KR100797093B1 - 나노 소자 구조물 및 이의 제조 방법 - Google Patents

나노 소자 구조물 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100797093B1
KR100797093B1 KR1020060063840A KR20060063840A KR100797093B1 KR 100797093 B1 KR100797093 B1 KR 100797093B1 KR 1020060063840 A KR1020060063840 A KR 1020060063840A KR 20060063840 A KR20060063840 A KR 20060063840A KR 100797093 B1 KR100797093 B1 KR 100797093B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanomaterial
substrate
device structure
layer
nano device
Prior art date
Application number
KR1020060063840A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080004912A (ko
Inventor
한창수
송진원
윤여환
이응숙
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020060063840A priority Critical patent/KR100797093B1/ko
Priority to JP2009517966A priority patent/JP2009543327A/ja
Priority to EP20070747074 priority patent/EP2038208A4/en
Priority to PCT/KR2007/003043 priority patent/WO2008004777A1/en
Publication of KR20080004912A publication Critical patent/KR20080004912A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100797093B1 publication Critical patent/KR100797093B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0006—Interconnects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123—Flat display tubes
    • H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
    • H01J31/127—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection using large area or array sources, i.e. essentially a source for each pixel group
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/07—Interconnects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453—Carbon types
    • H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2329/00—Electron emission display panels, e.g. field emission display panels
    • H01J2329/02—Electrodes other than control electrodes
    • H01J2329/04—Cathode electrodes
    • H01J2329/0407—Field emission cathodes
    • H01J2329/0439—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2329/0444—Carbon types
    • H01J2329/0455—Carbon nanotubes (CNTs)
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/221—Carbon nanotubes

Abstract

본 발명에 따른 나노 소자 구조물은 나노 물질층을 용이하게 도포하고 나노 물질층과 전극 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있도록, 정렬 기준부가 형성된 기판과, 상기 기판 위에 도포된 복수의 나노 물질층, 및 상기 나노 물질층의 상면과 접하도록 형성된 전극을 포함한다.
나노 소자 구조물, 정렬 기준부, 분사, 나노 물질층

Description

나노 소자 구조물 및 이의 제조 방법{Nano device structure and fabricating method thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 나노 소자 구조물을 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 나노 소자 구조물의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 기판에 나노 물질층이 형성된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 기판에 나노 물질층을 형성하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 기판에 나노 물질층이 형성된 상태를 도시한 사진이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 기판에 형성된 나노 물질층의 조직을 도시한 사진이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 소자 구조물을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 소자 구조물의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노 소자 구조물의 부분 단면도이다.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 제2 실시예에 따라 나노 소자 구조물을 제 조하는 과정을 설명하기 위한 공정도들이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 나노 소자 구조물이 설치된 전계 방출 디스플레이를 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 나노 소자 구조물이 설치된 전계 방출 디스플레이를 도시한 단면도이다.
본 발명은 나노 소자 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 물질 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 나노 소자 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
나노 물질은 1㎛ 이하의 크기를 갖는 물질을 말하며, 대표적으로는 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube; CNT)가 있다.
나노 물질은 나노 입자, 양자점 등의 0차원 구조물 또는 탄소나노튜브, 나노와이어 등의 1차원 구조물, 나노 디스크 등의 2차원 구조물을 포함한다.
탄소나노튜브와 같은 나노 물질은 제조 시에 반도체성 혹은 금속성의 성질을 띠는 것이 일반적이며, 이러한 성질을 이용하여 FET(Field Effect Transistor), SET(Single Electron Transistor)등의 전자소자 및 각종 센서로서 활용이 가능하다. 그리고 전류를 가하면 전자(Electron) 및 엑스선(X-ray)을 만들어 낼 수 있는 특징도 가지고 있어서 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display)나 램 프(Lamp)용으로 개발되기도 한다.
이러한 나노 물질은 그 크기가 대체로 1㎛이하로서 나노 물질을 원하는 위치에 배치시키기도 어려울 뿐만 아니라 나노 물질을 원하는 형태로 성장시키는 것도 매우 힘들다.
