KR102557427B1 - Method for manufacturing micro-supercapacitor using solution process and micro-supercapacitor produced by the production method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고용량 및 대면적화가 가능한 패터닝 방법을 활용하여 고성능의 마이크로 슈퍼커패시터를 제작하기 위한 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터에 관한 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 맥신용액을 제조하는 단계; b) 기판에 포토레지스트 마스크를 코팅하는 단계; c) 상기 포토레지스트 마스크가 코팅된 상기 기판에 상기 맥신용액을 코팅하는 단계; 및 d) 상기 기판으로부터 패턴화된 맥신을 얻어 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process and a micro-supercapacitor manufactured by the manufacturing method, and more particularly, to manufacture a high-performance micro-supercapacitor by utilizing a patterning method capable of high capacity and large area. It relates to a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process and a micro-supercapacitor manufactured by the manufacturing method. The configuration of the present invention for achieving the above object is a) preparing a Mcshin solution; b) coating a photoresist mask on the substrate; c) coating the MACHIN solution on the substrate coated with the photoresist mask; and d) manufacturing a micro-supercapacitor by obtaining a patterned MXene from the substrate.
Description
본 발명은 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고용량 및 대면적화가 가능한 패터닝 방법을 활용하여 고성능의 마이크로 슈퍼커패시터를 제작하기 위한 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process and a micro-supercapacitor manufactured by the manufacturing method, and more particularly, to manufacture a high-performance micro-supercapacitor by utilizing a patterning method capable of high capacity and large area. It relates to a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process and a micro-supercapacitor manufactured by the manufacturing method.
소형화 되는 전자장치의 급속한 발전은 소형 온-칩 에너지 저장 장치에 대한 요구를 증가시키고 있다.The rapid development of miniaturized electronic devices is increasing the demand for miniaturized on-chip energy storage devices.
마이크로 슈퍼커패시터는 빠른 충방전(faster rate), 고출력 (high power), 높은 수명 안전성 (unlimited lifetime) 등의 많은 장점으로 인해 기존의 배터리 및 전해 커패시터를 보완, 대체할 수 있는 큰 가능성을 가진다.Micro-supercapacitors have great potential to complement and replace conventional batteries and electrolytic capacitors due to their many advantages, such as fast charge/discharge rate, high power, and unlimited lifetime.
그러나, 종래의 마이크로 슈퍼커패시터 제조 기술은 비용 효율적인 측면에서 마이크로 스케일 전극의 구축이 번거로우며, 대면적 제작의 한계로 마이크로 슈퍼캐패시터의 광범위한 적용이 불가능했다.However, in the conventional micro-supercapacitor manufacturing technology, it is cumbersome to construct micro-scale electrodes in terms of cost-effectiveness, and wide application of micro-supercapacitors is impossible due to limitations in large-area fabrication.
최근에는 높은 전도성 및 우수한 전기화학 특성을 가져 에너지 저장소자에서 우수한 성능을 보여주는 맥신을 이용한 슈퍼커패시터의 개발이 이루어지고 있다.Recently, supercapacitors using MXene showing excellent performance in energy storage devices due to high conductivity and excellent electrochemical properties have been developed.
종래의 마이크로 슈퍼 커패서티는 유리 또는 플라스틱 기판위에 딥코팅(Dip-coating) 방법을 이용해 맥신 필름을 형성하고, 맥신 필름 상에 물리적인 스크래칭 방법을 이용한 패턴을 전극으로 하여 제조하였다.A conventional micro-supercapacity was prepared by forming a MXene film on a glass or plastic substrate using a dip-coating method, and using a pattern using a physical scratching method as an electrode on the MXene film.
이러한 제조방법은 다양한 모양의 패터닝이 가능하고 유연기판을 활용한 유연 마이크로 슈퍼커패시터를 제조할 수 있는 특징이 있다.This manufacturing method is characterized in that it can be patterned in various shapes and can manufacture flexible micro-supercapacitors using flexible substrates.
그러나, 상기와 같은 종래의 제조방법은 딥코팅후 automated scalpel engraving 형태의 direct-write 방법이기 때문에 대면적화가 어렵고 마이크로 슈퍼커패시터 제조에 많은 시간이 소요되는 문제가 있었다.However, since the conventional manufacturing method as described above is a direct-write method in the form of automated scalpel engraving after dip coating, there is a problem in that it is difficult to large-area and takes a lot of time to manufacture a micro-supercapacitor.
또한, Scalpel machining technique에 의존적이며, 이로 인해 낮은 resolution을 보였다. 특히 제조된 마이크로 슈퍼커패시터의 전극간 간격(inter-electrode spacing)이 200μm 수준으로 소자효율이 낮아지는 문제도 있었다.In addition, it is dependent on the scalpel machining technique, resulting in low resolution. In particular, there was a problem that the inter-electrode spacing of the manufactured micro-supercapacitor was 200 μm, and the device efficiency was lowered.
