KR101687697B1 - substrate having multiple nano-gap and fabricating method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 나노갭을 포함하는 기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 이격된 돌기형 구조체가 형성된 기판; 상기 기판 표면 및 돌기형 구조체 상에 형성된 금속 함유 나노입자; 및 상기 기판과 금속 함유 나노입자 사이에 형성되고, 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층 각각을 적어도 하나 이상 포함하는 연속층;을 포함하되, 상기 금속 함유 나노입자 간, 상기 금속 함유 나노입자와 상기 금속 함유 박막층 간, 무기물 함유 박막층으로 분리된 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판에 관한 것으로, 다중 나노갭을 형성하여 향상된 플라즈몬 공명의 증폭 효과를 얻을 수 있는 복수의 나노갭을 포함하는 기판 및 이의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.The present invention relates to a substrate including a plurality of nanogaps and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a substrate having a plurality of protruding structures spaced apart from each other. Metal-containing nanoparticles formed on the substrate surface and the protruding structure; And a continuous layer formed between the substrate and the metal-containing nanoparticles, the continuous layer comprising at least one of an inorganic-substance-containing thin film layer and a metal-containing thin film layer, wherein the metal-containing nanoparticle, The present invention relates to a substrate comprising a plurality of nanogaps, characterized in that a nanogap is formed between the metal-containing thin film layers separated by the thin film layer and the inorganic thin film layer, and more particularly, to a substrate comprising a plurality of nanogaps and capable of obtaining an amplification effect of enhanced plasmon resonance And a method of manufacturing the same.
Description
본 발명은 복수의 나노갭을 포함하는 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a substrate comprising a plurality of nanogaps and a method of manufacturing the same.
라만 산란(Raman scattering)은 입사되는 빛의 에너지가 변하는 비탄성 산란으로 빛을 특정 분자체에 가하면 분자체 고유의 진동 전이에 의해 조사된 빛과는 파장이 약간 다른 빛이 발생하는 현상을 일컫는다.
Raman scattering is an inelastic scattering in which the energy of incident light is changed. When the light is applied to a specific molecular sieve, light having slightly different wavelengths from the light irradiated by the inherent vibration transition of the molecular sieve is generated.
라만 산란을 이용한 라만 분광법을 이용하면 분자의 유도 편극률 변화가 있는 비극성 분자의 경우에도 신호를 얻을 수 있고, 실제 거의 모든 유기 분자들은 고유의 라만 시프트(Raman Shift)를 가지고 있다. 또한 물 분자에 의한 간섭의 영향을 받지 않으므로, 단백질, 유전자 등의 생체분자(biomolecules)의 검출에 더욱 적합하다.
Raman spectroscopy using Raman scattering can be used to obtain signals even in the case of nonpolar molecules with a change in the induced polarization ratio of molecules, and virtually all organic molecules have a unique Raman shift. Further, it is not affected by interference by water molecules, and thus is more suitable for detection of biomolecules such as proteins and genes.
한편, 라만 방출 스펙트럼의 파장은 샘플 내의 광 흡수 분자의 화학 조성 및 구조 특성을 나타내므로, 이러한 라만 신호를 분석하면 분석 대상 물질을 직접적으로 분석할 수 있다.
On the other hand, since the wavelength of the Raman emission spectrum indicates the chemical composition and the structural characteristic of the light absorbing molecule in the sample, analysis of the Raman signal can directly analyze the substance to be analyzed.
이와 같이, 분석 대상 물질을 직접적으로 분석할 수 있다는 이점에도 불구하고, 신호의 세기가 매우 약해 실용화에 어려움이 있었다. 그러나, 1974년 Fleishmann 등에 의해 표면증강 라만 산란이 보고된 이래로 신호의 세기를 증폭시키기 위한 연구들이 증가하고 있다.
Thus, despite the advantage of being able to directly analyze the analyte, the intensity of the signal was so weak that it was difficult to commercialize it. However, since the surface enhanced Raman scattering has been reported by Fleishmann et al. In 1974, there have been increasing studies to amplify the signal intensity.
라만 신호를 증강시키기 위한 기술 중 하나로 나노갭(nano-gap)에 따른 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 이른바 국소 플라즈몬 공명(LSPR: localized surface plasmon resonance)을 이용한 기술들이 개발되어 왔다.
Techniques using so-called localized surface plasmon resonance (LSPR), which induces surface plasmon resonance according to nano-gaps, have been developed as techniques for enhancing Raman signals.
다중 나노갭을 형성하는 기존의 기술은 (1) 평평한 Si기판 위에 수십 나노미터의 플라즈모닉 필름을 형성하고, 수 나노미터의 절연막 형성하고, 플라즈모닉 나노입자를 도포하는 방법과 (2) 평평한 Si기판 위에 120 나노미터의 플라즈모닉 필름을 형성하고, 수십 나노미터의 절연막(SiO2)을 형성하고, 플라즈모닉 나노입자를 도포하는 방법이 있다.
Conventional techniques for forming multiple nano-gaps include (1) a method of forming a plasmonic film of several tens of nanometers on a flat Si substrate, forming an insulating film of several nanometers, and applying plasmonic nanoparticles, and (2) There is a method of forming a 120 nm-thick plasmonic film on a substrate, forming an insulating film (SiO 2) of several tens of nanometers, and applying the plasmonic nanoparticles.
(1)의 방법은 중간의 절연막이 수 나노미터 밖에 되지 않기 때문에 절연막을 사이에 두고 플라즈모닉 나노입자와 플라즈모닉 필름사이에서 전자기적 커플링이 일어나기 때문에, 입사되는 특정파장의 빛을 가두는(confined) 나노안테나의 역할을 하게 된다.
In the method (1), since the intermediate insulating film is only a few nanometers, electromagnetic coupling occurs between the plasmonic nanoparticles and the plasmonic film with the insulating film interposed therebetween, so that the light of a specific wavelength confined nano-antenna.
(2)의 방법은 중간의 절연막이 두께가 50 nm미터로 크기 때문에 (1)과 같은 전자기적인 커플링이 일어나지 않고, 아래의 플라즈모닉 필름은 입사하는 빛을 반사하는 거울의 역할을 할 뿐이다. 전자기적인 커플링은 맨 위층에 존재하는 플라즈모닉 나노입자 사이의 나노갭에서만 일어난다.
In the method (2), since the intermediate insulating film has a thickness of 50 nm, electromagnetic coupling as in (1) does not occur, and the plasmonic film below serves as a mirror for reflecting incident light. The electromagnetic coupling occurs only in the nanogap between the plasmonic nanoparticles present in the top layer.
