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제안 방법
- 이번 논문에서는 일종의 갭 구조를 가지는 홀 구조체를 포토리소그래피 방법으로 대략 3 µm 크기로 제작하고, 표면 촉매 화학반응의 반응시간을 통해서 홀 크기를 조절하는 연구를 수행하였다.
- 최근에 우리는 표면 촉매 화학 반응을 통해서 나노갭 간격을 조절하고, 이렇게 만들어진 전극을 이용하여 바이오 물질을 측정하는 센서로 개발하였다. 전구체 농도, 반응횟수, 반응시간을 통해서 전자빔 리소그래피로 제작된 100 nm 나노갭 전극을 1-80 nm의 아주 작은 갭 전극을 성공적으로 제작하였다[7,8].
- 이번 논문에서는 일종의 갭 구조를 가지는 홀 구조체를 포토리소그래피 방법으로 대략 3 µm 크기로 제작하고, 표면 촉매 화학반응의 반응시간을 통해서 홀 크기를 조절하는 연구를 수행하였다. 마이크로 크기의 홀 크기를 조절하기 위해서 이전 실험 보다 전구체의 농도를 진하게 하였고, 보다 간단한 실험이 가능하기 위해서 반응시간만을 조절하여 홀 크기를 조절하는 실험을 수행하였다. 반응시간이 증가할수록 홀의 크기는 줄어 들었으나, 홀의 두께 및 거칠기는 증가하는 것을 확인하였다.
- 반응시간이 증가할수록 홀의 크기는 줄어 들었으나, 홀의 두께 및 거칠기는 증가하는 것을 확인하였다. 특히 자체 개발한 내부 전반사 현미경(TIR, Total Internal Reflection Microscope)을 통해서 표면 촉매 화학 반응 전후 홀 구조체의 광특성을 비교 분석하였다. 표면 촉매 화학 반응 후 변형된 금속 홀 구조체가 조사되는 입사 광원과 커플되어 국소적인 부분에 강한 전기장 증가 효과로 인해서 강한 내부 산란 광원이 발생되는 것을 확인할 수 있었다.
- 처리된 글라스 웨이퍼 위에 3 µm 홀 어레이가 설계된 마스크를 놓고 광원에너지량이 200 mJ/cm2 이상인 UV-vis 광원을 8초 동안 조사 시킨 후 현상 액을 통해서 조사된 부분의 포토레지스트를 제거한다.
- 홀 어레이 소자의 홀 크기 분석은 광학현미경(Eclipse Ti-U, Nikon)과 전자현미경(SEM, Sirion-400, FEI)을 통해서 이루어지고 홀 두께와 거칠기는 원자현미경(AFM, Dimension 3100, Vecco)을 이용하여 특성 분석이 이루어졌다.
- 처리된 글라스 웨이퍼 위에 3 µm 홀 어레이가 설계된 마스크를 놓고 광원에너지량이 200 mJ/cm2 이상인 UV-vis 광원을 8초 동안 조사 시킨 후 현상 액을 통해서 조사된 부분의 포토레지스트를 제거한다. 그리고 전자빔 증착기를 통해서 금속 박막을(5 nm Cr / 15 nm Au) 형성한 후 아세톤 용액에 글라스 웨이퍼를 담가 남아있는 포토레지스트를 제거하여 홀 어레이 소자를 성공적으로 제작한다.
- 홀 어레이 소자의 홀 크기 분석은 광학현미경(Eclipse Ti-U, Nikon)과 전자현미경(SEM, Sirion-400, FEI)을 통해서 이루어지고 홀 두께와 거칠기는 원자현미경(AFM, Dimension 3100, Vecco)을 이용하여 특성 분석이 이루어졌다. 그리고 홀 어레이의 광학적 특성은 자체 개발한 내부 전반사(TIR, Total Internal Reflection) 현미경을 사용하여 이루어졌다.
- 특히, 이번 실험에서는 표면 촉매 화학 반응 횟수가 아닌 반응시간을 통해서 홀의 크기를 조절하는 일을 수행하였고, 그것을 성공적으로 수행할 수 있는 반응 조건을 알아보고, 제작된 홀 어레이의 특성을 분석하는 연구를 수행하였다. Fig.
- 반응 시간으로 홀 크기를 조절한 홀 어레이 소자의 플라즈몬 산란에 의한 광학적 특성을 알아보기 위해서 내부 산란 현미경을 사용하여 암시야(darkfield) 영상을 획득하였다. 즉 원격 장에서 금속 홀 어레이의 산란은 그 구조와 매질, 그리고 입사되는 광원의 파장에 특징적인 공명현상을 갖는데, 이를 프리즘 커플러와 백색광원, 그리고 분광기 혹은 대물렌즈를 통하여 색깔의 변화로 관찰하였다. Fig.
- 포토리소그래피 방법으로 제작한 약 3 µm 크기의 홀 구조체에 표면 촉매 화학 반응의 반응시간을 통해서 홀 크기를 조절하는 연구를 수행하였다.
- 포토리소그래피 방법으로 제작한 약 3 µm 크기의 홀 구조체에 표면 촉매 화학 반응의 반응시간을 통해서 홀 크기를 조절하는 연구를 수행하였다. 표면 촉매 화학 반응 전후의 홀의 크기, 두께, 거칠기, 광학 특성의 모습을 광학현미경, 전자현미경, 원자현미경, 내부 전반사 현미경을 이용하여 관찰하였다. 표면 촉매 화학 반응의 반응시간이 길어질수록 홀의 크기는 줄어들고 대신에 홀의 두께는 증가하는 것을 알 수 있었다.
대상 데이터
- 반응 시간으로 홀 크기를 조절한 홀 어레이 소자의 플라즈몬 산란에 의한 광학적 특성을 알아보기 위해서 내부 산란 현미경을 사용하여 암시야(darkfield) 영상을 획득하였다. 즉 원격 장에서 금속 홀 어레이의 산란은 그 구조와 매질, 그리고 입사되는 광원의 파장에 특징적인 공명현상을 갖는데, 이를 프리즘 커플러와 백색광원, 그리고 분광기 혹은 대물렌즈를 통하여 색깔의 변화로 관찰하였다.
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