KR101618436B1 - 나노 전극층 생성 방법 - Google Patents

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KR101618436B1
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

나노 전극층 생성 방법은 미리 설정된 패턴이 음각된 표면을 포함하는 몰드(mold)를 형성하는 단계; 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 표면 중 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 영역에 금속 나노 파티클(metal nano particle)을 채우는 단계; 전사 대상이 되는 기판의 표면 중 상기 몰드가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 다아이 워터(DI water) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스핀 코팅(spin coating)을 수행하는 단계; 상기 스핀 코팅이 수행된 기판의 표면에 상기 금속 나노 파티클이 채워진 상기 몰드를 임프린팅(imprinting)하는 단계; 및 상기 몰드를 제거하여 상기 기판에 상기 금속 나노 파티클로 형성된 나노 전극을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

나노 전극층 생성 방법{METHOD FOR MANUFACTURING NANO ELECTRODE LAYER}
본 발명은 나노 전극층을 생성하는 방법 및 이를 이용하여 제작된 나노 전극층에 관한 것으로서, 구체적으로, 나노 임프린팅(nano imprinting) 기법을 이용하여 금속 나노 파티클(metal nano particle)로 전극을 생성하는 기술에 관한 것이다.
기존의 전극층을 생성하는 기술은 간접적인 전사 방식 및 직접적인 전사 방식으로 나뉠 수 있다. 예를 들어, 간접적인 전사 방식은 기판에 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지를 도포하고, 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지가 도포된 기판에 미리 설정된 패턴이 양각된 스템프를 이용하여 열경화성 수지가 도포된 기판에 1차 패턴을 형성한다(자외선 경화성 수지가 도포된 기판에 1차 패턴을 형성하는 경우, 미리 설정된 패턴이 양각된 쿼츠(quartz) 스템프를 이용함). 그 다음, 기판에 수직 식각 공정을 통하여 잔여층을 제거하고, 잔여층이 제거된 기판에 진공증착 또는 기상증착 방식 등을 통하여 금속 박막을 증착함으로써, 전극층을 생성한다.
그러나, 이와 같은 간접적인 전사 방식은 추가적으로 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지 제거 작업이 필요하기 때문에, 수직 식각 공정을 포함한 2번의 고분자 물질 제거 공정이 수행되어야 하므로, 공정 소요 시간이 긴 단점이 있다. 또한, 경화성 수지가 도포된 기판을 이용하는 경우, 경화성 수지의 물성변화에 따라 추가 Oxygen에 의한 클리닝 과정의 문제가 발생한다.
다른 예를 들어, 직접적인 전사 방식은 기판에 전극으로 사용하고자 하는 금속 물질의 용액을 도포한 후, 스템프 또는 폴리머 몰드(polymer mold)로 금속 물질의 용액이 도포된 기판을 가압함으로써, 패턴을 형성한다.
이와 같은 직접적인 전사 방식은 패턴이 형성되는 과정에서 잔여층에 따른 식각 공정이 필요하기 때문에, 1번의 물질 제거 공정이 수행되어야 한다. 이 때, 스템프 또는 폴리머 몰드로 기판을 가압하는 과정에서 형성되는 잔여층이 온도, 압력 및 자외선 등의 변수에 따라 일정하지 않기 때문에, 물질 제거 공정이 복잡한 문제점이 있다. 또한, 잔여층이 식각되어야 하기 때문에, 다양한 금속 물질을 사용하지 못하는 단점이 있다.
이에, 본 명세서에서는 식각 공정을 생략하여 공정 소요 시간을 줄이며, 다양한 패턴 형태 및 나노 사이즈의 구현이 가능한 전극층 생성 기술을 제안한다.
공개특허공보 제10-2010-0083026호 (공개일: 2010.07.21)
본 발명의 실시예들은 식각 공정을 생략하여 공정 소요 시간을 줄이며, 다양한 패턴 형태 및 나노 사이즈의 구현이 가능한 전극층을 생성하는 방법 및 이를 이용하여 제작된 전극층을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 미리 설정된 패턴이 음각된 표면을 포함하는 몰드에 채워진 금속 나노 파티클을 전사 대상이 되는 기판에 임프린팅함으로써, 나노 전극층을 생성하는 방법 및 이를 이용하여 제작된 나노 전극층을 제공한다.
