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KR20100051591A - Porous particles and methods of making thereof - Google Patents

Porous particles and methods of making thereof Download PDF

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KR20100051591A
KR20100051591A KR1020097024739A KR20097024739A KR20100051591A KR 20100051591 A KR20100051591 A KR 20100051591A KR 1020097024739 A KR1020097024739 A KR 1020097024739A KR 20097024739 A KR20097024739 A KR 20097024739A KR 20100051591 A KR20100051591 A KR 20100051591A
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KR
South Korea
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porous
particles
substrate
particle
layer
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020097024739A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
마우로 페라리
쉬에우 리우
밍-청 청
Original Assignee
보드 오브 리전츠 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
더 오하이오 스테이트 유니버시티 리서치 파운데이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US11/836,004 external-priority patent/US20080311182A1/en
Application filed by 보드 오브 리전츠 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템, 더 오하이오 스테이트 유니버시티 리서치 파운데이션 filed Critical 보드 오브 리전츠 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
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Abstract

본 발명은 제1 다공질 영역, 및 상기 제1 다공질 영역과 상이한 제2 다공질 영역을 포함하는 입자를 제공한다. 또한, 습식 에칭된 다공질 영역을 갖고 습식 에칭과 연관된 핵생성층을 갖는 입자가 제공된다. 다공질 입자의 제조 방법 또한 제공된다.The present invention provides particles comprising a first porous region and a second porous region different from the first porous region. Also provided are particles having a wet etched porous region and having a nucleation layer associated with the wet etch. Also provided are methods of making porous particles.

Description

다공질 입자 및 이의 제조 방법{POROUS PARTICLES AND METHODS OF MAKING THEREOF}POROUS PARTICLES AND METHODS OF MAKING THEREOF}

연방 정부 보조된 연구 또는 개발에 관한 언급Reference to federally assisted research or development

미국 정부는 본 발명의 완납된 특허권을 가지며, 제한된 상황에서 국방부로부터 허여된 승인 번호 W81XWH-04-2-0035 및 NASA로부터 허여된 계약 NNJ06HE06A와 관련하여 제공되는 바와 같은 합당한 조건에 대하여 타인에게 특허권을 허용해 줄 것을 본 특허 소유자에게 요구할 수 있는 권리를 가진다. 상기 정부는 본 발명에서 특정 권리를 가진다.The U.S. Government has the full patent rights of the present invention and, in limited circumstances, grants patent rights to others on reasonable terms as provided in connection with grant number W81XWH-04-2-0035 granted by the Department of Defense and contract NNJ06HE06A granted by NASA. You have the right to ask this patent owner to grant you permission. The government has certain rights in this invention.

배경 기술Background technology

본 원은 일반적으로 나노기술, 구체적으로 다공질 입자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present application generally relates to nanotechnology, in particular porous particles, and methods of making the same.

관련 기술의 설명Description of the related technology

다공질 입자, 예컨대 다공질 규소 입자 및 다공질 실리카 입자는 약물 전달 캐리어로서 사용되는 것을 비롯한 다수의 용도를 가진다. 예를 들어, 다공질 규소 입자 및 이의 제조 방법이 하기 문헌에 개시되어 있다: US 특허 6,355,270호 및 6,107,102호; US 특허 공개 2006/0251562호; Cohen et al., Biomedical Microdevices 5:3, 253-259, 2003; Meade et al., Advanced Materials, 2004, 16(20), 1811-1814; Thomas et al. Lab Chip, 2006, 6, 782-787; Meade et al., phys. stat. sol. (RRL) 1(2), R71-R-73 (2007); Salonen et al. Journal of Pharmaceutical Sciences 97(2), 2008, 632-653; Salonen et al. Journal of Controlled Release 2005, 108, 362-374.Porous particles such as porous silicon particles and porous silica particles have many uses, including those used as drug delivery carriers. For example, porous silicon particles and methods for their preparation are disclosed in the following documents: US Pat. Nos. 6,355,270 and 6,107,102; US Patent Publication 2006/0251562; Cohen et al., Biomedical Microdevices 5: 3, 253-259, 2003; Meade et al., Advanced Materials, 2004, 16 (20), 1811-1814; Thomas et al. Lab Chip, 2006, 6, 782-787; Meade et al., Phys. stat. sol. (RRL) 1 (2), R 71-R-73 (2007); Salonen et al. Journal of Pharmaceutical Sciences 97 (2), 2008, 632-653; Salonen et al. Journal of Controlled Release 2005, 108, 362-374.

새로운 유형의 다공질 입자 및 이의 새로운 제조 방법이 필요하다.There is a need for new types of porous particles and new methods of preparation thereof.

발명의 개요Summary of the Invention

한 실시양태는 외부 표면에 의해 정의되는 바디를 포함하는 입자이며, 여기서 상기 바디는 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역(이는 공극 밀도, 공극 크기, 공극 형태, 공극 전하, 공극 표면 화학적 성질 및 공극 배향으로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 특성에서 제1 영역과 상이함)을 포함한다.One embodiment is a particle comprising a body defined by an outer surface, wherein the body comprises a first porous region and a second porous region (which is pore density, pore size, pore morphology, pore charge, pore surface chemistry and porosity). Different from the first region in at least one property selected from the group consisting of orientations).

또다른 실시양태는 복수의 입자를 포함하는 조성물이며, 여기서 상기 복수의 각각의 입자는 외부 표면에 의해 정의되는 바디를 포함하고, 여기서 상기 바디는 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역(이는 공극 밀도, 공극 크기, 공극 형태, 공극 전하, 공극 표면 화학적 성질 및 공극 배향으로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 특성에서 제1 영역과 상이함)을 포함한다.Another embodiment is a composition comprising a plurality of particles, wherein each of the plurality of particles comprises a body defined by an outer surface, wherein the body comprises a first porous region and a second porous region (which is a pore density). Different from the first region in at least one property selected from the group consisting of pore size, pore shape, pore charge, pore surface chemistry and pore orientation.

또다른 실시양태는 외부 표면에 의해 정의되는 바디를 포함하는 입자이며, 여기서 상기 바디는 습식 에칭된 다공질 영역을 포함하고, 여기서 상기 입자는 습식 에칭과 연관된 핵생성층을 포함하지 않는다.Another embodiment is a particle comprising a body defined by an outer surface, wherein the body comprises a wet etched porous region, wherein the particle does not comprise a nucleation layer associated with wet etching.

또다른 실시양태는 각각 외부 표면에 의해 정의되는 바디를 갖는 복수의 입자를 포함하는 조성물이며, 여기서 상기 바디는 습식 에칭된 다공질 영역을 포함하고, 여기서 상기 입자는 습식 에칭과 연관된 핵생성층을 포함하지 않는다.Another embodiment is a composition comprising a plurality of particles each having a body defined by an outer surface, wherein the body comprises a wet etched porous region, wherein the particles comprise a nucleation layer associated with wet etching. I never do that.

또다른 실시양태는 표면을 갖는 기재를 제공하는 단계; 상기 기재에 제1 다공질층을 형성하는 단계; 상기 기재 상에 1 이상의 입자를 패턴 처리하는 단계; 상기 기재에 제1 다공질층보다 큰 공극률을 보유하는 제2 다공질층을 형성하는 단계; 및 상기 기재로부터 패턴 처리된 1 이상의 입자를 방출시키는 단계로서, 제2 다공질층을 붕괴시키고, 여기서 상기 방출된 1 이상의 입자는 제1 다공질층의 적어도 일부를 함유하는 단계를 포함하는 다공질 입자의 제조 방법이다. 또다른 실시양태는 표면을 갖는 기재를 제공하는 단계; 습식 에칭을 통해 상기 기재에 제1 다공질층을 형성하는 단계; 상기 습식 에칭과 연관된 핵생성층을 제거하는 단계; 상기 기재의 표면 상에 1 이상의 입자를 패턴 처리하는 단계; 상기 지재로부터 패턴 처리된 1 이상의 입자를 방출시키는 단계로서, 방출된 1 이상의 입자는 제1 다공질층의 적어도 일부를 함유하는 단계를 포함하는 다공질 입자의 제조 방법이다.Another embodiment includes providing a substrate having a surface; Forming a first porous layer on the substrate; Patterning one or more particles on the substrate; Forming a second porous layer on the substrate, the second porous layer having a larger porosity than the first porous layer; And releasing the patterned one or more particles from the substrate, disrupting the second porous layer, wherein the released one or more particles contain at least a portion of the first porous layer. It is a way. Another embodiment includes providing a substrate having a surface; Forming a first porous layer on the substrate through wet etching; Removing the nucleation layer associated with the wet etch; Patterning one or more particles on the surface of the substrate; Releasing the patterned one or more particles from the substrate, wherein the released one or more particles contain at least a portion of the first porous layer.

도면의 간단한 설명Brief description of the drawings

도 1(A)-(B)는 전자연마를 통해 기재로부터 입자를 방출시키는 것을 포함하는 다공질 입자의 제조 방법을 개략적으로 예시한다.1 (A)-(B) schematically illustrate a method for producing porous particles comprising releasing particles from the substrate via electropolishing.

도 2(A)-(B)는 방출 다공질층의 형성을 통해 기재로부터 입자를 방출시키는 것을 포함하는 다공질 입자의 제조 방법을 개략적으로 예시한다.2 (A)-(B) schematically illustrate a method of making porous particles comprising releasing the particles from the substrate through the formation of the release porous layer.

도 3은 기재 상의 다공질층의 형성이 입자의 패턴 처리에 앞서는 것인 다공질 입자의 제조 방법을 개략적으로 예시한다.3 schematically illustrates a method for producing porous particles in which formation of a porous layer on a substrate precedes pattern processing of the particles.

도 4는 기재 상의 다중 다공질층의 형성이 입자의 패턴 처리에 앞서는 것인 다공질 입자의 제조 방법을 개략적으로 예시한다.4 schematically illustrates a method for producing porous particles in which formation of multiple porous layers on a substrate precedes pattern processing of the particles.

도 5는 기재 상의 입자의 패턴 처리가 다중 다공질층의 형성에 앞서는 것인 다공질 입자의 제조 방법을 개략적으로 예시한다.5 schematically illustrates a method of producing porous particles in which the patterning of the particles on the substrate precedes the formation of the multiple porous layer.

도 6은 다공질 규소 입자 1.2 μm의 저면도의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다. 삽입된 사진은 상기 입자의 중앙 영역에서의 ∼30 nm 공극의 확대도를 나타낸다.FIG. 6 is a scanning electron microscope (SEM) image of a bottom view of porous silicon particles 1.2 μm. FIG. The inset photograph shows an enlarged view of ˜30 nm pores in the central region of the particles.

도 7은 타원형 단면을 갖는 3 μm 규소 입자의 평면도의 SEM 이미지이다.7 is an SEM image of a top view of 3 μm silicon particles having an elliptical cross section.

도 8은 반구형 형태를 갖는 3.1 μm 입자의 SEM 이미지이다. 삽입된 사진은 < 10 nm 공극을 갖는 입자 중 하나의 표면의 상세도를 나타낸다.8 is an SEM image of 3.1 μm particles having a hemispherical shape. The inset shows details of the surface of one of the particles with <10 nm pores.

도 9A-C는 핵생성층이 있는 다공질 규소 필름(도 9A-B) 및 핵생성층이 없는 다공질 규소 필름(도 9C)의 SEM 이미지를 나타낸다.9A-C show SEM images of the porous silicon film with the nucleation layer (FIGS. 9A-B) and the porous silicon film without the nucleation layer (FIG. 9C).

도 10은 규소 RIE 에칭에 의해 형성된 500 nm의 트렌치를 갖는 3.2 마이크론의 규소 입자의 SEM 이미지를 나타낸다.FIG. 10 shows an SEM image of 3.2 micron silicon particles with a 500 nm trench formed by silicon RIE etching.

도 11은 규소 에칭에 의해 형성된 1.5 μm의 트렌치를 갖는 규소 입자의 SEM 이미지를 나타낸다.FIG. 11 shows an SEM image of silicon particles with a 1.5 μm trench formed by silicon etching.

도 12는 규소 입자의 2개의 SEM 이미지를 나타내며, 왼쪽 이미지는 핵생성층이 있는 이미지를 나타내는 반면, 오른쪽 이미지는 핵생성층이 RIE에 의해 제거된 입자를 나타낸다.12 shows two SEM images of silicon particles, the left image showing the image with the nucleation layer, while the right image shows the particles from which the nucleation layer was removed by RIE.

도 13은 길이방향에 따라 2개의 상이한 다공질 영역을 갖는 규소 입자의 SEM 단면 이미지이다.13 is an SEM cross-sectional image of silicon particles having two different porous regions along the length direction.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

본 원에서 그 전체로 모두 참조 인용되는 하기 문헌은 본 원을 이해하는 데 유용할 수 있다:The following documents, which are incorporated by reference in their entirety herein, may be useful for understanding the present text:

(1) 2007년 10월 25일자로 공개된 PCT 공개 WO 2007/120248호; (1) PCT Publication WO 2007/120248 published October 25, 2007;

2) US 특허 출원 공개 2003/0114366호; 2) US Patent Application Publication 2003/0114366;

3) 2006년 12월 20일자로 출원된 US 특허 출원 11/641,970호;3) US patent application Ser. No. 11 / 641,970, filed December 20, 2006;

4) 2007년 10월 10일자로 출원된 US 특허 출원 11/870,777호;4) US patent application Ser. No. 11 / 870,777, filed Oct. 10, 2007;

5) 2008년 2월 20일자로 출원된 US 특허 출원 12/034,259호;5) US Patent Application 12 / 034,259, filed February 20, 2008;

6) 문헌[Tasciotti et al., Nature Nanotechnology, vol. 3, 151-158, 2008].6) Tasciotti et al., Nature Nanotechnology, vol. 3, 151-158, 2008].

정의Justice

달리 명시되지 않는 한, 단수 표현은 1 이상을 의미한다.Unless otherwise specified, a singular expression means one or more.

'나노공극' 또는 '나노공극들'은 평균 크기가 1 마이크론 미만인 공극을 의미한다.'Nano voids' or 'nano voids' means pores whose average size is less than 1 micron.

'생분해성'이란 생리학적 매질에서 용해되거나 분해될 수 있는 물질, 또는 생리학적 효소에 의한 생리학적 조건 및/또는 화학적 조건 하에 분해될 수 있는 생체적합성 중합체 물질을 의미한다.By "biodegradable" is meant a material that can be dissolved or degraded in a physiological medium, or a biocompatible polymer material that can be degraded under physiological and / or chemical conditions by physiological enzymes.

'생체적합성'이란 살아있는 세포에 노출되는 경우에 세포에 바람직하지 않는 영향, 예컨대 세포 생존 주기 변화; 세포 증식률 변화, 및 세포독성 영향을 유발시킴 없이 세포의 적절한 세포 작용을 지원하게 되는 물질을 의미한다.'Biocompatibility' refers to undesirable effects on cells when exposed to living cells, such as cell survival cycle changes; By a substance that will support the proper cellular action of the cell without causing a change in cell proliferation rate, and cytotoxic effects.

'마이크로입자'란 명시되는 바와 같이 최대치수가 1∼1000 마이크로미터인, 또는 일부 실시양태에서 1∼100 마이크론인 입자를 의미한다. '나노입자'란 최대 치수가 1 마이크론 미만인 입자를 의미한다.By "microparticle" is meant a particle having a maximum dimension of 1 to 1000 micrometers, or in some embodiments 1 to 100 microns, as specified. 'Nanoparticles' means particles having a maximum dimension of less than 1 micron.

본 발명자는 새로운 공극 입자 및 공극 입자의 새로운 제조 방법을 개발하였다. 제1 실시양태에 따르면, 입자는 바디가 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역(이는 공극 밀도, 공극 크기, 공극 형태, 공극 전하, 공극 표면 변성 또는 공극 배향과 같은 1 이상의 특성에서 제1 영역과 다름)을 포함하도록 외부 표면에 의해 정의되는 바디를 포함할 수 있다.The inventors have developed a new pore particle and a new method for producing the pore particle. According to a first embodiment, the particles are characterized in that the body has a first porous region and a second porous region (which is characterized by one or more properties in one or more properties such as pore density, pore size, pore morphology, pore charge, pore surface modification or pore orientation). And a body defined by the outer surface.

2개의 상이한 다공질 영역을 갖는 입자는, 예를 들어 공동 계류 중인 U.S. 출원 11/836,004호에 개시된 바와 같이 치료제 또는 영상화 제제와 같은 1 이상의 활성제를 포함할 수 있는 2개의 상이한 군의 보다 작은 입자를 장입시키는 데 사용될 수 있다. Particles having two different porous regions are for example co-pending U.S. As disclosed in Application 11 / 836,004, it may be used to load two different groups of smaller particles which may include one or more active agents such as therapeutic agents or imaging agents.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상은 다공질 산화물 물질 또는 다공질 에칭된 물질로 구성될 수 있다. 특정 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 둘 모두는 다공질 산화물 물질 또는 다공질 에칭된 물질로 구성될 수 있다. 다공질 산화물 물질의 예로는 비한정적으로 다공질 산화규소, 다공질 산화알루미늄, 다공질 산화티탄 및 다공질 산화철을 들 수 있다. 용어 '다공질 에칭된 물질'이란 공극이 습윤 에칭 기법, 예컨대 전기화학적 에칭을 통해 도입되는 물질을 의미한다. 다공질 에칭된 물질의 예로는 다공질 반도체 물질, 예컨대 다공질 규소, 다공질 게르마늄, 다공질 GaAs, 다공질 InP, 다공질 SiC, 다공질 SixGe1-x, 다공질 GaP, 다공질 GaN을 들 수 있다.In some embodiments, at least one of the first and second porous regions may be comprised of a porous oxide material or a porous etched material. In certain embodiments, both the first and second porous regions can be composed of a porous oxide material or a porous etched material. Examples of porous oxide materials include, but are not limited to, porous silicon oxide, porous aluminum oxide, porous titanium oxide, and porous iron oxide. The term 'porous etched material' means a material into which voids are introduced through wet etching techniques such as electrochemical etching. Examples of porous etched materials include porous semiconductor materials such as porous silicon, porous germanium, porous GaAs, porous InP, porous SiC, porous Si x Ge 1-x , porous GaP, porous GaN.

많은 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역은 다공질 규소를 포함한다. 많은 실시양태에서, 입자의 적어도 일부 또는 전부는 다공질 규소로 구성된다.In many embodiments, the first and second porous regions comprise porous silicon. In many embodiments, at least some or all of the particles consist of porous silicon.

상기 입자의 바디는 1 이상의 단면에서 또는 예를 들어 현미경 기법, 예컨대 SEM을 이용하여 1 이상의 방향에서 보는 경우에 규칙적인, 즉, 랜덤하지 않은 형태를 가질 수 있다. 이러한 규칙적인 형태의 비한정적인 예로는 반구형, 사발형, 절두형, 피라미드형 및 디스크형을 들 수 있다.The body of particles may have a regular, ie non-random, shape when viewed in one or more cross-sections or in one or more directions, for example using microscopy techniques such as SEM. Non-limiting examples of such regular forms include hemispheres, bowls, truncations, pyramids, and discs.

상기 입자의 치수는 구체적으로 한정되지 않으며 입자에 대한 적용에 따라 다르다. 예를 들어, 혈관 내 투여에 있어서, 입자의 최대 특성 크기는 인간에게서 약 4∼5 마이크론인 최소 모세관 반경보다 작을 수 있다.The dimension of the particles is not particularly limited and depends on the application to the particles. For example, for intravascular administration, the maximum characteristic size of the particles can be less than the minimum capillary radius, which is about 4-5 microns in humans.

