KR20230111368A - 탐침 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탐침 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 탐침 제조 장치는, 전류 검출부에서 측정된 전류를 통해 제어부에서 탐침 부재 이동부를 제어한다. 상기 제어부로 인하여, 탐침 제조 공정이 자동화되어, 저가의 공정으로 재현성 높은 탐침이 제조된다.
Description
본 발명은 탐침 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.
탐침은 주사터널현미경(STM), 탐침증강라만분광법(TERS) 등에서 사용되는 핵심 구조물로, 그 수요가 증가하는 추세이다. 이러한 탐침을 제조하는 방법으로는 주형-스트리핑, 기계적 연삭법, 화학적 에칭법 등이 있다. 특히 화학적 에칭법은 상대적으로 저가이고, 시간 소요가 적어, 탐침 제조에 주로 사용된다.
한편, 일반적으로 화학적 에칭법에서는, 화학적 에칭에 의하여 에칭 과정에서 소재의 일부가 분리되면서, 소재의 단부가 테이퍼짐으로써 탐침이 제조된다. 따라서, 소재의 일부가 분리되는 시점에 대한 정확한 판단이 어려워, 소재의 단부가 오버에칭될 수 있다.
또한, 일반적으로, 에칭 과정에서 소재가 에칭 용액에 침지되는 길이가 제어되지 않는다. 따라서, 과량의 소재가 에칭되어, 소재가 낭비되고, 비용이 낭비될 수 있다.
Heewoo Lee, Jin Young Jeong, Hyuntae Kim, Woongkyu Park, Soobong Choi. "High-throughput fabrication of TERS probes using DC bias."(Current Applied Physics) Volume 32, December (2021): 86-90.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 보다 정밀한 탐침을 제조할 수 있도록 구성되는 탐침 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 보다 경제적으로 탐침을 제조할 수 있도록 구성되는 탐침 제조 장치 및 이를 이용한 탐침 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예의 일 양태는, 탐침 제조 장치에 있어서: 에칭 용액이 저장되는 용액 저장부; 상기 에칭 용액 내에 배치되는 전극; 탐침 부재가 상기 에칭 용액에 인입되거나 상기 에칭 용액으로부터 인출되도록 상기 탐침 부재를 이동시키는 탐침 부재 이동부; 상기 전극 및 탐침 부재에 전원을 인가하는 전원 인가부; 상기 전원 인가부에 의하여 상기 전극 및 탐침 부재 사이를 유동하는 전류값을 검출하는 전류 검출부; 및 상기 전원 인가부가 전원을 인가한 상태에서, 상기 전류 검출부가 검출한 전류값에 따라서 상기 에칭 용액에 대한 상기 탐침 부재의 상대 위치를 판단하여 상기 탐침 부재가 상기 에칭 용액에 기설정된 인입 길이만큼 인입되도록 상기 탐침 부재 이동부의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함한다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제어부는, 상기 에칭 용액의 외부에서 상기 에칭 용액의 표면을 향하여 상기 탐침 부재가 이동하면서 상기 전류 검출부가 전류값을 검출한 시점에서의 상기 에칭 용액에 대한 상기 탐침 부재의 위치를 기준 위치로 설정하고, 상기 탐침 부재가 상기 기준 위치로부터 상기 인입 길이만큼 상기 에칭 용액에 인입되도록 상기 탐침 부재 이동부의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제어부는, 상기 기준 위치에서 기설정된 시간 동안 상기 탐침 부재가 잔류하는 동안 상기 전류 검출부가 검출한 전류값이 0이 되는 시점이 존재하면, 상기 탐침 부재를 상기 에칭 용액의 표면으로부터 이격시킨 후 상기 기준 위치를 재설정할 수 있다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제어부는, 상기 전극 및 탐침 부재 사이에 기설정된 제1 기준 전압이 인가되도록 상기 전원 인가부의 동작을 제어하고 상기 탐침 부재가 상기 인입 길이만큼 상기 에칭 용액에 인입된 