KR101014764B1 - Carbon Nanotube Insulator Semiconductor System for Chemical and Biological Sensors - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 감도를 가지면서도 화학적/생물학적 센서로 응용이 가능한 탄소나노튜브 절연체 반도체 시스템 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 화학적/생물학적 센서를 위한 탄소나노튜브 절연체 반도체 시스템은 기판층, 상기 기판층 상의 다중벽 탄소나노튜브가 합성된 알루미나 나노틀, 및 상기 알루미나 나노틀 상의 상기 다중벽 탄소나노튜브를 덮는 전해질 용액, 상기 알루미나 나노틀의 에지를 덮고 상기 알루미나 나노틀의 중앙부분-센서 영역-을 오픈시키는 커버층, 및 상기 전해질용액의 전위를 고정시키기 위한 기준전극을 포함하고, 이와 같은 본 발명의 알루미나 나노틀 제작, 다중벽 탄소나노튜브 합성 및 본딩공정을 통해 제작된 ECIS 시스템은 높은 반응성을 갖는 다중벽 탄소나노튜브의 끝단을 기능화하여 나노 구조의 높은 감도를 활용할 수 있으므로 성능이 우수한 화학적/생물학적 센서를 구현할 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a carbon nanotube insulator semiconductor system having a high sensitivity and can be applied as a chemical / biological sensor, and a method of manufacturing the same. The carbon nanotube insulator semiconductor system for a chemical / biological sensor of the present invention includes a substrate layer. , An alumina nanoframe synthesized with multi-walled carbon nanotubes on the substrate layer, and an electrolyte solution covering the multiwalled carbon nanotubes on the alumina nanoframe, a central portion of the alumina nanoframe covering an edge of the alumina nanotle- A cover layer for opening the sensor region and a reference electrode for fixing the potential of the electrolyte solution, and the ECIS system manufactured through the alumina nanoframe fabrication, multi-walled carbon nanotube synthesis and bonding process of the present invention. Is a nanosphere made by functionalizing the ends of highly reactive multi-walled carbon nanotubes. There is a so take advantage of the high sensitivity performance is to implement superior chemical / biological sensors effect.
ECIS, EIS, 전해질용액, 탄소나노튜브, 다중벽, MWCNT ECIS, EIS, Electrolyte Solution, Carbon Nanotube, Multi Wall, MWCNT
Description
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 ECIS 시스템을 도시한 도면,1 is a diagram showing an ECIS system using carbon nanotubes according to a first embodiment of the present invention;
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 다중벽 탄소나노튜브의 합성 방법을 도시한 공정 단면도,2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of synthesizing a multi-walled carbon nanotube according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 알루미나 나노틀에 합성된 다중벽 탄소나노튜브의 SEM 사진, Figure 3 is a SEM photograph of a multi-walled carbon nanotubes synthesized in the alumina nano-frame according to the first embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 본딩공정을 도시한 도면,4 is a view showing a bonding process according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 알루미나 나노틀/실리콘산화막/p형 실리콘기판의 본딩공정이후 SEM 사진,5 is a SEM photograph after the bonding process of the alumina nano-frame / silicon oxide film / p-type silicon substrate according to the first embodiment of the present invention,
도 6과 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 ECIS 시스템의 C-V(Capacitance-Voltage) 측정 결과를 나타낸 도면.6 and 7 are diagrams showing the results of a capacitance-voltage (C-V) measurement of the ECIS system according to the first embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 ECIS 시스템을 도시한 도면,8 is a diagram showing an ECIS system using carbon nanotubes according to a second embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 ECIS 시스템을 도시한 도면.9 is a view showing an ECIS system using carbon nanotubes according to a third embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
100 : 실리콘기판100: silicon substrate
101 : 실리콘산화막101: silicon oxide film
102 : 알루미나 나노틀102: Alumina Nano Framework
103 : 다중벽 탄소나노튜브103: multi-walled carbon nanotubes
104 : 커버층104: cover layer
105 : 전해질용액105: electrolyte solution
105 : 기준전극105: reference electrode
본 발명은 탄소나노튜브 절연체 반도체 시스템에 관한 것으로, 특히 화학적, 생물학적 센서를 위한 전해질-탄소나노튜브-절연체-반도체 시스템(Electrolyte-Carbon nano tube-Insulator-Semiconductor system, ECIS 시스템)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)는 지구상에 다량으로 존재하는 탄소로 이루어진 탄소 동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질이며, 튜브의 직경이 나노미터(nm=10억분의 1미터) 수준으로 극히 작은 영역의 물질이다. 탄소나노튜브(CNT)는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 지니며 현존하는 물질 중 결함이 거의 없는 완벽한 신소재로 알려져 있다.Carbon Nano Tube is a carbon allotrope made up of carbon that exists in large quantities on the earth. It is a material in which one carbon is combined with other carbon atoms and hexagonal honeycomb to form a tube, and the diameter of the tube is nanometer ( nm = 1 billionth of a meter) in a very small area. Carbon nanotubes (CNT) have excellent mechanical properties, electrical selectivity, excellent field emission characteristics, high-efficiency hydrogen storage medium characteristics, and are known as perfect new materials with few defects among existing materials.
