KR101358067B1 - 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법 - Google Patents

수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 제조 방법은 무기물 전구체와 유기 고분자를 증류수 또는 유기 용매 중에 혼합하여 무기물-고분자 액을 제조하는 단계 상기 무기물-고분자 액을 이용하여 기판 위에 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체(composite) 나노 와이어 패턴을 제조하는 단계 및 상기 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어 패턴을 따라 엑시머 레이저를 조사하는 단계를 포함한다.

Description

수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법{METHOD OF FABRICATING HORIZONTALLY ALIGNED SINGLE-CRYSTALLINE INORGANIC NANO WIRE PATTERN}
본 발명은 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법에 관한 것이다.
언제 어디서나 정보를 접할 수 있는(유비쿼터스) 미래의 정보화 사회에서는 “입는 컴퓨터”와 “유연한 디스플레이(flexible display)”를 통해 사람들이 접하거나 처리할 수 있는 정보의 양들이 한층 늘어날 것이다. 또한, 인간 사이의 커뮤니케이션 채널이 더욱 다양해짐에 따라, 보다 폭 넓고 긴밀한 글로벌화가 이루어질 것으로 예상된다. 이에, 보다 작고 뛰어난 성능을 갖는 전자소자들에 대한 요구가 늘어나고 있으며, 나노 크기의 전자 소자에 대한 관심이 증가하고 있다.
일차원 무기물 나노 구조체인 무기물 나노 와이어(nanowire)는 벌크(bulk) 상태의 무기 소재보다 뛰어난 전기적 특성을 보이기 때문에 반도체 소자 분야에서 무기물 반도체 나노 와이어를 활성층(active layer)으로 사용하고자 하는 연구들이 활발히 진행되었다.
무기물 반도체 나노 와이어를 제조하는 가장 대표적인 방법은 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)을 통해 기판 위에서 나노 와이어를 성장시키는 방법이다. 화학적 기상 증착법을 통해 제조된 실리콘 나노 와이어 또는 산화아연 나노 와이어를 트랜지스터 제조에 이용하면, 고이동도를 갖는 트랜지스터를 제작할 수 있다. 하지만 상기 공정을 통해 제작된 나노 와이어는 기판에 수직하게 성장하기 때문에, 나노 와이어를 기판에서 분리하여 수평하게 정렬시키는 공정이 별도로 필요하다. 이 과정에서 나노 와이어가 불규칙적으로 퍼지게 되므로 고집적된 나노 와이어 소자 어레이의 제작이 불가능하다. 또한, 하나의 나노 와이어에 전극을 증착시키기 위해서는 전자빔 증착(E-beam evaporation)이라는 고가의 장비를 사용해야 하기 때문에, 소자의 제작 단가가 높아지는 단점이 존재한다.
무기물 반도체 나노 와이어를 제조하는 다른 방법으로, 중국의 Pan 그룹이 연구한 전기방사(electrospinning)를 통해 다량의 산화아연 나노 와이어를 제조하는 방법이 있다. 이 방법은 산화아연 전구체와 폴리비닐 알코올을 혼합하여 전기방사를 통해 전구체 및 유기 복합 나노 와이어를 제조한 뒤 유기물을 열분해시켜, 산화아연 나노 와이어를 제조하는 방법이다.
그러나 상기 전기방사법은 전기방사의 특성상 매우 불규칙적으로 꼬인 상태의 나노 와이어를 제조하게 된다. 나노 와이어를 이용하여 전자소자를 제작하기 위해서는 나노 와이어가 어느 정도 정렬이 되어야하기 때문에, 전기방사로 제조된 나노 와이어는 전자소자로써의 응용이 매우 어려운 문제가 있다.
또한 제조된 나노 와이어는 그레인(grain)의 크기가 수 나노미터에 불과한 다결정질 물질로서, 나노 와이어를 전자소자에 이용하기 위해서는 단결정(single crystalline)의 나노 와이어야하기에, 제조된 나노 와이어는 고성능의 전자 소자 제작에 응용하는 것이 어렵다.
따라서, 요구되는 것은 무기물 나노선을 원하는 위치에 정확히 수평 정렬시킬 수 있고, 단결정의 나노선을 만들 수 있는 방법이다.
본 발명은 원하는 위치에 수평 정렬시킬 수 있고, 단결정의 나노 와이어를 제조할 수 있는, 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 무기물 전구체와 유기 고분자를 물 또는 유기 용매 중에 혼합하여 무기물-고분자 액을 준비하는 단계; 상기 무기물-고분자 액을 이용하여 기판 위에 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체(composite) 나노 와이어 패턴을 제조하는 단계; 및 상기 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어 패턴을 따라 엑시머 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법을 제공한다.