후 상기 전류 검출부에 의하여 검출된 전류값이 감소되어 기설정된 제1 전류값에 도달하면, 상기 전극 및 탐침 부재 사이에 상기 제1 기준 전압 미만으로 기설정된 제2 기준 전압이 인가되도록 상기 전원 인가부의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제1 기준 전압은, 6.5V이하일 수 있다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제어부는, 상기 탐침 부재가 상기 인입 길이만큼 상기 에칭 용액에 인입된 후 기설정된 인출 길이만큼의 상기 에칭 용액으로부터의 인출 및 상기 인입 길이만큼의 상기 에칭 용액으로의 재인입을 다수회 반복하도록 상기 탐침 부재 이동부의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제어부는, 상기 탐침 부재가 상기 에칭 용액에 상기 인입 길이만큼 인입된 후 상기 전류 검출부가 검출한 전류값이 0이 되면, 상기 탐침 부재가 상기 에칭 용액으로부터 인출되도록 상기 탐침 부재 이동부의 동작을 제어할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예의 다른 양태는, 탐침 제조 장치를 사용하여 탐침을 제조하는 방법에 있어서: 상기 탐침 부재가 상기 에칭 용액의 외부에서 상기 에칭 용액의 표면을 향하여 이동하면서 상기 전극 및 탐침 부재 사이의 전류값이 검출된 시점에서의 상기 에칭 용액에 대한 상기 탐침 부재의 위치가 기준 위치로 설정되는, 기준 위치 설정 단계; 상기 탐침 부재가, 상기 기준 위치로부터 상기 인입 길이만큼 상기 에칭 용액에 인입되는, 탐침 부재 인입 단계; 상기 탐침 부재가, 에칭되는 에칭 단계; 상기 전극 및 탐침 부재 사이의 전류값이 0이 되면, 상기 탐침이 상기 에칭 용액으로부터 인출되는, 탐침 인출 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 기준 위치 설정 단계에서는, 전류가 검출된 위치에서 상기 탐침 부재가 기설정된 시간 동안 잔류되고, 상기 탐침 부재가 잔류되는 시간 동안 검출된 전류값이 0이 되는 시점이 존재하면, 상기 탐침 부재를 상기 에칭 용액의 표면으로부터 이격시킨 후 상기 기준 위치를 재설정할 수 있다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 탐침 부재 인입 단계에서는, 상기 탐침 부재의 상기 에칭 용액으로의 인입 및 인출이 기설정된 횟수만큼 반복될 수 있다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 에칭 단계는, 상기 전극 및 탐침 부재 사이에 기설정된 제1 기준 전압이 인가되는 제1 에칭 단계; 및 상기 전극 및 탐침 부재 사이의 전류값이 감소되어 기설정된 제1 전류값에 도달하면, 상기 전극 및 탐침 부재 사이에 상기 제1 기준 전압 미만으로 기설정된 제2 기준 전압이 인가되는 제2 에칭 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 에칭 단계에서, 제1 기준 전압은, 6.5V이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에서는 탐침 부재가 에칭되는 중, 전류 검출부에서 전극과 탐침 부재 사이를 유동하는 전류값이 검출된다. 그리고 전류 검출부에 의하여 검출된 전류값에 따라서, 탐침 부재의 일부가 분리되는 시점이 판단되어, 탐침이 에칭 용액에서 인출된다. 따라서, 오버 에칭되지 않은 보다 정밀한 탐침이 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 탐침 부재가 에칭 용액에 인입되는 길이가 제어된다. 따라서, 분리되는 탐침 부재의 크기가 균일하고, 최소화되어, 사용되는 재료가 절감됨에 따라, 사용되는 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치를 이용한 탐침 제조 방법의 플로우 차트.
도 4은 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치를 이용한 탐침 제조 방법을 개략적으로 보인 작업도.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 탐침의 주사 전자 현미경 사진.
