KR100828477B1 - Method of conductive multilayered nanomembranes, and mems sensor and method of using the same - Google Patents

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강태준
김용협
이정훈
장의윤
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재단법인서울대학교산학협력재단
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Abstract

A method for producing a conductive multilayer nanofilm is provided to realize a very small thickness and excellent mechanical and electrical properties, and to enable fabrication of a microelectric mechanical system sensor having excellent detection sensitivity and reliability. A method for producing a conductive multilayer nanofilm(28) comprises the steps of: providing a hydrophilic substrate(10); forming a multi-layer type lower polymer electrolyte membrane(15) on the substrate by using intermolecular electrostatic attraction; and forming a conductive carbon nanotube network(20) on the lower polymer electrolyte membrane. The method optionally further comprises a step of forming a metal layer on the carbon nanotube network. Further, the lower polymer electrolyte membrane is formed by laminating a PAH(poly(allylaminehydrochloride)) and a PSS(poly(sodium, sytrene sulfonate)).

Description

도전성 다층 나노박막의 제조방법, 및 이를 이용한 미세전기기계시스템 센서와 그 제조방법{Method of conductive multilayered nanomembranes, and MEMS sensor and method of using the same}Method for manufacturing a conductive multilayer nano thin film, and a microelectromechanical system sensor using the same and method for manufacturing the same {Method of conductive multilayered nanomembranes, and MEMS sensor and method of using the same}

도 1 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전성 다층 나노박막을 나타내는 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a conductive multilayer nano thin film according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 6는 본 발명의 바람직한 실시예로서 사용된 고분자 전해질의 화학 구조 및 기능화된 탄소나노튜브의 개념도들이다.4 to 6 are conceptual diagrams of chemical structures and functionalized carbon nanotubes of a polymer electrolyte used as a preferred embodiment of the present invention.

도 7는 본 발명에 따른 나노박막을 이용한 미세전기기계시스템 센서를 나타내는 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a microelectromechanical system sensor using a nano thin film according to the present invention.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 도 6의 미세전기기계시스템 센서의 나노박막 사진들이다. 8 and 9 are nano-thin pictures of the microelectromechanical system sensor of FIG. 6 according to the present invention.

도 10 내지 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세전기기계시스템 센서의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.10 to 13 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a microelectromechanical system sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 도전성 다층 나노박막의 제조방법 및 이를 이용한 미세전기기계시 스템 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자 전해질(polyelectrolyte)막과 단일벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNTs)로 적층된 도전성 다층 나노박막의 제조방법 및 이를 이용한 미세전기기계시스템 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a conductive multilayer nano thin film, a microelectromechanical system sensor using the same, and a method for manufacturing the same. More specifically, a polyelectrolyte film and single-walled carbon nanotubes, The present invention relates to a method for manufacturing a conductive multilayer nano thin film laminated with SWNTs, a microelectromechanical system sensor using the same, and a method for manufacturing the same.

최근 생명공학은 다양한 학문 분야와 기술적 교류 및 융합을 통해 새로운 연구 및 산업 분야를 창출하고 있다. 특히 전자공학, 반도체 공학 등에서 연구되어 오던 기술들을 응용하여 BIT(Bio-Information Technology)라는 학문 분야로 성장하고 있으며, 마이크로/나노 공학(Micro/Nano technology)의 융합으로 BINT(Bio-Information Nanotechnology)라는 신학문의 분야로 그 영역을 확장하고 있다. 이와 같은 융합 생명공학은 현재 생명공학 분야에서 중점적으로 연구하고 있는 질병의 진단, 신약개발, 신호전달체계 해석 등의 분야에서 생체 물질들의 기능 및 상호작용을 해석하는데 크게 기여할 수 있는 기술로 많은 연구가 수행되고 있으며, 특히 바이오 진단 기술(bio-diagnosis technology)로써 바이오 센서(biosensor)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, biotechnology is creating new research and industrial fields through technological exchanges and convergence with various academic fields. In particular, by applying technologies that have been studied in electronic engineering, semiconductor engineering, etc., it is growing into the academic field called BIT (Bio-Information Technology) .By convergence of micro / nano technology, BINT (Bio-Information Nanotechnology) It is expanding its field to the field of theology. Convergence biotechnology is a technology that can greatly contribute to the interpretation of the functions and interactions of biological materials in the areas of disease diagnosis, drug development, and signaling system analysis, which are currently being studied in biotechnology. In particular, research on biosensors is being actively conducted as a bio-diagnosis technology.

바이오 센서는 반도체와 같은 무기물로 된 고체 기질에 생물에서 유래된 DNA(deoxyribonucleicacid), 단백질, 효소, 항체, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경세포 등의 물질을 고밀도로 집적화하고 조합하여 기존의 반도체칩 형태로 만든 혼성 소자(hybrid device)로서 생체분자의 고유한 기능을 이용하여 유전자의 발현 양상, 유전자 결합, 단백질 분포 등의 생물학적 정보를 얻거나 생화학적 공정 및 반응 속도 또는 정보 처리 속도를 높이는 도구나 장치를 말한다. 이러한 바이오 센 서는 검출 방법에 따라 크게 바이오-광학적 검출(bio-optical sensing)과 바이오-기계적 검출(bio-mechanical detection) 방법으로 구분될 수 있다.Biosensor is a conventional semiconductor chip that integrates and combines high-density materials such as DNA (deoxyribonucleic acid), proteins, enzymes, antibodies, microorganisms, animal and plant cells, organs, and neurons derived from living organisms into solid substrates made of inorganic materials such as semiconductors. As a hybrid device made in the form of a biomolecule, it uses a unique function of a biomolecule to obtain biological information such as gene expression patterns, gene binding, and protein distribution, or to speed up biochemical processes, reaction rates, or information processing. Say the device. Such biosensors can be broadly classified into bio-optical sensing and bio-mechanical detection.

바이오-광학적 검출 방법은 형광 처리된 생체 물질의 반응을 형광 현미경을 이용하여 검출하는 방법으로 ELISA(enzyme-linked immunosorbent assays), FRET(fluoresence resonance energy transfer) 및 전기영동(electrophoresis)을 이용한 검출 등이 대표적이다. 바이오-기계적 검출 방법은 생체 물질의 화학 반응시 발생하는 표면 에너지의 변화를 기계적인 변위로 직접 검출하는 방법으로, 검출 과정 중 형광물질 등의 부착과정이 필요 없으며(label-free), 높은 검출 분해능과 재사용이 가능하다는 장점으로 최근 들어 활발히 연구되고 있다.Bio-optical detection method is a method that detects the reaction of the fluorescence-treated biomaterials using a fluorescence microscope, and includes detection using enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA), fluorescence resonance energy transfer (FRET), and electrophoresis. Representative. Bio-mechanical detection method is a method that directly detects the change of surface energy generated during the chemical reaction of a biological material by mechanical displacement, and does not require the attachment of fluorescent materials, etc. during the detection process (label-free), high detection resolution In recent years, it has been actively studied for its advantages of being able to be reused.

