KR20180129683A - 센싱용 기판, 센싱용 기판의 제조 방법, 및 센싱용 기판을 포함하는 분석 장치 - Google Patents

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Abstract

센싱용 기판, 센싱용 기판의 제조 방법, 및 센싱용 기판을 포함하는 분석 장치가 개시된다. 개시된 센싱용 기판은, 지지층; 상기 지지층 상에 배열된 다수의 금속 나노 입자 클러스터; 및 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터의 상부로부터 하부로 빛이 전달되도록 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이에 배치된 다수의 천공;을 포함하며, 각각의 금속 나노 입자 클러스터는 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 포함할 수 있다.

Description

센싱용 기판, 센싱용 기판의 제조 방법, 및 센싱용 기판을 포함하는 분석 장치 {Substrate for sensing, a method of fabricating the substrate, and analyzing apparatus including the substrate}
개시된 실시예들은 센싱용 기판, 센싱용 기판의 제조 방법, 및 센싱용 기판을 포함하는 분석 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 개시된 실시예들은 표면 증강 라만 산란(surface enhanced raman scattering; SERS) 기판, 고균질의 표면 증강 라만 산란 기판을 대면적으로 제조하는 방법, 및 표면 증강 라만 산란 기판을 포함하는 생체 정보 분석 장치에 관한 것이다.
라만 분광법(Raman Spectroscopy)은 피검체에 조사된 여기광(excitation light)에 의해 피검체 내에서 일어나는 비탄성 산란(inelastic scattering)을 측정하여 다양한 물질에 대한 성분 분석을 할 수 있다. 광이 측정될 샘플에 입사되면, 입사광과 상이한 파장의 비탄성적으로 산란된 광이 검출되어 측정된다. 입사광과 산란광 사이의 파장 시프트는 라만 시프트(Raman shift)라고 하며, 이러한 시프트는 분자의 진동 또는 회전 에너지 상태를 나타낸다. 라만 산란광의 강도는 대상 분자의 농도에 직접적으로 대응하는 것으로 알려져 있어 라만 분광법을 이용한 분자 분석은 매우 유용하게 사용된다.
특히, 거칠게 표면 처리된 금속 기판에 흡착된 분자의 라만 신호가 크게 증가하는 표면 증강 라만 산란(surface enhanced raman scattering) 현상이 발견되면서, 라만 산란광의 매우 작은 신호 강도로 인해 낮은 검출 감도를 갖는 기존의 라만 분광법의 단점이 개선되었다. 표면 증강 라만 산란의 원리를 규명하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 레이저를 금속에 조사할 때, 금속의 표면 구조에 따라 특정 영역에서 표면 플라즈몬이 집중적으로 여기되어 표면 증강 라만 산란이 발생하는 것으로 예측되고 있다. 또한, 금속에 흡착된 분자와 금속 사이의 전자기적 상호 작용도 표면 증강 라만 산란에 기여하는 것으로 예측된다.
센싱용 기판, 센싱용 기판의 제조 방법, 및 센싱용 기판을 포함하는 분석 장치를 제공한다.
특히, 대면적으로 제조할 수 있는 고균질의 표면 증강 라만 산란 기판, 고균질의 표면 증강 라만 산란 기판을 대면적으로 제조하는 방법, 및 표면 증강 라만 산란 기판을 포함하는 생체 정보 분석 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 센싱용 기판은, 지지층; 상기 지지층 상에 배열된 다수의 금속 나노 입자 클러스터; 및 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터의 상부로부터 하부로 빛이 전달되도록 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이에 배치된 다수의 천공;을 포함하며, 각각의 금속 나노 입자 클러스터는 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 지지층은 반도체 웨이퍼일 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 및 알루미늄(Al) 중에서 적어도 하나의 도전성 금속을 포함할 수 있다.
상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터는 상기 지지층의 표면에 대해 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터의 두께는 50 nm 내지 1 ㎛ 일 수 있다.
상기 다수의 천공은 빛이 상기 지지층의 표면까지 도달하도록 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이를 관통할 수 있다.
예를 들어, 각각의 금속 나노 입자의 평균 직경은 10 nm 내지 20 nm일 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이의 평균 간격은 8 nm 내지 20 nm일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 분석 장치는 상술한 센싱용 기판을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 센싱용 기판의 제조 방법은, 지지층 상에 다수의 나노 와이어를 형성하는 단계; 상기 다수의 나노 와이어의 표면에 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 증착시킴으로써, 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 포함하는 다수의 금속 나노 입자 클러스터를 형성하는 단계; 및 상기 다수의 나노 와이어를 적어도 부분적으로 제거함으로써, 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이에 다수의 천공의 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 나노 와이어는 Si, InP, GaN 또는 ZnO로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 다수의 나노 와이어를 형성하는 단계는, 상기 지지층 상에 나노 와이어 재료의 시드층을 코팅하는 단계; 상기 지지층을 나노 와이어 재료의 전구체를 포함하는 용액 내에 배치시키는 단계; 및 상기 지지층을 용액에서 꺼낸 후 열처리 하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터를 형성하는 단계는, 상기 다수의 나노 와이어가 형성된 상기 지지층을 금속 나노 입자 전구체 용액 내에 넣고 가열하는 액상 증착(liquid phase deposition) 단계; 및 상기 지지층을 세척하는 세척 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터를 형성하는 단계는 상기 액상 증착 단계를 다수 회 반복할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다수의 나노 와이어를 적어도 부분적으로 제거하는 단계는 상기 액상 증착 단계에서 함께 수행될 수 있다.
