KR20200034641A - Sensor including nanostructures and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20200034641A
KR20200034641A KR1020190116228A KR20190116228A KR20200034641A KR 20200034641 A KR20200034641 A KR 20200034641A KR 1020190116228 A KR1020190116228 A KR 1020190116228A KR 20190116228 A KR20190116228 A KR 20190116228A KR 20200034641 A KR20200034641 A KR 20200034641A
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Abstract

The present invention relates to a sensor including a nanostructure and a manufacturing method thereof. The sensor includes the arrangement of at least one nanostructure containing a sensing material. The manufacturing method of the sensor comprises the steps of: (a) depositing a sensing material on a substrate on which a first prepattern is formed; (b) forming a first nano pattern; and (c) removing the first prepattern.

Description

나노구조체를 포함하는 센서 및 이의 제조 방법{SENSOR INCLUDING NANOSTRUCTURES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}A sensor comprising a nanostructure and a manufacturing method therefor {SENSOR INCLUDING NANOSTRUCTURES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본원은, 나노구조체를 포함하는 센서 및 상기 나노구조체를 포함하는 센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a sensor comprising a nanostructure and a method for manufacturing the sensor comprising the nanostructure.

이원계(bimetallic) 귀금속을 비롯한 다원계 나노물질들은 우수한 플라즈몬 효과, 향상된 안정성, 및 시너지 촉매 작용과 같은 우수한 특성들로 인해 주목을 받아왔다. 특히, 상기 나노물질들은 촉매로 사용될 때 큰 표면적으로 인해 주변 물질들과 높은 반응성 및 높은 감도를 나타낼 수 있으므로, 수소 발생, 이산화탄소 전환, 산소 환원, 및 메탄올 산화와 같은 다양한 불균일 촉매들로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 나노물질의 나노구조들의 형태, 조합 및 조성은 촉매 성능에 현저하게 영향을 미친다. 예를 들어, 다공성 형태의 Cu/Ti 필름은 그것의 큰 표면적과 양성자에 대한 최적의 결합 에너지로 인하여 일정한 Ti 조성에서 수소 발생에 있어서 매우 향상된 촉매 성능을 나타내었다. 또한 나노물질의 제어 가능성을 높이기 위해, 용매열 합성(solvothermal synthesis), 전기화학적 방법들(갈바니 반응), 및 다중 증착과 같은 여러 가지 접근법들이 있다. 그러나, 상기 방법들은 각 금속에 따라 용매열 합성법에서 상이한 실험 조건을 필요로 하고, 형태 및 조성을 독립적으로 제어하기가 어렵기 때문에 여전히 제어가 어려운 문제들을 가지고 있다. 따라서, 개선된 촉매를 위한 방법으로서, 제어가 용이한 다원금속 나노물질의 제조하는 공정을 개발하는 것이 중요하다.Multimetallic nanomaterials, including bimetallic precious metals, have attracted attention due to their excellent properties such as excellent plasmon effect, improved stability, and synergistic catalysis. In particular, the nanomaterials can be used as a variety of heterogeneous catalysts such as hydrogen generation, carbon dioxide conversion, oxygen reduction, and methanol oxidation because they can exhibit high reactivity and high sensitivity to surrounding materials due to their large surface area when used as a catalyst. In addition, the shape, combination, and composition of the nanostructures of the nanomaterial significantly affects catalyst performance. For example, the porous Cu / Ti film exhibited very improved catalytic performance in hydrogen generation at a constant Ti composition due to its large surface area and optimal binding energy to protons. There are also several approaches, such as solvothermal synthesis, electrochemical methods (galvanic reaction), and multiple depositions, to increase controllability of nanomaterials. However, the above methods still have problems that are difficult to control because they require different experimental conditions in the solvent heat synthesis method for each metal, and it is difficult to independently control the shape and composition. Therefore, as a method for an improved catalyst, it is important to develop a process for manufacturing a polymetallic nanomaterial that is easy to control.

수소 가스 센서의 경우, 농도가 4% 이상 증가하기 전에 수소가 감지되어야 하기 때문에 빠른 응답 시간은 필수 요인이다. 미국의 DOE(Department of Energy)는 수소 가스 센서에 대한 관리 성능을 정의하였고, 상기 요인 중에서 응답 시간 및 복구 시간을 60 초 이내에 1% 수소를 응답 및 복구하는 것을 타겟으로 정하였다. 상기 타겟 성능을 충족시키기 위해, 수소 감지에 주로 사용된 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt)을 사용하는 여러 가지 접근법들이 있었다. 그 중 Pd 나노와이어 및 Pt 나노와이어는 응답 시간을 향상하기 위한 채널 물질로서 보고되었지만 DOE의 기준을 충족시키지 못했다. 또한, Pd@Pt 코어-쉘 나노와이어는 이전의 연구들에 비해 매우 빠른 응답 및 복구 속도를 나타내었으나, 실온에서 1%의 수소에 대한 느린 응답이 여전히 문제로 남아 있다.In the case of a hydrogen gas sensor, fast response time is essential because hydrogen must be detected before the concentration increases by more than 4%. The United States Department of Energy (DOE) defined management performance for hydrogen gas sensors, and among the above factors, targeted to respond and recover 1% hydrogen within 60 seconds of response time and recovery time. To meet the target performance, there have been several approaches using palladium (Pd) or platinum (Pt), which are mainly used for hydrogen sensing. Among them, Pd nanowires and Pt nanowires have been reported as channel materials for improving response time, but do not meet the standards of DOE. In addition, the Pd @ Pt core-shell nanowires exhibited a very fast response and recovery rate compared to previous studies, but the slow response to 1% hydrogen at room temperature remains a problem.

대한민국 공개특허공보 제2018-0071991호Republic of Korea Patent Publication No. 2018-0071991

본원은, 센싱물질을 함유하는 한 개 이상의 나노구조체의 배열을 포함하는, 센서를 제공하고자 한다.The present application is intended to provide a sensor comprising an arrangement of one or more nanostructures containing a sensing material.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present application are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 센싱물질을 함유하는 한 개 이상의 나노구조체의 배열을 포함하는, 센서에 관한 것이다.A first aspect of the present application relates to a sensor, comprising an arrangement of one or more nanostructures containing a sensing material.

본원의 제 2 측면은, (a) 제 1 프리패턴이 형성된 기판에 센싱물질을 증착하고, (b) 이온식각공정을 통해 상기 센싱물질을 제 1 프리패턴의 측면에 재증착하여 제 1 나노패턴을 형성하고, (c) 이온식각공정을 통해 제 1 프리패턴을 제거하는 것을 포함하는, 센서의 제조 방법에 관한 것이다. In the second aspect of the present application, (a) a sensing material is deposited on a substrate on which a first pre-pattern is formed, and (b) the first nano-pattern is obtained by re-depositing the sensing material on the side of the first pre-pattern through an ion etching process. And removing the first pre-pattern through the ion etching process (c).

본원의 제 3 측면은, (a) 기판에 형성된 프리패턴의 일측면을 1분 내지 30분간, 30° 내지 50°의 각도로 비대칭 식각하여 프리패턴의 경사각을 조절하고, (b) 프리패턴이 형성되지 않은 부분을 제거하여 기판을 노출시키고, (c) 상기 경사각이 조절된 프리패턴 상에 센싱물질을 증착하고, (d) 상기 프리패턴을 제거하여, 기판에 대하여 30° 내지 90° 기울어진 나노패턴을 수득하는 것을 포함하는, 센서의 제조 방법에 관한 것이다.In the third aspect of the present application, (a) one side of the pre-pattern formed on the substrate is asymmetrically etched at an angle of 30 ° to 50 ° for 1 minute to 30 minutes to adjust the inclination angle of the pre-pattern, and (b) the pre-pattern The unformed portion is removed to expose the substrate, (c) a sensing material is deposited on the prepattern with the inclination angle adjusted, and (d) the prepattern is removed to incline 30 ° to 90 ° with respect to the substrate. It relates to a method of manufacturing a sensor, comprising obtaining a nanopattern.

본원의 제 4 측면은, (a) 기판에 형성된 프리패턴의 일측면을 1분 내지 30분간, 50° 내지 80°의 각도로 비대칭 식각하여 프리패턴의 경사각을 조절하고, (b) 프리패턴이 형성되지 않은 부분을 제거하여 기판을 노출시키고, (c) 상기 경사각이 조절된 프리패턴 상에 센싱물질을 증착하고, (d) 상기 프리패턴을 제거하여, 기판에 대하여 상측일부가 30° 내지 90°로 접힌 나노패턴을 수득하는 것을 포함하는, 센서의 제조 방법에 관한 것이다.In the fourth aspect of the present application, (a) one side of the pre-pattern formed on the substrate is asymmetrically etched at an angle of 50 ° to 80 ° for 1 minute to 30 minutes to adjust the inclination angle of the pre-pattern, and (b) the pre-pattern The unformed portion is removed to expose the substrate, (c) a sensing material is deposited on the pre-pattern with the inclination angle adjusted, and (d) the pre-pattern is removed, so that the upper part of the substrate is 30 ° to 90 ° It relates to a method of manufacturing a sensor, comprising obtaining a folded nano-pattern.

본원의 구현예들에 따른 나노구조체는, 물리적 이온 식각을 통한 이온충격 현상을 적용하여 간단한 공정과 저렴한 비용으로 제조되는 것으로서, 다양한 선폭과 형태를 가지는 동시에 최대 10 nm 수준의 선폭을 가지는 극미세 나노구조체이므로 뛰어난 감응성을 요하는 센서에 유용하게 사용될 수 있다.The nanostructure according to the embodiments of the present application is manufactured by a simple process and low cost by applying an ion impact phenomenon through physical ion etching, and has various line widths and shapes, and at the same time, ultra-fine nano particles having a line width of up to 10 nm. Since it is a structure, it can be usefully used for sensors that require excellent sensitivity.

본원의 구현예들에 따른 나노구조체를 포함하는 센서는, 센싱물질로서 단일성분, 이성분계 물질 및/또는 삼성분계 물질 등을 다양하게 사용할 수 있고, 나노구조체의 종횡비, 해상도 및 그레인 크기를 다양하게 제어하여 고감도, 빠른 응답/복구 속도를 요하는 센서에 유용하게 적용할 수 있는 이점이 있다.The sensor including the nanostructure according to the embodiments of the present application may use a single component, a binary component, and / or a ternary substance as a sensing material, and may vary the aspect ratio, resolution, and grain size of the nanostructure. By controlling it, there is an advantage that it can be usefully applied to sensors requiring high sensitivity and fast response / recovery speed.

본원의 구현예들에 따른 나노구조체를 포함하는 센서의 제조 방법은, 센싱물질의 증착에 있어서, 증착시키는 순서, 증착 두께 또는 증착 횟수를 조절하거나, 증착 이후의 이온식각공정의 각도 또는 이온식각공정의 시간 조절을 통한 간단한 공정 변화로써 재증착되는 센싱물질의 성분, 함량비 또는 형태를 변화시킬 수 있으므로, 고감도, 빠른 응답/복구 속도를 나타내는 센서용 나노구조체를 용이하게 제조할 수 있다. A method of manufacturing a sensor including a nanostructure according to embodiments of the present application, in the deposition of a sensing material, controls the order of deposition, the deposition thickness or the number of depositions, the angle of the ion etching process after deposition, or the ion etching process Since it is possible to change the composition, content ratio, or form of the redeposited sensing material by a simple process change through time control of, it is possible to easily manufacture a nanostructure for a sensor exhibiting high sensitivity and fast response / recovery speed.