따라서, 고용량 및 대면적화가 용이한 마이크로 슈퍼커패시터 제조기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a micro-supercapacitor manufacturing technology that is easy to have a high capacity and a large area.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고용량 및 대면적화가 가능한 패터닝 방법을 활용하여 고성능의 마이크로 슈퍼커패시터를 제작하기 위한 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터를 제공하는 것이다.An object of the present invention to solve the above problem is a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process for manufacturing a high-performance micro-supercapacitor by utilizing a patterning method capable of high capacity and large area, and manufacturing by the manufacturing method To provide a micro-supercapacitor.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 맥신용액을 제조하는 단계; b) 기판에 포토레지스트 마스크를 코팅하는 단계; c) 상기 포토레지스트 마스크가 코팅된 상기 기판에 상기 맥신용액을 코팅하는 단계; 및 d) 상기 기판으로부터 패턴화된 맥신을 얻어 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is a) preparing a Maxine solution; b) coating a photoresist mask on the substrate; c) coating the MACHIN solution on the substrate coated with the photoresist mask; and d) manufacturing a micro-supercapacitor by obtaining a patterned MXene from the substrate.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계는, a1) 맥신을 얻는 단계; 및 a2) 얻은 상기 맥신을 증류수와 혼합하여 맥신용액을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, step a) may include: a1) obtaining MXene; and a2) mixing the obtained MXene with distilled water to form a MXene solution.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a1) 단계는, MAX상을 LiF+HCL 6M 조건에서 에칭하여 상기 맥신을 얻는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step a1) may be characterized in that the MAXene is obtained by etching the MAX phase under LiF+HCL 6M conditions.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a2) 단계에서, 상기 맥신의 농도는 10~15mg/ml인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step a2), the MXene concentration may be 10 to 15 mg/ml.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 상기 포토레지스트 마스크는 네거티브(negative)형인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step b), the photoresist mask may be of a negative type.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 상기 기판은, SiO2 기판인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step b), the substrate may be a SiO 2 substrate.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계는, Dip 코팅 또는 Spin 코팅에 의해 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, step c) may be performed by dip coating or spin coating.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계는, d1) 상기 기판을 맥신용액으로부터 꺼내는 단계; d2) 꺼낸 상기 기판에 상기 포토레지스트 마스크를 제거하는 단계; 및 d3) 상기 기판에 패턴화된 맥신을 이용하여 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, step d) may include: d1) taking the substrate out of the MACHIN solution; d2) removing the photoresist mask from the substrate taken out; and d3) manufacturing a micro-supercapacitor by using MXene patterned on the substrate.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d2) 단계에서, 상기 포토레지스트 마스크는 초음파 세척기에서 아세톤 용제에 의해 제거되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step d2), the photoresist mask may be removed by using an acetone solvent in an ultrasonic cleaner.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터에 있어서, 상기 마이크로 슈퍼커패시터는 전극의 폭과 전극간 간격이 45~55μm로 형성된 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is a micro-supercapacitor manufactured by a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process, wherein the micro-supercapacitor has an electrode width and an inter-electrode spacing of 45 to 55 μm. Provided is a micro-supercapacitor manufactured by a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process, characterized in that formed.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 쉽고 간편한 용액공정 방법을 활용하여 마이크로 슈퍼커패시터를 제작할 수 있으며, 마이크로 슈퍼커패시터의 양산화, 대면적화가 가능하다.The effect of the present invention according to the configuration as described above is that a micro-supercapacitor can be manufactured using an easy and simple solution process method, and mass production and large-area micro-supercapacitors are possible.
본 발명에 따르면, 고해상의 마이크로미터 수준의 패턴화가 가능하다.According to the present invention, high-resolution micrometer level patterning is possible.
본 발명에 따르면, 공정을 위한 기판의 종류에 제한이 없어 유연 및 연속공정을 통한 커패시터 제작이 용이하다.According to the present invention, there is no limitation on the type of substrate for the process, so it is easy to manufacture capacitors through flexible and continuous processes.
본 발명에 따르면, 커패시터 제작을 위한 모든 공정이 반도체 공정과 호환이 가능하기 때문에, IC 칩 내 고성능 커패시터로 활용이 가능하다.According to the present invention, since all processes for manufacturing capacitors are compatible with semiconductor processes, it can be used as a high-performance capacitor in an IC chip.
본 발명에 따르면, 마이크로 슈퍼커패시터가 우수한 부피적 용량 값을 갖고, 고에너지 밀도와 고출력 밀도 특성을 갖는다.According to the present invention, micro-supercapacitors have excellent volumetric capacitance values, and have high energy density and high power density characteristics.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법의 공정 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 맥신용액을 제조하는 단계의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 맥신용액을 코팅하는 단계의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 상에 형성된 패턴화된 맥신을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기판에 형성된 패턴화된 맥신이 형성된 마이크로 커패시터를 나타낸 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 패턴화된 맥신의 형상을 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 SEM이미지이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 AFM 3D 이미지이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 AFM 이미지에서 Topography 전 영의 두께를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 Topography 이미지의 line profile data를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 사이클릭 볼타메트리 (Cyclic voltammetry)의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 스캔속도에 따른 부피적 용량 값을 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 EIS 특성을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 GCD (Galvanostatic charge-discharge) 특성을 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 Cycle stability의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 출력 밀도에 대한 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터와 종래예에 대한 전기화학적 특성의 차이를 비교한 표이다.1 is a flow chart of a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary process diagram of a method of manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow chart of steps for preparing a MXene solution according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exemplary view of the step of coating the MXene solution according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of steps for manufacturing a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph showing a patterned MXene formed on a wafer according to an embodiment of the present invention.