랩온어칩(lap-on-a-chip)은 미세전기기계시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS) 기술을 이용하여 시료의 분리 및 정제, 혼합, 반응, 검출 등 다양한 작업을 하나의 칩 위에서 가능하도록 만든 것이다. 랩온어칩은 아주 적은 양의 다양한 샘플을 연속적으로 분석할 수 있는 방법으로 고속 처리 분석이 가능하며, 전체 기기의 크기를 소형화할 수 있으므로 휴대용으로 제작하기에 적합하다.Lap-on-a-chip uses Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) technology to enable multiple tasks such as sample separation and purification, mixing, reaction and detection on one chip. It is made. Lab-on-a-Chip is a method that can continuously analyze a very small amount of various samples, enables high-speed processing analysis, and can be made portable because of the small size of the entire device.

기존의 바이오 진단 기술은 주로 바이오-광학적 분석 방법을 이용하므로 규모가 큰 고가의 장비들을 필요로 하였다면, 랩온어칩은 MEMS 기술을 이용하여 이러한 장비를 소형화 할 수 있는 기술을 제공한다. 랩온어칩은 많은 장점을 가지고 있는 반면, 상용으로 보급하기 위해서는 정밀 유체 흐름제어 및 고감도 검출방법 개발 등 아직 해결해야 할 문제들이 많다. If the existing bio-diagnosis technology mainly uses the bio-optical analysis method and requires large and expensive equipment, Lab-on-a-Chip provides the technology to miniaturize such equipment by using the MEMS technology. While lab-on-a-chip has many advantages, there are still many problems to be solved, such as precision fluid flow control and high sensitivity detection method development.

특히 바이오 센서에 있어 유체흐름 채널을 형성하는 기술, 펌프, 밸브 등의 연구는 MEMS 기술의 발달과 함께 활발히 이루어지고 있으나, 광학적 분석 방법에 기반을 둔 기존의 바이오 센서들을 랩온어칩 장치로 제작하기 위해서는 레이저 및 분광기 등을 소형화해야 하는 난제에 직면하고 있다. In particular, researches on forming fluid flow channels, pumps, and valves in biosensors have been actively conducted with the development of MEMS technology.However, existing biosensors based on optical analysis methods can be fabricated as lab-on-a-chip devices. In order to meet the challenges of miniaturization of lasers and spectroscopy.

미세 외팔보 배열을 이용한 바이오-기계적 검출 분석의 경우에도 생체 물질의 고정화(immobilization)를 위한 금 박막 증착, 표면처리 등의 전처리 과정이 필요하며, 생체 물질의 반응에 의해 발생된 나노미터 스케일의 변위를 측정하기 위한 레이저-변위측정 시스템이 필요하다. 또한, 외팔보 구조재(실리콘 질화막)와 금 박막의 두께 및 열팽창 계수 차이에 의한 바이메탈 효과 때문에 온도에 상당히 민감한 단점을 갖는다. Bio-mechanical detection analysis using micro-cantilever arrays also requires pretreatment processes such as gold thin film deposition and surface treatment for immobilization of biomaterials. There is a need for a laser-displacement system for measurement. In addition, due to the bimetal effect due to the difference in the thickness and thermal expansion coefficient of the cantilever structural material (silicon nitride film) and the gold thin film has a disadvantage that is very sensitive to temperature.

따라서 바이오 적합 재료(bio-compatible material) 및 새로운 검출 방법을 통한 고성능 랩온어칩을 위한 바이오 센서 개발이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for the development of biosensors for high performance lab-on-a-chip using bio-compatible materials and new detection methods.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고분자 전해질(polyelectrolyte)막과 단일벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNTs)로 도전성 다층 나노박막의 제조방법 및 이를 이용한 미세전기기계시스템 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, a method of manufacturing a conductive multilayer nano thin film using a polyelectrolyte film and single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and microelectromechanical using the same It is an object to provide a system sensor and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 도전성 다층 나노박막의 제조방법은 친수성 기판을 준비하고 기판 상에 분자 간의 정전기적 인력을 이용하여 다층의 하부 고분자 전해질막을 형성한다. 하부 고분자 전해질막 상에 도전성 탄소나노튜 브 네트워크를 형성한다.In order to achieve the above object, the method for producing a conductive multilayer nano thin film of the present invention to prepare a hydrophilic substrate and to form a multi-layer lower polymer electrolyte membrane using electrostatic attraction between molecules on the substrate. A conductive carbon nanotube network is formed on the lower polymer electrolyte membrane.

본 발명에 있어서, 탄소나노튜브 네트워크 상에 금속층 또는 다층의 상부 고분자 전해질막을 형성할 수 있으며, 하부 및 상부 전해질막은 PAH(poly(allylaminehydrochloride))와 PSS(poly(sodium, styrene sulfonate))가 연속하여 적층된 것일 수 있으며, 이를 이용하여 도전성 적층 나노박막을 구비하는 미세전기기계시스템 센서를 형성할 수 있다.In the present invention, it is possible to form a metal layer or a multi-layer upper polymer electrolyte membrane on the carbon nanotube network, the lower and upper electrolyte membrane is a poly (allylaminehydrochloride) (PAH) and PS (poly (sodium, styrene sulfonate) (PSS) in series It may be stacked, it can be used to form a microelectromechanical system sensor having a conductive laminated nano thin film.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 미세전기기계시스템 센서의 제조방법은 친수성 기판 상에 절연막을 적층하고, 기판 하부를 절연막이 노출될 때까지 선택적으로 식각하여 개구부를 형성한다. 절연막 상에 분자간의 정전기력을 이용하여 하부 고분자 전해질막과 도전성 탄소나노튜브 네트워크로 이루어진 도전성 나노박막을 형성한다. 노출된 절연막을 제거하여 도전성 나노박막 멤브레인을 형성하고, 도전성 나노박막 상에 일정 간격을 두고 상부전극을 형성한다.In order to achieve the above another object, in the method of manufacturing a microelectromechanical system sensor of the present invention, an insulating film is laminated on a hydrophilic substrate, and the lower portion of the substrate is selectively etched until the insulating film is exposed to form an opening. A conductive nano thin film formed of a lower polymer electrolyte membrane and a conductive carbon nanotube network is formed on the insulating layer by using electrostatic force between molecules. The exposed insulating film is removed to form a conductive nano thin film membrane, and an upper electrode is formed at regular intervals on the conductive nano thin film.