탄소나노튜브(CNT)는 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 띨 수 있으며, 직경이 작고 길이가 상대적으로 매우 긴 특성 때문에, 평판표시소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 등의 소재로서 뛰어난 성질을 보이고, 나노크기의 각종 전자소자로서의 응용성이 매우 크다.Carbon nanotubes (CNTs) have excellent mechanical robustness and chemical stability, can exhibit both semiconductor and conductor properties, and are small in diameter and relatively long in length, so they can be used for flat panel display devices, transistors, and energy storage materials. It shows excellent properties as an applicator, and has great applicability as nano-sized various electronic devices.
최근에는 새로운 화학적/생물학적인 센서를 개발하기 위해 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이미, 다양한 종류의 탄소나노튜브(CNT)를 기반으로 한 센서 구조가 제안되었다. Recently, interest in carbon nanotubes (CNTs) is increasing to develop new chemical and biological sensors. Already, sensor structures based on various types of carbon nanotubes (CNTs) have been proposed.
대부분의 제안된 센서의 경우 탄소나노튜브(CNT)는 용액 내에 있는 분자를 감지하는 전극으로 활용되거나, 탄소 나노 튜브(CNT) 표면에 전하를 띤 입자를 흡착할 때 발생하는 저항 변화 특성을 센서에 활용하고 있다. In most of the proposed sensors, carbon nanotubes (CNTs) are used as electrodes for sensing molecules in solution, or the resistance change characteristics generated when adsorption of charged particles on the surface of carbon nanotubes (CNTs) is applied to the sensors. It is utilized.
전자의 경우는 상용의 탄소전극 센서와 유사하지만, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(CNT)의 높은 감도가 장점이다. 그리고, 후자의 경우는 단일벽(Single-Walled) 탄소나노튜브(SWCNT)의 전기적인 특성 변화가 유용한 장점으로 보이지만, 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)가 신뢰할 만한 필드효과트랜지스터(Field Effect transistor)로 동작해야만 한다. The former is similar to a commercially available carbon electrode sensor, but has a high sensitivity of vertically aligned carbon nanotubes (CNT). In the latter case, the electrical properties of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) appear to be useful, but single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are reliable field effect transistors. It should work.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 높은 감도를 가지면서도 화학적/생물학적 센서로 응용이 가능한 탄소나노튜브 절연체 반도체 시스템 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and has an object to provide a carbon nanotube insulator semiconductor system having a high sensitivity and can be applied as a chemical / biological sensor and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학적/생물학적 센서를 위한 탄소나노튜브 절연체 반도체 시스템은 기판층; 상기 기판층 상에 본딩되며 다수개의 세공을 갖는 알루미나 나노틀; 상기 세공을 채우는 다중벽 탄소나노튜브; 및 상기 다중벽 탄소나노튜브와 접촉하면서 상기 알루미나 나노틀을 덮는 전해질 용액을 포함하는 것을 특징으로 한다.Carbon nanotube insulator semiconductor system for the chemical / biological sensor of the present invention for achieving the above object is a substrate layer; An alumina nanoframe bonded on the substrate layer and having a plurality of pores; Multi-walled carbon nanotubes filling the pores; And an electrolyte solution covering the alumina nanoframe while being in contact with the multi-walled carbon nanotubes.
바람직하게, 상기 알루미나 나노틀의 에지를 덮고 상기 알루미나 나노틀의 중앙부분-센서 영역-을 오픈시키는 커버층을 더 포함하고, 상기 전해질용액은 상기 센서영역에 노출된 상기 다중벽 탄소나노튜브와 접촉하는 것을 특징으로 한다.Preferably, further comprising a cover layer covering the edge of the alumina nano-frame and opening the central portion of the alumina nano-frame-the sensor region, the electrolyte solution is in contact with the multi-walled carbon nanotubes exposed to the sensor region Characterized in that.
바람직하게, 상기 전해질 용액은 염화칼륨(KCl) 용액, 염화나트륨(NaCl) 용액 또는 묽게 희석된 황산(diluted H2SO4) 용액 중에서 선택된 어느 하나의 용액을 사용하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the electrolyte solution is characterized by using any one solution selected from potassium chloride (KCl) solution, sodium chloride (NaCl) solution or dilute diluted sulfuric acid (diluted H 2 SO 4 ) solution.
