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KR20000064617A - 분자, 적층된 매질 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

분자, 적층된 매질 및 패턴 형성 방법 Download PDF

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KR20000064617A
KR20000064617A KR1019980707313A KR19980707313A KR20000064617A KR 20000064617 A KR20000064617 A KR 20000064617A KR 1019980707313 A KR1019980707313 A KR 1019980707313A KR 19980707313 A KR19980707313 A KR 19980707313A KR 20000064617 A KR20000064617 A KR 20000064617A
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molecule
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unit
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제임스 케이 김쥬스키
토마스 융
래토 알 슐리틀러
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포만 제프리 엘
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

본 발명은 기판(4)에 부착될 수 있고 상이한 안정 형태(18) 또는 준안정 형태(19) 사이에서 변화될 수 있는 분자에 관한 것이다. 이들 형태(19)중 하나 이상이 기판(4) 주위에서 형성되고/되거나 안정화된다. 본 발명은 또한 이러한 분자를 포함하는 적층된 매질; 상기 분자를 제어된 방식으로 변화시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. 적층된 매질은 석판 용도, 데이터 기록 매체, 두 매체 사이의 전자 이동의 조장기의 레지스트로서 이용할 수 있다. 상기 방법은 적층된 매질에서 패턴을 형성시키고 검색하는데 사용할 수 있다.

Description

분자, 적층된 매질 및 패턴 형성 방법
지난 40년동안 컴퓨터 기술의 급작스런 발전은 3개의 기본적인 하드웨어 요소인 저장 장치, 프로세서, 디스플레이의 비할바 없는 발전에 의해 가속화되었다. 3개 분야 전체에서, 표면 구조화의 기술 과학은 필수적으로 중요하다. 성능, 신뢰성, 생산성의 개선을 추구할 뿐만 아니라 소형화와 집적화를 추구하는 경향은 점점 표면과 인터페이스의 분자 또는 원자 수준까지로의 향상된 제어를 필요로 한다.
최근에, 집적 회로와 기억 장치에 대한 디자인 규정은 매우 작아져서 가장 중요한 통상적인 구조화 기술중 일부는 이들의 주된 한계에 가까워졌다. 표준 광학 석판술은 예컨대 자외선의 경우에 약 140㎚에 이르는 대략 반파장보다 긴 치수로 제한된다. 현재의 발광 다이오드가 800 내지 1000㎚ 파장의 적색 광을 발산하므로 CD-ROM의 비트 사이즈는 약 0.5마이크론으로 제한된다. 분명히, 디자인 규정을 더 감소시키기 위해서는 새로운 기술이 필요하다.
디스플레이 기술에 있어서, 평면 패널 디자인의 경향은 픽셀(pixel) 요소의 매트릭스-어드레싱가능한 큰 어레이를 점점 필요로 한다. 여기서, 기술적 문제는 소형화가 아니라 에너지 효율, 생산량, 비용이다. 현재, 액정 디스플레이(LCD)는 평면 패널 기술에서 중요한 역할을 하고 있다. LCD 셀은 전압을 적절히 적용시켜서 광 전송도를 변경시킨다. 박막 트랜지스터(TFT) 어레이가 개별 LCD 셀을 켜고 끌 수 있는 경우에 우수한 콘트라스트(contrast)가 얻어진다. 그러나, 이러한 설계는 비용이 많이 들고 이에 상응하게 TFT-LCD는 비싸다. 또한, LCD는 일반적으로 백색 광의 여과로부터 발생되는 상이한 색의 외부 광원에 의해 조광되어야 하므로 낮은 에너지 효율을 갖는다. 이러한 단점으로 인해, 디스플레이 산업은 LCD 기술의 가능한 대체 방법에 크게 관심을 갖고 있다.
발광 다이오드(LED)는 LCD보다 에너지 면에서 더욱 효율적이나 현재에는 이용가능한 LED가 대규모 디스플레이 패널에 사용하기에는 너무 고가이다. 따라서, 상기 분야에서 현재 연구개발 활동은 저가의 대량 생산 가능성을 갖고 있는 유기 LED(OLED)에 특히 집중되고 있다. OLED의 디자인과 특성에 대한 개요는 시츠(J.R.Sheats), 안토니아디스(H.Antoniadis), 훼센(M.Hueschen), 레오나드(W.Leonard), 밀러(J. Miller), 문(R.Moon), 로이트만(D.Roitman), 스톡킹(A.Stocking)의 문헌["Organic Electroluminescent Devices", Science, Vol. 273, p.884, 1996]에서 찾을 수 있다. 대체로, OLED는 금속과 투명 반도체 전극 사이에 끼어있는 중합체 층으로 이루어져 있다. 현재, OLED의 주요 결점은 환경과의 화학적 상호작용, 전극 물질에서의 중합체의 전자 특성의 불량한 매치로 인해 요구되는 매우 높은 에너지에서의 전자 방출로 인한 붕괴로 야기되는 짧은 수명이다.
그러나, 전극/중합체 인터페이스에 인접한 분자를 변경시키므로써 전자 방출능에 영향을 줄 수 있다. 하란(A.Haran), 왈덱크(D.H.Waldeck), 나만(R.Naaman), 문즈(E.Moons), 카헨(D.Cahen)은 문헌["The Dependence of Electron Transfer Efficiency on the Conformational Order in Organic Monolayers", Science, Vol.263, pp948-950, 1994]에서 예컨대 규소 전극으로부터 전해질 수용액으로의 전자 이동(ET) 과정에 대한 옥타데실트리클로로실란(OTS) 분자 단층의 영향을 기재하고 있다.
OTS 층은 가열에 의해 한 형태에서 다른 형태로 변화(switching)될 수 있다. 상이한 형태는 일부 분자 결합을 굽히거나 굴곡시켜서 발생하는 일정 분자의 상이한 모양에 상응한다.
본 발명자들은 전류-전압 특징이 OTS 분자의 적용 범위도에 좌우될 뿐만 아니라 그 형태에도 좌우됨을 발견하였다. 한 예에서, 층이 한 형태에서 다른 형태로 변형될 때에 0.2V 전압에서 역전류는 4.5㎂에서 0.2㎂로 변하였다.
소형 구조체의 제어 제조에 대한 연구는 최근 수년동안 주사 프로브 현미경(SPM)의 성공에 의해 크게 영향을 받았다. SPM의 뾰족한 프로브 말단은 원자 또는 원자에 근사한 해상도로 샘플 표면 구조에서의 변화를 관측할 수 있을 뿐만 아니라 유사한 규모로 표면을 변경시키는데 사용할 수 있음이 다양한 실례에서 확인된다. 융(T.A.Jung), 슐리틀러(R.R.Schlittler), 김쥬스키(K.Gimzewski), 탕(H.Tang), 조아킴(C.Joachim)의 문헌[Science, Vol. 271, p181, 1996]에 의해 예컨대 SPM 말단의 영향하에서 위치 변화없이 개별 분자가 정해진 새로운 고정 위치로 이동하고/하거나 변경될 수 있음이 증명되었다. 이러한 연구중에 분자 가요성이 상기 조작에 중대한 역할을 하는 것이 발견되었다.
