KR100597280B1 - The attaching method of nano materials using Langmuir-Blodgett - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면 나노물질을 휘발성 유기용매에 안정되게 분산하고 얻어진 분산액으로 나노물질로 이루어진 랭뮤어-블로제트 막을 형성시킨 후 이 LB막의 나노물질을 홀더에 옮겨 부착하는 나노물질의 부착방법이 제공되며, 이러한 방법은 나노패턴 구조물의 제조나, 기계적 및 전기적 장치로서 표면신호나 화학신호를 검출하기 위한 신호 프로브의 제조에 유용하다. According to the present invention, there is provided a method for attaching nanomaterials by stably dispersing nanomaterials in a volatile organic solvent, and forming a Langmuir-Bazette membrane made of nanomaterials with the resulting dispersion. This method is useful for the manufacture of nanopatterned structures, or for the production of signal probes for detecting surface signals and chemical signals as mechanical and electrical devices.

프로브, 나노패턴, 나노튜브, 랭뮤어-블로제트Probes, Nanopatterns, Nanotubes, Langmuir-Blogts

Description

랭뮤어 블로제트을 이용한 나노 물질의 부착방법 {The attaching method of nano materials using Langmuir-Blodgett } The attaching method of nano materials using Langmuir-Blodgett}

도1은 랭뮤어-블로제트법을 이용하여 나노튜브의 단분자막을 제작하는 과정을 설명하기 위한 도면, 1 is a view for explaining the process of manufacturing a monomolecular film of nanotubes using the Langmuir-Blozet method,

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도 2는 물과 공기의 계면에서 일정한 배향으로 정렬된 나노튜브 LB막을 AFM용 프로브에 부착하는 과정을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining a process of attaching the nanotube LB film aligned in a constant orientation at the interface of water and air to the AFM probe,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 구현에 따르는 나노튜브 신호 프로브의 구조를 설명하기 위한 개략도,Figure 3 is a schematic diagram for explaining the structure of a nanotube signal probe according to an embodiment of the present invention,

도 4는 LB을 이용해 AFM용 프로브에 수직하게 부착된 카본 나노튜브의 주사전자현미경(SEM) 사진.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명*
1: 나노 튜브 2: LB 트로프
3: 배리어 5:프로브4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of carbon nanotubes attached vertically to an AFM probe using LB.
* Brief description of symbols for the main parts of the drawings *
1: nanotube 2: LB trough
3: barrier 5: probe

본 발명은 나노물질을 홀더에 부착하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 나노패턴 구조물이나 나노물질이 부착된 신호프로브의 제조를 위해 랭뮤어-블로제트막을 이용하여 나노물질을 부착하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for attaching a nanomaterial to a holder, and more particularly, to a method of attaching a nanomaterial using a Langmuir-Bloze membrane for the manufacture of a nanopattern structure or a signal probe to which the nanomaterial is attached. It is about.

나노패턴 구조물은 새로운 물리적 특성을 가지는 신소재나 외부의 환경에 대응하여 반응하는 센서 혹은 능동소자로서 활용이 가능한 수백 나노미터 수준 이하의 최소 크기로 패터닝된 구조물을 의미한다. The nanopattern structure refers to a patterned structure having a minimum size of several hundred nanometers or less that can be used as a new material having a new physical property or a sensor or an active element that responds to an external environment.

나노패턴 구조물에 사용되는 나노물질은 금(Au), 알루미늄(Al) 등과 같이 많이 사용되는 입자(Particle) 형태의 나노분자나 나노튜브(Nanotube), 나노와이어(Nanowire) 등과 같이 막대형상을 가진 나노구조물(Nano structure), 그리고 양친매성 (Amphiphilic) 특성을 가진 유기물, 단백질, DNA와 같은 생체물질을 포함한다. 이러한 나노패턴 구조물은 전계방출디스플레이(Field Emitted Display)의 전자 빔 장치로서 사용할 수 있으며, 고강도를 지닌 복합재료, 화학 및 바이오 센서, 에너지 저장물질, 분자전자소자, 고집적회로 제조 등으로 응용될 수 있다. The nanomaterials used in the nanopattern structure are nano-molecules in the form of particles such as gold (Au) and aluminum (Al), or nano-rods such as nanotubes and nanowires. Includes nanostructures and biomaterials such as organics, proteins, and DNA that have amphiphilic properties. The nanopattern structure can be used as an electron beam device of a field emission display, and can be applied to high strength composite materials, chemical and biosensors, energy storage materials, molecular electronic devices, and integrated circuit manufacturing. .

나노물질들을 화학적 또는 물리적 결합을 이용해 전자소자와 접목시키면 차세대 센서, 자기기록매체, 트랜지스터와 같은 장치로 개발할 수 있다. 뿐만 아니라 나노기술은 화학의 분자 개념을 기초로 발전한 분자생물학, 제약학, 소재나 재료공학, 전자공학 관련 산업 발전으로 이어질 수 있다. When nanomaterials are combined with electronic devices using chemical or physical bonds, they can be developed into devices such as next-generation sensors, magnetic recording media, and transistors. In addition, nanotechnology can lead to the development of industries related to molecular biology, pharmaceuticals, materials and materials engineering, and electronics developed on the basis of the molecular concept of chemistry.

나노기술이 본격적으로 시작된 것은 1980년 IBM 연구소 취리히 분소가 주사터널링 현미경(Scanning Tunneling Microscope: STM)을 발명하면서부터다. 이 STM은 단원자나 단분자들을 다룰 때 그 모습을 지켜볼 수 있는, 이른바 분자 세계에 이르는 창문인 셈이다. STM은 단원자로 된 날카로운 핀을 시료의 표면에 정밀하게 고정시킨 다음, 시료의 표면과 핀 사이에 전자가 터널 형태로 이동, 미약한 전류가 흐르면 그 전류의 강약을 측정해 시료표면의 원자 수준의 해상도 영상을 읽어 내는 원리다. Nanotechnology began in earnest in 1980 when the IBM Institute Zurich branch invented the Scanning Tunneling Microscope (STM). The STM is a window into the so-called molecular world, where you can watch as you deal with single or single molecules. STM precisely secures the sharp pins on the surface of the sample, and then moves electrons in a tunnel form between the surface of the sample and the pin, and when a weak current flows, the strength of the current is measured to determine the atomic level of the sample surface. The principle is to read the resolution video.

