KR100936114B1 - Manufacturing method of nanosensor based on suspended-nanowire fabricated by fib-cvd - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 집속이온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법은, 전기적으로 절연되며 상호 이격 배치된 마이크로 전극이 기판 상에 형성되는 단계(S1); 집속이온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)을 통해, 공중부유된 상태로 나노와이어의 양 단이 각 마이크로 전극의 일 측에 각각 연결되도록 배치되는 단계(S2); 및 기판 상의 구조물의 일부 또는 전부에 금속막이 증착되는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition (FIB-CVD), in which micro-electrodes which are electrically insulated and spaced apart from each other are formed on a substrate ( S1); A focused ion beam-chemical vapor deposition method (FIB-CVD), in which the ends of the nanowires are suspended so that they are respectively connected to one side of each micro electrode (S2); And depositing a metal film on part or all of the structure on the substrate (S3).

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법은 원하는 위치에 나노구조물 증착이 가능하다는 집속이온빔의 장점을 활용하여 나노구조물의 정확한 위치, 개수 및 구조의 선정과 제어가 가능한 효과가 있다.The manufacturing method of the nanosensor according to the present invention has the effect of selecting and controlling the precise position, number and structure of the nanostructures by utilizing the advantages of the focused ion beam that the nanostructures can be deposited at a desired position.

또한 본 발명에 따른 나노센서의 제조방법은 나노와이어를 공중부유형으로 제작하여 유동이 있는 가스에 노출되었을 때, 가스정체층 위에 나노와이어가 위치하게 함으로써 감지하고자 하는 가스의 활발한 흡착을 유도하여, 매우 높은 민감도를 성취할 수 있는 효과가 있다.In addition, the manufacturing method of the nanosensor according to the present invention, by making the nanowires in the air floating type to expose the flowing gas, by inducing the active adsorption of the gas to be detected by placing the nanowires on the gas stagnation layer, There is an effect that can achieve very high sensitivity.

나노와이어, 공중부유형, 금속증착, 나노센서, 집속이온빔-화학기상증착법 Nanowire, Airborne Type, Metal Deposition, Nano Sensor, Focused Ion Beam-Chemical Vapor Deposition

Description

집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF NANOSENSOR BASED ON SUSPENDED-NANOWIRE FABRICATED BY FIB-CVD}MANUFACTURING METHOD OF NANOSENSOR BASED ON SUSPENDED-NANOWIRE FABRICATED BY FIB-CVD} Method of Manufacturing Nanosensors Using Floating Nanowires Formed by Focused Ion Beam-Chemical Vapor Deposition

본 발명은 나노와이어 기반의 나노센서 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 공중부유형 나노와이어를 형성시키고, 나노와이어 등에 금속막을 증착하여 검지대상물을 검지하는 나노센서에 관한 것이다.The present invention relates to a nanowire-based nanosensor manufacturing method. Specifically, the present invention relates to a nanosensor that detects an object by forming an airborne nanowire through a focused ion beam-chemical vapor deposition method and depositing a metal film on the nanowire.

종래문헌 1[F. Hernandez-Ramirez, J. Rodriguez, O. Casals, E. Russinyol, A. Vila, A. Romano-Rodriguez, J.R. Morante, and M. Abid, "Characterization of metal-oxide nanosensors fabricated with focused ion beam (FIB)," Sens. and Actuators B 118, pp.198-203, 2006]에는 SnO2, ZnO, In2O2, NiO와 같은 단일 산화금속 나노와이어와 WO3 나노입자를 SiO2/Si 기판 위에 흩뿌려 놓고 집속전자빔과 집 속이온빔을 이용하여 전기적 접촉을 만든 뒤, 이를 NO2, H2, O2, CO 등의 가스 센서에 적용하는 기술이 개시되어있다. Conventional Document 1 [F. Hernandez-Ramirez, J. Rodriguez, O. Casals, E. Russinyol, A. Vila, A. Romano-Rodriguez, JR Morante, and M. Abid, "Characterization of metal-oxide nanosensors fabricated with focused ion beam (FIB), "Sens. and Actuators B 118, pp. 198-203, 2006], single metal oxide nanowires such as SnO 2 , ZnO, In 2 O 2 , and NiO and WO 3 nanoparticles are scattered on a SiO 2 / Si substrate, A technique of making electrical contact using a focused ion beam and applying it to a gas sensor such as NO 2 , H 2 , O 2 , and CO is disclosed.

종래문헌 1은 만들어진 각종 나노와이어와 나노입자를 기판 위에 흩뿌리는 방법을 사용했으므로, 나노구조물의 정확한 위치, 개수 및 구조의 선정과 제어가 어려운 문제점이 있었다.Conventional Document 1 used a method of scattering the various nanowires and nanoparticles made on the substrate, there was a problem that the selection and control of the exact position, number and structure of the nanostructures is difficult.

하지만 본 발명에 따른 집속이온빔을 이용한 나노와이어의 합성은 정밀한 위치, 개수, 구조의 제어가 가능하다. 또한 종래문헌 1에서는 집속이온빔으로 야기된 구조물은 단지 전기적 접촉만을 위한 것이므로, 본 발명에서 제안하는 집속이온빔을 이용한 나노와이어의 합성과는 큰 차별성을 갖는다. However, the synthesis of the nanowires using the focused ion beam according to the present invention enables precise control of position, number, and structure. In addition, since the structure caused by the focused ion beam is only for electrical contact in the conventional document 1, it has a large difference from the synthesis of nanowires using the focused ion beam proposed by the present invention.

종래문헌 2[X. M. H. Huang, M. Manolidis, S. C. Jun, and J. Hone, "Nanomechanical hydrogen sensing," Appl. Phys. Lett. 86, 143104, 2005.]에는 전자빔 리소그래피와 이베퍼레이션(Evaporation)을 이용하여 AuPd 합금으로 이루어진 나노빔을 만들었고, 공진주파수로 진동하는 나노빔의 격자에 수소 분자가 침입하여 공진 주파수가 변화하게 되는 것을 측정하여 수소 센서에 적용하는 기술이 개시되어있다.Conventional Document 2 [X. M. H. Huang, M. Manolidis, S. C. Jun, and J. Hone, "Nanomechanical hydrogen sensing," Appl. Phys. Lett. 86, 143104, 2005.] used nanobeams made of AuPd alloy using electron beam lithography and evaporation, and the resonance frequency changes due to the infiltration of hydrogen molecules into the lattice of nanobeams vibrating at the resonance frequency. The technique of measuring and applying to a hydrogen sensor is disclosed.