기판상의 고정되어 정돈된 분자층은 랑무어-블라젯(Langmuir-Blodgett; LB) 또는 자동 어셈블링된 단층(SAM) 필름을 형성하거나, 공동의 자동 어셈블리에 적용되거나, 승화에 의하거나 형태의 적층 성장에 의해 침착되는 분자에 의해 발생한다.
분자는 (준)안정 배향 및/또는 이들을 구성하는 상이한 단위체의 위치를 특징으로 하는 상이한 형태로 존재할 수 있다. 이들 분자의 상이한 단위체는 개별 원자, 또는 다른 단위체의 원자보다 서로에 더 강하게 결합된 원자의 분자형 하위 단위체로 이루어진다. 개별 단위체간의 연결은 종종 단위체의 상대적인 회전 이동의 축으로서 작용할 수 있는 단일 분자 결합이다. 상이한 형태간의 변화는 일반적으로 단위체의 상기와 같은 회전 재배치를 포함한다. 상기 단위체로 구조화된 분자는 유기 화학에서 표준물이다.
발명의 요약
본 발명은 특정한 단일 분자; 분자 어셈블리; 새로운 형태의 레지스트로서 또는 각종 분자 장치에서 데이터 저장을 위해 기판에 대한 인터페이스에서의 단일 분자층의 용도를 다루고자 한다. 작동 원리는 접촉 기판과 함께 분자내 기능성 디자인을 고려하여 형성되는 분자 형태 사이의 변화이다. 더욱 구체적으로, 접촉 기판의 적절한 특성을 고려한 분자의 기능적 디자인에 의해 야기되는 분자의 쌍안정성을 이용한다. 제시된 양태는 양성 레지스트 용도, 음성 레지스트 용도, 초고밀도 저장을 포함한다.
또한, 본 발명은 분자 특성, 특히 전자 이동과 광자 방출성을 어드레싱하고 변화시키기 위한 방법을 제공한다.
분자를 한 형태로부터 다른 형태로 변화시키는 활성화 에너지와 메카니즘은 분자 구조, 내부 가요성, 분자의 기판과의 전체적인 상호작용에 따라 선택될 수 있다. 분자/기판 시스템은 변화하기 위한 가능한 퍼텐셜 장벽이 열 에너지(kT)(여기서 T는 신뢰성 조작의 온도를 나타낸다)보다 충분히 높을 때에 선택적으로 조절된다.
분자는 기존 방법을 사용하여 합성할 수 있다. 기판 표면에서 분자의 부동화는 마이크로 단위의 제조 도구, 나노 단위의 제조 도구, 선택적인 추가의 프로세싱을 위한 방법을 사용할 수 있게 한다. 새로운 레지스트 형태로서 분자층중 분자의 용도는 나노미터 단위의 패턴을 형성시킬 수 있다. 개시된 분자, 적층된 매질, 방법은 광범위한 용도를 가능하게 하고 다른 기존의 연구 방법과의 다양한 결합을 가능하게 한다.
제시된 양태는 레지스트 용도, 초고밀도의 저장, 디스플레이 용도를 포함한다. 본 발명은 기판상에서의 위치를 어드레싱시키고, 분자 특성, 특히 기판에 대한 부착도와 전자 이동 효율을 변화시키고 검색하는 방법을 제공한다.
개시된 분자 종류에 속하는 매우 다양한 분자와 개시되어 있는 다양한 방법은 광범위한 용도를 가능하게 하고 다른 기존의 연구 방법과의 결합을 가능하게 한다.
본 발명은 상이한 형태로 기판 표면에 부착될 수 있는 분자; 이 분자를 한 형태에서 다른 형태로 바꾸므로써 이 분자층을 패턴화시키는 방법; 석판술, 데이터 저장 및 디스플레이 기술에서의 상기 패턴화된 층의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어 있으며 실시예에 의해 하기에서 더욱 상세히 설명된다.
도 1a는 제 1 안정 형태의 중심 단위체, 주변 단위체를 갖는 분자이다.
도 1b는 제 2 안정 형태의 중심 단위체, 주변 단위체를 갖는 분자이다.
도 1c는 상이한 안정 형태의 분자 3개, 철필(stylus)을 갖는 기판이다.
도 2a는 제 1 안정 형태의 4개의 동일한 단위체를 갖는 분자이다.
도 2b는 제 2 안정 형태의 4개의 동일한 단위체를 갖는 분자이다.
도 3은 Cu-테트라-(3,5-디3급-부틸-페닐)포르피린(Cu-TBP-포르피린)의 구조식이다.
도 4a는 특정한 배치 좌표에 대해 자유 공간(점선 곡선)에 있는 분자의 위치 에너지와 기판 표면과 인접해 있는(실선 곡선) 분자의 위치 에너지이며, 새로운 퍼텐셜 우물이 기판 주위에서 형성된다.
도 4b는 특정한 배치 좌표에 대해 자유 공간(점선 곡선)에 있는 분자의 위치 에너지와 기판 표면과 인접해 있는(직선) 분자의 위치 에너지이며, 여기서 기존의 퍼텐셜 우물은 기판 주위에서 증가된다.
도 5a는 SPM 말단을 사용하여 선택 영역에서 적층된 매질의 분자를 한 형태에서 다른 형태로 변화시키는 배치를 나타낸다.
도 5b는 스탬프를 사용하여 선택 영역에서 적층된 매질의 분자를 한 형태에서 다른 형태로 변화시키는 배치를 나타낸다.
도 5c는 전기 작동기를 사용하여 선별 영역에서의 적층된 매질의 분자를 한 형태로부터 다른 형태로 변화시키는 배치를 나타낸다.
도 6a 내지 6e는 변화될 수 있는 부착가능한 분자의 불완전한 단층으로 기판 표면을 구조화시키는 방법의 연속 단계를 나타낸다.
도 7a 내지 7e는 변화될 수 있는 부착가능한 분자의 완전한 단층으로 기판 표면을 구조화시키는 방법의 연속 단계를 나타낸다.
도 8a는 본원에서는 STM 말단인 이동가능한 철필에 의해 적층된 매질의 분자 형태를 검색하는 배치를 나타낸다.
도 8b는 도 8a에 따른 배치에서 말단이 적층된 매질의 표면을 따라 이동할 때 터널 전류의 변화도를 나타낸다.
도 9는 전자 방출 조장기로서 작용하는 것중 하나인, 2개의 상이한 형태로 존재하는 변화가능한 부착가능한 분자를 갖는 적층된 매질을 갖는 OLED를 나타낸다.
본 발명은 외부 영향에 의해 분자 형태를 개별적으로 또는 일정 영역내에서 결정하고 변화시키는 여러 안정 형태 또는 준안정 형태의 존재와, 변화가능한 분자의 기판으로의 고정을 결합시킨 것이다.
