KR20190023669A - 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저를 이용하여 나노구조물의 산화에 따른 금속산화물을 제조하고, 금속산화물의 산화 과정을 모니터링하는 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자에 관한 것으로, 미리 패턴된 나노구조물에 후처리 공법을 이용하여 특정 부분에 산화를 진행할 수 있다.
Description
본 발명은 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 나노구조물의 산화에 따른 금속산화물을 제조하고, 금속산화물의 산화 과정을 모니터링하는 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자에 관한 것이다.
산화물 반도체 기술은 기존의 실리콘(Si) 기반의 소자와 비교해 보았을 때, 여러 가지 이점을 가지고 있다.
첫 번째 이점으로, 광학적 측면에서 산화물 반도체는 투명한 박막을 형성할 수 있다. 산화물 반도체와 비교되는 기존의 실리콘이나 갈륨비소(GaAs) 같은 반도체는 각각 1.2eV와 1.43eV의 밴드 갭(bandgap)을 가지고 있는데, 밴드 갭 이상의 에너지를 가지고 있는 가시광이 비춰지면 가전자대(valence band)의 전자가 전도대(conduction band)로 여기되는 현상으로 빛 에너지가 손실되고, 이로 인해 투과되는 빛 에너지가 줄어들게 된다. 이에 비해 산화아연(zinc oxide, ZnO), 산화제이갈륨(Ga2O3), 인듐주석산화물(In2O3), 산화주석(SnO2) 등의 산화물 반도체는 약 3.1eV 이상의 넓은 밴드 갭을 가지고 있으므로, 가시광의 흡수가 일어나지 않고 투과되어 투명한 디스플레이 소자로 이용 가능하다.
두 번째 이점으로, 전기 및 전자적 측면에서 보면 산화물 반도체는 높은 운반자 이동도(high carrier mobility, 1100cm2/Vs)를 가지고 있어 전기적 성능 또한 우수하다는 특성을 가지고 있다.
세 번째 이점으로, 산화물 반도체는 상온에서도 다결정(polycrystalline) 및 단결정(monocrystalline) 구조를 가지고 있어, 별도의 열처리(annealing) 과정을 거치지 않고도 좋은 특성의 박막 트랜지스터 제작이 가능하다.
한편, 나노로드 및 나노와이어 등의 1차원 나노물질은 수 나노미터에서 수십 나노미터의 직경과 수백 나노미터에서 수 마이크로미터의 길이를 갖는 물질을 말하며, 이러한 1차원 나노물질은 기존의 벌크(bulk) 소재에서 볼 수 없었던 다양한 물리적 및 화학적 특성을 보이며, 이러한 특성을 이용한 나노소자 개발의 기본 소재로서 많은 응용이 기대되고 있다.
이러한 금속산화물을 이용한 1차원 나노구조물들은 우수한 광 투과성, 큰 압전지수, UV 발광 특성을 나타내어 나노크기의 전자소자, 광소자, 센서를 구현하는 기본재로서 UV 발광 다이오드나 레이저 다이오드의 투명전극, 광전지소자, 광도파 및 가스센서 등의 여러 종류의 소자에 응용되고 있다. 따라서, 나노스케일의 소자들을 제조하는데 있어 금속산화물 나노구조물이 중요한 역할을 갖게 됨으로써, 고품질의 1차원 금속산화물 나노구조물들의 합성방법 및 개발에 많은 관심이 집중되고 있다.
한국 등록특허 제101632622호는 '기능성 금속산화물의 솔더링 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자'에 관한 기술로, 레이저를 이용한 금속산화물 솔더링 방법을 개시한다.
다만, 한국 등록특허 제101632622호는 펄스 레이저를 이용한 수열합성에 의해서 특정한 위치에 특정한 형태의 나노구조물을 합성시키는 방법으로, 수열합성에 필요한 용액이 추가적으로 필요하다는 단점이 존재하였다. 또한, 상기 특허는 실시간으로 나노구조물의 합성 정도를 관측할 수 없다는 한계가 존재하였다.
본 발명의 목적은 레이저를 이용하여 특정한 위치에 특정한 형태의 나노구조물을 합성시키는 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 미리 패턴된 나노구조물에 후처리 공법을 이용하여 특정 부분에 산화를 진행하는 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 금속패턴의 산화 과정을 실시간 모니터링하는 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 자외선 조사량에 따라 전류를 변화시킬 수 있는 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 기판 상에 나노구조물을 형성하는 단계, 상기 나노구조물에 레이저(laser)를 조사하여 금속산화물을 형성하는 단계 및 상기 레이저에 의해 산화되는 상기 금속산화물의 전류 변화를 관측하여 산화 과정을 모니터링하는 단계를 포함한다.
