KR20130085880A - 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법 및 이를 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 표면에 전도성 금속을 형성하는 단계; 상기 전도성 금속의 일부에 감광성 물질로 감광패턴을 형성하는 단계; 상기 감광패턴이 형성되지 않아서 노출된 전도성 금속을 건식에칭하는 단계; 상기 감광패턴으로 가려진 전도성 금속의 일부를 건식에칭하여 상기 감광패턴 하부에 금속패턴을 형성하는 단계; 상기 금속패턴에 팔라듐 도금을 하는 단계; 상기 감광패턴을 제거하고 금속패턴을 제거하여 팔라듐 나노 와이어를 형성하는 단계; 및 상기 팔라듐 나노 와이어과 연결된 외부 전극을 형성하는 단계;를 포함하여 금속패턴을 정확하게 제조할 수 있으므로 나노 와이어가 안정적으로 기판과 접착되고, 곧게 선형으로 형성되어 다수의 팔라듐 나노 와이어의 저항이 일정하여 신뢰성이 높은 효과가 있다.
Description
본 발명은 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법 및 이를 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서에 관한 것으로, 건식과 습식을 에칭으로 금속패턴을 정교하게 형성하여 기판에 접착력이 높고, 휘어지지 않고 직진성이 좋은 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법 및 이를 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서에 관한 것이다.
산업의 발달로 반도체의 단위가 점차 고집적화 되어가면서, 대체에너지, 전자, 광전자, 기계, 생물 등의 산업에 나노 크기의 구조물의 중요성이 대두되고 있다.
현재까지 진행되고 있는 나노 구조물에 대한 연구는 주로 양자효과와 같은 광소재 물질로서 연구가 많이 진행되고 있다. 특히 나노 구조물은 단일 전자 트랜지스터 소자뿐 아니라, 각종 화학/바이오 센서 등의 이용 가능성이 있어서 차세대 재료로 주목을 받고 있다. 이러한 나노 구조물에는 탄소 나노 튜브, 나노 로드, 나노 벨트, 나노 리본, 나노 막대 그리고 나노 와이어 등이 있다. 나노 와이어의 응용을 위해서는 나노 와이어의 크기 및 길이를 균일하게 형성하고, 나노 와이어의 위치를 조절하여 균일한 나노 구조물을 형성하는 것이 중요하다.
기존 나노 와이어는 기상-액상-고상(Vapor-Liquid-Solid: VLS) 성장법의 bottom-up 방식을 주로 사용하고 있는데 금속 촉매 나노입자를 조절하기가 쉽지 않아서 나노 와이어의 지름과 밀도를 조절하기가 어려우며, 원하는 위치에 형성하는 것이 어려운 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 리소그라피 공정 및 식각 공정을 이용하는 top-down 방식의 반도체 미세가공기술이 제안되어 사용되고 있는데, 절연체 위 실리콘(Silicon-On-Insulator) 기판에 나노 와이어를 패터닝한 뒤, 이를 채널로 사용하여 다양한 화학적 물질을 검출하는 기술에 제안되고 있다. 도 1은 종래 기술에 따라 제조된 끊어진 나노 와이어 SEM을 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, 종래에는 나노 와이어를 제작할 때에 중간이 끊어지는 경우가 많아서 품질의 신뢰성이 낮고 기판과의 접착도 잘 되지 않아서 부수적인 장치를 이용하여 나노 와이어를 기판에 접착하고자 하여 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다. 그리고, 도 2는 종래 기술에 따라 제조된 직진성이 나노 와이어 SEM을 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에서는 나노 와이어가 곧게 형성되지 않고 중간에 구부러지거나 휘어지게 형성되어 평균 나노 와이어의 저항을 예측하기가 어려워 신뢰성이 낮은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 건식과 습식 에칭을 순차적으로 적용하여 금속패턴의 형상이 보다 정확하게 형성하여, 기판과 접착력이 우수하고, 직전성이 뛰어나 초감도의 성능을 가지는 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법 및 이를 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판 표면에 전도성 금속을 형성하는 단계; 상기 전도성 금속의 일부에 감광성 물질로 감광패턴을 형성하는 단계; 상기 감광패턴이 형성되지 않아서 노출된 전도성 금속을 건식에칭하는 단계; 상기 감광패턴으로 가려진 전도성 금속의 일부를 건식에칭하여 상기 감광패턴 하부에 금속패턴을 형성하는 단계; 상기 금속패턴에 팔라듐 도금을 하는 단계; 상기 감광패턴을 제거하고 금속패턴을 제거하여 팔라듐 나노 와이어를 형성하는 단계; 및 상기 팔라듐 나노 와이어과 연결된 외부 전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다..