도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서, 2원금속을 포함하는 라인형 나노구조체의 제조 공정의 개략도를 나타낸다: (a) 2차 스퍼터링 현상을 이용한 제조 공정, (b) 제조된 고해상도(15 nm 내지 20 nm) 및 고종횡비(15 내지 20)의 나노구조체 확대도, (c) 각 2원금속 물질의 TEM-EDS 매핑, (d) 금속 증착에서 Pt 또는 Au의 조성비.
도 2는, 본원의 일 구현예에 있어서, 격자형 나노구조체를 제조하는 공정을 나타내는 개략도이다.
도 3은, 본원의 일 구현예에 있어서, 기판에 대해 각도를 가지는 나노구조체 또는 상부일부가 각도를 가지는 나노구조체의 제조 공종을 나타내는 개략도이다.
도 4는, 본원의 일 구현예에 있어서, 라멜라 형상의 나노구조체를 제조하는 공정을 나타내는 개략도이다.
도 5는, 본원의 일 구현예에 있어서, 나노포러스 실린더 형상의 나노구조체의 확대도이다.
도 6은, 본원의 일 구현예에 있어서, (a) 층상형 나노구조체, (b) 혼합된 형태의 나노구조체 및 (c) 코어-쉘 구조의 나노구조체의 EDS 맵핑, 라인 프로파일들, 및 TEM 이미지를 나타내는 사진 및 그래프이다.
도 7은, 본원의 일 구현예에 있어서, 다양한 횟수의 전구체 증착에 따른 Pd0.66Pt0.33 나노구조체의 개략도(a), 및 이들의 실시간 응답 거동(b), 응답진폭(ΔR/Ra)(%) 및 복구 시간(c)을 나타내는 그래프이다.
도 8은, 본원의 일 구현예에 있어서, 다원소 라인 나노패턴의 EDS 맵핑을 나타내는 그래프이다: (a) 2원금속 나노구조들의 다양한 조합, (b) EDS 맵핑, 및 (c) 6원금속 라인형 나노구조체의 스펙트럼.
도 9는, 본원의 일 구현예에 있어서, Pd 필름, Pd 나노구조체, 및 Pd0 . 5Pt0 .5 나노구조체를 포함하는 센서의 H2 감지 성능을 나타내는 그래프이다.
도 10은, 본원의 일 구현예에 있어서, Pd/Pt 2원금속을 함유하는 나노구조체를 포함하는 센서의 H2 감지 성능을 나타내는 그래프이다: (a) 다양한 조성비(Pd, Pd0.66Pt0.33, Pd0 . 5Pt0 .5, 및 Pt)를 갖는 Pd/Pt 2원금속 나노구조체의 응답 거동, (b) 광범위한 농도(10 ppm 내지 10,000 ppm)에 대해 H2 가스에 대한 최대 응답 진폭[(ΔR/Ra)max(%)]. (c) 각 센서들의 1% H2에 대한 응답/복구 시간(τ90%, 최소/최대 저항 수준의 90% 값에 도달하는 시간). (d) Pd0 . 5Pt0 .5와 순수 Pd 나노구조체의 반복적인 H2 응답 거동.
도 11은, 본원의 일 구현예에 있어서, H2의 광범위한 농도(10 ppm 내지 10,000 ppm)에서 다양한 2원금속 조성비를 갖는 (a) Pd/Pt 및 (b) Pd/Au 나노구조체를 포함하는 센서의 실시간 감지 성능을 나타내는 그래프이다.
도 12는, Pd/Au 2원금속을 함유하는 나노구조체를 포함하는 센서의 H2 감지 성능을 나타내는 그래프이다: (a) 다양한 조성비(Pd, Pd0 . 83Au0 .16, Pd0 . 66Pt0 .33, 및 Pd0.5Pt0.5)를 갖는 Pd/Au 2원금속 나노구조체의 가스 응답 거동, (b) 광범위한 농도(10 ppm 내지 10,000 ppm)에 대해 H2 가스에 대한 최대 응답 진폭(ΔR/Ra)max(%), (c) 각 센서들의 1% H2에 대한 응답/복구 시간, (d) Pd0 . 5Au0 .5와 순수 Pd 나노패턴 센서의 반복적인 H2 응답 거동.
도 13은, 본원의 일 구현예에 있어서, Pd/Pt와 Pd/Au의 2원금속을 함유하는 나노구조체의 감지 성능에 있어서의 시너지 효과를 나타내는 도면이다: (a) 다양한 2원금속 조성비(순수 Pd, Pd0 . 66X0 .33, 및 Pd0 . 5X0 . 5)를 갖는 상기 Pd/Pt 및 Pd/Au 나노구조체의 감도 및 (b) 응답 시간, (c),(d) 상기 Pd/Pt 및 Pd/Au 나노구조체의 H2 감지의 감도 및 응답 시간이 향상되는 메커니즘의 개략도.
도 14는, 본원의 일 구현예에 있어서, Pd/Pt 및 Pd/Au의 2원금속을 함유하는 나노구조체의 표면에서 H2 흡착/해리 에너지 밀도 함수 이론(density functional theory, DEF) 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.
도 15는, 본원의 일 구현예에 있어서, 다양한 횟수의 전구체 증착에 따른 Pt/Pd/Au 나노구조체의 실시간 응답 거동, 응답진폭(ΔR/Ra, %)(a) 및 복구 시간(b)을 나타내는 그래프이다.
1 shows, in one embodiment of the present application, a schematic diagram of a manufacturing process of a line-type nanostructure including a binary metal: (a) a manufacturing process using a secondary sputtering phenomenon, (b) a manufactured high resolution (15 nm to 20 nm) and high aspect ratio (15 to 20) enlarged nanostructures, (c) TEM-EDS mapping of each binary metal material, (d) composition ratio of Pt or Au in metal deposition.
2 is a schematic diagram showing a process for manufacturing a lattice-type nanostructure in one embodiment of the present application.
3 is, in one embodiment of the present application, a schematic view showing a manufacturing method of a nanostructure having an angle with respect to a substrate or a nanostructure having an upper part having an angle.
4 is a schematic diagram showing a process for manufacturing a lamella-shaped nanostructure in one embodiment of the present application.
5 is, in one embodiment of the present application, an enlarged view of a nanoporous cylinder-shaped nanostructure.
FIG. 6 shows, in one embodiment of the present application, (a) layered nanostructures, (b) mixed nanostructures and (c) core-shell structured EDS mapping, line profiles, and TEM It is a picture and graph representing an image.
7 is, in one embodiment of the present application, a schematic diagram (a) of Pd 0.66 Pt 0.33 nanostructures according to precursor deposition of various times, and their real-time response behavior (b), response amplitude (ΔR / R a ) ( %) And recovery time (c).
8 is, in one embodiment of the present application, a graph showing EDS mapping of multi-element line nanopatterns: (a) various combinations of binary metal nanostructures, (b) EDS mapping, and (c) six-membered metal Spectra of line-type nanostructures.
9 is, in one embodiment of the present application, Pd film, Pd nanostructure, and Pd 0 . 5 Pt 0 .5 H 2 is a graph showing the detection performance of a sensor including a nanostructure.
10 is, in one embodiment of the present application, is a graph showing the H 2 detection performance of a sensor comprising a nanostructure containing Pd / Pt binary metal: (a) various composition ratios (Pd, Pd 0.66 Pt 0.33 , peak response amplitude of the H 2 gas for the Pd 0. 5 Pt 0 .5, and Pt) in response behavior of the Pd / Pt 2 won metal nanostructure having, (b) a wide range of concentrations (10 ppm to 10,000 ppm) [( ΔR / R a ) max (%)]. (c) Response / recovery time for 1% H 2 of each sensor (τ 90% , time to reach 90% of the minimum / maximum resistance level). (d) Pd 0 . 5 Pt 0 .5 H 2 and repeatable response behavior of pure Pd nanostructure.
Figure 11, in one embodiment of the present application, comprises a (a) Pd / Pt and (b) Pd / Au nanostructures having various binary metal composition ratios at a wide range of concentrations of H 2 (10 ppm to 10,000 ppm). It is a graph showing the real-time detection performance of the sensor.
Figure 12, Pd / Au is a graph showing the H 2 sensor for detecting the performance of the 2 source comprises the nanostructure containing the metal:.. (A) various composition ratios (Pd, Pd 0 83 Au 0 .16, Pd 0 66 Pt 0 .33, and Pd 0.5 Pt 0.5) Pd / Au 2 gas response behavior of the original metal nanostructure having, (b) the maximum response amplitude of the H 2 gas over a wide range of concentrations (10 ppm to about 10,000 ppm) (ΔR / R a ) max (%), (c) Response / recovery time for 1% H 2 of each sensor, (d) Pd 0 . 5 Au 0 .5 and the pure Pd repetitive H 2 response behavior of the nano-pattern sensor.
13 is, in one embodiment of the present application, is a view showing the synergistic effect in the sensing performance of a nanostructure containing a Pd / Pt and Pd / Au binary metal: (a) various binary metal composition ratio ( pure Pd, Pd 0. 66 X 0 .33, and Pd 0. 5 X 0. 5 ) to the Pd / Pt and sensitivity, and (b) the response time of the Pd / Au nanostructures having, (c), (d) Schematic diagram of a mechanism for improving the sensitivity and response time of H 2 detection of the Pd / Pt and Pd / Au nanostructures.
Figure 14, in one embodiment of the present application, shows the H 2 adsorption / dissociation energy density function theory (DEF) simulation on the surface of a nanostructure containing Pd / Pt and Pd / Au binary metals. It is a drawing.
15 is, in one embodiment of the present application, Pt / Pd / Au according to precursor deposition of various times It is a graph showing the real-time response behavior, response amplitude (ΔR / R a ,%) (a) and recovery time (b) of the nanostructure.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is “connected” to another part, this includes not only “directly connected” but also “electrically connected” with another element in between. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is said to be “on” another member, this includes not only the case where one member abuts another member, but also the case where another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. Throughout this specification, when a part “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless specifically stated to the contrary. The terms “about”, “substantially”, etc., used to the extent of the present specification are used in or at a value close to the value when manufacturing and substance tolerances unique to the stated meaning are given, and the To aid, accurate or absolute figures are used to prevent unconscionable abusers from unduly using the disclosed disclosure.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The term “~ (steps)” or “steps of” of the degree used throughout this specification does not mean “steps for ~”.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout the present specification, the term “combination (s)” included in the expression of the marki form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the marki form, It means to include one or more selected from the group consisting of the above components.

본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, the description of “A and / or B” means “A or B, or A and B”.

가스 응답의 진폭(ΔR/Ra)에서, Ra와 ΔR은 각 센서들의 베이스 라인 저항(공기 중)과 센싱 대상에 노출 후의 저항 변화 크기를 나타낸다.At the amplitude (ΔR / R a ) of the gas response, R a and ΔR represent the baseline resistance (in air) of each sensor and the magnitude of resistance change after exposure to the sensing object.

이하, 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments and examples of the present application will be described in detail. However, the present application may not be limited to these embodiments and examples.

본원의 제 1 측면은 센싱물질을 함유하는 한 개 이상의 나노구조체의 배열을 포함하는, 센서를 제공한다.A first aspect of the present application provides a sensor, comprising an arrangement of one or more nanostructures containing a sensing material.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 구조체는, 물리적으로 충격받은 목적물질의 입자들이 사방으로 이탈되어 튕겨져 나가는 이온충격(ion bombardment) 현상을 이용하여 제조되는 것으로서, 센싱물질의 입자들을 외주면에 부착시킬 패턴화된 프리패턴를 구비한 다음, 이온충격(ion bombardment) 현상으로 센싱물질 층으로부터 이탈된 센싱물질의 입자들이 프리패턴의 외주면에 부착되어 형성된 센싱물질-프리패턴 복합 구조체에서 프리패턴만을 제거하여 대면적으로 고종횡비와 균일성을 가지는 나노구조체가 제조되는 것이다.In one embodiment of the present application, the nanostructure is manufactured using an ion bombardment phenomenon in which particles of a target material physically impacted are separated and bounced off, and the particles of the sensing material are attached to the outer circumferential surface. After having a patterned pre-pattern to be made, particles of the sensing material detached from the sensing material layer due to the ion bombardment phenomenon are attached to the outer peripheral surface of the pre-pattern to remove only the pre-pattern from the sensing material-pre-pattern composite structure A large-scale nanostructure having high aspect ratio and uniformity is manufactured.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노구조체의 형상은 라인 패턴, 격자 형상, 굴곡진 형상, 원기둥 형상, 사각기둥 형상, 역원뿔 형상, 직육면체 형상, 팽이 형상, 컵 형상 및 ㄷ자 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present application, the shape of the nanostructure is in the group consisting of a line pattern, a lattice shape, a curved shape, a cylindrical shape, a square pillar shape, an inverted cone shape, a rectangular parallelepiped shape, a top shape, a cup shape and a U shape It may be selected, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노구조체는 기판에 대하여 약 30° 내지 약 90°로 기울어지거나, 기판에 대하여 상측일부가 약 30° 내지 약 90°로 접히도록 배열된 것일 수 있다. 상기 기판은 평판으로서 리소그래피 공정의 온도와 압력에 의해 물리적 변형이 발생되지 않는 재질이면 사용 가능하고, 구체적으로 실리콘, 실리콘 산화물, 석영, 유리 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present application, the nanostructure may be inclined to about 30 ° to about 90 ° with respect to the substrate, or may be arranged such that the upper part of the substrate is folded to about 30 ° to about 90 ° with respect to the substrate. The substrate may be used as a flat plate as long as it is a material that does not physically deform by temperature and pressure of the lithography process, and may be specifically selected from the group consisting of silicon, silicon oxide, quartz, glass, and mixtures thereof. It is not limited.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노구조체의 형상은 라멜라(lamella) 형상 또는 나노포러스 실린더 형상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present application, the shape of the nanostructure may be a lamellar shape or a nanoporous cylinder shape, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질의 그레인의 크기(grain size)는 약 100 nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 센싱물질의 그레인의 크기는 약 100 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 60 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 10 nm 이하 또는 약 5 nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 센싱물질의 그레인의 크기(grain size)가 100 nm 이하이면 센싱물질로서 효과적으로 작동할 수 있으며, 특히 감지에 있어서, 그레인의 크기가 5 nm 이하로 조절되면, 감지 대상물질이 흡착될 수 있는 비표면적이 증가하게 되므로 감지능이 현저히 향상된다. 또한, 이성분계 물질 또는 삼성분계 물질을 센싱물질로 사용하는 경우, 그레인의 크기가 5 nm 이하인 경우 성분들 사이의 계면의 비표면적이 현저히 증가하게 되고, 이는 감지 대상물질의 흡착 사이트의 증가로 이어지므로 감지능이 향상되는 효과가 있다. In one embodiment of the present application, the grain size of the sensing material may be about 100 nm or less, but is not limited thereto. Specifically, the grain size of the sensing material may be about 100 nm or less, about 80 nm or less, about 60 nm or less, about 40 nm or less, about 20 nm or less, about 10 nm or less, or about 5 nm or less, but is not limited thereto. It does not work. If the grain size of the sensing material is 100 nm or less, it can effectively operate as a sensing material. In particular, in the case of sensing, if the grain size is adjusted to 5 nm or less, the ratio of the sensing target material can be adsorbed. Since the surface area is increased, the detection performance is significantly improved. In addition, when a binary component or a ternary component is used as a sensing material, when the grain size is 5 nm or less, the specific surface area of the interface between components increases significantly, which leads to an increase in the adsorption site of the sensing target material. Therefore, it has the effect of improving the detection ability.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질은 최종 제조물인 나노구조체를 이루는 물질을 의미하는 것으로서, 물리적 이온식각을 통한 이온충격(ion bombardment) 현상을 적용하면 여러 방향으로 이탈될 수 있는 물질을 말한다.In one embodiment of the present application, the sensing material refers to a material constituting a nanostructure which is a final product, and refers to a material that may be released in various directions by applying an ion bombardment phenomenon through physical ion etching. .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질은 금속, 금속산화물, 금속황화물 및 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 센싱물질은 Au, Ag, Cu, Al, Ni, Pt, Pd, Sn, Mo, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, In, W, Ir 및 Si으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 보다 구체적으로, 상기 센싱물질은 Au-Cu, Au-Pt, Au-Ni, Au-Ag, Au-Pd, Pd-Ag, Ni-Sn, Mo-Ni, Au-Al, Au-Sn, Au-Mo, Au-Ti, Au-Cr, Au-Mn, Au-Fe, Au-Co, Au-Zn, Au-In, Au-W, Au-Ir, Au-Si, Ag-Cu, Ag-Al, Ag-Ni, Ag-Pt, Ag-Pd, Ag-Sn, Ag-Mo, Ag-Ti, Ag-Cr, Ag-Mn, Ag-Fe, Ag-Zn, Ag-In, Ag-W, Ag-Ir 및 Ag-Si으로 이루어진 군에서 선택된 이성분계(2원금속) 물질 또는 Au-Ag-Cu, Au-Cu-Pt, Au-Ag-Pt, Au-Ag-Pd, Au-Cu-Pd, Au-Pd-Pt, Ag-Cu-Pt 및 Ag-Cu-Pd으로 이루어진 군에서 선택된 삼성분계(3원금속) 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. In one embodiment of the present application, the sensing material may include one selected from the group consisting of metal, metal oxide, metal sulfide, and polymer, but is not limited thereto. Specifically, the sensing material is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, Ni, Pt, Pd, Sn, Mo, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, In, W, Ir and Si It may be one or more metals, but is not limited thereto. More specifically, the sensing material is Au-Cu, Au-Pt, Au-Ni, Au-Ag, Au-Pd, Pd-Ag, Ni-Sn, Mo-Ni, Au-Al, Au-Sn, Au- Mo, Au-Ti, Au-Cr, Au-Mn, Au-Fe, Au-Co, Au-Zn, Au-In, Au-W, Au-Ir, Au-Si, Ag-Cu, Ag-Al, Ag-Ni, Ag-Pt, Ag-Pd, Ag-Sn, Ag-Mo, Ag-Ti, Ag-Cr, Ag-Mn, Ag-Fe, Ag-Zn, Ag-In, Ag-W, Ag- Bi-component (bimetallic) materials selected from the group consisting of Ir and Ag-Si or Au-Ag-Cu, Au-Cu-Pt, Au-Ag-Pt, Au-Ag-Pd, Au-Cu-Pd, Au -Pd-Pt, Ag-Cu-Pt and Ag-Cu-Pd, but may include a Samsung ternary (ternary metal) material selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질은 Pd(1-a)/Aua, Pd(1-a)/Pta의 이성분계 물질 또는 Pd(1-b-c)/Aub/Nic, Pt(1-b-c)/Pdb/Auc의 삼성분계 물질을 포함하는 것이고, 0≤a≤0.5이고, 0≤b+c<1, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5일 수 있다.In one embodiment of the present application, the sensing material is a binary component of Pd (1-a) / Au a , Pd (1-a) / Pt a or Pd (1-bc) / Au b / Ni c , Pt (1-bc) / Pd b / Au c containing a ternary substance, 0≤a≤0.5, 0≤b + c <1, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질은 SnO2 (1-d)/WO3d, SnO2 (1-d)/CuOd의 이성분계 물질 또는 SnO2 (1-e-f)/WO3e/Auf, SnO2 (1-e-f)/WO3e/Ptf의 삼성분계 물질인 것을 포함하는 것이고, 0≤d≤0.5이고, 0≤e+f<1, 0≤e≤0.5, 0≤f≤0.5일 수 있다.In one embodiment of the present application, the sensing material is a binary component of SnO 2 (1-d) / WO 3d , SnO 2 (1-d) / CuO d or SnO 2 (1-ef) / WO 3e / Au f , SnO 2 (1-ef) / WO 3e / Pt f , including those of the ternary substance, 0≤d≤0.5, 0≤e + f <1, 0≤e≤0.5, 0≤f≤ 0.5.

