마이크로 전자기계 시스템 공정에서 표면 처리는 공정 방법의 일환이자 디바이스에 자체적인 기능을 부여하는 역할을 한다. 특히 자기 조립 단분자층은 마이크로 전자기계 시스템 공정에서 표면 개질 및 기능화를 수행하는 표면처리 방법으로 침지 시간과 용액 농도에 따라 강도를 정밀하게 조절할 수 있는 유기 단분자막이다. 고분자 기판이나 금속/세라믹 부품에 자발적으로 흡착되어 형성되는 자기 조립 단분자층은 표면 특성의 개질 뿐만 아니라 나노스케일 단위의 높은 정밀도로 하여금 양산용 리소그래피 기술 및 초민감 유기/생체분자 센서에도 응용되고 있다. 본 논문에서는 마찰 특성의 조절부터 생체 분자의 탐침 기능까지 자기 조립 단분자층 기술이 발전되어 응용되고 있는 다양한 분야들에 대해 소개한다.
Nanostructures, with a diversity of shapes, built on substrates have been developed within many research areas. Lithography is one powerful, but complex, technique to make structures at the nanometer scale, such as platinum nanowires for studying CO catalytic reactions [1], or aluminum nanodisks for studying the plasmon effect [2]. In this work, we approach a facile method to construct nanostructures using noble metals on a titania thin film by using self-assembled structures as a pattern. Here, a large-scale silica monolayer is transferred to the titania thin film substrates using a Langmuir-Blodgett trough, followed by the deposition of a thin transition metal layer. Owing to the hexagonal close-packed structure of the silica monolayer, we would obtain a metal nanostructure that includes separated metallic triangles (islands) after removing the patterning silica beads. This nanostructure can be employed to investigate the role of metal-oxide interfaces in CO catalytic reactions by changing the patterning silica particles with different sizes or by replacing the oxide support. The morphology and chemical composition of the structure can be characterized by scanning electron microscopy, atomic force microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. In addition, we modify these islands to a connected island structure by reducing the silica size of the patterning monolayer, which is utilized to generating hot electron flow based on the localized surface plasmon resonance effect of the metal nanostructures.
In this study, PEDOT thin films polymerized with Iron(III)tosylate ($Fe(PTS)_3$) and grown on acetic acid-catalyzed 3-aminopropyltriethoxysilane self-assembled monolayer (APS-SAM) surfaces by VPP method have been investigated. PEDOT thin films were synthesized on APS self-assembled $SiO_2$ wafer surface at two different concentrations (20 wt% and 40 wt%) and growth time (3 and 30 minutes), and then they were compared. PEDOT vapour phase-polymerized with 40 wt% $Fe(PTS)_3$ oxidant completely formed a thin film on acetic acid-catalyzed APS-SAM surface while with 20 wt% $Fe(PTS)_3$ did not at all. It means that the oxidant can be uniformly coated on acetic acid-catalyzed APS-SAM surface at the 40 wt% concentration, which gives rise to the uniform growth of PEDOT thin film on it.
In this study, PEDOT thin films polymerized with Iron(III)tosylate ($Fe(PTS)_3$) and grown on atomically smooth and highly dense 3-aminopropyltriethoxysilane self-assembled monolayer (APS-SAM) surfaces by VPP method have been investigated. PEDOT thin films were synthesized on APS self-assembled $SiO_2$ wafer surface at two different concentrations (20 wt% and 40 wt%) and growth time (3 and 30 minutes), and then their sheet resistance were measured and compared. PEDOT thin films grown with 20 wt% $Fe(PTS)_3$ oxidant are highly conductive when compared with the film grown with 40 wt% $Fe(PTS)_3$, as ascertained by the measured sheet resistance values down to 0.06 ${\Omega}/cm$. It clearly suggests that 20 wt% is more effective oxidant concentration for VPP than 40 wt% even though the film grown with 40 wt% oxidant has better quality than the film with 20 wt% $Fe(PTS)_3$ does.
