KR20180012385A - forming method of nanostructure pattern by vacuum deposition, manufacturing method of sensor device and sensor device thereby - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a nanostructure pattern forming method by vacuum deposition, a manufacturing method of a sensor device using the same, and a sensor device manufactured by the same. The manufacturing method of a sensor device using a vacuum deposition process comprises: a first step of forming a mask pattern layer exposing an area of an upper portion of a base material; a second step of setting a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of a nanostructure required for nanostructure growth on an upper portion of the mask pattern layer and the exposed area of the base material; a third step of growing a nanostructure on the upper portion of the mask pattern layer and the exposed area of the base material by a vacuum deposition process; and a fourth step of removing the mask pattern layer to form a nanostructure on the exposed area of the base material to form a nanostructure pattern on the upper portion of the base material. Accordingly, the present invention sets a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of a nanostructure required for nanostructure growth to use a vacuum deposition process to form a nanostructure pattern on an upper portion of a base material to simplify a process and easily form a nanostructure pattern having a uniform nanostructure distribution. A heat treatment process is not needed to form a nanostructure pattern on a flexible substrate such as a polymer substrate vulnerable to a high temperature. Deformation of a shape and a thickness of a nanostructure is minimized to provide a high quality device.

Description

진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법, 이를 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자{forming method of nanostructure pattern by vacuum deposition, manufacturing method of sensor device and sensor device thereby}[0001] The present invention relates to a method of forming a nanostructure pattern by vacuum deposition, a method of manufacturing a sensor element using the same,

본 발명은 진공증착 공정을 이용하여 나노구조체 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 특히 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 방법, 이를 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a nanostructure pattern by using a vacuum deposition process, and more particularly, to a method of forming a nanostructure pattern by forming a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of a nanostructure necessary for growing a nanostructure, A method of manufacturing a sensor element using the same, and a sensor element manufactured thereby.

최근 소자의 고집적화, 소형화 추세에 따라 나노구조체 및 그 제조방법에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 나노구조체는 입자의 크기, 재료 및 형태에 따라 상이한 성질을 나타낸다.In recent years, studies on nanostructures and their fabrication methods have been actively pursued in accordance with the trend toward high integration and miniaturization of devices. In general, nanostructures exhibit different properties depending on the particle size, material, and shape.

이러한 나노구조체는 재료, 전기, 전자 분야뿐만 아니라, 생명공학 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 특정 패턴을 이루도록 함으로써, 디스플레이, 센서, 레이저, LED, Solar Cell, 커패시터 등 다양한 분야에 활용되고 있다.Such nanostructures are utilized in various fields such as materials, electric and electronic fields as well as biotechnology, and are used in various fields such as display, sensor, laser, LED, solar cell, and capacitor by forming a specific pattern.

종래의 나노구조체를 형성하는 방법으로, 나노입자를 포함하는 분산용매를 기판에 코팅하고, 소결과정을 거쳐 용매를 제거하는 화학적인 방법(한국등록특허 10-1032791호)이 가장 간단한 방법으로 낮은 생산 비용으로 대량 양산이 가능하여 널리 사용되어 왔었다.In a conventional method of forming a nanostructure, a chemical process (Korean Patent No. 10-1032791) in which a dispersion solvent containing nanoparticles is coated on a substrate and a solvent is removed through a sintering process (Korean Patent No. 10-1032791) It has been widely used because it can be mass-produced at a high cost.

그러나, 종래의 이러한 화학적인 방법은 대면적의 기판 상에 나노입자의 균일한 흡착이 용이하지 않으며, 나노입자의 크기 제어가 용이하지 않아 그 활용도가 떨어지는 단점이 있다.However, this conventional chemical method has disadvantages in that uniform adsorption of nanoparticles on a large-sized substrate is not easy, and the size control of nanoparticles is not easy and the utilization thereof is low.

또한, 이러한 방법은 패턴의 형성이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 소결 공정의 온도 및 압력이 높아 공정 프로세스의 어려움이 있으며, 나노입자를 용매에 골고루 분산시키는 것과 이를 기판 상에 고르게 분포시키는 것이 용이하지 않아, 나노입자를 이용한 효율향상에 기여하지 못하고 있다.In addition, this method is not easy to form a pattern, has a high temperature and pressure in a sintering process, and has difficulty in a process. It is difficult to uniformly disperse nanoparticles in a solvent and to distribute the nanoparticles uniformly on a substrate , And does not contribute to improvement of efficiency using nanoparticles.

특히, 나노입자는 패턴의 크기, 형태 등에 따라 다양한 특성을 나타내는데. 이러한 특성을 이용하기 위해서는 각 응용분야별 나노입자를 이용한 패턴의 제어가 용이하여야 하고, 적절한 위치에 원하는 형태나 크기로 고른 나노입자의 분포를 가지면서 패턴을 형성하는 것이 매우 중요하다.In particular, nanoparticles exhibit various properties depending on the size, shape, etc. of the pattern. In order to utilize these characteristics, it is very important to control the pattern using nanoparticles for each application field and to form a pattern having a uniform distribution of nanoparticles in a desired shape and size at appropriate positions.

이에 따라 다양한 방법에 의한 나노패턴을 형성하는 방법이 연구되고 있는데, 종래에는 포토리소그래피 또는 나노임프린트 리소그래피 등을 포함하는 공정으로 박막의 증착, 패터닝 및 식각 공정에 의해 제조되거나, 기판 상에 시드층을 형성하여 시드층 상에 나노입자가 형성하도록 하는 기술(한국등록특허 1419531호, 출원번호 10-2015-0001430호) 등이 있다.Accordingly, a method of forming a nanopattern by various methods has been studied. In the past, a method including a photolithography process or a nanoimprint lithography process, a thin film deposition process, a patterning process, an etching process, And a technique for forming nanoparticles on the seed layer (Korean Patent Registration No. 1419531, Application No. 10-2015-0001430).

그러나, 상기의 방법은 나노패턴의 크기 및 밀도에 대응되는 마스크(또는 마스크층) 또는 임프린트 스탬프를 제작하여야 하므로 일반적으로 공정이 복잡하고, 마스크 또는 임프린트 스탬프 패턴에 대응되는 단일 형태의 나노패턴의 형성에만 유리하여 나노패턴의 제어가 용이하지 않으며, 또한, 시드층 증착 및 제거 공정이 필요하여 공정이 복잡한 단점이 있다.However, in the above method, since a mask (or a mask layer) or an imprint stamp corresponding to the size and density of the nanopattern must be fabricated, the process is complicated and the formation of a single type of nanopattern corresponding to the mask or imprint stamp pattern The control of the nano pattern is not easy and the process of depositing and removing the seed layer is required and the process is complicated.

특히, 센서 소자에 사용되는 센서검지물질 형성의 경우, 기재 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기의 화학적인 방법에 의한 나노입자를 포함하는 분산용매를 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기재 상에 드랍핑(Dropping) 또는 스핀코팅(Spin-coating)하여 형성하는 것이 일반적이었으나, 상기와 같이 나노입자 간의 뭉침 현상 등으로 인하여 검지물질 형성 영역에 균일하게 나노구조체를 형성하는 것이 용이하지 않아, 고감도의 센서 소자 제작에 어려움이 있어왔다.Particularly, in the case of forming a sensor detection material used for a sensor element, a photoresist pattern is formed on a substrate, and a dispersion solvent containing nanoparticles by the chemical method described above is dropped on the substrate on which the photoresist pattern is formed However, it is difficult to uniformly form a nanostructure on the detection material formation region due to the agglomeration of nanoparticles as described above. Thus, a sensor device with high sensitivity There have been difficulties in making.

또한, 이러한 공정들은 열처리 공정에 의한 De-wetting을 유도하여 나노구조체를 형성하는 것과 같이 500℃ 이상의 고온에서의 열처리 공정이 필수적으로 수반되어야 하는데, 이에 의해 열처리 온도로의 승온과 하온을 위한 소요 시간이 매우 많이 걸리게 되어 공정 시간이 오래 걸리게 되며, 열처리 온도가 500℃ 이상에서 진행되므로 고분자 기판과 같은 유연 기판 상의 나노구조체 형성의 어려움이 있다.In addition, these processes must be accompanied by a heat treatment process at a high temperature of 500 ° C or more, such as forming a nanostructure by inducing de-wetting by a heat treatment process. Thus, the time required for the temperature increase The process takes a long time and the heat treatment is carried out at a temperature higher than 500 ° C, which makes it difficult to form a nanostructure on a flexible substrate such as a polymer substrate.

또한, 고온에서의 열처리 공정으로 인한, 소자 재료의 확산(diffusion), 섞임(intermixing)이 발생하거나, 나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 초래할 수 있어, 소자의 품질 및 특성을 저하시키는 원인이 되기도 한다.Further, diffusion and intermixing of the element material may occur due to the heat treatment process at a high temperature, or the shape and thickness of the nanostructure may be deformed, which may degrade the quality and characteristics of the device. do.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 방법, 이를 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자의 제공을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of forming a nanostructure pattern on a substrate using a vacuum deposition process by setting vacuum deposition conditions satisfying a minimum critical radius of a nano- A method of manufacturing a sensor element using the same, and a sensor element manufactured by the method.

상기 목적 달성을 위해 본 발명은, 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제1단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제2단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 제3단계 및 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법을 기술적 요지로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a mask pattern layer exposing a part of an upper surface of a substrate; A third step of growing a nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process and a second step of forming a mask pattern layer on the mask pattern layer, And a fourth step of forming a nanostructure pattern on the substrate by forming a nanostructure on the exposed region of the substrate to form a nanostructure pattern on the substrate, and a method of forming the nanostructure pattern by vacuum deposition .

또한, 상기 목적 달성을 위해 본 발명은, 기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 AlxGa1 - xN층, InAlN층 및 InAlGaN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 및 상기 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 기재를 준비하는 (가)단계와, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 (나)단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 (다)단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 (라)단계 및 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 (마)단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자를 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention also provides a GaN-based buffer layer formed on a substrate, a GaN layer formed on the buffer layer, an Al x Ga 1 - x N layer formed on the GaN layer, an InAlN layer and an InAlGaN layer Preparing a substrate including one layer selected from the group consisting of a source electrode and a drain electrode formed on the one layer and masking the source electrode and the drain electrode, (B) forming a mask pattern layer for exposing a region of the substrate, and forming a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the nanostructure necessary for growing the nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer (D) growing the nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process, and (d) And forming a nanostructure pattern on the substrate by forming a nanostructure on the exposed region of the substrate by using the nanostructure pattern formed by the vacuum deposition method. And a sensor element manufactured thereby.

본 발명은 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 것으로서, 나노구조체 패턴의 제조를 위해 별도의 마스크 또는 임프린트 스탬프의 제작이나 시드층의 형성공정이 필요없게 되어 공정을 단순화시킨 효과가 있다.The present invention relates to a method of forming a nanostructure pattern on a substrate using a vacuum deposition process by setting vacuum deposition conditions that satisfy a minimum critical radius of a nanostructure necessary for growing the nanostructure, There is no need to produce a mask or an imprint stamp of the substrate or a step of forming a seed layer, thereby simplifying the process.