도 6은 브릴리안트 크레실청이 분포된 금 박막을 대상으로 한, 본 발명의 실시에에서 제조된 탐침이 사용된 탐침 증강 라만 분광법 그래프 및 라만 분광법 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치를 이용한 탐침 제조 방법의 플로우 차트.
도 4은 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치를 이용한 탐침 제조 방법을 개략적으로 보인 작업도.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 탐침의 주사 전자 현미경 사진.
도 6은 브릴리안트 크레실청이 분포된 금 박막을 대상으로 한, 본 발명의 실시에에서 제조된 탐침이 사용된 탐침 증강 라만 분광법 그래프 및 라만 분광법 그래프.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1 및 2는 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치의 구성도이다.
도 1 및 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치는, 용액 저장부(100), 탐침 부재 이동부(200), 전원 인가부(300), 전류 검출부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 용액 저장부(100)에는 에칭 용액(110)이 저장된다. 특히, 본 실시예에서는, 상기 에칭 용액(110)으로 염화 칼륨 에탄올 용액이 사용될 수 있다. 또한, 상기 에칭 용액(110) 내에는, 예를 들면, 백금으로 제조되는 전극(120)이 배치될 수 있다.
다음으로, 상기 탐침 부재 이동부(200)는, 탐침(20)의 소재인 탐침 부재(10)를 상기 에칭 용액(110)에 인입 또는 상기 에칭 용액(110)으로부터 인출되도록 상기 탐침 부재(10)를 이동시킨다. 그리고 상기 탐침 부재(10)로는, 100㎛ 지름 및 10mm 직경의 금속 와이어, 예를 들면, 금선이 사용될 수 있다.
그리고 상기 전원 인가부(300)는, 상기 전극(120)과 탐침 부재(10) 사이에 전원을 인가한다. 특히, 상기 전원 인가부(300)는, 4.5 내지 6.5V의 직류 전원을 인가할 수 있다. 실질적으로 상기 전원 인가부(300)에 의하여 상기 전극(120)과 상기 탐침 부재(10) 사이 전원이 인가된 상태에서, 상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)에 인입되어, 전기화학적으로 에칭된다.
한편, 상기 전류 검출부(400)는, 상기 전원 인가부(300)에 의하여 전원이 인가되면, 상기 전극(120)과 탐침 부재(10) 사이를 유동하는 전류값을 검출한다.
한편, 상기 제어부(500)는, 상기 탐침(20)을 제조하기 위하여 상기 탐침 부재 이동부(200), 전원 인가부(300) 및 전류 검출부(400)의 동작을 제어한다. 특히, 본 실시예에서는, 상기 전류 검출부(400)에 의하여 검출된 전류값에 따라서 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제어부(500)는, 상기 에칭 용액(110)의 외부에서 상기 에칭 용액(110)의 표면을 향하여 상기 탐침 부재(10)가 이동하는 과정에서, 상기 전류 검출부(400)에 의하여 전류값이 검출된 시점으로 기준 위치(Ps)가 설정될 수 있다. 즉, 다시 말하면, 상기 제어부(500)는, 상기 전류 검출부(400)에 의하여 검출된 전류값을 따라서 상기 에칭 용액(110)에 대한 상기 탐침 부재(10)의 상대 위치를 파악하고, 이를 기초로 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어한다. 이때, 상기 제어부(500)는, 상기 기준 위치(Ps)에서 기설정된 시간 동안 상기 탐침 부재(10)가 잔류하는 동안 상기 전류 검출부(400)에 의하여 검출된 전류값이 0이 되는 시점이 존재하면, 상기 기준 위치(Ps)를 재설정한다. 이는, 외부의 충격 등에 의하여 상기 에칭 용액(110)의 표면에 파랑 등이 발생하여 상기 에칭 용액(110)의 표면과 상기 기준 위치(Ps)에 오차가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