종래문헌 2는 나노빔에 침입하여 야기되는 공진주파수의 변화를 측정하여 이를 가스 센서에 적용한 것인데, 공진주파수의 변화는 주변의 압력에 매우 큰 영향을 받기 때문에 항상 10-5 Torr정도의 고진공 하에서만 작동이 가능하다. 그러므로 대기압 상태에서는 과도한 댐핑으로 인하여 작동이 불가능하며 일반적인 환경에서 사용하기에 부적합하다. Conventional Document 2 is to measure the change in the resonance frequency caused by invading the nanobeams and apply it to the gas sensor, because the change in the resonance frequency is very affected by the pressure of the surroundings always under a high vacuum of about 10 -5 Torr Operation is possible. Therefore, at atmospheric pressure it is impossible to operate due to excessive damping and is not suitable for use in a general environment.

하지만, 본 발명에 따른 나노센서는 감지하고자 하는 가스 분자의 흡착으로 인한 저항 변화를 이용하여 가스를 탐지하기 때문에 주위 환경의 압력 조건과는 별개로 작동이 가능하여, 나노 가스센서 소자의 응용범위를 획기적으로 넓힐 수 있고 보다 실용적인 환경에의 적용이 가능하다. However, since the nanosensor according to the present invention detects a gas by using a change in resistance due to the adsorption of gas molecules to be detected, the nanosensor can be operated independently of the pressure conditions of the surrounding environment, thereby limiting the application range of the nano gas sensor element. It can be greatly expanded and applied to a more practical environment.

종래문헌 3[L. L. Fields, J. P. Zheng, Y. Cheng, and P. Xiong, "Room-temperature low-power hydrogen sensor based on a single tin dioxide nanobelt" Appl. Phys. Lett. 88, 263102, 2006]에는 나노와이어가 기판에 붙어 있는 형태로 제작이 되었고, 이로 인하여 나노와이어의 모든 표면을 감지부로써 활용하지 못하는 문제점이 있었다. 또한 유동이 있는 가스의 경우, 감지하고자 하는 가스 분자가 활발히 확산되지 못하는 가스 정체층이 기판 위에 형성되는데, 이는 일반적으로 기판에 구속되어 있는 나노구조물의 두께보다 두껍다. 그러므로 나노와이어와 가스분자의 접촉이 불충분하게 되고, 이로 인하여 센서의 민감도는 떨어지고 반응시간은 길어지게 된다. Conventional Document 3 [L. L. Fields, J. P. Zheng, Y. Cheng, and P. Xiong, "Room-temperature low-power hydrogen sensor based on a single tin dioxide nanobelt" Appl. Phys. Lett. 88, 263102, 2006] was made in the form that the nanowires are attached to the substrate, and there was a problem that can not utilize all the surface of the nanowires as a sensing unit. In addition, in the case of flowing gas, a gas stagnation layer is formed on the substrate to which the gas molecules to be detected are not actively diffused, which is generally thicker than the thickness of the nanostructures bound to the substrate. Therefore, the contact between the nanowires and the gas molecules becomes insufficient, which results in a low sensitivity of the sensor and a long reaction time.

하지만 본 발명에 따른 나노센서에서는 나노와이어가 공중부유형으로 제작되므로, 기판에 형성되는 가스 정체층의 영향을 받지 않아 활발한 화학적 흡착이 가능하여 높은 민감도를 성취할 수 있다. However, in the nanosensor according to the present invention, since the nanowires are manufactured in the airborne type, they are not affected by the gas stagnation layer formed on the substrate, thereby enabling active chemical adsorption, thereby achieving high sensitivity.

종래문헌 4[F. Favier, E. C. Walter, M. P. Zach, T. Benter, and R. M.Penner, "Hydrogen sensors and switches from electrodeposited palladium mesowire arrays" Science 293, 2227, 2001]에 따르면 나노와이어의 개수 제어가 어려워 불규칙하게 흩어져있는 많은 수의 나노와이어가 센서의 핵심부로 작동하게 된다. 하지만 나노구조물의 장점인 높은 표면적 대 부피비를 최대한 이용하여 높은 민감도를 성취하기 위해서는 단일 나노와이어의 제작이 필요하고, 본 발명에서는 이를 달성함으로써 매우 높은 민감도의 나노가스센서를 만들 수 있게 되었다.Conventional Document 4 [F. According to Favier, EC Walter, MP Zach, T. Benter, and RMPenner, "Hydrogen sensors and switches from electrodeposited palladium mesowire arrays" Science 293, 2227, 2001, it is difficult to control the number of nanowires. The nanowires will act as the core of the sensor. However, in order to achieve high sensitivity by utilizing the high surface area-to-volume ratio, which is an advantage of nanostructures, it is necessary to manufacture a single nanowire, and in the present invention, it is possible to make a nano gas sensor having a very high sensitivity.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법은 다음과 같은 해결과제를 가진다.The method of manufacturing a nanosensor according to the present invention has the following problems.

첫째, 나노구조물의 정확한 위치, 개수 및 구조의 선정과 제어가 곤란한 문제점을 해결하고자 한다.First, it is intended to solve the problem of difficult selection and control of the precise location, number and structure of nanostructures.

둘째, 종래 나노와이어가 기판에 붙어 있는 형태로 제작되어, 나노와이어의 모든 표면을 감지부로 활용하지 못한 문제점을 개선하고자 한다.Second, the conventional nanowires are manufactured in the form of being attached to the substrate, to improve the problem of not using all surfaces of the nanowires as a sensing unit.

셋째, 나노센서가 주위 환경의 압력조건과 별개로 작동가능하게 하고자 한다.Third, we want to make the nanosensors work independently of the pressure conditions in the environment.

넷째, 나노구조물의 장점인 높은 표면적 대 부피비를 최대한 이용하여 높은 민감도를 성취하도록 한다.Fourthly, high sensitivity is achieved by utilizing the high surface area-to-volume ratio, which is an advantage of nanostructures.

본 발명의 해결과제들은 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법은, 전기적으로 절연되며 상호 이격 배치된 마이크로 전극이 기판 상에 형성되는 단계(S1); 집속이온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)을 통해, 공중부유된 상태로 나노와이어의 양 단이 각 마이크로 전극의 일 측에 각각 연결되도록 배치되는 단계(S2); 및 기판 상의 구조물의 일부 또는 전부에 금속막이 증착되는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method of manufacturing a nanosensor using the airborne nanowires formed through a focused ion beam-chemical vapor deposition method according to the present invention, the step of forming a micro-electrode electrically insulated and spaced apart from each other on the substrate (S1); A focused ion beam-chemical vapor deposition method (FIB-CVD), in which the ends of the nanowires are suspended so that they are respectively connected to one side of each micro electrode (S2); And depositing a metal film on part or all of the structure on the substrate (S3).