상이한 단위체의 적절한 결합은 한 형태에서 특정 용도의 필요조건에 부합되지만 다른 형태에서는 매우 다른 분자를 고안하게 한다. 여러 변형을 거칠 수 있는 기술적으로 중요한 특성중에는 화학적 활성, 전기 전도성, 색상, 분자 치수, 기판에 대한 부착 강도가 있다. 역으로, 이러한 변화는 각종 검색 기술에 의해 특정 분자의 형태 또는 이러한 분자의 적층된 매질 형태를 확인하는데 사용할 수 있다. 이러한 분자의 상이한 형태는 배치 좌표에 대한 분자/기판 시스템의 퍼텐셜 에너지의 최소치로서 한정된다. 2개 변형 사이의 각 전이에 대한 적절한 배치 좌표를 한정하여서 상기 좌표의 함수로서 도시할 때에 위치 에너지는 둘 이상의 특징적인 최소치를 가질 수 있다. 상기 최소치의 위치와 깊이는 각각 열 들뜨기(thermal exitation) 및/또는 외부 영향하에 상기 형태에서 단위체의 구조적 어레이와 이들의 안정성을 결정한다. 가장 깊은 최소치는 분자의 안정한 형태에 상응한다. 다른 형태 모두는 준안정성이다. 상응하는 에너지 최소치, 그 인접값 사이의 에너지 장벽이 실온에서 25meV인 열 에너지에 비교되기에 충분할 정도로 큰 경우에, 분자는 영원히 준안정 형태로 존재할 수 있다.
형태 변화를 유발시킬 수 있는 외부 영향은 예컨대 커다란 스위치; 다른 변형의 기저상태로 붕괴시킬 수 있는, 여기 상태로 상승시키는 광 조사 또는 전자 조사; 열 들뜨기 또는 터널링(tunneling)으로 인해 분자를 다른 형태로 바꾸는 정도로 특정 에너지 장벽의 높이 및/또는 너비를 낮추는 전기장의 적용과 같은, 분자를 상이한 형태로 갑작스럽게 바꿀수 있는 정도로 변형시키는 기계적 힘이다. 하기에서, "형태"란 외부 영향에 의해 변화될 수 있는 분자 형태만을 의미한다.
본 발명의 목적은 상이한 형태로 기판에 부착될 수 있으며 상기 형태중 하나 이상이 기판 표면에 근접하여 발생하고/하거나 안정화되는 분자 종류를 제공하는 것이다. 또한, 상기 분자는 구조화 수단에 의해 가해지는 외부 영향에 의해 이들 형태중 둘 이상 사이에서 변화될 수 있다.
예를 들면, 초고의 진공에서 (100)-배향된 Cu 결정 표면상에 새롭게 침착된 Cu-테트라-(3,5-디-3급-부틸-페닐)포르피린(Cu-TBP-포르피린) 분자는 자유 분자와 매우 유사한 형태로 있다. 이 형태에서, 분자의 주변 단위체는 중심 단위체의 평면에 수직으로 배향되고 중심 단위체는 기판 표면으로부터 충분히 멀리 있어서 상호작용력에 거의 영향을 받지 않는다. 그러나, STM의 말단에 의해 아래로 가압될 때, 중심 부분은 인력(여기서는 접착력)으로 인해 기판쪽으로 강하게 끌려서 말단이 제거되어도 상기 제 2 상태로 남는다. 이러한 Cu-TBP-포르피린/기판 시스템은 자유 분자와는 대조적으로 쌍안정성이다.
Cu-TBP-포르피린이 한 예인 제 1항의 독립항에 따른 분자는 상이한 단위체로 이루어지며 물리적 부착 및/또는 화학적 결합 형성에 의해 기판에 부착될 수 있다. 이는 이들 분자가 기판의 표면을 따라 자유롭게 이동할 수 있더라도 분자의 위치가 하나 이상의 방향으로 고정되는 이점을 갖는다. 기판은 변화 도중에 분자에 가해지는 힘의 균형을 맞출 수 있거나, 분자가 전기장에 노출되는 경우에는 전극으로 작용할 수 있는 추가의 이점을 갖는다. 제 1항에 따른 분자의 다른 특징은 형태중 하나가 기판의 존재하에서만 안정하다는 것이다. 구체적으로, 기판과 상기 단위체 사이의 인력은 제 1 형태에서는 무시할정도로 작지만 제 2 형태에서는 강하도록 단위체중 하나가 변화 도중에 기판에 대한 위치를 바꾸어서 변화후에는 단위체가 기판 표면에 근접하고 안정하게 부착된다. 이는 단지 자유 공간에서 한 형태로 존재하는 분자가 기판에 부착될 때에 쌍안정성이 될 수 있으며, 따라서 후에 기재되는 상이한 용도에 대해 사용될 수 있는 이점을 갖는다. 기판과의 갑작스런 인력 변화는 분자가 기판-지배 형태에서 완전히 부동성이지만 다른 형태에서는 기판 표면을 따라 이동할 수 있거나 이와 반대로 되는 이점을 갖는다.
청구항 제 2항에 따른 분자는 하나 이상의 형태로 기판상의 특정 위치에 고정되어 검색화 또는 구조화 수단에 의해 개별적으로 어드레싱(addressing)될 수 있는 이점을 갖는다. 특히, 구조화 수단은 분자를 선택할 수 있으며 이를 한 형태에서 다른 형태로 변화시킨다. 분자의 고정화는 또한 특정한 분자의 형태 또는 이러한 분자 다수의 형태가 부분적으로 또는 개별적으로 검색 수단에 의해 결정될 수 있는 추가의 이점을 갖는다.
청구항 제 3항에 따른 분자는 디스플레이 장치 또는 기록/기억 장치에서의 용도를 가능하게하는 두 형태 사이에서 앞뒤로 반복적으로 변화될 수 있는 이점을 갖는다.
청구항 제 4항에 따른 분자는 투명하여 충분히 실현가능한 디자인 개념에 따라 제조되는 이점을 갖는다. 중심 단위체는 관찰가능한 물리적 특성과 화학적 특성을 조정하는 동시에 하나 또는 여러 주변 단위체가 분자의 전체적인 구조를 한정하고/하거나 중심 단위체를 가능하게 보호하고/하거나 분자를 기판에 연결시키는 "가교(leg)"를 형성할 수 있도록 디자인될 수 있다. 제 4항에 따른 분자의 추가적인 유리한 특징으로서, 중심 단위체를 직립으로부터 측방향 위치로 기울이므로써 기판으로부터 중심 단위체의 거리가 변화 과정에서 변할 수 있다. 그 결과, 분자는 제 1 형태에서는 기판 표면을 따라 이동할 수 있으나, 제 2 형태에서는 완전히 고정된다. 제 1 형태에서 분자는 용매에 의해 쉽게 제거될 수 있으며 제 2 형태에서보다 큰 높이를 갖는다. 분자의 전자 상태의 특징은 두 형태에서 상당히 다를 수 있다. 따라서, 분자의 형광성과 같은 광학 특성은 두 형태에서 갑작스럽게 변할 수 있다.
제 1항 내지 제 4항에 따른 변화가능한 부착가능한 분자의 많은 예상 용도는 개별 분자의 크기보다 (훨씬) 큰 영역에 걸친 적용 범위, 제어 및/또는 변형을 필요로 한다. 따라서, 본 발명의 제 2 목적은 제 1항 내지 제 4항에 따르는 분자를 포함하는 적층된 매질을 제공하는 것이다.
청구항 제 5항에 따르는 완전한 단층 형태의 적층된 매질은 아래에 놓인 기판을 효과적으로 보호하는 조밀한 필름을 형성하는 이점을 갖는다. 반면에, 제 5항에 따르는 불완전한 단층은 기판의 일부를 노출시켜서 적층된 매질을 제거하지 않아도 매질을 변경시키므로 상기 부분에 접근할 수 있는 이점을 갖는다.
