KR20040092100A - Method for producing probe for multiple signal with rod-shaped nano structure attached to its end - Google Patents

Abstract

PURPOSE: A method for producing a probe for a multiple signal with a rod-shaped nano structure attached to its end is provided to reduce the price of a sensor or a detecting device by performing a batch process. CONSTITUTION: A plurality of electrodes(200) are aligned on a substrate in parallel in such a manner that the electrodes are in opposition to each other. A solution having a dispersed rod-shaped nano structure is provided between the electrodes in opposition to each other in such manner that all end parts or partial parts of the electrodes are under the solution. The nano structure(300-1) in the solution is attached to the electrodes by applying voltage to the multiple electrodes. The nano structure is tightly fixed to the fixture(600).

Description

막대 형상의 나노 구조물이 부착된 다중신호 검출용 프로브의 제조방법 {Method for producing probe for multiple signal with rod-shaped nano structure attached to its end}Method for producing probe for multiple signal with rod-shaped nano structure attached to its end}

본 발명은 막대 (rod) 형상의 나노 구조물이 부착된 신호 검출용 프로브(probe)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 텅스텐 나노와이어(tungsten nanowire), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 보론 나노튜브(boron nanotube) 등과 같은 막대(rod) 형상의 나노 구조물을 끝단에 부착하여 표면 신호나 화학적 신호를 검출하도록 제조된 다중 신호 검출용 프로브의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a probe for detecting a signal to which a rod-shaped nanostructure is attached, and more particularly, tungsten nanowire, carbon nanotube, and boron nano. The present invention relates to a method for manufacturing a multi-signal detection probe manufactured by attaching a rod-shaped nanostructure such as a boron nanotube to an end to detect a surface signal or a chemical signal.

얼마 전까지만 해도 원자 또는 분자 단위의 나노 세계는 너무나 미세하여 아무리 해상도가 높은 현미경으로도 볼 수 없는 미지의 영역이었다. 그러나, 1980년 대에 주사탐침 현미경 (SPM: Scanning Probe Microscope)이 발명됨으로써 드디어 나노 세계의 구조를 확인할 수 있는 계기가 마련되었다. 주사탐침 현미경과 같은 원자현미경의 효시는 주사터널링 현미경 (STM: Scanning Tunneling Microscope)이며, 가장 널리 쓰이는 원자현미경으로는 원자간력 현미경 (AFM: Atomic Force Microscope)가 있다.Not so long ago, the atomic or molecular nanoworld was so tiny that it could not be seen with high resolution microscopes. However, the invention of the Scanning Probe Microscope (SPM) in the 1980s finally provided an opportunity to confirm the structure of the nanoworld. Atomic force microscopy, such as scanning probe microscopy, is the Scanning Tunneling Microscope (STM), and the most widely used atomic force microscope is the Atomic Force Microscope (AFM).

도 1은 일반적인 AFM의 구조를 나타내고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, AFM은 캔틸레버(cantilever)(12)라고 불리우는 작은 막대 (100 ㎛ ×10 ㎛ ×1 ㎛) 끝에 피라미드 형상의 뾰족한 팁(10)이 형성되어 있으며, 이들은 마이크로머시닝으로 만들어진다. 팁(10)을 시료(14) 표면에 근접시키면, 팁(10)과 시료(14) 표면의 원자들 사이에는 상호 작용력 (척력 또는 인력)이 발생하게 된다. 이러한 작용력은 주로 반 데르 발스 힘 (Van Der Waals Force)이며, 그 크기는 나노 뉴턴(nano newton)(10^-9N) 이하 정도이다. 상기 작용력에 의해 캔틸레버(12)는 휘어지거나, 공명진동수에 변화가 있게 되는데, 이러한 캔틸레버의 휘어짐과 공명진동수의 변화를 측정하여 샘플의 기하학적 형태를 결정할 수 있다. 한편, 캔틸레버(12)의 휘어짐과 공명진동수의 변화는 레이저(16)와 포토다이오드 (photodiode)(18)를 이용하여 측정한다. 이때, 측정을 지속적으로 표면에 대해 유지하기 위해 되먹임 (feedback) 제어를 이용하며, 따라서, 캔틸레버(12)가 달린 스테이지(20)는 측정시료와 팁사이의 간격을 일정하게 유지하면서 캔틸레버(12)의 휘는 정도를 계속해서 측정하게 된다. 이렇게 얻어진 결과를 분석하면, 시료의 표면 정보를 얻을 수 있다.1 shows the structure of a general AFM. As shown in FIG. 1, AFM has pyramidal pointed tips 10 formed at the ends of small rods (100 μm × 10 μm × 1 μm) called cantilever 12, which are made by micromachining. . By bringing the tip 10 close to the surface of the sample 14, an interaction force (repulsive force or attractive force) is generated between the tip 10 and the atoms on the surface of the sample 14. This action is mainly the Van Der Waals Force, the magnitude of which is less than or equal to nano newtons (10 ^-9 N). The cantilever 12 is bent or the resonance frequency is changed by the action force, and the geometric shape of the sample can be determined by measuring the bend and the resonance frequency of the cantilever. On the other hand, the bending of the cantilever 12 and the change in the resonance frequency are measured using the laser 16 and the photodiode 18. At this time, a feedback control is used to continuously maintain the measurement with respect to the surface, so that the stage 20 with the cantilever 12 can maintain the distance between the sample and the tip while maintaining the cantilever 12. We continue to measure the degree of curvature of. By analyzing the results thus obtained, the surface information of the sample can be obtained.

