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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 2, 2004 159 서론 전자소자의 고집적화, 소형화가 진행됨에 따라 나노 수준의 초미세 패턴을 갖는 구조의 필요성이 증대되고 있다. 이와 같은 요구를 충족시키기 위 해서는 나노미터 크기의 점, 선 및 면을 자유자재 로 만들 수 있는 기술이 먼저확보되어야 한다. 나노 구조를 만드는 기술은 크게 top-down 방 식과 bottom-up 방식으로 구분된다. 현재도 top- down 방식의 기술인 e-beam, STM 및 AFM 등 을 사용하여 이러한 기본 단위를 만들 수는 있으 나 비용이 많이 들고 생산성이 제한되어 있어서, 나노 lithography 기술이 개발되지 않는 한 상업 적인 생산기술이 되기는 어려울 것으로 예상된다. 이에 반하여, bottom-up 방식은 비용이 적게 들 생산성도 높으나, 아직은 원하는 구조를 마음 대로 만들 수 있는 수준에 이르지 못하여 연구 단 계에 머물고 있다. 나노 템플레이트 기술은 bottom-up 방식의 반기술로서 기대를 모으고 있다. 템플레이트는 우리 말로는 해당되며, 나노미터의 정밀도 먼저 틀을 만들고, 이 틀 속에 원하는 물질을 넣어서 나노dot, 나노wire 및 나노tube 등을 만들 있다. 템플레이트 기술은 완전히 다른 많은 기 술들을 포괄하고 있다. 본 지상강좌에서는 재현성 이 뛰어나서 최근 연구가 급진전되고 있는 AAO(anodic aluminum oxide) 나노 템플레이트 기술로 범위를 제한하고자 한다. 기술의 개요 및 특성 1) 전해연마(electropolishing) 산 용액 속에서 알루미늄을 전기적으로 산화시 키면 산소와 알루미늄이 결합하여 알루미나 (Al 2O3)의 막이 표면에 형성된다. 산화가 일어나 알루미늄은 양극(positive electrode)으로 사용 되므로 이 공정을 양극산화 라고 부른다. 이렇게 형성된 알루미나 막은 산 용액에 의해서 부식되어 식각이 일어나게 되는데, 양극산화의 속도보다 식 각의 속도가 더 빠르게 되면 알루미늄의 표면을 연마하는 효과를 가져온다. 이러한 현상을 전해연 마(electropolishing)라고 부르며, AAO 나노 플레이트를 만들기 위한 전처리 공정으로 매우 중 요한 의미를 가진다. 이는 알루미나의 식각이 등 전위선(equi-potential line)과 수직으로 진행되므 로, 평탄한 표면으로부터 출발하여 양극산화를 진 이건홍 1979 서울대학교 화학공학과 학사 1981 한국과학기술원 화학공학과 석사 1986 University of Delaware, Chemical Engineering, Ph.D. 포항공과대학교 화학공학과 교수 [email protected]

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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 2, 2004 … 159

서론전자소자의 고집적화, 소형화가 진행됨에 따라

나노수준의초미세패턴을갖는구조의필요성이

증대되고 있다. 이와 같은 요구를 충족시키기 위

해서는 나노미터 크기의 점, 선 및 면을 자유자재

로만들수있는기술이먼저확보되어야한다.

나노 구조를 만드는 기술은 크게 top-down 방

식과 bottom-up 방식으로 구분된다. 현재도 top-

down 방식의기술인e-beam, STM 및AFM 등

을 사용하여 이러한 기본 단위를 만들 수는 있으

나 비용이 많이 들고 생산성이 제한되어 있어서,

나노 lithography 기술이 개발되지 않는 한 상업

적인 생산기술이 되기는 어려울 것으로 예상된다.

이에 반하여, bottom-up 방식은 비용이 적게 들

고 생산성도 높으나, 아직은 원하는 구조를 마음

대로만들수있는수준에이르지못하여연구단

계에머물고있다.