본 발명에 있어서, 절연막 상에 하부 고분자 전해질막과 식각선택비가 우수하며 친수성인 금속층을 더 형성하며, 금속층은 절연막을 제거할 때 연속으로 제거할 수 있다.In the present invention, the lower polymer electrolyte membrane and the etching selectivity and the hydrophilic metal layer is further formed on the insulating film, the metal layer can be removed continuously when removing the insulating film.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 각 층 및 물질들의 모양 및 두께는 설명의 편의를 위하여 과장 또는 개략화된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 부재를 지칭한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Shapes and thicknesses of the layers and materials in the drawings are exaggerated or outlined for convenience of description. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명은 탄소나노튜브와 고분자 전해질을 이용하여 다층 나노박막을 제작하고 이를 정전용량 변화 측정에 기반한 미세전기기계시스템 센서에 응용하여 검출 분해능을 향상시키기 위한 것이다. 단일벽 탄소나노튜브의 매우 우수한 물성은 박막의 전기 기계적 물성을 한층 향상시키며, 이를 이용하여 제작된 미세전기기계시스템 센서는 높은 성능 및 신뢰성을 보였다.The present invention is to improve the detection resolution by fabricating a multi-layer nano thin film using carbon nanotubes and a polymer electrolyte and applying it to a microelectromechanical system sensor based on the measurement of capacitance change. The very good physical properties of single-walled carbon nanotubes further improve the electromechanical properties of thin films, and the microelectromechanical system sensors fabricated using them showed high performance and reliability.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전성 다층 나노박막을 나타내는 단면도이다.1 to 3 are cross-sectional views showing a conductive multilayer nano thin film according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 분자간의 정전기력을 이용하여 다층의 하부 고분자 전해질막(15), 도전성 탄소나노튜브 네트워크(20)로 이루어진 나노박막(28)이 적층되어 있다.Referring to FIG. 1, a nano thin film 28 made of a multilayer lower polymer electrolyte membrane 15 and a conductive carbon nanotube network 20 is stacked on a substrate 10 using an intermolecular electrostatic force.

도 2를 참조하면, 기판(10) 상에 분자간의 정전기력을 이용하여 다층의 하부 고분자 전해질막(15), 도전성 탄소나노튜브 네트워크(20), 상부 금속막(24)으로 이루어진 나노박막(29)이 적층되어 있다.Referring to FIG. 2, a nano thin film 29 made of a multilayer lower polymer electrolyte membrane 15, a conductive carbon nanotube network 20, and an upper metal layer 24 is formed using an intermolecular electrostatic force on a substrate 10. Is laminated.

도 3을 참조하면, 기판(10) 상에 분자간의 정전기력을 이용하여 다층의 하부 고분자 전해질막(15), 도전성 탄소나노튜브 네트워크(20), 상부 고분자 전해질막(25)으로 이루어진 나노박막(30)이 적층되어 있다.Referring to FIG. 3, a nano thin film 30 made of a multilayer lower polymer electrolyte membrane 15, a conductive carbon nanotube network 20, and an upper polymer electrolyte membrane 25 using intermolecular electrostatic forces on the substrate 10. ) Are stacked.

도 1 내지 도 3에서 기판(10)을 제거하면 (i) 하부 고분자 전해질막/도전성 탄소나노튜브 네트워크, (ii) 하부 고분자 전해질막/도전성 탄소나노튜브 네트워크/상부 금속막, 또는 (iii) 하부 고분자 전해질막/도전성 탄소나노튜브 네트워크/상부 고분자 전해질막으로 각각 이루어진 나노박막(28, 29, 30)을 형성하여 각종 센 서에 적용할 수 있다.1 to 3, the substrate 10 may be removed from (i) the lower polymer electrolyte membrane / conductive carbon nanotube network, (ii) the lower polymer electrolyte membrane / conductive carbon nanotube network / top metal membrane, or (iii) the lower The nano thin films 28, 29, and 30 each formed of a polymer electrolyte membrane / conductive carbon nanotube network / top polymer electrolyte membrane may be formed and applied to various sensors.

단일벽 탄소나노튜브 네트워크(20)와 고분자 전해질막(15, 25)과의 층간 분리(delamination)을 방지하고 적층 강도를 높이기 위하여 탄소나노튜브는 전처리 과정을 실시한다. 전처리 과정에서 탄소나노튜브를 카르복실기 및 히드록시기로 기능화시키고, 수용액 속에서 수소 이온을 탈착시켜 음전하를 갖게하여, 양전하의 고분자 전해질과 정전기적으로 결합시킬 수 있다. In order to prevent delamination between the single-wall carbon nanotube network 20 and the polymer electrolyte membranes 15 and 25 and to increase the lamination strength, the carbon nanotubes are subjected to a pretreatment process. In the pretreatment process, the carbon nanotubes are functionalized with a carboxyl group and a hydroxyl group, desorbed hydrogen ions in an aqueous solution to give a negative charge, and can be electrostatically coupled with a positively charged polymer electrolyte.

본 발명에 사용되는 탄소나노튜브는 고분자 전해질의 기계적 물성을 향상시키는 동시에 나노박막의 전기적 전도성을 높이는 필러(filler)로 사용되므로, 95% 이상의 고순도 단일벽 탄소나노튜브가 바람직하다. 따라서, 단일벽 탄소나노튜브가 적층된 나노박막의 물성을 극대화하기 위해서는 탄소나노튜브에 포함된 불순물을 제거하는 정제 과정이 필요하다. 탄소나노튜브 제조 과정에서 흡착된 불순물을 탄소나노튜브의 손상 없이 제거하여 95% 이상 정제된 탄소나노튜브를 이용한다면, 탄소나노튜브 고유의 매우 우수한 기계적 전기적 특성을 효과적으로 이용할 수 있다. Since the carbon nanotubes used in the present invention are used as fillers to improve the mechanical properties of the polymer electrolyte and at the same time increase the electrical conductivity of the nano thin film, high purity single wall carbon nanotubes of 95% or more are preferable. Therefore, in order to maximize the physical properties of the nano thin film in which the single-walled carbon nanotubes are stacked, a purification process for removing impurities contained in the carbon nanotubes is required. If carbon nanotubes purified by 95% or more by removing impurities adsorbed in the carbon nanotube manufacturing process without damage to carbon nanotubes are used, the excellent mechanical and electrical properties inherent to carbon nanotubes can be effectively used.