(1)의 방법을 사용한 문헌으로 [Nature, 2012, 492, 86-90, doi:10.1038/nature11615]에 기재된 Controlled-reflectance surfaces with film-coupled colloidal nanoantennas가 있다. 도 1을 참조하면, 이 기술은 평평한 기판 위에 금 50nm를 필름으로 증착하고, 4 nm~17 nm 고분자 절연막을 올리고, 마지막으로 합성한 74 nm 정도의 은 나노큐브를 도포한다. 이에 따라, 중간에 있는 고분자 절연막의 두께가 수 나노미터이기 때문에 금 필름과 은 나노입자사이에 나노갭이 형성된다.
There are Controlled-reflectance surfaces with film-coupled colloidal nanoantennas described in Nature (2012, 492, 86-90, doi: 10.1038 / nature11615) Referring to FIG. 1, this
(2)의 방법을 사용한 문헌으로 [Scientific Report, 2013, 3, 2867, DOI: 10.1038/srep02867]에 기재된 Wafer-scale metasurface for total power absorption, local field enhancement and single molecule Raman spectroscopy가 있다. 도 2를 참조하면, 이 기술은 평평한 Si 기판 위에 은 120nm를 필름으로 증착하고, 수십 나노미터의 SiO2 절연막을 진공증착 한다. 마지막으로 은 나노입자를 진공증착 한다. 이 기술은 두꺼운 절연막을 사용하기 때문에 절연막을 사이에 두고 LSPR은 일어나지 않는다.
Scale metasurface for total power absorption, local field enhancement and single molecule Raman spectroscopy described in [Scientific Report, 2013, 3, 2867, DOI: 10.1038 / srep02867] Referring to FIG. 2, the
한편, 나노 갭을 형성하기 위한 특허문헌으로는 미국 공개특허 US 2013-0252275 A1가 있다. 이 특허는 기판 상에 구형의 입자 있고 구형 입자상에 금속 함유 나노입자들이 형성된 것이다.
On the other hand, US Patent Publication No. US 2013-0252275 A1 discloses a patent document for forming a nanogap. The patent is that spherical particles on the substrate and metal-containing nanoparticles on spherical particles.
본 발명은 종래의 다중 나노갭 기술과는 달리 무기물-금속 연속층 개념을 도입하여 플라즈몬 공명 특성을 향상시킨 기술을 개발하기 위하여 안출된 것이다.
Unlike the conventional multi-nanogap technology, the present invention has been developed in order to develop a technique of improving the plasmon resonance characteristic by introducing the concept of the inorganic-metal continuous layer.
본 발명은 다중 나노갭을 형성하여 향상된 플라즈몬 공명의 증폭 효과를 얻을 수 있는 복수의 나노갭을 포함하는 기판 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention provides a substrate including a plurality of nano-gaps and a method of manufacturing the same, which can obtain an amplification effect of enhanced plasmon resonance by forming multiple nano-gaps.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 있어 서로 이격된 돌기형 구조체가 형성된 기판; 상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체 상에 형성된 금속 함유 나노입자; 및 상기 기판과 금속 함유 나노입자 사이에 형성되고, 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층 각각을 적어도 하나 이상 포함하는 연속층;을 포함하되, 상기 금속 함유 나노입자 간, 상기 금속 함유 나노입자와 상기 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
In order to accomplish the above object, according to an embodiment of the present invention, there is provided a substrate having a protruding structure spaced apart from each other; Metal-containing nanoparticles formed on the substrate surface and the protruding structure; And a continuous layer formed between the substrate and the metal-containing nanoparticles, the continuous layer comprising at least one of an inorganic-substance-containing thin film layer and a metal-containing thin film layer, wherein the metal-containing nanoparticle, It is possible to provide a substrate including a plurality of nanogaps characterized in that a nanogap is formed between the thin film layers.
본 발명의 다른 실시예에 있어, 서로 이격된 돌기형 구조체가 형성된 기판; 상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체 상에 형성된 금속 함유 나노입자; 및 상기 금속 함유 나노입자 내부에 형성되고, 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층 각각을 적어도 하나 이상 포함하는 연속층;을 포함하되, 상기 금속 함유 나노입자 간, 상기 금속 함유 나노입자와 상기 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
In another embodiment of the present invention, there is provided a substrate having a protruding structure spaced apart from each other; Metal-containing nanoparticles formed on the substrate surface and the protruding structure; And a continuous layer formed inside the metal-containing nanoparticles and including at least one or more inorganic thin-film layers and metal-containing thin-film layers, wherein the metal-containing nanoparticles, between the metal-containing nanoparticles and the metal- A substrate having a plurality of nano-gaps characterized in that a nano gap is formed.
바람직하게는, 상기 연속층은 무기물 함유 박막층으로 분리된 두 개의 금속 함유 박막층을 포함하되, 상기 두 개의 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, the continuous layer comprises two metal-containing thin film layers separated by an inorganic material-containing thin film layer, wherein a nanogap is formed between the two metal-containing thin film layers. have.
바람직하게는, 상기 연속층은 무기물 함유 박막층, 금속 함유 박막층 및 무기물 함유 박막층이 순차적으로 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, the continuous layer may be provided with a plurality of nano-gap-containing substrates characterized in that an inorganic substance-containing thin film layer, a metal-containing thin film layer and an inorganic substance-containing thin film layer are sequentially formed.
바람직하게는, 본 발명의 일실시예에 있어 상기 연속층은 금속 함유 박막층 및 무기물 함유 박막층이 순차적으로 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, in the embodiment of the present invention, the continuous layer may include a plurality of nano-gaps including a metal-containing thin film layer and an inorganic material-containing thin film layer sequentially formed on the substrate.
바람직하게는, 상기 돌기형 구조체는 상부가 하부보다 곡률이 크게 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, the protruding structure has a plurality of nano-gaps each having a curvature larger than that of the lower portion.
바람직하게는, 상기 돌기형 구조체는 나노 임프린팅, 나노 리소그래피 및 건식 식각 중 어느 하나를 이용하여 형성한 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, the protruding structure is formed using any one of nanoimprinting, nanolithography, and dry etching. The substrate having a plurality of nano-gaps may be provided.
바람직하게는, 상기 건식 식각은 아르곤, 산소, 수소, 헬륨 및 질소 기체로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 기체를 사용하여 수행되는 플라즈마 건식 식각인 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, the dry etching is a plasma dry etching performed using at least one gas selected from the group consisting of argon, oxygen, hydrogen, helium, and nitrogen gas. Can be provided.