나노 템플레이트 기술은 bottom-up 방식의 기

반기술로서 큰기대를 모으고있다. 템플레이트는

우리 말로는 “틀”에 해당되며, 나노미터의 정 도

로 먼저 틀을 만들고, 이 틀 속에 원하는 물질을

넣어서 나노dot, 나노wire 및 나노tube 등을 만들

수 있다. 템플레이트 기술은 완전히 다른 많은 기

술들을 포괄하고 있다. 본 지상강좌에서는 재현성

이 뛰어나서 최근 연구가 급진전되고 있는

AAO(anodic aluminum oxide) 나노템플레이트

기술로범위를제한하고자한다.

기술의개요및특성1) 전해연마(electropolishing)

산 용액 속에서 알루미늄을 전기적으로 산화시

키면 산소와 알루미늄이 결합하여 알루미나

(Al2O3)의 막이 표면에 형성된다. 산화가 일어나

는 알루미늄은 양극(positive electrode)으로 사용

되므로 이 공정을 “양극산화”라고 부른다. 이렇게

형성된알루미나막은산용액에의해서부식되어

식각이 일어나게 되는데, 양극산화의 속도보다 식

각의 속도가 더 빠르게 되면 알루미늄의 표면을

연마하는 효과를 가져온다. 이러한 현상을전해연

마(electropolishing)라고 부르며, AAO 나노 템

플레이트를만들기위한전처리공정으로매우중

요한 의미를 가진다. 이는 알루미나의 식각이 등

전위선(equi-potential line)과 수직으로 진행되므

로, 평탄한표면으로부터 출발하여 양극산화를 진

이 건 홍

1979 서울대학교 화학공학과 학사1981 한국과학기술원 화학공학과 석사1986 University of Delaware, Chemical

Engineering, Ph.D.포항공과대학교 화학공학과 교수[email protected]

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160 … NICE, 제22권 제2호, 2004

행해야만 구멍들의 방향이 나란해지기 때문이다.

[그림 1]은 전해연마 전후의 알루미늄 샘플의 표

면을나타낸전자현미경사진이다.

2) 양극산화(anodization)

양극산화는전해연마와동일한장치, 동일한재

료를사용하나, 반응조건만달라진다.

양극산화의 초기에는 알루미나의 표면에 수직

으로 구멍들이 형성되기는 하지만, 그 배열은 불

규칙하다. 그러나, 알루미늄이 알루미나로 변하면

서 부피가 증가하여 생기는 스트레스로 인하여,

시간이지나면서이구멍들은가장스트레스를덜

받을 수 있는 배열로 저절로 정렬(self-align)이

된다. 주어진 공간을 가장 효율적으로 활용할 수

있는 배열은 hexagonal close-packing이므로, 구

멍들은 육각형으로 배열이 되고 결과적으로 벌집

과 같은 육각형의 구조가 형성된다. 따라서, 양극

산화된샘플의구멍들은위에서볼때에는불규칙

하게배열되어 있으나, 알루미늄과 알루미나의 경

계면에서는 규칙적인 배열을 가지게된다. 규칙적

인 배열을 가진 구멍이 필요한 경우에는, 양극산

화에 의해서 생긴 알루미나 층을 일단 녹여낸다.

그러면, 규칙적인 배열을가진 알루미늄의 표면이

노출되는데, 이때 동일한 조건에서 다시 2번째 양

극산화를 진행하면 규칙적으로 배열된 구멍을 얻

을 수 있다. 여기에 추가로, 전기를 가하지 않은

상태에서 식각을 하면, 구멍의 내부가 고르게 깍

여나가서구멍의깊이와구멍간의간격을처음과

같이유지하면서구멍의크기만크게만들수있으

며, 이러한 공정을 구멍확장(pore widening)이라

고한다. [그림 2]는AAO 나노템플레이트의전

그림 1. 전해연마 전후의 알루미늄 표면.

그림 2. AAO 나노 템플레이트의 제작과정.

Side viewTop view

Aluminum

1st anodization

Etching AAO

2nd anodization

Pore widening

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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 2, 2004 … 161

체제작과정을나타낸것이다.

