KR20160066901A - 나노 구조체 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

나노 구조체와 그의 제조 방법이 기술된다. 본 발명의 실시예에 따른 나노구조체 제조 방법은 기재를 형성하는 단계; 복수의 금속이온을 함유하는 폴리머를 형성하는 단계; 상기 폴리머를 상기 기재 상에 공급하여, 상기 금속이온들을 상기 기재 상에 부착하는 단계; 및 상기 금속이온들을 적어도 하나의 금속성 나노입자로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

나노 구조체 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING NANO STRUCTURES}
본 발명의 다양한 실시예로서, 나노 구조체와 그의 제조 방법이 기술된다.
나노 구조체는 기존의 벌크(Bulk) 및 박막 형태의 구조물과 대비되어 양자 구속 효과, 홀 페치(Hall petch) 효과, 융점의 저하, 공명 현상, 우수한 캐리어 이동도(carrier mobility) 등과 같은 특성을 나타낸다. 때문에 고집적도 및 고효율이 요구되는 소자, 예를 들어 화학전지, 태양전지, 반도체 소자, 화학센서 및 광전소자 등에 응용되고 있다.
이러한 나노 구조체는 탑다운(top-down) 방식 및 바텀업(bottom-up) 방식으로 제조되고 있다. 바텀업 방식으로는 VLS(Vapor-liquid-solid) 성장법과 액상 성장법 등이 제안되고 있다. VLS 성장법은 성장법열화학기상증착법(Thermal chemical vapor deposition: Thermal-CVD), 유기-금속 화학증착법(Metal-Organic chemical vapor deposition; MOCVD), 레이저 열분해 증착법(Pulsed laser deposition; PLD) 및 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD) 등과 같은 촉매 반응을 이용한 방법이다. 액상 성장법으로는 자기 조립(Self-assembly) 기술 및 수열합성법(Hydrothermal) 등이 제안되고 있다.
한편, 종래의 바텀업 방식은 나노입자를 미리 만들어 놓고, 표면 개질된 기재에 나노 입자를 부착하는 방식이다. 그러나, 이러한 방법은 5 nm 이하 나노입자의 크기 감소에 한계가 있을 뿐만 아니라, 무엇보다 나노입자의 크기 분포가 크기 때문에 나노입자 고유의 특성을 이용하는 나노 반도체 소자의 재현성과 신뢰성을 떨어뜨리는 한계가 있다. 즉, 이미 제조된 나노입자를 기재에 단순 부착하여 나노 구조체를 형성하는 방법은 나노입자의 합성 기술이 고도로 향상되기 전에는 나노 반도체 소자의 성능 향상이 불가능하다.
이러한 한계를 돌파하기 위해, 리쏘그라피와 같은 탑-다운 방식으로 나노입자를 제조할 수 있으나, 이러한 경우, 고도의 리쏘그라피 장치를 이용하여야 함에 따라 매우 큰 비용이 소요된다. 아울러 그 공정이 복잡하여 대량생산에는 한계가 있다. 또한, 전자빔을 이용하여 식각한다 하더라도 나노 입자의 크기를 일정 크기 이하로 작게 하는 데에는 한계가 있다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상업적으로 사용 가능한 저비용, 단순 방법으로 단시간에 대량 생산이 가능한 나노 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 다른 과제는 원하는 미세 입자 크기가 제어 가능한 나노 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 스케일링 시에도 응용 디바이스의 동작 안정성, 재현성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 나노 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 나노구조체는, 기재를 형성하는 단계; 복수의 금속이온을 함유하는 폴리머를 형성하는 단계; 상기 폴리머를 상기 기재 상에 공급하여, 상기 금속이온들을 상기 기재 상에 부착하는 단계; 및 상기 금속이온들을 적어도 하나의 금속성 나노입자로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 폴리머는 스핀 코팅 또는 딥핑에 의해 상기 기재 상에 공급될 수 있다. 이때, 상기 스핀 코팅의 스핀 속도 및 시간을 조절하여 상기 나노입자의 사이즈를 제어할 수 있다. 상기 복수의 금속이온을 함유하는 폴리머를 형성하는 단계는, 금속전구체와 유기물을 용매 내에 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속전구체와 상기 유기물의 혼합 비율을 조절하여, 상기 나노입자의 사이즈를 제어할 수 있다. 상기 금속전구체와 상기 유기물의 혼합 비율을 조절하여, 모노 레이어 또는 멀티 레이어의 나노입자층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 금속성 나노입자를 복수개 형성하여 나노입자층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 나노입자층은 상기 나노입자들이 상호 이격되어 배열된 모노 레이어(one-nanoparticle-thick layer) 또는 멀티 레이어일 수 있다. 상기 나노입자층은 상기 나노입자들이 가로 및 세로 방향으로 이격 배열된 2차원 레이어일 수 있다. 상기 나노입자층은 상기 나노입자들이 이격 배열된 3차원 레이어일 수 있다. 상기 금속성 나노입자는 상기 금속이온들의 환원 및 성장에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 기재는 친수성의 표면층을 포함하고, 상기 폴리머 용액은 친수성 용매를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 기재는 소수성의 표면층을 포함하고, 상기 폴리머 용액은 소수성 용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노구조체 제조방법은, 기재를 형성하는 단계; 복수의 금속이온이 결합된 유기물 사슬인 폴리머를 형성하는 단계; 상기 폴리머를 상기 기재 상에 공급하여, 상기 금속이온들을 상기 기재 상에 부착하는 단계; 및 상기 금속이온들을 복수의 금속성 나노입자로 형성하는 단계; 상기 나노입자들을 상기 기재상에 고정하기 위하여 상기 나노입자들을 덮는 보호막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 보호막을 형성하기 이전에 상기 나노입자들 주변에 잔류하는 상기 유기물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노구조체 제조방법은, 기재를 형성하는 단계; 복수의 금속이온을 포함하는 제1 및 제2 폴리머를 각각 형성하는 단계; 상기 제1 폴리머를 상기 기재 상에 공급하는 단계; 상기 제1 폴리머 내의 금속이온들을 복수의 제1 금속성 나노입자로 형성하여 제1 나노입자층을 형성하는 단계; 상기 제1 나노입자층 상에 상기 제2 폴리머를 공급하는 단계; 및 상기 제2 폴리머 내의 금속이온을 복수의 제2 금속성 나노입자로 형성하여 제2 나노입자층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 금속성 나노입자들의 평균 입자 직경과 상기 제2 금속성 나노입자들의 평균 입자 직경은 서로 다르게 형성할 수 있다. 상기 제1 금속성 나노입자와 상기 제2 금속성 나노입자를 서로 다른 물질로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 상기 기재를 형성하는 단계는, 상기 기재의 표면에 나노입자의 배열을 위한 복수의 가이드 홈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 구조체 제조 방법은, 기재 상에 나노입자 전구체 금속 이온을 포함하는 폴리머의 코팅이 후, 기재 상에서 인시츄로 나노입자를 형성한다.