나노 물질을 기판에 정착시키는 방법으로는 전자현미경을 이용하여 나노물질을 하나씩 옮겨 붙이는 방법부터, 전극 사이에서 나노 물질을 성장시키는 방법, 박막의 형태로 만든 후 광식각에 의해 패턴을 형성하는 방법, 원자 현미경이나 딥 펜(dip pen)을 이용하는 방법, 전기장이나 자기장을 이용하여 용액에 포함된 나노 물질을 이동시키는 방법 등 다양한 방법들이 있다.
나노 물질을 기판 상에 직접 성장시키는 방법은 두 개의 전극 사이에 나노물질을 성장시킬 수 있는 촉매를 도포하고 반응로에서 적절한 온도와 가스를 주입하여 나노물질이 전극들을 연결하는 형태로 자라도록 유도한다.
이 방법은 대면적에서 대량의 나노 물질을 얻을 수 있는 장점이 있지만, 성장하는 나노 물질이 각 소자마다 다른 형태로 성장하게 되며, 나노 물질의 숫자나 크기를 조절하기 어려운 문제가 있다. 뿐만 아니라 나노 물질의 성장 형태에 따라 일부 전극들이 나노 물질과 연결되지 못하는 문제가 발생하기도 한다.
한편, 전극 사이에 나노 물질을 포함하는 용액을 떨어뜨려 나소 소자를 만들 수 있는데, 이 방법은 나노 물질을 용액에 분산시킨 다음, 미리 형성된 전극 위에 피펫(pipette) 등을 이용하여 나노 물질을 떨어뜨리는 방법이다. 이때 접촉 저항을 낮추기 위하여 전극 사이에 나노 물질층이 형성된 후 어닐링(annealing) 공정을 실시하거나 추가로 전극을 증착시킬 수 있다.
그러나 이러한 종래의 방법들은 균일한 나노 소자를 얻기가 어려울 뿐만 아니라, 나노 소자의 특성을 일정하게 하기가 어려운 문제가 있다. 이와 같이 나노 소자의 특성이 불균일하면 생산성이 저하되는 문제가 발생한다.
도 1은 종래 기술에 따른 나노 소자 구조물을 도시한 개략적인 구성도이고 도 2는 종래 기술에 따른 나노 소자 구조물을 도시한 단면도이다. 상기한 도면들을 참조하여 설명하면, 이 나노 소자 구조물은 기판(110) 상에 도포된 두개의 전극들(121, 122)과 전극들(121, 122) 위에 형성되어 전극들(121, 122)을 연결하는 나노 물질(130)을 포함한다. 그리고 상기한 전극들(121, 122)은 각각 서로 다른 전원(141, 142)에 연결된다.
이러한 나노 소자 구조물을 제조하기 위해서는 기판(110) 상에 일정한 패턴으로 전극들(121, 122)을 형성한 후, 전극들(121, 122) 사이에 균일한 양의 나노 물질(130)을 주사하여야 한다. 이러한 나노 물질(130)은 전극들(121, 122) 사이에 수동으로 주사되는데 이러한 공정은 생산성이 낮은 문제가 있다.
또한, 상기한 종래의 구조는 나노 물질(130)과 전극들(121, 122) 사이의 접촉 저항이 큰 문제가 있다. 이러한 접촉 저항을 감소시키기 위해서는 별도의 어닐링공정이나 추가적인 전극 도포과정이 필요한데, 이에 따라 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발 명의 목적은 제작이 간단하고 전극과 나노 물질 사이에 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 나노 소자 구조물을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 나노 소자 구조물은 정렬 기준부가 형성된 기판과, 상기 기판 위에 도포된 복수의 나노 물질층, 및 상기 나노 물질층의 상면과 부분적으로 접하도록 형성된 전극을 포함한다.
상기 정렬 기준부는 복수개가 대칭되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 나노 물질은 0차원 구조물 또는 1차원 구조물로 이루어질 수 있다.
상기 기판은 절연성을 가진 소재 또는 웨이퍼 위에 형성된 절연층으로 이루어질 수 있다.
상기 기판은 폴리머 필름, 절연성인 유리 또는 반도체인 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다.
상기 전극은 나노 물질을 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.
상기 나노 물질은 탄소나노튜브 또는 나노와이어로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 나노 소자 구조물의 제조 방법은 기판에 정렬 기준부를 형성하는 단계와, 상기 정렬 기준부를 기준으로 기판 위에 나노 물질이 포함된 용액을 소정 패턴으로 도포하는 단계, 및 나노 물질의 패턴 위에 전극을 도포하는 단계를 포함한다.
