KR102278221B1 - Method for configurating platinum nanostructures using a sacrificial indium layer - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법은 기판이 펄스 레이저 증착 챔버(PLD)에서 다이싱(dicing) 및 탈기(degassed)되는 단계; 탈기된 상기 기판을 스퍼터 챔버에서 인듐-백금의 이중 층으로 증착하는 단계; 인듐-백금의 이중 층이 증착된 기판이 상기 펄스 레이저 증착 챔버에 재배치되어 상기 인듐-백금의 이중 층이 증착된 기판이 어닐링(annealing)되는 단계; 및
상기 펄스 레이저 증착 챔버에서 상기 인듐-백금의 이중 층이 증착된 기판을 디웨팅하는 단계를 포함하며, 상기 이중 층으로 증착하는 단계는 6nm 두께의 인듐-백금의 이중 층이 상기 기판에 증착된다. In the method of forming platinum nanoparticles through dewetting of a solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer according to an embodiment of the present invention, the substrate is diced in a pulsed laser deposition chamber (PLD). and being degassed; depositing the degassed substrate as a double layer of indium-platinum in a sputter chamber; a substrate on which the double layer of indium-platinum is deposited is relocated to the pulsed laser deposition chamber to anneal the substrate on which the double layer of indium-platinum is deposited; and
and dewetting a substrate on which the double layer of indium-platinum is deposited in the pulsed laser deposition chamber, wherein the step of depositing the double layer deposits a double layer of indium-platinum 6 nm thick on the substrate.

Figure 112019076644135-pat00007
Figure 112019076644135-pat00007

Description

희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법{METHOD FOR CONFIGURATING PLATINUM NANOSTRUCTURES USING A SACRIFICIAL INDIUM LAYER}METHOD FOR CONFIGURATING PLATINUM NANOSTRUCTURES USING A SACRIFICIAL INDIUM LAYER

본 발명은 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 희생 인듐 층을 사용하여 백금 원자의 확산성을 향상시키고, 형상 및 분포 균일성이 향상된 백금 나노 구조를 생성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer, and more particularly, to a platinum nanostructure with improved diffusivity of platinum atoms and improved shape and distribution uniformity using a sacrificial indium layer. It is about how to create

최근, 귀금속 나노 구조체(noble metallic nanostructure)에 대한 연구를 기반으로 하여, 플라즈몬(plasmon) 및 광전자(photoelectron)를 바탕으로 생성된 금속 나노 입자가 광전자 소자, 태양 전지, 연료 전지, 센서, 광촉매 및 생물 의학 장치 등 다양한 기술 분야에 산업적으로 응용 가능함이 입증되었다.Recently, based on research on noble metallic nanostructures, metal nanoparticles generated based on plasmons and photoelectrons have been used in optoelectronic devices, solar cells, fuel cells, sensors, photocatalysts and biological materials. It has been proven to be industrially applicable to various technological fields such as medical devices.

의료, 생물 및 전기 에너지 저장 기술 분야에서는 귀금속 나노 구조를 구성하는 나노 입자(NanoParticles, NP)의 치수, 구성, 배열 및 균일성을 기술 분야별로 고려하여, 각 분야에 필요한 광학적, 촉매적, 자기적 및 전자적 성질을 가지는 귀금속 나노 구조를 상용화 하고 있는 추세이다.In the field of medical, biological and electrical energy storage technology, the dimensions, composition, arrangement, and uniformity of nanoparticles (NanoParticles, NPs) constituting noble metal nanostructures are considered for each technical field, and the optical, catalytic, and magnetic fields required for each field are considered. and the trend of commercializing noble metal nanostructures with electronic properties.

그리고 이렇게 귀금속 나노 구조를 생성하기 위해, 종래에는 SSD(Solid State Dewetting, SSD) 방법으로 금속 나노 입자(NP)를 제조하였다. And, in order to generate such a noble metal nanostructure, metal nanoparticles (NP) were conventionally prepared by a solid state dewetting (SSD) method.

금속과 전자기파의 상호작용은 주로 금속 내부의 자유전자의 거동에 의해 기술되는데, 플라즈몬(plasmon)은 금속의 광학적 성질에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. The interaction between metals and electromagnetic waves is mainly described by the behavior of free electrons inside the metal, and plasmons play a very important role in the optical properties of metals.

표면 플라즈몬(surface plasmon)은 금속 표면에서의 자유전자의 집단적인 진동을 의미하는데, 국소 표면 플라즈몬(localized surface plasmon)은 나노 입자(NanoParticles, NP)와 같은 금속 나노 구조의 표면에 국한되어 존재하는 표면 플라즈몬을 의미한다.Surface plasmon refers to the collective vibration of free electrons on the surface of a metal. Localized surface plasmon is a surface that exists locally on the surface of metal nanostructures such as nanoparticles (NanoParticles, NPs). It means plasmon.

국소 표면 플라즈몬은 입사하는 빛에 의해 쉽게 여기(excitation, 전자의 에너지 준위가 높아진 상태)될 수 있는데, 이를 국소 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance, LSPR)이라 한다. Localized surface plasmon can be easily excited (excitation, a state in which the energy level of electrons is increased) by incident light, which is called localized surface plasmon resonance (LSPR).

국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)이 발생하면, 입사하는 빛의 전기장은 나노 구조 표면 부근에서 강하게 증폭되며, 빛의 흡수와 산란이 매우 증대된다.When local surface plasmon resonance (LSPR) occurs, the electric field of incident light is strongly amplified near the surface of the nanostructure, and absorption and scattering of light are greatly increased.

국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 발생시키는 빛의 파장, 대역폭 및 피크(peak) 위치는 나노 입자(NP)의 물질, 크기, 모양, 배열, 기하학 및 주변 환경을 모두 고려한 함수에 의해 결정되며, 이러한 함수는 플라즈몬 나노 입자의 구조적 요인을 제어함으로써 조정할 수 있다.The wavelength, bandwidth, and peak position of light generating local surface plasmon resonance (LSPR) are determined by a function that considers all of the material, size, shape, arrangement, geometry, and surrounding environment of nanoparticles (NPs). The function can be tuned by controlling the structural factors of the plasmonic nanoparticles.

즉, 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)의 여기(excitation), 표면 대 부피 비율, 높은 담체 농도 및 이동성의 증가에 의해, 금속 나노 입자들의 결합을 통하여 금속 나노 입자의 광학적, 자기적 및 촉매적 특성을 변형하거나 향상시킬 수 있다.That is, the optical, magnetic and catalytic properties of metal nanoparticles can be improved through the bonding of metal nanoparticles by excitation of local surface plasmon resonance (LSPR), surface-to-volume ratio, high carrier concentration, and increase in mobility. can be modified or improved.

이때, 금속 나노 입자의 크기, 배열, 간격 및 밀도와 같은 금속 나노 입자 형태를 조절함으로써 체계적으로 금속 나노 입자의 성질을 변형시키는 것이다.In this case, the properties of the metal nanoparticles are systematically modified by controlling the shape of the metal nanoparticles such as the size, arrangement, spacing, and density of the metal nanoparticles.

예를 들어, 금(Au)과 은(Ag)은 우수한 플라즈몬 특성을 나타내는 대표적 물질인데, 이들 물질의 나노 입자(NP)나 나노 구조를 사용하여 태양 전지의 효율을 향상시키고자 하는 연구가 많이 이루어져 왔다.For example, gold (Au) and silver (Ag) are representative materials showing excellent plasmonic properties, and many studies have been made to improve the efficiency of solar cells using nanoparticles (NP) or nanostructures of these materials. come.

특히, 금(Au)의 나노 입자(NanoParticles, NP)는 넓은 표면 대 부피 비율의 플라즈몬 특성을 가지고 있다.In particular, gold (Au) nanoparticles (NanoParticles, NPs) have plasmonic properties with a large surface-to-volume ratio.

이러한 금(Au)의 특성을 이용하여, 금 나노 입자(Au NP)의 입자 크기를 조절하여 흡수 파장을 조정하거나, 금(Au) 나노 입자들의 결합을 증가시켜 태양 전지의 전력 변환 효율을 높일 수 있다. By using these properties of gold (Au), the absorption wavelength can be adjusted by adjusting the particle size of gold nanoparticles (Au NPs), or the power conversion efficiency of a solar cell can be increased by increasing the bonding of gold (Au) nanoparticles. have.

이러한 효율 변환은 크게 여러 가지 현상에 기인한다.This efficiency conversion is largely due to various phenomena.

하나는 금 나노 입자(Au NP) 주변에서의 전기장 증폭으로 인해 광 흡수가 증대될 수 있기 때문이고, 다른 하나는 금 나노 입자(Au NP)에 의한 산란으로 빛의 광경로(optical path)가 증가하여 광 흡수층의 광학적 두께가 증대되는 효과가 있기 때문이다. One is because light absorption may be increased due to electric field amplification around the gold nanoparticles (Au NPs), and the other is because the optical path of light is increased due to scattering by the gold nanoparticles (Au NPs). This is because there is an effect of increasing the optical thickness of the light absorption layer.

또 다른 하나는 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)의 여기(excitation)에 의한 광 생성된 여기자(exciton)의 속도가 증가되고, 국소 표면 플라즈몬 공명의 광 흡수 대역폭이 나노 입자의 크기에 의해 결정되기 때문이다. Another is that the speed of photogenerated excitons by excitation of local surface plasmon resonance (LSPR) is increased, and the light absorption bandwidth of local surface plasmon resonance is determined by the size of nanoparticles. .

이러한 현상들 모두 궁극적으로 태양전지의 광 수확을 증대시키는 효과를 가지며, 광 수확의 증대로 흡수층에서 보다 많은 전하가 생성되면 이는 태양전지의 전류밀도와 에너지 변환 효율의 향상을 가져올 수 있다.All of these phenomena have the effect of ultimately increasing the light harvest of the solar cell, and when more charges are generated in the absorption layer due to the increase of the light harvest, this can bring about improvement in the current density and energy conversion efficiency of the solar cell.

이와 같이, 은(Ag)과 금(Au) 나노 입자 배열에 대한 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)과 금속, 유전체 또는 반도체 활성층과의 상호 작용에 대한 집중적인 연구가 이루어지고 있다.As such, intensive studies have been conducted on the interaction between local surface plasmon resonance (LSPR) and metal, dielectric, or semiconductor active layers for an array of silver (Ag) and gold (Au) nanoparticles.

또한, 금(Au) 이외에도 백금(Pt) 나노 입자는 우수한 전자 특성, 화학적 내구성, 수소 친화성 및 플라즈몬 공진 특성 때문에, 다양한 촉매 반응, 수소 저장 및 광학 장치에 광범위하게 응용된다.In addition to gold (Au), platinum (Pt) nanoparticles are widely applied in various catalytic reactions, hydrogen storage and optical devices because of their excellent electronic properties, chemical durability, hydrogen affinity and plasmon resonance properties.

예를 들어, Anatase TiO2에 내장된 백금(Pt) 나노 입자는 가시광 조사 시, 광 촉매 효율이 크게 증가되는데, 이는 백금(Pt) 나노 입자와 이산화티타늄(TiO2) 사이의 효율적인 전자 이동으로 인해, 계면에서 O2가 감소되고 전하의 분리가 촉진되기 때문이다.For example, the platinum (Pt) nanoparticles embedded in Anatase TiO 2 greatly increase the photocatalytic efficiency when irradiated with visible light, which is due to the efficient electron transfer between the platinum (Pt) nanoparticles and titanium dioxide (TiO 2 ). , because O 2 is reduced at the interface and the separation of charges is promoted.

이와 같이, 백금(Pt)에 가시 광이 조사되면 백금 나노 입자(Pt NP)는 광자를 흡수하므로, 산화 환원 반응에서 광전류 및 광촉매 활성을 향상시키는데 10nm 이하의 백금 나노 입자(Pt NP)가 사용되고 있다.As such, when visible light is irradiated to platinum (Pt), platinum nanoparticles (Pt NPs) absorb photons, so platinum nanoparticles (Pt NPs) of 10 nm or less are used to improve photocurrent and photocatalytic activity in redox reactions. .

하지만, 은(Ag)과 금(Au)같이 귀금속에 포함되는 백금(Pt)의 플라즈몬 특성에 대하여는 현재 거의 탐구되고 있지 않은 실정이다.However, the plasmonic properties of platinum (Pt) included in noble metals such as silver (Ag) and gold (Au) have not been explored at present.

이는, 백금 나노 입자(Pt NP)의 제조 과정이 어렵다는 데 그 원인이 있다.This is because the manufacturing process of platinum nanoparticles (Pt NPs) is difficult.

즉, 백금(Pt) 원자는 은(Ag)과 금(Au)보다는 낮은 확산도를 가지고, 은(Ag)과 금(Au)에 비해 형태학적 및 구조적 동조성이 더 제한됨에 따라, 종래에 백금 나노 입자(Pt NP)를 생성하기 위해서는 800℃ 이상의 높은 온도에서 디웨팅 공정을 수행할 필요가 있었다.That is, platinum (Pt) atoms have a lower diffusivity than silver (Ag) and gold (Au) and have more limited morphological and structural conformation compared to silver (Ag) and gold (Au). In order to produce (Pt NP), it was necessary to perform a dewetting process at a high temperature of 800 °C or higher.

이러한 높은 온도 속에서 행해지는 공정 때문에, 물리적으로 기판 상에 백금을 증착하거나 어닐링(annealing)하는 과정이 현실적으로 복잡하고 어려웠다.Due to the process performed at such a high temperature, a process of physically depositing or annealing platinum on a substrate is complicated and difficult in reality.

따라서, 종래에는 생성되는 백금 나노 입자의 구성을 개선하거나, 백금 나노 입자 간 간극을 축소하고 균일성을 개선하는 것에 중점을 둔 연구가 많이 진행되었다.Therefore, in the prior art, many studies focused on improving the composition of the platinum nanoparticles produced, reducing the gap between the platinum nanoparticles, and improving the uniformity have been conducted.

하지만, 대부분의 연구는 백금 박막의 높은 열 안정성뿐만 아니라 백금 나노 입자의 낮은 확산도로 인해 별 성과가 없었다.However, most of the studies were not successful due to the high thermal stability of the platinum thin film as well as the low diffusivity of the platinum nanoparticles.

금속 나노입자에 관한 기술은 J H He, P H Chang, C Y Chen and K T Tsai Published 11 March 2009 ㆍIOP Publishing Ltd. Nanotechnology, Volume 20, Number 13에서 "Electrical and optoelectronic characterization of a ZnO nanowire contacted by focused-ion-beam-deposited Pt" 에 기재된 바 있다.The technology on metal nanoparticles is J H He, P H Chang, C Y Chen and K T Tsai Published 11 March 2009 ㆍIOP Publishing Ltd. It has been described in "Electrical and optoelectronic characterization of a ZnO nanowire contacted by focused-ion-beam-deposited Pt" in Nanotechnology, Volume 20, Number 13.

"Electrical and optoelectronic characterization of a ZnO nanowire contacted by focused-ion-beam-deposited Pt" J H He, P H Chang, C Y Chen and K T Tsai Published 11 March 2009 ㆍIOP Publishing Ltd. Nanotechnology, Volume 20, Number 13."Electrical and optoelectronic characterization of a ZnO nanowire contacted by focused-ion-beam-deposited Pt" J H He, P H Chang, C Y Chen and K T Tsai Published 11 March 2009 ㆍIOP Publishing Ltd. Nanotechnology, Volume 20, Number 13.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 확산 계수가 낮은 백금(Pt)을 사용하더라도, 크기와 형태가 뚜렷하며, 형상 및 분포 균일성이 향상된 백금 나노 입자를 제조하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention is to improve the above-mentioned problems, and even when platinum (Pt) having a low diffusion coefficient is used, the size and shape are clear, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing platinum nanoparticles with improved shape and distribution uniformity. .

또한, 본 발명은 상술한 다른 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 백금 나노 입자의 형태와 분포를 균일하게 하여, 백금 나노 입자의 광학적 특성을 개선하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to improve the other problems described above, and to provide a method for improving the optical properties of platinum nanoparticles by making the shape and distribution of the platinum nanoparticles uniform.

또한, 본 발명은 상술한 또 다른 문제점을 개선하기 위해, 희생 인듐 층을 사용하는 변형 고체 상태 디웨팅(Altered Solid State Dewetting, ASSD) 공정을 백금 나노 입자의 형성 과정에 적용하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of applying an Altered Solid State Dewetting (ASSD) process using a sacrificial indium layer to a process of forming platinum nanoparticles in order to improve another problem described above.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판이 펄스 레이저 증착 챔버(PLD)에서 다이싱(dicing) 및 탈기(degassed)되는 단계; 탈기된 상기 기판을 스퍼터 챔버에서 인듐-백금의 이중 층으로 증착하는 단계; 인듐-백금의 이중 층이 증착된 기판이 상기 펄스 레이저 증착 챔버에 재배치되어 상기 인듐-백금의 이중 층이 증착된 기판이 어닐링(annealing)되는 단계; 및 상기 펄스 레이저 증착 챔버에서 상기 인듐-백금의 이중 층이 증착된 기판을 디웨팅하는 단계를 포함하며, 상기 이중 층으로 증착하는 단계는 6nm 두께의 인듐-백금의 이중 층이 상기 기판에 증착되는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, a substrate is diced and degassed in a pulsed laser deposition chamber (PLD); depositing the degassed substrate as a double layer of indium-platinum in a sputter chamber; a substrate on which the double layer of indium-platinum is deposited is relocated to the pulsed laser deposition chamber to anneal the substrate on which the double layer of indium-platinum is deposited; and dewetting the substrate on which the double layer of indium-platinum is deposited in the pulsed laser deposition chamber, wherein the depositing as the double layer comprises depositing a double layer of indium-platinum with a thickness of 6 nm on the substrate. , a method for constructing platinum nanoparticles through dewetting of an indium-platinum (In-Pt) double layer in a solid state is provided.

또한, 상기 다이싱 및 탈기되는 단계는, 상기 기판이 6×6mm2의 사각형으로 잘려지는 제A-1 단계; 및 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부가 1×10-4 Torr 및 600℃의 조건으로 설정되고, 이러한 조건하에서 상기 6×6mm2의 사각형으로 잘려진 기판이 30분 동안 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부에 유지되는 제A-2 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the dicing and degassing may include: a step A-1 in which the substrate is cut into a square of 6×6 mm 2 ; and the inside of the pulsed laser deposition chamber is set under conditions of 1×10 −4 Torr and 600° C., and the substrate cut into the 6×6 mm 2 square is maintained inside the pulsed laser deposition chamber for 30 minutes under these conditions. Indium in the solid state, further including step A-2, characterized in that the platinum nanoparticles are formed through dewetting on the platinum (In-Pt) double layer.

또한, 상기 다이싱 및 탈기되는 단계 이전에, 상기 기판이 ~430㎛ 두께로 양면 연마되는 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, prior to the dicing and degassing step, the indium in the solid state further comprising the step of double-side polishing to a thickness of ~430 μm before the step of degassing, platinum nano-platinum through dewetting for a double layer of In-Pt Characterized in constituting the particles.

또한, 상기 기판은 ±0.1° 오프셋(offset)된 C면 사파이어로 구성되는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the substrate is composed of C-plane sapphire offset by ±0.1°, indium-platinum (In-Pt) in a solid state, it is characterized in that the platinum nanoparticles are formed through dewetting on the double layer.

또한, 상기 기판은 99.999% 순도의 사파이어가 사용되는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the substrate is characterized in that 99.999% purity of sapphire is used, indium-platinum (In-Pt) in a solid state constitutes platinum nanoparticles through dewetting on the double layer.

또한, 상기 증착하는 단계는, 상기 스퍼터 챔버의 내부가 1×10-1 Torr로 설정되는 제B 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the depositing step further comprises a B-th step in which the inside of the sputter chamber is set to 1×10 −1 Torr, indium in a solid state - through dewetting for a platinum (In-Pt) double layer It is characterized in that it constitutes platinum nanoparticles.

또한, 상기 증착하는 단계는, 상기 기판에 인듐(In) 및 백금(Pt) 순서로 각각 박막 층이 증착되는 제C 단계; 및 상기 인듐(In) 및 백금(Pt)을 각각 증착하는 시간을 분 단위로 조절하는 제D 단계;를 더 포함하고, 상기 제C 단계는, In addition, the depositing may include: a C-th step of depositing a thin film layer on the substrate in the order of indium (In) and platinum (Pt); and a D-step of adjusting the deposition time in minutes for each of the indium (In) and the platinum (Pt); further comprising, wherein the C-th step includes:

3mA의 이온화 전류 및 0.05nm/s의 증착 속도로 인듐 및 백금 박막 층이 증착되며, 상기 제D 단계는, 인듐(In)이 증착되는 시간 및 백금(Pt)이 증착되는 시간을 각각 조절하여 상기 인듐(In) 및 백금(Pt)의 박막 두께를 각각 조절하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.Indium and platinum thin film layers are deposited at an ionization current of 3 mA and a deposition rate of 0.05 nm/s, and in the D step, indium (In) is deposited and platinum (Pt) is deposited by controlling the deposition time, respectively. It is characterized in that the platinum nanoparticles are formed through dewetting on the solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer, which controls the thin film thickness of indium (In) and platinum (Pt), respectively.

또한, 상기 제D 단계는, 4.5nm의 백금(Pt) 층이 1.5nm의 인듐(In) 층 위에 증착되도록 인듐(In)이 증착되는 시간 및 백금(Pt)이 증착되는 시간을 각각 조절하는 제D-1 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the D step is a first step of controlling the deposition time of indium (In) and the deposition time of platinum (Pt) so that the 4.5 nm platinum (Pt) layer is deposited on the 1.5 nm indium (In) layer, respectively. Indium in the solid state, further comprising step D-1, is characterized in that the platinum nanoparticles are formed through dewetting on the platinum (In-Pt) double layer.

또한, 상기 제D 단계는, 3nm의 백금(Pt) 층이 3nm의 인듐(In) 층 위에 증착되도록 인듐(In)이 증착되는 시간 및 백금(Pt)이 증착되는 시간을 각각 조절하는 제D-1 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the D-th step, the 3 nm platinum (Pt) layer is deposited on the 3 nm indium (In) layer so that the indium (In) deposition time and the platinum (Pt) deposition time are respectively controlled. Further comprising step 1, indium in the solid state - characterized in that the platinum nanoparticles through dewetting on the platinum (In-Pt) double layer.

