KR101399347B1 - Process for preparing nano channel using carbon nano tube and nano structure using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 나노 채널 제조 방법 및 이를 이용한 나노 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브를 마스크 패턴으로 이용하여 초미세 선폭을 가지는 나노 채널의 제조 방법 및 이를 이용한 나노 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a nanochannel using carbon nanotubes and a nanostructure using the same, and more particularly, to a method for manufacturing a nanochannel having an ultra-fine line width using a carbon nanotube as a mask pattern, .
최근 개발되고 있는 대부분의 전자 제품들은 각종 전자 부품 소자들의 고집적화를 통해 사용자가 요구하는 고성능 및 저비용을 구현하고자 노력하고 있다. 이러한 부품 소자의 집적도가 높아지면서 소자들을 구성하는 나노 단위의 패턴 및 해당 소자의 선폭 역시 미세화되고 있으며, 기존 소자의 한계를 뛰어넘을 수 있는 차세대 소자에 대한 연구의 중요성이 날로 증대되고 있다.Most recently developed electronic products are trying to realize the high performance and low cost required by users through the high integration of various electronic components. As the degree of integration of these component elements increases, the patterns of nano units constituting the elements and the line width of the elements are also becoming finer, and research on the next generation elements that can overcome the limitations of existing elements is becoming more and more important.
현재 나노 단위의 패턴을 형성할 수 있는 방법으로는 대표적으로 포토 리소그래피(photo lithography), 전자빔 리소그라피(e-beam lithography), 집중 이온 빔(focused ion beam)을 이용한 리소그라피 및 나노임프린트 리소그라피(nanoimprint lithography) 등이 있다. At present, a method of forming a pattern of a nano unit is exemplified by a photolithography, an e-beam lithography, a lithography using a focused ion beam, and a nanoimprint lithography. .
그러나, 상기 방법들은 공정 효율이 낮고 미세 패턴을 형성하기 위해서는 시간과 비용이 많이 소요되며, 고가의 장비를 사용해도 나노 패턴의 선폭이 수십 나노미터라는 한계를 가지기 때문에 고집적화를 요구하는 최근의 수요에 대응하기 어려운 형편이다. However, since the above methods have low process efficiency and are time-consuming and costly to form a fine pattern, the line width of a nanopattern has a limit of tens of nanometers even if expensive equipment is used, It is difficult to cope.
이에 대해 하기 비특허문헌 1은 나노 간격을 갖는 전극을 만드는데 있어서 금속 나노와이어를 이용했다. 금-은-금 (또는 금-니켈-금) 형태의 나노 와이어를 만들어서, 기판 위에 랜덤하게 뿌린 후, 그 위에 금/타이타늄 또는 실리카(SiO2)를 증착하였다. 음파 처리(sonication)을 통해 금-은-금 (또는 금-니켈-금) 나노 와이어를 기판으로부터 떼어낸 후, 금-은-금 (또는 금-니켈-금) 나노 와이어로부터 은만을 (또는 니켈 만을) 선택적으로 식각하여 금 사이의 은이 (또는 니켈이) 있던 자리에 나노 간격이 형성되도록 하였다. 이 방법을 통해 만들어진 나노 와이어 전극에는 최소 5 ㎚의 크기를 갖는 나노 간격이 형성되기 때문에 높은 해상도의 나노 스케일의 소자 제작 측면에서 이점을 갖는다.Non-Patent Document 1 below uses metal nanowires to make electrodes having nano spacing. Nanowires in the form of gold-silver-gold (or gold-nickel-gold) were made and sputtered randomly on the substrate followed by gold / titanium or silica (SiO 2 ) deposition. After the gold-silver-gold (or gold-nickel-gold) nanowire is removed from the substrate by sonication, silver (or nickel) is removed from the gold- Only) were selectively etched to form a nano-spacing at the location of silver (or nickel) between gold. Nanowire electrodes made by this method have advantages in terms of nanoscale device fabrication in high resolution because nanoscale spacing with a minimum size of 5 nm is formed.
그러나, 상기 공정에 의해 만들어진 금속 나노 와이어를 이용하여 소자를 만들기 위해서는, 금속 나노 와이어 양 끝에 정확히 탐침용 전극(probing electrode)을 증착해야 하며 이를 위해서 고가의 전자빔 리쏘그래피(E-beam lithography) 기술을 이용해야 하므로 대면적 또는 대량 생산에 적합하지 않다.However, in order to make a device using the metal nanowire fabricated by the above process, it is necessary to deposit a probing electrode precisely at both ends of the metal nanowire. For this purpose, an expensive electron beam lithography technique It is not suitable for large area or mass production.