또한, 진공증착 조건에 따라 다양한 형태의 나노구조체 패턴의 형성을 간단하면서도 용이하게 형성할 수 있고, 기본적으로 기재 상에 나노구조체를 고르게 분포시켜 형성할 수 있으며, 나노구조체 패턴의 크기, 형태뿐만 아니라 위치 제어도 용이하여, 전체적으로 균일한 나노구조체 분포를 가지면서 나노구조체 패턴의 형성이 용이한 효과가 있다.In addition, it is possible to form various types of nanostructure patterns easily and easily according to vacuum deposition conditions, and basically, the nanostructures can be uniformly distributed on a substrate. In addition to the size and shape of the nanostructure pattern Position control can be easily performed, and the nanostructure pattern can be easily formed while having a uniform nanostructure distribution as a whole.

또한, 특별한 진공증착 조건을 설정함으로써 종래의 열처리 공정이 필요없게 되어, 고온의 열처리 온도로의 승온과 하온을 위한 공정 시간을 획기적으로 단축시켜 경제적이며, 고온에 취약한 고분자 기판과 같은 유연 기판 상에서의 나노구조체 패턴의 형성이 용이하여 그 적용분야가 다양화될 것으로 기대된다.In addition, by setting special vacuum deposition conditions, a conventional heat treatment process is not required, and the process time for warming and lowering the temperature to a high temperature heat treatment temperature is drastically shortened, which is economical. It is expected that the formation of the nanostructure pattern is easy and the application fields thereof will be diversified.

또한, 고온에서의 열처리 공정이 필요없게 되어, 소자 재료의 확산, 섞임 등의 문제를 방지할 수 있어, 나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.Further, a heat treatment step at a high temperature is not required, problems such as diffusion and mixing of element materials can be prevented, and the shape and thickness deformation of the nanostructure can be minimized, thereby providing a high-quality device.

특히, 센서 소자에 사용되는 검지영역 형성의 경우, 종래의 화학적인 방법에 의해 형성하는 것이 아니라 특별하게 설정된 진공증착 조건에 따른 진공증착 공정에 의해 검지물질 형성 영역 상에 검지물질을 나노구조체 패턴으로 형성함으로써, 균일한 검지영역을 형성하는 것이 용이하여, 고감도의 센서 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.Particularly, in the case of forming the detection region used for the sensor element, the detection substance is formed in the nanostructure pattern on the detection substance formation region by the vacuum deposition process according to the specially set vacuum deposition condition, not by the conventional chemical method It is easy to form a uniform detection region and it is possible to provide a sensor element with high sensitivity.

도 1 및 도 2 - 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법에 대한 모식도.
도 3 및 도 4 - 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법에 대한 모식도.
도 5 - 본 발명에 따른 나노구조체 성장을 위한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족시키기 위한 증착속도 및 증착두께의 범위 설정에 대한 메카니즘을 나타낸 도.
도 6 - 전자빔 증착기(E-beam evaporator)에 의한 Au 증착 두께 조절에 따른 Au 나노구조체 형상의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 도.
도 7 - 전자빔 증착기에 의한 0.75, 1.5 및 5 nm 두께의 Au 증착 시 Au 나노구조체의 직경 분포도.
도 8 - Si 기판 및 Polycarbonate(PC) 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 Au 증착 후 Au 나노구조체 및 Au 나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 9 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 Pt 증착 후 Pt 나노구조체 및 Pt 나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 10 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 Pd 증착 후 Pd 나노구조체 및 Pd 나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 11 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 Pt와 1.5nm 두께의 Pd을 in-site 방식으로 연속적으로 증착 후 Pt 및 Pd 복합 나노구조체 및 Pt 및 Pd 복합 나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 12 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 TiO2를 증착 후 TiO2 나노구조체 및 TiO2 나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 13 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 ZnS를 증착 후 ZnS 나노구조체 및 ZnS 나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 14 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 MgF2를 증착 후 MgF2 나노구조체 및 MgF2 나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 15 - Si 기판 상에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 15nm 두께의 InP 증착 후 InP 나노구조체 및 InP 나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 16 - Si 기판 및 PC 기판 상에 스퍼터링(Sputtering)을 이용하여 1.5nm 두께의 Au 증착 후 Au 나노구조체 및 Au 나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분 분석(EDX) 결과 및 Au 나노구조체의 직경 분포도.
도 17 - 나노/마이크로 스케일로 요철이 형성된 기재를 이용한 Au 나노구조체 패턴 결과의 SEM 이미지를 나타낸 도.
도 18 - 센서 검지물질로 적용하기 위하여 센서 검지물질에 Au 나노구조체를 적용한 실시예에 대한 SEM 이미지를 나타낸 도.
도 19 - PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 0.75nm 및 1.5nm 두께의 Au를 각각 증착 후 자외선-가시광선 분광광도계(UV-Vis Spectrophotometer)를 이용하여 표면 플라스몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance) 특성 분석 결과 데이타를 나타낸 도.
도 20 - 1 step 공정(검정색 그래프)과 2 step 공정(붉은색)에 의한 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 표면 플라스몬 공명 특성 분석 결과 데이타를 나타낸 도.
1 and 2 are schematic views of a method of forming a nanostructure pattern by vacuum deposition according to the present invention.
FIGS. 3 and 4 are schematic views illustrating a method of manufacturing a sensor device using a nanostructure pattern by vacuum deposition according to the present invention. FIG.
FIG. 5 is a view showing a mechanism for setting a deposition rate and a deposition thickness range to satisfy a minimum critical radius of a nanostructure for growing a nanostructure according to the present invention. FIG.
FIG. 6 is a SEM (Scanning Electron Microscope) image of an Au nanostructure according to an Au deposition thickness control by an E-beam evaporator; FIG.
FIG. 7 - Diameter distribution of Au nanostructures during Au deposition of 0.75, 1.5 and 5 nm thickness by electron beam evaporator.
Figure 8 - SEM and optical microscope images and component analysis (EDX) of Au nanostructure and Au nanostructure patterns after 1.5 nm thick Au deposition on Si substrate and Polycarbonate (PC) substrate using electron beam evaporator Fig.
FIG. 9 is a graph showing the shape analysis (SEM and optical microscope image) and the component analysis (EDX) of Pt nanostructure and Pt nanostructure pattern after 1.5 nm thick Pt deposition on a Si substrate and a PC substrate using an electron beam evaporator .
FIG. 10 is a graph showing the shape analysis (SEM and optical microscope image) and the component analysis (EDX) of Pd nanostructure and Pd nanostructure pattern after 1.5 nm thick Pd deposition on Si substrate and PC substrate using electron beam evaporator .
11 - Pt and Pd composite nanostructures and Pt and Pd composite nano-structure patterns were formed on a Si substrate and a PC substrate by in-situ deposition of 1.5 nm thick Pt and 1.5 nm thick Pd continuously using an electron beam evaporator. (SEM & optical microscope image) and component analysis (EDX).
12 - TiO 2 with a thickness of 1.5 nm was deposited on an Si substrate and a PC substrate using an electron beam evaporator, and then TiO 2 (SEM and optical microscope image) and component analysis (EDX) of the nanostructure and TiO 2 nanostructure pattern.
Fig. 13 shows the result of analyzing the shape (SEM and optical microscope image) and component analysis (EDX) of the ZnS nanostructure and ZnS nanostructure pattern after depositing ZnS on the Si substrate and PC substrate using electron beam evaporator Degree.
14 - MgF 2 having a thickness of 1.5 nm was deposited on a Si substrate and a PC substrate using an electron beam evaporator, and then MgF 2 (SEM and optical microscope image) and component analysis (EDX) of the nanostructure and MgF 2 nanostructure pattern.
Fig. 15 - SEM and optical microscopy images of the InP nanostructure and InP nanostructure patterns and the component analysis (EDX) results after deposition of 15 nm of InP on a Si substrate using chemical vapor deposition Fig.
16 - SEM and optical microscope images (SEM and optical microscope image) and component analysis (EDX) results of Au nanostructure and Au nanostructure pattern after deposition of Au with 1.5 nm thickness on a Si substrate and a PC substrate by sputtering Diameter distribution of Au nanostructure.
Fig. 17 is a SEM image of an Au nanostructure pattern using nano / micro scale unevenness formed substrate. Fig.
18 shows an SEM image of an embodiment in which an Au nanostructure is applied to a sensor sensing material for application as a sensor sensing material.
FIG. 19 - Au films of 0.75 nm and 1.5 nm thickness were deposited on a PC substrate using an electron beam evaporator, and then surface plasmon resonance (SPR) was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer. Fig.
Figure 20 - Diagram showing surface plasmon resonance characterization data using an ultraviolet-visible spectrophotometer with 1 step process (black graph) and 2 step process (red color).

본 발명은 진공증착 공정을 이용하여 나노구조체 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 특히 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 것이다.The present invention relates to a method for forming a nanostructure pattern by using a vacuum deposition process, and more particularly, to a method of forming a nanostructure pattern by forming a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of a nanostructure necessary for growing a nanostructure, To form a nanostructure pattern.

이에 의해 나노구조체 패턴의 제조를 위해 별도의 마스크 또는 임프린트 스탬프의 제작이나 시드층의 형성공정이 필요없게 되어 공정이 간단하고, 진공증착 조건에 따라 각 응용분야별로 나노구조체 패턴의 제어가 용이하여, 다양한 형태의 나노구조체 패턴의 형성을 간단하면서도 용이하게 형성할 수 있는 장점이 있다.This makes it unnecessary to manufacture a mask or an imprint stamp or a seed layer for manufacturing a nanostructure pattern, simplifying the process, facilitating control of the nanostructure pattern for each application field according to vacuum deposition conditions, It is possible to form various types of nanostructure patterns easily and easily.

또한, 진공증착 공정에 의해 나노구조체 패턴을 형성함으로써, 기본적으로 기재 상에 나노구조체를 고르게 분포시켜 형성할 수 있으며, 나노구조체 패턴의 크기, 형태뿐만 아니라 위치 제어도 용이하여, 전체적으로 균일한 나노구조체 분포를 가지면서 나노구조체 패턴의 형성이 용이한 장점이 있다.In addition, by forming the nanostructure pattern by a vacuum deposition process, basically, the nanostructure can be uniformly distributed on the substrate, and the size and shape of the nanostructure pattern as well as the position control can be easily controlled, It is easy to form a nanostructure pattern while having a distribution.

또한, 특별한 진공증착 조건을 설정함으로써 종래의 열처리 공정이 필요없게 되어, 고온의 열처리 온도로의 승온과 하온을 위한 공정 시간이 획기적으로 단축되며, 고온에 취약한 고분자 기판과 같은 유연 기판 상에서의 나노구조체 패턴의 형성이 용이하여 그 적용분야가 다양화될 것으로 기대된다.In addition, by setting the special vacuum deposition conditions, the conventional heat treatment process is not required, and the process time for heating and lowering the temperature to the high temperature heat treatment temperature is drastically shortened, and the nanostructure on the flexible substrate, It is expected that pattern formation will be easy and the application field will be diversified.

또한, 고온에서의 열처리 공정이 필요없게 되어, 소자 재료의 확산, 섞임 등의 문제를 방지할 수 있어, 나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있는 장점이 있다.Further, it is unnecessary to carry out a heat treatment step at a high temperature, and problems such as diffusion and mixing of element materials can be prevented, and it is possible to provide a high-quality element by minimizing the shape and thickness deformation of the nanostructure.