또한, 1.5nm의 백금(Pt) 층이 4.5nm의 인듐(In) 층 위에 증착되도록 인듐(In)이 증착되는 시간 및 백금(Pt)이 증착되는 시간을 각각 조절하는 제D-1 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step D-1 of adjusting the deposition time and the deposition time of platinum (Pt) are further performed so that the 1.5 nm platinum (Pt) layer is deposited on the 4.5 nm indium (In) layer. It is characterized in that the platinum nanoparticles are formed through dewetting on the solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer, including:

또한, 상기 어닐링되는 단계는, 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 압력을 1×10-4 Torr 이하로 낮추는 제E 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of annealing, indium-platinum (In-Pt) in the solid state, further comprising the E-th step of lowering the pressure inside the pulsed laser deposition chamber to 1×10 -4 Torr or less. It is characterized in that the platinum nanoparticles are formed through wetting.

또한, 상기 어닐링되는 단계는,상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 온도를 4℃/s의 온도 상승 속도로 상승시키는 제F 단계; 및 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 온도가 500℃ 내지 900℃ 사이의 특정 목표 온도에 도달하는 제G 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the annealing may include: an F-th step of increasing a temperature inside the pulsed laser deposition chamber at a temperature increase rate of 4° C./s; and a G-th step in which the temperature inside the pulsed laser deposition chamber reaches a specific target temperature between 500° C. and 900° C., further comprising a solid state indium-platinum (In-Pt) double layer through dewetting. It is characterized in that it constitutes platinum nanoparticles.

또한, 상기 제G 단계 이후, 상기 기판이 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부에서 450초 동안 유지되는 제H 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the G-th step, the H-th step in which the substrate is maintained for 450 seconds inside the pulsed laser deposition chamber. Through dewetting of the solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer. It is characterized in that it constitutes platinum nanoparticles.

또한, 상기 어닐링되는 단계에서 상기 어닐링은 컴퓨터 프로그램에 의해 제어되는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the annealing step, the annealing is controlled by a computer program, indium-platinum (In-Pt) in a solid state, it is characterized in that the platinum nanoparticles are formed through dewetting of the double layer.

또한, 상기 디웨팅하는 단계 이후, 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 온도가 낮아지도록 가열 시스템의 작동을 중지하는 단계를 더 포함하며, 상기 가열 시스템의 작동을 중지하는 단계는, 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 진공 상태를 상기 디웨팅하는 단계의 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 진공 상태와 동일하게 유지하며, 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부를 대기에 의해 시간의 경과에 따라 자연 냉각하여 온도가 낮아지도록 하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 것을 특징으로 한다.The method may further include, after the dewetting step, stopping an operation of a heating system so that a temperature inside the pulsed laser deposition chamber is lowered, and stopping the operation of the heating system includes: inside the pulsed laser deposition chamber A solid that maintains the same vacuum state as the vacuum state inside the pulsed laser deposition chamber of the dewetting step, and naturally cools the inside of the pulsed laser deposition chamber over time by atmospheric air to lower the temperature. It is characterized in that platinum nanoparticles are formed through dewetting of the indium-platinum (In-Pt) double layer in the state.

본 발명에 따른 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법은, 인듐(In) 성분으로 인해 전체적인 디웨팅(dewetting) 과정의 효율이 현저히 향상되고, 형태와 분포 균일성이 개선된 백금 나노 입자(Pt NP)를 생성 및 제조할 수 있다. In the method for producing a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to the present invention, the efficiency of the overall dewetting process is remarkably improved due to the indium (In) component, and the platinum nanostructure with improved shape and distribution uniformity Particles (Pt NPs) can be produced and prepared.

또한, 본 발명에 따른 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법은, 종래 순수하게 백금(Pt) 박막을 가지는 기판에 대한 디웨팅 공정과 비교하여, 희생 인듐(In) 층을 사용하는 변형된 고체 상태 디웨팅(Altered Solid State Dewetting, ASSD) 공정을 통해 디웨팅 공정의 효율을 극대화 할 수 있다.In addition, the method for generating a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to the present invention is compared with the conventional dewetting process for a substrate having a pure platinum (Pt) thin film, using a sacrificial indium (In) layer. The efficiency of the dewetting process can be maximized through the Altered Solid State Dewetting (ASSD) process.

또한, 본 발명에 따른 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법은, 어닐링 온도를 조절하여 생성되는 백금 나노 입자의 크기를 다양하게 조절할 수 있다.In addition, in the method of generating a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to the present invention, the size of the platinum nanoparticles produced may be variously controlled by controlling an annealing temperature.

도 1은 본 발명에 따른 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법의 수행 과정을 단계 별로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 온도별 형성과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 크기 및 분포 히스토그램을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 광학적 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 온도별 형성과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 크기 및 분포 히스토그램을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 광학적 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 온도별 형성과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 크기 및 분포 히스토그램을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 광학적 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 베어(bare) 사파이어(0001)의 AFM 표면상태 및 다양한 In/Pt 이중증 증착의 도식적 이미지를 도시한 것이다.
도 12는 다양한 구성의 In-Pt 이중층 증착 후의 AFM 평면도(top-view 3×3㎛2)를 도시한 것이다.
도 13은 어닐링 온도(500 ℃ ~ 650 ℃)가 In1.5nm / Pt4.5nm 이중층을 갖는 사파이어(0001)상의 Pt NP의 형태 학적 진화에 미치는 영향을 도시한 것이다.
도 14는 어닐링 온도(700 ℃ ~ 900 ℃)에서 In1.5nm / Pt4.5nm 이중층을 갖는 사파이어(0001)상의 Pt NP의 형태학적 진화를 도시한 것이다.
도 15는 450nm에서 500 ~ 900 ℃ 사이에서 어닐링 된 In1.5nm / Pt4.5nm 이중층을 갖는 사파이어상의 Pt NP의 전체 범위 에너지 분산 X 선 분광기 (EDS)스펙트럼을 도시한 것이다.
도 16은 고정된 이중층 총 두께가 6nm(In 3nm/ Pt 3nm)이고 500에서 650 ℃ 사이에서 450초 동안 어닐링 된 사파이어(0001)에 자기 조립 된 Pt NP의 진화를 도시한 것이다.
도 17은 450초 동안 700 ~ 900℃에서 어닐링하여 6nm (In 3nm / Pt 3nm)의 고정 된 이중층 총 두께를 갖는 사파이어(0001) 위에 자기 조립 된 Pt NPs를 도시한 것이다.
도 18은 In 3nm/ Pt 3nm 이중층 세트를 사용하여 500 ~ 900℃에서 450초 동안 어닐링된 사파이어상의 Pt NPs의 EDS 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 19는 450초 동안 어닐링 온도를 700 에서 850℃로 체계적으로 제어한 사파이어(0001)의 균일한 Pt NP를 도시한 것이다.
도 20은 In 4.5nm /Pt 1.5nm 이중층으로 표지 된 다양한 어닐링 온도로 제조 된 사파이어상의 Pt NP의 EDS 스펙트럼을 도시한 것이다.
1 is a flowchart illustrating a step-by-step process of a method for generating a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a process of forming platinum nanoparticles according to temperature according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing a histogram of the size and distribution of platinum nanoparticles produced according to the first embodiment of the present invention.
4 is a view showing the optical properties of the platinum nanoparticles produced according to the first embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a process of forming platinum nanoparticles according to a temperature according to a second embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a size and distribution histogram of platinum nanoparticles produced according to a second embodiment of the present invention.
7 is a view showing optical characteristics of platinum nanoparticles produced according to a second embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a process of forming platinum nanoparticles according to a temperature according to a third embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a size and distribution histogram of platinum nanoparticles produced according to a third embodiment of the present invention.
10 is a view showing optical characteristics of platinum nanoparticles produced according to a third embodiment of the present invention.
11 shows schematic images of AFM surface conditions and various In/Pt double depositions of bare sapphire (0001).
12 shows an AFM plan view (top-view 3×3 μm 2 ) after deposition of an In-Pt bilayer of various configurations.
Figure 13 shows the effect of annealing temperature (500 °C to 650 °C) on the morphological evolution of Pt NPs on sapphire (0001) with In1.5 nm/Pt4.5 nm bilayers.
Figure 14 shows the morphological evolution of Pt NPs on sapphire (0001) with In1.5nm/Pt4.5nm bilayers at annealing temperatures (700 °C to 900 °C).
Fig. 15 shows full-range energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) spectra of Pt NPs on sapphire with In1.5 nm/Pt4.5 nm bilayers annealed between 500 and 900 °C at 450 nm.
Figure 16 shows the evolution of self-assembled Pt NPs on sapphire (0001) with a fixed bilayer total thickness of 6 nm (In 3 nm/Pt 3 nm) and annealed between 500 and 650 °C for 450 sec.
Figure 17 shows self-assembled Pt NPs on sapphire (0001) with a fixed bilayer total thickness of 6 nm (In 3 nm/Pt 3 nm) by annealing at 700–900 °C for 450 s.
18 shows EDS spectra of Pt NPs on sapphire annealed at 500-900° C. for 450 sec using an In 3 nm/Pt 3 nm bilayer set.
FIG. 19 shows uniform Pt NPs of sapphire (0001) systematically controlled at an annealing temperature from 700 to 850° C. for 450 seconds.
Figure 20 shows the EDS spectra of Pt NPs on sapphire prepared with various annealing temperatures labeled with In 4.5 nm/Pt 1.5 nm bilayers.

이하에서 설명되는 모든 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 여기에 설명된 실시 예들과 다르게 변형되어 다양한 실시 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 공지 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.All embodiments described below are illustratively shown to help the understanding of the present invention, and may be modified differently from the embodiments described herein and implemented in various embodiments. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or known component may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위해서 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있으며, 각 구성요소들에 참조번호를 기재할 때, 동일한 구성요소들에 대해서는 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시하였다.The accompanying drawings are not drawn to scale in order to help the understanding of the invention, but the dimensions of some components may be exaggerated, and when writing reference numbers to each component, for the same components, different drawings Even if they are indicated in , they are indicated with the same symbols as possible.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the essence, order, or order of the component is not limited by the term. When it is described that a component is 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component may be directly connected, coupled or connected to the other component, but the component and the other component It should be understood that another element may be 'connected', 'coupled' or 'connected' between elements.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명에 대한 다양한 변형 실시 예들이 있을 수 있다. Therefore, since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical spirit of the present invention, there may be various modified embodiments of the present invention. .

그리고, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.In addition, the terms or words used in the present specification and claims should not be limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.In addition, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

또한, 본 출원에서 사용된 단수의 표현은 문맥상 명백히 다른 것을 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Also, the singular expression used in this application includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

우선, 본 발명에서는 희생 인듐(In) 층이 증착된 기판에 변형된 고체 상태 디웨팅(Altered Solid State Dewetting, ASSD) 공정을 적용하는 방법을 제시한다.First, the present invention proposes a method of applying a modified solid state dewetting (ASSD) process to a substrate on which a sacrificial indium (In) layer is deposited.

본 발명에서 사용되는 용어로써, 디웨팅(dewetting)은 액상(liquid phase)의 얇은 필름이 기판 위에서 파열되어 드랍렛(droplet, 금속 방울 또는 용적)들로 변화하는 현상 또는 이러한 현상을 유도하는 공정을 의미한다.As a term used in the present invention, dewetting refers to a phenomenon in which a thin film of a liquid phase ruptures on a substrate and changes into droplets (metal droplets or volumes) or a process inducing such a phenomenon. it means.

이는, 기판 위에 떨어진 드랍렛(droplet)이 넓게 퍼져 얇은 막을 형성하는 웨팅(wetting, 젖음) 현상과 반대되는 개념이다.This is a concept opposite to a wetting phenomenon in which a droplet falling on a substrate spreads widely to form a thin film.

용융 상태에서 금속 박막에 대한 디웨팅(dewetting)은 금속 박막의 초기 두께 및 구조를 포함하여 많은 요인에 영향을 받지만, 그 구동력(driving force)은 금속 박막과 기판의 표면과 그 계면의 전체적인 에너지를 최소화 시키는데 있다.Dewetting of the metal thin film in the molten state is affected by many factors including the initial thickness and structure of the metal thin film, but the driving force is the total energy of the metal thin film and the surface of the substrate and its interface. is to minimize it.

고온 열처리, 전자 혹은 이온 빔의 조사, 레이저 조사 등 다양한 방법으로 금속 박막을 디웨팅(dewetting)시킬 수 있는데, 종래의 디웨팅은 주로 실리콘이나 유리기판 위에서 진행되었다.A metal thin film can be dewetted by various methods such as high-temperature heat treatment, electron or ion beam irradiation, and laser irradiation. Conventional dewetting has mainly been performed on a silicon or glass substrate.

하지만, 본 발명에서 사용되는 기판의 제질은 사파이어(10, 도 11 참조)이며, 본 발명에서는 기판을 사파이어, 사파이어 기판 또는 사파이어 웨이퍼(10, 이하에서는 사파이어라고 지칭함) 라고 지칭할 수 있다.However, the material of the substrate used in the present invention is sapphire (10, see FIG. 11), and in the present invention, the substrate may be referred to as sapphire, a sapphire substrate, or a sapphire wafer (10, hereinafter referred to as sapphire).

본 발명에서 사용되는 사파이어는 축이 ±0.1° 오프셋 되고, 양면 연마된 두께 430㎛의 C-평면(c-plane) 사파이어(10)가 기판(substrate)으로 사용되었다.The sapphire used in the present invention has an axis offset by ±0.1°, and a c-plane sapphire 10 having a thickness of 430 μm polished on both sides was used as a substrate.

하지만, 본 발명에서 사파이어(10)가 기판으로 사용된 것은 예시적인 사례에 불과하며, 다른 물질이 기판으로 사용되는 것을 제한하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명에 따른 이중 층의 증착 및 디웨팅 공정은 실리콘이나 유리기판 위에서 진행되는 것도 포함한다.However, the use of the sapphire 10 as the substrate in the present invention is only an exemplary case, and does not limit the use of other materials as the substrate. Accordingly, the deposition and dewetting process of the double layer according to the present invention includes being performed on a silicon or glass substrate.

다만, 사파이어(10)는 낮은 표면 에너지, 높은 열적 및 화학적 안정성을 가지고 있고, 높은 내부 확산 저항성을 가지고 있어, 종래의 백금 나노 입자를 구성하는 방법에 비해, 본 발명에 따른 방법의 효과를 극명하게 나타낼 수 있다.However, the sapphire 10 has low surface energy, high thermal and chemical stability, and has high internal diffusion resistance, so that the effect of the method according to the present invention is significantly improved compared to the conventional method of configuring platinum nanoparticles. can indicate

또한, 사파이어(10)는 높은 투명도를 가지고 있어, 국소 표면 플라즈몬 공명 현상이 발생할 경우, 백금 나노 입자의 투과율을 직접 측정할 수 있으므로, 백금 나노 입자(Pt NP)의 광학적 특성 또는 광학 응답을 보다 효과적으로 조사하고 검출할 수 있는 기판이다.In addition, since the sapphire 10 has high transparency, when a local surface plasmon resonance phenomenon occurs, the transmittance of the platinum nanoparticles can be directly measured, so that the optical properties or optical response of the platinum nanoparticles (Pt NPs) can be more effectively It is a substrate that can be investigated and detected.

따라서, 이하에서 본 발명의 모든 실시 예는 기판으로 사파이어(10)가 사용되는 것으로 설명한다. 하지만, 이러한 설명이 본 발명의 증착 및 디웨팅 공정을 사파이어(10) 상에서 진행되는 것에만 한정하는 것은 아님을 이미 상술하였다.Therefore, hereinafter, all embodiments of the present invention will be described as using the sapphire 10 as a substrate. However, it has already been described above that this description is not limited to the deposition and dewetting process of the present invention being performed on the sapphire 10 .

본 발명에서는 사파이어(10) 상에 인듐 및 백금 박막 층을 각각 스퍼터링(sputtering) 하여 인듐-백금 이중 층(In-Pt bilayers)을 형성한 뒤, 이러한 인듐-백금 이중 층(In-Pt bilayers)에 대하여 디웨팅(dewetting) 공정을 실시한다.In the present invention, indium and platinum thin film layers are respectively sputtered on the sapphire 10 to form indium-platinum bilayers (In-Pt bilayers), and then, these indium-platinum bilayers are applied to the In-Pt bilayers. For the dewetting (dewetting) process is performed.

본 발명은 이러한 방법을 통해, 종래에 비해 크기가 향상되고, 뚜렷한 형상을 가지며 형태 및 분포의 균일성을 갖춘 백금 나노 입자(Pt NanoParticle, Pt NP), 백금 나노 구조(Pt Nanomatrix) 및 백금 나노 구조체(Pt Nanostructure)를 생성 및 형성한다.Through this method, the present invention is improved in size compared to the prior art, has a distinct shape, and has a uniform shape and distribution of platinum nanoparticles (Pt NanoParticles, Pt NPs), platinum nanostructures (Pt Nanomatrix) and platinum nanostructures. (Pt Nanostructure) is created and formed.

이하에서는 첨부된 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for producing a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 attached thereto.

도 1은 본 발명에 따른 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법의 수행 과정을 단계 별로 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a step-by-step process of a method for generating a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to the present invention.

도 1을 참조하면, 사파이어(10)는 펄스 레이저 증착(Pulsed Laser Deposition, PLD) 챔버에서 1×10-4 Torr 및 600℃의 상태에서 30분 동안 다이스(dice)되고 탈기(degassed)된다(S1010).Referring to FIG. 1 , sapphire 10 is diced and degassed for 30 minutes at 1×10 −4 Torr and 600° C. in a pulsed laser deposition (PLD) chamber (S1010). ).

본 발명에서 기판으로 사용되는 사파이어(10)는 탈기 과정을 거치면서, 사파이어(10) 내에 갇힌 수증기, 수분입자 및 산화물이 제거된다.The sapphire 10 used as a substrate in the present invention undergoes a degassing process, and water vapor, water particles and oxides trapped in the sapphire 10 are removed.

한편, 본 발명에서 기판으로 사용되는 사파이어(10)는 ±0.1°로 축이 오프셋 되고(off-axis), 430㎛ 두께를 가진 C-면 사파이어(10)(iNexus, South Korea) 상에서 제작되며, 사파이어(10)는 양면 연마되고 6×6mm2의 사각형으로 다이싱(dicing)된다.On the other hand, the sapphire 10 used as a substrate in the present invention is offset by ±0.1° and is manufactured on a C-plane sapphire 10 (iNexus, South Korea) having a thickness of 430 μm, The sapphire 10 is polished on both sides and diced into a square of 6×6 mm 2 .

본 발명에 사용되는 순수한 사파이어(10)에 대한 형태학적 및 광학적 특성을 살펴보면, 평면 반사율의 평균값은 ~13%이고, 투과율의 평균값은 85%이다.Looking at the morphological and optical properties of the pure sapphire 10 used in the present invention, the average value of the plane reflectance is ~13%, and the average value of the transmittance is 85%.

탈기된 사파이어(10)는 인듐-백금(In-Pt) 이중 층이 증착되기 위해, 스퍼터 챔버로 이동된다.The degassed sapphire 10 is transferred to a sputter chamber to deposit an indium-platinum (In-Pt) double layer.

본 발명에서는 스퍼터 챔버로써 플라즈마 보조 스퍼터링 챔버가 예시적으로 사용된다. 하지만, 스퍼터 챔버는 플라즈마 보조 스퍼터링 챔버에 한하지 않고, 다른 종류의 다양한 스퍼터 챔버도 사용될 수 있다.In the present invention, a plasma-assisted sputtering chamber is exemplarily used as the sputtering chamber. However, the sputtering chamber is not limited to the plasma-assisted sputtering chamber, and various other types of sputtering chambers may also be used.

한편, 스퍼터 챔버에 사파이어(10)가 배치되면, 사파이어(10) 상에 인듐(In) 박막 층과 백금(pt) 박막 층 순으로 각각의 금속 박막 층이 증착되며, 인듐-백금(In-Pt)의 이중 층은 인듐(In) 박막 층이 백금(Pt) 박막 층 밑에 위치하는 구성을 가진다(S1020).On the other hand, when the sapphire 10 is disposed in the sputtering chamber, each metal thin film layer is deposited on the sapphire 10 in order of an indium (In) thin film layer and a platinum (pt) thin film layer, and indium-platinum (In-Pt). ) has a configuration in which the indium (In) thin film layer is positioned under the platinum (Pt) thin film layer (S1020).

이중 층이 증착되는 과정을 좀 더 구체적으로 설명하면, 스퍼터 챔버 내부에 위치한 사파이어(10) 상에, 진공 증착의 한 종류인 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여, 인듐(In) 층을 사파이어(10) 상에 먼저 증착시키고, 증착된 인듐(In) 층 위에 백금(pt) 층을 증착시킨다.To describe the process of depositing the double layer in more detail, an indium (In) layer is deposited on the sapphire 10 located inside the sputtering chamber by using a sputtering method, which is a type of vacuum deposition, on the sapphire 10 . ), and a platinum (pt) layer is deposited on the deposited indium (In) layer.

이때, 인듐-백금(In-Pt) 이중 층 증착 공정이 수행되는 스퍼터 챔버는 1Х10-1 Torr 보다 낮은 압력으로 진공 상태를 유지한다.At this time, the sputter chamber in which the indium-platinum (In-Pt) double layer deposition process is performed maintains a vacuum state at a pressure lower than 1Х10 -1 Torr.

또한, 스퍼터링(sputtering) 공정 시, 순도 99.999%의 사파이어(10)를 타깃(target)으로 사용한다.In addition, during the sputtering process, sapphire 10 having a purity of 99.999% is used as a target.

본 발명의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층 증착 공정은 0.05nm/s의 증착 속도에서 3mA 이온화 전류를 이용하여 증착이 진행되며, 사파이어(10)에 인듐(In) 및 백금(Pt) 순서로 각 박막 층이 증착된다. 한편, 각 박막 층이 증착되는 두께는 각 원자(인듐 및 백금)의 증착에 걸리는 시간을 조절함으로써 제어한다.In the indium-platinum (In-Pt) double layer deposition process of the present invention, deposition is performed using 3mA ionization current at a deposition rate of 0.05 nm/s, indium (In) and platinum (Pt) on sapphire 10 in the order Each thin film layer is deposited with On the other hand, the thickness at which each thin film layer is deposited is controlled by controlling the time taken for the deposition of each atom (indium and platinum).