Polystyrene(PS)과 poly(methyl methacrylate)(PMMA)에 대하여 동일한 계면 특성을 갖는 3-(p-methoxyphenyl)propyltrichlorosilane(MPTS)의 자기조립 단분자막(self-assembled monolayer, SAM) 을 실리콘 웨이퍼 표면에 형성시켜 표면 특성을 개질하였다. 개질된 실리콘 웨이퍼에 PMMA 또는 PS가 원통형 나노구조를 형성하는 PS-b-PMMA 블록공중합체 박막을 코팅하여 원통형 나노구조가 실리콘 웨이퍼 표면에 대하여 수직 배향된 박막을 제조하였다. 수직 원통형 나노구조를 갖는 박막에 자외선 조사와 세척을 통하여 PMMA 블록을 선택적으로 제거하여 수직 나노기공 필름과 수직 나노막대 배열을 제조하였다. 제조된 나노기공 필름은 나노리소그래피 마스크로 사용이 가능하다.
Surface potential and growth processes of hexadecanethiol (HDT) self-assembled monolayers (SAMs) on Au(111) surfaces were examined by Kelvin probe method and scanning tunneling microscopy. It was found that surface potential strongly depends on surface structure of HDT SAMs. The surface potential shift for the striped phase of HDT SAMs chemisorbed on Au(111) surface was +0.45 eV, which was nearly the same as that of the flat-lying hexadecane layer physisorbed on Au(111) surface. This result indicates that the interfacial dipole layer induced by adsorption of alkyl chains is a main contributor to the surface potential change. In the densely-packed HDT monolayer, further change of the surface potential was observed, suggesting that the dipole moment of the alkanethiol molecules is an origin of the surface potential change. These results indicate that the work function of a metal electrode can be modified by controlling the molecular orientation of an adsorbed molecule.
Pt 나노입자의 합성과 이를 이용한 hybrid Pt-$SiO_2$ 나노입자의 합성을 성공적으로 수행하였으며, self-assembled Pt nanoparticles monolayer를 charge trapping layer로 활용하는 metal-oxide-semiconductor(MOS) type memory의 한 예로 non-volatile memory(NVM)의 응용을 보임으로써 나노입자의 활용 가능성을 보이고, 또한, hybrid Pt-$SiO_2$ 나노입자 박막 층의 제어를 통한 MOS type memory device에의 보다 더 넓은 활용 가능성을 보이고자 하였다.
금 표면 위에서 알칸싸이올 분자가 자기조립을 통해 단분자층을 만들 때 싸이올기가 화학 흡착을 못하고 알킬기가 물리 흡착을 하는 결함이 생길 수 있다. 이러한 결함은 열적 어닐링 과정으로 제거할 수 있음이 알려져 있다. 우리는 알칸싸이올 분자에 대한 이징 모형을 제시하고 단분자층 어닐링 과정의 몬테카를로 시뮬레이션에 적용하였다. 새로운 이징 모형은 선행 분자동역학 시뮬레이션에서 나타난 어닐링을 통한 단분자층의 결함 제거를 성공적으로 재현할 수 있었다.
기존의 습식 및 건식 표면처리 공정의 단점을 극복하고, 마그네슘 합금의 가장 큰 문제점인 내식성개선을 위해 열화학기상증착(thermal Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 자기조직화 유기 단분자막(Self-Assembled organic Monolayer, SAM)을 제작하여 마그네슘 합금(AZ31)의 내식성을 검토하였다.
고분자 반도체를 이용한 유기 박막트랜지스터(OTFT) 소자 제작시 특성 향상을 위해 Self-Assemble Monolayer (SAM)을 이용한 유기 Gate 절연막과 source/drain 전극의 표면처리에 대해 설명하였다. Gate insulator의 경우 소수성 SAM이 고분자 반도체와의 상호작용으로 배열도를 향상시켜 이동도를 증가시켰으며, 전극처리의 경우 접촉저항을 낮추어 injection을 증대시키는 효과를 나타내었다. 각각의 경우 적용되는 SAM 재료와 효과를 극대화시키기 위한 처리공정 전반에 대해 설명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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