바람직하게, 상기 전해질용액의 전위를 고정시키기 위한 기준전극이 상기 전해질용액에 연결되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the reference electrode for fixing the potential of the electrolyte solution is characterized in that connected to the electrolyte solution.
그리고, 본 발명의 화학적/생물학적 센서를 위한 탄소나노튜브 절연체 반도체 시스템의 제조 방법은 기판층을 준비하는 단계; 다수개의 세공을 갖는 알루미나 나노틀을 형성하는 단계; 상기 알루미나 나노틀의 표면을 촉매로 하여 상기 세공을 채우는 다중벽 탄소나노튜브를 성장시키는 단계; 상기 다중벽 탄소나노튜브가 성장된 알루미나 나노틀의 하부 영역을 상기 기판층의 표면과 본딩시키는 단계; 상기 다중벽 탄소나노튜브가 노출되는 알루미나 나노틀의 상부영역 상에 센서영역을 개방시키는 커버층을 형성하는 단계; 및 상기 커버층 상부에 상기 센서영역에 개방된 다중벽 탄소나노튜브와 접촉하는 전해질용액을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a carbon nanotube insulator semiconductor system for a chemical / biological sensor of the present invention comprises the steps of preparing a substrate layer; Forming an alumina nanoframe having a plurality of pores; Growing multi-walled carbon nanotubes filling the pores by using the surface of the alumina nanoframe as a catalyst; Bonding a lower region of the alumina nano-frame on which the multi-walled carbon nanotubes are grown with the surface of the substrate layer; Forming a cover layer to open a sensor region on an upper region of the alumina nanoframe to which the multi-walled carbon nanotubes are exposed; And forming an electrolyte solution on the cover layer, the electrolyte solution contacting the multi-walled carbon nanotubes opened in the sensor region.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
후술하는 제1실시예에서는 탄소나노튜브와 CMOS 기술의 융합 가능성을 연구하기 위해 전해질용액-탄소나노튜브-절연체-반도체층으로 구성된 캐패시터, 즉 ECIS(Electrolyte-CNTs-Insulator-Semiconductor; ECIS) 세스템을 제작하였다. In the first embodiment to be described later, a capacitor composed of an electrolyte solution-carbon nanotube-insulator-semiconductor layer, that is, an ECIS (Electrolyte-CNTs-Insulator-Semiconductor) system to study the possibility of fusion of carbon nanotubes and CMOS technology Was produced.
그리고, 탄소나노튜브를 얻기 위하여 알루미나 나노틀(Al2O3-template)을 형성하는 AAO(Anodic Aluminum Oxide) 기술을 사용하고, 이러한 AAO 기술은 고밀도로 수직 정렬된 탄소나노튜브어레이를 얻기 위한 유용한 방법이다. 수직으로 정렬된 탄소나노튜브는 반도체층의 표면 전위를 변화 시키기 위한 전극으로 사용된다. And, in order to obtain carbon nanotubes, Aanodic Aluminum Oxide (AAO) technology is used to form alumina nano frames (Al 2 O 3 -template), which is useful for obtaining high density vertically aligned carbon nanotube arrays. It is a way. Vertically aligned carbon nanotubes are used as electrodes to change the surface potential of the semiconductor layer.
실시예에서 제공하는 ECIS 시스템의 구조는 통상의 EIS(Electrolyte-Insulator-Semiconductor) 구조처럼 동작하지만, CMOS 기술과 탄소나노튜브의 합성 기술을 융합할 수 있다는 장점이 있다. The structure of the ECIS system provided in the embodiment operates like a conventional EIS (Electrolyte-Insulator-Semiconductor) structure, but has the advantage of combining the CMOS technology and the synthesis technology of carbon nanotubes.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 ECIS 시스템이 화학적/생물학적 센서로 응용할 수 있는 가능성은 제작된 ECIS 시스템의 캐패시턴스(capacitance) 특성을 측정하여 검증하였다.In addition, the possibility that the ECIS system according to an embodiment of the present invention can be applied as a chemical / biological sensor was verified by measuring capacitance characteristics of the manufactured ECIS system.
그리고, 알루미나 나노틀을 이용하여 탄소나노튜브어레이를 반도체층 표면에 결합시키기 위하여 웨이퍼본딩(Wafer bonding) 기술을 사용하였다. In addition, a wafer bonding technique was used to bond the carbon nanotube array to the surface of the semiconductor layer using an alumina nanoframe.