나노 입자 합성 기술이 고도로 발달하여 수십 내지 수백개의 원자들로 이루어진 극히 미세한 나노입자의 합성이 가능하다 하더라도, 열역학적으로, 외부에서 기 합성된 나노입자는 다양한 크기의 나노입자가 일정한 분포를 가질 수 밖에 없으며, 이는 합성시의 반응장(reaction field)이 커질수록 더욱 큰 입자간 크기 차를 유발 할 수 밖에 없다. 따라서, 기재가 아닌 외부에서 기 형성된 나노입자를 기재 상에 부착하는 공지된 기술은 균일한 나노입자를 제조 하는데 한계가 있다. 또한, 식각에 의해 탑-다운 방식으로 나노입자를 제조하는 방법은 리쏘그라피 기술이 고도로 발달하여 5nm 이하의 입자의 제조가 가능해진다 하더라도, 그 공정이 고가의 복잡하고 정밀한 제어가 필요하여 상업화를 위한 대량 생산에 한계가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노입자 제조방법은 기재의 표면 영역에 해당하는 극히 작은 반응장에서 직접적으로 나노입자를 제조함에 따라, 극히 균일하고 미세하게 제어된 크기의 나노입자를 고밀도로 형성할 수 있다. 또한, 단지 금속 이온을 포함하는 폴리머 코팅에 의해 금속이온을 기재 상에 고정시킨 후, 금속 이온에 에너지를 인가하여 나노입자를 형성함에 따라, 간단하고 용이하며, 단시간에 저비용으로 나노입자를 대량 생산할 수 있는 장점이 있다. 또한, 금속 이온이 기재 상에 고정되어 있는 상태에서, 에너지 인가에 의해 핵생성과 성장(나노입자화)이 이루어짐에 따라, 금속 이온의 이동이 전체적으로 균일하게 억제되며 보다 균일하고 미세한 나노입자가 형성될 수 있다. 상세하게, 나노입자화를 위한 물질의 핵생성 및 성장시 요구되는 금속의 물질 공급은 오직 유기물에 결합된 금속 이온에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 나노입자화를 위한 물질 공급이 유기물과 기 결합된 금속 이온의 이동에 의해서만 발생하며, 유기물과의 결합에 의해 금속 이온이 일정 거리 이상으로 이동하여 핵생성 및 성장에 참여하는 것이 어려워짐에 따라, 각 나노입자의 반응장은 핵의 주변으로 한정될 수 있다. 이에 의해 기재 상에는 보다 균일하고 미세한 크기의 나노입자가 고밀도로 형성될 수 있으며, 일정하게 서로 이격된 나노입자가 형성될 수 있다. 이때, 금속성 나노입자간의 이격 거리는 각 나노입자의 핵 생성 및 성장에 기여하는 금속 원자 확산거리에 대응될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 나노 구조체 제조 방법은 인-시츄(In-situ) 공정을 통해 제조가 가능하다. 또한, 패턴이 되어 있는 실리콘기판, 플렉서블 폴리머 필름 및 투명 글래스와 같은 기재 상에 금속 이온을 포함하는 폴리머를 한번에 다이렉트 코팅 프로세스를 통해 금속이온을 부착하고 이를 환원 및 성장시켜 패턴된 나노구조체를 제조한다. 따라서 제조 원가의 낭비를 최소화할 수 있고, 단시간에 대량 생산이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노구조체 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 금속이온이 함유된 폴리머를 준비하는 단계를 보여주는 모식도이다.
도 3은 기재 상에 형성된 나노입자층을 보여주는 단면도이다.
도 4A는 1차원 배열의 모노 레이어(one-nanoparticle-thick layer)인 나노입자층의 평면도이다.
도 4B는 2차원 배열의 모노 레이어인 나노입자층의 평면도이다.
도 4C는 3차원 배열의 멀티 레이어인 나노입자층의 측면도이다.
도 5는 멀티 스택된 나노입자층을 보여주는 단면도이다.
도 6A 및 도 6B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 구조체를 보여주는 평면도 및 단면도로서, 나노입자들의 배열을 용이하게 하기 위하여, 기재의 표면에 가이드 홈이 형성된 상태를 보여주는 단면도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 나노구조체 및 그 제조방법에 대한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 나노 구조체 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 나노 구조체 제조 방법은, 기재를 준비하는 단계(S120), 복수의 금속이온이 함유된 폴리머를 준비하는 단계(S140), 상기 폴리머를 기재 상에 공급하여, 금속이온들을 기재 상에 부착하는 단계(S160), 및 기재 상에 부착된 금속이온들을 적어도 하나의 금속성 나노입자로 형성하는 단계(S180)를 포함할 수 있다.
기재를 준비하는 단계( S120 )
먼저, 기재를 준비하는 단계(S120)를 구체적으로 설명한다.
기재는 반도체 기재, 투명 기재, 플렉시블 기재일 수 있으며, 응용되는 디바이스에 따라 그 물질, 구조 및 형상은 달라질 수 있다. 또한 기재는 응용되는 디바이스의 구성요소를 물리적으로 지지하는 지지체의 역할을 수행하거나, 상기 구성요소들의 원재료일 수 있다.
비한정적인 일 예로, 플렉시블 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 이들의 혼합물을 함유하는 플렉시블 고분자 기판일 수 있다.
반도체 기재의 경우, 그 기재는 물질적으로, 유기 반도체, 무기 반도체 또는 이들의 적층체일 수 있다.