청구항 제 6항에 따르는 적층된 매질은 분자가 임의의 형태로 고정된 위치에 있는 이점을 갖는다. 이는 분자가 재현가능하게 어드레싱되므로 정보 운반체 또는 가역적인 변화 요소로서 사용되는 용도에서 유리하다.
청구항 제 7항에 따르는 적층된 매질은 불완전한 단층 분자가 열 들뜨기에 의해 측방향 위치를 연속적으로 바꿀 수 있는 이점을 갖는다. 따라서, 기판의 일부는 분자에 의해 영구적으로 덮혀있지 않아서 상기 부분이 일정 기간동안 환경에 노출되므로 이 기간동안 변경 수단에 의해 공격을 받을 수 있다. 반면에, 분자가 완전한 단층을 형성하는 형태에서는 기판 표면이 주위 영향으로부터 영구적으로 차단된다.
청구항 제 8항에 따른 적층된 매질은 기판으로부터 또는 기판으로의 전자 이동, 적층된 매질상의 매질로부터 또는 매질로의 전자 이동을 규제하는 부분적 전기 스위치로서 분자가 작용할 수 있는 이점을 갖는다. 상기 변화는 한 형태에서는 기판으로부터 또는 기판으로의 전자 방출을 용이하게 하지만, 다른 형태에서는 상기 방출에 불리한 적층된 매질에서 분자중 전자 함량을 정렬시키므로써 가능해진다.
청구항 제 9항에 따른 용도는 적층된 매질의 OLED로의 결합에 의해 구조화 수단에 의해 방출능을 켜고 끌 수 있는 전자 방출층이 제공되므로 적층된 매질의 중요한 용도이다. 구조화 수단은 예컨대 OLED의 2개 전극에 적용되는 짧은 전압 펄스에 제공될 수 있다. 또는, 예컨대 압전 발생된 압력 펄스는 변화를 발생시킬 수 있다. 변화가능한 전자 방출층의 기능은 현재 활성 LCD에서 사용되는 박막 트랜지스터와 유사하다.
청구항 제 5항 내지 제 9항에 따르는 적층된 매질의 많은 예상 용도는 상기 적층된 매질 및/또는 아래에 놓인 기판에 미리 결정된 패턴을 발생시키는 것이 필요하다. 따라서, 본 발명의 제 3 목적은 유리한 방식으로 상기 패턴을 허용하는 방법을 제공하는 것이다.
청구항 제 10항 내지 제 13항은 적층된 매질, 선택적으로는 아래에 놓인 기판을 구조화시킬 수 있는 상이한 변형 방법을 개시한다.
청구항 제 14항 내지 제 17항은 예컨대 커다란 스위치; 다른 변형의 기저상태로 붕괴시킬 수 있는, 여기 상태로 올리는 광 조사 또는 전자 조사; 열 들뜨기 또는 터널링으로 인해 분자를 다른 형태로 바꾸는 정도로 특정 에너지 장벽의 높이 및/또는 너비를 낮추는 전기장의 적용과 같은, 상이한 형태로 갑작스럽게 바꿀수 있는 정도로 분자를 변형시키는 기계적 힘과 같은 하나 또는 여러 외부 영향을 부분적으로 또는 제어가능한 방식으로 가하므로써 패턴을 형성시키는 방법을 기재하고 있다.
청구항 제 10항에 따른 방법은 분자가 한 형태로 있는 영역, 분자가 다른 형태로 있는 다른 영역으로 이루어진 적층된 매질내에 미리 결정된 패턴을 형성시킬 수 있는 이점을 갖는다. 적층된 매질은 유리하게는 모든 분자가 본래 모두 동일한 형태로 있는 방식으로 제조된다. 이어서, 다른 형태로 전환시킬 영역은 제 1 단계에서 적절한 구조화 수단에 의해 선택될 수 있고 제 2 단계에서 그 영향하에 노출될 수 있다.
청구항 제 11항에 따른 방법은 한 형태로 있는 분자가 기판으로부터 선택적으로 제거되어서, 기판이 적층된 매질로 덮혀있는 영역과 기판 표면이 덮혀있지 않은 다른 영역으로 이루어진 미리 결정된 패턴을 남겨놓는 이점을 갖는다. 용매 또는 습윤 에칭제 또는 무수 에칭제일 수 있는 제 1 분자-제거 수단이 상기 목적으로 사용된다.
청구항 제 12항에 따른 방법은 제 10항, 선택적으로는 제 11항에 따라 처리된 기판 표면을 기판 표면중 보호되지 않은 부분을 공격하는 변경 수단에 노출시키므로써 패턴 형상으로 구조화할 수 있는 이점을 갖는다. 변경 수단은 기판 표면의 보호되지 않은 영역으로부터 물질을 제거하거나, 상기 영역에 물질을 침착시킬 수 있다. 이러한 가공 단계는 제 7항에 따른 적층된 매질이 기판에 변형 매질을 접근시키므로 상기 매질이 사용되는 경우에 선택적이다.
청구항 제 13항에 따른 방법은 적층된 매질의 유지물로부터 제거되어 기판 표면에 미리 결정된 패턴을 남기는 이점을 갖는다. 적층된 매질의 일부이거나 일부이었던 분자를 전부 제거할 수 있는 제 1 분자-제거 수단인 용매 또는 습윤 에칭제 또는 무수 에칭제일 수 있는 제 2 분자-제거 수단이 상기 목적에서 사용될 수 있다. 완전한 제거는 예컨대 집적 회로 전기 소자의 제조에서 요구되는 기판을 추가로 가공할 수 있는 이점을 갖는다.
청구항 제 14항에 따른 이동가능한 유도 철필에 의한 패턴 형성은 기판상의 적층된 매질중 매우 작은 부분이 선택될 수 있고 변화될 수 있는 이점을 갖는다. 이로 인해 기판상에서 상응하게 작은 구조체를 찾아낼 수 있다. 패턴 형태가 기판을 따르는 철필 경로의 재프로그래밍화에 의해 자유롭게 변할 수 있는 것이 본 발명의 추가의 이점이다. 철필의 외부 영향은 예컨대 기계적 압력 또는 전기장 노출 또는 전기빔 노출 또는 광자빔 노출을 포함한다. 따라서, 패턴 형성의 방법은 특히 예컨대 연구 개발의 시험에서 큰 가요성을 필요로하는 용도에 적합하다.
청구항 제 15항에 따른 스탬프에 의한 패턴 형성은 큰 단순화의 이점을 갖는다. 특히, 매우 복잡한 구조체를 갖는 경우에도 전체 패턴을 동시에 발생시킬 수 있다. 또한 상기 패턴은 다량으로 쉽게 재현될 수 있다. 따라서, 패턴 형성의 방법은 예컨대 기억 매체로서 제 6항에 따른 적층된 매질을 사용하는 컴팩트 디스크형 기억 고정 장치 운반체 등의 대량 생산에 특히 적합하다.