상기 나노물질이 포함된 용액은 분사(jetting) 방식으로 기판상에 도포될 수 있다.
상기 나노 소자 구조물의 제조 방법은 상기 나노 물질을 도포한 후, 불순물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전극의 도포는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering), 전자 빔 증착법(e-beam evaporation), 열 증착법(thermal evaporation) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 이루어질 수 있다.
상기 나노 물질을 도포한 후, 나노 물질의 뭉침을 방지하기 위해서, 상기 기판을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판은 웨이퍼와 상기 웨이퍼 상에 도포된 절연층으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 나노 소자 구조물의 제조 방법은 기판에 정렬 기준부를 형성하는 단계와, 상기 정렬 기준부가 형성된 기판 위에 금속 전극층을 형성하는 단계, 및 상기 정렬 기준부를 이용하여 나노 물질 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 나노 소자 구조물의 제조 방법은 상기 기판에 전극층을 형성한 후, 상기 금속 전극층을 어닐링(annealing)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 소자 구조물의 제조 방법은 상기 기판에 나노 물질 패턴을 형성한 후, 상기 나노 물질의 적어도 일부를 수직으로 세우기 위하여 나노 물질 패턴을 표면 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 물질이 잘 도포될 수 있도록 기판을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 기판 위에 도포된 나노 물질을 도시한 사시도이고 도 4는 기판 위에 나노 물질을 도포하는 과정을 나타낸 개략적인 도면이다.
상기한 도면들을 참조하여 설명하면, 정렬 기준부(16)가 형성된 기판(10)에 소정의 간격으로 복수의 나노 물질층(20)이 도포된다. 본 실시예에 따른 나노 물질은 나노 입자, 양자점 등의 0차원 구조물 또는 탄소나노튜브, 나노와이어를 포함하는 1차원 구조물로 이루어질 수 있다.
상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼나 유리 등 광노광에 일반적으로 사용되는 기판을 통칭하는 것으로서 광노광을 적용할 수 있는 것이라면 그 종류를 제한하지 않는다.
정렬 기준부(16)는 기판 상에 음각 구조로 형성되거나, 특정 물질이 도포된 구조로 형성될 수 있다. 이러한 정렬 기준부(16)는 복수개가 기판의 중앙을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 배치된다.
이러한 나노 물질층(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 나노 물질이 포함된 용액을 분사(jetting)방식으로 분사하여 형성되는데, 이러한 분사방식은 열, 압력 등에 의해 일정한 크기의 용액이 분사노즐(31)에서 기판(10)으로 낙하하여 기판상에 나노 물질층(20)을 형성한다.
분사 방식은 원하는 크기의 용액을 원하는 위치에 떨어뜨려서 점이나 선의 형상을 임의대로 만들 수 있는 장점이 있다. 이러한 방식에 있어서 가장 대표적인 것이 잉크 젯(Ink Jet)방식이다. 잉크 젯 방식은 용액 방울의 크기를 수십 ㎛이하로 줄이는 것이 가능하며, 패턴된 점이나 선의 크기도 수십 ㎛까지 구현하는 것이 가능하다.
나노물질을 기판에 도포하는 도포 장치(30)는 나노물질 용액(25)을 기판(10)으로 분사하는 분사노즐(31)과 이 분사노즐(31)을 이송시키는 이송부재(35), 나노물질 용액을 수용하는 용기(37), 이 용기(37)와 분사노즐(31)을 연결하는 연결관(32), 및 기판(10) 상에 형성된 정렬 기준부(16)를 탐색하는 센서(36)를 포함한다.
도포 장치(30)의 작동 원리를 살펴보면, 먼저 센서(36)가 정렬 기준부(16)를 검출하면 이송부재(35)가 분사노즐(31)을 정렬 기준부(16)의 직상방에 위치시킨다. 이 위치를 기준으로 이송부재(35)가 분사노즐(31)을 예정된 거리(DX, DY) 만큼 이송시키고 분사노즐(31)은 소정 량의 나노 물질 용액(25)을 기판(10) 상으로 분사한다. 이러한 과정의 반복을 통해서 기판(10) 전체에 나노 물질층(20)을 고르게 도포할 수 있다. 또한 제작하고자 하는 전극 패턴에 따라 불규칙적인 나노물질 용액의 도포가 가능하다.
