Considerable number of efforts have been made to fabricate nanowires in order to exploit their superior structural characteristics suitable for enhancing nano-sized effects. In particular, since the properties of one-dimensional nanostructures could be dramatically changed depending on the dimension of the structures at the size of several tens of nanometer, reliable fabrication methods of precisely controlling the diameter of the nanowires is required.
In a successful effort to produce tens of nanometer-scale nanowires reliably over a large area, we previously introduced repetitive pattern down scaling technology to fabricate the highly compact nanogratings which are used to make nanowires. By applying physical vapor deposition technique on the nanogratings substrate, perfectly aligned nanowires could be simply formed only on the peaks of the nanogratings due to shadowing effect originating from its geometry.
Herein, we fabricate the diameter-controlled nanowires by precisely tuning the pattern size of nanogratings. The size of nanogratings was reduced from 50 nm to sub-10 nm by newly developed wet-chemical digital etching process. We found that a few atomic layers of the silicon surface are naturally oxidized in a nitric acid ($HNO_3$) solution, which enables the surface of the silicon to be etched with 1.0 nm resolution by selectively removing the oxide layers. By applying this high-resolution digital etching technique to silicon nanogratings previously prepared by conventional methods, we successfully controlled the pattern size of silicon nanogratings on an inch-scale wafer. It enables that the fabrication of diameter-controlled nanowires in the region of less than 50 nm in large area.
나노와이어의 1차원의 구조를 일컬으며, 그 구조적 이점을 활용하여 트렌지스터, 생화학 센서 및 에너지 수확 소자와 같은 다양한 응용 분야의 우수한 재료로 주목 받아 왔다. 나노와이어가 실제 응용 소자에 더욱 활발하게 활용되기 위해서는 그 나노와이어 제작 방법이 매우 중요하다. 이를 위해서는 우수한 특성 제작, 신뢰성 높은 제작, 경제적인 제작 방법과 같은 요소들이 제작 방법의 필수 요소이다.
우수한 특성을 위해서는 직경이 작은 나노와이어를 제작 할 수 있어야 하며, 높은 제작 신뢰성을 위해서는 재현성 높게 나노와이어의 직경을 조절하여 제작할 수 있어야 한다. 또한 경제적인 나노와이어 제작을 위해서는 대면적에 다양한 물질을 용이하게 제작 할 수 있어야 한다. 하지만 기존의 나노와이어 제작 방법들은 이러한 요구 조건을 모두 만족시키기에는 부족하였다.
본 논문에서는 나노그레이팅 템플릿을 활용한 나노와이어 제작 방법에 나노그레이팅 패턴 크기를 정밀하게 조절할 수 있는 디지털 에칭 방법을 도입하여, 활용 가치가 높은 나노와이어 제작 방법을 제안한다. 본 논문에서 개발한 질산을 이용한 디지털 에칭 공정은 나노그레이팅의 패턴 크기를 50 nm 이하 수준에서 신뢰적으로 정밀하게 축소하였다. 또한 제작된 나노와이어를 반도체식 가스 센서에 응용하여 나노와이어의 직경에 따라 조절된 가스 감지 특성을 확인하였다.
이를 활용한 나노와이어 제작 방법은 나노와이어의 직경을 50 nm 이하 수준에서 신뢰적으로 정밀하게 조절할 수 있다. 뿐만 아니라 기존 나노그레이팅 템플릿을 활용한 나노와이어 제작 방법의 장점인 제작 재현성, 대면적 제작 가능성, 다양한 물질 제작 용이성과 같은 장점을 온전히 보유하여 활용 가치가 높은 나노와이어 제작 방법의 요구 조건을 모두 만족 시킨다.
