Optical nanostructures have been actively applied to diverse nanodevices for nanoscale imaging and lithography, illumination system with high efficiency, ultrathin display system with high resolution, and bio-sensing with high efficiency due to their unique abilities such as antireflection, negative index, and plasmonic resonance. However, the lack of scalable nanofabrication method with a low cost disturbs the practical and common uses of optical nanostructures. This study presents diverse optical nanostructures on a large area by using ultrathin silver film. First, large scale silver nanoholes and nanoislands were studied based on the solid-state dewetting and oblique angle deposition. Next, the glass nanohole arrays was developed for mechanically stable antireflective structures based on silver nanoholes. At last, the optically patternable metamaterial was developed to overcome the diffraction limit based on the surface plasmon excitation, i.e., the superlens effect. Ultraviolet nanolithography was demonstrated by using the optically patternable metamaterial and a conventional photolithography system. The large scale optical nanostructures such as antireflective structures and optically patternable metamaterials based on ultrathin silver film will provide practical applications of nanodevices including nanolithography/imaging, high efficient illumination/imaging lens, plasmonic spectral filter, and bio-sensing with high efficiency.
나노광학구조는 나노구조가 갖는 무반사, 음굴절률, 플라즈모닉 공명등과 같은 특별한 특성 때문에 나노이미징, 나노리소그래피, 고효율 조명 시스템, 초박막 및 고해상도 디스플레이, 고효율 바이오센싱 등을 위한 나노 디바이스에 활발하게 연구 및 적용되고 있다. 하지만, 나노미터 크기의 구조물을 대면적, 낮은 가격 및 높은 생산성으로 제작할 수 있는 공정 기술의 부재로, 나노광학구조가 실질적인 응용 분야에 사용되지 못하고 있다. 본 논문에서는 은 초박막기반 은 나노구조를 이용하여 다양한 대면적 나노광학구조를 개발하고자 한다. 첫 번째로 은 박막의 고체상 비젖음 현상 및 경사 입사 증착법을 이용하여 다양한 은 나노구멍 및 나노섬 구조를 대면적으로 제작하는 방법을 개발하였다. 두 번째로, 은 나노구멍구조를 기반으로 기계적으로 안정적인 무반사 구조를 개발하였다. 세 번째로, 은 나노섬구조를 기반으로 광학적으로 패턴 가능한 메타물질을 제작하고, 이를 이용한 회절한계 이하 자외선 나노리소그래피 기술을 개발하였다. 은 초박막을 이용한 대면적 나노광학구조는 나노리소그래피/이미징, 고효율 렌즈, 컬러 필터, 바이오 센싱 등을 포함한 실질적 나노소자 산업에 폭 넓게 응용될 수 있다.