특히, 센서 소자에 사용되는 검지영역 형성의 경우, 종래의 화학적인 방법에 의해 형성하는 것이 아니라 특별하게 설정된 진공증착 조건에 따른 진공증착 공정에 의해 검지물질 형성 영역 상에 검지물질을 나노구조체 패턴으로 형성함으로써, 균일한 검지영역을 형성하는 것이 용이하여, 고감도의 센서 소자를 제공할 수 있게 된다.Particularly, in the case of forming the detection region used for the sensor element, the detection substance is formed in the nanostructure pattern on the detection substance formation region by the vacuum deposition process according to the specially set vacuum deposition condition, not by the conventional chemical method It is easy to form a uniform detection region, and a sensor element with high sensitivity can be provided.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법에 대한 모식도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIGS. 1 and 2 are schematic views of a method of forming a nanostructure pattern by vacuum deposition according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are views showing a method of manufacturing a sensor element using a nanostructure pattern by vacuum deposition according to the present invention. Fig.

먼저, 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제1단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제2단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 제3단계 및 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.First, as shown in FIGS. 1 and 2, a method for forming a nanostructure pattern by vacuum deposition according to the present invention includes a first step of forming a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of a substrate, A second step of setting a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the nanostructure necessary for growth of the nanostructure on the mask pattern layer and the exposed region of the substrate by the vacuum deposition process, A third step of growing a nanostructure on the pattern layer and a fourth step of removing the mask pattern layer and forming a nanostructure on the exposed region of the substrate to form a nanostructure pattern on the substrate .

본 발명은 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 것으로서, 나노구조체라 함은 수 nm ~ 수 백nm 싸이즈로, 원기둥, 원뿔, 구형, 다각면체 등 그 형태 및 크기에 구애받지 않은 것으로서, 이러한 나노구조체가 적용 분야에 적합하도록 소정의 패턴으로 구현되는 것을 본 발명에서는 나노구조체 패턴이라 한다.The present invention relates to a method of forming a nanostructure pattern on a substrate. The nanostructure refers to a nanostructure having a size of several nanometers to several hundreds of nanometers and being free from the shape and size of a cylinder, a cone, a sphere, Is implemented in a predetermined pattern so as to be suitable for an application field, it is referred to as a nanostructure pattern in the present invention.

이러한 나노구조체 패턴은 소자의 응용분야에 따라, 다양한 종류의 기재(기판 또는 박막, 센서 소자에서의 트랜지스터 구조) 상에 단일 패턴으로 형성되거나, 단일 패턴의 반복 또는 다양한 형태의 패턴의 조합 등으로 구현될 수 있으며, 이러한 패턴이 규칙적 또는 불규칙적으로 구현될 수도 있다. 이를 위한 나노구조체의 형성물질은 동종 또는 이종의 물질로 단일층 또는 복수층으로 다양하게 구현될 수 있다.Such a nanostructure pattern may be formed in a single pattern on various types of substrates (substrate or thin film, transistor structure in a sensor element), or by repeating a single pattern or combining various patterns in accordance with application fields of devices And these patterns may be implemented regularly or irregularly. The nanostructure forming material for this purpose can be variously implemented as a single layer or a plurality of layers of homogeneous or heterogeneous materials.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법은 먼저, 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 것이다.(제1단계)As shown in FIG. 1, a method of forming a pattern of a nano structure by vacuum deposition according to the present invention is to form a mask pattern layer exposing a part of the upper part of the substrate. (Step 1)

상기 기재는 상술한 바와 같이, 나노구조체 패턴의 응용분야에 따라 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 기판 또는 박막, 센서 소자에서의 트랜지스터 구조 등이 될 수 있다.As described above, the substrate may be of various types depending on the application of the nanostructure pattern, and may be a substrate, a thin film, a transistor structure in a sensor element, or the like.

구체적으로는, 상기 기재(트랜지스터 구조에서는 기판)는 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 보론 나이트라이드(BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, 사파이어, 석영 및 유리 중 어느 하나의 무기물 기판을 사용할 수 있다.Specifically, the substrate (the substrate in the transistor structure) may be formed of at least one selected from the group consisting of Si, GaAs, GaP, GaAsP, MgO, sapphire, quartz, and glass can be used.

또한, 응용분야에 따라 상기 기재는, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리노르보넨(Polynorbornene, PN), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타일렌(Polystyrene, PS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC), 폴리아미드(Polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나인 고분자 기판을 사용할 수 있다.In addition, depending on the field of application, the substrate may be formed of a material selected from the group consisting of polycarbonate (PC), polyethylene naphthalate (PEN), polynorbornene (PN), polyacrylate, polyvinyl alcohol , PVA), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polystyrene (PS), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyvinylchloride (PVC), polyamide (PA), polybutyleneterephthalate (PBT), polymethyl methacrylate (PMMA) and polydimethylsiloxane ) Can be used.

이러한 기재 상부에는 열경화 또는 광경화 레진 구체적으로는 임프린트 레진, 리소그래피용 레지스트(Resist) 등을 이용한 마스크층을 형성하거나, DFR(Dry Film Resist) 등을 이용한 감광성 필름, SiO2 SiNx 및 Si3N4로 이용한 마스크층을 형성한 후, 이를 패터닝하여, 상기 기재 상부의 일부 영역이 노출되도록 마스크 패턴층을 형성한다.On this substrate, a mask layer made of a thermosetting resin or a photocurable resin, specifically, an imprint resin, a lithography resist, or the like may be formed, or a photosensitive film using DFR (Dry Film Resist) or the like, a SiO 2 SiN x and a Si 3 N 4 is formed and then patterned to form a mask pattern layer such that a part of the upper surface of the substrate is exposed.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1단계의 기재에는 요철이 형성될 수 있으며, 상기 요철이 형성된 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 2, irregularities may be formed on the substrate of the first step, and a mask pattern layer may be formed to expose a part of the upper surface of the substrate on which the irregularities are formed.

상기 요철은 상기 기재 상에 별도의 패터닝 및 식각 공정에 의해 나노 또는 마이크로 스케일의 패턴을 형성한 후, 필요한 영역에 상기 마스크 패턴층을 형성하는 것으로서, 다양한 형태의 나노구조체 패턴의 형성을 도모한 것이다.The irregularities are formed by forming a nano- or micro-scale pattern on the substrate by a separate patterning and etching process, and then forming the mask pattern layer in a necessary area, thereby forming various types of nanostructure patterns .

여기에서, 마스크 패턴층을 형성하기 위한 마스크층을 형성하기 전에 기재 상부에 고분자층을 형성하고, 상기 고분자층 상부에 마스크 패턴층이 구현되도록 할 수 있다.Here, before forming the mask layer for forming the mask pattern layer, a polymer layer may be formed on the substrate, and a mask pattern layer may be formed on the polymer layer.

상기 고분자층은 상기 기재의 종류, 사용목적, 상기 기재 상부에 형성되는 마스크층의 종류에 따라 또는 필요에 의해 선택적으로 형성될 수 있으며, 상기 고분자층 상층에 형성되는 마스크층의 코팅성 및 도막성을 향상시키고, 패터닝 공정에서의 건식 식각 공정에서의 에칭 저항성이 있어, 상기 마스크 패턴층의 정밀한 형성에 기여하게 된다.The polymer layer may be selectively formed depending on the kind of the substrate, the purpose of use, the kind of the mask layer formed on the substrate, or the like, and the coating property and the film property of the mask layer formed on the polymer layer And etching resistance in the dry etching process in the patterning process, contributing to the precise formation of the mask pattern layer.

상기 고분자층은 상기 마스크 패턴층을 건식 식각 마스크로 하여 고분자층의 일부 영역을 건식 식각하여 고분자층의 일부 영역에서 하부의 기재의 일부 영역이 노출되게 되며, 상기 노출된 기재의 일부 영역 상에 나노구조체를 형성함에 따라 정밀한 나노구조체 패턴의 형성에 일조하게 되는 것이다.The polymer layer is formed by dry-etching a part of the polymer layer using the mask pattern layer as a dry etching mask to expose a part of the lower substrate in a part of the polymer layer, As the structure is formed, it contributes to formation of a precise nanostructure pattern.

이러한, 상기 고분자층은, PVC(Polyvinyl Chloride), Neoprene, PVA(Polyvinyl Alcohol), PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA(Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG(Spin On Glass), PDMS(Polydimethylsiloxane), PVFM(Poly Vinyl formal), Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide 및 LOR(Lift-Off Resist) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.The polymer layer may be formed of a material selected from the group consisting of polyvinyl chloride (PVC), neoprene, polyvinyl alcohol (PVA), poly methyl methacrylate (PMMA), polybenzyl methacrylate (PBMA), polystyrene, spin on glass (SOG), polydimethylsiloxane , Polyvinyl formal (PVFM), parylene, polyester, epoxy, polyether, polyimide, and lift-off resist (LOR).

그리고, 상기 기재의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성한 후, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정한다.(제2단계)Then, after forming a mask pattern layer exposing a part of the substrate, a vacuum deposition condition that satisfies the minimum critical radius of the nanostructure for the growth of the nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer (Step 2)

즉, 나노구조체가 박막으로 성장되지 않고, 나노구조체로서 성장하기 위한 최소 임계반지름을 만족하기 위한 진공증착 조건을 설정한 후, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 것이다.(제3단계)That is, a vacuum deposition condition is set so as to satisfy the minimum critical radius for growing the nano structure as a nano structure without growing the nano structure, and then the exposed region of the substrate and the mask pattern layer To grow the nanostructure. (Step 3)

이러한, 진공증착 조건은, 증착속도(Deposition rate)는 0.01nm/초에서 5nm/초의 범위에서, 30nm 이하의 두께로 성장되도록 설정하는 것이 바람직하다.The vacuum deposition conditions are preferably set such that the deposition rate is in a range of 0.01 nm / second to 5 nm / second and a thickness of 30 nm or less.

이는 도 5에 도시된 바와 같이, 나노구조체 성장을 위한 나노구조체의 최소 임계반지름(도 5에서 rcrit)을 만족시키기 위한 증착속도 및 증착두께의 범위 설정에 대한 메카니즘을 도시한 것이다.This shows the mechanism for setting the deposition rate and the deposition thickness range to satisfy the minimum critical radius (r crit in FIG. 5) of the nanostructure for nanostructure growth, as shown in FIG.

도 5에 도시된 바와 같이, 나노구조체의 반지름이 rcrit 이상인 경우, 나노구조체가 지속적으로 성장할 수 있어서, 결정핵(Crystal Nucleus)으로 성장하여 안정된 나노구조체로 존재하며, 나노구조체의 반지름이 rcrit 이하인 경우, 열역학적으로 안정한 상태를 유지할 수 없어서 핵으로 성장하지 못하고, 불안정한 입자 상태를 유지하게 된다.As shown in FIG. 5, when the radius of the nanostructure is r crit or more, the nanostructure can be continuously grown so that it grows as a crystal nucleus and exists as a stable nanostructure. When the radius of the nanostructure is r crit Or less, the thermodynamically stable state can not be maintained, so that the particles can not grow into nuclei, and the unstable particle state is maintained.