그리고, 탄소나노튜브어레이는 많은 화학 생물학적인 활성사이트(active sites)를 제공하여 상용의 EIS 시스템보다 훨씬 개선된 감도를 제공하며, 백금 기준전극(Platinum reference electrode)과 3.3 몰(M)의 염화칼륨(KCl) 용액을 이용하여 액상 게이트(liquid gate)로서 원활히 동작할 수 있음을 보였다. 특정한 전압에서 전체 시스템의 캐패시턴스(capacitance)가 급격히 감소하는 것을 보였는데, 이것은 백금 기준전극(platinum reference electrode)에 의해 반도체층 표면이 변조(modulate) 되었음을 의미한다. 높은 주파수에서 더블층 캐패시턴스(double layer capacitance)에 의한 영향이 전체 캐패시턴스 값을 감소시키는 것으로 관측되었다. In addition, the carbon nanotube array provides many chemical and biological active sites, providing much improved sensitivity than commercial EIS systems, and the platinum reference electrode and 3.3 mol (M) of potassium chloride ( KCl) solution was shown to be able to operate smoothly as a liquid gate. At a certain voltage, the capacitance of the entire system has been shown to decrease dramatically, which means that the surface of the semiconductor layer is modulated by a platinum reference electrode. The effect of double layer capacitance at high frequencies has been observed to reduce the overall capacitance value.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 ECIS 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an ECIS system using carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, p형 또는 n형 불순물이 주입된 실리콘기판(100), 실리콘기판(100) 상의 실리콘산화막(SiO2, 101), 실리콘산화막(101) 상의 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT, 103)가 박힌 구조의 알루미나 나노틀(102), 알루미나 나노틀(102) 상의 커버층(Cover layer, 104), 커버층(104)이 제공하는 오픈영역(센서영역)을 채우는 전해질용액(Electrolyte, 105), 전해질용액(105)의 전위를 고정시키기 위한 기준전극(106)으로 구성된다. 여기서, 알루미나 나노틀(102) 외측의 실리콘기판(100) 내에는 p형 또는 n형 불순물이 주입된 소스영역(Source, S)과 드레인영역(Drain, D)이 구비된다. 예컨대, 실리콘기판(100)과 소스영역(S) 및 드레인영역(D)에 주입된 불순물에서, p형 불순물은 붕소(Boron) 계열이고, n형 불순물은 인(P) 또는 비소(As)이다.As shown in FIG. 1, a
이와 같이, 전해질용액(105)-다중벽탄소나노튜브(103)-실리콘산화막(101)-실리콘기판(100)이 ECIS 시스템을 구성하는 것이다.In this way, the electrolyte solution 105-the multiwall carbon nanotube 103-the silicon oxide film 101-the
본 발명의 ECIS 시스템은 상용의 EIS(Electrolyte-Insulator-Semiconductor) 시스템과 유사하다. 하지만, 도 1과 같이, 전해질 용액(105)과 실리콘산화막(101) 사이의 계면이 알루미나 나노틀(Al2O3-templete)로 둘러싸인 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled CNT, 103)이다.The ECIS system of the present invention is similar to a commercially available Electro-Insulator-Semiconductor (EIS) system. However, as shown in FIG. 1, the interface between the
그리고, 도 1에서는 전해질용액(105)의 전위를 고정하기 위해 기준전극(Reference electrode, 106)을 사용하고, 전해질 용액(105)은 3.3몰(M) 농도의 염화칼륨(KCl) 용액, 염화나트륨(NaCl) 용액 또는 묽게 희석된 황산(diluted H2SO4) 용액 중에서 선택된 어느 하나의 용액을 사용한다. 이러한 전해질 용액(105)은 커 버층(104) 형성후에 개방된 다중벽 탄소나노튜브(103) 상부에 형성하므로 옆으로 흘러내리지 않고, 더욱이 커버층(104)과 접촉하면서 장력을 가져 흘러내리지 않는다.In addition, in FIG. 1, a
그리고, 전해질용액(105)과 접하는 다중벽 탄소나노튜브(103)의 표면 면적을 한정하고 필요 없는 센서 영역(비센서영역)과 전해질 용액(105)간의 접촉을 방지하기 위해서 커버층(104)을 사용한다. 즉, 커버층(104)은 알루미나 나노틀(102)의 에지(비센서영역)를 덮고 알루미나 나노틀(102)의 중앙부분-센서 영역-을 오픈시키는 구조이다. 이러한 커버층(104)은 포토레지스트(Photoresist), 절연층 또는 폴리머 중에서 선택된 어느 하나를 적용하는데, 바람직하게는 포토레지스트를 이용한다. 여기서, 포토레지스트를 커버층(104)으로 사용하는 것은 포토레지스트가 쉽게 이용할 수 있으면서도 우수한 피복 특성을 제공하기 때문이다. 한편, 커버층(104)이 알루미나 나노틀(102)의 중앙 부분을 덮기 위해서는 알루미나 나노틀(102)의 전면에 커버층(104)을 도포하고 선택적으로 식각하는 공정을 진행한다.The
그리고, 실리콘산화막(101)은 열산화(thermal oxidation)를 통해 형성시킨 것이며, 그 두께는 25nm이다. The
그리고, 기준전극(106)은 백금 또는 Ag/AgCl으로 형성한다.The
이하, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 다중벽 탄소나노튜브의 합성 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of synthesizing multi-walled carbon nanotubes will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 다중벽 탄소나노튜브의 합성 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a method of synthesizing a multi-walled carbon nanotube according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다중벽 탄소나노튜브를 ECIS 시스템에 합성하기 위해서 AAO(Anodic Aluminum oxide) 틀(template), 즉 알루미나 나노틀(Al2O3-template)을 이용한다.The present invention uses AAO (Anodic Aluminum oxide) template (A 2 O 3 -template) to synthesize multi-walled carbon nanotubes in an ECIS system.
