KR20220018887A - 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 및 나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법 - Google Patents

나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 및 나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착되어 있는 나노 구조물은, 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈을 구비하는 기판; 상기 상부 표면 상에 배치되되, 상기 홈의 개구부 중 일부를 커버하고 상기 일부를 제외한 나머지 부분은 커버하지 않는 절연층; 상기 절연층 상에 배치되는 나노 구조물; 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 절연층의 상면의 일부분에 증착되는 제 1 도전체; 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체를 포함하되, 상기 기판의 홈의 개구부의 넓이는, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체의 넓이보다 넓을 수 있다.

Description

나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 및 나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법{NANO STRUCTURE WITH SELECTIVELY DEPOSITED NANO MATERIALS AND METHOD FOR SELECTIVE DEPOSITION OF NANOMATERIALS ON NANO STRUCTURE}
본 발명은 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 및 나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법에 관한 것이다.
현재, 공중 부유형 나노 구조물에 물질을 선택적으로 코팅에 사용할 수 있는 방법은 포토리소그래피(Photolithography) 방법이 있다.
포토리소그래피를 이용하는 방법은 공중 부유형 나노 구조물에 빛에 반응하는 감광성 고분자 물질(Photoresist)을 도포하여 빛을 조사하는 것을 통해, 조사된 부위에 따라 원하는 패턴을 형성하는 방법이며, 이때, 조사되는 부위는 포토 마스크(Photomask)를 이용해 선택적으로 조사할 수 있다.
하지만, 포토리소그래피를 이용하는 방법은, 포토마스크의 패턴 사이즈(통상 1 마이크로미터 이상)가 나노 구조물 (직경 100 nm 로 가정)에 비해 최소 10배 이상 크기 때문에 공중부유형 나노 구조물이 형성되어 있는 기판(substrate)에 필연적으로 빛이 조사될 수밖에 없어 공중부유형 나노 구조물에 선택적으로 기능성 물질을 코팅할 수 없다. 특히 공중부유형 나노 구조물에 전도성 또는 반도체성 물질과 같은 기능성 물질을 코팅하여 이들 물질의 저항 측정을 이용하는 센서의 경우, 기판 표면에 부가적으로 코팅된 기능성 물질을 통해 전기적 연결이 이루어져 실제 공중부유형 나노 구조물을 통한 전기 신호 검출이 불가능해진다. 또한 마스크 패턴의 크기가 나노 구조물과 크기와 동일하거나 또는 작을 경우에도, 포토마스크의 모든 패턴을 기판 상의 모든 나노 구조물의 위치에 정확히 정렬(Align)하는 것은 현재 기술로 불가능하다.
따라서, 공중부유형 나노 구조물의 하단 기판 표면에 기능성 물질이 코팅이 되지 않게 하기 위해서는 구조물의 하단과 기판 표면 사이에 소정의 포토레지스트를 남겨 놓아야 한다. 이럴 경우, 포토레지스트 층의 상단 일부분에 빛을 조사하고 조사된 부분을 선택적으로 현상(Develop)하는 공정을 수행하는 것은 매우 어려우며, 특히 나노 구조물이 복잡하거나 사이즈가 작을수록 공정의 난이도는 증가하게 된다.
또한, 포토리소그래피를 이용하는 방법에서 사용할 수 있는 포토레지스트의 종류는 포지티브 포토레지스트(Positive photoresist)로 한정되는데, 이로 인하여 포토레지스트 현상(Develop) 공정이 성공하더라도 포지티브 포토레지스트의 특성으로 인하여 포토레지스트가 잘 지워지지 않고, 포토레지스트를 지우는 과정에서 코팅물질이 바닥 면에 그대로 가라앉아 바닥 면에도 코팅이 되는 문제점이 발생하고 있는 실정이다.
한국등록특허공보, 10-1302058호 (2013.08.19. 등록)
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 및 나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법을 제공하는 것이다.