다음으로, 상기 제어부(500)는, 상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)에 인입되어 에칭이 수행되도록 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어부(500)는, 상기 탐침 부재(10)가, 상기 에칭 용액(110)에 기설정된 인입 길이(Li)만큼 인입 및 상기 에칭 용액(110)으로부터의 인출이 다수회 반복되도록 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(500)는, 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10)사이에 인가되는 전원의 전압이 가변되도록 상기 전원 인가부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부(500)는, 상기 에칭 용액(110)으로부터 상기 탐침 부재(10)가 이격된 상태, 즉 상기 기준 위치(Ps)를 설정하기 이전 상태에서, 상기 전극(120) 및 탐침 부재(110)에 기설정된 제1 기준 전압의 전원을 인가한다. 그리고 상기 제어부(500)는, 상기 탐침 부재(10)가 상기 인입 길이(Li)만큼 상기 에칭 용액(110)에 인입된 후, 상기 전류 검출부(400)에 의하여 검출된 전류값이 감소되어, 기설정된 제1 전류값에 도달하면, 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이에 상기 제1 기준 전압 미만으로 기설정된 제2 기준 전압의 전원이 인가되도록 제어 할 수 있다. 이는, 에칭 초기에는 상대적인 고전압의 전원을 인가하여 에칭 속도를 증가시키고, 에치 후기에는, 상대적인 저전압의 전원을 인가하여 에칭 정밀도를 확보하기 위함이다.
마지막으로, 상기 제어부(500)는, 에칭이 완료되면, 상기 탐침 부재(10)로부터 제조된 상기 탐침(20)이 상기 에칭 용액(110)으로부터 인출되도록 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어부(500)는 상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)에 상기 인입 길이(Li)만큼 인입된 상태에서, 상기 전류 검출부(400)에 의하여 검출된 전류값이 0이 되면 상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)으로부터 인출되도록 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 상기 탐침 부재(10)의 에칭에 의하여 상기 탐침 부재(10)의 일부가 상기 탐침 부재(10)의 나머지, 즉 상기 탐침(20)으로부터 분리되는 시점을 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이의 전류의 유동 여부에 따라서 판단한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치를 사용한 탐침 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치를 이용한 탐침 제조 방법의 플로우 차트이고, 도 4은 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 장치를 이용한 탐침 제조 방법을 개략적으로 보인 작업도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면 본 발명의 실시예에 의한 탐침 제조 방법은, 기준 위치 설정 단계(S100), 탐침 부재 인입 단계(S200), 에칭 단계(S300) 및 탐침 인출 단계(S400)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 기준 위치 설정 단계(S100)에서는, 상기 전극(120)과의 사이에 제1기준 전압의 전원이 인가된 상태에서, 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 에칭 용액(110)의 외부에 위치되는 상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)의 표면을 향하여 상기 탐침 부재(10)가 이동한다. 그리고 상기 탐침 부재(10)가 계속하여 이동되어 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 에칭 용액(110)의 표면에 접촉되면, 상기 전류 검출부(400)에 의하여 전류값이 검출될 것이다. 상기 기준 위치 설정 단계(S100)에서는, 이와 같이 전류값이 검출된 시점에서의 상기 에칭 용액(110)에 대한 상기 탐침 부재(10)의 상대 위치가 기준 위치(Ps)로 설정된다.
특히, 본 실시예에서는, 외부의 충격 등에 의하여 상기 에칭 용액(110)의 표면에 파랑 등이 발생하여, 상기 에칭 용액(110) 및 탐침 부재(10)의 상대 거리가 정확하지 아니한 경우, 즉, 상기 기준 위치(Ps)가 정확하지 아니한 경우에는, 이를 보정한다. 다시 말하면, 상기 기준 위치 설정 단계(S100)에서는, 전류가 검출된 위치에서 상기 탐침 부재(10)가 기설정된 시간 동안 잔류되고, 상기 탐침 부재(10)가 잔류되는 시간 동안 검출된 전류값이 0이 되는 시점이 존재하면, 상술한 바와 같이, 상기 에칭 용액(110) 및 탐침 부재(10) 사이의 거리가 부정확한 것으로 판단하여, 상기 탐침 부재(10)를 상기 에칭 용액(110)의 표면으로부터 이격시킨 후 상기 기준 위치(Ps)를 재설정한다.