상기 나노구조물은 탑다운(Topdown) 방식으로 패턴된 것일 수 있다. 또한, 상기 나노구조물은 적어도 일부에 레이저의 빛 에너지를 흡수하기 위한 광흡수층이 형성된 것일 수 있다.
상기 광흡수층은 금속 및 반도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것일 수 있다.
상기 레이저는 상기 기판이 실리콘 기판이고, 상기 나노구조물이 50nm 두께의 산화막이며, 상기 광흡수층이 40nm 두께의 텅스텐(tungsten) 흡수층이고, 상압일 경우, 상기 레이저의 피크 파워는 2mW/μm2 내지 5mW/μm2 범위에서 제어될 수 있다.
상기 금속산화물을 형성하는 단계는 상기 나노구조물의 특정 부분에 상기 레이저를 조사하여 상기 특정 부분에 대한 산화를 진행함으로써, 상기 금속산화물을 형성할 수 있다.
상기 모니터링하는 단계는 실시간으로 상기 금속산화물의 전류 변화를 관측하여 초기 금속, 산화도중의 금속, 및 상기 형성된 금속산화물의 상기 산화 과정을 모니터링할 수 있다.
상기 모니터링하는 단계는 상기 조사되는 레이저에 의해 상기 초기 금속, 상기 산화도중의 금속, 및 상기 형성된 금속산화물 각각에서 발생되는 열에 의한 온도변화를 감지하여 모니터링할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 전자소자는 기판 상에 나노구조물을 형성하는 단계 및 상기 나노구조물에 레이저(laser)를 조사하여 금속산화물을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 전자소자는 상기 레이저에 의해 산화되는 상기 금속산화물의 전류 변화를 관측하여 산화 과정을 관측하는 관측 모듈(Source Measurement Unit; SMU)에 의해 모니터링될 수 있다.
상기 전자소자는 가스센서, 태양전지, 트랜지스터, 발광다이오드, 바이오센서, 광센서 및 광검출기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저를 이용하여 특정한 위치에 특정한 형태의 나노구조물을 합성시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 미리 패턴된 나노구조물에 후처리 공법을 이용하여 특정 부분에 산화를 진행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 금속패턴의 산화 과정을 실시간 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법을 수행하기 위한 레이저 묘화장치를 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 산화 과정의 예를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 나노구조물 합성의 예를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 합성 결과에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 물성에 대한 결과 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 특정 위치에서의 산화텅스텐의 물성에 대한 결과 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 전기적 특성에 대한 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 산화티타늄의 전기적 특성에 대한 결과 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 자외선 센서에 대한 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법을 수행하기 위한 레이저 묘화장치를 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 산화 과정의 예를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 나노구조물 합성의 예를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 합성 결과에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 물성에 대한 결과 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 특정 위치에서의 산화텅스텐의 물성에 대한 결과 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 전기적 특성에 대한 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 산화티타늄의 전기적 특성에 대한 결과 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 자외선 센서에 대한 결과 그래프를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 단계 110에서 기판 상에 나노구조물을 형성한다.
이 때, 상기 기판은 실리콘 기판일 수 있으며, 상기 나노구조물은 탑다운(Topdown) 방식으로 패턴된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 탑다운 방식은 벌크(bulk) 재료로부터 에칭(etching)이나 리소그래피(lithography) 같은 방식을 이용하여 나노구조물을 만드는 것으로, 상기 나노구조물은 마이크로 단위의 구조체를 갖는 재료에 기계적 가공이나 열처리 또는 조합을 통해 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법에 있어서, 단계 110 이전에 상기 나노구조물의 적어도 일부에 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 주석, 니켈, 크롬, 코발트, 텅스텐, 철 및 반도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 증착하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이는 기판상에 나노구조물을 형성하기 전에 레이저를 흡수하기 위한 물질을 기판에 코팅하기 위한 단계로, 상기 물질들을 기판에 코팅하면 적은 레이저 파워로 금속산화물이 제조되기 충분한 온도를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 나노구조물은 적어도 일부에 레이저의 빛 에너지를 흡수하기 위한 광흡수층이 형성된 것일 수 있다. 상기 광흡수층은 레이저의 파장에 따라 다른 광흡수층을 형성하여 광흡수 효율을 증가시킬 수 있으며, 금속뿐만 아니라 반도체도 사용될 수 있고, 높은 자유전자를 가지는 물질이면 모두 사용될 수 있다.
