KR20110070031A - 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법 및 그 방법에 의해 팁에 탄소나노튜브가 부착된 원자간력 현미경용 탐침 - Google Patents

원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법 및 그 방법에 의해 팁에 탄소나노튜브가 부착된 원자간력 현미경용 탐침 Download PDF

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Abstract

본 발명은 옴니 프로브(Omni-probe) 조작기를 이용하여 옴니 프로브에 탄소나노튜브를 부착시키는 부착단계; 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)의 시료를 올려놓는 홀더에 팁이 구비된 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)의 탐침을 올려놓은 다음 상기 옴니 프로브에 부착된 탄소나노튜브를 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 접착시키는 접착단계; 상기 원자간력 현미경의 탐침 팁에 부착된 탄소나노튜브를 상기 탐침에 대하여 대략 수직방향으로 배열시키는 배열단계; 상기 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브에 집속이온빔과 함께 전자빔을 조사하여 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브를 정밀하게 절단하여 제거시키는 옴니 프로브 단부의 탄소나노튜브 제거단계; 및 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 부착된 탄소나노튜브에 집속이온빔을 조사하여 상기 탄소나노튜브가 상기 집속이온빔과 평행하게 되도록 정렬시키는 정렬단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법을 제공한다.
상기한 방법에 의해 팁에 탄소나노튜브가 부착된 원자간력 현미경용 탐침은 고분해능의 시료의 표면 이미지를 얻는데 유용하게 사용될 수 있다.

Description

원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법 및 그 방법에 의해 팁에 탄소나노튜브가 부착된 원자간력 현미경용 탐침{NANONEEDLE TIP FOR ATOMIC FORCE MICROSCOPE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법 및 그 방법에 의해 팁에 탄소나노튜브가 부착된 원자간력 현미경용 탐침에 관한 것이다.
탄소나노튜브는 그 직경이 수-수십 nm이고, 길이는 수 ~ 수십㎛에 이르는 튜브형태의 탄소 화합물로서 그 끝이 날카롭기 때문에 주사형 터널현미경 (scanning tunneling microscope;STM)이나 원자간력 현미경(atomic force microscope; AFM)과 같은 주사형 현미경(scanning micoroscope; SPM)의 탐침의 팁에 부착되어, 전도성 또는 절연성 시료 등의 표면을 측정하는데 널리 이용되고 있다.
상기와 같이 시료의 표면을 측정하는 주사형 탐침 현미경의 팁에 탄소나노튜브를 부착하는 방법으로, 다양한 기술이 알려져 있다. 국내 공개특허 2004-0021135호에서는 고가의 나노니들 조작기(nanoneedle manipulator)를 이용하여 주사형 현 미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착시키는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기와 같이 나노니들 조작기(nanoneedle manipulator)를 이용하여 주사형 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착시키는 방법은 우선 고가의 나노니들 조작기가 구비 되어 있는 상태에서만 가능하다는 단점이 있으며, 특히 복잡한 과정에 의해 수율이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 나노니들 조작기(nanoneedle manipulator) 없이도 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 간단히 부착시킬 수 있어 생산성을 높임과 아울러 단가를 낮출 수 있는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기한 방법에 의해 팁에 탄소나노튜브가 부착된 원자간력 현미경용 탐침을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 옴니 프로브(Omni-probe) 조작기를 이용하여 옴니 프로브에 탄소나노튜브를 부착시키는 부착단계, 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)의 시료를 올려놓는 홀더에 팁이 구비된 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)의 탐침을 올려놓은 다음 상기 옴니 프로브에 부착된 탄소나노튜브를 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 접착시키는 접착단계, 상기 원자간력 현미경의 탐침 팁에 부착된 탄소나노튜브를 상기 탐침에 대하여 대략 수직방향으로 배열시키는 배열단계, 상기 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브에 집속이온빔과 함께 전자빔을 조사하여 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브를 정밀하게 절단하여 제거시키는 옴니 프로브 단부의 탄소나노튜브 제거단계 및 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 부착된 탄소나노튜브에 집속이온빔을 조사하여 상기 탄소나노튜브가 상기 집속이온빔과 평행하게 되도록 정렬시키는 정렬단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법을 제공한다.
상기 접착단계는 상기 옴니 프로브에 부착된 탄소나노튜브를 원자간력 현미경의 탐침의 팁에 접촉시킨 후 접촉부위에 백금함유 가스를 흘려주어 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 상기 탄소나노튜브가 접착되도록 할 수 있다.