상기 AFM은 기본적인 연구용 장비로서 나노 단위의 측정 또는 관찰을 위해 사용되기도 하지만, 나노 단위에서의 생산을 위한 공정 장비에 이르기 까지 다양한 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 AFM을 이용한 소프트 광미세식각법(Soft Probe Lithography), SPL(Scanning probe Lithography)와 같은 가공 기술에 대해서도 많은 연구가 진행되고 있다.The AFM is used for measurement or observation in nano units as a basic research equipment, but is used in various fields ranging from process equipment for production in nano units. Recently, many researches have been conducted on processing technologies such as soft probe lithography (SFM) and scanning probe lithography (SPL).

AFM의 가장 기본이 되는 핵심 기술은 프로브 팁에 있다고 할 수 있다. 프로브 팁의 형상과 크기에 따라서 AFM의 이미지 분해능과 재현성이 결정된다.The core technology behind AFM is the probe tip. The shape and size of the probe tip determine the image resolution and reproducibility of the AFM.

일반적으로는 AFM의 캔틸레버 끝단을 피라미드 형상의 뾰족한 모양으로 만들어 사용한다. 그러나, 최근 카본 나노튜브 등이 그들이 갖고 있는 여러 가지 유리한 물성들로 인해 주목을 받으면서, 피라미드의 끝단에 부착하여 프로브로서 사용되기도 한다.Generally, the cantilevered end of the AFM is used to make a pyramid pointed shape. Recently, however, carbon nanotubes have attracted attention due to their advantageous properties, and they are also used as probes by attaching to the ends of pyramids.

AFM의 팁은 원자적으로 종횡비(aspect ratio)가 높고, 탄성(resilience)이 큰 것을 사용하는 것이 유리하다. 이러한 관점에서 카본 나노튜브 팁은 첨예도 (sharpness)가 우수하고, 종횡비, 기계적 강도 (mechanical stiffness) 및 탄성이 높으며, 화학적 성분의 조절 또한 용이하여 AFM의 성능을 측정, 조작 및 제조의 측면에서 향상시키는데 이상적인 특성을 가진 것으로 알려져 있다. 그 밖에도, 카본 나노튜브의 팁은 수명이 길고, 폭이 좁고 깊은 구조물을 측정하는데 유리하며, 1 nm 이하의 높은 분해능을 얻을 수 있는 장점이 있다.Tip of AFM is advantageously to use atomically high aspect ratio and high resilience. In this respect, carbon nanotube tips have excellent sharpness, high aspect ratio, high mechanical stiffness and elasticity, and easy control of chemical components, improving the performance of AFM in terms of measuring, manipulating and manufacturing. It is known to have ideal properties. In addition, the tip of the carbon nanotubes is advantageous for measuring long lifetime, narrow and deep structure, and high resolution of 1 nm or less is obtained.

그러나, 이러한 좋은 품질을 가진 단중벽 나노튜브(SWNT: Single Wall NanoTube)를 한개씩 원하는 위치에 원하는 형상으로 생기도록 만드는 일은 매우 어려운 작업이다. 레이저 증착법(laser ablation)이나 아크방전과 같은 기존의 방법들을 이용하면 엉켜진 실타래와 같은 나노튜브가 만들어지며, 이렇게 엉켜진 나노튜브를 정제, 분리 및 조작하여 하나의 소자에 붙여 사용한다는 것은 매우 어려운 일이다.However, it is very difficult to make these high quality single wall nanotubes (SWNT) one by one in the desired position in the desired shape. Conventional methods, such as laser ablation or arc discharge, produce tangled threaded nanotubes, and it is very difficult to refine, separate, and manipulate these tangled nanotubes into a single device. It's work.

예를 들면, 오시마(Oshima) 등은 미국 특허 제 5,482,601호에서 아크방전법에 의한 카본 나노튜브의 증착방법을 개시하였고, 만데빌(Mandeville) 등은 미국 특허 제 5,500,200호에 촉매를 이용한 MWNT의 대량 생산 방법을 개시하였다.For example, Oshima et al. Disclosed a method of depositing carbon nanotubes by the arc discharge method in US Pat. No. 5,482,601, and Mandeville et al. Disclosed a large amount of MWNT using a catalyst in US Pat. No. 5,500,200. The production method is disclosed.