지금까지 나노물질을 일정한 패턴으로 기판 상에 고정시키는 방법으로 주로 반도체 공정을 이용해 왔다. 이러한 공정의 한 예로서 실리콘 웨이퍼(Si wafer)상에 금이나 알루미늄을 코팅하기 위해서 스퍼터링장치(Sputtering Machine), 화학증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 장치, 빔이베포레이터(Beam Evaporator)와 같은 장치들을 이용해 기판 상에 원하는 물질을 올려놓게 된다. 물론 이 때, 원하는 형상을 만들기 위해서 미리 기판 상에 전처리된 포토레지스트(photoresist)의 형상에 따라 리소그래피장치(Lithography machine)를 이용하여 형상을 마스크(Mask)한 후에 나노물질을 증착하게 된다. 그리고 식각 과정(Etching process)을 통해서 원하는 형상만을 선택적으로 남기고 나머지 부분은 없애는 방법으로 나노물질이 고정된 기판을 완성하게 된다. 이러한 방법은 매우 안정된 공정과 0.1 ㎛ 정도까지의 선폭을 구현할 수 있다는 장점이 있지만, 사용할 수 있는 소재가 매우 제한적이고, 일부 공정은 고온에서 실행해야 되며, 공정 장치들의 규격상 300 mm를 넘는 크기의 기판 상에서 작업하기 어려운 단점이 있다. 또한 옵티칼(optical) 방식에서의 분해능에 한계가 있으며, 이를 극복하기 위한 제반 비용이 기하급수적으로 증가하는데 큰 문제점이 있다. Until now, a semiconductor process has been mainly used to fix nanomaterials on a substrate in a predetermined pattern. Examples of such processes are devices such as sputtering machines, chemical vapor deposition (CVD) devices and beam evaporators for coating gold or aluminum on Si wafers. To place the desired material on the substrate. At this time, the nanomaterial is deposited after masking the shape using a lithography machine according to the shape of the photoresist pretreated on the substrate in order to form a desired shape. The etching process allows the nanomaterial to be fixed to the substrate by selectively leaving only the desired shape and removing the remaining portions. This method has the advantage of providing a very stable process and a line width of up to 0.1 μm, but the materials that can be used are very limited, some processes have to be carried out at high temperatures, and the size of the process equipment exceeds 300 mm. The disadvantage is that it is difficult to work on the substrate. In addition, there is a limit in the resolution in the optical (optical) method, there is a big problem that the overall cost to overcome this exponentially increases.

최근에, 새로운 패터닝 방법들이 속속 등장하고 있다. 마이크로 컨택 프린팅(micro contact printing)과 같은 방법은 준비된 형상을 지닌 스탬프의 한쪽 면에 먼저 기판에 부착하고자 하는 나노물질을 잉크와 같이 묻힌 다음에 프린팅하고자 하는 기판 상에 그대로 접촉에 의해 전사하는 방법이다. 이 때, 일반적으로 전사하고자 하는 기판은 잉크(Nano material 함유)가 잘 고정되도록 Au와 같은 물질로 코팅된다 [참조: L. Yan;X. M. Zhao;G. M. Whitesides. "Patterning a preformed, reactive SAM using microcontact printing." Journal of the American Chemical Society, 1998, 120 (24), 6179-6180]. Recently, new patterning methods are emerging one after another. A method such as micro contact printing is a method of first depositing a nanomaterial to be attached to a substrate with ink on one side of a stamp having a prepared shape, and then transferring the same by contact on the substrate to be printed as it is. . At this time, the substrate to be transferred is generally coated with a material such as Au so that the ink (containing Nano material) is well fixed [L. Yan; X. M. Zhao; G. M. Whitesides. "Patterning a preformed, reactive SAM using microcontact printing." Journal of the American Chemical Society, 1998, 120 (24), 6179-6180.

이와 유사한 방법으로서 나노임프린팅(Nano Imprinting) 기술은 전사하고자 하는 형상을 만들기 위해 기판 상에 먼저 필요한 나노물질을 포토레지스트와 같이 코팅해 놓고, 상기의 기판 상에 형상을 만들기 위해 기 제작된 요철형상을 지닌 플레이트(plate)를 눌러서 형상을 만들거나 자외선(UV light)을 조사하여 형상을 전사하는 방법으로 패터닝하게 된다. 이러한 방법도 마스터 플레이트(Master plate)를 만들어야 하기 때문에 기존의 옵티칼 리소그래피(optical lithography)의 정밀도를 넘어서기 힘들며, 또한 가압이나 UV 가공(process)에 적합한 물질로 제한되는 등의 단점이 있다. 그리고 광범위한 크기의 기판을 다룰수록 정밀도가 떨어지게 된다 [참조: S Zankovych, etc., Nanoimprint lithography: challenges and prospects, Nanotechnology 12, 2001,91-95].As a similar method, Nano Imprinting technology uses a photoresist coated with a nanomaterial first on a substrate to form a shape to be transferred, and an uneven shape previously manufactured to form a shape on the substrate. By pressing the plate (plate) having a shape or patterned by the method of transferring the shape by irradiating UV light (UV light). This method is also difficult to go beyond the precision of conventional optical lithography (optical lithography) because it has to make a master plate, and also has the disadvantages such as being limited to materials suitable for pressurization or UV processing (process). And the handling of a wide range of substrates is less accurate (S Zankovych, etc., Nanoimprint lithography: challenges and prospects, Nanotechnology 12, 2001, 91-95).

주사 터널링 현미경(STM)를 이용하여 나노미터 크기의 패턴을 구현하는 실험이 성공된 이래로 주사탐침 현미경(Scanning Probe Microscopy: SPM)을 이용한 패턴형성이 소프트 리소그래피(Soft lithography) 기술의 한 연구 분야가 되었다. 1998년에 와일더(K. Wilder) 등은 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope: AFM) 을 이용하여 선폭이 30 nm 정도의 패턴을 형성하는 실험을 수행하였다(참조: K. Wilder, D. Adderton, R. Bernstein, V. Elings, and C. F. Quate, "Noncontact nanolithography using the atomic force microscope," Appl. Phys. Lett., vol. 73, no. 17, 2527-2529,1998). 이는 AFM의 탐침 끝에 전압을 가하여 전자빔(Electron beam)을 발생시킴으로써 기판상의 포토레지스트에 형상을 새기는 방법이다. 이러한 방법은 아직까지 처리량(Throughput) 문제 때문에 실험실 수준에서 연구가 진행 중이다.Since the successful implementation of nanometer-sized patterns using Scanning Tunneling Microscopy (STM), patterning using Scanning Probe Microscopy (SPM) has become a research area of soft lithography technology. . In 1998, K. Wilder et al. Conducted an experiment using Atomic Force Microscope (AFM) to form a pattern with a line width of about 30 nm (see K. Wilder, D. Adderton, R. Bernstein, V. Elings, and CF Quate, "Noncontact nanolithography using the atomic force microscope," Appl. Phys. Lett., Vol. 73, no. 17, 2527-2529,1998). This is a method of engraving the shape on the photoresist on the substrate by generating an electron beam by applying a voltage to the tip of the AFM. This method is still under study at the laboratory level due to throughput issues.

또한 AFM을 이용하는 패턴형성의 한 방법으로 AFM 팁 끝에 유기물 (organic materials)을 잉크로 사용하여 묻힌 다음, Au와 같은 기판 상에 펜으로 글을 쓰듯이 패턴을 쓰는 방법이 개발되었다. 이런 방법은 딥펜 나노테크놀로지(dip pen nano technology)라 불리며 잉크로 사용되는 유기물질이 AFM의 팁 끝에서 확산(Diffusion)에 의해 기판 상으로 흘러 내려와 기판 상의 분자와 결합하여 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다(참조: R. Piner, S. Hong, C. A. Mirkin, Improved Imaging of Soft Materials with Modified AFM tips, Langmuir 15, 5457,1999 ). In addition, as a method of pattern formation using AFM, organic materials were used as ink at the tip of AFM tip, and then a pattern was written like writing with a pen on a substrate such as Au. This method is called dip pen nano technology, and the organic material used as ink flows down the substrate by diffusion at the tip of the AFM and combines with the molecules on the substrate to form a pattern. (R. Piner, S. Hong, CA Mirkin, Improved Imaging of Soft Materials with Modified AFM tips, Langmuir 15, 5457,1999).