한편, 탄소나노튜브와 같은 1차원 나노 소재들은 직경이 수 내지 수십 나노미터 정도로 매우 작아 소자의 미세화에 유리할 수 있고, 강도가 매우 높고, 고탄력성을 가지고 있으며, 전자를 손실 없이 전달하고, 부피에 비해 표면적이 매우 넓어서 다양한 연구 분야에 사용 할 수 있다. 특히, 탄소 나노튜브를 마스크로 쓸 경우에 최소 1 ㎚의 크기를 갖는 나노 채널이 형성되기 때문에 이를 이용한 나노 구조물 제작 시 높은 해상도의 나노 소자 제작 측면에서 기존 소자의 한계를 극복할 수 있을 것이다.On the other hand, one-dimensional nanomaterials such as carbon nanotubes are very small in diameter from several to several tens of nanometers, which can be advantageous for miniaturization of a device, has a very high strength, has high elasticity, delivers electrons without loss, The surface area is very wide and can be used in various research fields. In particular, when a carbon nanotube is used as a mask, nanochannels having a size of at least 1 nm are formed. Therefore, when fabricating nanostructures using the carbon nanotubes, it is possible to overcome the limitations of existing devices in terms of manufacturing high resolution nano devices.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 탄소나노튜브를 마스크 패턴으로 이용하여 기존의 패턴 제조 방법보다 간단하며, 다양하고 미세한 선폭을 가지는 나노 채널의 제조 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method for fabricating a nanochannel that is simpler than a conventional patterning method using carbon nanotubes as a mask pattern and has various fine line widths to solve the above problems.
또한, 본 발명은 상기 나노 채널을 이용하여 나노 구조물을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조되는 나노 구조물을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a nanostructure using the nanostructure and a nanostructure produced thereby.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 나노 채널의 제조 방법을 제공한다:According to one embodiment of the present invention, the present invention provides a method of manufacturing a nanochannel comprising the steps of:
기판 상에 탄소나노튜브를 형성하는 단계;Forming carbon nanotubes on a substrate;
상기 탄소나노튜브가 형성된 기판 전면 상에 물질층을 형성하는 단계; 및Forming a material layer on the entire surface of the substrate on which the carbon nanotubes are formed; And
상기 형성된 탄소나노튜브 이외의 부분에만 물질층이 남도록 탄소나노튜브를 제거하는 단계.Removing the carbon nanotubes so that the material layer is left only in the portion other than the formed carbon nanotubes.
상기 탄소나노튜브 형성 단계는 상기 기판 상에 탄소나노튜브를 성장시키거나 도포하는 것으로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 나노 채널의 제조 방법을 제공한다.The carbon nanotube-forming step may be performed by growing or applying carbon nanotubes on the substrate.
상기 형성된 탄소나노튜브는 무작위(Random netwrok) 또는 정렬(alinged) 패턴이고, 그 선폭은 0.5-100 ㎚인 것을 특징으로 하는 나노 채널의 제조 방법을 제공한다.Wherein the carbon nanotube is a random netwk or an aling pattern and the line width is 0.5-100 nm.
상기 물질층은 실리콘, 게르마늄, 니켈, 철, 코발트, 알루미늄, 팔라듐, 금, 은, 구리, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물, 인듐 산화물, 하프늄 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 타니타늄 산화물, 망간 산화물, 텅스텐 산화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 채널의 제조 방법을 제공한다.Wherein the material layer is selected from the group consisting of silicon, germanium, nickel, iron, cobalt, aluminum, palladium, gold, silver, copper, aluminum oxides, silicon oxides, silicon nitrides, silicon oxynitrides, magnesium oxides, indium oxides, hafnium oxides, Wherein the nanocrystals comprise one or more selected from the group consisting of oxides, tantalum oxides, manganese oxides, tungsten oxides, and magnesium fluorides.
상기 물질층 형성 단계는 원자층 증착(Atomic layer depostion), 열증착(Thermal evaporation), 전자빔 증착(E-beam evaporation) 및 화학기상 증착(Chemical vapor deposition)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 채널의 제조 방법을 제공한다.The material layer forming step may be performed by any one method selected from the group consisting of atomic layer deposition, thermal evaporation, E-beam evaporation, and chemical vapor deposition The present invention also provides a method of manufacturing a nanochannel.
또한, 본 발명의 다른 일 구체예에 따르면, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 나노 구조물의 제조 방법을 제공한다:According to another embodiment of the present invention, the present invention also provides a method for producing a nanostructure comprising the steps of:
상기의 방법에 의해 제조되는 나노 채널이 형성된 기판 상에 나노 물질을 형성하는 단계; 및Forming a nanomaterial on the nanocrystal-formed substrate manufactured by the method; And
상기 나노 물질이 형성된 기판 상의 물질층을 제거하는 단계.Removing the material layer on the substrate on which the nanomaterial is formed.
상기 나노 물질은 실리콘, 게르마늄, 아세나이드, 탄소, 니켈, 철, 코발트, 알루미늄, 팔라듐, 금, 은, 구리, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물, 인듐 산화물, 하프늄 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 타니타늄 산화물, 망간 산화물, 텅스텐 산화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 나노 구조물의 제조 방법을 제공한다.Wherein the nanomaterial is selected from the group consisting of silicon, germanium, arsenide, carbon, nickel, iron, cobalt, aluminum, palladium, gold, silver, copper, aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, magnesium oxide, , Zinc oxide, tin oxide, tanitanium oxide, manganese oxide, tungsten oxide, and magnesium fluoride. The present invention also provides a method of manufacturing a nanostructure.