이렇게 인듐(In) 및 백금(Pt)이 증착된 상태의 기판을, 인듐-백금(In-Pt)의 이중 층이 증착된 기판, 인듐-백금(In-Pt) 합금이 증착된 기판, 인듐-백금(In-Pt) 합금 층 또는 인듐-백금(In-Pt)의 이중 층이 증착된 사파이어(10)라고 지칭할 수 있다.In this way, indium (In) and platinum (Pt) are deposited on the substrate, indium-platinum (In-Pt) double layer is deposited, indium-platinum (In-Pt) alloy is deposited, indium- It may be referred to as sapphire 10 on which a platinum (In-Pt) alloy layer or a double layer of indium-platinum (In-Pt) is deposited.

한편, 인듐-백금(In-Pt)의 이중 층이 증착된 사파이어(10)는 어닐링(annealing) 공정을 수행하기 위해 펄스 레이저 증착 챔버에 재배치된다. 그리고 인듐-백금(In-Pt)의 이중 층이 증착된 사파이어(10)는 특정 온도들을 거치면서 어닐링된다(S1030).Meanwhile, the sapphire 10 on which the double layer of indium-platinum (In-Pt) is deposited is relocated to the pulsed laser deposition chamber to perform an annealing process. And the sapphire 10 on which the double layer of indium-platinum (In-Pt) is deposited is annealed through specific temperatures ( S1030 ).

본 발명에서는 어닐링 온도(Annealing Temperature, AT)의 변화에 따른 백금 나노 입자 형성의 효율을 명확히 제시하기 위해, 10-4 Torr 이하의 진공 상태에서, 4℃/s 온도 상승 속도로, 500℃ 내지 900℃ 사이의 온도에서 체계적인 어닐링 공정을 수행한다.In the present invention, in order to clearly present the efficiency of platinum nano-particle formation according to the change in the annealing temperature (AT), in a vacuum of 10 -4 Torr or less, at a temperature increase rate of 4° C./s, 500° C. to 900 A systematic annealing process is performed at a temperature between °C.

종래 백금 나노 입자를 형성하는 방법들에서는 사실상 500℃ 미만의 온도에서 백금 및 인듐 원자의 확산을 확인할 수 없었다.In the conventional methods for forming platinum nanoparticles, diffusion of platinum and indium atoms at a temperature of less than 500° C. could not be confirmed.

따라서, 본 발명에서도 500℃ 내지 900℃ 사이의 온도에서 진행되는 어닐링 공정이 백금 나노 입자의 형성에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 설명하도록 한다.Therefore, even in the present invention, the annealing process performed at a temperature between 500° C. and 900° C. will be described for how it affects the formation of platinum nanoparticles.

한편, 본 발명에서는 인듐-백금(In-Pt)의 이중 층이 증착된 사파이어(10)기판에 어닐링(annealing) 공정이 수행되면서, 기판과 금속 박막 층의 계면에서 인듐(In)과 백금(Pt) 원자의 상호 확산이 발생하고, 금속 원자간 상호 혼합이 일어나 인듐-백금(In-Pt) 이중 층이 형성된다.Meanwhile, in the present invention, while an annealing process is performed on a sapphire 10 substrate on which a double layer of indium-platinum (In-Pt) is deposited, indium (In) and platinum (Pt) at the interface between the substrate and the metal thin film layer ) interdiffusion of atoms occurs, and intermixing between metal atoms occurs to form an indium-platinum (In-Pt) double layer.

즉, 사파이어(10) 기판상에 증착된 인듐(In) 박막 층과 백금(Pt) 박막 층은 어닐링(annealing) 공정을 거치면서, 서로 이웃한 층으로 인듐(In) 및 백금(pt) 원자들을 상호 확산시키면서, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 합금 및 인듐-백금(In-Pt) 이중 층을 형성한다.That is, the indium (In) thin film layer and the platinum (Pt) thin film layer deposited on the sapphire 10 substrate go through an annealing process, and indium (In) and platinum (pt) atoms are formed as adjacent layers. While inter-diffusion, a solid indium-platinum (In-Pt) alloy and an indium-platinum (In-Pt) double layer are formed.

인듐(In) 원자는 백금(Pt) 원자보다 상대적으로 낮은 온도에서 활성화되어 확산되기 시작하므로, 인듐(In) 박막 층과 백금(Pt) 박막 층의 계면에서 인듐(In) 원자가 백금(Pt) 박막 층으로 확산 및 혼합되어 양 박막 층 간의 상호 확산(interdiffusion) 현상이 발생하게 된다.Since indium (In) atoms are activated and diffuse at a relatively lower temperature than platinum (Pt) atoms, indium (In) atoms are valenced at the interface between the indium (In) thin film layer and the platinum (Pt) thin film layer. Diffusion and mixing into the layers causes an interdiffusion phenomenon between both thin film layers.

또한, 본 발명에서는 증착 온도가 증가될 수록, 어닐링 공정 시 낮은 온도에서 인듐-백금(In-Pt) 계면에서 공융 혼합물이 형성될 수 있으며, 이러한 공융 혼합물로 인해 인듐-백금 이중 층 또는 합금의 형성(alloy formation)을 가져오는 원자 상호 확산이 더욱 촉진될 수 있다.In addition, in the present invention, as the deposition temperature is increased, a eutectic mixture may be formed at the indium-platinum (In-Pt) interface at a low temperature during the annealing process, and the indium-platinum double layer or alloy is formed due to this eutectic mixture. Atomic interdiffusion leading to alloy formation can be further promoted.

한편, 본 발명의 모든 실시 예에서, 백금 나노 입자의 생성에 영향을 미치는 요소 중의 하나로써 인듐(In) 박막 층 및/또는 백금(Pt) 박막 층의 두께를 조절하는 것이 그 요소임을 명확히 하기 위해, 컴퓨터 프로그램에 모든 실시 예의 어닐링 공정이 동일하고 일관되게 제어된다.On the other hand, in all embodiments of the present invention, as one of the factors affecting the generation of platinum nanoparticles, controlling the thickness of the indium (In) thin film layer and/or the platinum (Pt) thin film layer is a factor. , the annealing process of all embodiments in the computer program is controlled identically and consistently.

또한, 본 발명의 모든 실시 예에서 어닐링 공정을 수행 함에 있어서, 500℃ 내지 900℃ 사이의 지정된 특정 온도에서 450초 동안 어닐링이 지속되도록 하여, 사파이어(10) 기판상에 증착된 이중 층에 포함된 인듐 및 백금 원자들이 적절히 확산될 수 있도록 하였다.In addition, in performing the annealing process in all embodiments of the present invention, annealing is continued for 450 seconds at a specified specific temperature between 500 ° C. and 900 ° C., which is included in the double layer deposited on the sapphire 10 substrate. Indium and platinum atoms were allowed to diffuse properly.

특히, 본 발명에 따라 컴퓨터 프로그램에 의해 제어되는 어닐링 공정은 백금 나노 입자의 성장을 종료시키기 위해, 시간이 경과함에 따라 대기에 의해 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 온도가 일정한 수치 이하로 냉각될 때까지, 펄스 레이저 증착 챔버의 압력을 동일하게 진공 상태로 유지하면서 가열 시스템을 오프(Off)할 수 있도록 구성된다.In particular, the annealing process controlled by the computer program according to the present invention is performed until the temperature inside the pulsed laser deposition chamber is cooled to a certain value or less by the atmosphere over time to terminate the growth of platinum nanoparticles, It is configured to turn off the heating system while maintaining the same vacuum pressure in the pulsed laser deposition chamber.

한편, 어닐링 공정을 마친 뒤, 인듐-백금(In-Pt)의 이중 층이 형성된 사파이어(10)는 펄스 레이저 증착 챔버 내부에서 디웨팅된다(S1040).Meanwhile, after the annealing process is completed, the sapphire 10 on which the double layer of indium-platinum (In-Pt) is formed is dewetted in the pulsed laser deposition chamber ( S1040 ).

본 발명의 모든 실시 예에 따른 인듐-백금(In-Pt) 이중 층이 증착된 사파이어(10)들은, 펄스 레이저 증착 챔버 내부에서 450초 동안 유지되며, 펄스 레이저 증착 챔버의 내부가 특정한 목표 온도에 도달하면 그 온도로 450초 동안 온도가 유지된다. The indium-platinum (In-Pt) double layer-deposited sapphires 10 according to all embodiments of the present invention are maintained for 450 seconds inside the pulsed laser deposition chamber, and the inside of the pulsed laser deposition chamber is at a specific target temperature. When reached, the temperature is maintained at that temperature for 450 seconds.

또한, 디웨팅 공정에서 말하는 특정 온도 역시 500℃ 내지 900℃ 범위 내에 포함되는 특정 온도로써, 어닐링 공정과 동일한 500℃ 내지 900℃ 온도 범위 사이에서 특정 온도는 달라질 수 있다.In addition, the specific temperature referred to in the dewetting process is also a specific temperature included within the range of 500°C to 900°C, and the specific temperature may vary between the same temperature range of 500°C to 900°C as the annealing process.

한편, 본 발명의 인듐-백금 이중 층(In-Pt bilayers)에서 인듐(In) 원자는 희생 금속으로 사용된다. Meanwhile, in the indium-platinum bilayers of the present invention, an indium (In) atom is used as a sacrificial metal.

인듐(In)은 백금(Pt)에 비하여 확산도가 높고, 인듐(In)이 백금(Pt)에 비하여 낮은 표면 에너지와 낮은 승화 온도를 갖기 때문이다.This is because indium (In) has a higher diffusivity than platinum (Pt), and indium (In) has a lower surface energy and a lower sublimation temperature than platinum (Pt).

즉, 백금(Pt)은 인듐(In)에 비해 높은 표면 에너지를 가지고 있어 인듐(In)보다 높은 융점 (1768℃)을 가지고 있는 반면, 인듐(In)은 백금(Pt)에 비해 낮은 표면 에너지를 가지므로 융점(156.6℃)이 백금(Pt)보다 낮다.That is, platinum (Pt) has a higher surface energy than indium (In) and has a higher melting point (1768°C) than indium (In), whereas indium (In) has a lower surface energy than platinum (Pt). Therefore, the melting point (156.6°C) is lower than that of platinum (Pt).

한편, 여기서 희생 금속(sacrificial metal)이란 특정 금속의 부식을 막기 위해 다른 금속을 대신 부식시키는 희생 부식(self-sacrificial corrosion)에 사용되는 희생 금속을 말하는 것으로써, 부식을 막기 위한 특정 금속보다 쉽게 산화되는 금속을 희생 금속이라고 한다.Meanwhile, here, the sacrificial metal refers to a sacrificial metal used for self-sacrificial corrosion that corrodes other metals instead of corroding other metals to prevent corrosion of a specific metal, and is more easily oxidized than a specific metal to prevent corrosion. The resulting metal is called a sacrificial metal.

이하에서는, 본 발명에서 희생 금속으로 사용되는 인듐(In)을 희생 인듐(sacrificial In)으로도 지칭할 수 있다.Hereinafter, indium (In) used as a sacrificial metal in the present invention may also be referred to as sacrificial indium (sacrificial In).

따라서, 본 발명에서는 인듐-백금 이중 층(In-Pt bilayers)에 대한 디웨팅 공정 시, 인듐(In) 원자가 백금(Pt) 원자에 비하여 상대적으로 낮은 온도에서 승화되므로, 계면의 인듐-백금 나노 입자 매트릭스(In-Pt Nano Particle Matrix)로부터 인듐(In)이 우선적으로 제거된다.Therefore, in the present invention, indium (In) atoms sublimate at a relatively low temperature compared to platinum (Pt) atoms during the dewetting process for indium-platinum bilayers (In-Pt bilayers), so the indium-platinum nanoparticles at the interface Indium (In) is preferentially removed from the matrix (In-Pt Nano Particle Matrix).

일반적으로, 인듐(In) 박막 및 백금(Pt) 박막과 같은 금속 박막은 증착되고 얼마 지나지 않은 상태에서는 안정되지 못하므로, 금속 박막에 적절한 열에너지가 적용될 때, 비로소 고립된 입자로 변형되거나 디웨팅(dewetting)된다.In general, metal thin films such as indium (In) thin films and platinum (Pt) thin films are not stable in a state shortly after being deposited, so when appropriate thermal energy is applied to the metal thin film, they are transformed into isolated particles or dewetting ( dewetting).

이러한 금속 박막의 변형은 주로 열역학적 시스템의 전체 에너지 최소화에 의해 이루어진다.This deformation of the metal thin film is mainly achieved by minimizing the overall energy of the thermodynamic system.

본 발명에 따른 인듐-백금 이중 층(In-Pt bilayers)에 대한 디웨팅 공정 시, 인듐(In) 층은 백금(Pt) 층에 비해 확산성이 높고, 증기압이 높기 때문에, 종래의 백금(Pt) 단일 층에 디웨팅 공정을 하는 경우에 비하여, 백금(Pt) 박막에 대한 디웨팅 효율이 전반적으로 향상된다.In the dewetting process for the indium-platinum bilayers (In-Pt bilayers) according to the present invention, the indium (In) layer has higher diffusivity and higher vapor pressure than the platinum (Pt) layer, so the conventional platinum (Pt) layer ) Compared to the case of performing a dewetting process on a single layer, the overall dewetting efficiency of the platinum (Pt) thin film is improved.

본 발명에 따른 인듐-백금 이중 층(In-Pt bilayers)에 대한 디웨팅 공정은 다음과 같은 과정을 거쳐 백금 나노 구조(Pt nano matrix)가 성장 및 형성된다.In the dewetting process for indium-platinum bilayers (In-Pt bilayers) according to the present invention, a platinum nano-structure (Pt nano matrix) is grown and formed through the following process.

(i) 계면에서 인듐(In)과 백금(Pt) 원자의 상호 확산, (i) interdiffusion of indium (In) and platinum (Pt) atoms at the interface;

(ii) 인듐-백금(In-Pt) 이원계의 형성, (ii) formation of an indium-platinum (In-Pt) binary system;

(iii) 인듐-백금(In-Pt) 합금 박막에 대한 부분적 국소적인 디웨팅,(iii) localized dewetting of indium-platinum (In-Pt) alloy thin films;

(iv) 인듐(In) 원자의 승화, 및 (iv) sublimation of indium (In) atoms, and

(v) 거의 순수한 백금 나노 구조(Pt nano matrix)의 생성.(v) Generation of almost pure platinum nanostructures (Pt nano matrix).

보다 구체적으로, 희생 인듐(sacrificial In) 층의 확산성, 표면 에너지, 용융 온도, 두께와 희생 인듐(sacrificial In) 층과 인접한 박막 층인 백금(Pt) 박막 층과의 관계에 있어서 상호 원자 확산과 같은 요소들에 의해, 본 발명에 따른 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅 공정은 종래의 백금(Pt) 단일 층에 디웨팅 공정을 하는 경우에 비하여, 전반적으로 디웨팅 효율이 향상된다.More specifically, in relation to the diffusivity, surface energy, melting temperature, thickness, and platinum (Pt) thin film layer of the sacrificial In layer and the adjacent thin film layer, such as mutual atomic diffusion, Due to the factors, the dewetting process for the indium-platinum (In-Pt) double layer according to the present invention improves overall dewetting efficiency compared to the case of performing the dewetting process on the conventional platinum (Pt) single layer. do.

따라서, 인듐-백금(In-Pt) 이중 층간에 상호 원자 확산 및 인듐-백금(In-Pt) 합금의 형성은 전체 인듐-백금(In-Pt) 이중 층의 확산성을 향상시키고 디웨팅 공정을 촉진시키는 가장 중요한 요소이다.Therefore, mutual atomic diffusion between indium-platinum (In-Pt) bilayers and the formation of indium-platinum (In-Pt) alloys improve the diffusivity of the entire indium-platinum (In-Pt) bilayer and reduce the dewetting process It is the most important factor to promote

디웨팅 공정을 진행하면서, 챔버 내부의 높은 온도에 의해 이중 층에 보이드(void, 공극), 피트(pit, 움푹 패인 자국) 및 일부 커다란 인듐-백금(In-Pt) 응집체가 표면상에 형성되고, 백금(Pt) 원자보다 낮은 증발 온도를 가지는 인듐(In) 원자가 사파이어(10) 상에서 백금(Pt) 원자보다 먼저 승화되어, 디웨팅 공정을 마치면, 거의 순수한 백금 나노 구조(Pt nano matrix)가 생성된다. During the dewetting process, voids, pits, and some large indium-platinum (In-Pt) aggregates are formed on the surface of the double layer due to the high temperature inside the chamber. , Indium (In) atoms having a lower evaporation temperature than platinum (Pt) atoms are sublimed before platinum (Pt) atoms on the sapphire 10, and when the dewetting process is completed, an almost pure platinum nanostructure (Pt nano matrix) is generated do.

이렇게 본 발명에 따른 인듐-백금 이중 층(In-Pt bilayers)에 대한 디웨팅 공정은, 종래 순수한 백금(Pt) 박막에 디웨팅 공정을 진행하는 것과는 대조적으로, 희생 인듐(In) 층을 사용함으로써 디웨팅 공정의 효율을 향상시키고, 백금 나노 입자 형성 시에 백금 나노 입자의 형태를 보다 효과적으로 제어할 수 있다.As such, the dewetting process for indium-platinum bilayers (In-Pt bilayers) according to the present invention uses a sacrificial indium (In) layer in contrast to the conventional dewetting process on a pure platinum (Pt) thin film. The efficiency of the dewetting process can be improved, and the shape of the platinum nanoparticles can be more effectively controlled when the platinum nanoparticles are formed.

특히, 본 발명에 따른 인듐-백금 이중 층(In-Pt bilayers)에 대한 디웨팅 공정은 인듐-백금(In-Pt) 이중 층 막을 서로 다른 두께로 형성함으로써, 백금 나노 입자의 형태를 변환할 수 있다.In particular, the dewetting process for indium-platinum bilayers (In-Pt bilayers) according to the present invention can change the shape of platinum nanoparticles by forming indium-platinum (In-Pt) bilayer films with different thicknesses. have.

또한, 도 1에 도시된 순서에 따라 생성된 본 발명에 따른 백금 나노 입자의 국소 표면 플라즈몬 공명 특성은 스펙트럼 분석을 통해, 자외선, 가시광선 내지 근적외선 영역에서 동적 소광률(dynamic extinction), 반사율 및 투과율 스펙트럼의 피크(peak, 급상승)나 딥(dip, 감소)으로 나타난다.In addition, the local surface plasmon resonance characteristics of the platinum nanoparticles according to the present invention generated according to the sequence shown in FIG. 1 were analyzed through spectral analysis, and the dynamic extinction, reflectance and transmittance in the ultraviolet, visible to near-infrared regions were observed. It appears as a peak (spike) or dip (decrease) in the spectrum.

한편, 본 발명에 따른 백금 나노 입자의 다양한 표면 형태에 따라 국소 표면 플라즈몬 공진 모드도 다양하게 나타난다.On the other hand, the local surface plasmon resonance mode also appears variously according to the various surface shapes of the platinum nanoparticles according to the present invention.

즉, 본 발명에는 사파이어(10) 기판상에 증착된 이중 층에 변형된 고체 상태 디웨팅(ASSD) 공정을 수행하여, 형태 및 분포 균일성이 개선된 백금 나노 입자를 생성하는 방법을 제시하며, 해당 백금 나노 입자에 대한 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)의 특성을 제시한다.That is, the present invention proposes a method for producing platinum nanoparticles with improved shape and distribution uniformity by performing a modified solid state dewetting (ASSD) process on a double layer deposited on a sapphire 10 substrate, We present the properties of local surface plasmon resonance (LSPR) for the corresponding platinum nanoparticles.

본 발명은 백금(Pt) 층과 사파이어(10) 기판 사이에 인듐(In) 층을 삽입하여 이중 층을 형성하고, 인듐-백금(In-Pt) 이중 층이 증착된 사파이어(10) 기판에 디웨팅(dewetting) 공정을 수행하여, 종래 순수한 백금(Pt) 박막 층이 증착된 기판을 디웨팅하는 공정에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 형태와 균일성이 개선된 백금 나노 입자를 생성하므로, 디웨팅 효율이 현저하게 향상되었다.In the present invention, a double layer is formed by inserting an indium (In) layer between a platinum (Pt) layer and a sapphire (10) substrate, and the indium-platinum (In-Pt) double layer is deposited on a sapphire (10) substrate. By performing a dewetting process, platinum nanoparticles with improved shape and uniformity are generated at a relatively low temperature compared to the conventional process of dewetting a substrate on which a pure platinum (Pt) thin film layer is deposited, so dewetting efficiency This has been significantly improved.

본 발명에 따른 디웨팅 공정의 효율이 높아지는 원인은, 높은 확산성을 가진 인듐(In) 원자를 백금 나노 입자 제조에 사용하기 때문이다. The reason that the efficiency of the dewetting process according to the present invention is increased is that indium (In) atoms having high diffusivity are used in the manufacture of platinum nanoparticles.

인듐 원자는 백금 원자와의 상호 혼합 및 인듐-백금(In-Pt) 합금을 형성하여, 낮은 확산성을 가지는 백금 원자의 확산성을 저온에서 높이는 효과를 가져온다.The indium atoms mix with the platinum atoms and form an indium-platinum (In-Pt) alloy, thereby increasing the diffusivity of the platinum atoms having low diffusivity at a low temperature.

본 발명에 따른 백금 나노 입자 제조 단계에서 인듐(In) 원자는 디웨팅 공정 전반에 걸쳐 승화되며, 제조 단계의 마지막에는 인듐-백금 합금 나노 구조로부터 인듐 원자가 승화되면서, 순수한 백금 나노 입자만 산출된다.In the platinum nanoparticle manufacturing step according to the present invention, indium (In) atoms are sublimed throughout the dewetting process, and at the end of the manufacturing step, indium atoms are sublimed from the indium-platinum alloy nanostructure, and only pure platinum nanoparticles are produced.

또한, 본 발명에 따른 백금 나노 입자 제조 방법은 어닐링 온도 및 이중 층을 이루는 인듐 및 백금 박막 층의 두께를 각각 제어하여 백금 나노 입자의 확산성을 조절하고, 백금 원자의 표면 에너지의 최소화를 할 수 있으며, 형태와 분포 균일성이 향상된, 다양한 모양과 크기를 가지는 백금 나노 입자를 제조할 수 있다.In addition, the platinum nanoparticle manufacturing method according to the present invention can control the diffusivity of platinum nanoparticles by controlling the annealing temperature and the thickness of the indium and platinum thin film layers forming the double layer, respectively, and minimize the surface energy of platinum atoms. In addition, platinum nanoparticles having various shapes and sizes with improved shape and distribution uniformity can be manufactured.

본 발명에서는 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법에 대하여 각각 다음의 제1 내지 제3 실시 예가 제시된다.In the present invention, the following first to third embodiments are respectively presented with respect to a method for producing a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer.