바람직하게는, 상기 기판은 아크릴계 고분자(Acrylic polymers), 폴리에테르설폰 (Polyethersulfone; PES), 폴리시클로올레핀 (Polycycloolefin; PCO), 폴리우레탄 (polyiourethane) 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)로 구성된 군으로부터 선택된 고분자 기판인 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, the substrate is selected from the group consisting of Acrylic polymers, Polyethersulfone (PES), Polycycloolefin (PCO), Polyiourethane and Polycarbonate (PC) It is possible to provide a substrate including a plurality of nano-gaps characterized by being a polymer substrate.
바람직하게는, 상기 무기물은 Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, Si, Sn, Ta, Te, Ti, W, Zn, Zr, Yb로 구성된 군에서 선택된 금속의 산화물(oxide), 질화물(nitride), 산화물-질화물의 화합물(oxynitride) 및 불화 마그네슘(Magnesium fluoride) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, the inorganic material is selected from the group consisting of Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, , Oxides, nitrides, oxynitride, and magnesium fluoride of a metal selected from the group consisting of Ti, W, Zn, Zr, and Yb. A substrate including a plurality of nanogaps can be provided.
바람직하게는, 상기 무기물 함유 박막층 및 상기 금속 함유 박막층은 화학기상증착(CVD), 스퍼터링(sputtering) 및 이베퍼레이션(evaporation) 중 어느 하나를 이용하여 형성한 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, the inorganic material-containing thin film layer and the metal-containing thin film layer are formed using any one of chemical vapor deposition (CVD), sputtering, and evaporation. The substrate can be provided.
바람직하게는, 본 발명의 일실시예에 있어 상기 금속 함유 나노입자는 라만활성물질을 진공증착시켜 형성하며, 라만활성물질은 초기에는 상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체에 균일하게 증착되나 증착이 진행됨에 따라 상기 돌기형 구조체의 상부에 집중적으로 증착되는 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, in one embodiment of the present invention, the metal-containing nanoparticles are formed by vacuum deposition of a Raman active material, and the Raman active material is initially uniformly deposited on the substrate surface and the protruding structure, Wherein the nano-gaps are concentratedly deposited on the protruding structure according to the nano-gaps.
바람직하게는, 상기 금속은 Au, Ag, Cu, Pt 및 Pd, 및 이의 합금으로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제공할 수 있다.
Preferably, the metal is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Pt, and Pd, and an alloy thereof, to provide a substrate including a plurality of nanogaps.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제조하는 방법에 있어서, 기판을 가공하여 돌기형 구조체를 형성하는 단계; 상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체 상에 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층 각각을 적어도 하나 이상 포함하는 연속층을 형성하는 단계; 및 상기 연속층이 형성된 기판 표면 및 돌기형 구조체 상에 금속 함유 나노입자를 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 금속 함유 나노입자 간, 상기 금속 함유 나노입자와 상기 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a substrate including a plurality of nano-gaps, the method comprising: forming a protruding structure by processing a substrate; Forming a continuous layer including at least one or more inorganic thin film layers and metal thin film layers on the substrate surface and the protruding structure; And forming metal-containing nanoparticles on the surface of the substrate and the protruding structure on which the continuous layer is formed, wherein nanogaps are formed between the metal-containing nanoparticles and between the metal-containing nanoparticles and the metal- The present invention can provide a method of manufacturing a substrate including a plurality of nanogaps.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 제조하는 방법에 있어서, 기판을 가공하여 돌기형 구조체를 형성하는 단계; 상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체 상에 금속 함유 나노입자를 형성하는 단계; 및 상기 금속 함유 나노입자가 형성되는 중간에 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층 각각을 적어도 하나 이상 포함하는 연속층을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 금속 함유 나노입자 간, 상기 금속 함유 나노입자와 상기 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a substrate including a plurality of nanogaps, the method comprising: forming a protrusion structure by processing a substrate; Forming metal-containing nanoparticles on the substrate surface and the protruding structure; And forming a continuous layer including at least one of an inorganic thin film layer and a metal-containing thin film layer in the middle of the formation of the metal-containing nanoparticles, wherein the metal-containing nanoparticles, And a method of fabricating a substrate including a plurality of nanogaps, wherein a nanogap is formed between the metal-containing thin film layers.
바람직하게는, 상기 연속층은 무기물 함유 박막층으로 분리된 두 개의 금속 함유 박막층을 포함하되, 상기 두 개의 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, the continuous layer comprises two metal-containing thin film layers separated by an inorganic material-containing thin film layer, wherein a nanogap is formed between the two metal-containing thin film layers. .
바람직하게는, 상기 연속층은 무기물 함유 박막층, 금속 함유 박막층 및 무기물 함유 박막층이 순차적으로 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, the continuous layer may provide a method of manufacturing a substrate including a plurality of nano-gaps, wherein an inorganic material-containing thin film layer, a metal-containing thin film layer, and an inorganic material-containing thin film layer are sequentially formed.
바람직하게는, 본 발명의 일실시예에 있어 상기 연속층은 금속 함유 박막층 및 무기물 함유 박막층이 순차적으로 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, in the embodiment of the present invention, the continuous layer may provide a method of manufacturing a substrate including a plurality of nano-gaps, wherein the metal-containing thin film layer and the inorganic thin film layer are sequentially formed.
바람직하게는, 상기 돌기형 구조체는 상부가 하부보다 곡률이 크게 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, the protruding structure has a larger curvature than that of the lower portion, and a method of manufacturing a substrate including a plurality of nano-gaps.
바람직하게는, 상기 돌기형 구조체는 나노 임프린팅, 나노 리소그래피 및 건식 식각 중 어느 하나를 이용하여 형성한 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, the protruding structure is formed using any one of nanoimprinting, nanolithography, and dry etching. The method of manufacturing a substrate including a plurality of nano-gaps may be provided.
바람직하게는, 상기 건식 식각은 아르곤, 산소, 수소, 헬륨 및 질소 기체로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 기체를 사용하여 수행되는 플라즈마 건식 식각인 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, the dry etching is a plasma dry etching performed using at least one gas selected from the group consisting of argon, oxygen, hydrogen, helium, and nitrogen gas. Can be provided.
바람직하게는, 상기 기판은 아크릴계 고분자(Acrylic polymers), 폴리에테르설폰 (Polyethersulfone; PES), 폴리시클로올레핀 (Polycycloolefin; PCO), 폴리우레탄 (polyiourethane) 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)로 구성된 군으로부터 선택된 고분자 기판인 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, the substrate is selected from the group consisting of Acrylic polymers, Polyethersulfone (PES), Polycycloolefin (PCO), Polyiourethane and Polycarbonate (PC) A method of manufacturing a substrate including a plurality of nano-gaps, wherein the substrate is a polymer substrate.