도 1을 참조하면, 기판에 다중성분의 센싱물질을 증착한 후, 이온식각공정을 통해 프리패턴의 외주면에 상기 센싱물질을 재증착시켜 다중성분을 포함하는 나노구조체를 수득할 수 있다. 일례로서, Pt 및 Pd를 센싱물질로 사용하면, Pt/Pd의 이성분계 물질을 포함하는 나노구조체는 Pt 또는 Pd 단일 성분의 나노구조체에 비해 응답진폭의 크기(△R/Ra)가 증가하고, 응답 시간(response time) 및 복구 시간(recovery time) 모든 면에서 현저히 향상되는 효과가 있다. 특히 Pt/Pd의 이성분계 물질을 포함하는 나노구조체는 몰비 Pt 0.66 : Pd 0.33에서 가장 우수한 효과를 나타내었다. Referring to FIG. 1, after depositing a multi-component sensing material on a substrate, a nanostructure including the multi-components can be obtained by re-depositing the sensing material on the outer circumferential surface of the prepattern through an ion etching process. As an example, when Pt and Pd are used as a sensing material, the size of the response amplitude (ΔR / R a ) is increased in the nanostructures containing Pt / Pd binary components compared to the nanostructures of Pt or Pd single components. , Response time and recovery time are significantly improved. In particular, the nanostructures containing Pt / Pd bi-component materials showed the best effect in the molar ratio Pt 0.66: Pd 0.33.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질은 기체 또는 액체를 감지(sensing)하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 센싱물질은 H2, CO, CO2, 수증기, O2, N2, 방향족 화합물(비제한적인 예: 벤젠, 톨루엔 등) 및 VOC로 이루어진 군에서 선택되는 것을 감지하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 상기 센싱물질은 혈액, 생체 분자, 균, 아세톤 또는 알코올류를 감지하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present application, the sensing material may be to sense a gas or liquid (sensing). Specifically, the sensing material may be to detect that it is selected from the group consisting of H 2 , CO, CO 2 , water vapor, O 2 , N 2 , aromatic compounds (non-limiting examples: benzene, toluene, etc.) and VOC. , But is not limited thereto. In addition, the sensing material may be to detect blood, biomolecules, bacteria, acetone or alcohols, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질 그레인의 크기는 약 100 nm 이하, 그레인 계면갭(grain interface gap)은 약 50 nm 이하이고, 상기 나노구조체의 종횡비는 약 1 이상, 선폭은 약 50 nm 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 센싱물질 그레인의 크기는 약 100 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 60 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 10 nm 이하 또는 약 5 nm 이하일 수 있으며, 상기 그레인 계면갭은 약 50 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 10 nm 이하, 약 5 nm 이하 또는 약 2.5 nm 이하일 수 있으며, 상기 나노구조체의 종횡비는 약 1 이상, 약 5 이상, 약 10 이상, 약 15 이상, 약 20 이상, 약 25 이상 또는 약 30 이상일 수 있으며, 상기 선폭은 약 50 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 20 nm 이하 또는 약 10 nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present application, the size of the sensing material grain is about 100 nm or less, the grain interface gap is about 50 nm or less, the aspect ratio of the nanostructure is about 1 or more, and the line width is about 50 nm. It may be the following, but is not limited thereto. Specifically, the size of the sensing material grain may be about 100 nm or less, about 80 nm or less, about 60 nm or less, about 40 nm or less, about 20 nm or less, about 10 nm or less, or about 5 nm or less, and the grain interface The gap may be about 50 nm or less, about 40 nm or less, about 30 nm or less, about 20 nm or less, about 10 nm or less, about 5 nm or less, or about 2.5 nm or less, and the aspect ratio of the nanostructure is about 1 or more, about 5 or more, about 10 or more, about 15 or more, about 20 or more, about 25 or more, or about 30 or more, and the line width is about 50 nm or less, about 40 nm or less, about 30 nm or less, about 20 nm or less or about 10 nm or less, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노구조체는 수소 기체 또는 황화수소 기체의 감지 시 △R/Ra은 약 1% 이상이고, 응답 시간(Response time)은 약 100 초 미만이고, 복구 시간(Recovery time)은 약 200 초 미만인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 나노구조체는 수소 기체 또는 황화수소 기체의 감지 시 △R/Ra은 약 1% 이상, 약 2% 이상, 약 3% 이상, 약 4% 이상 또는 약 5% 이상일 수 있으며, 상기 응답 시간은 약 100 초 미만, 약 120 초 미만, 약 140 초 미만 또는 약 150 초 미만일 수 있으며, 상기 복구 시간은 약 200 초 미만, 약 210 초 미만, 약 220 초 미만, 약 230 초 미만 또는 약 240 초 미만일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 다양한 H2 감지 성능들 중, H2 가스의 농도가 4% 이상으로 높아지기 전에 H2 가스를 신속하게 검출해야 하기 때문에 빠른 응답 속도는 H2 검출에 있어 중요한 요소이나, 종래의 H2 센서 대부분은 낮은 검출 한계(LOD, limit of detection)로 엄격한 H2 감지 속도 요건들을 달성할 수 없으나, 상기 본원에 따른 센서는 H2 가스의 농도가 1% 이하에서도 △R/Ra은 약 1% 이상이고, 응답 시간(Response time)은 약 100 초 미만이고, 복구 시간(Recovery time)은 약 200 초 미만으로 감지할 수 있다.In one embodiment of the present application, when the nanostructure is hydrogen gas or hydrogen sulfide gas, ΔR / R a is greater than or equal to about 1%, response time is less than about 100 seconds, and recovery time ) May be less than about 200 seconds, but is not limited thereto. Specifically, ΔR / R a may be greater than or equal to about 1%, greater than or equal to about 2%, greater than or equal to about 3%, greater than or equal to about 4%, or greater than or equal to about 5% when detecting a hydrogen gas or hydrogen sulfide gas, and the response The time can be less than about 100 seconds, less than about 120 seconds, less than about 140 seconds or less than about 150 seconds, wherein the recovery time is less than about 200 seconds, less than about 210 seconds, less than about 220 seconds, less than about 230 seconds, or about 240 It may be less than a second, but is not limited thereto. Among the various H 2 detection performances, fast response speed is an important factor in H 2 detection because H 2 gas must be quickly detected before the concentration of H 2 gas becomes higher than 4%, but most of the conventional H 2 sensors Strict H 2 detection rate requirements cannot be achieved with a low limit of detection (LOD), but the sensor according to the present application has a ΔR / R a of about 1% or more even when the concentration of H 2 gas is 1% or less. , Response time is less than about 100 seconds, and recovery time can be detected as less than about 200 seconds.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 한 개 이상의 나노구조체들은 약 5 nm 내지 약 100 μm의 선폭과 약 10 nm 내지 약 1000 μm높이를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 또한 상기 나노구조체는 약 5 nm 내지 약 50 nm 범위의 작은 두께의 센싱물질 층을 이온 식각하여 약 10 nm 내지 약 1000 μm 의 높이와 약 5 nm 내지 약 100 μm의 폭을 가지는 나노채널을 대면적으로 균일하게 제조할 수 있어 표면적 증가는 물론 추가적인 식각을 통하여 높이의 조절이 용이함으로써 표면적 증가 또한 조절할 수 있어 센서를 소형화하고 집적화하는데 유용하게 적용될 수 있다.In one embodiment of the present application, the one or more nanostructures may have a line width of about 5 nm to about 100 μm and a height of about 10 nm to about 1000 μm, but are not limited thereto. In addition, the nanostructure is a large area of the nano-channel having a height of about 10 nm to about 1000 μm and a width of about 5 nm to about 100 μm by ion-etching a layer of a sensing material having a small thickness ranging from about 5 nm to about 50 nm. As it can be manufactured uniformly, it is possible to increase the surface area and easily adjust the height through additional etching.

본원의 제 2 측면은, (a) 제 1 프리패턴이 형성된 기판에 센싱물질을 증착하고, (b) 이온식각공정을 통해 상기 센싱물질을 제 1 프리패턴의 측면에 재증착하여 제 1 나노패턴을 형성하고, (c) 이온식각공정을 통해 상기 제 1 프리패턴을 제거하는 것을 포함하는, 센서의 제조 방법을 제공한다.In the second aspect of the present application, (a) a sensing material is deposited on a substrate on which a first pre-pattern is formed, and (b) the first nano-pattern is obtained by re-depositing the sensing material on the side of the first pre-pattern through an ion etching process. And removing the first prepattern through (c) an ion etching process.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 (c)공정 이후, (d) 상기 제 1 나노패턴이 형성된 기판 상에 상기 제 1 나노패턴과 각도를 달리하여 제 2 프리패턴을 형성한 다음, 상기 기판 상에 센싱물질을 증착하고, (e) 이온식각공정을 통해 상기 센싱물질을 제 2 프리패턴의 측면에 재증착하여 제 2 나노패턴을 형성하고, (f) 이온식각을 통해 제 2 프리패턴을 제거하는 것을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present application, after the step (c), (d) a second prepattern is formed on the substrate on which the first nanopattern is formed at a different angle from the first nanopattern, and then on the substrate Depositing a sensing material on, (e) re-depositing the sensing material on the side of the second pre-pattern through an ion etching process to form a second nano-pattern, and (f) removing the second pre-pattern through ion etching It may include.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2프리패턴은 상기 제 1프리패턴과 약 70° 내지 약 90°의 각도를 가지며, 구체적으로 약 80° 내지 약 90°, 보다 구체적으로는 약 85° 내지 약 90°의 각도를 가지는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the second pre-pattern has an angle of about 70 ° to about 90 ° with the first pre-pattern, specifically about 80 ° to about 90 °, more specifically about 85 ° to It may have an angle of about 90 °.

도 2를 참조하면, 희생층(2)이 도포된 기판 위에 제 1프리패턴(1)을 리소그래피 공정으로 제작한다. 포토리소그래피 공정은 포토 마스크를 프리패턴 물질이 형성된 기판에 올려놓고 UV를 가해 증착되어 있는 프리패턴 물질을 선택적으로 제거함으로써 프리패턴을 형성시키는 공정으로 일반적인 포토리소그래피 공정을 이용한다. 이렇게 제작된 제 1프리패턴이 형성된 기판에 센싱물질을 증착(3)한 후, 이온식각공정을 통해 센싱물질을 제 1프리패턴의 측면에 재층착(4)한다. 프리패턴을 제거한 후 높은 종횡비와 고해상도를 가지는 라인형 제 1나노패턴(5)을 형성한다. 메쉬모양의 나노구조체 제작을 위해서, 포토리소그래피 공정을 이용하여 라인형 제 1 나노패턴 위에 프리패턴(6)을 90도 방향으로 회전시켜 형성할 수 있다. 이렇게 제작된 제 2프리패턴이 형성된 기판에 센싱물질(7)을 증착한 후 이온식각공정을 통해 센싱물질을 제 2 프리패턴의 측면에 재층착(8)한다. 프리패턴을 제거한 후 높은 종횡비와 고해상도를 가지는 격자모양의 나노구조체(9)를 형성한다. Referring to FIG. 2, a first prepattern 1 is fabricated on a substrate coated with a sacrificial layer 2 by a lithography process. The photolithography process uses a general photolithography process as a process for forming a prepattern by placing a photomask on a substrate on which the prepattern material is formed and selectively removing the deposited prepattern material by applying UV. After the sensing material is deposited (3) on the substrate having the first pre-pattern formed as described above, the sensing material is re-deposited (4) on the side of the first pre-pattern through an ion etching process. After removing the pre-pattern, a line-type first nano pattern 5 having a high aspect ratio and high resolution is formed. For fabrication of a mesh-shaped nanostructure, the prepattern 6 can be formed on the line-shaped first nanopattern by rotating it in a 90 degree direction using a photolithography process. After the sensing material 7 is deposited on the substrate on which the second pre-pattern is formed, the sensing material is re-deposited (8) on the side of the second pre-pattern through an ion etching process. After removing the pre-pattern, a lattice-like nanostructure 9 having a high aspect ratio and high resolution is formed.

본원의 제 3 측면은, (a) 기판에 형성된 프리패턴의 일측면을 약 1분 내지 약 30분간, 약 30° 내지 약 50°의 각도로 비대칭 식각하여 프리패턴의 경사각을 조절하고, (b) 프리패턴이 형성되지 않은 부분을 제거하여 기판을 노출시키고, (c) 상기 경사각이 조절된 프리패턴 상에 센싱물질을 증착하고, (d) 상기 프리패턴을 제거하여, 기판에 대하여 약 30° 내지 약 90° 기울어진 나노구조체를 수득하는 것을 포함하는, 센서의 제조 방법을 제공한다.The third aspect of the present application, (a) to adjust the inclination angle of the pre-pattern by asymmetrically etching the side surface of the pre-pattern formed on the substrate at an angle of about 1 minute to about 30 minutes, about 30 ° to about 50 °, (b ) Remove the portion where the pre-pattern is not formed to expose the substrate, (c) deposit a sensing material on the pre-pattern with the tilt angle adjusted, and (d) remove the pre-pattern, about 30 ° to the substrate It provides a method for producing a sensor, comprising obtaining a nanostructure tilted to about 90 °.

본원의 제 4 측면은, (a) 기판에 전사된 프리패턴의 일측면을 약 1분 내지 약 30분간, 약 50° 내지 약 80°의 각도로 비대칭 식각하여 프리패턴의 경사각을 조절하고, (b) 프리패턴이 전사되지 않은 부분을 제거하여 기판을 노출시키고, (c) 상기 경사각이 조절된 프리패턴 상에 센싱물질을 증착하고, (d) 상기 프리패턴을 제거하여, 기판에 대하여 상측일부가 약 30° 내지 약 90°로 접힌 나노구조체를 수득하는 것을 포함하는, 센서의 제조 방법을 제공한다.In the fourth aspect of the present application, (a) one side of the prepattern transferred to the substrate is asymmetrically etched at an angle of about 50 minutes to about 80 degrees for about 1 minute to about 30 minutes to adjust the inclination angle of the prepattern, ( b) removing the portion where the pre-pattern has not been transferred to expose the substrate, (c) depositing a sensing material on the pre-pattern with the inclined angle adjusted, (d) removing the pre-pattern, and partially above the substrate It provides a method of manufacturing a sensor, comprising obtaining a nanostructure folded from about 30 ° to about 90 °.

도 3을 참조하여 제 3 측면 및 제 4 측면의 센서의 제조 방법을 설명하면, ITO기판에 라인패턴의 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 몰드를 이용하여 폴리스티렌 프리패턴을 전사한다. 이후 이온밀링을 이용하여 상기 프리패턴을 비대칭으로 식각한 다음, 바닥에 있는 ITO기판이 드러나도록 RIE공정을 이용하여 폴리머를 수직 식각한다. 이때 비대칭 식각의 각도를 40도와 60도로 하여 기울어진 선패턴(도 3의 b)과 구부러진 선 패턴(도3의 c)을 얻을 수 있다. 이후 기판을 약 16도 정도 기울여서 이온식각공정을 통해 바닥의 ITO가 튀겨서 비대칭으로 식각된 프리패턴의 한쪽 면에만 부착되도록 한다. 이때 각각의 각도에서 이온식각공정의 시간을 조절하여 마지막으로 얻어지는 라인형 나노패턴의 각도를 조절할 수 있다. 마지막으로 RIE공정을 통하여 프리-패턴의 폴리스티렌을 제거하여, 기울어지거나 구부러진 라인형 나노구조체을 수득한다.Referring to FIG. 3, a method of manufacturing the sensors of the third side and the fourth side is described, and a polystyrene prepattern is transferred to the ITO substrate by using a polydimethylsiloxane (PDMS) mold having a line pattern. Thereafter, the prepattern is etched asymmetrically using ion milling, and then the polymer is vertically etched using a RIE process to reveal the ITO substrate at the bottom. At this time, the inclined line pattern (b in FIG. 3) and the bent line pattern (c in FIG. 3) can be obtained by setting the angle of the asymmetric etching to 40 degrees and 60 degrees. Afterwards, the substrate is tilted about 16 degrees so that the ITO at the bottom is splashed through the ion etching process so that it is attached only to one side of the pre-etched asymmetrically etched pattern. At this time, the angle of the ion etching process can be adjusted at each angle to adjust the angle of the last line-type nanopattern. Finally, the pre-pattern polystyrene is removed through the RIE process to obtain a slanted or curved line-type nanostructure.

제 1 측면 내지 제 4 측면에 있어서, 서로 공통될 수 있는 내용은 그 기재가 생략되었더라도 모두 적용될 수 있다.In the first to fourth aspects, contents that may be common to each other may be applied even if the description is omitted.