7 is an image showing a microcapacitor having patterned MXene formed on a substrate according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary view showing the shape of a patterned MXene according to an embodiment of the present invention.
9 is a SEM image of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
10 is an AFM 3D image of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing the thickness of zero before topography in an AFM image of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing line profile data of a topography image of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing cyclic voltammetry characteristics of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing volumetric capacitance values according to scan rates of micro-supercapacitors according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph showing EIS characteristics of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph showing Galvanostatic charge-discharge (GCD) characteristics of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph showing cycle stability characteristics of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
18 is a graph showing energy density versus power density of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
19 is a table comparing differences in electrochemical characteristics between a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention and a conventional micro-supercapacitor.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법의 공정 예시도이다.1 is a flow chart of a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary process diagram of a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process according to an embodiment of the present invention. am.
도1 및 도 2를 참고하면, 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법은 먼저 맥신용액을 제조하는 단계(S10)가 수행될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , in the method of manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process, a step (S10) of preparing a MXene solution may be performed.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 맥신용액을 제조하는 단계의 순서도이다.Figure 3 is a flow chart of steps for preparing a MXene solution according to an embodiment of the present invention.
도 3을 더 참고하면, 맥신용액을 제조하는 단계(S10)는 먼저, 맥신을 얻는 단계(S11)가 이루어질 수 있다.Further referring to FIG. 3 , in the step of preparing MXene solution (S10), first, the step of obtaining MXene (S11) may be performed.
맥신을 얻는 단계(S11)에서는, MAX 및 MXene을 합성하도록 마련된다. .일 예로, 맥신을 얻는 단계(S11)는 MAX상을 LiF(플루오린화 리튬)+HCL(염화 수소) 6M(6몰) 조건에서 에칭하여 상기 맥신을 얻도록 마련될 수 있다.In the step of obtaining MXene (S11), arrangements are made to synthesize MAX and MXene. . For example, the step of obtaining MXene (S11) may be prepared to obtain the MXene by etching the MAXine phase under LiF (lithium fluoride) + HCL (hydrogen chloride) 6M (6 moles) conditions.
맥신을 얻는 단계(S11) 이후에는, 얻은 맥신을 증류수와 혼합하여 맥신용액을 형성하는 단계(S12)를 수행할 수 있다. After the step of obtaining MXene (S11), the step of forming MXene solution by mixing the obtained MXene with distilled water (S12) may be performed.
얻은 맥신을 증류수와 혼합하여 맥신용액을 형성하는 단계(S12)에서, 상기 맥신용액은, 상기 맥신을 증류수에 기설정된 농도로 혼합한 용액을 지칭할 수 있다.In the step of mixing the obtained MXene with distilled water to form a MXene solution (S12), the MXene solution may refer to a solution obtained by mixing the MXene with distilled water at a predetermined concentration.
일 예로, 상기 맥신용액에서 상기 맥신의 농도는 5-15mg/ml가 되도록 상기 증류수를 더하여 상기 맥신용액을 제조하도록 마련될 수 있다.For example, the MXene solution may be prepared by adding the distilled water so that the MXene concentration is 5-15 mg/ml.
맥신용액을 제조하는 단계(S10) 이후에는, 기판에 포토레지스트 마스크를 코팅하는 단계(S20)가 수행될 수 있다.After preparing the MXene solution (S10), coating a photoresist mask on the substrate (S20) may be performed.
기판에 포토레지스트 마스크를 코팅하는 단계(S20)에서, 상기 기판(110)은 SiO2 기판일 수 있다. 단, 상기 기판의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. In step S20 of coating the substrate with a photoresist mask, the substrate 110 may be a SiO 2 substrate. However, the type of the substrate is not limited thereto.
또한, 기판에 포토레지스트 마스크를 코팅하는 단계(S20)에서, 상기 포토레지스트 마스크(120)는 네거티브(negative)형으로 마련될 수 있다.In addition, in the step of coating a photoresist mask on the substrate (S20), the photoresist mask 120 may be provided in a negative type.
보다 구체적으로, 상기 포토레지스트 마스크(120)는 미세 전극이 형성되는 부분의 홈의 폭이 50μm, 미세 전극이 형성되는 부분의 홈간 간격이 50μm, 두께는 3.5μm로 형성된 것일 수 있다.More specifically, the photoresist mask 120 may have a width of 50 μm in the grooves where the microelectrodes are formed, an interval between the grooves in the portion where the microelectrodes are formed, 50μm, and a thickness of 3.5μm.
상기한 수치는 가장 바람직한 실시예이며, 본 발명에서 이의 수치는 일실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은 미세 전극이 형성되는 부분의 홈의 폭은 45~55μm, 미세 전극이 형성되는 부분의 홈간 간격은 45~55μm, 두께는 3~5μm인 것을 포함한다. 상기 포토레지스트 마스크(120)에 홈이 형성된 부분의 형상은 후에 형성되는 패턴화된 맥신(140)의 형상과 대응되며, 이의 보다 구체적인 형상은 후술하도록 한다.The above numerical values are the most preferred embodiments, and in the present invention, the numerical values are not limited to one embodiment. In the present invention, the width of the grooves in the portion where the microelectrodes are formed is 45 to 55 μm, the interval between the grooves in the portion where the microelectrodes are formed is 45 to 55μm, and the thickness is 3 to 5μm. The shape of the grooved portion of the photoresist mask 120 corresponds to the shape of the patterned MXene 140 to be formed later, and its more specific shape will be described later.