또한 최근 들어 CVD기법과 기존의 반도체 공정을 이용하여 카본 나노튜브(Carbon nanotube: CNT)와 같은 나노물질을 기판 상에서 성장시켜서 패터닝하는 방법이 개발되기도 하였다. 이 방법은 먼저 기판 상에 CNT가 자랄 수 있도록 촉매(Catalyst)를 도포한다. 이 때 반도체 공정을 이용하여 촉매를 원하는 패턴으로 도포할 수 있다. 이렇게 촉매가 도포된 기판을 탄화수소(hydrocarbon) 가스가 흐르는 로(Furnace) 속에 넣어 촉매와 카본가스가 반응하여 CNT가 성장하게 된다. 최근에 개발된 기술들을 이용하면 촉매의 크기나 양을 조절하여 일정한 직경을 가지고 CNT가 자랄 수 있도록 하였다. 이러한 방법을 이용하여 전계방출 구조물(Field-Emitted Device: FED)에 적용할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 마찬가지로 고온의 환경에서 작업을 수행해야 되는 단점이 있으며, 촉매를 도포하는 정도에 따라 패터닝 정밀도가 결정된다는 단점이 있다. 또한 CNT의 성장 시에 성장된 CNT의 특성을 금속 또는 반도체 등으로의 조절이 용이하지 않고 물리화학적 특성을 조절할 수 없기 때문에 원하는 기계적, 전기적, 화학적 물성치를 동시에 만족하는 구조물로 제작하는 것이 매우 어려운 단점이 있다.Recently, nanomaterials such as carbon nanotubes (CNTs) are grown and patterned on substrates using CVD and conventional semiconductor processes. This method first applies a catalyst so that CNTs can grow on the substrate. At this time, the catalyst may be applied in a desired pattern using a semiconductor process. The catalyst coated substrate is placed in a furnace through which a hydrocarbon gas flows, and the catalyst and carbon gas react to grow CNTs. Recently developed technologies allow the CNT to grow to a certain diameter by controlling the size or amount of catalyst. This method can be applied to a field-emitting device (FED). However, this method also has the disadvantage that the operation must be performed in a high temperature environment, and the disadvantage that the patterning precision is determined according to the degree of applying the catalyst. In addition, it is very difficult to fabricate a structure that satisfies the desired mechanical, electrical, and chemical properties simultaneously because it is not easy to control the characteristics of CNTs grown during the growth of CNTs with metals or semiconductors and cannot control the physical and chemical properties. There is this.

'주사 탐침 현미경'은 프로브에 달린 프로브 팁에 의해 샘플 표면상의 원자로부터 물리적 화학적 반응을 검출하는 현미경이다. 이 프로브 팁은 물리적 화학적 반응을 검출하는 센서의 역할을 하게 되며, 프로브의 가장 끝단에 부착되어 있다. 프로브의 구조는 어떤 물리량을 검출하는 가에 따라 달라지며, 일반적으로 팁이 미세한 구조일수록 검출할 수 있는 물리량의 단위가 적어진다고 할 수 있다. 또한 팁이 특정한 형상을 가지면 1차원적인 측정이 아니라 2차원적인 측정이 가능하게 되기도 한다. 따라서 이러한 현미경의 프로브 팁으로서 직경이 1nm에 근접하는 카본 나노튜브가 최근에 사용되고 있다.A 'scan probe microscope' is a microscope that detects a physical chemical reaction from atoms on a sample surface by a probe tip attached to a probe. The probe tip acts as a sensor to detect physical and chemical reactions and is attached to the very end of the probe. The structure of the probe depends on which physical quantity is detected, and in general, the finer the tip, the smaller the unit of physical quantity that can be detected. Also, if the tip has a specific shape, it is possible to measure two-dimensional rather than one-dimensional measurement. Therefore, carbon nanotubes having a diameter close to 1 nm have recently been used as the probe tip of such a microscope.

이러한 주사 탐침 현미경에는 터널전류(Tunnel current)를 측정하는 주사 터널링 현미경(Scanning Tunneling Microscope: STM), 반데르발스힘(Van der Waals atomic force)을 이용해 표면 자국(surface indentation)을 검출하는 AFM(Atomic Force Microscope), 마찰력(friction force)에 의해 표면 차이를 검출하는 LFM(Lateral force Microscope), 자기장(magnetic field)의 특성을 자성을 띈 니들을 이용해 검출하는 MFM(Magnetic Force Microscope), 샘플과 프로브 사이에 전압을 걸어서 전기장을 측정하는 EFM(Electric field force microscope), 화학적 기능그룹의 표면 분포를 재는 CFM(Chemical Force Microscope), 샘플과 니들 사이의 커패시턴스(capacitance)를 측정하는 SCM(Scanning Capacitance Microscope), 표면의 열적분포도를 구분된 영상으로 표시하는 SThM(Scanning Thermal Microscope), 시료의 전기화학적 성질을 측정하는 EC-SPM(Electrochemistry Scanning Probe Microscope)등이 있다. 이러한 현미경은 일반적으로 원자수준까지의 높은 분해능을 가지고 표면신호를 검출한다. Such scanning probe microscopes include AFM (Scanning Tunneling Microscope (STM), which measures tunnel current, and Van der Waals atomic force, AFM, which detects surface indentation). Force Microscope, Lateral Force Microscope (LFM), which detects surface differences by friction force, Magnetic Force Microscope (MFM), which detects magnetic field characteristics using magnetic needles, between samples and probes Electric field force microscope (EMF) to measure the electric field by applying a voltage to it, Chemical Force Microscope (CFM) to measure the surface distribution of chemical functional groups, Scanning Capacitance Microscope (SCM) to measure the capacitance between the sample and the needle, Scanning Thermal Microscope (SThM) that displays the thermal distribution of the surface as a separate image, EC-SPM (Electrochemistry Scanning Probe) that measures the electrochemical properties of the sample Microscope). These microscopes generally detect surface signals with high resolution down to the atomic level.

AFM은 나노 분야에서 기본적인 연구용에서부터 생산을 위한 공정장비에 이르기까지 여러 분야에서 사용되고 있으며, AFM의 가장 기본이 되는 핵심기술은 프로브 팁에 있다고 할 수 있다. 이러한 프로브 팁의 형상과 크기에 따라서 AFM의 이미지(image)의 분해능과 재현성이 달라진다. AFM is used in many fields in the field of nanotechnology, from basic research to process equipment for production, and the core technology of AFM is the probe tip. Depending on the shape and size of the probe tip, the resolution and reproducibility of the image of the AFM vary.

이러한 적용분야의 하나로서 AFM의 프로브 팁을 들 수 있다. AFM은 나노 단위까지의 측정 및 관찰 분야에서 널리 이용되고 있으며, 최근에는 이를 이용한 가공(Soft Lithography)에 대해서도 많은 연구가 진행되고 있다. One such application is the AFM probe tip. AFM is widely used in the field of measurement and observation up to nano units, and recently, many studies have been conducted on soft lithography.

AFM은 일반적으로 캔틸레버(Cantilever) 끝단에 피라미드 형상의 뾰족한 모양을 만들어 사용하는 것이 일반적이지만 카본 나노튜브를 피라미드의 끝단에 부착하여 사용하기도 한다. 이는 원자적으로 매우 높은 종횡비(Aspect ratio) 및 큰 탄 성을 가진 팁(tip)을 사용하는 것이 측정에 유리하기 때문이다. AFM is generally used to make a pyramid pointed shape at the end of the cantilever, but carbon nanotubes are also attached to the end of the pyramid. This is because using an atomically very high aspect ratio and tip with high elasticity is advantageous for the measurement.