또한, 이러한 나노 물질이 선택적으로 증착되어 있는 나노 구조물 및 나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법을 통해 나노 구조물상에 제 1 도전체가 전극으로써 증착된 후에 나노 구조물 상에 선택적으로 제 2 도전체를 증착시킬 수 있는 것 등이 본 발명의 해결하고자 하는 과제에 포함될 수 있다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물은, 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈을 구비하는 기판; 상기 상부 표면 상에 배치되되, 상기 홈의 개구부 중 일부를 커버하고 상기일부를 제외한 나머지 부분은 커버하지 않는 절연층; 상기 절연층 상에 배치되는 나노 구조물; 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 절연층의 상면의 일부분에 증착되는 제 1 도전체; 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체를 포함하되, 상기 기판의 홈의 개구부의 넓이는, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체의 넓이보다 넓을 수 있다.
또한, 상기 기판의 홈의 개구부의 넓이는, 상기 홈의 바닥면의 넓이와 동일하거나 상기 홈의 바닥면의 넓이보다 넓을 수 있다.
또한, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착되는 제 2 도전체는, 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체와 서로 절연될 수 있다.
또한, 상기 절연층이 커버하는 상기 홈의 개구부 중 일부는, 상기 홈의 개구부의 가장자리일 수 있다.
또한, 상기 나노 구조물은, 상기 절연층 상에 배치되는 기둥부; 및 상기 기둥부에 의해 지지되며 상기 홈의 개구부를 가로지르도록 배치되는 나노 와이어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노 구조물은 상기 기둥부를 2개 포함하고, 상기 나노 와이어의 양단은, 상기 2개의 기둥부 각각에 의해서 지지될 수 있다.
일 실시예에 따른 나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법은, 절연층이 형성되어 있는 기판의 상부 표면 상에, 소정의 개구부를 갖는 홈을 요입 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 나노 구조물을 형성하는 단계; 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 절연층의 상면의 일부분에 제 1 도전체를 증착하는 단계; 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 제 2 도전체를 증착하는 단계를 포함하되, 상기 기판의 홈의 개구부의 넓이는, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체의 넓이보다 넓을 수 있다.
또한, 상기 기판의 홈의 개구부의 넓이는, 상기 홈의 바닥면의 넓이와 동일하거나 상기 홈의 바닥면의 넓이보다 넓을 수 있다.
또한, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착되는 제 2 도전체는, 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체와 서로 절연될 수 있다.
또한, 상기 절연층이 커버하는 상기 홈의 개구부 중 일부는, 상기 홈의 개구부의 가장자리일 수 있다.
또한, 상기 나노 구조물을 형성하는 단계는, 상기 절연층 상에 기둥부를 형성하는 단계; 및 상기 기둥부에 의해 지지되며 상기 홈의 개구부를 가로지르도록 나노 와이어를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노 구조물을 형성하는 단계는, 상기 절연층 상에 상기 기둥부를 2개 형성하고, 상기 나노 와이어 양단은, 상기 2개의 기둥부 각각에 의해서 지지될 수 있다.
일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착되어 있는 나노 구조물은 기판의 홈의 개구부의 넓이 또는 기판의 홈의 개구부 중 절연층이 커버하지 않는 나머지 부분의 넓이는, 나노 구조물의 표면 중 일부 및 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체의 넓이보다 넓기 때문에 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착되는 제 2 도전체는, 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체와 서로 절연될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물의 단면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 의 단면도이다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 나노 구조물의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법에 관한 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법을 도시한 일 공정도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 기판을 등방식각하는 것을 설명하기 위한 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 일 실시예에 따른 기판에 형성된 홈 형태의 개구부를 사이로 증착 된 나노 물질이 단절됨을 보여주기 위한 주사전자현미경 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물(100)의 단면도이고, 도 2는 다른 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물의 단면도이고, 도 3은 또 다른 실시에에 따른 나노 구조물의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 (100)은 기판(110), 절연층(120), 나노 구조물(130), 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3) 및 제 2 도전체(150-1, 150-2, 150-3)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(110)은 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부(110-1)를 갖는 홈(115)을 구비할 수 있다.