상기 금속 나노 입자 전구체 용액은 상기 다수의 나노 와이어를 용해시키는 용매를 포함할 수 있다.
상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이를 관통하도록 상기 다수의 천공이 형성될 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 센싱용 기판의 제조 방법은, 지지층 재료를 부분적으로 제거하여 지지층 및 다수의 트렌치를 형성하거나 또는 지지층 및 지지층 재료로 이루어진 다수의 나노 와이어를 형성하는 단계; 상기 다수의 트렌치의 벽면 또는 상기 다수의 나노 와이어의 표면에 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 증착시킴으로써, 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 포함하는 다수의 금속 나노 입자 클러스터를 형성하는 단계; 및 상기 다수의 나노 와이어 또는 상기 다수의 트렌치의 벽면을 적어도 부분적으로 제거함으로써, 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이에 다수의 천공의 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 센싱용 기판은 다수의 밀집한 금속 클러스터 내에 빛이 통과할 수 있는 다수의 미세한 천공을 포함하고 있어서, 큰 표면 증강 효과를 가질 수 있다. 또한, 개시된 센싱용 기판의 제조 방법에 따르면, 다수의 밀집한 금속 클러스터를 균일하게 형성할 수 있기 때문에 비교적 저렴하고 단순하게 고균질의 센싱용 기판을 제조할 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 일 실시예에 따른 센싱용 기판의 제조 과정을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2a는 도 1b에 도시된 단계에서 나노 와이어에 증착된 금속 나노 입자들을 예시적으로 보이는 SEM(scanning electron microscope) 영상이다.
도 2b는 도 1e에 도시된 단계에서 3차원 구조로 적층된 금속 나노 입자들을 예시적으로 보이는 SEM 영상이다.
도 3은 금속 나노 입자들의 증착 횟수에 따른 센싱용 기판의 성분 변화를 보이는 에너지 분산 분광(energy dispersive spectrometry, EDS) 데이터이다.
도 4는 금속 나노 입자들의 증착 횟수에 따른 센싱용 기판의 성분 변화를 보이는 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 센싱용 기판의 개략적인 구성을 보이는 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 센싱용 기판의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 센싱용 기판에서 금속 나노 입자들의 증착 횟수에 따른 파수(wavenumber)별 라만 산란광의 세기를 보이는 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 센싱용 기판에서 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이의 평균 간격에 따른 표면 증강 효과를 보이는 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 센싱용 기판에서 금속 나노 입자 클러스터의 두께에 따른 표면 증강 효과를 보이는 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른 센싱용 기판에서 여러 가지 농도의 샘플에 대한 라만 스펙트럼을 보이는 그래프이다.
도 11은 일 실시예에 따른 센싱용 기판에서 샘플의 농도에 따른 파수별 라만 산란광의 세기를 보이는 그래프이다.
도 12는 일 실시예에 따른 센싱용 기판에서 1072 cm-1 피크의 강도 분포를 보이는 그래프이다.
도 13은 4인치 웨이퍼에서 제조된 센싱용 기판에서 999 cm-1 피크의 강도 분포를 보이는 그래프이다.
도 14는 4인치 웨이퍼에서 제조된 센싱용 기판에서 1022 cm-1 피크의 강도 분포를 보이는 그래프이다.
도 15는 4×4 mm2 크기의 웨이퍼에서 제조된 센싱용 기판에서 1072 cm-1 피크의 강도 분포를 보이는 그래프이다.
도 16은 일 실시예에 따른 센싱용 기판에서 입사광의 각도와 라만 산란광의 세기와의 관계를 보이는 그래프이다.
도 17은 일 실시예에 따른 센싱용 기판에서 여러 가지 농도의 또 다른 샘플에 대한 라만 스펙트럼을 보이는 그래프이다.
도 18은 일 실시예에 따른 센싱용 기판에서 샘플의 농도와 라만 산란광의 세기와의 관계를 보이는 그래프이다.
도 19는 일 실시예에 따른 센싱용 기판을 이용하여 샘플의 농도를 측정한 결과를 보이는 그래프이다.
도 20은 다른 실시예에 따른 센싱용 기판의 제조 방법을 보이는 개략적인 사시도이다.
도 21은 또 다른 실시예에 따른 센싱용 기판의 제조 방법을 보이는 개략적인 사시도이다.
도 22는 센싱용 기판을 포함하는 일 실시예에 따른 분석 장치를 보이는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 센싱용 기판, 센싱용 기판의 제조 방법, 및 센싱용 기판을 포함하는 분석 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 일 실시예에 따른 센싱용 기판의 제조 과정을 개략적으로 보이는 단면도이다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 지지층(11) 위에 다수의 나노 와이어(12)를 형성할 수 있다. 지지층(11)은 일반적인 반도체 제조 공정에서 사용되는 반도체 웨이퍼일 수 있다. 예를 들어, 지지층(11)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), GaAs, GaP 등으로 이루어진 반도체 웨이퍼일 수 있다.
다수의 나노 와이어(12)는 지지층(11) 위에 수직하게 세워진 구조를 가질 수 있다. 나노 와이어(12)는 이후의 공정에서 제거 가능하거나 또는 제거되지 않더라도 라만 산란에 영향을 주지 않는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 나노 와이어(12)는 Si, InP, GaN, ZnO 등의 재료로 이루어질 수 있다.