일부 실시양태에서, 상기 입자의 최대 특성 크기는 약 100 마이크론 미만 또는 약 50 마이크론 미만 또는 약 20 마이크론 미만 또는 약 10 마이크론 미만 또는 약 5 마이크론 미만 또는 약 4 마이크론 미만 또는 약 3 마이크론 미만 또는 약 2 마이크론 미만 또는 약 1 마이크론 미만일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 입자의 최대 특성 크기는 500 nm ∼ 3 마이크론, 또는 700 nm ∼ 2 마이크론일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 입자의 최대 특성 크기는 약 2 마이크론 초과 또는 약 5 마이크론 초과 또는 약 10 마이크론 초과일 수 있다.In some embodiments, the maximum characteristic size of the particles is less than about 100 microns or less than about 50 microns or less than about 20 microns or less than about 10 microns or less than about 5 microns or less than about 4 microns or less than about 3 microns or about 2 microns Less than or less than about 1 micron. In some embodiments, the maximum characteristic size of the particles may be 500 nm to 3 microns, or 700 nm to 2 microns. In some embodiments, the maximum characteristic size of the particles may be greater than about 2 microns or greater than about 5 microns or greater than about 10 microns.

일부 실시양태에서, 제1 다공질 영역은 공극 크기에서 제2 다공질 영역과 다를 수 있으며, 즉, 제1 다공질 영역에서의 공극들의 공극 크기는 제2 영역에서의 공극 크기보다 클 수 있거나 그 반대일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 다공질 영역 중 하나에서의 공극 크기는 그 제1 및 제2 다공질 영역의 다른 하나에서의 공극 크기보다 2배 이상, 또는 5배 이상, 또는 10배 이상, 또는 20배 이상, 또는 50배 이상, 또는 2∼50배, 또는 5∼50배, 또는 2∼20배, 또는 5∼20배 클 수 있다.In some embodiments, the first porous region can be different from the second porous region in pore size, that is, the pore size of the pores in the first porous region can be greater than the pore size in the second region or vice versa. have. For example, the pore size in one of the first and second porous regions is at least two times, or at least five times, or at least ten times, or 20 than the pore size in the other of the first and second porous regions. It may be twice or more, or 50 times or more, or 2 to 50 times, or 5 to 50 times, or 2 to 20 times, or 5 to 20 times larger.

많은 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상이 나노다공질 영역일 수 있다. 특정 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 둘 모두는 나노다공질 영역일 수 있다.In many embodiments, at least one of the first and second porous regions can be a nanoporous region. In certain embodiments, both the first and second porous regions can be nanoporous regions.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상에서의 공극 크기는 약 1 nm ∼ 약 1 마이크론, 또는 약 1 nm ∼ 약 800 nm, 또는 약 1 nm ∼ 약 500 nm, 또는 약 1 nm ∼ 약 300 nm, 또는 약 1 nm ∼ 약 200 nm, 또는 약 2 nm ∼ 약 100 nm일 수 있다.In some embodiments, the pore size in at least one of the first and second porous regions is from about 1 nm to about 1 micron, or from about 1 nm to about 800 nm, or from about 1 nm to about 500 nm, or about 1 nm. To about 300 nm, or about 1 nm to about 200 nm, or about 2 nm to about 100 nm.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상은 평균 공극 크기가 1 마이크론 이하 또는 800 nm 이하 또는 500 nm 초과 또는 300 nm 초과, 또는 200 nm 이하 또는 100 nm 이하 또는 80 nm 이하 또는 50 nm 이하일 수 있다. 특정 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 둘 모두는 이의 각각의 평균 공극 크기가 1 마이크론 이하 또는 800 nm 이하 또는 500 nm 이하 또는 300 nm 이하 또는 200 nm 이하 또는 100 nm 이하 또는 80 nm 이하 또는 50 nm 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상은 평균 공극 크기가 약 10 ∼ 약 60 nm 또는 약 20 ∼ 약 40 nm일 수 있다.In some embodiments, at least one of the first and second porous regions has an average pore size of 1 micron or less or 800 nm or less or more than 500 nm or more than 300 nm, or 200 nm or less or 100 nm or less or 80 nm or less or 50 or less than nm. In certain embodiments, both the first and second porous regions have respective average pore sizes of 1 micron or less or 800 nm or less or 500 nm or less or 300 nm or less or 200 nm or less or 100 nm or less or 80 nm or less It may be 50 nm or less. In some embodiments, at least one of the first and second porous regions may have an average pore size of about 10 to about 60 nm or about 20 to about 40 nm.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상은 평균 공극 크기가 약 1 nm ∼ 약 10 nm 또는 약 3 nm ∼ 약 10 nm 또는 약 3 nm ∼ 약 7 nm일 수 있다.In some embodiments, at least one of the first and second porous regions may have an average pore size of about 1 nm to about 10 nm or about 3 nm to about 10 nm or about 3 nm to about 7 nm.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 하나는 평균 공극 크기가 약 10 ∼ 약 60 nm 또는 약 20 ∼ 약 40 nm인 반면에, 그 제1 및 제2 다공질 영역 중 다른 하나는 평균 공극 크기가 약 1 nm ∼ 약 10 nm 또는 약 3 nm ∼ 약 10 nm 또는 약 3 nm ∼ 약 7 nm일 수 있다.In some embodiments, one of the first and second porous regions has an average pore size of about 10 to about 60 nm or about 20 to about 40 nm, while the other of the first and second porous regions has an average pore. The size may be about 1 nm to about 10 nm or about 3 nm to about 10 nm or about 3 nm to about 7 nm.

일부 실시양태에서, 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역의 공극은 동일하거나 실질적으로 동일한 배향을 가질 수 있으나, 상이한 평균 크기를 가질 수 있다.In some embodiments, the pores of the first porous region and the second porous region may have the same or substantially the same orientation, but may have different average sizes.

일반적으로, 공극 크기는 N2 흡착/탈착 및 현미경 검사, 예컨대 주사 전자 현미경 검사를 비롯한 다수의 기법을 이용하여 측정할 수 있다.In general, the pore size can be measured using a number of techniques including N 2 adsorption / desorption and microscopy, such as scanning electron microscopy.

일부 실시양태에서, 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역은 상이한 공극 배향을 보유할 수 있다. 예를 들어, 입자의 외부 표면은 평면 부표면(subsurface)을 포함할 수 있으며, 제1 다공질 영역의 공극은 부표면에 대해서 수직이거나 이에 실질적으로 존재할 수 있는 반면에, 제2 다공질 영역의 공극은 수직 방향과 실질적으로 상이한 방향, 예컨대 상기 부표면에 평행한 방향으로 배향될 수 있다. 공극 배향은 SEM과 같은 현미경 기법을 이용하여 측정할 수 있다.In some embodiments, the first porous region and the second porous region can have different pore orientations. For example, the outer surface of the particle may comprise a planar subsurface, and the voids of the first porous region may be perpendicular to or substantially present with respect to the subsurface, while the voids of the second porous region are It may be oriented in a direction substantially different from the vertical direction, for example in a direction parallel to the subsurface. Pore orientation can be measured using microscopic techniques such as SEM.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상의 공극은 선형 공극일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 둘 모두는 선형 공극일 수 있다.In some embodiments, one or more of the pores of the first and second porous regions can be linear pores. In some embodiments, both the first and second porous regions can be linear voids.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상의 공극은 스폰지형 공극일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 둘 모두의 공극이 스폰지형 공극일 수 있다.In some embodiments, one or more of the pores of the first and second porous regions can be sponge-like pores. In some embodiments, the pores of both the first and second porous regions can be sponge-like pores.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 하나의 공극이 선형 공극일 수 있는 반면에, 제1 및 제2 다공질 영역의 다른 하나의 공극이 스폰지형 공극일 수 있다.In some embodiments, the pores of one of the first and second porous regions may be linear pores, while the other pores of the first and second porous regions may be sponge-like pores.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역의 공극은 상이한 공극 표면 전하를 보유할 수 있다. 예를 들어, 제1 다공질 영역의 공극 표면은 양으로 하전될 수 있는 반면에, 제2 다공질 영역의 공극 표면은 중성 또는 음으로 하전될 수 있다.In some embodiments, the pores of the first and second porous regions may have different pore surface charges. For example, the pore surface of the first porous region may be positively charged, while the pore surface of the second porous region may be neutral or negatively charged.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역의 공극은 상이한 형태를 보유할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 다공질 영역 중 하나의 공극이 원통형 공극일 수 있는 반면에, 제1 및 제2 다공질 영역 중 다른 하나의 공극이 비원통형 공극일 수 있다. 공극 형태는 SEM과 같은 현미경 기법을 이용하여 측정할 수 있다.In some embodiments, the pores of the first and second porous regions can have different forms. For example, the pores of one of the first and second porous regions may be cylindrical pores, while the pores of the other of the first and second porous regions may be non-cylindrical pores. Pore morphology can be measured using microscopy techniques such as SEM.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역의 공극은 상이한 표면 화학적 성질을 보유할 수 있다. 제1 다공질 영역의 공극 표면은 제1 표면 기에 의해 화학적으로 변성될 수 있는 반면에, 제2 다공질 영역의 공극 표면은 변성되지 않거나 상기 제1 표면 기와는 상이한 제2 표면 기에 의해 화학적으로 변성될 수 있다. 예를 들어, 제1 다공질 영역의 공극 표면은 아미노실란, 예컨대 3-아미노프로필트리에톡시실란에 의해 실란화될 수 있는 반면에, 제2 다공질 영역의 공극 표면은 메르캅토실란, 예컨대 3-메르캅토프로필트리메톡시실란에 의해 실란화될 수 있다.In some embodiments, the pores of the first and second porous regions can have different surface chemical properties. The pore surface of the first porous region can be chemically modified by the first surface group, whereas the pore surface of the second porous region can be chemically modified by a second surface group that is not modified or is different from the first surface group. have. For example, the pore surface of the first porous region can be silanized by an aminosilane, such as 3-aminopropyltriethoxysilane, while the pore surface of the second porous region is a mercaptosilane, such as 3-mer. Silanized by captopropyltrimethoxysilane.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역의 공극은 상이한 공극 밀도를 보유할 수 있다. 예를 들어, 제1 다공질 영역이 보다 높은 공극 밀도를 보유할 수 있고, 그 반대일 수 있다.In some embodiments, the pores of the first and second porous regions can have different pore densities. For example, the first porous region can have a higher pore density and vice versa.

일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상이 생분해성 영역일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 다공질 영역 둘 모두가 생분해성일 수 있다. 일부 실시양태에서, 입자의 전체 바디가 생분해성일 수 있다.In some embodiments, at least one of the first and second porous regions can be a biodegradable region. In some embodiments, both the first and second porous regions can be biodegradable. In some embodiments, the entire body of the particles may be biodegradable.

일반적으로, 다공질 규소는 이의 공극률 및 공극 크기에 따라 생불활성, 생활성 또는 생분해성일 수 있다. 또한, 다공질 규소의 생분해 비율 또는 속도는 이의 공극률 및 공극 크기에 따라 다를 수 있으며, 예를 들어 문헌[Canham, Biomedical Applications of Silicon, in Canham LT, editor. Properties of porous silicon. EMIS datareview series No. 18. London: INSPEC. p. 371-376]을 참조할 수 있다. 생분해 비율은 또한 표면 변성에 따라 다를 수 있다. 따라서, 입자는 제1 다공질 영역이 제1 생분해 비율을 보유하는 반면에, 제2 다공질 영역이 상기 제1 생분해성 비율과 상이한 제2 생분해성 비율을 보유하도록 존재할 수 있다.In general, the porous silicon may be bioinert, bioactive or biodegradable depending on its porosity and pore size. In addition, the rate or rate of biodegradation of the porous silicon may vary depending on its porosity and pore size, see, eg, Canham, Biomedical Applications of Silicon, in Canham LT, editor. Properties of porous silicon. EMIS data review series No. 18. London: INSPEC. p. 371-376. Biodegradation rates may also vary with surface denaturation. Thus, the particles may be present such that the first porous region has a first biodegradation rate, while the second porous region has a second biodegradable rate that is different from the first biodegradable rate.

일부 실시양태에서, 제1 다공질 및 제2 다공질 영역 각각은 두께, 또는 최소 특성 수치가 200 nm 초과 또는 250 nm 초과 또는 300 nm 초과일 수 있다. In some embodiments, each of the first porous and second porous regions may have a thickness, or minimum characteristic value, greater than 200 nm or greater than 250 nm or greater than 300 nm.

일부 실시양태에서, 입자는 불규칙한 다공질층일 수 있는 핵생성층이 없거나, 실질적으로 없을 수 있으며, 이는 에칭액이 기재로 침투하기 시작하는 전기화학적 습식 에칭의 초기 단계에서 형성되는 것이 통상적이다. 핵생성층의 두께는 에칭된 기판 및 전기화학적 에칭 공정의 파라미터에 따라 다를 수 있다. 나노크기의 공극을 형성하는 데 사용될 수 있는 기재 및 에칭 파라미터에 대해서, 핵생성층의 두께는 1 nm ∼ 약 200 nm일 수 있다.In some embodiments, the particles may be free or substantially free of nucleation layers, which may be irregular porous layers, which are typically formed at an early stage of electrochemical wet etching where the etchant begins to penetrate into the substrate. The thickness of the nucleation layer can vary depending on the parameters of the etched substrate and the electrochemical etching process. For substrates and etching parameters that can be used to form nanosized pores, the thickness of the nucleation layer can be from 1 nm to about 200 nm.

일부 실시양태에서, 입자의 외부 표면은 제1 및 제2 다공질 영역 중 1 이상의 표면 화학적 성질과 상이한 표면 화학적 성질을 보유할 수 있다. 그러나, 일부 실시양태에서, 입자의 외부 표면은 제1 및 제2 다공질 영역 둘 모두의 표면 화학적 성질과 상이한 표면 화학적 성질을 보유할 수 있다.In some embodiments, the outer surface of the particles can have a surface chemical property that is different from the surface chemical property of at least one of the first and second porous regions. However, in some embodiments, the outer surface of the particles may have a surface chemistry that is different from the surface chemistry of both the first and second porous regions.

상기 입자는 포괄적으로 제조된 입자, 즉, 포괄적인 마이크로제조 또는 나노제조 기법, 예컨대 포토리소그래피, 전자빔 리소그래피, X 선 리소그래피, 원자외선(deep UV) 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피 또는 딥 펜(dip pen) 리소그래피를 이용하여 생성한 입자일 수 있다. 이러한 제조 방법은 치수가 균일하거나 실질적으로 동일한 입자의 스케일업된 생산을 가능하게 할 수 있다.The particles may be prepared particles comprehensively, i.e. comprehensive microfabrication or nanofabrication techniques such as photolithography, electron beam lithography, X-ray lithography, deep UV lithography, nanoimprint lithography or dip pen lithography. It may be particles generated using. Such a manufacturing method may enable scaled up production of particles having uniform or substantially identical dimensions.

따라서, 본 발명은 또한 복수의 입자를 포함하는 조성물을 제공하며, 여기서 상기 복수의 입자 각각은 외부 표면에 의해 정의되는 바디를 포함하고, 여기서 상기 바디는 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역(이는 공극 밀도, 공극 크기, 공극 형태, 공극 전하, 공극 표면 화학적 성질 및 공극 배향으로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 특성에서 상기 제1 영역과 상이함)을 포함한다.Accordingly, the present invention also provides a composition comprising a plurality of particles, wherein each of the plurality of particles comprises a body defined by an outer surface, wherein the body comprises a first porous region and a second porous region, Different from the first region in at least one property selected from the group consisting of pore density, pore size, pore shape, pore charge, pore surface chemistry and pore orientation.

제2 실시양태에 따라서, 입자는 외부 입자에 의해 정의된 바디를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 바디는 습식 에칭된 다공질 영역, 즉, 습식 에칭 기법, 예컨대 전기화학적 습식 에칭에 의해 생성된 다공질 영역을 포함하고, 여기서 상기 입자는 습식 에칭과 연관된 핵생성층을 포함하지 않는다.According to a second embodiment, the particles may comprise a body defined by external particles, wherein the body is formed of a wet etched porous region, ie a porous region produced by a wet etching technique, such as an electrochemical wet etching. Wherein the particles do not comprise a nucleation layer associated with wet etching.

제2 실시양태의 입자는 제1 실시양태의 입자에 대해서 상기 논의한 바와 동일한 치수 및 형태를 보유할 수 있다. 상기 습식 에칭된 다공질 영역은 제1 실시양태의 입자의 제1 또는 제2 다공질 영역의 특성과 동일한 특성을 보유할 수 있다. 제2 실시양태의 입자의 외부 표면은 제2 실시양태의 입자의 외부 표면과 동일한 특성을 보유할 수 있다. 제1 실시양태의 입자와 같이, 제2 실시양태의 입자는 포괄적으로 제조된 입자일 수 있다.The particles of the second embodiment may have the same dimensions and shapes as discussed above for the particles of the first embodiment. The wet etched porous region may have the same properties as that of the first or second porous region of the particles of the first embodiment. The outer surface of the particles of the second embodiment may have the same properties as the outer surface of the particles of the second embodiment. Like the particles of the first embodiment, the particles of the second embodiment may be particles prepared comprehensively.

제2 실시양태의 입자는 치수가 균일하거나 상기 입자와 실질적으로 동일한 복수의 입자를 포함하는 조성물의 일부일 수 있다. 제1 및 제2 실시양태의 입자는 하기 기술되는 다공질 입자의 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 본 발명의 입자는 약물 전달을 비롯한 다양한 용도에서 사용될 수 있다. 특정 경우에, 치료제 또는 영상화제와 같은 활성제를 입자의 공극에 직접 장입시킬 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 결과적으로 활성제를 포함하는 보다 작은 크기의 입자를, 예를 들어 US 출원 11/836,004호에서 개시된 바와 같이 공극에 장입시킬 수 있다.The particles of the second embodiment may be part of a composition comprising a plurality of particles having uniform dimensions or substantially the same as said particles. The particles of the first and second embodiments can be prepared according to the method for producing the porous particles described below. The particles of the invention can be used in a variety of applications, including drug delivery. In certain cases, active agents such as therapeutics or imaging agents may be loaded directly into the pores of the particles. In some cases, however, consequently smaller sized particles comprising the active agent may be charged into the voids, for example as disclosed in US application Ser. No. 11 / 836,004.

다공질 입자의 제조 방법Method of producing porous particles

다공질 입자의 제조 방법은 기재를 제공하는 단계, 상기 기재의 표면 상에 다공질층을 형성하는 단계, 기재 상에 1 이상의 입자를 패턴 처리하는 단계, 및 상기 입자를 상기 기재로부터 방출시키는 단계를 제공하여 각각의 방출된 입자는 다공질층의 일부를 포함한다. 다공질층 형성 및 패턴 처리는 수순 또는 역순으로 실시할 수 있다. 즉, 일부 경우에서, 다공질층 형성은 패턴 처리에 앞설 수 있는 반면에, 일부 다른 실시양태에서, 다공질층 형성은 패턴 형성 후에 있을 수 있다. 본 발명의 방법은 마이크로/나노제조 기법을 이용하며, 이는 하기 장점들, (1) 비한정적으로 구형, 정사각형, 직사각형 및 타원형을 비롯한 다양한 소정의 형태를 입자가 갖도록 할 수 있음; (2) 매우 정교한 치수 제어; (3) 공극률 및 공극 프로파일에 대한 제어; (4) 복합 표면 변성의 가능성을 보유한다.The method of making porous particles includes providing a substrate, forming a porous layer on the surface of the substrate, patterning one or more particles on the substrate, and releasing the particles from the substrate. Each released particle comprises a portion of the porous layer. Porous layer formation and a pattern process can be performed in an order or reverse order. That is, in some cases, porous layer formation may precede pattern processing, while in some other embodiments, porous layer formation may be after pattern formation. The method of the present invention utilizes micro / nanofabrication techniques, which can allow the particles to have a variety of predetermined shapes including, but not limited to, spheres, squares, rectangles, and ellipses; (2) very sophisticated dimensional control; (3) control over porosity and pore profile; (4) holds the possibility of complex surface denaturation.