이때, 기판(110)의 홈의 개구부(110-1)의 넓이는 후술할 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체(150-2)보다 넓을 수 있다.
기판(110)은 후술할 나노 구조물(130)(기둥부 및 나노와이어 포함)을 물리적으로 지지하는 지지체의 역할을 수행할 수 있다. 나아가, 기판(110)의 상부에는 후술할 나노 구조물(130)을 통해 검출되는 전류 또는 전압에 영향을 미치지 않도록 적어도 그 표면에 후술할 절연층(또는 절연막)(120)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 사파이어, quartz 기판과 같이 등방성 식각이 가능한 절연기판일 수 있다.
상세하게, 기판(110)은 웨이퍼 또는 필름(film)의 형상일 수 있으며, 물성적으로, 기판은 리지드 기판 또는 플렉시블 기판일 수 있다. 결정학적으로, 기판은 단결정체, 다결정체 또는 비정질체이거나, 결정상과 비정질상이 혼재된 혼합상일 수 있다. 기판이 둘 이상의 층이 적층된 적층기판일 경우, 각 층은 서로 독립적으로 단결정체, 다결정체, 비정질체 또는 혼합상일 수 있다.
물질적으로, 기판(110)은 반도체를 포함하는 무기 기판일 수 있다. 이러한 기판(110)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘게르마늄(SiGe)을 포함하는 4족 반도체; 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP) 또는 갈륨인(GaP)을 포함하는 3-5족 반도체; 황화카드뮴(CdS) 또는 텔루르화아연(ZnTe)을 포함하는 2-6족 반도체; 황화납(PbS)을 포함하는 4-6족 반도체; 또는 이들에서 선택된 둘 이상의 물질이 각 층을 이루며 적층된 적층기판을 들 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 기판(110)은 그 표면에 후술할 절연층(120)이 구비될 수 있다.
절연층(120)은 상기 기판(110)의 상부 표면 상에 배치되되, 상기 기판(110)의 홈(115)의 개구부(110-1) 중 일부(110-2)만을 커버하고, 상기 일부를 제외한 나머지 부분(110-3)은 커버하지 않을 수 있다.
여기서, 절연층(120)이 커버하지 않는 상기 나머지 부분(110-3)은, 기판(110)의 홈(115)의 바닥면(110-4)의 넓이와 동일하거나, 홈(115)의 바닥면(110-4)의 넓이보다 좁을 수 있다.
또한, 절연층(120)이 커버하지 않는 상기 나머지 부분(110-3)의 넓이는 후술할 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-1)의 일부에 증착된 제 2 도전체(150-1) 및 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체(150-2) 의 넓이보다 좁을 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 절연층(120)이 커버하지 않는 상기 나머지 부분(110-3)의 넓이는 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-1)의 일부에 증착된 제 2 도전체(150-1) 및 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체(150-2) 의 넓이보다 넓을 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하여 살펴보면 절연층(120)이 커버하지 않는 상기 나머지 부분(110-3)의 넓이는 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체(150-2)의 넓이 보다 넓을 수 있으며, 이 경우에는 기판(110)의 홈의 개구부(110-1)의 넓이가 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체(150-2)의 넓이 보다 넓을 수 있다.
절연층(120)이 커버하는 기판(110)의 홈(115)의 개구부(110-1) 중 일부(110-2)는 개구부(110-1)의 가장자리일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예에 따른 절연층(120)은 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition), 또는 스퍼터링 (sputtering) 및 플라즈마 화학 기상 증착법 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등의 증착법 등 통상적으로 사용되는 방법을 통해 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 절연층(120)은 열산화 방법을 통해 형성될 수 있다. 비 한정적인 일 구체예로, 절연층(120)은 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 바륨-타이타늄 복합산화물, 이트륨 산화물, 텅스텐 산화물, 탄탈륨 산화물, 아연 산화물, 타이타늄 산화물, 주석 산화물, 바륨-지르코늄 복합산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시나이트라이드, 지르코늄 실리케이트, 하프늄 실리케이트, 이들의 혼합물(mixture) 또는 이들의 복합물(composite) 등일 수 있다.