정제되지 않은 탄소나노튜브 다발에는 금속 촉매, 비정질 탄소층, 탄소 나노 입자 등이 섞여 있으므로 탄소나노튜브를 고분자 전해질과 적층하기 전에 불순물을 제거하고, 탄소나노튜브를 단일층(monolayer)으로 균일하게 적층하기 위해 탄소나노튜브 다발(bundle)을 적당한 크기로 잘라야 한다.The unrefined bundle of carbon nanotubes contains a metal catalyst, an amorphous carbon layer, and carbon nanoparticles, so that impurities are removed before laminating the carbon nanotubes with the polymer electrolyte, and the carbon nanotubes are uniformly stacked in a monolayer. To do this, the bundle of carbon nanotubes must be cut to a suitable size.

탄소나노튜브 다발 속에 포함된 비정질 탄소 및 탄소성분의 나노입자를 산화시키고 금속 촉매를 제거하기 위하여 탄소나노튜브 분말을 질산(HNO3) 용액에 넣 어(10 g/liter) 1시간 동안 50℃로 가열하여 습식 산화를 수행한다. In order to oxidize the amorphous carbon and carbonaceous nanoparticles contained in the carbon nanotube bundles and to remove the metal catalyst, carbon nanotube powder was added to the nitric acid (HNO 3 ) solution (10 g / liter) at 50 ° C. for 1 hour. Heat to perform wet oxidation.

질산 용액에 의해 정제된 탄소나노튜브를 초순수를 이용하여 중화하고 필터를 통해 걸러낸 후 분산용매인 메탄올에 분산시킨다. Carbon nanotubes purified by nitric acid solution are neutralized with ultrapure water, filtered through a filter, and dispersed in methanol as a dispersion solvent.

산화된 탄소나노튜브는 카르복실기(carboxyl group) 및 히드록실기(hydroxyl group)에 의해 기능화(functionalization) 되어 탄소나노튜브 사이의 정전기적 반발력을 유발하므로 용매 내에서 효과적으로 분산될 수 있다,The oxidized carbon nanotubes can be effectively dispersed in a solvent because they are functionalized by a carboxyl group and a hydroxyl group, causing electrostatic repulsion between the carbon nanotubes.

탄소나노튜브가 잘 분산된 분산용매를 45Hz 로 10~20 시간 동안 초음파 처리를 수행하면, 탄소나노튜브가 1~2 μm 길이로 절단되며, 또한 끝단에 부착되어 있는 금속촉매를 탈착시킬 수 있다. If the carbon nanotubes are well dispersed in a dispersion solvent at 45 Hz for 10 to 20 hours, the carbon nanotubes are cut into 1 to 2 μm in length, and the metal catalyst attached to the ends can be detached.

이어서, 윈심분리기를 이용하여 탄소나노튜브를 금속 촉매 및 탄소 덩어리 등의 불순물로부터 분리하면, 정제되고 절단된 탄소나노튜브를 얻을 수 있다.Subsequently, when the carbon nanotubes are separated from impurities such as metal catalysts and carbon agglomerates by using a Winshim separator, purified and cut carbon nanotubes can be obtained.

상술한 방법에 의한 정제 과정을 통해 정제되고 일정한 크기로 절단된 탄소나노튜브는 표면 및 끝단에 카르복실기 및 히드록실기가 부착되어 용액 내에서 분산성이 우수하고, 고분자 전해질과 강한 화학결합을 형성하여 층간 분리를 방지하며 적층 강도를 높이는 역할을 한다.The carbon nanotubes purified through the purification process described above and cut to a predetermined size have carboxyl groups and hydroxyl groups attached to surfaces and ends thereof, and thus have excellent dispersibility in solution, and form strong chemical bonds with the polymer electrolyte. Prevents delamination and increases lamination strength.

이하, 본 발명에 따른 다층 나노박막의 제조방법에 관하여 구체적으로 살펴본다. 본 발명에서는 양전하 고분자 전해질 PAH, 음전하 고분자 전해질 PSS와 카르복실기 및 히드록실기로 기능화된 단일벽 탄소나노튜브를 이용하여 도전성 탄소나노튜브 네트워크를 포함하는 나노박막을 제조하였다.Hereinafter, a method of manufacturing a multilayer nano thin film according to the present invention will be described in detail. In the present invention, a nano thin film including a conductive carbon nanotube network was prepared using a positively charged polymer electrolyte PAH, a negatively charged polymer electrolyte PSS and a single-walled carbon nanotube functionalized with a carboxyl group and a hydroxyl group.

친수성의 기판(10) 상에 분자 간의 정전기적 인력을 이용하여 다층의 하부 고분자 전해질막(15)을 형성한다. 즉, 양전하 고분자 전해질인 PAH, 음전하 고분자 전해질 PSS를 반복하여 적층한다. The multi-layer lower polymer electrolyte membrane 15 is formed on the hydrophilic substrate 10 by using electrostatic attraction between molecules. That is, the positively charged polymer electrolyte PAH and the negatively charged polymer electrolyte PSS are repeatedly stacked.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PAH 및 PSS를 나타내는 화학식이며, 도 6은 기능화된 탄소나노튜브의 개념도이다.4 and 5 is a chemical formula showing PAH and PSS according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a conceptual diagram of a functionalized carbon nanotubes.

본 발명은 나노 두께의 박막을 제조하기 위하여 적층 분자자기조립(layer-by-layer self assembled) 현상을 이용한 적층 방법을 적용한다. 적층 분자자기조립 방법에는 담지자기조립방법(diping self-assembly method)과 스핀자기조립방법(spin-assisted self-assembly method) 등이 있다. The present invention applies a lamination method using a layer-by-layer self assembled phenomenon to produce a nano-thick thin film. Stacked molecular self-assembly methods include a dipping self-assembly method and a spin-assisted self-assembly method.