본 발명에 따른 진공증착 조건은, 증착속도(Deposition rate)는 0.01nm/초에서 5nm/초의 범위에서, 30nm 이하의 두께로 나노구조체를 성장시키는 것으로서, 이 조건이 나노구조체의 반지름이 rcrit 이상이어서 결정핵으로 성장할 수 있는 최소한의 반지름 조건에 해당하게 된다.The vacuum deposition condition according to the present invention is that the deposition rate is in the range of 0.01 nm / sec to 5 nm / sec and the nanostructure is grown to a thickness of 30 nm or less. When the condition is that the radius of the nanostructure is r crit or more Followed by a minimum radius condition that can grow into crystal nuclei.

즉, 상기 증착속도의 범위를 넘어서는 경우에는 나노구조체로서 성장할 수 있는 결정핵을 형성하지 못하고 부피성장보다 면성장이 주로 이루어지게 되어 박막으로 성장되거나, 그 보다 더 두꺼운 경우에는 나노구조체 간에 융합되어 나노구조체가 아닌 박막으로 성장이 이루어지게 된다.In other words, when the deposition rate is out of the range, the crystal nuclei that can grow as a nanostructure can not be formed, and cotton growth occurs mainly through volume growth rather than volume growth. When the thickness of the nanostructure is thicker than that, Growth is made by thin film instead of structure.

이와 같이 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 성장시킴으로써, 기재 상에 나노구조체를 고르게 분포시켜 형성할 수 있으며, 나노구조체 패턴의 크기, 형태뿐만 아니라 위치 제어도 용이하여, 전체적으로 균일한 나노구조체 분포를 가지게 된다.By thus growing the nanostructure by the vacuum deposition process, it is possible to uniformly distribute the nanostructure on the substrate, and it is possible to easily control the position and the size of the nanostructure pattern as well as the pattern, do.

또한, 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 성장시킴으로써, 나노구조체 패턴의 제조를 위해 별도의 마스크 또는 임프린트 스탬프의 제작이나 시드층의 형성공정이 필요없게 되어 공정이 간단하고, 진공증착 조건에 따라 나노구조체 패턴의 제어가 용이하여, 다양한 형태의 나노구조체 패턴의 형성을 간단하면서도 용이하게 형성할 수 있게 된다.In addition, by growing the nanostructure by a vacuum deposition process, it is not necessary to manufacture a separate mask or imprint stamp or a seed layer forming process for manufacturing the nanostructure pattern, and the process is simple, and the nanostructure The pattern can be easily controlled and the formation of various types of nanostructure patterns can be easily and easily formed.

이러한 진공증착 조건을 설정한 후, 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건 하에서, 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 성장시키게 된다.After the vacuum deposition conditions are set, the nanostructure is grown on the exposed region of the substrate and on the mask pattern layer by a vacuum deposition process under vacuum deposition conditions satisfying the minimum critical radius of the nanostructure.

즉, 설정된 진공증착 조건을 이용하여 나노구조체 생성을 위한 최소 임계반지름 조건을 만족하도록 한 상태에서, 나노구조체를 성장시키는 것이다.That is, the nanostructure is grown while satisfying the minimum critical radius condition for nanostructure formation using the set vacuum deposition conditions.

또한, 상기 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후, 상기 1차로 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열 처리를 수행하고, 상기 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착속도로 상기 나노구조체를 2차로 성장시키는 것이다.The nanostructure may be first grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the nanostructure, plasma treatment or heat treatment may be performed on the primarily grown nanostructure, And secondarily growing the nanostructure at a relatively higher deposition rate than the deposition conditions.

즉, 2 step 방식에 의해 더욱 결정성이 우수하고, 균일한 나노구조체를 형성하기 위한 것으로서, 첫번째 step에서 나노구조체 생성을 위해 필요한 최소 임계반지름을 갖는 나노구조체가 생성되도록 낮은 속도의 증착속도를 설정하여 균일한 크기의 핵생성을 유도하고, 이후 플라즈마 처리 또는 열 처리를 통해 핵의 결정성을 향상시킨 후, 두번째 step에서는 첫번째 step에서의 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착속도로 나노구조체를 형성함으로써, 전체적으로 빠른 시간 내에 결정성이 우수하고, 균일한 나노구조체의 형성이 가능하도록 한 것이다.In other words, a low-speed deposition rate is set so that a nanostructure having a minimum critical radius required for nanostructure formation in the first step is formed in order to form a uniform nanostructure by the 2 step method. And then the nuclei are crystallized through plasma treatment or heat treatment. In the second step, nanostructures are formed at a relatively higher deposition rate than the vacuum deposition conditions in the first step Thereby making it possible to form uniform nanostructures with excellent crystallinity in a short period of time as a whole.

또한, 상기 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후, 상기 진공증착 조건에서의 증착속도와는 다른 증착속도로 상기 1차 성장에서의 나노구조체와 동종 또는 이종의 나노구조체를 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임)로 연속적으로 성장시킬 수 있다.In addition, after the nanostructure is first grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition that satisfies the minimum critical radius of the nanostructure, the nanostructure is grown at a deposition rate different from the deposition rate in the vacuum deposition condition, (1 + n) (where n is a natural number of 1, 2, 3, ..., and n is a natural number) of the same or different nanostructures.

즉, (1+n) step 방식에 의해 나노구조체의 결정성을 조절하면서, 다양한 조성 프로파일 또는 결정구조 등을 갖는 나노구조체의 성장을 구현하기 위한 것으로서, 첫번째 step에서 상기와 같이 나노구조체 생성을 위해 필요한 최소 임계반지름을 갖는 나노구조체가 생성되도록 낮은 속도의 증착속도를 설정하여 균일한 크기의 핵생성을 유도하고, 첫번째 step과는 다른 증착속도 예컨대 더 높은 증착속도이거나 더 낮은 증착속도, 또는 높고 낮음이 교대로 구현되는 증착속도로 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임) 횟수로 나노구조체를 연속적으로 성장시키도록 하는 것이다.That is, to control the crystallinity of the nanostructure by the (1 + n) step method and to realize the growth of the nanostructure having various composition profiles or crystal structures. In the first step, A low rate deposition rate is set to produce a nanostructure with the required minimum critical radius to induce uniform size nucleation and a different deposition rate, such as a higher deposition rate, a lower deposition rate, (1 + n) (n is 1, 2, 3,, and n are natural numbers) at the deposition rate alternately implemented.

여기에서 각 증착 단계에서 성장되는 나노구조체는 같은 종류로 증착속도를 달리하여 성장시킬 수 있으며, 다른 종류로 증착속도를 달리하여 성장시킬 수 있다.Here, the nanostructures grown in each deposition step can be grown with different deposition rates in the same kind, and can be grown with different deposition rates in different kinds.

이에 의해 나노구조체의 균일한 성장 및 결정성을 도모하면서, 증착속도에 따른 다양한 조성 프로파일 또는 결정구조, 표면 상태, 형태 등이 구현되도록 하여, 여러 응용분야에 적응할 수 있도록 한다.Thus, various composition profiles, crystal structures, surface states, and shapes according to the deposition rate can be realized while achieving uniform growth and crystallinity of the nanostructure, thereby adapting to various application fields.

또한, 상기 1차로 나노구조체를 성장시킨 후, 다음회차의 나노구조체 성장 전에 전회차에서 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열처리를 선택적으로 수행할 수도 있으며, 이는 성장된 나노구조체의 결정성을 더욱 향상시켜 소자의 특성을 개선시키기 위함이다.In addition, after the first nano structure is grown, plasma processing or heat treatment may be selectively performed on the nano structure grown in the first nano structure before the next nano structure growth. This may further improve the crystallinity of the grown nano structure Thereby improving the characteristics of the device.

이와 같이, 본 발명에서는, 나노구조체 성장을 위한 특별한 진공증착 조건을 설정함으로써 종래의 열처리 공정이 필요없게 되어, 고온의 열처리 온도로의 승온과 하온을 위한 공정 시간이 획기적으로 단축되며, 고온에 취약한 고분자 기판과 같은 유연 기판에의 적용도 가능하게 된다.As described above, in the present invention, by setting special vacuum deposition conditions for growing the nanostructure, the conventional heat treatment process becomes unnecessary, and the process time for the temperature increase and the temperature decrease to the high temperature heat treatment temperature is drastically shortened. The present invention can be applied to a flexible substrate such as a polymer substrate.

또한, 고온에서의 열처리 공정이 필요없게 되어, 소자 재료의 확산, 섞임 등의 문제를 방지할 수 있어, 나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있게 된다.Further, the heat treatment step at a high temperature is not necessary, problems such as diffusion and mixing of element materials can be prevented, and the shape and thickness deformation of the nanostructure can be minimized, thereby providing a high-quality device.

한편, 이러한 나노구조체는, 응용분야에 따라 다양하게 제공될 수 있으며, 특히 센서 소자의 경우 검지하고자 하는 물질에 따라 다양한 물질을 증착할 수 있으며, 금속, 금속산화물, 불화물, 황화물 및 인화물 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하여 진공증착하여 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 형성되게 된다.The nanostructure can be variously provided depending on the application field. In particular, in the case of a sensor element, various materials can be deposited according to a substance to be detected, and a metal, a metal oxide, a fluoride, a sulfide and a phosphide Or more by vacuum evaporation using the above-mentioned material to form the exposed region of the substrate and the mask pattern layer.

상기 나노구조체의 성장은, 적용분야나 필요에 따라 동일한 증착조건 또는 상이한 증착조건 하에서, 동종의 재료를 복수회 또는 이종의 재료를 복수회 증착할 수 있다.The growth of the nanostructure can be performed multiple times or different times of the same kind of material under the same deposition condition or different deposition conditions as required for the application field and the necessity.

이러한 나노구조체의 성장은 설정된 진공증착 조건에 따라 진공증착 공정에 의해 이루어지게 되며, 특히 공정 조건 제어가 용이한 전자빔 증착기, 열증발 증착기, 스퍼터링, 화학기상증착법 중 어느 하나 이상에 의해 구현될 수 있다. 그러나, 이러한 진공증착 공정이나 방법에 한정하지 않고 필요에 의해 기공지된 다양한 진공증착 공정이나 방법을 사용할 수도 있다.The growth of the nanostructure can be accomplished by a vacuum deposition process according to a predetermined vacuum deposition condition and can be realized by at least one of an electron beam evaporator, a thermal evaporation evaporator, a sputtering process, and a chemical vapor deposition . However, the present invention is not limited to such a vacuum deposition process and a variety of known vacuum deposition processes or methods may be used as needed.

여기에서, 상기 진공증착 조건에 따라 기본적으로 나노구조체의 직경과 나노구조체들의 간격을 조절할 수 있으나, 이에 추가적으로 상기 진공증착 공정에 의해 나노구조체의 성장 후, 열 처리 공정 또는 플라즈마 처리 공정을 통하여, 나노구조체의 직경과 나노구조체들의 간격을 조절할 수도 있다.Here, the diameter of the nanostructure and the spacing of the nanostructures can be basically controlled according to the vacuum deposition conditions. In addition, after the growth of the nanostructure by the vacuum deposition process, a heat treatment process or a plasma treatment process is performed, The diameter of the structure and the spacing of the nanostructures can be controlled.

그리고, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시킨 후, 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여, 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하게 된다.(제4단계)Then, after the nano structure is grown on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer, the mask pattern layer is removed to form a nanostructure on the exposed region of the substrate, (Step 4)

즉, 상기 기재 상에서 마스크 패턴층을 제거하게 되면, 상기 기재 상부의 상기 마스크 패턴층에 대응되는 패턴을 가지는 나노구조체 패턴이 형성되게 된다.That is, when the mask pattern layer is removed on the substrate, a nanostructure pattern having a pattern corresponding to the mask pattern layer on the substrate is formed.