상기 백금을 포함하는 가스는 C9H16Pt 가스 인 것이 바람직하며, 상기 백금함유 가스는 상기 접촉부위에 10초 내지 30초간 흘려주는 것이 바람직하다.
상기 접착단계는 상기 주사 전자 현미경으로부터 가속전압 5-10KV의 전자빔을 조사하면서 백금함유 가스를 흘려주는 것일 수 있다.
상기 접착단계에서 사용되는 홀더는 원자간력 현미경 탐침을 소정의 각도로 기울여 고정할 수 있도록 경사지게 형성된 것이 바람직하며, 특히 상기 홀더는 38°의 경사각을 갖는 38°핀 스터브 홀더(38°Pin Stub Holder)인 것이 좋다.
상기 배열단계는 상기 옴니 프로브를 상기 원자간력 현미경의 탐침에 대하여 수직방향으로 당겨 상기 탄소나노튜브가 상기 원자간력 현미경 탐침에 대하여 대략 수직방향으로 배열되도록 할 수 있다.
상기 옴니 프로브 단부의 탄소나노튜브 제거단계에서 상기 집속이온빔은 집속이온빔 발생기로부터 가속전압 5kV 내지 30kV, 전류량 1pA 내지 1nA의 세기로 탄소나노튜브에 1 내지 10초간 조사하고, 상기 전자빔은 상기 주사 전자 현미경으로부터 가속전압 5-10KV로 조사하는 것이 바람직하다.
상기 접속이온빔은 Ga 이온빔, Au 이온빔, Ar 이온빔, Li 이온빔, Be 이온빔 및 He 이온빔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 정렬단계에서 상기 집속이온빔은 집속이온빔 발생기로부터 가속전압 5kV 내지 30kV, 전류량 1pA 내지 1nA의 세기로 탄소나노튜브에 1 내지 10초간 조사하는 것이 바람직하다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기한 본 발명에 따른 부착방법에 의해 팁에 탄소나노튜브가 부착된 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경용 탐침을 제공한다.
본 발명에 따른 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법은 나노니들 조작기(nanoneedle manipulator) 없이도 일반적인 투과 전자 현미 경(Transmission Electron Microscope)의 옴니 프로브(Omni-probe) 조작기를 이용하여 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 간단히 부착시킬 수 있어 생산성을 높임과 아울러 단가를 낮출 수 있으며, 특히 부착된 탄소나노튜브의 직진성과 배열성을 용이하게 조절할 수 있다. 이렇게 팁에 탄소나노튜브가 부착된 탐침은 원자간력 현미경에 적용할 경우 시료의 표면을 고해상도로 관찰할 수 있는 효과를 갖는다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착하기 위해 사용되는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 적용된 홀더의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착하는 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 탄소나노튜브를 나타낸 사진이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 홀더에 원자간력 현미경 탐침이 놓여진 상태를 나타낸 사진이며, 도 6a 내지 도 6c는 옴니 프로브에 탄소나노튜브를 부착하는 과정을 나타낸 것이며, 도 7a 및 도 7b는 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 접착시키는 과정을 나타낸 것이고, 도 8a 내지 도 8c는 원자간력 현미경 탐침의 팁에 접착된 탄소나노튜브를 대략 수직 방향으로 배열시키는 과정을 나타낸 것이며, 도 9는 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브를 제거하는 과정을 나타낸 것이고, 도 10은 상기 탄소나노튜브가 부착된 원자간력 현미경 탐침의 팁 방향으로 상기 탄소나노튜브를 정렬시키는 과정을 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착하는 방법은 옴니 프로브(Omni-probe) 조작기를 이용하여 옴니 프로브에 탄소나노튜브를 부착시키는 부착단계(S110), 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)(1)의 시료를 올려놓는 홀더(3)에 팁이 구비된 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)의 탐침을 올려놓은 다음 상기 옴니 프로브에 부착된 탄소나노튜브를 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 접착시키는 접착단계(S120), 상기 원자간력 현미경의 탐침 팁에 부착된 탄소나노튜브를 상기 탐침에 대하여 대략 수직방향으로 배열시키는 배열단계(S130), 상기 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브에 집속이온빔과 함께 전자빔을 조사하여 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브를 정밀하게 절단하여 제거하는 옴니 프로브 단부의 탄소나노튜브 제거단계(S140) 및 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 부착된 탄소나노튜브에 집속이온빔을 조사하여 상기 탄소나노튜브가 상기 집속이온빔과 평행하게 되도록 정렬시키는 정렬단계(S150)를 포함하여 이루어진다.