상기 무기물 전구체는 아연 수산화물(Zinc Hydroxide(Zn(OH)2)), 아연 아세테이트(Zinc acetate(Zn(CH3COO)2)), 아연 아세테이트 수화물(Zinc acetate hydrate(Zn(CH3(COO)2·nH2O)), 디에틸 아연(Diethyl zinc(Zn(CH3CH2)2)), 질산 아연(Zn(NO3)2), 질산 아연 수화물(Zinc nitrate hydrate(Zn(NO3)2·nH2O)), 탄산 아연(Zinc carbonate(Zn(CO3)) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기 반도체 전구체, 또는 디하이드로젠 헥사클로로플라티네이트(IV) 헥사하이드레이트, 구리 아세테이트, 알루미늄 나이트레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 전구체 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 유기 고분자는 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리스티렌(PS), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리이미드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF), 폴리아닐린(PANI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 나일론, 폴리(아크릴산), 폴리(클로로 스티렌), 폴리(디메틸 실록산), 폴리(에테르 이미드), 폴리(에테르 술폰), 폴리(알킬 아크릴레이트), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리(에틸 비닐 아세테이트), 폴리(에틸-co-비닐 아세테이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(락트산-co-글리콜산), 폴리(메타크릴산)염, 폴리(메틸 스티렌), 폴리(스티렌 술폰산)염, 폴리(스티렌 술포닐 플루오라이드), 폴리(스티렌-co-아크릴로니트릴), 폴리(스티렌-co-부타디엔), 폴리(스티렌-co-디비닐 벤젠), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리락타이드, 폴리(비닐 알콜), 폴리아크릴아미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리카보네이트, 폴리(디메틸실록산-co-폴리에틸렌옥사이드), 폴리(에테르에테르케톤), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리이소프렌, 폴리락타이드, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리우레탄, 폴리(비닐피롤리돈), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자일 수 있다.
상기 유기 용매는 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 스티렌, 디메틸포름아마이드, 디메틸포름알데하이드,디메틸설폭사이드, 자일렌, 톨루엔, 사이클로헥센, 이소프로필알콜, 에탄올, 메탄올, 아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 기판은 유리판, 플라스틱 필름, 종이로 이루어진 군으로부터 선택되는 절연체 재료 또는 실리콘, 실리콘(Si) 및 실리콘디옥사이드(SiO2), 알루미늄(Al) 및산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전도체 및 절연체 복합 재료일 수 있다.
상기 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어 패턴은 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터(Electric field aided robotic nozzle printer)를 사용하여, 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어 패턴을 상기 기판 상에 원하는 위치 및 방향으로 정렬함으로써 형성할 수 있다.
상기 엑시머 레이저를 조사하는 단계는 1Hz 내지 1000Hz의 펄스 진동수를 갖고, 100mJ/cm2 내지 1000mJ/cm2의 에너지를 갖는 레이저를 1fs 내지 500ns의 펄스 주기로 조사하여 실시할 수 있다.
상기 엑시머 레이저를 조사하는 단계는 레이저 입사 시스템을 사용하여 실시할 수 있다. 상기 레이저 입사 시스템은 엑시머 레이저(excimer laser); 기판을 이동시키는 정밀 이동 xy-스테이지(precision translation xy-stage); 레이저의 에너지를 조절하는 에너지 감쇠기(energy attenuator); 레이저 경로를 조절하는 레이저 미러(laser mirror); 레이저 빔(beam)을 기판에 집중시키는 실린더형 렌즈(cylindrical lens)를 포함할 수 있다.
상기 정밀 이동 xy-스테이지는 이동 거리가 100nm 내지 20cm이며, 이송 속도가 1㎛/s 내지 10cm/s일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 방법으로 제조된 단결정 무기물 나노와이어를 이용하여 제조한 트랜지스터 자가 발전 압전 소자 전기 구동 바이오 센서를 제공한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 제조 방법은 무기물 나노 와이어의 위치와 방향을 정확히 조절할 수 있고, 나노 와이어를 단결정으로 제조할 수 있다. 따라서, 제조된 나노 와이어를 반도체 무기물로 사용하는 경우, 고성능 나노 와이어 트랜지스터를 대면적으로 매우 빠르고 간단하게 제조할 수 있다.
또한, 금속 전구체를 사용하는 경우, 단결정의 금속 나노 와이어를 정렬시킬 수 있기 때문에, 투명 디스플레이나 투명 태양 전지의 전극으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어패턴의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 공정도.
도 2a는 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법 중, 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어 패턴 제조 시 사용되는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터의 구조를 개략적으로 나타낸 개략도.