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 S1 단계에서, 기판은 SOI 웨이퍼 또는 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다.In step S1 of the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention, the substrate is preferably an SOI wafer or a silicon wafer.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 S1 단계에서, 마이크로 전극은 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining)기술 또는 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining)기술로 형성되거나, 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining)기술과 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining)기술의 조합으로 형성되는 것이 바람직하다.In the step S1 of the method for manufacturing a nanosensor according to the present invention, the microelectrode is formed by bulk micromachining or surface micromachining, or bulk micromachining and surface micromachining. It is preferably formed by a combination of (Surface Micromachining) techniques.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법에 있어서, 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining)기술은 심도반응성이온식각(DRIE)기술인 것이 바람직하다.In the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention, the bulk micromachining technique is preferably a deep reactive ion etching (DRIE) technique.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 S2 단계에서, 나노와이어는 집속이 온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)을 이용하여 공중부유된 상태의 나노와이어의 양 단이 상기 마이크로 전극과 기계적 및 전기적으로 연결될 수 있는 길이와 형상으로 형성된 것이 바람직하다.In the step S2 of the method for manufacturing a nanosensor according to the present invention, the nanowires are focused on both ends of the nanowires in a state where the focus is suspended using on-beam chemical vapor deposition (FIB-CVD). It is preferably formed in a length and shape that can be connected to.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 S2 단계에서, 나노와이어는 단일 또는 복수로 구비되는 것이 바람직하다.In step S2 of the method for manufacturing a nanosensor according to the present invention, it is preferable that the nanowires be provided in a single or plural number.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 S3단계에서, 금속막은 스퍼터링(sputtering) 또는 이베포레이션(evaporation)에 의하여 증착되는 것이 바람직하다.In step S3 of the method for manufacturing a nanosensor according to the present invention, the metal film is preferably deposited by sputtering or evaporation.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 S3 단계에서, 금속막이 증착되는 부분은 나노와이어의 외면 만인 것이 가능하다. 이 경우 나노와이어의 외면에는 쉐도우마스크를 이용하여 금속이 증착되는 것이 바람직하다.In step S3 of the method for manufacturing a nanosensor according to the present invention, the portion where the metal film is deposited may be only an outer surface of the nanowire. In this case, the metal is preferably deposited on the outer surface of the nanowire using a shadow mask.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 S3 단계에서, 금속막이 증착되는 부분은 기판의 상면, 마이크로 전극의 외면 및 나노와이어의 외면을 포함하는 전면부인 것이 가능하다. 이 경우에는 각 마이크로 전극의 전기적 단락을 방지하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.In step S3 of the method for manufacturing a nanosensor according to the present invention, the metal film is deposited portion may be a front portion including an upper surface of the substrate, the outer surface of the micro electrode and the outer surface of the nanowire. In this case, it is preferable to include means for preventing the electrical short of each micro electrode.

본 발명에 따른 전기적 단락 방지수단은, 기판이 SOI웨이퍼인 경우, SOI웨이퍼의 매몰산화층(buried oxide layer)을 오버에칭(overetching)하여 단락을 방지하는 수단인 것이 바람직하다.In the case where the substrate is an SOI wafer, the electrical short circuit prevention means according to the present invention is preferably a means for preventing a short circuit by overetching a buried oxide layer of the SOI wafer.

본 발명에 따른 전기적 단락방지 수단은, 증착되는 금속막의 두께를 nm단위로 제어하여 단락을 방지하는 수단이 가능하다.The electrical short circuit prevention means according to the present invention can control the short circuit by controlling the thickness of the metal film to be deposited in units of nm.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 S3 단계 다음에는, 각 마이크로 전극의 일 측에 전기전도체의 일 측이 각각 전기적으로 연결되는 단계(S4)가 더 포함되는 것이 바람직하다.Next to step S3 of the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention, it is preferable that a step S4 of electrically connecting one side of the electric conductor to each side of each microelectrode is further included.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 S4 단계 다음에는, 전기전도체의 타 측이 저항측정부에 각각 전기적으로 연결되는 단계(S5)가 더 포함되는 것이 바람직하다. 여기서 저항측정부는 증착된 금속막이 감지대상물을 감지하면 저항변화를 표시하는 것을 특징으로 한다.Next to step S4 of the method for manufacturing a nanosensor according to the present invention, it is preferable that the other side of the electrical conductor is further included (S5) electrically connected to the resistance measuring unit, respectively. Here, the resistance measuring unit is characterized by displaying a change in resistance when the deposited metal film detects the sensing object.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법은 원하는 위치에 나노구조물 증착이 가능하다는 집속이온빔의 장점을 활용하여 나노구조물의 정확한 위치, 개수 및 구조의 선정과 제어가 가능한 효과가 있다.The manufacturing method of the nanosensor according to the present invention has the effect of selecting and controlling the precise position, number and structure of the nanostructures by utilizing the advantages of the focused ion beam that the nanostructures can be deposited at a desired position.

또한 본 발명에 따른 나노센서의 제조방법은 나노와이어를 공중부유형으로 제작하여 유동이 있는 가스에 노출되었을 때, 가스정체층 위에 나노와이어가 위치하게 함으로써 감지하고자 하는 가스의 활발한 흡착을 유도하여, 매우 높은 민감도를 성취할 수 있는 효과가 있다.In addition, the manufacturing method of the nanosensor according to the present invention, by making the nanowires in the air floating type to expose the flowing gas, by inducing the active adsorption of the gas to be detected by placing the nanowires on the gas stagnation layer, There is an effect that can achieve very high sensitivity.

또한 본 발명에 따른 나노센서의 제조방법은 공중부유된 나노와이어의 전체 면적을 감지대상물의 탐지에 사용되게 함으로써, 기판에 부착된 종래의 나노가스센서에 비하여 현저한 민감도를 성취할 수 있는 효과가 있다. In addition, the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention has the effect of achieving a remarkable sensitivity compared to the conventional nanogas sensor attached to the substrate by making the entire area of the nanowires suspended in the air used for detection of the sensing object. .

또한 집속이온빔을 이용한 정밀한 제어로 나노와이어의 개수를 1 개로 제어 함으로써, 나노구조물의 장점인 높은 표면적 대 부피비를 최대한 이용하게 하였다. 이로써 복수 개의 나노와이어로 다양하게 구성된 종래의 가스센서보다 높은 민감도가 성취되는 효과가 있다.In addition, by controlling the number of nanowires to one by precise control using the focused ion beam, the high surface area-to-volume ratio, which is an advantage of nanostructures, is maximally utilized. This has the effect of achieving a higher sensitivity than the conventional gas sensor is composed of a plurality of nanowires.