기판에 포토레지스트 마스크를 코팅하는 단계(S20)는, 이처럼 마련된 상기 기판(110)에 상기 포토레지스트 마스크(120)를 코팅하도록 마련될 수 있다.In the step of coating the photoresist mask on the substrate (S20), the photoresist mask 120 may be coated on the substrate 110 thus prepared.
기판에 포토레지스트 마스크를 코팅하는 단계(S20) 이후에는 포토레지스트 마스크가 코팅된 기판에 맥신용액을 코팅하는 단계(S30)가 수행될 수 있다.After the step of coating the photoresist mask on the substrate (S20), the step of coating the MACHIN solution on the substrate coated with the photoresist mask (S30) may be performed.
포토레지스트 마스크가 코팅된 기판에 맥신용액을 코팅하는 단계(S30)는 Dip 코팅 또는 Spin 코팅에 의해 이루어질 수 있다.The step of coating the MXene solution on the photoresist mask-coated substrate (S30) may be performed by dip coating or spin coating.
Dip 코팅시 0.95~1.05μm/s의 속도, 바람직하게는 1μm/s의 속도로 코팅을 수행하도록 마련되며, Spin 코팅시 300 rpm ~ 1000 rpm, 100초~300초의 조건 하에서 코팅이 이루어지도록 마련될 수 있다.Dip coating is provided to perform coating at a speed of 0.95 to 1.05 μm/s, preferably 1 μm/s, and during spin coating, it is prepared to be coated under conditions of 300 rpm to 1000 rpm and 100 to 300 seconds. can
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 맥신용액을 코팅하는 단계의 예시도이다.Figure 4 is an exemplary view of the step of coating the MXene solution according to an embodiment of the present invention.
일 예로, 도 4에 도시된 것처럼, 포토레지스트 마스크(120)가 코팅된 기판(110)을 맥신용액(130)이 수용된 수조에 넣어 포토레지스트 마스크(120) 내의 빈 공간에 상기 맥신용액(130)이 코팅되도록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(110)에는 상기 포토레지스트 마스크(120)의 형태에 대응되는 패턴화된 맥신(140)이 형성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, the substrate 110 coated with the photoresist mask 120 is placed in a water tank containing the MACHN solution 130, and the MACHN solution 130 is placed in an empty space in the photoresist mask 120. can be coated. Accordingly, a patterned MXene 140 corresponding to the shape of the photoresist mask 120 may be formed on the substrate 110 .
포토레지스트 마스크가 코팅된 기판에 맥신용액을 코팅하는 단계(S30) 이후에는, 기판으로부터 패턴화된 맥신을 얻어 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계(S40)가 수행될 수 있다. After the step of coating the MXene solution on the substrate coated with the photoresist mask (S30), a step of manufacturing a micro-supercapacitor by obtaining the patterned MXene from the substrate (S40) may be performed.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계의 순서도이다.5 is a flowchart of steps for manufacturing a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참고하면, 기판으로부터 패턴화된 맥신을 얻어 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계(S40)는 먼저, 기판을 맥신용액으로부터 꺼내는 단계(S41)가 수행될 수 있다.Referring to FIG. 5 , in the step of manufacturing a micro-supercapacitor by obtaining patterned MXene from a substrate (S40), a step (S41) of taking the substrate out of the MXene solution may be performed.
기판을 맥신용액으로부터 꺼내는 단계(S41)에서, 맥신용액에 의해 코팅이 완료된 상기 기판(110)은 수조에 담긴 맥신용액으로부터 들어올려져 꺼내질 수 있다.In step S41 of taking the substrate out of the Maxine solution, the substrate 110 coated with the Maxine solution may be lifted out of the Maxine solution contained in the water bath.
기판을 맥신용액으로부터 꺼내는 단계(S41) 이후에는, 꺼낸 기판에 포토레지스트 마스크를 제거하는 단계(S42)가 수행될 수 있다.After taking the substrate out of the MXene solution (S41), removing the photoresist mask from the removed substrate (S42) may be performed.
꺼낸 기판에 포토레지스트 마스크를 제거하는 단계(S42)에서, 상기 포토레지스트 마스크(120)는 120도로 30분간 베이킹(baking) 공정이 수행된 후 초음파 세척기에서 30초~5분간 머무르면서 아세톤 용제에 의해 제거될 수 있다. 이때, 상기 포토레지스트 마스크(120)의 베이킹 공정은 110~130도, 25~35분의 범위 내에서 이루어질 수 있다.In the step of removing the photoresist mask from the removed substrate (S42), the photoresist mask 120 is removed by an acetone solvent while staying in an ultrasonic cleaner for 30 seconds to 5 minutes after a baking process is performed at 120 degrees for 30 minutes. It can be. At this time, the baking process of the photoresist mask 120 may be performed within a range of 110 to 130 degrees and 25 to 35 minutes.