도 2b는 도 2a에 나타낸 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터와 이를 감싸는 하우징을 구조를 개략적으로 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법 중, 엑시머 레이저 조사 공정에서 사용되는 레이저 입사 시스템을 개략적으로 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예는 수평정렬된 단결정 무기물 나노 와이어를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 구현예에서, “단결정”이란 단결정질(single crystalline)뿐만 아니라 반-단결정(semi-single crystalline)도 포함할 수 있고, “무기물”이란 유기 화학 분야에서 통상적으로 지칭하는 무기물뿐만 아니라 금속을 모두 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법을, 이하 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 무기물 전구체와 유기 고분자를 물 또는 유기 용매 중에 혼합하여 무기물-고분자 액을 준비한다(S110). 상기 무기물 전구체는 아연 수산화물(Zinc Hydroxide(Zn(OH)2)), 아연 아세테이트(Zinc acetate(Zn(CH3COO)2)), 아연 아세테이트 수화물(Zinc acetate hydrate(Zn(CH3(COO)2·nH2O)), 디에틸 아연(Diethyl zinc(Zn(CH3CH2)2)), 질산 아연(Zinc nitrate(Zn(NO3)2), 질산 아연 수화물(Zinc nitrate hydrate(Zn(NO3)2·nH2O)), 탄산 아연(Zinc carbonate(Zn(CO3)) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기 반도체 전구체, 또는 디하이드로젠 헥사클로로플라티네이트(IV) 헥사하이드레이트, 구리 아세테이트, 알루미늄 나이트레이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 전구체 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 유기 고분자는 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리스티렌(PS), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리이미드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF), 폴리아닐린(PANI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 나일론, 폴리(아크릴산), 폴리(클로로 스티렌), 폴리(디메틸 실록산), 폴리(에테르 이미드), 폴리(에테르 술폰), 폴리(알킬 아크릴레이트), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리(에틸 비닐 아세테이트), 폴리(에틸-co-비닐 아세테이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(락트산-co-글리콜산), 폴리(메타크릴산)염, 폴리(메틸 스티렌), 폴리(스티렌 술폰산)염, 폴리(스티렌 술포닐 플루오라이드), 폴리(스티렌-co-아크릴로니트릴), 폴리(스티렌-co-부타디엔), 폴리(스티렌-co-디비닐 벤젠), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리락타이드, 폴리(비닐 알콜), 폴리아크릴아미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리카보네이트, 폴리(디메틸실록산-co-폴리에틸렌옥사이드), 폴리(에테르에테르케톤), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리이소프렌, 폴리락타이드, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리우레탄, 폴리(비닐피롤리돈), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 유기 용매는 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 스티렌, 디메틸포름아미드, 디메틸포름알데하이드, 디메틸설폭사이드, 자일렌, 톨루엔, 사이클로헥센, 이소프로필알콜, 에탄올, 메탄올, 아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 무기물 전구체와 유기 고분자의 혼합 비율은 10 : 90 내지 90 : 10 중량비일 수 있다. 무기물 전구체와 유기 고분자의 혼합 비율이 상기 범위에 포함되는 경우, 최종적으로 얻어지는 무기물 나노와이어가 끊어지지 않고 균일한 폭(diameter)을 가지고 형성될 수 있다. 레이저 조사에 의해서 유기 고분자가 분해되기 때문에 유기 고분자 비율이 90 중량비를 초과하면 레이저 조사 후에 남는 무기물의 양이 부족하여 나노 와이어가 균일하게 형성되지 않고 끊어지는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 유기 고분자 비율이 10 중량비 미만이면 무기물-고분자 액의 점도가 너무 낮아서 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터에 의해 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노 와이어 패턴이 제대로 형성되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 무기물-고분자 액의 농도는 3 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 무기물 전구체와 유기 고분자의 혼합 비율이 바람직한 범위에 포함되고, 상기 무기물-고분자 액의 농도가 상기 범위에 포함될 경우, 용액의 점도가 충분하여 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터를 통해 나노 와이어 패턴이 형성될 수 있다. 상기 무기물-고분자 액의 농도가 3 중량% 미만일 경우, 점도가 너무 낮아서 나노 와이어가 아닌 용액 방울 형태로 형성되는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 무기물-고분자 액의 농도가 20 중량%를 초과하는 경우, 점도가 너무 높아서 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터를 통해 용액이 제대로 토출되지 않는 문제점이 있을 수 있다.
이어서, 상기 무기물-고분자 액을 이용하여 기판 위에 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체(composite) 나노 와이어 패턴을 제조한다(S120). 상기 기판은 유리판, 플라스틱 필름, 종이로 이루어진 군으로부터 선택되는 절연체 재료 또는 실리콘, 실리콘(Si) 및 실리콘디옥사이드(SiO2), 알루미늄(Al) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전도체 및 절연체 복합 재료일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 실리콘 및 실리콘디옥사이드 기판은 표면에, SiO2가 10nm 내지 1μm 두께로 코팅된 실리콘 기판을 말한다.
상기 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체(composite) 나노 와이어 패턴을 제조하는 단계는 도 2a와 도 2b에 나타낸 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터(100)를 사용하여 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터(100)는 도 2a에 나타낸 것과 같이, 용액 저장 장치(10), 토출 조절기(20), 노즐(30), 전압 인가 장치(40), 콜렉터(50), 로봇 스테이지(60), 석정반(石定盤, base plate)61), 마이크로 거리 조절기(70)를 포함한다.
용액 저장 장치(10)는 유기 용액을 담고, 노즐(30)이 유기 용액을 토출할 수 있도록 노즐(30)에 상기 유기 용액을 공급하는 부분이다. 용액 저장 장치(10)는 시린지(syringe) 형태일 수 있다. 용액 저장 장치(10)를 구현하는 물질은 플라스틱, 유리 또는 스테인리스 스틸 등이 사용 가능 하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 용액 저장 장치(10)의 저장 용량은 약 1㎕ 내지 약 5000㎖의 범위 내에서 선택될 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 약 10㎕ 내지 약 50㎖의 범위 내에서 선택될 수 있다. 용액 저장 장치(10)가 스테인레스 스틸로 제조된 경우에는 용액 저장 장치(10)에 가스를 주입할 수 있는 가스 주입구(미도시)가 있어서, 가스의 압력을 이용하여 유기 용액을 용액 저장 장치 밖으로 토출시킬 수 있다. 한편, 코어 쉘 구조의 유기 와이어를 형성하기 위하여 용액 저장 장치(10)는 복수 개로 이루어질 수 있다.