우선, 본 발명에서는 인듐-백금 이중 층의 총 두께는 6nm로 고정된다. 다만, 인듐 및 백금 박막 층의 두께를 각각 아래와 같이 조절하여, 제1 내지 제3 실시 예로 제시된다.First, in the present invention, the total thickness of the indium-platinum double layer is fixed to 6 nm. However, the thicknesses of the indium and platinum thin film layers are adjusted as follows, respectively, and are presented in the first to third examples.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 i) 제1 실시예는 인듐 박막 층의 두께를 1.5nm로 하고, 백금 박막 층의 두께를 4.5nm로 하였다. 2 to 4, in the i) first embodiment of the present invention, the thickness of the indium thin film layer was 1.5 nm and the thickness of the platinum thin film layer was 4.5 nm.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, ii) 제2 실시 예는 인듐 박막 층의 두께를 3nm로 하고, 백금 박막 층의 두께를 3nm로 하였다.5 to 7, ii) In the second embodiment, the thickness of the indium thin film layer was 3 nm and the thickness of the platinum thin film layer was 3 nm.

도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, iii) 제3 실시 예는 인듐 박막 층의 두께를 4.5nm로 하고, 백금 박막 층의 두께를 1.5nm로 하였다.8 to 10 , iii) In the third embodiment, the thickness of the indium thin film layer was 4.5 nm and the thickness of the platinum thin film layer was 1.5 nm.

본 발명에서는 이와 같이, 인듐-백금 이중 층의 총 두께는 일정하게 유지되지만, 인듐-백금 이중 층에서 인듐(In) 및 백금(Pt) 박막 층의 두께 및 각 원자의 함량 비율 제어에 의해, 나노 입자 간 서로 분리된 돔형 백금 나노 입자를 형성할 수 있으며, 이러한 백금 나노 입자의 크기는 다양하게 조절이 가능하다.In the present invention, as described above, the total thickness of the indium-platinum double layer is kept constant, but by controlling the thickness of the indium (In) and platinum (Pt) thin film layers and the content ratio of each atom in the indium-platinum double layer, the nano Dome-shaped platinum nanoparticles separated from each other can be formed between the particles, and the size of these platinum nanoparticles can be variously controlled.

특히, 본 발명에서는 인듐(In) 원자의 함량 정도에 따라 디웨팅 공정의 효율이 결정된다. In particular, in the present invention, the efficiency of the dewetting process is determined according to the content of indium (In) atoms.

그리고 본 발명에서 백금 나노 입자의 광학적 특성은 백금 나노 입자의 형태에 기반하여 결정되며, 자외선(UV) 및 가시광(VIS) 영역 각각에서 4중 극성(Quadpolar, QP) 공명 및 쌍극성(Dipolar, DP) 공명 대역이 매우 두드러지게 나타난다.And in the present invention, the optical properties of the platinum nanoparticles are determined based on the shape of the platinum nanoparticles, and quad-polar (QP) resonance and dipolar (DP) in the ultraviolet (UV) and visible (VIS) regions, respectively. ), the resonance band is very prominent.

본 발명에 따른 백금 나노 입자의 4중 극성 공명 및 쌍극성 공명 대역은 인듐 원자의 함량을 조절하는 방법을 통해 디웨팅 공정의 효율을 조절함으로써 조절이 가능하며, 쌍극성 공명 피크는 백금 나노 입자의 크기가 증가함에 따라, 적색광 영역으로 시프팅(shifting)되고, 백금 나노 입자의 균일성이 개선됨과 동시에 쌍극성 공명 피크가 나타나는 대역의 폭이 점차 좁아진다.The quadruple polarity resonance and the dipolar resonance band of the platinum nanoparticles according to the present invention can be adjusted by controlling the efficiency of the dewetting process through a method of controlling the content of indium atoms, and the dipolar resonance peak is the platinum nanoparticle. As the size increases, it is shifted to the red light region, and the width of the band in which the bipolar resonance peak appears is gradually narrowed while the uniformity of the platinum nanoparticles is improved.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for producing a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4 .

본 발명의 제1 실시 예를 설명함에 있어서, 도 1에 근거하여 상술된 본 발명에 따른 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법과 실질적으로 동일한 구성 및 단계에 대한 설명과 도면의 도시는 생략할 수 있다.In the description of the first embodiment of the present invention, the description of the configuration and steps substantially the same as the method for producing a platinum nanostructure using the sacrificial indium layer according to the present invention described above based on FIG. 1 and the illustration of the drawings can be omitted.

한편, 본 발명의 제1 실시 예를 포함하여 이하에서 설명될 본 발명의 제2 및 제3 실시 예는 모두 다음의 3가지 단계 즉, i) 백금 나노 입자의 핵 형성과 응집되는 단계, ii) 불규칙한 백금 나노 입자 분포 단계 및 iii) 격리된 돔 형태의 백금 나노 입자로 구성되는 단계의 3 단계를 거쳐 백금 나노 입자가 생성된다.On the other hand, the second and third embodiments of the present invention to be described below, including the first embodiment of the present invention, all have the following three steps: i) nucleation and agglomeration of platinum nanoparticles, ii) Platinum nanoparticles are produced through three steps: irregular distribution of platinum nanoparticles and iii) consisting of isolated dome-shaped platinum nanoparticles.

본 발명에서 이러한 단계들이 구분되는 것은, 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대하여 변형된 고체 상태 디웨팅(ASSD) 공정이 수행되고, 온도가 증가함에 따라 백금 나노 입자가 다양한 구조적 및 공간적 구성을 가지기 때문이다.What distinguishes these steps in the present invention is that a modified solid-state dewetting (ASSD) process is performed on an indium-platinum (In-Pt) double layer, and as the temperature increases, the platinum nanoparticles have various structural and spatial configurations. because it has

종래에는 순수한 백금(Pt) 박막 층만 증착된 사파이어(10) 기판에 대하여 고체 상태 디웨팅(SSD) 공정을 실시하였으며, 이 경우, 평균 높이와 직경이 ~5nm 및 20nm인 백금 나노 입자가 형성되었다.Conventionally, a solid state dewetting (SSD) process was performed on a sapphire 10 substrate on which only a pure platinum (Pt) thin film layer was deposited. In this case, platinum nanoparticles having an average height and diameter of ~5 nm and 20 nm were formed.

이러한 백금 나노 입자들은 서로 불규칙하게 결합되었으며, 5nm 두께의 박막 층도 함께 형성되었다.These platinum nanoparticles were irregularly bonded to each other, and a thin film layer with a thickness of 5 nm was also formed.

종래 고체 상태 디웨팅 공정에 의해 생성된 백금 나노 입자들은 대부분 불규칙하게 결합되고 무작위로 분포되었는데, 이는 900℃ 상태에서도 불충분한 확산도를 가지는 백금의 특성 때문에, 백금 나노 입자가 명확한 형태 없이 형성되고, 백금 나노 입자들끼리 서로 무분별하게 광범위하게 연결되었기 때문이다.Most of the platinum nanoparticles produced by the conventional solid-state dewetting process were irregularly bound and randomly distributed, which is due to the characteristic of platinum having insufficient diffusivity even at 900°C, platinum nanoparticles are formed without a clear shape, and platinum This is because the nanoparticles are indiscriminately and extensively connected to each other.

본 발명은 이와 대조적으로 희생 인듐(sacrificial In) 층의 존재로 인해 약 20nm의 높이 및 약 120nm의 직경을 갖는 격리된 구 형태의 백금 나노 입자가 형성된다.In contrast, the present invention forms isolated spherical platinum nanoparticles with a height of about 20 nm and a diameter of about 120 nm due to the presence of a sacrificial In layer.

종래의 방법과 본 발명에서의 백금 나노 입자의 크기, 형태 및 분포도에 대하여 서로 현저한 차이가 발생하는 이유는, 백금 나노 구조에 인듐 원자가 도입되었기 때문이다.The reason that a significant difference occurs with respect to the size, shape, and distribution of platinum nanoparticles in the conventional method and the present invention is that indium atoms are introduced into the platinum nanostructure.

인듐 원자는 백금 원자와 비교하여 훨씬 높은 확산성과 낮은 표면 에너지를 가지고 있기 때문에, 인듐 원자는 백금 원자에 비해 상대적으로 낮은 온도에서도 확산된다. Since indium atoms have much higher diffusivity and low surface energy compared to platinum atoms, indium atoms diffuse even at a relatively low temperature compared to platinum atoms.

또한, 인듐 원자는 이러한 확산을 통해, 인듐 박막 층의 상부에 증착되는 백금 박막 층에 혼합되고, 이러한 과정에서 인듐-백금(In-Pt) 합금 구조가 형성된다.In addition, through this diffusion, indium atoms are mixed into the platinum thin film layer deposited on the indium thin film layer, and in this process, an indium-platinum (In-Pt) alloy structure is formed.

결과적으로, 본 발명은 인듐 원자에 의해, 인듐-백금(In-Pt) 이중 층 또는 인듐-백금(In-Pt) 합금 구조로부터 인듐과 백금 원자의 전반적인 확산성이 향상되었다.As a result, the present invention improves the overall diffusivity of indium and platinum atoms from an indium-platinum (In-Pt) double layer or an indium-platinum (In-Pt) alloy structure by indium atoms.

또한, 종래 순수하게 백금 박막 층이 증착된 기판에 디웨팅 공정을 진행하였던 것에 비하여, 본 발명은 보다 낮은 온도에서 훨씬 효율적인 디웨팅 공정이 가능하다.In addition, compared to the conventional dewetting process performed on the substrate on which the platinum thin film layer is purely deposited, the present invention enables a much more efficient dewetting process at a lower temperature.

본 발명에서는 디웨팅 공정이 진행되면서, 온도가 증가함에 따라 인듐-백금(In-Pt) 이중 층 또는 인듐-백금(In-Pt) 합금 구조로부터 인듐 원자가 승화되면서 탈착한다.In the present invention, indium atoms are sublimated and desorbed from the indium-platinum (In-Pt) double layer or indium-platinum (In-Pt) alloy structure as the temperature increases while the dewetting process is performed.

즉, 온도의 증가와 함께 인듐 원자는 인듐-백금(In-Pt) 합금 나노 구조, 즉 인듐-백금 메트릭스로부터 승화된다. 그리고 변형된 고체 상태 디웨팅 공정의 마지막에는 순수한 백금 나노 구조만 기판 상에 남게 된다.That is, with the increase in temperature, the indium atoms sublimate from the indium-platinum (In-Pt) alloy nanostructure, that is, the indium-platinum matrix. And at the end of the deformed solid-state dewetting process, only pure platinum nanostructures remain on the substrate.

인듐 원자는 ~360℃에서부터 증발하기 시작하며, 600℃에서 ~2×10-6 Torr의 증기압에 도달하고, 800℃에서 ~5×10-4 Torr의 증기압에 도달한다.Indium atoms begin to evaporate from ˜360° C., reaching a vapor pressure of ˜2×10 −6 Torr at 600° C., and reach a vapor pressure of ˜5×10 −4 Torr at 800° C.

본 발명에 따른 디웨팅 공정은 어닐링 온도가 증가하면서, 인듐-백금 합금에 포함된 두 원자들의 확산성뿐만 아니라 인듐의 승화 속도도 증가되며, 어닐링 온도를 조절함에 따라 다양한 형태의 백금 나노 구조를 형성할 수 있다.In the dewetting process according to the present invention, as the annealing temperature is increased, not only the diffusivity of two atoms included in the indium-platinum alloy but also the sublimation rate of indium is increased, and various types of platinum nanostructures are formed by controlling the annealing temperature can do.

본 발명에서 인듐 원자를 사용하여 써멀 디웨팅(thermeal dewetting) 공정을 진행하는 과정을 확산 동역학적으로 살펴보면 다음과 같다.Diffusion kinetics of the process of performing a thermal dewetting process using indium atoms in the present invention is as follows.

나노 입자의 형성을 위해 어닐링 공정을 시작하면, 작은 공극(void)이나 핀홀(pinhole)이 저 에너지 부위에서 발생할 수 있고, 공극(void)은 림(rim) 주위의 표면 모세관 힘으로 인해 계속 커지게 된다.When starting the annealing process for the formation of nanoparticles, small voids or pinholes can occur in the low-energy sites, and the voids continue to grow due to the surface capillary forces around the rim. do.

반면에, 온도가 증가하면서 인듐(In) 원자가 승화됨과 동시에, 백금(Pt) 원자의 축적이 증가하면서 백금(Pt) 나노 입자가 발전된다.On the other hand, as the temperature increases, the indium (In) atoms sublimate, and the platinum (Pt) nanoparticles are developed as the accumulation of platinum (Pt) atoms increases.

마지막으로, 레일리 불안정성(Rayleigh instability)에 의해 발생하는 에너지 장애 현상 때문에, 불규칙한 백금 나노 클러스터의 단편화 또는 조각화가 발생된다.Finally, due to the energy disturbance caused by Rayleigh instability, fragmentation or fragmentation of irregular platinum nanocluster occurs.

한편, 백금 나노 클러스터가 조각화되면서 격리된 백금 나노 입자가 형성된다.On the other hand, as the platinum nanocluster is fragmented, isolated platinum nanoparticles are formed.

동시에, 백금과 인듐 사이의 금속 원자 결합 에너지는 사파이어 기판을 구성하는 원자와 결합하고자 하는 에너지보다 더 커서, 볼머-웨버(Volmer-Weber) 성장 모델에 기반한 3차원적 백금 나노 구조 성장이 유도된다.At the same time, the metal atom bonding energy between platinum and indium is greater than the energy to bond with atoms constituting the sapphire substrate, leading to three-dimensional platinum nanostructure growth based on the Volmer-Weber growth model.

상술한 본 발명의 특징을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 대해 살펴본다.With reference to the above-described features of the present invention, a first embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 온도별 형성과정을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 크기 및 분포 히스토그램을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 광학적 특성을 나타내는 도면이다.2 is a view showing the temperature-specific formation process of platinum nanoparticles produced according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a histogram of the size and distribution of platinum nanoparticles produced according to the first embodiment of the present invention. 4 is a view showing the optical properties of the platinum nanoparticles produced according to the first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 인듐-백금(In-Pt) 이중 층이 증착된 C-면 사파이어(10) 기판이 일정 온도 범위 온도 범위 내에서 어닐링 공정을 거치면서 백금 나노 입자가 생성 및 형성되는 과정을 나타내고 있다. 2, the process in which platinum nanoparticles are generated and formed while the C-plane sapphire 10 substrate on which the indium-platinum (In-Pt) double layer is deposited is annealed within a certain temperature range. is indicating

본 실시 예(제1 실시 예)에 있어 사파이어(10) 기판은 어닐링 공정 시, 500℃ ~ 900℃의 온도 범위에 포함되는 특정 온도에 450초 동안 머물도록 컴퓨터에 의해 제어된다.In this embodiment (the first embodiment), the sapphire 10 substrate is controlled by a computer to stay at a specific temperature included in a temperature range of 500° C. to 900° C. for 450 seconds during the annealing process.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 인듐-백금(In-Pt) 이중 층은 인듐 박막 층이 1.5nm의 두께로 구성되고, 백금 박막 층이 4.5nm로 구성된다.In the indium-platinum (In-Pt) double layer according to the first embodiment of the present invention, the indium thin film layer has a thickness of 1.5 nm and the platinum thin film layer has a thickness of 4.5 nm.

도 11은 베어(bare) 사파이어(0001)의 AFM 표면상태 및 다양한 In/Pt 이중증 증착의 도식적 이미지를 도시한 것이다.11 shows schematic images of AFM surface conditions and various In/Pt double depositions of bare sapphire (0001).

도 11에서 (a)는 베어(bare) 사파이어(0001)의 AFM 표면상태, (b)는 (a)의 선으로부터 횡단면 선 프로파일, (c) - (d)는 노출된 사파이어의 투과율 (T) 및 반사율(R) 스펙트럼을 나타내며 (e) - (g)는 다양한 In / Pt 이중층 증착의 도식적 이미지를 나타낸다.11, (a) is the AFM surface state of the bare sapphire (0001), (b) is the cross-sectional line profile from the line of (a), (c) - (d) is the transmittance (T) of the exposed sapphire and reflectance (R) spectra, and (e) - (g) show schematic images of various In/Pt bilayer depositions.

도 11의 (e)에 도시된 바와 같이, 인듐 박막 층(11)은 백금 박막 층(12)보다 먼저 사파이어(10) 기판 상에 증착된다.As shown in (e) of FIG. 11 , the indium thin film layer 11 is deposited on the sapphire 10 substrate before the platinum thin film layer 12 .

본 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 상세한 표면 형태는 도 2의 (a) 내지 도 2의 (i)에 개시된 AFM(Atomic Force Microscope) 평면도로 표현되며, 도 2의 (a-1) 내지 도 2의 (i-1)에는 컬러 코딩되고 확대 표현된 AFM 측면도가 개시된다. 한편, 도 2의 (a-2) 내지 도 2의 (i-2)에는 횡단면 라인 프로파일이 개시되며, 도 3에는 도 2에 도시된 온도별로 생성된 백금 나노 입자에 대응되는 크기 및 분포 히스토그램이 개시된다.The detailed surface morphology of the platinum nanoparticles produced according to this embodiment is expressed in AFM (Atomic Force Microscope) plan views shown in FIGS. 2(a) to 2(i), and in FIG. 2(a-1) to In (i-1) of FIG. 2, a color-coded and enlarged AFM side view is disclosed. On the other hand, a cross-sectional line profile is disclosed in FIGS. 2 (a-2) to 2 (i-2), and in FIG. 3, the size and distribution histograms corresponding to the platinum nanoparticles generated for each temperature shown in FIG. 2 are shown. is initiated.

도 2의 (a) 내지 도 2의 (a-1) 를 참조하면, 500℃에서 인듐-백금(In-Pt) 원자의 확산과 동시에 발생하는 인듐(In) 원자의 승화로 인해, 저 에너지 부위에서 작은 백금 나노 구조가 형성되기 시작한다.2 (a) to 2 (a-1), due to the sublimation of the indium (In) atom that occurs simultaneously with the diffusion of the indium-platinum (In-Pt) atom at 500 ° C., a low-energy site small platinum nanostructures begin to form.

도 2의 (a-2)에 도시된 바와 같이, 500℃에서 생성되는 백금 나노 구조의 높이는 ~4nm이고, 직경은 ~30nm이다.As shown in (a-2) of FIG. 2, the height of the platinum nanostructure produced at 500 °C is ~4nm, and the diameter is ~30nm.

도 2의 (b)를 참조하면, 550

Figure 112019076644135-pat00001
에서는 높이가 ~12nm이고, 직경이 ~45nm인 백금 나노 구조가 적은 수로 형성된다.Referring to Figure 2 (b), 550
Figure 112019076644135-pat00001
In , a small number of platinum nanostructures with a height of ~12 nm and a diameter of ~45 nm are formed.

이러한 백금 나노 구조는 작은 언덕 형태를 가지며 불규칙하게 분포된다.These platinum nanostructures have the shape of small hills and are irregularly distributed.

백금 나노 구조가 이러한 형태를 가지는 이유는 어닐링 온도가 더 증가하면서, 인듐-백금 이중 층으로부터 인듐 및 백금 원자의 확산이 강화되기 때문이다.The reason why the platinum nanostructure has this shape is that diffusion of indium and platinum atoms from the indium-platinum double layer is enhanced as the annealing temperature is further increased.

한편, 온도가 600℃까지 추가 상승함에 따라, 도 2의 (c) 내지 도 2의 (c-1)에 도시된 바와 같이, 작은 언덕 형태의 백금 나노 구조는 고립된 불규칙한 백금 나노 입자로 급격하게 변형되며, 평균 높이가 ~10nm로, 직경이 ~60nm로 크게 증가한다.On the other hand, as the temperature further increased up to 600°C, as shown in FIGS. 2(c) to 2(c-1), the platinum nanostructures in the form of small hills rapidly became isolated irregular platinum nanoparticles. deformed, with a significant increase in average height to ~10 nm and diameter to ~60 nm.

도 2의 (d) 내지 도 2의 (g)를 참조하면, 온도 650℃부터 800℃까지, 불규칙한 백금 나노 입자는 높이가 ~14nm 내지 18nm로 증가하고, 직경이 ~80nm 내지 100nm으로 증가한다.2(d) to 2(g), from 650°C to 800°C, the irregular platinum nanoparticles have a height of ~14nm to 18nm, and a diameter of ~80nm to 100nm.

또한, 도 2의 (d-1) 내지 도 2의 (g-1)를 참조하면, AFM의 3차원 측면도에 도시된 바와 같이, 온도 650℃부터 800℃까지, 백금 나노 입자의 형태는 점차 반구형으로 변형된다.In addition, referring to (d-1) to (g-1) of FIG. 2, as shown in the three-dimensional side view of the AFM, from 650°C to 800°C, the shape of the platinum nanoparticles gradually becomes hemispherical is transformed into

도 2의 (h) 내지 도 2의 (i)를 참조하면, 850℃ 및 900℃의 고온에서 높이가 ~16nm, 직경이 ~100nm인 반구형 모양의 백금 나노 입자가 형성된다.2(h) to 2(i) , platinum nanoparticles having a height of ~16nm and a diameter of ~100nm are formed at a high temperature of 850°C and 900°C.

이렇게 온도 650℃부터 900℃까지, 거의 균일한 크기를 가지는 백금 나노 입자가 반구형 모양으로 변형되는 이유는, 나노 입자의 표면 에너지가 최소화되면서, 표면 에너지가 등방성으로 분포되기 때문이다.The reason that platinum nanoparticles having a substantially uniform size are transformed into a hemispherical shape at a temperature of 650° C. to 900° C. is that the surface energy of the nanoparticles is minimized and the surface energy is distributed isotropically.

또한, 어닐링 온도가 증가하면서, 백금 나노 입자의 크기 및 형상의 균일성이 크게 향상되며, 백금 나노 입자 간 간격도 더욱 벌어짐에 따라 분포의 균일성도 향상된다.In addition, as the annealing temperature is increased, the uniformity of the size and shape of the platinum nanoparticles is greatly improved, and as the spacing between the platinum nanoparticles is further widened, the uniformity of the distribution is also improved.

본 실시 예에서 대부분의 백금 나노 입자는 반구형이나 돔 형태로 생성되며, 반구형이나 돔 형태로 형성된 백금 나노 입자는 열적 평형 구성을 이루고 열역학적으로 안정해진다.In this embodiment, most of the platinum nanoparticles are formed in a hemispherical or dome shape, and the platinum nanoparticles formed in the hemispherical or dome shape form a thermal equilibrium configuration and are thermodynamically stable.