그러나, 이러한 방법들은 앞서 언급한 바와 같이, 카본 나노튜브나 카본 미소섬유(carbon fibril)를 대량으로 생산하여 새로운 복합재료를 개발하는 데는 효과적이지만, 개개의 나노튜브를 분리하여 하나씩 원하는 위치에 정확히 부착하는 것은 거의 불가능한 문제점을 갖고 있다. 따라서, AFM의 프로브에 나노튜브 팁을 장착하는 상업적 방법으로서는 적합하지 않다고 할 수 있다.However, these methods are effective in developing new composite materials by mass production of carbon nanotubes or carbon fibrils, as mentioned above, but they can be used to separate and attach individual nanotubes exactly where they are desired. There is a problem that is almost impossible to do. Therefore, it can be said that it is not suitable as a commercial method of attaching nanotube tips to AFM probes.

최근에, 청(Cheung) 등은 CVD법에 의해 실리콘 기판위에 제작된 미세한 홈상에 촉매를 도포하여 다중벽 나노튜브(MWNT: Multi Wall NanoTube) 나 단중벽 나노튜브(SWNT: Single Wall NanoTube)를 직접 성장시키는 방법을 개발하였다(Carbon Nanotube Tips Direct Growth by Chemical Vapor Deposition, PNAS, Chin Li Cheung et. al., vol.97, No.8). 이 방법에 의하면 AFM의 프로브 팁을 개별적으로 성장시킬 수 있도록 촉매 입자(catalyst particle)를 도포한 후, 고온의 탄화수소 가스를 이용하여 카본 나노튜브를 성장시키게 된다.Recently, Cheung et al. Applied a catalyst onto a fine groove made on a silicon substrate by CVD to directly apply a multi wall nanotube (MWNT) or a single wall nanotube (SWNT). A method of growth was developed (Carbon Nanotube Tips Direct Growth by Chemical Vapor Deposition, PNAS, Chin Li Cheung et. Al., Vol. 97, No. 8). According to this method, the carbon nanotubes are grown by using a hydrocarbon gas after applying catalyst particles to individually grow the probe tips of the AFM.

그러나, 실리콘 피라미드의 끝단에 촉매 입자를 부착하는 것은 매우 어려운 일이다. 또한, 피라미드 끝단에서 성장한 SWNT는 1㎛ 내지 20㎛의 크기를 가지게 되는데, 실제 AFM에 SWNT를 부착해서 사용하려면 크기가 대개 30㎚ 내지 100㎚정도이어야 하기 때문에 문제가 된다. 이러한 크기를 줄이기 위해 방전법을 이용하게 되는데 이 또한 크기를 정확히 조절하는 데 어려움이 많다.However, it is very difficult to attach catalyst particles to the ends of the silicon pyramid. In addition, the SWNT grown at the end of the pyramid has a size of 1㎛ to 20㎛, it is a problem because the size should be about 30nm to 100nm in order to use the SWNT attached to the actual AFM. In order to reduce the size, a discharge method is used, which also has difficulty in accurately adjusting the size.

특히, 다이(Dai)는 미국 특허 제 6,401,526호에 나노튜브가 부착된 AFM 팁을 제조하는 보다 효과적인 방법을 개시하였다. 상기 특허에 따르면, 액상 선구체(liquid phase precursor)를 AFM 팁 끝에 코팅하고, 이를 CVD법에 의해 성장시키고, 제조된 나노튜브의 크기를 조절하기 위해 방전 과정을 수행한다. 이때, 상기 액상 선구체는 금속을 포함하는 염류, 장쇄 분자 화합물(long-chain molecular compound) 및 용매로 구성된다. 또한, 선구체의 코팅 방법은 마이크로 접촉 프린팅(micro contacting printing)을 이용하여 한번에 많은 피라미드의 끝단에 선구체를 코팅하는 방법이 제안되었다.In particular, Dai disclosed a more effective method for making AFM tips with nanotubes attached to US Pat. No. 6,401,526. According to the patent, the liquid phase precursor (liquid phase precursor) is coated on the tip of the AFM tip, it is grown by the CVD method, and the discharge process is performed to control the size of the prepared nanotubes. In this case, the liquid precursor is composed of a salt containing a metal, a long-chain molecular compound and a solvent. In addition, the coating method of the precursor has been proposed a method of coating the precursor to the ends of many pyramids at once by using micro contacting printing (micro contacting printing).

최근에는, 스핀 코팅(spin coating)에 의해 대량의 AFM용 실리콘 피라미드를 장착한 웨이퍼 상에 선구체를 도포한 다음, 에칭(etching) 공정을 이용해 피라미드에만 선구체를 남기고 나머지 부분에서는 선구체를 제거한 후, 탄소를 포함하는 가스 속에서 CVD법을 이용해 카본 나노튜브를 성장시키는 방법이 보고되었다(Wafer Scale Production of Carbon Nanotube Scanning Probe Tips for Atomic Force Microscopy, Applied Physics Letter, Vol. 80, No. 12, Erhan Yenilmez etc., 2002, March, pp. 2225-2227).Recently, a precursor is applied onto a wafer equipped with a large amount of AFM silicon pyramids by spin coating, and then an etching process is used to leave the precursor only in the pyramid and remove the precursor from the rest. Later, a method of growing carbon nanotubes using CVD in a gas containing carbon was reported (Wafer Scale Production of Carbon Nanotube Scanning Probe Tips for Atomic Force Microscopy, Applied Physics Letter, Vol. 80, No. 12, Erhan Yenilmez etc., 2002, March, pp. 2225-2227).