본 발명에서 상기 금속패턴의 폭이 50nm 내지 1000nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 전도성 금속은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn) 중, 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전도성 금속과 감광패턴이 형성된 기판에 상기 전도성 금속을 건식에칭과 습식에칭하여 상기 감광패턴 아래의 일부에 금속패턴을 형성하고, 상기 금속패턴을 팔라듐 전해도금을 하여 팔라듐 나노 와이어를 형성하고, 상기 팔라듐 나노 와이어에 외부 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 금속패턴을 정확하게 제조하여 나노 와이어가 안정적으로 기판과 접착되고, 곧게 선형으로 형성되어 다수의 팔라듐 나노 와이어의 저항이 일정하여 신뢰성이 높은 효과가 있다.
도 1 - 종래 기술에 따라 제조된 끊어진 나노 와이어 SEM을 나타낸 도.
도 2 - 종래 기술에 따라 제조된 직진성이 나노 와이어 SEM을 나타낸 도.
도 3 - 본 발명의 일 실시예에 따른 팔라듐 와이어 수소센서 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 4 - 본 발명의 일 실시예에 따른 팔라듐 와이어 수소센서 제조 방법의 주요 단면도
도 2 - 종래 기술에 따라 제조된 직진성이 나노 와이어 SEM을 나타낸 도.
도 3 - 본 발명의 일 실시예에 따른 팔라듐 와이어 수소센서 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 4 - 본 발명의 일 실시예에 따른 팔라듐 와이어 수소센서 제조 방법의 주요 단면도
본 발명은 식각비가 뛰어난 건식에칭과 위치제어가 높은 습식에칭을 통해, 금속패턴의 형태가 정확하게 형성되어, 팔라듐 도금된 팔라듐 나노 와이어가 기판과 접촉면적이 넓어 부착력이 우수하고, 휘어지지않고 직진성이 좋은 팔라듐 나노 와이어 수소센서 제조방법과 이를 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 팔라듐 와이어 수소센서 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 팔라듐 와이어 수소센서 제조 방법의 주요 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 단계 S1에서는 종류가 특별히 제한되지 않지만, 비전도성 기판이거나, 상부에 절연층이 형성된 기판 또는 SiO2 성분의 플로트 유리(float glass)를 기판(10)으로 준비한다. 이때, 상황에 따라서는 기판에 집적회로가 형성되어 있을 수도 있다.
상기 플로트 유리는 플로트법(녹은 유리를 녹은 주석 위에 붓는 유리 제조법)으로 형성된다. 상기 기판(10)은 오염물질을 제거하기 위해, 플라즈마 박리를 하거나, 아세톤 등으로 세척한 뒤, 질소로 블로잉하여 건조할 수 있다.
이렇게 준비된 기판(10)에 전도성 금속(20)을 코팅하는데 스퍼터링(Sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 레이저분자빔증착법(L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법(PLD, Pulsed Laser Deposition) 등과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition) -물리적 기상증착법-을 사용하거나, MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), MVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)등과 같은 CVD(Chemical Vapor Deposition) -화학적 기상증착법-을 사용할 수 있다. 이때, 증착 시간을 조절하여 증착되는 전도성 금속(20)의 높이를 조절하는데, 수 nm~ 수십 nm 단위로 증착하며, 전도성 금속(20)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn) 등과 같이 기판(10)과 접착력이 놓고, 전도도가 우수한 금속이면 모두 사용이 가능하다.