그리고, 상기 탐침 부재 인입 단계(S200)에서는, 도 4의 (C)에 도시된 바와 같이, 상기 탐침 부재(10)가 상기 기준 위치(Ps)로부터, 상기 에칭 용액(110)의 내부로 상기 인입 길이(Li)만큼 인입된다. 특히, 본 실시예에서는, 상기 탐침 부재 인입 단계(S200)에서는, 상기 탐침 부재(10)가, 상기 에칭 용액(110)에 기설정된 인입 길이(Li)만큼 인입 및 상기 에칭 용액(110)으로부터의 인출이 기설정된 횟수만큼 반복될 수 있다. 이는, 상기 탐침 부재(10)의 인입 및 인출의 반복에 의하여 야기되는 상기 에칭 용액(110)의 유동을 야기함으로써, 종국적으로 상기 탐침 부재(10)의 에칭 효율을 증진시키기 위함이다.
그리고, 상기 에칭 단계(S300)에서는, 도 4의 (D)에 도시된 바와 같이, 상기 탐침 부재(10)에 대한 에칭이 시작된다. 특히, 본 실시예에서는, 상기 에칭 단계(S300)가, 제1 및 제2 에칭 단계(S310)(S320)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 제1 에칭 단계(S310)에서는, 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이에상기 제1 기준 전압의 전원이 인가된다. 그리고 상기 탐침 부재(10)의 에칭에 따른 단면적의 감소에 의하여 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이 전류값이 감소되어, 기설정된 제1 전류값에 도달하면, 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이에 상기 제1 기준 전압 미만인 상기 제2 기준 전압의 전원이 인가되는 상기 제2 에칭 단계(S320)가 수행될 수 있다.
다음으로, 도 4의 (E)에 도시된 바와 같이, 계속적인 에칭에 의하여 상기 탐침 부재(10)의 일부, 즉 상기 에칭 용액(110)의 내부에 인입된 상기 탐침 부재(10)의 일부가 상기 탐침 부재(10)의 나머지, 즉 상기 에칭 용액(110)의 외부에 인출된 상기 탐침 부재(10)의 나머지로부터 분리되면, 상기 탐침 인출 단계(S400)가 수행된다. 여기서, 상기 에칭 용액(110)의 외부에 인출된 상기 탐침 부재(10)의 나머지가 실질적으로 상기 탐침(20)으로 제조될 것이다.
즉, 상기 탐침 부재(10)의 일부가 상기 탐침 부재(10)의 나머지로부터 분리되면, 상기 전극(120) 및 상기 에칭 용액(110)의 외부에 인출된 상기 탐침 부재(10)의 나머지 사이의 전류값은 0이 될 것이다. 따라서, 상기 전류 검출부(400)에 의하여 검출된 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10)의 나머지 사이의 전류값이 0이 되면, 상기 탐침 부재(10)의 일부가 상기 탐침 부재(10)의 나머지로부터 분리되어 상기 탐침(20)이 제조된 것으로 판단될 수 있다. 그리고 상기 탐침(20)의 제조가 완료되면, 도 4의 (F)의 도시된 바와 같이, 상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)으로부터 인출되는 상기 탐침 인출 단계(S400)가 수행된다.
이하에서는 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예 및 실험예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1
<제조예 1>
제조예 1에서는, 상기 에칭 용액(110)으로 80wt% 염화 칼륨 에탄올 용액이 사용되었고, 상기 탐침 부재(10)로 직경 100㎛, 길이 10mm의 금 실이 사용되었다. 또한 상기 전극(120)으로, 백금 링이 상기 에칭 용액(110)에 3mm 침지되었다. 마지막으로, 상기 전원 인가부(300)에서 4.7V의 직류 전원이 인가되었고 상기 탐침 부재(10)가 산화극, 상기 전극(120)이 환원극으로 설정되었다.