토출 조절기(20)는 용액 저장 장치(10) 내의 유기 용액을 노즐(30)을 통해 일정한 속도로 토출시키기 위하여 용액 저장 장치(10) 내의 유기 용액에 압력을 가하는 부분이다. 토출 조절기(20)로서 펌프 또는 가스 압력 조절기가 사용될 수 있다. 토출 조절기(20)는 유기 용액의 토출 속도를 1nℓ/min 내지 50㎖/min의 범위 내에서 조절할 수 있다. 복수 개의 용액 저장 장치(10)를 사용하는 경우 각각의 용액 저장 장치(10)에 별개의 토출 조절기(20)가 구비되어 독립적으로 작동할 수 있다. 스테인리스 스틸 재질의 용액 저장 장치(10)의 경우에 토출 조절기(20)로서 가스 압력 조절기(미도시)가 사용될 수 있다.
노즐(30)은 용액 저장 장치(10)로부터 유기 용액을 공급받아 유기 용액이 토출되는 부분으로서, 토출되는 유기 용액은 노즐(30) 끝단에서 액적(drop)을 형성할 수 있다. 노즐(30)의 직경은 약 15㎛ 내지 약 1.5㎜의 범위를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
노즐(30)은 단일 노즐, 이중(dual-concentric) 노즐, 삼중(triple-concentric) 노즐을 포함할 수 있다. 코어 쉘 구조의 유기 와이어를 형성할 경우, 이중 노즐 또는 삼중 노즐을 사용하여 2 종류 이상의 유기 용액을 토출시킬 수 있다. 이 경우, 이중 또는 삼중 노즐에 2개 또는 3개의 용액 저장 장치(10)가 연결될 수 있다.
전압 인가 장치(40)는 노즐(30)에 고전압을 인가하기 위한 것으로 고전압 발생 장치를 포함할 수 있다. 전압 인가 장치(40)는 예를 들면 용액 저장 장치(10)를 통하여 노즐(30)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전압 인가 장치(40)는 약 0.1㎸ 내지 약 30㎸의 전압을 인가할 수 있으나, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 전압 인가 장치(40)에 의하여 고전압이 인가된 노즐(30)과 접지된 콜렉터(50) 사이에 전기장이 존재하게 되며, 상기 전기장에 의하여 노즐(30) 끝단에서 형성된 액적이 테일러콘(Taylor cone)을 형성하게 되고 이 끝단에서 연속적으로 유기 와이어가 형성된다.
콜렉터(50)는 노즐(30)에서 토출된 유기 용액으로부터 형성된 유기 와이어가 정렬되어 붙는 부분이다. 콜렉터(50)는 편평한 형태이며, 그 아래의 로봇 스테이지(60)에 의하여 수평면 위에서 이동 가능하다. 콜렉터(50)는 노즐(30)에 가해진 고전압에 대하여 상대적으로 접지 특성을 갖도록 접지되어 있다. 도면 부호 51은 콜렉터(50)가 접지된 것을 나타낸다. 콜렉터(50)는 전도성 재질, 예를 들면 금속으로 이루어질 수 있고, 10㎛ 이내의 평탄도를 가질 수 있다(평탄도는 완전히 수평인 면의 평탄도가 0의 값을 가질 때, 상기 면으로부터의 최대 오차값을 나타낸다).
로봇 스테이지(60)는 콜렉터(50)를 이동시키는 수단이다. 로봇 스테이지(60)는 서보 모터(servo motor)에 의하여 구동되어 정밀한 속도로 이동할 수 있다. 로봇 스테이지(60)는 예를 들면 수평면 위에서 x축(60a)과 y축(60b)의 2개의 방향으로 이동하도록 제어될 수 있다. 로봇 스테이지(60)는 거리를 100nm 이상 100cm 이내의 범위의 간격으로 이동할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 10㎛ 이상 20㎝ 이내의 범위이다. 로봇 스테이지(60)의 이동속도는 1mm/min 내지 60000mm/min의 범위에서 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 로봇 스테이지(60)는 석정반 (61) 위에 설치될 수 있고, 10㎛ 이내의 평면도를 가질 수 있다. 석정반(61)의 평면도에 의해 노즐(30)과 콜렉터(50) 사이의 거리가 일정하게 조절될 수 있다. 석정반(61)은 로봇 스테이지의 작동에 의해 발생하는 진동을 억제함으로써, 유기 와이어 패턴의 정밀도를 조절할 수 있다.
마이크로 거리 조절기(70)는 노즐(30)과 콜렉터(50) 사이의 거리를 조절하기 위한 수단이다. 마이크로 거리 조절기(70)가 용액 저장 장치(10)과 노즐(30)을 수직으로 이동시킴으로써 노즐(30)과 콜렉터(50) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
마이크로 거리 조절기(70)는 조그(jog)(71)와 미세 조절기(micrometer)(72)로 이루어질 수 있다. 조그(71)는 ㎜ 단위 또는 ㎝ 단위의 거리를 대략적으로 조절하는데 쓰일 수 있고, 미세 조절기(72)는 최소 10㎛의 미세한 거리를 조정하는데 쓰일 수 있다. 조그(71)로 노즐(30)을 콜렉터(50)에 접근시킨 다음, 미세 조절기(72)로 노즐(30)과 콜렉터(50) 사이의 거리를 정확히 조절할 수 있다. 마이크로 거리 조절기(70)에 의하여 노즐(30)과 콜렉터(50) 사이의 거리는 10㎛ 내지 20㎜의 범위에서 조절될 수 있다. 예를 들어, x-y 평면에 평행한 콜렉터(50)를 로봇 스테이지(60)에 의하여 x-y 평면 상에서 이동할 수 있고, 마이크로 거리 조절기(70)에 의하여 z축 방향으로 노즐(30)과 콜렉터(50) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
전기방사에서 노즐로부터 방사되는 나노 섬유의 3차원 경로를 계산한 D. H. Reneker, A. L. Yarin, H. Fong, S. Koombhongse, "Bending instability of electrically charged liquid jets of polymer solutions in electrospinning" J. Appl. Phys., 87, 9, 4531-4546(2000)의 논문에 콜렉터와 노즐 사이의 거리가 클 수록 나노 섬유의 교란(perturbation)이 커지는 것이 개시되어 있다. 상기 논문에 의하면,
Figure 112012077354250-pat00001
‥‥‥‥‥‥‥ 식 (1a)
Figure 112012077354250-pat00002
‥‥‥‥‥‥‥ 식 (1b) 이다.