꺼낸 기판에 포토레지스트 마스크를 제거하는 단계(S42) 이후에는, 기판에 패턴화된 맥신을 이용하여 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계(S43)가 수행될 수 있다.After removing the photoresist mask from the removed substrate (S42), manufacturing a micro-supercapacitor using MXene patterned on the substrate (S43) may be performed.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 상에 형성된 패턴화된 맥신을 나타낸 사진이다.6 is a photograph showing a patterned MXene formed on a wafer according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 것처럼 전술한 바와 같이 형성된 패턴화된 맥신(140)은 웨이퍼(150) 상에 복수개로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 6 , the patterned MXene 140 formed as described above may be formed in plurality on the wafer 150 .
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기판에 형성된 패턴화된 맥신이 형성된 마이크로 커패시터를 나타낸 이미지이다.7 is an image showing a microcapacitor having patterned MXene formed on a substrate according to an embodiment of the present invention.
그리고 도 7에 도시된 것처럼, 이처럼 포토 리소크래피로 패턴화된 SiO2기판을 사용하여 Dip 코팅 또는 Spin 코팅을 이용할 경우 기존 패턴에 영향을 받지 않고 균일한 맥신 필름이 형성될 수 있으며 마이크로 스케일로 패턴화된 맥신(140)을 얻을 수 있다.And, as shown in FIG. 7, when Dip coating or Spin coating is used using the SiO 2 substrate patterned by photolithography, a uniform MXene film can be formed without being affected by the existing pattern, and at a micro scale. A patterned MXene 140 can be obtained.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 패턴화된 맥신의 형상을 나타낸 예시도이다.8 is an exemplary view showing the shape of a patterned MXene according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참고하여, 본 발명에 따라 제조된 패턴화된 맥신(140)의 형상을 구체적으로 설명하도록 한다.Referring to FIG. 8 , the shape of the patterned MXene 140 manufactured according to the present invention will be described in detail.
상기 패턴화된 맥신(140)은 제1 몸체부(141), 제2 몸체부(142), 제1 연장부(143), 제2 연장부(144), 제1 전극(145) 및 제2 전극(146)을 포함할 수 있다.The patterned MXene 140 includes a first body 141, a second body 142, a first extension 143, a second extension 144, a first electrode 145, and a second Electrode 146 may be included.
상기 제1 몸체부(141) 및 상기 제2 몸체부(142)는 상기 기판(110) 상의 양측면으로부터 동일한 간격으로 이격되며 상기 기판(110)의 폭 방향으로 길게 연장 형성될 수 있다.The first body portion 141 and the second body portion 142 may be spaced apart from both side surfaces of the substrate 110 at equal intervals and extend long in the width direction of the substrate 110 .
그리고, 상기 제1 몸체부(141) 및 상기 제2 몸체부(142)는 상기 기판(110)의 중심선을 기준으로 상호 대칭되게 형성되며, 상호 이격되어 형성될 수 있다.In addition, the first body portion 141 and the second body portion 142 may be formed symmetrically with respect to the center line of the substrate 110 and spaced apart from each other.
상기 제1 연장부(143)는 상기 제1 몸체부(141)로부터 상부를 향해 연장 형성되며, 상기 제2 연장부(144)는 상기 제2 몸체부(142)로부터 상부를 향해 연장 형성될 수 있다.The first extension part 143 may extend upward from the first body part 141, and the second extension part 144 may extend upward from the second body part 142. there is.
여기서, 상기 제1 연장부(143) 및 상기 제2 연장부(144)의 외측면은 상기 기판을 3등분하는 지점에 형성되도록 마련될 수 있다. 그리고, 상기 제1 연장부(143) 및 상기 제2 연장부(144)는 상호 이격되어 형성되어 상기 제1 연장부(143) 및 상기 제2 연장부(144) 사이에 미세전극이 형성될 수 있는 공간이 형성되도록 마련될 수 있다.Here, outer surfaces of the first extension part 143 and the second extension part 144 may be provided to be formed at a point where the substrate is divided into thirds. In addition, the first extension part 143 and the second extension part 144 are formed to be spaced apart from each other, so that a microelectrode can be formed between the first extension part 143 and the second extension part 144. It can be provided so that a space is formed.
상기 제1 전극(145)은 상기 제1 연장부(143)로부터 상기 제2 연장부(144)를 향해 연장 형성되며, 일단은 상기 제1 연장부(143)와 연장되고, 타단은 상기 제2 연장부(144)로부터 이격되어 형성될 수 있다.The first electrode 145 extends from the first extension part 143 toward the second extension part 144, one end extends with the first extension part 143, and the other end extends to the second extension part 144. It may be formed spaced apart from the extension 144 .
상기 제2 전극(146)은 상기 제2 연장부(144)로부터 상기 제1 연장부(143)를 향해 연장 형성되며, 일단은 상기 제2 연장부(144)와 연장되고, 타단은 상기 제1 연장부(143)로부터 이격되어 형성될 수 있다.The second electrode 146 extends from the second extension part 144 toward the first extension part 143, one end extends with the second extension part 144, and the other end extends to the first extension part 144. It may be formed spaced apart from the extension part 143 .
상기 제1 전극(145) 및 상기 제2 전극(146)은 일정한 간격으로 형성되며, 상기 제1 연장부(143) 및 상기 제2 연장부(144) 사이에서 교차로 배열되도록 마련될 수 있다.The first electrode 145 and the second electrode 146 are formed at regular intervals and may be arranged to cross each other between the first extension part 143 and the second extension part 144 .
