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Patterning of single-walled carbon nanotubes and photosensitive polyimides = 단층 탄소나노튜브와 감광성 폴리이미드의 패턴 형성에 관한 연구
서명 / 저자 Patterning of single-walled carbon nanotubes and photosensitive polyimides = 단층 탄소나노튜브와 감광성 폴리이미드의 패턴 형성에 관한 연구 / Myung-sup Jung.
저자명 Jung, Myung-sup ; 정명섭
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2006].
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초록정보

Well-defined and high-density single-walled carbon nanotube (SWNT) patterns were fabricated using a combination of photolithographic and chemical assembling processes. To form the SWNT pattern, the substrate was treated with acid-labile group protected amine, and an amine prepattern was formed using a photolithographic process with a novel polymeric photoacid generator (PAG). The polymeric PAG contains a triphenylsulfonium salt on its backbone and was synthesized to obtain a PAG with enhanced efficiency and ease of spin-coating onto the amine-modified glass substrate. The SWNT monolayer pattern was then formed through the amidation reaction between the carboxylic acid groups of carboxylated SWNTs (ca-SWNTs) and the prepatterned amino groups. A high-density multilayer was fabricated via further repeated reaction between the carboxylic acid groups of the ca-SWNTs and the amino groups of the linker with the aid of a condensation agent. Unlike previously reported patterned SWNT arrays, this ca-SWNT patterned layer has high surface density and excellent surface adhesion due to its direct chemical bonding to the substrate. Well-defined polyimide patterns were also fabricated by the preparation of a chemically amplified photosensitive polyimide (PSPI). The positive-working PSPI developable with basic aqueous solutions was obtained from poly(amic acid ethoxymethyl ester) (PAAE) as a polyimide precursor and diphenyliodonium 5-hydroxynaphthalene-1-sulfonate (DINS) as a photo acid generator. The acid generated from DINS in the UV exposed region effectively deprotects the ethoxymethyl groups of PAAE by a chemical amplification mechanism. The resolution of the PSPI is excellent compared to those previously reported for chemically amplified PSPIs, and such a film can thus be used as a buffer coating in semiconductor packaging.

본 연구는 탄소나노튜브의 패턴 형성과 우수한 기계적 물성을 보유한 감광성 폴리이미드의 제조에 관한 것으로, 반도체 미세회로 가공 공정에 사용되는 포토레지스트의 화학증폭 메커니즘을 적용하였다. 탄소나노튜브는 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 띨 수 있으며, 직경이 작고 길이가 길며 속이 비어있다는 특성 때문에, 평판표시소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 등의 소재로서 뛰어난 성질을 보이고, 나노 크기의 각종 전자소자로서의 응용성이 매우 크다고 할 수 있다. 그러나 이러한 응용 분야에 적용되기 위해서는 탄소나노튜브를 기재 위에 원하는 배열과 모양으로 패턴을 형성하는 기술이 무엇보다도 중요하다 할 수 있다. 탄소나노튜브를 패턴화 하는 기존 기술로는 패턴화 된 촉매 층에 직접 성장 시키는 방법과 단순 흡착을 이용한 자기 조립법 등이 보고되어 졌지만, 이러한 기술들은 형성된 패턴이 기판과의 접착력이 낮거나 패턴 형성 공정이 복잡하고 생산성이 낮아 대량 생산을 요하는 공정에는 부적합한 문제점을 가진다. 본 연구에서는 표면 처리된 기재 위에 포토리소그래피 방법으로 패턴을 형성하고, 그 위에 화학적 자기조립 방법으로 탄소나노튜브를 단층 및 다층으로 적층하여 탄소나노튜브의 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 유리, 실리콘 웨이퍼 및 플라스틱 등의 기재 상에 패턴화 된 탄소나노튜브의 단층 및 다층 막을 용이하게 형성할 수 있어서 태양전지, 배터리와 같은 에너지 저장체, 평판디스플레이, 트랜지스터, 화학 센서, 바이오 센서, 반도체 소자 등의 공정에서 전도성이 우수한 탄소나노튜브의 패턴화 된 막을 제공하는데 응용할 수 있다. 이러한 탄소나노튜브의 패턴화를 위하여 본 연구에서는 기재 표면을 선택적으로 개질 하는 물질로서 고분자 광산발생제를 신규 합성하여 적용하였다. 고분자 광산발생제는 기존의 저분자 광산발생제와 비교하여 우수한 코팅 특성과 산 발생 효율을 보유하여 탄소나노튜브의 패턴화 용도이외에 선택적 표면 개질 공정을 요하는 DNA칩 등에 유용하게 활용될 수 있다. 본 연구의 다른 측면인 폴리이미드 수지는 고 내열성, 높은 기계적 강도, 낮은 유전 특성 이외에도 코팅 표면의 평탄화 특성이 우수하고 반도체 소자의 신뢰성을 저하시키는 불순물의 함유량이 매우 낮으며 미세 형상을 용이하게 형성할 수 있어 전자 device의 층간 절연막, 보호막으로서 널리 사용되고있는 유기 재료이다. 폴리이미드를 반도체 소자의 층간 절연막과 보호막 등으로 응용함에 있어 미세 패턴의 형성이 요구되어지는데, 이러한 패턴 형성을 위하여 포토레지스트와 같은 감광 기능을 부여한 것이 감광성 폴리이미드이다. 본 연구에서는 감광성 폴리이미드에 광산발생제를 이용하는 화학증폭형 적용하여 우수한 해상력을 확보하였으며, 최종 필름 경화 시 반응성 말단기에 의하여 가교 구조가 도입되게 함으로서 우수한 기계적 물성을 확보하였다. 폴리이미드 전구체로서 산에 의하여 해리 가능한 보호기가 도입된 폴리(아믹산 에스테르)를 합성하였고, 이 폴리(아믹산 에스테르)의 사슬 말단에는 노보넨 혹은 말레이미드와 같은 반응성 말단기를 도입하였다. 이러한 폴리이미드 전구체를 광산발생제와 혼합하여 필름 상태에서 노광하면 광산발생제에서 해리된 산에 의하여 보호기가 탈리 되어 형상 공정에서 현상액에 용해되어 제거됨으로써 패턴이 제조되게 된다. 본 연구는 화학증폭 메커니즘을 적용하여 우수한 해상력을 확보하고, 동시에 우수한 기계적 물성을 확보한 최초의 연구 결과이며 기존 포지티브형 감광성 폴리이미드의 주류인 용해억제형과 비교하여 우수한 해상력을 보여주고 있다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCBE 06019
형태사항 xiv, 154 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 정명섭
지도교수의 영문표기 : Hee-Tae Jung
지도교수의 한글표기 : 정희태
수록잡지정보 : "Patterning of Single-Wall Carbon Nanotubes via a Combined Technique (Chemical Anchoring and Photolithography) on Patterned Substrates". Journal of Physical Chemistry B, 109, 10584-10589(2005)
수록잡지정보 : "Preparation of a Chemically Amplified Photosensitive Polyimide based on Norbornene-End-Capped Poly(amic acid ethoxymethylester)". Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, 43, 5520-5528(2005)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 Includes references.
주제 carbon nanotubes, photolithography, photosensitive polyimide
카본나노튜브, 포토리쏘그라피, 감광성 폴리이미드
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