그러나, 이러한 방법들은 모두 기계적 및 화학적인 특성 때문에 정확히 원하는 양만큼의 선구체를 코팅하기가 매우 어렵다는 문제점이 있다.However, both of these methods have a problem that it is very difficult to coat exactly the desired amount of precursor because of mechanical and chemical properties.

한편, 나카야마(Nakayama) 등은 미국 특허 제 6,528,785호에 용융-접합 (Fusion-welding)법에 의해 고정대 상에 전극을 제작하는 방법을 제시하였다. 상기 특허에서는, 먼저 두개의 전극사이에 카본 나노튜브를 올려 놓은 다음, 고정대를 상기 카본 나노튜브에 가깝게 접근시켜 부착하고 전자 빔(Electron beam)이나 코팅 필름과 같은 수단으로 고정대에 CNT를 단단히 부착한다.Meanwhile, Nakayama et al. Proposed a method of fabricating an electrode on a holder by Fusion-welding method in US Pat. No. 6,528,785. In this patent, the carbon nanotubes are first placed between two electrodes, and then the holder is brought close to the carbon nanotubes and attached, and the CNT is firmly attached to the holder by means such as an electron beam or a coating film. .

코팅 필름을 만드는 방법으로는 여러가지 가능한 방법들이 제시되었지만, 기본적으로는 코팅에 사용할 물질이 직접 코팅되는 것이 아닌 가스에 노출된 나토튜브와 고정대가 화학적으로 반응하여 필름을 형성한다.Various possible methods have been proposed for making a coating film, but basically, a NATO tube exposed to a gas and a stator are chemically reacted to form a film instead of directly coating a material to be used for coating.

그러나, 이러한 화학반응에 의한 코팅은 현실적으로 성공하기 거의 불가능한데, 이는 미세하고 돌출된 나노튜브도 그러한 화학반응의 영향을 받을 수 있어 전체적으로 원하는 형상을 얻을 수 없기 때문이다.However, coating by such chemical reactions is almost impossible to achieve in reality because fine and protruding nanotubes can also be affected by such chemical reactions and thus cannot obtain the overall desired shape.

또한, 상기 특허에 따른 방법은 매우 생산성이 낮은 방법으로, 일단 고정대를 접근시켜 카본 나노튜브를 부착하는 것이 시각적으로 확인이 거의 불가능할 뿐만 아니라, 카본 나노튜브의 크기가 작아질 수록 공정의 제어가 매우 어려워진다.In addition, the method according to the patent is a very low-productivity method, it is almost impossible to visually confirm the attachment of the carbon nanotubes by approaching the stator, as the size of the carbon nanotubes becomes smaller, the control of the process is very Becomes difficult.

그리고, 일단 카본 나노튜브가 부착이 되었다고 해도 그 다음과정으로 다시 전자 빔 등을 이용하여 고정대와 카본 나노튜브를 다시 부착한다는 것이 대량생산에 적합한 방법이라 할 수 없다.And, once the carbon nanotubes are attached, it is not a suitable method for mass production to reattach the fixing base and the carbon nanotubes again by using an electron beam or the like in the next process.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 텅스텐 나노 와이어, 카본 나노튜브, 보론 나노튜브 등과 같은 막대 형상을 지닌 나노 구조물을 동시에 다수의 고정대 끝단에 부착하여, 표면 신호나 화학적 신호를 검출할 수 있는 프로브를 반도체의 웨이퍼공정과 같은 방법으로 한번에 대량으로 제조할 수 있는 다중 신호 검출용 프로브의 제조 방법을 제공하는데 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems according to the prior art, an object of the present invention is to simultaneously support a plurality of fixing rod-shaped nanostructures such as tungsten nanowires, carbon nanotubes, boron nanotubes The present invention provides a method for manufacturing a multi-signal detection probe that can be attached to an end and produce a probe capable of detecting a surface signal or a chemical signal at a time in the same way as a semiconductor wafer process.

본 발명의 제 1 양면에 따르면,According to the first two sides of the present invention,

(1) 기판 상에 복수개의 전극을 병렬로 서로 마주보게 배치하는 단계;(1) arranging a plurality of electrodes on the substrate to face each other in parallel;

(2) 막대 형상의 나노 구조물이 분산되어 있는 용액을 상기 마주보는 다중 전극 사이에 두 전극 단부의 전부 혹은 일부가 잠기도록 제공하는 단계;(2) providing a solution in which rod-shaped nanostructures are dispersed such that all or part of two electrode ends are immersed between the opposing multiple electrodes;

(3) 상기 다중 전극에 전압을 가하여 용액 내 나노 구조물을 전극에 부착시키는 단계;(3) applying a voltage to the multiple electrodes to attach nanostructures in solution to the electrodes;