기재materials

기재는 다양한 물질 중 임의의 것으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 기재는 1 이상의 평면을 보유하고, 이 위에 1 이상의 입자가 패턴 처리될 수 있다. 바람직하게는, 상기 기재는 습식 에칭가능한 물질, 즉, 전기화학 에칭과 같은 습식 에칭 기법에 의해 다공질화될 수 있는 물질을 포함한다.The substrate may be comprised of any of a variety of materials. Preferably, the substrate has one or more planes, on which one or more particles can be patterned. Preferably, the substrate comprises a wet etchable material, ie, a material that can be porous by wet etching techniques such as electrochemical etching.

특정 실시양태에서, 상기 기재는 웨이퍼와 같은 결정질 기재일 수 있다. 특정 실시양태에서, 상기 기재는 반도성 기재, 즉, 1 이상의 반도성 물질을 포함하는 기재일 수 있다. 반도성 물질의 비한정적인 예로는 Ge, GaAs, InP, SiC, SixGe1-x, GaP 및 GaN을 들 수 있다. 많은 실시양태에서, 기재 물질로서 규소를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 기판 특성, 예컨대 도핑 수준, 저항률 및 표면의 결정 배향을 선택하여 공극의 소정 특성을 얻을 수 있다.In certain embodiments, the substrate can be a crystalline substrate, such as a wafer. In certain embodiments, the substrate may be a semiconductive substrate, ie, a substrate comprising one or more semiconducting materials. Non-limiting examples of semiconducting materials include Ge, GaAs, InP, SiC, Si x Ge 1-x , GaP, and GaN. In many embodiments, it may be desirable to use silicon as the base material. Substrate properties such as doping level, resistivity and crystal orientation of the surface can be selected to obtain desired properties of the voids.

다공질층의 형성Formation of porous layer

다공질층을 수많은 기법을 이용하여 기판 상에 형성할 수 있다. 바람직하게는, 다공질층을 습식 에칭 기법을 이용하여, 즉, 상기 기재를 1 이상의 에칭제, 예컨대 강산을 포함하는 에칭액에 노출시켜 형성할 수 있다. 구체적인 에칭제가 상기 기재의 물질에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 게르마늄 기재의 경우, 상기 에칭제는 염산(HCl)일 수 있는 반면에, 규소 기재의 경우, 상기 에칭제는 불화수소산 에칭제일 수 있다. 바람직하게는, 상기 다공질층의 형성은 전기화학적 에칭 공정을 이용하여 실시하며, 그 동안 에칭 전류가 기판을 통해 흐른다. 다공질 규소 층을 형성하는 규소 기재의 전기화학 에칭은, 예를 들어 문헌[Salonen et al., Journal of Pharmaceutical Sciences, 2008, 97(2), 632]에 상술되어 있다. 규소 기재의 전기화학적 에칭을 위해서, 상기 에칭액은 HF 이외에 물 및/또는 에탄올을 포함할 수 있다.The porous layer can be formed on a substrate using a number of techniques. Preferably, the porous layer can be formed using a wet etching technique, ie, exposing the substrate to an etchant comprising at least one etchant, such as a strong acid. Specific etchant may vary depending on the materials of the above description. For example, for a germanium based, the etchant may be hydrochloric acid (HCl), while for silicon based, the etchant may be a hydrofluoric acid etchant. Preferably, the formation of the porous layer is carried out using an electrochemical etching process, during which the etching current flows through the substrate. Silicon-based electrochemical etching to form a porous silicon layer is described, for example, in Salonen et al., Journal of Pharmaceutical Sciences, 2008, 97 (2), 632. For silicon based electrochemical etching, the etchant may comprise water and / or ethanol in addition to HF.

일부 실시양태에서, 전기화학적 에칭 공정 중에, 상기 기재는 전극들 중 하나로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 규소의 전기화학적 에칭 중, 상기 실리콘 기재가 애노드로서 작용할 수 있는 반면에, 캐소드는 불활성 금속, 예컨대 Pt일 수 있다. 이러한 경우에, 다공질층이 불활성 금속 캐소드로부터 멀리 향하는 기재면 상에 형성된다. 하지만, 일부 다른 실시양태에서, 전기화학적 에칭 중에, 상기 기재는 불활성 금속을 각각 포함할 수 있는 2개의 전극들 사이에 위치할 수 있다.In some embodiments, during the electrochemical etching process, the substrate can act as one of the electrodes. For example, during the electrochemical etching of silicon, the silicon substrate can act as an anode, while the cathode can be an inert metal such as Pt. In this case, a porous layer is formed on the substrate surface facing away from the inert metal cathode. However, in some other embodiments, during the electrochemical etching, the substrate may be positioned between two electrodes, each of which may comprise an inert metal.

전기화학적 에칭 방법은 에칭제에 대해서 저항성이 있는 반응기 또는 셀에서 실시할 수 있다. 예를 들어, 에칭제가 HF인 경우, 상기 전기화학적 에칭 공정은 HF 저항성 물질을 포함하는 반응기 또는 셀에서 실시할 수 있다. HF 저항성 물질의 예로는 플로오로중합체, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌을 들 수 있다. 상기 전기화학적 에칭은 전극 중 하나에서의 전류를 모니터링함으로써, 예를 들어 애노드 전류를 (정전류적으로) 또는 전압을 (정전위적으로) 모니터링하여 실시할 수 있다. 일부 실시양태에서, 일정 전류 밀도에서 전기화학적 에칭을 실시하는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 형성된 다공질층 특성의 우수한 제어 및/또는 샘플 각각의 우수한 재현성을 가능하게 할 수 있다.The electrochemical etching method can be carried out in a reactor or cell resistant to the etchant. For example, when the etchant is HF, the electrochemical etching process may be performed in a reactor or cell containing an HF resistant material. Examples of HF resistant materials include fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene. The electrochemical etching can be carried out by monitoring the current at one of the electrodes, for example by monitoring the anode current (constantly) or the voltage (potentially). In some embodiments, it may be desirable to perform an electrochemical etch at a constant current density, which may allow for good control of the formed porous layer properties and / or good reproducibility of each of the samples.

일부 실시양태에서, 2개의 상이한 다공질 영역이 안정하게 형성되는 것이 요망되는 경우, 2개의 상이한 일정 전류가 인가될 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 밀도가 인가되어 제1 안정한 다공질층을 형성하고, 이어서 제2 전류 밀도가 인가되어 공극 크기 및/또는 공극률에서 상기 제1 안정한 다공질층과는 상이할 수 있는 제2 안정한 다공질층을 형성할 수 있다.In some embodiments, if it is desired to form two different porous regions stably, two different constant currents may be applied. For example, a first stable density may be applied to form a first stable porous layer, and then a second stable current layer may be applied, which may be different from the first stable porous layer in pore size and / or porosity. The porous layer can be formed.

일부 실시양태에서, 형성된 다공질층의 파라미터, 예컨대 공극 크기, 공극률, 두께, 공극 프로파일 및/또는 공극 형태, 및 따라서 상기 제조된 입자의 개별 파라미터는 전기화학적 에칭 공정의 파라미터, 예컨대 에칭액의 농도 및 조성, 인가 전류(및 전위), 에칭 시간, 온도, 교반 조건, 조명의 존재 및 부재(및 조명 파라미터, 예컨대 강도 및 파장)뿐만 아니라 에칭된 기재의 파라미터, 예컨대 기재의 조성, 기재의 저항률, 기재의 결정학적 배향 및 기재의 도핑 수준 및 유형을 선택함으로써 조절할 수 있다.In some embodiments, the parameters of the formed porous layer, such as pore size, porosity, thickness, pore profile and / or pore morphology, and therefore individual parameters of the prepared particles, are parameters of the electrochemical etching process, such as concentration and composition of the etchant. , Applied current (and potential), etching time, temperature, stirring conditions, presence and absence of illumination (and illumination parameters such as intensity and wavelength), as well as parameters of the etched substrate, such as the composition of the substrate, resistivity of the substrate, It can be controlled by selecting the crystallographic orientation and doping level and type of substrate.

일부 실시양태에서, 형성된 다공질층에서의 공극을 따라 소정의 길이방향의 프로파일이 존재할 수 있으며, 이는 기재의 표면에 대해서 수직이거나 실질적으로 수직인 프로파일이다. 이러한 길이방향의 프로파일은 전기화학적 에칭 중에 전류 밀도를 변화시켜 생성할 수 있다. 다공질층에서의 길이방향의 공극에 대해서, 공극률 및 공극 크기 둘 모두는 변화될 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서, 상기 다공질층 및 제조된 다공질 입자에서의 프로파일 처리된 공극은 정상부, 즉, 상기 기재의 표면에서 크기가 보다 작고, 바닥부, 즉, 기재의 심층부에서 공극이 더욱 클 수 있다. 하지만, 일부 실시양태에서, 상기 다공질층 및 제조된 다공질 입자에서의 프로파일 처리된 공극은 정상부에서 크기가 보다 크고 바닥부에서 크기가 작을 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 다공질층 및 제조된 입자에서의 프로파일 처리된 공극은 또한 정상부 및 바닥부에서 공극률이 상이할 수 있다.In some embodiments, there may be a predetermined longitudinal profile along the voids in the formed porous layer, which is perpendicular or substantially perpendicular to the surface of the substrate. This longitudinal profile can be created by varying the current density during the electrochemical etching. For the longitudinal pores in the porous layer, both porosity and pore size can be varied. Thus, in some embodiments, the profiled pores in the porous layer and the prepared porous particles may be smaller in size at the top, i.e., the surface of the substrate, and may be larger at the bottom, i. have. However, in some embodiments, the profiled pores in the porous layer and the prepared porous particles can be larger in size at the top and smaller in the bottom. In some embodiments, the profiled pores in the porous layer and the particles produced may also differ in porosity at the top and bottom.

많은 실시양태에서, 전기화학적 에칭은 짧은 시간 동안 보다 큰 전류의 충격으로 시작하여 핵생성층의 형성을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 핵생성층은 또한 다공질층의 형성 후에 핵생성층을 에칭시킴으로써 제거할 수 있다. 이러한 에칭은 건식 에칭 기법, 예컨대 RIE에 의해 실시할 수 있다. 적절한 수단을 취하여 하부 부분을 보호할 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트를 기재 상에 위치시킬 수 있고, 소성에 의해 평탄화를 실시할 수 있으며, 이어서 플라즈마 에칭 백(plasma etch-back)을 적용하여 에칭되어야 할 기재의 표면 부위를 노출시킬 수 있다.In many embodiments, the electrochemical etching can start with the impact of larger currents for a short time to prevent or reduce the formation of nucleation layers. The nucleation layer can also be removed by etching the nucleation layer after formation of the porous layer. Such etching can be performed by dry etching techniques such as RIE. Appropriate measures can be taken to protect the lower part. For example, the photoresist may be placed on a substrate, planarized by firing, and then a plasma etch-back may be applied to expose the surface portion of the substrate to be etched. .

전기화학적 에칭을 위해서, 기재의 이면, 즉, 다공질층이 형성되는 면에 반대되는 기재의 면을 도전층, 예컨대 금속 층으로 코팅시켜 전기 접점을 확보할 수 있다. 이러한 도전층은 다양한 기법, 예컨대 열증착 및 스퍼터링을 이용하여 코팅시킬 수 있다.For electrochemical etching, the electrical contacts can be secured by coating the back side of the substrate, ie the surface of the substrate opposite to the surface on which the porous layer is formed, with a conductive layer, for example a metal layer. Such conductive layers may be coated using various techniques, such as thermal deposition and sputtering.

핵생성층Nucleation layer

전기화학적 에칭 중에, 에칭액은 기재의 표면층인 핵생성층의 형성을 통해 이의 공극 형성을 시작할 수 있으며, 여기서 공극은 상기 다공질층의 소정의 특성과 상이한 특성을 보유한다. 핵생성층은 그 공극 특성 및 관련 표면 조도의 불규칙성을 특징으로 할 수 있는데, 이는 공극 크기보다 더 큰 규모일 수 있다.During the electrochemical etching, the etchant can begin to form its pores through the formation of a nucleation layer, which is the surface layer of the substrate, where the pores have properties that differ from those of the porous layer. The nucleation layer may be characterized by its porosity characteristics and irregularities in the associated surface roughness, which may be larger than the pore size.

많은 용도에서, 다공질 입자 표면 상의 핵생성층은 바람직하지 않다. 예를 들어, 규소 다공질 입자가 이의 내부에 보다 작은 크기의 입자를 장입시키는 데 사용되는 경우, 상기 층의 표면 상의 핵생성층은 장입 효율을 감소시킬 수 있다.In many applications, nucleation layers on the porous particle surface are undesirable. For example, when silicon porous particles are used to load smaller sized particles therein, the nucleation layer on the surface of the layer can reduce the charging efficiency.

일부 실시양태에서, 핵생성층을 제거하거나 이의 형성을 방지한다. 일부 실시양태에서, 전기화학적 에칭 중에, 전류를 인가하여 상기 다공질층에 소정의 공극을 생성하기 전에, 보다 큰 전류를 인가하여 핵생성층의 형성을 방지할 수 있다. 하지만, 일부 실시양태에서, 다공질층의 형성 후에, 핵생성층을 건식 에칭, 예컨대 RIE에 의해 제거할 수 있다.In some embodiments, nucleation layer is removed or prevented from forming. In some embodiments, a larger current may be applied to prevent the formation of the nucleation layer during electrochemical etching, before applying a current to create the desired voids in the porous layer. However, in some embodiments, after formation of the porous layer, the nucleation layer may be removed by dry etching, such as RIE.

패턴 처리Pattern processing

기재 표면 상의 1 이상의 입자를 패턴 처리하는 것은 다수의 기법 중 임의의 것을 이용하여 실시할 수 있다. 많은 실시양태에서, 패턴 처리는 리소그래피 기법, 예컨대 포토리소그래피, X 선 리소그래피, 원자외선 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피 또는 딥 펜 리소그래피를 이용하여 실시할 수 있다. 포토리소그래피 기법은, 예를 들어 접촉 정렬 리소그래피, 스캐너 리소그래피 또는 함침 렌즈 리소그래피일 수 있다. 포토리소그래피의 경우 상이한 마스크 또는 몰드를 사용하여, 수많은 소정의 규칙적, 즉, 비랜덤의 형태, 예컨대 구형 형태, 정사각형, 직사각형, 타원형, 디스크형, 반구형 형태를 갖는 입자를 고안하는 것이 가능할 수 있다. 패턴 처리를 이용하여 입자의 측면 형태 및 치수, 즉, 기재의 표면에 평행한 단면 상의 입자의 형태 및 치수를 정의할 수 있다. 다공질층의 형성이 패턴 처리에 앞서는 경우, 제조된 입자의 측면 치수는 패턴 처리된 특징부의 측면 치수와 실질적으로 동일하다. 패턴 처리가 다공질층의 형성에 앞서는 경우, 제조된 입자의 측면 치수는 패턴 처리된 특징부의 측면 치수보다 클 수 있다. 패턴 처리로 인해 소정의 규칙적, 즉, 비랜덤의 측면 형태를 갖는 입자를 생성할 수 있다. 예를 들어, 포토리소그래피 패턴 처리에서, 다양한 형태의 마스크를 사용하여 소정의 소정의 형태를 생성할 수 있는 동시에, 나노임프린트 리소그래피에서는 다양한 형태의 몰드 또는 스탬프를 동일한 목적으로 사용할 수 있다. 상기 입자에 대한 소정의 비랜덤 측면 형태는 구체적으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 입자는 원형, 정사각형, 다각형 및 타원형 형태일 수 있다.Patterning one or more particles on the substrate surface can be carried out using any of a number of techniques. In many embodiments, pattern processing can be carried out using lithography techniques such as photolithography, X-ray lithography, far-ultraviolet lithography, nanoimprint lithography or deep pen lithography. Photolithography techniques can be, for example, contact alignment lithography, scanner lithography or impregnated lens lithography. In the case of photolithography it may be possible to devise particles with a number of predetermined regular, ie non-random, spherical, square, rectangular, elliptical, disc-shaped, hemispherical shapes. Patterning can be used to define the lateral shape and dimensions of the particles, ie the shape and dimensions of the particles on the cross section parallel to the surface of the substrate. If the formation of the porous layer precedes the patterning process, the lateral dimensions of the particles produced are substantially the same as the lateral dimensions of the patterned features. If the patterning precedes the formation of the porous layer, the lateral dimensions of the particles produced can be greater than the lateral dimensions of the patterned features. The patterning process can produce particles with some regular, i.e., non-random, side shape. For example, in photolithographic pattern processing, various predetermined masks can be used to produce certain desired shapes, while nanoimprint lithography can use various types of molds or stamps for the same purpose. The predetermined nonrandom side shape for the particles is not specifically limited. For example, the particles can be circular, square, polygonal and elliptical in shape.

방출Release

일부 실시양태에서, 입자는 패턴 처리 및 다공질층 형성 단계 후에 웨이퍼로부터 입자를 전자연마에 의해 방출될 수 있으며, 이는 충분히 큰 전류 밀도를 상기 웨이퍼에 인가하는 것을 포함할 수 있다. 하지만, 일부 실시양태에서, 웨이퍼로부터의 상기 입자의 방출은 추가적인 다공질층을 형성시키는 것을 포함할 수 있으며, 이는 이미 형성된 다공질층보다 큰 공극률을 보유한다. 이러한 더 높은 공극률의 층은 방출층이라 일컬어지게 된다. 상기 방출층은 소정의 경우, 예를 들어 기계적 기법, 예컨대 기재를 초음파 에너지에 노출시키는 것을 이용하여 용이하게 파괴시킬 수 있기에 충분히 큰 공극률을 보유할 수 있다. 동시에, 상기 방출층은 기존 형성된 다공질층이 기재에 유지 고정되기에 충분히 강할 수 있다.In some embodiments, the particles may be released by electropolishing the particles from the wafer after the patterning and porous layer forming steps, which may include applying a sufficiently large current density to the wafer. However, in some embodiments, the release of the particles from the wafer may include forming an additional porous layer, which has a higher porosity than the already formed porous layer. This higher porosity layer is called the emissive layer. The emissive layer may have a porosity large enough to be easily destroyed in some cases, for example using mechanical techniques such as exposing the substrate to ultrasonic energy. At the same time, the emissive layer may be strong enough for the previously formed porous layer to be held and fixed to the substrate.

표면 변성Surface denaturation

다수의 기법 중 임의의 기법을 사용하여 입자의 표면 특성, 즉, 입자 외부 표면의 특성 및/또는 입자 공극의 표면 특성을 변성시킬 수 있다. 많은 실시양태에서, 제조된 입자의 표면 변성은 입자가 방출되기 전에 상기 입자가 기재에 여전이 유지되는 동안에 실시할 수 있다. 입자의 표면 변성 유형으로는 비한정적으로 화학적 변성, 예컨대 중합체 변성 및 산화; 플라즈마 처리; 금속 또는 금속 이온 코팅; 화학적 증착(CVD) 코팅, 원자층 증착; 증발 및 스퍼터링 필름 및 이온 주입을 들 수 있다. 일부 실시양태에서, 표면 처리는 생물의학적 표적 및 제어 분해를 위해 생물학적이다.Any of a number of techniques can be used to modify the surface properties of the particles, ie the properties of the outer surface of the particles and / or the surface properties of the particle voids. In many embodiments, surface modification of the particles produced can be carried out while the particles are still retained on the substrate before the particles are released. Types of surface modification of the particles include, but are not limited to, chemical modification such as polymer modification and oxidation; Plasma treatment; Metal or metal ion coatings; Chemical vapor deposition (CVD) coating, atomic layer deposition; Evaporation and sputtering films and ion implantation. In some embodiments, the surface treatment is biological for biomedical targets and controlled degradation.