카본 나노튜브 팁은 뾰족함(Sharpness), 고종횡비(high aspect ratio), 높은 기계적 강도(High mechanical stiffness), 높은 탄성, 화학적 성분의 조절성 등으로 인해 AFM의 측정, 조작 및 제조 분야에서 성능을 향상시키는데 이상적인 특성을 가진 것으로 알려져 있다. 이러한 나노튜브 팁은 수명이 길고, 폭이 좁고 깊은 구조물을 측정하는데 유리하며, 1 nm이하의 높은 분해능을 얻을 수 있는 장점이 있다. Carbon nanotube tips offer performance in the measurement, manipulation, and manufacturing of AFM due to their sharpness, high aspect ratio, high mechanical stiffness, high elasticity, and control of chemical components. It is known to have ideal properties to improve. These nanotube tips are advantageous for measuring long lifetimes, narrow and deep structures, and have a high resolution of less than 1 nm.

나노튜브의 관한 종래의 기술로는 오시마(Oshima) 등에 의해 제시된 아크방전(arc discharge) 방법에 의한 카본 나노튜브(CNT: Carbon Nano-Tube)의 부착(deposition) 방법(미국특허 제 5,482,601호), 맨디빌(Mandeville) 등에 의한 다중벽 나노튜브(multi-wall nano-tube: MWNT)의 대량생산을 위한 촉매적(Catalytic) 방법(미국특허 제 5,500,200호)이 있다. Conventional techniques for nanotubes include carbon nanotubes (CNT) deposition by the arc discharge method proposed by Oshima et al. (US Pat. No. 5,482,601), There is a catalytic method (US Pat. No. 5,500,200) for mass production of multi-wall nanotubes (MWNT) by Mandeville et al.

또한 최근에 하프너(Hafner) 등에 의해서 제시된 화학증착(CVD) 방법에 의해 MWNT나 단일벽 나노튜브(single-wall nano-tube: SWNT)를 직접 성장하는 방법이 개발된 바 있다 (미국특허출원 제 09/133,948호). 이 방법은 AFM의 프로브 팁을 개별적으로 성장시킬 수 있도록 캐탈리스트 파티클(catalyst particle)을 도포한 후 고온의 탄화수소 가스 상에서 성장시키게 된다. 이러한 방법으로 낱개(single) 혹은 다발(Bundle)로 된 MWNT나 SWNT를 AFM의 끝단에 부착하게 된다. Recently, a method of directly growing MWNTs or single-wall nano-tubes (SWNTs) has been developed by the chemical vapor deposition (CVD) method proposed by Hafner et al. (US Patent Application No. 09 / 133,948). This method involves applying catalyst particles to grow the probe tips of the AFM individually and then growing them on a hot hydrocarbon gas. In this way, single or bundle MWNTs or SWNTs are attached to the ends of the AFM.

다이(Dai)에 의해 개발된 방법은 매우 효과적인 것으로서 액상 전구체(liquid phase precursor)를 AFM팁 끝에 코팅한 후에 이를 CVD방법에 의해 성장시키고, 그 후에 크기를 조절하기 위한 방전(discharge) 과정을 거쳐 카본 나노튜브가 부착된 AFM 팁을 만들게 된다 (미국특허 제6,401,526호). 이 때, 액상 전구체는 금속(metal)을 포함하는 염(salt), 장쇄분자 화합물(long-chain molecular compound) 및 용매(solvent)를 섞어서 만들어진다. 또한 보다 효과적으로 전구체를 부착하기 위해 마이크로컨택 프린팅을 이용해 단번에 많은 피라미드형 팁의 끝단을 코팅하는 방법도 제안하고 있다. The method developed by Dai is very effective and the liquid phase precursor is coated on the tip of the AFM tip and then grown by the CVD method, followed by a discharge process to control the size. AFM tips with nanotubes attached will be made (US Pat. No. 6,401,526). In this case, the liquid precursor is made by mixing a salt containing a metal, a long-chain molecular compound, and a solvent. It is also proposed to coat many pyramidal tips at once using microcontact printing to attach precursors more effectively.

그리고 최근에는 대량의 AFM용 실리콘 피라미드를 장착한 웨이퍼 상에서 스핀 코팅(spin coating)에 전구체를 도포한 다음, 피라미드에만 전구체를 남겨둔 채 나머지를 에칭(etching) 과정을 통해 제거하여 피라미드의 끝단에만 전구체가 남도록 만들고, 이 후에 카본을 포함하는 가스 속에서 CVD방법을 이용해 카본 나노튜브를 성장시키는 방법이 알려져 있다 (참고문헌: Wafer scale production of carbon nanotube scanning probe tips for atomic force microscopy, Applied Physics letters, Vol. 80, No. 12, Erhan Yenilmez etc., 2002, march, pp2225-2227 ). Recently, a precursor is applied to a spin coating on a wafer equipped with a large amount of silicon pyramids for AFM, and the precursor is removed only at the end of the pyramid by etching by leaving the precursor only in the pyramid. It is known to grow carbon nanotubes by using a CVD method in a gas containing carbon afterwards (Refer to Wafer scale production of carbon nanotube scanning probe tips for atomic force microscopy, Applied Physics letters, Vol. 80, No. 12, Erhan Yenilmez etc., 2002, march, pp2225-2227).

이외에도 현재 카본 나노튜브를 직접 AFM에 접착제를 이용하여 붙이는 방법이 실용화되어 있으며, 피에조맥스사(Piezomax Co.)에서는 MWNT의 번들을 붙인 다음 그 끝을 날카롭게 갈아내는 방법으로 AFM용 카본나노튜브(CNT) 프로브를 상용화하였다. In addition, a method of directly attaching carbon nanotubes to an AFM using an adhesive has been put to practical use, and Piezomax Co., Ltd. uses carbon nanotubes for AFM (CNT) by bundling MWNTs and sharply cutting the ends thereof. ) Probes were commercialized.

이와 같은 종횡비와 물성특성이 우수한 CNT를 AFM용 프로브에 부착하여 기계적, 화학적, 생물학적 특성을 검출하는 연구는 많이 진행되어 왔다. 그런데 이러한 CNT 프로브의 대량 생산과 이를 이용해 가늘고 깊은 폭을 가진 구조(trench 구조) 의 측면을 측정하는 것은 현실적으로 매우 어려운 일이다. Many studies have been conducted to detect mechanical, chemical and biological properties by attaching CNTs having excellent aspect ratios and physical properties to AFM probes. However, mass production of such CNT probes and the measurement of thin and deep structures (trench structures) are very difficult in reality.

경사를 가진 깊은 단차를 정확히 측정하기 위해서 AFM 프로브의 끝단에 여러가지 형상의 돌출부를 만들어 사용하는 방법이 알려져 있다 (참고문헌: Two-dimensional atomic force microprobe trench metrology system, Journal of Vacuum Science and Technology B., D. Nyyssonen etc., Vol. 9(6), pp3612-3616, 1991 ). 이러한 돌출부는 측면에서 전달되는 정보를 쉽게 검출할 수 있으므로 경사를 가진 구조물의 표면 신호를 보다 정확히 측정할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 프로브의 끝단을 가공하여 돌출부를 만드는 데에는 상당한 기술적 어려움이 있어 실용화에 문제가 있는 것이다. It is known to make and use various shaped protrusions at the tip of the AFM probe to accurately measure the deep step with slope (Ref .: Two-dimensional atomic force microprobe trench metrology system, Journal of Vacuum Science and Technology B., D. Nyyssonen etc., Vol. 9 (6), pp 3612-3616, 1991). Since the protrusion can easily detect information transmitted from the side, it has the advantage of measuring the surface signal of the inclined structure more accurately. However, there is considerable technical difficulty in making the protrusion by machining the tip of the probe, which is a problem in practical use.

