초록 ▼

본 연구팀은 3년간의 연구 수행을 통하여 고집적 나노센서 개발을 위한 고밀도 나노패턴 기술을 정립하였으며 이를 이용하여 다양한 나노패턴 제작 및 나노와이어 (nanowire) 소자를 제작하였다. 제작된 나노와이어 소자의 전기적 특성 및 구조적 특성을 분석하였으며 나노와이어의 줄가열 (Joule heating)을 이용하여 나노스케일에서 온도장을 제어할 수 있는 기술을 정립하였다. 나노스케일 온도장은 수치해석, SThM을 이용하여 확인하였다. 뿐만 아니라 나노와이어 배열 소자를 이용하여 화학물질, 생체물질 등의 감지센서로의 가능성을 확

본 연구팀은 3년간의 연구 수행을 통하여 고집적 나노센서 개발을 위한 고밀도 나노패턴 기술을 정립하였으며 이를 이용하여 다양한 나노패턴 제작 및 나노와이어 (nanowire) 소자를 제작하였다. 제작된 나노와이어 소자의 전기적 특성 및 구조적 특성을 분석하였으며 나노와이어의 줄가열 (Joule heating)을 이용하여 나노스케일에서 온도장을 제어할 수 있는 기술을 정립하였다. 나노스케일 온도장은 수치해석, SThM을 이용하여 확인하였다. 뿐만 아니라 나노와이어 배열 소자를 이용하여 화학물질, 생체물질 등의 감지센서로의 가능성을 확인하였다. 최종적으로 나노와이어의 줄가열을 이용하여 폴리머 열분해, 열가교 및 열수화학합성 등을 성공하였다. 다음은 연차별 목표 및 연구성과에 대한 요약이다:
1차년도 (2010-2011) : 탑-다운 (top-down) 공정을 이용한 다종 물질의 나노와이어 배열 소자 제작법 개발
- 전자빔 리소그래피를 이용한 나노와이어 및 다양한 나노 패턴 제작 및 공정 확립
- 나노패턴을 기초로 한 다양한 공정(증착, 식각, 나노입자 자기조립) 적용을 통한 나노와이어 구조물 제작
- 개별적으로 전기적 어드레싱 (electrical addressing)이 가능한 나노와이어 배열 소자 제작 및 전기적, 구조적 특성 분석
- 유연 고분자 기판 상에 top-down 방식으로 나노와이어 배열 (nanowire array) 소자 제작 공정 기술 개발
2차년도 (2011-2012) : 나노와이어 배열 구조를 이용한 다기능성 소자 (multifunctional nanodevice) 개발
- 나노와이어 배열 소자를 이용한 실시간 화학/생체물질 감지 센서 개발 및 활성화 공정을 이용한 특성 개선
- 나노와이어 배열 소자를 이용한 다기능 (나노스케일 히터 - nanoscale heater) 소자 개발
3차년도 (2012-2013) : 나노와이어 배열 구조를 이용한 다기능성 소자의 응용기술 개발
- 나노와이어 배열 히터 소자를 이용한 나노스케일 화학반응의 조작 (nanoscale chemical reaction control)
- 나노스케일에서의 국소적 가열을 이용한 나노소재의 선택적 합성 기술 개발 (localized chemical reaction control)
본 연구팀은 고밀도 다기능 나노와이어 배열 소자 집적 및 접합 기술을 확립하고, 고감도 / 고선택도 물리/화학 센싱, 나노스케일에서의 국소적 온도장 및 전기장 제어 및 이를 이용한 화학반응의 조작, 나노와이어에 의한 세포의 자극, 바이오 센싱 등을 구현하는 나노와이어 기반 혁신적 다기능 나노소자 플랫폼 기술을 확보하였다. 이 결과를 Nano Letters 11, 4818 (2011), Lab on a Chip 12, 2914 (2012) 등 저명 학술지에 보고하였으며, 다음과 같은 대표적 연구성과를 이루었다:
1) 나노와이어 배열구조 기반 다기능 소자 응용기술 개발 (Nano Letters 2011, Nanotechnology 2010, Nanoscale 2013)
● 나노와이어 배열 소자를 이용한 microfluidic chip 형태의 실시간/고감도 화학센서 (pH, 금속이온, DNA, 단백질) 기술 구현
● 나노와이어의 Joule heating 기반 나노스케일 온도장 제어의 정적/동적 현상 수치적 계산 및 실험적 규명
● 나노와이어 히터의 국소적 온도 제어를 이용한 화학반응 제어 (고분자 열분해/결합 반응, 나노소재 국소합성) 기술 실현
● 나노와이어 자가 가열을 이용한 촉매금속 입자의 선택적 코팅 및 이를 이용한 대기환경센서 선택성, 민감성 향상 기술 실현
2) 전기/기계적으로 강인한 나노와이어 배열 소자 접합/집적 기술 개발 (Nanoscale 2012, Langmuir 2012)
● 나노와이어의 Au/In 전극 상의 저온 열압착 공정 및 이를 통한 전극 접합력의 획기적 향상 실현
● 나노와이어의 Au 전극 상의 상온 열압착 공정 개발 및 이를 이용한 플렉서블 기판 상의 나노와이어 기반 자외선 센서 구현
● 접합 신뢰성이 우수하고 공정 단가가 현저히 낮은 나노와이어 집적 및 접합 기술 확립
3) 응용기술: 나노와이어 배열 소자를 이용한 세포의 자극 및 물질 검출 기술 개발 (Lab on a Chip 2011, 2012)
● 미세유체 채널 내 수직 나노와이어 배열의 직접 합성기술 및 이를 이용한 세포의 기계적 자극 방법 개발
● 나노와이어 배열을 이용한 세포의 기계적 파괴 및 세포내 물질 (단백질 및 핵산) high-throughput 검출 실현
● 미세유체 채널 내의 국소적 온도 제어를 이용한 나노선 번들 합성 및 이를 이용한 용액 pH 센서 제작 기술 구현

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 11