입자의 표면 변성은 상기 입자가 기재로부터 방출되기 전에 실시될 수 있기 때문에, 비대칭 표면 변성이 또한 가능하다. 비대칭 표면 변성이란 입자의 한 면 상의 표면 변성이 상기 입자의 다른 한 면 상의 것과 상이하다는 것을 의미한다. 예를 들어, 입자 표면의 한 면이 변성될 수 있는 반면에, 상기 입자 표면의 다른 한 면은 변성되지 않고 남아 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 입자의 공극은 희생 물질, 예컨대 희생 포토레지스트에 의해 전부 또는 일부 충전될 수 있다. 따라서, 상기 입자의 외부 표면만이 표면 변성 중에 처리될 수 있다. 희생 물질의 선택적인 제거 후에, 상기 입자의 외부 표면만이 변성될 수 있으며, 즉, 입자의 공극 표면이 변성되지 않고 남게 된다. 일부 실시양태에서, 상기 외부 표면은, 예를 들어 포토리소그래피에 의해 상기 외부 표면의 한 일부가 한 변성을 보유할 수 있으나, 상기 외부 표면의 또다른 일부가 또다른 변성을 보유할 수 있도록 패턴 처리될 수 있다. 예시적 표면 변성 프로토콜이 본 문헌에서 추가 제시된다. 본 원에서 기술되는 실시양태는 하기 작업 실시예에 의해 어떠한 방식으로도 이에 한정되지 않고 추가로 예시된다.Since surface modification of the particles can be carried out before the particles are released from the substrate, asymmetric surface modification is also possible. Asymmetric surface modification means that the surface modification on one side of the particle is different from that on the other side of the particle. For example, one side of the particle surface may be denatured, while the other side of the particle surface may remain unmodified. For example, the pores of the particles may be filled in whole or in part by a sacrificial material, such as a sacrificial photoresist. Thus, only the outer surface of the particles can be treated during surface modification. After selective removal of the sacrificial material, only the outer surface of the particles may be denatured, ie the void surface of the particles remains undenatured. In some embodiments, the outer surface is patterned such that one portion of the outer surface can retain one denaturation, for example by photolithography, while another portion of the outer surface retains another denaturation. Can be. Exemplary surface denaturation protocols are further presented herein. The embodiments described herein are further illustrated in any manner by way of the following working examples, without being limited thereto.

실시예 1: 다공질 규소 입자의 제조. 전자연마 방출Example 1: Preparation of Porous Silicon Particles. Electropolishing Emission

도 1A 및 1B에서 개략적으로 예시되는 공정에서, 입자 패턴 처리는 다공질층 형성에 앞서며, 입자의 방출은 전자연마를 통해 실시된다. 상기 제조는 규소 웨이퍼(101)의 수득과 함께 시작할 수 있다. 웨이퍼(101)의 표면은 KOH 디핑 또는 반응 성 이온 에칭(RIE)과 같은 처리에 의해 임의로 조도 처리할 수 있다. 표면 조도 처리로 표면 상의 핵생성층을 제거하거나 이의 형성을 방지하는 데 일조할 수 있다. 이어서, 보호층(102)을 웨이퍼(101)의 적어도 하나의 표면 상에 침착시켜 HF를 주성분으로 하는 용액에서 웨이퍼가 전기화학적으로 에칭되는 것을 방지할 수 있다. 상기 보호층(102)은 HF 용액에서의 전기화학적 에칭에 저항성이 있는 물질일 수 있다. 이러한 물질의 예로는 질화규소 또는 포토레지스트를 들 수 있다.In the process schematically illustrated in FIGS. 1A and 1B, the particle pattern treatment precedes the formation of the porous layer and the release of particles is carried out via electropolishing. The manufacture can begin with the acquisition of silicon wafer 101. The surface of the wafer 101 may be optionally roughened by a process such as KOH dipping or reactive ion etching (RIE). Surface roughness treatment may help to remove or prevent the formation of nucleation layers on the surface. A protective layer 102 may then be deposited on at least one surface of the wafer 101 to prevent the wafer from being electrochemically etched in a solution based primarily on HF. The protective layer 102 may be a material resistant to electrochemical etching in an HF solution. Examples of such materials include silicon nitride or photoresist.

보호층(102)은 패턴 처리될 수 있다. 도 1A 및 1B는 리소그래피 기법에 의한 보호층의 패턴 처리를 예시한다. 도 1Ac 및 1Bc에서와 같이, 저항성 물질(103)의 층이 보호층(102) 상에 침착된다. 상기 저항성 물질은 보호층이 제거되는 조건 하에서 제거되지 않는 물질일 수 있다. 이러한 물질의 한 예로는 포토레지스트가 있다. 웨이퍼 전면 상의 보호층(102)의 원치 않는 부분뿐만 아니라 상기 웨이퍼 이면 상의 보호층도 제거할 수 있으며, 도 1Ac 및 1Bc를 참조할 수 있다. 상기 저항성 물질(103)이 또한 제거될 수 있으며, 도 1Ad를 참조할 수 있다. 상기 보호층은 보호층의 패턴 처리된 부분들(110) 간의 공간이 제조된 입자의 형태 및 치수를 한정하는 방식으로 패턴 처리될 수 있다.The protective layer 102 may be patterned. 1A and 1B illustrate patterning of a protective layer by lithographic technique. As in FIGS. 1Ac and 1Bc, a layer of resistive material 103 is deposited on protective layer 102. The resistive material may be a material that is not removed under the condition that the protective layer is removed. One example of such a material is photoresist. In addition to the unwanted portions of the protective layer 102 on the front surface of the wafer, the protective layer on the backside of the wafer may be removed, see FIGS. 1Ac and 1Bc. The resistive material 103 may also be removed, see FIG. 1 Ad. The protective layer may be patterned in such a way that the space between the patterned portions 110 of the protective layer defines the shape and dimensions of the manufactured particles.

일부 경우에서, 도 1Bd에서 예시되는 바와 같이, 보호층의 패턴 처리된 부분(110) 사이의 공간(104)에 트렌치가 형성될 수 있다. 상기 트렌치는, 예를 들어 건식 에칭 기법, 예컨대 RIE에 의해 형성될 수 있다. 트렌치의 깊이 및 형태는 기재 표면에 수직인 입자 단면, 및 따라서 입자의 형태를 정의하는 데 이용될 수 있다. 상기 트렌치의 깊이 및 형태는 또한 제조된 입자의 기계적 및/또는 다공질 특 성을 제어하기 위한 것일 수 있다.In some cases, trenches may be formed in the space 104 between the patterned portions 110 of the protective layer, as illustrated in FIG. 1BD. The trench may be formed, for example, by a dry etching technique such as RIE. The depth and shape of the trench can be used to define the particle cross section perpendicular to the substrate surface, and thus the shape of the particle. The depth and shape of the trench may also be for controlling the mechanical and / or porous properties of the particles produced.

다공질층(106)은 보호층의 패턴 처리된 부분(110)에 의해 보호되지 않은 공간에 및 그 주위에 형성될 수 있으며, 도 1Af 및 1Bf를 참조할 수 있다. 다공질층(106)을 형성하기 위해, 상기 웨이퍼는 소정 크기의 공극을 생성하도록 선택될 수 있는 수치의, DC 전류 하에 HF 및 임의로 계면활성제, 예컨대 에탄올을 포함할 수 있는 용액에 노출될 수 있다. 핵생성층(105)이 바람직하지 않은 경우, 보다 큰 DC 전류를 소정의 공극 크기에 해당하는 DC 전류를 인가하기 전에 인가시킬 수 있으며, 도 1Ae를 참조할 수 있다.The porous layer 106 may be formed in and around the unprotected space by the patterned portion 110 of the protective layer, see FIGS. 1Af and 1Bf. To form the porous layer 106, the wafer may be exposed to a solution that may include HF and optionally a surfactant such as ethanol under a DC current, at a value that may be selected to produce a void of desired size. If nucleation layer 105 is undesirable, a larger DC current may be applied before applying a DC current corresponding to a predetermined pore size, see FIG. 1AE.

형성된 다공질층(106)은 패턴 처리된 부분(110)에 의해 보호되지 않은 영역 및 보호층 부분(110) 하의 기재 영역에서 2개의 상이한 공극 배향을 보유할 수 있다. 전자는 기재 표면에 대해 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 배향된 공극을 보유할 수 있는 반면에, 후자는 기판 표면에 평행하거나, 90°와 실질적으로 상이한 각도로 상기 표면에 대해 기울어져 배향된 공극을 보유할 수 있다.The formed porous layer 106 may have two different pore orientations in the region not protected by the patterned portion 110 and in the substrate region under the protective layer portion 110. The former can have pores oriented perpendicular or substantially perpendicular to the substrate surface, while the latter can create pores oriented at an angle parallel to the substrate surface or tilted relative to the surface at an angle substantially different from 90 °. I can hold it.

입자 (108) 또는 (109)는 전자연마에 의해 방출될 수 있으며, 이는 다공질층(106) 아래에 갭(107)을 형성할 수 있으며, 도 1Ag,h 및 1Bg,h를 참조할 수 있다. 이어서, 잔류하는 보호층은 제거될 수 있다. 상기 입자는 여과를 비롯한 수많은 기법에 의해 용액에서 수집될 수 있다. 입자(109)에 트렌치가 형성되어 있는데, 이 트렌치는 입자 형태 및 기계적 및 다공질 특성을 정의할 수 있다. 예를 들어, 트렌치 하의 입자(109)의 일부는 입자(109)의 측면, 즉, 입자(109)의 비트렌치 부 분에서의 공극 크기 및 공극률과 상이한 공극 크기 및 공극률을 보유할 수 있다.Particles 108 or 109 may be released by electropolishing, which may form a gap 107 under porous layer 106, see FIGS. 1Ag, h and 1Bg, h. The remaining protective layer can then be removed. The particles can be collected in solution by a number of techniques including filtration. A trench is formed in the particle 109, which may define particle morphology and mechanical and porous properties. For example, a portion of the particles 109 under the trench may have a pore size and porosity that is different from the pore size and porosity at the side of the particle 109, ie, the bit trench portion of the particle 109.

실시예 2. 다공질 규소 입자의 제조. 제2 다공질층의 형성을 통한 방출Example 2. Preparation of Porous Silicon Particles. Emission through Formation of Second Porous Layer

도 2A 및 2B에서 개략적으로 예시되는 공정에서, 입자 패턴 처리는 다공질층 형성에 앞서며, 상기 입자의 방출은 제2 다공질층의 형성을 통해 실시된다. 상기 제조 공정은 규소 웨이퍼(201)를 수득하면서 시작할 수 있다. 앞선 프로토콜에서와 같이, 웨이퍼(201)의 표면은, 예를 들어 KOH 디핑 또는 RIE에 의해 조도 처리될 수 있다. 실시예 1에서와 같이, 보호층(202)이 이어서 웨이퍼 상에 침착되어 상기 웨이퍼가 HF를 주성분으로 하는 용액에서 전기화학적 에칭되는 것을 방지할 수 있으며, 도 2Aa를 참조할 수 있다. 실시예 1에서와 같이, 보호층(202)은 이어서, 예를 들어 리소그래피 기법을 이용하여 패턴 처리할 수 있으며, 도 2Ab,c 및 2Bb,c를 참조할 수 있다. 실시예 1에서와 같이, 패턴 처리는 저항성 필름(203)의 침착을 포함할 수 있으며, 도 2Bb 및 2Ab를 참조할 수 있다. 웨이퍼의 전면 상의 보호 필름의 원하지 않는 부분뿐만 아니라 웨이퍼(201)의 이면 상의 보호 필름을 제거할 수 있으며, 도 2Bc 및 2Ac를 참조할 수 있다. 실시예 1에서와 같이, 보호층(202)은 패턴 처리된 부분들(201) 사이의 공간이 제조된 입자의 형태 및 치수를 정의하도록 패턴 처리될 수 있다.In the process schematically illustrated in FIGS. 2A and 2B, the particle pattern treatment is preceded by the formation of the porous layer, and the release of the particles is carried out through the formation of the second porous layer. The manufacturing process can begin with obtaining the silicon wafer 201. As in the previous protocol, the surface of the wafer 201 may be roughened, for example by KOH dipping or RIE. As in Example 1, a protective layer 202 may then be deposited on the wafer to prevent the wafer from being electrochemically etched in a solution based primarily on HF, see FIG. 2A. As in Example 1, the protective layer 202 may then be patterned using, for example, lithographic techniques, see FIGS. 2Ab, c and 2Bb, c. As in Example 1, the pattern treatment may include the deposition of the resistive film 203, see FIGS. 2Bb and 2Ab. Undesired portions of the protective film on the front side of the wafer, as well as the protective film on the back side of the wafer 201, can be removed, see FIGS. 2BC and 2Ac. As in Example 1, the protective layer 202 may be patterned such that the space between the patterned portions 201 defines the shape and dimensions of the manufactured particles.

일부 경우에서, 도 2Bd에서 예시되는 바와 같이, 트렌치(204)가 보호층의 패턴 처리된 부분들(210) 사이의 공간에서 형성될 수 있다. 상기 트렌치는 건식 에칭, 예컨대 RIE에 의해 형성될 수 있다. 트렌치의 깊이 및 형태는 기재 표면에 수직인 입자의 단면, 및 따라서 입자의 형태를 정의하는 데 이용될 수 있다. 트렌치 의 깊이 및 형태를 이용하여 형성된 입자의 기계적 및 다공질 특성을 제어할 수 있다.In some cases, as illustrated in FIG. 2BD, trench 204 may be formed in the space between the patterned portions 210 of the protective layer. The trench may be formed by dry etching, such as RIE. The depth and shape of the trench can be used to define the cross section of the particle perpendicular to the substrate surface, and thus the shape of the particle. The depth and shape of the trenches can be used to control the mechanical and porous properties of the formed particles.

다공질층(206)은 보호층의 패턴 처리된 부분(210)에 의해 보호되지 않은 공간에 및 그 주위에 형성될 수 있으며, 도 2Ae,f 및 2Bf를 참조할 수 있다. 다공질층(106)을 형성하기 위해, 상기 웨이퍼는 소정 크기의 공극을 생성하도록 선택될 수 있는 수치의, DC 전류 하에 HF 및 임의로 계면활성제를 포함할 수 있는 용액에 노출될 수 있다. 핵생성층이 바람직하지 않은 경우, 보다 큰 DC 전류를 소정의 공극 크기에 해당하는 DC 전류를 인가하기 전에 인가시킬 수 있다.The porous layer 206 may be formed in and around the unprotected space by the patterned portion 210 of the protective layer, see FIGS. 2Ae, f and 2Bf. To form the porous layer 106, the wafer may be exposed to a solution that may include HF and optionally a surfactant under a DC current, at a value that may be selected to produce voids of a desired size. If a nucleation layer is not desired, a larger DC current can be applied before applying a DC current corresponding to a predetermined pore size.

형성된 다공질층(206)은 패턴 처리된 부분(210)에 의해 보호되지 않은 영역 및 보호층 부분(210) 하의 기재 영역에서 2개의 상이한 공극 배향을 보유할 수 있다. 전자는 기재 표면에 대해 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 배향된 공극을 보유할 수 있는 반면에, 후자는 기판 표면에 평행하거나, 90°와 실질적으로 상이한 각도로 상기 기재 표면으로 기울어져 배향된 공극을 보유할 수 있다.The formed porous layer 206 may have two different pore orientations in the region not protected by the patterned portion 210 and in the substrate region under the protective layer portion 210. The former can have pores oriented perpendicularly or substantially perpendicular to the substrate surface, while the latter can create pores oriented at an angle parallel to the substrate surface or inclined to the substrate surface at an angle substantially different from 90 °. I can hold it.

다공질층(206)의 형성 후에, 보다 큰 전류을 인가하여 제1 층보다 큰 공극률을 보유하는 제2 다공질층(207)을 형성할 수 있으며, 도 2Bf 및 2Af를 참조할 수 있다. 이러한 큰 전류는 제2 다공질층(207)이 기계적으로 붕괴되기에 충분히 약하나 여전히 상기 입자를 적소에 유지할 수 있도록 선택될 수 있다.After formation of the porous layer 206, a larger current may be applied to form a second porous layer 207 having a larger porosity than the first layer, see FIGS. 2BF and 2Af. This large current may be chosen so that the second porous layer 207 is weak enough to mechanically collapse but still hold the particles in place.

핵생성층이 앞서 제거되지 않는 경우, 건식 에칭 기법, 예컨대 RIE를 이용하여 본 단계에서 제거할 수 있다. 이어서, 보호 필름의 패턴 처리된 부분(210)이 제거될 수 있으며, 도 2Ag 및 2Bg를 참조할 수 있다. 제2 다공질층(207)에 의해 웨이 퍼(201)에 유지된 입자는 이어서 요망되는 경우 화학적으로 변성될 수 있다.If the nucleation layer has not been removed previously, it may be removed at this step using dry etching techniques such as RIE. The patterned portion 210 of the protective film may then be removed, see FIGS. 2Ag and 2Bg. The particles retained in the wafer 201 by the second porous layer 207 may then be chemically modified if desired.

입자 (208) 또는 (209)는 제2 다공질층(207)를 파괴하여 용액에서 웨이퍼(201)로부터 방출될 수 있으며, 이는, 예를 들어 기계적 수단, 예컨대 상기 에이퍼를 초음파 진동에 노출시키는 것에 의해 실시될 수 있으며, 도 2Ah 및 2Bh를 참조할 수 있다. 입자(209)는 이의 형태 및 이의 기계적 및 다공질 특성을 정의할 수 있는 트렌치를 그 내부에 형성하도록 보유할 수 있다. 예를 들어, 트렌치 하의 입자(209)의 일부는 입자(209)의 측면, 즉, 입자(209)의 비트렌치 부분에서의 공극 크기 및 공극률과 상이한 공극 크기 및 공극률을 보유할 수 있다.Particles 208 or 209 can be released from the wafer 201 in solution by breaking the second porous layer 207, which is for example exposed to mechanical means such as exposing the aper to ultrasonic vibrations. By way of example, see Figs. 2Ah and 2Bh. Particles 209 may retain a trench therein that may define its shape and its mechanical and porous properties. For example, a portion of the particles 209 under the trench may have a pore size and porosity that is different from the pore size and porosity at the side of the particle 209, ie, the bit trench portion of the particle 209.

실시예 1 및 2에서 제조된 입자의 형태는 에칭 조건에 따라 반구형, 사발형, 절두형 등일 수 있다. 예를 들어, 사발형 형태에서, 사발형의 깊이는 전기화학적 습식 에칭 전에 입자 패턴으로 형성된 트렌치의 깊이에 따라 다를 수 있다.The shape of the particles prepared in Examples 1 and 2 may be hemispherical, bowl-shaped, truncated, etc., depending on the etching conditions. For example, in the bowl shape, the depth of the bowl shape may depend on the depth of the trench formed in the particle pattern prior to the electrochemical wet etching.

실시예 3. 다공질 규소 입자의 제조Example 3 Preparation of Porous Silicon Particles

도 3에서 개략적으로 예시되는 공정에서, 다공질층 형성은 입자 패턴 처리에 앞선다. 상기 공정은 실리콘 웨이퍼(301)을 수득하는 것과 함께 시작할 수 있다. 다공질층(302)를 형성하기 위해, 이어서 웨이퍼는 층(302)에 소정 크기의 공극을 얻도록 선택될 수 있는 수치인, DC 전류 하에 HF 및 임의로 계면활성제를 포함할 수 있는 용액에 노출될 수 있으며, 도 3a를 참조할 수 있다. 이후, 보다 큰 전류를 인가하여 제1 다공질층 아래의 기재(301)에 제2 다공질층(303)을 형성할 수 있다. 이러한 보다 큰 전류는 제2 다공질층(303)이 제1 다공질층(302)보다 큰 공극률을 보유하도록 선택될 수 있으며, 도 3b를 참조할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 보 다 큰 전류는 다공질층(303)이 필요한 경우 기계적으로 붕괴되기에 충분히 약하나 그와 동시에 형성된 입자를 웨이퍼 내 위치에 유지시킬 수 있도록 선택된다.In the process schematically illustrated in FIG. 3, the porous layer formation precedes the particle pattern processing. The process may begin with obtaining a silicon wafer 301. To form the porous layer 302, the wafer may then be exposed to a solution that may include HF and optionally a surfactant under DC current, a number that may be selected to obtain a desired size of voids in the layer 302. See FIG. 3A. Thereafter, a larger current may be applied to form the second porous layer 303 on the substrate 301 under the first porous layer. This larger current may be selected such that the second porous layer 303 has a larger porosity than the first porous layer 302, see FIG. 3B. Preferably, this larger current is chosen such that the porous layer 303 is weak enough to mechanically collapse when needed, but at the same time maintain the formed particles in position in the wafer.