다만, 상기한 이송 매커니즘은 본 발명의 일 예에 불과하며 분사노즐(31)과 기판(10)이 상대적으로 이송될 수 있으면 족하다. 따라서 분사노즐(31)이 고정되고 기판(10)이 분사노즐(31)에 대하여 이송될 수도 있다.
이러한 도포장치(30)를 이용하여 나노 물질층(20)을 형성함으로써 크기가 매우 작은 나노 물질층(20)을 빠르고 정확하게 기판(10) 상에 형성할 수 있다. 그리고 나노 물질 용액(25)은 일정한 농도를 가지도록 조절할 수 있으므로 나노 물질층(20) 안에 있는 나노 물질의 양을 조절하는 것이 가능하다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 분사방식에 의하여 탄소나노튜브가 기판에 도포된 상태를 촬영한 사진인데, 도 5를 보면, 나노 물질층(20)이 원형에 가까운 형태로 일정한 간격으로 이격되어 형성된 것을 알 수 있다. 또한 도 6은 나노 물질층을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)으로 촬영한 사진인데, 이를 보면 탄소나노튜브가 균일한 밀도로 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 나노 물질층의 양쪽 가장자리에 전극이 형성된 나노 소자 구조물을 나타내는 사시도이고 도 8은 이의 부분 단면도이다.
나노 물질층(20)의 양측 가장자리에는 금속 전극(15)이 도포되는데, 이러한 금속 전극(15)은 광노광 방식 등 다양한 방법으로 도포될 수 있다.
금속 전극(15)은 나노 물질층(20)의 가장자리를 부분적으로 덮는 구조로 설치되며 두개의 금속 전극(15)이 하나의 나노 물질층(20)에 대칭적으로 설치된다.
본 실시예에 따른 금속 전극(15)의 도포는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering), 전자 빔 증착법(e-beam evaporation), 열 증착법(thermal evaporation) 등으로 이루어질 수 있으며, 이러한 방법들은 널리 알려져 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기에서 열거한 금속 전극(15)의 도포 방법들은 본 실시예의 일 예에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 상기한 방법 이외에도 통상적인 다양한 방법들이 적용될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 금속 전극(15)이 점 형태로 형성된 것으로 예시하고 있지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 금속 전극(15)은 나노 물질층(20)과 보다 효과적으로 접촉하기 위하여 도 1에 도시된 전극과 같이 선 형태의 전극이 교차하는 구조로 형성될 수도 있다. 이러한 교차 구조는 널리 알려져 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 분사 방식으로 나노 물질을 도포함에 있어서 금속 전극(15)과 나노 물질층(20) 사이의 접착력을 높이는 것과 나노 물질층(20)에 나노 물질이 고르게 분포되도록 하는 것도 매우 중요하다. 그러나 나노 물질 용액(25)이 건조되는 과정에서 나노 물질이 뭉치는 현상이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서 나노 물질 용액(25)이 도포된 후 기판(10)을 가열하여 나노 물질 용액에 포함된 액체를 신속하게 증발시킴으로써 이러한 현상을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 소자 구조물을 제조하는 방법은 정열 기준부(16)가 형성된 기판(10)에 분사 방식으로 나노 물질이 포함된 용액(25)을 도포하는 단계와, 나노 물질층(20) 위에 전극(15)을 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
나노 물질 용액(25)을 기판에 도포한 후에는 용액에 포함된 불술물을 제거하고, 기판을 가열하여 용액에 포함된 액체를 증발시켜 나노 물질이 뭉치는 것을 방 지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노 소자 구조물의 일부를 도시한 단면도이고, 도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노 소자 구조물의 제조 과정을 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 나노 소자 구조물은 웨이퍼(41)와 웨이퍼(41) 상에 형성된 절연층(42)으로 이루어진 기판(40)과 상기 기판(40) 위에 분사방식으로 형성된 나노 물질층(43) 및 상기 나노 물질층(43)의 양측 가장자리와 접하도록 형성된 전극(45)을 포함한다.