3) AAO 나노템플레이트의구조

위에서언급한바와같이, AAO 나노템플레이

트는 규칙적 또는 불규칙적으로 배열된 나노미터

크기의구멍들을가지고있다. AAO 나노템플레

이트의 구멍 지름 및 구멍간의 간격은 수~수백

나노미터 범위이며, 양극산화의 전압, 산 용액의

종류, 농도 및 온도 등을 변화시키면 재현성 있게

조절할 수 있다. 또한, 구멍의 깊이는 양극산화의

시간에비례하는데, 수백마이크론의 깊은 구멍도

만들 수 있어서 길이/지름의 비(aspect ratio)가

큰구멍을쉽게얻을수있다. [그림 3]은 2단계의

양극산화에 의하여 형성된 규칙적으로 배열된 구

멍을 가진 AAO 나노 템플레이트의 전자현미경

사진이다.

[그림 4]는 AAO 나노 템플레이트의 자세한

구조를 나타낸 모식도이다. 이 그림에서 보듯이,

저항층(barrier layer)라고 불리는 알루미나 층의

두께는정확하게구멍간의벽의두께의절반이되

는데, 이는 저항층의 두께 t가 양극산화에 사용된

전압에 비례하며 1V당 13.0~13.7A의 두께를 가

지기 때문이다. 구멍간의 간격은 구멍의 지름에

구멍간의 벽두께를 더한것이므로, 양극산화의 전

압을 변화시킴으로써 구멍간의 간격을 정확하게

조절할 수 있다. 이와는 대조적으로, 구멍의 크기

는산용액의종류및농도, 양극산화의온도등에

따라서변화하게된다.

AAO 나노템플레이트의용도AAO 나노 템플레이트는 나노 구조를 만드는

틀로사용될수있을뿐만아니라, 그자체로도나

노 구조물로 활용될 수 있고, 그 속에 들어 있는

나노 물질과 함께 사용되기도 한다. AAO 나노

템플레이트는 자기정렬(self-alignment)에 의하

여 특정한 구조가 반복되는 형태를 가지므로, 나

노 기술의 중요한 화두인 나노 patterning이 가능

하다. 특히, AAO 나노템플레이트는단단한구조

를가진무기재료이므로이를기반으로한나노소

자의제작이용이하여향후나노기술의응용분야

에서 중요한 위치를 차지할 것이다. 이 기술을 이

용하여 제작이 가능한 나노소자로는 초고집적 하

드디스크, 차세대 반도체, 평판 디스플레이, 광결

정(photonic crystal), 나노 진공관 등을 들 수 있

다. 한편, AAO 나노템플레이트가수직의구멍을

많이가지고있다는점을활용하여 2차구조를제

어하여, MEMS, LIGA, soft lithography의 기판

으로 활용하기도 하며, 다양한 형태의 센서 개발

도기대를모으고있다.

그림 4. AAO 나노 템플레이트의 구조(모식도).

그림 3. AAO 나노 템플레이트의 전자현미경 사진.

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162 … NICE, 제22권 제2호, 2004

1) 탄소나노튜브의합성

탄소 나노튜브는 나노 물질 중에서도 가장 큰

기대를 모으고 있다. 탄소 나노튜브를 합성하는

다양한 방법이 개발되어 있지만, 아직도 탄소 나

노튜브의굵기나길이를원하는대로정 하게조

절하는것은매우어렵다. AAO 나노템플레이트

를 이용한 탄소 나노튜브의 합성은, 현재까지는

탄소나노튜브의크기를정 하게조절할수있는

유일한 방법이다. 크기가 정 하게 제어된 탄소

나노튜브는 field emitter tip을 비롯하여

nanotweezer, AFM tip 등 나노소자에 다양하게

응용이가능하다.

AAO 나노 템플레이트를 이용하여 탄소 나노

튜브를 합성하는 방법은 촉매를 사용하여 합성하

는방법과촉매를사용하지않고합성하는방법으

로 나뉘어지는데 각각의 메커니즘은 다음과 같이

이해되고 있다. 금속 촉매를 사용하지 않고 탄소

나노튜브를 합성하는 경우에는 AAO 나노 템플

레이트가 그 자체로서 촉매 작용을 하며, 탄소가

AAO 나노 템플레이트 구멍의 벽면에 균일하게

증착되는 과정을 통하여 탄소 나노튜브가 형성된

다. 이렇게 합성된 탄소 나노튜브는 일반적으로

결정도가 낮으며, AAO 나노 템플레이트 구멍의

내부에만존재한다. 따라서, 결정도를높이기위해

서는 고온에서 합성을 하거나, 합성시 반응기체에

과량의 수소를 포함시

키거나, 또는 합성 후

에 inert 분위기에서

고온으로 열처리를 해

주어야한다.