상기 나노 물질을 형성하는 단계는 원자층 증착(Atomic layer depostion), 열증착(Thermal evaporation), 전자빔 증착(E-beam evaporation) 및 화학기상 증착(Chemical vapor deposition)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해서 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 나노 구조물의 제조 방법을 제공한다.The forming of the nanomaterial may be performed by any one selected from the group consisting of atomic layer deposition, thermal evaporation, E-beam evaporation, and chemical vapor deposition. The present invention also provides a method for producing a nanostructure,
상기 물질층을 제거하는 단계는 에천트(Etchant)를 사용하여 들어올리는 방법에 의해서 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 나노 구조물의 제조 방법을 제공한다.The step of removing the material layer can be performed by a method of lifting using an etchant.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조되는 나노 구조물을 제공하고, 상기 나노 구조물을 포함하는 전자 소자를 제공할 수 있다.In addition, the present invention provides a nanostructure produced by the above method, and can provide an electronic device including the nanostructure.
본 발명인 탄소나노튜브를 마스크 패턴으로 이용한 나노 채널의 제조 방법은 기존의 패턴 형성 방법에 비하여 경제적이며, 복잡한 전처리 과정 없이 간단하게 형성할 수 있다. 상기 탄소나노튜브를 마스크 패턴으로 이용하면 다양한 선폭의 나노 채널 구현이 가능하며, 특히 기존의 방법으로는 구현하기 어려운 1 ㎚근방의 선폭을 가지는 나노 채널도 제조할 수 있다.The method of manufacturing a nano channel using a carbon nanotube as a mask pattern of the present invention is economical compared to the conventional pattern forming method and can be easily formed without a complicated pretreatment process. When the carbon nanotubes are used as a mask pattern, nanochannels having various line widths can be realized, and nanochannels having a line width of about 1 nm, which is difficult to realize by conventional methods, can be manufactured.
또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 형성된 나노 채널을 이용하여 초미세 간격을 가지는 나노 구조물을 제공할 수 있다.Also, nanostructures having ultra-fine spacing can be provided by using the nanostructures formed by the method of the present invention.
도 1은 실시예 1에 따른 나노 채널 제조 과정의 개략도이다.
도 2a는 실시예 1의 (1)에 따른 SiO2/Si 기판 상에 형성된 탄소 나노튜브의 SEM(주사전자 현미경) 이미지이다.
도 2b는 실시예 1의 (1)에 따른 SiO2/Si 기판 상에 형성된 탄소 나노튜브의 AFM(원자힘 현미경) 이미지이다.
도 2c는 실시예 1의 (2)에 따른 Al2O3 물질층이 증착된 후의 SEM 이미지이다.
도 2d는 실시예 1의 (2)에 따른 Al2O3 물질층이 증착된 후의 AFM 이미지이다.
도 2e는 실시예 1의 (3)에 따른 탄소 나노튜브를 제거한 후의 나노 채널의 SEM 이미지이다.
도 2f는 실시예 1의 (3)에 따른 탄소 나노튜브를 제거한 후의 나노 채널의 AFM 이미지이다.
도 3은 실시예 2에 따른 나노 구조물 제조 과정의 개략도이다.
도 4a는 실시예 2의 (1)에 따른 나노 채널에 ZnO 나노물질을 증착한 후의 AFM 이미지이다.
도 4b는 실시예 2의 (2)에 따른 Al2O3 물질층을 제거한 후의 ZnO 나노 구조물의 AFM 이미지이다.1 is a schematic view of a nanochannel manufacturing process according to the first embodiment.
2A is an SEM (scanning electron microscope) image of carbon nanotubes formed on a SiO 2 / Si substrate according to (1) of Example 1. FIG.
2B is an AFM (atomic force microscope) image of a carbon nanotube formed on a SiO 2 / Si substrate according to (1) of Example 1. FIG.
2C is an SEM image after the Al 2 O 3 material layer according to (2) of Example 1 is deposited.
2D is an AFM image after the Al 2 O 3 material layer according to (2) of Example 1 is deposited.
FIG. 2E is an SEM image of a nanochannel after removing the carbon nanotubes according to (3) of Example 1. FIG.
FIG. 2F is an AFM image of a nanochannel after removing carbon nanotubes according to (3) of Example 1. FIG.
FIG. 3 is a schematic view of a process for fabricating a nanostructure according to Example 2. FIG.
FIG. 4A is an AFM image after depositing a ZnO nanomaterial on a nanochannel according to (1) of Example 2. FIG.
FIG. 4B is an AFM image of a ZnO nanostructure after removing the Al 2 O 3 material layer according to (2) of Example 2. FIG.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 나노 채널의 형성 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브를 패터닝 마스크로 사용하여 기존의 방법에 비하여 간단하며, 다양한 선폭을 가지는 초미세 나노 채널을 형성하는 방법 및 이를 이용하는 나노 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a nanochannel using carbon nanotubes, and more particularly, to a method of forming an nanochannel having various line widths by using carbon nanotubes as a patterning mask, And nanostructures using the same.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명은 나노 채널의 제조 방법에 관한 것으로서, 하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:According to one embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nanochannel, the method comprising the steps of:
기판 상에 탄소나노튜브를 형성하는 단계;Forming carbon nanotubes on a substrate;
상기 탄소나노튜브가 형성된 기판 전면 상에 물질층을 형성하는 단계; 및Forming a material layer on the entire surface of the substrate on which the carbon nanotubes are formed; And
상기 형성된 탄소나노튜브 이외의 부분에만 물질층이 남도록 탄소나노튜브를 제거하는 단계.Removing the carbon nanotubes so that the material layer is left only in the portion other than the formed carbon nanotubes.