나노 와이어(12)는 지지층(11) 상에 나노 와이어 재료의 시드층(12a)을 코팅한 후, 지지층(11)을 나노 와이어 재료의 전구체를 포함하는 용액 내에 배치시키고, 지지층(11)을 용액에서 꺼낸 후 열처리 함으로써 형성될 수 있다.
예를 들어, 나노 와이어(12)가 ZnO 나노 와이어인 경우, 에탄올에 용해된 5 mM 농도의 아세트산 아연(zinc acetate dihydrate)을 포함하는 ZnO 시드 용액을 지지층(11) 위에 코팅한다. 그리고, 지지층(11) 상에 시드층(12a)이 확실하게 접착되도록 열판(hot plate)에서 350˚C 의 온도로 20분간 지지층(11)과 ZnO 시드 용액을 열처리 한다. 그런 후, ZnO 전구체 용액 내에 지지층(11)을 담그고 지지층(11)을 대류 오븐(convection oven) 내에서 95˚C의 온도로 약 2.5 시간 동안 가열한다. 예를 들어, ZnO 전구체 용액은 초순수(DI water) 내에 25 mM 농도의 질산아연 6수화물(zinc nitrate hexahydrate), 25 mM 농도의 HMTA(hexamethylenetetramine) 및 5 mM 농도의 PEI(poly ether imide)가 포함된 용액일 수 있다. 그리고, ZnO 전구체 용액에서 지지층(11)을 꺼낸 후, 초순수(DI water)로 지지층(11)에 남은 ZnO 전구체 용액을 씻어내고, 열판에서 350˚C 의 온도로 20분간 지지층(11)을 열처리 하면, 지지층(11) 위에 ZnO 나노 와이어를 형성할 수 있다. 나노 와이어(12)는 그 밖에도 다양한 방법으로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 1b를 참조하면, 다수의 나노 와이어(12)의 표면에 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들을 증착시킴으로써, 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들을 3차원 구조로 적층할 수 있다. 금속 나노 입자(13)는, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 도전성이 우수한 금속을 포함할 수 있다. 그리고, 도 1c 내지 도 1e에 도시된 바와 같이, 다수의 나노 와이어(12)의 표면에 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들을 증착시키는 과정을 다수 회 반복함으로써, 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들을 포함하는 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14)는 다수의 나노 와이어(12)가 형성된 지지층(11)을 금속 나노 입자 전구체 용액 내에 담그고 가열하는 액상 증착(liquid phase deposition) 방식으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 다수의 나노 와이어(12)가 형성된 지지층(11)을 금속 나노 입자 전구체 용액에 담그고, 대류 오븐 내에서 금속 나노 입자 전구체 용액을 90˚C 의 온도로 1시간 동안 가열할 수 있다. 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들이 밀집하여 금속 나노 입자 클러스터(14)가 형성될 때까지 이러한 액상 증착 과정을 다수 회 반복하여 수행될 수 있다. 이렇게 형성된 금속 나노 입자(13)들의 평균 직경은, 예를 들어, 10 nm 내지 20 nm일 수 있다.
예를 들어, 도 2a는 도 1b에 도시된 단계에서 나노 와이어(12)에 증착된 금속 나노 입자(13)들을 예시적으로 보이는 SEM(scanning electron microscope) 영상이다. 도 2a를 참조하면, 나노 와이어(12)의 표면에 금속 나노 입자(13)들이 비교적 낮은 밀도로 증착되어 있다. 또한, 도 2b는 도 1e에 도시된 단계에서 3차원 구조로 적층된 금속 나노 입자(13)들을 예시적으로 보이는 SEM 영상이다. 예를 들어, 도 2b는 상술한 액상 증착 과정을 8회 반복한 경우이다. 도 2b를 참조하면, 다수의 금속 나노 입자(13)들이 매우 밀집하여 증착됨으로써 금속 나노 입자 클러스터(14)가 형성되어 있다.
한편, 액상 증착 과정을 반복하는 동안, 금속 나노 입자 전구체 용액의 산성 성분으로 인해 나노 와이어(12)가 조금씩 용해되어 없어질 수 있다. 또는, 금속 나노 입자 전구체 용액 내에 나노 와이어(12)를 용해시키기 위한 용매를 의도적으로 포함시킬 수도 있다. 도 2b를 참조하면, 액상 증착 과정을 8회 반복한 경우, 금속 나노 입자 클러스터(14)만이 남고 나노 와이어(12)는 거의 사라진 것을 알 수 있다.
예를 들어, 도 3은 금속 나노 입자(13)들의 증착 횟수에 따른 센싱용 기판의 성분 변화를 보이는 에너지 분산 분광(energy dispersive spectrometry, EDS) 데이터이며, 도 4는 금속 나노 입자(13)들의 증착 횟수에 따른 센싱용 기판의 성분 변화를 보이는 그래프이다. 도 3 및 도 4의 예에서, 지지층(11)으로서 실리콘(Si)을 사용하였고, 나노 와이어(12)로서 ZnO를 사용하였으며, 금속 나노 입자(13)로서 금(Au)을 사용하였다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 초기에는 아연(Zn) 성분이 거의 50 at.%에 이르고 금(Au) 성분이 가장 적었으나, 증착 횟수가 증가하면서 아연(Zn) 성분은 점차 감소하고 실리콘(Si) 및 금(Au) 성분이 점차 증가하게 된다. 그리고, 증착 횟수가 8회째가 되면 아연(Zn) 성분은 거의 없어지고 금(Au) 성분이 가장 많아지게 된다.