청구항 제 16항에 따른 작동기 어레이에 의한 패턴 형성은 패턴 형성기, 즉 작동기 어레이가 기판에 대해 고정된 위치에 있을 수 있는 이점을 갖는다. 패턴 형태는 활성화시킬 어레이 요소를 적절히 어드레싱시키므로써 자유롭게 변형할 수 있는 것이 본 발명의 다른 이점이다. 또한, 다수 요소의 평행 배향으로 인해 특히 기계적 이동이 필요하지 않으므로 프로세싱 속도가 빨라진다. 따라서, 패턴 형성 방법은 빈번하고 가역적인 패턴 변화를 필요로 하는 용도, 예컨대 기록/기억 장치 또는 디스플레이 장치에서 변화 요소로서 사용될 때에 특히 적합하다.
어레이의 요소는 전극, 또는 압전 막대, 또는 셔터를 갖는 조명 세공과 같은 광원일 수 있다. 전극은 적층된 매질의 분자를 부분적으로 전기장 또는 전기빔에 노출시키는 이점을 갖는다. 압전 막대는 기계적 압력을 가할 수 있거나 적층된 매질에 충격파를 보낼 수 있는 이점을 갖는다. 광원은 적층된 매질의 분자를, 새로운 형태로 붕괴시킬 수 있는 여기된 전자 상태로 만들 수 있는 이점을 갖는다.
청구항 제 17항에 따른 조명 또는 입자 빔 장치에 의한 패턴 형성은 시판중인 석판 기술을 패턴 형성에 사용할 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 청구항 제 14항 내지 제 17항에 따른 여러 방법을 유리한 방식으로 결합시킬 수 있는데, 예컨대 패턴화 과정에서 보다 많은 작업처리량을 위해 SPM 말단의 어레이를 사용할 수 있다.
청구항 제 18항에 따른 패턴 검색은 일정 영역의 분자 형태가 패턴 형성에 사용되는 동일한 수단을 사용하여 결정될 수 있는 이점을 갖는다. 이는 형성된 패턴이 즉석에서 가능하게 보정될 수 있는 가능한 오차에 대해 조절될 수 있는 추가의 이점을 갖는다. 다른 주요한 이점은 적층된 매질이 기억 매체로서 사용되는 경우에 판독 과정에서 필요로하는 기존 패턴의 형상을 결정할 수 있는 능력이다.
하기에서 본 발명의 다양한 예시적인 양태를 기재하였다.
도 1a는 중심 단위체인 제 1 단위체(1), 주변 단위체인 제 2 단위체(3)로 이루어진 분자를 도식적으로 나타낸다. 제 1 단위체(1)은 연결부(2)에 의해 제 2 단위체(3)에 연결된다. 제 2 단위체(3)는 제 2 인력(5)에 의해 기판(4)에 부착된다. 분자는 중심 단위체(1)와 주변 단위체(3)가 서로에 대해 직각으로 배향되어 있는 제 1 형태(18)로 있다. 이 배향은 연결부(2)의 지향성과 관련하여 에너지 면에서 유리하다. 중심 단위체(1)는 기판(4)으로부터 일정 거리에 위치하며, 여기서 중심 단위체(1)상의 기판(4)에 의해 가해진 짧은 범위의 부착력인 제 1 인력(6)은 작아서 도시되어 있지 않다. 제 2 인력(5)으로 인한 분자와 기판(4) 사이의 상호작용은 기판 표면의 바로 근처에 있는 주변 단위체(3)의 부분으로 제한된다. 따라서, 제 1 형태(18)는 자유 공간 또는 용액에서 분자의 안정 형태와 거의 동일하다.
도 1b에서, 주변 단위체(3)가 측방향으로 기울어져서 중심 단위체(1)가 기판 표면(4)에 더욱 가까이 있는 제 2 형태(19)에 상기 분자가 있다. 이때에 중심 단위체(1)는 기판(4)을 향한 강한 인력(6)의 영향하에 있다. 중심 단위체(1)의 위치는 연결부(2)를 기울여서 발생하는 추가의 인력(6)과 회복력의 균형을 조절하여 결정된다. 제 2 형태(19)는 분자가 자유 공간 또는 용액에 있을 때에는 존재하지 않는다. 경사각은 상기 분자의 적절한 좌표 배치로서 사용될 수 있다.
도 1c는 SPM 말단인 철필(7)의 영향하에 분자를 제 1 형태(18)로부터 제 2 형태(19)로 변화시키는 변형을 도식적으로 나타낸 것이다. 분자는 기판(4)상에 분자의 완전한 단층(15)을 포함하는 적층된 매질의 일부이다. SPM 말단(7)은 분자상에 기계적 압력 등을 가하여서 선택된 분자를 변화시킨다.
도 2a와 도2b는 2개 형태(18, 19)의 다른 분자 형태를 나타낸다. 분자는 4개의 연결부(2)에 의해 선택된 쇄에 서로 연결된 제 1 단위체(1), 제 2 단위체(3), 2개의 제 3 단위체(8)로 이루어진다. 본원에서 4개의 단위체(1,3,8)는 조성면에서는 동일하다. 도 2a는 연결부(2)의 경사진 형상이 분자에게 에너지 면에서 유리하므로 단위체(1,3,8)가 변형된 사각형 형상으로 배치된 제 1 형태(18)로 있는 분자를 나타낸다. 제 2 단위체(3)는 제 2 인력(5)을 통해 기판(4)에 부착된다. 다른 단위체(1,8)는 기판(4)으로부터 멀리 떨어져서 상당한 인력을 가질 수 없다.
도 2b는 제 1 단위체(1), 제 2 단위체(3)가 기판(4)에 평편하게 놓여있고, 제 3 단위체(8)가 제 1 단위체(1), 제 2 단위체(3)의 위에 놓여있는 제 2 형태(19)의 분자를 나타낸다. 제 1 단위체(1)와 제 2 단위체(3)는 각각 기판(4)에 의해 가해진 인력(5, 6)을 갖는다. 제 3 단위체(8)는 응집력(9)에 의해 단위체(1,3)쪽으로 끌린다. 이러한 제 2 형태(19)의 분자 형상은 연결부(2)의 강한 변형을 의미한다. 생성된 탄성력은 인력(6)과 응집력(9)에 의해 균형을 이룬다. 연결부(2)의 경사각중 하나가 상기 유형의 분자에 대한 적절한 배치 좌표로서 선택될 수 있다.
도 3은 Cu-테트라(3,5-디3급-부틸-페닐)포르피린(Cu-TBP-포르피린)의 구조식을 나타낸 것이며, 상기 분자는 도 1에 따른 2개 형태(18, 19)로 기판(4)상에 존재할 수 있다. 중심 단위체(1)는 Cu-포르피린 부분이다. 주변 단위체(3)는 4개의 부틸-페닐기이다. 연결부(2)는 각각 중심 단위체(1)와 주변 단위체(3)의 탄소원자 간의 지향성 분자 결합으로 이루어진다. 주변 단위체(3)는 이들 탄소-탄소 축 주위에서 회전할 수 있으며, 평균 경사각은 상기 분자의 적절한 배치 좌표이다.
도 1a에 도시된 바와 같이 제 1 변형(18)에서 주변 단위체(3)는 탄소-탄소 축 주위에서 90° 각도로 드로잉 평면 밖으로 회전된다. 따라서, 주변 단위체(3)는 탄소-탄소 축에 대한 주변 단위체(3)의 공간 연장으로 제공되는 거리를 너머 중심 단위체(1)가 기판(4)에 접근하지 않게 한다. 도 1b에 도시된 바와 같이 제 2 형태(19)에서 주변 단위체(3)는 드로잉 평면에 거의 평행하게 배향되어 제 1 단위체(1)와 기판(4)이 밀접하게 접촉된다.