최근 반도체의 폭은 0.1um이하로 작아지고 있으며, 이를 공정상에서 정확히 측정하기 위해서는 AFM을 사용하게 된다. 그러나 일반적인 AFM의 프로브 혹은 팁(tip)으로는 정확한 측정이 어려울 뿐만 아니라 깊은 폭의 측면에 관한 정보를 얻는 데에도 많은 어려움이 있다. Recently, the width of semiconductor is getting smaller than 0.1um, and AFM is used to measure it accurately in the process. However, not only is it difficult to make accurate measurements with typical AFM probes or tips, but it is also difficult to obtain information on the deep side.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 감안하여, 일반 반도체 공정으로 제작할 수 있는 나노패턴 구조물보다 더 큰 사이즈의 나노패턴 구조물을 용이하게 제작할 수 있으며, 다양한 나노물질을 소재의 제한을 받지 않고 제작할 수 있고, 또한 나노크기의 정밀한 패턴을 만들 수 있으며, 기존의 패턴형성방법에 비해 대량으로 생산이 가능하며 동시에 매우 낮은 생산비용으로 제조할 수 있는 새로운 나노패턴 구조물 및 그 제조방법을 제공하는 데에 기술적 과제가 있다. Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, the present invention can easily produce a nanopattern structure having a larger size than the nanopattern structure that can be manufactured by a general semiconductor process, and various nanomaterials can be used to limit the material. It can be manufactured without receiving, and can also produce nano-scale precise patterns, can be produced in large quantities compared to the existing pattern forming method, and at the same time provide a new nano-pattern structure and a manufacturing method that can be manufactured at a very low production cost There is a technical challenge.

또한, 본 발명은 다양한 미세 구조의 형상을 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 물리적, 화학적 및 생물학적 신호를 검출할 수 있는 프로브의 대량생산에 기술적 과제가 있다. In addition, the present invention has a technical problem in mass production of probes capable of accurately measuring the shape of various microstructures as well as detecting various physical, chemical and biological signals.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명자의 연구에서 나노물질을 휘발성 유기용매에 안정되게 분산시켜 랭뮤어-블로제트(Langmuir-Blodgett: LB) 트로프(trough)에 도포하면 물과 공기의 계면 상에 일정한 배향으로 정렬된 LB 막을 얻을 수 있고, 이러한 LB막을 홀더에 옮겨 부착하는 방법을 이용하면, 일반 반도체 공정으로 제작할 수 있는 나노패턴 구조물보다 더 큰 사이즈의 나노패턴 구조물을 용이하게 제작할 수 있고, 나노물질의 소재에 제한을 받지 않으며, 또한 나노크기의 정밀한 패턴을 만들 수 있으며, 기존의 패턴형성방법에 비해 대량으로 생산이 가능하며 동시에 매우 낮은 생산비용으로 나노패턴 구조물을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 단차폭이 매우 좁은 경우에도 정확한 측정이 가능하며, 다양한 물리적, 화학적 및 생물학적 신호를 검출할 수 있는 SPM의 프로브의 제작도 가능하게 된다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다. In the present inventor's research to solve the above problems, when nanomaterials are stably dispersed in volatile organic solvents and applied to Langmuir-Blodgett (LB) troughs, they are uniform on the interface between water and air. The alignment of the LB film can be obtained, and by using the method of transferring the LB film to the holder, the nanopattern structure having a larger size than the nanopattern structure that can be manufactured by a general semiconductor process can be easily manufactured, and the nanomaterial It is not limited to the material of the material, and also can make nano-scale precise patterns, and it can be produced in large quantities compared to the existing pattern formation method, and at the same time, it is possible to manufacture nanopattern structures at very low production cost, Accurate measurements are possible even with very narrow vehicle widths and can detect a variety of physical, chemical and biological signals. It is aware of the fact that also allows for the production of the SPM probe would be with the completion of the present invention.

그러므로 본 발명에 의하면, 나노 물질을 홀더에 부착하는 방법으로서, Therefore, according to the present invention, as a method of attaching a nanomaterial to a holder,

나노물질 분산액을 랭뮤어-블로제트(LB) 트로프에 담긴 수면위에 도포하여 나노물질의 LB막을 형성시키는 단계, 및 Applying the nanomaterial dispersion onto the surface of the Langmuir-Blozet (LB) trough to form an LB film of the nanomaterial, and

상기 LB막의 나노물질을 홀더에 옮겨 부착하는 단계를 포함하는 나노물질의 부착방법이 제공된다. Provided is a method of attaching nanomaterials comprising transferring the nanomaterials of the LB film to a holder.

또한 본 발명에 의하면 상기한 나노물질의 분산액은 휘발성 유기용매에 나노물질의 단일 또는 다발이 서로간의 엉김이 없고 침전되지 않도록 분산된 것임을 특징으로 하는 나노물질의 부착방법이 제공된다. In addition, the present invention provides a method for attaching a nanomaterial, wherein the dispersion of the nanomaterial is dispersed in a volatile organic solvent so that single or bundles of the nanomaterial are not entangled with each other and do not precipitate.

본 발명의 나노물질 부착방법은 나노패턴 구조물의 제조, 기계적 및 전기적 장치로서 표면신호나 화학신호를 검출하기 위한 신호 프로브의 제조에 이용될 수 있다. The nanomaterial attachment method of the present invention can be used for the production of signal probes for detecting surface signals or chemical signals as the production of nanopattern structures, mechanical and electrical devices.

여기서 '기계적 혹은 전기적 장치'라 함은 원자의 배열을 이미지화하는 주사 탐침 현미경이나, 자기적 정보를 처리하는 데이터 저장 장치나, 생물학적 혹은 화학적 신호를 검출하는 센서를 포함하고 또한 기계적인 휨을 이용해 힘이나 스트레스(stress)를 측정하는 장치나, 최근 들어 연구가 많이 진행되고 있는 소프트 리소그래피(soft lithography)용으로 활용되는 SPM 장치도 포함하는 의미로 사용된다.The term "mechanical or electrical device" includes a scanning probe microscope that images an array of atoms, a data storage device that processes magnetic information, or a sensor that detects biological or chemical signals. It is used to include a device for measuring stress or an SPM device used for soft lithography, which is being studied a lot recently.

본 발명에 따르는 나노물질의 부착방법은 나노물질을 홀더에 부착시키기 위해서 나노물질로 되는 단분자막(monolayer)을 이용한다. 본 발명에서 나노물질의 단분자막을 제조하기 위해서 나노물질의 분산액을 사용한다. 나노물질의 분산액은 다양한 방법으로 제조할 수 있으나, 바람직하기로는 휘발성 유기용매에 나노물질을 안정되게 분산시키는 방법으로 제조하는 것이다. The method of attaching a nanomaterial according to the present invention uses a monolayer made of nanomaterial to attach the nanomaterial to a holder. In the present invention, a dispersion of nanomaterials is used to prepare monomolecular films of nanomaterials. The dispersion of the nanomaterial may be prepared by various methods, but preferably, the nanomaterial is prepared by a method of stably dispersing the nanomaterial in a volatile organic solvent.