마지막으로, 금속 나노 입자 클러스터(14)가 형성된 지지층(11)을 세척할 수 있다. 예를 들어, 완성된 센싱용 기판에 남아 있는 염(salt)과 탄소화합물(carbon compounds)을 초순수(DI water)와 에탄올로 씻어서 제거할 수 있다. 그러면, 지지층(11) 상에 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14)가 밀집하여 배열되어 있는 센싱용 기판(10)이 완성될 수 있다.
지금까지는 액상 증착 방식으로 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성하는 것으로 설명하였으나, 이는 단순한 예에 불과하다. 예를 들어, 액상 증착 방식 외에도, 스퍼터링(sputtering)이나 증착(evaporation) 방식으로 금속 나노 입자(13)를 나노 와이어(12)의 표면에 3차원 적층함으로써 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성할 수 있다. 이 경우, 지지층(11) 상에 남아 있는 나노 와이어(12)를 별도의 과정을 통해 제거할 수 있다. 예를 들어, 산성 용액으로 지지층(11) 상에 남아 있는 나노 와이어(12)를 적어도 부분적으로 제거하고 지지층(11)을 세척할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)의 개략적인 구성을 보이는 사시도이며, 도 5를 참조하면, 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14)가 지지층(11) 상에 밀집하여 2차원 배열될 수 있다. 각각의 금속 나노 입자 클러스터(14)는 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 나노 와이어(12)의 표면에 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)가 밀집하여 형성되고, 하나의 나노 와이어(12)의 표면을 따라 형성된 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)가 하나의 금속 나노 입자 클러스터(14)를 구성하게 된다. 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14)는 나노 와이어(12)와 마찬가지로 지지층(11)의 표면에 대해 수직한 방향으로 세워져 있다. 한편, 지지층(11)의 표면 위에는 나노 와이어 재료의 시드층(12a)이 적어도 부분적으로 남아 있을 수 있다.
또한, 도 6은 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 센싱용 기판(10)은 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이에 형성된 다수의 미세한 천공(15)을 더 포함할 수 있다. 빛이 통과할 수 있는 다수의 미세한 천공(15)은 예를 들어 다수의 나노 와이어(12)가 용해되어 형성된 나노 와이어(12)의 흔적이다. 나노 와이어(12)의 표면을 따라 형성된 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)가 증가하여 금속 나노 입자 클러스터(14)가 형성되는 동안, 나노 와이어(12)가 점차 용해되면서 다수의 천공(15)이 생기게 된다.
이러한 다수의 천공(15)은 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14)의 상부로부터 하부로 빛이 전달되도록 한다. 도 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 센싱용 기판(10)의 상부로부터 입사한 빛은 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 천공(15)을 따라 진행하면서 센싱용 기판(10)의 바닥까지 도달할 수 있다. 다시 말해, 빛은 천공(15)을 통해 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이를 관통하여 지지층(11)의 표면까지 도달할 수 있다. 이렇게 3차원적으로 형성된 비교적 긴 경로를 따라 빛이 진행하면서, 빛은 금속 나노 입자 클러스터(14)의 상부와 금속 나노 입자 클러스터(14)의 하부 사이에 위치한 많은 수의 도전성 금속 나노 입자(13)를 여기시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 센싱용 기판(10)은 표면 증강 효과를 더욱 증가시킬 수 있다. 이러한 본 실시예에 따른 센싱용 기판(10)은 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 천공(15)을 통해 빛을 충분히 흡수하기 때문에 광 이용 효율이 우수하며, 거의 완벽한 검은색으로 보일 수 있다.
본 실시예에 따른 센싱용 기판(10)의 표면 증강 효과는 도전성 금속 나노 입자(13)의 밀집도에 따라 달라질 수 있다. 도 7은 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)에서 금속 나노 입자(13)들의 증착 횟수에 따른 파수(wavenumber)별 라만 산란광의 세기를 보이는 그래프이다. 예를 들어, 나노 와이어(12)가 형성된 지지층(11)을 금속 나노 입자 전구체 용액에 담그고 대류 오븐 내에서 금속 나노 입자 전구체 용액을 90˚C 의 온도로 1시간 동안 가열하는 액상 증착을 1회부터 8회까지 수행하였다. 각각의 액상 증착 단계를 수행한 후의 센싱용 기판(10)으로 999 cm-1, 1022 cm-1, 1072 cm-1, 1574 cm-1의 파수에 대해 라만 산란광의 세기를 측정하였다. 측정은 샘플 용액으로서 1 mM 벤젠시올(benzenethiol)을 사용하고, 785 nm 파장을 갖는 0.07 mW 레이저를 광원으로 사용하고, 금속 나노 입자(13)로서 금(Au)을 사용하여 수행되었다. 도 7의 그래프를 참조하면, 대부분의 파수에 대해 3회째 증착까지 라만 산란광의 세기가 급격히 증가하였으며, 그 후 5회째 증착에서 라만 산란광의 세기가 최대가 되었다. 따라서, 3회 내지 8회 증착 사이에서 표면 증강 효과가 거의 포화된다는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 센싱용 기판(10)의 표면 증강 효과는 천공(15)의 크기 또는 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 간격에 따라서도 달라질 수 있다. 도 8은 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)에서 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 평균 간격에 따른 표면 증강 효과를 보이는 그래프이다. 도 8의 그래프는, 금으로 이루어진 각각의 금속 나노 입자(13)의 직경을 14 nm로 가정하고, 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 평균 간격을 8 nm부터 22 nm까지 변화시키면서 금속 나노 입자 클러스터(14)들 사이에 형성되는 표면 증강 효과를 시뮬레이션 한 결과이다. 여기서, 금속 나노 입자 클러스터(14)들 사이의 평균 간격에 대한 표준 편차(σ)를 7 nm로 가정하였다.