여기에서 x, y는 콜렉터와 수평인 면에서 x축과 y축 방향의 위치이고, L은 길이 스케일을 나타내는 상수이고, λ는 교란 파장(perturbation wavelength)이고, z는 유기 와이어의 콜렉터(z=0)에 대한 수직 위치이고, h는 노즐과 콜렉터 사이의 거리이다. 위의 식 (1a) 및 식 (1b)로부터 동일한 z 값에 대하여 콜렉터와 노즐 사이의 거리 h가 클수록 유기 와이어의 교란을 나타내는 x, y 값이 커짐을 알 수 있다.
실제로, 노즐 끝단의 액적으로부터 생성되어 신장되어 나가는 유기 와이어는 나노 유기 와이어가 생성되는 노즐 가까이에서는 콜렉터에 수직인 z 방향으로 거의 직선 형태이다. 그러나 노즐로부터 멀어질수록 유기 와이어의 수평 방향의 속도(lateral velocity)가 증가하여 유기 와이어가 휘어지게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터(100)는 노즐(30)과 콜렉터(50) 사이의 거리를 십 내지 수십 마이크로미터 단위로 충분히 좁힐 수 있어서 나노 와이어가 교란되기 전에 콜렉터(50) 위에 직선으로 떨어질 수 있게 한다. 따라서 콜렉터(50)의 이동에 의하여 유기 와이어의 패턴이 형성될 수 있다.
콜렉터의 이동에 의하여 유기 와이어의 패턴을 형성하는 것은 노즐이 이동하는 것에 비하여 유기 와이어 패턴의 교란 변수를 줄임으로써 더욱 정밀한 유기 와이어 패턴을 형성할 수 있게 한다.
한편, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터(100)는 도 2b에 나타낸 것과 같이, 하우징(80) 안에 놓일 수 있다. 상기 하우징(80)은 투명한 재질로 형성될 수 있다. 하우징(80)는 밀폐 가능하며, 가스 주입구(미도시)를 통해 하우징(80) 내로 가스를 주입할 수 있다. 주입되는 가스는 질소, 건조 공기 등일 수 있으며, 상기 가스의 주입에 의하여 수분에 의해 산화되기 쉬운 유기 용액이 안정적으로 유지될 수 있게 한다. 또한, 하우징(80)에는 환풍기(ventilator)(81)와 전등(82)이 설치될 수 있다. 환풍기(81)의 역할은 하우징(80)내의 증기압을 조절하여서 유기 와이어가 형성되어 나올 시에 용매의 증발 속도를 조절할 수 있게 된다. 용매의 빠른 증발을 요하는 로보틱 노즐 프린팅에서는 환풍기(81)의 속도를 더욱 빠르게 조절하여 용매의 증발을 도와서 유기 와이어의 형성에 중요한 역할을 하게 된다.
도 2a에 나타낸 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터(100)를 이용하여 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체(composite) 나노 와이어 패턴의 형성 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 콜렉터(50) 위에 기판(미도시)을 위치시킨다. 상기 무기물-고분자 액을 시린지(10)에 담은 후, 시린지 펌프(20)를 이용하여 노즐(30)로부터 토출시키면 노즐(30)의 끝부분에 액적이 형성된다. 상기 노즐(30)에 고전압 발생 장치(40)을 이용하여 전압을 인가하면 액적에 형성된 전하와 콜렉터(50) 사이의 정전기력(electrostatic force)에 의해 액적이 흩어지지 않고 전기장의 방향으로 늘어나면서 콜렉터(50) 위의 기판에 달라붙게 된다.
이때, 액적이 늘어남에 따라 액적으로부터 한 방향의 길이가 다른 방향보다 긴 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노 와이어가 형성될 수 있다.
노즐(30)의 하전된 토출물로부터 형성된 산화아연 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노 와이어를 콜렉터(50) 위의 기판에 정렬시켜서 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노 와이어 패턴을 형성한다. 이때 노즐(30)과 콜렉터(50) 사이의 거리를 10㎛ 내지 20㎜의 사이로 조절함으로써 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노 와이어를 엉켜있는 형태가 아니라 분리된 형태로 콜렉터(50) 위의 기판 위에 형성할 수 있다. 이때 노즐(30)과 콜렉터(50) 사이의 거리는 마이크로 거리 조절기(70)를 이용하여 조절할 수 있다.