도 4a와 도 4b는 각각 도 1과 도 2에 도시된 2개 분자의 에너지 퍼텐셜(E)을 각각의 적절한 배치 좌표(φ)의 함수로서 개략적으로 나타낸 것이다. 점선 곡선(10)과 실선 곡선(12)은 각각 자유 공간에 있는 분자, 기판(4)에 인접한 분자의 퍼텐셜을 나타낸다. 도 4a에서 점선 곡선(10)은 하나의 퍼텐셜 최소치(11)와 2개의 퍼텐셜 최대치(14)를 갖는 반면 실선 곡선(12)은 3개의 퍼텐셜 최소치(하나는 보다 높은 퍼텐셜 최소치(11)를 갖고 두 개는 보다 낮은 퍼텐셜 최소치(13)를 갖는다)를 갖는다.
도 4a에서 점선 곡선(10)의 하나의 퍼텐셜 최소치(11)는 자유 공간에서 에너지 면에서 유리한 단 하나의 배향, 즉 제 1 형태(18)의 배향이 있음을 나타낸다. 기판(4)에 부착될 때에, 2개의 추가적인 퍼텐셜 최소치(13)는 기판(4)과 중심 단위체(1) 사이의 제 1 인력(6)으로부터 발생된다. 최소치(13)는 위치 에너지의 최대치(14)에 있으므로 자유 분자에 대해 가장 불리한 적절한 배치 좌표(φ)의 값에서 얻어진다. 최소치(13)는 제 2 형태(19)에 상응한다. 여러개의 퍼텐셜 최소치(13)가 존재함은 둘 이상의 안정한 또는 준안정한 형태 사이에서 분자를 변화할 수 있음을 보여준다.
도 2에 도시된 유형의 분자의 경우, 자유 공간에서의 안정 형태는 도 2a에 도시된 것이다. 도 2b의 형태는 또한 응집력(9) 때문에 주로 가능하다. 생성된 퍼텐셜 곡선(10)은 도 4b의 점선 곡선으로 도시되며, 따라서 자유 공간에서 제 2 최소치(13)가 얕은 것을 제외하고는 동일하지 않은 최소치(11, 13)를 이미 갖는다. 따라서, 열 들뜨기는 장기간동안 분자가 상응하는 형태로 남아있지 않게 한다. 기판(4)은 제 1 인력(6)으로 인해 제 2 형태를 안정화시킨다. 이는 도 4b에서 실선 곡선(12)의 깊은 최소치(13)로 표현된다.
도 5a 내지 도 5c는 기판(4)상의 완전한 단층(15)으로 배치된 변화가능한 분자를 갖는 적층된 매질, 미리 결정된 영역에서 분자를 선택적으로 변화시키므로써 패턴이 형성되는 3개의 배치를 나타낸다. 상기 분자는 제 1 형태(18)로부터 제 2 형태(19)로 변화된다. 2개 형태(18, 19)는 도면에서 각각 "H", "/-/" 부호로 표시된다.
도 5a는 예를 들어 SPM 말단일 수 있는 철필(7) 사용에 의한 패턴 형성을 나타낸다. 단층(15)에 가까운 거리에서 철필(7)의 수평 이동은 접촉된 분자를 제 1 형태(18)로부터 제 2 형태(19)로 변화시킨다. 제 1 형태(18)에서 미리 결정된 영역을 보존하기 위하여, 철필(7)은 이들 선택된 영역위를 이동하는 동안 철회될 수 있다.
도 5b는 돌출 부분(21)을 갖는 스탬프(20)를 사용하는 패턴 형성을 나타낸다. 단층(15)의 미리 결정된 영역을 변화시킨다. 돌출 부분(21)은 단층(15)의 영역중 분자를 제 1 형태(18)로부터 제 2 형태(19)로 변화시키는 기계적 압력을 적층된 매질의 영역에 가한다.
도 5c는 개별 작동기(31)를 갖는 작동기 어레이(30)를 사용하는 패턴 형성을 나타낸다. 단층(15)의 미리 결정된 영역은 단층(15) 분자를 제 1 형태(18)로부터 제 2 형태(19)로 변화시키는 전기장에 노출된다. 변화하려는 영역은 개별 작동기(31)를 전압 공급선(33)에 연결시킨는 전기 스위치(32)에 의해 선택된다. 전압 공급선(33)은 기판(4)에 연결되는 제 2 전압 공급선(34)에 대해 전압(Us)으로 유지된다.
도 6a 내지 6e와 도 7a 내지 7e는 석판 공정에서 기판(4) 표면을 패턴화시키기 위한 변화가능한 부착가능한 분자 단층의 용도를 나타낸다. 이 용도에서, 단층(15)은 레지스트 기능을 갖는다.
도 6a 내지 6e는 도 1의 "H"형 형태의 분자와 같이 기판(4)에 단단히 부착된 두 형태(18, 19)의 분자로 이루어진 완전한 단층(15)을 포함하는 적층된 매질에 필요한 상이한 단계를 나타낸다.
도 6a와 6b는 분자를 제 1 형태(18)로부터 제 2 형태(19)로 전환시키는 도 5에 도시된 배치중 하나를 이용하여 패턴화시키기 전과 후에 기판(4) 상면위의 분자 단층(15)을 나타낸다. 도 6c에 도시되어 있는 다음 단계에서, 제 1 형태(18)의 분자는 제 1 분자-제거 수단으로 제거된다. 이어서, 도 6d에 도시된 바와 같이 기판(4)은 제 2 형태(19)로 유지된 분자와 함께, 기판(4)의 덮혀있지 않은 영역을 선택적으로 공격하는 변형 수단(42)에 노출된다. 도 6d에서 도시된 바와 같이 에칭 깊이를 정하는 원하는 변형 정도에 이르면, 변형 수단(42)으로부터 적층된 매질을 제거하므로써 변형 과정이 중지되고 분자 단층(15)의 유지물은 도 6e에 도시된 바와 같이 제 2 분자-제거 수단으로 제거되어 기판 표면상에 토포그래피(topography) 패턴을 남긴다.
도 7a 내지 7e는 이동성이고 기판(4)상에 불완전한 단층(15)을 형성하는 제 1 형태(18)의 분자로 본래 이루어진 단층(15)에 적용할 수 있는 또 다른 석판 과정을 나타낸다. 제 1 형태(18)의 분자와 기판(4) 사이의 제 2 인력(5)은 기판(4)을 따라 분자를 열 이동시키기에는 충분히 작아서 기판 일부가 일시적으로 분자에 의해 덮히지 않는다.
도 7a 내지 7b는 분자를 제 1 형태(18)로부터 제 2 형태(19)로 전환시키는 도 5에 도시된 배치중 하나를 사용하여 패턴화시키기 전과 후에 기판(4) 상면위의 분자 단층(15)을 나타낸다. 이러한 제 2 형태(19)에서 분자는 인력(5,6)에 의해 결합되어 기판(4)위에 평편하게 놓인다. 상기 분자는 제 2 형태(19)에서 미리 결정된 영역상에서 기판(4)을 완전히 덮는다.