이하 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, each step will be described in detail.
도 2a에 도시된 바와 같이, 알루미늄 박판(201)을 산화시켜 다수의 세공(203)을 구비하는 알루미나(202)로 된 알루미나 나노틀(Al2O3-nano template, 200)을 제조한다. 이때, 세공(pore, 203)들이 규칙적으로 배열된 다공성 알루미나 나노틀(200)의 제작을 위해 2단계 양극산화(2-step anodization) 방법을 사용한다.As shown in FIG. 2A, an aluminum
상기 2단계 양극산화 방법은 양극산화(Anodization) 방법을 응용한 것으로, 이를 이용하여 다공성 알루미나 나노틀(200)을 제작하는 경우 균일한 지름의 세공(203)들이 알루미나 나노틀(200)에 수직하게 규칙적으로 배열된다.The two-stage anodization method is an anodization method, and when the
통상적으로 양극산화 방법은 옥살산, 인산 또는 황산 중에서 선택되는 어느 하나의 산 전해질 용액에 얇은 알루미늄박판을 양극 그리고 탄소전극 등을 음극으로 하여 직류를 흘려주는 일종의 전기 분해 방법으로서, 이 때 알루미늄 박판(201)이 산화되어 알루미나(Al2O3, 202)가 되면서 알루미나(202) 내부에 세공(203)이 파지는 것으로 공지되어 있다. In general, anodization is a kind of electrolysis method in which a thin aluminum sheet is used as an anode and a carbon electrode as a cathode in an acid electrolyte solution selected from oxalic acid, phosphoric acid, or sulfuric acid. It is known that the
2단계 양극산화 방법은 얇은 알루미늄 박판(201)을 장시간(10 시간 이상) 동안 양극산화시켜 세공(203)을 판 후 세공(203)을 이루고 있는 산화층(알루미나 층)을 산 용액에 담가 모두 제거하고 다시 첫 번째 양극산화와 같은 조건에서 원하는 깊이의 세공(203)을 파는 방법이다. 여기서, 세공(203)간의 간격은 양극산화 시킬 때 걸어주는 전압에 비례하며, 세공(203)의 깊이는 양극 산화시키는 시간에 비례한다. 세공(203)의 지름은 인산 같은 산이나 수산화나트륨 같은 염기 용액에서 확장할 수 있다.In the two-stage anodization method, the
도 2b에 도시된 바와 같이, 알루미나 나노틀(200)의 세공(203)을 채우는 탄소나노튜브(204)를 성장시킨다.As shown in FIG. 2B, the
여기서, 탄소나노튜브(204)를 성장시키기 전에 알루미나 나노틀(200)의 세공(203)을 확장하는 과정을 수행한다. Here, before the
상기 알루미나 나노틀(200)의 세공(203)을 확장하기 위하여는 상기 알루미나 나노틀(200)을 염기 용액으로 처리하는 방법이 있다. 즉, NaOH 또는 KOH 같은 염기 용액 속에 알루미나 나노틀(200)을 1분 정도의 시간동안 침지시켜 두는 것이다. In order to expand the
염기 용액에 담가 알루미나 나노틀(200)의 세공(203)을 확장하므로써, 세공(203)의 지름이 확장되어 다중벽 탄소나노튜브(204) 성장시 세공(203) 속으로 기체가 원활하게 들어갈 수 있으므로 다중벽 탄소나노튜브(204)의 성장이 촉진된다.By expanding the
상기 세공(203)의 확장 공정은 세공(203)에 침전된 입자를 수소 기체로 환원시키기 전에 실시하거나 혹은 환원시킨 후 세공 확장을 시킬 수 있다.The expansion process of the
본 발명은 탄화수소 기체를 열분해시키는 공정(Thermal Chemical Vapor Deposition)을 진행하여 다중벽 탄소나노튜브(204)를 성장시킨다.In the present invention, a
이러한 다중벽 탄소나노튜브(204)의 성장은 별도의 촉매금속을 세공(203) 내부에 형성하지 않고, 알루미나 나노틀(200)의 알루미나(202)를 촉매로 하여 세공 (203) 속을 채우는 다중벽 탄소나노튜브(204)를 성장시키므로써 다중벽 탄소나노튜브(204)가 알루미나 나노틀(200)에 합성되는 것이다. 이처럼, 촉매금속을 별도로 형성하지 않아도 되므로 제조 공정이 단순하고, 또한 알루미나(202)를 촉매로 이용하므로 세공(203) 속에 다중벽 탄소나노튜브(204)를 균일하게 합성시킬 수 있다.The growth of the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 알루미나 나노틀에 합성된 다중벽 탄소나노튜브의 SEM 사진으로서, 다중벽 탄소나노튜브의 지름은 40nm이고, 길이는 40㎛로 측정되었다.Figure 3 is a SEM photograph of the multi-walled carbon nanotubes synthesized in the alumina nano-frame according to an embodiment of the present invention, the diameter of the multi-walled carbon nanotubes is 40nm, the length was measured to 40㎛.