(4) 일측이 다수의 분지된 형상을 가지며, 상기 분지된 끝단부에 나노 구조물이 부착될 수 있도록 복수개의 고정대가 배치되어 있는 지지대를 접근시켜 다중 전극에 부착되어있던 나노 구조물을 고정대의 끝에 부착시키는 단계; 및(4) One side has a plurality of branched shapes, and the nanostructure attached to the multi-electrode is attached to the end of the stator by approaching the support on which the plurality of stators are arranged so that the nanostructures can be attached to the branched ends. Making a step; And

(5) 상기 나노 구조물을 상기 고정대에 보다 단단히 고정시키는 단계(5) more firmly fixing the nanostructure to the holder

를 포함하는 막대 형상의 나노 구조물이 부착된 기계적, 전기적 및 화학적 신호를 검출하는 프로브의 제조 방법이 제공된다.Provided is a method of manufacturing a probe for detecting a mechanical, electrical and chemical signal to which a rod-shaped nanostructure comprising a.

도 1은 일반적인 AFM의 구조도.1 is a structural diagram of a typical AFM.

도 2a는 본 발명에 이용되는 나노튜브를 나타낸 도면.Figure 2a is a view showing a nanotube used in the present invention.

도 2b는 본 발명에 이용되는 나노니들(nanoneedle) 또는 나노와이어(nanowire)를 나타낸 도면.Figure 2b is a view showing a nanoneedle (nanoneedle) or nanowire (nanowire) used in the present invention.

도 3은 본 발명의 제 1 실시 양태에 따른 막대 형상의 나노 구조물이 부착된 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a method of manufacturing a probe with a rod-shaped nanostructure according to a first embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 기판100: substrate

200: 다중 전극200: multiple electrodes

300: 나노 구조물이 분산되어 있는 용액300: a solution in which nanostructures are dispersed

300-1: 나노 구조물300-1: nanostructures

400: 외부 단자400: external terminal

500: 지지대500: support

600: 고정대600: fixture

700: 고정수단700: fixing means

이하, 본 발명에 따른 막대 형상의 나노 구조물이 부착된 프로브의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the method for manufacturing a probe with a rod-shaped nanostructure according to the present invention will be described.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시 양태에 따른 막대 형상의 나노 구조물이 부착된 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.3A to 3D are views for explaining a method of manufacturing a probe with a rod-shaped nanostructure according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3a를 살펴보면, 먼저 기판(100) 상에 복수개의 다중 전극(200)을 서로 마주보도로 배치한다. 기판으로는 Si을 기반으로 하는 웨이퍼를 주로 이용할 수 있다. 이때, 복수개의 다중 전극(200)은 증착법 등에 의해 금속을 얇은 층으로 도포하여 형성할 수 있다. 본 발명에서는 전기 전도성이 높은 Au, Ag, Al 등의 금속이 사용될 수 있다. 상기 전극들은 모두 한 개의 외부 단자(400)에 연결되어 있다.Referring to FIG. 3A, first, a plurality of multiple electrodes 200 are disposed to face each other on the substrate 100. As the substrate, a wafer based on Si may be mainly used. In this case, the plurality of multiple electrodes 200 may be formed by coating a metal in a thin layer by a deposition method or the like. In the present invention, metals such as Au, Ag, and Al having high electrical conductivity may be used. The electrodes are all connected to one external terminal 400.

이어서, 마주보는 다중 전극의 인접한 전극 단부 사이의 공간에 막대 형상의 나노 구조물(300-1)이 분산되어 있는 용액(300)을 떨어트린다. 이때, 마주 보는 두 전극의 단부는 그의 전부 또는 일부가 용액에 잠겨있는 상태가 되어야 한다. 본 발명에 사용될 수 있는 막대 형상의 나노 구조물로는 크게 속이 비어 있는 관형상의 나노튜브(도 2a 참조)와 속이 비어 있지 않은 나노와이어 또는 나노니들(도 2b 참조)로 나누어진다. 나노튜브는 다시 카본 나노튜브, BCN타입 나노튜브, 보론 나노튜브, BN타입 나노튜브 등을 예로 들 수 있다. 특히 카본 나노튜브에는 단중벽 나노튜브(SWNT)와 다중벽 나노튜브(MWNT)가 있으며, SWNT는 직경이 약 1 nm이고, MWNT는 층 수에 따라 수십 nm 내지 수백 nm의 반경을 가질 수 있다. 나노와이어 또는 나노니들의 대표적인 예로는 텅스텐 나노니들이 있으며, 일반적으로 수백 nm 이하의 반경을 갖는다. 이러한 나노 구조물이 분산되어 있는 분산액에 사용될 수 있는 용매로는 분산될 나노 구조물과 중요한 화학적 반응을 일으키지 않는다면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 물, 에탄올, 이소프로판올, 시클로헥산 등이 사용될 수 있다.Subsequently, the solution 300 in which the rod-shaped nanostructures 300-1 are dispersed in the space between the adjacent electrode ends of the facing multiple electrodes is dropped. At this time, the ends of the two opposite electrodes should be in a state where all or part thereof is immersed in the solution. Rod-shaped nanostructures that can be used in the present invention are largely divided into hollow hollow tubular nanotubes (see FIG. 2A) and hollow hollow nanowires or nanoneedles (see FIG. 2B). Nanotubes may be exemplified by carbon nanotubes, BCN type nanotubes, boron nanotubes, and BN type nanotubes. In particular, carbon nanotubes include single-walled nanotubes (SWNTs) and multi-walled nanotubes (MWNTs). SWNTs may have a diameter of about 1 nm, and MWNTs may have a radius of several tens of nm to several hundred nm depending on the number of layers. Representative examples of nanowires or nanoneedles are tungsten nanoneedles and generally have a radius of several hundred nm or less. The solvent that can be used in the dispersion in which the nanostructures are dispersed is not particularly limited unless it causes an important chemical reaction with the nanostructures to be dispersed. For example, water, ethanol, isopropanol, cyclohexane and the like can be used.