무기 반도체 기재의 비 한정적인 일 예로, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘게르마늄(SiGe)을 포함하는 4족 반도체, 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP) 또는 갈륨인(GaP)을 포함하는 3-5족 반도체, 황화카드뮴(CdS) 또는 텔루르화아연(ZnTe)을 포함하는 2-6족 반도체, 황화납(PbS)을 포함하는 4-6족 반도체, 또는 이들에서 선택된 둘 이상의 물질이 각 층을 이루며 적층된 적층체를 들 수 있다. 결정학적으로, 무기 반도체 기재는 단결정체, 다결정체 또는 비정질체이거나, 결정상과 비정질상이 혼재된 혼합상일 수 있다. 무기 반도체 기재가 둘 이상의 층이 적층된 적층체일 경우, 각 층은 서로 독립적으로 단결정체, 다결정체, 비정질체 또는 혼합상일 수 있다.
구체적인 일 예로, 무기 반도체 기재는 실리콘(Si) 기판과 같은 반도체 기판(웨이퍼 포함), 표면 산화막이 형성된 반도체 기재 또는 SOI(Silicon on Insulator) 기재(웨이퍼 포함)일 수 있다.
반도체 기재가 유기 반도체 기재인 경우, 유기 반도체 기재의 유기 반도체는 n형 유기 반도체 또는 p형 유기 반도체일 수 있으며, 유기 트랜지스터, 유기 태양전지 또는 유기발광소자 분야에서 통상적으로 사용되는 n형 유기 반도체 또는 p형 유기 반도체이면 사용 가능하다. 비한정적인 일 예로, 유기 반도체는 CuPc(Copper-Phthalocyanine), P3HT(poly(3-hexylthiophene), Pentacene, SubPc(Subphthalocyanines), C60(Fulleren), PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 또는 PC70BM([6,6]-phenyl C70-butyric acid methyl ester)을 포함하는 C60-유도체(Fulleren-derivative), F4-TCNQ(tetra uorotetracyanoquinodimethane)등을 들 수 있으나, 본 발명이 유기 반도체의 물질에 의해 한정되지는 않는다.
기재는 표면층를 포함을 수 있다. 예컨대, 기재는 실리콘기판 상에 형성된 실리콘산화물(SiO2)의 표면층으로서 포함할 수 있다.
구체적으로, 기재의 표면층은 산화물, 질화물, 옥시나이트라이드 및 실리케이트에서 하나 이상 선택된 물질의 단일막 또는 둘 이상 선택된 물질 각각이 막을 이루며 적층된 적층막일 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 기재의 표면층은 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 바륨-타이타늄 복합산화물, 이트륨 산화물, 텅스텐 산화물, 탄탈륨 산화물, 아연 산화물, 타이타늄 산화물, 주석 산화물, 바륨-지르코늄 복합산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시나이트라이드, 지르코늄 실리케이트, 하프늄 실리케이트, 이들의 혼합물(mixture) 및 이들의 복합물(composite)에서 하나 이상 선택된 물질의 단일막 또는 둘 이상 선택된 물질 각각이 막을 이루며 적층된 적층막일 수 있다.
한편, 기재의 표면층은 금속박막일 수 있다. 이때, 금속 박막의 두께는 100nm 이하, 구체적으로 1nm 내지 100nm일 수 있다. 금속 박막의 두께가 1nm 미만으로 극히 얇은 경우 박막의 균일성이 떨어질 수 있다. 표면층으로서의 금속박막은, 비 한정적인 일 예로, 귀금속을 포함하는 전이금속, 금속 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이때, 전이금속은 Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Te, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 그외 금속은 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Po 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
표면층은 열산화 공정, 물리적 증착 또는 화학적 증착을 통해 형성될 수 있으며, 물리적 증착 또는 화학적 증착은 스퍼터링 (Sputtering), 마그네트론-스퍼터링, 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 레이저분자빔증착법(L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법(PLD, Pulsed Laser Deposition), 진공 증착법, 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition) 또는 플라즈마 도움 화학적 증착법(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
플렉시블 기재를 사용하는 경우, 기재의 표면층은 -OH 작용기를 갖는 유기물일 수 있다.
한편, 이후 상세히 설명되겠지만, 기재의 표면은 다양한 형상으로 패턴되어 있을 수 있다. 바람직하게 기재의 표면은 복수의 가이드 홈들이 패턴되어 있을 수 있다. 상기 가이드 홈은 그 내부에 금속이온(원자)들이 응집되어 나노입자들이 자리잡도록 가이드할 수 있다. 따라서, 기재 표면의 가이드 홈들을 이용하여 나노입자들의 배열을 용이하게 구현할 수 있다.
금속이온이 함유된 폴리머를 준비하는 단계( S140 )
도 2는 금속이온이 함유된 폴리머(250)를 준비하는 단계를 보여주는 모식도이다. 도 2를 참조하면, 금속전구체(210)와 유기물(230)을 용매에 혼합하여 금속이온 함유 폴리머(250)를 형성한다.
도 2의 실시예에서, 금속전구체(210)로서 HAuCl4이 사용된 것을 보여주고 있으나, 금속전구체는 원하는 나노입자의 물질을 고려하여 설계될 수 있다. 일 예로, 금속전구체의 금속은 전이금속, 전이후 금속 및 준금속 군에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 금속일 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 전이금속 전구체는 전이금속염일 수 있다. 구체적으로, 전이금속은 Au, Ag, Ru, Pd 및 Pt에서 하나 이상 선택 것일 수 있으며, 전이금속 염은 이들 전이금속의 할로겐화물, 칼코젠화물, 염산화물, 질산염, 황산염, 아세트산염 또는 암모늄염일 수 있다. 전이금속 전구체의 전이금속이 Au일 때, 전이금속 전구체의 구체적이며 비한정적인 일 예로, HAuCl4, AuCl, AuCl3, Au4Cl8, KAuCl4, NaAuCl4, NaAuBr4, AuBr3, AuBr, AuF3, AuF5, AuI, AuI3, KAu(CN)2, Au2O3, Au2S, Au2S3, AuSe, Au2Se3를 들 수 있으나, 본 발명이 전이금속 전구체의 종류에 의해 한정되지 않는다.