이때, 상기 제1 전극(145) 및 상기 제2 전극(146) 사이의 간격과, 상기 제1 전극(145) 및 상기 제2 전극(146)의 폭은 45~55μm로 형성되되, 균일한 간격 및 폭을 갖도록 형성될 수 있다.At this time, the distance between the first electrode 145 and the second electrode 146 and the width of the first electrode 145 and the second electrode 146 are formed to be 45 to 55 μm, and the distance is uniform. And it may be formed to have a width.
그리고, 상기 제1 전극(145) 및 상기 제2 전극(146)의 두께는 3~5μm로 형성될 수 있으며, 균일한 두께로 형성될 수 있다.In addition, the first electrode 145 and the second electrode 146 may have a thickness of 3 to 5 μm and may be formed with a uniform thickness.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 SEM이미지이다.9 is a SEM image of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참고하면, 이처럼 마련된 마이크로 슈퍼커패시터는 패턴화된 맥신(140)의 간격, 폭 등이 균일한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9 , it can be seen that in the prepared micro-supercapacitor, the spacing and width of the patterned MXene 140 are uniform.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 AFM 3D 이미지이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 AFM 이미지에서 Topography 전 영의 두께를 나타낸 그래프이며, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 Topography 이미지의 line profile data를 나타낸 그래프이다.10 is an AFM 3D image of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a graph showing the thickness of zero before topography in an AFM image of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention. is a graph showing line profile data of a topography image of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 10 내지 도 12를 참고하면, 패턴화된 맥신(140)의 전극은 마이크로 스케일로 균일하게 형성된 작은 전극의 폭 및 전극 간 간격에 의해, 6mm x 5mm의 적은 면적에 높은 aspect ratio를 갖는 전극을 형성함을 확인할 수 있다.10 to 12, the electrode of the patterned MXene 140 is an electrode having a high aspect ratio in a small area of 6 mm x 5 mm due to the width of the small electrode uniformly formed on a micro scale and the spacing between the electrodes. formation can be confirmed.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 사이클릭 볼타메트리 (Cyclic voltammetry)의 특성을 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing cyclic voltammetry characteristics of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참고하면, 본 발명에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터에 대해 다양한 스캔 속도 (1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10000 mV/s)로 CV 특성을 실험하 sruf과, 비교적 낮은 스캔 속도 (1~50 mV/s) 에서 이상적인 직사각형 모양의 CV 곡선을 나타낸 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13, various scan rates (1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10000 mV/s) for the micro-supercapacitors manufactured according to the present invention By experimenting with the CV characteristics, it can be seen that sruf and an ideal rectangular CV curve were shown at relatively low scan rates (1 to 50 mV/s).
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 스캔속도에 따른 부피적 용량 값을 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing volumetric capacitance values according to scan rates of micro-supercapacitors according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참고하면, 본 발명에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터의 CV 곡선을 통해 부피적 용량 (volumetric capacitance)를 계산하였을 때, 느린 스캔속도 (1~500 mV/s) 에서 1754.4, 1798.6, 1774.1, 1729.4, 1660.6, 1519.8 F/cm3의 안정적인 부피적 용량 값을 보였으며, 빠른 스캔 속도 (100~1,000 mV/s) 에서1353.4, 1101.0, 604.8, 268.6 F/cm3의 안정적인 부피적 용량 값을 보였다. 그리고, 매우 빠른 스캔속도에서도 (2,000~10,000 mV/s) 에서 101.6, 25.1, 10.2 F/cm3의 부피적 용량 값을 유지하였다.Referring to FIG. 14, when the volumetric capacitance is calculated through the CV curve of the micro-supercapacitor manufactured according to the present invention, 1754.4, 1798.6, 1774.1, It showed stable volumetric capacitance values of 1729.4, 1660.6, and 1519.8 F/cm 3 , and stable volumetric capacitance values of 1353.4, 1101.0, 604.8, and 268.6 F/cm 3 at fast scan rates (100 to 1,000 mV/s). . In addition, volumetric capacitance values of 101.6, 25.1, and 10.2 F/cm 3 were maintained even at very fast scan rates (2,000 to 10,000 mV/s).