휘발성 유기용매에 안정한 상태로 분산되는 특성을 갖는 나노물질은 물과 공기의 계면에서 일정한 배향을 가진 단분자막으로 제작될 수 있고 물질간의 상호 작용을 조절하여 나노미터 크기의 도메인 구조물로도 제작이 가능하다. 또한 이렇게 제조된 LB막의 나노물질을 고체 홀더에 전이하고, 나노물질과 홀더 간의 상호작용을 유발시키면 나노물질이 홀더 단부에 견고하게 결합된 구조물을 제작하는 것이 가능하게 된다.Nanomaterials that have a stable dispersion in volatile organic solvents can be fabricated as monomolecular films with a constant orientation at the interface between water and air, and can also be fabricated as nanometer-sized domain structures by controlling the interaction between materials. . In addition, when the nanomaterial of the LB film thus prepared is transferred to a solid holder, and the interaction between the nanomaterial and the holder is induced, it is possible to manufacture a structure in which the nanomaterial is firmly bonded to the holder end.

본 발명에서 나노물질이 휘발성 유기용매에 안정된 상태로 분산된다는 것은 나노물질의 단일(individual) 또는 다발(bundle)이 서로간의 엉김(aggregation)이 없으며 휘발성 용매에 침전되지 않은 상태로 분산되는 것을 의미하는 것이다. 본 발명에서 나노물질은 단일 또는 다발이 서로간의 엉김이 없으며 휘발성 용매에 침전되지 않은 상태로 분산될 수 있는 성질을 갖는 것이거나 또는 전처리를 통하여 상기한 성질을 갖게 하는 것이 바람직하다. In the present invention, the nanomaterial is dispersed in a stable state in a volatile organic solvent, which means that a single or bundle of nanomaterials is dispersed without being precipitated in a volatile solvent without aggregation of each other. will be. In the present invention, it is preferable that the nanomaterials have a property that single or bundles can be dispersed without being entangled with each other and are not precipitated in a volatile solvent or have the above properties through pretreatment.

나노물질의 단일 또는 다발이 서로간의 엉김이 없으며 휘발성 용매에 침전되지 않은 상태로 분산될 수 있는 성질을 갖도록 나노물질을 전처리하는 데에는 여러 가지 방법이 이용될 수 있다, 예를 들어 전처리과정에서 나노물질의 일부에 휘발성 유기용매와 친화성이 있는 기능기를 부여하면 나노물질의 단일 또는 다발이 서로간의 엉김이 없으며 휘발성 용매에 침전되지 않은 상태로 분산될 수 있는 성질을 갖 게 된다. Several methods can be used to pretreat the nanomaterials so that the single or bundles of nanomaterials are free from intertwining with each other and have a property that they can be dispersed in a volatile solvent without being precipitated, for example, during the pretreatment process. If a part of the functional group having affinity with the volatile organic solvent is given, the single or bundle of nanomaterials are free from intertwining with each other and have the property of being dispersed in the volatile solvent without being precipitated.

본 발명에서 나노물질이 휘발성 용매에 안정되게 분산된 상태는 나노물질의 단분자막 형성, 나노물질의 배향 및 정렬에 있어서 반드시 요구된다.In the present invention, the state in which the nanomaterial is stably dispersed in a volatile solvent is required for forming a monomolecular film of the nanomaterial, orienting and aligning the nanomaterial.

본 발명에서 이용할 수 나노물질의 예로는 나노튜브(Nanotube), 나노니들(Nanoneedle), 나노와이어(Nanowire) 등과 같이 막대형상을 가진 나노물질, 금(Au), 알루미늄(Al) 등과 같이 많이 사용되는 입자(Particle) 형태의 나노분자, 그리고 양친매성 (Amphiphilic) 특성을 가진 유기물, 단백질, DNA와 같은 생체물질 등이 있다. 또한, 나노튜브의 예로는 막대형상을 가진 수 나노미터에서 수백 나노미터 반경을 가진 카본 나노튜브, BCN 타입 나노튜브, 보론(boron) 나노튜브, BN 타입 나노튜브 등이 있으며; 나노니들의 예로는 텅스텐(Tungsten), 스틸(Steel)과 같은 메탈로 이루어진 속이 비지않은 로드(rod) 형태의 나노니들 등이 있다. Examples of nanomaterials that can be used in the present invention include nanotubes, nanoneedles, nanowires, and the like, which have a rod-like nanomaterial, gold (Au), aluminum (Al), and the like. Nanomolecules in the form of particles and organic materials such as amphiphilic properties, biomaterials such as proteins and DNA. In addition, examples of nanotubes include carbon nanotubes having a rod shape of several nanometers to hundreds of nanometers, BCN type nanotubes, boron nanotubes, BN type nanotubes, and the like; Examples of nanoneedles include non-hollow rod-shaped nanoneedles made of metal such as tungsten and steel.

본 발명에서 나노물질로 되는 단분자막을 제작하는 데에는 랭뮤어-블로제트(LB) 방법을 이용한다. 예를 들어, 도 1에 도시되는 바와 같이 휘발성 용매에 안정한 상태로 분산된 양친매성 나노튜브(1)를 랭뮤어-블로제트(LB) 트로프(2)에 담긴 수면 위에 도포하고, 용매가 기화된 후 배리어(barrier; 3)를 밀어서 수면의 면적을 점진적으로 감소시키면 나노튜브가 계면 상에 일정한 배향으로 정렬된 LB막을 얻을 수 있다. In the present invention, the Langmuir-Blozet (LB) method is used to fabricate a monomolecular film made of nanomaterials. For example, as shown in FIG. 1, amphiphilic nanotubes 1 dispersed in a stable state in a volatile solvent are applied onto the surface of the Langmuir-Blozet (LB) trough 2 and the solvent is vaporized. After the barrier (3) is pushed to gradually reduce the surface area of the water surface to obtain an LB film in which the nanotubes are aligned in a constant orientation on the interface.

일정한 배향을 가지는 LB막을 보다 효과적으로 얻기 위해서는 막형성조건을 나노물질에 따라 적절하게 수립하거나, 나노물질의 일단에 친수성 기능기를 부여하 고 타단에 비친수성 기능기를 부여하여, 나노물질이 양친매성 특성을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한 전기장 혹은 자기장을 이용하여 나노물질이 LB막에서 한 방향으로 정렬되도록 할 수 있다. 일반적으로 나노 물질의 경우 한 방향으로 정렬되기 위해서는 전기장을 걸어주면 나노 물질의 양 끝단에 전하가 발생하거나 이미 전하를 가지고 있는 경우에 걸려있는 전기장 혹은 자기장의 극성 방향으로 정렬되게 된다. 이 때 이러한 전기장에 끌려올 정도보다는 약한 전기장을 걸거나 계속적으로 교류 전기장으로 극성을 바꾸어 주면 나노 물질이 정렬되도록 할 수 있다. In order to obtain an LB film having a certain orientation more effectively, the film forming conditions are appropriately set according to the nanomaterial, or a hydrophilic functional group is given to one end of the nanomaterial and a non-hydrophilic functional group is given to the other end, so that the nanomaterials have amphiphilic properties. It is desirable to have. Electric or magnetic fields can also be used to align nanomaterials in one direction on the LB film. In general, in the case of nanomaterials, when an electric field is applied in order to align in one direction, charges are generated at both ends of the nanomaterial, or in the polar direction of the electric or magnetic field hanging when the electric charges are already present. At this time, if you apply a weak electric field or continuously change the polarity to an alternating electric field rather than attracted to such an electric field, the nanomaterials can be aligned.