특히, 본 발명의 실시예들은 몰드에 채워진 금속 나노 파티클을 전사 대상이 되는 기판에 임프린팅하는 과정에서, 기판의 표면 중 몰드가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스핀 코팅을 수행함으로써, 모세관 현상을 이용하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층 생성 방법은 미리 설정된 패턴이 음각된 표면을 포함하는 몰드(mold)를 형성하는 단계; 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 표면 중 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 영역에 금속 나노 파티클(metal nano particle)을 채우는 단계; 전사 대상이 되는 기판의 표면 중 상기 몰드가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터(DI water) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스핀 코팅(spin coating)을 수행하는 단계; 상기 스핀 코팅이 수행된 기판의 표면에 상기 금속 나노 파티클이 채워진 상기 몰드를 임프린팅(imprinting)하는 단계; 및 상기 몰드를 제거하여 상기 기판에 상기 금속 나노 파티클로 형성된 나노 전극을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 기판에 상기 몰드를 임프린팅하는 단계는 상기 금속 나노 파티클이 채워진 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 표면이 상기 기판을 향하도록, 상기 기판에 상기 몰드를 배열하는 단계; 상기 기판 및 상기 몰드에 미리 설정된 가압처리를 수행하는 단계; 및 상기 기판 및 상기 몰드에 미리 설정된 열처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판 및 상기 몰드에 미리 설정된 가압처리를 수행하는 단계는 상기 스핀 코팅이 수행된 기판의 표면에 존재하는 상기 에탄올 또는 상기 디아이 워터 중 적어도 어느 하나에 의한 상기 금속 나노 파티클과 상기 기판 사이의 모세관 현상을 이용하여, 상기 금속 나노 파티클을 상기 몰드의 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 영역으로부터 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판에 상기 몰드를 임프린팅하는 단계는 상기 기판 및 상기 몰드에 미리 설정된 진공처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 및 상기 몰드에 미리 설정된 열처리를 수행하는 단계는 상기 금속 나노 파티클의 확산을 유도하여 상기 금속 나노 파티클과 상기 기판 사이의 결합력을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 미리 설정된 패턴이 음각된 영역에 금속 나노 파티클을 채우는 단계는 미리 설정된 온도로 유지되는 핫플레이트를 이용하여, 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 표면에 상기 금속 나노 파티클을 포함하는 금속 나노 잉크를 도포하는 단계; 및 상기 금속 나노 잉크에 포함되는 용매를 휘발시켜 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 영역에 상기 금속 나노 파티클을 채우는 단계를 포함할 수 있다.
상기 몰드가 임프린팅되는 표면에 상기 에탄올 또는 상기 디아이 워터 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스핀 코팅을 수행하는 단계는 상기 기판의 표면에 자외선/오존(Ultraviolet ray/Ozone; UVO) 처리 또는 초음파 세척 처리 중 적어도 어느 하나를 수행하는 단계; 및 상기 자외선/오존 처리 또는 상기 초음파 세척 처리 중 적어도 어느 하나가 수행된 상기 기판의 표면을 질소 가스를 이용하여 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 몰드를 형성하는 단계는 상기 미리 설정된 패턴이 양각된 스템프를 이용하여, 상기 몰드 중 폴리우레탄아크레이트(Polyurethane Acrylate; PUA)로 형성된 적어도 일부분 및 폴리디메틸실옥산(Polydimethylsiloxane; PDMS)으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는 실가드(sylgard) 184 A 및 실가드 184 B를 미리 설정된 비율에 따라 혼합하여 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는 미리 설정된 온도로 유지되는 핫플레이트를 이용하여, 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는 상기 미리 설정된 패턴이 양각된 스템프에 상기 폴리우레탄아크레이트를 도포하는 단계; 상기 폴리우레탄아크레이트가 도포된 상기 스템프에 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 배치하는 단계; 및 상기 폴리우레탄아크레이트가 도포된 상기 스템프 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분에 미리 설정된 가압처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는 상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분에 미리 설정된 진공처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는 상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분에 미리 설정된 자외선처리를 수행하여 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층은 기판; 및 상기 기판 상에 형성되는 나노 전극을 포함하고, 상기 나노 전극은 미리 설정된 패턴이 음각된 표면을 포함하는 몰드(mold)에 채워진 금속 나노 파티클(metal nano particle)이 임프린팅(imprinting)되어 생성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 적층형 구조의 나노 전극층은 기판; 및 상기 기판 상에 순서대로 적층되는 복수의 나노 전극들을 포함하고, 상기 복수의 나노 전극들은 미리 설정된 패턴이 음각된 표면을 포함하는 몰드(mold)에 채워진 금속 나노 파티클(metal nano particle)이 임프린팅(imprinting)되어 형성된다.