제2 다공질층의 형성 후, 입자를 패턴 처리할 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트층을 다공질 규소 필름(301) 상에 침착시킬 수 있다. 이어서, 상기 포토레지스트층은 패턴화되어 입자를 정의할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 포토레지스트층의 패턴 처리된 부분(304)(도 3c)은 입자를 정의한다. 다공질 규소층(302)의 원치 않는 영역, 즉, 포토레지스트층의 패턴 처리된 부분(304)에 의해 커버되지 않는 다공질층(302)의 부분은, 예를 들어 건식 에칭, 예컨대 RIE에 의해 제거될 수 있으며, 도 3d를 참조할 수 있다. 이어서, 포토레지스트층의 패턴 처리된 부분(304)가 제거될 수 있다.After formation of the second porous layer, the particles can be patterned. For example, a photoresist layer may be deposited on the porous silicon film 301. The photoresist layer may then be patterned to define the particles. For example, the patterned portion 304 (FIG. 3C) of the photoresist layer in FIG. 3 defines particles. Unwanted areas of the porous silicon layer 302, ie portions of the porous layer 302 that are not covered by the patterned portions 304 of the photoresist layer, may be removed, for example, by dry etching, such as RIE. 3D may be referred to. The patterned portion 304 of the photoresist layer may then be removed.

이어서, 제2 다공질층(303)에 의해 웨이퍼(301)에 유지되는 입자는 요망되는 경우 화학적으로 변성될 수 있으며, 도 3e를 참조할 수 있다. 입자(306)은 제2 다공질층(302)를 파괴함으로써 용액에서 웨이퍼(301)로부터 방출될 수 있으며, 이는, 예를 들어 기계적 수단, 예컨대 상기 웨이퍼를 초음파 진동에 노출시킴으로써 실시할 수 있고, 이는 도 3f를 참조할 수 있다.Subsequently, the particles retained on the wafer 301 by the second porous layer 303 may be chemically modified if desired, see FIG. 3E. The particles 306 can be released from the wafer 301 in solution by breaking the second porous layer 302, which can be done, for example, by exposing the wafer to ultrasonic vibration, for example by mechanical means. See FIG. 3F.

실시예 4. 다공질 규소 입자의 고수율 제조 IExample 4 High Yield Preparation of Porous Silicon Particles I

실시예 3의 공정을 제조된 입자를 고수율로 생성하도록 할 수 있는 다층 방법으로 변형시킬 수 있다. 상기 방법은 규소 웨이퍼(401)을 얻는 것과 함께 시작할 수 있다. 이어서, 상기 웨이퍼(401)은 HF/계면활성제 용액에 노출될 수 있고, DC 전류가 일정 시간 동안 인가되어 제1 다공질 규소 층(402)을 형성할 수 있으며, 도 4a를 참조할 수 있다. 이어서, 보다 큰 전류를 인가하여 방출층으로서 보다 큰 공극률을 갖는 제2 다공질층(403)을 형성할 수 있다. 이러한 보다 큰 전류는 제2 다공질층(403)이 기계적으로 붕괴되기에 충분히 약하나, 그와 동시에 상기 입자를 웨이퍼(401) 내에 유지시킬 수 있도록 선택될 수 있다.The process of Example 3 can be modified in a multi-layered manner that allows the produced particles to be produced in high yield. The method may begin with obtaining a silicon wafer 401. Subsequently, the wafer 401 may be exposed to an HF / surfactant solution, and a DC current may be applied for a period of time to form the first porous silicon layer 402, see FIG. 4A. Subsequently, a larger current can be applied to form the second porous layer 403 having a larger porosity as the emission layer. This greater current is weak enough to cause the second porous layer 403 to mechanically collapse, but at the same time can be selected to retain the particles within the wafer 401.

안정한 다공질층, 예컨대 제1 다공질층(402)를 형성하고, 붕괴가능한 방출 다공질층, 예컨대 제2 다공질층(403)을 형성하는 단계를 반복하여 주기적 층상 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 4b는 이러한 주기적 구조를 나타내며, 여기서 안정한 다공질층(402)가 붕괴가능한 방출층(403)에 의해 분리된다. 이어서, 입자의 패턴 처리가 실시될 수 있다.Forming a stable porous layer, such as the first porous layer 402, and forming a collapsible release porous layer, such as the second porous layer 403, may be repeated to form a periodic layered structure. For example, FIG. 4B shows this periodic structure, where the stable porous layer 402 is separated by the collapsible release layer 403. Subsequently, patterning of the particles may be performed.

예를 들어, 마스킹층, 예컨대 금속 필름을 정상부 제1 다공질층(402) 상에 침착시킬 수 있다. 포토레지스트층을 마스킹 필름 정상부에 위치시킬 수 있다. 금속 마스킹 필름이 침착되지 않는 경우에, 포토레지스트를 정상부 제1 다공질층(402)에 직접 위치시킬 수 있다. 이어서, 리소그래피 기법을 적용하여 포토레지스트층을 패턴 처리할 수 있다. 도 4c에서 도시되는 바와 같이, 패턴 처리된 포토레지스트층은 패턴 처리된 포토레지스트 부분을 포함할 수 있으며, 이는 제조되는 입자의 형태 및 치수를 정의할 수 있다. 이어서, 주기적 다공질 구조의 원치 않는 부분, 즉, 패턴 처리된 포토레지스트 부분(404)에 의해 커버되지 않은 주기적 구조의 부분이 제거되어 패턴 처리된 포토레지스트 부분(404)으로 덮힌 처리된 스택(406)을 형성할 수 있으며, 도 4d를 참조할 수 있다. 이어서, 포토레지스트 필름 및/또는 마스킹 필름을, 예를 들어 피라냐 용액(piranha solution)(1 부피의 H2O2 및 2 부피의 H2SO4)을 이용하여 스택(406)의 정상부로부터 제거할 수 있으며, 도 4e를 참조할 수 있다. 이어서, 요망되는 경우, 안정한 다공질층의 일부로부터 형성되고 방출가능한 다공질층에 의해 스택(406)에 유지되는 입자(405)를 화학적으로 변성시킬 수 있다. 스택(406)으로부터 용액으로의 입자(405)의 방출은 기계적 수단, 예컨대 스택(406)을 갖는 웨이퍼(401)을 초음파 진동에 노출시키는 것에 의해 실시할 수 있으며, 도 4f를 참조할 수 있다.For example, a masking layer, such as a metal film, may be deposited on top first porous layer 402. The photoresist layer may be placed on top of the masking film. If no metal masking film is deposited, the photoresist may be placed directly on top first porous layer 402. Lithographic techniques can then be applied to pattern the photoresist layer. As shown in FIG. 4C, the patterned photoresist layer may include a patterned portion of the photoresist, which may define the shape and dimensions of the particles to be produced. Subsequently, an undesired portion of the periodic porous structure, i.e., a portion of the periodic structure not covered by the patterned photoresist portion 404, is removed and covered with the patterned photoresist portion 404. May be formed and reference may be made to FIG. 4D. The photoresist film and / or masking film can then be removed from the top of the stack 406 using, for example, a piranha solution (1 volume of H 2 O 2 and 2 volumes of H 2 SO 4 ). Reference may be made to FIG. 4E. If desired, the particles 405 formed from a portion of the stable porous layer and retained in the stack 406 by the releaseable porous layer may then be chemically modified. Release of the particles 405 from the stack 406 into the solution may be effected by exposing the mechanical means, such as the wafer 401 with the stack 406 to ultrasonic vibrations, see FIG. 4F.

실시예 5. 다공질 규소 입자의 고수율 제조 ⅡExample 5 High Yield Preparation of Porous Silicon Particles II

본 실시예는 다공질 규소 입자의 고수율 제조에 대한 대체 방법을 나타낸다. 규소 웨이퍼(501)로부터 시작하여, 보호층을 웨이퍼 상에 침착시켜 상기 웨이퍼를 심층 RIE와 같은 이방성 에칭으로부터 보호할 수 있다. 상기 보호층은, 예를 들어 이산화규소 필름 또는 포토레지스트 필름일 수 있다. 상기 보호층은 패턴 처리되어 제조하려는 입자의 단면 형태 및 치수를 정의하는 보호층의 패턴 처리된 부분(502)를 형성할 수 있으며, 도 5a를 참조할 수 있다. 보호층의 이러한 초기 패턴 처리는 도 1A (a)-(d)에서 예시된 보호층 패턴 처리와 유사하게 실시할 수 있다.This example shows an alternative method for high yield production of porous silicon particles. Starting from the silicon wafer 501, a protective layer can be deposited on the wafer to protect the wafer from anisotropic etching, such as a deep RIE. The protective layer may be, for example, a silicon dioxide film or a photoresist film. The protective layer may be patterned to form a patterned portion 502 of the protective layer that defines the cross-sectional shape and dimensions of the particles to be manufactured, see FIG. 5A. This initial pattern processing of the protective layer can be performed similarly to the protective layer pattern processing illustrated in Figs. 1A (a)-(d).

이어서, 이방성 에칭 기법을 상기 웨이퍼의 탈보호된 부분에 적용하여 보호 필름의 패턴 처리된 부분(502) 밑에 필라(pillar)(503)을 형성할 수 있으며, 도 5b를 참조할 수 있다. 이어서, 필러(503) 정상부 상의 보호 필름(502)을 제거할 수 있다. 이어서, 제2 보호층(504)을 필러(503) 상에 및 필러들(503) 사이의 에칭된 부분(508)에 침착시킬 수 있으며, 도 5c를 참조할 수 있다. 제2 보호층(504)은 상기 웨이퍼가 HF를 주성분으로 하는 용액에서 전기화학적으로 에칭되는 것을 방지하도록 존재할 수 있다. 예를 들어, 제2 보호층(504)은 질화규소 필름 또는 포토레지스트 필름일 수 있다. 이어서, 필러(503)의 정상부는, 예를 들어 에칭 또는 평탄화에 의해 제2 보호층(504)의 일부를 제거함으로써 노출시킬 수 있다. 바람직하게는, 이러한 제거 후에, 제2 보호층(504)은 에칭된 부분(508)의 측면 및 바닥부에 그대로 잔존하며, 도 5d를 참조할 수 있다.An anisotropic etching technique may then be applied to the deprotected portion of the wafer to form a pillar 503 under the patterned portion 502 of the protective film, see FIG. 5B. The protective film 502 on the top of the filler 503 can then be removed. A second protective layer 504 may then be deposited on the pillar 503 and in the etched portion 508 between the pillars 503, see FIG. 5C. The second protective layer 504 may be present to prevent the wafer from being electrochemically etched in a solution based primarily on HF. For example, the second protective layer 504 may be a silicon nitride film or a photoresist film. The top of the filler 503 may then be exposed by removing a portion of the second protective layer 504 by, for example, etching or planarization. Preferably, after such removal, the second protective layer 504 remains intact on the side and bottom of the etched portion 508, see FIG. 5D.

이후, 패턴 처리된 필러를 갖는 웨이퍼는 인가된 DC 전류 하에 HF를 주성분으로 하는 용액에 노출되어 제1 다공질층(505)을 형성할 수 있으며, 이는 입자가 형성될 수 있는 안정한 다공질층이다. 상기 인가된 DC 전류는 상기 입자에서 요망되는 크기를 갖는 공극을 형성하도록 선택될 수 있다. 이후, 보다 큰 전류를 인가하여 상기 제1 다공질층(505)보다 큰 공극률을 갖는 방출 다공질층인 제2 다공질층(506)을 형성할 수 있다. 이러한 보다 큰 전류는 상기 방출 다공질층이 한편으로는 기계적으로 붕괴되기에 충분히 약하고, 다른 한편으로는 상기 방출 전에 상기 입자를 위치에 유지시키기에 충분히 강하도록 선택될 수 있다. 안정한 다공질층, 예컨대 층(505)의 형성 및 방출층, 예컨대 층(506)의 형성 단계를 소정의 횟수로 반복하여 필러(503)에 주기적 층상 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 5(e)는 교대형의 안정한 다공질층(505) 및 방출 다공질층(506)에 의해 형성되는 주기적 구조(509)를 나타낸다. 주기형 스택 구조(509)의 형성 시, 잔류하는 제2 보호층(504) 이 제거될 수 있으며, 도 5f를 참조할 수 있다.Thereafter, the wafer with the patterned filler may be exposed to a solution containing HF as a main component under an applied DC current to form the first porous layer 505, which is a stable porous layer in which particles may be formed. The applied DC current can be selected to form voids with the desired size in the particles. Thereafter, a larger current may be applied to form the second porous layer 506, which is an emission porous layer having a larger porosity than the first porous layer 505. This greater current may be chosen such that the emitting porous layer is weak enough to mechanically collapse on the one hand and strong enough to hold the particles in position before the release on the other hand. The formation of a stable porous layer, such as layer 505 and the formation of a release layer, such as layer 506, may be repeated a predetermined number of times to form a periodic layered structure in filler 503. For example, FIG. 5E shows a periodic structure 509 formed by an alternating stable porous layer 505 and an emitting porous layer 506. In forming the periodic stack structure 509, the remaining second protective layer 504 may be removed, see FIG. 5F.

이어서 요망되는 경우, 안정한 다공질층(505)의 일부로부터 형성되고 방출가능한 다공질층(506)에 의해 주기적 스택 구조(509)에 유지되는 입자(507)은 화학적으로 변성될 수 있다. 스택(509)로부터 용액으로의 입자(507)의 방출은 기계적 수단, 예컨대 스택(509)를 보유하는 웨이퍼(501)를 초음파 진동에 노출시키는 것으로 실시할 수 있으며, 도 5g를 참조할 수 있다.If desired, the particles 507 formed from a portion of the stable porous layer 505 and held in the periodic stack structure 509 by the releaseable porous layer 506 may be chemically modified. Release of the particles 507 from the stack 509 into the solution may be effected by exposing the mechanical means, such as the wafer 501 holding the stack 509 to ultrasonic vibrations, see FIG. 5G.

상기 방법에서, 공극률이 큰 방출층의 형성 단계는 전자연마로 대체될 수 있다. 상기 경우에, 형성된 주기적 구조는 교대형의 안정한 다공질층, 및 방출 다공질층 대신에 전자연마에 의해 형성된 캡을 포함할 수 있다. 상기 안정한 다공질층은 상기 잔존하는 제2 보호층(504)에 의해 웨이퍼에 그대로 유지될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 안정한 다공질층으로부터 형성된 입자의 방출은 잔존하는 제2 보호층을 제거함으로써 실시할 수 있다. 상기 방출 이전에, 상기 입자는 상기 웨이퍼가 여전히 그대로인 동안에 화학적으로 변성될 수 있다.In this method, the step of forming a large porosity emitting layer can be replaced by electropolishing. In this case, the formed periodic structure may include an alternating stable porous layer and a cap formed by electropolishing instead of the emitting porous layer. The stable porous layer may be maintained on the wafer by the remaining second protective layer 504. In this case, the release of the particles formed from the stable porous layer can be carried out by removing the remaining second protective layer. Prior to the release, the particles can be chemically modified while the wafer is still intact.

표면 변성 프로토콜Surface denaturation protocol

하기 실험 프로토콜이 제공되며, 이는 표적 부분, 예컨대 항체의 산화, 실란화 및 결합에 의한 규소 입자의 표면 변성에 이용될 수 있다.The following experimental protocols are provided, which can be used for surface denaturation of silicon particles by oxidation, silanization and binding of target moieties such as antibodies.

규소 마이크로입자의 산화Oxidation of Silicon Microparticles

IPA 중 규소 마이크로입자는 핫플레이트(80∼90℃) 상에서 유지된 유리 비이커에서 건조시킬 수 있다. 규소 입자는 피라냐(1 부피의 H2O2 및 2 부피의 H2SO4)에 서 산화시킬 수 있다. 상기 입자는 H2O2 첨가 후에 초음파 처리될 수 있고, 이어서 산이 첨가될 수 있다. 상기 현탁액을 간헐적인 초음파 처리와 함께 2 시간 동안 100∼110℃로 가열시켜 상기 입자를 분산시킬 수 있다. 이어서, 상기 현탁액은 현탁액의 pH가 약 5.5∼6이 될 때까지 DI 수로 세척할 수 있다. 이어서, 입자는 적절한 완충액, IPA(이소프로필 알콜)로 이송되거나 물에 보관되고 추가 사용 시까지 냉장처리 될 수 있다.Silicon microparticles in IPA can be dried in a glass beaker held on a hotplate (80-90 ° C.). Silicon particles can be oxidized in piranhas (one volume of H 2 O 2 and two volumes of H 2 SO 4 ). The particles can be sonicated after the addition of H 2 O 2 and then acid can be added. The suspension can be heated to 100-110 ° C. for 2 hours with intermittent sonication to disperse the particles. The suspension can then be washed with DI water until the pH of the suspension is about 5.5-6. The particles can then be transferred to an appropriate buffer, IPA (isopropyl alcohol) or stored in water and refrigerated until further use.

실란화Silanized

산화. 실란화 공정에 앞서, 산화된 입자를 1.5 M HNO3 산에서 대략 1.5 시간(실온) 동안 수산화시킬 수 있다. 입자를 DI 수로 3∼5회 세척할 수 있다(세척은 물에 현탁시키고 원심분리한 후, 상청액을 제거하고 상기 절차를 반복하는 것을 포함할 수 있음).Oxidation. Prior to the silanization process, the oxidized particles may be hydroxide in 1.5 M HNO 3 acid for approximately 1.5 hours (room temperature). The particles may be washed 3-5 times with DI water (washing may include suspending in water, centrifuging, removing the supernatant and repeating the above procedure).

APTES 처리. 상기 입자는 이를 IPA(이소프로필 알콜)로 2회 세척함으로써 IPA에 현탁시킬 수 있다. 이어서, 상기 입자는 실온에서 45 분 동안 0.5%(부피/부피)의 APTES(3-아미노프로필트리에톡시실란)를 함유하는 IPA 용액에 현탁시킬 수 있다. 이어서, 상기 입자를 원심분리에 의해 IPA로 4∼6회 세척하고 냉장 처리된 IPA에 저장할 수 있다. 대안적으로, 상기 입자를 분액하고, 건조시키며, 진공 하에서 저장하고, 추가 사용 시까지 건조 처리할 수 있다.APTES processing. The particles can be suspended in IPA by washing it twice with IPA (isopropyl alcohol). The particles can then be suspended in an IPA solution containing 0.5% (volume / volume) of APTES (3-aminopropyltriethoxysilane) for 45 minutes at room temperature. The particles can then be washed 4-6 times with IPA by centrifugation and stored in refrigerated IPA. Alternatively, the particles can be aliquoted, dried, stored under vacuum and dried until further use.

MPTMS 처리. 상기 입자를 상기와 동일한 절차를 이용하여 HNO3에서 수산화시킬 수 있다. 물 및 IPA에 의한 세척 후, 상기 입자를 0.5 부피/부피%의 MPTMS(3-메 르캅토프로필트리메톡시실란) 및 0.5 부피/부피%의 IPA에 의해 4 시간 동안 실란화시킬 수 있다. 이어서, 상기 입자는 IPA로 4∼6회 세척된 후, 냉장 처리된 IPA에 보관되거나 분액되고, 건조되며, 진공 하 저장되고 건조 처리될 수 있다.MPTMS treatment. The particles can be hydroxide in HNO 3 using the same procedure as above. After washing with water and IPA, the particles can be silanized for 4 hours by 0.5 volume / vol% MPTMS (3-mercaptopropyltrimethoxysilane) and 0.5 volume / vol% IPA. The particles can then be washed 4-6 times with IPA and then stored or aliquoted in refrigerated IPA, dried, stored in vacuo and dried.