바람직하게는, 상기 무기물은 Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, Si, Sn, Ta, Te, Ti, W, Zn, Zr, Yb로 구성된 군에서 선택된 금속의 산화물(oxide), 질화물(nitride), 산화물-질화물의 화합물(oxynitride) 및 불화 마그네슘(Magnesium fluoride) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, the inorganic material is selected from the group consisting of Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, , Oxides, nitrides, oxynitride, and magnesium fluoride of a metal selected from the group consisting of Ti, W, Zn, Zr, and Yb. A method of manufacturing a substrate including a plurality of nanogaps can be provided.
바람직하게는, 상기 무기물 함유 박막층 및 상기 금속 함유 나노입자는 화학기상증착(CVD), 스퍼터링(sputtering) 및 이베퍼레이션(evaporation) 중 어느 하나를 이용하여 형성한 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, the inorganic material-containing thin film layer and the metal-containing nanoparticles are formed using any one of chemical vapor deposition (CVD), sputtering, and evaporation. And a method of manufacturing a substrate including the substrate.
바람직하게는, 본 발명의 일실시예에 있어 상기 금속 함유 나노입자는 라만활성물질을 진공증착시켜 형성하며, 라만활성물질은 초기에는 상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체에 균일하게 증착되나 증착이 진행됨에 따라 상기 돌기형 구조체의 상부에 집중적으로 증착되는 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, in one embodiment of the present invention, the metal-containing nanoparticles are formed by vacuum deposition of a Raman active material, and the Raman active material is initially uniformly deposited on the substrate surface and the protruding structure, Wherein the plurality of nano-gaps are concentratedly deposited on the projection-type structure according to the method of the present invention.
바람직하게는, 상기 금속은 Au, Ag, Cu, Pt 및 Pd, 및 이의 합금으로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
Preferably, the metal is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Pt, and Pd, and an alloy thereof. The method of manufacturing a substrate including a plurality of nanogaps may be provided.
본 발명은 다중 나노갭을 형성하여 향상된 플라즈몬 증폭 효과를 얻을 수 있는 복수의 나노갭을 포함하는 기판 및 이의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
The present invention provides a substrate including a plurality of nano-gaps and a method of manufacturing the same, which can obtain an enhanced plasmon amplification effect by forming multiple nanogaps.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 함유 박막층, 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층이 순차적으로 형성된 연속층의 표면 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 반사 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 라만 신호 세기의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.1 illustrates a substrate having a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a substrate including a plurality of nanogaps according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates a process of fabricating a substrate having a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
4 is a view illustrating a process of fabricating a substrate including a plurality of nanogaps according to another embodiment of the present invention.
5 is a SEM image of a continuous layer in which a metal-containing thin film layer, an inorganic material-containing thin film layer, and a metal-containing thin film layer are sequentially formed according to an embodiment of the present invention.
6 is a SEM image of a substrate having a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a reflection spectrum of a substrate including a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a spectrum of a Raman signal intensity of a substrate including a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate a thorough understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same means regardless of the number of the drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 나타낸 도면이다.
1 illustrates a substrate having a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판은 기판(110), 돌기형 구조체(120), 연속층(130) 및 금속 함유 나노입자(140)를 포함한다.
Referring to FIG. 1, a substrate including a plurality of nano-gaps according to an embodiment of the present invention includes a
본 발명의 일실시예에서 기판(110)은 고분자 기판(110)을 사용하였으며 고분자 기판(110)은 간단한 표면처리만 하여도 대면적으로 돌기형 구조체(120)를 형성하는 데 유리하나, 고분자 기판(110)이 아니라도 처리 방법에 따라 유사한 구조를 형성할 수 있다.
In an embodiment of the present invention, the
고분자 기판(110)의 경우 아크릴계 고분자(Acrylic polymers), 폴리에테르설폰 (Polyethersulfone; PES), 폴리시클로올레핀 (Polycycloolefin; PCO), 폴리우레탄 (polyiourethane), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)로 구성된 군으로부터 선택되는 고분자 기판(110)을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
In the case of the
본 발명의 일실시예에서는 고분자 기판(110)으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET)를 사용하였다.
In one embodiment of the present invention, polyethylene terephthalate (PET) is used as the
돌기형 구조체(120)는 상기 기판(110)을 가공하여 형성된다.
The protruding
돌기형 구조체(120)는 고분자 기판(110)을 표면처리하여 형성할 수 있으며, 표면처리 공정으로 나노 임프린팅(nano imprinting), 나노 리소그래피(nano lithography) 및 건식 식각(dry etching) 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
The protruding
건식 식각은 아르곤, 산소, 수소, 헬륨 및 질소 기체로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 기체를 사용하여 수행되는 플라즈마 건식 식각을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
The dry etching may use a plasma dry etching performed using at least one gas selected from the group consisting of argon, oxygen, hydrogen, helium, and nitrogen gas, but is not limited thereto.
돌기형 구조체(120)는 상부 돌출곡면을 갖는다. 상부 돌출곡면을 갖는다는 것은 돌기형 구조체(120)의 상부가 하부보다 큰 곡률을 가지고 있음을 의미한다. 이러한 구조는 라만활성물질을 증착 시에 상부에 집중적으로 증착될 수 있는 조건을 제공한다.
The protruding
연속층(130)은 상기 기판(110) 표면 및 상기 돌기형 구조체(120) 상에 형성된다.
A
연속층(130)은 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층 각각을 적어도 하나 이상 포함한다.
The
본 발명의 실시예에 따라 연속층(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 무기물 함유 박막층(132), 금속 함유 박막층(134) 및 무기물 함유 박막층(136)이 순차적으로 적층된 것일 수 있으며(dielectric-metal-dielectric, DMD), 도 4에 도시된 바와 같이 금속함유 박막층(134) 및 무기물 함유 박막층(136)이 순차적으로 적층된 것일 수 있으며(metal-dielectric, MD), 이에 제한되지 않는다.
According to an embodiment of the present invention, the
무기물 함유 박막층(132, 136)을 형성함에 있어 무기물은 Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, Si, Sn, Ta, Te, Ti, W, Zn, Zr, Yb로 구성된 군에서 선택된 금속의 산화물(oxide), 질화물(nitride), 산화물-질화물의 화합물(oxynitride) 및 불화 마그네슘(Magnesium fluoride) 중 어느 하나인 것일 수 있으며, 이제 제한되는 것은 아니다. 또한, 무기물 대신에 반도체(semiconductor) 물질을 사용할 수도 있다.
The inorganic material may be at least one selected from the group consisting of Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, The oxide, nitride, oxynitride and magnesium fluoride of a metal selected from the group consisting of Si, Sn, Ta, Te, Ti, W, Zn, Zr, But it is not limited to any one. In addition, a semiconductor material may be used instead of the inorganic material.