상기 마스크 패턴층은 화학적 방법을 이용하여 제거하는 것이 바람직하며, 이에 사용되는 화학 용액은 아세톤, 이소프로필 알코올, 물(H2O), KOH, NaOH, NH4OH, H2SO4, HF, HCl, H3PO4, HNO3, CH3COOH, H2O2 및 BOE(Buffered Oxide Etchant) 중 어느 하나 이상을 포함하며, 디핑(Dipping) 또는 초음파(Sonication) 방식을 이용한다.The chemical solution to be used may be acetone, isopropyl alcohol, water (H 2 O), KOH, NaOH, NH 4 OH, H 2 SO 4 , HF, HCl, H 3 PO 4 , HNO 3 , CH 3 COOH, H 2 O 2 and BOE (Buffered Oxide Etchant), and uses dipping or sonication.

한편, 적용분야나 사용 목적에 따라서, 상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여, 상기 기재 상부의 나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 제3단계의 나노구조체와 동종 또는 이종의 나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 제4단계의 나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 나노구조체 패턴을 추가적으로 형성할 수도 있다.On the other hand, an additional mask pattern layer may be formed after removal of the mask pattern layer, depending on the application field and the purpose of use, and the nanostructure of the third step and / By additionally forming a homologous or heterogeneous nanostructure, a continuous or discontinuous nanostructure pattern can be additionally formed from the fourth-stage nanostructure pattern.

도 3 및 도 4는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법에 대한 모식도에 관한 것으로서, 기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 AlxGa1 - xN층, InAlN층 및 InAlGaN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 및 상기 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 기재를 준비하는 (가)단계와, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 (나)단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 (다)단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 (라)단계 및 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 (마)단계를 포함하여 이루어진다.FIGS. 3 and 4 are schematic views illustrating a method of fabricating a sensor device using a nanostructure pattern by vacuum deposition, which includes a GaN buffer layer formed on a substrate, a GaN layer formed on the buffer layer, An Al x Ga 1 - x N layer, an InAlN layer, and an InAlGaN layer, and a source electrode and a drain electrode formed on the one layer; (B) forming a mask pattern layer for masking the source electrode and the drain electrode and exposing a part of the upper surface of the substrate, (b) forming a mask pattern on the exposed region of the substrate and the growth of the nanostructure on the mask pattern layer (C) setting a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the nano-structure required for the substrate to be exposed, and (D) growing a nanostructure on the substrate, and (d) removing the mask pattern layer to form a nanostructure on the exposed region of the substrate to form a nanostructure pattern on the substrate .

상기의 HEMT(High Electron Mobility Transistor, 고전자 이동도 트랜지스터) 소자의 중요 구조((가)단계)는 공지된 기술로써, 본 출원인이 출원한 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법(출원번호 : 10-2016-0036136호)에 대한 설명으로 갈음하며, 본 발명에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.The major structure (step (a)) of the above-described HEMT (High Electron Mobility Transistor) device is a well-known technique, which is a method of manufacturing a sensor having a high electron mobility transistor structure No. 10-2016-0036136), and a detailed description thereof will be omitted in the present invention.

상기 첫번째 실시예에서와 유사하게 기본적으로 기재 상부에 마스크 패턴층을 형성하고, 진공증착 공정에 의해 나노구조체 패턴을 형성하는 것으로서, 중복되는 설명은 생략하기로 하며, 본 실시예에서의 기재는, 트랜지스터 구조의 센서소자(예컨대, HEMT)에 적용하기 위한 것으로서, 기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 AlxGa1 - xN층, InAlN층 및 InAlGaN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 및 상기 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.Similar to the first embodiment, basically, a mask pattern layer is formed on a substrate, and a nanostructure pattern is formed by a vacuum deposition process. Therefore, the description of the substrate is omitted, (GaN) buffer layer formed on the substrate, a GaN layer formed on the buffer layer, an Al x Ga 1 - x N layer formed on the GaN layer, an InAlN layer And an InAlGaN layer, and a source electrode and a drain electrode formed on the one kind of layer.

이러한 기재 상의 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하게 된다.A mask pattern layer for exposing a part of the upper surface of the substrate is formed while masking the source electrode and the drain electrode on the substrate.

또한, 상기 AlxGa1 - xN층의 x값은 0<x≤1인 것을 특징으로 하며, 상기 1종의 층 상에 두께 10nm 이하의 GaN cap층이 추가로 형성될 수 있다.The x value of the Al x Ga 1 - x N layer is 0 <x? 1, and a GaN cap layer having a thickness of 10 nm or less may be additionally formed on the one layer.

또한, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성한 후(상기 (나)단계 이후)에, 상기 1종의 층의 일부가 식각된 리세스 영역을 형성할 수 있다.After the mask pattern is masked with the source and drain electrodes and a mask pattern layer is formed to expose a part of the upper surface of the substrate (after the step (b)), a part of the one layer is etched Regions can be formed.

상기 레세스 영역은 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역 즉, 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 일부 영역이 되며, 이를 식각함으로써, 검지물질 형성 영역의 면적을 넓힘으로써, 센서 민감도를 높이고자 하는 것이다.The recessed region is a part of the exposed upper part of the substrate, that is, a part of the area between the source electrode and the drain electrode. By etching the recessed area, the area of the detection material forming area is widened to increase the sensor sensitivity.

상기 리세스 영역의 형성은 리세스 영역을 형성하고자 하는 영역 이외의 영역을 마스킹한 후, 건식 또는 습식 식각에 의해 구현되게 된다.The formation of the recessed region may be realized by dry or wet etching after masking an area other than the region where the recessed region is to be formed.

여기에서, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역에는 상술한 바의 나노구조체 형성을 위한 최소 임계반지름 조건을 만족하는 증착조건을 설정하여 나노구조체를 성장시켜, 상기 마스크 패턴층에 대응되는 나노구조체 패턴을 형성하게 된다.In this case, the nanostructure is grown by setting deposition conditions that satisfy the minimum critical radius condition for forming the above-described nanostructure on a part of the exposed top of the substrate, thereby forming a nanostructure pattern corresponding to the mask pattern layer Respectively.

이러한 나노구조체가 성장되는 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역은, 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 일부 영역이 되며, 이 영역 상에 센서 소자의 검지물질층이 형성되게 되고, 상기 검지물질층에 센싱을 위한 검지물질로 나노구조체가 성장되게 되는 것이다.A part of the exposed upper part of the substrate on which the nanostructure is grown becomes a part of a region between the source electrode and the drain electrode and a sensing material layer of the sensor element is formed on this area, The nanostructures are grown with the detection material for the nanostructure.

여기에서, 상기 검지물질층 형성을 위한 나노구조체는, 금속, 금속산화물, 불화물, 황화물 및 인화물 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하여 진공증착하여 형성되는 것으로서, 검출하고자 하는 가스 또는 생화학 물질과 반응하여 HEMT 활성층의 전위를 변화시킬 수 있는 물질을 선택하여 사용한다.Here, the nanostructure for forming the detection material layer is formed by vacuum deposition using at least one of metal, metal oxide, fluoride, sulfide and phosphide, and reacts with a gas or biochemical substance to be detected, A material capable of changing the potential of the active layer is selected and used.

예컨대, 수소 가스의 검지물질로는 Pd, Pt 또는 Pd과 Pt의 구조복합체를, Co 가스의 검지물질로는 ZnO 나노와이어를, 산소 가스의 검지물질로는 InZnO를, 클로라이드 이온의 검지물질로는 Ag/AgCl 전극을, 클루코오스 또는 젖산의 검지물질로는 ZnO 나노로드를, 수온 이온의 검지물질로는 티오글리콜산/Au를 들 수 있다.For example, Pd, Pt or Pd and Pt are used as the detection substance of hydrogen gas, ZnO nanowire is used as a detection substance of Co gas, InZnO is used as detection substance of oxygen gas, Ag / AgCl electrode, ZnO nanorod as a detection substance of clucose or lactic acid, and thioglycolic acid / Au as a detection substance of water temperature ion.

상기에서 예시한 검지물질 외에, 센싱하고자 하는 물질이나 환경에 따라 필요에 의해서 상술한 바와 같이, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 나노구조체를 동종 또는 이종의 물질로 복수회 성장시키거나, 상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여, 상기 기재 상부의 나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 (라)단계의 나노구조체와는 동종 또는 이종의 나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 (마)단계의 나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 나노구조체 패턴을 추가적으로 형성할 수 있다.In addition to the above-exemplified detection substances, as shown in FIGS. 3 and 4, the nanostructure may be grown a plurality of times of a homogeneous or heterogeneous material, if necessary, depending on the substance or environment to be sensed After the removal of the mask pattern layer, an additional mask pattern layer is formed, and a nanostructure homogenous or different from the nanostructure of the step (D) is formed on the same region or another region where the nanostructure pattern on the substrate is formed In addition, a continuous or discontinuous nanostructure pattern may be additionally formed from the nanostructure pattern of step (e).

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 6은 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au 두께를 (a)0.75nm, (b)1.5nm, (c)5nm, (d)10nm 및 (e)20nm로 Si wafer에 각각 증착한 후 표면을 분석한 SEM 측정결과이다. Au 증착 두께가 두꺼워짐에 따라 Au 나노구조체의 크기가 증가하였으며, Au 두께가 20nm 이상일 경우에는 박막화되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, Au 두께가 20nm일 경우에는 Au 증착 두께 조절을 통하여 Au 나노구조체의 크기 조절이 가능함을 확인할 수 있었다.(B), (c) 5 nm, (d) 10 nm and (e) 20 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator at a deposition rate of 0.025 nm / The results of the SEM measurement of the surface after the deposition. The size of Au nanostructure was increased with increasing thickness of Au deposition, and thinning was observed when Au thickness was 20 nm or more. That is, when the Au thickness is 20 nm, it is confirmed that the size of the Au nanostructure can be controlled by controlling the thickness of the Au deposition.