도 7c에 도시된 다음 단계에서, 2개 형태(18,19)의 분자 단층(15)을 갖는 기판(4)은 제 1 형태(18)의 분자가 기판 표면상에 떠있는 기판(4)의 영역을 선택적으로 공격하는 변형 수단(42)에 노출시킨다. 열적으로 유도된 분자의 이동으로 인해, 변형 수단(42)은 제 1 형태(18)의 분자가 위치한 영역내에 있는 모든 곳에 도달한다. 제 1 형태(18)의 분자는 기판(4)에 단지 느슨하게 결합되어 있으므로 변형 수단(42)에 의해 기판(4)으로부터 제거될 수 있다. 그러나, 제 2 형태의 분자는 기판(4)이 변형되지 않게 한다. 상기 변형은 물질-제거 단계일 필요는 없으나, 차단 마스크로서 제 2 형태의 분자를 사용하여 임의의 원하는 물질층을 성장시키는 등의 물질 추가 단계일 수 있다.
상기 방법의 추가의 단계는 도 6a 내지 도 6e에 도시된 제 1 과정과 동일하여, 변형 수단(42)을 제거시켜서 에칭 과정을 중지시키고 제 2 형태(19)의 분자를 또한 제거시킨다. 실제로 상기 2개 과정의 유일한 차이점은 도 6b에 도시된 제 1 형태로 유지된 단층(15) 부분의 제거 단계이다. 이 경우에 제 1 형태(18)의 분자가 기판(4) 표면상에서 이동성이므로 변형 수단(42)에 의해 기판(4)의 공격을 영구적으로 방지하지 않으므로 상기 단계는 제 2 과정에서 필요하지 않다.
도 8a는 기억 매체로서 기판(4)상의 2개 형태(18,19)를 갖는 단층 형태의 부착가능한 변화가능한 분자를 갖는 적층된 매질의 용도를 나타낸다. 정보는 다양한 형태(18,19)로 저장된다. 형태(18,19)는 크기, 전기 저항, 반사율, 투과율, 자기 특성 등에 영향을 미칠 수 있으므로, 적층된 매질의 영역중 이들 특성의 하나 또는 여러개를 교대로 사용하여 기억된 정보를 검색할 수 있다. 패턴은 도 5에 도시된 배치중 하나를 사용하여 형성, 즉 기록될 수 있다. 패턴으로 저장된 정보를 검색을 목적으로 주사 터널링 현미경(STM)의 말단인 철필(7)은 근접하게, 바람직하게는 일정 거리에서 단층(15)을 따라 이동한다.
도 8b는 터널 전류(It) 대 시간(t)의 도식을 나타낸다. 전극의 터널링 가능성이 말단 정점하의 분자 형태(18,19)에 민감하게 좌우되므로 터널 전류는 2개의 상이한 값 사이에서 변한다. 비트 값인 "1"과 "0"은 터널 전류(It)의 2개의 상이한 값으로 쉽게 배당될 수 있다.
도 9는 2개 형태(18,19)의 단층(15)을 포함하는 적층된 매질을, 지금까지 알려진 OLED와 다르게 결합시킨 OLED의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다. OLED의 다른 요소는 위에서 아래로 투명 전극(60), 연속적인 발광 중합체 층(61), 전도성 기판(4)이다. 기판(4)과 투명 전극(60)은 전압 공급선(33,34)을 통해 전압(Us)에 연결된다.
도면은 또한 기판으로부터 방출되는 전자(62)와 중합체 층(61)으로부터 방출되는 광자(63)를 나타낸다. 기판(4)은 투명 전극(60)에 대해 전자-방출 역전극으로서 작용한다. 중합체 층(61)으로 방출되는 전자는 광자(63)를 방출하므로써 에너지를 잃는다. 방출 확률은 중합체 층(61); 기판(4) 사이의 인터페이스의 특성, 즉 단층(15)의 전자 이동(ET) 수용능에 민감하게 좌우된다. 전자 이동(ET) 수용능은 분자의 전자 상태의 특성에 의해 결정된다. 분자의 전자 상태의 특성은 분자의 상이한 형태(18,19)에서 상이하다. 따라서, 단층(15) 분자의 적절한 디자인은 각 분자를 제 1 형태(18)로부터 제 2 형태(19)로 바꾸므로써 상기한 OLED를 매우 효율적인 발광 상태로부터 어두운 상태로 변화시키거나 이와 반대로 변화시킬 수 있다. 형태(18,19) 사이의 변화는 짧은 전압 펄스를 적용시키는 등의 도 5에 기재된 배치를 갖는 방법과 유사하게 이루어질 수 있다. 전극(4,60)의 적절한 구조화는 전자 이동(ET) 수용능을 턴온, 턴오프시키며, 따라서 OLED의 미리 결정된 영역에서 발광을 턴온, 턴오프시킨다. 이러한 수용능은 활성 LCD에서 박막 트랜지스터 스위치와 유사한 기능을 제공하면서 OLED의 디스플레이 용도에서 유용할 수 있다.
본 발명은 분자가 여러 단위체(1,3)로 분리될 수 있는 것을 근거로 한다고 요약될 수 있다. 단위체(1,3)는 전자 오빗트(2)를 결합시키는 등에 의해 다소 가요적으로 연결된다. 단위체(1,3)는 서로에 대해 상이한 배향으로 안정하게 또는 준안정하게 배치될 수 있으며, 상이한 배향은 분자의 상이한 형태(18,19)에 해당한다. 안정한 배향은 상이한 형태(18,19)에 대한 배치 좌표 또는 좌표 특징에 대하여 분자의 위치 에너지의 최소치로 제공된다. 분자는 상이한 형태(18,19)중 하나 이상으로 바람직한 기판(4) 표면에 안정하게 부착된다. 변화는 서로 및/또는 기판(4)에 대해 단위체(1,3)의 상대, 회전 및/또는 병진 이동을 포함할 수 있다.
제시된 예인 데이터 저장, 석판술, 분자의 전자 수송, 광전자 장치로부터의 발광과 관련한 분자 형태의 변화에 덧붙여, 형태가 일반적으로 분자 시스템의 임의의 물리적 특성과 화학적 특성을 결정함을 지적하는 것이 중요하다. 따라서, 분자 형태의 디자인, 집적화, 어드레싱에 대한 본 방법은 대부분의 다른 물리적 탐지 메카니즘과 화학적 탐지 메카니즘과 결합될 수 있다. 전술된 도구와 방법은 서로 결합될 수 있으며, 기능적인 나노 단위 구조의 탐지 또는 어셈블리를 위한 다른 기술과 결합될 수 있다. 특히, 상기 기법은 캔틸레버(cantilever)-함유 센서, 진동 리이드 자력계, NMR, ESR, 면역센서, 파형 가이드 광센서, 회절 광센서, 단광자 탐지/단분자 분광계 장치와 같은 임의의 감지 방법과 결합될 수 있다. 또한, 선택적인 특성은 개시된 안을 이용하여 제어/변화될 수 있다. 일반적으로 임의의 화학적 기능, 예컨대 발색성, 광크롬 활성, 전자크롬 활성, 촉매 활성, 효소 활성, 약물 활성, 선택적 반응성, 스핀 라벨링, 면역 활성, NMR 라벨링, 호르몬은 형태상의 변화/활성화와 가능하게 결합한다. 유기 초전도체에서 초전도성의 패턴화 또는 제어; 또는 한 형태에서는 덮혀있고 다른 형태에서는 일부 반응물에 노출되는 라디칼 등에 의해 제공되는 선택적 화학 반응성의 제어; 또는 전술한 예의 범위를 넘는 층의 자기 특성과 전기 특성(예: 층 자기, 광학 반사율)의 변화가 예로 포함된다. 고안된 형태 시스템의 혼합물은 특수한 특성을 노출시키는데 이용할 수 있다. 한 형태에서 불활성 형태로 가려있는 특수한 반응성의 전술된 예를 이용하여, 상이한 반응 전구체를 특수하게 집적화시킬 수 있다. 상기 예에서 구체적으로 언급한 집적 기술 이외에, 입자 빔과 광학 석판술 뿐만 아니라 스탬핑, 형태를 여기시키기 위한 다른 기술, 어셈블리와 집적화가 접촉력과 같은 용도를 입증한다. 또한, 화학적 자동-어셈블리 기술(LIGA), 석판상 기능적 구조체를 집적시키기 위한 모든 응용 연구 수단, 응용된 "완전" 집적 기술이 사용될 수 있다. 임의의 기록 매체가 저장 매체로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 임의의 저장 메카니즘을 사용할 수 있다.