집속이온빔(Focused Ion Beam, FIB)가공은 현미경에 의한 재료관찰 분야에서 크게 공헌해온 기술로서, 집속이온빔 가공장치는 반도체산업에서 집적회로의 평가에 이용되어 많이 보급되었다. 또한 집속이온빔 가공에 화학증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 응용한 집속이온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)도 다양한 분야에 활용하기 위한 시도가 이루어지고 있다.Focused ion beam (FIB) processing is a technology that has contributed greatly in the field of material observation under a microscope. The focused ion beam processing apparatus has been widely used for evaluation of integrated circuits in the semiconductor industry. In addition, attempts have been made to utilize focused ion beam-chemical vapor deposition (FIB-CVD) in which chemical vapor deposition (CVD) is applied to focused ion beam processing.

기존의 집속이온빔 가공기술의 응용은 반도체소자의 결함부위를 복구하거나, 흩뿌려진 나노구조물과 마이크로 전극간의 전기적 접촉을 만드는 것에 그쳤다. Existing applications of focused ion beam processing technology have only been to repair defects in semiconductor devices or to make electrical contact between scattered nanostructures and micro electrodes.

하지만 본 발명에 따른 나노센서의 제조방법은 집속이온빔-화학기상증착법으로 형성된 나노와이어를 가스센서의 핵심 구조체로써 사용하였다.However, in the method for manufacturing a nanosensor according to the present invention, a nanowire formed by a focused ion beam-chemical vapor deposition method was used as a core structure of a gas sensor.

또한 기존의 나노소자는 나노구조물을 마이크로 전극에 통합하는 경우, 얼라인먼트의 숙련도와 함께 전자빔 리소그래피를 포함하는 고가의 공정이 필요하여 공정의 수율이 극히 낮다는 문제점이 있었다. In addition, conventional nano devices have a problem in that the yield of the process is extremely low because an expensive process including electron beam lithography is required along with the alignment skills when integrating the nanostructure into the micro electrode.

종래 기술의 경우 나노구조물의 제어하기 어려운 위치, 개수, 길이 또한 해결하기 어려운 문제점 중 하나였지만, 본 발명에서 제시하는 집속이온빔을 이용하는 나노와이어의 증착 방법은 위치, 개수 및 길이의 제어가 용이한 공정으로써 기 존의 나노센서 공정의 문제점이 해결된다는 특징이 있다.In the prior art, the location, number, and length of nanostructures that are difficult to control were also one of problems that are difficult to solve. However, the method for depositing nanowires using the focused ion beam proposed in the present invention is a process for easily controlling the location, number, and length. This solves the problem of the conventional nanosensor process.

본 발명에서는 나노와이어 등에 나노센서로 응용하기 위하여 특정 금속을 코팅하여 기능성을 부여하는 방법을 사용하였다. 이는 코팅하는 재료에 따라 감지할 수 있는 감지대상물의 종류의 다양화를 꾀할 수 있기 때문에 나노와이어를 기반으로 하는 나노센서의 범위를 획기적으로 넓힐 수 있는 방법이다. In the present invention, a method of providing a functionality by coating a specific metal in order to apply to nanowires as a nanosensor. This is a method that can significantly expand the range of nanowires based on nanowires because it can diversify the types of sensing objects that can be detected depending on the coating material.

또한 기존의 나노구조물 기반의 가스센서는 유동이 있는 가스에 노출되는 경우, 기판 위에 형성되는 가스 정체층으로 인한 불충분한 가스분자와의 상호작용으로 민감도 측면에서 부족한 것이 현실이었다.In addition, the conventional nanostructure-based gas sensor was insufficient in terms of sensitivity due to the interaction with insufficient gas molecules due to the gas stagnation layer formed on the substrate when exposed to the flow gas.

그러나 본 발명에서 제안하는 나노와이어의 합성 방식은 공중에 부유된 형태의 나노와이어 제작이 가능하기 때문에, 가스정체층으로 인한 악영향을 피할 수 있는 특징이 있고 이로 인하여 감지하고자 하는 가스에 대하여 높은 민감도를 성취할 수 있다. However, since the nanowire synthesis method proposed in the present invention can produce nanowires suspended in the air, there is a characteristic of avoiding adverse effects due to the gas stagnation layer, and thus high sensitivity to the gas to be detected. It can be achieved.

또한 나노와이어의 개수 제어가 매우 용이하여 단일 나노와이어의 제작이 가능하고, 이는 기존의 나노구조물 기반의 센서보다 높은 부피대비 표면적 비를 가짐으로써 나노와이어의 전 표면을 센서의 측정부로 사용할 수 있어 효율적이고 높은 민감도를 갖는 센서 제작의 기반을 닦을 수 있다는 특징이 있다.In addition, the control of the number of nanowires is very easy to manufacture a single nanowire, which has a higher volume to surface area ratio than conventional nanostructure-based sensors, so that the entire surface of the nanowire can be used as a measuring unit of the sensor. And it can lay the foundation for making sensor with high sensitivity.

본 발명에서 제안하는 공중부유형 단일 나노와이어 기반의 초고감도 나노센서는 감지하고자 하는 가스 분자의 흡착으로 인한 나노와이어의 저항변화를 이용하여 감지여부를 판단하기 때문에, 센서 주변의 압력, 온도 등과 같은 주위 환경에 영향을 받지 않아 다양한 분야에의 적용을 꾀할 수 있고 센서의 활용범위를 넓힐 수 있다는 장점이 있다.The airborne type single nanowire-based ultra-high sensitivity nanosensor proposed by the present invention determines the detection by using a change in resistance of the nanowire due to the adsorption of gas molecules to be detected, such as pressure and temperature around the sensor. Since it is not influenced by the surrounding environment, it can be applied to various fields and has the advantage of extending the use range of the sensor.

이하에서는 도면을 통해 본 발명에 따른 나노센서의 제조방법을 설명하고자 한다.Hereinafter will be described a method of manufacturing a nanosensor according to the present invention through the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 나노센서의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 나노센서의 일 실시예로서, 나노센서에 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 공중부유된 단일 나노와이어를 형성시키는 것을 나타내는 개념도이다.1 is a schematic diagram of a nanosensor according to the present invention, and FIG. 2 is an embodiment of the nanosensor according to the present invention, which shows forming a single nanowire suspended in a nanosensor through focused ion beam-chemical vapor deposition. Conceptual diagram.

본 발명에 따른 나노센서는 기판(10), 마이크로 전극(20) 및 나노와이어(30)를 포함한다.The nanosensor according to the present invention includes a substrate 10, a micro electrode 20 and a nanowire 30.

본 발명에 따른 집속이온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법은, 전기적으로 절연되며 상호 이격 배치된 마이크로 전극(20)이 기판(10) 상에 형성되는 단계(S1); 집속이온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)을 통해, 공중부유된 상태로 나노와이어(30)의 양 단이 각 마이크로 전극(20)의 일 측에 각각 연결되도록 배치되는 단계(S2); 및 기판(10) 상의 구조물의 일부 또는 전부에 금속막(40)이 증착되는 단계(S3)를 포함한다.In the method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition (FIB-CVD) according to the present invention, an electrically insulated and spaced apart microelectrode 20 is disposed on a substrate 10. Forming a phase (S1); A focused ion beam-chemical vapor deposition method (FIB-CVD), which is arranged so that both ends of the nanowires 30 are respectively connected to one side of each micro electrode 20 in an airborne state; And depositing a metal film 40 on part or all of the structure on the substrate 10 (S3).