단계 120에서 나노구조물에 레이저(laser)를 조사하여 금속산화물을 형성한다. 이 때, 상기 레이저는 펄스 레이저(pulsed laser) 및 CW 레이저(Continuous Wave Laser, CW laser)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 실리콘 기판 상에 50nm 두께의 산화막과 40nm 두께의 텅스텐(tungsten) 흡수층이 증착되어 있고 상압일 경우, 상기 레이저의 피크(peak) 파워는 2mW/μm2 내지 5mW/μm2 범위인 것이 바람직하다.
이에 따른, 단계 120은 펄스폭이 100ns 내지 3000ns의 범위에서 조절되며, 펄스의 듀티비(duty ratio)가 5% 내지 20%의 비율인 레이저를 나노구조물에 조사하는 단계일 수 있으며, 나노구조물의 특정 부분(일 부분)에 레이저를 조사하여 특정 부분에 대한 산화를 진행함으로써, 금속산화물을 형성할 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 단계 110 이전에 나노구조물의 패턴을 제작하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 나노구조물의 패턴 제작에 있어 산화가 용이한 금속과, 산화가 매우 힘든 금속을 접목시켜 나노구조물을 제작할 수 있다. 이후, 단계 120에서, 산화가 용이한 금속과, 산화가 매우 힘든 금속이 접목된 나노구조물에 레이저를 조사(또는 레이저 금속 산화 방법)하여 특정 부분에만 금속산화물을 생성할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 특정한 위치에 특정한 형태의 나노구조물을 합성시킬 수 있으므로, 특정 부분에만 금속산화물을 생성하는 것을 더 정교하게 조정하는 것이 가능하다.
이 때, 산화가 용이한 금속 및 산화가 매우 힘든 금속은 상대적일 수 있으며, 예를 들면, 금속 중 선택된 복수의 금속에 대해, 상대적으로 산화가 용이한 금속 및 상대적으로 산화가 매우 힘든 금속이 선택될 수 있다.
단계 130에서 레이저에 의해 산화되는 금속산화물의 전류 변화를 관측하여 산화 과정을 모니터링한다.
이 때, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 금속산화물의 산화를 위한 레이저뿐만 아니라, 금속 패턴의 산화 과정을 실시간으로 관측이 가능한 SMU(Source Measurement Unit, 이하에서는 '관측 모듈'이라 칭함)을 이용할 수 있다.
예를 들면, 단계 130은 관측 모듈을 이용하여 실시간으로 금속산화물의 전류 변화를 관측하여 초기 금속, 산화도중의 금속 및 형성된 금속산화물 각각이 레이저에 의해 발산하는 열에 의한 온도 변화를 감지하고, 감지된 온도 변화에 따른 초기 금속, 산화도중의 금속 및 형성된 금속산화물 각각의 산화 과정을 모니터링하는 단계일 수 있다.
이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 단계 130을 통해, 초기 금속, 산화도중의 금속 및 형성된 금속산화물의 산화 과정을 실시간으로 관측하여 금속산화물을 제조하는 과정에 있어서의 오류 및 오차를 최소화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법을 수행하기 위한 레이저 묘화장치를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법을 수행하기 위하여, 도 2와 같이 레이저 묘화장치를 사용할 수 있다. 상기 레이저 묘화장치는 레이저(laser)를 발생시킬 수 있는 레이저 묘화장치로, 레이저의 파워, 조사시간, 펄스폭, 포커싱 범위를 설정할 수 있도록 구성된다. 상기 레이저 묘화장치에서 발생된 레이저는 기판 상의 나노구조물로 조사될 수 있다.
또한, 상기 레이저 묘화장치는 관측 모듈(Source Measurement Unit; SMU)을 이용하여 기판 상의 나노구조물에 따른 초기 금속, 산화도중의 금속 및 형성된 금속산화물의 산화 과정을 관측할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 산화 과정의 예를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저가 조사되는 기판 상의 나노구조물의 예를 도시한 것이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 나노구조물의 산화 과정의 예를 도시한 것이며, 도 3c는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 금속산화물의 예를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 관측 모듈(SMU, 320)을 이용하여 도 3a 내지 도 3c에 도시된 금속패턴의 산화 과정을 실시간으로 관측할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 실리콘 기판 상에 50nm 두께의 산화막 및 40nm 두께의 텅스텐(tungsten) 흡수층이 증착되고, 증착된 산화막 및 흡수층 상에 형성된 초기 금속(330)에 저강도(Low Intensity)의 레이저(310)를 조사한다.