나노 구조물(130)은 절연층(120) 상에 배치될 수 있으며, 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2) 및 나노 와이어(130-3)를 포함할 수 있으며, 나노 구조물(130)은 탄소(C, Carbon)로 구성될 수 있다.
복수 개의 기둥부(130-1, 130-2)는 제 1 기둥부(130-1) 및 제 2 기둥부(130-2)를 포함할 수 있으며, 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2)는 각각 적어도 2개의 슬로프면(또는 경사진 면)을 가지고 있다.
나노 와이어(130-3)는 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2) 각각에 의해 지지되며, 기판(110)의 홈(115)의 개구부(110-1)를 가로지르도록 배치될 수 있으며, 나노 와이어(130-3)의 양단은 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2) 각각에 의해서 지지될 수 있다.
한편, 나노 구조물(130)은 공중 부유형 구조물로서, 나노 또는 마이크로 구조물일 수 있으며, 예를 들어 와이어, 메쉬, 빔, 플레이트등에 의해 형성될 수 있으나, 나노 구조물(130)을 형성하는 물질의 종류 및 나노 구조물의 사이즈는 이에 한정되지 않는다.
제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3)는 나노 구조물(130)의 표면 중 일부(140-1, 140-2), 절연층(120)의 상면의 일부분(140-3)에 증착될 수 있다.
여기서, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착되는 제 1 도전체(140-1, 140-2)는 나노 구조물(130)의 상부 중 일부에 도전체(140-1)가 증착되고, 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2) 각각에서 기판(110)의 개구부(110-1)를 향하는 방향의 슬로프면에 제 1 도전체(140-2)가 증착될 수 있다.
이러한, 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3)는 전극으로 사용될 수 있도록 전류를 공급할 수 있는 물질로써 전도성 물질일 수 있으며, 예를 들어 금(Au)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제 2 도전체(150-1, 150-2, 150-3)은 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-1)의 일부(150-1), 나노 구조물(130)의 표면 중 일부(150-2) 및 홈(115)의 바닥면(110-4) 중에서 절연층(120)이 커버하지 않는 개구부(110-1)에 수직 대향하는 부분에 증착(150-3)될 수 있다.
한편, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-1)의 일부에 증착되는 제 2 도전체(150-1) 및 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착되는 제 2 도전체(150-2)는 홈(115)의 바닥면(110-4) 중에서 절연층(120)이 커버하지 않는 개구부(110-1)에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체(150-3)와 서로 절연되어 있을 수 있다.
이와 같이, 도 1 내지 도 2에 도시된 나노 구조물(130) 상에는 제 2 도전체(150-1, 150-2, 150-3)가 증착될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하여 살펴보면 나노 구조물(130)의 표면에 증착된 제 2 도전체(150-1, 150-2)의 넓이가 기판(110)의 홈(115)의 개구부(110-1)의 넓이보다 넓을 경우, 홈(115)의 바닥면(110-4)에 증착되는 제 2 도전체(150-3)가 홈(115)의 바닥면(110-4)뿐만 아니라 홈(115) 전체에 증착 되면서, 홈의 바닥면(110-4)에 전류가 흐르게 되어, 나노 구조물(130) 상에 제 2 도전체(150-1) 및 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착되는 제 2 도전체(150-2)가 증착될 수 없는 것을 확인할 수 있다.
