초록 ▼

연구의 목적 및 내용
새로운 하드-소프트 블록공중합체의 직접자기조립(DSA) 및 결정화 거동을 이용하여 기존의 소재로는 불가능한 20 nm 이하의 나노패턴(나노선, 나노홀, 또는 나노닷)을 대면적(2 um 이상)의 실리콘옥사이드 또는 금속 기질 위에 균일하게 전사할 수 있는 차세대 나노리소그래피 기술을 개발하였다. 차세대 정보저장용 자성매체로의 제조 및 나노소자로의 응용성을 조사하였다.

연구결과
본 연구의 최종 목표인 차세대 나노리소그래피 및 나노전자 소자 제작에 응용될 수 있는 블록공중합체를 이용한 나노패턴

연구의 목적 및 내용
새로운 하드-소프트 블록공중합체의 직접자기조립(DSA) 및 결정화 거동을 이용하여 기존의 소재로는 불가능한 20 nm 이하의 나노패턴(나노선, 나노홀, 또는 나노닷)을 대면적(2 um 이상)의 실리콘옥사이드 또는 금속 기질 위에 균일하게 전사할 수 있는 차세대 나노리소그래피 기술을 개발하였다. 차세대 정보저장용 자성매체로의 제조 및 나노소자로의 응용성을 조사하였다.

연구결과
본 연구의 최종 목표인 차세대 나노리소그래피 및 나노전자 소자 제작에 응용될 수 있는 블록공중합체를 이용한 나노패턴닝 기술을 다음의 네 가지 연구를 체계적으로 수행하여 그 목표를 달성하였다. 1) 새로운 결정성 단량체 6종 ((DAEMA-1, -2, –3, DOPBAM, DVBAM, DVB)를 합성한 후, RAFT 중합법을 이용하여 새로운 결정성 단량체와 기존의 무정형 단량체 MMA로부터 다양한 조성비를 갖는 새로운 결정성-무정형 디블록공중합체를 제조하였다. 2) SiO₂ 층이 100 nm 코팅된 실리콘웨이퍼 위에 코팅한 후 용매아닐링방법으로 하드블록인 결정성단량체 분자들의 자기조립 또는 미세상분리 현상을 일으켜 디블록공중합체의 박막에 라멜라 또는 육각형으로 배열된 실린더와 같은 다양한 모폴로지 구조를 발현시켰다. 이후 UV/RIE/산소플라스마 에칭공정 또는 금속이온 흡착공정을 통하여 2.0-4.0 μm의 대면적에 30 nm 이하의 SiO₂ 또는 금속(Ag, Pt, Pd 등)의 나노구조체(나노와이어 및 나노메쉬)를 제작하였다. 3) 이런 30 nm 이하의 나노구조체을 차세대 나노패턴닝 기술인 나노리소그래피에 접목하기 위하여 1, 2 μm의 폭을 갖는 topographic guiding template를 사용하여 균일하게 배열된 10-30 nm의 선폭과 20-45 nm의 주기를 갖는 SiO₂ 나노선과 10-30 nm의 직경과 20-50 nm의 주기를 갖는 SiO₂ 나노홀을 각각 제조하였다. 4) 산성 조건에서 금속 양이온과 결합하는 기존의 블록공중합체들과 달리, 본 연구에서 합성한 새로운 디블록공중합체는 중성 조건에서 금속 양이온(Ag⁺, Pt⁺²등)을 흡착하는 특이한 거동을 보였다. 이런 현상을 이용하여 15-30 nm의 선폭과 20-40nm의 주기를 갖는 나노와이어 및 나노메쉬의 금속(Ag, Pt 등) 나노구조체 및 나노닷 형태의 금속자성체(코발트, 니켈-철)를 대면적(1-3 μm)에 균일하게 제작하였다. 특히 기존의 방법으로는 불가능한 우수한 plasmon effect를 보이는 차세대 디스플레이용 투명 전극으로 사용될 수 있는 은(Ag) 나노구조체를 제작하였다.
이런 연구결과 들을 토대로 새로운 블록공중합체 물질 및 공정 특허를 2017년 6월 19일 한국에 등록하였으며 (제10-1750472호), 유럽 미국 일본에 각각 출원하였다 (유럽 PCT/KR2015/013080; 미국 US15518679 일본 2017-520448). 또한 추가된 새로운 블록공중합체 및 이들의 차세대 나노리소그래피에 대한 응용성에 대한 특허 3건을 작성 중이다. 한편, 개발된 새로운 기술들을 차세대 나노전자 소자에 접목시키기 위하여, LG화학과 현재 협동연구를 추진하고 있다. 이런 특허 출원과 산업체와의 협동연구의 추진으로 인하여, 연구결과의 국제학술지 출판이 다소 지연되고 있다: 출판 1편(J.Polym. Sci., Poly. Chem., 54, 1713-1723, 2016); 논문 작성 중 3편; 국내발표 4편.