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 경우, S1 단계에서 기판(10)은 SOI 웨이퍼 또는 실리콘 웨이퍼가 바람직하다. 여기서 SOI 웨이퍼에서의 Silicon-On-Insulator 구조는 협의의 의미로는 실리콘 웨이퍼 기판위에 절연막으로서 실리콘 산화막이 성장되어 있고, 이 위에 단결정 실리콘이 형성되는 구조를 의미하며, 광의의 의미로는 기판과 절연막의 종류에 무관하게 최상부에 단결정 실리콘 층이 형성된 구조를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention, the substrate 10 in step S1 is preferably an SOI wafer or a silicon wafer. Here, the silicon-on-insulator structure of the SOI wafer means a structure in which a silicon oxide film is grown on the silicon wafer substrate as an insulating film, and single crystal silicon is formed on the silicon wafer substrate. Irrespective of the type, a single crystal silicon layer may be formed on the top thereof.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 경우, S1 단계에서 마이크로 전극(20)은 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining)기술 또는 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining)기술로 형성될 수 있다. 또한 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining)기술과 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining)기술의 조합으로 형성될 수도 있다.In the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention, in step S1, the microelectrode 20 may be formed by a bulk micromachining technique or a surface micromachining technique. It can also be formed by a combination of bulk micromachining technology and surface micromachining technology.

여기서 벌크 마이크로머시닝 기술은 건식에칭 또는 습식에칭을 이용하여 기판(substrate)(10)자체를 가공함으로써 미세 기계구조물을 만드는 기술을 말한다. Here, the bulk micromachining technology refers to a technology for making a micro mechanical structure by processing the substrate 10 itself using dry etching or wet etching.

반면 표면 마이크로머시닝은 벌크 마이크로머시닝과 달리 기판 자체를 가공하는 것이 아니라, 기판 위에 박막소재를 이용하여 미세구조물을 제작하는 기술을 말한다. 이때 기판은 단순히 박막기계구조물을 지지하는 기초역할만 하게 된다.Surface micromachining, on the other hand, does not process the substrate itself, unlike bulk micromachining, but refers to a technique for fabricating microstructures using thin films on the substrate. The substrate simply serves as the basis for supporting the thin film machine structure.

한편 본 발명에 사용되는 벌크 마이크로머시닝 기술은 심도반응성이온식각(Deep Reactive Ion Etching, DRIE)기술인 것이 바람직하다.Meanwhile, the bulk micromachining technique used in the present invention is preferably a deep reactive ion etching (DRIE) technique.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 경우, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, S2 단계에서 나노와이어(30)는 집속이온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)을 이용하여 공중부유된 상태의 나노와이어(30)의 양 단이 마이크로 전극(20)과 기계적 및 전기적으로 연결될 수 있는 길이와 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 집속이온빔의 증착에 사용되는 가스노즐(71)과 갈륨이온노즐(72)등을 사용하여, 기계적 연결 및 전기적 연결이 가능한 다양한 종류의 길이, 형상, 위치 등이 nm 단위, 예로 수십 nm 단위로 제어가 가능하다. In the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the nanowires 30 are suspended in S2 by using focused ion beam-chemical vapor deposition (FIB-CVD). Both ends of the nanowire 30 is preferably formed in a length and shape that can be mechanically and electrically connected to the micro electrode 20. That is, by using the gas nozzle 71 and the gallium ion nozzle 72 used for the deposition of the focused ion beam as shown in Figure 2, various kinds of length, shape, position, etc. that can be mechanically and electrically connected Control is possible in nm, for example in the order of tens of nm.

본 발명에 따른 나노센서의 제조방법의 경우, S2 단계에서 나노와이어(30)는 단일 또는 복수로 구비되는 것이 가능하다. 즉, 전술한 집속이온빔-기상화학증착법을 이용하면 원하는 개수의 나노와이어 조작이 가능하다. 따라서 1개의 나노와이어 뿐만 아니라 복수 개의 나노와이어의 배치도 가능하다.In the case of the manufacturing method of the nanosensor according to the present invention, the nanowires 30 in the step S2 may be provided with a single or a plurality. That is, using the focused ion beam-vapor chemical vapor deposition method described above, a desired number of nanowires can be manipulated. Therefore, not only one nanowire but also a plurality of nanowires can be arranged.

다만 나노와이어를 가스센서에 적용하는 때에는 복수의 나노와이어 보다 단일 나노와이어가 민감도의 측면에서 보다 바람직하다. 유동이 있는 가스에 노출되는 경우, 나노와이어의 표면에는 가스 확산 장벽이 형성되는데, 이러한 장벽은 감지하고자 하는 가스가 나노와이어 표면에 흡착되는 것을 방해하는 역할을 하게 된다. 그런데 단일 나노와이어의 경우, 복수의 나노와이어에 비하여 가스 확산 장벽의 형성 범위가 더 작고 좁기 때문에, 활발한 화학적 흡착을 유도할 수 있다. 이로 인하여 보다 높은 민감도를 달성할 수 있다.However, when the nanowire is applied to the gas sensor, a single nanowire is more preferable in terms of sensitivity than a plurality of nanowires. When exposed to a flowing gas, a gas diffusion barrier is formed on the surface of the nanowire, which serves to prevent the gas to be detected from adsorbing onto the surface of the nanowire. However, in the case of a single nanowire, since the formation range of the gas diffusion barrier is smaller and narrower than that of the plurality of nanowires, active chemical adsorption can be induced. This allows higher sensitivity to be achieved.

도 3은 본 발명에 따른 나노센서에 공중부유된 상태로 형성된 단일 나노와이어를 상측에서 본 SIM(Scanning Ion Microscope) 사진이고, 도 4는 도 3의 나노와이어를 측면에서 본 SIM 사진이고, 도 5는 도 3의 나노와이어의 배치부위를 확대하여 살펴본 SIM 사진이다.3 is a scanning ion microscope (SIM) photograph seen from above of a single nanowire formed in a state suspended in the nanosensor according to the present invention, FIG. 4 is a SIM photograph viewed from the side of the nanowire of FIG. FIG. 3 is an enlarged SIM photograph of the nanowire arrangement of FIG. 3.

도 3 내지 도 5를 통해 본 발명에 따른 나노센서에 단일 나노와이어가 형성된 것을 확인할 수 있다.3 to 5 it can be seen that a single nanowire is formed in the nanosensor according to the present invention.