이러한 나노 소자 구조물의 제조 방법을 살펴보면, 먼저 도 10a에 도시된 바와 같이 웨이퍼(41) 위에 절연층(42)이 도포되어 기판(40)을 형성한다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 기판(40) 위에는 나노 물질층(43)이 형성되는데, 이때, 나노 물질층(43)은 본 발명의 제1 실시예와 같이 정렬 기준부가 형성된 기판(40) 위에 잉크젯 방식으로 나노물질을 포함하는 용액이 분사되어 형성된다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 나노 물질층(43)이 형성된 기판(40) 위에 는 감광성 수지막(photoresist)(44)이 도포한다. 그리고 도 10d에 도시된 바와 같이, 감광성 수지막(44)이 형성된 기판(40) 위에 전극(45)이 형성될 부분에 광을 조사하여 감광성 수지막(44)을 소정의 패턴으로 제거한다. 도 10e에 도시된 바와 같이 감광성 수지막(44)이 소정의 패턴으로 제거된 기판(40)에는 금속 전극(45, 46)을 도포한다. 이때, 금속 전극(45, 46)의 도포는 전자빔 증착(E-beam evaporation), 스퍼터(sputter), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)과 같은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
금속 전극(45, 46)의 도포가 완료되면, 도 10f와 같이 리프트 오프(Lift-off) 방식으로 감광성 수지막(44) 및 감광성 수지막(44) 위에 도포된 금속 전극(46)을 제거한다.
이와 같이, 웨이퍼(41)와 절연층(42)으로 이루어진 기판(40)에 나노 물질층(43)을 도포하고 나노 물질층(43) 위에 전극(45)을 소정 패턴으로 도포하면 나노 소자 구조물이 전계효과 트랜지스터(field effect transistor; FET)로 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 나노 소자 구조물이 및 이와 반응하는 상부기판을 도시한 단면도로서, 다이오드(diode) 구조의 전계효과 디스플레이(field effect display; FED)를 나타낸다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 나노 소자 구조물(50)은 정렬 기준부(미도시)가 형성된 기판(51)과 기판(51) 위에 형성된 금속층(52)과 금속층(52) 위에 일정한 패턴으로 형성된 나노 물질층(53)을 포함한다. 그리고 나노 소자 구조물(50)의 위에는 상부 기판(60)이 설치되는데, 이 상부 기판(60)은 나노 소자 구조물(50)과 이격되어 설치된 투명 전도체층(61)과 투명 전도체층(61)의 아래에 형성된 형광체층(62)을 포함한다.
나노 소자 구조물(50)과 상부 기판(60)은 전원(58)에 의하여 전기적으로 연결되는데, 나노 소자 구조물(50)에 음극을 연결하고 상부 기판(60)을 양극을 연결하면 나노 물질층(53)로부터 전자빔이 형광체층(62)으로 분사되어 형광체층이 빛을 발산하게 된다. 이때, 나노 물질층(53)에 포함된 나노 물질들(54)은 형광체층(62)을 향하여 수직으로 배열되는 것이 바람직하다.
나노 소자 구조물이 제조되는 과정을 살펴보면, 먼저 기판(51)에 ITO(indium tin oxide) 등의 금속층(52)이 도포되고 이 금속층(52) 위에 일정한 패턴으로 나노 물질층(53)이 도포된다. 이때, 나노 물질층(53)은 기판(51) 또는 금속층(52)에 형성된 정렬 기준부(미도시)를 기준으로 분사 방식에 의하여 금속층(52) 위로 분사되어 소정의 패턴을 형성한다. 이러한 분사 방식은 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 분사 방식과 동일하므로 그 설명은 생략한다.
적정한 전계 방출(Field Emission) 특성을 갖기 위해서는 분사된 나노 물질층(53)과 금속층(52)이 잘 접착되어야 하는데, 이를 위해서는 나노 물질(54)이 포함된 용액에 각종 접착제를 첨가할 수 있으며, 고온 열처리를 통해서 접착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 나노 물질층(53)에서 형광체층(62)으로 전자빔을 방출시키기 위해서는 나노 물질(54)이 수직으로 배열되어야 하는데, 이를 위해서는 테이프를 붙였다 떼어내는 방법, 레이저 조사(Laser Irradiation), 이온 빔 조사 (Ion Beam Irradiation), 밀링(milling), 마이크로웨이브 조사 (microwave Irradiation) 등의 방법으로 나노 물질층의 표면을 처리할 수 있다.
