분야
hwp2. Dip-pen lithography의 원리
1) DPN의 기본 원리
2) DPN의 장점
3) DPN을 이용하여 나노 패턴 형성 시 해상도에 영향을 미치는 인자들
① The grain size of substrate
② Interaction between molecules and substrate
③ Tip-substrate contact time and scan speed
④ Humidity
3. Dip-pen nanolithography의 응용 분야
1)나노 패터닝
2) 바이오 나노어레이 제조를 위한 딥펜 나노식각 공정
3)물질의 정렬을 위한 템플레이트
4)딥펜 나노식각 기술의 응용
4. Electrochemical Dip-pen Nanolithography
1) E-DPN에 대한 소개
2) E-DPN기술의 원리
3) polymer 에의 적용
4) E-DPN 기술에 대한 전망
5. 국내외 연구 개발 동향
①논문 분석
②연구사례
③ Product
1) Nano Fabrication System
2) Nano Bio Discovery
3) Nano Stem Biochip
6. 시장분석 및 결론
1) 시장분석 및 전망
2)결론
7.Reference
1. 서론
과학의 방향이 원자 크기대의 극소형의 것을 대상으로 하게 됨에 따라 이들을 관찰하고 조작하고 또 그 성질과 양을 이해하기 위해서는 나노 테크놀로지를 필요로 하게 되었다. 이러한 나노 테크놀로지는 1982년 스위스의 Binnig Rhorer 박사가 개발한 Scanning tunneling microscopy(STM)을 통해 그 이전까지 볼 수 없었던 나노 크기의 물질들을 볼 수 있게 되면서 본격적으로 시작되었다. STM은 시료와 탐침(Probe)과의 거리가 매우 근접 되었을 때 시료와 탐침 사이에 흐르는 터널(tunnel)전류를 이용하여 시료표면의 궤적을 주사하여 형상화한다. 즉, 도체인 시료의 표면에 가느다란 텅스텐이나 백금 선을 부식 시켜 그 끝에 원자 몇 개만 있게 한 탐침을 원자 한·두개 크기 정도의 거리 이내로 접근시키고 양단간에 약간의 전압을 걸면 tunneling 현상에 의한 전류가 발생한다. 이 전류를 통해 우리는 시료 표면의 형상을 알 수 있게 된다. 그러나 STM의 경우 전자의 tunneling 현상을 이용하기 때문에 전류가 통하는 물질만을 분석할 수 있다는 단점이 있다.
이러한 STM의 단점을 극복하기 위해 나온 것이 AFM, Atomic Force Microscopy이다. AFM은 텅스텐으로 만든 탐침 대신에 나노기술로 만들어진 Cantilever라 불리는 작은 막대 탐침을 사용한다. Cantilever는 길이가 수 μm로 아주 작아서 미세한 힘에 의해서도 쉽게 휘어지도록 만들어져 있으며, 이 Cantilever의 끝에는 몇 개의 원자크기에 해당하는 뾰족한 바늘이 붙어있어서 탐침의 끝을 샘플 표면에 근접시키면 끌어당기거나 밀어 내는 van der Waals force를 이용하여 시료 표면의 형상을 읽어낸다. 이 van der Waals force를 이용하는 AFM은 전자의 tunneling 효과를 이용하는 STM과는 달리 원자 간의 힘을 이용하기 때문에 도체·부도체에 관계없이 측정이 가능하다.
그러나 이처럼 넓은 영역에서 사용 가능한 AFM도 대기 중에서 분석될 때 어려움이 존재한다. 그것은 대기 중에 존재하는 수분으로 인해 실제의 이미지를 얻기가 쉽지 않다는 점으로, AFM의 tip과 기판의 표면 사이에 존재하는 수분이 tip-surface interaction에 영향을 미치는 것이다. 이러한 현상을 극복하기 위하여 많은 연구자들은 진공상태 또는 용액상태에서 표면을 분석해왔다. 그러나 1999년 Mirkin 박사는 오히려 이런 단점을 이용하여 기판에 새로운 나노 패턴을 만드는 방법을 개발하였는데 이것이 Dip-pen Nanolithography(DPN)기술이다.
2. Dip-pen lithography의 원리
앞서 기술한 AFM(atomic force microscope)은 대기 중에서 측정할 때 tip과 표면 사이에 아주 작은 모세관이 형성된다. 이는 실제 표면을 분석하는데 어려움을 주고 있다. 하지만 이를 이용하여 기판과 tip에 존재하는 분자들의 화학적 결합을 통하여 기판에 self-assembly 하는 기술이 Mirkin 박사에 의해 1999년에 발표되었는데 이것이 Dip-Pen Lithography 기술이다. 그는 DPN 기술을 이용하여 단분자막을 나노 차원에서 패턴닝한 결과를 발표하였다.[1]
1) DPN의 기본 원리
Dip-Pen Nanolithography (DPN) 기술은 분자를 기판 위에 이전하여 나노 단위의 일정 패턴을 만드는 방법으로, 기본적으로 AFM을 이용한다. Tip에 원하는 물질을 코팅하고 기판을 스캐닝하고, tip에서 기판으로의 전이를 통해 일정한 패턴을 만들 수 있게 된다. 이러한 방법으로 30㎚이하의 선폭도 얻을 수 있으며 이는 나노 단위의 도구를 만드는 유용한 방법이다.
Nanolithography", J. Am. Chem. Soc., 123, 2105, 2001.
[2] Maynor, B. W., Li, Y., and Liu, J., "Au "Ink" for AFM "Dip-pen"
Nanolithography", Langmuir, 17, 2575, 2001.
[3]Maynor, B.W., Filocamo, S. F., Grinstaff, M. W., and Liu, J., "Direct-Writing of Polymer Nanostructures: Poly(thilphene) Nanowires on Semiconducting and Insulating Surfaces", J. Am. Chem. Soc., 124, 522, 2002.
[4]나노위클리164호 'Lux Research사, 2010년 나노기술장비 시장 10억 2천5백만 달러 예측'
[5]나노위클리274호 ‘BCC 보고서, 2013년 세계 나노기술 시장 270억 달러 예측’
[6] Weinverger, D. A., Hong, S., Mirkin, C. A., Wessels, B. W., and Higgins, T.B., "Combinatorial Generation and Analysis of Nanometer- and Micrometer-Scale Silicon Features via "Dip-Pen" Nanolithography and Wet Chemical Etching", Adv.Mater., 12, 1600, 2000.
[7] Mirkin C. A., Hong, S., and Demers, L. "Dip-Pen Nanolithography:
Controlling Surface Architecture on the Sub-100 Nanometer Lenght Scale",
CHEMPHYSCHEM, 2,