본원의 일 구현예에 있어서, 이온충격(ion bombardment) 현상을 발생시키기 위한 상기 이온식각공정은, 물리적 방법으로서, 이온밀링으로 수행된다. 상기 이온밀링은 경이온에 고 에너지를 가해주어 이온충격 현상을 수행할 경우에는 다결정 방향의 넓은 각 분포를 줄여주어 이탈되어 튕겨져나가는 각도가 작아 프리패턴의 외주면에 센싱물질 입자의 부착이 어려우므로, 바람직하게는 약 0.001 mTorr 내지 약 700 Torr의 공정압력하에서 아르곤 가스 등의 중 기체를 이용하여 플라즈마를 형성한 다음, 상기 플라즈마를 약 100V 내지 약 2,000V로 가속화하여 물리적 이온식각공정을 수행한다. 만약, 물리적 이온 식각공정에 있어서, 2,000 V를 초과하는 플라즈마로 가속화하여 이온식각을 수행하는 경우 센싱물질 층으로 센싱물질이 이탈되어 튕겨져 나가는 각도가 이온을 입사한 방향과 같은 수직으로 튕겨져 프리패턴의 외주면에 부착되는 양이 적고, 100 V 미만의 플라즈마로 가속화하여 이온식각을 수행하는 경우에는 센싱물질 층의 식각 속도가 늦어 작업 효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.In one embodiment of the present application, the ion etching process for generating an ion bombardment phenomenon, as a physical method, is performed by ion milling. When performing ion bombardment by applying high energy to light ions, the ion milling reduces the wide angular distribution in the polycrystalline direction, so that the angle of separation and bounce is small, making it difficult to attach the sensing material particles to the outer circumferential surface of the pre-pattern. Preferably, a plasma is formed using a medium gas such as argon gas under a process pressure of about 0.001 mTorr to about 700 Torr, and then the plasma is accelerated to about 100V to about 2,000V to perform a physical ion etching process. If, in the physical ion etching process, the ion etching is performed by accelerating with a plasma exceeding 2,000 V, the angle at which the sensing material is released from the sensing material layer and bounces out is bounced perpendicularly to the direction in which the ions are incident, and the pre-pattern When the amount of adhesion to the outer circumferential surface is small and the ion etching is performed by accelerating with a plasma of less than 100 V, the etching rate of the sensing material layer is slow, which may cause a problem of reduced work efficiency.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질의 증착은, 일반적으로 화학기상증착법(CVD), 원자층 증착법(atomic layer deposition), 스퍼터링법(sputterring), 레이저어블레이션법(laser ablation), 전기방전법(arc-discharge), 플라즈마증착법, 열화학 기상증착법 및 전자빔 기상증착법으로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present application, deposition of the sensing material is generally performed by chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition, sputtering, laser ablation, or electrical discharge. Method (arc-discharge), plasma deposition, thermochemical vapor deposition and electron beam vapor deposition may be performed by a method selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리패턴은 고분자로서 형성될 수 있으며, 리소그래피 공정에 이용될 수 있는 고분자라면 제한 없이 사용 가능하고, 구체적으로 폴리스티렌, 키토산, 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐 피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 포토레지스트(photoresist, PR) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 프리패턴의 형성은 스핀코팅 또는 스프레이 코팅하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 이때 형성된 프리패턴의 형상은 나노구조체의 형상을 결정짓기 때문에 다양한 리소그래피 공정으로 상기 프리패턴의 형상을 조절하여 다양한 형상 및 크기의 나노구조체를 용이하게 제조할 수 있다. 상기 리소그래피 공정으로는 통상적인 리소그래피 공정을 사용할 수 있고, 구체적으로 나노임프린트, 소프트리소그래피, 블록공중합체 리소그래피, 광 리소그래피 및 캐필러리 리소그래피로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 방법으로 수행될 수 있다. 특히, 리소그래피 공정을 이용하여 패턴화된 프리패턴은 추가로 반응성 이온식각(RIE) 조건과 프리패턴 주변의 고분자 층에 따라 다양한 형상과 크기로 조절될 수 있다. 예를 들면, 0.1 mTorr 내지 0.001 mTorr의 고진공하에서의 반응성 이온식각은 이방성 즉, 하부의 식각만 가능하지만, 0.01 Torr 내지 0.1 Torr 저진공하에서의 반응성 이온식각은 등방성 즉, 사방에서 식각이 진행되기 때문에, 프리패턴을 추가적으로 저진공하에서 이온식각하면, 프리패턴의 전체적인 높이와 지름의 크기가 줄어들게 된다. 이에, 프리패턴 주변의 고분자 층이 모두 제거되고 프리패턴만 남은 상태가 된다. 또한, 패턴화된 고분자 구조체의 크기조절은 기판 상에 코팅된 고분자 층의 두께로 조절할 수 있다. 만약 고분자층의 두께가 얇은 경우 짧은 반응성 이온식각 시간 동안 고분자 층이 없어지고 프리패턴만 남아 짧은 시간에 컵 형상의 고분자 구조체 패턴이 형성되지만, 두꺼운 두께의 고분자 층인 경우에는 오랜 시간 동안 반응성 이온식각을 수행함으로써, 프리패턴이 전체적으로 식각되어 프리패턴의 전체적인 크기도 줄어들게 됨에 따라 프리패턴의 지름이 작은 패턴이 제작되게 된다.In one embodiment of the present application, the prepattern may be formed as a polymer, and any polymer that can be used in a lithography process may be used without limitation, specifically polystyrene, chitosan, polyvinylalcohol, polymethylmetha Acrylate (PMMA), polyvinyl pyrrolidone (polyvinyl pyrrolidone), photoresist (PR) and may be selected from the group consisting of mixtures thereof, but is not limited thereto. The pre-pattern may be formed by spin coating or spray coating, but is not limited thereto. At this time, since the shape of the formed prepattern determines the shape of the nanostructure, it is possible to easily manufacture nanostructures of various shapes and sizes by adjusting the shape of the prepattern through various lithography processes. As the lithography process, a conventional lithography process may be used, and specifically, it may be performed by at least one method selected from the group consisting of nanoimprint, soft lithography, block copolymer lithography, optical lithography, and capillary lithography. In particular, the prepattern patterned using a lithography process may be further adjusted to various shapes and sizes according to reactive ion etching (RIE) conditions and the polymer layer around the prepattern. For example, the reactive ion etching under a high vacuum of 0.1 mTorr to 0.001 mTorr is anisotropic, that is, only etching of the lower part is possible, but the reactive ion etching under a low vacuum of 0.01 Torr to 0.1 Torr is isotropic, i.e., etching is performed in all directions, so it is free. When the pattern is additionally ion-etched under low vacuum, the overall height and diameter of the prepattern is reduced. Accordingly, all the polymer layers around the prepattern are removed and only the prepattern remains. In addition, the size of the patterned polymer structure can be controlled by the thickness of the polymer layer coated on the substrate. If the thickness of the polymer layer is thin, the polymer layer disappears during the short reactive ion etching time and only the prepattern remains, forming a cup-shaped polymer structure pattern in a short time, but in the case of the thick polymer layer, the reactive ion etching is performed for a long time. By performing, the pre-pattern is etched as a whole, and the overall size of the pre-pattern is also reduced, so that a pattern with a small diameter of the pre-pattern is produced.

구체적으로, 상기 프리패턴의 제거는, 건식 또는 습식 식각으로 고분자 프리패턴만을 제거하여 나노구조체를 수득하는 것이다. 상기 건식 또는 습식 식각은 고분자를 제거할 수 있는 통상적인 식각 방법으로 수행될 수 있다.Specifically, the removal of the prepattern is to obtain a nanostructure by removing only the polymer prepattern by dry or wet etching. The dry or wet etching may be performed by a conventional etching method capable of removing polymers.

본원의 일 구현예에 있어서, 프리패턴의 선폭 및 높이는 각각 약 1 nm 내지 약 100 μm 및 약 10 nm 내지 약 1000 μm일 수 있으며, 구체적으로, 선폭 및 높이가 각각 약 1 nm 내지 약 10 μm 및 약 10 nm 내지 약 100μm, 보다 구체적으로 선폭 및 높이가 각각 약 1 nm 내지 약 100 nm 및 약 200 nm 내지 약 800 nm일 수 있다.In one embodiment of the present application, the line width and height of the prepattern may be from about 1 nm to about 100 μm and from about 10 nm to about 1000 μm, respectively, specifically, the line width and height are from about 1 nm to about 10 μm, respectively. About 10 nm to about 100 μm, more specifically, the line width and height may be about 1 nm to about 100 nm and about 200 nm to about 800 nm, respectively.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 프리패턴은, 기판에 블록공중합체 패턴을 형성한 후, 이온식각공정을 통해 상기 블록공중합체의 일부 고분자를 제거함으로써 형성되는 것일 수 있다. In one embodiment of the present application, the first prepattern may be formed by forming a block copolymer pattern on a substrate and then removing some polymers of the block copolymer through an ion etching process.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 블록공중합체는 PS-b-PMMA이고, 상기 PS-b-PMMA 블록공중합체가 약 270 kg/mol 내지 약 280 kg/mol이고, 상기 제 1 프리패턴은 라멜라 형상이며, 상기 PS-b-PMMA 블록공중합체가 약 65 kg/mol 내지 약 140 kg/mol이고, 상기 제 1 프리패턴은 나노포러스 실린더 형상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present application, the block copolymer is PS-b-PMMA, the PS-b-PMMA block copolymer is from about 270 kg / mol to about 280 kg / mol, and the first prepattern is lamellar Shape, the PS-b-PMMA block copolymer is about 65 kg / mol to about 140 kg / mol, and the first prepattern may be a nanoporous cylinder shape, but is not limited thereto.

도 4 및 도 5를 참조하면, 프리패턴의 성분으로서 블록공중합체를 사용하면 단일 고분자로 형성된 프리패턴에서 제조할 수 없는 라멜라 형상 및 나노포러스 실린더 형상을 제조할 수 있다. 구체적으로, 블록공중합체로서 PS-b-PMMA를 사용하되, 이의 양을 270 kg/mol 내지 280 kg/mol로 조절하여 프리패턴을 라멜라 형상으로 제조할 수 있으며, 65 kg/mol 내지 140 kg/mol로 조절하여 프리패턴을 나노포러스 실린더 형상으로 제조할 수 있다. 이를 통해 나노구조체 역시 라멜라 형상 또는 나노포러스 실린더 형상으로 제조할 수 있다. 4 and 5, when a block copolymer is used as a component of the prepattern, a lamellar shape and a nanoporous cylinder shape that cannot be prepared from a prepattern formed of a single polymer can be prepared. Specifically, PS-b-PMMA is used as a block copolymer, but the amount thereof is adjusted to 270 kg / mol to 280 kg / mol to prepare a prepattern in a lamella shape, and 65 kg / mol to 140 kg / The pre-pattern can be manufactured in a nanoporous cylinder shape by controlling with mol. Through this, the nanostructure may also be manufactured in a lamella shape or a nanoporous cylinder shape.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질은 금속, 금속산화물, 금속황화물 및 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 센싱물질은 Au, Ag, Cu, Al, Ni, Pt, Pd, Sn, Mo, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, In, W, Ir 및 Si으로 이루어진 군에서 선택되 1 종 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 다성분계 나노구조체의 경우, 기존의 단일 성분일때와 다르게 촉매적 성질이 나타낼 수 있으며, 본원의 제조 방법은 균일성, 해상도, 종횡비는 기존과 동등한 수준을 유지하면서 내부 구조를 층상 구조, 혼합 구조, 코어-쉘 구조 등으로 조절이 가능하다. 또한, 다성분계에서 나오는 촉매적 성질이 기존 단일성분 나노구조체에 비하여 월등하게 향상된다.In one embodiment of the present application, the sensing material may be selected from the group consisting of metal, metal oxide, metal sulfide and polymer, but is not limited thereto. Specifically, the sensing material is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, Ni, Pt, Pd, Sn, Mo, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, In, W, Ir and Si It may be one or more metals, but is not limited thereto. Specifically, in the case of a multi-component nanostructure, catalytic properties may be exhibited differently than in the case of a conventional single component, and the manufacturing method of the present application maintains the uniformity, resolution, and aspect ratio at the same level as the conventional structure, and the internal structure is layered. It can be controlled by mixed structure, core-shell structure, etc. In addition, the catalytic properties coming from the multi-component system are significantly improved compared to the existing single-component nanostructures.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질은 Pd, Pt, Au, 및 Ni으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상이고, 상기 Pd, Pt, Au, 및 Ni으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 차례로 기판에 증착하고, 이온식각공정을 통해 상기 증착된 센싱물질 각 층을 상기 제 1 프리패턴의 측면에 재증착하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 재증착된 센싱물질은, Pd(1-a)/Aua, Pd(1-a)/Pta의 이성분계 물질 또는 Pd(1-b-c)/Aub/Nic, Pt(1-b-c)/Pdb/Auc의 삼성분계 물질을 포함하는 것이고, 0≤a≤0.5이고, 0≤b+c<1, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present application, the sensing material is at least one selected from the group consisting of Pd, Pt, Au, and Ni, and at least one selected from the group consisting of Pd, Pt, Au, and Ni. In turn, it may be to deposit on the substrate and redeposit each layer of the deposited sensing material through the ion etching process on the side surface of the first pre-pattern. Specifically, the redeposited sensing material is Pd (1-a) / Au a , Pd (1-a) / Pt a binary material or Pd (1-bc) / Au b / Ni c , Pt ( 1-bc) / Pd b / Au c containing a ternary substance, 0≤a≤0.5, 0≤b + c <1, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5, but It is not limited.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질은 Sn, W, Cu, 및 Au으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상이고, 상기 Sn, W, Cu, 및 Au으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 차례로 기판에 증착하고, 이온식각공정을 통해 상기 증착된 센싱물질 각 층을 상기 제 1 프리패턴의 측면에 재증착하여 상기 제 1 나노패턴을 형성하고, 이온식각공정을 통해 상기 제 1 프리패턴을 제거하고, 상기 제 1 나노패턴을 어닐링하는 것을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 어닐링을 통해 제조된 센싱물질은, SnO2 (1-d)/WO3d, SnO2 (1-d)/CuOd의 이성분계 물질 또는 SnO2 (1-e-f)/WO3e/Auf, SnO2 (1-e-f)/WO3e/Ptf의 삼성분계 물질을 포함하는 것이고, 0≤d≤0.5이고, 0≤e+f<1, 0≤e≤0.5, 0≤f≤0.5일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present application, the sensing material is at least one selected from the group consisting of Sn, W, Cu, and Au, and at least one selected from the group consisting of Sn, W, Cu, and Au. Subsequently, the first prepattern is formed by depositing on the substrate in turn and redepositing each layer of the deposited sensing material on the side surface of the first prepattern through an ion etching process, and through the ion etching process. It may be removed, and may include annealing the first nano-pattern. Specifically, the sensing material prepared through the annealing is a binary component of SnO 2 (1-d) / WO 3d , SnO 2 (1-d) / CuO d or SnO 2 (1-ef) / WO 3e / Au f , SnO 2 (1-ef) / WO 3e / Pt f containing the ternary substance, 0≤d≤0.5, 0≤e + f <1, 0≤e≤0.5, 0≤f≤ 0.5, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질의 증착에 있어서, 증착시키는 순서, 증착 두께 또는 증착 횟수를 조절하거나, 증착 이후의 이온식각공정의 각도 또는 이온식각공정의 시간 조절을 통해, 재증착되는 센싱물질의 성분, 함량비 또는 형태를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 센싱물질은 Pd/Au/Ni 및 Pt/Pd/Au이고, Au-Ni-Pd, Pt-Pd-Au 순서로 기판에 증착하되, 상기 증착 두께를 약 5 nm 내지 약 20 nm로 조절함으로써, 층상 구조의 삼성분계 물질을 포함하는 제 1 나노패턴을 형성하는 것일 수 있다. 또는, 상기 센싱물질은 Pd/Au/Ni및 Pt/Pd/Au이고, Au-Ni-Pd, Pt-Pd-Au 순서로 기판에 증착하되, 상기 증착 두께를 5 nm 미만으로 조절함으로써, 균일하게 혼합된 형상의 삼성분계 물질을 포함하는 제 1 나노패턴을 형성하는 것일 수 있다. 또는, 상기 센싱물질은 Pd/Au/Ni 및 Pt/Pd/Au이고, Au-Ni-Pd-Ni-Au, Pt-Pd-Au-Pt-Pd-Au 순서로 기판에 증착하되, 상기 증착 두께를 5 nm 내지 10 nm로 조절함으로써, 코어-쉘 형상의 삼성분계 물질을 포함하는 제 1 나노패턴을 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, in the deposition of the sensing material, the deposition order, the thickness of the deposition or the number of deposition is adjusted, or the time of the ion etching process or the time of the ion etching process after deposition is redeposited. It may be possible to change the composition, content ratio or form of the sensing material. Specifically, the sensing materials are Pd / Au / Ni and Pt / Pd / Au, and are deposited on the substrate in the order of Au-Ni-Pd, Pt-Pd-Au, but the deposition thickness is about 5 nm to about 20 nm. By adjusting, it may be to form a first nano-pattern including a layered structure ternary material. Alternatively, the sensing materials are Pd / Au / Ni and Pt / Pd / Au, and are deposited on the substrate in the order of Au-Ni-Pd, Pt-Pd-Au, by uniformly adjusting the deposition thickness to less than 5 nm, It may be to form a first nano-pattern comprising a mixed-shaped ternary material. Alternatively, the sensing materials are Pd / Au / Ni and Pt / Pd / Au, and are deposited on a substrate in the order of Au-Ni-Pd-Ni-Au, Pt-Pd-Au-Pt-Pd-Au, but the deposition thickness By adjusting the to 5 nm to 10 nm, it may be to form a first nano-pattern comprising a core-shell shaped ternary material.