본 발명에 따른 나노센서 제조방법의 S3 단계에서, 금속막(40)은 스퍼터링(sputtering) 또는 이베포레이션(evaporation)에 의하여 증착되는 것이 바람직하다.In step S3 of the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention, the metal film 40 is preferably deposited by sputtering or evaporation.

도 8은 본 발명에 따른 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 공중부유된 단일 나노와이어의 SIM 사진이고, 도 9는 도 8의 나노와이어에 팔라듐-플래티늄 합금을 증착한 것을 나타내는 SIM 사진이다.FIG. 8 is a SIM photograph of a single nanowire suspended in a focused ion beam-chemical vapor deposition method according to the present invention, and FIG. 9 is a SIM photograph showing deposition of a palladium-platinum alloy on the nanowire of FIG. 8.

본 발명에 따른 나노센서 제조방법의 S3 단계에서, 금속막(40)이 증착되는 부분은 나노와이어(30)의 외면 만인 것이 가능하다. 이 경우 쉐도우마스크(shadow mask)를 이용하여 나노와이어(30)의 외면에만 금속이 증착되도록 하는 것이 바람직하다.In step S3 of the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention, the portion where the metal film 40 is deposited may be only the outer surface of the nanowire 30. In this case, it is preferable to deposit a metal only on the outer surface of the nanowire 30 using a shadow mask.

본 발명에 따른 나노센서에 있어서, 대표적인 가스 전구체(precursor)로써 W(CO)6 (Tungsten Hexacarbonyl), C14H10 (Phenanthrene)을 사용하게 되고, 이와 연관된 나노와이어(30)의 소재는 각각 텅스텐, 카본이 될 수 있다. In the nanosensor according to the present invention, W (CO) 6 (Tungsten Hexacarbonyl) and C 14 H 10 (Phenanthrene) are used as representative gas precursors, and the materials of the nanowires 30 associated with each are tungsten. Can be carbon.

따라서 나노와이어 자체의 소재는 집속이온빔에 장착되어 있는 가스에 의하여 텅스텐과 카본으로 제한이 될 수 있지만, 가스 감지를 위한 금속은 어떠한 소재의 나노와이어에도 증착이 가능하기 때문에 특별한 소재의 제한은 없다. 즉, 나노와이어의 소재와는 상관없이 원하는 금속의 증착이 가능하며, 금속의 종류는 감지하고자 하는 가스에 의하여 결정된다.Therefore, the material of the nanowire itself can be limited to tungsten and carbon by the gas mounted on the focused ion beam, but the metal for gas detection can be deposited on the nanowire of any material, so there is no particular material limitation. That is, it is possible to deposit the desired metal irrespective of the material of the nanowire, and the type of metal is determined by the gas to be detected.

본 발명에 따른 나노센서 제조방법의 S3 단계에서, 금속막(40)이 증착되는 부분은 기판(10)의 상면, 마이크로 전극(20)의 외면 및 나노와이어(30)의 외면을 포함하는 전면부인 것이 가능하다. 이 경우 각 마이크로 전극(20)의 전기적 단락을 방지하는 수단이 포함되는 것이 바람직하다.In the step S3 of the method of manufacturing a nanosensor according to the present invention, the portion where the metal film 40 is deposited is a front portion including an upper surface of the substrate 10, an outer surface of the micro electrode 20, and an outer surface of the nanowire 30. It is possible. In this case, it is preferable that a means for preventing an electrical short circuit of each micro electrode 20 is included.

본 발명에 따른 전기적 단락 방지수단은, 기판(10)이 SOI웨이퍼인 경우, SOI 웨이퍼의 매몰산화층(buried oxide layer)을 오버에칭(overetching)하여 단락을 방지하는 수단인 것이 바람직하다.The electrical short circuit preventing means according to the present invention is preferably a means for preventing a short circuit by overetching a buried oxide layer of the SOI wafer when the substrate 10 is an SOI wafer.

본 발명에 따른 전기적 단락방지 수단은, 증착되는 금속막(40)의 두께를 nm단위로 제어하여 단락을 방지하는 수단인 것도 가능하다.The electrical short circuit prevention means according to the present invention may be a means for preventing a short circuit by controlling the thickness of the deposited metal film 40 in nm units.

본 발명에 따른 나노센서 제조방법의 S3 단계 다음에는, 각 마이크로 전극(20)의 일 측에 전기전도체(50)의 일 측이 각각 전기적으로 연결되는 단계(S4)가 더 포함되는 것이 바람직하다.Next to step S3 of the method for manufacturing a nanosensor according to the present invention, it is preferable that a step S4 of electrically connecting one side of the electric conductor 50 to each side of each micro electrode 20 is further included.

본 발명에 따른 나노센서 제조방법이 S4 단계 다음에는, 전기전도체(50)의 타 측이 저항측정부(60)에 각각 전기적으로 연결되는 단계(S5)가 더 포함되는 것이바람직하다. 이 경우 저항측정부(60)는 증착된 금속막(40)이 감지대상물을 감지하면 저항변화를 표시하는 것을 특징으로 한다.After the nanosensor manufacturing method according to the present invention step S4, it is preferable that the other side of the electrical conductor 50 is further included in step (S5) electrically connected to the resistance measuring unit 60, respectively. In this case, the resistance measuring unit 60 displays a resistance change when the deposited metal film 40 detects a sensing object.

도 6은 본 발명에 따른 나노센서의 전기적 흐름을 나타내는 개략도이고, 도 7은 본 발명에 따른 나노센서의 작동원리를 나타내는 개념도이다. 본 발명에 따른 나노센서는 도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로 전극(20)과 전기적으로 연결되고 감지를 위한 소정의 금속막(40)이 증착된 나노와이어(30)가 검지대상물인 가스(미도시)와 반응하면 마이크로 전극(20)과 전기전도체(50)을 통해 전기적으로 연결된 저항측정부(60)에 저항변화가 표시되는 것을 특징으로 한다.Figure 6 is a schematic diagram showing the electrical flow of the nanosensor according to the present invention, Figure 7 is a conceptual diagram showing the operating principle of the nanosensor according to the present invention. In the nanosensor according to the present invention, as shown in FIG. 7, the nanowire 30 electrically connected to the microelectrode 20 and on which the predetermined metal film 40 is deposited is detected (not shown). Reaction) is characterized in that the resistance change is displayed on the resistance measuring unit 60 is electrically connected through the micro-electrode 20 and the electrical conductor 50.

본 발명에 따른 나노센서의 일 실시예로서, 증착되는 금속을 팔라듐-플래티늄(Pd-Pt) 합금을 사용하여 수소가스를 감지하는 실시예를 제시한다.As an embodiment of the nanosensor according to the present invention, an embodiment of detecting hydrogen gas using a palladium-platinum (Pd-Pt) alloy as the deposited metal.