또한, 콜렉터(50)를 이동시킴으로써 상기 기판 위의 원하는 위치에 원하는 방향, 원하는 개수만큼 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어의 패턴을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어 패턴을 따라 엑시머 레이저를 조사한다(S130). 엑시머 레이저를 조사함에 따라 레이저 열에 의해 고분자가 분해되고, 무기물 전구체는 무기물로 전환되므로, 수평 정렬된 단결정 나노 와이어 패턴의 무기물이 얻어질 수 있다.
이와 같이 수평 정렬된 나노 와이어 패턴의 무기물을 제조할 수 있기 때문에, 위치와 방향을 정확히 제어할 수 있어, 전극 증착시에 열증착 장비만을 이용하여 간단하게 트랜지스터 소자를 제조할 수 있다. 반면, 만약 수직 정렬된 나노 와이어 패턴의 무기물이 제조된다면, 나노 와이어 패턴의 무기물을 기판으로부터 분리한 후, 기판에 다시 정렬해야 하고, 그 배열의 위치에 정확히 전극을 증착시키기 위하여 고가의 전자빔 리쏘그래피(E-beam lithography) 장비가 요구되어 경제적이지 않다.
또한, 엑시머 레이저를 조사하는 공정을 나노 와이어 패턴을 따라 실시함에 따라, 나노 와이어에 열이 순차적으로 가해지기 때문에, 나노 와이어의 그레인(grain)이 점점 성장하여 단결정의 무기물이 얻어질 수 있다. 만약 엑시머 레이저를 조사하는 공정을 나노 와이어 패턴을 따라 조사하지 않고, 전체적으로 조사하거나, 기판을 전체적으로 열처리를 실시하면, 나노 와이어의 여러 부분이 동시에 상변화를 일으켜서 여러 개의 그레인이 동시에 성장하게 되어, 다결정이 얻어지게 되므로 적절하지 않고, 또한 생성되는 그레인의 크기가 매우 작아 트랜지스터 등의 고성능 전자 소자 제조에 사용할 수 없다.
상기 엑시머 레이저를 조사하는 단계는, 100 nm 내지 400 nm의 파장 및 1Hz 내지 1000Hz의 펄스 진동수를 갖고, 100mJ/cm2 내지 1000 mJ/cm2의 에너지를 갖는 레이저를 1fs 내지 500ns의 펄스 주기로 조사하여 실시할 수 있다.
엑시머 레이저를 조사하는 단계는 기판에 형성된 나노 와이어 패턴을 따라 레이저를 조사할 수 있으면, 어떠한 장치를 사용하여도 무방하나, 엑시머 레이저(excimer laser); 기판을 이동시키는 정밀 이동 xy-스테이지(precision translation xy-stage); 레이저의 에너지를 조절하는 에너지 감쇠기(energy attenuator); 레이저 경로를 조절하는 레이저 미러(laser mirror); 레이저 빔(beam)을 기판에 집중시키는 실린더형 렌즈(cylindrical lens)를 포함하는 레이저 입사 시스템을 이용하여 실시하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 레이저 입사 시스템의 개략적인 구조를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 레이저 입사 시스템(300)은 엑시머 레이저(310), 기판을 이동시키는 정밀 이동 xy-스테이지(320 x축 이동 스테이지(320a), y축 이동 스테이지(320b), 기판을 올려두는 평판(320c)), 레이저의 에너지를 조절하는 에너지 감쇠기(330), 레이저 경로를 조절하는 레이저 미러(340) 및 레이저 빔을 기판에 집중시키는 실린더형 렌즈(350)를 포함한다. 상기 정밀 이동 xy-스테이지는 이동 거리가 100nm 내지 20cm이며, 이송 속도가 1㎛/s 내지 10cm/s 일 수 있다. 정밀 이동 xy-스테이지의 이동 거리가 상기 범위에 포함되는 경우, 레이저가 조사되어 그레인이 성장하고 있는 영역보다 작으므로, 그레인 성장이 효과적으로 일어날 수 있다. 또한, 이동 속도가 상기 범위에 포함되는 경우, 그레인의 성장 속도를 잘 조절할 수 있어, 단결정을 용이하게 형성할 수 있다.
상기 레이저 미러는 400nm 이하의 빛에 대해서 90% 이상의 반사율을 가질 수 있다. 또한, 상기 실린더형 렌즈의 초점거리는 5cm 내지 10cm일 수 있다.
상기 레이저 입사 시스템의 상기 정밀 이동 xy-스테이지(320) 위에, 얻어진 정렬된 패턴이 형성되어 있는 기판을 놓고, 상기 엑시머 레이저(310)를 펄스의 형태로 상기 패턴의 끝부분에 수직으로 입사시키면서, 상기 정밀 이동 xy-스테이지(320)를 움직인다. 레이저의 열에 의해서 고분자가 분해되고 무기물 전구체가 무기물로 전환된다. 이때, 나노 와이어에 열이 순차적으로 가해지기 때문에, 나노 와이어의 그레인(grain)이 점점 성장하여 단결정의 무기물 나노 와이어 패턴을 얻을 수 있다.