본 실시 예는 인듐 원자에 의해 금속 원자의 확산성이 강화됨에 따라, 종래의 방법에 따라 생성된 백금 나노 입자들에 비하여, 백금 나노 입자의 크기가 증가하고, 백금 나노 입자의 형태 및 분포의 균일성이 현저하게 개선되었음을 도 2 내지 4를 통해 확인할 수 있다.In this embodiment, as the diffusivity of metal atoms is enhanced by indium atoms, the size of the platinum nanoparticles increases, and the shape and distribution of the platinum nanoparticles are uniform compared to the platinum nanoparticles produced according to the conventional method. It can be seen through FIGS. 2 to 4 that the performance was remarkably improved.

도 3에 도시된 백금 나노 입자의 높이와 직경에 대한 분포 히스토그램을 통해 650℃~ 900℃ 사이에서 생성된 각각의 백금 나노 입자에 대한 형태학적 분석 결과를 설명하도록 한다.The morphological analysis results for each platinum nanoparticles generated between 650°C and 900°C will be described through the distribution histogram for the height and diameter of the platinum nanoparticles shown in FIG. 3 .

도 3을 참조하면, 온도 650℃에서 생성된 백금 나노 입자에 대한 높이 분포 히스토그램은 비교적 좁은 폭을 가지는 분포도를 보이고 있으며, 도 3의 (a) 내지 도 3의 (f)에 도시된 바와 같이, 어닐링 온도가 증가하면서 비로소 백금 나노 입자의 높이 분포 히스토그램의 분포도가 더 넓어지기 시작한다.Referring to FIG. 3, the height distribution histogram for platinum nanoparticles generated at a temperature of 650° C. shows a distribution diagram having a relatively narrow width, and as shown in FIGS. 3(a) to 3(f), As the annealing temperature increases, the distribution of the histogram of the height distribution of platinum nanoparticles begins to widen.

결과적으로, 어닐링 온도가 650℃에서 900℃로 증가함에 따라, 백금 나노 입자의 평균 높이는 11.6nm에서 15.3nm로 점차 증가하였으며, 온도 650℃ ~ 850℃ 사이에서는 길이가 연장된 백금 나노 입자가 생성되었다.As a result, as the annealing temperature increased from 650 °C to 900 °C, the average height of platinum nanoparticles gradually increased from 11.6 nm to 15.3 nm, and platinum nanoparticles with an extended length between the temperature of 650 °C to 850 °C were produced. .

길이가 연장된 형태 즉, 길게 늘어난 돔 형태의 백금 나노 입자가 구성되면서, 직경 분포 히스토그램의 분포도도 넓어졌다.As platinum nanoparticles with an extended length, that is, an elongated dome-shaped platinum nanoparticle, were formed, the distribution of the diameter distribution histogram also expanded.

한편, 온도 900℃에서는 구형 백금 나노 입자가 형성되면서, 직경 분포 히스토그램의 분포도는 다시 상대적으로 이전 온도에 비하여 좁아진다.On the other hand, at a temperature of 900° C., as spherical platinum nanoparticles are formed, the distribution of the diameter distribution histogram becomes narrower again compared to the previous temperature.

요약하자면, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 평균 직경은 온도 650℃와 850℃ 사이에서 77.1nm로부터 87.2nm까지 점진적으로 증가하였고, 온도 900℃에서 70.5nm로 약간 감소한다.In summary, the average diameter of the platinum nanoparticles produced according to this example gradually increased from 77.1 nm to 87.2 nm between the temperatures of 650 °C and 850 °C, and slightly decreased to 70.5 nm at the temperature of 900 °C.

또한, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 형태 변화는 도 4의 (a) 내지 도 4의 (b)에 표시된 RMS 거칠기(Rq)와 표면적 비율(Surface Area Ration; SAR) 플롯 챠트를 통해 확인할 수 있다.In addition, the change in the shape of the platinum nanoparticles generated according to the present embodiment is shown in FIGS. 4 (a) to 4 (b) through the RMS roughness (Rq) and the surface area ratio (SAR) plot chart. can be checked

또한, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 형태 변화는 아래의 표 1에 도시된 RMS 거칠기(Rq)와 표면적 비율(Surface Area Ration; SAR) 값을 통해서도 확인할 수 있다.In addition, the change in the shape of the platinum nanoparticles produced according to this embodiment can also be confirmed through the RMS roughness (Rq) and the surface area ratio (SAR) values shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112019076644135-pat00002
Figure 112019076644135-pat00002

표 1 및 도 4의 (a)를 참조하면, 온도 500℃에서 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 Rq 값은 0.5nm이었고, 온도 550℃에서는 3.21nm로 Rq 값이 급격히 증가했다.Referring to Table 1 and (a) of Figure 4, the Rq value of the platinum nanoparticles produced according to this example at a temperature of 500 °C was 0.5 nm, and at a temperature of 550 °C, the Rq value rapidly increased to 3.21 nm.

한편, 온도가 500℃에서 550℃로 증가함에 따라, 백금 나노 구조의 형태는 작은 백금 나노 구조에서 작은 언덕 형태의 백금 나노 구조로 변환되었다.On the other hand, as the temperature increased from 500 °C to 550 °C, the shape of the platinum nanostructure was changed from the small platinum nanostructure to the platinum nanostructure in the form of a small hill.

그리고 온도 600~ 900℃ 범위에서 고립된 백금 나노 입자들의 수직 크기가 증가함에 따라 Rq 값은 3.99nm ~ 5.91nm로 완만하게 증가했다.And, as the vertical size of the isolated platinum nanoparticles increased in the temperature range of 600~900℃, the Rq value gradually increased from 3.99nm to 5.91nm.

한편, 표 1 및 도 4의 (b)를 참조하면, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 SAR 값이 변화하는 경향은 백금 나노 입자의 Rq 값이 특정 온도에서 변화하는 경향과 유사하다.Meanwhile, referring to Table 1 and FIG. 4B , the tendency of the SAR value of the platinum nanoparticles produced according to this embodiment to change is similar to the tendency of the Rq value of the platinum nanoparticles to change at a specific temperature.

본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 SAR 값은 500℃에서 0.12%이며, 600℃에서는 3.81%로 급격히 증가했다.The SAR value of the platinum nanoparticles produced according to this example was 0.12% at 500°C, and sharply increased to 3.81% at 600°C.

이후 온도 650℃와 900℃ 범위 사이에서, 고립되고 규칙적인 백금 나노 입자의 크기가 성장함과 동시에 SAR 값은 9.49%까지 점진적으로 증가하였다.Then, between the temperature range of 650 °C and 900 °C, the SAR value gradually increased to 9.49% as the size of the isolated and regular platinum nanoparticles grew.

모두 다른 온도에서 백금 나노 입자에 대해 EDS 분석을 한 결과는 도 4의 (c) 내지 도 4의 (d)에 도시되어 있다. 도 4의 (c) 내지 도 4의 (d)에 도시된 EDS 분석결과는 EDS 요약 계수 및 스펙트럼이 포함되어 있다.The results of EDS analysis on platinum nanoparticles at different temperatures are shown in FIGS. 4(c) to 4(d). The EDS analysis results shown in FIGS. 4(c) to 4(d) include EDS summary coefficients and spectra.

도 4의 (c) 내지 도 4의 (d)에 도시된 EDS 스펙트럼을 참조하면, 기판 원소 O 및 Al의 존재를 나타내는 고강도 Kα 피크(high intensity Kα peak)들은 각각 0.53 및 1.49 KeV에서 관찰되었다.Referring to the EDS spectrum shown in FIGS. 4(c) to 4(d), high intensity Kα peaks indicating the presence of the substrate elements O and Al were observed at 0.53 and 1.49 KeV, respectively.

또한, 본 실시 예의 모든 온도 범위 내에서 생성된 백금 나노 입자에 포함된 백금 원소를 나타내는 Mα1은 2.049 KeV에서 검출되었다.In addition, Mα1 representing the platinum element contained in the platinum nanoparticles produced within all temperature ranges of this example was detected at 2.049 KeV.

특히, 온도 500℃와 900℃의 사이에서 생성된 백금 나노 입자는, 모든 온도 범위 전반에 걸쳐 일정한 양의 백금 원소를 나타내는 Mα1가 도 4의 (d-1) 그래프에 피크(peak)들로 검출되고 있다.In particular, platinum nanoparticles produced between a temperature of 500°C and 900°C, Mα1 representing a constant amount of platinum element over all temperature ranges, is detected as peaks in the graph (d-1) of FIG. 4 . is becoming

한편, 도 4의 (d-2)에 도시된 바와 같이, 이중 층으로부터 인듐 원자의 광범위한 승화가 일어나, 3.3KeV에서 인듐 원자의 EDS 카운트는 검출되지 않았음을 알 수 있다.On the other hand, as shown in (d-2) of FIG. 4 , it can be seen that extensive sublimation of indium atoms from the double layer occurred, so that the EDS count of indium atoms at 3.3 KeV was not detected.

이것은 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자는 거의 순수한 백금 나노 입자임을 나타내며, 동시에 인듐 원자는 디웨팅 공정의 효율을 높이는 촉매로 사용될 뿐, 백금 나노 입자 생성 뒤에 남아있는 원자가 아님을 의미한다.This indicates that the platinum nanoparticles produced according to this embodiment are almost pure platinum nanoparticles, and at the same time, the indium atoms are used as catalysts to increase the efficiency of the dewetting process, and are not atoms remaining after the formation of the platinum nanoparticles.

도 4의 (e) 내지 도 4의 (g)에는 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)에 대한 특성을 소광율, 반사율 및 투과율 스펙트럼으로 나타내는 그래프들이 도시되어 있다.4 (e) to 4 (g) are graphs showing the extinction rate, reflectance and transmittance spectra of the properties of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment for local surface plasmon resonance (LSPR). .

한편, 본 실시 예(제1 실시 예)를 비롯하여 이하에서 설명될 제2 및 제3 실시 예에서 소광율, 반사율 및 투과율 스펙트럼을 설명함에 있어, 소광율, 반사율 및 투과율 스펙트럼 각각의 관계는 다음과 같다.Meanwhile, in describing the extinction rate, reflectance, and transmittance spectra in the second and third examples to be described below, including the present embodiment (the first embodiment), the relationship between the extinction rate, reflectance, and transmittance spectrum is as follows same.

광원으로부터 백금 나노 입자로 입사되는 광이 정상 입사각이라고 가정하고 즉, 입사각이 수직이 되도록 설정한 상태에서 반사율 및 투과율을 측정하였으며, 소광율 스펙트럼은 반사율[%] + 투과율[%] + 소광도(흡광도)[%] = 100[%]라는 관계식으로부터 추출하였다.Assuming that the light incident from the light source to the platinum nanoparticles is a normal incident angle, that is, the reflectance and transmittance were measured while the incident angle was set to be vertical, and the extinction rate spectrum was calculated as reflectance [%] + transmittance [%] + extinction ( Absorbance) [%] = 100 [%] was extracted from the relationship.

한편, 어닐링 온도가 증가하면서, 백금 나노 입자의 광학적 특성은 백금 나노 입자의 크기가 증가하고, 형태와 분포의 균일성 및 표면 피복율이 변화되는 것과 상응하여 함께 진화한다.On the other hand, as the annealing temperature increases, the optical properties of the platinum nanoparticles evolve along with the increase in the size of the platinum nanoparticles, the uniformity of shape and distribution, and changes in the surface coverage.

특히, 도 4의 (e)에 도시된 소광율 스펙트럼은 자외선(UV) 영역에서 약한 피크(peak)를 나타내고 있으며, 가시광(VIS) 영역에서 강한 피크(peak)를 나타내고 있다.In particular, the extinction rate spectrum shown in (e) of FIG. 4 shows a weak peak in the ultraviolet (UV) region and a strong peak in the visible (VIS) region.

이렇게 피크가 자외선(UV) 및 가시광(VIS) 영역에서 나타나는 이유는, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자들의 다양한 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 모드에 대한 대역이 여기(excitation)되는 것과 관계가 있다.The reason that the peak appears in the ultraviolet (UV) and visible (VIS) regions is related to the excitation of bands for various local surface plasmon resonance (LSPR) modes of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment. have.

본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자는 반구형으로 구성되며, 크기는 모두 100nm 이하이다.The platinum nanoparticles produced according to the present embodiment have a hemispherical shape, and all have a size of 100 nm or less.

또한, 자외선(UV) 및 가시광(VIS) 영역에서 나타나는 피크들은 각각 백금 나노 입자의 4중 극성(QuadPolar, QP) 및 쌍극성(Dipolar, DP) 공진 모드에 의해 유도된다.In addition, peaks appearing in the ultraviolet (UV) and visible (VIS) regions are induced by quadpolar (QP) and dipolar (DP) resonance modes of platinum nanoparticles, respectively.

본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 경우, 쌍극성(DP) 공명 모드에서 발생하는 피크가 더 두드러지게 나타나며, 이는 자외선(UV) 영역에 비해, 가시광(VIS) 영역에서 더 강한 광 흡수가 야기됨을 의미한다.In the case of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment, the peak occurring in the dipolar (DP) resonance mode is more prominent, which means that there is stronger light absorption in the visible (VIS) region than in the ultraviolet (UV) region. means to cause

또한, 도 4의 (e-1)에 도시된 바와 같이, 온도 범위 내에서 생성된 모든 백금 나노 입자들에 대한 소광률 스펙트럼은 950nm에서 정규화된다.In addition, as shown in (e-1) of FIG. 4, extinction spectra for all platinum nanoparticles generated within the temperature range are normalized at 950 nm.

이는, 어닐링 온도가 증가하여 고온이 되면서 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 크기가 증가함에 따라, 광 흡수를 나타내는 피크의 강도가 점차적으로 증가하기 때문이다.This is because the intensity of the peak indicating light absorption gradually increases as the size of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment increases as the annealing temperature increases to become a high temperature.

즉, 백금 나노 입자들의 크기가 점차 커지면서, 상대적으로 더 큰 백금 나노 입자가 높은 광 흡수율을 가짐을 알 수 있다.That is, as the size of the platinum nanoparticles gradually increases, it can be seen that the relatively larger platinum nanoparticles have high light absorption.

도 4의 (e-2)를 참조하면, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 쌍극성(DP) 공명 모드에 대한 피크는 고온에서 점진적으로 그 대역폭이 좁아지는 협소화 현상을 나타내고 있다. Referring to (e-2) of FIG. 4 , the peak for the dipolar (DP) resonance mode of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment shows a narrowing phenomenon in which the bandwidth is gradually narrowed at a high temperature.

이는, 어닐링 온도가 증가할수록 원자 확산성이 향상되면서, 백금 나노 입자의 형태 및 분포 균일성이 향상되는 것과 관련된다.This is related to the improvement of the atomic diffusivity as the annealing temperature increases, and the improvement of the shape and distribution uniformity of the platinum nanoparticles.

도 4의 (f) 내지 도 4의 (f-2)에는 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 쌍극성(DP) 공명 모드에서 측정된 반사율, 정규화된 반사율 및 평균 반사율을 플롯 챠트로 나타내고 있다.4(f) to 4(f-2) show the reflectance, normalized reflectance, and average reflectance measured in the dipolar (DP) resonance mode of the platinum nanoparticles produced according to this embodiment as plot charts. have.

본 실시 예에서 온도 550℃ 이하에서 생성된 백금 나노 입자의 경우는, 컴팩트하면서 넓은 피복율을 가지고 있으며, 반사율 스펙트럼은 ~520nm의 가시광(VIS) 영역에서 폭 넓은 감소(dip) 그래프를 보여준다.In this embodiment, the platinum nanoparticles produced at a temperature of 550° C. or less have a compact and wide coverage, and the reflectance spectrum shows a wide dip graph in the visible light (VIS) region of ~520 nm.

반면, 본 실시 예에서 550℃보다 더 높은 어닐링 온도에서 생성된 상대적으로 더 크고 고립된 백금 나노 입자의 경우, 반사율 스펙트럼은 ~520nm의 가시광(VIS) 영역에서 숄더 패턴의 그래프를 형성한다.On the other hand, in the case of relatively larger and isolated platinum nanoparticles produced at an annealing temperature higher than 550 °C in this example, the reflectance spectrum forms a graph of a shoulder pattern in the visible light (VIS) region of ~520 nm.

상술한 바와 같이, 작은 크기의 백금 나노 입자가 쌍극성(DP) 공진 모드일 경우, 가시광(VIS) 영역의 광을 주로 흡수했다.As described above, when the small-sized platinum nanoparticles were in the dipolar (DP) resonance mode, light in the visible (VIS) region was mainly absorbed.

그러나 도 4의 (f-1)에 도시된 바와 같이, 어닐링 온도가 상승하면서 백금 나노 입자의 형태가 명확히 형성됨에 따라, 후방 산란 효과도 향상되고, 가시광 영역에서 반사율 스팩트럼에 대한 숄더 패턴의 그래프는 감소 패턴의 그래프와 중첩된다.However, as shown in (f-1) of FIG. 4, as the shape of platinum nanoparticles is clearly formed as the annealing temperature rises, the backscattering effect is also improved, and the graph of the shoulder pattern for the reflectance spectrum in the visible region is It overlaps with the graph of the decreasing pattern.

본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 표면 피복율 감소로 인하여 온도가 증가함과 동시에, 반사율은 도 4의 (f-2)에 도시된 플롯과 같이 점진적으로 감소하였다.As the temperature increased due to the decrease in the surface coverage of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment, the reflectance gradually decreased as shown in the plot shown in (f-2) of FIG. 4 .

또한, 도 4의 (g) 내지 도 4의 (g-1)를 참조하면, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자가 쌍극성(DP)과 4중 극성(QP) 공명 모드일 경우, 이에 대한 투과율 스펙트럼은 가시광(VIS) 영역과 자외선(UV) 영역에서 각각 흡수 대역을 나타내고 있다.In addition, referring to FIGS. 4 (g) to 4 (g-1), when the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment are in the dipolar (DP) and quadruple polarity (QP) resonance modes, this In the transmittance spectrum for the , each of the absorption bands in the visible (VIS) region and the ultraviolet (UV) region is shown.

그러나 본 실시 예에서 온도 500℃와 550℃에 생성된 백금 나노 입자의 경우, 높은 피복율에 의해 전방 산란 효과 역시 높아지므로, 온도 500℃와 550℃ 사이에서 생성된 백금 나노 입자에 대한 투과율 스펙트럼은 감소(dip) 패턴의 그래프를 거의 형성하지 않는다.However, in the case of platinum nanoparticles produced at temperatures of 500 °C and 550 °C in this embodiment, the forward scattering effect is also increased due to the high coverage, so the transmittance spectrum for platinum nanoparticles produced between temperatures of 500 °C and 550 °C is It rarely forms a graph of a dip pattern.

하지만, 도 4의 (g-1)에 도시된 바와 같이, 온도 500℃와 550℃보다 높은 온도에서 상대적으로 크기가 더 크고 고립된 형태의 백금 나노 입자가 형성되면, 점차적으로 감소 패턴의 그래프가 형성되는 빈도 또는 그래프의 감소 기울기는 증가되었다.However, as shown in (g-1) of FIG. 4, when platinum nanoparticles having relatively larger sizes and isolated forms are formed at temperatures higher than 500°C and 550°C, the graph of the gradually decreasing pattern is The frequency of formation or the decreasing slope of the graph increased.

본 실시 예에서 백금 나노 입자의 평균 투과율을 살펴보면, 반사율과 반대의 패턴을 나타낸다. 즉, 백금 나노 입자의 표면 피복율이 감소될 수록 투과율은 증가했다.Looking at the average transmittance of the platinum nanoparticles in this embodiment, a pattern opposite to the reflectance is shown. That is, as the surface coverage of the platinum nanoparticles decreased, the transmittance increased.

본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 광학 분석 결과를 살펴보면, 백금 나노 입자의 크기, 형태를 조절함으로써, 백금 나노 입자의 광학적 특성을 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다.Looking at the results of optical analysis of the platinum nanoparticles produced according to this embodiment, it can be seen that the optical properties of the platinum nanoparticles can be adjusted by adjusting the size and shape of the platinum nanoparticles.

또한, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 국소 표면 플라즈몬 공진 모드가 가시광(VIS) 영역에 대하여 흡수 대역을 형성할 때, 대역폭을 조절할 수 있는 기능 또한, 종래 백금 나노 입자들에서는 찾아보기 어려운 기능이다.In addition, when the local surface plasmon resonance mode of the platinum nanoparticles produced according to this embodiment forms an absorption band with respect to the visible (VIS) region, the ability to adjust the bandwidth is also difficult to find in conventional platinum nanoparticles. is a function

이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따라 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for producing a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 7 .

본 발명의 제2 실시 예를 설명함에 있어서, 이전 실시 예(제1 실시 예)와 동일한 구성 및 단계에 대하여는 중복되는 설명을 피하고, 설명의 편의를 위해 구체적인 설명이나 도면의 도시를 생략할 수도 있다.In describing the second embodiment of the present invention, the same configuration and steps as those of the previous embodiment (the first embodiment) are avoided, and a detailed description or illustration of the drawings may be omitted for convenience of description. .

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 온도별 형성과정을 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 크기 및 분포 히스토그램을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 광학적 특성을 나타내는 도면이다.5 is a view showing the temperature-specific formation process of platinum nanoparticles produced according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a histogram of the size and distribution of platinum nanoparticles produced according to the second embodiment of the present invention. 7 is a view showing the optical properties of the platinum nanoparticles produced according to the second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 인듐-백금(In-Pt) 이중 층은, 3nm 두께의 인듐 박막 층(11) 및 3nm 두께의 백금 박막 층(12)으로 구성된다.The indium-platinum (In-Pt) double layer according to the second embodiment of the present invention includes an indium thin film layer 11 having a thickness of 3 nm and a platinum thin film layer 12 having a thickness of 3 nm.

도 5를 참조하면, 본 실시 예(제2 실시 예)에 따른 3nm의 두께로 구성된 인듐 및 백금 박막 층이 각각 증착된 C-면 사파이어(10) 기판으로부터 백금 나노 입자가 형성되는 과정을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that platinum nanoparticles are formed from the C-plane sapphire 10 substrate on which indium and platinum thin film layers each having a thickness of 3 nm are deposited according to this embodiment (the second embodiment). have.

본 실시 예에 따른 사파이어(10) 기판은 이전 실시 예(제1 실시 예)와 동일한 성장 조건인 500℃ ~ 900℃의 온도 범위에서 450초 동안 펄스 레이저 증착 챔버 내에서 어닐링 공정이 수행된다.The sapphire 10 substrate according to this embodiment is annealed in a pulsed laser deposition chamber for 450 seconds in a temperature range of 500° C. to 900° C., which is the same growth condition as that of the previous embodiment (first embodiment).