초기 금속(330)에 일정한 시간 동안 저강도의 레이저(310)를 조사한 후, 도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 고강도(High Intensity)의 레이저(310)를 조사하여 산화도중의 금속(340)을 형성한다.
이후, 도 3c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 저강도(Low Intensity)의 레이저(310)를 조사하여 최종적인 금속산화물(350)을 형성한다. 이 때, 산화도중의 금속(340) 및 최종적인 금속산화물(350)은 조사된 레이저(310)에 따른 산화텅스텐(tungsten oxide)에 의한 것일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 관측 모듈(320)을 이용하여 레이저(310)에 의한 초기 금속(330), 산화도중의 금속(340) 및 최종적인 금속산화물(350) 각각에서의 전류의 변화를 감지하여 산화 과정을 실시간으로 관측한다. 이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 금속산화물의 산화 단계, 및 산화 과정을 모니터링할 수 있으며, 금속산화물을 제조하는 과정에 있어서의 오류 및 오차를 최소화할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 나노구조물 합성의 예를 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 특정 위치에서의 나노구조물의 예를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 나노구조물을 산화시키는 예를 도시한 것이며, 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 특정 형태 및 특정 위치에서 제조된 금속산화물의 예를 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 실리콘 기판(410) 상에 텅스텐(tungsten) 흡수층(420)이 증착되고, 교차 부분인 특정 위치(430)에 나노구조물을 형성할 수 있다.
이 때, 상기 나노구조물은 산화가 용이한 금속과, 산화가 매우 힘든 금속을 접목시켜 제작 특정 형태일 수 있으며, 기판(410) 상의 흡수층(420)이 교차되어 있는 특정 위치(430)에 형성될 수 있다.
이후, 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 특정 위치(430)에 형성된 특정 형태의 나노구조물에 레이저(440)를 조사하며, 레이저(440)에 따른 레이저 금속 산화 방법에 의해 특정 부분에만 금속산화물(450)을 생성할 수 있다. 이 때, 금속산화물(450)은 조사된 레이저(440)에 따른 산화텅스텐(tungsten oxide)일 수 있다.
즉, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 레이저(440)를 이용하여 특정 위치(430)에서 특정한 형태의 금속산화물(450)을 제조할 수 있다. 이 때, 본 발명은 나노구조물의 패턴 제작에 있어, 산화가 용이한 금속과 산화가 매우 힘든 금속을 접목시켜 제작하고, 제작된 나노구조물에 레이저(440)를 적용하면, 특정 부분에만 금속산화물(450)을 생성할 수 있으므로, 이에 따라 더 정교한 금속산화물(450)을 생성 및 조정할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 합성 결과에 대한 그래프를 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저의 강도에 따른 산화텅스텐의 저항 및 온도에 대한 그래프를 도시한 것이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저의 강도 및 조사 시간에 따른 산화텅스텐의 전류에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 레이저의 강도가 증가할수록 피크 온도(Peak temperature) 및 저항(Resistance)가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 0mW/μm2, 2.4mW/μm2, 2.5mW/μm2, 3.3mW/μm2 각각의 레이저 강도에서 조사 시간에 따른 전류 변화를 확인할 수 있다.
즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 합성 비율(Insitu synthesis of tungsten oxide)은 조사되는 레이저의 강도에 의해 결정되며, 온도는 저항온도계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)에 의해 추산되는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 물성에 대한 결과 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 실리콘 기판 상에 증착된 텅스텐 흡수층 상에 나노구조물을 형성하고, 형성된 나노구조물에 레이저를 조사하여 금속산화물을 형성한다. 이 때, 형성된 금속산화물은 조사된 레이저에 따른 산화텅스텐(tungsten oxide)일 수 있다.