도 3에 도시된 바와 같이, AAO 기술을 이용하여 다중벽 탄소나노튜브를 합성하므로써 고밀도로 수직 정렬된 다중벽 탄소나노튜브 어레이를 얻을 수 있다.As shown in FIG. 3, multi-walled carbon nanotube arrays are densely and vertically aligned by synthesizing multi-walled carbon nanotubes using AAO technology.
전술한 일련의 공정에 의해 알루미나 나노틀(200)에 다중벽 탄소나노튜브(204)를 합성한 후에는 알루미나 나노틀(200)의 하부에 있는 알루미늄박판(201)을 제거한 후에 다음과 같은 본딩공정(Bonding process)을 진행한다. After synthesizing the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 본딩공정을 도시한 도면으로서, 본 발명은 알루미나 나노틀(Al2O3-template, 200) 속에 있는 다중벽 탄소나노튜브(204)를 실리콘기판(100)과 실리콘산화막(101)의 적층 구조에 결합하여 ECIS 시스템을 제작하기 위해 웨이퍼 본딩(Wafer bonding) 공정을 이용하여 본딩을 진행한다.4 is a view illustrating a bonding process according to an embodiment of the present invention, the present invention is a
본딩 공정은 실리콘산화막(101)의 표면을 친수성(hydrophilic) 표면을 만들기 위한 표면 처리 과정과 진공 중에서 3시간 동안의 기계적 압력과 250℃의 열을 가하여 알루미나 나노틀(200)과 실리콘산화막(101)을 본딩시키는 후열처리(post anneal) 과정으로 구성된다. 이와 같이, 표면처리과정과 후열처리과정의 2단계로 웨이퍼 본딩 공정을 진행하면, 표면 거칠기와 표면의 청결도가 우수하여 본딩의 품질을 향상시킬 수 있다.In the bonding process, the surface of the
위와 같은 본딩 공정이 진행된 표면의 단면 사진이 도 5에 도시되어 있다.A cross-sectional photograph of the surface of the bonding process as described above is shown in FIG. 5.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 알루미나 나노틀/실리콘산화막/실리콘기판의 본딩공정이후 SEM 사진이다.5 is a SEM photograph after the bonding process of the alumina nano-frame / silicon oxide film / silicon substrate according to an embodiment of the present invention.
전술한 바와 같이, 알루미나 나노틀 제작, 다중벽 탄소나노튜브 합성 및 본딩공정을 통해 제작된 ECIS 시스템의 특성은 임피던스분석기(HP4194A Impedance Analyzer)로 측정한다.As described above, the characteristics of the ECIS system manufactured through alumina nanoframe fabrication, multi-wall carbon nanotube synthesis, and bonding process are measured by an impedance analyzer (HP4194A Impedance Analyzer).
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 ECIS 시스템의 C-V(Capacitance-Voltage) 측정 결과를 나타낸 도면으로서, 도 6은 테스트영역(A)을 9mm2으로 하여 측정한 것이고, 도 7은 테스트영역(A)을 1mm2으로 하여 측정한 것이다. 도 6과 도 7에서 가로축은 기준전극에 인가한 기준전극 바이어스이고, 세로축은 ECIS 시스템에서 측정된 캐패시턴스값이다.FIG. 6 and FIG. 7 are graphs showing the results of a capacitance-voltage (CV) measurement of an ECIS system according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a test area A measured at 9 mm 2 , and FIG. 7 is a test. It measures by making area A into 1 mm <2> . 6 and 7, the horizontal axis represents the reference electrode bias applied to the reference electrode, and the vertical axis represents the capacitance value measured in the ECIS system.