상기 기판은 실리콘 웨이퍼, 유리, 석영 및 플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 의해 한정되지 않는다. The substrate may include any one selected from the group consisting of a silicon wafer, glass, quartz, and plastic, but is not limited thereto.
상기 기판은 절연층을 포함할 수 있으며, 상기 절연층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, ITO(Indium tin oxide) 및 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 의해 한정되지 않는다.The substrate may include an insulating layer, and the insulating layer may include any one selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, indium tin oxide (ITO), aluminum oxide, hafnium oxide, It does not.
바람직하게는 절연층이 도포된 SiO2/Si를 사용하면 성장된 탄소나노튜브 자체가 마스크 패턴이 되어 다른 기판에 도포할 필요가 없으므로 제조 과정을 간소화 할 수 있다.If SiO 2 / Si coated with an insulating layer is used, the grown carbon nanotubes themselves do not need to be applied to other substrates as a mask pattern, thereby simplifying the manufacturing process.
상기 기판에 탄소나노튜브를 형성하는 단계는 크게 두 가지 방법에 의하여 이루어질 수 있다.The step of forming carbon nanotubes on the substrate can be performed by two methods.
첫째는 기판 상에 탄소나노튜브를 성장시켜 성장된 탄소나노튜브 그 자체가 마스크 패턴이 되는 것으로서, 화학기상증착법(Chemical vapor deposition), 플라즈마강화화학기상증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition), 기상합성법(Vapor phase growth), 아크 방전법(Arc discharge), 열 분해법(Pyrosis of hydrocarbon), 레이저 증착법(Laser ablation) 및 HiPco(High-pressure carbon monoxide process)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해서 이루어질 수 있으며, 이에 의해 한정되지 않는다. 구체적으로는 화학기상증착법(Chemical vapor deposition)을 사용할 수 있다. First, the carbon nanotubes grown by growing the carbon nanotubes on the substrate become mask patterns. The carbon nanotubes themselves can be formed by a chemical vapor deposition method, a plasma enhanced chemical vapor deposition method, a gas phase synthesis method Vapor deposition, vapor phase growth, arc discharge, pyrosis of hydrocarbon, laser ablation, and high-pressure carbon monoxide process (HiPco). And is not limited thereto. Specifically, a chemical vapor deposition method can be used.
둘째는 상기 탄소나노튜브를 기판 상에 도포하는 것으로서, 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 드롭 캐스팅(drop casting), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing), 스크린 인쇄(screen printing), 도장법(stamp method), 닥터 블레이드(doctor blade) 및 롤투롤(roll-to-roll)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해서 이루어질 수 있으며, 이에 의해 한정되지 않는다. The second method is to coat the carbon nanotubes on a substrate. Examples of the method include spray coating, spin coating, dip coating, drop casting, ink-jet printing, , A screen printing method, a stamp method, a doctor blade, and a roll-to-roll method, and is not limited thereto Do not.
상기 방법들로 형성된 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(Double-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled carbon nanotube) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상일 수 있다. 상기 방법으로 형성된 탄소나노튜브는 무작위(Random netwrok) 또는 정렬(alinged) 패턴이며, 그 선폭은 0.5-100 ㎚으로서 이를 마스크 패턴으로 이용하면 초미세 선폭을 가지는 나노 채널을 형성할 수 있다. The carbon nanotubes formed by the above-described methods can be used for single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and mixtures thereof ≪ RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI > The carbon nanotube formed by the above method is a random netwrok or an alinged pattern, and its line width is 0.5-100 nm. When the carbon nanotube is used as a mask pattern, a nanotube having an ultrafine line width can be formed.
상기 물질층은 실리콘, 게르마늄, 니켈, 철, 코발트, 알루미늄, 팔라듐, 금, 은, 구리, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물, 인듐 산화물, 하프늄 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 타니타늄 산화물, 망간 산화물, 텅스텐 산화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있으며, 이에 의해 한정되지 않는다. 구체적으로 알루미늄 산화물일 수 있다.Wherein the material layer is selected from the group consisting of silicon, germanium, nickel, iron, cobalt, aluminum, palladium, gold, silver, copper, aluminum oxides, silicon oxides, silicon nitrides, silicon oxynitrides, magnesium oxides, indium oxides, hafnium oxides, An oxide, a titanium oxide, a manganese oxide, a tungsten oxide, and a magnesium fluoride, but is not limited thereto. Specifically, it may be aluminum oxide.
상기 물질층 형성 단계는 원자층 증착(Atomic layer depostion), 열증착(Thermal evaporation), 전자빔 증착(E-beam evaporation) 및 화학기상 증착(Chemical vapor deposition)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해서 이루어질 수 있다. 특히, 원자층 증착 방법을 사용하면 1 ㎚ 이하로 물질층을 형성할 수 있고, 저온 공정으로 최후 증착면에 영향을 거의 미치지 않으며, 증착 두께에 있어서 극히 컨포멀하고 균일하며 대면적으로 증착할 수 있어 바람직하다.The material layer forming step may be performed by any one method selected from the group consisting of atomic layer deposition, thermal evaporation, E-beam evaporation, and chemical vapor deposition . Particularly, by using the atomic layer deposition method, a material layer can be formed at a thickness of 1 nm or less, and the low temperature process hardly affects the final deposition surface, and the deposition thickness can be extremely conformal, uniform, .