본 발명의 실시예들은 식각 공정을 생략하여 공정 소요 시간을 줄이며, 다양한 패턴 형태 및 나노 사이즈의 구현이 가능한 전극층을 생성하는 방법 및 이를 이용하여 제작된 전극층을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 미리 설정된 패턴이 음각된 표면을 포함하는 몰드에 채워진 금속 나노 파티클을 전사 대상이 되는 기판에 임프린팅함으로써, 나노 전극층을 생성하는 방법 및 이를 이용하여 제작된 나노 전극층을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들은 몰드에 채워진 금속 나노 파티클을 전사 대상이 되는 기판에 임프린팅하는 과정에서, 기판의 표면 중 몰드가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터(DI water) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스핀 코팅(spin coating)을 수행함으로써, 모세관 현상을 이용하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층 생성 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 몰드를 생성하는 과정을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 기판 및 몰드에 미리 설정된 가압처리를 수행하는 과정을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층 생성 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층을 나타낸 도면이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층은 기판(110) 및 기판(110) 상에 형성되는 나노 전극(120)을 포함한다.
기판(110)은 폴리이미드(PolyImide; PTI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET) 또는 폴리에테르설폰 (PolyeEtherSulfone; PES) 등과 같은 다양한 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극(120)은 미리 설정된 패턴이 음각된 표면을 포함하는 몰드에 채워진 금속 나노 파티클이 임프린팅되어 생성되기 때문에, 다양한 패턴 형태 및 나노 사이즈로 구현될 수 있으며, 짧은 공정 소요 시간을 가질 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하여 기재하기로 한다.
또한, 도 1의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층은 기판(110) 및 복수의 나노 전극들(120, 130)을 포함함으로써, 적층형 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 나노 전극층은 복수의 나노 전극들(120, 130)이 기판(110) 상에 수직 방향으로 순서대로 적층됨으로써, 적층형 구조를 가질 수 있다. 이 때, 복수의 나노 전극들(120, 130) 각각은 위에서 상술한 나노 전극(120)을 생성하는 공정을 통하여 형성될 수 있다. 도면에는 복수의 나노 전극들(120, 130)이 두 개인 경우에 한하여 도시하였지만, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 복수의 나노 전극들(120, 130)의 개수는 다양한 개수로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층 생성 방법을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 표면을 포함하는 몰드(210)를 형성한다. 이 때, 미리 설정된 패턴(211)의 형태는 아래에서 생성되는 나노 전극의 형태를 결정할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 기재하기로 한다.
이어서, 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 표면 중 미리 설정된 패턴이 음각된 영역(212)에 금속 나노 파티클(220)을 채운다.
구체적으로, 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 온도로 유지되는 핫플레이트를 이용하여, 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 표면에 금속 나노 파티클(220)을 포함하는 금속 나노 잉크를 도포하고, 금속 나노 잉크에 포함되는 용매를 휘발시켜 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 영역(212)에 금속 나노 파티클(220)을 채울 수 있다. 이 때, 금속 나노 파티클(220)은 다양한 재료가 사용될 수 있고, 금속 나노 잉크 역시 금속 나노 파티클(220)을 포함하며 휘발성을 갖는 한에서 다양한 재료가 이용될 수 있다.
예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 몰드(210)의 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 표면에 금속 나노 잉크를 0.01ul의 양을 떨어뜨리고, 70-90도의 온도로 유지되는 핫플레이트를 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 표면에 접촉시켜 주사기 바늘과 같은 도구를 이용하여 도포할 수 있다. 따라서, 금속 나노 잉크가 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 표면에 도포되는 순간 휘발되기 때문에, 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 영역(212)에는 금속 나노 파티클(220)만이 잔여할 수 있다.