도 7에 도시된 라만변이(Raman shift)에 따른 레이저의 강도(Intensity) 결과를 살펴보면, 약 750cm1 내지 850cm1 에서 고강도(High Intensity)를 보이는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 산화텅스텐의 물성(Material property of tungsten oxide)에 대한 결과 이미지 및 그래프를 살펴보면, 산화텅스텐은 약 750cm1 내지 850cm1 의 레이저 스팟(laser spot)에서 합성되는 것을 알 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 특정 위치에서의 산화텅스텐의 물성에 대한 결과 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 8a 및 도 8b 각각에서의 결과 이미지 및 그래프는 특정 위치에서 특정 형태의 나노구조물을 합성시킨 결과를 도시한 것이다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 산화가 용이한 금속과 산화가 매우 힘든 금속을 접목시켜 나노구조물의 패턴을 제작할 수 있다. 이후, 실리콘 기판 상에 증착된 텅스텐 흡수층 상에 패턴된 나노구조물을 형성하고, 형성된 나노구조물에 레이저를 조사하여 특정 부분에만 금속산화물을 형성할 수 있다. 이 때, 형성된 금속산화물은 조사된 레이저에 따른 산화텅스텐(tungsten oxide)일 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 라만변이(Raman shift)에 따른 레이저의 강도(Intensity) 결과를 살펴보면, 약 750cm1 내지 850cm1 에서 고강도(High Intensity)를 보이는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 8a 및 도 8b에 도시된 산화텅스텐의 물성(Material property of tungsten oxide)에 대한 결과 이미지 및 그래프를 살펴보면, 산화텅스텐은 특정 위치(cross region)에서 합성될 수 있으며, 산화가 용이한 금속 및 산화가 매우 힘든 금속으로 제작된 나노구조물의 패턴에 의해 특정 부분에서만 합성될 수도 있다. 그러므로, 본 발명은 레이저를 이용한 금속 산화 방법을 이용하여 특정 위치에서 특정 형태의 나노구조물을 합성시킬 수 있다.
이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 산화가 용이한 금속 및 산화가 매우 힘든 금속을 접목시켜 나노구조물을 제작하고, 제작된 나노구조물에 레이저 금속 산화 방법을 적용하여 특정 부분에만 금속산화물을 생성함으로써, 금속산화물을 더 정교하게 조정하는 것이 가능하다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 전기적 특성에 대한 결과 그래프를 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 전압(Voltage)에 따른 전류(Current)에 대한 그래프를 도시한 것이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 산화텅스텐의 인듀어런스 사이클(endurance cycles)에 따른 저항(Resistance)에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 기능성 금속산화물은 순서에 무관하게 향상된 전기 전도성을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 2V의 읽기 전압(Read Voltage)에서 인듀어런스 사이클에 따른 고 저항 상태(HRS) 및 저 저항 상태(LRS)의 일정한 저항 값을 나타내는 것을 알 수 있다.
즉, 도 9 및 도 10를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 기능성 금속산화물의 전류 전압 특성은 바이폴라 저항 스위칭 동작(bipolar resistive switching behavior)을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 산화티타늄의 전기적 특성에 대한 결과 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법은 실리콘 기판 상에 증착된 텅스텐 흡수층 상에 나노구조물을 형성하고, 형성된 나노구조물에 레이저를 조사하여 금속산화물을 형성한다. 이 때, 형성된 금속산화물은 조사된 레이저에 따른 산화티타늄(titanium oxide)일 수 있다.
도 11에 도시된 라만변이(Raman shift)에 따른 레이저의 강도(Intensity) 결과를 살펴보면, 약 610cm1의 레이저 스팟(laser spot)에서 산화티타늄이 합성되는 것을 알 수 있다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 자외선 센서에 대한 결과 그래프를 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 자외선 센서(UV sensor)의 원리를 도시한 것이며, 도 13은 자외선 센서의 파장(Wavelength)에 따른 반응도(Responsivity)에 대한 그래프를 도시한 것이다. 또한, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 자외선 센서의 조사 시간(time)에 따른 전류(Current)에 대한 그래프를 도시한 것이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 자외선 센서의 자외선 파워(UV power)에 따른 광전류(photocurrent)에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 자외선 센서는 산화티타늄(titanium oxide)의 광 특성(optical property)를 나타내고, 자외선의 조사량에 의해 변화되는 전기 전도도를 측정하여 기능성 금속산화물에 조사되는 자외선의 세기를 측정할 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 자외선 센서는 약 300nm 내지 450nm의 파장에서 높은 반응도(Responsivity)를 보이는 것을 알 수 있다.