도 10은 본 발명에 따른 나노센서에 팔라듐-플래티늄 합금을 증착한 수소감 지센서로서의 반응성을 나타내는 그래프이고, 도 11은 도 10의 나노센서가 10ppm의 수소농도에 노출되었을 때의 반응성을 나타내는 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing the reactivity as a hydrogen detecting sensor in which a palladium-platinum alloy is deposited on a nanosensor according to the present invention, and FIG. 11 is a graph showing the responsiveness when the nanosensor of FIG. 10 is exposed to a hydrogen concentration of 10 ppm. to be.

도 10의 그래프에 나타난 바와 같이, 나노센서가 수소에 노출되면 수소분자의 흡착으로 인한 나노와이어의 저항증가가 관측되었다. 또한 수소 농도가 10000ppm(1%)에서 50ppm(0.005%)로 감소될 때, 그에 상응하는 저항증가의 폭이 감소함이 관측되었다.As shown in the graph of FIG. 10, when the nanosensor is exposed to hydrogen, an increase in resistance of the nanowire due to adsorption of hydrogen molecules was observed. It was also observed that when the hydrogen concentration was reduced from 10000 ppm (1%) to 50 ppm (0.005%), the corresponding increase in resistance decreased.

또한 도 11의 그래프에 나타난 바와 같이, 나노와이어 기반의 나노수소센서는 극미량 농도의 가스를 감지할 수 있고 가스에 노출될 경우의 반응도 또한 매우 높음을 알 수 있다.In addition, as shown in the graph of Figure 11, the nanowire-based nanohydrogen sensor can detect a very small concentration of gas and it can be seen that the reaction when exposed to the gas is also very high.

아래의 표 1은 본 발명에 따른 나노센서에 있어서 증착되는 금속(합금물 포함)과 감지대상가스의 다양한 실시예를 나타낸다.Table 1 below shows various embodiments of the metal (including alloy) and the target gas to be deposited in the nanosensor according to the present invention.

증착되는 금속      Metal deposited 감지대상 가스            Gas to be detected WO3 WO 3 NO2 NO 2 WO3 + Copper + VanadumWO 3 + Copper + Vanadum NH3 NH 3 WO3 WO 3 H2SH 2 S SnO2 +(Pt 또는 In2O3)SnO 2 + (Pt or In 2 O 3 ) O3 (ozone)O 3 (ozone) ZnO        ZnO No2, O2, CONo 2 , O 2 , CO SnO2 SnO 2 No2, O2, CONo 2 , O 2 , CO In2O3 In 2 O 3 NO3, NH3 NO 3 , NH 3

한편, 본 발명에 따른 나노센서는 액체 상태 안에 포함되어 있는 특정 물질을 감지하는 것도 가능하다. 즉, 나노센서를 감지대상물이 포함된 액체에 넣어 놓은 후, 감지대상물의 부착을 유도한 뒤, 액체를 증발시켜 측정하는 방법을 사용할 수 있다.On the other hand, the nanosensor according to the present invention can also detect a specific material contained in the liquid state. That is, the nanosensor may be put in a liquid containing a sensing object, induce attachment of the sensing object, and then a method of measuring by evaporating the liquid may be used.

본 발명에 따른 나노센서의 전기전도체(50)은 나노와이어(30)의 저항 변화를 마이크로 전극(20)을 통하여 외부로부터 전기적인 신호를 입력 및 출력하기 위한 것이다. 일반적으로 알루미늄 와이어가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electrical conductor 50 of the nanosensor according to the present invention is for inputting and outputting an electrical signal from the outside through the micro electrode 20 to change the resistance of the nanowires 30. In general, aluminum wire may be used, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 나노센서에 있어서, 나노소자의 전면부(前面部) 에 금속이 증착되는 경우, 각 마이크로 전극의 전기적 단락을 방지하는 수단이 포함되는 것이 바람직하다.In the nanosensor according to the present invention, when metal is deposited on the front side of the nanoelement, it is preferable that a means for preventing an electrical short circuit of each microelectrode is included.

이 경우 기판(10)이 SOI웨이퍼인 경우 SOI웨이퍼의 매몰산화층(buried oxide layer)(11)(도 2 참조)을 오버에칭(overetching)하여 단락을 방지하는 것이 바람직하다. 이는 매몰산화층을 충분한 시간 동안 식각(etching) 하여, 금속막(40) 증착 후 제작된 마이크로 전극(20) 간에 원치 않는 전기적 연결을 막는 방법이다. In this case, when the substrate 10 is an SOI wafer, it is preferable to overetch the buried oxide layer 11 (see FIG. 2) of the SOI wafer to prevent a short circuit. This is a method of etching the buried oxide layer for a sufficient time to prevent unwanted electrical connection between the microelectrode 20 fabricated after the deposition of the metal film 40.

또한 본 발명에 따른 전기적 단락방지 수단은, 증착되는 금속의 두께를 제어하여 단락을 방지하는 것도 가능하다. 이는 스퍼터링(sputtering) 또는 이베퍼레이션(evaporation) 공정 시에 증착되는 금속막(40) 막의 두께를 수nm 단위로 정밀하게 제어하여 단락을 방지하는 방법이다. 만약 증착되는 금속막의 두께가 점점 두꺼워 지게 된다면 전기적 단락의 발생 확률도 높아질 것이므로, 증착되는 금속막의 두께 제어는 중요한 의미를 지닌다.In addition, the electrical short circuit prevention means according to the present invention can control the thickness of the metal to be deposited to prevent the short circuit. This is a method of preventing a short circuit by precisely controlling the thickness of the metal film 40 deposited in the sputtering or evaporation process in units of several nm. If the thickness of the deposited metal film becomes thicker, the probability of occurrence of an electrical short circuit will also increase. Therefore, the thickness control of the deposited metal film has an important meaning.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것은 자명하다.The embodiments and drawings attached to this specification are merely to clearly show some of the technical ideas included in the present invention, and can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical ideas included in the specification and drawings of the present invention. It is apparent that all modifications and specific embodiments that can be included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 나노센서의 개략도이고,1 is a schematic diagram of a nanosensor according to the invention,

도 2는 본 발명에 따른 나노센서의 일 실시예로서, 나노센서에 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 공중부유된 단일 나노와이어를 형성시키는 것을 나타내는 개념도이고,FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating forming a single nanowire suspended in a nanosensor through a focused ion beam-chemical vapor deposition method on a nanosensor.