반면에, 금속 촉매

를 사용하여 탄소 나

노튜브를 합성하는 경

우에는 이와는 다른

양상을 보이는데, 일반적으로 금속 촉매로는 코발

트, 니켈및철등의전이금속을사용하며, 전기도

금 방법을 이용하여 AAO 나노 템플레이트의 구

멍 밑바닥에 금속 촉매를 도금한다. 탄소 나노튜

브의 성장 메커니즘으로는 tip growth와 root

growth 등이 제안되어 있다. 그러나 root growth

메커니즘의 경우, 금속 촉매로부터 성장하는 탄소

나노튜브가 금속 촉매로의 반응기체의 확산을 방

해하여 나노튜브의 성장이 원활하지 않으므로, 금

속촉매를사용하여탄소나노튜브를합성하는경

우에는 tip growth 메커니즘을 주로 이용하게 된

다. 금속 촉매로부터 성장하는 탄소 나노튜브는

성장이 빠른 조건에서는 템플레이트의 구멍을 벗

어나서 웃자라게 되지만, 성장이 느린조건에서는

알루미나의 촉매 작용으로 인하여 AAO 나노 템

플레이트 구멍의 벽면에 부착되는 탄소층에 의해

구멍의외부로자라나오지못한다.

AAO 나노 템플레이트를 이용하여 탄소 나노

튜브를 합성하는 것은 널리 알려진 기술이며, 선

진국은 물론 중국 등에서도 많은 연구 결과가 보

고되고있으므로본절에서는특별한의미를가지

고있는몇가지의연구사례만소개하고자한다.

정수환 등은 실리콘 웨이퍼 위에 증착한 얇은

알루미늄 박막에 코발트 촉매를 전기도금한 뒤

[그림 5]와 같이 탄소 나노튜브를 합성하 다. 이

그림 5. 탄소 나노튜브를 이용한 전계 방출 소자의 제작.

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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 2, 2004 … 163

것은 알루미늄 박막을 양극산화하여 AAO 나노

템플레이트를 만들고 탄소 나노튜브를 합성한 최

초의예이다. 또한, 박막AAO 나노템플레이트에

합성된탄소나노튜브를이용하여전계방출소자

를제작하고, 그특성을평가하 다.

탄소 나노튜브는 종횡비가 크고, 곡률 반경이

작으며, 화학적 안정성이 커서 전계방출(field

emission)의 전자총으로 가장 이상적이다. 전계방

출의 효율을 높이기 위해서는 에미터들이 수직으

로 정렬하는 것이 유

리한데, 이때 에미터

들 간의 간격이 너무

가까우면 전계장막효

과 (field screening

effect)에의해서전계

방출의 효율이 감소하

게 된다. AAO 나노

템플레이트의 구멍들은 너무 가깝게 위치하고 있

어서 이 구멍 속에 탄소 나노튜브를 합성하 을

경우에는 전계방출의 효율이 저하된다. 정수환 등

은 최초로 AAO 나노 템플레이트의 종횡비를 조

절하면 탄소 나노튜브의 면적 도(packing

density)를조절할수있음을보 으며, 그결과를

[그림 6]에 나타내었다. 이 기술을 활용하면 낮은

면적 도의탄소나노튜브에미터를제조할수있

어서, 효율적인 탄소 나노튜브 전계 방출 소자를

제작할 수 있다. 이 결과는 MRS Bulletin에 특별

히소개된바있다.

탄소 나노튜브를 microelectronics에 응용하기

위해서는 기판의 정해진 위치에 나노튜브를 합성

하는기술이요구된다. [그림 7]과같이AAO 나

노템플레이트에e-beam lithography를이용하여

SiO2 패턴을 제작한 후, 탄소 나노튜브를 선택적

으로합성할수있다. SiO2 패턴에의해탄소나노

튜브의 성장위치가 효과적으로 조절될 수 있다는

점이중요하다.