항체의 컨쥬게이팅. 마이크로입자는 상기 기술된 바와 같이 APTES 및/또는 MPTMS에 의해 변성될 수 있다. 설포-SMCC, 숙신이미딜 4-N-말레이미도메틸 시클로헥산-1-카르복실레이트(SMCC) 가교제의 수용성 동족체를 사용하여 안티-VEGFR2 항체와 상기 입자를 가교시킬 수 있다. APTES 및 MPTMS 둘 모두의 입자를 안티-VEGFR2와 컨쥬게이팅시키는 데 사용되는 입자의 총수는 약 7.03 X 106일 수 있다. 상기 입자는 0.5% Triton X-100을 함유하는 인산염 완충액으로 6회 세척 및 원심분리한 후, 순전한 인산염 완충액에서 4회 세척하고, 이어서 플레이트 판독기에서 판독할 수 있다.Conjugation of Antibodies. Microparticles can be denatured by APTES and / or MPTMS as described above. Water-soluble homologues of sulfo-SMCC, succinimidyl 4-N-maleimidomethyl cyclohexane-1-carboxylate (SMCC) crosslinker may be used to crosslink the anti-VEGFR2 antibody with the particles. The total number of particles used to conjugate the particles of both APTES and MPTMS with anti-VEGFR2 may be about 7.03 × 10 6 . The particles can be washed and centrifuged six times with phosphate buffer containing 0.5% Triton X-100, then washed four times in pure phosphate buffer and then read in a plate reader.

표면 실란화에 의한 화학 골격을 통한 IgG, EGFR, VEGFR와 같은 항체의 나노다공질 규소 입자로의 고정 후, 이들 항체와 공유결합할 수 있는 용이하게 이용가능한 단백질 가교제를 포함하는 이후 커플링 방법이 실험적으로 증명되었다.After immobilization of antibodies such as IgG, EGFR, VEGFR to nanoporous silicon particles via chemical backbone by surface silanization, subsequent coupling methods comprising readily available protein crosslinkers capable of covalently binding to these antibodies are experimental. Proved to be.

APTES에 의한 표면 변성Surface denaturation by APTES

예시적인 표면 변성에서, 다공질 규소 입자는 1.5M HNO3에서 1 시간 동안 수산화될 수 있다. 아민기는, 이소프로판올(IPA) 중 0.5 부피/부피%의 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)을 포함하는 용액에 의해 실온에서 30 분 동안 실란화시켜 상기 표면에 도입한다. 티올기를 IPA 중 0.5 부피/부피% H2O 및 0.5 부피/부피% 3- 메르캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS)을 이용하여 상기 표면 상에 코팅할 수 있다. APTES 코팅된 및 MPTMS 코팅된 입자를 인산염 완충된 염수(PBS)에 현탁시키고, 가교제 1 mM N-숙신이미딜-S-아세틸티오아세테이트(SATA), 1 mM 설포숙신이미딜 4-(N-말레이미도메틸)시클로헥산-1-카르복실레이트(설포-SMCC), 1 mM N-숙신이미딜[4-요오도아세틸]아미노벤조에이트(설포-SIAB) 또는 1 mM 숙신이미딜 6-(3-[2-피리딜디티오]-프로피온아미도)헥사노에이트(SPDP)와 실온에서 1 시간 동안 반응시킬 수 있다. 이어서, 상기 항체들을 상기 입자 상에 바이오컨쥬케이팅시킬 수 있다.In an exemplary surface modification, the porous silicon particles may be hydroxide for 1 hour in 1.5M HNO 3 . The amine groups are introduced into the surface by silanization at room temperature for 30 minutes with a solution comprising 0.5 vol / vol% of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) in isopropanol (IPA). Thiol groups can be coated onto the surface using 0.5 vol / vol% H 2 O and 0.5 vol / vol% 3- mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) in IPA. APTES coated and MPTMS coated particles are suspended in phosphate buffered saline (PBS) and the crosslinker 1 mM N-succinimidyl-S-acetylthioacetate (SATA), 1 mM sulfosuccinimidyl 4- (N-maleic). Midomethyl) cyclohexane-1-carboxylate (sulfo-SMCC), 1 mM N-succinimidyl [4-iodoacetyl] aminobenzoate (sulfo-SIAB) or 1 mM succinimidyl 6- (3- [2-pyridyldithio] -propionamido) hexanoate (SPDP) can be reacted at room temperature for 1 hour. The antibodies can then be bioconjugated onto the particles.

실시예 6: '큰 공극' 규소 입자의 제조Example 6: Preparation of 'large void' silicon particles

도 6은 하기와 같이 제조되는 1.2 μm의 규소 다공질 입자의 주사 전자 이미지를 나타낸다. 저항률이 0.005 옴-cm인 강하게 도핑된 p++ 유형(100) 웨이퍼(Silicon Quest Inc)를 기재로서 사용하였다. 200 nm의 질화규소층을 저압 화학 증착(LPCVD) 시스템에 의해 증착시켰다. EVG 620 배열기(진공 접촉)를 이용하여 1 μm 원형 입자 패턴을 패턴 처리하는 데 표준 포토리소그래피를 이용하였다. 이어서, 질화규소를 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 선택적으로 제거하였다. 웨이퍼 이면 상의 질화규소를 RIE에 의해 제거하였다. 300 nm의 규소 트렌치를 노출된 입자 패턴에서의 규소에 에칭시켰다. 포토레지스트를 피라냐(H2SO4:H2O2=3:1 부피에 의함)에 의해 제거하였다. 알루미늄 필름을 상기 웨이퍼의 이면 상에 코팅하였다. 이어서, 상기 웨이퍼를 전기화학적 에칭을 위해 홈메이드 Teflon® 셀에 투입하였다. 25 초 동안 80 mA/cm2의 전류 밀도가 인가된 불화수소산(HF) 및 에탄올(3:7 부피/부 피)의 혼합물에서 나노공극이 형성되었다. 6 초 동안 400 mA/cm2의 전류 밀도를 인가하여 높은 공극률의 방출층을 형성하였다. HF에 의해 질화물 층을 제거한 후, 입자를 1 분 동안 초음파에 노출시켜 IPA에서 방출시켰다. 다공질 규소 입자를 함유하는 IPA를 수집하고 저장하였다.6 shows a scanning electron image of 1.2 μm silicon porous particles prepared as follows. A strongly doped p ++ type 100 wafer (Silicon Quest Inc) with a resistivity of 0.005 ohm-cm was used as the substrate. A 200 nm silicon nitride layer was deposited by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system. Standard photolithography was used to pattern 1 μm circular particle patterns using an EVG 620 array (vacuum contact). Silicon nitride was then selectively removed by reactive ion etching (RIE). Silicon nitride on the wafer backside was removed by RIE. A 300 nm silicon trench was etched into the silicon in the exposed particle pattern. Photoresist was removed by piranha (by H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 3: 1 volume). An aluminum film was coated on the back side of the wafer. The wafer was then placed in a homemade Teflon® cell for electrochemical etching. Nanopores were formed in a mixture of hydrofluoric acid (HF) and ethanol (3: 7 vol / vol) with a current density of 80 mA / cm 2 for 25 seconds. A current density of 400 mA / cm 2 was applied for 6 seconds to form a high porosity emitting layer. After removing the nitride layer by HF, the particles were exposed to ultrasound for 1 minute to release at IPA. IPA containing porous silicon particles was collected and stored.

규소 입자의 형태를 LEO 1530 주사 전자 현미경을 이용하여 측정하였다. IPA 중 입자를 알루미늄 SEM 샘플 스테이지 상에 직접 위치시키고 건조시켰다. 입자가 있는 SEM 스테이지를 LEO 1530 샘플 챔버에 투입하였다. 전자빔의 가속 전압은 10 kV이고, 작동 거리는 약 5 mm였다.The shape of the silicon particles was measured using a LEO 1530 scanning electron microscope. Particles in IPA were placed directly on an aluminum SEM sample stage and dried. The SEM stage with particles was placed in a LEO 1530 sample chamber. The acceleration voltage of the electron beam was 10 kV and the working distance was about 5 mm.

도 6에서의 SEM 이미지는 저면도, 즉, 웨이퍼의 표면에 평행한 원형(직경 1.2 μm) 형태를 갖는 입자의, 제조 중 웨이퍼 전면에서 먼 쪽에서의 도면을 나타낸다. 도 6에서 입자의 전체적인 3차원 형태는 반구형이다. 도 6에서의 이미지는 영역 (601) 및 (602)를 나타내며, 이는 각각 표면에 평행하거나 이에 기울어진 공극, 및 표면에 수직인 공극에 해당한다. 입자 중심의 공극 크기는 약 30 nm이다. 생성된 입자는 다공질층이 전기화학적 에칭 중에 기판의 보호된 부분에 및 그 부분으로 침투할 수 있기 때문에 원래의 패턴보다 크다.The SEM image in FIG. 6 shows a bottom view, ie, a view of a particle in the form of a circle (1.2 μm in diameter) parallel to the surface of the wafer, away from the front of the wafer during manufacture. In Figure 6 the overall three-dimensional shape of the particles is hemispherical. The image in FIG. 6 shows regions 601 and 602, which correspond to pores parallel or inclined to the surface, and pores perpendicular to the surface, respectively. The pore size at the particle center is about 30 nm. The resulting particles are larger than the original pattern because the porous layer can penetrate into and into the protected portion of the substrate during the electrochemical etching.

실시예 7. 타원형 형태의 '큰 공극' 규소 입자의 제조Example 7. Preparation of 'large pore' silicon particles in elliptical form

도 7은 타원형 단면을 갖는 실리콘 입자의 SEM 이미지를 나타낸다. 입자를 하기와 같이 제조하였다. 저항률이 0.005 옴-cm인 강하게 도핑된 p++ 유형(100) 웨이퍼(Silicon Quest Inc)를 기재로서 사용하였다. 200 nm의 질화규소층을 저압 화 학 증착(LPCVD) 시스템에 의해 증착시켰다. EVG 620 배열기를 이용하여 2 μm 타원형 형태의 입자를 패턴 처리하는 데 표준 포토리소그래피를 이용하였다. 이어서, 질화물을 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 선택적으로 제거하였다. 웨이퍼 이면 상의 질화규소를 RIE에 의해 제거하였다. 600 nm의 규소 트렌치를 노출된 입자 패턴에서의 규소에 에칭시켰다. 포토레지스트를 피라냐(H2SO4:H2O2=3:1 부피에 의함)에 의해 제거하였다. 이어서, 상기 웨이퍼를 전기화학적 에칭을 위해 홈메이드 Teflon® 셀에 위치시켰다. 에칭액은 불화수소산(HF)과 에탄올(3:7 부피/부피)의 혼합물이었다. 400 mA/cm2의 높은 밀도의 전류를 1 초 동안 인가하여 핵생산층을 제거하였다. 이어서, 80 mA/cm2의 전류 밀도를 25 초 동안 인가하여 나노공극을 형성하였다. 높은 공극률의 방출층을 400 mA/cm2의 전류 밀도를 6 초 동안 인가하여 형성하였다. 질화물층을 HF에 의해 제거한 후, 입자를 1 분 동안 초음파 처리하여 IPA에서 방출시켰다. 다공질 규소 입자를 함유하는 IPA 용액을 수집하고 저장하였다. 제조된 입자를 함유하는 IPA 용액의 액적을 알루미늄 SEM 샘플 스테이지 상에 직접 위치시키고 건조시켰다. SEM 이미지를 LEO 1530 주사 전자 현미경을 이용하여 측정하였다. 전자빔 가속 전압은 10 kV이고 작동 거리는 약 5 mm였다. 도 7에서의 SEM 이미지는 생성된 입자의 평면도를 나타낸다. 상기 입자는 공극이 표면에 평행하거나 기울어 진 영역(701) 및 공극이 표면에 대해 수직인 영역(702)을 보유한다.7 shows an SEM image of silicon particles having an elliptical cross section. Particles were prepared as follows. A strongly doped p ++ type 100 wafer (Silicon Quest Inc) with a resistivity of 0.005 ohm-cm was used as the substrate. A 200 nm silicon nitride layer was deposited by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system. Standard photolithography was used to pattern 2 μm oval shaped particles using an EVG 620 array. The nitride was then selectively removed by reactive ion etching (RIE). Silicon nitride on the wafer backside was removed by RIE. A 600 nm silicon trench was etched into the silicon in the exposed particle pattern. Photoresist was removed by piranha (by H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 3: 1 volume). The wafer was then placed in a homemade Teflon® cell for electrochemical etching. The etchant was a mixture of hydrofluoric acid (HF) and ethanol (3: 7 vol / vol). A high density current of 400 mA / cm 2 was applied for 1 second to remove the nucleation layer. Then, a current density of 80 mA / cm 2 was applied for 25 seconds to form nanopores. A high porosity emitting layer was formed by applying a current density of 400 mA / cm 2 for 6 seconds. After the nitride layer was removed by HF, the particles were sonicated for 1 minute to release at IPA. IPA solutions containing porous silicon particles were collected and stored. Droplets of IPA solution containing the prepared particles were placed directly on an aluminum SEM sample stage and dried. SEM images were measured using a LEO 1530 scanning electron microscope. The electron beam acceleration voltage was 10 kV and the working distance was about 5 mm. The SEM image in FIG. 7 shows a plan view of the generated particles. The particles have regions 701 in which the pores are parallel or inclined to the surface and regions 702 in which the pores are perpendicular to the surface.

실시예 8: '작은 공극' 규소 입자의 제조Example 8: Preparation of 'small pore' silicon particles

도 8은 반구형 형태를 갖는 3.1 μm 입자를 나타내는 SEM 이미지이다. 입자를 하기와 같이 제조하였다. 저항률이 0.005 옴-cm인 강하게 도핑된 p++ 유형(100) 웨이퍼(Silicon Quest Inc)를 기재로서 사용하였다. 200∼350 nm의 질화규소층을 저압 화학 증착(LPCVD) 시스템에 의해 상기 기재 상에 증착시켰다. 2 μm 원형 입자 패턴을 패턴 처리하는 데 포토리소그래피를 이용하였다. 이어서, 질화물을 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 선택적으로 제거하였다. 웨이퍼 이면 상의 질화규소를 RIE에 의해 제거하였다. 포토레지스트를 피라냐(H2SO4:H2O2=3:1 부피에 의함)에 의해 제거하였다. 이어서, 상기 웨이퍼를 전기화학적 에칭을 위해 홈메이드 Teflon® 셀에 위치시켰다. 6 mA/cm2의 전류 밀도를 1 분 45 초 동안 인가하여 불화수소산(HF)과 에탄올(1:1 부피/부피)의 혼합물에 나노공극을 형성하였다. 높은 공극률의 방출층을 불화수소산(HF)과 에탄올(2:5 부피/부피)의 혼합물에서 320 mA/cm2의 높은 전류 밀도를 인가하여 형성하였다. 질화물층을 HF에 의해 제거한 후, 상기 기재를 초음파 진동에 1 분 동안 노출시켜 입자를 방출시켰다. IPA에 입자를 함유하는 액적을 알루미늄 SEM 샘플 스테이지 상에 직접 위치시키고 건조시켰다. SEM 이미지는 LEO 1530 주사 전자 현미경을 이용하여 측정하였다. 전자빔의 가속 전압은 10 kV이고, 작동 거리는 약 5 mm였다. 도 8의 SEM 이미지는 제조된 입자를 나타낸다. 삽입 된 이미지는 제조된 입자의 공극 크기가 10 nm 미만임을 증명한다.8 is an SEM image showing 3.1 μm particles having a hemispherical shape. Particles were prepared as follows. A strongly doped p ++ type 100 wafer (Silicon Quest Inc) with a resistivity of 0.005 ohm-cm was used as the substrate. A silicon nitride layer of 200-350 nm was deposited on the substrate by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system. Photolithography was used to pattern the 2 μm circular particle pattern. The nitride was then selectively removed by reactive ion etching (RIE). Silicon nitride on the wafer backside was removed by RIE. Photoresist was removed by piranha (by H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 3: 1 volume). The wafer was then placed in a homemade Teflon® cell for electrochemical etching. A current density of 6 mA / cm 2 was applied for 1 minute 45 seconds to form nanopores in the mixture of hydrofluoric acid (HF) and ethanol (1: 1 volume / volume). A high porosity emitting layer was formed by applying a high current density of 320 mA / cm 2 in a mixture of hydrofluoric acid (HF) and ethanol (2: 5 volume / volume). After the nitride layer was removed by HF, the substrate was exposed to ultrasonic vibrations for 1 minute to release particles. Droplets containing particles in IPA were placed directly on an aluminum SEM sample stage and dried. SEM images were measured using a LEO 1530 scanning electron microscope. The acceleration voltage of the electron beam was 10 kV and the working distance was about 5 mm. The SEM image of Figure 8 shows the particles produced. The inserted image demonstrates that the pore size of the prepared particles is less than 10 nm.

실시예 9: '큰 공극' 규소 입자의 제조Example 9: Preparation of 'large void' silicon particles

도 10은 500 nm의 트렌치를 갖는 3.2 μm의 규소 입자의 SEM 이미지를 나타낸다. 입자를 하기와 같이 제조하였다. 저항률이 0.005 옴-cm인 강하게 도핑된 p++ 유형(100) 웨이퍼(Silicon Quest Inc)를 기재로서 사용하였다. 100 nm의 저응력 질화규소층을 저압 화학 증착(LPCVD) 시스템에 의해 상기 기재 상에 증착시켰다. EVG 620 배열기를 이용하여 2 μm 원형 입자 패턴을 패턴 처리하는 데 표준 포토리소그래피를 이용하였다. 이어서, 질화물을 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 선택적으로 제거하였다. 웨이퍼 이면 상의 질화규소를 RIE에 의해 제거하였다. 500 nm의 규소 트렌치를 노출된 입자 패턴에서의 규소에 RIE에 의해 에칭시켰다. 포토레지스트를 피라냐(H2SO4:H2O2=3:1 부피에 의함)에 의해 제거하였다. 이어서, 상기 웨이퍼를 전기화학적 에칭을 위해 홈메이드 Teflon® 셀에 위치시켰다. 16 mA/cm2의 전류 밀도를 105 초 동안 인가하여 불화수소산(HF)과 에탄올(1:3 부피/부피)의 혼합물에서 나노공극을 형성하였다. 보다 높은 공극률의 방출층을 220 mA/cm2의 전류 밀도를 6 초 동안 인가하여 형성하였다. HF에 의해 질화물층을 제거한 후, 상기 웨이퍼를 초음파 진동에 1 분 동안 노출시켜 입자를 IPA에서 방출시켰다. 다공질 규소 입자를 함유하는 IPA 용액을 수집하고 저장하였다.10 shows an SEM image of 3.2 μm silicon particles with a trench of 500 nm. Particles were prepared as follows. A strongly doped p ++ type 100 wafer (Silicon Quest Inc) with a resistivity of 0.005 ohm-cm was used as the substrate. A 100 nm low stress silicon nitride layer was deposited on the substrate by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system. Standard photolithography was used to pattern 2 μm circular particle patterns using an EVG 620 array. The nitride was then selectively removed by reactive ion etching (RIE). Silicon nitride on the wafer backside was removed by RIE. A 500 nm silicon trench was etched by RIE into the silicon in the exposed particle pattern. Photoresist was removed by piranha (by H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 3: 1 volume). The wafer was then placed in a homemade Teflon® cell for electrochemical etching. A current density of 16 mA / cm 2 was applied for 105 seconds to form nanopores in a mixture of hydrofluoric acid (HF) and ethanol (1: 3 volume / volume). A higher porosity emitting layer was formed by applying a current density of 220 mA / cm 2 for 6 seconds. After removal of the nitride layer by HF, the wafer was exposed to ultrasonic vibrations for 1 minute to release particles from the IPA. IPA solutions containing porous silicon particles were collected and stored.

