[논문]마이크로 및 나노구조 제조를 위한 레이저 직접묘화기술의 응용

[국내논문] 마이크로 및 나노구조 제조를 위한 레이저 직접묘화기술의 응용
Fabrication of Micro and Nano Structures Using Laser Direct Writing Technique 원문보기

박종복 (광주과학기술원 기전공학과) , 정성호 (광주과학기술원 기전공학과) , 정문석 (광주과학기술원 고등광기술연구소)

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본 연구에서는 레이저 국소증착을 이용한 마이크로 및 나노구조 제조의 예로 TFT-LCD 회로수정을 위한 마이크로 텅스텐 패턴 및 촉매 시편을 이용한 탄소나노튜브 패턴의 직접묘화에 대하여 기술하였다.
이러한 열분해반응과 광분해 반응 메커니즘은 레이저 국소증착의 실제 적용 시 중요하게 고려되어야 한다. 본 연구에서는 근자외선 영역의 레이저에 의한 텅스텐카보닐의 광분해 및 시편 표면에서의 열분해 반응이 동시에 일어남으로써 기판의 손상을 일으키지 않으면서 텅스텐 금속 패턴을 제조할 수 있는 직접묘화 공정을 개발하였다.

레이저 국소증착을 이용한 탄소나노튜브의 직접묘화를 위해서는 우선 일반적인 화학기상증착법에서와 같이 금속 나노입자 촉매를 시편 위에 형성시켜야 하며 본 연구에서는 Fig. 4 와 같이 투명 기판 위에 수백 나노 두께의 다중 촉매 층(Ni/Al/Cr)을 스퍼터링 공정을 이용하여 증착시켰다. 촉매층이 형성된 시편을 반응 챔버 안에 놓은 후 Fig.

Figure 1 은 레이저 국소증착을 이용해 마이크로 텅스텐 패턴을 제조하기 위한 계략도이다. 실험에 사용된 레이저는 근자외선 영역의 355nm 의 중심파장을 가지며 최고 10 KHz 의 펄스 반복율을 가지는 Nd:YLF 레이저이다. 레이저에서 나온 빔은 빔 확대기를 거치고 거울을 통과 한 후 현미경용 대물렌즈를 통과하여 Fig.
텅스텐 금속 패턴을 직접묘화 하기 위한 반응물로 텅스텐카보닐[W(CO)₆]이 사용되었으며, 이송가스(carrier gas)는 아르곤(Ar) 가스가 사용되었다. 텅스텐카보닐을 반응챔버로 공급해 주면서 집속된 레이저 빔을 조사하면 유리 표면부근에 아래 식과 같은 반응을 통해 텅스텐 증착물이 생성된다⁵.

결론적으로, 레이저 국소증착을 이용한 마이크로 텅스텐 패턴의 제조에 관한 연구에서는 레이저 출력 및 이송속도의 제어를 통하여, 회로수정에 적합한 전기 저항과 표면 형상을 가지는 텅스텐 금속 패턴이 직접묘화 기술로 제조되었으며, 이러한 연구를 바탕으로 최종적으로 Fig. 3 에서와 같이 TFT-LCD 기판의 열손상 없이 회로수정에 성공적으로 적용되었다.
4 와 같은 접근 방법을 이용하여 샘플 위에 직접묘화 된 카본나노튜브로 이루어진 선 패턴과 그것의 확대된 전자주사현미경 이미지를 보여주고 있다. 위와 같이 성장된 카본나노튜브 패턴은 라만(Raman) 분광법 및 투과전자현미경을 통하여 다중벽나노튜브(multi-walled carbon nanotubes; MWCNTs) 구조임이 확인되었다.

레이저 직접묘화 기술인 레이저 국소증착 공정을 응용하면 회로수정을 위한 텅스텐 패턴과 같은 마이크로 구조의 제조가 가능하며, 촉매가 형성된 시편을 이용하여 우수한 재료적 특성을 가지는 카본나노튜브와 같은 나노구조체의 제조도 가능하다. 따라서 이러한 레이저 국소증착 공정의 기본 개념을 이용하여 시편의 원하는 위치에 다양한 물질의 마이크로 및 나노구조체의 직접묘화가 가능할 것으로 판단되며, 디스플레이 소자 및 센서와 같은 분야에의 활용이 기대된다.

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