단계 S2에서는 상기 증착된 전도성 금속(20)에 4000 rpm 정도의 속도로 감광성 물질을 1 ~ 2 ㎛ 코팅한 뒤, 원하는 패턴만 남기기 위해, 리소그라피를 이용하여 노광을 하고 현상을 한다. 그래서 한 방향으로 긴 직선 형태의 감광패턴(30)을 형성한다. 이 때, 노광하는 시간은 사용하는 UV 소스의 전력에 따라서 다르게 조절되어야 한다.
단계 S3에서는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 화살표 방향으로 건식에칭(Dry Etching) 중 이온 충격법(Ion Bombardment), 화학반응법(Chemical Reactive), 이온 빔(Ion Beam) 방법으로 진공 챔버에서 플라즈마를 이용하여 상기 감광패턴(30)에 의해 가려지지 않고 외부로 노출되어 있는 전도성 금속(20)을 에칭한다. 이 때, 건식에칭은 선택성이 낮아서 원하지 않는 면도 에칭할 수 있으므로 짧은 시간 수행하되, 이방성(Anisotropic) 에칭을 할 수 있어서 가로와 세로의 식각비가 일정하게 되어 에칭되는 면이 곧게 선형으로 에칭할 수 있다.
단계 S4에서는 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 감광패턴(30) 아래에 가려져 있던 전도성 물질의 양측의 일부(40)가 제거 되도록 습식에칭을 수행한다. 습식에칭은 다양한 액상의 화합물 Etchant를 사용하며, 기판(10)에 손상이 적으며 원하는 부분을 정확하게 식각하는 높은 선택비를 나타낸다. 이 때, 식각하는 넓이는 원하 나노 와이어의 굵기만큼 과도에칭하여 제조할 수 있다. 주로 감광패턴(30) 아래에 수십 nm ~ 수백 nm 폭의 금속패턴(50)이 형성되도록 한다.
단계 S5에서는 상기 금속패턴(50)에 팔라듐 도금을 하는 것으로, 도금할 전극을 형성하기 위해 상기 감광패턴(30)의 끝부분을 리소그라피로 노광, 현상하면 전도성 금속(20)이 드러나도록 하여 이를 도금 전극으로 사용한다. 그 후, 전도성 금속(20)을 양극으로, 흑연(Graphite) 백금(Pt) 등을 음극으로 하여 PdCl2, KCl, EDTA 등을 혼합한 팔라듐 전해 용액을 제조한다. 다음으로 상기 양극과 음극을 상기 팔라듐 전해 용액에 함침한 후, 상기 금속패턴(50)에 한 grain(덩어리)씩 팔라듐이 도금 성장하여 팔라듐 나노 와이어가 형성되도록 한다. 이러한 금속패턴(50)은 폭이 50 nm 내지 1000nm정도로 이루어지며, 금속패턴(50)의 안쪽에서 바깥쪽으로 나노 와이어의 폭만큼 성장한다.
단계 S6에서는 상기 감광패턴(30)을 아세톤 등으로 제거하고, 질산용액을 이용하여 금속패턴(50)을 제거하면, 상기 금속패턴(50)에 의해 직선형이고 상기 기판(10)과 접촉면적이 넓어서 안정되게 상기 기판(10)에 접착되고 끊어짐 없고 곧은 팔라듐 나노 구조물을 형성한다.
단계 S7에서는 상기 팔라듐 나노 와이어의 길이방향과 수직방향으로 상기 팔라듐 나노 와이어의 양단에 감광물질을 형성한 뒤, 리소그라피를 통해 금(Au) 또는 티타늄(Ti)과 같은 전도성 금속을 상기 팔라듐 나노 와이어와 연결되게 형성하여 팔라듐 나노 와이어 수소 센서를 만들 수 있다. 여러 가지 방법 중 4단자법(4-point probe method)이 사용될 수 있으며, 전류-전압 측정장치와 4 단자와 연결되어 수소가스가 노출되면 팔라듐 나노 와이어 수소센서에 있는 팔라듐 표면에 수소가스가 흡착되어 팔라듐 내부에 침입형 자리로 침투하여 저항이 증가하면 전류-전압 측정장치를 통해 수소 유무를 검출할 수 있다.