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도 2는 AFM용 프로브와 같은 프로브(5)에 LB막의 나노튜브를 부착하는 방법을 나타낸 것으로 이와 같은 방법을 이용하면 기능성 나노튜브 신호 프로브를 용이하게 제작할 수 있게 된다. 2 shows a method of attaching a nanotube of an LB film to a probe 5 such as an AFM probe. Using this method, a functional nanotube signal probe can be easily manufactured.

도 3은 이상적인 형태로 나노튜브를 부착한 SPM의 일종인 AFM의 신호 프로브를 나타낸 것이다. 물론 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니며 다양한 종류의 SPM이나 다양한 물리적, 화학적 및 생물학적 신호를 검출하는 센서 프로브에도 적용할 수 있는 것이다. Figure 3 shows a signal probe of AFM which is a kind of SPM attached nanotubes in an ideal form. Of course, the present invention is not limited thereto, and may be applied to various kinds of SPMs or sensor probes for detecting various physical, chemical and biological signals.

도시되는 바와 같이 나노튜브(1)의 일단을 프로브(5)의 팁에 고정하고 타단을 프로브의 팁에 비해 바깥쪽에 위치하도록 돌출시키면, 돌출단부로부터 외부에서 들어오는 샘플의 표면 정보나 기타의 물리적, 화학적 및 생물학적 신호를 검출할 수 있게 된다. 도 4의 사진은 본 발명의 방법으로 프로브의 팁에 나노튜브를 부착한 것을 전자현미경으로 촬영한 사진이다. As shown, when one end of the nanotube 1 is fixed to the tip of the probe 5 and the other end is projected to be located outward relative to the tip of the probe, the surface information or other physical, It is possible to detect chemical and biological signals. 4 is a photograph taken with an electron microscope of the nanotubes attached to the tip of the probe by the method of the present invention.

일반적으로 피라미드형태를 갖는 프로브팁은 반도체 공정의 에칭 공정을 통해 만들어지며, 캔틸레버는 주로 실리콘이나 실리콘 나이트라이드로 만들어진다. In general, a pyramidal probe tip is made through an etching process of a semiconductor process, and a cantilever is mainly made of silicon or silicon nitride.

본 발명에서 나노 물질을 홀더에 부착할 때 보다 견고하게 결합되도록 하기 위해 나노물질의 일부에 부착된 기능기와 화학적 결합을 할 수 있는 기능기나 단분자막을 홀더에 부여할 수도 있다. 예를 들어 카본 나노튜브의 끝단을 변형하여 SHx를 부착한 경우에는 이것과 쉽게 화학적 결합을 하는 Au를 홀더에 도포하면 나노물질과 홀더가 부착될 때 화학적 결합이 일어나므로 견고한 결합이 가능하게 된다. In the present invention, in order to bond the nanomaterial to the holder more firmly, the holder may be provided with a functional group or a monomolecular film capable of chemically bonding with a functional group attached to a part of the nanomaterial. For example, when the end of the carbon nanotube is deformed to attach SHx, when Au is easily chemically bonded to the holder, chemical bonding occurs when the nanomaterial and the holder are attached, thereby enabling firm bonding.

또한 나노물질의 기능기가 홀더에 소정의 패턴으로 부착하도록 홀더를 변형한 후 LB막을 전이시키면 원하는 패턴의 나노패턴구조물을 얻을 수 있게 된다. 로홀더에 이러한 패턴을 부여하는 데에는 공동을 갖는 분자(예: calix[n]arene, cyclodextrine 등)들로 이루어진 단분자막을 홀더에 형성시켜 이 공동을 통해 LB막의 나노물질의 기능기가 홀더에 결합되도록 하거나, 서로 다른 크기를 갖는 분자들로 단분자막을 홀더에 형성한 후 두 분자 중 한 종류의 분자를 소거하여 형성된 공극을 통해 나노물질의 기능기가 홀더와 결합할 수 있도록 하거나, 템플레이트, 마이크로 컨택 프린팅, 나노임프린팅, 딥펜 기법 또는 반도체 리소그래피(Lithography) 방법으로 나노물질의 기능기와 결합가능한 패턴을 홀더에 형성시키는 방법 등이 이용될 수 있다. In addition, after the holder is deformed so that the functional group of the nanomaterial is attached to the holder in a predetermined pattern, the nanopattern structure of the desired pattern may be obtained by transferring the LB film. In order to give these patterns to the low holder, a monomolecular film made of molecules with cavities (e.g. calix [n] arene, cyclodextrine, etc.) is formed in the holder so that the functional group of the nanomaterial of the LB film is bonded to the holder. After forming a monomolecular film in a holder with molecules of different sizes, one of the two molecules may be erased to allow the functional group of the nanomaterial to bind to the holder, or to be used in a template, micro contact printing, or nano Imprinting, a dip pen technique, or a semiconductor lithography method may be used to form a pattern that can be combined with a functional group of nanomaterials in a holder.

본 발명에 있어서, LB막은 상온과 같은 상대적으로 낮은 온도에서 제작이 가능하고, 300mm사이즈 보다 더 넓은 영역의 크기도 동시에 패터닝이 가능하며 동일한 조건에서 대량으로 나노구조물을 제작할 수 있는 장점이 있다. 또한 기존의 다른 공정 방법들과는 달리 제작하고자 하는 나노패턴을 구성하는 소재에 대한 제한이 매우 적어 유기분자, 생화학적 물질, 금속 나노입자 등 다양한 소재를 활용할 수 있다는 장점이 있어서 바이오일렉트로닉스(Bio-Electronics), 몰레큘라 일렉트로닉스(Molecular- electronics) 등을 포함한 광범위한 분야에 필요한 장치나 패턴을 만드는데 적용이 가능하다.In the present invention, the LB film can be manufactured at a relatively low temperature, such as room temperature, and can simultaneously pattern the size of a wider area than the 300 mm size, and there are advantages in that the nanostructure can be manufactured in large quantities under the same conditions. In addition, unlike other existing process methods, there are very few restrictions on the material constituting the nanopattern to be manufactured, which makes it possible to use various materials such as organic molecules, biochemical materials, and metal nanoparticles. It can be applied to make devices or patterns required for a wide range of fields, including Molecular Electronics.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 일반 반도체 공정으로 제작할 수 있는 나노패턴 구조물 보다 더 큰 사이즈의 나노패턴 구조물을 용이하게 제작할 수 있고, 다양한 나노물질을 소재의 제한을 받지 않고 제작할 수 있으며, 또한 나노크기의 정밀한 패턴을 만들 수 있으며, 기존의 패턴형성방법에 비해 대량으로 생산이 가능하며 동시에 매우 낮은 코스트로 제조할 수 있게 되며, 상온에서 작업을 할 수 있어서 다양한 홀더를 활용할 수 있게 된다. 또한, 상기의 본 발명의 방법으로 신호를 검출할 수 있는 SPM을 포함한 신호 프로브를 제작할 수 있으며, 제작한 프로브는 종래의 프로브로 검출하기 어려운 표면 정보를 검출할 수 있는 장점이 있고, 종래에 비해 매우 높은 종횡비와 높은 탄성을 가지며, 수명을 매우 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있으며, 또한 검출 프로브가 화학적인 일련의 공정에 의해 제작될 수 있으므로 대량으로 제작이 가능한 등이 장점이 있다. 이러한 용도로는 AFM(Atomic Force Microscope), STM(scanning Probe Microscope)와 기타의 SPM(scanning Probe Microscope), 바이오센서, 화학센서 등이 있다. As described above, according to the present invention, a nanopattern structure having a larger size than a nanopattern structure that can be manufactured by a general semiconductor process can be easily manufactured, and various nanomaterials can be manufactured without limitation of materials, and also nanoscale It is possible to make a precise pattern of, can be produced in a large quantity compared to the existing pattern forming method and at the same time can be manufactured at a very low cost, it can be used at room temperature to use a variety of holders. In addition, a signal probe including an SPM capable of detecting a signal can be manufactured by the method of the present invention, and the manufactured probe has an advantage of detecting surface information that is difficult to detect by a conventional probe, and compared with the conventional one. It has a very high aspect ratio and high elasticity, has the advantage of greatly improving the life, and also has the advantage that can be manufactured in large quantities because the detection probe can be manufactured by a series of chemical processes. Such applications include AFM (Atomic Force Microscope), Scanning Probe Microscope (STM) and other Scanning Probe Microscopes (SPMs), biosensors and chemical sensors.