도 12은 본 발명의 제4 실시예에 따른 나노 소자 구조물 및 이와 반응하는 상부기판을 도시한 단면도로서, 트리오드(triode) 구조의 전계 방출 디스플레이(field emission display; FED)를 나타낸다.
본 실시예에 따른 나노 소자 구조물(70)은 전도성 기판(71)과 전도성기판(71) 상에 형성된 절연층(72), 절연층(72) 위에 형성된 게이트 전극(73)을 포함한다. 그리고 절연층(72) 안쪽에는 에미터 홀(76)이 형성되고 이 에미터 홀(76)의 바닥에는 ITO 등의 투명 전도체로 이루어진 캐소드 전극(77)이 형성되며 이 캐소드 전극(77) 위에 나노 물질층(74)이 형성된다. 그리고 나노 물질층(74)에 포함된 나노 물질(75)은 수직으로 배열되는 것이 바람직하다.
그리고 나노 소자 구조물(70)의 상부에는 상부 기판(80)이 설치되는데, 이 상부 기판(80)은 나노 소자 구조물(70)과 이격되어 설치된 투명 전도체층(81)과 투명 전도체층(81)의 아래에 형성된 형광체층(82)을 포함한다.
이러한 트리오드 전계방출디스플레이 구조는 게이트 전극(73)에 게이트 전압(79)이 인가되고, 상부 기판(80)에 주 전압(78)이 인가되며, 나노 물질층(74) 아래에 형성된 캐소드 전극(77)은 음극과 연결된다. 이에 따라, 게이트 전압(79)에 의하여 나노 물질(75)에서 전자빔이 방출되고 이러한 전자빔은 주 전압(78)에 의해 상부 기판(80) 쪽으로 이동하여 형광체층(82)에 부딪혀 빛을 발생시킨다.
본 실시예에 따른 나노 소자 구조물의 제조 과정을 살펴보면, 기판(71)에 절연층(72)을 도포단계, 절연층(72) 위에 게이트 전극(73)을 도포하는 단계, 에미터 홀(76)을 형성하고, 에미터 홀(76)에 캐소드 전극(77)을 형성하는 단계, 캐소드 전극(77) 위에 나노 물질 용액을 분사하여 나노 물질층(74)을 형성하는 단계, 나노 물질(75)을 수직으로 배열하는 단계를 포함한다.
여기서 기판(71)은 유리기판 등이 사용될 수 있으며, 게이트 전극(73)은 도전성이 있는 금속을 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 증착함으로써 형성할 수 있다. 그리고 에미터 홀(76)은 식각 등의 방법으로 형성되며, 캐소드 전극은 ITO 등으로 이루어진다. 한편, 나노 물질층(74)은 나노물질(75)이 포함된 용액을 분사 방식(Jetting)으로 에미터 홀(76)에 분사하여 형성하는데, 이때 분사는 기판 상에 형성된 정렬 기준부를 기준으로 실행된다.
이와 같이, 기판에 정렬 기준부가 형성되고 이 정렬 기준부를 바탕으로 나노 물질이 포함된 용액을 분사방식에 의해 기판 상에 도포하므로 나노 물질층을 용이하게 형성할 수 있으며, 나노 물질층과 전극 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
본 실시예에서는 나노 소자 구조물이 전계 방출 디스플레이에 적용된 예를 설명하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 나노 소자 구조물은 X-선 소스(X-ray source), 마이크로 웨이브 증폭기(microwave amplifier) 등에 적용되는 냉음극 소스로도 사용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면 나노 소자 구조물을 보다 용이하게 제조할 수 있으며, 이에 따라 생산성이 향상된다.
본 발명에 따른 나노 소자 구조물은 접촉저항이 현저히 감소된다.
또한 본 발명에 따른 나노 소자 구조물은 고밀도로 제작할 수 있어서 생산 단가를 낮추고 소자를 소형화할 수 있다.

Claims (17)

  1. 정렬 기준부가 형성된 기판;
    상기 기판 위에 서로 간격을 두고 도포된 복수의 나노 물질층; 및
    상기 나노 물질층의 상면과 접하도록 형성된 전극;
    을 포함하는 나노 소자 구조물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 나노 물질층은 0차원 구조물 또는 1차원 구조물로 이루어지는 나노 소자 구조물.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 절연성을 지닌 소재로 유리나 폴리머 필름 또는 웨이퍼 위에 형성된 절연층으로 이루어지는 나노 소자 구조물.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 나노 물질층을 사이에 두고 이격 배치되는 나노 소자 구조물.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 정렬 기준부는 복수개가 상기 기판의 중앙을 기준으로 대칭되는 위치에 형성되는 나노 소자 구조물.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노 물질층은 분사(Jetting) 방식에 의해 도포되는 나노 소자 구조물.