도 2의 실시예에서, 유기물(230)로서 황(sulfur) 기능기를 포함하는 실란계 화합물 중의 하나인 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(Mercaptopropyl trimethoxysilane; 3-MPTMS)이 사용되는 것을 도시하고 있으나, 이외에 다른 종류의 유기물이 사용될 수 있다.
예컨대, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란(Mercaptopropyl triethoxysilane), 11-메르캅토운데실트리메톡시실란(11-Mercaptoundecyl trimethoxysilane), 메르캅토메틸메틸디에톡시실란(Mercaptomethyl methyl diethoxysilane) 옥틸트리클로로실란 (Octyltrichlorosilane; OTS), 헥사메틸디실란(Hexamethyldisilazane; HMDS), 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane; ODTS), (3-아미노프로필)트리메톡시실란 ((3-Aminopropyl)trimethoxysilane; APS), (3-아미노프로필)트리에톡시실란 ((3-Aminopropyl)triethoxysilane), N-(3-아미노프로필)-디메틸-에톡시실란 (N-(3-aminopropyl)-dimethyl-ethoxysilane; APDMES) 퍼플루오로데실트리클로로실란 (Perfluorodecyltrichlorosilane; PFS), 메르캅토프로필트리메톡시실란 (Mercaptopropyl trimethoxysilane; MPTMS), N-(2-아미노에틸)-3아미노프로필트리메톡시실란 (N-(2-aminoethyl)-3aminopropyltrymethoxysilane), (3-트리메톡시실릴프로필)디에틸렌트리아민 ((3-
Trimethoxysilylpropyl)Diethylenetriamine), 옥타데실트리메톡시실란 (Octadecyltrimethoxysilane; OTMS), (헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실)트리클로로실란 ((Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)trichlorosilane; FDTS), 디클로로디메틸실란 (Dichlorodimethylsilane; DDMS), N-(트리메톡시실릴프로필)에틸렌디아민 트리아세트산 (N-(Trimethoxysilylpropyl)Ethylenediamine Triacetic Acid), 헥사데칸티올 (Hexadecanethiol, HDT) 및 에폭시헥실트리에톡시실란 (Epoxyhexyltriethoxysilan)에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질일 수 있다.
인접한 나노입자들 사이 및 나노입자와 기재 사이의 안정적인 절연성 확보 측면에서, 유기물은 알칸 사슬기, 구체적으로 C3-C20의 알칸 사슬기를 포함할 수 있으며, 산소를 함유하는 모이어티(moiety)를 더 포함할 수 있다. 산소 함유 모이어티의 일 예로, 에틸렌글리콜 (-O-CH2-CH2-), 카복실산 (-COOH), 알코올 (-OH), 에테르 (-O-), 에스테르 (-COO-), 케톤 (-CO-), 알데히드 (-COH) 및/또는 아미드(-NH-CO-) 등을 들 수 있다.
금속전구체(210)와 유기물(230)의 혼합에 사용되는 용매는 친수성 또는 소수성 용매일 수 있다. 기재의 표면이 친수성인 경우 친수성 용매를 사용하고, 기재의 표면이 소수성인 경우 소수성 용매를 사용할 수 있다. 이는 후속 공정에서 기재 표면과 폴리머의 접착력을 증대시키기 위한 것이다.
잘 알려진 바와 같이 친수성 용매로는, Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Pentanol, 2-Butoxyethanol 및 Ethylene glycol 등과 같은 알코올류일 수 있고, Acetone, 2-Butanone 및 4-Methyl-2-prpanone과 같은 켄톤류일 수 있으며, Acetic Acid고 같은 산류일 수 있다.
또한, 소수성 용매로는, Pentanes, Hexane, Decane, Cyclohexane, Cyclopentane, 및 2,2,4-Trimethylpentane과 같은 알칸 및 시클로알칸류일 수 있고, 1-Butylene, 2-Butylene, 1-Pentene 및 2-Pentene, Isobutylene과 같은 알켄류일 수 있으며, Carbon tetrachloride, 1-Chlorobutane, 1-Chloropentane, 2-Chloropropane, 1-Chloropropane, Bromoethane, Chloroform, Dichloromethane, 1,2-Dichloroethane, 1-Nitroprpane, 및 Nitromethane고 같은 치환알칸류일 수 있다.
상술한 바와 같이 금속전구체와 유기물을 혼합하여 금속이온 함유 폴리머(250)를 형성하는 바, 도 2에서는 gold-thiol polymer를 보여주고 있다. 폴리머(250)는 복수의 금속이온이 결합된 유기물 사슬임을 알 수 있다.
이후 상세히 설명되겠지만, 금속전구체와 유기물의 혼합비율을 조절함으로써, 금속이온의 농도를 제어할 수 있다. 이는 이후 과정에서 형성되는 나노입자의 직경을 제어하는 중요 요소 중의 하나일 수 있다. 또한, 금속 이온을 포함하는 폴리머의 농도는 기재상에 형성되는 나노입자 밀도 및 나노입자층수를 조절하는 중요 요소중의 하나 일 수 있다.
폴리머를 기재상에 공급하는 단계( S160 )
기재 및 폴리머의 준비가 완료되면, 기재 상에 폴리머를 공급하여 폴리머 내에 함유된 금속이온들을 기재 상에 부착한다.
기재 상에 폴리머를 공급하는 방법은 다양하게 실시할 수 있다. 바람직하게 폴리머는 스핀 코팅 또는 딥핑에 의해 기재 상에 코팅될 수 있다. 폴리머를 기재 상에 공급하므로써 폴리머 내의 금속이온들은 기재 상에 부착된다.
이후 상세히 설명되겠지만 스핀 코팅시 그 속도 및 시간을 조절하여 금속이온의 농도를 제어할 수 있다. 이는 나노입자의 직경을 제어하는 중요한 방법 중의 하나일 수 있다.
금속이온들을 금속성 나노 입자로 형성하는 단계( S180 )
기재 상에 부착된 금속이온들은 환원 및 성장(여기서 성장은 핵생성 및 응집의 의미를 포함 함)에 의해 금속성 나노입자로 형성된다.
금속이온에 에너지를 인가하면 금속이온들은 환원 및 성장되어 입자화된다. 이를 위해 인가되는 에너지는 열, 화학, 광, 진동, 이온빔, 전자빔 및 방사선 에너지에서 하나 이상 선택되는 에너지원일 수 있다.