또한, 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 자외선 센서는 자외선이 조사될 경우 전류가 증가되는 것을 확인할 수 있으며, 이와 같은 전류변화를 감지하여 자외선의 조사유무를 알 수 있다. 또한, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 기능성 금속산화물 제조 방법으로 제조된 자외선 센서의 자외선 조사 강도에 따른 광전류의 상관관계에 따라 도시하였으며, 자외선이 조사되지 않았을 경우 광전류가 낮은 것을 알 수 있으며, 자외선의 세기가 점차 증가할수록 자외선 센서의 광전류가 증가하는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
310, 440: 레이저
320: 관측 모듈
330: 초기 금속
340: 산화도중의 금속
350, 450: 최종적인 금속산화물(또는 형성된 금속산화물)
410: 기판
420: 흡수층
430: 특정 위치
320: 관측 모듈
330: 초기 금속
340: 산화도중의 금속
350, 450: 최종적인 금속산화물(또는 형성된 금속산화물)
410: 기판
420: 흡수층
430: 특정 위치
Claims (11)
- 기판 상에 나노구조물을 형성하는 단계;
상기 나노구조물에 레이저(laser)를 조사하여 금속산화물을 형성하는 단계; 및
상기 레이저에 의해 산화되는 상기 금속산화물의 전류 변화를 관측하여 산화 과정을 모니터링하는 단계
를 포함하는 기능성 금속산화물 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 나노구조물은
탑다운(Topdown) 방식으로 패턴된 것을 특징으로 하는 기능성 금속산화물 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 나노구조물은
적어도 일부에 레이저의 빛 에너지를 흡수하기 위한 광흡수층이 형성된 것을 특징으로 하는 기능성 금속산화물 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 광흡수층은
금속 및 반도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 기능성 금속산화물 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 레이저는
상기 기판이 실리콘 기판이고, 상기 나노구조물이 50nm 두께의 산화막이며, 상기 광흡수층이 40nm 두께의 텅스텐(tungsten) 흡수층이고, 상압일 경우, 상기 레이저의 피크 파워는 2mW/μm2 내지 5mW/μm2 범위에서 제어되는 것을 특징으로 하는 기능성 금속산화물 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속산화물을 형성하는 단계는
상기 나노구조물의 특정 부분에 상기 레이저를 조사하여 상기 특정 부분에 대한 산화를 진행함으로써, 상기 금속산화물을 형성하는 기능성 금속산화물 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 모니터링하는 단계는
실시간으로 상기 금속산화물의 전류 변화를 관측하여 초기 금속, 산화도중의 금속, 및 상기 형성된 금속산화물의 상기 산화 과정을 모니터링하는 기능성 금속산화물 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 모니터링하는 단계는
상기 조사되는 레이저에 의해 상기 초기 금속, 상기 산화도중의 금속, 및 상기 형성된 금속산화물 각각에서 발생되는 열에 의한 온도변화를 감지하여 모니터링하는 기능성 금속산화물 제조 방법. - 기판 상에 나노구조물을 형성하는 단계; 및
상기 나노구조물에 레이저(laser)를 조사하여 금속산화물을 형성하는 단계
를 포함하는 방법으로 제조된 전자소자. - 제9항에 있어서,
상기 전자소자는
상기 레이저에 의해 산화되는 상기 금속산화물의 전류 변화를 관측하여 산화 과정을 관측하는 관측 모듈(Source Measurement Unit; SMU)에 의해 모니터링되는 것을 특징으로 하는 전자소자. - 제9항에 있어서,
상기 전자소자는
가스센서, 태양전지, 트랜지스터, 발광다이오드, 바이오센서, 광센서 및 광검출기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전자소자.
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|---|---|---|---|
| KR1020170109783A KR101976939B1 (ko) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자 |
Publications (2)
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| KR1020170109783A KR101976939B1 (ko) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자 |
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| KR20160067258A (ko) * | 2014-12-03 | 2016-06-14 | 한국과학기술원 | 기능성 금속산화물의 솔더링 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자 |
-
2017
- 2017-08-30 KR KR1020170109783A patent/KR101976939B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160067258A (ko) * | 2014-12-03 | 2016-06-14 | 한국과학기술원 | 기능성 금속산화물의 솔더링 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자 |
| KR101632622B1 (ko) | 2014-12-03 | 2016-06-23 | 한국과학기술원 | 기능성 금속산화물의 솔더링 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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|---|---|---|---|---|
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| KR102198721B1 (ko) * | 2020-06-19 | 2021-01-05 | 인천대학교 산학협력단 | 투명 인공 광 시냅스 및 그 제조방법 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101976939B1 (ko) | 2019-05-10 |
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