다음으로, 다중 전극에 전압을 걸어준다. 이때, 외부 단자(400)로부터 제공될 수 있는 전압은 교류, 직류 또는 바이어스 직류/교류를 포함한다. 외부 단자(400)로부터 마주보는 다중 전극에 전기가 공급되면, 그 결과, 두 금속 전극의 단부가 잠겨 있는 용액(300)에도 전기가 흐르게 된다. 그 결과, 도 3b에 도시된 바와 같이, 용액 내에 분산되어 있던 막대 형상의 나노 구조물은 전기영동성 (electrophoretic) 또는 이중전기영동성(dielectrophoretic) 이동을 하여 마주 보는 두 전극에 달라붙게 된다.Next, a voltage is applied to the multiple electrodes. In this case, the voltage that may be provided from the external terminal 400 includes an alternating current, direct current, or bias direct current / alternating current. When electricity is supplied to the multiple electrodes facing each other from the external terminal 400, as a result, electricity also flows to the solution 300 in which the ends of the two metal electrodes are locked. As a result, as shown in FIG. 3B, the rod-shaped nanostructures dispersed in the solution adhere to the two opposite electrodes by electrophoretic or dielectrophoretic movement.

여기서, 상기 두 전극 사이의 거리가 중요한데, 전극 사이의 거리가 막대 형상의 나노 구조물(300-1)의 크기보다 작으면 두 전극 사이에 막대 형상의 나노 구조물(300-1)가 연결될 가능성이 높아지며, 두 전극 사이의 거리가 막대 형상의 나노 구조물(300-1)의 크기보다 크면 전극의 한쪽 편에 부착되게 된다.Here, the distance between the two electrodes is important, if the distance between the electrodes is smaller than the size of the rod-shaped nanostructure 300-1, the possibility that the rod-shaped nanostructure 300-1 is connected between the two electrodes is increased When the distance between the two electrodes is larger than the size of the rod-shaped nanostructure 300-1, the electrode is attached to one side of the electrode.

따라서, 두 전극 사이의 간격을 조절하기 위해 한쪽 전극 배열을 움직일 수 있다.Thus, one electrode array can be moved to adjust the gap between the two electrodes.

한편, 전극에 전압을 걸어준 후 일정 시간이 지나면 용액이 증발하게 된다. 이 때, 이러한 두 전극 사이에 나노 구조물이 부착되어 서로 연결됨과 동시에 전압을 끊어 주는 회로를 부가할 수도 있다.On the other hand, the solution evaporates after a certain time after applying a voltage to the electrode. In this case, a nanostructure may be attached between the two electrodes to be connected to each other and to cut a voltage at the same time.

다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 일측이 다수의 분지된 형상을 가지며, 상기 분지된 끝단부에 나노 구조물이 부착될 수 있는 복수개의 고정대(600)가 제공되어 있는 구조물인 지지대(500)를 복수개의 다중 전극들에 부착되어 있는 나노 구조물에 접근시킨다. 상기 지지대(500)는 전기가 통할 수 있도록 그 자체가 도체인 물질로 이루어졌거나 도체인 물질로 코팅되어 있다. 일반적으로, 지지대(500)는실리콘을 이용하여 제작되며, 전압을 인가할 수 있도록 Al과 같은 금속으로 코팅되어 있다. 지지대(500)의 분지된 각 끝단부에는 수직으로 고정대(600)를 배치한다. 고정대(600)는 지지대(500)와 일체형으로 제작될 수 있으며, 주로 실리콘으로 형상을 제작하고 그 위에 지지대(500)와 마찬가지로 전기 전도성이 높은 금속을 코팅할 수 있다.Next, as shown in Figure 3c, one side has a plurality of branched shapes, the support 500 is a structure that is provided with a plurality of fixing base 600 that can be attached to the branched nanostructures Approaches a nanostructure attached to a plurality of multiple electrodes. The support 500 is made of a material that is itself a conductor or coated with a material that is conductive so that electricity can pass through. In general, the support 500 is made of silicon, and is coated with a metal such as Al so as to apply a voltage. Each of the branched ends of the support 500 is arranged with a support 600 vertically. Fixing member 600 may be manufactured integrally with the supporter 500, and may be mainly made of silicon and may coat a metal having high electrical conductivity on the supporter 500, like the supporter 500.