구체적으로, 열 에너지는 줄열을 포함할 수 있다. 열 에너지는 직접적으로 또는 간접적으로 인가될 수 있는데, 직접적 인가는 열 원(source)과 금속 이온이 고정된 기재가 물리적으로 접촉된 상태를 의미할 수 있으며, 간접적 인가는 열 원(source)과 금속 이온이 고정된 반도체 기재가 물리적으로 비접촉된 상태를 의미할 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 직접적인 인가는 기재 하부에, 전류의 흐름에 의해 줄열을 발생하는 히팅 엘리먼트가 위치하여, 기재를 통해 금속 이온에 열 에너지를 전달하는 방법을 들 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 간접적인 인가는 튜브와 같은 열처리 대상이 위치하는 공간, 열처리 대상이 위치하는 공간을 감싸 열 손실을 방지하는 내열재 및 내열재 내부에 위치하는 히팅 엘리먼트를 포함하여 구성되는 통상의 열처리 로를 이용한 방법을 들 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 간접적 인가는 금속 이온이 고정된 기재 상부로 금속 이온과 일정거리 이격되게 히팅 엘리먼트가 위치하여 금속 이온과 히팅 엘리먼트 사이에 존재하는 유체(공기를 포함함)를 통해 금속 이온에 열 에너지를 전달하는 방법을 들 수 있다.
구체적으로, 광 에너지는 극자외선 내지 근적외선을 포함할 수 있으며, 광 에너지의 인가는 광의 조사를 포함할 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 금속 이온이 고정된 기재 상부로 금속 이온과 일정거리 이격되게 광원이 위치하여 금속 이온에 광을 조사할 수 있다.
구체적으로, 진동 에너지는 마이크로웨이브 및/또는 초음파를 포함할 수 있으며, 진동 에너지의 인가는 마이크로웨이브 및/또는 초음파의 조사를 포함할 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 금속 이온이 고정된 기재 상부로 금속 이온과 일정거리 이격되게 마이크로웨이브 및/또는 초음파 발생원이 위치하여 금속 이온에 마이크로웨이브 및/또는 초음파를 조사할 수 있다.
구체적으로, 방사선 에너지는 α선, β선 및 γ선에서 하나 이상 선택되는 방사선을 포함할 수 있으며, 금속 이온의 환원 측면에서 β선 및/또는 γ선일수 있다. 비 한정적인 일 예로, 금속 이온이 고정된 기재 상부로 금속 이온과 일정거리 이격되게 방사선 발생원이 위치하여 금속 이온에 방사선을 조사할 수 있다.
구체적으로, 에너지는 입자빔에 의한 운동 에너지일 수 있으며, 입자빔은 이온빔 및/또는 전자빔을 포함할 수 있다. 금속 이온의 환원 측면에서 빔의 이온은 음의 전하를 갖는 이온일 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 금속 이온이 고정된 기재 상부로 금속 이온과 일정거리 이격되게 이온 또는 전자 발생원이 위치하고, 이온 또는 전자를 금속 이온 방향으로 가속하는 전기장(전자기장)을 제공하는 가속부재를 이용하여, 금속 이온에 이온빔 및/또는 전자빔을 인가할 수 있다.
구체적으로, 화학적 에너지는 화학반응의 반응 전 후 깁스 프리 에너지차를 의미할 수 있으며, 화학적 에너지는 환원 에너지를 포함할 수 있다. 상세하게, 화학적 에너지는 환원제에 의한 환원반응 에너지를 포함할 수 있으며, 환원제에 의해 금속 이온이 환원되는 환원반응 에너지를 의미할 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 화학적 에너지의 인가는 금속 이온이 고정된 기재와 환원제를 접촉하는 환원 반응일 수 있다. 이때, 환원제는 액상으로 공급될 수도 있고 기상으로 공급될 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 에너지의 인가는 열, 화학, 광, 진동, 이온빔, 전자빔 및 방사선 에너지에서 선택된 둘 이상의 에너지가 동시 또는 순차적으로 인가되는 것을 포함할 수 있다.
동시 인가의 구체적인 일 예로, 열의 인가와 동시에 입자빔의 인가가 동시에 수행될 수 있으며, 이때 입자빔의 입자가 열에너지에 의해 가열될 수 있음은 물론이다. 동시 인가의 다른 구체적인 일 예로, 열의 인가와 동시에 환원제의 투입이 동시에 수행될 수 있다. 동시 인가의 또 다른 구체적인 일 예로, 입자빔의 인가와 동시에 적외선이 인가되거나, 입자빔과 함께 마이크로웨이브가 인가될 수 있다.
순차적 인가는 한 종류의 에너지 인가가 이루어진 후 다시 다른 종류의 에너지 인가가 이루어지는 것을 의미할 수 있으며, 서로 상이한 종류의 에너지가 연속적 또는 불연속적으로 금속 이온에 인가되는 것을 의미할 수 있다. 유기물를 매개로 기재에 고정된 금속 이온의 환원이 입자화보다 먼저 이루어지는 것이 바람직함에 따라, 순차적 인가의 구체적인 일 예로, 환원제의 투입 후 열이 인가되거나, 음의 전하를 띠는 입자빔의 인가 후 열이 인가될 수 있다.
비 한정적이며, 실질적인 일 예로, 에너지의 인가는 텅스텐-할로겐 램프를 포함하는 급속열처리장치(RTP; Rapid Thermal Processing system)를 이용하여 수행될 수 있으며, 급속 열처리시의 가온 속도(heating rate)는 50 내지 150℃/sec일 수 있다. 급속열처리장치를 이용한 열처리시, 열처리 분위기는 환원 분위기 또는 불활성 기체 분위기일 수 있다.
비 한정적이며, 실질적인 일 예로, 에너지의 인가는 환원제가 용매에 용액된 환원액과 금속 이온을 접촉시킨 후, 급속열처리장치를 이용한 열처리에 의해 수행될 수 있다. 급속열처리장치를 이용한 열처리시, 열처리 분위기는 환원 분위기 또는 불활성 기체 분위기일 수 있다.