한편, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (i)에는 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자를 AFM으로 분석한 평면도가 개시되어 있으며, 도 5의 (a-1) 내지 도 5의 (i-1)에는 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자를 AFM으로 분석한 컬러 코딩된 측면도(color-coded side view)가 개시되어 있고, 도 5의 (a-2) 내지 도 5의 (i-2)에는 횡단면 라인 프로파일(cross-sectional line-profiles)이 개시되어 있다.On the other hand, in Figs. 5 (a) to 5 (i), a plan view of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment analyzed by AFM is disclosed, and Figs. 5 (a-1) to 5 ( In i-1), a color-coded side view analyzed by AFM of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment is disclosed, and FIGS. 5 (a-2) to 5 (i) are shown. -2) discloses cross-sectional line-profiles.

또한, 도 6은 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 높이 및 직경 분포 히스토그램을 나타낸 도면이다.6 is a view showing a histogram of the height and diameter distribution of platinum nanoparticles according to the present embodiment.

이전 실시 예와 비교할 때, 본 실시 예에 따른 인듐-백금 이중 층은 총 두께를 6nm로 동일하게 유지하면서 인듐 박막 층의 두께를 증가시키고, 백금 박막 층의 두께는 감소시켰다.Compared with the previous embodiment, the indium-platinum double layer according to this embodiment increased the thickness of the indium thin film layer while maintaining the same total thickness at 6 nm, and decreased the thickness of the platinum thin film layer.

본 실시 예에서는 두 금속 박막 층의 두께 변화에 따라, 디웨팅 공정의 효율이 이전 실시 예에 비하여 크게 변화되었으며, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (i)에 도시된 바와 같이, 이전 실시 예에 비하여 크기는 좀 더 작지만, 규칙적으로 분포된 백금 나노 입자를 고밀도로 형성할 수 있다.In this embodiment, according to the change in the thickness of the two metal thin film layers, the efficiency of the dewetting process was significantly changed compared to the previous embodiment, and as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (i), the previous implementation Although the size is a little smaller than that of the example, it is possible to form regularly distributed platinum nanoparticles with high density.

본 실시 예에 따른 인듐-백금 이중 층에 포함된 인듐(In)의 양이 증가하면서, 이중 층에 포함된 모든 금속 원자들이 이전 실시 예에 비해 더 높은 원자 확산성을 가지게 된다.As the amount of indium (In) included in the indium-platinum double layer according to the present embodiment increases, all metal atoms included in the double layer have higher atomic diffusivity than in the previous embodiment.

이는, 인듐 박막 층의 두께는 증가하면서 백금 박막 층의 두께가 감소됨에 따라, 백금 박막 층의 안정성이 최소화되어, 계면에서 인듐(In) 원자와 백금(Pt) 원자 간 상호 혼합 현상이 증가되므로, 인듐-백금 이중 층에 포함된 금속 원자들의 확산성이 전반적으로 향상되기 때문이다.This is because as the thickness of the platinum thin film layer decreases while the thickness of the indium thin film layer increases, the stability of the platinum thin film layer is minimized, and the intermixing phenomenon between indium (In) atoms and platinum (Pt) atoms at the interface increases, This is because the diffusivity of metal atoms included in the indium-platinum double layer is improved overall.

또한, 본 실시 예에 따른 인듐-백금 이중 층의 금속 원자들의 확산성이 증가되어 디웨팅 공정의 전반적인 효율이 이전 실시 예에 비하여 상당히 향상된다.In addition, the diffusivity of metal atoms of the indium-platinum double layer according to the present embodiment is increased, so that the overall efficiency of the dewetting process is significantly improved compared to the previous embodiment.

결과적으로, 본 실시 예에서는 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 포함된 인듐 및 백금 원자의 높은 확산성 때문에, 이전 실시 예에 비해 상대적으로 낮은 온도와 낮은 에너지 부위에서 인듐-백금 합금이 나노 입자화 된 구조들과 수많은 공극(void)들이 생성된다.As a result, in this embodiment, due to the high diffusivity of indium and platinum atoms contained in the indium-platinum (In-Pt) double layer, the indium-platinum alloy is nano-sized at a relatively low temperature and low energy region compared to the previous embodiment. Particulate structures and numerous voids are created.

본 실시 예 역시, 어닐링 온도가 증가함과 동시에, 인듐(In) 원자는 인듐-백금 합금이 나노 입자화 된 구조로부터 서서히 승화되며, 디웨팅 공정이 거의 마무리되면 순수한 백금 나노 입자가 형성된다.Also in this embodiment, as the annealing temperature increases, indium (In) atoms are gradually sublimed from the indium-platinum alloy nano-particled structure, and when the dewetting process is almost completed, pure platinum nanoparticles are formed.

좀 더 구체적으로, 도 5의 (a)에 도시된 AFM 평면도 및 도 5의 (a-1)에 도시된 컬러 코딩된 AFM 측면도를 참조하면, 본 실시 예에서는 500℃의 온도에서 인듐 및 백금 원자의 확산이 제한됨에 따라, 인듐-백금 이중 층은 작은 핀홀(pinhole)과 작은 백금 나노 구조를 갖는 거친 표면으로 변하게 된다.More specifically, referring to the AFM top view shown in Fig. 5 (a) and the color-coded AFM side view shown in Fig. 5 (a-1), in this embodiment, indium and platinum atoms at a temperature of 500 ° C. As the diffusion is limited, the indium-platinum bilayer turns into a rough surface with small pinholes and small platinum nanostructures.

한편, 온도가 500℃에서 650℃로 증가함에 따라, 인듐-백금 합금에 포함된 금속 원자들의 확산성이 증가되면서, 도 5의 (d) 내지 도 5의 (d-2)에 도시된 바와 같이, 작은 핀홀(pinhole)과 작은 백금 나노 구조를 갖는 거친 표면은 고립되고 큰 백금 나노 입자로 급격하게 진화된다.On the other hand, as the temperature increases from 500° C. to 650° C., as the diffusivity of metal atoms included in the indium-platinum alloy increases, as shown in FIGS. 5 (d) to 5 (d-2) , rough surfaces with small pinholes and small platinum nanostructures are isolated and rapidly evolve into large platinum nanoparticles.

이때, 도 6의 (a) 내지 도 6의 (a-1)에 도시된 제2 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 높이 및 직경 분포 히스토그램을 참조하면, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 높이는 4nm ~ 16nm 사이에 분산되어 있고, 직경은 20nm ~ 70nm 범위에 널리 분포되어 있음을 알 수 있다.At this time, referring to the histogram of the height and diameter distribution of the platinum nanoparticles according to the second embodiment shown in FIGS. 6(a) to 6(a-1), the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment It can be seen that the height is distributed between 4 nm and 16 nm, and the diameter is widely distributed between 20 nm and 70 nm.

결과적으로, 백금 나노 입자의 평균 높이는 9.4nm이고, 평균 직경은 47.6nm였다.As a result, the average height of the platinum nanoparticles was 9.4 nm and the average diameter was 47.6 nm.

또한, 도 5의 (e) 내지 도 5의 (i)에 도시된 바와 같이, 온도 700℃ ~ 900℃ 사이에서 본 실시 예에 따른 고립된 원형의 백금 나노 입자는 확산성이 더 향상됨에 따라, 그 크기가 증가하고 형태 및 간격 균일성이 향상되었다.In addition, as shown in Fig. 5 (e) to 5 (i), the isolated circular platinum nanoparticles according to this embodiment at a temperature between 700 ° C. and 900 ° C. As the diffusivity is further improved, Its size increased and shape and spacing uniformity improved.

이때, 도 6의 (b) 내지 도 6의 (f)와 도 6의 (b-1) 내지 도 6의 (f-1)에 도시된 바와 같이, 온도 700

Figure 112019076644135-pat00003
~ 900
Figure 112019076644135-pat00004
범위 내에서 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 평균 높이와 직경은 조금씩 증가했다.At this time, as shown in FIGS. 6(b) to 6(f) and FIGS. 6(b-1) to 6(f-1), the temperature 700
Figure 112019076644135-pat00003
~ 900
Figure 112019076644135-pat00004
Within the range, the average height and diameter of the platinum nanoparticles according to the present embodiment increased little by little.

특히, 도 6의 (f) 및 도 6의 (f-1) 을 참조하면, 900℃에서 백금 나노 입자의 높이 분포는 6nm ~ 8nm이고, 직경 분포는 40nm ~ 80nm에 걸쳐 나타나고 있으므로, 이전 실시 예에 비해 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 높이 및 직경이 좀 더 크다.In particular, referring to FIGS. 6(f) and 6(f-1), the height distribution of the platinum nanoparticles at 900° C. is 6 nm to 8 nm, and the diameter distribution is from 40 nm to 80 nm, so the previous embodiment In comparison, the height and diameter of the platinum nanoparticles according to the present embodiment are slightly larger.

본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 평균 높이와 직경은 각각 12.4nm와 59.1nm로써, 이전 실시 예에 비하여 증가했다.The average height and diameter of the platinum nanoparticles according to this embodiment were 12.4 nm and 59.1 nm, respectively, which increased compared to the previous embodiment.

본 실시 예에서 백금 나노 입자의 전체적인 진화는 열적 평형 구성(equilibrium configuration)을 얻기 위한 표면 에너지 최소화 메커니즘과 관련된다.The overall evolution of the platinum nanoparticles in this example relates to a surface energy minimization mechanism to achieve a thermal equilibrium configuration.

본 실시 예에 따른 성장 조건하에서 형성된 백금 나노 입자는 이전 실시 예와 유사한 수직 높이를 가지고 있으나, 이전 실시 예와 비교하여 직경은 약간 감소되었다.The platinum nanoparticles formed under the growth conditions according to this embodiment had a vertical height similar to that of the previous embodiment, but the diameter was slightly reduced compared to the previous embodiment.

또한, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 면적 밀도는 매우 증가되었는데, 이는 증가된 인듐(In)의 양에 의해, 인듐-백금(In-Pt) 이중층에 대한 디웨팅 공정의 효율이 향상되었기 때문이다.In addition, the areal density of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment is greatly increased, which is due to the increased amount of indium (In), and the efficiency of the dewetting process for the indium-platinum (In-Pt) double layer is improved. because it has been

한편, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 형태학적인 변형은 아래의 표 2에 나타난 Rq 값과 SAR 값으로 표현된다.On the other hand, the morphological modification of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment is expressed by the Rq value and the SAR value shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112019076644135-pat00005
Figure 112019076644135-pat00005

또한, 상술한 표 2 이외에도 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 형태학적인 변형은 도 7의 (a) 내지 도 7의 (b)에 도시된 Rq 값과 SAR 값을 통해서도 알 수 있다.In addition to Table 2 described above, the morphological modification of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment can also be seen through the Rq values and SAR values shown in FIGS. 7 (a) to 7 (b).

한편, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 Rq 값은 500℃에서 약 0.76nm이었고, 온도가 증가하면서 더 큰 백금 나노 입자의 형성으로 인해, 550℃에서는 0.76nm의 약 4배인 ~ 3.2nm까지 Rq 값이 급격히 증가했다.On the other hand, the Rq value of the platinum nanoparticles produced according to this example was about 0.76 nm at 500 °C, and due to the formation of larger platinum nanoparticles as the temperature increased, at 550 °C, about 4 times of 0.76 nm was ~3.2 nm The Rq value increased rapidly.

이후, 900℃까지 백금 나노 입자의 높이가 약간 증가함에 따라 Rq값은 4.18nm로 완만하게 증가했다.Thereafter, as the height of the platinum nanoparticles increased slightly up to 900°C, the Rq value gradually increased to 4.18 nm.

본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 SAR 값도 온도가 증가함에 따라, Rq 값이 증가하는 경향과 매우 유사한 경향을 보인다.The SAR value of the platinum nanoparticles produced according to this example also shows a trend very similar to the tendency of the Rq value to increase as the temperature increases.

표 2를 참조하면, SAR 값은 500℃에서 0.2%이고, 550℃에서 3.29%로 급격히 증가하였으며, 900℃까지 5.61%로 점차 증가했다. 이는 백금 나노 입자에 의해 점진적으로 증가된 표면적 때문이다.Referring to Table 2, the SAR value was 0.2% at 500°C, increased rapidly to 3.29% at 550°C, and gradually increased to 5.61% at 900°C. This is due to the progressively increased surface area by the platinum nanoparticles.

한편, 도 7의 (c)에 도시된 EDS 카운트 플롯은 다양한 어닐링 온도에서 모두 백금 원자가 일정한 양으로 지속적으로 검출되고 있음을 나타내고 있다. On the other hand, the EDS count plot shown in FIG. 7(c) shows that platinum atoms are continuously detected in a constant amount at various annealing temperatures.

즉, 본 실시 예에서는 어닐링 온도에 상관없이 백금 원자가 인듐-백금 합금으로부터 승화되지 않고 유지됨을 나타내고 있으며, 이와 반대로 인듐 원자는 인듐-백금 합금으로부터 승화되기 때문에 어닐링 온도 범위 전체에서 걸쳐 인듐 원자에 대한 피크는 검출되지 않았다.That is, in this embodiment, it shows that the platinum atoms are maintained without sublimation from the indium-platinum alloy regardless of the annealing temperature. was not detected.

이전 실시 예에 비하여 직경이 상대적으로 작은 본 실시 예의 백금 나노 입자의 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 특성은 도 7의 (d) 내지 도 7의 (f)에 나타나 있으며, 각각 도 7의 (d-1) 내지 도 7의 (f-1)에는 광학적 특성이 정규화된 스펙트럼이 도시되어 있다.The local surface plasmon resonance (LSPR) characteristics of the platinum nanoparticles of this embodiment, which have a relatively small diameter compared to the previous embodiment, are shown in FIGS. 7(d) to 7(f), respectively, in FIG. 7(d- 1) to 7(f-1) show spectra in which optical properties are normalized.

도 4 및 도 7을 참조하면, 본 실시 예(제2 실시 예)에 따라 생성된 백금 나노 입자의 광학적 특성을 분석한 결과는 전반적으로 이전 실시 예(제1 실시 예)와 비슷한 스펙트럼 경향을 보였다. 4 and 7, the results of analyzing the optical properties of the platinum nanoparticles produced according to this Example (Example 2) showed a similar spectral trend to the previous Example (Example 1) as a whole. .

하지만, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 크기, 형상 및 균일성이 이전 실시 예와 비교하여 차이가 있으므로, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 광 흡수 강도, 피크의 생성 대역 및 대역폭은 이전 실시 예와 비교할 때 차이가 있다.However, since the size, shape, and uniformity of the platinum nanoparticles produced according to this embodiment are different from those of the previous embodiment, the light absorption intensity of the platinum nanoparticles produced according to this embodiment, the generation band of the peak, and The bandwidth is different from the previous embodiment.

도 7의 (d)에 나타난 소광율 스펙트럼을 참조하면, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자는 자외선(UV) 및 가시광(VIS) 영역에서 각각 4중 극성(QP) 및 쌍극성(DP) 공명 모드에 대한 피크(peak)를 나타내고 있다.Referring to the extinction rate spectrum shown in (d) of FIG. 7 , the platinum nanoparticles produced according to this example have quadruple polarity (QP) and dipolarity (DP) in the ultraviolet (UV) and visible (VIS) regions, respectively. The peak for the resonance mode is shown.

인듐 박막 층이 1.5nm의 두께이고, 백금 박막 층이 4.5nm의 두께로 구성된 이전 실시 예(제1 실시 예)는 소광률 스펙트럼의 피크가 ~560nm에서부터 ~480nm까지 나타나는 것에 비하여, 본 실시 예(제2 실시 예)는 소광률 스펙트럼의 피크가 더 짧은 파장인 ~ 510nm에서부터 ~ 470nm까지 나타난다.The indium thin film layer has a thickness of 1.5 nm and the platinum thin film layer has a thickness of 4.5 nm. Compared to the previous embodiment (the first embodiment), the peak of the extinction rate spectrum appears from ~560 nm to ~480 nm, in this embodiment ( In Example 2), the peak of the extinction rate spectrum appears from a shorter wavelength of ~ 510 nm to ~ 470 nm.

도 7의 (d-1)에 도시된 바와 같이, 어닐링 온도가 상승함에 따라, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 크기는 더 커지고, 스펙트럼은 950nm에서 정규화된 뒤, 그 이후로 광 흡수율이 다시 약간 증가한다.As shown in (d-1) of FIG. 7, as the annealing temperature increases, the size of the platinum nanoparticles produced according to this embodiment becomes larger, and the spectrum is normalized at 950 nm, and then the light absorption rate thereafter This again increases slightly.

도 7의 (e-2)에 도시된 확대 스펙트럼을 참조하면, 어닐링 온도가 상승하면서 백금 나노 입자의 크기, 형태 및 간격 균일성이 향상되지만, 백금 나노 입자의 쌍극성(DP) 공명 모드에 대한 피크는 어닐링 온도가 증가함에 따라 점차적으로 좁아진다.Referring to the enlarged spectrum shown in (e-2) of FIG. 7 , the size, shape, and spacing uniformity of the platinum nanoparticles are improved as the annealing temperature is increased, but the dipolar (DP) resonance mode of the platinum nanoparticles is The peak gradually narrows as the annealing temperature increases.

도 7의 (e) 내지 도 7의 (e-1)에 도시된 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 반사율 스펙트럼을 참조하면, 자외선-가시광(UV-VIS) 영역에서는 숄더 패턴의 그래프가 나타나며, 자외선-가시광(UV-VIS) 영역보다 더 긴 파장 영역에서는 평평한 형태의 스펙트럼 그래프가 나타난다.Referring to the reflectance spectrum of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment shown in FIGS. 7 (e) to 7 (e-1), the graph of the shoulder pattern in the ultraviolet-visible (UV-VIS) region is In the wavelength region longer than the ultraviolet-visible (UV-VIS) region, a flattened spectrum graph appears.

자외선(UV) 및 가시광(VIS) 영역에서 나타나고 있는 감소 그래프는 4중 극성(QP) 및 쌍극성(DP) 공명 모드에 대한 광학 스펙트럼과 상응할 것으로 예상되지만, 오히려 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 쌍극성(DP) 공명 모드로 후방 산란이 향상되어, 감소 추세는 서로 일치하지 않거나 왜곡된다. The decreasing graphs appearing in the ultraviolet (UV) and visible (VIS) regions are expected to correspond to the optical spectra for the quadrupolar (QP) and dipolar (DP) resonance modes, but rather the platinum produced according to this example. The backscattering is enhanced by the dipolar (DP) resonance mode of the nanoparticles, so that the decreasing trend is either inconsistent or distorted.

한편, 도 7의 (f) 및 도 7의 (f-2)에 도시된 바와 같이, 백금 나노 입자의 표면 피복율이 감소됨에 따라, 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 평균 반사율은 감소한다.On the other hand, as shown in FIGS. 7(f) and 7(f-2), as the surface coverage of the platinum nanoparticles decreases, the average reflectance of the platinum nanoparticles according to the present embodiment decreases.

도 7의 (f)에 도시된 투과율 스펙트럼에서, 4중 극성(QP) 및 쌍극성(DP) 공명 모드와 관련된 두 개의 감소 그래프가 각각 자외선(UV) 및 가시광(VIS) 영역에서 명확하게 관찰된다.In the transmittance spectrum shown in Fig. 7(f), two decrease graphs related to quadruple polarity (QP) and bipolar (DP) resonance modes are clearly observed in the ultraviolet (UV) and visible (VIS) regions, respectively. .

그리고 도 7의 (f-1)에서 볼 수 있듯이, 고온에서 상대적으로 더 큰 백금 나노 입자가 형성됨에 따라, 투과율은 역시 점진적으로 증가했다. And, as can be seen in (f-1) of FIG. 7, as relatively larger platinum nanoparticles were formed at high temperature, the transmittance also gradually increased.

또한, 도 7의 (f-2)에 도시된 바와 같이 온도의 증가에 따른 표면 피복율 감소로 인해, 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 평균 투과율은 증가했다.In addition, as shown in (f-2) of FIG. 7 , due to a decrease in surface coverage according to an increase in temperature, the average transmittance of the platinum nanoparticles according to the present embodiment increased.

이하에서는, 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 제3 실시 예에 따른 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of generating a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 10 .

본 발명의 제3 실시 예를 설명함에 있어서, 이전 실시 예(제2 실시 예)와 동일한 구성 및 단계에 대하여는 중복되는 설명을 피하고, 설명의 편의를 위해 구체적인 설명이나 도면의 도시를 생략할 수도 있다.In describing the third embodiment of the present invention, the same configuration and steps as those of the previous embodiment (the second embodiment) are avoided, and a detailed description or illustration of the drawings may be omitted for convenience of description. .

도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 온도별 형성과정을 나타내는 도면이며, 도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 크기 및 분포 히스토그램을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 광학적 특성을 나타내는 도면이다.8 is a view showing the temperature-specific formation process of platinum nanoparticles produced according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a histogram of the size and distribution of platinum nanoparticles produced according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a view showing optical properties of platinum nanoparticles produced according to a third embodiment of the present invention.

도 8 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 인듐-백금(In-Pt) 이중 층은, 두께 4.5nm의 인듐 박막 층(11) 및 두께 1.5nm의 백금 박막 층(12)으로 구성되며, 이러한 이중 층이 증착된 사파이어(10) 기판을 온도 범위 500℃ ~ 900℃ 내에서 어닐링 공정이 진행되도록 하여 백금 나노 입자를 형성하는 과정을 볼 수 있다.8 and 10 , the indium-platinum (In-Pt) double layer according to the third embodiment of the present invention includes an indium thin film layer 11 having a thickness of 4.5 nm and a platinum thin film layer 12 having a thickness of 1.5 nm. ), and the process of forming platinum nanoparticles by allowing the annealing process to proceed within a temperature range of 500° C. to 900° C. of the sapphire 10 substrate on which this double layer is deposited can be seen.

본 실시 예(제3 실시 예)에서는 인듐-백금(In-Pt) 이중 층의 총 두께는 이전 실시 예(제2 실시 예)와 동일하게 6nm이며, 본 실시 예에 따른 이중 층이 증착된 사파이어(10) 기판은 이전 실시 예(제2 실시 예)와 동일한 성장 조건인 500℃ ~ 900℃ 사이에서 온도 조절이 가능한 펄스 레이저 증착 챔버 내에서 450초 동안 어닐링되었다.In this embodiment (the third embodiment), the total thickness of the indium-platinum (In-Pt) double layer is 6 nm, the same as the previous embodiment (the second embodiment), and the sapphire on which the double layer is deposited according to this embodiment (10) The substrate was annealed for 450 seconds in a pulsed laser deposition chamber capable of temperature control between 500° C. and 900° C., the same growth conditions as in the previous example (Example 2).