도 3은 본 발명에 따른 나노센서에 공중부유된 상태로 형성된 단일 나노와이어를 상측에서 본 SIM 사진이고,3 is a SIM photograph seen from above of a single nanowire formed in a state suspended in the nanosensor according to the present invention,

도 4는 도 3의 나노와이어를 측면에서 본 SIM 사진이고,4 is a SIM photograph of the nanowire of FIG. 3 viewed from the side;

도 5는 도 3의 나노와이어의 배치부위를 확대하여 살펴본 SIM 사진이고,FIG. 5 is an enlarged view of a SIM photograph of the arrangement of the nanowires of FIG. 3;

도 6은 본 발명에 따른 나노센서의 전기적 흐름을 나타내는 개략도이고,Figure 6 is a schematic diagram showing the electrical flow of the nanosensor according to the present invention,

도 7은 본 발명에 따른 나노센서의 작동원리를 나타내는 개념도이고,7 is a conceptual diagram showing the operating principle of the nanosensor according to the present invention,

도 8은 본 발명에 따른 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 공중부유된 단일 나노와이어의 SIM 사진이고,8 is a SIM photograph of a single nanowire suspended in the air via focused ion beam-chemical vapor deposition according to the present invention,

도 9는 도 8의 나노와이어에 팔라듐-플래티늄 합금을 증착한 것을 나타내는 SIM 사진이고,9 is a SIM photograph showing the deposition of a palladium-platinum alloy on the nanowires of FIG. 8,

도 10은 본 발명에 따른 나노센서에 팔라듐-플래티늄 합금을 증착한 수소감지센서로서의 반응성을 나타내는 그래프이고,FIG. 10 is a graph showing the reactivity as a hydrogen detection sensor in which a palladium-platinum alloy is deposited on a nanosensor according to the present invention;

도 11은 도 10의 나노센서가 10ppm의 수소농도에 노출되었을 때의 반응성을 나타내는 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing the reactivity when the nanosensor of FIG. 10 is exposed to a hydrogen concentration of 10 ppm.

* 주요 도면부호에 대한 설명 ** Description of the main drawing codes *

10 : 기판 20 : 마이크로 전극10 substrate 20 micro electrode

30 : 나노와이어 40 : 금속막30: nanowire 40: metal film

50 : 전기전도체 60 : 저항측정부50: electrical conductor 60: resistance measurement unit

Claims (16)

전기적으로 절연되며 상호 이격 배치된 마이크로 전극이 기판 상에 형성되는 단계(S1);Forming a micro-electrode electrically insulated and spaced apart from each other on the substrate (S1); 집속이온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)을 통해, 공중부유된 상태로 나노와이어의 양 단이 각 마이크로 전극의 일 측에 각각 연결되도록 배치되는 단계(S2); 및A focused ion beam-chemical vapor deposition method (FIB-CVD), in which the ends of the nanowires are suspended so that they are respectively connected to one side of each micro electrode (S2); And 상기 기판 상의 구조물의 일부 또는 전부에 금속막이 증착되는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 하는And depositing a metal film on part or all of the structure on the substrate (S3). 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 S1 단계에서, 상기 기판은 SOI 웨이퍼 또는 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는In the step S1, the substrate is characterized in that the SOI wafer or silicon wafer 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 S1 단계에서, 상기 마이크로 전극은 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining)기술 또는 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining)기술로 형 성되거나, 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining)기술과 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining)기술의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는In the step S1, the microelectrode is formed by bulk micromachining technology or surface micromachining technology, or a combination of bulk micromachining technology and surface micromachining technology. Characterized in that formed 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining)기술은 심도반응성이온식각(DRIE)기술인 것을 특징으로 하는The bulk micromachining technology is a depth reactive ion etching (DRIE) technology, characterized in that 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 S2 단계에서, 상기 나노와이어는 집속이온빔-화학기상증착법(FIB-CVD)을 이용하여 공중부유된 상태의 나노와이어의 양 단이 상기 마이크로 전극과 기계적 및 전기적으로 연결될 수 있는 길이와 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는In the step S2, the nanowires are formed in a length and shape such that both ends of the nanowires in the air-floating state can be mechanically and electrically connected to the microelectrode using focused ion beam-chemical vapor deposition (FIB-CVD). Characterized by 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 S2 단계에서, 상기 나노와이어는 단일 또는 복수로 구비되는 것을 특징 으로 하는In the step S2, characterized in that the nanowire is provided with a single or a plurality 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 S3 단계에서, 금속막은 스퍼터링(sputtering) 또는 이베포레이션(evaporation)에 의하여 증착되는 것을 특징으로 하는In the step S3, the metal film is deposited by sputtering or evaporation. 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 S3 단계에서, 금속막이 증착되는 부분은 나노와이어의 외면 만인 것을 특징으로 하는In the step S3, the portion where the metal film is deposited is characterized in that only the outer surface of the nanowires 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 나노와이어의 외면에는 쉐도우마스크를 이용하여 금속이 증착되는 것을 특징으로 하는 On the outer surface of the nanowires, a metal is deposited using a shadow mask. 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하 는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 S3단계에서, 금속막이 증착되는 부분은 기판의 상면, 마이크로 전극의 외면 및 나노와이어의 외면을 포함하는 전면부인 것을 특징으로 하는In the step S3, the portion where the metal film is deposited is a front portion including an upper surface of the substrate, an outer surface of the micro electrode and the outer surface of the nanowires. 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 각 마이크로 전극의 전기적 단락을 방지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는Means for preventing an electrical short of each micro electrode. 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 전기적 단락 방지수단은, 기판이 SOI웨이퍼인 경우, SOI웨이퍼의 매몰산화층(buried oxide layer)을 오버에칭(overetching)하여 단락을 방지하는 수단인 것을 특징으로 하는The short circuit prevention means is a means for preventing a short circuit by overetching a buried oxide layer of the SOI wafer when the substrate is an SOI wafer. 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 전기적 단락방지 수단은, 증착되는 금속막의 두께를 nm단위로 제어하여 단락을 방지하는 수단인 것을 특징으로 하는The electrical short circuit prevention means is a means for preventing a short circuit by controlling the thickness of the deposited metal film in nm units. 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 S3 단계 다음에는, 각 마이크로 전극의 일 측에 전기전도체의 일 측이 각각 전기적으로 연결되는 단계(S4)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는After the step S3, a step (S4) of the one side of the electrical conductor is electrically connected to one side of each micro-electrode, further comprising 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 S4 단계 다음에는, 상기 전기전도체의 타 측이 저항측정부에 각각 전기적으로 연결되는 단계(S5)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는After the step S4, the other side of the electrical conductor is characterized in that it further comprises a step (S5) electrically connected to the resistance measuring unit, respectively. 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 저항측정부는 증착된 금속막이 감지대상물을 감지하면 저항변화를 표시하는 것을 특징으로 하는The resistance measuring unit displays a resistance change when the deposited metal film detects a sensing object. 집속이온빔-화학기상증착법을 통해 형성된 공중부유형 나노와이어를 이용하는 나노센서의 제조방법.A method of manufacturing a nanosensor using airborne nanowires formed through focused ion beam-chemical vapor deposition.
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