상기한 방법에 따라 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착시키기 위해서 도 1에 도시된 바와 같이 주사 전자 현미경(1)과 집속이온빔 발생기(2)가 구비된다. 상기 주사 전자 현미경(1)과 집속이온빔 발생기(2)는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것이며, 따라서, 이들 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 주사 전자 현미경(1)은 전자빔을 시료의 표면에 주사하여 시료의 표면을 관찰하기 위한 것으로서, 상기 주사 전자 현미경(1)은 시료를 올려놓을 수 있는 홀더(3)가 구비된다. 상기 홀더(3)는 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 용이하게 부착할 수 있도록 하기 위하여 원자간력 현미경 탐침을 소정의 각도로 기울여 고정될 수 있도록 경사지게 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 상기 홀더(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 38°의 경사각을 갖는 38°핀 스터브 홀더 (38° Pin Stub Holder)(3)인 것이 좋다.
이때, 상기 집속이온빔 발생기(2)는 상기 홀더(3)의 경사면에 대하여 수직방향으로 집속이온빔이 발생되도록 배치된다. 상기 집속이온빔 발생기(2)와 상기 주사 전자 현미경(1)은 52°기울어져 있어, 실시간으로 작업 및 가공 영역의 관찰을 용이하게 수행할 수 있다.
아울러 본 발명에서는 옴니 프로브(Omni-probe) 조작기를 이용하여 탄소나노튜브를 원자간력 현미경 탐침의 팁에 부착시키게 되는데, 상기 옴니 프로브 조작기는 투과전자 현미경(TEM)에서 시편 제작을 위해 일반적으로 사용되는 것으로서 시편 운반용(Lift in/out) 옴니 프로브를 직각 좌표계(x,y,z)로 이동시켜 줄 수 있도 록 되어 있다. 따라서, 상기 옴니 프로브 조작기는 단일벽 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotube)가 놓여진 기판에서 원하는 탄소나노튜브를 원자간력 현미경의 탐침의 팁에 수동적으로 세밀하게 이동시켜 부착하는데 유용하다.
또한 본 발명에서는 사용되는 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotube)를 사용하는 것이 바람직하다. 주지된 바와 같이 탄소 나노튜브는 우수한 전기전도도, 열전도도 및 기계적 특성을 가지고 있다. 상기와 같은 특성을 갖는 탄소나노튜브는 그 직경이 나노미터 단위이고 그 끝이 날카롭기 때문에 원자간력 현미경(atomic force microscope; AFM)과 같은 주사형 탐침 현미경(scanning probe micoroscope; SPM)의 팁에 부착하여 시료의 표면을 측정시 고분해능의 이미지를 얻을 수 있다.
특히, 일반적으로 사용되는 원자간력 현미경 탐침은 대개 실리콘 탐침을 사용하는데, 그 직경이 매우 크다. 그러나, 상기 탐침에 탄소나노튜브를 부착하여 사용하는 경우 탄소나노튜브의 직경이 매우 작아 고분해능 이미지를 얻을 수 있으며, 또한 탄소나노튜브의 기계적 특성에 의해 쉽게 부러지지 않으므로 재현성 있는 고분해능의 이미지를 얻을 수 있다.
상기 부착단계(S110)는 도 6a 내지 도6c에서 보는 바와 같이 옴니 프로브(Omni-probe) 조작기를 이용하여 옴니 프로브에 탄소나노튜브를 부착시키는 것이다.
상기 탄소나노튜브는 도 4a 및 도 4b에서 보는 바와 같이 기판상에 놓여진 것을 사용한다. 상기 탄소나노튜브의 직경은 반드시 제한되지 않지만 50~100nm의 직경을 갖는 경우 작업이 용이하고, 고분해능의 이미지를 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다.