다시 도 1을 참조하여, 제 2 도전체(150-1, 150-2, 150-3)는 전도성 물질, 촉매 물질, 발광소자 및 센서 물질 중 적어도 하나의 물질일 수 있으며, 센서 물질일 경우, 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 제 2 도전체(150-1, 150-2, 150-3)는 나노 물질로서, 나노파티클(nanoparticle), 나노로드(nanorod), 나노필름(nanofilm), CNT 및 QD 중 적어도 하나의 물질일 수 있으며, 이러한 제 2 도전체는 Evaporation, Sputtering, CVD, oxidation, spray coating, drop coating, dip coating 등의 증착 방법을 통해 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 (100)의 일부에 증착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 (100)은 나노 구조물(130)상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1) 및 제 2 도전체(150-1, 150-2)를 이용하여 센서로 사용할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 나노 구조물(100) 위의 나노 물질 선택적 증착 방법 에 관한 구성도이다. 또한, 이러한 공정은 사람 또는 제조장치에 의해 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 먼저 절연층이 형성되어 있는 기판(110)의 상부 표면 상에 소정의 개구부(110-1)를 갖는 홈(115)을 요입 형성할 수 있다(단계 S100).
이후, 절연층(120) 상에 나노 구조물(130)을 형성할 수 있다(단계 S200).
이후, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부(140-2) 및 절연층(120)의 상면의 일부분(140-1)에 제 1 도전체를 증착할 수 있다(단계 S300).
이때, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-1)는 전극영역으로 사용될 수 있다.
이후, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-1)의 일부(150-1), 나노 구조물(130)의 표면 중 일부(150-2) 및 홈(115)의 바닥면(110-4) 중에서 절연층(120)이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 제 2 도전체(150-1, 150-2, 150-3)를 증착할 수 있다(단계 S400).
이때, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-1)의 일부(150-1)에 증착되는 제 2 도전체(150-1) 및 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착되는 제 2 도전체(150-2)는 홈(115)의 바닥면(110-4) 중에서 절연층(120)이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체(150-3)와 서로 절연되어 있을 수 있다.
한편, 기판의 홈의 개구부의 넓이는, 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체(150-1) 및 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체(150-2)의 넓이보다 넓을 수 있다.
보다 상세하게, 일 실시예 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 (100) 제조 방법을 도 4를 통해 설명하도록 한다. 도 4는 일 실시예에 따른 나노 구조물(100) 위의 나노 물질 선택적 증착 방법을 도시한 일 공정도이다. 또한, 이러한 공정은 사람 또는 제조장치에 의해 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 먼저 1) 기판(110)을 마련하고, 2) 기판(110)을 산화시켜 절연층(120)을 형성할 수 있다.
이때, 기판(110)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있으며, 절연층(120)은 실리콘 산화막(SiO2)일 수 있다.
이후, 3) 절연층(120) 상부에 제 1 포토레지스트를 코팅(예를 들어, 스핀 코팅(spin coating))하고, 4), 5) 제 1 포토 마스크를 이용하여 UV 노광을 수행함에 따라, 소정의 중심 영역의 제 1 포토레지스트를 제거할 수 있다.
여기서, 제 1 포토레지스트는 네거티브 포토레지스트일 수 있다.
6) BOE(Buffered oxide etchant) 에칭을 수행하여 소정의 중심 영역에 위치한 절연층을 제거하고, 7) 소정의 중심영역을 제외한 영역에 코팅되어 있는 제 1 포토레지스트를 제거하고, 적어도 하나 이상의 가스를 이용하여 기판(110)을 식각할 수 있다.
즉, 6) 및 7) 단계를 통해 절연층(실리콘 산화막(SiO2))과 기판(실리콘(Si))을 각각 등방식각할 수 있다. 7) 단계에서 기판을 식각하는 속도가 절연층(120)을 식각하는 속도보다 상대적으로 매우 빠르면 개구부(110-1) 가장자리의 절연층 하단으로 기판 식각이 이루어질 수 있다.
보다 상세하게, 도 5를 참조하면, 7) 단계에서, 절연층(SiO2) 하단으로 기판(Si)의 등방성 식각이 이루어지며, 등방성 식각이 이루어진 기판(실리콘(Si))의 옆면이 곡선으로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있다.