도 6에 도시된 바와 같이, 기준전극(106)에 바이어스(Reference electrode bias)를 1MHz로 인가하는 경우에는 마이너스바이어스 및 플러스바이어스에서 모두 캐패시턴스가 0의 값을 보이고, 1kHz로 인가하는 경우에는 마이너스 바이어스에서는 4.0nF의 값을 보이다가 0V 이상에서는 급격히 감소하여 1.0nF의 값을 보이고 있다.As shown in FIG. 6, when the reference electrode bias is applied to the
그리고, 기준전극(106)에 바이어스를 100Hz로 인가하는 경우에는 마이너스바이어스에서는 캐패시턴스가 7.0nF의 값을 보이다가 0V 이상에서는 급격히 감소하여 1.0nF의 값을 보이고 있다.When the bias is applied to the
도 7에 도시된 바와 같이, 기준전극(106)에 바이어스(Reference electrode bias)를 1MHz로 인가하는 경우에 캐패시턴스가 0의 값을 보이고, 1kHz로 인가하는 경우에는 마이너스 바이어스에서는 2.0nF 수준의 값을 보이다가 0V 이상에서는 급격히 감소하여 0.5nF 수준의 값을 보이고 있다.As shown in FIG. 7, when the reference electrode bias is applied to the
그리고, 기준전극(106)에 바이어스를 100Hz로 인가하는 경우에는 마이너스 바이어스에서는 캐패시턴스가 5.5nF 수준의 값을 보이다가 0V 이상에서는 급격히 감소하여 1.0nF의 값을 보이고 있다.When the bias is applied to the
전술한 바와 같은 도 6과 도 7의 결과로부터, 특정한 전압(기준전극에 인가하는 바이어스가 0V)에서 실리콘기판(100)에서의 표면 전위가 조절됨을 확인할 수 있는데, 이것은 전해질용액(electrolyte ,105)이 우수한 성능의 액상게이트(liquid gate)로 동작할 수 있다는 것을 보여준다. 6 and 7 as described above, it can be seen that the surface potential at the
이러한 특성으로부터 본 발명의 ECIS 시스템이 화학적/생물학적 센서 소자로 응용 가능함을 확인할 수 있다. 더욱이, 다중벽 탄소나노튜브(103)의 개방된 끝단은 다양한 분자들 또는 화합물과 결합할 수 있는 많은 활성사이트(Active sites)를 지닌다. 따라서 어떠한 대전된 입자가 이 다중벽 탄소나노튜브(103)의 활성사이트에 결합하면서 실리콘기판(100) 표면의 표면전위를 변화시킬 수 있다. 전체 시스템의 캐패시턴스는 기준전극(106)의 표면에서의 더블층(알루미나 나노틀과 전해질용 액) 캐패시턴스와 실리콘산화막(101)의 캐패시턴스 또는 실리콘기판(100)의 공핍 캐패시턴스(depletion capacitance)의 직렬 조합으로 구성된다. 여기서, 전해질용액(105)과 반도체기판(100)의 저항은 무시할 만하다. From these characteristics it can be confirmed that the ECIS system of the present invention can be applied as a chemical / biological sensor device. Moreover, the open end of the
그리고, 도 6과 도 7의 결과를 비교해 보면, 전체 캐패시턴스가 표면적(테스트영역)에 비례하지 않음을 알 수 있다. 이것은 기준전극(106)의 표면에서의 더블층 캐패시턴스의 영향으로 보인다.6 and 7 show that the total capacitance is not proportional to the surface area (test area). This is seen as the effect of the double layer capacitance on the surface of the
즉, 기준전극(106)의 더블층 캐패시턴스는 같은 주파수 조건 하에서 언제나 동일하다.That is, the double layer capacitance of the
표면 변조(surface modulation)는 적절한 후공정을 통해 소스 영역(S)과 드레인영역(D)을 형성하면 이 구조가 필드효과트랜지스터(Field effect transistor)로 동작할 수 있음을 확인시켜 준다. 통상적으로, 산화막의 캐패시턴스는 주파수 변화에 영향을 받지 않는 것으로 알려져 있다. Surface modulation confirms that the structure can act as a field effect transistor by forming the source region (S) and the drain region (D) through an appropriate post process. Typically, it is known that the capacitance of the oxide film is not affected by the frequency change.
그러나, 도 6과 도 7의 실험 결과에서는 주파수 변화에 영향을 받는다는 사실을 보여둔다. 즉, 1MHz 고주파에서의 주파수 영향을 밝히기 위해 더블층 캐패시턴스(double-layer capacitance)의 주파수 의존성을 고려하고 있다. However, the experimental results of FIGS. 6 and 7 show that the frequency change is affected. In other words, the frequency dependence of double-layer capacitance is considered in order to clarify the frequency influence at 1MHz high frequency.