도 7은 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 (a)0.75nm, (b)1.5nm 및 (c)5nm로 Si wafer에 각각 증착한 경우의 Au 나노구조체 직경 크기 분포도를 나타내었다. Au 두께를 0.75nm, 1.5nm 및 5nm 증착한 경우 나노구조체의 평균 직경은 각각 4.6nm, 8.3nm 및 16.9nm이었다. Au 두께 조절을 통하여 Au 나노구조체의 직경과 직경 분포의 조절이 가능함을 확인할 수 있었다.FIG. 7 is a graph showing the relationship between the diameter of Au nanostructure and the size of Au nanowires when Au is deposited on a Si wafer at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator at a thickness of 0.75 nm, (b) 1.5 nm, and (c) The distribution is shown. When the Au thicknesses were 0.75 nm, 1.5 nm, and 5 nm, respectively, the average diameters of the nanostructures were 4.6 nm, 8.3 nm, and 16.9 nm, respectively. It was confirmed that the diameter and diameter distribution of the Au nanostructure can be controlled by adjusting the Au thickness.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 1.5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 8 (a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 8(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Au 나노구조체의 형성 및 Au 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Si wafer and a 200 μm thick PC substrate were exposed to a photoresist in a rectangular area (10 μm by 75 μm and 20 μm by 80 μm), and then the thickness of Au was measured at an evaporation rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator After deposition at 1.5 nm, the pattern results of the nanostructures after dipping in acetone and ultrasonication for 10 minutes to remove the photoresist and N 2 blowing are shown in FIGS. 8 (a) and (b). 8 (c) and (d)], it was confirmed that Au nanostructure formation and Au nanostructure pattern fabrication were possible on Si wafer and PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Pt의 두께를 1.5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 9 (a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 9(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Pt 나노구조체의 형성 및 Pt 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Si wafer and a rectangular substrate area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) on the top of a 200 탆 thick PC substrate were opened with a photoresist and then the thickness of Pt was measured with an electron beam evaporator at a deposition rate of 0.025 nm / After deposition at 1.5 nm, patterning of the nanostructure is shown in FIGS. 9 (a) and (b) after dipping in acetone to remove the photoresist and ultrasonication for 10 minutes and N 2 blowing. 9 (c) and (d)), it was confirmed that the Pt nanostructure and the Pt nanostructure pattern can be fabricated on the Si wafer and the PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Pd의 두께를 1.5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 10 (a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 10(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Pd 나노구조체의 형성 및 Pd 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Si wafer and a rectangular substrate area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) on the top of a 200 탆 thick PC substrate was opened with a photoresist and then the thickness of Pd was measured at an evaporation rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator After deposition at 1.5 nm, patterning of the nanostructure is shown in FIGS. 10 (a) and (b) after dipping in acetone to remove the photoresist and ultrasonication for 10 minutes and N 2 blowing. 10 (c) and (d)), it was confirmed that Pd nanostructure formation and Pd nanostructure pattern fabrication were possible on Si wafer and PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Pt 및 Pd의 두께를 각각 1.5nm로 in-situ 연속적으로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 복합 나노구조체의 패턴 결과가 도 11 (a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 11(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Pt 및 Pd 복합 나노구조체의 형성 및 Pt 및 Pd 복합 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Si wafer and a rectangular substrate area (10 μm by 75 μm and 20 μm by 80 μm) on the top of a 200 μm thick PC substrate were opened with a photoresist, and then an electron beam evaporator was used to deposit Pt and Pd at a deposition rate of 0.025 nm / And then patterned in acetone to remove the photoresist and subjected to ultrasonication for 10 minutes. After the N 2 blowing, the pattern results of the composite nanostructure are shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b) ). 11 (c) and (d)), it was confirmed that Pt and Pd composite nanostructures and Pt and Pd composite nanostructure patterns can be fabricated on Si wafer and PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 TiO2의 두께를 1.5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 12 (a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 12(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 TiO2 나노구조체의 형성 및 TiO2 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Si wafer and a rectangular substrate area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) on the top of a 200 탆 thick PC substrate were opened with a photoresist and then the thickness of the TiO 2 was measured with an electron beam evaporator at a deposition rate of 0.025 nm / 12 nm, and then patterned to 1.5 nm. Then, to remove the photoresist, dipping in acetone, ultrasonication for 10 minutes, and patterning of the nanostructure after N 2 blowing are shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). In addition, EDX component analysis result of Fig. 12 (c), (d) ] for the manufacture of forming and TiO 2 nanostructure pattern of the TiO 2 nanostructure available Si wafer and the PC substrate was confirmed by.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 ZnS의 두께를 1.5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 13 (a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 13(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 ZnS 나노구조체의 형성 및 ZnS 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Si wafer and a 200 μm thick PC substrate were exposed to a photoresist in a rectangular area (10 μm by 75 μm and 20 μm by 80 μm), and then the thickness of ZnS was measured at an evaporation rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator After deposition at 1.5 nm, patterning of the nanostructure is shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b) after dipping in acetone to remove the photoresist and ultrasonication for 10 minutes and N 2 blowing. 13 (c) and (d)), it was confirmed that ZnS nanostructure and ZnS nanostructure pattern can be formed on Si wafer and PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 MgF2의 두께를 1.5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 14 (a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 14(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 MgF2 나노구조체의 형성 및 MgF2 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Si wafer and a rectangular substrate area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) on the top of a 200 탆 thick PC substrate were opened with a photoresist and then the thickness of MgF 2 was measured at an evaporation rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator (Fig. 14 (a) and Fig. 14 (b) shows the results of patterning the nanostructures after N 2 blowing, and dipping in acetone to remove the photoresist and ultrasonication for 10 minutes. In addition, EDX component analysis result of Fig. 14 (c), (d) ] for the production of formed and MgF 2 nanostructure pattern of MgF 2 nanostructures are possible in Si wafer and the PC substrate was confirmed by an.

Si wafer 상단에 화학기상증착법을 이용하여 50nm 두께의 SiO2 박막을 증착하였으며, 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 건식식각 공정을 수행하여 직사각형 영역에 Si 표면을 개방하였다. 이후, 5nm/sec의 증착속도로 InP의 두께를 15nm로 증착한 후, SiO2 마스크 패턴층을 제거하기 위하여 HF에 5분간 Dipping 하고 Deionized wafer에 rinsing 한 후 나노구조체의 패턴 결과가 도 15 (a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 15(c)]를 통하여 Si wafer에 InP 나노구조체의 형성 및 패턴 제작이 가능함을 확인하였다.A 50 nm thick SiO 2 thin film was deposited on the top of a Si wafer by a chemical vapor deposition method. Only a rectangular region (10 μm by 75 μm and 20 μm by 80 μm) was opened with a photoresist and then subjected to a dry etching process, The Si surface was opened. Then, the InP was deposited to a thickness of 15 nm at a deposition rate of 5 nm / sec. To remove the SiO 2 mask pattern layer, the substrate was dipped in HF for 5 minutes and rinsed on a deionized wafer. ) And (b). In addition, it was confirmed through the EDX component analysis (Fig. 15 (c)) that formation of an InP nano structure and pattern formation on a Si wafer were possible.

이와 같이, 도 8, 도 12, 도 13, 도 14 및 도 15에서 보듯이 금속뿐만 아니라 산화물, 황화물, 불화물, 인화물 등 다양한 성분을 갖는 나노구조체의 형성이 가능함을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 8, 12, 13, 14, and 15, it was confirmed that nanostructures having various components such as oxides, sulfides, fluorides, and phosphates as well as metals can be formed.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 스퍼터링을 이용하여 0.25nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 1.5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 16 (a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 16(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Au 나노구조체의 형성 및 Au 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다. Au 나노구조체의 평균 직경은 16.2nm[도 16(e)] 이었다. 본 결과로부터 전자빔 증착기와 유사한 형태의 나노구조체를 갖는 Au 나노구조체 형성이 가능하였으며, 또한, 도 7(b)와 도 16(e)의 결과들을 분석해 보면, 동일한 Au 증착 두께 [1.5nm]에 대하여 증착속도를 0.025nm/sec[평균 직경 8.3nm]에서 0.25nm/sec[평균 직경 16.2nm]로 빠르게 할 경우 Au 나노구조체의 평균 직경은 증가하였다. 이 결과로부터 증착속도가 Au 나노구조체의 직경 크기 조절에 있어서 하나의 요소(Factor)임을 확인할 수 있었다.(10 μm by 75 μm and 20 μm by 80 μm) were exposed to photoresist at the top of a Si wafer and a 200 μm thick PC substrate, and then the thickness of Au was adjusted to 1.5 at a deposition rate of 0.25 nm / sec using sputtering nm, the pattern results of the nanostructure after the N 2 blowing are shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b) after dipping in acetone to remove the photoresist and ultrasonication for 10 minutes. 16 (c) and (d)), it was confirmed that Au nanostructure formation and Au nanostructure pattern fabrication were possible on Si wafer and PC substrate. The average diameter of the Au nanostructure was 16.2 nm (Fig. 16 (e)). From these results, it was possible to form Au nanostructures having a nanostructure similar to that of the electron beam evaporator. Further, when the results of FIGS. 7 (b) and 16 (e) When the deposition rate was increased from 0.025 nm / sec (average diameter 8.3 nm) to 0.25 nm / sec (average diameter 16.2 nm), the average diameter of the Au nanostructures increased. From these results, it was confirmed that the deposition rate is a factor in controlling the size of the Au nanostructure.

Si wafer 상단에 전자빔리소그래피(Electron beam lithography) 및 포토리소그래피(Photolithography)를 이용하여 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line의 패턴을 형성한 후, 전자빔 리소그래피 및 포토리소그래피 레지스트 패턴을 이용하여 하부 Si 기판을 건식식각 하기 위한 에칭 마스크로 사용하여 200nm 높이를 갖는 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴(요철)을 갖는 Si 구조체를 제작하였다.A pattern of 50 nm line, 500 nm line and 1 탆 line was formed on the upper side of the Si wafer by electron beam lithography and photolithography, and then the lower Si substrate was etched using electron beam lithography and photolithography resist pattern And a Si structure having a 50 nm line, a 500 nm line, and a 1 탆 line pattern (concavo-convex) having a height of 200 nm was fabricated using an etching mask for dry etching.

이후, 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line(나노 또는 마이크로) Si 구조체 상단에 950PMMA A5(Micro Chem Co., 미국)을 2000rpm으로 스핀코팅한 후 170℃ 300초간 baking을 하여 대략 350nm 두께의 PMMA층을 형성하였으며, 임프린트용 스탬프는 실리콘 마스터 스탬프(300nm의 Hole 직경을 가진 Si Stamp) 상단에 perfluoropolyether(PFPE) 레진을 적하시키고 PET(polyethylene-terephthalate) 기판을 압착시킨 후, 자외선을 3분 조사하여 Pillar-patterned PFPE 몰드를 제작하였다. PMMA층 상단에 임프린트 레진을 NIP-SC28LV400(Chem. Optics, 대한민국)을 스핀코팅 한 후, 상기 제조된 Pillar-patterned PFPE 스탬프를 압착하며 자외선을 2 분간 조사한 후 PFPE 스탬프를 분리(Relief)하여 300nm의 Hole 직경을 갖는 임프린트 패턴이 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴을 갖는 Si 구조체 상단에 형성하였다. 이후 임프린트 잔류막을 descum하고 300nm Hole 하부에 있는 PMMA층은 모두 에칭되어, 300nm 직경의 Hole 하부에 있는 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴을 갖는 Si 구조체 표면이 노출되었으며, 그 결과를 도 17(a)에 도시하였다.Then, 950 PMMA A5 (Micro Chem Co., USA) was spin-coated on the top of 50 nm line, 500 nm line and 1 μm line (nano or micro) Si structure at 2000 rpm and baked at 170 ° C. for 300 seconds to form a PMMA layer (PFPE) resin was dropped onto a silicon master stamp (Si Stamp having a hole diameter of 300 nm), and a PET (polyethylene-terephthalate) substrate was squeezed. Then, ultraviolet rays were irradiated for 3 minutes to form a pillar lt; RTI ID = 0.0 &gt; PFPE &lt; / RTI &gt; After the imprint resin was spin-coated on the top of the PMMA layer with NIP-SC28LV400 (Chem Optics, Korea), the pillar-patterned PFPE stamps were pressed, irradiated with ultraviolet rays for 2 minutes, and PFPE stamps were relieved, An imprint pattern having a hole diameter was formed on top of a Si structure having a 50 nm line, a 500 nm line and a 1 탆 line pattern. Thereafter, the imprint residual film was descumped and the PMMA layer under the 300 nm Hole was etched to expose the surface of the Si structure having 50 nm line, 500 nm line and 1 탆 line pattern located under the hole of 300 nm diameter. a).