그리고 상기와 같은 방법을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서는 전도성 금속(20)과 감광패턴(30)이 형성된 기판(10)에 상기 전도성 금속(20)을 건식에칭과 습식에칭하여 상기 감광패턴(30) 아래의 일부에 금속패턴(50)을 형성하고, 상기 금속패턴(50)을 팔라듐 전해도금을 하여 팔라듐 나노 와이어를 형성하고, 상기 팔라듐 나노 와이어에 외부 전극을 형성하고, 전류-전압장치와 연결하여 수소 농도를 감지할 수 있는 수소센서를 제작할 수 있다.
본 명세서에 개시된 기술은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 당업자에게 본 개시의 기술 및 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
10: 기판 20: 전도성 금속
30: 감광패턴 40: 전도성 금속 일부
50: 금속패턴
30: 감광패턴 40: 전도성 금속 일부
50: 금속패턴
Claims (5)
- 기판(10) 표면에 전도성 금속(20)을 형성하는 단계;
상기 전도성 금속(20)의 일부에 감광성 물질로 감광패턴(30)을 형성하는 단계;
상기 감광패턴(30)이 형성되지 않아서 노출된 전도성 금속(20)을 건식에칭하는 단계;
상기 감광패턴(30)으로 가려진 전도성 금속의 일부(40)를 건식에칭하여 상기 감광패턴(30) 하부에 금속패턴(50)을 형성하는 단계;
상기 금속패턴(50)에 팔라듐 도금을 하는 단계;
상기 감광패턴(30)을 제거하고 금속패턴(50)을 제거하여 팔라듐 나노 와이어를 형성하는 단계; 및
상기 팔라듐 나노 와이어과 연결된 외부 전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속패턴(50)은 폭이 50nm 내지 1000nm인 것을 특징으로 하는 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전도성 금속(20)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn) 중, 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법. - 전도성 금속(20)과 감광패턴(30)이 형성된 기판(10)에 상기 전도성 금속(20)을 건식에칭과 습식에칭하여 상기 감광패턴(30) 아래의 일부에 금속패턴(50)을 형성하고, 상기 금속패턴(50)을 팔라듐 전해도금을 하여 팔라듐 나노 와이어를 형성하고, 상기 팔라듐 나노 와이어에 외부 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서.
- 제4항에 있어서, 상기 전도성 금속(20)은,
상기 전도성 금속은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn) 중, 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120007020A KR20130085880A (ko) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법 및 이를 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020120007020A KR20130085880A (ko) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법 및 이를 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130085880A true KR20130085880A (ko) | 2013-07-30 |
Family
ID=48995952
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120007020A KR20130085880A (ko) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | 이중 에칭을 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서의 제조방법 및 이를 이용한 팔라듐 나노 와이어 수소센서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20130085880A (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103868951A (zh) * | 2014-02-24 | 2014-06-18 | 北京大学 | 一种干法制备纳米线阵列气敏元件的方法 |
| KR20150089291A (ko) | 2014-01-27 | 2015-08-05 | 울산대학교 산학협력단 | 니켈／팔라듐―그래핀 나노복합체 기반 수소센서 및 그 제조방법 |
| KR101586441B1 (ko) | 2014-09-17 | 2016-01-20 | 순천대학교 산학협력단 | 광전자소자용 팔라듐 금속층의 식각 방법 |
| KR20160014925A (ko) | 2014-07-30 | 2016-02-12 | 울산대학교 산학협력단 | 팔라듐 나노덴드라이트―그래핀 나노하이브리드 기반 수소센서 및 그 제조방법 |
| KR20160074291A (ko) | 2014-12-18 | 2016-06-28 | 울산대학교 산학협력단 | 백금／팔라듐 코어―셀 그래핀 하이브리드 기반 수소센서 및 그 제조방법 |
-
2012
- 2012-01-20 KR KR1020120007020A patent/KR20130085880A/ko active IP Right Grant
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