상기 탄소나노튜브의 제거는 급속 열확산 공정(Rapid thermal processing) 또는 반응성 이온 식각 공정(Reactive ion etching processing)에 의해서 이루어질 수 있으며, 구체적으로 물질층에 거의 영향을 미치지 않는 반응성 이온 식각 공정을 사용한다.The carbon nanotubes can be removed by a rapid thermal processing or a reactive ion etching process. Specifically, a reactive ion etching process having little influence on a material layer is used.
상기 탄소나노튜브가 제거되면 제거된 자리에 나노 채널이 형성되며 상기 나노 채널은 탄소나노튜브 직경과 동일한 0.5-100 ㎚의 선폭을 가지게 된다.When the carbon nanotubes are removed, nanochannels are formed at the removed sites, and the nanotubes have a line width of 0.5-100 nm, which is the same as the diameter of the carbon nanotubes.
또한, 본 발명의 다른 일 구체예로서 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 나노 구조물의 제조 방법을 제공한다:Also, as another embodiment of the present invention, the present invention provides a method for producing a nanostructure comprising the steps of:
상기의 방법에 의해 제조되는 나노 채널이 형성된 기판 상에 나노 물질을 형성하는 단계; 및Forming a nanomaterial on the nanocrystal-formed substrate manufactured by the method; And
상기 나노 물질이 형성된 기판 상의 물질층을 제거하는 단계.Removing the material layer on the substrate on which the nanomaterial is formed.
상기 나노 물질은 반도체, 금속 및 산화물반도체이며 구체적으로 실리콘, 게르마늄, 니켈, 철, 코발트, 알루미늄, 팔라듐, 금, 은, 구리, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물, 인듐 산화물, 하프늄 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 타니타늄 산화물, 망간 산화물, 텅스텐 산화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있으며, 이에 의해 한정되지 않는다. 구체적으로 아연 산화물을 사용할 수 있다.The nanomaterial may be a semiconductor, a metal, and an oxide semiconductor, and may be a silicon, a germanium, a nickel, an iron, a cobalt, an aluminum, a palladium, gold, silver, copper, aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, But is not limited to, one or more selected from the group consisting of oxide, hafnium oxide, zinc oxide, tin oxide, tanitanium oxide, manganese oxide, tungsten oxide, and magnesium fluoride. Specifically, zinc oxide can be used.
상기 나노 물질을 형성하는 단계는 원자층 증착(Atomic layer depostion), 열증착(Thermal evaporation), 전자빔 증착(E-beam evaporation), 및 화학기상 증착(Chemical vapor deposition)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해서 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 원자층 증착 방법을 사용하면 나노 채널 안에 나노 물질을 완전히 증착할 수 있다.The forming of the nanomaterial may be performed by any one selected from the group consisting of atomic layer deposition, thermal evaporation, E-beam evaporation, and chemical vapor deposition. , And preferably, the atomic layer deposition method can be used to completely deposit the nanomaterial in the nanochannel.
상기 물질층을 제거하는 단계는 에천트(Etchant)를 사용하여 물질층을 들어올리는 방법(lift-off)으로 제거할 수 있는데, 에천트는 물질층만을 선택적으로 녹여 물질층 상부의 나노 물질까지 같이 제거한다. 상기 방법으로 물질층과 물질층 상부의 나노 물질의 제거에 의해 나노 구조물을 형성하게 된다.The step of removing the material layer can be removed by lifting off the material layer using an etchant. The etchant selectively melts the material layer to remove the nanomaterials on the material layer. do. In this way, nanostructures are formed by removing the material layer and the nanomaterials on the material layer.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 나노 구조물을 제공하고, 이를 포함하는 전자 소자를 제공할 수 있다.The present invention also provides a nanostructure produced by the above-described method, and an electronic device including the nanostructure can be provided.
본 발명을 이용하여 소자를 제작하는 대표적인 경우로는 형성된 나노물질의 원하는 양 측면에 금속 전극을 도포함으로써 전계효과트랜지스터(FET, Field Effect Transistor)와 같은 소자를 손쉽게 제조할 수 있다. 상기의 소자의 경우에는 기판에 의한 Back gate구조나 상기 구조에 절연층을 다시 도포하고 Gate전극을 만듦으로서 Top gate방식의 소자를 제작할 수도 있다.
As a representative example of manufacturing a device using the present invention, a device such as a field effect transistor (FET) can be easily manufactured by applying a metal electrode to desired side surfaces of a formed nanomaterial. In the case of the above device, a top gate type device can be manufactured by applying a back gate structure by a substrate or applying an insulating layer to the structure again and forming a gate electrode.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. It will be apparent to those skilled in the art, however, that these examples and experiments are intended to further illustrate the present invention and that the scope of the present invention is thereby not limited thereby.
실시예 1. 나노 채널 제조Example 1. Nanochannel fabrication
본 발명의 나노 채널 제조 과정을 도 1에 나타내었다. SiO2 절연층이 형성된 Si기판에 마스크 패턴을 형성할 나노 소재로서 탄소나노튜브(CNT)를 성장시키고 산화물을 물질층으로 하여 증착하여 탄소나노튜브를 형성한다. 이 후 탄소나노튜브를 제거하면 나노 채널이 형성된다.The manufacturing process of the nanochannel of the present invention is shown in Fig. Carbon nanotubes (CNTs) are grown as a nano material to form a mask pattern on an Si substrate having an SiO 2 insulating layer formed thereon, and an oxide is deposited as a material layer to form carbon nanotubes. After that, the nanotubes are formed by removing the carbon nanotubes.