본 실시 예(제3 실시 예)는 이전 실시 예(제2 실시 예)와 다르게 인듐(In)의 두께가 4.5nm이고, 백금(Pt)의 두께가 1.5nm이다. 이는 본 발명의 제1 실시 예에서 인듐(In)의 두께가 1.5nm이고, 백금(Pt)의 두께는 4.5nm인 것과는 정반대되는 구성이다.In this embodiment (the third embodiment), the thickness of indium (In) is 4.5 nm and the thickness of platinum (Pt) is 1.5 nm, unlike the previous embodiment (the second embodiment). This is a configuration opposite to that in the first embodiment of the present invention, the thickness of indium (In) is 1.5 nm and the thickness of platinum (Pt) is 4.5 nm.

본 실시 예(제3 실시 예)에서는 이전 실시 예(제2 실시 예)와 다르게 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 포함되는 인듐 원자의 함유량을 높이고, 백금 원자의 함유량을 감소시켜, 제1 및 제2 실시 예에 비해, 백금 나노 입자의 형태학적 진화가 더 신속하고 다양하게 일어난다.In this embodiment (the third embodiment), unlike the previous embodiment (the second embodiment), the content of indium atoms included in the indium-platinum (In-Pt) double layer is increased and the content of platinum atoms is decreased, Compared to Examples 1 and 2, the morphological evolution of platinum nanoparticles occurs more rapidly and more diversely.

한편, 본 실시 예에서는 감소된 백금 박막 층의 두께로 인하여, 이전 실시 예보다 본 실시 예에 따른 백금 박막 층의 안정성이 더 감소된다.On the other hand, in this embodiment, due to the reduced thickness of the platinum thin film layer, the stability of the platinum thin film layer according to the present embodiment is further reduced than the previous embodiment.

그리고 본 실시 예에서는 인듐 원자의 함유량이 대폭 증가된 인듐 박막 층에 의해, 인듐(In) 원자 및 백금(Pt) 원자 상호 혼합이 이전 실시 예에 비하여 극대화되며, 백금 원자와 혼합된 인듐 원자는 온도가 증가함에 따라 인듐-백금 합금 구조로부터 승화되어, 디웨팅 공정의 후반부에는 순수한 백금 나노 입자가 형성된다.And in this embodiment, due to the indium thin film layer in which the content of indium atoms is significantly increased, the intermixing of indium (In) atoms and platinum (Pt) atoms is maximized compared to the previous embodiment, and the indium atoms mixed with platinum atoms have a temperature Sublimation from the indium-platinum alloy structure as α increases, and pure platinum nanoparticles are formed in the second half of the dewetting process.

결과적으로, 본 실시 예에 따라 희생 인듐을 사용하여 백금 나노 입자를 생성하는 방법은 제1 및 제2 실시 예에 비하여 디웨팅 공정의 효율을 극대화할 수 있고, 제1 및 제2 실시 예들 보다 더 낮은 어닐링 온도에서 명확한 형태를 가지는 백금 나노 입자를 생성할 수 있다.As a result, the method of generating platinum nanoparticles using sacrificial indium according to the present embodiment can maximize the efficiency of the dewetting process compared to the first and second embodiments, and is more efficient than the first and second embodiments. At a low annealing temperature, platinum nanoparticles having a definite shape can be produced.

좀 더 구체적으로, 도 8의 (a)를 참조하면, 본 실시 예(제3 실시 예)에서는 인듐 원자의 함유량이 증가됨에 따라, 인듐-백금 이중 층에 포함된 금속 원자들의 확산성이 이전 실시 예(제2 실시 예)에 비하여 대폭 높아졌고, 이미 500℃에서부터 매우 컴팩트한 백금 나노 구조가 형성되기 시작한다.More specifically, referring to (a) of FIG. 8 , in this embodiment (the third embodiment), as the content of indium atoms increases, the diffusivity of metal atoms included in the indium-platinum double layer is similar to that of the previous embodiment. It is significantly higher than the example (the second embodiment), and a very compact platinum nanostructure is already formed from 500°C.

도 8의 (b) 내지 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따라 형성된 백금 나노 입자의 표면 형태는 각각 550℃와 600℃에서 크게 변화되며, 모두 고립된 백금 나노 입자들이 형성된다.As shown in FIGS. 8 (b) to 8 (c), the surface shape of the platinum nanoparticles formed according to the present embodiment is greatly changed at 550° C. and 600° C., respectively, and all isolated platinum nanoparticles are is formed

이는, 이전 실시 예에 비하여 증가된 인듐 원자 함유량 때문에, 백금 원자의 확산성이 대폭 증가하였고, 어닐링 온도가 증가하면서 인듐 원자들이 인듐-백금 합금 또는 백금 나노 구조로부터 매우 빠르게 승화하기 때문이다.This is because, due to the increased content of indium atoms compared to the previous embodiment, the diffusivity of platinum atoms is greatly increased, and as the annealing temperature increases, indium atoms sublimate very quickly from the indium-platinum alloy or platinum nanostructure.

도 8의 (c) 내지 도 8의 (h)에 나타난 것처럼, 어닐링 온도가 650℃에서 850℃으로 증가할 때, 본 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자가 더 고립되는 진화가 더 두드러지게 나타난다.As shown in FIGS. 8(c) to 8(h), when the annealing temperature is increased from 650°C to 850°C, the evolution in which platinum nanoparticles produced according to the present embodiment are more isolated is more prominent. .

한편, 도 9에 도시된 본 발명의 제3 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 높이와 직경 분포 히스토그램을 참조하면, 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 높이와 직경은 이전 실시 예와 비교하여 약간 변화되었음을 알 수 있다.Meanwhile, referring to the histogram of the distribution of the height and diameter of platinum nanoparticles according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 9 , the height and diameter of the platinum nanoparticles according to this embodiment are slightly changed compared to the previous embodiment. it can be seen that

이는, 본 실시 예의 인듐-백금 이중 층으로부터 임계 크기 및 구조에 있어서 열적으로 안정화된 백금 나노 입자가 형성되기 때문이다.This is because thermally stabilized platinum nanoparticles in critical size and structure are formed from the indium-platinum double layer of this embodiment.

구체적으로, 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f)를 참조하면, 어닐링 온도가 600℃부터 900℃로 증가하면서, 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 높이 분포는 2nm ~ 8nm에서 4nm ~ 12nm로 변화했다.Specifically, referring to FIGS. 9 (a) to 9 (f), while the annealing temperature is increased from 600° C. to 900° C., the height distribution of the platinum nanoparticles according to this embodiment is from 2 nm to 8 nm to 4 nm Changed to 12nm.

한편, 도 9의 (a-1) 내지 도 9의 (f-1)을 참조하면, 높이 분포도의 변화와 유사하게, 600℃에서 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 직경 분포는 20nm ~ 45nm이고, 900℃에서 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자의 직경 분포는 20nm ~ 50nm으로 직경 분포도가 약간 증가한다.On the other hand, referring to FIGS. 9 (a-1) to 9 (f-1), similarly to the change in the height distribution, the diameter distribution of the platinum nanoparticles according to the present embodiment at 600° C. is 20 nm to 45 nm, , the diameter distribution of the platinum nanoparticles according to this embodiment at 900 ℃ is 20nm ~ 50nm, the diameter distribution is slightly increased.

결과적으로, 도 9의 (a) 및 도 9의 (a-1)를 참조하면, 600℃에서 생성된 백금 나노 입자의 평균 높이는 5.4nm이고, 평균 직경은 31.3nm이다.As a result, referring to FIGS. 9A and 9A-1 , the average height of the platinum nanoparticles produced at 600° C. is 5.4 nm, and the average diameter is 31.3 nm.

또한, 도 9의 (f) 및 도 9의 (f-1)를 참조하면, 900℃에서 상대적으로 큰 백금 나노 입자의 형성과 함께, 백금 나노 입자의 평균 높이와 평균 직경은 각각 8.3nm과 32.9nm로 약간 증가했다.In addition, referring to FIGS. 9(f) and 9(f-1), with the formation of relatively large platinum nanoparticles at 900° C., the average height and average diameter of the platinum nanoparticles are 8.3 nm and 32.9, respectively. with a slight increase in nm.

제1 실시 예(인듐 1.5nm, 백금 4.5nm)에 따라 생성된 백금 나노 입자의 평균 높이 및 평균 직경과 비교할 때, 본 실시 예(제3 실시 예)의 백금 나노 입자의 평균 높이 및 평균 직경은 거의 2배 감소했지만, 밀도는 더 증가했다. Compared with the average height and average diameter of the platinum nanoparticles produced according to the first embodiment (indium 1.5 nm, platinum 4.5 nm), the average height and average diameter of the platinum nanoparticles of this embodiment (third embodiment) are Almost doubled, but the density increased further.

또한, 도 10의 (a) 내지 도 10의 (b) 및 아래의 표 3을 참조하면, 온도가 500℃에서 850℃로 증가할 때, Rq 값은 약 1.3nm에서 2.2nm로 증가하고, SAR 값은 1.3%에서 7.6%로 일정하게 상승하였다.In addition, referring to FIGS. 10 (a) to 10 (b) and Table 3 below, when the temperature is increased from 500° C. to 850° C., the Rq value increases from about 1.3 nm to 2.2 nm, and SAR The value steadily increased from 1.3% to 7.6%.

[표 3][Table 3]

Figure 112019076644135-pat00006
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그리고 도 10의 (c)에 도시된 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자에 대한 스펙트럼 분석 결과를 참조하면, 모든 어닐링 온도 범위에 걸쳐 백금 원자의 존재를 나타내는 스펙트럼이 일정한 피크(peak)로 지속적으로 나타나며, 인듐 원자의 존재를 나타내는 스펙트럼은 전혀 검출되지 않으므로, 디웨팅 공정을 마치면 인듐 원자는 승화에 의해 인듐-백금 합금 또는 인듐-백금 이중 층으로부터 모두 탈착되고, 오로지 순수한 백금 나노 입자가 생성됨을 알 수 있다.And referring to the result of spectral analysis of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment shown in FIG. 10(c), the spectrum indicating the presence of platinum atoms over all annealing temperature ranges continues as a constant peak. Since the spectrum indicating the presence of indium atoms is not detected at all, when the dewetting process is completed, the indium atoms are all desorbed from the indium-platinum alloy or indium-platinum double layer by sublimation, and only pure platinum nanoparticles are produced. Able to know.

본 실시 예는 이와 같이, 매우 컴팩트한 백금 나노 입자를 생성할 수 있다.In this example, very compact platinum nanoparticles can be produced.

도 10의 (d) 내지 도 10의 (f)를 참조하여, 본 실시 예(제3 실시 예)에 따라 형성된 백금 나노 입자의 광학적 특성이 소광율, 반사율 및 투과율 스펙트럼으로 어떻게 나타나는지 알아본다.With reference to FIGS. 10 (d) to 10 (f), it will be seen how the optical properties of the platinum nanoparticles formed according to the present embodiment (third embodiment) are represented by extinction rate, reflectance and transmittance spectra.

본 실시 예(제3 실시 예)에 따라 생성된 백금 나노 입자는 제1 및 제2 실시 예들과 비교하여, 그 크기가 훨씬 작고, 밀도가 높다. 또한, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자는 이전 실시 예들(제1 및 제2 실시 예)과 비교할 때, 백금 나노 입자가 가진 광학적 특성 또한 다르다.The platinum nanoparticles produced according to the present embodiment (the third embodiment) have a much smaller size and higher density than those of the first and second embodiments. In addition, the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment also have different optical properties compared to the previous embodiments (the first and second embodiments).

도 10의 (d)를 참조하면, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자에 대한 소광율 스펙트럼은 자외선(UV) 및 가시광(VIS) 영역에서 각각 피크를 나타내고 있는데, 이는 4중 극성(QP) 및 쌍극성(DP) 공명 모드의 상태에서 백금 나노 입자의 국소 표면 플라즈몬 공명의 피크와 동일하다.Referring to (d) of FIG. 10, the extinction rate spectrum of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment shows peaks in the ultraviolet (UV) and visible (VIS) regions, respectively, which are quadruple polarity (QP). and the peak of local surface plasmon resonance of platinum nanoparticles in the state of dipolar (DP) resonance mode.

본 실시 예(제3 실시 예)에 따라 생성된 백금 나노 입자에 대한 쌍극성(DP) 공명 모드의 피크는 이전 실시 예(제2 실시 예)에 비해, 스펙트럼 상에서 약간의 청색 이동을 보이며, 본 실시 예에 따른 백금 나노 입자는 이전 실시 예보다 작은 크기로 인해 광 흡수율이 더 감소되었다.The peak of the dipolar (DP) resonance mode for the platinum nanoparticles produced according to this example (the third example) shows a slight blue shift on the spectrum compared to the previous example (the second example), In the platinum nanoparticles according to the embodiment, the light absorption rate was further reduced due to the smaller size than in the previous embodiment.

도 10의 (d-1)에 도시된 소광율 스펙트럼 그래프를 참조하면, 소광율은 950nm에서 정규화되며, 온도가 증가함에 따라 백금 나노 입자의 진화가 조금씩 이루어지면서, 광 흡수율 역시 약간 증가함을 나타낸다.Referring to the extinction rate spectrum graph shown in (d-1) of FIG. 10, the extinction rate is normalized at 950 nm, and as the temperature increases, the platinum nanoparticles evolve little by little, indicating that the light absorption rate also slightly increases. .

한편, 백금 나노 입자의 크기 및 형태의 균일성이 개선됨에 따라, 광 흡수 밴드 대역폭은 이전의 경우와 마찬가지로 점차적으로 좁아졌다.On the other hand, as the uniformity of the size and shape of the platinum nanoparticles improved, the optical absorption band bandwidth gradually narrowed as in the previous case.

도 10의 (e) 및 도 10의 (e-1)에 도시된 반사율 스펙트럼을 참조하면, 자외선(UV) 내지 가시광(VIS) 영역에서는 숄더 패턴의 그래프가 나타나고, 자외선 내지 가시광 영역보다 더 긴 파장 영역에서는 평평한 스펙트럼 그래프 형태가 나타난다.Referring to the reflectance spectra shown in FIGS. 10 (e) and 10 (e-1), a graph of a shoulder pattern appears in the ultraviolet (UV) to visible (VIS) region, and a longer wavelength than the ultraviolet to visible region. A flat spectrum graph form appears in the region.

도 10의 (e) 및 도 10의 (e-1)에서 자외선(UV) 내지 가시광(VIS) 영역에서 감소(dip)를 나타내는 그래프 대신, 숄더 패턴의 그래프가 나타나는 것은 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 크기가 작고, 쌍극성(DP) 공명 모드에서 그 피크가 매우 높게 나타나는 것으로 인해 후방 산란 현상이 증가한 것과 관련이 있다.Instead of a graph showing a decrease (dip) in the ultraviolet (UV) to visible (VIS) region in FIGS. 10 (e) and 10 (e-1), the graph of the shoulder pattern appears according to the present embodiment. Due to the small size of the platinum nanoparticles and the very high peak in the dipolar (DP) resonance mode, it is related to the increased backscattering phenomenon.

도 10의 (f)와 도 10의 (f-1) 투과율 스펙트럼을 참조하면, 제1 및 제2 실시 예와 유사하게, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자 역시 자외선(UV) 및 가시광(VIS) 영역에서 투과율에 대한 감소 형태의 그래프가 형성되는 것을 알 수 있다. Referring to the transmittance spectra of FIGS. 10 (f) and 10 (f-1), similarly to the first and second embodiments, the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment are also ultraviolet (UV) and visible light ( It can be seen that a graph of a decrease in transmittance is formed in the VIS) region.

또한, 본 실시 예에 따라 형성된 백금 나노 입자의 투과율 감소 추세는 이전 실시 예에 비해 스펙트럼 상, 약간 청색 이동되었다.In addition, the transmittance decreasing trend of the platinum nanoparticles formed according to the present embodiment was slightly blue-shifted in the spectrum compared to the previous embodiment.

한편, 온도의 상승에 의해 본 실시 예에 따라 생성되는 백금 나노 입자의 크기가 차츰 증가함에 따라, 투과율 저하는 심해지고 광 흡수율은 증가된다. 따라서, 도 10의 (e-2) 내지 도 10의 (f-2)의 플롯에 의해 도시된 것과 유사하게, 본 실시 예에 따라 생성된 백금 나노 입자의 평균 반사율 및 평균 투과율은 온도가 증가함에 따라 각각 감소하고 증가한다.On the other hand, as the size of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment gradually increases due to an increase in temperature, the transmittance deteriorates and the light absorption increases. Therefore, similar to that shown by the plots of FIG. 10 (e-2) to (f-2) of FIG. 10, the average reflectance and average transmittance of the platinum nanoparticles produced according to the present embodiment increase as the temperature increases. decreases and increases, respectively.

상술한 제1 내지 제3 실시 예를 모두 고려할 때, 본 발명에 따라 희생 인듐 층을 사용하여 백금 나노 구조를 생성하는 방법은 다양한 크기와 밀도를 가지고, 형태 및 분포의 균일성을 갖는 백금 나노 입자를 형성 또는 생성할 수 있다. Considering all of the above-described first to third embodiments, the method for producing a platinum nanostructure using a sacrificial indium layer according to the present invention has various sizes and densities, and platinum nanoparticles having uniformity of shape and distribution. can be formed or produced.

도 12 내지 도 20은 희생 In 층을 이용한 Pt 나노 구조의 개선된 형태 및 광학 특성에 대한 디웨팅 특성의 다양한 시률레이션 참조자료에 대하여 나타낸 것이다.12 to 20 show various simulation references of dewetting properties for improved morphology and optical properties of Pt nanostructures using a sacrificial In layer.

도 12는 다양한 구성의 In-Pt 이중층 증착 후의 AFM 평면도(top-view 3Х3㎛2)를 도시한 것이다. (a)는 In1.5nm / Pt4.5nm, (b)는 In3 nm / Pt3 nm 및 (c)는 In4.5nm / Pt1.5nm 이며 (a-1) - (c-1) 대응하는 단면 프로파일을 나타낸다.12 shows an AFM plan view (top-view 3Х3㎛ 2 ) after deposition of an In-Pt bilayer of various configurations. (a) is In1.5nm/Pt4.5nm, (b) is In3nm/Pt3nm, and (c) is In4.5nm/Pt1.5nm, (a-1) - (c-1) the corresponding cross-sectional profiles indicates.

도 13은 어닐링 온도(500 ~650℃)가 In1.5nm / Pt4.5nm 이중층을 갖는 사파이어(0001) 상의 Pt NP의 형태 학적 진화에 미치는 영향을 도시한 것이다. (a) - (d)는 AFM 3D 측면도(1×1 ㎛2), (a-1) - (d-1)는 횡단면 프로파일을 도시한다.Figure 13 shows the effect of annealing temperature (500 ~ 650 ℃) on the morphological evolution of Pt NPs on sapphire (0001) with In1.5nm / Pt4.5nm bilayer. (a) - (d) are AFM 3D side views (1×1 μm 2 ), (a-1) - (d-1) are cross-sectional profiles.

도 14는 어닐링 온도(700 ~ 900℃)에서 In1.5nm / Pt4.5nm 이중층을 갖는 사파이어(0001) 상의 Pt NP의 형태학적 진화를 도시한 것이다. (a) - (e)는 AFM 3D 측면도(1×1 ㎛2), (a-1) - (e-1)는 횡단면 프로파일을 도시한 것이다.Figure 14 shows the morphological evolution of Pt NPs on sapphire (0001) with In1.5nm/Pt4.5nm bilayers at annealing temperatures (700-900°C). (a) - (e) are AFM 3D side views (1×1 μm 2 ), (a-1) - (e-1) are cross-sectional profiles.

도 15는 450nm에서 500 ~ 900℃ 사이에서 어닐링 된 In1.5nm / Pt4.5nm 이중층을 갖는 사파이어 상의 Pt NP의 전체 범위 에너지 분산 X 선 분광기(EDS) 스펙트럼을 도시한 것이다. Pt Mα1의 확대된 그림이 내부도(insert)로 제시된다.Figure 15 shows the full-range energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) spectrum of Pt NPs on sapphire with an In1.5nm/Pt4.5nm bilayer annealed between 500 and 900°C at 450 nm. An enlarged picture of Pt Mα1 is presented as an insert.

도 16은 고정된 이중층 총 두께가 6nm(In 3nm / Pt 3nm)이고 500에서 650℃ 사이에서 450초 동안 어닐링 된 사파이어(0001)에 자기 조립된 Pt NP의 진화를 도시한 것이다. (a) - (d)는 AFM D의 측면도(1 Х 1㎛2). (a-1) - (d-1) 횡단면 프로파일을 도시한 것이다.Figure 16 shows the evolution of self-assembled Pt NPs on sapphire (0001) with a fixed bilayer total thickness of 6 nm (In 3 nm / Pt 3 nm) and annealed between 500 and 650 °C for 450 sec. (a) - (d) are side views of AFM D (1 Х 1㎛2). (a-1) - (d-1) A cross-sectional profile is shown.

도 17은 450초 동안 700 ~ 900에서 어닐링하여 6nm(In 3nm / Pt 3nm)의 고정된 이중층 총 두께를 갖는 사파이어(0001) 위에 자기 조립된 Pt NPs를 도시한 것이다. (a) - (e)는 AFM D 측면도(1×1㎛2), (a-1) - (e-1)는 횡단면 프로파일을 도시한 것이다.Figure 17 shows self-assembled Pt NPs on sapphire (0001) with a fixed bilayer total thickness of 6 nm (In 3 nm / Pt 3 nm) by annealing at 700-900 for 450 sec. (a) - (e) are AFM D side views (1×1 μm 2 ), (a-1) - (e-1) are cross-sectional profiles.

도 18은 In 3nm/Pt 3nm 이중층 세트를 사용하여 500 ~ 900℃에서 450초 동안 어닐링된 사파이어 상의 Pt NPs의 EDS 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 18을 참조하면 스펙트럼은 0 ~ 5 keV의 범위 내에서 발생하며, Insets는 Pt Mα1 피크의 세부 사항을 나타낸다.18 shows EDS spectra of Pt NPs on sapphire annealed at 500-900° C. for 450 sec using an In 3 nm/Pt 3 nm bilayer set. Referring to FIG. 18 , the spectrum occurs within the range of 0 to 5 keV, and Insets show details of the Pt Mα1 peak.