또한, 상기 기준 위치 설정 단계(S100)에서 상기 기준 위치(Ps)가 설정되었고, 상기 탐침 부재 인입 단계(S200)에서 상기 탐침 부재(10)가 상기 상기 기준 위치(Ps)를 기준으로 상기 인입 길이(Li)만큼 인입되었다. 특히, 상기 인입 거리(Li)는 500㎛로 설정되었다. 다음으로 상기 에칭 단계(S300)가 수행되어 탐침이 제조된 후, 상기 탐침 인출 단계(S400)에서 상기 탐침(20)이 인출되었다.
<제조예 2>
제조예 2에서는, 제조예 1과 동일하게 상기 탐침(20)이 제조되되, 상기 전원 인가부(300)에서 4.5V의 직류 전원이 인가되었다.
<제조예 3>
제조예 3에서는, 제조예 1과 동일하게 상기 탐침(20)이 제조되되, 상기 전원 인가부(300)에서 5.0V의 직류 전원이 인가되었다.
<비교예 1>
비교예 1에서는, 제조예 1과 동일하게 상기 탐침(20)이 제조되되, 상기 전원 인가부(300)에서 5.5V의 직류 전원이 인가되었다.
<비교예 2>
비교예 2에서는, 제조예 1과 동일하게 상기 탐침(20)이 제조되되, 상기 전원 인가부(300)에서 6.0V의 직류 전원이 인가되었다.
<비교예 3>
비교예 3에서는, 제조예 1과 동일하게 상기 탐침(20)이 제조되되, 상기 전원 인가부(300)에서 6.5V의 직류 전원이 인가되었다.
<실험예 1>
도 5는 제조예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 상기 탐침(20)의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 5를 참조하면, 제조예 1 내지 3 및 비교예 1에서는 상기 탐침(20)이 정상적으로 제조된 것을 파악할 수 있다. 반면에 비교예 2 및 3에서는 상기 탐침(20)의 형상이 파괴된 것을 파악할 수 있다.
<실험예 2>
실험예 2에서는 제조예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 상기 탐침(20)중 곡률이 200nm 미만인 탐침(20)의 수를 비교하여 수율을 계산하였다. 그 결과는 하기의 표 1과 같다.
| 제조된 탐침의 수 | 곡률이 200nm 미만인탐침의 수 | 수율 (%) | |
| 제조예 1 | 20 | 17 | 85 |
| 제조예 2 | 10 | 2 | 20 |
| 제조예 3 | 10 | 6 | 60 |
| 비교예 1 | 10 | 0 | 0 |
| 비교예 2 | 10 | 2 | 20 |
| 비교예 3 | 10 | 0 | 0 |
표 1을 참조하면 상기 제조예 1 내지 제조예 3 및 비교예 2에서 곡률이 200nm 미만인 탐침이 제조될 수 있는것을 확인할 수 있다. 특히, 제조예 1에서 가장 우수한 수율을 보이는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 비교예 1 및 3 에서는 곡률이 200nm 미만인 탐침이 제조될 수 없었다.
<실험예 3>
실험예 3에서는 제조예 2 내지 3 및 비교예1 에서 제조된 상기 탐침(20)의 제조에 걸리는 시간이 측정되었다. 그 결과는 하기의 표 2과 같다.
| 최소 소요 시간(min) | 최대 소요 시간(min) | |
| 제조예 2 | 14 | 18 |
| 제조예 3 | 8.5 | 10.5 |
| 비교예 1 | 6.5 | 8.5 |
표 2를 참조하면 상대적으로 인가된 전압이 높은 제조예 3 및 비교예 1에서 상기 탐침(20)의 제조에 걸리는 소요 시간이 상대적으로 짧은것을 확인할 수 있다. 반면에, 상대적으로 인가된 전압이 낮은 제조예 2에서는 상기 탐침(20)의 제조에 걸리는 소요 시간이 상대적으로 긴것을 확인할 수 있다.