도 8을 참조하면, 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 평균 간격이 지나치게 가까운 경우, 빛의 반사 손실로 인해 표면 증강 효과가 약해진다. 또한, 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 평균 간격이 지나치게 큰 경우, 빛이 금속 나노 입자(13)를 여기시키지 않고 통과하게 되어 표면 증강 효과가 약하게 된다. 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 평균 간격이 적당하면, 빛이 금속 나노 입자(13) 사이에 최적의 상호 작용이 이루어지며, 대부분의 빛이 금속 나노 입자(13)를 여기시킬 수 있다. 예를 들어, 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 평균 간격이 8 nm 내지 20 nm일 때 표면 증강 효과가 가장 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 센싱용 기판(10)의 표면 증강 효과는 빛이 침투할 수 있는 천공(15)의 길이 또는 금속 나노 입자 클러스터(14)의 두께에 따라서도 달라질 수 있다. 도 9는 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)에서 금속 나노 입자 클러스터(14)의 두께에 따른 표면 증강 효과를 보이는 그래프이다. 도 9의 그래프는, 금으로 이루어진 각각의 금속 나노 입자(13)의 직경을 14 nm, 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 평균 간격을 15 nm, 금속 나노 입자 클러스터(14) 사이의 평균 간격에 대한 표준 편차(σ)를 7 nm로 가정하고, 금속 나노 입자 클러스터(14)의 두께를 0 nm부터 600 nm까지 변화시키면서 금속 나노 입자 클러스터(14)들 사이에 형성되는 표면 증강 효과를 시뮬레이션 한 결과이다. 도 9를 참조하면, 대략 금속 나노 입자 클러스터(14)의 두께가 300 nm일 때까지 표면 증강 효과가 증가하다가 그 후로는 포화되는 것을 알 수 있다. 따라서, 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14)의 두께는 50 nm 내지 1 ㎛ 사이에서 선택할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)에서 여러 가지 농도의 샘플들에 대한 라만 스펙트럼을 보이는 그래프이다. 예를 들어, 샘플 용액으로서 농도가 각각 1 mM, 1 μM, 1 nM, 1 pM인 벤젠시올 용액을 사용하고, 금속 나노 입자(13)로서 금(Au)을 사용하여 측정이 수행되었다. 도 10의 그래프를 참조하면, 모든 농도에 대해 라만 스펙트럼을 확실하게 확인할 수 있다. 특히, 모든 농도에 대해 특정 파수에서 형성되는 피크(peak)들을 확인할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)에서 샘플의 농도에 따른 파수별 라만 산란광의 세기를 보이는 그래프이다. 예를 들어, 벤젠시올 용액의 농도를 달리하면서 999 cm-1, 1022 cm-1, 1072 cm-1, 1574 cm-1의 파수에 대해 라만 산란광의 세기를 측정하였다. 도 11의 그래프를 참조하면, 벤젠시올 용액의 농도가 증가함에 따라 모든 파수에 대해 라만 산란광의 세기가 증가한다는 것을 알 수 있다.
본 실시예에 따르면, 다수의 밀집한 금속 나노 입자 클러스터(14)를 균일하게 형성할 수 있기 때문에, 비교적 단순하게 센싱용 기판들을 대면적 웨이퍼 상에서 균질하게 제조할 수 있다. 도 12는 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)에서 1072 cm-1 피크의 강도 분포를 보이는 그래프이다. 도 12의 예에서, 센싱용 기판(10)은 4인치 직경의 실리콘 웨이퍼 상에서 제조되었다. 다시 말해, 4인치 직경의 실리콘 웨이퍼로 된 지지층(11) 위에 금(Au)으로 된 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성하였다. 이렇게 형성된 센싱용 기판(10)을 이용하여 1 mM 농도의 벤젠시올 용액 샘플에 대해 1072 cm-1의 파수에서 형성된 피크의 강도를 반복하여 측정하고, 그 분포를 확인하였다. 도 12를 참조하면, 1072 cm-1 파수의 피크 강도가 비교적 좁은 영역 내에 분포한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 센싱용 기판(10)들이 4인치의 대면적 웨이퍼 상에서 균질하게 제조될 수 있기 때문에, 개개의 센싱용 기판(10)의 제조 단가를 저렴하게 낮출 수 있다.
또한, 도 13은 4인치 웨이퍼에서 제조된 센싱용 기판(10)에서 999 cm-1 피크의 강도 분포를 보이는 그래프이고, 도 14는 4인치 웨이퍼에서 제조된 센싱용 기판(10)에서 1022 cm-1 피크의 강도 분포를 보이는 그래프이며, 도 15는 4×4 mm2 크기의 웨이퍼에서 제조된 센싱용 기판(10)에서 1072 cm-1 피크의 강도 분포를 보이는 그래프이다. 도 13 내지 도 15의 예에서 1 mM 농도의 벤젠시올 용액을 샘플로 사용하였다. 도 13 및 도 14의 그래프를 참조하면, 999 cm-1 피크와 1022 cm-1 피크에 대해서도 비교적 균일한 특성을 확인할 수 있다. 특히, 도 15의 그래프를 참조하면, 웨이퍼의 크기가 작아지면 균일도가 더욱 증가하여 피크 강도가 매우 좁은 영역 내에 분포하게 되며, 상대표준편차(RSD)도 크게 줄어들게 된다.