IPA에 입자를 함유하는 액적을 알루미늄 SEM 샘플 스테이지 상에 직접 위치시키고 건조시켰다. SEM 이미지를 LEO 1530 주사 전자 현미경을 이용하여 측정하였 다. 전자빔의 가속 전압은 10 kV이고, 작동 거리는 약 5 mm였다. 도 10에서의 SEM 이미지는 생성된 사발형 형태의 입자를 나타낸다. 상기 입자는 상기 사발형 입자의 바닥부에 약 30 nm의 공극 및 측면에 더 작은 공극을 가진다.Droplets containing particles in IPA were placed directly on an aluminum SEM sample stage and dried. SEM images were measured using a LEO 1530 scanning electron microscope. The acceleration voltage of the electron beam was 10 kV and the working distance was about 5 mm. The SEM image in FIG. 10 shows the resulting bowl shaped particles. The particles have pores of about 30 nm at the bottom of the bowl-shaped particles and smaller pores at the sides.

실시예 10: 심층 트렌치 에칭에 의한 '큰 공극' 규소 입자의 제조Example 10 Preparation of 'Large Pore' Silicon Particles by Deep Trench Etching

도 11은 규소 에칭에 의해 형성된 ∼1.5 μm의 심층 트렌치를 보유하는 제조된 규소 입자의 SEM 이미지를 나타낸다. 상기 입자는 하기와 같이 제조하였다.FIG. 11 shows an SEM image of fabricated silicon particles having a depth trench of ˜1.5 μm formed by silicon etching. The particles were prepared as follows.

저항률이 0.005 옴-cm인 강하게 도핑된 p++ 유형(100) 웨이퍼(Silicon Quest Inc)를 기재로서 사용하였다. 100 nm의 저응력 질화규소층을 저압 화학 증착(LPCVD) 시스템에 의해 상기 기재 상에 증착시켰다. EVG 620 배열기를 이용하여 2 μm 원형 입자 패턴을 패턴 처리하는 데 표준 포토리소그래피를 이용하였다. 이어서, 질화물을 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 선택적으로 제거하였다. 웨이퍼 이면 상의 질화규소를 RIE에 의해 제거하였다. 1500 nm의 규소 트렌치를 노출된 입자 패턴에서의 규소에 에칭시켰다. 포토레지스트를 피라냐(H2SO4:H2O2=3:1 부피에 의함)에 의해 제거하였다. 이어서, 상기 웨이퍼를 전기화학적 에칭을 위해 홈메이드 Teflon® 셀에 위치시켰다. 16 mA/cm2의 전류 밀도를 105 초 동안 인가하여 불화수소산(HF)과 에탄올(1:3 부피/부피)의 혼합물에서 나노공극을 형성하였다. 높은 공극률의 방출층을 220 mA/cm2의 전류 밀도를 6 초 동안 인가하여 형성하였다. HF에 의해 질화물층을 제거한 후, 상기 웨이퍼를 초음파 진동에 1 분 동안 노출시켜 입자를 IPA에서 방출시켰다. 다공질 규소 입자를 함유하는 IPA 용액을 수집하고 저장 하였다.A strongly doped p ++ type 100 wafer (Silicon Quest Inc) with a resistivity of 0.005 ohm-cm was used as the substrate. A 100 nm low stress silicon nitride layer was deposited on the substrate by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system. Standard photolithography was used to pattern 2 μm circular particle patterns using an EVG 620 array. The nitride was then selectively removed by reactive ion etching (RIE). Silicon nitride on the wafer backside was removed by RIE. A silicon trench of 1500 nm was etched into the silicon in the exposed particle pattern. Photoresist was removed by piranha (by H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 3: 1 volume). The wafer was then placed in a homemade Teflon® cell for electrochemical etching. A current density of 16 mA / cm 2 was applied for 105 seconds to form nanopores in a mixture of hydrofluoric acid (HF) and ethanol (1: 3 volume / volume). A high porosity emitting layer was formed by applying a current density of 220 mA / cm 2 for 6 seconds. After removal of the nitride layer by HF, the wafer was exposed to ultrasonic vibrations for 1 minute to release particles from the IPA. An IPA solution containing porous silicon particles was collected and stored.

IPA에 입자를 함유하는 액적을 알루미늄 SEM 샘플 스테이지 상에 직접 위치시키고 건조시켰다. SEM 이미지를 LEO 1530 주사 전자 현미경을 이용하여 측정하였다. 전자빔의 가속 전압은 10 kV이고, 작동 거리는 약 5 mm였다. 도 11에서의 SEM 이미지는 생성된 불릿(bullet) 형태의 입자를 나타낸다. 상기 불릿의 말단(1101)은 약 30 nm의 공극을 보유하는 반면, 상기 불릿의 바디(1102)는 보다 작은 공극을 보유한다.Droplets containing particles in IPA were placed directly on an aluminum SEM sample stage and dried. SEM images were measured using a LEO 1530 scanning electron microscope. The acceleration voltage of the electron beam was 10 kV and the working distance was about 5 mm. The SEM image in FIG. 11 shows the resulting bullet shaped particles. The distal end 1101 of the bullet retains pores of about 30 nm, while the body 1102 of the bullet retains smaller pores.

실시예 11: RIE에 의해 제거되는 핵생성층을 갖는 '큰 공극' 규소 입자의 제조Example 11: Preparation of 'large pore' silicon particles with nucleation layer removed by RIE

도 12는 500 nm의 규소 트렌치가 에칭되어 제조된 3.2 μm의 규소 입자의 SEM 단면 이미지로서 왼쪽은 핵생성층이 존재하고 오른쪽은 RIE에 의해 핵생성층이 제거된 이미지를 나타낸다. 상기 입자는 하기와 같이 제조하였다. 저항률이 0.005 옴-cm인 강하게 도핑된 p++ 유형(100) 웨이퍼(Silicon Quest Inc)를 기재로서 사용하였다. 100 nm의 저응력 질화규소층을 저압 화학 증착(LPCVD) 시스템에 의해 상기 기재 상에 증착시켰다. EVG 620 배열기를 이용하여 2 μm 원형 입자 패턴을 패턴 처리하는 데 표준 포토리소그래피를 이용하였다. 이어서, 질화물을 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 선택적으로 제거하였다. 웨이퍼 이면 상의 질화규소를 또한 RIE에 의해 제거하였다. 500 nm의 규소 트렌치를 노출된 입자 패턴에서의 규소에 에칭시켰다. 포토레지스트를 피라냐(H2SO4:H2O2=3:1 부피에 의함)에 의해 제거하였다. 이어 서, 상기 웨이퍼를 전기화학적 에칭을 위해 홈메이드 Teflon® 셀에 위치시켰다. 16 mA/cm2의 전류 밀도를 105 초 동안 인가하여 불화수소산(HF)과 에탄올(1:3 부피/부피)의 혼합물에서 나노공극을 형성하였다. 높은 공극률의 방출층을 220 mA/cm2의 전류 밀도를 6 초 동안 인가하여 형성하였다. 이어서, 짧은 시간의 CF4 RIE를 적용하여 핵생성층을 제거하였다. 12 is an SEM cross-sectional image of 3.2 μm silicon particles prepared by etching a 500 nm silicon trench, in which a nucleation layer is present on the left side and a nucleation layer is removed by the RIE on the right side. The particles were prepared as follows. A strongly doped p ++ type 100 wafer (Silicon Quest Inc) with a resistivity of 0.005 ohm-cm was used as the substrate. A 100 nm low stress silicon nitride layer was deposited on the substrate by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system. Standard photolithography was used to pattern 2 μm circular particle patterns using an EVG 620 array. The nitride was then selectively removed by reactive ion etching (RIE). Silicon nitride on the wafer backside was also removed by RIE. A 500 nm silicon trench was etched into the silicon in the exposed particle pattern. Photoresist was removed by piranha (by H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 3: 1 volume). The wafer was then placed in a homemade Teflon® cell for electrochemical etching. A current density of 16 mA / cm 2 was applied for 105 seconds to form nanopores in a mixture of hydrofluoric acid (HF) and ethanol (1: 3 volume / volume). A high porosity emitting layer was formed by applying a current density of 220 mA / cm 2 for 6 seconds. A short time CF4 RIE was then applied to remove the nucleation layer.

단면 연구를 위해, 입자를 상기 웨이퍼로부터 방출시키지 않았다. 대신, 질화물층을 HF에 의해 제거한 후, 상기 웨이퍼를 쪼개고 45도의 알루미늄 SEM 샘플 스테이지 상에 마운트 처리하였다. LEO 1530 주사 전자 현미경을 이용하여 SEM 이미지를 측정하였다. 전자빔의 가속 전압은 10 kV이고 작동 거리는 약 5 mm였다. 도 12에서의 SEM 이미지는 핵생성층을 갖는 생성된 입자 및 핵생성층 제거 후의 입자를 비교한다. 핵생성층을 갖는 입자는 정상부 부분(1201)에서 10 nm 미만의 공극 및 핵생성층(1202) 아래에서 약 30 nm의 공극을 보유하는 반면에, 핵생성층이 없는 입자는 정상부 부분(1203) 및 그 정상부 아래의 부분(1204) 둘 모두에서 약 30 nm의 공극을 보유한다.For cross sectional studies, particles were not released from the wafer. Instead, after removing the nitride layer by HF, the wafer was split and mounted on a 45 degree aluminum SEM sample stage. SEM images were measured using a LEO 1530 scanning electron microscope. The acceleration voltage of the electron beam was 10 kV and the working distance was about 5 mm. The SEM image in FIG. 12 compares the resulting particles with nucleation layer and the particles after removal of the nucleation layer. Particles with a nucleation layer retain less than 10 nm of pores in top portion 1201 and about 30 nm of pores below nucleation layer 1202, whereas particles without nucleation layer have top portion 1203. And pores of about 30 nm in both the portion 1204 below its top.

실시예 12: 공극 방향에 따라 2종의 상이한 공극률을 갖는 '큰 공극' 규소 입자의 제조Example 12 Preparation of 'Large Pore' Silicon Particles with Two Different Porosities Depending on Pore Direction

도 13은 공극 방향에 따라 2종의 상이한 공극률을 갖는 다공질 입자의 SEM 이미지를 나타낸다. 상기 입자는 하기와 같이 제조하였다: 저항률이 0.005 옴-cm인 강하게 도핑된 p++ 유형(100) 웨이퍼(Silicon Quest Inc)를 기재로서 사용하였다. 100 nm의 저응력 질화규소층을 저압 화학 증착(LPCVD) 시스템에 의해 상기 기재 상에 증착시켰다. EVG 620 배열기를 이용하여 2 μm 원형 입자 패턴을 패턴 처리하는 데 표준 포토리소그래피를 이용하였다. 이어서, 질화물을 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 선택적으로 제거하였다. 웨이퍼 이면 상의 질화규소를 또한 RIE에 의해 제거하였다. 500 nm의 규소 트렌치를 노출된 입자 패턴에서의 규소에 에칭시켰다. 포토레지스트를 피라냐(H2SO4:H2O2=3:1 부피에 의함)에 의해 제거하였다. 이어서, 상기 웨이퍼를 전기화학적 에칭을 위해 홈메이드 Teflon® 셀에 위치시켰다. 16 mA/cm2의 전류 밀도를 50 초 동안, 및 37 mA/cm2의 전류 밀도를 22 초 동안 인가하여 불화수소산(HF)과 에탄올(1:3 부피/부피)의 혼합물에서 나노공극을 형성하였다.FIG. 13 shows SEM images of porous particles having two different porosities depending on the pore directions. The particles were prepared as follows: A strongly doped p ++ type (100) wafer (Silicon Quest Inc) with a resistivity of 0.005 ohm-cm was used as the substrate. A 100 nm low stress silicon nitride layer was deposited on the substrate by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system. Standard photolithography was used to pattern 2 μm circular particle patterns using an EVG 620 array. The nitride was then selectively removed by reactive ion etching (RIE). Silicon nitride on the wafer backside was also removed by RIE. A 500 nm silicon trench was etched into the silicon in the exposed particle pattern. Photoresist was removed by piranha (by H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 3: 1 volume). The wafer was then placed in a homemade Teflon® cell for electrochemical etching. Applying a current density of 16 mA / cm 2 for 50 seconds and a current density of 37 mA / cm 2 for 22 seconds to form nanopores in a mixture of hydrofluoric acid (HF) and ethanol (1: 3 volume / volume) It was.

단면 연구를 위해, 입자를 상기 웨이퍼로부터 방출시키지 않았다. 대신, 질화물층을 HF에 의해 제거한 후, 상기 웨이퍼를 쪼개고 45도의 알루미늄 SEM 샘플 스테이지 상에 마운트 처리하였다. LEO 1530 주사 전자 현미경을 이용하여 SEM 이미지를 측정하였다. 전자빔의 가속 전압은 10 kV이고 작동 거리는 약 5 mm였다. 도 13에서의 SEM 이미지는 핵생성층(1303) 이외에도 길이방향에 따라 2개의 상이한 공극률 영역 (1301) 및 (1302)를 갖는 생성된 입자를 나타낸다. 영역 (1301) 및 (1302) 둘 모두에서의 공극은 표면에 수직이다. 영역(1301)은 영역(1302)보다 큰 공극률을 보유한다.For cross sectional studies, particles were not released from the wafer. Instead, after removing the nitride layer by HF, the wafer was split and mounted on a 45 degree aluminum SEM sample stage. SEM images were measured using a LEO 1530 scanning electron microscope. The acceleration voltage of the electron beam was 10 kV and the working distance was about 5 mm. The SEM image in FIG. 13 shows the resulting particles having two different porosity regions 1301 and 1302 along the length direction in addition to the nucleation layer 1303. The voids in both regions 1301 and 1302 are perpendicular to the surface. Region 1301 has a larger porosity than region 1302.

실시예 13: 다공질 규소 필름의 제조Example 13: Preparation of Porous Silicon Film

도 9는 핵생성층이 있는 필름(도 9A-B) 및 핵생성층이 없는 필름(도 9C)의 2 개의 다공질 규소 필름의 이미지를 나타낸다. 필름은 하기와 같이 제조하였다:9 shows an image of two porous silicon films, a film with a nucleation layer (FIGS. 9A-B) and a film without a nucleation layer (FIG. 9C). The film was prepared as follows:

저항률이 0.005 옴-cm인 강하게 도핑된 p++ 유형(100) 웨이퍼(Silicon Quest Inc)를 기재로서 사용하였다. 이어서, 상기 웨이퍼를 전기화학적 에칭을 위해 홈메이드 Teflon® 셀에 위치시켰다. 에칭액은 불화수소산(HF)과 에탄올(2:5 부피/부피)의 혼합물이다. 320 mA/cm2의 고밀도 전류를 1 초 동안 인가하여 핵생성층을 제거하였다. 80 mA/cm2의 전류 밀도를 25 초 동안 인가하여 나노공극을 형성하였다. 상기 내용은 구체적인 바람직한 실시양태를 의미하지만, 본 발명이 이와 같이 한정되지 않는 것으로 이해되게 된다. 다양한 변경예가 개시된 실시양태에 대해서 제시될 수 있으며 이러한 변경예는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 당업자에게 간주되게 된다.A strongly doped p ++ type 100 wafer (Silicon Quest Inc) with a resistivity of 0.005 ohm-cm was used as the substrate. The wafer was then placed in a homemade Teflon® cell for electrochemical etching. The etchant is a mixture of hydrofluoric acid (HF) and ethanol (2: 5 vol / vol). A high density current of 320 mA / cm 2 was applied for 1 second to remove the nucleation layer. A nanopore was formed by applying a current density of 80 mA / cm 2 for 25 seconds. While the foregoing refers to specific preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not so limited. Various modifications may be made to the disclosed embodiments and such modifications will come to mind to one skilled in the art to be within the scope of the present invention.

일부 특정 실시양태는 하기를 포함한다. 표면을 포함하는 규소 기재를 제공하는 단계; 상기 표면 상에 다공질층을 형성하는 단계; 상기 기재 상에 상기 다공질층을 포함하는 다수의 입자를 리소그래피로 패턴 처리하는 단계; 및 패턴 처리된 다공질 입자를 함유하는 생성된 기재로부터 상기 입자를 방출시키는 단계를 포함하는 나노공극 규소 입자의 제조 방법. 일부 실시양태에서, 리소그래피 패턴 처리는 상기 표면 상에 상기 다공질 부분을 형성하기 전에 실시한다.Some specific embodiments include the following. Providing a silicon substrate comprising a surface; Forming a porous layer on the surface; Lithographically patterning a plurality of particles comprising the porous layer on the substrate; And releasing said particles from the resulting substrate containing patterned porous particles. In some embodiments, lithographic patterning is performed prior to forming the porous portion on the surface.

일부 실시양태에서, 상기 입자를 방출하는 것은 상기 입자를 리소그래피 패턴 처리된 다공질 입자로부터 기계적으로 방출시키는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 다공질층의 형성은 제1 다공질층 및 제2 다공질층의 형성을 포함하 고, 상기 제2 층의 공극률은 상기 제1 층의 공극률보다 크다. 일부 실시양태에서, 보호층을 상기 기재에 도포한다. 특정 실시양태에서, 보호층은 질화규소 또는 포토레지스트 필름을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 기재로부터의 상기 입자의 방출은 상기 보호층의 원치 않는 부분을 제거하는 것을 포함한다.In some embodiments, releasing the particles comprises mechanically releasing the particles from the lithographic patterned porous particles. In some embodiments, the formation of the porous layer includes the formation of a first porous layer and a second porous layer, wherein the porosity of the second layer is greater than the porosity of the first layer. In some embodiments, a protective layer is applied to the substrate. In certain embodiments, the protective layer comprises a silicon nitride or photoresist film. In some embodiments, the release of the particles from the substrate includes removing unwanted portions of the protective layer.

상기 기술된 방법의 일부 실시양태에 따라, 패턴 처리는 생성된 입자에 대해서 소정의 형태를 정의하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 소정의 형태는 구형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 디스크형 및 반구형으로 구성된 군으로부터 선택된다.According to some embodiments of the method described above, the patterning process includes defining a predetermined form for the resulting particles. In some embodiments, the predetermined form is selected from the group consisting of spherical, square, rectangular, oval, disc-shaped, and hemispherical.

일부 실시양태에 따라, 상기 다공질층의 형성은 생성된 규소 입자의 특성을 조절하는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 특성은 상기 생성된 규소 입자의 공극률, 공극 크기 및 공극 프로파일을 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 다공질층의 상기 형성은 상기 기재를 전기화학적으로 처리하는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 기재를 전기화학적으로 처리하는 것은 불화수소산 및 계면활성제를 함유하는 용액으로 처리하는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 규소 입자의 특성을 조절하는 것은 상기 용액의 농도 선택, 전류의 선택, 에칭 시간의 선택 및 도핑된 규소 기재의 선택으로 소정의 특성을 보유하는 규소 입자를 제공하는 것을 포함한다.According to some embodiments, the formation of the porous layer comprises adjusting the properties of the resulting silicon particles. In certain embodiments, the properties include porosity, pore size, and pore profile of the resulting silicon particles. In certain embodiments, said forming of said porous layer comprises electrochemically treating said substrate. In certain embodiments, electrochemically treating the substrate comprises treating with a solution containing hydrofluoric acid and a surfactant. In certain embodiments, adjusting the properties of the silicon particles comprises providing silicon particles retaining certain properties by selecting a concentration of the solution, selecting a current, selecting an etching time, and selecting a doped silicon substrate. .

전술한 방법의 일부 실시양태에 따라, 상기 규소 입자는 외부 표면 및 다공질 내부를 포함하고, 상기 방법은 상기 입자의 적어도 부분을 작용화시키는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 작용화는 화학물, 생화학물, 중합체, 산화, 플 라즈마 처리, 금속 또는 금속 이온 코팅, CVD 필름 코팅, 원자층 증착, 증발된 필름, 스퍼터 처리된 필름 및 이온 주입으로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 처리를 적용하여 상기 입자의 적어도 상기 외부 표면을 변성시키는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서는, 상기 작용화 전에 상기 입자의 다공질 내부에 희생 중합체를 적용하는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 작용화는 상기 규소 입자의 상기 방출 전에 실시한다.According to some embodiments of the aforementioned method, the silicon particles comprise an outer surface and a porous interior, the method comprising functionalizing at least a portion of the particles. In certain embodiments, the functionalization is a chemical, biochemical, polymer, oxidation, plasma treatment, metal or metal ion coating, CVD film coating, atomic layer deposition, evaporated film, sputtered film and ion implantation. Applying at least one treatment selected from the group consisting of denaturing at least the outer surface of the particles. In certain embodiments, applying the sacrificial polymer to the porous interior of the particles prior to the functionalization. In certain embodiments, said functionalization takes place prior to said release of said silicon particles.