Claims (12)

끝이 뾰족한 홀더에 나노 물질을 부착하는 랭뮤어 블로제트(LB)를 이용한 나노 물질의 부착방법에 있어서, In the method of attaching nanomaterials using Langmuir blobjet (LB) for attaching the nanomaterial to the holder having a pointed end, 휘발성 유기용매와 친화성이 있는 기능기가 일부분에 부여된 나노 물질을 휘발성 유기용매에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; Preparing a dispersion by dispersing a nanomaterial imparted with a functional group having affinity for a volatile organic solvent in a volatile organic solvent; 상기 분산액을 랭뮤어-블로제트 트로프에 담긴 수면 위에 도포하여 나노물질의 LB막을 형성시키는 단계, 및 Applying the dispersion onto the surface of the Langmuir-Blozet trough to form an LB film of nanomaterials, and 상기 홀더의 적어도 일부분을 상기 LB막의 나노 물질에 잠기게 하고 상기 홀더의 끝단으로부터 돌출된 형태로 나노 물질이 부착되게 하여서, 상기 나노물질의 일부에 형성된 기능기와 화학적으로 결합가능한 기능기 또는 단분자막을 상기 홀더에 부여하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 랭뮤어 블로제트를 이용한 나노 물질의 부착방법.At least a portion of the holder is immersed in the nanomaterial of the LB film and the nanomaterial is attached in a form protruding from the end of the holder, so that the functional group or monomolecular film chemically bondable to the functional group formed on the portion of the nanomaterial Attaching to the holder; Method of attaching nanomaterials using Langmuir blobjet comprising a. 제1항에 있어서, 상기 휘발성 유기용매에 나노 물질의 단일 또는 다발이 서로 간의 엉김이 없고 침전되지 않도록 나노 물질을 상기 분사액에 분산시키는 것을 특징으로 하는 랭뮤어 블로제트(LB)를 이용한 나노 물질의 부착방법. According to claim 1, wherein the nanomaterials using Langmuir Blozet (LB) is characterized in that the nanomaterials are dispersed in the injection liquid so that single or bundles of nanomaterials in the volatile organic solvent do not become entangled with each other and do not precipitate. Method of attachment 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 나노 물질의 일단에는 친수성 기능기가 부착되게 하고 타단에는 비친수성 기능기가 부착되게 하는 것을 특징으로 하는 랭뮤어 블로제트(LB)를 이용한 나노 물질의 부착방법. The method of claim 1, wherein the hydrophilic functional group is attached to one end of the nanomaterial and the non-hydrophilic functional group is attached to the other end. 삭제delete 제1항에 있어서, 공동을 갖는 분자로 이루어진 단분자막을 홀더에 형성시켜 상기 공동을 통해 LB막의 나노물질의 기능기가 홀더에 결합되도록 하는 방식과, 서로 다른 크기를 갖는 분자들로 단분자막을 홀더에 형성한 후 두 분자 중 어느 한 종류의 분자를 소거하여 형성된 공극을 통해 나노물질의 기능기가 홀더와 결합되도록 하는 방식과, 템플레이트, 마이크로 컨택 프린팅, 나노임프린팅, 딥펜 기법 또는 반도체 리소그래피(Lithography) 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 상기 홀더에 나노물질의 기능기를 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 랭뮤어 블로제트(LB)를 이용한 나노 물질의 부착방법. The method of claim 1, wherein a monomolecular film made of molecules having cavities is formed in the holder such that functional groups of the nanomaterial of the LB film are bonded to the holder through the cavity, and the monomolecular film is formed in the holder with molecules having different sizes. Then, one of the two molecules is used to erase the molecules of either type so that the functional group of the nanomaterial is combined with the holder, and the template, micro contact printing, nanoimprinting, dip pen technique, or semiconductor lithography method. The method of attaching nanomaterials using Langmuir blobjet (LB) further comprising the step of coupling a functional group of nanomaterials to the holder using any one method. 제1항에 있어서, 상기 LB막에서 나노물질은 전기장 또는 자기장에 의해 일 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 랭뮤어 블로제트(LB)를 이용한 나노 물질의 부착방법. The method of claim 1, wherein the nanomaterials in the LB film are aligned in one direction by an electric field or a magnetic field. 제1항에 있어서, 상기 나노물질은, 나노튜브, 나노 니들, 나노 와이어, 입자 형태의 나노 분자, 양친매성 특성을 가진 유기물, 단백질 또는 DNA와 같은 생체물질인 것을 특징으로 하는 랭뮤어 블로제트(LB)를 이용한 나노 물질의 부착방법.The method of claim 1, wherein the nanomaterial is a nanomaterial, a nanomaterial, nanowires, nanoparticles in the form of particles, organic materials having amphiphilic properties, biomaterials such as proteins or DNA, Langmuir blobjet ( Method of attaching nanomaterials using LB). 제1항에 있어서, 상기 홀더는 끝이 돌출된 SPM용 프로브이며, 상기 LB막의 나노물질과 신호 프로브를 접근시켜 상기 신호 프로브의 한쪽 끝단에 나노 물질이 접촉에 의해 부착되도록 하는 것을 특징으로 하는 랭뮤어 블로제트(LB)를 이용한 나노 물질의 부착방법.According to claim 1, The holder is an SPM probe protruding end, Lang, characterized in that the nano-materials and the signal probes of the LB film is approached so that the nano-materials are attached to one end of the signal probe by contact A method of attaching nanomaterials using Muir Blowjet (LB). 삭제delete 제1항에 있어서, 나노물질이 끝이 뾰족한 홀더에 LB막이 표면에 필름과 같이 덮여서 뾰족한 홀더를 감싸는 형태로 부착되는 것을 특징으로 하는 나노물질 부착방법The method of claim 1, wherein the nanomaterial is attached to a holder having a pointed tip, such that the LB film is covered with a film on the surface to surround the pointed holder. 제1항에 있어서, 한 방향으로 나노물질이 정렬되도록 LB막에 형성한 후에 뾰족한 홀더를 접근시켜 홀더의 끝단에 나노물질이 돌출된 형태로 부착되도록 하는 것을 특징으로 하는 나노물질 부착방법.The method of claim 1, wherein the nanomaterials are attached to the ends of the holders so that the nanomaterials protrude to the ends of the holders after the nanomaterials are formed in the LB film to align in one direction.

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