금속 함유 박막층(134)을 형성함에 있어 금속은 Au, Ag, Cu, Pt 및 Pd, 및 이의 합금으로 구성된 군에서 선택된 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
In forming the metal-containing
상기 무기물 함유 박막층(132, 136) 및 상기 금속 함유 박막층(134)은 화학기상증착(CVD), 스퍼터링(sputtering) 및 이베퍼레이션(evaporation) 중 어느 하나를 이용하여 형성한 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
The inorganic material-containing thin film layers 132 and 136 and the metal-containing
무기물 함유 박막층(132, 136)은 5nm 내지 100nm의 두께를 가질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
The inorganic-containing thin film layers 132 and 136 may have a thickness of 5 nm to 100 nm, but are not limited thereto.
무기물 함유 박막층(132, 136)은 연속 박막 형성이 가능한 최소 두께인 약 5 nm부터 일렉트론 터널링(electron tunneling)이 가능한 예상 최대 두께인 100 nm로 형성된다.
The inorganic material-containing thin film layers 132 and 136 are formed to a thickness of 100 nm, which is the expected maximum thickness capable of electron tunneling, from the minimum thickness of about 5 nm, which is the minimum thickness for forming a continuous thin film.
금속 함유 박막층(134)은 5nm 내지 200nm의 두께를 가질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
The metal-containing
금속 함유 박막층(134)은 연속 박막 형성이 가능한 최소 두께인 5 nm부터 400 내지 600 nm 가시광 영역대에서 강한 라만 흡수를 나타낼 수 있는 200 nm를 최대 두께로 형성된다.
The metal-containing
연속층(130)은 금속 함유 박막층을 2개 이상 포함할 수도 있으며 이 때 금속 함유 박막층은 그 사이에 형성된 무기물 함유 박막층에 의해 분리될 수 있다. 이 경우 무기물 함유 박막층으로 분리된 금속 함유 박막층 간에도 나노갭이 형성될 수 있다.
The
본 발명의 일실시예에서는 상기 무기물 함유 박막층(132, 136)을 증착하는데 있어 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하였다. 먼저, 진공 챔버(chamber)내에 건식 식각 처리하여 돌기형 구조체가 형성된 기판(110)이 거치된다. 저진공펌프와 고진공펌프를 이용하여 진공 챔버 내부의 진공도가 2x10-5 torr로 유지된다. 그 다음, Ar 작업 가스가 주입되고, 작업진공도는 2x10-3 torr에 도달한다. 그 후, 무기물로서 SiO2가 부착된 스퍼터링 타겟에 연결되어 있는 플라즈마 발생전원에 전원이 인가(impression) 되고, 플라즈마가 발생하여 상기 무기물이 기판(110) 표면 및 돌기형 구조체(120) 또는 이미 증착된 금속 함유 박막층(134) 상에 증착된다.
In one embodiment of the present invention, a sputtering method is used for depositing the inorganic material-containing thin film layers 132 and 136. First, the
상기 실시예에서의 공정조건을 나열하면 아래와 같다.
The process conditions in the above embodiment are listed below.
- 베이스 기판 : 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 두께 188 mm, 투과도 90%- Base substrate: polyethylene terephthalate (PET) thickness 188 mm, transmittance 90%
- 초기 진공도 : 2x10-5 torr - Initial vacuum degree: 2x10 -5 torr
- 무기물층 코팅용 스퍼터링 타겟 : SiO2 (크기 : 4 inch)- Sputtering target for inorganic layer coating: SiO 2 (size: 4 inch)
- 작업가스 : Ar- Working gas: Ar
- 작업진공도 : 2x10-3 torr - Working vacuum: 2x10 -3 torr
- RF 전력 : 200 W
- RF power: 200 W
금속 함유 나노입자(140)는 상기 기판(110) 표면 및 상기 돌기형 구조체(120) 상 위치에 형성되며 상기 연속층(130)이 형성된 이후 형성된다.
The metal-containing
상기 금속 함유 나노입자(140)는 라만활성물질을 진공증착시켜 형성하며, 상기 진공증착은 화학기상증착(CVD), 스퍼터링(sputtering) 및 이베퍼레이션(evaporation) 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 이제 제한되지 않는다.
The metal-containing
상기 라만활성물질은 초기에는 상기 기판(110) 표면 및 상기 돌기형 구조체(120)에 균일하게 증착되나 증착이 진행됨에 따라 상기 돌기형 구조체(120)의 상부에 집중적으로 증착되는 것일 수 있다. 이는 증착이 진행됨에 따라 돌기형 구조체(120) 상부의 높은 곡률로 인해 상부에 음전하의 축적이 유도되고 양전하를 띤 금속 이온의 증착을 유도할 수 있기 때문이다. 또한, 이러한 불균일한 증착은 이미 증착된 금속 함유 나노입자(140)에 의한 음영효과(shadow effect)에 기인한다. 즉, 기판(110) 표면 부분에는 이미 증착된 금속 함유 나노입자(140)에 가려져 도달하는 라만활성물질의 양이 현저히 감소하게 되어 돌기형 구조체(120)의 상부 부분에 점점 라만활성물질이 보다 더 집중적으로 증착되게 된다.
The Raman active material may be initially deposited uniformly on the surface of the
상기 금속은 Au, Ag, Cu, Pt 및 Pd, 및 이의 합금으로 구성된 군에서 선택된 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
The metal may be selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Pt and Pd, and alloys thereof, but is not limited thereto.
금속 함유 나노입자(140)는 도 1에 도시된 바와 같이 상부에 집중적으로 형성된 결과 금속 함유 나노입자(140) 간 나노갭을 형성할 수 있으며, 금속 함유 나노입자(140)는 하부의 금속 함유 박막층(134)과도 인접하기 때문에 이 사이에도 나노갭을 형성할 수 있다.
The metal-containing
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판을 나타낸 도면이다.
2 is a view illustrating a substrate including a plurality of nanogaps according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판은 기판(110), 돌기형 구조체(120), 연속층(130) 및 금속 함유 나노입자(140)를 포함한다.
Referring to FIG. 2, a substrate including a plurality of nanogaps according to another embodiment of the present invention includes a
본 발명의 다른 실시예에서는 돌기형 구조체(120)를 형성하기까지는 본 발명의 일실시예와 같고, 이후 금속 함유 나노입자(140)를 증착하게 된다.
In another embodiment of the present invention, until the protruding
금속 함유 나노입자(140)를 증착도중 라만활성물질의 증착을 중단하고 무기물 함유 박막층(132), 금속 함유 박막층(134) 및 무기물 함유 박막층(136)을 포함하는 연속층(130)을 증착한다.