도 6을 참조하면, 도 6의 a는 Au(하단, 10 nm), Ni(중간, 10 nm) 및 Pd(상단, 10 nm)의 증착에 대해 2차 스퍼터링 후 형성된 총 두께가 30 nm의 층상 구조의 삼성분계 물질을 포함하는 제 1 나노패턴이 제조되었음을 나타낸다. 라인 프로파일은 좌측에서 우측으로의 시퀀스 층이 Pd-Ni-Au이고, 이것은 증착된 층들의 상단-중간-하단 시퀀스와 동일함을 나타낸다. 이러한 결과는 Ar+ 이온 충격에 의해서는 10 nm보다 더 큰 두께로의 침투가 불가능하여 이온 충격 후에 층상 구조들의 유지를 유도하는 것임을 나타낸다. Referring to FIG. 6, a of FIG. 6 is layered with a total thickness of 30 nm formed after secondary sputtering for deposition of Au (bottom, 10 nm), Ni (middle, 10 nm) and Pd (top, 10 nm) This indicates that the first nanopattern containing the ternary material of the structure was produced. The line profile indicates that the sequence layer from left to right is Pd-Ni-Au, which is identical to the top-middle-bottom sequence of the deposited layers. These results indicate that Ar + ion bombardment does not allow penetration to a thickness greater than 10 nm, leading to retention of layered structures after ion bombardment.

도 6의 b를 참조하면, Ar+ 이온 충격은 금속 층으로의 침입을 허용할 수 있기 때문에, 금속 증착을 5 nm 미만의 두께로 더 얇은 층으로 증착할 때 균일하게 혼합된 내부 구조들을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to b of FIG. 6, since Ar + ion bombardment can allow intrusion into the metal layer, uniformly mixed internal structures can be obtained when depositing the metal deposition into a thinner layer with a thickness of less than 5 nm. You can confirm that there is.

도 6의 c를 참조하면, 다양한 금속 증착 순서를 갖는 3원금속 코어-쉘 내부 구조들을 제조할 수 있으며, 구체적으로 기판 상에 5개의 Au-Ni-Pd-Ni-Au 금속 층들의 증착한 뒤, 재증착으로 생성된 라인 패턴은 증착된 금속 층들의 동일한 순서를 갖는 코어-쉘 구조들을 나타내었다. TEM 이미지에서 상기 외부 쉘의 Au 부분들은 나노구조들의 내부의 Pd, Ni보다 더 어두운 부분을 나타낸다. Referring to c of FIG. 6, ternary metal core-shell internal structures having various metal deposition sequences may be manufactured, and specifically after deposition of five Au-Ni-Pd-Ni-Au metal layers on a substrate , The line pattern produced by redeposition showed core-shell structures with the same order of deposited metal layers. In the TEM image, Au portions of the outer shell represent darker portions than Pd and Ni inside the nanostructures.

도 7을 참조하면, 센싱물질로서 Pt/Pd 이성분계 물질을 사용하는 경우, 기판에 Pt 및 Pd의 증착두께, 증착횟수에 따라 제조되는 나노구조체의 Pt/Pd 성분비가 상이해지며, 이로써 감지능 또한 달라지게 된다. 일례로서, (ⅰ) 기판에 Pd 20 nm 및 Pt 10 nm로 증착한 뒤 나노구조체를 제조하는 경우, (ⅱ) 기판에 Pd 10 nm 및 Pt 5 nm로 2회 증착한 뒤 나노구조체를 제조하는 경우, (ⅲ) 기판에 Pd 5 nm 및 Pt 2.5 nm로 4회 증착한 뒤 나노구조체를 제조하는 경우 각각의 감지능을 비교하면, (ⅰ)에서 (ⅲ)으로 갈수록 응답진폭의 크기(ΔR/Ra)가 증가하고 응답 시간이 감소하는 효과를 확인하였다. 이는 (ⅲ)과 같이 센싱물질의 증착 두께를 얇게하고 여러 번 증착할수록 제조되는 나노구조체에서 Pd/Pt 간의 계면이 증가하기 때문인 것으로 확인된다.Referring to FIG. 7, when a Pt / Pd binary component material is used as a sensing material, the Pt / Pd component ratio of the nanostructure manufactured according to the deposition thickness and the number of depositions of Pt and Pd on the substrate is different, thereby detecting performance It also changes. As an example, (i) when preparing a nanostructure after depositing with Pd 20 nm and Pt 10 nm on a substrate, (ii) when preparing a nanostructure after depositing twice with Pd 10 nm and Pt 5 nm on a substrate , (Ⅲ) When preparing nanostructures after depositing 4 times with Pd 5 nm and Pt 2.5 nm on a substrate, comparing the sensing capabilities, the magnitude of the response amplitude increases from (ⅰ) to (ⅲ) (ΔR / R It was confirmed that a ) increases and the response time decreases. It is confirmed that this is because the interface between Pd / Pt increases in the nanostructure being manufactured as the deposition thickness of the sensing material is thinned and deposited several times as shown in (i).

도 8의 a를 참조하면, 다양한 2원금속 조합들을 갖는 13 nm 두께의 라인형 2원금속 나노구조체를 구현할 수 있으며, 이는 Ag/Pt, Ag/Pd, Au/Mo, Au/Pt, Au/Pd, Sn/Pd, 및 Cu/Pt 조합들을 포함한다. EDS 이미지 분석은 모든 2원금속 조합들이 원소 분포에서 현저한 차이 없이 나노스케일에서 잘 혼합되어 있음을 나타낸다. Au-Pt 2원금속 나노구조체에서, 재증착 동안 Au와 Pt의 비율은 증착된 Au-Pt 2원금속의 비율으로부터 결정된다. 각 금속이 Ar+ 이온 충격에 대한 상이한 에칭 속도를 나타내기 때문에, 각 조성-제어된 Au-Pt 이중층에 대한 에칭 시간이 계산될 수 있다. Au/Pt 이중층의 경우, Pt(0.125 nm/sec)보다 Au에서 더 높은 에칭 속도(0.25 nm/sec)를 나타내었다. Au는 Ar+ 이온 충격 동안 Pt보다 더 에칭되어, 증착된 이중층에 비해 2원금속 나노구조체의 더 낮은 Au/Pt 비율을 유도할 수 있다.Referring to a of FIG. 8, a 13 nm thick line-type binary metal nanostructure having various binary metal combinations can be implemented, which is Ag / Pt, Ag / Pd, Au / Mo, Au / Pt, Au / Pd, Sn / Pd, and Cu / Pt combinations. EDS image analysis shows that all binary metal combinations are well mixed on the nanoscale with no significant difference in element distribution. In the Au-Pt binary metal nanostructure, the ratio of Au to Pt during redeposition is determined from the ratio of deposited Au-Pt binary metal. Since each metal exhibits a different etch rate for Ar + ion bombardment, the etch time for each composition-controlled Au-Pt bilayer can be calculated. The Au / Pt bilayer exhibited a higher etching rate (0.25 nm / sec) in Au than Pt (0.125 nm / sec). Au can be etched more than Pt during Ar + ion bombardment, leading to a lower Au / Pt ratio of the bimetallic nanostructures compared to the deposited bilayer.

도면 8의 b를 참조하면, 3 개 이상의 금속들이 혼합된 나노구조체는 기판 상에 추가적인 금속 층들의 단순한 증착을 통해 달성할 수 있다. 기판 상에 6 개의 얇은 금속 층들의 단순한 증착한 후, 이를 재증착하여 수득된 나노스케일의 금속 혼합물의 6 개의 성분들(각각 Au, Cu, Pd, Ag, Pt, 및 Sn)을 포함하는 나노구조체를 제조할 수 있으며, 도 8의 b를 통해 6 개의 금속 성분들이 잘 혼합되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 8의 c의 EDS 스펙트럼을 통해 6 개의 원소들이 라인형 나노구조체 내에 포함된다는 것을 확인할 수 있다: 26 at% Au, 12.9 at% Cu, 17.4 at% Pd, 13.1 at% Ag, 25.3 at% Pt, 및 5.3 at% Sn.Referring to b of FIG. 8, a nanostructure in which three or more metals are mixed can be achieved through simple deposition of additional metal layers on a substrate. A nanostructure comprising six components (Au, Cu, Pd, Ag, Pt, and Sn, respectively) of a nanoscale metal mixture obtained by simple deposition of six thin metal layers on a substrate and then redeposition It can be prepared, it can be seen through the b of Figure 8 that the six metal components are well mixed. In addition, it can be confirmed through the EDS spectrum of FIG. 8C that 6 elements are included in the line-type nanostructure: 26 at% Au, 12.9 at% Cu, 17.4 at% Pd, 13.1 at% Ag, 25.3 at% Pt, and 5.3 at% Sn.

도 15의 a 및 b를 참조하면, 센싱물질로서 Pt/Pd/Au 삼성분계 물질을 사용하는 경우, 기판에 Pt, Pd 및 Au의 증착두께, 증착횟수에 따라 제조되는 나노구조체의 Pt/Pd/Au 성분비가 상이해지며, 이로써 감지능 또한 달라지게 된다. 일례로서, (ⅰ) 기판에 Pt 10 nm, Pd 10 nm 및 Au 10 nm로 증착한 뒤 나노구조체를 제조하는 경우, (ⅱ) 기판에 Pt 5 nm, Pd 5 nm 및 Au 5 nm로 2회 증착한 뒤 나노구조체를 제조하는 경우, (ⅲ) 기판에 Pt 5 nm, Pd 20 nm 및 Au 5 nm로 증착한 뒤 나노구조체를 제조하는 경우 각각의 감지능을 비교하면, (ⅰ)에서 (ⅲ)으로 갈수록 응답진폭의 크기(ΔR/Ra)가 증가하고 응답 시간 및 복구 시간이 감소하는 효과를 나타내었다. 구체적으로 (ⅰ) ΔR/Ra ~ -1% 및 응답 시간(Response time, τ90%,) 170초, (ⅱ) ΔR/Ra ~ -2% 및 응답 시간 75초, (ⅲ) ΔR/Ra ~ -3% 및 응답 시간 25초를 나타내었다. 이로써 같은 조성일지라도 물질들 간의 계면이 많아질수록 반응성이 커지고, 반응 속도도 빨라지는 것을 확인하였으며, 이성분계 물질 뿐만 아니라 삼성분계 물질도 센싱물질로서 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다.Referring to a and b of FIG. 15, when a Pt / Pd / Au ternary material is used as a sensing material, Pt / Pd / of the nanostructure manufactured according to the deposition thickness and the number of depositions of Pt, Pd and Au on the substrate The Au component ratio is different, and thus the sensing ability is also changed. As an example, (i) depositing Pt 10 nm, Pd 10 nm and Au 10 nm on a substrate to prepare a nanostructure, (ii) depositing twice on a substrate with Pt 5 nm, Pd 5 nm and Au 5 nm In the case of manufacturing a nanostructure after (i) depositing Pt 5 nm, Pd 20 nm, and Au 5 nm on a substrate, and comparing the respective sensing capabilities when manufacturing the nanostructure, (ⅰ) to (ⅲ) As it goes to, the magnitude of the response amplitude (ΔR / R a ) increases and the response time and recovery time decrease. Specifically, (ⅰ) ΔR / R a ~ -1% and response time (Response time, τ90%,) 170 seconds, (ii) ΔR / R a ~ -2% and response time 75 seconds, (ⅲ) ΔR / R a to -3% and response time of 25 seconds were shown. As a result, it was confirmed that the reactivity increases and the reaction rate increases as the interface between the materials increases, even with the same composition, and it is confirmed that not only the binary component material but also the Samsung component material can be usefully used as a sensing material.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센싱물질은 H2, CO, CO2, 수증기, O2, N2, 방향족 화합물 및 VOC로 이루어진 군에서 선택되는 것을 감지하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. In one embodiment of the present application, the sensing material may be selected to be selected from the group consisting of H 2 , CO, CO 2 , water vapor, O 2 , N 2 , aromatic compounds, and VOC, but is not limited thereto. .

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in more detail by using examples, but the following examples are only illustrative to aid understanding of the present application, and the contents of the present application are not limited to the following examples.

[[ 실시예Example ] ]

<이성분계(<Bicomponent system ( 2원금속Binary metal ) 물질을 함유하는 ) Containing substances 센싱물질을Sensing material 포함하는 센서의 제조> Manufacturing of Including Sensors>

실시예Example 1 One

모세관력 리소그래피(capillary force lithography)를 이용하여 SiO2/Si 웨이퍼 상에 폴리스티렌(polystyrene, PS) 성분의 프리패턴을 형성하였다. 상기 프리패턴 상에 상이한 조성을 갖는 센싱물질의 2원금속(Pd/Pt 및 Pd/Au)을 순차적으로 증착하였다. 다음, 상기 증착된 금속들에 Ar 이온충격(Ar ion bombardment)를 이용한 에칭을 수행하여 폴리스티렌 프리패턴의 측벽 상에 상기 금속을 재증착하였다. 마지막으로, 폴리스티렌 프리패턴을 이온식각공정을 통해 제거함으로써 15 nm 내지 20 nm 두께와 ~230 nm 높이의 라인 형상의 나노구조체을 수득하였다 (도 1의 a 및 도 1의 b). A prepattern of polystyrene (PS) components was formed on a SiO 2 / Si wafer using capillary force lithography. Binary metals (Pd / Pt and Pd / Au) of sensing materials having different compositions were sequentially deposited on the prepattern. Next, etching was performed using Ar ion bombardment on the deposited metals to redeposit the metal on the sidewalls of the polystyrene prepattern. Finally, by removing the polystyrene prepattern through an ion etching process, 15 nm to 20 nm thick and ~ 230 nm high line-shaped nanostructures were obtained (a in FIG. 1 and b in FIG. 1).

상기 수득된 2원금속 나노패턴을 나타내는 Pd/Pt 및 Pd/Au의 라인형 나노구조체의 TEM-EDS 매핑 결과는 도 1의 c와 같다. 도 1의 c에서, 주황색은 Pd를 나타내고 녹색은 Pt를 나타내며, 노란색은 Au를 나타낸다. 전체 영역에 걸쳐, 각 구성 성분이 잘 혼합된 2원금속들로 형성된 라인형 나노구조체가 수득되었음을 확인하였다. 또한, 상기 수득된 라인형 나노구조체의 각 금속들은 5 nm 이하의 그레인 크기를 나타내었으며, 이것은 2원금속들 사이에 큰 계면들을 형성하였다. 상기 나노구조체의 구성 금속 성분의 함량비는 도 1의 d와 같다. The result of TEM-EDS mapping of the line-type nanostructures of Pd / Pt and Pd / Au showing the obtained binary metal nanopattern is as shown in FIG. 1C. In c of FIG. 1, orange represents Pd, green represents Pt, and yellow represents Au. It was confirmed that, over the entire area, a line-type nanostructure formed of binary metals in which each component was well mixed was obtained. In addition, each metal of the obtained line-type nanostructure exhibited a grain size of 5 nm or less, which formed large interfaces between binary metals. The content ratio of the constituent metal component of the nanostructure is as shown in d of FIG. 1.