2) 나노와이어제조

AAO 나노 템플레이트를 이용해 제작하는 나

노구조중매우다양한응용범위를가진것이나

노와이어다. 이 기술을 이용할 경우, AAO 나노

템플레이트의 구멍 크기를 조절함으로써 나노와

이어의 굵기나 길이를 조절할 수 있다. 나노와이

그림 6. 탄소 나노튜브의 면적 도 조절.

그림 7. 패턴을 통한 선택적인 위치에서의 탄소 나노튜브 합성.

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164 … NICE, 제22권 제2호, 2004

어에 사용되는 물질은 크게 금속류, 세라믹류 및

고분자류로 구분된다. 금속 나노와이어는 주로 전

기도금(electroplating)법을 사용하여 얻어지고,

세라믹 나노와이어는 금속 나노와이어의 산화 또

는 솔-젤법 등을 활용하여 제조한다. 고분자 나노

와이어는 전도성 고분자인 경우에는 전기적 합성

법을 활용하기도 하지만, 주로 구멍 속에서의 in

situ 합성, 또는 미리 합성된 고분자를 구멍 속에

어 넣는 방법을 사용한다. [그림 8]은 이렇게

제작된나노와이어들의전자현미경사진이다.

이렇게제작된나노와이어들은AAO 템플레이

트를제거한후사용하거나, 또는AAO 템플레이

트와 일체화된 상태에서 나노 소자로 사용된다.

나노와이어를 이용한 나노소자는 초고집적 하드

디스크, 고집적메모리소자및각종전자소자뿐

만아니라, 각종광학기기및바이오칩등에서도

소자로활용될수있다.

바이오 분야에 응용되는 것으로 대표적인 것이

DNA 검출에 AAO 나노 템플레이트를 사용하여

제작한 나노바코드를 이용하는 것이다. [그림 9]

에나노바코드의제작방법및제작된나노바코드

의전자현미경사진을제시하 다. AAO 나노템

플레이트의구멍속에Au와Ag를차례대로전기

도금하면 이 그림에서 보는 바와 같이 서로 다른

금속이차례로나타나는나노바코드를얻을수있

다. 이렇게 서로 다른 층으로 이루어진 나노바코

드에 DNA 검출 물질을 붙이면 각각의 DNA를

식별할 수 있다. 이러한 원리에 의해 나노바코드

는DNA chip 등초소형바이오검출기에활용될

수있다.

3) 나노마스크및나노몰드

AAO 나노 템플레이트는 특유의 정렬된 구조

그림 8. AAO 템플레이트를 사용하여 제조한 나노와이어.

그림 9. 나노바코드.

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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 2, 2004 … 165

로인하여박막공정에서마스크로사용되기도하

며 몰드로 사용되어 AAO의 구조를 그대로 떠내

는데 이용되기도 한다. AAO 나노 템플레이트는

나노 사이즈의 정렬된 구조를 가지므로 저항층을

녹여내면 나노마스크가 된다. 또한, AAO 템플레

이트의구조를그대로가지고있으나알루미나대

신 다른 물질로 대체된 복제구조(replica)를 만들

거나, AAO 저항층바깥부분의볼록볼록한구조

를이용하는예도보고되고있다.

Masuda는 AAO 마스크를기판위에놓고Au

와 Ag를 각각 다른 방향에서 경사 증착하여

multiple nanodot array를 만들었다. 증착은 e-

beam evaporator를 사용하여 약 5。의 경사를 주

어 수행하 다. [그림 10]은 multiple nanodot

array의제작공정과형성된구조를보여준다.

한편, AAO 마스크를통하여건식식각를수행

하여 pore를 형성한 구조물과 그것을 응용하여

AAO 마스크와 같은 형태의 구조물을 만들 수도

있다. Crouse는 Si 웨이퍼 위에 알루미늄을 증착

한 후 양극산화를 하 다. 이렇게 제작된 구조물

위에 반응성 이온 식각(reactive ion etching,

RIE)을수행하면, 반응성이온이AAO의저항층

을 깎고 Si 웨이퍼까지 식각하게 된다. 따라서,

AAO 나노 템플레이트의 구멍과 같은 패턴의

pore가 Si 웨이퍼에전이된다. [그림 11]은RIE로

형성된 Si 웨이퍼의 pore를 AAO 구조물과 함께

나타낸전자현미경사진이다.