도 16은 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)에서 입사광의 각도와 라만 산란광의 세기와의 관계를 보이는 그래프이다. 도 16의 예에서 1 mM 농도의 벤젠시올 용액을 샘플로 사용하였으며, 입사광의 입사각을 0°에서 80°까지 변화시켰다. 여기서, 입사광의 입사각은 센싱용 기판(10)의 표면 법선을 기준으로 한 것이다. 즉, 센싱용 기판(10)의 표면에 수직하게 입사하는 입사광의 입사삭이 0°이다. 도 16의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 입사각이 증가할수록 라만 산란광의 세기가 감소하게 된다.
도 17은 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)에서 여러 가지 농도의 또 다른 샘플에 대한 라만 스펙트럼을 보이는 그래프이다. 도 17의 예에서, 농도가 각각 10 μM, 1 μM, 100 nM, 10 nM인 아데닌(adenine) 용액을 샘플로 사용하였다. 도 17의 그래프를 참조하면, 샘플의 농도가 증가할수록 라만 산란광의 세기가 증가한다는 것을 알 수 있으며, 특정 파수에서의 피크도 확인할 수 있다.
도 18은 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)에서 샘플의 농도와 라만 산란광의 세기와의 상관 관계를 보이는 그래프이고, 도 19는 일 실시예에 따른 센싱용 기판(10)을 이용하여 샘플의 농도를 측정한 결과를 보이는 그래프이다. 도 18의 그래프를 참조하면, 샘플의 농도와 라만 산란광의 세기가 거의 비례함을 알 수 있다. 또한, 도 19를 참조하면, 도 18의 결과를 이용하여 아데닌 용액 샘플의 농도를 정확하게 측정할 수 있음을 알 수 있다.
지금까지는, 지지층(11) 위에 지지층(11)과 상이한 재료로 이루어진 나노 와이어(12)를 형성하고, 나노 와이어(12)의 표면에 금속 나노 입자(13)를 형성하여 센싱용 기판(10)을 제조하는 것으로 설명하였다. 그러나, 지지층(11)을 에칭하여 나노와이어 또는 그와 유사한 구조를 만들 수도 있다.
예를 들어, 도 20은 다른 실시예에 따른 센싱용 기판(10)의 제조 방법을 보이는 개략적인 사시도이다. 도 20을 참조하면, 지지층 재료(11')의 상부 표면을 선택적으로 에칭함으로써 지치층(11)과 그 위에 형성된 다수의 나노 와이어(11a)를 형성할 수 있다. 이 경우, 지지층(11)과 다수의 나노 와이어(11a)는 동일한 재료로 이루어지며 동시에 형성될 수 있다. 그런 후에는, 도 1b 내지 도 1e에 도시된 바와 같이, 나노 와이어(11a)의 표면에 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들을 증착시킴으로써, 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들을 포함하는 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성할 수 있다. 다수의 나노 와이어(11a)는 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성하는 과정에서 용해되거나 또는, 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성한 후에 제거할 수 있다. 이때, 지지층(11)이 제거되지 않도록 지지층(11)의 두께는 나노 와이어(11a)의 직경보다 훨씬 크도록 선택된다.
또한, 도 21은 또 다른 실시예에 따른 센싱용 기판(10)의 제조 방법을 보이는 개략적인 사시도이다. 도 21을 참조하면, 지지층 재료(11')의 상부 표면을 다수의 나란한 일직선 형태로 에칭함으로써 다수의 나란한 트렌치(11b)를 형성할 수 있다. 그러면, 지치층(11)과 그 위에 형성된 다수의 나란한 평면 형태의 벽면(11c)이 형성될 수 있다. 그런 후에는, 도 1b 내지 도 1e에 도시된 바와 같이, 다수의 나란한 벽면(11c)에 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들을 증착시킴으로써, 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자(13)들을 포함하는 다수의 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성할 수 있다. 다수의 벽면(11c)은 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성하는 과정에서 용해되거나 또는, 금속 나노 입자 클러스터(14)를 형성한 후에 제거할 수 있다.이 경우, 천공(15)은 다수의 나란한 일직선 형태로 형성될 수 있다.
이렇게 제조된 센싱용 기판(10)은, 예를 들어, 표면 증강 라만 산란용 기판으로 사용될 수 있지만, 이에만 한정되는 것은 아니며, 다양한 광학적 측정 방법에 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 센싱용 기판(10)은 형광 기반의 분광법에 적용될 수 있다. 또한, 센싱용 기판(10)은 높은 빛 흡수율을 갖기 때문에 태양 전지에도 적용될 수 있으며, 반사 방지막에도 적용될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 센싱용 기판(10)을 사용하여 일회용, 웨어러블, 핸드헬드, 이식형(implantable), 또는 탁상용 센싱 플랫폼을 구현할 수 있다.
