KR100702357B1 - 블록 전도성 고분자를 이용한 나노 크기에서 마이크로크기 패턴닝. - Google Patents

블록 전도성 고분자를 이용한 나노 크기에서 마이크로크기 패턴닝. Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 크기에서 마이크로 크기 패턴닝을 단순히 전도성 블록고분자 용액을 미세 접촉 인쇄법으로 자기 조립 단분자막(SAM)이 패턴닝된 기판위에 캐스팅함으로써 전도성 블록 고분자의 친수성 블록이 기판상의 SAM으로부터 반발되어 SAM이 패턴닝 되지 않은 기판 영역에만 유인되어 전도성 고분자를 간단하게 패턴닝 하는 기술로서 미세 및 극미세 전자 소자 제조에 효과적으로 응용 될수 있다.
Figure 112004502313080-pat00008
전도성 고분자 나노 패턴닝, 전도성 고분자 마이크로 패턴닝, 전도성 블록 고분자

Description

블록 전도성 고분자를 이용한 나노 크기에서 마이크로 크기 패턴닝. {Conducting block copolymer for nanometer to micrometer patterning}
[도1]은 전도성 블록 고분자 용액을 자기조립 단분자막이 나노 크기에서 마이크로 크기까지 패턴닝된 기판에 캐스팅하여 간단하게 전도성 고분자 패턴닝을 제조하는 모식도.
[도2]은 본 발명에서 합성한 블록 고분자의 화학적 구조도.
[도3]은 본 발명에서 합성한 모노머의 FT-IR 스펙트럼.
[도4]은 본 발명에서 합성한 모노머의 H1-NMR 스펙트럼.
[도5]은 자기조립 단분자막이 나노 크기와 마이크로 크기로 패턴닝된 기판의 AFM 이미지.
[도6]은 자기조립 단분자막이 나노 크기와 마이크로 크기로 패턴닝된 기판위에 전도성 블록 고분자를 캐스팅한 후 기판의 AFM 이미지.
본 발명은 광전자, 미세전자 및 극미세전자 소자들의 제작에 필수적인 전도 성 고분자의 나노 크기에서 마이크로 크기의 패턴닝 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기 반도체 및 도체 물질은 최근 세라믹과 금속 물질을 대체할수 있는 차세대 물질로서 미세화된 경량 전자 소자 제작에 최근 시험적으로 이용되고 있다.
이러한 전자 소자의 실용화를 위해서는 보다 저렴하고 간단한 방법으로 전도성 고분자 물질들을 다양한 모양으로 나노 크기에서 마이크로 크기까지 패턴닝하는 기술의 개발이 필수적이다.
패턴닝에 가장 보편적으로 이용되는 Photo-Lithography 기술은 전도성 고분자의 연결된 π-bond를 파괴하여 전기적 물성에 악영향을 주기 때문에 전도성 고분자 패턴닝 기술로 적용이 어려우며, 이를 보완하고자 최근 미세 접촉 인쇄법을 이용하여 자기 조립 단분자막(SAM)을 실리콘 또는 금 기판위에 패턴닝한 후, 전기 화학적 방법으로 전도성 고분자가 이를 SAM에서는 성장 못하도록 하여 전도성 고분자 패턴닝을 수행하는 기술이 마이크로 패턴닝까지 가능하게 하는 상대적으로 간단한 기술이었다.(Beh, W.S.etal, Adv. Mater. 1999, 11, 1038; Granlund, T. etal Adv. Mater. 2000, 12, 269)
그러나 이와같이 SAM와 전기 화학적 합성을 이용하는 방법은 전기 화학적 합성 방법이 지닌 독성 용매 이용과 공정의 번거로움으로 인하여 실용적이지 못하다.
본 발명은 상술한 바와 같이 전기 화학적 합성법이 지닌 단점을 개선하며, 나노 크기에서 마이크로 크기까지 간단하게 가용성의 전도성 고분자 용액을 자기 조립된 단분자막(SAM)으로 패턴닝된 기판에 캐스팅하여 다양한 크기의 패턴닝을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 상기한 목적을 이루기 위하여 [도2]에 도시한 전도성 블록 고분자(poly(ethylene-b -thiophene))를 합성하였다.
PEO 블록을 넣은 이유는 [도1]에 도시한 것과 같이 친수성의 PEO가 소수성의 자기조립 박막(SAM)으로부터 반발하여 SAM가 없는 영역에 집합되도록 하기 위함이다.
합성 방법은 우선 Polyethylene oxide(분자량 2000)을 2-Thiophene carbonyl chloride과 메틸렌클로라이드을 용액으로 이용하여 다이메틸아민을 촉매로 하여 아래에 도시한 PEO-TH 모노머를 70％ 수율로 얻었다.
Figure 112004502313080-pat00009
얻어진 PEO-TH는 [도3]과 [도4]에 각각 도시한 FT-IR과 H1-NMR을 통하여 확인하였다.
THF하에서 타이오펜 모노머와 FeCl3를 이용하여 중합하여 PEO-block-PTH를 얻었다.
얻어진 PEO-block-PTH를 물에 0.2wt％비로 넣은후 초음파하에서 수용액으로 제조한후, [도5]에 도시한 것과 같이 미리 미세 접촉 인쇄법으로 octadecyltrichlorosilane을 이용하여 SAM로 패턴닝된 실리콘 기판을 수용액에 단순히 캐스팅하면 [도6]에 도시한 바와 같이 나노 크기에서 마이크로 크기까지의 전도성 고분자 패턴닝을 간단하게 할 수 있다.
[도6]에서 보여 주듯이 전도성 고분자가 SAM로 패턴닝 되지 않은 영역에만 집합되어진 것을 알 수 있다. 이때 패턴닝된 전도성 고분자는 단분자막으로서 100s/cm 이상의 높은 전도성을 보였다.
이상에서 설명한 바와 같이 전도성 블록 고분자(PEO-block-PTH)을 합성하여 수용액을 제조한 후 단순히 수용액을 SAM로 패턴닝된 기판위에 캐스팅 함으로써 나노 크기에서 마이크로 크기까지로 패턴닝된 높은 전도성 고분자를 얻을 수 있어, 미세 전자 소자 등의 제조에 활용이 실제적으로 가능하다.

Claims (4)

  1. 기판 상에 소수성인 자기조립 단분자막 미세 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 자기조립 단분자막 패턴 상에 폴리에틸렌옥시드-블록-폴리티오펜(PEO-b-PTH)를 캐스팅하여 자기조립 단분자막이 형성되지 않은 영역에 집합된 전도성 고분자 패턴을 형성하는 단계;
    로 이루어지는 전도성 고분자 미세 패턴이 형성된 기판의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소수성인 자기조립 단분자막 미세 패턴은 옥타데실트리클로로실란을 사용하여 미세 접촉 인쇄법으로 형성된 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세 패턴이 형성된 기판의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 미세패턴은 0.1 내지 1 ㎛ 크기의 패턴인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 미세 패턴이 형성된 기판의 제조방법.
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