(1) 탄소나노튜브 성장(1) Carbon nanotube growth
Si/SiO2 기판에 철 촉매를 증착하였다. 철 촉매 표면을 균일하게 하기 위해 1분 동안 메탄올을 주입하였다. 그 후, 질소 가스로 기판을 건조시켰다. 물로 세척하여 메탄올을 제거한 후, 다시 질소 가스로 기판을 건조시켰다. 유기물을 선택적으로 제거하기 위해 기판을 CVD 시스템의 석영관에서 1 ℃/s 램핑 속도로 900 ℃에서 가열시키고 25분 동안 소성하였다. 그 후 기판을 다음과 같이 순차적으로 가스를 흘려주었다. 아르곤 기체를 5분 동안 흘려주고, 수소와 아르곤 기체를 다시 5분 동안 흘려주고, 다시 수소 기체를 5분 동안 흘려주었다. 수소 가스 분위기하에서 CVD 챔버를 1 ℃/s 램핑 속도로 925 ℃에서 가열시켰다. 메탄(26 sccm, 99.995%)과 수소 가스(60 sccm)를 에탄올 버블러에 통과시켜 기판에 탄소나노튜브가 성장하도록 1 기압 하에서 25분 동안 반응시켰다. 탄소나노튜브가 성장된 후에 용광로에 수소 가스를 흘려주어 주변온도로 냉각하였다. 추가적인 불순물 제거를 위해 고진공 (10-7 Torr)하에서 800 ℃로 10분 동안 열처리를 실시하였다. 그 결과 직경이 1-2 ㎚인 단일벽 탄소나노튜브를 제조하였다.An iron catalyst was deposited on the Si / SiO 2 substrate. Methanol was injected for 1 minute to make the surface of the iron catalyst uniform. Thereafter, the substrate was dried with nitrogen gas. After washing with water to remove methanol, the substrate was again dried with nitrogen gas. To selectively remove organics, the substrate was heated at 900 DEG C at a ramp rate of 1 DEG C / s in a quartz tube of a CVD system and calcined for 25 minutes. Thereafter, the substrate was subjected to the following sequential gas flow. Argon gas was flowed for 5 minutes, hydrogen and argon gas were flowed for 5 minutes again, and hydrogen gas was flowed again for 5 minutes. The CVD chamber was heated at 925 占 폚 at a ramp rate of 1 占 폚 / s under a hydrogen gas atmosphere. Methane (26 sccm, 99.995%) and hydrogen gas (60 sccm) were passed through an ethanol bubbler to react for 1 minute under 1 atm to grow carbon nanotubes on the substrate. After the carbon nanotubes were grown, hydrogen gas was supplied to the furnace to cool to ambient temperature. Heat treatment was performed at 800 DEG C for 10 minutes under high vacuum (10-7 Torr) to remove additional impurities. As a result, a single walled carbon nanotube having a diameter of 1-2 nm was produced.
도 2a는 실시예 1의 (1)단계에서 제조된 탄소나노튜브의 SEM 이미지이고, 도 2b는 AFM 이미지이다. 도 2a와 2b에서 측정한 결과 직경이 1-2 ㎚단일벽 탄소나노튜브가 제조되었음을 확인할 수 있다.2A is an SEM image of carbon nanotubes prepared in step (1) of Example 1, and FIG. 2B is an AFM image. 2A and 2B, it can be confirmed that 1-2 nm single walled carbon nanotubes were produced.
(2) 물질층 형성(2) Formation of material layer
트리메틸알루미늄(trimethylaluminium, TMA, 97%) 및 H2O로 ALD시스템을 이용하여 상기 탄소나노튜브 패턴에 무정형 Al2O3 물질층을 증착, 각각 1, 2 및 3 ㎚두께의 알루미나 물질층을 형성하였다. An amorphous Al 2 O 3 material layer was deposited on the carbon nanotube pattern using an ALD system with trimethylaluminium (TMA, 97%) and H 2 O to form alumina material layers of 1, 2 and 3 nm thickness respectively Respectively.
상기 ALD 시스템을 이용하여 다음과 같이 Al2O3 물질층을 증착하였다. 먼저, 챔버 내부의 압력은 0.1 Torr로 하였고 기판의 온도는 225 ℃로 하였다. 상기 챔버 내부의 압력이 안정화된 상태에서 탄소나노튜브가 패터닝된 기판에 TMA를 1초 동안 흐르게 하고, 증착 반응 후 잔류하는 TMA 물질은 200 sccm의 고순도 질소가스에 의해 30초 동안 퍼지하였다. 이 후 상기 기판 표면에 형성된 TMA 물질로 이루어진 층에 H2O를 1초 동안 흐르게 하고, 증착 반응 후 잔류하는 H2O와 반응 부산물은 퍼지 가스로 제거하였다. 이러한 과정에서 상기 TMA 물질층과 O2가 화학 흡착 반응을 하여 Al2O3 물질층이 형성되었다. Al2O3 물질층이 기판 위와 탄소나노튜브 위에 형성되었다.The Al 2 O 3 material layer was deposited using the ALD system as follows. First, the pressure inside the chamber was set to 0.1 Torr, and the temperature of the substrate was set to 225 ° C. The TMA was allowed to flow for 1 second on the substrate having the carbon nanotubes patterned in a state where the pressure inside the chamber was stabilized, and the residual TMA material after the deposition reaction was purged for 30 seconds by a high purity nitrogen gas of 200 sccm. Then, H 2 O was allowed to flow for 1 second to the layer made of TMA material formed on the surface of the substrate, and residual H 2 O and reaction by-products were removed by purge gas after the deposition reaction. In this process, the TMA material layer and O 2 chemically adsorbed to form an Al 2 O 3 material layer. Al 2 O 3 material layers were formed on the substrate and on the carbon nanotubes.