상술한 제1실시예에서는 다중벽탄소나노튜브(103)가 합성된 알루미나 나노틀(102) 아래에 실리콘산화막(101)과 실리콘기판(100)이 위치하는 구조에 대해 설명하였으나, 본 발명은 다중벽탄소나노튜브가 합성된 알루미나 나노틀 아래에 여러가지 구조가 가능하다.In the first embodiment described above, the structure in which the
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 ECIS 시스템을 도시한 도면이다.8 is a view showing an ECIS system using carbon nanotubes according to a second embodiment of the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, p형 또는 n형 불순물이 주입된 실리콘기판(301), 실리콘기판(301) 상의 실리콘산화막(SiO2, 302), 실리콘산화막(302) 상의 폴리실리콘층(303), 폴리실리콘층(303) 상의 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT, 305)가 합성된 알루미나 나노틀(304), 알루미나 나노틀(304) 상의 커버층(Cover layer, 306), 커버층(306)이 제공하는 오픈영역(센서영역)을 채우는 전해질용액(Electrolyte, 307), 전해질용액(307)의 전위를 고정시키기 위한 기준전극(308)으로 구성된다. 여기서, 알루미나 나노틀(304) 외측의 실리콘기판(301) 내에는 p형 또는 n형 불순물이 주입된 소스영역(Source, S)과 드레인영역(Drain, D)이 구비된다.As shown in FIG. 8, the
도 8에서, 커버층(306)은 포토레지스트(Photoresist), 절연층 또는 폴리머 중에서 선택된 어느 하나를 적용하는데, 바람직하게는 포토레지스트를 이용한다.In FIG. 8, the
그리고, 전해질용액(307)은 3.3몰(M) 농도의 염화칼륨(KCl) 용액, 염화나트륨(NaCl) 용액 또는 묽게 희석된 황산(diluted H2SO4) 용액 중에서 선택된 어느 하나의 용액을 사용한다. In addition, the
그리고, 기준전극(308)은 백금 또는 Ag/AgCl으로 형성한다.The
그리고, 실리콘기판(301)과 소스영역(S) 및 드레인영역(D)에 주입된 불순물에서, p형 불순물은 붕소(Boron) 계열이고, n형 불순물은 인(P) 또는 비소(As)이다.In the impurities implanted into the
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 ECIS 시스템을 도시한 도면이다.9 is a view showing an ECIS system using carbon nanotubes according to a third embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, pn 접합(401), pn 접합(401) 상의 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT, 403)가 박힌 구조의 알루미나 나노틀(402), 알루미나 나노틀(402) 상의 커버층(Cover layer, 404), 커버층(404)이 제공하는 오픈영역(센서영역)을 채우는 전해질용액(Electrolyte, 405), 전해질용액(405)의 전위를 고정시키기 위한 기준전극(406)으로 구성된다. 여기서, pn 접합(401)은 p형 불순물이 도핑된 p형 접합층(401a)과 n형 불순물이 도핑된 n형 접합층(401b)이다.As shown in FIG. 9, a cover layer on the
도 9에서, 커버층(404)은 포토레지스트(Photoresist), 절연층 또는 폴리머 중에서 선택된 어느 하나를 적용하는데, 바람직하게는 포토레지스트를 이용한다.In FIG. 9, the
그리고, 전해질용액(405)은 3.3몰(M) 농도의 염화칼륨(KCl) 용액, 염화나트륨(NaCl) 용액 또는 묽게 희석된 황산(diluted H2SO4) 용액 중에서 선택된 어느 하나의 용액을 사용한다. In addition, the
그리고, 기준전극(406)은 백금 또는 Ag/AgCl으로 형성한다.The
그리고, p형 접합층(401a)에 주입된 p형 불순물은 붕소(Boron) 계열이고, n형 접합층(401b)에 주입된 n형 불순물은 인(P) 또는 비소(As)이다.The p-type impurity injected into the p-
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바에 따른 본 발명의 알루미나 나노틀 제작, 다중벽 탄소나노튜브 합성 및 본딩공정을 통해 제작된 ECIS 시스템은 화학적/생물학적 센서로 응용이 가능한 효과가 있다.ECIS system produced through the alumina nano-frame fabrication, multi-walled carbon nanotube synthesis and bonding process of the present invention as described above has the effect that can be applied as a chemical / biological sensor.
그리고, 본 발명은 높은 반응성을 갖는 다중벽 탄소나노튜브의 끝단을 기능화하여 나노 구조의 높은 감도를 활용할 수 있으므로 성능이 우수한 화학적/생물학적 센서를 구현할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can utilize the high sensitivity of the nano-structure by functionalizing the ends of the multi-walled carbon nanotubes having a high reactivity has the effect of implementing a chemical / biological sensor with excellent performance.
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JP2001153738A (en) | 1999-09-24 | 2001-06-08 | Lucent Technol Inc | Tactile sensor including nanowire and its production method |
JP2004085392A (en) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Fujitsu Ltd | Field effect transistor chemical sensor using elemental carbon linear structure |
JP2004347532A (en) * | 2003-05-23 | 2004-12-09 | Japan Science & Technology Agency | Biosensor |
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