연구보고서
다층박막 탐침기반리소그래피 구형 100 nm 이하 플라즈몬 나노 구멍 배열 연구
(Study on sub 100 nm scaled plasmonic nano hole array fabricated by multi-layers applied tip based lithography)
□ 연구개요
• 대부분의 플라즈몬 나노 구멍 배열 연구에서는 직경 100 nm 이상 크기의 나노 구멍 사용이 보고되어졌었고, 이는 금속 나노 구멍 배열을 제작하는 공정기법의 한계에 기인한다.
• 직경 100 nm 이하의 플라즈몬 나노 구멍의 경우 더 강화된 양자속박 효과에 의해 양자역학적인 물리현상 관측이 가능하고, 생체막의 나노 구멍을 모사구현하기 위해서는 나노 구멍의 크기가 100 nm 이하로 작아져야 한다.
• 이러한 100 nm 이하 크기 플라즈몬 나노 구멍 배열은 전자기파의 양자 속박 효과 구현 및 생체막 모사 바이오 센서 개발에 있어서 절대적으로 요구되는 요소이며, 이에따라 100 nm 이하 크기의 나노 구멍을 효과적으로 제조할 수 있는 공정 기술 개발이 필요하다.
□ 연구 목표대비 연구결과
다층박막 탐침기반리소그래피 활용 100 nm 이하 플라즈몬 나노 구멍 구현
• 폴리메타크릴산메틸 필름을 희생층으로 도입한 탐침기반 리소그래피를 통해 100 nm 이하의 플라즈몬 나노 구멍을 구현하였고, 50 nm 이하의 폭을 가지는 플라즈몬 나노 구멍도 구현되었다.
• 접촉력을 조절함으로써 플라즈몬 나노 구멍의 지름을 100 nm 이하에서 수백 nm까지 정밀하게 조절이 가능함을 입증하였다.
플라즈몬 나노 구멍 배열 구조 제어
• 플라즈몬 나노 구멍의 크기 및 구멍간 간격이 조절된 다양한 형태의 플라즈몬 나노 구멍 배열 구조를 제조 및 시연하였다.
확보된 플라즈몬 나노 구멍 배열의 물성 연구
• 시간영역 유한차분법을 이용해 플라즈몬 나노 구멍의 깊이 및 지름에 따른 전자기파 세기를 비교하였고, 광섬유를 이용한 광특성 측정을 통해 플라즈몬 나노홀의 전자기파 세기가 강해지는 파장 영역을 확인하였다. 뿐만아니라, 근접장을 이용한 광특성 측정을 통해 나노 구멍에서 전자기파 집속됨을 직접 관찰할 수 있었다.
□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
• 이 연구 결과는 대기조건에서 수행된 탐침기반 리소그래피를 통해 100 nm 이하의 차원을 가지는 플라즈몬 구조 제작이 가능함을 보여주었으며, 탐침기반 리소그래피 분야의 고해상도 패터닝 방법에 대한 접근법을 제시한다.
• 상대적으로 저비용으로 간단하게 100 nm 이하의 플라즈몬 구조를 제작 할 수 있으므로, 개발된 기술은 플라즈몬 나노 구멍이 활용되는 반도체 분야, 광학 분야, 센서 분야 등 다양한 분야의 응용 연구에 활용될 수 있다.
• 금속 나노 구멍 배열을 기반으로한 나노 광학 소자, 바이오 소자 등 실용화 연구가 지속된다면 관련 분야의 상용화 및 산업화도 기대할 수 있다.
• 제작된 플라즈몬 나노 구멍은 광학/반도체 응용 뿐만아니라 식각 마스크 및 식각촉매로 활용될 수 있으며, 이를 통해 반도체 나노 구조 공정 및 2차원 반도체 구조 패터닝에도 활용될 수 있다.
• 플라즈몬 나노 구멍 안에 발광소재, 플라즈몬 입자 등 다양한 물질을 주입함으로써 플라즈몬 커플링 연구에도 많은 활용이 될 수 있다.
(출처 : 연구결과 요약문 2p)
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