상기와 같은 직경의 탄소나노튜브가 놓여진 기판에 옴니 프로브를 주입시킨 후 옴니 프로브 팁의 단부에 탄소나노튜브를 부착시킨다. 이때 그 지향 방향을 조절하기 위해 옴니 프로브 조작기로 그네운동(swing)을 시켜 탄소나노튜브에 접근시키면 원하는 직경의 탄소나노튜브를 용이하게 옴니 프로브에 부착시킬 수 있다. 상기 옴니 프로브 팁의 단부에 탄소나노튜브를 부착시키는 방법은 상기 옴니 프로브 팁의 단부에 형성된 전기장으로부터 탄소나노튜브 단부와 접촉시 상호간의 정전기적 인력에 의해 부착되며, 상기 옴니 프로브 단부에 부착된 탄소나노튜브는 백금가스총을 이용하여 상기 옴니 프로브 단부에 부착된 탄소나노튜브를 백금 증착시켜 견고하게 접합시킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 접착단계(S120)는 도 7a 및 도7b에서 보는 바와 같이 주사 전자 현미경(1)의 시료를 올려놓는 홀더(3)에 팁이 구비된 원자간력 현미경의 탐침을 올려놓은 다음 상기 옴니 프로브에 부착된 탄소나노튜브를 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 접착시키는 것이다.
상기 홀더(3)는 전술한 바와 같이 원자간력 현미경 탐침을 소정의 각도로 기울여 고정할 수 있도록 경사지게 형성된 것이 바람직하며, 특히 상기 홀더(3)는 38°의 경사각을 갖는 38° 핀 스터브 홀더(3)인 것이 좋다.
도 5a 및 도 5b에서 보는 바와 같이 상기한 홀더(3)에 팁이 구비된 원자간력 현미경의 탐침을 올려놓게 된다. 제한되지는 않지만 상기 팁은 사진에 나타낸 바와 같은 피라미드 모양일 수 있으며, 그외에도 원뿔, 다각뿔 등일 수 있다. 아울러 그 재질은 당해분야에서 일반적으로 사용되는 수지로 제작된 것일 수 있으며, 특히 실리콘 수지로 제조된 것을 사용할 수 있다. 아울러 상기 홀더(3)에 팁이 구비된 원자간력 현미경의 탐침을 올려놓는 것은 옴니 프로브에 탄소나노튜브를 부착하는 단계(S110) 이전에 실시할 수도 있으며, 이는 필요에 따라 선택적으로 진행될 수 있다.
이후 옴니 프로브 조작기를 이용하여 상기 옴니 프로브에 부착된 탄소나노튜브를 원자간력 현미경의 탐침의 팁에 접촉시킨다. 그런 다음 후 접촉부위에 백금함유 가스를 흘려주어 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 상기 탄소나노튜브가 접착되도록 한다.
상기 백금을 포함하는 가스는 C9H16Pt 가스((methylcyclopentadienyl)trimethyl platinum gas) 인 것이 바람직하며, 상기 백금함유 가스는 상기 접촉부위에 10초 내지 30초간 흘려주는 것이 바람직하다. 아울러 상기 접착단계(S120)는 상기 주사 전자 현미경(1)으로부터 가속전압 5-10KV의 전자빔을 조사하면서 백금함유 가스를 흘려주는 것이 바람직하다. 상기 백금함유 가스를 흘려주는 시간이 상기한 조건을 만족하는 경우 원자간력 현미경의 탐침의 팁에 탄소나노튜브가 견고하게 부착될 수 있다.
상기 배열단계(S130)는 도 8a 내지 도 8c에서 보는 바와 같이 상기 원자간력 현미경의 탐침 팁에 부착된 탄소나노튜브를 상기 탐침에 대하여 대략 수직방향으로 배열시키는 것이다.
상기 탄소나노튜브를 원자간력 현미경 탐침의 팁에 대하여 대략 수직방향으로 배열시키기 위해서 상기 옴니 프로브 조작기를 이용하여 상기 옴니 프로브를 상기 원자간력 현미경의 탐침에 대하여 수직방향으로 당겨 수행할 수 있다.
상기 옴니 프로브 단부의 탄소나노튜브 제거단계(S140)는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브에 집속이온빔과 함께 전자빔을 조사하여 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브를 정밀하게 절단하여 제거시키는 것이다.
상기 옴니 프로브 단부의 탄소나노튜브 제거단계(S140)에서 상기 집속이온빔은 집속이온빔 발생기(2)로부터 가속전압 5kV 내지 30kV, 전류량 1pA 내지 1nA의 세기로 탄소나노튜브에 1 내지 10초간 조사하고, 상기 전자빔은 상기 주사 전자 현미경(1)으로부터 가속전압 5-10KV로 조사하여 절단하는 것이 바람직하다. 집속이온빔과 전자빔의 조사 조건이 상기 범위를 벗어나는 경우 절단이 어렵거나, 절단의 정밀 제어가 곤란하다는 단점이 있다.