The deposition of the Raman active material during deposition of the metal-containing
연속층(130)의 증착 이후 다시 라만활성물질을 증착시켜 금속 함유 나노입자(140)의 형성을 완료한다.
After the deposition of the
본 발명의 다른 실시예에서와 같이 연속층(130)은 금속 함유 나노입자(140)와 별개로 형성할 수도 있으며 금속 함유 나노입자(140) 내부에 형성할 수도 있다.
As in other embodiments of the present invention, the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조과정을 나타낸 도면이다.
FIG. 3 illustrates a process of fabricating a substrate having a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 3의 (A) 및 (B) 참조하면, 먼저 기판(110)을 가공하여 상부 돌출곡면을 갖는 서로 이격된 돌기형 구조체(120)를 형성하는 것을 알 수 있다. 돌기형 구조체(120)는 건식 식각을 이용하여 형성할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
Referring to FIGS. 3A and 3B, it can be seen that the
도 3의 (C), (D) 및 (E)는 연속층(130)을 순차적으로 형성하는 것을 모식적으로 나타낸다. 연속층(130)은 무기물 함유 박막층(132), 금속 함유 박막층(134) 및 무기물 함유 박막층(136)을 순차적으로 증착하여 형성할 수 있다.
(C), (D) and (E) of FIG. 3 schematically show the sequential formation of the
도 3의 (F)를 참조하면, 연속층(130)이 증착된 기판(110)에 라만활성물질을 진공증착시켜 금속 함유 나노입자(140)를 형성한 것을 알 수 있다. 라만활성물질은 초기에는 상기 기판(110) 표면 및 돌기형 구조체(120)에 균일하게 증착되나, 시간이 지남에 따라 돌기형 구조체(120)의 상부에 집중적으로 증착되다. 이에 따라, 금속 함유 나노입자(140)는 도 3의 (F)에서 도시된 바과 같이 상부에 구형 또는 타원형으로 형성된 모양을 갖는다.
Referring to FIG. 3 (F), it can be seen that the metal-containing
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조과정을 나타낸 도면이다.
4 is a view illustrating a process of fabricating a substrate including a plurality of nanogaps according to another embodiment of the present invention.
도 4의 (A) 및 (B) 참조하면, 먼저 기판(110)을 가공하여 상부 돌출곡면을 갖는 서로 이격된 돌기형 구조체(120)를 형성하는 것을 알 수 있다. 돌기형 구조체(120)는 건식 식각을 이용하여 형성할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
Referring to FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the
도 4의 (C) 및 (D)는 연속층(130)을 순차적으로 형성하는 것을 모식적으로 나타낸다. 연속층(130)은 금속 함유 박막층(134) 및 무기물 함유 박막층(136)을 순차적으로 증착하여 형성할 수 있다.
4C and 4D schematically show that the
도 4의 (E)를 참조하면, 연속층(130)이 증착된 기판(110)에 라만활성물질을 진공증착시켜 금속 함유 나노입자(140)를 형성한 것을 알 수 있다. 라만활성물질은 초기에는 상기 기판(110) 표면 및 돌기형 구조체(120)에 균일하게 증착되나, 시간이 지남에 따라 돌기형 구조체(120)의 상부에 집중적으로 증착되다. 이에 따라, 금속 함유 나노입자(140)는 도 4의 (E)에서 도시된 바과 같이 상부에 구형 또는 타원형으로 형성된 모양을 갖는다.
Referring to FIG. 4E, it can be seen that the metal-containing
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 함유 박막층(132), 무기물 함유 박막층(134) 및 금속 함유 박막층(136)이 순차적으로 형성된 연속층(130)의 표면 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
5 is a SEM image of a surface of a
도 5에서의 연속층(130)은 2분 동안 200W의 RF세기에서 식각된 돌기형 구조체(120)에 증착된 것이다. 연속층(130)은 무기물 함유 박막층(SiO2 5nm), 금속 함유 박막층(Ag 10nm) 및 무기물 함유 박막층(SiO2 10nm)로 순차적으로 형성하였다.
The
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
6 is a SEM image of a substrate having a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention.
도 6에서 연속층(130)은 도 5에서의 연속층(130)과 동일하며, 연속층(130)을 형성한 다음 라만활성물질인 Ag를 80nm로 진공증착하여 금속 함유 나노입자(140)를 형성한 것이다. 도 6을 참조하면, 금속 함유 나노입자(140) 간에 미세한 나노갭이 형성된 것을 관측할 수 있다.
5, the
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 반사 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 이 때 복수의 나노갭을 포함하는 기판은 도 6에서와 동일한 것을 사용하였다.
7 is a diagram illustrating a reflection spectrum of a substrate including a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention. At this time, a substrate having a plurality of nanogaps was used as in FIG.
도 7의 반사 스펙트럼에서는 금속 함유 나노입자(140)간의 나노갭과 무기물 함유 박막을 사이에 둔 금속 간에서 발생하는 나노갭으로 이루어진 복수의 나노갭에서 발생하는 플라즈몬 특성에 의해 400 nm 부근에서 발생하는 광흡수의 결과로써 동일 파장대에서 급격한 광반사 저하 특성이 나타났다.
In the reflection spectrum of FIG. 7, a plasmon generated at a plurality of nano-gaps composed of nano-gaps generated between metals having a nano-gap between the metal-containing
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 라만 신호 세기의 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 이 때 복수의 나노갭을 포함하는 기판은 도 6에서와 동일한 것을 사용하여 벤젠티올(benzenethiol, BT) 용액의 라만 신호의 세기를 측정하였다. 실험 조건은 아래와 같다.
8 is a view showing a spectrum of a Raman signal intensity of a substrate including a plurality of nanogaps according to an embodiment of the present invention. At this time, the substrate including the plurality of nanogaps was measured for the intensity of the Raman signal of the benzenethiol (BT) solution using the same thing as in FIG. The experimental conditions are as follows.
- 여기 레이저 파장: 514 nm- excitation laser wavelength: 514 nm
- 대물렌즈(objective lens) 배율: 50x- objective lens magnification: 50x
- 스팟 사이즈(spot size): ~2㎛- Spot size: ~ 2㎛
- 파워: 0.5mW- Power: 0.5mW
- 벤젠티올 용액 농도: 에탄올(ethanol) 내 2mmol- benzene Thiol solution concentration: 2 mmol in ethanol
- 노출 시간: 10 sec
- Exposure time: 10 sec
도 8의 복수의 나노갭을 포함하는 기판으로부터 벤젠티올에 대한 라만 신호가 검출되었다.