그 다음, 나노 전극층 생성 시스템은 전사 대상이 되는 기판(230)의 표면 중 몰드(210)가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(231)를 이용하여 스핀 코팅을 수행한다.
예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230)의 표면 중 몰드(210)가 임프린팅되는 표면에 500RPM의 스핀 코팅을 10초 동안 수행하거나, 2000RPM의 스핀 코팅을 20초 동안 수행함으로써, 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(231)를 얇게 도포할 수 있다.
이와 같이, 스핀 코팅을 수행하는 이유는 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 영역(212)에 금속 나노 파티클(220)이 채워지는 과정에서, 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 영역(212)에는 금속 나노 잉크가 도포되고 용매가 휘발되어 금속 나노 파티클(220)만이 잔여하기 때문에, 금속 나노 파티클(220)이 미리 설정된 패턴(211)의 음각된 실체 깊이보다 낮은 두께로 존재하기 때문이다. 따라서, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230)의 표면 중 몰드(210)가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(231)를 도포함으로써, 기판(230)에 금속 나노 파티클(220)이 채워진 몰드(210)가 임프린팅되는 과정에서, 모세관 현상에 의해 금속 나노 파티클(220)이 몰드(210)의 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 영역(212)으로부터 추출되어 기판(230) 쪽으로 내려오도록 할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하여 기재하기로 한다.
이 때, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230)의 표면 중 몰드(210)가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(231)를 이용하여 스핀 코팅을 수행하기 이전에, 기판(230)을 준비하는 공정을 수행할 수 있다. 구체적으로, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230)의 표면에 자외선/오존(Ultraviolet ray/Ozone; UVO) 처리 또는 초음파 세척 처리 중 적어도 어느 하나를 수행하고, 자외선/오존 처리 또는 초음파 세척 처리 중 적어도 어느 하나가 수행된 기판(230)의 표면을 질소 가스를 이용하여 건조할 수 있다.
예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230)의 표면에 자외선/오존 처리를 3000초 동안 수행한 후, 소니게이트를 통해 아세톤, 메탄올 및 디아이 워터 순서로 각각 10분 동안 초음파 세척을 수행할 수 있다. 이와 같은 자외선/오존 처리 및 초음파 세척 처리를 통하여, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230)의 표면에 존재하는 유기물을 제거할 수 있고, 기판(230)의 표면 에너지를 증가시킬 수 있다.
그 다음, 나노 전극층 생성 시스템은 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(231)가 스핀 코팅된 기판(230)의 표면에 금속 나노 파티클(220)이 채워진 몰드(210)를 임프린팅한다.
구체적으로, 나노 전극층 생성 시스템은 금속 나노 파티클(220)이 채워진 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 표면이 기판(230)을 향하도록, 기판(230)에 몰드(210)를 배열할 수 있다. 이어서, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230) 및 몰드(210)에 미리 설정된 가압처리를 수행하고(240), 미리 설정된 열처리를 수행할 수 있다(250). 이 때, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230) 및 몰드(210)에 미리 설정된 진공처리를 수행할 수 있다.
예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 금속 나노 파티클(220)이 채워진 미리 설정된 패턴(211)이 음각된 표면이 기판(230)을 향하도록, 미리 설정된 위치에 기초하여 기판(230)에 몰드(210)를 배열한 이후, 기판(230) 및 몰드(210)에 10분 동안 10atm의 압력으로 가압처리를 수행할 수 있다(240). 이 때, 가압처리가 수행됨(240)에 따라, 기판(230)의 표면에 스핀 코팅된 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(231)는 몰드(210)에 흡수되고, 몰드(210) 외부로 빠져나가기 때문에, 금속 나노 파티클(220)이 채워진 공간에만 일부 존재할 수 있다.