비 한정적이며, 실질적인 일 예로, 에너지의 인가는 진공 챔버 내에, 전자빔 발생장치로부터 전자빔을 발생시키고, 이를 금속 이온으로 가속함으로써 수행될 수 있다. 이때, 전자빔 발생장치는 스퀘어 타입 또는 리니어 건 타입일 수 있다. 전자빔 발생장치는 플라즈마를 발생시킨 후, 차폐막을 이용하여 전자를 추출함으로써 전자빔을 생성할 수 있다. 또한, 진공 챔버 내 기재를 지지하는 시편 홀더에는 가열 부재가 형성될 수 있으며, 이러한 가열 부재에 의해 전자 빔 인가 전, 전자 빔 인가 중 및/또는 전자 빔 인가 후 기재에 열 에너지가 가해질 수 있음은 물론이다.
목적하는 나노입자가 금속 나노입자인 경우, 상술한 에너지의 인가에 의해 금속 나노입자가 인-시츄로 제조될 수 있으며, 금속 나노입자가 아닌 금속화합물 입자를 제조하고자 하는 경우, 상술한 에너지의 인가 시 또는 상술한 에너지의 인가 후, 금속 이온과 상이한 이종 원소를 공급하여, 금속화합물 나노입자를 제조할 수 있다. 상세하게, 금속화합물 나노입자는 금속산화물 나노입자, 금속질화물 나노입자, 금속탄화물 나노입자 또는 금속간화합물 나노입자를 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 상술한 에너지의 인가 시 가스상 또는 액상으로 이종 원소를 공급함으로써 금속화합물 나노입자를 제조할 수 있다. 구체적인 일 예로, 에너지의 인가시 산소 가스를 포함하는 산소원 공급함으로써 금속 나노입자가 아닌 금속산화물 나노입자를 제조할 수 있으며, 에너지의 인가시 질소 가스를 포함하는 질소원을 공급함으로써 금속 나노입자가 아닌 금속질화물 나노입자를 제조할 수 있으며, 에너지의 인가시 C1-C10의 탄화수소 가스를 포함하는 탄소원을 공급함으로써 금속탄화물 나노입자를 제조할 수 있으며, 에너지의 인가시 목적하는 금속간화합물을 제조하기 위한 이종 원소 전구체 가스를 이종 원소원을 공급함으로써 금속간화합물 나노입자를 제조할 수 있다. 보다 상세하게, 상술한 에너지 인가 후, 에너지 인가에 의해 제조되는 금속 나노입자를 탄화처리, 산화처리, 질화처리 또는 합금화함으로써, 금속간화합물 나노입자를 제조할 수 있다.
인가되는 에너지의 종류, 인가되는 에너지의 크기, 에너지의 인가 시간 및 온도를 포함하는 에너지 인가 조건에서 하나 이상 선택되는 인자(factor)에 의해, 나노입자의 밀도, 나노입자의 크기 및 분포가 조절될 수 있다.
한편, 에너지 인가시 또는 에너지 인가 후 이종 원소원을 공급하여 금속 나노입자를 금속화합물 나노입자로 변화시킴으로써, 금속 나노입자 뿐만 아니라, 금속 산화물 나노입자, 금속 질화물 나노입자, 금속 탄화물 나노입자 또는 금속간화합물 나노입자를 제조할 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에서, i) 에너지의 인가 전, 금속 이온에 결합 또는 흡착되는 계면활성제 유기물을 공급한 후 에너지를 인가하여 나노입자의 크기를 조절할 수 있으며, 이와 독립적으로 ii) 에너지의 인가 과정중에 계면활성제 유기물을 공급함으로써 나노입자 성장시 그 크기를 조절할 수 있다. 이러한 계면활성제 유기물의 공급은 제조 과정 중 선택적 사항이 될 수 있다. 에너지 인가 이전 또는 인가과정 중에 공급되는 계면활성제 유기물은 단종의 유기물일 수 있으며, 서로 다른 복수종의 복수의 유기물일 수 있다.
금속의 물질이동을 보다 효과적으로 억제하기 위해, 계면활성제 유기물은 서로 다른 종의 제1유기물과 제2유기물을 사용할 수 있다.
여기서 제1유기물은 질소 또는 황 함유 유기물일 수 있으며, 일예로 황 함유 유기물은 일 말단기가 티올기인 직쇄 또는 분지쇄형 탄화수소 화합물을 포함할 수 있다. 황 함유 유기물의 구체적인 일 예로, HS-Cn-CH3(n: 2 내지 20인 정수), n-도데실 메르캅탄, 메틸 메르캅탄, 에틸 메르캅탄(Ethyl Mercaptan), 부틸 메르캅탄, 에틸헥실 메르캅탄, 이소옥틸 메르캅탄, tert-도데실 메르캅탄, 티오글리콜아세트산, 메르캅토프로피온산, 메르캅토에탄올, 메르캅토프로판올, 메르캅토부탄올, 메르캅토헥산올 및 옥틸 티오글리콜레이트에서 하나 이상 선택된 물질을 들 수 있다.
제2유기물은 상전이 촉매(Phase-transfer catalyst) 계열의 유기물일 수 있으며, 구체적인 일예로 4원소 암모늄(quaternary ammonium), 또는 인단백질염(phosphonium salts) 일 수 있다. 더 구체적으로 제2유기물은 테트라옥실암모늄브로마이드(Tetraocylyammonium bromide), 테트라에틸암모늄(tetraethylammonium), 테트라엔부틸암모늄(Tetra-n-butylammonium bromide), 테트라메틸암모늄클로라아드(Tetramethylammonium chloride). 테트라부틸암모늄플로라이드(Tetrabutylammonium fluoride) 에서 하나 이상 선택된 물질 일 수 있다.