본 발명의 실시양태에 따라 상기 방법 중 임의의 방법의 생성물이 또한 제공된다. 특정 실시양태에서, 상기 생성물은 약 1∼3 마이크론의 규소 주성분의 나노다공질 입자를 포함한다.According to embodiments of the present invention there is also provided the product of any of the above methods. In certain embodiments, the product comprises nanoporous particles of about 1 to 3 microns of silicon main component.

추가적인 노력 없이, 본 설명을 이용하여 당업자가 본 발명을 이의 최대 정도로 적용할 수 있을 것으로 생각된다. 본 원에서 기술된 실시양태는 예시적인 것이며 어떠한 방식으로든 본 개시의 나머지를 한정하지 않는 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 바람직한 실시양태가 도시되고 기술되었지만, 많은 수정예 및 이의 변경예가 본 발명의 사상 및 교시로부터 이탈함 없이 당업자에 의해 제시될 수 있다. 따라서, 보호 범위는 상기 언급된 설명에 의해 한정되지 않으나, 청구의 범위 실체의 모든 동등물을 비롯한 본 청구의 범위에 의해서만 한정된다. 본 원에서 인용된 모든 특허, 특허 출원 및 공개의 개시는, 그 개시가 본 원에서 언급하는 것과 일치하거나 이에 보조적인 절차상 또는 기타 상세 사항을 제공하는 정도로 본 원에서 참조 인용된다.Without further effort, it is contemplated that one skilled in the art, using the present description, can apply the present invention to its fullest extent. The embodiments described herein are illustrative and should not be considered as limiting the remainder of the disclosure in any way. While preferred embodiments of the invention have been shown and described, many modifications and variations thereof can be made by those skilled in the art without departing from the spirit and teachings of the invention. Accordingly, the scope of protection is not limited by the above mentioned description, but only by the claims, including all equivalents of the claims entity. The disclosures of all patents, patent applications, and publications cited herein are hereby incorporated by reference to the extent that the disclosure provides procedural or other details consistent with, or ancillary to, the references herein.

Claims (61)

외부 표면에 의해 정의되는 바디를 포함하는 입자로서, 상기 바디는 제1 다공질 영역, 및 공극 밀도, 공극 크기, 공극 형태, 공극 전하, 공극 표면의 화학적 성질 및 공극 배향으로 구성된 군으로부터 선택되는 1 이상의 특성에서 상기 제1 영역과 상이한 제2 다공질 영역을 포함하는 입자.A particle comprising a body defined by an outer surface, wherein the body is at least one selected from the group consisting of a first porous region and pore density, pore size, pore morphology, pore charge, chemical properties of the pore surface, and pore orientation A particle comprising a second porous region that is different in properties from the first region. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역의 공극 크기는 제2 영역의 공극 크기보다 큰 것인 입자.The particle of claim 1, wherein the pore size of the first region is greater than the pore size of the second region. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 적어도 하나는 생분해성 영역인 것인 입자.The particle of claim 1, wherein at least one of the first and second regions is a biodegradable region. 제1항에 있어서, 상기 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역 중 적어도 하나는 나노다공질 영역인 것인 입자.The particle of claim 1, wherein at least one of the first porous region and the second porous region is a nanoporous region. 제4항에 있어서, 상기 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역 둘 모두는 나노다공질 영역인 것인 입자. The particle of claim 4, wherein both the first porous region and the second porous region are nanoporous regions. 제4항에 있어서, 상기 다공질 영역의 두께는 200 nm 초과인 것인 입자.The particle of claim 4, wherein the thickness of the porous region is greater than 200 nm. 제1항에 있어서, 상기 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역 중 적어도 하나는 에칭된 다공질 영역인 것인 입자.The particle of claim 1, wherein at least one of the first porous region and the second porous region is an etched porous region. 제7항에 있어서, 상기 에칭된 다공질 영역은 핵생성층을 포함하지 않는 것인 입자.8. The particle of claim 7, wherein the etched porous region does not comprise a nucleation layer. 제1항에 있어서, 상기 제1 다공질 영역 및 제2 다공질 영역은 다공질 규소를 포함하는 것인 입자.The particle of claim 1, wherein the first porous region and the second porous region comprise porous silicon. 제1항에 있어서, 상기 제1 다공질 영역은 상기 바디의 외부 영역이고, 상기 제2 다공질 영역은 상기 바디의 내부 영역인 것인 입자.The particle of claim 1, wherein the first porous region is an outer region of the body and the second porous region is an inner region of the body. 제1항에 있어서, 마이크로제조된 입자인 것인 입자.The particle of claim 1, which is a microfabricated particle. 제1항에 있어서, 상기 바디는 반구형 형태, 사발형 형태, 절두형 및 피라미드형으로 구성된 군으로부터 선택되는 형태를 갖는 것인 입자.The particle of claim 1, wherein the body has a shape selected from the group consisting of hemispherical shape, bowl shape, truncated shape, and pyramidal shape. 제1항에 있어서, 상기 입자의 외부 표면은 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나는 평면인 것인 입자. The particle of claim 1, wherein the outer surface of the particle comprises a first surface and a second surface, and at least one of the first surface and the second surface is planar. 제13항에 있어서, 상기 외부 표면은 제1 표면과 함께 상기 바디 내에 트렌치를 정의하는 제3 표면을 추가로 포함하는 것인 입자.The particle of claim 13, wherein the outer surface further comprises a third surface defining a trench in the body along with the first surface. 제14항에 있어서, 상기 제1 표면의 적어도 일부는 상기 입자의 바디에서 제1 다공질 영역을 정의하고, 상기 제3 표면의 적어도 일부는 상기 입자의 바디에서 제2 다공질 영역을 정의하는 것인 입자.The particle of claim 14, wherein at least a portion of the first surface defines a first porous region in the body of the particle and at least a portion of the third surface defines a second porous region in the body of the particle. . 제1항에 있어서, 상기 외부 표면의 표면 화학적 성질은 상기 제1 및 제2 다공질 영역의 공극의 표면 화학적 성질과는 상이한 것인 입자.The particle of claim 1, wherein the surface chemistry of the outer surface is different from the surface chemistry of the pores of the first and second porous regions. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 다공질 영역 각각은 평균 공극 크기가 100 nm 이하인 것인 입자.The particle of claim 1, wherein each of the first and second porous regions has an average pore size of 100 nm or less. 복수의 입자를 포함하는 조성물로서, 복수의 입자 각각은 외부 표면에 의해 정의되는 바디를 포함하고, 상기 바디는 제1 다공질 영역, 및 공극 밀도, 공극 크기, 공극 형태, 공극 전하, 공극 표면 화학적 성질 및 공극 배향으로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 특성에서 상기 제1 영역과 상이한 제2 다공질 영역을 포함하는 것인 조성물.A composition comprising a plurality of particles, each of the plurality of particles comprising a body defined by an outer surface, the body having a first porous region and pore density, pore size, pore shape, pore charge, pore surface chemistry And a second porous region that is different from the first region in at least one property selected from the group consisting of pore orientations. 제18항에 있어서, 상기 복수의 입자는 복수의 실질적으로 동일한 입자인 것인 조성물.The composition of claim 18, wherein the plurality of particles is a plurality of substantially identical particles. 외부 표면에 의해 정의되는 바디를 포함하는 입자로서, 상기 바디는 습식 에칭된 다공질 영역을 포함하고, 습식 에칭과 연관된 핵생성층을 포함하지 않는 입자.20. A particle comprising a body defined by an outer surface, the body comprising a wet etched porous region and no nucleation layer associated with the wet etch. 각각 외부 표면에 의해 정의되는 바디를 갖는 복수의 입자를 포함하는 조성물로서, 상기 바디는 습식 에칭된 다공질 영역을 포함하고 상기 입자는 습식 에칭과 연관된 핵생성층을 포함하지 않는 것인 조성물.A composition comprising a plurality of particles each having a body defined by an outer surface, wherein the body comprises a wet etched porous region and the particles do not comprise a nucleation layer associated with wet etching. 제21항에 있어서, 상기 복수의 입자는 복수의 실질적으로 동일한 입자인 것인 조성물.The composition of claim 21, wherein the plurality of particles are a plurality of substantially identical particles. 표면을 갖는 기재를 제공하는 단계;Providing a substrate having a surface; 상기 기재에 제1 다공질층을 형성하는 단계;Forming a first porous layer on the substrate; 상기 기재 상에 1 이상의 입자를 패턴 처리하는 단계;Patterning one or more particles on the substrate; 상기 기재에서 상기 제1 다공질층보다 큰 공극률을 보유하는 제2 다공질층을 형성하는 단계; 및Forming a second porous layer on the substrate, the second porous layer having a larger porosity than the first porous layer; And 패턴 처리된 1 이상의 입자를 상기 기재로부터 방출시키는 단계로서, 상기 방출은 제2 다공질층을 붕괴시키는 것을 포함하고, 방출된 1 이상의 입자는 제1 다공질층의 적어도 일부를 함유하는 단계Releasing at least one patterned particle from the substrate, wherein the releasing comprises disrupting the second porous layer, wherein the released one or more particles contain at least a portion of the first porous layer. 를 포함하는 다공질 입자의 제조 방법.Method for producing a porous particle comprising a. 제23항에 있어서, 상기 기재는 반도체 기재인 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein the substrate is a semiconductor substrate. 제23항에 있어서, 상기 기재는 규소 기재인 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein the substrate is a silicon substrate. 제23항에 있어서, 상기 제1 다공질층은 패턴 처리 전에 형성되는 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein the first porous layer is formed before pattern processing. 제23항에 있어서, 상기 제1 다공질층은 패턴 처리 후에 형성되는 것인 제조 방법.The manufacturing method of Claim 23 with which the said 1st porous layer is formed after a pattern process. 제23항에 있어서, 상기 제1 다공질층 형성 단계는 기재를 습식 에칭하는 것을 포함하는 것인 제조 방법.24. The method of claim 23, wherein forming the first porous layer comprises wet etching the substrate. 제28항에 있어서, 상기 습식 에칭은 전기화학적으로 실시하는 것인 제조 방법.The method of claim 28, wherein the wet etching is electrochemically performed. 제29항에 있어서, 상기 제2 다공질층 형성 단계는 기판을 전기화학적으로 습식 에칭하는 것을 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 29, wherein forming the second porous layer comprises electrochemically wet etching the substrate. 제29항에 있어서, 상기 기재는 규소 기재이고 상기 습식 에칭은 기재를 HF를 포함하는 용액에 노출시키는 것을 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 29, wherein the substrate is a silicon substrate and the wet etch comprises exposing the substrate to a solution comprising HF. 제31항에 있어서, 상기 용액은 물 또는 에탄올 중 1 이상을 추가로 포함하는 것인 제조 방법. 32. The method of claim 31, wherein said solution further comprises at least one of water or ethanol. 제29항에 있어서, 상기 습식 에칭과 연관된 핵생성층 형성을 방지하는 것을 추가로 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 29, further comprising preventing nucleation layer formation associated with the wet etch. 제33항에 있어서, 상기 방지는 고밀도 전류를 인가하는 것을 포함하는 것인 제조 방법.34. The method of claim 33, wherein said prevention comprises applying a high density current. 제29항에 있어서, 상기 습식 에칭과 연관된 핵생성층을 제거하는 것을 추가로 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 29, further comprising removing the nucleation layer associated with the wet etch. 제23항에 있어서, 상기 제1 다공질층의 형성 및 상기 제2 다공질층의 형성은 1회 이상 실시하는 것인 제조 방법.The production method according to claim 23, wherein the formation of the first porous layer and the formation of the second porous layer are performed one or more times. 제23항에 잇어서, 상기 패턴 처리 단계는 리소그래피로 실시하는 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein said pattern processing step is performed by lithography. 제23항에 있어서, 상기 기재 표면에 평행한 1 이상의 입자 중 개개의 입자의 최대 치수는 5 마이크론 이하인 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein the largest dimension of each of the one or more particles parallel to the substrate surface is 5 microns or less. 제23항에 있어서, 상기 기재 표면에 수직인 1 이상의 입자 중 개개의 입자의 최대 치수는 5 마이크론 이하인 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein the largest dimension of each of the one or more particles perpendicular to the substrate surface is 5 microns or less. 제23항에 있어서, 상기 기재 표면에 평행한 1 이상의 입자 중 개개의 입자의 단면은 소정의 규칙적 형태인 것인 제조 방법.24. The method of claim 23, wherein the cross section of each of the one or more particles parallel to the substrate surface is of a predetermined regular shape. 제40항에 있어서, 상기 소정의 규칙적 형태는 타원형인 것인 제조 방법.41. The method of claim 40, wherein the predetermined regular shape is elliptical. 제23항에 있어서, 상기 기재 표면에 수직인 1 이상의 입자 중 개개의 입자의 단면은 소정의 규칙적 형태인 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein the cross-section of each of the one or more particles perpendicular to the substrate surface is of a predetermined regular shape. 제42항에 있어서, 상기 소정의 규칙적 형태는 반원형 또는 반타원형인 것인 제조 방법.43. The method of claim 42, wherein the predetermined regular form is semi-circular or semi-elliptic. 제23항에 있어서, 1 이상의 입자 중 개개의 입자에 트렌치를 형성하는 것을 추가로 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 23, further comprising forming a trench in each of the one or more particles. 제44항에 있어서, 방출된 개개의 입자는 트렌치가 형성된 입자 부분인 제1 다공질 영역 및 트렌치가 형성되지 않은 입자 부분인 제2 다공질 영역을 포함하며, 상기 제2 다공질 영역은 공극 밀도, 공극 크기, 공극 형태, 공극 전하, 공극 표면 화학적 성질 및 공극 배향으로 구성된 군으로부터 선택되는 1 이상의 특성에서 상기 제1 영역과 상이한 것인 제조 방법.45. The method of claim 44, wherein the individual particles released comprise a first porous region that is a trenched particle portion and a second porous region that is a trenched particle portion, wherein the second porous region is void density, pore size. Wherein the first region differs in at least one property selected from the group consisting of pore morphology, pore charge, pore surface chemistry and pore orientation. 제23항에 있어서, 1 이상의 입자의 표면을 화학적으로 변성시키는 것을 추가로 포함하는 것인 제조 방법. The method of claim 23, further comprising chemically modifying the surface of the one or more particles. 제46항에 있어서, 상기 화학적 변성은 상기 방출 단계 전에 실시하는 것인 제조 방법.47. The method of claim 46, wherein said chemical denaturation takes place prior to said release step. 제47항에 있어서, 상기 화학적 변성은 상기 1 이상의 입자 중 개개의 입자 표면을 비대칭으로 변성시키는 것인 제조 방법.48. The method of claim 47, wherein said chemical modification modifies asymmetrically the surface of each of said at least one particle. 제48항에 있어서, 상기 화학적 변성은 상기 제1 다공질층의 공극의 적어도 일부를 희생 물질로 충전하는 것을 포함하는 것인 제조 방법.49. The method of claim 48, wherein said chemical modification comprises filling at least a portion of the pores of said first porous layer with a sacrificial material. 제48항에 있어서, 상기 화학적 변성은 실란화, 산화 및 항체 컨쥬게이팅 중 1 이상을 포함하는 것인 제조 방법.49. The method of claim 48, wherein said chemical denaturation comprises at least one of silanization, oxidation and antibody conjugation. 제23항에 있어서, 상기 제1 다공질층은 나노다공질층인 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein the first porous layer is a nanoporous layer. 제23항에 있어서, 상기 제1 다공질층의 공극 크기는 100 nm 이하인 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein the pore size of the first porous layer is 100 nm or less. 제23항에 있어서, 1 이상의 방출된 입자 중 개개의 입자는 제1 다공질 영역, 및 공극 밀도, 공극 크기, 공극 형태, 공극 전하, 공극 표면 화학적 성질 및 공극 배향으로 구성된 군으로부터 선택되는 1 이상의 특성에서 상기 제1 영역과 상이한 제2 다공질 영역을 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein each of the one or more emitted particles has one or more properties selected from the group consisting of a first porous region and pore density, pore size, pore shape, pore charge, pore surface chemistry, and pore orientation. And a second porous region different from said first region. 제23항에 있어서, 상기 제1 다공질층 형성 단계는 두께, 공극 크기, 공극률, 공극 배향 및 공극 형태로부터 선택된 제1 다공질층의 1 이상의 파라미터를 조절하는 것을 포함하는 것인 제조 방법.24. The method of claim 23, wherein forming the first porous layer comprises adjusting at least one parameter of the first porous layer selected from thickness, pore size, porosity, pore orientation, and pore shape. 제54항에 있어서, 상기 조절은 기재의 물질 조성 선택, 기재의 저항률 선택, 기재의 결정 배향 선택, 에칭 전류 선택, 에칭액의 화학적 조성 선택, 에칭 농도 선택 및 에칭 시간 선택 중 1 이상을 포함하는 것인 제조 방법.55. The method of claim 54, wherein the adjusting comprises at least one of material composition selection of the substrate, resistivity selection of the substrate, crystal orientation selection of the substrate, etching current selection, chemical composition selection of the etching solution, etching concentration selection, and etching time selection. Phosphorus manufacturing method. 제23항에 있어서, 상기 제1 다공질층 형성 단계는 상기 제1 다공질층에 소정의 프로파일의 공극을 형성하는 것을 포함하는 것인 제조 방법.24. The method of claim 23, wherein forming the first porous layer comprises forming voids of a predetermined profile in the first porous layer. 제23항에 있어서, 상기 방출 단계는 상기 기재를 초음파에 노출시키는 것을 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 23, wherein said emitting comprises exposing said substrate to ultrasonic waves. 제23항에 있어서, 상기 기재 표면 상에 보호층을 침착시키는 것을 추가로 포함하는 것인 제조 방법.The method of claim 23, further comprising depositing a protective layer on the substrate surface. 표면을 갖는 기재를 제공하는 단계;Providing a substrate having a surface; 전기화학적 습식 에칭을 통해 상기 기재에 제1 다공질층을 형성하는 단계;Forming a first porous layer on the substrate via an electrochemical wet etch; 상기 전기화학적 습식 에칭과 연관된 핵생성층을 제거하는 단계;Removing the nucleation layer associated with the electrochemical wet etch; 상기 기재 표면 상에 1 이상의 입자를 패턴 처리하는 단계; 및 Patterning one or more particles on the substrate surface; And 상기 패턴 처리된 1 이상의 입자를 상기 기재로부터 방출시키는 단계로서, 방출된 1 이상의 입자는 상기 제1 다공질층의 적어도 일부를 함유하는 단계Releasing the patterned one or more particles from the substrate, wherein the released one or more particles contain at least a portion of the first porous layer 를 포함하는 다공질 입자의 제조 방법.Method for producing a porous particle comprising a. 제59항에 있어서, 상기 제거 단계는 제1 다공질층의 형성 전에 핵생성층의 형성을 방지하는 데 유효한 큰 전류 밀도를 인가하는 것을 포함하는 것인 제조 방법.60. The method of claim 59, wherein said removing comprises applying a large current density effective to prevent the formation of a nucleation layer prior to formation of the first porous layer. 제59항에 있어서, 상기 제거 단계는 제1 다공질층의 형성 후에 핵생성층을 건식 에칭시키는 것을 포함하는 것인 제조 방법.60. The method of claim 59, wherein the removing comprises dry etching the nucleation layer after formation of the first porous layer.
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