이때, 7) 단계에서 기판(110)을 식각하는데 사용되는 가스는 육플루오린화 황(SF6) 및 옥타플루오로사이클로뷰테인(C4F8) 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 8) 제 2 포토레지스트를 코팅(예를 들어, SU-8 네거티프 포토레지스트를 스핀 코팅(spin coating))할 수 있다. 이때, 제 2 포토레지스트는 기판이 식각된 부분까지 제 2 포토레지스트가 코팅될 수 있다.
한편, 8) 단계에서 사용되는 제 2 포토레지스트는 SU-8 포토레지스트로서, 제 1 포토레지스트와 동일한 네거티브 포토레지스트이지만, 열분해를 통하여 카본의 변성되는 폴리머 구조, 즉 나노 구조물을 생성하기 위해서만 사용할 수 있다.
그 다음, 9) 제 2 포토 마스크를 이용하여 UV 노광을 수행하고(포토레지스트 상단부에서 기판까지 polymer의 cross-linking이 이루어지도록 할 수 있음), 10) 제 3 포토 마스크를 이용하여 UV노광을 수행함에 따라 절연층(120)에 배치된 2개의 기둥부(포토레지스트 기둥부일 수 있음)와, 2개의 기둥부를 지지하는 와이어(포토레지스트와이어일 수 있음)가 생성될 수 있으며(이때, 기판까지 cross-linking이 일어나지 않도록 노광에너지를 조절할 수 있음), 이후 11) UV에 노출되지 않은 제 2 포토레지스트를 제거하고, 12) 열분해(pyrolysis: 산화가 발생하지 않는 분위기에서 폴리머를 가열하여 폴리머를 탄소로 변환하는 공정일 수 있음)를 수행함에 따라 탄소전극들과 탄소와이어를 포함하는 나노 구조물(130)이 형성될 수 있다.
보다 상세히, 12)단계에서 열분해를 수행하는 과정에서 최대 90%의 부피 감소가 발생하기 때문에 마이크로미터 사이즈의 지름을 가지는 포토레지스트 와이어가 탄소화가 되어 나노미터 사이즈의 지름을 가지는 나노 구조물(130)(또는 탄소 나노와이어)로 변환될 수 있으며 이때 나노 구조물(130)은 직경이 수십 nm ~ 수백 nm이고, 길이가 수 ~ 수백 ㎛, 그리고 기판과 와이어의 간격이 1 ~ 수십 ㎛가 될 수 있으며, 예를 들어, 나노 구조물(130)의 직경은 250 ~ 400nm, 길이는 130 ~ 170㎛를 가진 것일 수 있다.
이때, 열분해는 진공 상태나 불활성 가스 환경에서 기 설정된 온도로 수행될 수 있으며, 열분해 온도에 따라 나노 구조물(130)의 탄소의 전기 전도도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 나노 구조물(130)은 열분해 온도를 낮게 유지할 경우, 금속과 비교하였을 때 금속에 비해 매우 낮은 전기 전도도를 가질 수 있으며, 나노 구조물(130)은 열분해 온도에 따라 절연체와 같은 수준에서 흑연보다 높은 전도도까지 조절될 수 있다.
이때, 나노 구조물(130)은 탄소로 구성될 수 있으며, 2개의 탄소기둥과 2개의 탄소기둥을 지지하는 탄소 나노와이어를 포함하며, 이때 탄소 나노와이어는 공중부유 형태로 형성될 수 있다.
이러한 나노 구조물(130)은 도체 또는 부도체로서 형성될 수 있으며, 나노 구조물(130)이 부도체로서 형성될 경우에는 나노 구조물(130)위에 도전체가 증착되게 되면 도전체가 나노 전극체로서 작용하게 될 수 있다.
이후 13) 제 3 포토레지스터를 코팅(예를 들어, 스핀 코팅(spin coating))할 수 있고, 14) 제 4 포토마스크를 이용하여 나노 구조물(130)의 탄소 나노와이어(130-3) 부분에 UV 노광을 수행하여 15) 나노 구조물(130)의 탄소 나노와이어(130-3) 부분의 제 3 포토레지스트를 제거할 수 있다.