이러한 계면활성제 유기물은 에너지 인가시 금속의 물질 이동을 억제하여 보다 균일하고 보다 미세한 나노입자의 형성을 가능하게 한다. 금속 이온은 계면활성제 유기물과 결합함으로써, 핵 생성 또는 성장에 관여하기 위한 이동(diffusion)시 보다 높은 활성화 에너지(activation energy)가 필요하게 되거나 유기물에 의해 물리적으로 이동이 억제됨으로써, 금속(이온)의 확산이 느려지고 핵의 성장에 기여하는 금속(이온)의 수가 감소될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 있어, 금속 이온들의 전 영역에 동시에 에너지가 인가되거나, 금속 이온 영역의 일부 영역에 에너지가 인가될 수 있다. 일부 영역에 에너지가 인가되는 경우, 에너지가 스팟(spot), 라인(line) 또는 기 설정된 형상의 면을 이루며 인가(조사)될 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 스팟으로 에너지가 조사되며, 금속 이온 전 영역을 스캔하는 방식으로 에너지가 인가(조사)될 수 있다. 이때, 금속 이온 결합 영역의 일 부분에 에너지가 인가된다는 것은 스팟, 라인 또는 면으로 에너지가 조사되며 금속 이온 결합 영역 전 영역이 스캔되는 경우뿐만 아니라, 금속 이온 결합 영역의 일부 영역에만 에너지가 인가(조사)되는 경우 또한 포함할 수 있다. 이와 같이, 부분적으로 에너지를 인가하여 나노입자의 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 부분적인 에너지 인가(조사)는 에너지 인가(조사)에 의해 나노입자의 패턴화를 가능하게 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다양한 나노 구조체의 구조가 설명된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기재(310) 상에 복수의 금속성 나노입자(330)이 상호 이격되어 나노입자층(300)을 형성하고 있다.
도 4A와 같이 나노입자층(300)은 1차원 배열의 모노 레이어(one-nanoparticle-thick layer)일 수 있으며, 도 4B와 같이 나노입자층(300)은 2차원 배열의 모노 레이어일 수 있다. 도 4C와 같이 나노입자층(300)은 3차원 배열의 멀티 레이어(multi layer)일 수 있다.
각각의 나노입자는 0.5 nm 내지 3 nm의 입자 직경을 갖을 수 있다.
나노입자(330)의 직경은 제조 과정중 사용된 폴리머 내에 함유된 금속이온의 농도에 의해 결정될 수 있다. 즉, 금속전구체와 유기물을 혼합하여 폴리머를 준비할 때 그 혼합비율을 조절하여 나노입자의 직경을 조절할 수 있다. 예컨대 금속전구체와 유기물의 비율을 1:3 내지 1:7으로 조절한 경우 직경 1.4 nm 내지 1.9 nm의 미세 나노 입자 제조가 가능하고, 금속전구체와 유기물의 비율을 1:8 내지 1:12으로 하였을 때 직경 1.0 nm 내지 1.3 nm의 미세 나노 입자입자로 형성할 수 있다.
또한, 폴리머를 기재 상에 스핀 코팅 할 때, 스핀 속도 및 시간을 조절하여 나노입자의 직경 및 밀도를 조절할 수 있다. 그 밖에도 금속이온을 환원 및 성장시키기 위한 에너지 인가시 그 조건을 조절하여 나노입자의 직경을 제어할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 나노입자층(300)을 모노 레이어 또는 멀티 레이어로 형성될 수 있는데, 폴리머 내의 금속이온(원자) 농도를 조절하거나 금속 이온을 포함하는 폴리머의 농도를 조절 하거나, 또는 스핀 코팅의 조건을 조절하여 모노 레이어 또는 멀티 레이어로의 형성이 가능하다.
다시 도 3을 참조하면, 나노입자층(300)은 나노입자(330)을 덮는 절연물(350)을 포함할 수 있다.
나노입자(300) 형성 이후에 폴리머 내의 유기물 또는 계면활성제 유기물은 나노입자(330) 주변에 잔류할 수도 있고, 제거될 수도 있다. 유기물이 잔류된 상태에서 또는 유기물이 제거된 상태에서 나노입자(330)을 고정 및 보호하기 위하여 보호막을 형성할 수 있으며, 이때 보호막은 무기물일 수 있다.
따라서, 절연물(350)은 폴리머 내의 유기물이거나, 계면활성제 유기물이거나, 또는 산화물 또는 질화물 같은 무기물일 수 있다.
도 5는 서로 다른 종류의 물질 및/또는 서로 다른 입자 직경의 나노입자층이 적층된 나노 구조체를 보여준다.
도 5를 참조하면, 기재(510) 상에 제1나노입자층(520)이 형성되고, 제1나노입자층(520) 상에 제2나노입자층(530)이 형성될 수 있다. 제1나노입자층(520)은 상호 이격된 복수의 나노입자(522)을 포함할 수 있다. 제2나노입자층(530) 역시 상호 이격된 복수의 나노입자(532)을 포함할 수 있다.
이때 제1나노입자층(520)을 구성하는 나노입자(522)들의 평균 입자 직경과 제2나노입자층(520)을 구성하는 나노입자(532)들의 평균 입자 직경이 서로 다를 수 있다. 또한, 제1나노입자층(520)을 구성하는 나노입자(522)과, 제2나노입자층(520)을 구성하는 나노입자(532)들은 서로 다른 물질일 수 있다. 예컨대 나노입자(522, 532)들은 단종의 금속 또는 금속화합물(금속산화물, 금속질화물, 이종금속화합물 등)일 수 있고, 이때 나노입자(522)와 나노입자(532)는 서로 다른 물질 일 수 있다.
앞서 설명된 본 발명의 실시예에 따라 제1나노입자층(520) 및 제2나노입자층(530)은 각각 형성될 수 있다. 이때, 제1나노입자층(520)을 형성하기 위한 제1 폴리머와 제2나노입자층(530)을 형성하기 위한 제2 폴리머 내에 포함된 금속이온의 농도를 서로 달리하여, 나노입자(522, 532)의 직경을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 폴리머를 기재 상에 스핀 코팅시 속도 및 시간을 조절하여, 나노입자(522, 532)의 직경을 조절할 수 있다.
한편, 도 5에서는 2개의 나노입자층이 적층된 구조를 보여주고 있으나, 이에 한정되지 않고, 나노 구조체는 기재 상에 수직적으로 적층된 복수의 나노입자층을 포함 할 수 있다. 아울러, 이때 스택된 각각의 나노입자층은 1차원 또는 2차원 배열된 모노 레이어일 수 있으며, 3차원의 멀티 레이어 일 수 있다. 또한, 각각의 나노입자층을 나노입자를 덮는 절연물(유기물 또는 무기물)을 포함하고 절연물은 나노입자들을 보호하는 기능을 할 수 있다.