연구결과의 활용계획
본 연구에서 개발한 신소재 및 대면적의 균일한 SiO₂ 또는 금속 나노구조체의 연구결과를 활용한다면, 10 나노미터 이하의 금속성(철, 코발트, 합금 등) 자성 매체를 대면적에 균일하게 배향할 수 있다. 또한, 이들 자성매체들은 기존의 giga bite급 정보 저장 매체의 저장 능력을 수백에서 수천배 능가하는 차세대 테라비트급 정보 저장 매체 또는 정보 처리용 나노소자로의 응용연구에 활용 될 것으로 기대된다.
그러므로, 본 연구를 통하여 발명된 신소재 및 원천기술들을 LG화학(CRD연구소)과 한양대학교산학협력단과 공동으로 국내 및 국제특허를 출원하였으며, 차세대 나노리소그래피 및 나노전자 소자의 응용연구들을 현재 추진하고 있다.

(출처 : 요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose& contents
Using the direct selfassembly and crystallization behavior of novel hard-soft block copolymers, next generation nanolithography that nanopatterns (nanoline, nanohole, or nanodot) of sub-20 nm can be transferred regularly onto a large area (over 2 um) of silicone oxide or metalli

Purpose& contents
Using the direct selfassembly and crystallization behavior of novel hard-soft block copolymers, next generation nanolithography that nanopatterns (nanoline, nanohole, or nanodot) of sub-20 nm can be transferred regularly onto a large area (over 2 um) of silicone oxide or metallic substrate was developed. Also, the preparation of next generation magnetic media for tetrabit based data storage(processing) system and the application of new materials to nano electronic devices was investigated by the new nanolithography.

Result
To achieve the goal of this research, following five experiments were systematically studied: 1) after synthesizing 6 kinds of novel crystalline monomers (DAEMA-1–3, DOPBAM, DVBAM, or DVB), they were copolymerized with conventional amorphous MMA monomer to produce new crystalline-amorphous block copolymers by using a RAFT polymerization technique. 2) Using a solvent annealing method, nanostructured patterns (lamellae or hexagonal cylinder morphology) were directly formed in the hard-soft block copolymer thin films through selfassembly or microphase separation of the molecules introduced into the hard block chains. After that, SiO₂ (below 30 nm) and metallic (Ag, Pt etc) nanostructures (nanolines or nanomeshes) or nanodot typed magnets (Co, Ni-Fe) in a large area of 2-4 μm were fabricated by performing UV etching, RIE, and oxygen plasma etching processes onto the nanopatterns formed in the block copolymer thin films. 3) In order to apply for a next generation nanolithobraphy, such SiO₂ nanoowires (10-30 nm in linewidth and 20-45 nm in pitch) and nanoholes (10-30 nm in diameter and 20-50 nm in pitch) were inscribed in a topographic guiding template of 1 and 2 μm in width. 4) Unlike conventional block copolymers binding with metallic anions in an acidic condition, the new synthesized diblock copolymers showed unique behaviors binding with metallic cations (Ag , Pt ² etc) in a neutral condition. As a result, regular metallic nanostructures (nanowires and nanomeshes such as Ag, Pt, and so on) were fabricated in a large area of 1-3 μm. Especially, silver nanostructures exhibiting plasmon effect to be applicable to next generation transparent electrode were prepared, which is impossible by using conventional block copolymers developed so far. Based on these results, patents for the new block copolymers and the fabrication of the SiO₂ and metallic nanostructures were registered on June 19th, 2017 in Korea (#10-1750472), and also filed in Europe, USA, and Japan (Europe PCT/KR2015/013080; US15518679 JP2017-520448). In addition, three patents for additional block copolymers and their application process to next nanolithography are now in preparation. On the other hand, the developed new techniques are currently talking up for the collaborating research with LG chem to apply to next nanoelectronic devices. Due to such patent applications and research promotion with industrial company, the publication of the research results has been somewhat delayed: 2 published articles (J. Polym. Sci., Polym. Chem. 54, 1713-1723, 2016; Polymer, 77, 55-63, 2015); 3 articles in preparation to submit them in SCI top Journals; 4 academic presentations.

Expected Contribution
If the monomers/polymers or the SiO₂ (metallic) nanostructures regularly oriented in a large area of 2.0 um is utilized as new materials or templates, metallic magnets (Fe, Co, or alloy) below 10 nm will be easily prepared in a large area (over 3.0 um²). Also, these magnets are expected to be used as next terabit data storage media or nano devices for data processing. Therefore, the developed materials and core technologies were filed as Korea and International patents by LG Chem (CRD Institute) and Hanyang university as co-client. In addition, research collaboration with LG chem is now talking up to apply to next nanolithography and nanoelectronic devices.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 26
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 28
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 28
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 28
• 8. 참고문헌 ... 29
• 9. 연구성과 ... 29
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 32
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 33
• 12. 기타사항 ... 33
• 별첨1 대표연구실적 ... 34
• 대 표 연 구 실 적 ... 34
• 대표적 연구실적 사본 ... 37
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 45
• 끝페이지 ... 46