상기 제작된 Hole 형태의 임프린트 패턴 상단과 Hole 내부에 개방된 나노/마이크로 요철이 형성된 Si 구조체 상단에 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au 두께를 1.5nm 증착하였으며, 그 결과를 도 17(b)에 나타내었다. 도 17(b)에서 관찰되듯이 Hole 내부에 Au 나노구조체가 형성됨을 확인할 수 있었다.Au was deposited to a thickness of 1.5 nm at an evaporation rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator on top of the fabricated Hole-shaped imprinted pattern and on top of a Si structure having nano / micro concave and convex openings formed inside the hole. 17 (b). As shown in FIG. 17 (b), it was confirmed that Au nanostructure was formed inside the hole.

이후, 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication 한 후, N2 blowing 한 결과가 도 17(c)에 있으며, 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line(나노 또는 마이크로) 형태의 Si 구조체 상단에 Au 나노구조체가 300nm 직경을 갖는 Hole 영역 내에 패턴되어 있음을 확인할 수 있었다. 본 결과로부터 나노 또는 마이크로 스케일의 패턴(요철) 상에 나노구조체의 형성이 가능함을 확인하였다.17 (c). The result of N 2 blowing is shown in Fig. 17 (c). Au nanostructures are formed on the top of a 50 nm line, a 500 nm line and a 1 μm line (nano or micro) It was confirmed that the pattern was patterned in a hole region having a diameter of 300 nm. From this result, it was confirmed that a nanostructure can be formed on a nano or microscale pattern (concavity and convexity).

본 발명의 기술을 나노구조체의 센서 검지물질로 적용하기 위하여 2nm-thick GaN layer[GaN cap 층] / 20nm-thick AlGaN layer / 2㎛-thick GaN buffer layer / sapphire 기판 상에 포토리소그래피를 이용하여 Isolation 영역만 레지스트를 남게 하고, 레지스트 패턴을 건식식각 마스크를 이용하여 500nm 건식식각(Isolation 공정[도 18(a)])을 수행하였다. 이후 오믹 콘택을 위하여 포토리소그래피를 이용하여 소스 전극(Source) 및 드레인 전극(Drain) 영역만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 Ti/Al/Ni/Au(20nm/100nm/25nm/50nm)를 증착한 후 포토레지스트를 제거하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성(도 18(b) 및 도 18(c))하였으며, Pad metal 전극을 형성하기 위하여 포토리소그래피를 이용하여 Pad metal 영역만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 Ti/Au(30nm/270nm)를 증착한 후 포토레지스트를 제거하여 Pad metal 전극을 형성(도 18(d))하였다. 이후 센서 검지물질 영역인, 직사각형 영역(20㎛ by 70㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 1.5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거한 결과를 도 18에 도시하였다. 본 방식에 의해서 센서 검지물질 전 영역(20㎛ by 70㎛, 도 18 (e))에 Au 나노구조체가 균일하게 형성 가능함을 확인할 수 있었다.In order to apply the technique of the present invention to a sensor detection material of a nanostructure, a 2 nm thick GaN layer [GaN cap layer] / a 20 nm thick AlGaN layer / a 2 um thick GaN buffer layer / sapphire substrate was photolithographically used for Isolation And the resist pattern was subjected to 500 nm dry etching (Isolation process [Fig. 18 (a)] using a dry etching mask. After that, only the source and drain regions of the source and drain regions were opened by photolithography for the ohmic contact, and then Ti / Al / Ni / Au (20 nm / 100 nm / 25 nm / 50 nm) 18 (b) and 18 (c)). In order to form the pad metal electrode, only the pad metal region was photolithographically patterned using photolithography to form a source electrode and a drain electrode After opening, Ti / Au (30 nm / 270 nm) was deposited using an electron beam evaporator and then the photoresist was removed to form a pad metal electrode (FIG. 18 (d)). Thereafter, only a rectangular region (20 μm by 70 μm), which is a sensor detection material region, was opened with a photoresist and then Au was deposited to a thickness of 1.5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator. The results of the removal are shown in Fig. By this method, it was confirmed that the Au nanostructure can be uniformly formed in the entire area of the sensor detection material (20 μm by 70 μm, FIG. 18 (e)).

도 19는 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 0.75nm 및 1.5nm 로 200㎛ 두께의 PC 기판에 각각 증착한 후 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 표면 플라스몬 공명 특성 분석 결과이다. 0.75nm 두께(나노구조체의 평균 지름 : 4.6nm)와 1.5nm 두께(나노구조체의 평균 지름 : 8.3nm)의 Au를 증착한 경우 최대 공명 흡수피크 위치는 각각 574nm 및 626nm 이었다. 자외선-가시광선 분광광도계 측정을 통하여 PC 기판 상에 Au 나노구조체 형성이 가능함을 확인할 수 있으며, 나노구조체의 평균 지름이 감소할수록 최대 공명 흡수피크의 위치가 단파장으로 이동(Blue Shift)함을 확인할 수 있었다.FIG. 19 is a graph showing the relationship between the surface plasmon resonance and the surface plasmon resonance of the surface plasmon resonance spectroscopy (hereinafter, referred to as &quot; surface plasmon resonance &quot;) using an electron beam evaporator, The results of the characteristics analysis. The maximum resonance absorption peak positions were 574 nm and 626 nm when Au of 0.75 nm thickness (average diameter of nanostructure: 4.6 nm) and 1.5 nm thickness (average diameter of nanostructure: 8.3 nm) were deposited, respectively. It can be confirmed that Au nanostructure can be formed on the PC substrate through ultraviolet-visible spectrophotometer measurement. It can be confirmed that the position of the maximum resonance absorption peak shifts to a short wavelength (blue shift) as the average diameter of the nanostructure decreases there was.

본 실시 예를 통하여 열처리 공정 없이 PC 기판 상에 상온에서 Au 나노구조체의 형성이 가능함을 확인하였으며, 특정파장의 흡수가 가능한 Au 나노구조체를 이용하여 SRP 센서로 적용이 가능함을 확인하였다.It is confirmed that Au nanostructure can be formed on a PC substrate at room temperature without heat treatment through this embodiment, and it is confirmed that it can be applied to an SRP sensor using an Au nanostructure capable of absorbing a specific wavelength.

그리고, 전자빔 증착기를 이용하여 PC 기판 상에 0.025nm/sec의 증착속도로 30초간 증착하여 핵생성을 유도한 후, 생성된 핵의 결정성 향상을 위하여 생성된 핵에 Plasma(RF power 100W, 압력 5 mTorr 및 Ar 50 sccm 조건으로 30초간 에너지를 줌)를 가하였다. 이후 추가로 전자빔 증착기를 이용하여 0.075nm/sec의 증착속도로 10초간 증착하였다.Then, nucleation was induced by depositing on a PC substrate at an evaporation rate of 0.025 nm / sec for 30 seconds using an electron beam evaporator, and plasma nuclei (RF power: 100 W, pressure 5 mTorr and Ar 50 sccm for 30 seconds). Thereafter, the film was further deposited for 10 seconds at a deposition rate of 0.075 nm / sec using an electron beam evaporator.

도 20은 1 step 공정(검정색 그래프)과 2 step 공정(붉은색 그래프)에 의한 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 표면 플라스몬 공명 특성 분석 결과 데이타를 나타낸 것이다.FIG. 20 shows the data of the surface plasmon resonance characteristic analysis using an ultraviolet-visible light spectrophotometer based on the 1 step process (black graph) and the 2 step process (red graph).

1 step에 비하여 2 step 방식에 의한 Au 나노구조체는 최대 흡수피크 파장 값이 단파장으로 이동됨을 알 수 있으며, 2 step 방식에 의한 Au 나노구조체의 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum) 값이 1 step 방식에 의한 결과 보다 값이 작은 것을 확인할 수 있었다. 즉, 최대 흡수피크 파장 값이 단파장으로 이동한 점으로부터 2 step 방식에 의한 Au 나노구조체의 직경이 더 작음을 알 수 있으며, 피크의 반치폭 값이 작은 점으로부터 2 step 방식에 의한 Au 나노구조체의 크기 분포도가 더 좁은(Narrow) 것을 확인할 수 있었다. 본 실시예로부터 2 step 방식에 의하여 더욱 크기가 균일한 나노구조체의 형성이 가능함을 확인할 수 있었다.It can be seen that the maximum absorption peak wavelength value is shifted to a shorter wavelength in the Au nanostructure by the 2 step method compared to the 1 step method, and the value of the full width at half maximum (FWHM) of the Au nanostructure by the 2 step method is 1 step The results are shown in Fig. That is, it can be seen that the diameter of the Au nanostructure by the 2 step method is smaller than that of the maximum absorption peak wavelength shifted to a shorter wavelength. From the point that the half width value of the peak is small, the size of the Au nanostructure It was confirmed that the distribution was narrower (Narrow). It can be confirmed from the present embodiment that a uniform nanostructure can be formed by the 2 step method.

또한, 2 step 방식을 통하여 첫 번째 step은 낮은 증착속도로 핵생성을 유도하여 외부 에너지에 의한 핵의 결정성 향상을 유도하고 이후 두 번째 step은 첫 번째 step보다 빠르게 증착함으로써 전체적인 Au 나노구조체의 형성 시간을 단축할 수 있는 장점이 있음을 확인할 수 있었다.In addition, through the 2 step method, the first step induces nucleation at a low deposition rate to induce the nucleation of the nucleus by external energy, and then the second step is faster than the first step to form the entire Au nanostructure It can be confirmed that there is an advantage that the time can be shortened.