이어서, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230)의 표면 중 몰드(210)가 임프린팅되는 표면에 존재하는 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(231)가 제거되도록, 기판(230) 및 몰드(210)를 데시케이터(desicator)에 넣어 5분 동안 진공상태를 유지할 수 있다. 그 다음, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230) 및 몰드(210)에 30분 동안 80도 이상의 온도로 열처리를 수행함으로써(250), 금속 나노 파티클(220)의 확산을 유도하여, 금속 나노 파티클(220)과 기판(210) 사이의 결합력을 발생시킬 수 있다. 이 때, 몰드(210)에 흡수된 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(231)는 열처리 과정에서도 제거될 수 있다.
이와 같이, 나노 전극층 생성 시스템은 고온 고압을 이용하지 않고, 저온 저압을 이용하기 때문에, 몰드(210)의 변형이 발생되지 않을 수 있다.
그 후, 나노 전극층 생성 시스템은 몰드(210)를 제거하여 기판(230)에 금속 나노 파티클(220)로 형성된 나노 전극을 생성한다. 예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 몰드(210)를 기판(230)으로부터 분리함으로써, 기판(230)에 금속 나노 파티클(220)만을 잔여시킬 수 있다.
이 때, 나노 전극층 생성 시스템은 형성된 나노 전극층을 저항 메모리 소자에서 이용하기 위하여, 기판(230)에 전사된 금속 나노 파티클(220)의 비저항을 낮추도록 금속 나노 파티클(220)에 미리 설정된 열처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(230)에 전사된 금속 나노 파티클(220)에 질소분위기 아래 30분 동안 180도의 온도로 열처리를 수행함으로써, 금속 나노 파티클(220)의 비저항을 저항 메모리 소자에 포함되는 저항변화 물질층의 비저항 보다 낮출 수 있다.
따라서, 위에서 상술한 과정을 거쳐 생성된 전극은 저항 메모리 소자의 상부 전극 또는 하부 전극 중 적어도 어느 하나로 이용될 수 있다. 이 때, 상부 전극을 생성하는 경우, 전사 대상이 되는 기판(230)은 저항변화 물질층이 될 수 있고, 하부 전극을 생성하는 경우, 전사 대상이 되는 기판(230)은 실리콘, 실리콘옥사이드 또는 폴리머 유연기판 등의 기판일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층 생성 시스템은 마이크로 사이즈에서 나노 사이즈까지 다양한 사이즈 및 다양한 패턴 형태의 전극을 짧은 공정 소요 시간을 갖고 생성할 수 있다. 또한, 이와 같은 방법을 통하여 복수의 나노 전극들 각각을 순서대로 적층되도록 형성함으로써, 적층형 구조의 나노 전극층이 형성될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 몰드를 생성하는 과정을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 패턴(311)이 양각된 스템프(310)를 이용하여, 몰드(320) 중 폴리우레탄아크레이트(Polyurethane Acrylate; PUA)로 형성된 적어도 일부분(321) 및 폴리디메틸실옥산(Polydimethylsiloxane; PDMS)으로 형성된 적어도 일부분(322)을 직접적인 임프린팅 방식을 이용하여 생성할 수 있다. 여기서, 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분(321)은 몰드(310)의 미리 설정된 패턴(311)을 형성하기 위한 폴리머 레진 역할을 할 수 있고, 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)은 몰드(320)의 임프린팅 과정에서 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분(321)이 면적에 따른 압력에 버틸 수 있도록, 면적에 따른 압력을 균일하게 전달하는 유연기판 역할을 할 수 있다. 이와 같이, 몰드(320)는 폴리머(polymer) 소재로 형성될 수 있다.
폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분(321) 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)을 생성하는 구체적인 과정은 다음과 같다. 우선, 나노 전극층 생성 시스템은 실가드(sylgard) 184 A 및 실가드 184 B를 미리 설정된 비율에 따라 혼합하여 미리 설정된 사이즈의 페트리디쉬(petri dish)에 부어 주조함으로써, 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)을 생성할 수 있다. 이 때, 미리 설정된 비율은 실가드 184 A를 3으로, 실가드 184 B를 1으로 혼합하는 비율일 수 있고, 미리 설정된 사이즈의 페트리디쉬는 4인치의 페트리디쉬일 수 있다. 이 대, 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 온도로 유지되는 핫플레이트를 이용하여 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)을 경화시킬 수 있다. 예를 들어, 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)은 100도의 온도로 유지되는 핫플레이트에 접촉되어 경화될 수 있다.