이러한 적층 분자자기조립을 이용한 다층 나노박막 제조방법은 기판을 음전하로 치환하고 양전하 물질인 PAH(poly(allylaminehydrochloride)) 수용액에 일정시간 담지하여 정전력으로 흡착시킨 후, 세정용매인 물에 다시 담지하면 기판 부분에 강하게 흡착된 PAH 단일층을 제외하고 그 위 부분에 약하게 흡착된 PAH는 모두 제거된다. 이 경우에 기판은 PAH로 인하여 양전하를 띄게 되며, 이를 다시 음전하를 갖는 PSS(poly(sodium, styrene sulfonate)) 수용액에 담지하고 물에 세척하고, 이러한 과정을 반복함으로써 정전력에 바탕을 둔 다층 초박막 필름을 형성할 수 있다. In the method of manufacturing a multilayer nano thin film using such a laminated molecular magnetic assembly, the substrate is replaced with a negative charge, and the substrate is supported by electrostatic force after being adsorbed with a constant charge in an aqueous solution of poly (allylaminehydrochloride) (PAH), which is a positive charge material for a predetermined time. All PAHs that are weakly adsorbed above are removed, except for the PAH monolayer that is strongly adsorbed on the substrate. In this case, the substrate becomes positively charged due to PAH, which is then immersed in an aqueous solution of poly (sodium, styrene sulfonate) (PSS) having a negative charge, washed in water, and repeated. A film can be formed.

PAH-PSS가 순차적으로 적층된 하부 고분자 전해질막(15)의 최상층은 양전하의 PAH가 적층되도록 한다. 이어서, 하부 고분자 전해질막(15) 상에 도전성 탄소나노튜브 네트워크(20)를 형성하여 나노박막(28)을 형성한다. 카르복실기 및 히드록시기로 기능화된 단일벽 탄소나노튜브는 수용액 속에서 수소 이온이 탈착되어 음전 하를 갖게 되므로 최상층이 PAH인 하부 고분자 전해질막(15) 사이에서 화학적 결합을 형성하여 적층되며, 이때 PAH의 아민(NH2)기와 탄소나노튜브의 카르복실기(COOH)가 결합하여 강한 공유결합을 형성한다. 따라서, 적층된 하부 고분자 전해질막(15)과 탄소나노튜브 네트워크(20)는 각 층의 정전기적 결합과 공유 결합을 통해 매우 강하게 결합되어 도전성 나노박막(28)을 형성한다.The uppermost layer of the lower polymer electrolyte membrane 15 in which the PAH-PSS is sequentially stacked allows the PAH of the positive charge to be stacked. Subsequently, the conductive carbon nanotube network 20 is formed on the lower polymer electrolyte membrane 15 to form the nano thin film 28. Single-walled carbon nanotubes functionalized with carboxyl groups and hydroxy groups have a negative charge due to desorption of hydrogen ions in an aqueous solution. The (NH 2 ) group and the carboxyl group (COOH) of the carbon nanotubes combine to form a strong covalent bond. Accordingly, the stacked lower polymer electrolyte membrane 15 and the carbon nanotube network 20 are very strongly bonded through electrostatic and covalent bonds of each layer to form the conductive nano thin film 28.

하부 고분자 전해질막(15)과 도전성 탄소나노튜브 네트워크(20)로 이루어진 나노박막 상에 상부 금속막(24)을 형성하여 도 2에 도시된 나노박막(29)을 형성할 수 있다. 도전성 탄소나노튜브 네트워크(20)는 효과적으로 형성되었지만, 탄소나노튜브 사이의 접촉 저항(contact resistance)으로 인해 면저항이 크게 나올 수 있다. 따라서, 경우에 따라서는 탄소나노튜브 네트워크(20)에 백금 등의 금속막을 증착하여 탄소나노튜브와 금속막이 복합되게 형성될 수 있다. 실험 결과 5 nm 두께의 백금을 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착하면 면저항 값이 10~100 Ω/sq로 대폭 낮아짐을 확인하였다. 백금만을 사용한 도전층에 비해 탄소나노튜브로 강화된 백금-탄소나노튜브 도전층을 갖는 나노박막은 휨에 따른 백금 박막의 균열 전파(crack propagation)에 강건할 것이며 또한 백금 입계(grain boundary)를 탄소나노튜브가 연결(bridging)하는 역할을 하므로 매우 효과적인 도전층을 갖는 나노박막(29)을 형성할 수 있다.The upper metal film 24 may be formed on the nano thin film including the lower polymer electrolyte membrane 15 and the conductive carbon nanotube network 20 to form the nano thin film 29 illustrated in FIG. 2. Although the conductive carbon nanotube network 20 is effectively formed, the sheet resistance may be large due to the contact resistance between the carbon nanotubes. Therefore, in some cases, a carbon film such as platinum is deposited on the carbon nanotube network 20 so that the carbon nanotube and the metal film may be formed in a complex manner. As a result of the experiment, when the 5 nm thick platinum was deposited by the sputtering method, the sheet resistance value was significantly lowered to 10 to 100 Ω / sq. Nano-thin films with platinum-carbon nanotube conductive layers reinforced with carbon nanotubes will be more robust to crack propagation of platinum films due to warpage than those using only platinum. Since the nanotubes play a role of bridging, the nano thin film 29 having a highly effective conductive layer can be formed.

이와는 달리, 탄소나노튜브 네트워크(20) 상에 다층의 상부 고분자 전해질막(25)을 형성하여 도 3에 도시된 다층 나노박막(30)를 형성할 수 있다. 이 경우에 는 상부 고분자 전해질막(25)의 최하층은 양전하의 PAH로 형성하여 탄소나노튜브 네트워크(20)와 정전기적 결합을 형성한다. Alternatively, the multi-layered upper polymer electrolyte membrane 25 may be formed on the carbon nanotube network 20 to form the multilayer nano thin film 30 shown in FIG. 3. In this case, the lowermost layer of the upper polymer electrolyte membrane 25 is formed of positively charged PAH to form an electrostatic bond with the carbon nanotube network 20.

상술한 나노박막(28, 29, 30)은 고분자 전해질막에서 (PAH/PSS)의 적층회수를 변화시킴으로써 나노 박막의 두께를 조절할 수 있다.The above-described nano thin films 28, 29, and 30 may control the thickness of the nano thin films by changing the number of stacks of (PAH / PSS) in the polymer electrolyte membrane.

이하, 상술한 도전성 다층 나노박막을 이용한 미세전기기계시스템 센서를 설명한다. 나노박막의 기계적 전기적 물성에 따라 센서의 성능이 좌우된다. 본 발명에 사용된 고분자 전해질막은 전기적으로 부도체의 성질을 갖는다. 따라서, 고분자 전해질막 상에 적층된 단일층 탄소나노튜브 네트워크가 적층 고분자 전해질막의 기계적 물성을 향상시키는 역할뿐 아니라 전기적인 전도체 역할을 수행한다. 탄소나노튜브는 기계적 물성뿐 아니라 전기적인 물성도 매우 뛰어난 재료이며, 높은 종횡비는 전기적인 네트워크를 형성하기에 매우 유리하다.Hereinafter, a microelectromechanical system sensor using the above-described conductive multilayer nano thin film will be described. The performance of the sensor depends on the mechanical and electrical properties of the nano thin film. The polymer electrolyte membrane used in the present invention has an electrically nonconductive property. Therefore, the single-layered carbon nanotube network laminated on the polymer electrolyte membrane serves to improve the mechanical properties of the laminated polymer electrolyte membrane as well as serve as an electrical conductor. Carbon nanotubes are not only mechanical but also excellent in electrical properties, and high aspect ratios are very advantageous for forming an electrical network.