여기서, 제 3 포토레지스트는 네거티브 포토레지스트일 수 있다.
나노 구조물(130)의 탄소 나노와이어(130-3) 부분의 제 3 포토레지스트를 제거한 후, 16) 전자빔 증착(E-beam evaporation)을 이용하여 나노 구조물(130)의 표면 중 일부, 절연층(120)의 상면의 일부분 및 기판(110)의 식각된 부분의 바닥면에 제 1 도전체를 증착하고, 17) 남아 있는 제 3 포토레지스터를 제거할 수 있다.
예를 들어, 제 1 도전체는 금(Au)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제 1 도전체는 전기 전도도가 높은 물질을 포함할 수 있다. 또한 도전체를 증착하는 방법은 전자빔 증착에 한전되지 않고, thermal evaporation, sputtering 등의 도전체를 증착하는 방법이 사용될 수 있다.
이후, 18) 제 4 포토레지스트를 코팅(예를 들어, 스핀 코팅(spin coating))하고, 19) 제 5 포토마스크를 이용하여 UV 노광을 수행함에 따라, 소정의 중심영역의 제 4 포토레지스트를 제거할 수 있다.
한편, 18) 단계에서 사용되는 제 4 포토레지스트는 제 1 포토레지스트 내지 제 3 포토레지스트와 같이 네거티브 포토레지스트가 아닌, 포지티브 포토레지스트를 사용할 수 있다. 이때, 기판까지 포토레지스트가 변성되지 않도록 에너지를 조절할 수 있다.
이후, 20) 소정의 영역에 감지물질(예를 들어, 제 2 도전체)을 증착하고, 21) 20)단계의 공정 수행 후, 남아 있는 제 4 포토레지스트를 제거할 수 있다.
이때, 단계 19)에서 기판의 홈의 개구부 또는 기판의 홈의 개구부 중 절연층이 커버하지 않는 나머지 부분의 넓이는, 나노 구조물의 표면 중 일부 및 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체의 넓이보다 넓기 때문에 기판(110) 표면에 증착이 이루어지지 않는 한, 쉽게 떨어져 나갈 수 있다. 따라서, UV 노광을 수행할 경우, 별도의 UV 노광 에너지의 조절을 필요로 하지 않는다.
한편, 제 2 도전체는 촉매 또는 수소합성, 수소 분해 및 가수분해와 같은 반응을 이용할 수 있는 물질 또는 센싱을 수행할 수 있는 물질로서, 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제 2 도전체는 전기 전도도가 높은 물질을 포함할 수 있다. 한편, 일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물(100)은, 기판의 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈이 형성됨에 따라 포토레지스트의 높이 조절을 위한 정교한 현상(development) 공정을 수행하지 않아도, 포토레지스트를 지우는 과정에서 도전체가 침전되는 현상이 발생되지 않을 수 있기 때문에 나노 구조물(130)에 선택적으로 도전체를 증착할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물 (100)은 나노 구조물(130)에 나노 패터닝 공정이 어려운, 연성이 좋은 금과 같은 물질을 용이하게 증착(또는 코팅)시킬 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 기판을 등방식각하는 것을 설명하기 위한 주사전자현미경 사진이이고, 도 7은 일 실시예에 따른 기판에 형성된 홈 형태의 개구부를 사이로 증착 된 나노 물질이 단절됨을 보여주기 위한 주사전자현미경 사진이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 나노 구조물상의 일부에 제 2 도전체(나노 물질)을 증착하더라도, 공중 부유형 나노 구조물 상에 증착된 제 2 도전체와, 기판의 홈의 바닥면 중에서 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 1 도전체의 일부에 증착되는 제 2 도전체와는 절연되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 따른 나노 물질이 선택적으로 증착되어 있는 나노 구조물 (100)은 기판의 홈의 개구부의 넓이 또는 기판의 홈의 개구부 중 절연층이 커버하지 않는 나머지 부분의 넓이는, 나노 구조물의 표면 중 일부 및 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체의 넓이보다 넓기 때문에 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착되는 제 2 도전체는, 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 1 도전체의 일부에 증착되는 제 2 도전체와 서로 절연될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착되어 있는 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체 및 절연층의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체는 기판의 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈의 바닥면에 증착된 제 1 도전체가 서로 전기적 절연을 이룰 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 일 실시예에 따른 나노 물질이 선택적으로 증착되어 있는 나노 구조물은 기판의 홈의 개구부의 넓이 또는 기판의 홈의 개구부 중 절연층이 커버하지 않는 나머지 부분의 넓이는, 나노 구조물의 표면 중 일부 및 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체의 넓이보다 넓기 때문에 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착되는 제 2 도전체는, 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체와 서로 절연될 수 있다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 나노 물질이 선택적으로 증착되어 있는 나노 구조물