한편, AAO 나노 템플레이트를 마스크로 사용

하여다이아몬드기판위에놓고RIE를수행하면

AAO와 같은 구조의 다이아몬드 구조물 또한 제

작할수있다[그림12].

AAO 템플레이트의 구조를 그대로 가지고 있

으나알루미나대신다른물질로대체된복제구조

그림 10. Multiple nanodot array.

그림 11. 패턴이 전이된 Si 웨이퍼의 단면.

그림 12. 다이아몬드 honeycomb.

200nm

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166 … NICE, 제22권 제2호, 2004

(replica)를 만드는 것도 가능하다. Masuda 등은

AAO 나노 템플레이트의 구멍 속에 유기 고분자

인 PMMA를 넣은 다음 알루미나를 녹여서

AAO 나노 템플레이트의 역구조를 만들었다. 그

후에이역구조에금속을도금하여AAO 나노템

플레이트와 동일한 구조를 가진 금속 나노홀

array를제작하 다[그림13].

AAO 나노 템플레이트의 저항층 바깥 부분에

존재하는 dimple 구조를 이용하여, 반구형의 Au

nanodot array를 제작한 사례도 보고되고 있다.

[그림 14]에 공정도와 제작된 Au 구조물의

AFM 사진을나타내었다.

4) 광결정

결정구조를갖는물질들은구성하는원자나분

자들의 규칙적인 배열로 인하여 밴드갭(band

gap)이 형성된다. 광결정(photonic crystal)이란

유전체를 주기적으로 배열한 물질을 말하며 광밴

드갭이형성된다. 반도체기술의발전이 20세기전

자공학의혁명을가져온것처럼, 21세기에는광밴

드갭분야가광전자(optoelectronics) 부문의혁명

을일으킬것으로기대되고있다.

최근 IR 역과가시광선 역에적용될 2-D 광

결정의 제작에 많은 어려움을 겪고 있는데 그 이

유는 상용화된 사진 식각공정(lithography)을 통

해서는 원하는 종횡비(aspect ratio)를 갖는 정렬

된 형태의 2-D 광결정 구조를 제작하는데 많은

어려움이 있기 때문이다. AAO 나노 템플레이트

는원하는종횡비를쉽게얻을수있을뿐만아니

라 대면적에도 적용 가능하며, 편광 상태에 관계

없는 밴드갭을 갖는 광결정을 만들 수 있다.

AAO 나노 템플레이트는 양극산화 조건 및 구멍

확장(pore widening)를통하여구멍간의거리및

구멍의 크기를 조절하기가 용이하므로 광학적인

특성을 용이하게 바꿀 수 있다는 장점을 가지고

있다. 또한AAO 나노템플레이트를틀로사용하

여 알루미나보다 큰 굴절률(refractive index)을

갖는 물질로 주형을 뜨면 보다 넓은 역의 밴드

갭을갖는2-D 광결정도제작가능하다.

Max Planck 연구소의 Gosele 등은 포토 레지

스트를 사용하여 AAO 나노 템플레이트를 선택

적으로식각함으로써광결정회로를만들수있음

을 보고하 다. [그림 15]는 이들이 만든 광결정

의제작공정및전자현미경사진이다.

그림 13. 금속 나노홀 array.

그림 14. Au hemispherical nanodot array.

(A)(A)(B)(C)(D)(E)(F)

(B)

(C)

(D)

(E)

(F)

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지·상·강·좌

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 22, No. 2, 2004 … 167

또한, Vilnius 대학의 Mikulskas 등도 미리 패

턴화된 알루미늄을 사용하여 만든 AAO 나노 템

플레이트의광학적인특성을평가하 는데, AAO

나노 템플레이트가 가시광선 역의 파장에서 광

결정으로사용할수있는광학적인특성을가졌음

을 입증하 다. [그림 16]은 이들이 제작한 광결

정의 구조와 형상을 나타낸 것이다. 광결정은 빛

의 흐름을 조절할 수 있다는 장점 때문에 다양한

분야에응용가능한데, 반사거울, 전송선으로사용

하는 도파로, 각종 필터, 고효율 LED, 광 switch,

및 저손실 waveguide 등 매우 다양

한분야에응용가능하다.