<실험예 4>
도 6은 브릴리안트 크레실청이 분포된 금 박막을 대상으로 한, 제조예 1에서 제조된 상기 탐침(20)이 사용된 탐침증강라만분광법 그래프 및 라만분광법 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상기 탐침(20)이 사용된 탐침 증강 라만 분광법에서는 피크값이확인되어 브릴리안트 크레실청의 분포가 감지될 수 있었다. 그러나, 상기 탐침(20)이 사용되지 않은 일반 라만 분광법 그래프에서는 피크값이 확인되지 않아 브릴리안트 크레실청이 감지될 수 없었다. 또한, 탐침 증강 라만 분광법에서 라만 분광법에 비해 34배의 신호 강도를 가지고 있는것이 확인되었다.
100 : 용액 저장부
110 : 에칭 용액
120 : 전극 200 : 탐침 부재 이동부
300 : 전원 인가부 400 : 전류 검출부
500 : 제어부 Ps : 기준위치
Li : 인입 길이 Lo : 인출 길이
10 : 탐침 부재 20 : 탐침
120 : 전극 200 : 탐침 부재 이동부
300 : 전원 인가부 400 : 전류 검출부
500 : 제어부 Ps : 기준위치
Li : 인입 길이 Lo : 인출 길이
10 : 탐침 부재 20 : 탐침
Claims (12)
- 에칭 용액(110)이 저장되는 용액 저장부(100);
상기 에칭 용액(110) 내에 배치되는 전극(120);
탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)에 인입되거나 상기 에칭 용액(110)으로부터 인출되도록 상기 탐침 부재(10)를 이동시키는 탐침 부재 이동부(200);
상기 전극(120) 및 탐침 부재(10)에 전원을 인가하는 전원 인가부(300);
상기 전원 인가부(300)에 의하여 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이를 유동하는 전류값을 검출하는 전류 검출부(400); 및
상기 전원 인가부(300)가 전원을 인가한 상태에서, 상기 전류 검출부(400)가 검출한 전류값에 따라서 상기 에칭 용액(110)에 대한 상기 탐침 부재(10)의 상대 위치를 판단하여 상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)에 기설정된 인입 길이(Li)만큼 인입되도록 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어하는 제어부(500); 를 포함하는 탐침 제조 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제어부(500)는, 상기 에칭 용액(110)의 외부에서 상기 에칭 용액(110)의 표면을 향하여 상기 탐침 부재(10)가 이동하면서 상기 전류 검출부(400)가 전류값을 검출한 시점에서의 상기 에칭 용액(110)에 대한 상기 탐침 부재(10)의 위치를 기준 위치(Ps)로 설정하고, 상기 탐침 부재(10)가 상기 기준 위치(Ps)로부터 상기 인입 길이(Li)만큼 상기 에칭 용액(110)에 인입되도록 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어하는 탐침 제조 장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 제어부(500)는, 상기 기준 위치(Ps)에서 기설정된 시간 동안 상기 탐침 부재(10)가 잔류하는 동안 상기 전류 검출부(400)가 검출한 전류값이 0이 되는 시점이 존재하면, 상기 탐침 부재(10)를 상기 에칭 용액(110)의 표면으로부터 이격시킨 후 상기 기준 위치(Ps)를 재설정하는 탐침 제조 장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 제어부(500)는,
상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이에 기설정된 제1 기준 전압이 인가되도록 상기 전원 인가부(300)의 동작을 제어하고
상기 탐침 부재(10)가 상기 인입 길이(Li)만큼 상기 에칭 용액(110)에 인입된 후 상기 전류 검출부(400)에 의하여 검출된 전류값이 감소되어 기설정된 제1 전류값에 도달하면, 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이에 상기 제1 기준 전압 미만으로 기설정된 제2 기준 전압이 인가되도록 상기 전원 인가부(300)의 동작을 제어하는 탐침 제조 장치.