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 EIS 특성을 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing EIS characteristics of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 15를 참고하면, 본 발명에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터의 ESR (equivalent series resistance)은 279.1 Ω 전해질에 의한 내부 저항 특성을 보였다. 그리고, Rct (charge transfer resistance)는 semi-circle 부분을 의미하며, 538.8 Ω 전극/전해질 계면에서의 저항 특성을 보였다. 또한, 저주파수영역은 이온 확산에 의한 영향을 지배적으로 받는 부분이며, warburge impedance 영향으로 capacitive 거동을 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 15 , the ESR (equivalent series resistance) of the micro-supercapacitor manufactured according to the present invention showed an internal resistance characteristic of 279.1 Ω electrolyte. And, Rct (charge transfer resistance) means the semi-circle part, and showed resistance characteristics at the 538.8 Ω electrode/electrolyte interface. In addition, the low-frequency region is the part that is predominantly affected by ion diffusion, and it can be confirmed that the capacitive behavior is shown due to the warburge impedance effect.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 GCD (Galvanostatic charge-discharge) 특성을 나타낸 그래프이다.16 is a graph showing Galvanostatic charge-discharge (GCD) characteristics of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 16을 참고하면, 다양한 전류 밀도(1.05, 2.11, 5.27, 10.5, 21.1, 52.7 A/cm3)에서 GCD 특성을 볼 수 있다. 이등변 삼각형 모양의 이상적인 GCD 곡선을 나타냈고, 저항 요소를 나타내는 IR drop이 거의 없었다. 또한, 각각의 전류 밀도(1.05, 2.11, 5.27, 10.5, 21.1, 52.7 A/cm3) 에서 1587.2, 1999.7, 1875.5, 1677.8, 1575.0, 1508.3 F/cm3의 우수한 부피적 용량 값을 보였으며, 빠른 rate의 52.7 A/cm3에서도 1508.3 F/cm3의 우수한 부피적 용량 값을 보였다.Referring to FIG. 16 , GCD characteristics can be seen at various current densities (1.05, 2.11, 5.27, 10.5, 21.1, 52.7 A/cm 3 ). An isosceles triangle-shaped ideal GCD curve was shown, and there was almost no IR drop representing a resistive element. In addition, it showed excellent volumetric capacity values of 1587.2, 1999.7, 1875.5, 1677.8, 1575.0, 1508.3 F/cm 3 at each current density (1.05, 2.11, 5.27, 10.5, 21.1, 52.7 A/cm 3 ), and fast Even at a rate of 52.7 A/cm 3 , an excellent volumetric capacity value of 1508.3 F/cm 3 was shown.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 Cycle stability의 특성을 나타낸 그래프이다.17 is a graph showing cycle stability characteristics of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 17을 참고하면, 빠른 Rate의 21.1A/cm3의 전류 밀도를 이용하여 Cycle stability (GCD)를 측정하였을 때, 2,000 cycle 이상 반복적인 cycle에도 capacitance가 거의 떨어지지 않았으며, 8,000 cycle 이상의 cycle에서 초기 값 대비 72.4% 이상의 용량을 유지하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 17, when cycle stability (GCD) was measured using a current density of 21.1 A/cm 3 at a fast rate, the capacitance hardly fell even in repeated cycles of 2,000 cycles or more, and in cycles of 8,000 cycles or more, the initial cycle stability (GCD) was measured. It can be seen that the capacity is maintained at 72.4% or more compared to the value.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터의 출력 밀도에 대한 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.18 is a graph showing energy density versus power density of a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
도 18을 참고하면, 다른 맥신 마이크로 슈퍼커패시터와 비교하였을 때, 본 발명에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터가 더 큰 고에너지 밀도 38.5 mWh/cm3 (0.62 W/cm3) 특성과 고출력 밀도 27.3 W/cm3 (28.1 mWh/cm3) 특성을 보였다.Referring to FIG. 18, compared to other MXene micro-supercapacitors, the micro-supercapacitor manufactured according to the present invention has a higher energy density of 38.5 mWh/cm 3 (0.62 W/cm 3 ) and a high power density of 27.3 W/cm 3 . cm 3 (28.1 mWh/cm 3 ) characteristics.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 슈퍼커패시터와 종래예에 대한 전기화학적 특성의 차이를 비교한 표이다.19 is a table comparing differences in electrochemical characteristics between a micro-supercapacitor according to an embodiment of the present invention and a conventional micro-supercapacitor.
도 19를 참고하면, 자사 실시 예정 기술의 Cv(volumetric capacitance), Ev(vol. Energy density), Pv(vol. Power density)이 종래의 기술들에 비해 더 우수함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 19 , it can be seen that the volumetric capacitance (Cv), vol. energy density (Ev), and vol. power density (Pv) of the company's upcoming technology are superior to conventional technologies.
이처럼, 전술한 본 발명에 따라 제조된 마이크로 슈퍼커패시터는 쉽고 간편한 용액공정 방법을 활용하여 제작할 수 있으며, 마이크로 슈퍼커패시터의 양산화, 대면적화가 가능하다.As such, the micro-supercapacitor manufactured according to the present invention described above can be manufactured using an easy and simple solution process method, and mass production and large-area micro-supercapacitors are possible.
또한 본 발명에 따르면, 고해상의 마이크로미터 수준의 패턴화가 가능하며, 공정을 위한 기판의 종류에 제한이 없어 유연 및 연속공정을 통한 커패시터 제작이 용이하다.In addition, according to the present invention, high-resolution micrometer-level patterning is possible, and there is no limit to the type of substrate for the process, so it is easy to manufacture capacitors through flexible and continuous processes.