도 7은 본 발명에 따른 나노박막을 이용한 미세전기기계시스템 센서를 나타내는 단면도이다. 도 7의 미세전기기계시스템 센서의 나노박막은 도 3에 도시된 나노박막을 사용하였지만, 도 1 및 도 2에 도시된 나노박막을 사용할 수 있다.7 is a cross-sectional view showing a microelectromechanical system sensor using a nano thin film according to the present invention. The nano thin film of the microelectromechanical system sensor of FIG. 7 uses the nano thin film shown in FIG. 3, but may use the nano thin films shown in FIGS. 1 and 2.

도 7을 참조하면, 기판(110)에는 개구부(105)가 형성되어 있으며, 개구부(105)를 포함하는 기판(110) 상에는 하부 고분자 전해질막(115), 탄소나노튜브 네트워크(120), 상부 고분자 전해질막(125)으로 구성되는 다층 나노박막(130)이 형성되어 있다. 기판(110)과 다층 나노박막(130) 사이에는 실리콘 질화막(107)과 금속층(109)이 개재될 수 있다. Referring to FIG. 7, an opening 105 is formed in the substrate 110, and the lower polymer electrolyte membrane 115, the carbon nanotube network 120, and the upper polymer are formed on the substrate 110 including the opening 105. The multilayer nano thin film 130 formed of the electrolyte membrane 125 is formed. A silicon nitride film 107 and a metal layer 109 may be interposed between the substrate 110 and the multilayer nano thin film 130.

다층 나노박막(130)이 형성된 기판(110) 상에는 스페이서(135)로 이격되게 상판(140)이 배치되며, 기판(110) 하부에는 하판(145)이 구비되어 있다. 상판(140) 하부에는 상부전극(150)이 배치되어 도전성 탄소나노튜브 네트워크(120)의 하부전극 사이의 정전용량을 측정할 수 있다. 도면에 도시된 상부전극(150)은 일체형의 단일 전극을 도시하고 있지만, 필요에 따라서는 상부전극(150)은 다수의 전극들이 배열(array)된 형태일 수 있다.An upper plate 140 is disposed on the substrate 110 on which the multi-layer nano thin film 130 is formed, and spaced apart from the spacer 135, and a lower plate 145 is provided below the substrate 110. An upper electrode 150 is disposed below the upper plate 140 to measure capacitance between the lower electrodes of the conductive carbon nanotube network 120. Although the upper electrode 150 shown in the drawing shows an integrated single electrode, the upper electrode 150 may be in a form in which a plurality of electrodes are arranged as necessary.

기판(110)과 하판(145) 사이에는 실리콘 질화막(103)을 개재할 수 있다. 도면부호 '160'은 센서에 고정된 생체물질을 나타낸다.The silicon nitride film 103 may be interposed between the substrate 110 and the lower plate 145. Reference numeral 160 denotes a biomaterial fixed to the sensor.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 도 7의 미세전기기계시스템 센서의 나노박막 사진들이다. 도 8은 개구부 상에 탄소나노튜브 네트워크가 삽입된 나노박막의 사진이며, 도 9는 탄소나노튜브가 삽입된 나노박막과 우측면과 하측면에는 지지부가 도시되어 있는 사진이다.8 and 9 are nano-thin pictures of the microelectromechanical system sensor of FIG. 7 according to the present invention. FIG. 8 is a photograph of a nano thin film in which a carbon nanotube network is inserted into an opening, and FIG. 9 is a photograph of a nano thin film in which a carbon nanotube is inserted and a support part on a right side and a lower side thereof.

이하, 상술한 나노박막을 이용하여 미세기계전기소자 센서의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a micromechanical element sensor using the above-described nano thin film will be described.

도 10 내지 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세전기기계시스템 센서의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.10 to 13 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a microelectromechanical system sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 기판(110) 하부에 실리콘 질화막을 적층하고 통상의 사진식각공정으로 마스크 패턴(103)을 형성한다. 기판(110) 상에 실리콘질화막(SixNy, 107)층을 적층하고 기판(110)의 하부를 마스크 패턴(103)을 식각마스크로 사용하여 상부의 실리콘 질화막(107)이 노출될 때까지 식각하여 개구부(105)를 형성한다. 개구부(105)는 다양한 사이즈 및 형상으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 520 *520 μm2 으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10, a silicon nitride film is stacked below the substrate 110 and a mask pattern 103 is formed by a general photolithography process. Laminating a layer of silicon nitride (Si x N y , 107) on the substrate 110 and using the mask pattern 103 as an etching mask under the substrate 110 until the upper silicon nitride layer 107 is exposed. It is etched to form the opening 105. The opening 105 may be formed in various sizes and shapes, and may be preferably 520 * 520 μm 2 .

도 11을 참조하면, 기판 상의 실리콘 질화막 상에 금속층(109)을 증착한다. 금속층(109)는 이후에 적층될 고분자 전해질막과 식각선택비가 높으며, 또한 친수성(hydrophilic)인 금속을 사용한다. 이에 해당하는 금속층으로 티타늄(Ti)을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 11, a metal layer 109 is deposited on a silicon nitride film on a substrate. The metal layer 109 uses a polymer electrolyte membrane to be laminated later and a metal having high etching selectivity and hydrophilic metal. Titanium (Ti) may be used as the corresponding metal layer.

도 12를 참조하면, 금속층(109) 상에 상술한 하부 고분자 전해질막(115), 탄소 나노튜브 네트워크(120), 상부 고분자 전해질막(125)으로 이루어진 다층 나노박막(130)을 형성한다. 친수성인 금속층(109)은 하부 고분자 전해질막(115)의 최하층인 PAH와 강하게 결합할 수 있다. Referring to FIG. 12, the multilayer nano thin film 130 including the lower polymer electrolyte membrane 115, the carbon nanotube network 120, and the upper polymer electrolyte membrane 125 is formed on the metal layer 109. The hydrophilic metal layer 109 may be strongly bonded to PAH, which is the lowermost layer of the lower polymer electrolyte membrane 115.