A Raman signal for benzenethiol was detected from a substrate comprising a plurality of nanogaps in FIG.
본 발명의 실시예에 따른 복수의 나노갭을 포함하는 기판은 금속 함유 나노입자(140)간 나노갭을 형성할 뿐만 아니라 금속 함유 나노입자(140)와 연속층(130) 내의 금속 함유 박막층(134) 간에 나노갭이 형성되어 복수의 나노갭이 다수의 핫스팟(hot spots)을 유도함으로써 향상된 플라즈몬 공명의 증폭 효과를 얻을 수 있다.
The substrate having a plurality of nanogaps according to the embodiment of the present invention not only forms the nanogap between the
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
110: 기판
120: 돌기형 구조체
130: 연속층
132: 무기물 함유 박막층
134: 금속 함유 박막층
136: 무기물 함유 박막층
140: 금속 함유 나노입자110: substrate
120: protruding structure
130: continuous layer
132: inorganic thin film layer
134: metal-containing thin film layer
136: inorganic thin film layer
140: metal-containing nanoparticles
Claims (26)
상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체 상에 형성된 금속 함유 나노입자; 및
상기 기판과 금속 함유 나노입자 사이에 형성되고, 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층을 포함하는 연속층;을 포함하되,
상기 무기물 함유 박막층의 두께는 100nm 이하이고,
상기 금속 함유 나노입자 간, 상기 금속 함유 나노입자와 상기 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성되고,
상기 연속층은 금속 함유 박막층 및 무기물 함유 박막층이 순차적으로 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
A substrate on which protruding structures spaced apart from each other are formed;
Metal-containing nanoparticles formed on the substrate surface and the protruding structure; And
And a continuous layer formed between the substrate and the metal-containing nanoparticles, the continuous layer including an inorganic-containing thin film layer and a metal-containing thin film layer,
The thickness of the inorganic material-containing thin film layer is 100 nm or less,
A nanogap is formed between the metal-containing nanoparticles, between the metal-containing nanoparticles and the metal-containing thin-film layer,
The continuous layer may be formed by sequentially forming a metal-containing thin film layer and an inorganic material-
And a plurality of nano-gaps.
상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체 상에 형성된 금속 함유 나노입자; 및
상기 금속 함유 나노입자 내부에 형성되고, 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층을 포함하는 연속층;을 포함하되,
상기 무기물 함유 박막층의 두께는 100nm 이하이고,
상기 금속 함유 나노입자 간, 상기 금속 함유 나노입자와 상기 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
A substrate on which protruding structures spaced apart from each other are formed;
Metal-containing nanoparticles formed on the substrate surface and the protruding structure; And
And a continuous layer formed inside the metal-containing nanoparticle and including an inorganic-containing thin film layer and a metal-containing thin film layer,
The thickness of the inorganic material-containing thin film layer is 100 nm or less,
Containing nanoparticles, a nanogap formed between the metal-containing nanoparticles and the metal-containing thin-film layer
And a plurality of nano-gaps.
상기 연속층은 무기물 함유 박막층으로 분리된 두 개의 금속 함유 박막층을 포함하되,
상기 두 개의 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the continuous layer comprises two metal-containing thin film layers separated by an inorganic material-containing thin film layer,
A nanogap formed between the two metal-containing thin film layers
And a plurality of nano-gaps.
상기 연속층은 무기물 함유 박막층, 금속 함유 박막층 및 무기물 함유 박막층이 순차적으로 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The continuous layer is formed by successively forming an inorganic material-containing thin film layer, a metal-containing thin film layer, and an inorganic material-
And a plurality of nano-gaps.
상기 돌기형 구조체는 상부가 하부보다 곡률이 크게 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The protruding structure is formed such that the upper portion has a larger curvature than the lower portion
And a plurality of nano-gaps.
상기 돌기형 구조체는 나노 임프린팅, 나노 리소그래피 및 건식 식각 중 어느 하나를 이용하여 형성한 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The protruding structure may be formed using any one of nanoimprinting, nanolithography, and dry etching
And a plurality of nano-gaps.
상기 건식 식각은 아르곤, 산소, 수소, 헬륨 및 질소 기체로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 기체를 사용하여 수행되는 플라즈마 건식 식각인 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
8. The method of claim 7,
Wherein the dry etching is a plasma dry etching performed using at least one gas selected from the group consisting of argon, oxygen, hydrogen, helium, and nitrogen gas
And a plurality of nano-gaps.
상기 기판은 아크릴계 고분자(Acrylic polymers), 폴리에테르설폰 (Polyethersulfone; PES), 폴리시클로올레핀 (Polycycloolefin; PCO), 폴리우레탄 (polyiourethane) 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)로 구성된 군으로부터 선택된 고분자 기판인 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The substrate is a polymer substrate selected from the group consisting of acrylic polymers, polyethersulfone (PES), polycycloolefin (PCO), polyurethane resin and polycarbonate (PC)
And a plurality of nano-gaps.
상기 무기물은 Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, Si, Sn, Ta, Te, Ti, W, Zn, Zr, Yb로 구성된 군에서 선택된 금속의 산화물(oxide), 질화물(nitride), 산화물-질화물의 화합물(oxynitride) 및 불화 마그네슘(Magnesium fluoride) 중 어느 하나인 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The inorganic material may be at least one of Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, Si, Sn, Ta, , Oxide, nitride, oxynitride, and magnesium fluoride of a metal selected from the group consisting of Zn, Zr, and Yb
And a plurality of nano-gaps.
상기 무기물 함유 박막층 및 상기 금속 함유 박막층은 화학기상증착(CVD), 스퍼터링(sputtering) 및 이베퍼레이션(evaporation) 중 어느 하나를 이용하여 형성한 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The inorganic material-containing thin film layer and the metal-containing thin film layer may be formed using any one of chemical vapor deposition (CVD), sputtering, and evaporation
And a plurality of nano-gaps.
상기 금속 함유 나노입자는 라만활성물질을 진공증착시켜 형성하며,
상기 라만활성물질은 초기에는 상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체에 균
일하게 증착되나 증착이 진행됨에 따라 상기 돌기형 구조체의 상부에 집중적으로 증착되는 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
The method according to claim 1,
The metal-containing nanoparticles are formed by vacuum-depositing a Raman active material,
The Raman active material is initially applied to the surface of the substrate and the protruding structure
But is deposited intensively on the top of the protruding structure as the deposition progresses
And a plurality of nano-gaps.
상기 금속은 Au, Ag, Cu, Pt 및 Pd, 및 이의 합금으로 구성된 군에서 선택된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The metal is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Pt and Pd, and an alloy thereof
And a plurality of nano-gaps.
