체.
  9. 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판 상에 나노 와이어를 형성하는 단계; 및
    상기 나노 와이어의 표면에 복수의 금속 나노 입자를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 나노 와이어는 120 ㎚ 내지 180 ㎚의 직경 및 400 ㎚ 내지 600 ㎚의 높이를 갖는 징크 옥사이드 나노 와이어 또는 80 ㎚ 내지 120 nm의 직경 및 130 ㎚ 내지 1,000 nm의 높이를 갖는 탄소나노튜브 나노 와이어를 포함하는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판 상에 나노 와이어를 형성하는 단계는,
    300℃이상의 온도에서 금속, 금속 산화물 및 탄소 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 상기 기판 상에 기상 증착시켜 나노 와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    300℃이상의 온도에서 금속, 금속 산화물 및 탄소 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 상기 기판 상에 기상 증착시켜 나노 와이어를 성장시키는 단계는,
    2 분 내지 150 분 동안 진행되는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 질화갈륨 및 실리콘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 기판 상에 나노 와이어를 형성하는 단계 이전에,
    상기 기판 상에 금속 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 제조방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 나노 와이어의 표면에 복수의 금속 나노 입자를 형성하는 단계는,
    300℃이상의 온도에서 금, 은, 구리, 알루미늄, 루테늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 상기 나노 와이어 상에 기상 증착시키는 단계; 및
    상기 금속이 기상 증착된 나노 와이어를 500℃이상에서 열처리하는 단계;를 포함하는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 300℃이상의 온도에서 금, 은, 구리, 알루미늄, 루테늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 상기 나노 와이어 상에 기상 증착시키는 단계 는,
    10-7 torr 내지 10-5 torr의 압력에서, 0.3 Å/s 내지 0.4 Å/s 의 속도로 진행되는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 제조방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 금속이 기상 증착된 나노 와이어를 500℃이상에서 열처리하는 단계는,
    600℃ 내지 800℃의 온도로 1시간 내지 5시간 동안 진행되는, 3차원 플라즈모닉 나노 구조체 제조방법.
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