Claims (18)

  1. 하나 이상의 연결부(2)에 의해 서로에 연결되는 둘 이상의 단위체(1,3)를 포함하고 기판(4)에 부착될 수 있고 상기 기판(4) 및/또는 서로에 대해 단위체(1,3)의 상이한 배치로 구별되는 둘 이상의 상이한 안정 형태(18) 또는 준안정 형태 사이에서 외부 영향하에 변화될 수 있으며(switchable), 이때
    제 1 형태(8)에서 상기 기판(4)에 부착될 때에 상기 단위체(1,3)중 제 2 단위체(3)와 기판(4) 사이의 제 2 인력(5)에 의해 기판(4)쪽으로 끌리며, 상기 단위체(1,3)중 제 1 단위체(1)는 기판(4)에 대해 기판(4)과의 사이에서의 제 1 인력(6)이 제 2 인력(5)과 비교하여 무시될 수 있는 위치를 갖고, 제 2 형태(19)에서 제 1 단위체(1)가 제 1 인력(6)에 의해 기판(4)에 결합되는 위치를 갖는 것을 특징으로 하는 분자.
  2. 제 1항에 있어서,
    기판(4)상의 분자 위치가 형태(18,19)중 하나 이상으로 고정되는 것을 특징으로 하는 분자.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제 1 형태(18)와 제 2 형태(19) 사이에서 가역적으로 변화될 수 있는 것을 특징으로하는 분자.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 단위체(1)가 분자에서 중심 위치를 갖고 제 2 단위체(3)가 상기 제 1 단위체(1)에 이동가능하게 연결된 하나 이상의 주변 단위체를 포함하는 분자.
  5. 기판(4)상에 완전한 단층 또는 불완전한 단층(15) 형상으로 배치된, 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 따른 분자 다수를 포함하는 적층된 매질.
  6. 제 5항에 있어서,
    분자가 변화하는 동안에도 기판(4)상의 고정된 위치에서 두 형태(18,19) 모두로 유지되는 것을 특징으로하는 적층된 매질.
  7. 제 5항에 있어서,
    형태(18,19)중 하나 이상으로 있는 분자가 기판(4)을 따라 이동가능하고 상기 분자가 열 들뜨기(thermal excitation)로 인해 기판(4)을 따라 연속적으로 이동하여 상기 기판(4)의 영역이 일시적으로 덮혀있지 않게 되고 상기 형태(18,19)중 다른 하나 이상으로 존재하는 분자가 기판상의 고정된 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 적층된 매질.
  8. 제 5항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서,
    기판(4)이 전기 전도성이고, 형태(18,19)중 하나에서 분자가 기판(4)의 수용능을 보조하여 인접한 비금속성 매질내로 전자를 방출시키고 형태(18,19)중 다른 하나의 형태에서 전자 방출능이 보다 작은 것을 특징으로하는 적층된 매질.
  9. 제 8항에 있어서,
    적층된 매질의 분자 형태(18,19) 사이에서의 변화에 의해 발광능이 다양한 효율 사이에서 변화될 수 있는 유기 발광 다이오드의 전자 방출 전극의 적어도 일부인 것을 특징으로하는 적층된 매질.
  10. 제 1단계에서 적층된 매질의 일정 영역을 선택하고; 제 2 단계에서 선택된 영역의 분자를 한 형태(18,19)에서 다른 형태(18,19)로 변화시키는 구조화 수단에 상기 선택된 영역을 노출시키는 것을 특징으로하는
    제 5항 내지 제 9항중 어느 한 항에 따른 적층된 매질에서 미리 결정된 패턴을 형성시키는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    제 3단계에서 한 형태(18,19)의 분자를 제 1 분자-제거 수단으로 제거시키는 것을 특징으로하는, 미리 결정된 패턴의 형성 방법.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    이전 단계후에 패턴화 마스크로서 기판(4)상의 고정 위치에 유지되는 분자를 사용하여 다음 단계에서 기판(4)을 패턴화시키는 것을 특징으로하는, 미리 결정된 패턴의 형성 방법.
  13. 제 10항 내지 제 12항중 어느 한 항에 있어서,
    마지막 단계에서 제 2 분자-제거 수단을 사용하여 기판(4)으로부터 분자를 제거시키는 것을 특징으로하는, 미리 결정된 패턴의 형성 방법.
  14. 제 10항 내지 제 13항중 어느 한 항에 있어서,
    분자 형태의 변화 기능을 수행하고, 형성시킬 패턴 형상에 상응하는 경로에서 적층된 매질을 따라 이동할 수 있는 하나 이상의 철필(7)을 구조화 수단으로서 사용하는 것을 특징으로하는, 미리 결정된 패턴의 형성 방법.
  15. 제 10항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서,
    분자 형태의 변화 기능을 수행하고, 형성시킬 패턴에 따라 구조화되는 돌출부(21)를 포함하는 하나 이상의 스탬프(20)를 구조화 수단으로서 사용하는 것을 특징으로 하는, 미리 결정된 패턴의 형성 방법.
  16. 제 10항 내지 제 15항중 어느 한 항에 있어서,
    분자 형태의 변화 기능을 수행하고, 패턴을 형성시키기 위해 적층된 매질 주위에 또는 적층된 매질과 접촉하도록 배치되며 개별적으로 활성화되는 하나 이상의 작동기 어레이(30)를 구조화 수단으로서 사용하는 것을 특징으로하는, 미리 결정된 패턴의 형성 방법.
  17. 제 10항 내지 제 16항중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 조명 장치 또는 입자빔 장치를 구조화 수단으로서 사용하는 것을 특징으로하는, 미리 결정된 패턴의 형성 방법.
  18. 제 14항 내지 제 17항중 어느 한 항에 따른 구조화 수단을 검색 수단으로서 사용하는 것을 특징으로하는,
    제 5항 내지 제 9항중 어느 한 항에 따른 적층된 매질, 또는 기판에서 패턴을 검색하는 방법.
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