기판을 가공하여 돌기형 구조체를 형성하는 단계;
상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체 상에 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층을 포함하는 연속층을 형성하는 단계; 및
상기 연속층이 형성된 기판 표면 및 돌기형 구조체 상에 금속 함유 나노입자를 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 연속층은 금속 함유 박막층 및 무기물 함유 박막층이 순차적으로 형성되고,
상기 금속 함유 나노입자 간, 상기 금속 함유 나노입자와 상기 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
7. A method of manufacturing a substrate comprising a plurality of nanogaps as set forth in claim 1,
Forming a protruding structure by processing a substrate;
Forming a continuous layer including an inorganic-containing thin-film layer and a metal-containing thin-film layer on the substrate surface and the protruding structure; And
And forming metal-containing nanoparticles on the substrate surface and the protruding structure on which the continuous layer is formed,
Wherein the continuous layer is formed by sequentially forming a metal-containing thin film layer and an inorganic material-
Containing nanoparticles, a nanogap formed between the metal-containing nanoparticles and the metal-containing thin-film layer
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
기판을 가공하여 돌기형 구조체를 형성하는 단계;
상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체 상에 금속 함유 나노입자를 형성하는 단계; 및
상기 금속 함유 나노입자가 형성되는 중간에 무기물 함유 박막층 및 금속 함유 박막층을 포함하는 연속층을 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 금속 함유 나노입자 간, 상기 금속 함유 나노입자와 상기 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
A method for manufacturing a substrate including a plurality of nanogaps described in claim 2,
Forming a protruding structure by processing a substrate;
Forming metal-containing nanoparticles on the substrate surface and the protruding structure; And
Forming a continuous layer including an inorganic-containing thin film layer and a metal-containing thin film layer in the middle of the formation of the metal-containing nanoparticles,
Containing nanoparticles, a nanogap formed between the metal-containing nanoparticles and the metal-containing thin-film layer
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 연속층은 무기물 함유 박막층으로 분리된 두 개의 금속 함유 박막층을 포함하되,
상기 두 개의 금속 함유 박막층 간에 나노갭이 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
16. The method according to any one of claims 14 and 15,
Wherein the continuous layer comprises two metal-containing thin film layers separated by an inorganic material-containing thin film layer,
A nanogap formed between the two metal-containing thin film layers
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 연속층은 무기물 함유 박막층, 금속 함유 박막층 및 무기물 함유 박막층이 순차적으로 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
16. The method according to any one of claims 14 and 15,
The continuous layer is formed by successively forming an inorganic material-containing thin film layer, a metal-containing thin film layer, and an inorganic material-
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 돌기형 구조체는 상부가 하부보다 곡률이 크게 형성된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
16. The method according to any one of claims 14 and 15,
The protruding structure is formed such that the upper portion has a larger curvature than the lower portion
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 돌기형 구조체는 나노 임프린팅, 나노 리소그래피 및 건식 식각 중 어느 하나를 이용하여 형성한 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
16. The method according to any one of claims 14 and 15,
The protruding structure may be formed using any one of nanoimprinting, nanolithography, and dry etching
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 건식 식각은 아르곤, 산소, 수소, 헬륨 및 질소 기체로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 기체를 사용하여 수행되는 플라즈마 건식 식각인 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
21. The method of claim 20,
Wherein the dry etching is a plasma dry etching performed using at least one gas selected from the group consisting of argon, oxygen, hydrogen, helium, and nitrogen gas
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 기판은 아크릴계 고분자(Acrylic polymers), 폴리에테르설폰 (Polyethersulfone; PES), 폴리시클로올레핀 (Polycycloolefin; PCO), 폴리우레탄 (polyiourethane) 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)로 구성된 군으로부터 선택된 고분자 기판인 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
16. The method according to any one of claims 14 and 15,
The substrate is a polymer substrate selected from the group consisting of acrylic polymers, polyethersulfone (PES), polycycloolefin (PCO), polyurethane resin and polycarbonate (PC)
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 무기물은 Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, Si, Sn, Ta, Te, Ti, W, Zn, Zr, Yb로 구성된 군에서 선택된 금속의 산화물(oxide), 질화물(nitride), 산화물-질화물의 화합물(oxynitride) 및 불화 마그네슘(Magnesium fluoride) 중 어느 하나인 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
16. The method according to any one of claims 14 and 15,
The inorganic material may be at least one of Al, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Cd, Dy, Ga, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mo, Ni, Rb, Sc, Si, Sn, Ta, , Oxide, nitride, oxynitride, and magnesium fluoride of a metal selected from the group consisting of Zn, Zr, and Yb
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 무기물 함유 박막층 및 상기 금속 함유 나노입자는 화학기상증착(CVD), 스퍼터링(sputtering) 및 이베퍼레이션(evaporation) 중 어느 하나를 이용하여 형성한 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
16. The method according to any one of claims 14 and 15,
The inorganic-material-containing thin film layer and the metal-containing nanoparticles may be formed using any one of chemical vapor deposition (CVD), sputtering, and evaporation
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 금속 함유 나노입자는 라만활성물질을 진공증착시켜 형성하며,
상기 라만활성물질은 초기에는 상기 기판 표면 및 상기 돌기형 구조체에 균일하게 증착되나 증착이 진행됨에 따라 상기 돌기형 구조체의 상부에 집중적으로 증착되는 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.
15. The method of claim 14,
The metal-containing nanoparticles are formed by vacuum-depositing a Raman active material,
The Raman active material is uniformly deposited on the substrate surface and the protruding structure at the beginning, but is concentratedly deposited on the protruding structure as the deposition progresses
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
상기 금속은 Au, Ag, Cu, Pt 및 Pd, 및 이의 합금으로 구성된 군에서 선택된 것
을 특징으로 하는 복수의 나노갭을 포함하는 기판의 제조방법.16. The method according to any one of claims 14 and 15,
The metal is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Pt and Pd, and an alloy thereof
≪ / RTI > wherein the nanocrystals comprise a plurality of nanogaps.
Priority Applications (4)
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020140129531A KR101687697B1 (en) | 2014-09-26 | 2014-09-26 | substrate having multiple nano-gap and fabricating method for the same |
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ID=55790361
Family Applications (1)
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-
2014
- 2014-09-26 KR KR1020140129531A patent/KR101687697B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101097205B1 (en) * | 2010-07-13 | 2011-12-21 | 포항공과대학교 산학협력단 | Fabrication method of substrate for surface enhanced raman scattering |
| WO2014025038A1 (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | 浜松ホトニクス株式会社 | Surface-enhanced raman scattering element, and method for manufacturing surface-enhanced raman scattering element |
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| KR20160037371A (en) | 2016-04-06 |
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