이러한 공정에 따라 따라 제조되는 나노 와이어 패턴은 단결정이며, 수평 정렬된 형태이므로, 고성능 전자 소자 제조, 예를 들어 트랜지스터, 자가 발전 압전 소자에 유용하게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 나노 와이어 패턴은 전기 구동 바이오 센서 제조에 유용하게 적용할 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
(실시예 1)
디하이드로젠 헥사클로로플라티네이트(IV) 헥사하이드레이트와 폴리(비닐피롤리돈)을 80 : 20 중량비로, 디메틸포름알데하이드 용매 중에서 혼합하여, 무기물-고분자 액을 제조하였다. 이때, 무기물-고분자 액의 농도는 15 중량%이었다.
제조된 무기물-고분자 액을 도 2a에 나타낸 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터의 시린지(도면 부호 10, 저장 용량: 1ml)에 담았다. 이어서, 알루미늄으로 제조되고, ±10㎛의 평탄도를 갖는 콜렉터 위에 실리콘 기판을 위치시킨 후, 노즐에 약 1.5㎸의 전압을 인가하면서, 시린지 펌프를 이용하여, 무기물-고분자 액을 토출 조절기를 이용하여 노즐로부터 토출하였다. 이때, 토출 속도는 200nl/min이었다. 이 토출 공정에 따라, 노즐의 끝부분에 액적이 발생되고, 이 공정에 따라, 발생된 액적에, 인가된 전압에 의해 형성된 전하와 콜렉터 사이의 정전기력으로 인하여 로봇 스테이지에 의하여 이동되는 콜렉터의 기판 위에 수평 정렬된 무기물전구체 및 유기 고분자 복합체 나노 와이어 패턴이 형성되었다.
이때, 사용한 노즐의 직경은 100㎛이고, 노즐과 콜렉터 사이의 거리는 6㎜이었다. 로봇 스테이지의 Y축 방향의 이동 간격은 100㎛ 이고, X축 방향의 이동 거리는 15㎝이었으며, 이동 속도는 30000mm/min이었다. 콜렉터의 크기는 20㎝× 20㎝이고, 콜렉터 위의 기판의 크기는 2㎝× 2㎝이었다.
이어서, 수평 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노 와이어 패턴을 따라, 엑시머 레이저를 조사하였다. 상기 엑시머 레이저 조사 공정은 엑시머 레이저, 정밀 이동 xy-스테이지, 에너지 감쇠기, 레이저 미러 및 실린더형 렌즈를 포함하는 도 3에 나타낸 레이저 입사 시스템을 사용하여 실시하였으며, 상기 정밀 이동 xy-스테이지에 얻어진 기판을 올리고, 1.5㎛/s의 속도로 이동시키면서, 엑시머 레이저를 수직으로 입사시켜 실시하였다.
이때, 사용된 엑시머 레이저의 파장은 308nm이고, 펄스 진동수는 5Hz이고, 펄스 주기는 30ns이었으며, 에너지는 135mJ/cm2이었다.
또한, 정밀 이동 xy-스테이지는 최소 이동 거리가 100nm이고, 최소 이송 속도가 1㎛/s이었고, 상기 레이저 미러는 400 nm 빛에 대해서 90%의 반사율을 갖는 것을 사용하였다. 또한, 실린더형 렌즈의 초점 거리는 5.5 cm로 하였다.
이 공정에 따라 제조된 백금 나노와이어는 반-단결정질(semi-single crystalline)을 띠고 있으며, 전기전도도는 약 105S/cm이었다.
(실시예 2)
아연 아세테이트 수화물과 폴리비닐피롤리돈을 75 : 25 중량비로, 증류수 중에서 혼합하여, 무기물-고분자 액을 제조하였다. 이때, 무기물-고분자 액의 농도는 12 중량%이었다.
제조된 무기물-고분자 액을 도 2에 나타낸 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터의 시린지(저장 용량: 1ml)에 담았다. 이어서, 콜렉터 위에, 실리콘 디옥사이드(SiO2)가 100nm 두께로 코팅된 실리콘 기판을 위치시킨 후, 노즐에 약 2.0㎸의 전압을 인가하면서, 시린지 펌프를 이용하여 무기물-고분자 액을 노즐로부터 토출하였다. 이때, 토출 속도는 200nl/min이었다. 이 토출 공정에 따라, 노즐의 끝부분에 액적이 발생되고, 이 공정에 따라, 발생된 액적에, 인가된 전압에 의해 형성된 전하와 콜렉터 사이의 정전기력으로 인하여 로봇 스테이지에 의하여 이동되는 콜렉터의 기판 위에 수평 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노 와이어 패턴이 형성되었다.
이때, 사용한 노즐의 직경은 100㎛이고, 노즐과 콜렉터 사이의 거리는 5㎜이고, 인가전압은 2.0㎸ 이었다. 로봇 스테이지의 Y축 방향의 이동 간격은 4.6mm 이고, X축 방향의 이동 거리는 15㎝이었다. 콜렉터의 크기는 20㎝× 20㎝이고, 콜렉터 위의 기판의 크기는 2.5㎝× 2.5㎝이었다.