그 다음, 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 패턴(311)이 양각된 스템프(310)에 폴리우레탄아크레이트를 도포할 수 있다. 예를 들어, 폴리우레탄아크레이트는 스템프(310)에 1ml의 양이 도포될 수 있다.
이어서, 나노 전극층 생성 시스템은 폴리우레탄아크레이트가 도포된 스템프에 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)을 배치하고, 폴리우레탄아크레이트가 도포된 스템프(310) 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)에 미리 설정된 가압처리를 수행함으로써(330), 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분(321) 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 폴리우레탄아크레이트가 도포된 스템프(310) 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)에 10분 동안 10atm의 압력으로 가압처리를 수행할 수 있다(330).
이 때, 나노 전극층 생성 시스템은 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분(321) 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)에 미리 설정된 진공처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분(321)에 포함되는 공기 또는 몰드(310)의 미리 설정된 패턴(311)에 포함되는 공기가 제거되도록, 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분(321) 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)을 데시케이터에 넣어 30분 동안 진공 상태를 유지할 수 있다.
그 후, 나노 전극층 생성 시스템은 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분(321) 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)에 미리 설정된 자외선처리를 수행하여 경화시킬 수 있다. 예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분(321) 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분(322)을 7cm의 거리의 365nm 파장을 갖는 자외선에 3시간 동안 노출시킴으로써, 경화시킬 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 기판 및 몰드에 미리 설정된 가압처리를 수행하는 과정을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 나노 전극층 생성 시스템은 기판(410)의 표면 중 몰드(420)가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(411)를 이용하여 스핀 코팅을 수행함으로써, 기판(410) 및 몰드(420)에 미리 설정된 가압처리를 수행(430)하는 과정에서 모세관 현상을 이용할 수 있다.
예를 들어, 몰드(420)의 미리 설정된 패턴(421)이 음각된 영역(422)에는 도포된 금속 나노 잉크의 용매가 휘발되어 금속 나노 파티클(423)이 낮은 두께로 잔여하고 있을 수 있다. 만약, 기판(410) 및 몰드(420)에 미리 설정된 가압처리가 수행(430)되면, 기판(410)의 표면 중 몰드(420)가 임프린팅되는 표면에 스핀 코팅된 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(411)는 미리 설정된 패턴(421)이 음각된 영역(422)에 주입되고, 미리 설정된 패턴(421)이 음각된 영역(422)에 주입된 일부를 제외한 나머지는 몰드(420)에 흡수되고 몰드(420) 외부로 빠져나갈 수 있다.
이 때, 미리 설정된 패턴(421)이 음각된 영역(422)에 주입된 에탄올 또는 다아이 워터 중 적어도 어느 하나(411)는 금속 나노 파티클(423)과 기판(410) 사이에서 모세관 현상에 의한 결합력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 금속 나노 파티클(423)은 몰드(420)의 미리 설정된 패턴(421)이 음각된 영역(422)으로부터 추출되어 기판(410) 쪽으로 내려올 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층 생성 시스템은 몰드(420)에 채워진 금속 파티클(423)을 기판(410)에 임프린팅하는 과정에서, 기판(410)의 표면 중 몰드(420)가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나(411)를 이용하여 스핀 코팅을 수행함으로써, 모세관 현상을 이용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층 생성 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 패턴이 음각된 표면을 포함하는 몰드(mold)를 형성한다(510).
구체적으로, 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 패턴이 양각된 스템프를 이용하여, 몰드 중 폴리우레탄아크레이트(Polyurethane Acrylate; PUA)로 형성된 적어도 일부분 및 폴리디메틸실옥산(Polydimethylsiloxane; PDMS)으로 형성된 적어도 일부분을 생성할 수 있다.
예를 들어, 나노 전극층 생성 시스템은 실가드(sylgard) 184 A 및 실가드 184 B를 미리 설정된 비율에 따라 혼합하여 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하고, 미리 설정된 온도로 유지되는 핫플레이트를 이용하여 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 경화시킨 후, 미리 설정된 패턴이 양각된 스템프에 폴리우레탄아크레이트를 도포하고, 폴리우레탄아크레이트가 도포된 스템프에 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 배치하여, 폴리우레탄아크레이트가 도포된 스템프 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분에 미리 설정된 가압처리를 수행함으로써, 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성할 수 있다.