도 6A 및 도 6B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 구조체를 보여주는 평면도 및 단면도로서, 나노입자(620)들의 배열을 용이하게 하기 위하여, 기재(610)의 표면에 가이드 홈(612)이 형성되고, 가이드 홈(612) 내에는 적어도 하나의 나노입자(620)가 배치된 상태를 보여준다.
기재가 표면층을 구비하고, 가이드 홈(612)은 상기 표면층에 구비될 수도 있다. 표면에 가이드 홈(612)을 갖는 기재(610)상에 금속이온이 함유된 폴리머를 코팅하고, 상기 금속이온들을 환원 및 성장에 의해 나노입자화 하면, 금속이온(원자)들은 가이드 홈(612) 내로 이동하여 응집되고, 결국 가이드 홈(612)내에 나노입자(620)가 형성된다. 따라서, 가이드 홈(612)의 배열에 의존해서 나노입자(620)들이 배열될 수 있다. 더불어 가이드 홈(612)에 의해 나노입자(620)들은 보다 쉽게 기재(610) 상에 고정될 수 있다.
도 6B에 도시된 바와 같이, 가이드 홈(612)는 폭(W) 보다 깊이(D)를 더 크게 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 폭(W)를 2nm로 형성하면 깊이(D)는 4nm로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 홈(612) 외부의 금속이온(원자)들이 홈(612) 내부로 보다 쉽게 이동하여 응집되도록 하기 위해서이다. 이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (25)

  1. 기재를 형성하는 단계;
    복수의 금속이온을 함유하는 폴리머를 형성하는 단계;
    상기 폴리머를 상기 기재 상에 공급하여, 상기 금속이온들을 상기 기재 상에 부착하는 단계; 및
    상기 금속이온들을 적어도 하나의 금속성 나노입자로 형성하는 단계를 포함하는
    나노 구조체 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는 스핀 코팅 또는 딥핑에 의해 상기 기재 상에 공급되는 나노 구조체 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 금속이온을 함유하는 폴리머를 형성하는 단계는,
    금속전구체와 유기물을 용매 내에 혼합하는 단계를 포함하는 나노 구조체 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속전구체와 상기 유기물의 혼합 비율을 조절하여, 상기 나노입자의 사이즈를 제어하는 나노 구조체 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스핀 코팅의 스핀 속도 및 시간을 조절하여 상기 나노입자의 사이즈를 제어하는 나노 구조체 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속성 나노입자를 복수개 형성하여 나노입자층을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 구조체 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 나노입자층은 상기 나노입자들이 상호 이격되어 배열된 모노 레이어(one-nanoparticle-thick layer) 또는 멀티 레이어인 나노 구조체 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 나노입자층은 상기 나노입자들이 가로 및 세로 방향으로 이격 배열된 2차원 레이어인 나노 구조체 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 나노입자층은 상기 나노입자들이 이격 배열된 3차원 레이어인 나노 구조체 제조방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 금속전구체와 상기 유기물의 혼합 비율을 조절하여, 모노 레이어 또는 멀티 레이어의 나노입자 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 구조체 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 금속성 나노입자는 상기 금속이온들의 환원 및 성장에 의해 형성되는 나조 구조체 제조방법.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 기재는 친수성의 표면층을 포함하고, 상기 폴리머 용액은 친수성 용매를 포함하는 나조 구조체 제조방법.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 기재는 소수성의 표면층을 포함하고, 상기 폴리머 용액은 소수성 용매를 포함하는 나노 구조체 제조방법.
  14. 기재를 형성하는 단계;
    복수의 금속이온이 결합된 유기물 사슬인 폴리머를 형성하는 단계;
    상기 폴리머를 상기 기재 상에 공급하여, 상기 금속이온들을 상기 기재 상에 부착하는 단계; 및
    상기 금속이온들을 복수의 금속성 나노입자로 형성하는 단계;
    상기 나노입자들을 상기 기재상에 고정하기 위하여 상기 나노입자들을 덮는 보호막을 형성하는 단계를 포함하는
    나노 구조체 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 보호막을 형성하기 이전에 상기 나노입자들 주변에 잔류하는 상기 유기물을 제거하는 단계를 더 포함하는 나노 구조체 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 폴리머는 스핀 코팅 또는 딥핑에 의해 상기 기재 상에 공급되는 나노 구조체 제조 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속성 나노입자들은 상기 금속이온들의 환원 및 성장에 의해 형성되는 나조 구조체 제조방법.
  18. 기재를 형성하는 단계;
    복수의 금속이온을 포함하는 제1 및 제2 폴리머를 각각 형성하는 단계;
    상기 제1 폴리머를 상기 기재 상에 공급하는 단계;
    상기 제1 폴리머 내의 금속이온들을 복수의 제1 금속성 나노입자로 형성하여 제1 나노입자층을 형성하는 단계;
    상기 제1 나노입자층 상에 상기 제2 폴리머를 공급하는 단계; 및
    상기 제2 폴리머 내의 금속이온을 복수의 제2 금속성 나노입자로 형성하여 제2 나노입자층을 형성하는 단계를 포함하는
    나노 구조체 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 금속성 나노입자들의 평균 입자 직경과 상기 제2 금속성 나노입자들의 평균 입자 직경은 서로 다르게 형성하는나노 구조체 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 금속성 나노입자와 상기 제2 금속성 나노입자를 서로 다른 물질로 형성하는 나노 구조체 제조 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 폴리머 내에 포함된 상기 금속이온의 농도를 서로 달리하여, 상기 제1 및 제2 금속성 나노입자들의 평균 입자 직경을 조절하는 나노 구조체 제조방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 폴리머의 공급은 스핀 코팅에 의해 이루어지는 나노 구조체 제조방법.
  23. 제 23 항에 있어서,
    상기 스핀 코팅의 속도 및 시간을 조절하여 상기 제1 및 제2 금속성 나노입자들을 각각 모노 레이어 또는 멀티 레이어로 형성하는 나노 구조체 제조방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속성 나노입자들은 상기 금속이온들의 환원 및 성장에 의해 형성되는 나조 구조체 제조방법.
  25. 제 1 항, 제 14 항 또는 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재를 형성하는 단계는, 상기 기재의 표면에 상기 나노입자의 배열을 위한 가이드 홈을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 구조체 제조 방법.
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