고정대(600)가 매우 가까이 근접하게 되면, 나노 구조물의 한쪽 끝이 고정대(600)에 부착하게 된다. 이때, 나노 구조물이 전극에서 떨어져 고정대(600)에 부착되는 것을 돕기 위해 전극의 한쪽끝과 도체의 성질을 가지는 고정대(600)를 연결하는 회로를 구성하여 전압을 가하면 정전기력에 의해 나노 구조물이 고정대(600)로 보다 쉽게 옮겨질 수 있다.When the fixture 600 is very close, one end of the nanostructure is attached to the fixture 600. At this time, in order to assist the nanostructures to be attached to the fixture 600 away from the electrode to form a circuit connecting the one end of the electrode and the fixture 600 having the properties of the conductor and applying a voltage, the nanostructure is fixed by the electrostatic force ( To 600).

다음으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 고정대(600)에 부착된 나노 구조물을 보다 단단히 고정시키기 위해, 고정대(600)와 부착된 나노 구조물의 연결 부위에 고정수단 (600)을 형성한다. 이러한 고정수단에는 여러 가지가 있으며, 본 발명에는 무기 섬들(inorganic islands)을 형성하는 방법, 용융-접합법(fusion-welding), 코팅 필름을 부착하는 방법 등이 이용될 수 있다. 무기 섬을 이용할 경우에는 SiO2 또는 Au, Cr과 같은 금속을 전자 빔 증착기와 같은 장치를 이용하여 이온 상태로 확산시켜 고정대(600)와 막대 형상의 나노 구조물의 연결 부위에 섬들의 형태로 증착시킬 수 있다. 한편, 나노 구조물이 부착되어 있는 고정대(600)에서, 고정대(600)는 단면적이 넓기 때문에 무기섬들이 잘 부착되지만, 나노 구조물은 면적이 좁을 뿐만 아니라 대체로 무기 물질과 반응하지 않은 물질로 이루어져 있기 때문에기화된 금속 이온이 달라붙기 어렵다. 따라서, 고정대(600)와 막대 형상의 나노 구조물이 연결된 부분에는 무기 섬의 형성이 용이하게 되고, 고정대(600) 밖으로 돌출된 막대 형상의 나노 구조물에는 무기 섬의 형성이 용이하지 않은 특성을 이용할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3d, in order to more firmly fix the nanostructure attached to the holder 600, the fixing means 600 is formed at the connection portion of the holder 600 and the attached nanostructure. There are many such fastening means, and the present invention may be a method of forming inorganic islands, a fusion-welding method, a method of attaching a coating film, or the like. In the case of using an inorganic island, a metal such as SiO2 or Au or Cr may be diffused in an ionic state using a device such as an electron beam evaporator to deposit the island in the form of islands at the connection part of the fixed structure 600 and the rod-shaped nanostructure. have. On the other hand, in the fixture 600 to which the nanostructures are attached, the fixtures 600 are well attached because of the wide cross-sectional area, but because the nanostructures are not only small in area but also generally do not react with inorganic materials. Vaporized metal ions are difficult to stick to. Therefore, the formation of the inorganic island is easy to the portion connected to the rod 600 and the rod-shaped nanostructures, the rod-shaped nanostructure protruding out of the holder 600 can be used to form the inorganic island is not easy to use have.

이러한 고정 방법 이외에도, 전자 빔을 이용한 용융-접합법(fusion-welding)이나 CVD법(Chemical Vapor Deposition) 또는 PVD법(Physical Vapor Deposition)와 같은 일반적인 반도체 공정을 이용하여 막대 형상의 나노 구조물과 고정대의 연결 부분 상에 코팅 필름을 부착함으로써 막대 형상의 나노 구조물을 고정대에 단단히 고정할 수도 있다.In addition to these fixation methods, rod-shaped nanostructures can be connected to stators using common semiconductor processes such as fusion-welding, chemical vapor deposition, or chemical vapor deposition (PVD). By attaching a coating film on the portion, the rod-shaped nanostructures can also be firmly fixed to the holder.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 시료의 표면으로부터 기계적, 전기적, 화학적 신호를 검출하거나 표면에 전자 등을 방출하기 위해 끝이 날카로운 다수의 고정대에 고정대의 개수 만큼 막대 형상의 나노 구조물을 부착하는 방법이 제공한다. 본 발명에 따른 방법은 기존의 방법들에 비해 공정이 간단하고, 대량생산에 적합하며, 웨이퍼 공정을 이용해 구현할 수도 있으므로 뱃치 프로세서(batch process)에 의해 제작하고자 하는 센서나 검출장치의 단가를 크게 낮출 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention is to attach the rod-shaped nanostructures by the number of the stator to a plurality of sharp edges in order to detect mechanical, electrical, chemical signals from the surface of the sample or to emit electrons on the surface The method provides. The method according to the present invention is simpler than conventional methods, is suitable for mass production, and can be implemented using a wafer process, thereby significantly reducing the cost of a sensor or a detection device to be manufactured by a batch process. It can be effective.