이 때, 나노 전극층 생성 시스템은 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분에 미리 설정된 진공처리를 수행할 수 있다. 또한, 나노 전극층 생성 시스템은 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분에 미리 설정된 자외선처리를 수행하여 경화시킬 수 있다.
이어서, 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 패턴이 음각된 표면 중 미리 설정된 패턴이 음각된 영역에 금속 나노 파티클(metal nano particle)을 채운다(520).
구체적으로, 나노 전극층 생성 시스템은 미리 설정된 온도로 유지되는 핫플레이트를 이용하여, 미리 설정된 패턴이 음각된 표면에 금속 나노 파티클을 포함하는 금속 나노 잉크를 도포하고, 금속 나노 잉크에 포함되는 용매를 휘발시켜 미리 설정된 패턴이 음각된 영역에 금속 나노 파티클을 채울 수 있다.
그 다음, 나노 전극층 생성 시스템은 전사 대상이 되는 기판의 표면 중 몰드가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스핀 코팅(spin coating)을 수행한다(530). 이와 같이, 나노 전극층 생성 시스템은 스핀 코팅 수행 과정(530)을 수행함으로써, 아래에서 상술할 몰드가 임프린팅되는 과정(540)에서 모세관 현상을 이용할 수 있다.
이 때, 나노 전극층 생성 시스템은 기판의 표면 중 몰드가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스핀 코팅을 수행하기 이전에, 기판의 표면에 자외선/오존(Ultraviolet ray/Ozone; UVO) 처리 또는 초음파 세척 처리 중 적어도 어느 하나를 수행하고, 자외선/오존 처리 또는 초음파 세척 처리 중 적어도 어느 하나가 수행된 기판의 표면을 질소 가스를 이용하여 건조할 수 있다.
그 다음, 나노 전극 생성 시스템은 스핀 코팅이 수행된 기판의 표면에 금속 나노 파티클이 채워진 몰드를 임프린팅(imprinting)한다(540).
구체적으로, 나노 전극층 생성 시스템은 금속 나노 파티클이 채워진 미리 설정된 패턴이 음각된 표면이 기판을 향하도록, 기판에 몰드를 배열하고, 기판 및 몰드에 미리 설정된 가압처리를 수행하며, 기판 및 몰드에 미리 설정된 열처리를 수행함으로써, 기판에 금속 나노 파티클이 채워진 몰드를 임프린팅할 수 있다. 이 때, 나노 전극층 생성 시스템은 기판 및 몰드에 미리 설정된 진공처리를 수행할 수도 있다.
여기서, 나노 전극층 생성 시스템은 기판 및 몰드에 미리 설정된 가압처리를 수행함으로써, 스핀 코팅이 수행된 기판의 표면에 존재하는 에탄올 또는 디아이 워터 중 적어도 어느 하나에 의한 금속 나노 파티클과 기판 사이의 모세관 현상을 이용하여, 금속 나노 파티클을 몰드의 미리 설정된 패턴이 음각된 영역으로부터 추출할 수 있다.
또한, 나노 전극층 생성 시스템은 기판 및 몰드에 미리 설정된 열처리를 수행함으로써, 금속 나노 파티클의 확산을 유도하여 금속 나노 파티클과 기판 사이의 결합력을 발생시킬 수 있다.
그 후, 나노 전극층 생성 시스템은 몰드를 제거하여 기판에 금속 나노 파티클로 형성된 나노 전극을 생성한다(550).