예를 들어, 도 22는 센싱용 기판(10)을 포함하는 일 실시예에 따른 분석 장치를 보이는 블록도이다. 도 22를 참조하면, 일 실시예에 따른 분석 장치(100)는 센싱용 기판(10)에 여기광(LE)을 조사하는 광원을 포함하는 조명 광학계(110), 센싱용 기판(10)으로부터 산란되는 광(LS)을 검출하는 광검출기를 포함하는 검출 광학계(120), 검출 광학계(120)에서의 출력 신호를 이용하여 피검체의 물성을 분석하는 신호처리부(130)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 피검체는 센싱용 기판(10) 위에 배치될 수 있다. 신호처리부(130)는 센싱용 기판(10)으로부터 산란되는 광(LS)의 세기 및 스펙트럼을 분석하여 피검체의 물성을 분석할 수 있다. 신호 처리부(130)는 필요에 따라 조명 광학계(110)와 검출 광학계(120)의 동작을 제어하도록 구성될 수도 있다.
또한, 분석 장치(100)는 신호처리부(130)의 처리에 필요한 프로그램이나 데이터 등을 저장하는 메모리(140) 및 신호처리부(130)에서 분석된 결과를 사용자에게 제공하는 사용자 인터페이스(150)를 더 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 분석 장치(100)는 검출 광학계(120)에서 검출된 신호를 증폭하는 증폭기를 더 포함할 수도 있다.
이러한 분석 장치(100)는 비침습적인(non-invasive) 방법으로 생체 성분을 측정 및 분석하는 생체 정보 분석 장치일 수 있다. 예를 들어, 분석 장치(100)는 피검체의 조직(tissue)이나 혈액(blood)에 포함된 물질 또는 그 성분을 분석할 수 있다. 피검체의 물성 분석을 위해서 라만 분석법을 사용할 수 있다.
라만 분석법은 단일 파장의 광이 피검체를 이루는 물질의 분자 진동과 상호 작용을 통해 산란될 때, 에너지 상태가 시프트(shift) 되는 현상을 이용한다. 조명 광학계(110)로부터 조사된 여기광(LE)은 피검체 내의 분자 구조에 의해 산란되며 파장 변환된 산란광(LS)의 형태로 피검체로부터 나오게 된다. 산란광(LS), 즉 생체 광신호는 피검체 내의 분자 상태에 따라 파장 변환된 정도가 다른 다양한 스펙트럼을 포함하게 된다. 검출된 라만 신호는 입사광의 파장에 대해 이동한 파장 시프트를 포함하며, 이는 에너지 시프트로서 물질의 분자 진동(molecular vibration)과 관련된 정보, 예를 들어, 분자구조나 결합형태 등에 대한 정보를 포함할 수 있고, 작용기(functional group)에 대한 정보를 포함할 수 있다.
피검체를 이루는 분자 성분에 따라, 라만 스펙트럼 상에서 라만 피크는 다르게 나타난다. 예를 들어, 피검체의 세포간액 또는 혈액에는 글루코오즈(Glucose), 요소(Urea), 세라미드(ceramide), 각질(keratin), 콜라겐(collagen) 등이 포함되어 있을 수 있다. 예시적으로 글루코오즈는 대략 436.4 cm-1, 1065 cm-1, 1126.4 cm-1, 525.7 cm-1 의 파수만큼 라만 변이(Raman shift) 값을 가질 수 있다. 또한, 콜라겐은 대략 855 cm-1, 936 cm-1 의 라만 변이를 나타낼 수 있다. 또한, 요소는 대략 1000 cm-1의 라만 변이를 나타낼 수 있다.
신호처리부(130)는 여기광(LE)의 파장으로부터 각 물질에 대응하는 라만 변이만큼 파장이 변이된 지점에서의 스펙트럼 피크의 강도로부터 각 물질의 분포량을 알 수 있다. 예를 들어, 입사광의 파수로부터 436.4 cm-1, 1065 cm-1, 1126.4 cm-1, 525.7 cm-1의 파수만큼 파장이 변이된 지점에서 스펙트럼 피크의 강도가 클수록 글루코오즈의 분포량이 클 수 있다. 또한, 입사광의 파수로부터 855 cm-1, 936 cm-1의 파수만큼 파장이 변이된 지점에서 스펙트럼 피크의 강도가 클수록 콜라겐의 분포량이 클 수 있다.
신호처리부(130)는 이와 같이, 라만 신호로부터 피검체의 피부 속에 있는 물질 분포량을 분석할 수 있고, 이로부터 피검체의 건강상태를 진단할 수 있다. 센싱용 기판(10)은 피검체로부터 나오는 산란광(LS)을 크게 증강시켜 분석 장치(100)의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 신호처리부(130)는 또한, 분석 장치(100)의 전반적인 동작, 제어에 필요한 제어 신호를 생성할 수 있다. 신호처리부(130)는 분석된 결과를 사용자 인터페이스(150)의 디스플레이부에 표시하도록 영상 신호로 처리할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스(150)로부터의 입력에 따라 조명 광학계(110)와 검출 광학계(120)에 제어 신호를 보낼 수 있다. 이러한 신호처리부(130)는 마이크로 프로세서 등으로 구현될 수 있다.
사용자 인터페이스(150)는 분석 장치(100)와 사용자 및/또는 기타 외부기기와의 인터페이스로서, 입력부와 디스플레이부를 구비할 수 있다.