그리고, 본 발명에 따르면, 커패시터 제작을 위한 모든 공정이 반도체 공정과 호환이 가능하기 때문에, IC 칩 내 고성능 커패시터로 활용이 가능하며, 마이크로 슈퍼커패시터가 우수한 부피적 용량 값을 갖고, 종래에 비해 고에너지 밀도와 고출력 밀도 특성을 갖는다.In addition, according to the present invention, since all processes for manufacturing capacitors are compatible with semiconductor processes, it can be used as a high-performance capacitor in an IC chip, and micro-supercapacitors have excellent volumetric capacitance values and are higher than conventional capacitors. It has energy density and high power density characteristics.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
110: 기판
120: 포토레지스트 마스크
130: 맥신용액
140: 패턴화된 맥신
141: 제1 몸체부
142: 제2 몸체부
143: 제1 연장부
144: 제2 연장부
145: 제1 전극
146: 제2 전극
150: 웨이퍼110: substrate
120: photoresist mask
130: Maxine solution
140: patterned maxine
141: first body part
142: second body
143: first extension
144: second extension
145: first electrode
146: second electrode
150: wafer
Claims (10)
b) 기판에 네거티브(negative)형인 포토레지스트 마스크를 코팅하는 단계;
c) 상기 포토레지스트 마스크가 코팅된 상기 기판에 상기 맥신용액을 코팅하여, 상기 기판의 표면에 패턴화된 맥신이 형성되는 단계; 및
d) 상기 기판으로부터 패턴화된 맥신을 얻어 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 c) 단계는, Dip 코팅에 의해 이루어지며, Dip 코팅시 0.95~1.05μm/s의 속도로 코팅이 수행되고,
상기 c) 단계에서는, 상기 패턴화된 맥신의 층 하부면과 상기 기판의 표면이 접촉되며,
상기 d) 단계는, d1) 상기 기판을 맥신용액으로부터 꺼내는 단계; 및 d2) 꺼낸 상기 기판에 상기 포토레지스트 마스크를 제거하는 단계를 포함하며,
상기 d2) 단계에서는, 상기 포토레지스트 마스크에 베이킹 공정이 수행된 후, 상기 포토레지스트 마스크가 초음파 세척기에서 아세톤 용제에 의해 제거되고,
상기 d2) 단계의 상기 베이킹 공정의 온도는 110 내지 130℃이며, 상기 베이킹 공정의 시간은 25 내지 35분이고, 상기 베이킹 공정에 의해 상기 패턴화된 맥신이 건조되며,
상기 d2) 단계에서, 네거티브(negative)형인 상기 포토레지스트 마스크와 상기 패턴화된 맥신 간 틈에 상기 아세톤 용제가 침투하여 상기 포토레지스트 마스크가 제거됨으로써, 상기 포토레지스트 마스크가 제거 중 상기 패턴화된 맥신의 형상 변형이 방지되는 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법.
a) preparing a Maxine solution;
b) coating the substrate with a photoresist mask of negative type;
c) coating the substrate coated with the photoresist mask with the MXene solution to form a patterned MXene on the surface of the substrate; and
d) manufacturing a micro-supercapacitor by obtaining a patterned MXene from the substrate;
Step c) is performed by dip coating, and coating is performed at a speed of 0.95 to 1.05 μm/s during dip coating,
In step c), the lower surface of the patterned MXene layer is in contact with the surface of the substrate;
The step d) may include d1) taking the substrate out of the MXene solution; and d2) removing the photoresist mask from the removed substrate,
In step d2), after a baking process is performed on the photoresist mask, the photoresist mask is removed by an acetone solvent in an ultrasonic cleaner,
The temperature of the baking process in step d2) is 110 to 130 ° C, the baking process time is 25 to 35 minutes, and the patterned MXene is dried by the baking process,
In the step d2), the acetone solvent penetrates into a gap between the negative photoresist mask and the patterned MXene to remove the photoresist mask, thereby removing the patterned MXene while the photoresist mask is being removed. A method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process, characterized in that the shape deformation of is prevented.
상기 a) 단계는,
a1) 맥신을 얻는 단계; 및
a2) 얻은 상기 맥신을 증류수와 혼합하여 맥신용액을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
In step a),
a1) obtaining Maxine; and
a2) A method of manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process comprising the step of mixing the obtained MXene with distilled water to form a MXene solution.
상기 a1) 단계는,
MAX상을 LiF+HCL 6M 조건에서 에칭하여 상기 맥신을 얻는 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 2,
In step a1),
A method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process, characterized in that the Maxine is obtained by etching the MAX phase under LiF + HCL 6M conditions.
상기 a2) 단계에서,
상기 맥신의 농도는 5~15mg/ml인 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 2,
In step a2),
The method of manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process, characterized in that the concentration of MXene is 5 to 15 mg / ml.
상기 b) 단계에서,
상기 기판은,
SiO2 기판인 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
In step b),
the substrate,
Method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process, characterized in that the SiO 2 substrate.
상기 d) 단계는, d3) 상기 기판에 패턴화된 맥신을 이용하여 마이크로 슈퍼커패시터를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법.
According to claim 1,
Step d) further comprises d3) manufacturing a micro-supercapacitor using MXene patterned on the substrate.
상기 마이크로 슈퍼커패시터는 전극의 폭과 전극간 간격이 45~55μm로 형성된 것을 특징으로 하는 용액공정을 이용한 마이크로 슈퍼커패시터의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 슈퍼커패시터.In the micro-supercapacitor manufactured by the method for manufacturing a micro-supercapacitor using the solution process according to claim 1,
The micro-supercapacitor is a micro-supercapacitor manufactured by a method for manufacturing a micro-supercapacitor using a solution process, characterized in that the width of the electrode and the distance between the electrodes are formed to be 45 to 55 μm.
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|---|---|---|---|
| KR1020210050053A KR102557427B1 (en) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Method for manufacturing micro-supercapacitor using solution process and micro-supercapacitor produced by the production method thereof |
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| KR1020210050053A KR102557427B1 (en) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Method for manufacturing micro-supercapacitor using solution process and micro-supercapacitor produced by the production method thereof |
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2021
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Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022220359A1 (en) | 2022-10-20 |
| KR20220144029A (en) | 2022-10-26 |
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