도 19는 450초 동안 어닐링 온도를 700 에서 850℃로 체계적으로 제어한 사파이어(0001)의 균일한 Pt NP를 도시한 것이다. 도 19를 참조하면, 총 이중 막 두께는 In 4.5nm / Pt 1.5nm 이중층으로 6nm였다. (a) - (d)는 AFM 측면도(1×1㎛2). (a-1) - (d-1는 횡단면 프로파일을 도시한 것이다.FIG. 19 shows uniform Pt NPs of sapphire (0001) systematically controlled at an annealing temperature from 700 to 850° C. for 450 seconds. Referring to FIG. 19 , the total double film thickness was 6 nm with an In 4.5 nm/Pt 1.5 nm bilayer. (a) - (d) are AFM side views (1×1 μm 2 ). (a-1) - (d-1 shows the cross-sectional profile).

도 20은 In 4.5nm / Pt 1.5nm 이중층으로 표지 된 다양한 어닐링 온도로 제조된 사파이어 상의 Pt NP의 EDS 스펙트럼을 도시한 것이다. 내부도(insets)를 참조하면, 각 온도에서 Pt Mα1 피크가 더 크게 나타난다.Figure 20 shows EDS spectra of Pt NPs on sapphire prepared with various annealing temperatures labeled with In 4.5 nm/Pt 1.5 nm bilayers. Referring to the insets, the Pt Mα1 peak appears larger at each temperature.

본 발명에 따른 방법은 C-면 사파이어(10) 기판상에 각각 다양한 두께로 인듐 및 백금 박막 층을 증착하여 어닐링 공정을 수행하는, 변형된 고체 상태 디웨팅(ASSD) 공정을 제시한다.The method according to the present invention proposes a modified solid state dewetting (ASSD) process in which an annealing process is performed by depositing indium and platinum thin film layers in various thicknesses respectively on a C-plane sapphire 10 substrate.

본 발명에 따른 변형된 고체 상태 디웨팅 공정은 낮은 표면 에너지, 높은 확산성 및 승화율을 갖는 인듐 원자를 사용하여 전반적인 디웨팅 공정의 효율을 종래의 디웨팅 공정에 비하여 현저하게 개선시켰다.The modified solid state dewetting process according to the present invention uses indium atoms with low surface energy, high diffusivity and sublimation rate to significantly improve the overall dewetting process efficiency compared to the conventional dewetting process.

본 발명에 따른 인듐-백금 합금에 포함된 모든 금속 원자들은 인듐에 의해 전체적인 확산성이 향상되므로, 어닐링 공정 시, 인듐 및 백금(In-Pt) 박막 층의 계면에서 인듐(In)과 백금(Pt) 원자 사이에 상호 혼합이 촉진되며, 이러한 상호 혼합에 의해 인듐-백금(In-Pt) 합금이 형성된다.Since all metal atoms included in the indium-platinum alloy according to the present invention have improved overall diffusivity by indium, indium (In) and platinum (Pt) at the interface between the indium and platinum (In-Pt) thin film layers during the annealing process ) intermixing between atoms is promoted, and an indium-platinum (In-Pt) alloy is formed by this intermixing.

또한, 본 발명에 따라 백금 나노 입자를 생성하는 방법은, 온도가 증가함에 따라 인듐-백금(In-Pt) 합금으로부터 인듐 원자의 승화가 일어나므로, 디웨팅 공정이 완료되면, 형태가 명확한 순수한 백금 나노 입자의 형성이 가능하다.In addition, in the method for producing platinum nanoparticles according to the present invention, sublimation of indium atoms from an indium-platinum (In-Pt) alloy occurs as the temperature increases, so when the dewetting process is completed, pure platinum with a clear shape The formation of nanoparticles is possible.

한편, 본 발명에 따라 백금 나노 입자를 제조하는 방법은 종래의 순수한 백금 박막 층만이 증착된 기판을 디웨팅하여 백금 나노 입자를 제조하는 방법에 비해, 상대적으로 낮은 온도와 낮은 에너지 부위에서 큰 크기를 가지고 형태 및 분포의 균일성이 개선된 백금 나노 입자를 생성할 수 있다. On the other hand, the method of manufacturing platinum nanoparticles according to the present invention has a large size at a relatively low temperature and low energy region compared to the method of manufacturing platinum nanoparticles by dewetting a substrate on which only a pure platinum thin film layer is deposited. Platinum nanoparticles with improved uniformity of shape and distribution can be produced.

더욱이, 본 발명에 따라 백금 나노 입자를 생성하는 방법은 인듐-백금 이중 층의 총 두께를 6nm로 유지하면서, i) 인듐 1.5nm 및 백금 4.5nm, ii) 인듐 3nm 및 백금 3nm 또는 iii) 인듐 4.5nm 및 백금 1.5nm와 같이, 인듐 및 백금 박막 층의 두께를 각각 변화시켜, 다양한 크기 및 구성을 가진 백금 나노 입자를 생성할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 백금 나노 입자를 생성하는 방법은 백금 나노 입자의 표면 형태를 조정할 추가적인 기회를 제공한다.Moreover, the method for producing platinum nanoparticles according to the present invention can be performed while maintaining the total thickness of the indium-platinum bilayer at 6 nm, i) indium 1.5 nm and platinum 4.5 nm, ii) indium 3 nm and platinum 3 nm or iii) indium 4.5 By varying the thickness of the indium and platinum thin film layers, respectively, such as nm and platinum 1.5 nm, platinum nanoparticles with various sizes and configurations can be produced. That is, the method for producing platinum nanoparticles according to the present invention provides an additional opportunity to adjust the surface morphology of the platinum nanoparticles.

또한, 본 발명에 따라 생성된 백금 나노 입자는 자외선(UV) 및 가시광(VIS) 파장 영역에서 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)에 대한 피크를 나타낸다.In addition, the platinum nanoparticles produced according to the present invention exhibit peaks for local surface plasmon resonance (LSPR) in the ultraviolet (UV) and visible (VIS) wavelength regions.

특히, 본 발명에 따라 생성된 백금 나노 입자는 4중 극성 및 쌍극성 모드를 모두 포함하는 상이한 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 모드의 여기(excitation)에 대응하는 피크를 스펙트럼 상에서 나타낸다. In particular, the platinum nanoparticles produced according to the present invention exhibit peaks corresponding to excitation of different local surface plasmon resonance (LSPR) modes including both quadrupolar and bipolar modes on the spectrum.

구체적으로, 쌍극성 공명 모드로 인해 자외선(UV) 영역에서 비교적 좁은 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 대역이 나타나는 반면, 강한 쌍극성 공명 때문에 가시광 영역에서는 폭 넓은 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 대역이 관찰되었다.Specifically, a relatively narrow local surface plasmon resonance (LSPR) band appeared in the ultraviolet (UV) region due to the bipolar resonance mode, whereas a broad local surface plasmon resonance (LSPR) band was observed in the visible region due to the strong dipolar resonance. .

본 발명에 따라 생성된 백금 나노 입자의 쌍극성 공명 모드로 인해 나타나는 스펙트럼 대역은 백금 나노 입자의 표면 형태 변화에 보다 역동적이고 민감하다.The spectral band that appears due to the bipolar resonance mode of the platinum nanoparticles produced according to the present invention is more dynamic and sensitive to changes in the surface morphology of the platinum nanoparticles.

본 발명의 모든 실시 예에서 백금 나노 입자의 표면 형태 특성 분석은 대기압 하에서, 비접촉 모드로 원자력 현미경(Atomic, Force Microscope, AFM)(XE-70, Park Systems Corp., South Korea)을 사용하여 수행되었다.In all examples of the present invention, the surface morphology characterization of platinum nanoparticles was performed using an atomic force microscope (Atomic, Force Microscope, AFM) (XE-70, Park Systems Corp., South Korea) in a non-contact mode under atmospheric pressure. .

원자력 현미경 프로브(AFM probe)는 곡률 반경이 10nm 미만, 높이가 17㎛ 내지 20㎛에 해당되고, 힘 상수가 40N/m, 공진 주파수가 270kHz인 동일한 배치(batch)의 프로브를 사용하였다.Atomic force microscope probes (AFM probes) having a radius of curvature of less than 10 nm, a height of 17 μm to 20 μm, a force constant of 40 N/m, and a resonant frequency of 270 kHz were probes of the same batch.

XEP 소프트웨어를 통해 얻은 AFM 데이터는 XEI 소프트웨어를 통해 평면도, 컬러가 코딩된 측면도(color-coded side-views), 횡단면 라인 프로파일(cross-sectional line-profiles), 히스토그램, Rq 및 SAR로 표현된다.AFM data obtained through XEP software are presented as plan views, color-coded side-views, cross-sectional line-profiles, histograms, Rq and SAR through XEI software.

또한, 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)(CX-200, COXEM, 한국)을 이용하여 백금 나노 입자의 대규모 표면 형태 특성을 파악하고, 에너지 분산형 X선 분광기(Energy Dispersive x-ray Spectroscope, EDS)를 이용하여 원소 분석을 수행하였다(Noran System 7, Thermo Fisher, 미국).In addition, using a Scanning Electron Microscope (SEM) (CX-200, COXEM, Korea), the large-scale surface morphological characteristics of platinum nanoparticles were identified, and energy dispersive x-ray spectroscopy (Energy Dispersive x-ray Spectroscope) was used. , EDS) was used for elemental analysis (Noran System 7, Thermo Fisher, USA).

마지막으로, 반사율 및 투과율과 같은 광학 특성은 분광기(Andor Samrak sr500i) 및 CCD 검출기가 장착된 UNIRAM II(UniNano Tech, South Korea)을 사용하여 수행되었다. Finally, optical properties such as reflectance and transmittance were performed using a spectrometer (Andor Samrak sr500i) and a UNIRAM II (UniNano Tech, South Korea) equipped with a CCD detector.

본 발명에 따른 각 실시 예들에 따라 생성된 백금 나노 입자를 여기(excitation)시키기 위하여, 파장이 450nm≤λ≤1100nm인 할로겐 및 파장이 250nm≤λ≤450nm인 중수소 램프를 광원으로 사용했다.In order to excite the platinum nanoparticles produced according to each of the embodiments according to the present invention, a halogen having a wavelength of 450 nm ≤ λ ≤ 1100 nm and a deuterium lamp having a wavelength of 250 nm ≤ λ ≤ 450 nm were used as light sources.

본 발명에는 사파이어(10) 기판상에 증착된 이중층에 대한 변형된 고체 상태 디웨팅(ASSD) 공정을 수행하여 개선된 균일성을 가지는 백금 나노 입자를 생성하는 방법을 개시하며, 해당 백금 나노 입자에 대한 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)의 특성을 개시한다. The present invention discloses a method for producing platinum nanoparticles having improved uniformity by performing a modified solid state dewetting (ASSD) process on a double layer deposited on a sapphire (10) substrate, and Disclosed is the characterization of local surface plasmon resonance (LSPR).

본 발명은 백금(Pt) 층과 사파이어(10) 기판 사이의 인듐(In) 층을 삽입한 이중층을 디웨팅 공정에 사용한다.In the present invention, a double layer in which an indium (In) layer is inserted between a platinum (Pt) layer and a sapphire (10) substrate is used in the dewetting process.

즉, 인듐-백금(In-Pt) 이중 층이 증착된 사파이어(10) 기판에 대한 디웨팅(dewetting) 공정은 그 효율이 인듐(In) 층에 의해 현저하게 향상되며, 종래 순수한 백금(Pt) 박막을 디웨팅하는 공정에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 형태와 균일성이 개선된 백금 나노 입자가 형성된다.That is, in the dewetting process for the sapphire 10 substrate on which the indium-platinum (In-Pt) double layer is deposited, the efficiency is remarkably improved by the indium (In) layer, and the conventional pure platinum (Pt) Platinum nanoparticles with improved shape and uniformity are formed at a relatively low temperature compared to the process of dewetting the thin film.

디웨팅 공정 효율이 높아지는 이유로는, 인듐(In) 원자의 높은 확산성, 인듐 및 백금 원자의 상호 혼합 및 인듐-백금(In-Pt) 합금의 형성에 기인한다.The reason for the increased efficiency of the dewetting process is due to the high diffusivity of indium (In) atoms, the mutual mixing of indium and platinum atoms, and the formation of an indium-platinum (In-Pt) alloy.

인듐(In) 원자의 승화는 디웨팅 공정 전반에 걸쳐 일어나며, 최종적으로 인듐-백금 합금 나노 구조로부터 인듐 원자 승화가 일어나면서 순수한 백금 나노 입자가 산출된다.Sublimation of indium (In) atoms occurs throughout the dewetting process, and finally, indium atoms sublimate from the indium-platinum alloy nanostructure to yield pure platinum nanoparticles.

어닐링 온도 및 이중층 두께를 제어하여 백금 나노 입자의 확산성을 향상시키고 표면 에너지의 최소화를 할 수 있으며, 이를 통해 개선된 균일성, 다양한 모양과 크기의 백금 나노 입자를 제조할 수 있다.By controlling the annealing temperature and double layer thickness, the diffusivity of platinum nanoparticles can be improved and surface energy can be minimized, and thus, platinum nanoparticles with improved uniformity and various shapes and sizes can be manufactured.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. Although the embodiments of the present invention have been described in more detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications may be made within the scope without departing from the technical spirit of the present invention.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 사파이어
11: 인듐 박막 층
12: 백금 박막 층10: sapphire
11: Indium thin film layer
12: platinum thin film layer

Claims (14)

기판이 펄스 레이저 증착 챔버(PLD)에서 다이싱(dicing) 및 탈기(degassed)되는 단계;
탈기된 상기 기판을 스퍼터 챔버에서 인듐-백금의 이중 층으로 증착하는 단계;
상기 인듐-백금의 이중 층이 증착된 기판이 상기 펄스 레이저 증착 챔버에 재배치되어 상기 인듐-백금의 이중 층이 증착된 기판이 어닐링(annealing)되는 단계; 및
상기 펄스 레이저 증착 챔버에서 상기 인듐-백금의 이중 층이 증착된 기판을 디웨팅하는 단계를 포함하여 상기 백금의 이중 층이 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 하며,
상기 다이싱 및 탈기되는 단계는,
상기 기판이 6×6mm2의 사각형으로 잘려지는 제A-1 단계; 및
상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부가 1Х10-4 Torr 및 600℃의 조건으로 설정되고, 이러한 조건하에서 상기 6Х6mm2의 사각형으로 잘려진 기판이 30분 동안 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부에 유지되는 제A-2 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
dicing and degassing the substrate in a pulsed laser deposition chamber (PLD);
depositing the degassed substrate as a double layer of indium-platinum in a sputter chamber;
the substrate on which the double layer of indium-platinum is deposited is relocated to the pulsed laser deposition chamber so that the substrate on which the double layer of indium-platinum is deposited is annealed; and
Dewetting the substrate on which the double layer of indium-platinum is deposited in the pulsed laser deposition chamber is characterized in that the double layer of platinum is deposited on the substrate,
The step of dicing and degassing,
Step A-1 in which the substrate is cut into a square of 6×6 mm 2 ; and
Step A-2 in which the inside of the pulse laser deposition chamber is set at 1Х10 -4 Torr and 600° C., and the substrate cut into the 6Х6mm 2 square is maintained inside the pulsed laser deposition chamber for 30 minutes under these conditions Further comprising, indium in the solid state-Platinum (In-Pt) method for configuring platinum nanoparticles through dewetting on the double layer.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 다이싱 및 탈기되는 단계 이전에,
상기 기판이 ~430㎛ 두께로 양면 연마되는 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
The method according to claim 1,
Before the dicing and degassing step,
The method of forming platinum nanoparticles through dewetting on the solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer, further comprising the step of double-side polishing the substrate to a thickness of ~430 μm.
 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 ±0.1° 오프셋(offset)된 C면 사파이어로 구성되는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate is composed of C-plane sapphire offset by ±0.1°, indium-platinum (In-Pt) in a solid state, a method of forming platinum nanoparticles through dewetting on a double layer.
 청구항 1에 있어서,
상기 증착하는 단계는 6nm 두께의 인듐-백금의 이중 층이 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 하는 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
The method according to claim 1,
In the depositing step, a 6 nm thick indium-platinum double layer is deposited on the substrate. A method of composing platinum nanoparticles through dewetting of a solid indium-platinum (In-Pt) double layer. .
 청구항 1에 있어서,
상기 증착하는 단계는,
상기 기판에 인듐(In) 및 백금(Pt) 순서로 각각 박막 층이 증착되는 제C 단계; 및
상기 인듐(In) 및 백금(Pt)을 각각 증착하는 시간을 분 단위로 조절하는 제D 단계;를 더 포함하고,
상기 제C 단계는,
3mA의 이온화 전류 및 0.05nm/s의 증착 속도로 인듐 및 백금 박막 층이 증착되며,
상기 제D 단계는,
인듐(In)이 증착되는 시간 및 백금(Pt)이 증착되는 시간을 각각 조절하여 상기 인듐(In) 및 백금(Pt)의 박막 두께를 각각 조절하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
The method according to claim 1,
The depositing step is
a C-th step of depositing a thin film layer on the substrate in the order of indium (In) and platinum (Pt); and
Further comprising; a D step of adjusting the deposition time in minutes for each of the indium (In) and platinum (Pt);
The C-th step is
Indium and platinum thin film layers are deposited with an ionization current of 3 mA and a deposition rate of 0.05 nm/s,
The D step is,
Solid state indium-platinum (In-Pt) for controlling the thickness of the indium (In) and platinum (Pt) thin films by controlling the deposition time of indium (In) and the deposition time of platinum (Pt), respectively A method of composing platinum nanoparticles through dewetting of a double layer.
 청구항 6에 있어서,
상기 제D 단계는,
4.5nm의 백금(Pt) 층이 1.5nm의 인듐(In) 층 위에 증착되도록 인듐(In)이 증착되는 시간 및 백금(Pt)이 증착되는 시간을 각각 조절하는 제D-1 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
7. The method of claim 6,
The D step is,
Further comprising the step D-1 of adjusting the time for depositing indium (In) and the time for depositing platinum (Pt) so that a 4.5 nm platinum (Pt) layer is deposited on the 1.5 nm indium (In) layer, respectively , A method of constructing platinum nanoparticles through dewetting of a solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer.
 청구항 6에 있어서,
상기 제D 단계는,
3nm의 백금(Pt) 층이 3nm의 인듐(In) 층 위에 증착되도록 인듐(In)이 증착되는 시간 및 백금(Pt)이 증착되는 시간을 각각 조절하는 제D-1 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
7. The method of claim 6,
The D step is,
Further comprising the step D-1 of adjusting the time at which indium (In) is deposited and the time at which platinum (Pt) is deposited so that a 3 nm layer of platinum (Pt) is deposited on the 3 nm indium (In) layer, respectively. A method of composing platinum nanoparticles through dewetting of an indium-platinum (In-Pt) double layer in the state.
 청구항 6에 있어서,
상기 제D 단계는,
1.5nm의 백금(Pt) 층이 4.5nm의 인듐(In) 층 위에 증착되도록 인듐(In)이 증착되는 시간 및 백금(Pt)이 증착되는 시간을 각각 조절하는 제D-1 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
7. The method of claim 6,
The D step is,
Further comprising a step D-1 of adjusting the time for depositing indium (In) and the time for depositing platinum (Pt) so that a 1.5 nm platinum (Pt) layer is deposited on the 4.5 nm indium (In) layer, respectively , A method of constructing platinum nanoparticles through dewetting of a solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer.
 청구항 1에 있어서,
상기 어닐링되는 단계는,
상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 압력을 1Х10-4 Torr 이하로 낮추는 제E 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
The method according to claim 1,
The annealing step is
A method of forming platinum nanoparticles through dewetting of a solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer, further comprising an E-th step of lowering the pressure inside the pulsed laser deposition chamber to 1Х10 -4 Torr or less .
 청구항 1에 있어서,
상기 어닐링되는 단계는,
상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 온도를 4℃/s의 온도 상승 속도로 상승시키는 제F 단계; 및
상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 온도가 500℃ 내지 900℃ 사이의 특정 목표 온도에 도달하는 제G 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
The method according to claim 1,
The annealing step is
an F step of increasing the temperature inside the pulsed laser deposition chamber at a temperature increase rate of 4° C./s; and
Platinum through dewetting for a solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer, further comprising a G-th step in which the temperature inside the pulsed laser deposition chamber reaches a specific target temperature between 500° C. and 900° C. How to make up nanoparticles.
 청구항 11에 있어서,
상기 제G 단계 이후,
상기 기판이 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부에서 450초 동안 유지되는 제H 단계를 더 포함하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
12. The method of claim 11,
After the G-th step,
A method of forming platinum nanoparticles through dewetting of a solid-state indium-platinum (In-Pt) double layer, further comprising an H-th step in which the substrate is maintained in the pulsed laser deposition chamber for 450 seconds.
 청구항 12에 있어서,
상기 어닐링되는 단계에서 상기 어닐링은 컴퓨터 프로그램에 의해 제어되는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
13. The method of claim 12,
In the step of annealing, the annealing is controlled by a computer program, indium-platinum (In-Pt) in a solid state, a method of forming platinum nanoparticles through dewetting for a double layer.
 청구항 1에 있어서,
상기 디웨팅하는 단계 이후,
상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 온도가 낮아지도록 가열 시스템의 작동을 중지하는 단계를 더 포함하며,
상기 가열 시스템의 작동을 중지하는 단계는,
상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 진공 상태를 상기 디웨팅하는 단계의 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부의 진공 상태와 동일하게 유지하며, 상기 펄스 레이저 증착 챔버 내부를 대기에 의해 시간의 경과에 따라 자연 냉각하여 온도가 낮아지도록 하는, 고체 상태의 인듐-백금(In-Pt) 이중 층에 대한 디웨팅을 통하여 백금 나노 입자를 구성하는 방법.
The method according to claim 1,
After the dewetting step,
Further comprising the step of stopping the operation of the heating system to lower the temperature inside the pulsed laser deposition chamber,
Stopping the operation of the heating system comprises:
The vacuum state inside the pulse laser deposition chamber is maintained to be the same as the vacuum state inside the pulse laser deposition chamber in the dewetting step, and the inside of the pulse laser deposition chamber is naturally cooled over time by atmospheric air to increase the temperature. A method of constructing platinum nanoparticles through dewetting of a solid indium-platinum (In-Pt) double layer to lower the
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