이어서, 수평 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노 와이어 패턴을 따라, 엑시머 레이저를 조사하였다. 상기 엑시머 레이저 조사 공정은 엑시머 레이저, 정밀 이동 xy-스테이지, 에너지 감쇠기, 레이저 미러 및 실린더형 렌즈를 포함하는 도 3에 나타낸 레이저 입사 시스템을 사용하여 실시하였으며, 상기 정밀 이동 xy-스테이지에 얻어진 기판을 올리고, 1.5㎛/s의 속도로 이동시키면서, 엑시머 레이저를 수직으로 입사시켜 실시하였다. 이때, 사용된 엑시머 레이저의 파장은 308nm이고, 펄스 주파수는 5Hz이었으며, 펄스 주기는 30ns이었으며, 에너지는 135mJ/cm2이었다. 이 공정으로, 기판 위에 산화아연 나노 와이어가 제조되었으며, 제조된 나노 와이어를 트랜지스터 소자로 사용하였다.
이어서, 얻어진 생성물을 열증착을 통하여, 100nm 두께의 금을 산화아연 나노 와이어 위에 증착하여 소스, 드레인 전극을 형성하였다.
각 소자별로 전기적 특성을 측정한 결과, 평균 이동도(mobility)는 약 20㎠/V·s의 수치를 갖고 평균 on/off 비율은 약 104의 수치를 나타내었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (13)

  1. 무기물 전구체와 유기 고분자를 증류수 또는 유기 용매 중에 혼합하여 무기물-고분자 액을 준비하는 단계;
    상기 무기물-고분자 액을 이용하여 기판 위에 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체(composite) 나노 와이어 패턴을 제조하는 단계; 및
    상기 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어 패턴을 따라 엑시머 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무기물 전구체는 아연 수산화물(Zinc Hydroxide(Zn(OH)2)), 아연 아세테이트(Zinc acetate(Zn(CH3COO)2)), 아연 아세테이트 수화물(Zinc acetate hydrate(Zn(CH3(COO)2·nH2O)), 디에틸 아연(Diethyl zinc(Zn(CH3CH2)2)), 질산 아연(Zinc nitrate(Zn(NO3)2), 질산 아연 수화물(Znic nitrate hydrate(Zn(NO3)2·nH2O)), 탄산 아연(Zinc carbonate(Zn(CO3)) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기 반도체 전구체, 또는 디하이드로젠 헥사클로로플라티네이트(IV) 헥사하이드레이트, 구리 아세테이트, 알루미늄 나이트레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 전구체 또는 이들의 혼합물인 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기 고분자는 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리스티렌(PS), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리이미드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF), 폴리아닐린(PANI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 나일론, 폴리(아크릴산), 폴리(클로로 스티렌), 폴리(디메틸 실록산), 폴리(에테르 이미드), 폴리(에테르 술폰), 폴리(알킬 아크릴레이트), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리(에틸 비닐 아세테이트), 폴리(에틸-co-비닐 아세테이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(락트산-co-글리콜산), 폴리(메타크릴산)염, 폴리(메틸 스티렌), 폴리(스티렌 술폰산)염, 폴리(스티렌 술포닐 플루오라이드), 폴리(스티렌-co-아크릴로니트릴), 폴리(스티렌-co-부타디엔), 폴리(스티렌-co-디비닐 벤젠), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리락타이드, 폴리(비닐 알콜), 폴리아크릴아미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리카보네이트, 폴리(디메틸실록산-co-폴리에틸렌옥사이드), 폴리(에테르에테르케톤), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리이소프렌, 폴리락타이드, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리우레탄, 폴리(비닐피롤리돈), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자인 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기 용매는 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 스티렌, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 자일렌, 톨루엔, 사이클로헥센, 이소프로필알콜, 에탄올, 메탄올, 아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 유리판, 플라스틱 필름, 종이로 이루어진 군으로부터 선택되는 절연체 재료 또는 실리콘, 실리콘(Si) 및 실리콘디옥사이드(SiO2), 알루미늄(Al) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전도체 및 절연체 복합 재료를 포함하는 것인 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어 패턴은 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터(Electric field aided robotic nozzle printer)를 사용하여, 정렬된 무기물 전구체 및 유기 고분자 복합체 나노와이어 패턴을 상기 기판 상에 원하는 위치 및 방향으로 정렬함으로써 형성되는 것인 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저를 조사하는 단계는 레이저 입사 시스템을 사용하여 실시하는 것인 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 레이저 입사 시스템은
    엑시머 레이저(excimer laser);
    기판을 이동시키는 정밀 이동 xy-스테이지(precision translation xy-stage);
    레이저의 에너지를 조절하는 에너지 감쇠기(energy attenuator);
    레이저 경로를 조절하는 레이저 미러(laser mirror); 및
    레이저 빔(beam)을 기판에 집중시키는 실린더형 렌즈(cylindrical lens)를 포함하는 것인 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 조사 공정은 1Hz 내지 1000Hz의 펄스 진동수를 갖고, 100 mJ/cm2 내지 1000 mJ/cm2의 에너지를 갖는 레이저를 1 fs 내지 500 ns의 펄스 주기로 조사하는 것인 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 정밀 이동 xy-스테이지는 최소 이동 거리가 100nm 내지 20cm 이며, 최소 이송 속도가 1㎛/s 내지 10cm/s인 수평 정렬된 단결정 무기물 나노 와이어 패턴의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 수평 정렬된 단결정 무기물 나노와이어를 이용하여 제조된 트랜지스터.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 수평 정렬된 단결정 무기물 나노와이어를 이용하여 제조된 자가 발전 압전 소자.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 수평 정렬된 단결정 무기물 나노와이어를 이용하여 제조된 전기 구동 바이오 센서.
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