실험예Experimental Example 1  One

수소 가스 감지: 응답 진폭 확인(Hydrogen gas detection: response amplitude check ( ΔRΔR /R/ R aa ))

실온에서 수소 가스를 검출하기 위해, 상기 2원금속을 함유하는 라인형 나노구조체를 포함하는 센서들의 동적 감지 응답을 공기 하에서 테스트하였다. 2-프로브(probe) 저항 타입 센서(Au/Ti 전극)에 일정한 바이어스(bias)를 인가하였고, 수소 가스에 노출에 따라 상기 센서의 전기적 저항 변화를 모니터링 하였으며, 감지 신호를 기록하였다. 상기 샘플들을 가스 감지 챔버에 동시에 로딩하였고, 각 나노구조체들의 감지 신호들을 다중-채널 감지 시스템들을 사용하여 측정하였다. To detect hydrogen gas at room temperature, the dynamic sensing response of the sensors comprising the line-type nanostructures containing the binary metal was tested under air. A constant bias was applied to the 2-probe resistance type sensor (Au / Ti electrode), and the electrical resistance change of the sensor was monitored in response to exposure to hydrogen gas, and a detection signal was recorded. The samples were loaded into the gas sensing chamber simultaneously, and the sensing signals of each nanostructure were measured using multi-channel sensing systems.

1% H2 가스에 대한 30 nm 두께의 Pd 필름, Pd 나노구조체 및 Pd0 . 5Pt0 . 5 2원금속 물질을 함유하는 나노구조체의 실시간 가스 응답(%)은 도 9의 a와 같다. 라인형 Pd 나노구조체는 도 1에서 확인한 바와 같이, 라인형 나노구조체의 높은 표면-대-부피 비율, Pd 그레인 크기(~ 5 nm)의 고해상도, 및 초박막(~ 15 nm)에 기인되어 Pd 필름(ΔR/Ra ~ +0.2%)보다 10 배 이상큰 가스 응답인 ΔR/Ra ~ -2% (Pd 나노구조체) 및 ΔR/Ra ~ -4% (Pd0 . 5Pt0 .5 나노구조체)를 나타내었다. 즉, 가스 응답의 진폭(ΔR/Ra)을 해석한 결과 Pd 필름은 저항이 0.2% 증가한 것을 감지한 반면, 라인형 Pd 나노구조체는 저항이 2% 감소함을 감지하고, Pd0 . 5Pt0 .5 나노구조체는 저항이 4% 감소함을 감지하여 수소 가스 누출을 감지에 있어서, 본원의 나노구조체를 포함하는 센서의 가스 감지능이 10 배 이상 우수함을 확인하였다. 또한, 본원의 센서의 저항이 감소한 것은, 수소 가스 노출에 따라 PdHX에서 격자 간 수소 원자들은 전자 흐름을 교란시킬 뿐 아니라 Pd의 부피를 확장시켜, Pd 그레인-Pd 그레인 접촉부에서 매우 작은 입자간 갭이 보다 좁아져서 저항의 감소를 유도한 것이 그 원인이다.30 nm thick Pd film for 1% H 2 gas, Pd nanostructures and Pd 0 . 5 Pt 0 . 5 The real-time gas response (%) of a nanostructure containing a binary metal material is shown in FIG. 9 a. As shown in FIG. 1, the line-type Pd nanostructures are due to the high surface-to-volume ratio of the line-type nanostructures, the high resolution of the Pd grain size (~ 5 nm), and the ultra-thin (~ 15 nm) Pd film ( ΔR / R ~ a + 10 times or more than 0.2% larger) gas response of ΔR / R a ~ -2% ( Pd nanostructures) and ΔR / R a ~ -4% ( Pd 0. 5 Pt 0 .5 nanostructure ). That is, as a result of analyzing the amplitude (ΔR / R a ) of the gas response, the Pd film sensed that the resistance increased by 0.2%, while the line-type Pd nanostructure sensed that the resistance decreased by 2%, Pd 0 . 0 .5 5 Pt nanostructures in the hydrogen gas leak detection by the sense that the resistance is reduced 4%, it was confirmed that gas Sensing at least 10 times superior in the sensor including a nanostructure of the present application. In addition, the reduced resistance of the sensor of the present application, as hydrogen gas exposure, hydrogen atoms in the lattice in PdH X not only disturb the electron flow, but also expand the volume of Pd, resulting in a very small interparticle gap in the Pd grain-Pd grain contact. The reason is that it became narrower and led to a decrease in resistance.

2원금속의Binary metal 시너지 효과 확인 Synergy Check

Pd/Pt Pd / Pt 2원금속Binary metal 물질을 함유하는 나노구조체 Nanostructures containing substances

Pd의 수소 가스 감지능에 대한 상기 Pd/Pt 2원금속 물질의 시너지 효과를 정밀하게 조사하기 위해, 다양한 조성비를 갖는 Pd/Pt 2원금속 물질을 함유하는 나노구조체를 포함하는 센서(Pd, Pd0 . 66Pt0 .33, Pd0 . 5Pt0 .5, 및 Pt)의 가스 응답 거동을 동시에 확인하였다(도 10). 도 10의 a는 1% 수소 가스 노출에 대하여 Pt가 Pd와 혼합됨에 따라 응답의 진폭이 현저히 증가되었음을 보여준다(Pd, Pt, Pd0 . 66Pt0 .33, Pd0 . 5Pt0 .5 각각에 대해 ΔR/Ra ~ 1.2%, 2.5%, 3%, 4%). 또한, 순수 Pd와 Pt 모두는 감도와 응답/복구 시간의 관점에서도 Pd/Pt 2원금속 물질보다 낮은 수소 가스 감지 성능을 나타내었다. In order to precisely investigate the synergistic effect of the Pd / Pt binary metal material on the hydrogen gas sensing ability of Pd, sensors (Pd, Pd) including nanostructures containing Pd / Pt binary metal material having various composition ratios 0. 66 0 .33 Pt, Pd 0. 5 Pt 0 of 0.5, and Pt) were confirmed at the same time the gas response behavior (Fig. 10). A of Fig. 10 with respect to the hydrogen gas shows that exposure to 1% Pt is the amplitude of the response increased significantly as the mix with Pd (Pd, Pt, Pd 0 . 66 Pt 0 .33, Pd 0. 5 Pt 0 .5 , respectively For ΔR / Ra to 1.2%, 2.5%, 3%, 4%). In addition, both pure Pd and Pt showed lower hydrogen gas detection performance than Pd / Pt binary metal materials in terms of sensitivity and response / recovery time.

또한, 광범위한 농도(10 ppm 내지 10,000 ppm)에서 수소 가스에 대한 최대 응답 진폭[(ΔR/Ra)max(%)]을 측정하여, Pd/Pt 2원금속 나노구조체와 순수 Pd 나노구조체 및 Pt 나노구조체의 감도와 검출한계(limit of detection, LOD)를 조사하였다(도 10의 b). Pd0 . 66Pt0 .33만이 1% ΔR/Ra 이상으로 10 ppm의 수소 가스를 검출할 수 있고, 이것은 순수 Pd와 Pt 나노구조체들에 의해서는 불가능하였다. 모든 수소 가스 농도 범위에서, Pd/Pt 2원금속 나노구조체 센서는 순수 Pd 나노구조체 센서 및 Pt 나노 구조체센서보다 더 높은 응답 진폭을 나타내었다. 실시간 가스 응답 데이터 또는 저항 변화를 도 11의 a에 나타내었다. 2원금속 나노구조체의 향상된 흡착/탈착 속도들을 파악하기 위해, 1% 수소 가스에 대한 각 센서들의 응답/복구 시간(τ90%, 최소/최대 저항 수준의 90% 값에 도달하는 데 걸리는 시간)을 측정하였다(도 10의 c). 145/235 초(순수 Pd)에서 5/188 초(Pd0 . 66Pt0 . 33)까지 Pt 첨가에 따라 상기 응답/복구 시간이 현저히 향상되는 것을 명확히 확인할 수 있고, 이것은 순수 Pd 및 Pt 보다 약 30배/1.25 배 더 빠른 것이다. 또한, Pd0 . 5Pt0 .5와 순수 Pd 나노구조체의 반복적인 수소 가스 감지 응답 거동을 측정하여 베이스 라인과 응답 진폭의 안정도를 확인하였다(도 10의 d). Pd0 . 5Pt0 .5 나노구조체 센서는 모든 수소 가스 노출에 대해 몇 초의 빠른 응답과 본래 베이스 라인으로의 빠른 복구를 나타내지만, 대조적으로, 순수 Pd 나노구조체는 본래 베이스 라인으로의 낮은 복구와 느린 응답 시간을 나타내었다. 또한, 순수 Pd 나노구조체는 현저한 베이스 라인 이동(drift)을 나타내지만 Pd0 . 5Pt0 .5 나노구조체는 어떠한 이동없이 본래 베이스 라인으로의 완벽한 복구를 나타내었다. Pd/Pt 2원금속 나노패턴의 상세한 감지 메커니즘은 도 13 부분들에서 설명된다.In addition, by measuring the maximum response amplitude [(ΔR / R a ) max (%)] for hydrogen gas at a wide range of concentrations (10 ppm to 10,000 ppm), Pd / Pt binary metal nanostructures and pure Pd nanostructures and Pt The sensitivity and limit of detection (LOD) of the nanostructures were investigated (Fig. 10b). Pd 0 . 66 Pt 0 .33 only can detect the hydrogen gas of 10 ppm to 1% ΔR / R a or more, which was not possible by the pure Pd and Pt nanostructures. In all hydrogen gas concentration ranges, the Pd / Pt binary metal nanostructure sensor exhibited higher response amplitudes than the pure Pd nanostructure sensor and the Pt nanostructure sensor. The real-time gas response data or resistance change is shown in Fig. 11A. To determine the improved adsorption / desorption rates of the bimetallic nanostructure, the response / recovery time of each sensor for 1% hydrogen gas (τ90%, time taken to reach 90% of the minimum / maximum resistance level) It was measured (c in Fig. 10). 5/188 seconds in the second 145/235 (pure Pd) (Pd 0. 66 Pt 0. 33) in accordance with Pt was added to the can clearly see that the response / recovery time is significantly improved, which is weaker than that of pure Pd and Pt It is 30 times / 1.25 times faster. In addition, Pd 0 . 5 Pt 0 .5 and the pure iterative hydrogen gas detection response behavior of the Pd nanostructure were measured to confirm the stability of the base line and the amplitude response (Fig. 10 d). Pd 0 . 5 Pt 0 .5 nanostructure sensors exhibit a rapid recovery to a few seconds of fast response to all the hydrogen gas exposure and the original baseline, in contrast, pure Pd nanostructure is slow response time and low recovery to the original baseline It was shown. In addition, pure Pd nanostructures exhibited significant baseline drift, but Pd 0 . 5 Pt 0 .5 nanostructure showed a complete recovery to the original baseline, without any movement. The detailed sensing mechanism of the Pd / Pt binary metal nanopattern is described in the parts of FIG. 13.

Pd/Au Pd / Au 2원금속Binary metal 물질을 함유하는 나노구조체 Nanostructures containing substances

다양한 조성비(Pd, Pd0 . 83Au0 .16, Pd0 . 66Au0 .33, 및 Pd0 . 5Au0 . 5)를 이용하여 Pd/Au 나노구조체의 2원금속 시너지 효과를 조사하였다(도 12). 도 12의 a에 나타낸 것과 같이, Pd/Au 나노구조체에서 Au 조성비의 증가에 따라 1% 수소 가스에 대한 응답 진폭이 감소하였고(Pd, Pd0 . 83Au0 .16, Pd0 . 66Au0 .33, Pd0 . 5Au0 .5 각각에 대해 ΔR/Ra ~1.7%, 1.6%, 1.5%, 1%), 이것은 상기 Pd/Pt 효과들과 반대 경향이다. 순수 Au는 수소 가스와 함께 하이드라이드 표면들을 형성할 능력이 없기 때문에, Pd/Au 센서의 감도는 Au 조성비가 증가함에 따라 감소하였고, 결국, 순수 Au 나노구조체는 반복적인 1% 수소 가스 노출에 대한 어떠한 저항 변화를 나타내지 않았다.Using a variety of composition ratios (Pd, Pd 0. 83 Au 0 .16, Pd 0. 66 Au 0 .33, and Pd 0. 5 Au 0. 5 ) was investigated. 2 won metal synergy of Pd / Au nanostructures (Figure 12). As shown in Figure 12 a, Pd / Au on the nanostructure was the response amplitude for a 1% hydrogen gas decreases with the increase in Au ratio (Pd, Pd 0. 83 Au 0 .16, Pd 0. 66 Au 0 .33, Pd 0. 5 Au ΔR / Ra ~ 1.7% for 0, 0.5, respectively 1.6%, 1.5%, 1%), which is opposite to the trend of the Pd / Pt effect. Since pure Au does not have the ability to form hydride surfaces with hydrogen gas, the sensitivity of the Pd / Au sensor decreases as the Au composition ratio increases, and eventually, pure Au nanostructures are exposed to repeated 1% hydrogen gas exposure. No resistance change was seen.

광범위한 농도(10 ppm 내지 10,000 ppm)에서 수소 가스에 대한 최대 응답 진폭을 측정하여, Pd/Au 2원금속 나노구조체의 감도와 LOD을 조사하였다(도 12의 b). 상기 모든 센서들은 Au 함량에 관계없이 상기 수소 가스의 낮은 농도(10 ppm)에 대해 유사한 응답 진폭을 나타내었다. 그러나, 100 ppm 범위 초과에서, Au 첨가(Pd0.5Au0.5)에 의해 응답 진폭이 약 4 배 감소되었다. 수소 가스의 다양한 농도에 대한 실시간 가스 응답 데이터를 도 11의 b에 나타내었다. 1% 수소 가스에 대한 각 센서들의 응답/복구 시간을 측정하였다(도 12의 c). 단지 소량의 Au 첨가(Pd0.83Au0.16)에 의해, 상기 2원금속 나노구조체의 응답 시간이 ~ 150 초에서 ~ 30 초까지 현저히 향상되었다. Pd/Au 나노구조체(Pd0 . 5Au0 . 5)에서 Au의 함량에 의해, 2 초 미만의 최소 응답 시간이 관찰되었고, 이것은 순수 Pd보다 75 배 더 빠른 것이다. 본 발명자들이 아는 한, 10 ppm LOD에서 Pd 기반 수소 가스 센서의 1% H2에서 2 초 미만의 초고속 응답 시간은 첫번째로 보고되는 것이다. 복구 시간의 관점에서, Pd/Au 2원금속 나노구조체는 Au가 높은 조성비로 첨가될 때까지 순수 Pd보다 향상된 복구 속도를 나타내지는 않았다. 그러나, 가장 빠른 응답 시간을 갖는 Pd/Au 채널(Pd0 . 5Au0 . 5)의 가장 좋은 조성비에 의해, 복구 시간은 ~ 200 초 범위에서 30 초로 급격하게 감소되었다. 도 12의 d는 반복적인 1% 수소 가스 노출에 대한 상기 Pd0 . 5Au0 .5 및 순수 Pd 나노구조체를 포함하는 센서의 응답 거동을 나타낸다. Pd0.5Au0.5는 모든 반복적인 수소 가스 노출에 대해 초고속 응답을 나타내었고 어떠한 이동 및 불안정한 반응없이, 본래 베이스 라인으로 완벽하게 복구되고, 이것은 도 10의 d에 나타낸 것과 같이 순수 Pd 나노 구조체를 포함하는 센서로는 달성될 수 없는 것이다.The sensitivity and LOD of the Pd / Au binary metal nanostructures were investigated by measuring the maximum response amplitude to hydrogen gas at a wide range of concentrations (10 ppm to 10,000 ppm) (FIG. 12B). All the sensors exhibited a similar response amplitude for the low concentration of the hydrogen gas (10 ppm) regardless of the Au content. However, above the 100 ppm range, the response amplitude was reduced by about 4 times by the addition of Au (Pd 0.5 Au 0.5 ). Real-time gas response data for various concentrations of hydrogen gas are shown in FIG. 11B. The response / recovery time of each sensor for 1% hydrogen gas was measured (c in FIG. 12). By adding only a small amount of Au (Pd 0.83 Au 0.16 ), the response time of the binary metal nanostructure was significantly improved from ~ 150 seconds to ~ 30 seconds. Pd / Au nanostructures (Pd 0. 5 Au 0. 5) is a minimum of 2 seconds response time of less than, by a content of Au was observed, this is more than 75 times as fast as pure Pd. As far as the inventors know, ultrafast response times of less than 2 seconds at 1% H2 of a Pd based hydrogen gas sensor at 10 ppm LOD are reported first. In terms of recovery time, Pd / Au binary metal nanostructures did not show an improved recovery rate over pure Pd until Au was added at a high composition ratio. However, the fastest Pd / Au channel having a response time by the best composition ratio of (Pd 0. 5 Au 0. 5), the recovery time was reduced to 30 seconds abruptly at to 200 sec. FIG. 12 d shows the above Pd 0 for repeated 1% hydrogen gas exposure . 0 Au 5 shows a response behavior of the sensor 0.5 and the pure water to Pd includes a nanostructure. Pd 0.5 Au 0.5 exhibited an ultra-fast response to all repetitive hydrogen gas exposures and completely restored to the original baseline, without any migration and unstable reaction, which contained pure Pd nanostructures as shown in Figure 10d. It cannot be achieved with sensors.