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 미리 설정된 패턴이 음각된 표면을 포함하는 몰드(mold)를 형성하는 단계;
    상기 미리 설정된 패턴이 음각된 표면 중 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 영역에 금속 나노 파티클(metal nano particle)을 채우는 단계;
    전사 대상이 되는 기판의 표면 중 상기 몰드가 임프린팅되는 표면에 에탄올 또는 디아이 워터(DI water) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스핀 코팅(spin coating)을 수행하는 단계;
    상기 스핀 코팅이 수행된 기판의 표면에 상기 금속 나노 파티클이 채워진 상기 몰드를 임프린팅(imprinting)하는 단계; 및
    상기 몰드를 제거하여 상기 기판에 상기 금속 나노 파티클로 형성된 나노 전극을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기판에 상기 몰드를 임프린팅하는 단계는
    상기 금속 나노 파티클이 채워진 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 표면이 상기 기판을 향하도록, 상기 기판에 상기 몰드를 배열하는 단계;
    상기 기판 및 상기 몰드에 미리 설정된 가압처리를 수행하는 단계; 및
    상기 기판 및 상기 몰드에 미리 설정된 열처리를 수행하는 단계
    를 포함하며,
    상기 기판 및 상기 몰드에 미리 설정된 가압처리를 수행하는 단계는
    상기 스핀 코팅이 수행된 기판의 표면에 존재하는 상기 에탄올 또는 상기 디아이 워터 중 적어도 어느 하나에 의한 상기 금속 나노 파티클과 상기 기판 사이의 모세관 현상을 이용하여, 상기 금속 나노 파티클을 상기 몰드의 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 영역으로부터 추출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기판 및 상기 몰드에 미리 설정된 열처리를 수행하는 단계는
    상기 금속 나노 파티클의 확산을 유도하여 상기 금속 나노 파티클과 상기 기판 사이의 결합력을 발생시키는 단계
    를 포함하는 나노 전극층 생성 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미리 설정된 패턴이 음각된 영역에 금속 나노 파티클을 채우는 단계는
    미리 설정된 온도로 유지되는 핫플레이트를 이용하여, 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 표면에 상기 금속 나노 파티클을 포함하는 금속 나노 잉크를 도포하는 단계; 및
    상기 금속 나노 잉크에 포함되는 용매를 휘발시켜 상기 미리 설정된 패턴이 음각된 영역에 상기 금속 나노 파티클을 채우는 단계
    를 포함하는 나노 전극층 생성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 몰드가 임프린팅되는 표면에 상기 에탄올 또는 상기 디아이 워터 중 적어도 어느 하나를 이용하여 스핀 코팅을 수행하는 단계는
    상기 기판의 표면에 자외선 및 오존(Ultraviolet ray/Ozone; UVO) 처리 또는 초음파 세척 처리 중 적어도 어느 하나를 수행하는 단계; 및
    상기 자외선 및 오존 처리 또는 상기 초음파 세척 처리 중 적어도 어느 하나가 수행된 상기 기판의 표면을 질소 가스를 이용하여 건조하는 단계
    를 더 포함하는 나노 전극층 생성 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 몰드를 형성하는 단계는
    상기 미리 설정된 패턴이 양각된 스템프를 이용하여, 상기 몰드 중 폴리우레탄아크레이트(Polyurethane Acrylate; PUA)로 형성된 적어도 일부분 및 폴리디메틸실옥산(Polydimethylsiloxane; PDMS)으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계
    를 포함하는 나노 전극층 생성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는
    실가드(sylgard) 184 A 및 실가드 184 B를 미리 설정된 비율에 따라 혼합하여 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계
    를 포함하는 나노 전극층 생성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는
    미리 설정된 온도로 유지되는 핫플레이트를 이용하여, 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 경화시키는 단계
    를 더 포함하는 나노 전극층 생성 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는
    상기 미리 설정된 패턴이 양각된 스템프에 상기 폴리우레탄아크레이트를 도포하는 단계;
    상기 폴리우레탄아크레이트가 도포된 상기 스템프에 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 배치하는 단계; 및
    상기 폴리우레탄아크레이트가 도포된 상기 스템프 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분에 미리 설정된 가압처리를 수행하는 단계
    를 포함하는 나노 전극층 생성 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는
    상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분에 미리 설정된 가압처리를 수행하는 단계
    를 더 포함하는 나노 전극층 생성 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분을 생성하는 단계는
    상기 폴리우레탄아크레이트로 형성된 적어도 일부분 및 상기 폴리디메틸실옥산으로 형성된 적어도 일부분에 미리 설정된 자외선처리를 수행하여 경화시키는 단계
    를 더 포함하는 나노 전극층 생성 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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