이때, 상기 집속이온빔은 Ga 이온빔, Au 이온빔, Ar 이온빔, Li 이온빔, Be 이온빔 및 He 이온빔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 절단방법을 이용하면 탄소나노튜브의 길이를 정밀하게 절단할 수 있으므로, 탄소나노튜브의 길이 조절을 용이하게 할 수 있다.
상기 정렬단계(S150)는 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 부착된 탄소나노튜브에 집속이온빔을 조사하여 상기 탄소나노튜브가 상기 집속이온빔과 평행하게 되도록 정렬시키는 것이다.
상기 정렬단계(S150)에서 상기 집속이온빔은 집속이온빔 발생기(2)로부터 가속전압 5kV 내지 30kV, 전류량 1pA 내지 1nA의 세기로 탄소나노튜브에 1 내지 10초간 조사하는 것이 바람직하다.
상기 집속이온빔을 조사하면, 도 10에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브가 상기 집속이온빔의 조사방향과 평행하게 정렬된다. 그에 따라 본 발명에 따른 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착하는 방법은 상기 탄소나노튜브의 지향 방향 즉, 직진성, 배열성 조절을 용이하게 할 수 있다.
상기한 본 발명에 따른 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착하는 방법은 옴니 프로브와 집속이온빔(FIB)을 이용함으로서 종래에 비하여 원자간력 탐침에 탄소나노튜브를 부착하는데 드는 시간과 비용을 절감할 수 있다. 아울러 간단하고 경제적인 공정에 의해 탄소나노튜브의 직진성 및 배열성이 우수한 원자간력 현미경 탐침을 제공할 수 있다. 특히 본 발명은 고가의 나노니들 조작기(nanoneedle manipulator)를 따로 구입하지 않고서도 용이하게 원자간력 현미경 탐침에 탄소나노튜브를 부착할 수 있다.
이하 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
집속이온빔 발생기(2)와 주사 전자 현미경(1)을 도 1에 도시된 바와 같이 52° 기울여 배치하였으며, 이때 홀더(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 38° 각도의 경사면을 갖는 핀 스터브 홀더(Pin Stub Holder)를 사용하였다.
옴니 프로브 조작기를 이용하여 도 6a 내지 6c에서 보는 바와 같이 옴니 프로브에 탄소나노튜브를 부착시켰다. 이때, 탄소나노튜브는 85nm의 직경을 갖는 것을 부착하였다.
상기 홀더(3)에 원자간력 현미경의 실리콘 탐침을 올려놓은 다음 도 7a 및 도 7b에서 보는 바와 같이 상기 옴니 프로브에 부착된 탄소나노튜브를 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 접착시켰다. 이때, 탄소나노튜브를 원자간력 현미경의 실리콘 탐침의 팁에 부착시키기 위하여 C9H16Pt 가스((methylcyclopentadienyl)trimethyl platinum gas)를 상기 접착시키고자 하는 부위에 30초간 흘려주었으며, 이때, 주사 전자 현미경(1)으로부터 가속전압 8±2KV의 전자빔을 조사하였다.
그런 다음 도 8a 내지 8c에서 보는 바와 같이 옴니 프로브 조작기를 이용하여 옴니 프로브를 움직여 상기 원자간력 현미경의 탐침 팁에 부착된 탄소나노튜브 를 상기 탐침에 대하여 대략 수직방향이 되도록 배열 시켰다.
이후 도 9에서 보는 바와 같이 상기 탄소나노튜브에 집속이온빔과 함께 전자빔을 조사하여 절단시켜 상기 옴니 프로브 단부의 탄소나노튜브를 제거하였다.
상기 집속된 이온빔은 Ga 이온빔을 조사하였으며, 이때의 가속전압은 25±2kV, 전류량은 1nA, 조사시간은 10초이다. 이와 함께 가속전압 8±2KV의 전자빔을 함께 조사하였다.
절단이 완료된 후 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 부착된 탄소나노튜브에 집속이온빔을 조사하여 도 10에서 보는 바와 같이 상기 탄소나노튜브가 상기 집속이온빔과 평행하게 되도록 정렬시켰다
도 10에서 보는 바와 같이 상기 탄소나노튜브는 직진성이 우수하게 원자간력 현미경 탐침의 팁에 부착됨을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착하기 위해 사용되는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 적용된 홀더의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 부착하는 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 탄소나노튜브를 나타낸 사진이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 홀더에 원자간력 현미경 탐침이 놓여진 상태를 나타낸 사진이다.
도 6a 내지 도 6c는 옴니 프로브에 탄소나노튜브를 부착하는 과정을 나타낸 것이다.