메모리(140)에는 신호처리부(130)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수 있고, 입/출력되는 데이터들이 저장될 수 있다. 예를 들어, 메모리(140)에는 라만 스펙트럼 피크의 강도로부터 물질의 양을 정량적으로 결정하기 위해, 스펙트럼 피크의 값과 물질의 양 사이의 상관관계에 대한 룩업 테이블(lookup table)이 저장될 수도 있다.
메모리(140)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
이외에도, 분석 장치(100)는 통신부를 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 통신부를 통해, 분석된 결과가 외부의 다른 기기로 전송될 수도 있다. 외부 기기는 분석된 생체 정보를 사용하는 의료 장비일 수 있으며, 결과물을 프린트하기 위한 프린터일 수 있고, 또는, 분석 결과를 디스플레이하는 표시 장치일 수 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 웨어러블, 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
상술한 센싱용 기판, 센싱용 기판의 제조 방법, 및 센싱용 기판을 포함하는 분석 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10.....센싱용 기판 11.....지지층
12.....나노 와이어 12a.....시드층
13.....금속 나노 입자 14.....금속 나노 입자 클러스터
15.....천공 100.....분석 장치
110.....조명 광학계 120.....검출 광학계
130.....신호 처리부 140.....메모리
150.....사용자 인터페이스

Claims (24)

  1. 지지층;
    상기 지지층 상에 배열된 다수의 금속 나노 입자 클러스터; 및
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터의 상부로부터 하부로 빛이 전달되도록 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이에 배치된 다수의 천공;을 포함하며,
    각각의 금속 나노 입자 클러스터는 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 포함하는 센싱용 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지층은 반도체 웨이퍼인 센싱용 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 및 알루미늄(Al) 중에서 적어도 하나의 도전성 금속을 포함하는 센싱용 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터는 상기 지지층의 표면에 대해 수직한 방향으로 배치되어 있는 센싱용 기판.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터의 두께는 50 nm 내지 1 μm인 센싱용 기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 천공은 빛이 상기 지지층의 표면까지 도달하도록 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이를 관통하는 센싱용 기판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각의 금속 나노 입자의 평균 직경은 10 nm 내지 20 nm인 센싱용 기판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이의 평균 간격은 8 nm 내지 20 nm인 센싱용 기판.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 센싱용 기판을 포함하는 분석 장치.
  10. 지지층 상에 다수의 나노 와이어를 형성하는 단계;
    상기 다수의 나노 와이어의 표면에 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 증착시킴으로써, 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 포함하는 다수의 금속 나노 입자 클러스터를 형성하는 단계; 및
    상기 다수의 나노 와이어를 적어도 부분적으로 제거함으로써, 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이에 다수의 천공의 형성하는 단계;를 포함하는 센싱용 기판의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 지지층은 반도체 웨이퍼인 센싱용 기판의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 나노 와이어는 Si, InP, GaN 또는 ZnO로 이루어지는 센싱용 기판의 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 나노 와이어를 형성하는 단계는:
    상기 지지층 상에 나노 와이어 재료의 시드층을 코팅하는 단계;
    상기 지지층을 나노 와이어 재료의 전구체를 포함하는 용액 내에 배치시키는 단계; 및
    상기 지지층을 용액에서 꺼낸 후 열처리 하는 단계;를 포함하는 센싱용 기판의 제조 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터를 형성하는 단계는:
    상기 다수의 나노 와이어가 형성된 상기 지지층을 금속 나노 입자 전구체 용액 내에 넣고 가열하는 액상 증착(liquid phase deposition) 단계; 및
    상기 지지층을 세척하는 세척 단계;를 포함하는 센싱용 기판의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터를 형성하는 단계는 상기 액상 증착 단계를 다수 회 반복하는 센싱용 기판의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 다수의 나노 와이어를 적어도 부분적으로 제거하는 단계는 상기 액상 증착 단계에서 함께 수행되는 센싱용 기판의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자 전구체 용액은 상기 다수의 나노 와이어를 용해시키는 용매를 포함하는 센싱용 기판의 제조 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 및 알루미늄(Al) 중에서 적어도 하나의 도전성 금속을 포함하는 센싱용 기판의 제조 방법.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터는 상기 지지층의 표면에 대해 수직한 방향으로 형성되는 센싱용 기판의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터의 두께는 50 nm 내지 1 μm인 센싱용 기판의 제조 방법.
  21. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이를 관통하도록 상기 다수의 천공이 형성되는 센싱용 기판의 제조 방법.
  22. 제 10 항에 있어서,
    각각의 금속 나노 입자의 평균 직경은 10 nm 내지 20 nm인 센싱용 기판의 제조 방법.
  23. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이의 평균 간격은 8 nm 내지 20 nm인 센싱용 기판의 제조 방법.
  24. 지지층 재료를 부분적으로 제거하여 지지층 및 다수의 트렌치를 형성하거나 또는 지지층 및 지지층 재료로 이루어진 다수의 나노 와이어를 형성하는 단계;
    상기 다수의 트렌치의 벽면 또는 상기 다수의 나노 와이어의 표면에 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 증착시킴으로써, 3차원 구조로 적층된 다수의 도전성 금속 나노 입자들을 포함하는 다수의 금속 나노 입자 클러스터를 형성하는 단계; 및
    상기 다수의 나노 와이어 또는 상기 다수의 트렌치의 벽면을 적어도 부분적으로 제거함으로써, 상기 다수의 금속 나노 입자 클러스터 사이에 다수의 천공의 형성하는 단계;를 포함하는 센싱용 기판의 제조 방법.
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