  7. 제1 항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노 물질층은 탄소 나노튜브 또는 나노와이어로 이루어지는 나노 소자 구조물.
  8. 기판에 정렬 기준부를 형성하는 단계;
    정렬 기준부가 형성된 기판 위에 상기 정렬 기준부를 기준으로 나노 물질이 포함된 용액을 기 설정된 패턴으로 도포하는 단계; 및
    나노 물질의 배열 위에 전극을 도포하는 단계;
    를 포함하는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 나노물질이 포함된 용액은 기판을 향해 분사되어 기판상에 도포되는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 나노 물질이 포함된 용액을 도포한 후, 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 전극의 도포는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering), 전자 빔 증착법(e-beam evaporation), 열 증착법(thermal evaporation) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 이루어지는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 나노 물질이 포함된 용액을 도포한 후, 나노 물질의 뭉침을 방지하기 위해서, 상기 기판을 가열하는 단계를 더 포함하는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
  13. 기판에 정렬 기준부를 형성하는 단계;
    상기 정렬 기준부가 형성된 기판 위에 금속 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 정렬 기준부를 이용하여 나노 물질 패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 나노 물질 패턴은 나노 물질이 포함된 용액이 기판 상으로 분사(Jetting)되어 형성되는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 기판에 금속 전극층을 형성한 후, 상기 금속 전극층을 어닐링(annealing)하는 단계를 더 포함하는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 기판에 나노 물질 패턴을 형성한 후, 상기 나노 물질의 적어도 일부를 수직으로 세우기 위하여 나노 물질 패턴을 표면 처리하는 단계를 더 포함하는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 나노 물질 패턴을 형성하기 이전에 기판을 가열하는 단계를 더 포함하는 나노 소자 구조물의 제조 방법.
KR1020060063840A 2006-07-07 2006-07-07 나노 소자 구조물 및 이의 제조 방법 KR100797093B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060063840A KR100797093B1 (ko) 2006-07-07 2006-07-07 나노 소자 구조물 및 이의 제조 방법
JP2009517966A JP2009543327A (ja) 2006-07-07 2007-06-22 ナノ素子構造物及びその製造方法
EP20070747074 EP2038208A4 (en) 2006-07-07 2007-06-22 NANOVING STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
PCT/KR2007/003043 WO2008004777A1 (en) 2006-07-07 2007-06-22 Nanodevice structure and fabricating method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060063840A KR100797093B1 (ko) 2006-07-07 2006-07-07 나노 소자 구조물 및 이의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080004912A KR20080004912A (ko) 2008-01-10
KR100797093B1 true KR100797093B1 (ko) 2008-01-22

Family

ID=38894716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060063840A KR100797093B1 (ko) 2006-07-07 2006-07-07 나노 소자 구조물 및 이의 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2038208A4 (ko)
JP (1) JP2009543327A (ko)
KR (1) KR100797093B1 (ko)
WO (1) WO2008004777A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101170806B1 (ko) * 2010-02-12 2012-08-02 고려대학교 산학협력단 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체 소자

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020067241A (ko) * 2001-02-16 2002-08-22 삼성에스디아이 주식회사 카본 에미터층을 갖는 삼극관형 전계 방출 표시소자의제조 방법
KR20040072849A (ko) * 2003-02-11 2004-08-19 엘지전자 주식회사 평판 디스플레이 소자의 스페이서 형성방법
US20050062134A1 (en) 2003-09-18 2005-03-24 Industrial Technology Research Institute Compound semiconductor material and method for forming an active layer of a thin film transistor device
US20050112906A1 (en) 2003-10-28 2005-05-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Methods for forming wiring and manufacturing thin film transistor and droplet discharging method
KR20060086747A (ko) * 2005-01-27 2006-08-01 한국화학연구원 잉크젯 방식에 의한 플라즈마 디스플레이 패널용 전극의제조방법
KR20060131551A (ko) * 2005-06-16 2006-12-20 엘지.필립스 엘시디 주식회사 플렉시블 디스플레이의 전극구조 및 그 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6955767B2 (en) * 2001-03-22 2005-10-18 Hewlett-Packard Development Company, Lp. Scanning probe based lithographic alignment