도 2c는 실시예 1의 (2)단계에 따라 Al2O3 물질층이 형성된 후의 SEM 이미지이고,2C is an SEM image after the Al 2 O 3 material layer is formed according to the step (2) of Example 1,
도 2d는 AFM 이미지이다. 도 2c 및 2d에서 측정한 결과 탄소나노튜브가 성장된 기판 위에 Al2O3 물질층이 형성되었음을 확인할 수 있다.2D is an AFM image. 2c and 2d, it can be confirmed that an Al 2 O 3 material layer is formed on the substrate on which the carbon nanotubes are grown.
(3) 탄소나노튜브를 제거하여 나노 채널 형성(3) Nano channel formation by removing carbon nanotubes
탄소 나노튜브는 반응성 이온 식각 공정을 이용하여 제거하였다(20 sccm of O2 at 10 mtorr, 100W for 60 s). 그 결과 1 ㎚ 직경의 나노 채널을 제조하였다.Carbon nanotubes were removed using a reactive ion etching process (20 sccm of O 2 at 10 mtorr, 100 W for 60 s). As a result, nanotubes with a diameter of 1 nm were produced.
도 2e는 실시예 1의 (3)단계에 따라 탄소나노튜브를 제거한 후 형성된 나노 채널의 SEM 이미지이고,FIG. 2E is an SEM image of a nanochannel formed after removing carbon nanotubes according to step (3) of Example 1,
도 2f는 AFM 이미지이다. 도 2e 및 2f에서 측정한 결과 1 ㎚ 직경의 나노 채널이 제조되었음을 확인할 수 있으며 이는 탄소나노튜브의 직경과 동일함을 알 수 있다.2F is an AFM image. 2E and 2F, it can be seen that a nanometer channel having a diameter of 1 nm was produced, which is the same as the diameter of the carbon nanotube.
실시예 2. 나노 구조물 제조Example 2. Preparation of nanostructures
본 발명의 나노 구조물 제조 과정을 도 3에 나타내었다. 나노 채널이 형성된 기판 전면에 나노물질을 증착하고, 산화물(물질층)을 제거하면 나노 구조물이 형성된다.The process for producing the nanostructure of the present invention is shown in FIG. A nanostructure is formed by depositing a nanomaterial on the entire surface of the substrate where the nano channel is formed and removing the oxide (material layer).
(1) 나노 물질 증착(1) Deposition of nanomaterials
디에틸징크(Diethylzinc, DEZ) 및 H2O로 ALD시스템을 이용하여 상기 나노 채널에 ZnO를 증착, 각각 1, 2 및 3 ㎚두께의 ZnO층을 형성하였다. 앞서 Al2O3 물질층 증착과는 달리 나노 채널에 잘 채워질 수 있도록 expose 시간을 두었다. 챔버 내부의 압력은 0.1 Torr로 동일하며 기판의 온도는 150 ℃로 하였다. 상기 챔버 내부의 압력이 안정화된 상태에서 나노 채널이 형성된 기판에 DEZ를 0.01초 동안 흐르게 하고, 2초 동안 노출시켰다. 그 후 증착 반응 후 잔류하는 DEZ 물질은 200 sccm의 고순도 아르곤가스에 의해 5초 동안 퍼지한다. 이 후 상기 기판 표면에 형성된 DEZ 물질로 이루어진 층에 H2O를 0.01초 동안 흐르게 하고 역시 2초 동안 노출시킨 후, 5초 동안 퍼지 가스로 잔여물을 제거하였다. 이러한 반복 과정에서 통해 ZnO층은 나노 채널에 형성되었으나, 1 내지 2 ㎚ 샘플의 경우 박막 형성이 제대로 이루어지지 않았고, 3 ㎚ 이상은 되어야 ZnO 나노 구조물을 형성할 수 있었다.ZnO was deposited on the nanochannels using an ALD system with diethylzinc (DEZ) and H 2 O to form ZnO layers of 1, 2, and 3 nm thick, respectively. Unlike the deposition of Al 2 O 3 material layer, the expose time is set so that it can be well filled in the nanochannel. The pressure inside the chamber was the same at 0.1 Torr and the temperature of the substrate was 150 캜. With the pressure inside the chamber stabilized, DEZ was allowed to flow for 0.01 seconds on the substrate on which the nano channel was formed and exposed for 2 seconds. The remaining DEZ material after the deposition reaction is then purged for 5 seconds by high purity argon gas at 200 sccm. Then, H 2 O was allowed to flow for 0.01 second to the layer made of the DEZ material formed on the surface of the substrate, followed by exposure for 2 seconds, and then the residue was removed with a purge gas for 5 seconds. Through this repetition process, the ZnO layer was formed on the nanochannel, but the thin film formation was not achieved in the case of the 1 to 2 nm sample and the ZnO nanostructure could be formed in the case of 3 nm or more.