Pd 센서에 대한 Au와 Pt의 2원금속 시너지 효과들을 정밀하게 비교하기 위해, 1% 수소 가스 노출에 대한 상기 센서들의 최대 응답 진폭[(ΔR/Ra)max(%)] 및 응답 시간을 다양한 2원금속 조성비에 따라 동일한 그래프에서 플롯하였다 (도 13의 a 및 도 13의 b). 응답 진폭의 경우, Pt 비율이 0에서 0.5로 증가함에 따라 감도는 4 배로 급격하게 향상되었다. 대조적으로, 상기 Pd/Au 센서의 감도는 Au 조성비가 0.33에서 0.5로 증가함에 따라 감소되었다. 응답 시간의 경우, Pd/Pt 및 Pd/Au 2원금속 나노구조체 모두 각각 35 배 및 75 배로 현저하게 향상된 속도를 나타내었다. Pd/Pt 및 Pd/Au의 2원금속 그레인 간 구조의 개략도는 향상된 수소 가스 감지 메커니즘을 입증할 수 있다(도 13의 c 및 도 13의 d). 상기 Pd/Pt 2원금속 나노구조체의 경우, 흡착된 수소 원자들의 대부분은 상기 Pd/Pt 나노입자들의 Pd 코어와 Pt 쉘 사이의 계면 영역 부근에 위치되며, 이것은 상기 계면 경계가 상기 Pd/Pt 나노입자들의 하이드라이드 상의 형성에 중요한 역할을 하는 것을 나타낸다. 따라서, 더 많은 Pd/Pt 그레인 계면이 상기 나노구조체 내에서 형성되기 때문에 상기 Pd/Pt 나노구조체의 수소 가스 흡착 능력은 Pt 조성비가 0에서 0.5로 증가함에 따라 급격하게 증가한다(도 13의 c의 상부). Pd/Pt 2원금속 나노구조체에서 많은 양의 수소 가스 흡착 사이트들은 본 실시예에서 관찰된 것처럼 상기 센서들의 가스 응답이 증폭된다는 것을 의미한다. 이러한 관점에서, 2차 스퍼터링 현상에 기반된 본원의 나노구조체에는 2차 스퍼터링된 Pd 및 Pt가 매우 작은(< 5 nm) 그레인 크기로 균일하게 형성되기 때문에 나노구조체의 채널 내에서 많은 양의 Pd/Pt 그레인 계면들이 용이하게 형성된다. To accurately compare the binary metal synergistic effects of Au and Pt for the Pd sensor, the maximum response amplitudes of the sensors for 1% hydrogen gas exposure [(ΔR / R a ) max (%)] and response time were varied. It was plotted in the same graph according to the binary metal composition ratio (a in Fig. 13 and b in Fig. 13). For the response amplitude, the sensitivity improved sharply by 4 times as the Pt ratio increased from 0 to 0.5. In contrast, the sensitivity of the Pd / Au sensor decreased as the Au composition ratio increased from 0.33 to 0.5. For the response time, both the Pd / Pt and Pd / Au binary metal nanostructures exhibited significantly improved rates of 35 and 75, respectively. Schematic diagrams of the structure between Pd / Pt and Pd / Au binary metal grains can demonstrate an improved hydrogen gas sensing mechanism (c in FIG. 13 and d in FIG. 13). In the case of the Pd / Pt binary metal nanostructure, most of the adsorbed hydrogen atoms are located in the vicinity of the interface region between the Pd core and the Pt shell of the Pd / Pt nanoparticles, which means that the interface boundary is the Pd / Pt nano It shows that it plays an important role in the formation of the hydride phase of the particles. Therefore, since more Pd / Pt grain interfaces are formed in the nanostructure, the hydrogen gas adsorption capacity of the Pd / Pt nanostructure increases rapidly as the Pt composition ratio increases from 0 to 0.5 (Fig. 13c) Top). The large amount of hydrogen gas adsorption sites in the Pd / Pt binary metal nanostructures means that the gas response of the sensors is amplified as observed in this example. In this regard, the nanostructures of the present application based on the secondary sputtering phenomenon have a large amount of Pd / in the channel of the nanostructures because the secondary sputtered Pd and Pt are uniformly formed with very small (<5 nm) grain size. Pt grain interfaces are easily formed.

실시예Example 2 2

수소 가스의 흡착 사이트를 위한 상기 Pd/Pt 계면의 양은 재증착시키는 금속의 조성비를 효율적으로 제어할 수 있음을 확인하기 위해, 상기 실시예1과 동일한 방법으로 나노구조체를 제조하되, 2원금속 물질의 증착 횟수를 조절하여 나노구조체를 제조하였다(도 7). 도 7의 a는 상이한 횟수의 증착을 이용하여 동일한 2원금속 물질의 조성비(Pd0 . 55Pt0 . 33)를 갖는 Pd/Pt 전구체의 적층 구조의 개략도들을 나타낸다. Pd 20 nm/Pt 10 nm의 총 전구체 두께를 유지하면서 증착 횟수를 (i) 1 회, (ii) 2 회, 및 (iii) 4 회로 제어하였다. 개략도에 나타낸 것과 같이 증착 횟수가 증가함에 따라 이온충격의 패터닝 과정 후의 Pd/Pt 그레인의 계면이 증가하였다. 따라서, Pd/Pt 계면들의 양은 복수 회의 금속 물질의 증착에 의해 증가됨을 확인하였다. 상기 (i), (ii), 및 (iii)의 감지 성능을 살펴보면, Pd/Pt 계면들로부터의 증가된 수소 가스 흡착 능력으로 인해, 응답 진폭이 (i)에서 (iii)으로 갈수록 향상되었음을 확인하였다(도 7의 b 및 도 7의 c). 그러나, 지나치게 증가된 Pd/Pt 계면들로 인한 수소 가스 분자들의 강한 캡쳐로 인해 탈착 과정을 지연되어 복구 시간 또한 증가하였다. 이것은 매우 많은 양의 Pd/Pt 계면들이 느린 탈착 과정으로 인해센서에 적용함에 있어서 좋지 않을 수 있지만, 수소 가스 저장 응용 분야들에는 좋다는 것을 의미한다. 따라서, Pd/Pt 2원금속의 조성비를 조절하는 것이 중요하다.In order to confirm that the amount of the Pd / Pt interface for the adsorption site of hydrogen gas can effectively control the composition ratio of the metal to be redeposited, a nanostructure was prepared in the same manner as in Example 1, but a binary metal material A nanostructure was prepared by controlling the number of depositions of (FIG. 7). Figure 7 a is used to deposit a different number represents a schematic diagram of a lamination structure of Pd / Pt precursor having the composition ratio of the same two-won metal material (Pd 0. 55 Pt 0. 33). While maintaining the total precursor thickness of Pd 20 nm / Pt 10 nm, the number of depositions was controlled (i) 1 time, (ii) 2 times, and (iii) 4 times. As shown in the schematic diagram, as the number of depositions increased, the interface of the Pd / Pt grain after the patterning process of ion bombardment increased. Therefore, it was confirmed that the amount of Pd / Pt interfaces is increased by the deposition of the metal material multiple times. Looking at the sensing performance of (i), (ii), and (iii) above, it was confirmed that the response amplitude improved from (i) to (iii) due to the increased hydrogen gas adsorption capacity from the Pd / Pt interfaces. (Fig. 7b and Fig. 7c). However, due to the strong capture of hydrogen gas molecules due to the excessively increased Pd / Pt interfaces, the desorption process was delayed to increase recovery time. This means that very large amounts of Pd / Pt interfaces may not be good for sensor applications due to the slow desorption process, but good for hydrogen gas storage applications. Therefore, it is important to control the composition ratio of Pd / Pt binary metal.

Pd/Au 2원금속 구조의 경우, Au가 하이드라이드 표면을 형성할 능력이 없기 때문에 Pd/Au에서 Au 조성이 증가함에 따라 수소 흡착 능력은 감소된다. 따라서, Au 조성이 0.33에서 0.5로 증가함에 따라 상기 Pd/Au 나노구조체의 감도는 감소되고, 결국 순수 Au 라인의 경우 응답이 없었다(도 13의 c의 하단). 반면, 응답 시간의 관점에서, Pd/Pt와 Pd/Au 계면들에서 수소의 초고속 해리 과정으로 인해 2원금속 조성비가 0에서 0.5로 증가함에 따라 Pd/Pt와 Pd/Au 모두 현저하게 향상된 응답 속도를 나타내었다(도 13의 d). 이것은 흡착된 수소의 빠른 해리 과정은 추가적인 자유도를 생성하는 Pd/Au와 Pd/Pt 사이에 헤테로원자 결합들의 형성 때문이며, 흡착된 수소는 단지 몇 초의 응답 시간 내에 빠르게 해리되어 Pd-H 하이드라이드를 형성할 수 있다.In the case of the Pd / Au binary metal structure, the hydrogen adsorption capacity decreases as the Au composition increases in Pd / Au because Au does not have the ability to form a hydride surface. Therefore, as the Au composition increased from 0.33 to 0.5, the sensitivity of the Pd / Au nanostructure decreased, and there was no response in the case of the pure Au line (bottom of c in FIG. 13). On the other hand, in terms of response time, both the Pd / Pt and Pd / Au significantly improved response speed as the binary metal composition ratio increased from 0 to 0.5 due to the ultra-fast dissociation process of hydrogen at the Pd / Pt and Pd / Au interfaces. It was shown (d in Fig. 13). This is due to the formation of heteroatom bonds between Pd / Au and Pd / Pt, where the fast dissociation process of adsorbed hydrogen creates additional degrees of freedom, and the adsorbed hydrogen dissociates rapidly within a few seconds of response time to form Pd-H hydride. can do.

Pd/Pt 및 Pd/Au 2원금속 나노구조체 표면에서 수소 가스의 향상된 흡착/해리 에너지는 밀도 함수 이론(density functional theory, DFT) 시뮬레이션들을 사용하여 이론적으로 계산되었다(도 14). 도 14의 c와 도 14의 d 각각은 상기 Pd/Au 및 Pd/Pt 2원금속 구조들의 표면들 상에 H2 분자들의 클러스터 모델들과 흡착/탈착 에너지를 나타낸다. H2의 계산된 흡착/탈착 에너지는 Pd 표면(-12.73/-42.50 eV)에서 Pd/Pt(-52.93/-141.52 eV) 및 Pd/Au(-36.10/-82.70 eV)로 감소하는데, 이것은 약 4 배 더 낮은 에너지 장벽이다. 따라서, 빠르고 민감한 H2 감지를 위한 Pd/Pt와 Pd/Au의 2원금속 계면들의 우수한 촉매 특성들이 이론적인 DFT 시뮬레이션들을 통해 명확하게 증명된다. 상기 시뮬레이션들을 요약하면, Pd에 대한 Pt 및 Au 금속들의 우수한 시너지 효과에의해 현저하게 개선된 H2 LOD(~ 1ppm) 및 검출 속도(이전에 보고된 Pd 센서의 가장 빠른 H2 감지 속도)를 달성할 수 있다. 상기 효과들은 저에너지 플라즈마 충격으로 제조된 2원금속 나노패턴의 신규 모폴로지 특성들과 관련이 있으며, 다원금속을 이용한 나노구조체 기술은 회로 통합, 디바이스 구성 및 큰 면적 제조 공정의 가능성으로 인해 고성능 광전자공학 응용 분야들에 매우 적합하다는 것을 확인하였다.The enhanced adsorption / dissociation energy of hydrogen gas on the surface of Pd / Pt and Pd / Au binary metal nanostructures was theoretically calculated using density functional theory (DFT) simulations (FIG. 14). 14C and 14D, respectively, show cluster models of H 2 molecules and adsorption / desorption energy on the surfaces of the Pd / Au and Pd / Pt binary metal structures. The calculated adsorption / desorption energy of H 2 decreases from the Pd surface (-12.73 / -42.50 eV) to Pd / Pt (-52.93 / -141.52 eV) and Pd / Au (-36.10 / -82.70 eV), which is approximately It is a 4x lower energy barrier. Thus, excellent catalytic properties of the Pd / Pt and Pd / Au binary metal interfaces for fast and sensitive H 2 detection are clearly demonstrated through theoretical DFT simulations. Summarizing the above simulations, a remarkably improved H 2 LOD (~ 1 ppm) and detection rate (fastest H 2 detection rate of the previously reported Pd sensor) was achieved by the excellent synergistic effect of Pt and Au metals on Pd. can do. The above effects are related to the new morphological characteristics of the bimetallic nanopattern produced by low energy plasma impact, and the nanostructure technology using multimetal has high-performance optoelectronic applications due to the possibility of circuit integration, device configuration, and large area manufacturing process. It was confirmed that it is very suitable for the fields.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustrative purposes, and those skilled in the art to which the present application pertains will understand that it is possible to easily modify to other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the claims, which will be described later, rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present application.

