Development and application of positive and negative silicon nano-micro structures fabrication method using Scanning Probe Lithography and Metal-Assisted Chemical Etching

Abstract

실리콘은 매장량, 발전된 기술, 가격 등의 요인으로 21세기 반도체 산업에서 가장 중요한 재료로 사용되고 있다. 특히 실리콘 나노-마이크로 구조는 광학(메타물질 포함), 전자&전기, 화학&바이오센서, 에너지 변환&저장(열전 포함) 등 다양한 분야에서 높은 활용 잠재력을 가지고 있다. 하지만 이런 연구들을 위한 복잡한 실리콘 나노-마이크로 구조는 제작과정에서 매우 큰 비용이 발생하고, 이는 학교 수준에서의 연구 제약이 되기도 한다. 우리는 이러한 근본적인 문제를 해결하기 위해 주사 탐침 리쏘그래피와 금속 화학적 보조 식각법을 접목시켜 저비용의 정밀한 실리콘 나노-마이크로 구조 제작 방법을 개발하였다. 이 기술은 통해 100nm 수준의 실리콘 나노 와이어 배열, 나노 홀 배열 구조에서부터 서브마이크로~마이크로 수준의 비정형 구조를 제작할 수 있었고, Z 축 방향으로는 수십 마이크로정도 조절할 수 있음을 보였다. 뿐만 아니라 55,000개의 탐침이 달린 이차원 탐침 배열과 수십 개의 탐침이 달린 일차원 탐침 배열을 이용하여 대면적 제작도 선보였다. 더 나아가 실리콘 온 인슐레이터 기판을 이용한 원스텝 실리콘 구조 분리 방법을 개발함으로써 제작한 실리콘 구조를 쉽게 분리 할 수 있었고, 쉽게 용액으로 실리콘 구조들을 저장하고 필요한 곳에 자유롭게 전사 시킬 수 있음을 보였다. 마지막으로 이 기술을 활용하여 리쏘그래피 분야 응용(임프린트 리쏘그래피와 하드 폴리디메틸실록산 스템프를 이용한 소프트 리쏘그래피) 과 고전 광학 분야 응용, 표면 향상 라만 분광법 소자로써의 응용을 보이면서 다양한 활용성을 제시하였다.