도 4a는 실시예 2의 (1)에 따라 제조된 ZnO 나노 구조물의 AFM 이미지이다.4A is an AFM image of a ZnO nanostructure produced according to (1) of Example 2. FIG.
(2) 물질층(산화물) 제거(2) Removal of material layer (oxide)
Al2O3 물질층만 선택적으로 제거할 수 있는 에천트를 사용하여 Al2O3 물질층만 선택적으로 제거하여 ZnO 나노 구조물을 제조하였다.Al 2 O 3 material layer only using an etchant capable of selectively removing Al 2 O 3 material layer only is selectively removed to prepare a ZnO nanostructure.
도 4b는 실시예 2의 (2)에 따라 제조된 ZnO 나노 구조물의 AFM 이미지이다.4B is an AFM image of a ZnO nanostructure fabricated according to (2) of Example 2. FIG.
Claims (13)
상기 탄소나노튜브가 형성된 기판 전면 상에 물질층을 형성하는 단계; 및
상기 탄소나노튜브 이외의 부분에만 물질층이 남도록 탄소나노튜브를 제거하는 단계를 포함하는 나노 채널의 제조 방법.Forming carbon nanotubes on a substrate;
Forming a material layer on the entire surface of the substrate on which the carbon nanotubes are formed; And
And removing the carbon nanotubes such that a material layer is left only in a portion other than the carbon nanotubes.
상기 탄소나노튜브 형성 단계는 상기 기판 상에 탄소나노튜브를 성장시키거나 도포하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 채널의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the forming of the carbon nanotubes comprises growing or applying carbon nanotubes on the substrate.
상기 탄소나노튜브는 무작위(Random netwrok) 또는 정렬(alinged) 패턴이며, 선폭은 0.5-100 ㎚인 것을 특징으로 하는 나노 채널의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanotubes are in a random netwk or aling pattern and have a line width of 0.5-100 nm.
상기 물질층은 실리콘, 게르마늄, 니켈, 철, 코발트, 알루미늄, 팔라듐, 금, 은, 구리, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물, 인듐 산화물, 하프늄 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 타니타늄 산화물, 망간 산화물, 텅스텐 산화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 채널의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the material layer is selected from the group consisting of silicon, germanium, nickel, iron, cobalt, aluminum, palladium, gold, silver, copper, aluminum oxides, silicon oxides, silicon nitrides, silicon oxynitrides, magnesium oxides, indium oxides, hafnium oxides, Wherein at least one selected from the group consisting of titanium oxide, tantalum oxide, manganese oxide, tungsten oxide, and magnesium fluoride is contained.
상기 물질층 형성 단계는 원자층 증착(Atomic layer depostion), 열증착(Thermal evaporation), 전자빔 증착(E-beam evaporation) 및 화학기상 증착(Chemical vapor deposition)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 채널의 제조 방법.The method according to claim 1,
The material layer forming step may be performed by any one method selected from the group consisting of atomic layer deposition, thermal evaporation, E-beam evaporation, and chemical vapor deposition Wherein the nanochannel is fabricated by a method comprising the steps of:
상기 나노 채널은 선폭이 0.5-100 ㎚인 것을 특징으로 하는 나노 채널의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the nanochannel has a line width of 0.5-100 nm.
상기 나노 물질이 형성된 기판 상의 물질층을 제거하는 단계를 포함하는 나노 구조물의 제조 방법.Forming a nanomaterial on the nanocrystal-formed substrate according to claim 1; And
And removing the material layer on the substrate on which the nanomaterial is formed.
상기 나노 물질은 실리콘, 게르마늄, 아세나이드, 탄소, 니켈, 철, 코발트, 알루미늄, 팔라듐, 금, 은, 구리, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물, 인듐 산화물, 하프늄 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 타니타늄 산화물, 망간 산화물, 텅스텐 산화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물의 제조 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the nanomaterial is selected from the group consisting of silicon, germanium, arsenide, carbon, nickel, iron, cobalt, aluminum, palladium, gold, silver, copper, aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, magnesium oxide, , Zinc oxide, tin oxide, tanitanium oxide, manganese oxide, tungsten oxide, and magnesium fluoride.
상기 나노 물질을 형성하는 단계는 원자층 증착(Atomic layer depostion), 열증착(Thermal evaporation), 전자빔 증착(E-beam evaporation), 및 화학기상 증착(Chemical vapor deposition)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 구조물의 제조 방법.8. The method of claim 7,
The forming of the nanomaterial may be performed by any one selected from the group consisting of atomic layer deposition, thermal evaporation, E-beam evaporation, and chemical vapor deposition. Wherein the nanostructure is formed by a method of manufacturing a nanostructure.
상기 물질층을 제거하는 단계는 에천트(Etchant)를 사용하여 들어올리는 방법에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 구조물의 제조 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the step of removing the material layer is performed by using an etchant.
상기 나노 구조물은 선폭이 0.5-100 ㎚인 것을 특징으로 하는 나노 구조물.12. The method of claim 11,
Wherein the nanostructure has a line width of 0.5-100 nm.
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