5) 고집적하드디스크

하드디스크에 사용되는 자성물질

은 hysteresis curve를 가진다. 이

hysteresis curve가 직사각형에 가까

울수록하드디스크의정보저장속도

가 빠르고 안정성이 높다. 기존의 하

드디스크제작공정의경우자기장이

걸리는방향이하드디스크표면에평

행하며, 자성물질은 표면에 평행인

동시에자기장에수직인방향으로정

렬된다. 그러나, AAO를 틀로 이용

하여그안에정보저장물질을채우

게되면정보저장물질이표면에수직

으로 세워진다. 따라서, 자기장이 걸

리는 방향이 표면과 수직이 되어 보

다 높은 집적도를 얻을 수 있을 뿐

아니라 더욱 이상적인 hysteresis

curve를 얻을 수 있다. [그림 17]은

AAO 나노 템플레이트를 이용하여

제작한 나노와이어에 자기장을 표면

과 수직 방향으로 걸었을 때와 평행

한 방향으로 걸었을 때의 hysteresis를 비교하여

나타낸 것이다. 자기장과 수직일 때의 hysteresis

curve가평행일때와비교하여볼때상당히직사

각형에가까운형태를보임을알수있다.

하드디스크는 나노와이어를 제작하여 이용하는

것이므로 앞서 언급한 나노와이어의 제작 방법과

동일하다. 단 나노와이어의 재료로 자기장에 반응

하여자성을가지는물질을이용한다. 이런물질로

는Fe, Co, Ni 등전이금속을주로이용하며그외

에도전이금속의합금도이러한용도로사용된다.

그림 15. AAO 나노 템플레이트를 이용하여 만든 2-D 광결정 회로.

그림 16. AAO 나노 템플레이트 2-D 광결정.

Al substrate

Master Grating

(A) (A)

(C) (D)

(B)

(B)

(C)

(D)

d=0.833µµm

Void periodieity(D=0.480µµm)

Grating period(d=0.833µµm)

Al substrate

60。。

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지·상·강·좌

168 … NICE, 제22권 제2호, 2004

AAO를이용하여제작한나노와이어가메모리

소자로 이용될 경우 나노와이어가 기존의 메모리

소자에 비해서 상당히 소형이므로 헤드가 정보를

탐색하기위해걸리는시간도짧아져서속도의향

상 역시 기대할 수 있다. 정보화 시대에서 사용자

들은HDD에저장하는데이터의양이많아질수록

더 빠른 속도를 요구하게 된다는 사실을 고려할

때 이것은 기존 기술에 비해서 상당한 장점이 될

수있을것이다.

전망AAO 나노 템플레이트는 간단한 제작과정에

비해서 그 응용분야가 매우 넓어서, 중요한 나노

기술로 인정받고 있다. AAO 나노 템플레이트는

나노와이어나 나노튜브의 크기를 조절할 수 있는

많지 않은 기술중의 하나로서, 상당기간 이 분야

를주도할것이다. 또한, AAO 나노템플레이트는

저항층을제거한후나노마스크로사용될수있어

서, 나노 lithography가본격적으로활용되기전까

지는나노패턴이필요한분야에서절대적인역할

을 할 것으로 전망된다. 그러나, AAO 나노 템플

레이트의 가장 중요한 응용은 나노홀 array의 구

조를 그대로 활용하는 나노소자가 될 것이다. 나

노 템플레이트를 사용한 나노소자는 아직은 상업

적으로 생산되고 있지는 않으나, 나노템플레이트

를 이용한 다양한 prototype은 꾸준히 제시되고

있으며 이 prototype 중에서 향후 엄청난 경제적

효과를 가지는 제품이탄생할 것이다. 우리나라는

반도체제작기술에있어서는세계를선도하고있

으므로, AAO 나노템플레이트기술을나노전자

소자분야에집중하면장차세계정상급에충분히

도달할 수 있으리라 예상된다. 이 분야의 잠재 시

장이 엄청나므로 성공적인 기술 개발이 이루어질

경우정보전자산업의발전에크게이바지할수있

으리라예상된다.

그림 17. 자기장의 방향과 hysteresis curve.