도 13을 참조하면, 기판 하부의 개구부(105)에 노출된 실리콘 질화막(107)을 건식 식각한다. 계속하여 금속층(109)을 하부 고분자 전해질막(115)이 노출될 때까지 습식 식각하여, 개구부(105) 상에 도전성 다층 나노박막(130)의 멤브레인을 완성한다.Referring to FIG. 13, the silicon nitride film 107 exposed to the opening 105 under the substrate is dry etched. Subsequently, the metal layer 109 is wet etched until the lower polymer electrolyte membrane 115 is exposed, thereby completing the membrane of the conductive multilayer nano thin film 130 on the opening 105.

이하, 기판 하부에 하판을, 기판 상부에는 스페이서로 이격된 상부전극이 구비된 상판을 배치하여 도 7에 도시된 것과 같은 센서를 완성한다.Hereinafter, a sensor as shown in FIG. 7 is completed by arranging a lower plate below the substrate and an upper plate provided with an upper electrode spaced apart by a spacer.

상술한 미세전기기계시스템 센서를 바이오 센서로 사용할 경우에는 다음과 같은 장점이 있다.When the microelectromechanical system sensor described above is used as a biosensor, there are advantages as follows.

기존의 바이오 센서들은 대부분 바이오-광학적 검출 방법에 기반을 두고 있 으므로, 생체 물질의 형광 처리 과정이 필수적이며, 또한 이를 검출하기 위해 형광 물질을 활성화시킬 수 있는 레이저 및 발광된 생체 물질을 관찰하는 형광 현미경 등의 검출 시스템이 필요하다. 또한, 최근 들어 많은 연구가 진행되고 있는 바이오-기계적 검출을 위한 미세 외팔보 배열을 이용할 경우에도 기계적인 변위를 측정하기 위한 레이저 거리 측정 시스템 또는 레이저 스페클 무늬 간섭법(laser speckle pattern interferometry, ESPI) 시스템 등이 반드시 필요하다.Since most biosensors are based on bio-optical detection methods, fluorescence treatment of biomaterials is essential, and in order to detect them, lasers capable of activating fluorescent materials and fluorescence that observe luminescent biomaterials are required. A detection system such as a microscope is necessary. In addition, a laser distance measurement system or a laser speckle pattern interferometry (ESPI) system for measuring mechanical displacement even when using a micro-cantilever array for bio-mechanical detection, which is being studied in recent years. And so on.

그러나 본 연구에서 제안하는 정전 용량 변화를 이용한 바이오 센서는 모든 검출 시스템이 단일 바이오칩 위에 통합되므로 소형화 및 랩온어칩이 가능하다.However, the biosensor using the capacitance change proposed in this study can be miniaturized and lab-on-a-chip as all detection systems are integrated on a single biochip.

미세 외팔보 배열 바이오 센서는 DNA 를 외팔보 표면에 고정화하기 위하여 표면처리가 필수적이다. 일반적으로 외팔보 윗면에 금 박막을 증착한 후 그 위에 자기조립 분자박막(self-assembled monolayer)인 티올(thiol)을 코팅하는 방법이 사용되고 있으며, 랑뮤르-블로젯(Langmuir-Blodgett) 증착 방법 및 솔-겔 기술(sol-gel technique) 등도 사용되고 있다. Micro cantilever array biosensors require surface treatment to immobilize DNA on the cantilever surface. In general, a method of depositing a thin gold film on the top of the cantilever and then coating a thiol, which is a self-assembled monolayer, is used, and a Langmuir-Blodgett deposition method and a brush are used. The sol-gel technique and the like are also used.

그러나, 본 발명에서 제작된 나노박막은 하부 전해질막은 PAH-PSS가 연속하여 적층되어 있는데, 선택된 고분자 전해질인 PAH의 양전하를 갖는 아민(NH2)기가 음전하를 갖는 DNA와 펩타이드(peptide) 결합을 하고, 따라서 DNA의 직접 고정화가 가능하므로 별도로 표면 처리가 필요없다. 즉, 광학 검출과 특정 결합(specific binding)을 위한 별도의 형광처리 및 기판의 표면 처리 과정이 없이 고분자 전해질막에 DNA를 직접 고정화할 수 있는 장점을 갖는다. However, the nano-thin film in the present invention, there is laminated to the lower electrolyte layer PAH-PSS is continuous, and the DNA and peptides (peptide) coupling an amine (NH 2) having positive electric charge of a selected polymer electrolyte in PAH groups having a negative charge Therefore, direct immobilization of DNA is possible, so there is no need for surface treatment. That is, there is an advantage in that DNA can be directly immobilized on a polymer electrolyte membrane without a separate fluorescence treatment for optical detection and specific binding and surface treatment of a substrate.

또한, 나노박막의 두께 방향에 대한 대칭적인 구조는 미세 외팔보 배열을 이용한 바이오-기계적 검출 방법에서 큰 문제로 인식된 바이메탈 효과를 없앨 수 있는 가장 효과적인 대안이 될 것이다.In addition, the symmetrical structure with respect to the thickness direction of the nano thin film will be the most effective alternative to eliminate the bimetal effect, which is recognized as a big problem in the bio-mechanical detection method using a fine cantilever array.

표 1은 본 발명에 따른 다층 나노박막을 이용하는 바이오 센서와 종래 기술에 따른 미세 외팔보 배열을 이용한 센서의 특징을 비교한 표이다.Table 1 is a table comparing the characteristics of the biosensor using a multilayer nano thin film according to the present invention and the sensor using a fine cantilever array according to the prior art.

미세 외팔보 변환기 (Microcantilever transducer)Microcantilever transducer 다층 나노박막 변환기 (Miltilayered nanomembrane transducer)Multilayered nanomembrane transducer 형광 물질 부착Fluorescent material 필요 없음not needed 필요 없음not needed 검출 분해능Detection resolution 매우 높음Very high 매우 높음Very high 온도 민감도Temperature sensitivity 높음height 없음none 표면 전처리Surface pretreatment 필요하며 복잡한 절차Necessary and complicated procedure 필요 없음(amine-polyelectrolyte)No amine-polyelectrolyte 소형화Miniaturization 변위 검출, 시스템의 소형화가 매우 어려움Displacement detection, very difficult to miniaturize system 센서 배열 및 건출 시스템의 "랩온어칩" 형태"Lab-on-a-chip" form of sensor array and construction system

표 1을 참조하면, 본 발명의 랩온어칩 바이오 센서는 종래의 미세 외팔보 변환기의 한계를 뛰어 넘는 유리한 효과가 있음을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the lab-on-a-chip biosensor of the present invention has an advantageous effect that exceeds the limitation of the conventional micro-cantilever converter.