Claims (28)

기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제1단계;
상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제2단계;
진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 제3단계; 및
상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
A first step of forming a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of the substrate;
A second step of setting a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the nanostructure necessary for growing the nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer;
A third step of growing the nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process; And
And a fourth step of removing the mask pattern layer to form a nanostructure on the substrate so as to form a nanostructure on the exposed region of the substrate to form a nanostructure pattern on the substrate. Way.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계는,
상기 제2단계의 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건 하에서 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
2. The method according to claim 1,
Wherein the nanostructure is grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the nanostructure of the second stage.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계는,
상기 제2단계의 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후,
상기 1차로 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열 처리를 수행하고,
상기 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착속도로 상기 나노구조체를 2차로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
2. The method according to claim 1,
A first step of growing a nanostructure by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the nanostructure of the second step,
The first grown nanostructure is subjected to a plasma treatment or a heat treatment,
Wherein the nanostructure is grown at a relatively higher deposition rate than the vacuum deposition conditions.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계는,
상기 제2단계의 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후,
상기 진공증착 조건에서의 증착속도와는 다른 증착속도로 상기 1차 성장에서의 나노구조체와 동종 또는 이종의 나노구조체를 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임)로 연속적으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
2. The method according to claim 1,
A first step of growing a nanostructure by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the nanostructure of the second step,
(1 + n) (where n is 1, 2, 3, ..., n) of the nanostructure and the homologous or heterogeneous nanostructure in the primary growth at a deposition rate different from the deposition rate in the vacuum deposition condition, Wherein the nanostructured material is continuously grown at a temperature higher than the melting point of the nanostructure.
제 4항에 있어서, 상기 1차로 나노구조체를 성장시킨 후,
다음회차의 나노구조체 성장 전에 전회차에서 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열처리를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
5. The method according to claim 4, wherein after growing the first-order nanostructure,
Wherein the nanostructure grown in the previous step is selectively subjected to a plasma treatment or a heat treatment prior to the next step of growing the nanostructure.
제 1항에 있어서, 상기 제2단계의 진공증착 조건은,
증착속도(Deposition rate)는 0.01nm/초에서 5nm/초의 범위에서, 30nm 이하의 두께로 성장되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
The method according to claim 1, wherein the vacuum deposition conditions in the second step include:
Wherein the deposition rate is set in a range of 0.01 nm / second to 5 nm / second and a thickness of 30 nm or less.
제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 기재에는 요철이 형성되어 있으며, 상기 요철이 형성된 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.The method for forming a nano structure pattern by vacuum evaporation according to claim 1, wherein the substrate of the first step is provided with concave and convex portions, and a mask pattern layer is formed to expose a part of the upper surface of the substrate on which the concavities and convexities are formed . 제 1항에 있어서, 상기 기재는,
실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 보론 나이트라이드(BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, 사파이어, 석영 및 유리 중 어느 하나의 무기물 기판,
또는, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리노르보넨(Polynorbornene, PN), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타일렌(Polystyrene, PS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC), 폴리아미드(Polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나의 고분자 기판인 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법..
The substrate according to claim 1,
And an inorganic material substrate made of one of silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphorus (GaP), gallium arsenide (GaAsP), boron nitride (BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, sapphire, quartz, ,
Or polycarbonate (PC), polyethylene naphthalate (PEN), polynorbornene (PN), polyacrylate, polyvinyl alcohol (PVA), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polystyrene (PS), polypropylene (PP), polyethylene (PE) polymer substrate of any one of polyvinylchloride (PVC), polyamide (PA), polybutylene tererephthalate (PBT), polymethyl methacrylate (PMMA), and polydimethylsiloxane Wherein the nanostructure pattern is formed by vacuum deposition.
제 1항에 있어서, 제1단계는,
상기 기재 상부에 고분자층을 형성하고, 상기 고분자층 상부에 마스크 패턴층이 구현되되,
상기 고분자층은,
PVC(Polyvinyl Chloride), Neoprene, PVA(Polyvinyl Alcohol), PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA(Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG(Spin On Glass), PDMS(Polydimethylsiloxane), PVFM(Poly Vinyl formal), Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide 및 LOR(Lift-Off Resist) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
2. The method according to claim 1,
A polymer layer is formed on the substrate, a mask pattern layer is formed on the polymer layer,
Wherein the polymer layer
Polyvinyl Chloride (PVC), Neoprene, PVA (Polyvinyl Alcohol), PMMA (Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA (Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG (Spin On Glass), PDMS (Polydimethylsiloxane) , Parylene, polyester, epoxy, polyether, polyimide, and lift-off resist (LOR).
제 1항에 있어서, 상기 나노구조체는,
금속, 금속산화물, 불화물, 황화물 및 인화물 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하여 진공증착하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
2. The nanostructure according to claim 1,
A method of forming a pattern of a nanostructure by vacuum vapor deposition, characterized in that vacuum deposition is performed using at least one of a metal, a metal oxide, a fluoride, a sulfide, and a phosphide.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계의 나노구조체의 성장은,
동종의 재료 또는 이종의 재료로, 복수회 증착하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
The method according to claim 1, wherein the growth of the nanostructure of the third step comprises:
A method of forming a pattern of a nanostructure by vacuum vapor deposition, characterized in that the same material or different materials are vapor-deposited a plurality of times.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계의 나노구조체 성장 후,
열처리 공정 또는 플라즈마 처리 공정을 추가로 구현하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
2. The method of claim 1, wherein after growing the nanostructure of the third step,
Wherein a heat treatment process or a plasma treatment process is further implemented. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 18. &lt; / RTI &gt;
제 1항에 있어서, 상기 제4단계는,
상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여,
상기 기재 상부의 나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 제3단계의 나노구조체와 동종 또는 이종의 나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 제4단계의 나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 나노구조체 패턴을 추가적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
The method as claimed in claim 1,
After the removal of the mask pattern layer, an additional mask pattern layer is formed,
The nanostructure of the third step may be additionally formed with the same or different types of nanostructures as the nanostructure of the third step on the same region or another region where the nanostructure pattern on the substrate is formed, Wherein a structure pattern is additionally formed on the surface of the nanostructure.
기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 AlxGa1 - xN층, InAlN층 및 InAlGaN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 및 상기 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 기재를 준비하는 (가)단계;
상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 (나)단계;
상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 (다)단계;
진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 (라)단계; 및
상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 (마)단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
A GaN buffer layer formed on the substrate, a GaN layer formed on the buffer layer, an Al x Ga 1 - x N layer formed on the GaN layer, an InAlN layer and an InAlGaN layer, (A) preparing a substrate comprising a source electrode and a drain electrode formed on a layer of species;
(B) forming a mask pattern layer for masking the source electrode and the drain electrode and exposing a part of the upper portion of the substrate;
(C) setting a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the nanostructure necessary for growth of the nanostructure on the exposed region of the substrate and on the mask pattern layer;
(D) growing a nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process; And
And removing the mask pattern layer to form a nanostructure on the exposed region of the substrate to form a nanostructure pattern on the substrate. [7] The nanostructure pattern formed by vacuum deposition according to claim 1, A method of manufacturing a sensor element using the method.
제 14항에 있어서, 상기 (라)단계는,
상기 (다)단계의 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건 하에서 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein step (d)
Wherein the nanostructure is grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying the minimum critical radius of the nanostructure of the step (c).
제 14항에 있어서, 상기 (라)단계는,
상기 (다)단계의 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후,
상기 1차로 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열 처리를 수행하고,
상기 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착속도로 상기 나노구조체를 2차로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein step (d)
After the nanostructure is first grown by a vacuum deposition process under vacuum deposition conditions satisfying the minimum critical radius of the nanostructure of step (c)
The first grown nanostructure is subjected to a plasma treatment or a heat treatment,
Wherein the nanostructure is grown at a relatively higher deposition rate than the vacuum deposition condition.
제 14항에 있어서, 상기 (라)단계는,
상기 (다)단계의 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후,
상기 진공증착 조건에서의 증착속도와는 다른 증착속도로 상기 1차 성장에서의 나노구조체와 동종 또는 이종의 나노구조체를 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임)로 연속적으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
15. The method of claim 14, wherein step (d)
After the nanostructure is first grown by a vacuum deposition process under vacuum deposition conditions satisfying the minimum critical radius of the nanostructure of step (c)
(1 + n) (where n is 1, 2, 3, ..., n) of the nanostructure and the homologous or heterogeneous nanostructure in the primary growth at a deposition rate different from the deposition rate in the vacuum deposition condition, Wherein the nanostructured material is continuously grown at a temperature higher than the melting point of the nanostructure.
제 17항에 있어서, 상기 1차로 나노구조체를 성장시킨 후,
다음회차의 나노구조체 성장 전에 전회차에서 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열처리를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
18. The method according to claim 17, wherein after the first-order nanostructure is grown,
Wherein the nanostructure grown in the previous step is selectively subjected to a plasma treatment or a heat treatment prior to the next step of growing the nanostructure.
제 14항에 있어서, 상기 (다)단계의 진공증착 조건은,
증착속도(Deposition rate)는 0.01nm/초에서 5nm/초의 범위에서, 30nm 이하의 두께로 성장되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein the vacuum deposition conditions in step (c)
Wherein the deposition rate is set to a thickness of 30 nm or less at a range of 0.01 nm / sec to 5 nm / sec. The method of fabricating a sensor device using a nanostructure pattern by vacuum deposition.
제 14항에 있어서, 상기 기판은,
실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 보론 나이트라이드(BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, 사파이어, 석영 및 유리 중 어느 하나의 무기물 기판인 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The method of claim 14,
And an inorganic material substrate made of one of silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphorus (GaP), gallium arsenide (GaAsP), boron nitride (BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, sapphire, quartz, The method of manufacturing a sensor device using a nanostructure pattern by vacuum deposition.
제 14항에 있어서, 상기 1종의 층 상에 두께 10nm 이하의 GaN cap층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.15. The method according to claim 14, wherein a GaN cap layer having a thickness of 10 nm or less is additionally formed on the one kind of layers. 제 14항에 있어서, (나)단계는,
상기 기재 상부에 고분자층을 형성하고, 상기 고분자층 상부에 마스크 패턴층을 형성하되,
상기 고분자층은,
PVC(Polyvinyl Chloride), Neoprene, PVA(Polyvinyl Alcohol), PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA(Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG(Spin On Glass), PDMS(Polydimethylsiloxane), PVFM(Poly Vinyl formal), Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide 및 LOR(Lift-Off Resist) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein step (b)
Forming a polymer layer on the substrate, forming a mask pattern layer on the polymer layer,
Wherein the polymer layer
Polyvinyl Chloride (PVC), Neoprene, PVA (Polyvinyl Alcohol), PMMA (Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA (Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG (Spin On Glass), PDMS (Polydimethylsiloxane) Wherein the nano-structured pattern is formed of any one of parylene, polyester, epoxy, polyether, polyimide, and lift-off resist (LOR).
제 14항에 있어서, 상기 나노구조체는,
금속, 금속산화물, 불화물, 황화물 및 인화물 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하여 진공증착하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The nanostructure of claim 14,
A method for fabricating a sensor element using a nanostructure pattern by vacuum deposition, characterized in that vacuum deposition is performed using at least one of a metal, a metal oxide, a fluoride, a sulfide, and a phosphide.
제 14항에 있어서, 상기 제(라)단계의 나노구조체의 성장은,
동종의 재료 또는 이종의 재료로, 복수회 증착하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein the growth of the nanostructure of step (d)
A method of manufacturing a sensor element using a nanostructure pattern by vacuum evaporation, characterized in that a plurality of times of vapor deposition is performed using the same or different materials.
제 14항에 있어서, 상기 (나)단계 이후에,
상기 1종의 층의 일부가 식각된 리세스 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The method according to claim 14, wherein after the step (b)
And forming a recessed region in which a part of the one kind of layer is etched. The method of manufacturing a sensor element using a nanostructure pattern by vacuum deposition.
제 14항에 있어서, 상기 (라)단계의 나노구조체 성장 후,
열처리 공정 또는 플라즈마 처리 공정을 추가로 구현하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The method according to claim 14, wherein after growing the nanostructure of step (d)
Wherein a thermal treatment process or a plasma treatment process is additionally performed on the nano-structured pattern.
제 14항에 있어서, 상기 (마)단계는,
상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여,
상기 기재 상부의 나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 (라)단계의 나노구조체와는 동종 또는 이종의 나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 (마)단계의 나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 나노구조체 패턴을 추가적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
15. The method of claim 14, wherein the step (e)
After the removal of the mask pattern layer, an additional mask pattern layer is formed,
The nanostructure of step (d) may be formed by additionally forming a nanostructure homogenous or different from the nanostructure of step (d) on the same area or another area where the nanostructure pattern on the substrate is formed, Wherein a discontinuous nanostructure pattern is additionally formed on the surface of the nanostructure.
제 14항 내지 제 27항 중의 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 센서 소자.A sensor element produced by the manufacturing method of any one of claims 14 to 27.
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