탄소나노튜브-팁을 위한 다자유도 나노 정렬 시스템

Abstract

정밀한 분해능을 가지는 프로브는 AFM tip을 써서 이용해 왔으나 AFM tip의 Aspect Ratio 한계로 인해 분해능 성능 향상 면에 한계가 있어서 이를 현재 실리콘 팁등의 끝에 탄소나노튜브를 붙이는 방법을 이용하여 해결하고 있다. 본 연구에서는 전도성때문에 실리콘 팁대신에 텅스텐 팁을 이용하였으며, 텅스텐 팁과 CNT를 붙이는 작업을 하기 위해 나노 정렬 시스템은 다음과 같은 조건을 만족해야 한다. 첫째로 텅스텐 팁과 CNT를 각각 다른 부위에 놓고 실험을 해야 하므로 이중형 스테이지를 가져야 한다. 둘째로 CNT와 텅스텐 팁 접합 과정시 SEM으로 볼 수 있는 영역에 위치시키기 위해 스테이지1과 스테이지2 모두 X, Y, Z 운동이 필요하다. 셋째로 CNT를 텅스텐 팁에 붙인 후 축방향 접합 상태를 알기 위하여 텅스텐 팁이 놓이는 스테이지에 회전 운동이 필요하고, 넷째로 다루는 CNT의 두께가 대략 100㎚ 이하이고 CNT를 텅스텐 팁에 붙이는데 피코모터의 운동보다 정밀한 X, Y, Z 운동을 텅스텐 팁에 가할 수 있는 피죠튜브가 필요하다. 마지막으로 SEM chamber (지름과 높이가 약 22~24cm 인 원통형 모양) 안에서 작업을 해야 하므로 스테이지 크기가 작아야 한다. 본 연구에서는 진공상태에서 CNT를 텅스텐 팁에 붙일 수 있는 이중형 스테이지로 구성된 작은 크기의 나노 정렬 시스템을 제안하였다. 이 시스템은 첫째 스테이지에서 3개, 둘째 스테이지에서 7개의 자유도를 가져 총 10개의 자유도를 가지게 된다. 이 때, 본래 피코모터의 최소 변위는 30nm 이하이나, 전압 분할을 이용하여 피코모터의 분해능을 10nm이하로 향상시켰다. 또한 피죠튜브의 수평방향으로 0.075V의 전압차이당 4.7nm의 변위를, 축방향으로 0.4V당 48nm의 변위를 얻을 수 있었다. 만들어진 시스템을 SEM내에서 구동하여 나노팁을 만들 수 있었고, 두 개의 나노팁을 이용하면 나노 트위저를 만들 수 있다.