도 7a 및 도 7b는 원자간력 현미경 탐침의 팁에 탄소나노튜브를 접착시키는 과정을 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 원자간력 현미경 탐침의 팁에 접착된 탄소나노튜브를 대략 수직 방향으로 배열시키는 과정을 나타낸 것이다.
도 9는 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브를 제거하는 과정을 나타낸 것이다.
도 10은 상기 탄소나노튜브가 부착된 원자간력 현미경 탐침의 팁 방향으로 상기 탄소나노튜브를 정렬시키는 과정을 나타낸 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 주사 전자 현미경
2 : 집속이온빔 발생기
3 : 홀더

Claims (13)

  1. 옴니 프로브(Omni-probe) 조작기를 이용하여 옴니 프로브에 탄소나노튜브를 부착시키는 부착단계;
    주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)의 시료를 올려놓는 홀더에 팁이 구비된 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)의 탐침을 올려놓은 다음 상기 옴니 프로브에 부착된 탄소나노튜브를 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 접착시키는 접착단계;
    상기 원자간력 현미경의 탐침 팁에 부착된 탄소나노튜브를 상기 탐침에 대하여 대략 수직방향으로 배열시키는 배열단계;
    상기 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브에 집속이온빔과 함께 전자빔을 조사하여 옴니 프로브 단부에 접착된 탄소나노튜브를 정밀하게 절단하여 제거시키는 옴니 프로브 단부의 탄소나노튜브 제거단계; 및
    상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 부착된 탄소나노튜브에 집속이온빔을 조사하여 상기 탄소나노튜브가 상기 집속이온빔과 평행하게 되도록 정렬시키는 정렬단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 접착단계는: 상기 옴니 프로브에 부착된 탄소나노 튜브를 원자간력 현미경의 탐침의 팁에 접촉시킨 후 접촉부위에 백금함유 가스를 흘려주어 상기 원자간력 현미경 탐침의 팁에 상기 탄소나노튜브가 접착되도록 하는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 백금을 포함하는 가스는 C9H16Pt 가스 인 것을 특징으로 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 백금함유 가스는 상기 접촉부위에 10초 내지 30초간 흘려주는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 접착단계는: 상기 주사 전자 현미경으로부터 가속전압 5-10KV의 전자빔을 조사하면서 백금함유 가스를 흘려주는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 접착단계에서 사용되는 홀더는 원자간력 현미경 탐침을 소정의 각도로 기울여 고정할 수 있도록 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 홀더는 38°의 경사각을 갖는 38° 핀 스터브 홀더(38°Pin Stub Holder)인 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 배열단계는: 상기 옴니 프로브를 상기 원자간력 현미경의 탐침에 대하여 수직방향으로 당겨 상기 탄소나노튜브가 상기 원자간력 현미경 탐침에 대하여 대략 수직방향으로 배열되도록 하는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 옴니 프로브 단부의 탄소나노튜브 제거단계에서 상기 집속이온빔은 집속이온빔 발생기를 사용하여 가속전압 5kV 내지 30kV, 전류량 1pA 내지 1nA의 세기로 탄소나노튜브에 1 내지 10초간 조사하고, 상기 전자빔은 주사 전자 현미경으로부터 가속전압 5-10KV로 조사하는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 접속이온빔은 Ga 이온빔, Au 이온빔, Ar 이온빔, Li 이온빔, Be 이온빔 및 He 이온빔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 정렬단계에서 상기 집속이온빔은 집속이온빔 발생기로부터 가속전압 5kV 내지 30kV, 전류량 1pA 내지 1nA의 세기로 탄소나노튜브에 1 내지 10초간 조사하는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경 탐침의 팁용 탄소나노튜브 부착방법.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 하나의 부착방법에 의해 팁에 탄소나노튜브가 부착된 탐침을 구비한 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101381922B1 (ko) * 2006-02-20 2014-04-07 비코 인스트루먼츠 인코포레이티드 탐침 팁을 특성화하기 위한 방법 및 장치
CN104526766A (zh) * 2014-12-04 2015-04-22 东南大学 一种用于加工纳米材料的纳米切割刀及其使用方法
US10352964B2 (en) 2016-01-26 2019-07-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Cantilever set for atomic force microscopes, substrate surface inspection apparatus including the same, method of analyzing surface of semiconductor substrate by using the same, and method of forming micropattern by using the same
WO2022227230A1 (zh) * 2021-04-28 2022-11-03 西安交通大学 一种碳纳米管探针的制备方法

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