Claims (32)

센싱물질을 함유하는 한 개 이상의 나노구조체의 배열
을 포함하는, 센서.
Arrangement of one or more nanostructures containing sensing material
Including, sensor.
제 1 항에 있어서,
상기 나노구조체의 형상은 라인 패턴, 격자 형상, 굴곡진 형상, 원기둥 형상, 사각기둥 형상, 역원뿔 형상, 직육면체 형상, 팽이 형상, 컵 형상 및 ㄷ자 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 센서.
According to claim 1,
The shape of the nanostructure is selected from the group consisting of a line pattern, a lattice shape, a curved shape, a cylindrical shape, a square pillar shape, an inverted cone shape, a cuboid shape, a top shape, a cup shape, and a U shape.
제 1 항에 있어서,
상기 나노구조체는, 기판에 대하여 30° 내지 90°로 기울어지거나, 기판에 대하여 상측일부가 30° 내지 90°로 접히도록 배열된 것인, 센서.
According to claim 1,
The nanostructure, the sensor is inclined to 30 ° to 90 ° with respect to the substrate, or is arranged so that the upper part of the substrate folded to 30 ° to 90 °.
제 1 항에 있어서,
상기 나노구조체의 형상은 라멜라(lamella) 형상 또는 나노포러스 실린더 형상인 것인, 센서.
According to claim 1,
The shape of the nanostructure is a lamella (lamella) shape or a nanoporous cylinder shape.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱물질의 그레인의 크기(grain size)는 100 nm 이하인 것인, 센서.
According to claim 1,
The sensor, the grain size (grain size) of the sensing material is less than 100 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱물질은 금속, 금속산화물, 금속황화물 및 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 센서.
According to claim 1,
The sensing material is one that is selected from the group consisting of metal, metal oxide, metal sulfide and polymer, the sensor.
제 5 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Au, Ag, Cu, Al, Ni, Pt, Pd, Sn, Mo, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, In, W, Ir 및 Si으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 금속을 포함하는 것인, 센서.
The method of claim 5,
The sensing material is at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, Ni, Pt, Pd, Sn, Mo, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, In, W, Ir and Si A sensor comprising metal.
제 5 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Au-Cu, Au-Pt, Au-Ni, Au-Ag, Au-Pd, Pd-Ag, Ni-Sn, Mo-Ni, Au-Al, Au-Sn, Au-Mo, Au-Ti, Au-Cr, Au-Mn, Au-Fe, Au-Co, Au-Zn, Au-In, Au-W, Au-Ir, Au-Si, Ag-Cu, Ag-Al, Ag-Ni, Ag-Pt, Ag-Pd, Ag-Sn, Ag-Mo, Ag-Ti, Ag-Cr, Ag-Mn, Ag-Fe, Ag-Zn, Ag-In, Ag-W, Ag-Ir 및 Ag-Si으로 이루어진 군에서 선택된 2원금속 물질 또는 Au-Ag-Cu, Au-Cu-Pt, Au-Ag-Pt, Au-Ag-Pd, Au-Cu-Pd, Ag-Cu-Pt 및 Ag-Cu-Pd으로 이루어진 군에서 선택된 3원 금속 물질을 포함하는 것인, 센서.
The method of claim 5,
The sensing material is Au-Cu, Au-Pt, Au-Ni, Au-Ag, Au-Pd, Pd-Ag, Ni-Sn, Mo-Ni, Au-Al, Au-Sn, Au-Mo, Au- Ti, Au-Cr, Au-Mn, Au-Fe, Au-Co, Au-Zn, Au-In, Au-W, Au-Ir, Au-Si, Ag-Cu, Ag-Al, Ag-Ni, Ag-Pt, Ag-Pd, Ag-Sn, Ag-Mo, Ag-Ti, Ag-Cr, Ag-Mn, Ag-Fe, Ag-Zn, Ag-In, Ag-W, Ag-Ir and Ag- Bimetallic material selected from the group consisting of Si or Au-Ag-Cu, Au-Cu-Pt, Au-Ag-Pt, Au-Ag-Pd, Au-Cu-Pd, Ag-Cu-Pt and Ag-Cu Sensor comprising a ternary metal material selected from the group consisting of -Pd.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Pd(1-a)/Aua, Pd(1-a)/Pta의 2원금속 물질 또는 Pd(1-b-c)/Aub/Nic의 3원 금속 물질을 포함하는 것이고,
0≤a≤0.5이고, 0≤b+c<1, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5인, 센서.
According to claim 1,
The sensing material includes a binary metal material of Pd (1-a) / Au a , Pd (1-a) / Pt a or a ternary metal material of Pd (1-bc) / Au b / Ni c ,
The sensor wherein 0≤a≤0.5, 0≤b + c <1, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱물질은 SnO2 (1-d)/WO3d, SnO2 (1-d)/CuOd의 이성분계 물질 또는 SnO2 (1-e-f)/WO3e/Auf, SnO2 (1-e-f)/WO3e/Ptf의 삼성분계 물질인 것을 포함하는 것이고,
0≤d≤0.5이고, 0≤e+f<1, 0≤e≤0.5, 0≤f≤0.5인, 센서.
According to claim 1,
The sensing material is a binary component of SnO 2 (1-d) / WO 3d , SnO 2 (1-d) / CuO d or SnO 2 (1-ef) / WO 3e / Au f , SnO 2 (1-ef ) / WO 3e / Pt f containing the substance of the Samsung-based,
A sensor wherein 0≤d≤0.5, 0≤e + f <1, 0≤e≤0.5, 0≤f≤0.5.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱물질은 기체 또는 액체를 감지(sensing)하는 것인, 센서.
According to claim 1,
The sensing material is a sensor for sensing a gas or a liquid.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱물질은 H2, CO, CO2, 수증기, O2, N2, 방향족 화합물 및 VOC로 이루어진 군에서 선택되는 것을 감지하는 것인, 센서.
According to claim 1,
The sensing material is to detect that selected from the group consisting of H 2 , CO, CO 2 , water vapor, O 2 , N 2 , aromatic compounds and VOC, the sensor.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱물질은 혈액, 생체 분자, 균, 아세톤 또는 알코올류를 감지하는 것인, 센서.
According to claim 1,
The sensing material is to detect blood, biomolecules, bacteria, acetone or alcohols.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱물질 그레인의 크기는 100 nm 이하, 그레인 계면갭(grain interface gap)은 50 nm 이하이고,
상기 나노구조체의 종횡비는 1 이상, 선폭은 50 nm 이하인 것인, 센서.
According to claim 1,
The size of the sensing material grain is 100 nm or less, and the grain interface gap is 50 nm or less,
The aspect ratio of the nanostructure is 1 or more, the line width is 50 nm or less, the sensor.
제 1 항에 있어서,
상기 나노구조체는 수소 기체 또는 황화수소 기체의 감지 시 △R/Ra은 1% 이상이고, 응답 시간(Response time)은 100 초 미만이고, 복구 시간(Recovery time)은 200 초 미만인 것인, 센서.
According to claim 1,
In the nanostructure, when sensing hydrogen gas or hydrogen sulfide gas, ΔR / R a is 1% or more, a response time is less than 100 seconds, and a recovery time is less than 200 seconds.
(a) 제 1 프리패턴이 형성된 기판에 센싱물질을 증착하고,
(b) 이온식각공정을 통해 상기 센싱물질을 제 1 프리패턴의 측면에 재증착하여 제 1 나노패턴을 형성하고,
(c) 이온식각공정을 통해 상기 제 1 프리패턴을 제거하는 것
을 포함하는, 센서의 제조 방법.
(a) depositing a sensing material on the substrate on which the first pre-pattern is formed,
(b) re-depositing the sensing material on the side surface of the first pre-pattern through an ion etching process to form a first nano-pattern,
(c) removing the first prepattern through an ion etching process
A method of manufacturing a sensor comprising a.
제 16 항에 있어서,
(d) 상기 (c) 이후, 상기 제 1 나노패턴이 형성된 기판 상에 상기 제 1 나노패턴과 각도를 달리하여 제 2 프리패턴을 형성한 다음, 상기 기판 상에 센싱물질을 증착하고,
(e) 이온식각공정을 통해 상기 센싱물질을 제 2 프리패턴의 측면에 재증착하여 제 2 나노패턴을 형성하고,
(f) 이온식각을 통해 제 2 프리패턴을 제거하는 것을 포함하는, 센서의 제조 방법.
The method of claim 16,
(d) After (c), a second prepattern is formed on the substrate on which the first nanopattern is formed at a different angle from the first nanopattern, and then a sensing material is deposited on the substrate,
(e) re-depositing the sensing material on the side surface of the second pre-pattern through an ion etching process to form a second nano-pattern,
(f) removing the second pre-pattern through ion etching.
(a) 기판에 형성된 프리패턴의 일측면을 1분 내지 30분간, 30° 내지 50°의 각도로 비대칭 식각하여 프리패턴의 경사각을 조절하고,
(b) 프리패턴이 형성되지 않은 부분을 제거하여 기판을 노출시키고,
(c) 상기 경사각이 조절된 프리패턴 상에 센싱물질을 증착하고,
(d) 상기 프리패턴을 제거하여, 기판에 대하여 30° 내지 90° 기울어진 나노구조체를 수득하는 것
을 포함하는, 센서의 제조 방법.
(a) adjusting the inclination angle of the prepattern by asymmetrically etching one side surface of the prepattern formed on the substrate at an angle of 30 ° to 50 ° for 1 minute to 30 minutes,
(b) removing the portion where the pre-pattern is not formed to expose the substrate,
(c) depositing a sensing material on the pre-pattern in which the inclination angle is adjusted,
(d) removing the pre-pattern to obtain a nanostructure inclined 30 ° to 90 ° with respect to the substrate
A method of manufacturing a sensor comprising a.
(a) 기판에 형성된 프리패턴의 일측면을 1분 내지 30분간, 50° 내지 80°의 각도로 비대칭 식각하여 프리패턴의 경사각을 조절하고,
(b) 프리패턴이 형성되지 않은 부분을 제거하여 기판을 노출시키고,
(c) 상기 경사각이 조절된 프리패턴 상에 센싱물질을 증착하고,
(d) 상기 프리패턴을 제거하여, 기판에 대하여 상측일부가 30° 내지 90°로 접힌 나노구조체를 수득하는 것
을 포함하는, 센서의 제조 방법.
(a) adjusting the inclination angle of the prepattern by asymmetrically etching one side of the prepattern formed on the substrate at an angle of 50 ° to 80 ° for 1 minute to 30 minutes,
(b) removing the portion where the pre-pattern is not formed to expose the substrate,
(c) depositing a sensing material on the pre-pattern in which the inclination angle is adjusted,
(d) removing the pre-pattern, thereby obtaining a nanostructure in which an upper part of the substrate is folded at 30 ° to 90 °
A method of manufacturing a sensor comprising a.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 프리패턴은, 기판에 블록공중합체 패턴을 형성한 후, 이온식각공정을 통해 상기 블록공중합체의 일부 고분자를 제거함으로써 형성되는 것인, 센서의 제조 방법.
The method of claim 16,
The first pre-pattern is formed by removing a part of the polymer of the block copolymer through an ion etching process after forming a block copolymer pattern on the substrate, the method of manufacturing the sensor.
제 20 항에 있어서,
상기 블록공중합체는 PS-b-PMMA이고,
상기 PS-b-PMMA 블록공중합체가 270 kg/mol 내지 280 kg/mol이고, 상기 제 1 프리패턴은 라멜라 형상이며,
상기 PS-b-PMMA 블록공중합체가 65 kg/mol 내지 140 kg/mol이고, 상기 제 1 프리패턴은 나노포러스 실린더 형상인 것인, 센서의 제조 방법.
The method of claim 20,
The block copolymer is PS-b-PMMA,
The PS-b-PMMA block copolymer is 270 kg / mol to 280 kg / mol, and the first prepattern is in a lamellar shape,
The PS-b-PMMA block copolymer is 65 kg / mol to 140 kg / mol, and the first pre-pattern is a nanoporous cylinder shape.
제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱물질은 금속, 금속산화물, 금속황화물 및 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 센서의 제조 방법.
The method according to any one of claims 16 to 19,
The sensing material is selected from the group consisting of metal, metal oxide, metal sulfide and polymer, the method of manufacturing the sensor.
제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Au, Ag, Cu, Al, Ni, Pt, Pd, Sn, Mo, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, In, W, Ir 및 Si으로 이루어진 군에서 선택되 1 종 이상의 금속을 포함하는 것인, 센서의 제조 방법.
The method according to any one of claims 16 to 19,
The sensing material is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, Ni, Pt, Pd, Sn, Mo, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, In, W, Ir and Si. A method of manufacturing a sensor comprising metal.
제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Pd, Pt Au, 및 Ni으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상이고,
상기 Pd, Pt Au, 및 Ni으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 차례로 기판에 증착하고,
이온식각공정을 통해 상기 증착된 센싱물질 각 층을 상기 제 1 프리패턴의 측면에 재증착하는 것인, 센서의 제조 방법.
The method according to any one of claims 16 to 19,
The sensing material is at least one selected from the group consisting of Pd, Pt Au, and Ni,
One or more selected from the group consisting of the Pd, Pt Au, and Ni are sequentially deposited on a substrate,
A method of manufacturing a sensor, wherein each layer of the deposited sensing material is redeposited on a side surface of the first prepattern through an ion etching process.
제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Pd(1-a)/Aua, Pd(1-a)/Pta의 이성분계 물질 또는 Pd(1-b-c)/Aub/Nic의 삼성분계 물질을 포함하는 것이고,
0≤a≤0.5이고, 0≤b+c<1, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5인, 센서의 제조 방법.
The method according to any one of claims 16 to 19,
The sensing material includes a binary component of Pd (1-a) / Au a , Pd (1-a) / Pt a or a ternary material of Pd (1-bc) / Au b / Ni c ,
0≤a≤0.5, 0≤b + c <1, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5, the manufacturing method of the sensor.
제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Sn, W Cu, 및 Au으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상이고,
상기 Sn, W Cu, 및 Au으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 차례로 기판에 증착하고,
이온식각공정을 통해 상기 증착된 센싱물질 각 층을 상기 제 1 프리패턴의 측면에 재증착하여 상기 제 1 나노패턴을 형성하고,
이온식각공정을 통해 상기 제 1 프리패턴을 제거하고, 상기 제 1 나노패턴을 어닐링하는 것을 포함하는, 센서의 제조 방법.
The method according to any one of claims 16 to 19,
The sensing material is one or more selected from the group consisting of Sn, W Cu, and Au,
One or more selected from the group consisting of the Sn, W Cu, and Au are sequentially deposited on a substrate,
Each layer of the deposited sensing material is redeposited on the side surface of the first pre-pattern through an ion etching process to form the first nano-pattern,
And removing the first pre-pattern through an ion etching process and annealing the first nano-pattern.
제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱물질은 SnO2 (1-d)/WO3d, SnO2 (1-d)/CuOd의 이성분계 물질 또는 SnO2 (1-e-f)/WO3e/Auf, SnO2 (1-e-f)/WO3e/Ptf의 삼성분계 물질을 포함하는 것이고,
0≤d≤0.5이고, 0≤e+f<1, 0≤e≤0.5, 0≤f≤0.5인, 센서의 제조 방법.
The method according to any one of claims 16 to 19,
The sensing material is a binary component of SnO 2 (1-d) / WO 3d , SnO 2 (1-d) / CuO d or SnO 2 (1-ef) / WO 3e / Au f , SnO 2 (1-ef ) / WO 3e / Pt f contains the ternary substance,
0≤d≤0.5, 0≤e + f <1, 0≤e≤0.5, 0≤f≤0.5, the manufacturing method of the sensor.
제 24 항 내지 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱물질의 증착에 있어서, 증착시키는 순서, 증착 두께 또는 증착 횟수를 조절하거나,
증착 이후의 이온식각공정의 각도 또는 이온식각공정의 시간 조절을 통해, 재증착되는 센싱물질의 성분, 함량비 또는 형태를 변화시킬 수 있는 것인, 센서의 제조 방법.
The method of any one of claims 24 to 27,
In the deposition of the sensing material, the order of deposition, the deposition thickness or the number of deposition is controlled,
A method of manufacturing a sensor that can change a component, a content ratio, or a form of a sensing material to be redeposited by adjusting an angle of an ion etching process after deposition or time of an ion etching process.
제 28 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Pd/Au/Ni이고,
Au-Ni-Pd 순서로 기판에 증착하되, 상기 증착 두께를 5 nm 내지 10 nm로 조절함으로써, 층상 구조의 삼성분계 물질을 포함하는 제 1 나노패턴을 형성하는 것인, 센서의 제조 방법.
The method of claim 28,
The sensing material is Pd / Au / Ni,
A method of manufacturing a sensor, which deposits on a substrate in the order of Au-Ni-Pd, and forms the first nanopattern containing a ternary structured ternary material by adjusting the deposition thickness to 5 nm to 10 nm.
제 28 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Pd/Au/Ni이고,
Au-Ni-Pd 순서로 기판에 증착하되, 상기 증착 두께를 5 nm 미만으로 조절함으로써, 균일하게 혼합된 형상의 삼성분계 물질을 포함하는 제 1 나노패턴을 형성하는 것인, 센서의 제조 방법.
The method of claim 28,
The sensing material is Pd / Au / Ni,
A method of manufacturing a sensor, which deposits on a substrate in the order of Au-Ni-Pd, and controls the deposition thickness to less than 5 nm to form a first nanopattern containing a ternary material of uniformly mixed shape.
제 28 항에 있어서,
상기 센싱물질은 Pd/Au/Ni이고,
Au-Ni-Pd-Ni-Au 순서로 기판에 증착하되, 상기 증착 두께를 5 nm 내지 10 nm로 조절함으로써, 코어-쉘 형상의 삼성분계 물질을 포함하는 제 1 나노패턴을 형성하는 것인, 센서의 제조 방법.
The method of claim 28,
The sensing material is Pd / Au / Ni,
Depositing on the substrate in the order of Au-Ni-Pd-Ni-Au, by adjusting the deposition thickness to 5 nm to 10 nm, to form a first nano-pattern containing a core-shell-shaped ternary material, Method of manufacturing the sensor.
제 16 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱물질은 H2, CO, CO2, 수증기, O2, N2, 방향족 화합물 및 VOC로 이루어진 군에서 선택되는 것을 감지하는 것인, 센서의 제조 방법.
The method according to any one of claims 16 to 31,
The sensing material is to detect what is selected from the group consisting of H 2 , CO, CO 2 , water vapor, O 2 , N 2 , aromatic compounds and VOC, the method of manufacturing the sensor.
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