상술한 분자 단위에서 설계 제작된 나노박막은 바이오 센서의 응용 뿐 아니라 압력 센서, 관성 센서, 가스 센서, 습기 센서, 지문 센서 등 박막을 이용하는 다양한 센서들의 성능을 한층 향상시킬 수 있음은 당업자에게 명백하다.It is apparent to those skilled in the art that nano thin films designed and manufactured in the above-described molecular units can further improve the performance of various sensors using thin films such as pressure sensors, inertial sensors, gas sensors, moisture sensors, and fingerprint sensors as well as applications of bio sensors. .

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

상기와 같이 이루어진 본 발명은 고분자 전해질막과 단일벽 탄소나노튜브 네 트워크를 이용하여 매우 얇고 기계적 전기적 성질이 우수한 도전성 나노박막을 제작할 수 있으므로, 센서의 검출 분해능 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.The present invention made as described above can produce a very thin and excellent mechanical and electrical properties of the conductive nano thin film using a polymer electrolyte membrane and a single-walled carbon nanotube network, it is possible to further improve the detection resolution and reliability of the sensor.

또한, 본 발명의 다층 나노박막의 멤브레인은 전기적으로 전도성을 가지므로 정전용량의 변화를 이용한 미세전기기계시스템 센서로 유용하다.In addition, since the membrane of the multi-layered nano thin film of the present invention has electrical conductivity, it is useful as a microelectromechanical system sensor using a change in capacitance.

또한, 본 발명의 다층 나노박막은 DNA 등의 생체물질을 직접 고정시킬 수 있어 바이오 센서로 이용할 수 있다.In addition, the multilayer nano thin film of the present invention can directly fix a biological material such as DNA can be used as a biosensor.

Claims (11)

친수성의 기판을 준비하는 단계;Preparing a hydrophilic substrate; 상기 기판 상에 분자 간의 정전기적 인력을 이용하여 다층의 하부 고분자 전해질막을 형성하는 단계; 및Forming a multilayer lower polymer electrolyte membrane using electrostatic attraction between molecules on the substrate; And 상기 하부 고분자 전해질막 상에 도전성 탄소나노튜브 네트워크를 형성하는 단계를 포함하는 도전성 다층 나노박막의 제조방법.A method of manufacturing a conductive multilayer nano thin film comprising forming a conductive carbon nanotube network on the lower polymer electrolyte membrane. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄소나노튜브 네트워크 상에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 다층 나노박막의 제조방법.The method of claim 1, further comprising forming a metal layer on the carbon nanotube network. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄소나노튜브 네트워크 상에 다층의 상부 고분자 전해질막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 다층 나노박막의 제조방법.The method of manufacturing a conductive multilayer nano thin film further comprising the step of forming a multi-layered upper polymer electrolyte membrane on the carbon nanotube network. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하부 전해질막은 PAH(poly(allylaminehydrochloride))와 PSS(poly(sodium, styrene sulfonate))가 연속하여 적층된 것을 특징으로 하는 도전성 다층 나노박막의 제조방법. The lower electrolyte membrane is a method of manufacturing a conductive multilayer nano thin film, characterized in that the poly (allylaminehydrochloride) (PAH) and poly (sodium, styrene sulfonate) (PSS) are sequentially stacked. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄소나노튜브 네트워크를 형성하기 전에 탄소나노튜브를 전처리 과정에서 카르복실기 및 히드록시기로 기능화시키고, 수용액 속에서 수소 이온을 탈착시켜 음전하를 갖게하여, 최상층이 양전하인 고분자 전해질막과 정전기적으로 결합시키는 것을 특징으로 하는 도전성 다층 나노박막의 제조방법.Before forming the carbon nanotube network, the carbon nanotubes are functionalized with a carboxyl group and a hydroxyl group in a pretreatment process, desorb hydrogen ions in an aqueous solution to give a negative charge, and the uppermost layer is electrostatically bonded to the positive electrolyte polymer electrolyte membrane. The manufacturing method of the conductive multilayer nano thin film characterized by the above-mentioned. 삭제delete 기판 상에 절연막을 적층하는 단계;Depositing an insulating film on the substrate; 기판 하부를 절연막이 노출될 때까지 선택적으로 식각하여 개구부를 형성하는 단계;Selectively etching the lower portion of the substrate until the insulating film is exposed to form an opening; 상기 절연막 상에 분자간의 정전기력을 이용하여 하부 고분자 전해질막 및 도전성 탄소나노튜브 네트워크로 이루어진 도전성 나노박막을 형성하는 단계;Forming a conductive nano thin film formed of a lower polymer electrolyte membrane and a conductive carbon nanotube network by using an intermolecular electrostatic force on the insulating layer; 상기 노출된 절연막을 제거하여 도전성 나노박막 멤브레인을 형성하는 단계; 및Removing the exposed insulating film to form a conductive nano thin film membrane; And 상기 도전성 나노박막 상에 일정 간격을 두고 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 미세전기기계시스템 센서의 제조방법.The method of manufacturing a microelectromechanical system sensor comprising the step of forming an upper electrode at a predetermined interval on the conductive nano thin film. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탄소나노튜브 네트워크 상에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전기기계시스템 센서의 제조방법.The method of manufacturing a microelectromechanical system sensor, characterized in that it further comprises the step of forming a metal layer on the carbon nanotube network. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탄소나노튜브 네트워크 상에 상부 고분자 전해질막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세전기기계시스템 센서의 제조방법.The method of manufacturing a microelectromechanical system sensor, characterized in that it further comprises the step of forming an upper polymer electrolyte membrane on the carbon nanotube network. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 고분자 전해질막은 정전기력을 이용하여 PAH(poly(allylaminehydrochloride))와 PSS(poly(sodium, styrene sulfonate))를 연속하여 적층하는 것을 특징으로 하는 미세전기기계시스템 센서의 제조방법.The polymer electrolyte membrane is a method of manufacturing a microelectromechanical system sensor, characterized in that the stacking of poly (allylaminehydrochloride) PAH (poly (sodium, styrene sulfonate)) and PSS by using electrostatic force continuously. 개구부가 형성된 기판;A substrate having an opening formed therein; 상기 기판 상에 하부 고분자 전해질막 및 탄소나노튜브 네트워크로 구성되는 다층 나노박막; 및A multilayer nano thin film composed of a lower polymer electrolyte membrane and a carbon nanotube network on the substrate; And 상기 다층 나노박막 상에 일정 간격을 두고 형성된 상부전극을 포함하는 미세전기기계시스템 센서.A microelectromechanical system sensor comprising an upper electrode formed at regular intervals on the multi-layer nano-film.
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