- 제4 항에 있어서,
상기 제1 기준 전압은, 6.5V이하인 탐침 제조 장치.
- 제4 항에 있어서,
상기 제어부(500)는,
상기 탐침 부재(10)가 상기 인입 길이(Li)만큼 상기 에칭 용액(110)에 인입된 후 기설정된 인출 길이(Lo)만큼의 상기 에칭 용액(110)으로부터의 인출 및 상기 인입 길이(Li)만큼의 상기 에칭 용액(110)으로의 재인입을 다수회 반복하도록 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어하는 탐침 제조 장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 제어부(500)는, 상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)에 상기 인입 길이(Li)만큼 인입된 후 상기 전류 검출부(400)가 검출한 전류값이 0이 되면, 상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)으로부터 인출되도록 상기 탐침 부재 이동부(200)의 동작을 제어하는 탐침 제조 장치.
- 제1 항의 탐침 제조 장치(1)를 사용하여 탐침(20)을 제조하는 방법에 있어서:
상기 탐침 부재(10)가 상기 에칭 용액(110)의 외부에서 상기 에칭 용액(110)의 표면을 향하여 이동하면서 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이의 전류값이 검출된 시점에서의 상기 에칭 용액(110)에 대한 상기 탐침 부재(10)의 위치가 기준 위치(Ps)로 설정되는, 기준 위치 설정 단계(S100);
상기 탐침 부재(10)가, 상기 기준 위치(Ps)로부터 상기 인입 길이(Li)만큼 상기 에칭 용액(110)에 인입되는, 탐침 부재 인입 단계(S200);
상기 탐침 부재(10)가, 에칭되는 에칭 단계(S300);
상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이의 전류값이 0이 되면, 상기 탐침(20)이 상기 에칭 용액(110)으로부터 인출되는, 탐침 인출 단계(S400); 를 포함하는 탐침 제조 방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 기준 위치 설정 단계(S100)에서는,
전류가 검출된 위치에서 상기 탐침 부재(10)가 기설정된 시간 동안 잔류되고, 상기 탐침 부재(10)가 잔류되는 시간 동안 검출된 전류값이 0이 되는 시점이 존재하면, 상기 탐침 부재(10)를 상기 에칭 용액(110)의 표면으로부터 이격시킨 후 상기 기준 위치(Ps)를 재설정하는 탐침 제조 방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 탐침 부재 인입 단계(S200)에서는, 상기 탐침 부재(10)의 상기 에칭 용액(110)으로의 인입 및 인출이 기설정된 횟수만큼 반복되는 탐침 제조 방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 에칭 단계(S300)는,
상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이에 기설정된 제1 기준 전압이 인가되는 제1 에칭 단계(S310); 및
상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이의 전류값이 감소되어 기설정된 제1 전류값에 도달하면, 상기 전극(120) 및 탐침 부재(10) 사이에 상기 제1 기준 전압 미만으로 기설정된 제2 기준 전압이 인가되는 제2 에칭 단계(S320); 를 포함하는 탐침 제조 방법.
- 제10 항에 있어서.
상기 에칭 단계(S300)에서, 제1 기준 전압은, 6.5V이하인 탐침 제조 방법.
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|---|---|---|---|
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Citations (3)
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| KR100766193B1 (ko) | 2006-04-19 | 2007-10-10 | 광주과학기술원 | 전기화학적 에칭법을 이용한 마이크로 탐침 제조방법 및 그장치 |
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| KR101813184B1 (ko) | 2011-11-17 | 2017-12-28 | 삼성전자주식회사 | 라만 분광용 탐침 및 그 제조방법 |
-
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|---|
| Heewoo Lee, Jin Young Jeong, Hyuntae Kim, Woongkyu Park, Soobong Choi. "High-throughput fabrication of TERS probes using DC bias."(Current Applied Physics) Volume 32, December (2021): 86-90. |
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