Claims (10)

(1) 기판 상에 복수개의 전극을 병렬로 서로 마주보게 배치하는 단계;(1) arranging a plurality of electrodes on the substrate to face each other in parallel; (2) 막대 형상의 나노 구조물이 분산되어 있는 용액을 상기 마주보는 각각의 다중 전극 사이에 두 전극 단부의 전부 혹은 일부가 잠기도록 제공하는 단계;(2) providing a solution in which rod-shaped nanostructures are dispersed such that all or part of two electrode ends are immersed between each of the opposing multiple electrodes; (3) 상기 다중 전극에 전압을 가하여 용액 내 나노 구조물을 전극에 부착시키는 단계;(3) applying a voltage to the multiple electrodes to attach nanostructures in solution to the electrodes; (4) 일측이 다수의 분지된 형상을 가지며, 상기 분지된 끝단부에 나노 구조물이 부착될 수 있도록 복수개의 고정대가 배치되어 있는 지지대를 접근시켜 다중 전극에 부착되어있던 나노 구조물을 고정대의 끝에 부착시키는 단계; 및(4) One side has a plurality of branched shapes, and the nanostructure attached to the multi-electrode is attached to the end of the stator by approaching the support on which the plurality of stators are arranged so that the nanostructures can be attached to the branched ends. Making a step; And (5) 상기 나노 구조물을 상기 고정대에 보다 단단히 고정시키는 단계(5) more firmly fixing the nanostructure to the holder 를 포함하는 막대 형상의 나노 구조물이 부착된 기계적, 전기적 및 화학적 신호를 검출하는 프로브의 제조 방법.Method of manufacturing a probe for detecting mechanical, electrical and chemical signals to which a rod-shaped nanostructure comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (1)에서 상기 복수개의 전극이 기판상에 병렬로 서로 마주보게 배치되며, 모든 전극이 하나의 단자에 연결되거나 독립적으로 각각의 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.2. A method according to claim 1, wherein in step (1) the plurality of electrodes are arranged facing each other in parallel on a substrate, and all electrodes are connected to one terminal or to each terminal independently. . 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 전극이 증착법 등에 의해 금속을 얇은 층으로 기판 상에 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the plurality of electrodes are formed by applying a metal on a substrate in a thin layer by a vapor deposition method or the like. 제 1 항에 있어서, 상기 고정대의 끝단부에 나노 구조물이 잘 부착되도록 하기 위해 전극의 한쪽 부분과 고정대가 전기적으로 연결되는 회로를 구성하여 전압을 인가할 수 있으며, 상기 고정대는 그 자체가 도체인 물질로 이루어졌거나 도체인 물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 방법.According to claim 1, In order to ensure that the nanostructure is attached to the end of the stator well, one part of the electrode and the stator can be configured in a circuit electrically connected to apply a voltage, the stator itself is a conductor A method characterized by being made of a material or coated with a material which is a conductor. 제 1 항에 있어서, 상기 막대 형상의 나노 구조물은 카본 나노튜브, BCN타입 나노튜브, 보론 나노튜브, BN타입 나노튜브와 같은 나노튜브; 및 텅스텐 나노니들과 같은 나노와이어 또는 나노니들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the rod-shaped nanostructures are carbon nanotubes, BCN type nanotubes, boron nanotubes, nanotubes such as BN type nanotubes; And nanowires or nanoneedles such as tungsten nanoneedle. 제 1 항에 있어서, 상기 고정수단은 Au, Cr과 같은 금속 및 이산화규소(SiO2)의 절연 물질을 포함하는 무기 물질을 고정대와 막대 형상의 나노 구조물이 연결된 부위에 섬들(Islands)의 형태로 증착시켜 형성하는 것을 특징으로 방법.The method of claim 1, wherein the fixing means deposits an inorganic material including an insulating material of a metal such as Au and Cr and silicon dioxide (SiO 2) in the form of islands at a portion where the fixing rod and the rod-shaped nanostructure are connected to each other. To form. 제 6 항에 있어서, 상기 무기 섬들을 전자빔 증착기를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the inorganic islands are formed using an electron beam evaporator. 제 1 항에 있어서, 상기 고정수단은 막대 형상의 나노 구조물과 고정대가 연결된 부위에 CVD법(Chemical Vapor Deposition) 또는 PVD법(Physical Vapor Deposition)에 의해 코팅 필름을 도포하여 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the fixing means is formed by applying a coating film by a chemical vapor deposition (CVD) method or a physical vapor deposition (PVD) method to a portion where the rod-shaped nanostructure and the fixing rod are connected to each other. . 제 1 항에 있어서, 상기 고정수단은 막대 형상의 나노 구조물과 고정대가 연결된 부위를 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope) 상에서 용융 접합 (fusion-welding)에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the fixing means is formed by fusion-welding on a scanning electron microscope to a portion where the rod-shaped nanostructure and the holder are connected. 제 1 항에 있어서, 단계 (4)를 수행할 때 기판 상의 전극들에는 전원이 차단되는 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the electrodes on the substrate are powered off when performing step (4).