110: 기판
120: 절연층
130: 나노 구조물
140: 제 1 도전체
150: 제 2 도전체

Claims (12)

  1. 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈을 구비하는 기판;
    상기 상부 표면 상에 배치되되, 상기 홈의 개구부 중 일부를 커버하고 상기일부를 제외한 나머지 부분은 커버하지 않는 절연층;
    상기 절연층 상에 배치되는 나노 구조물;
    상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 절연층의 상면의 일부분에 증착되는 제 1 도전체; 및
    상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체를 포함하되,
    상기 기판의 홈의 개구부의 넓이는,
    상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체의 넓이보다 넓은
    나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 홈의 개구부의 넓이는,
    상기 홈의 바닥면의 넓이와 동일하거나 상기 홈의 바닥면의 넓이보다 넓은
    나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착되는 제 2 도전체는, 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체와 서로 절연되는
    나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층이 커버하는 상기 홈의 개구부 중 일부는,
    상기 홈의 개구부의 가장자리인
    나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 구조물은,
    상기 절연층 상에 배치되는 기둥부; 및
    상기 기둥부에 의해 지지되며 상기 홈의 개구부를 가로지르도록 배치되는 나노 와이어를 포함하는
    나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 나노 구조물은 상기 기둥부를 2개 포함하고,
    상기 나노 와이어의 양단은,
    상기 2개의 기둥부 각각에 의해서 지지되는
    나노 물질이 선택적으로 증착된 나노 구조물.
  7. 절연층이 형성되어 있는 기판의 상부 표면 상에, 소정의 개구부를 갖는 홈을 요입 형성하는 단계;
    상기 절연층 상에 나노 구조물을 형성하는 단계;
    상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 절연층의 상면의 일부분에 제 1 도전체를 증착하는 단계; 및
    상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부 및 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 제 2 도전체를 증착하는 단계를 포함하되,
    상기 기판의 홈의 개구부의 넓이는,
    상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부에 증착된 제 2 도전체 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체의 넓이보다 넓은,
    나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판의 홈의 개구부의 넓이는,
    상기 홈의 바닥면의 넓이와 동일하거나 상기 홈의 바닥면의 넓이보다 넓은
    나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체의 일부 및 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착되는 제 2 도전체는, 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 2 도전체와 서로 절연되는
    나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 절연층이 커버하는 상기 홈의 개구부 중 일부는,
    상기 홈의 개구부의 가장자리인
    나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 나노 구조물을 형성하는 단계는,
    상기 절연층 상에 기둥부를 형성하는 단계; 및
    상기 기둥부에 의해 지지되며 상기 홈의 개구부를 가로지르도록 나노 와이어를 형성하는 단계를 포함하는
    나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 나노 구조물을 형성하는 단계는,
    상기 절연층 상에 상기 기둥부를 2개 형성하고,
    상기 나노 와이어 양단은,
    상기 2개의 기둥부 각각에 의해서 지지되는
    나노 구조물 위의 나노 물질 선택적 증착 방법.
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