CN1868030A (zh) * 2003-09-12 2006-11-22 哥本哈根大学 包含延长纳米级元件的器件及制造方法
JP4689159B2 (ja) * 2003-10-28 2011-05-25 株式会社半導体エネルギー研究所 液滴吐出システム
JP4865999B2 (ja) * 2004-11-19 2012-02-01 株式会社日立製作所 電界効果トランジスタの作製方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020067241A (ko) * 2001-02-16 2002-08-22 삼성에스디아이 주식회사 카본 에미터층을 갖는 삼극관형 전계 방출 표시소자의제조 방법
KR20040072849A (ko) * 2003-02-11 2004-08-19 엘지전자 주식회사 평판 디스플레이 소자의 스페이서 형성방법
US20050062134A1 (en) 2003-09-18 2005-03-24 Industrial Technology Research Institute Compound semiconductor material and method for forming an active layer of a thin film transistor device
US20050112906A1 (en) 2003-10-28 2005-05-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Methods for forming wiring and manufacturing thin film transistor and droplet discharging method
KR20060086747A (ko) * 2005-01-27 2006-08-01 한국화학연구원 잉크젯 방식에 의한 플라즈마 디스플레이 패널용 전극의제조방법
KR20060131551A (ko) * 2005-06-16 2006-12-20 엘지.필립스 엘시디 주식회사 플렉시블 디스플레이의 전극구조 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009543327A (ja) 2009-12-03
EP2038208A1 (en) 2009-03-25
WO2008004777A1 (en) 2008-01-10
KR20080004912A (ko) 2008-01-10
EP2038208A4 (en) 2014-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100568436C (zh) 碳纳米管发射器及利用其的场发射器件及它们的制造方法
Oh et al. Liquid-phase fabrication of patterned carbon nanotube field emission cathodes
US7811149B2 (en) Method for fabricating carbon nanotube-based field emission device
US9269522B2 (en) Electric field emitting source, element using same, and production method therefor
EP1693342A2 (en) Carbon nanotube structure and method of manufacturing the same, field emission device using the carbon nanotube structure and method of manufacturing the field emission device
US20040192153A1 (en) Method for making a carbon nanotube-based field emission display
US8309992B2 (en) Switching element including carbon nanotubes and method for manufacturing the same
JP2003157758A (ja) 電子放出素子、電子源、発光装置、画像形成装置および基板の各製造方法、並びに電子放出素子
Chang-Jian et al. Fabrication of carbon nanotube field emission cathodes in patterns by a laser transfer method
Desai et al. Direct writing of nanomaterials for flexible thin-film transistors (fTFTs)
JP2012507843A (ja) 発光用デュアルゲート電界効果トランジスタ、及び発光用デュアルゲート電界効果トランジスタの製造方法
US7115013B2 (en) Method for making a carbon nanotube-based field emission display
US7371696B2 (en) Carbon nanotube structure and method of vertically aligning carbon nanotubes
CN111427111A (zh) 量子点图案化方法、装置及***
Wang et al. Lithographical fabrication of organic single-crystal arrays by area-selective growth and solvent vapor annealing
KR100797093B1 (ko) 나노 소자 구조물 및 이의 제조 방법
KR20070056182A (ko) 나노 패턴 형성 방법과 그를 이용한 박막트랜지스터 및액정표시장치의 제조 방법
EP1560958A2 (en) Dispersed growth of nanotubes on a substrate
CN104254925A (zh) 氧化锌凹凸结构的形成方法及利用其的太阳能电池的制造方法
KR101408251B1 (ko) 나노와이어의 배열 방법
US20080105560A1 (en) Method for Preparing Nano Metallic Particles
KR20050115949A (ko) 전계 방출 디바이스 및 이러한 디바이스를 형성하는 방법
Chen et al. Fabrication and characterization of carbon nanotube arrays using sandwich catalyst stacks
TWI388013B (zh) 薄膜電晶體的製備方法
JP2007087605A (ja) 電子放出素子、その製造方法および表示素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130103

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131206

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141230

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee