새로운 나노전사 직접인쇄법을 이용하여 액상 분자잉크로부터 잘 배열된 나노선 정렬 제조 기술 개발에 관한 연구

Abstract

We will develop a new one-step fabrication method of well-ordered nanowire arrays from liquid moelcular inks by nanotransfer direct printing, which can be applied to the preparation of nanowire-based intergrated nano devices. In this research, we will develop various functional molecular inks, which can be used to a new nanotransfer direct printing. The nanotransfer direct printing method can make well-aligned nanowire arrays from liquid molecular inks in a single step, and can be applied to the preparation of nanowire-based intergrated nano devices PART Ⅰ introduces a new metal transfer printing(mTP) method based on the water-mediated mTP method that uses an Al thin film deposited on a flat glass inkpad. In this water-mediated mTP method involving contact inking, an Al thin film on a glass pad is used as a solid ‘‘ink’’ that is transferred from the glass inkpad to the PDMS stamp directly through the interfaces between the pad and the stamp in contact. The Al thin film on the patterned PDMS stamp is transferred onto a substrate via a water-mediated surface reaction. PART Ⅱ introduces a direct printing technique that is based on a liquid-bridge-mediated transfer molding (LB-nTM) process. Ink solution in the mold is solidified and transferred onto a substrate via a liquid bridge between the mold and the substrate. The mold can be aligned easily on complex structures, because it is movable on the substrate before the polar liquid layer is dried, which acts as an adhesive lubricant. This procedure is well suited for use in automated direct printing machines and is capable of generating patterns of various functional materials with a wide range of feature sizes on diverse substrates. PART Ⅲ describes the one-step fabrication of the nanowire-grid polarizer using liquid-bridge-mediated nanotransfer molding (LB-nTM) with an ink solution. LB-nTM is a new direct nano-patterning method based on the direct transfer of various materials from a mold to a substrate via liquid layer. We fabricated NWGPs with Ag nanowire arrays (81 nm parallel lines and 119 nm spaces) on 2.5" transparent substrates by LB-nTM using an Ag nanoparticle solution. The maximum and minimum transmittances of the Ag NWGP at 800 nm were 80 % and 10 %, respectively. Finally, the part Ⅳ describes the position of single crystalline organic nanowire arrays made by one step method, liquid-mediated nanotransfer molding (LB-nTM) reported previously. This simple developed method provides to control the azimuthal orientation of the nanowires so that they all align in a single direction. By optimizing (insert experimental condition) parallel organic nanowire arrays with tunable desirable density and intervals are grown and aligned directly on the substrate. Also LB-nTM manipulates the number of arrays of single crystals of a wide range of organic molecules onto transistor source-drain electrodes. Furthermore, organic FETs based on the single crystalline organic nanowire array have been successfully achieved with high mobility. |본 연구는 새로운 개념의 나노전사 직접인쇄(nanotransfer direct printing)법을 이용하여 기능성 액상 분자잉크(molecular ink)로부터 다양한 종류의 잘 배열된 나노선(nanowire) 정렬(array)을 한 번(one step)에 제조할 수 있는 독창적 기술을 개발하여 나노집적소자 제작에 응용하려는 것이다. 본 연구에서는 먼저 기능성액체 분자잉크의 제조하고 이를 이용하여 나노크기로 직접 프린팅할 수 있는 새로운 개념의 나노전사 직접인쇄법 개발하여 액상 분자잉크로부터 잘 배열된 나노선 정렬을 한 번에 제조하려고 하며 이와 같은 과정을 통해서 나노선 나노집적소자 제작하려고 한다. 첫 번째 파트에서는 잉크 패드 방식을 적용한 물을 매개체로한 새로운 금속전사 프린팅법을 소개한다. 이 기술은 유리 기판 위에 형성 된 Al 금속 박막을 고체 잉크로 사용하여 PDMS 스탬프로 금속 박막을 전사 시킨 후 기질과 스탬프 사이의 물을 매개체로 한 표면 결합을 통하여 금속을 직접적으로 전사는 방법이다. 이 과정을 통해 마이크로 사이즈 뿐만 아니라 나노 사이즈 패턴을 형성 할 수 있으며, 새로운 나노전사 직접 인쇄법을 이용하여 ZnO 박막트랜지스터 제작 시 금속 전극을 직접 프린팅하여 소자를 제작하고 특성을 평가하였다. 두 번째 파트에서는 liquid-bridge-mediated 전달 몰딩 (LB-nTM)에 기초한 직접 프린팅 방법을 소개한다. 몰드 안에 채워진 기능성 재료는 기판과 몰드 사이의 솔리드 브릿지에 의해 기판으로 전사가 된다. 고형화된 기능성 재료를 전사 하기 때문에 2~6nm의 모서리 해상도를 가지고 있어 60nm 미만의 패턴을 형성 할 수 있으며, 2D 또는 3D의 복잡한 나노구조를 다양한 기능성 잉크 재료를 사용하여 대면적에 전사 할 수 있다. 이 기술을 이용하여 TIPS-PEN 박막 트랜지스터 및 ZTO 나노선 트랜지스터를 제작하여 특성을 평가하였다. 세 번째 파트에서는 liquid-bridge-mediated 나노전사 몰딩을 이용하여 금속 나노선 격자 편광자를 한번에 제작하는 기술을 묘사하였다. 나노전사 몰딩은 새로운 직접 프린팅 방법으로 다양한 기능성 잉크 재료를 사용하여 기판 위에 다양한 패턴을 형성할 수 있는 기술이다. Ag 잉크 재료와 몰드를 이용하여 2.5인치 크기의 투명기판 위에 Ag 나노선을 정렬 시켜 금속 나노선 격자 편광자를 제작하였다. 이 편광자는 가시광 영역에서 평균 80%의 투과율을 보이는 것을 확인 하였다. 마지막 파트에서는 liquid-bridge-mediated 나노전사 몰딩을 이용하여 정렬된 단결정 유기 나노선을 한번에 제작하는 기술을 묘사하였다. 나노전사 몰딩 기술을 이용하여 다양한 유기물 잉크 재료를 사용하여 기판 위에 정렬 된 유기물 나노선을 제작하였다. 이 방법은 유기물 나노선이 몰드 안에서 성장 할 때 한쪽 방향으로 성장 시킬 수 있어 단결정의 유기물 나노선을 제작과 동시에 정렬 할 수 있다. 이 기술을 이용하여 성공적으로 높은 이동도를 가지는 단결정 유기물 나노선 트랜지스터를 제작 할 수 있었다.; We will develop a new one-step fabrication method of well-ordered nanowire arrays from liquid moelcular inks by nanotransfer direct printing, which can be applied to the preparation of nanowire-based intergrated nano devices. In this research, we will develop various functional molecular inks, which can be used to a new nanotransfer direct printing. The nanotransfer direct printing method can make well-aligned nanowire arrays from liquid molecular inks in a single step, and can be applied to the preparation of nanowire-based intergrated nano devices PART Ⅰ introduces a new metal transfer printing(mTP) method based on the water-mediated mTP method that uses an Al thin film deposited on a flat glass inkpad. In this water-mediated mTP method involving contact inking, an Al thin film on a glass pad is used as a solid ‘‘ink’’ that is transferred from the glass inkpad to the PDMS stamp directly through the interfaces between the pad and the stamp in contact. The Al thin film on the patterned PDMS stamp is transferred onto a substrate via a water-mediated surface reaction. PART Ⅱ introduces a direct printing technique that is based on a liquid-bridge-mediated transfer molding (LB-nTM) process. Ink solution in the mold is solidified and transferred onto a substrate via a liquid bridge between the mold and the substrate. The mold can be aligned easily on complex structures, because it is movable on the substrate before the polar liquid layer is dried, which acts as an adhesive lubricant. This procedure is well suited for use in automated direct printing machines and is capable of generating patterns of various functional materials with a wide range of feature sizes on diverse substrates. PART Ⅲ describes the one-step fabrication of the nanowire-grid polarizer using liquid-bridge-mediated nanotransfer molding (LB-nTM) with an ink solution. LB-nTM is a new direct nano-patterning method based on the direct transfer of various materials from a mold to a substrate via liquid layer. We fabricated NWGPs with Ag nanowire arrays (81 nm parallel lines and 119 nm spaces) on 2.5" transparent substrates by LB-nTM using an Ag nanoparticle solution. The maximum and minimum transmittances of the Ag NWGP at 800 nm were 80 % and 10 %, respectively. Finally, the part Ⅳ describes the position of single crystalline organic nanowire arrays made by one step method, liquid-mediated nanotransfer molding (LB-nTM) reported previously. This simple developed method provides to control the azimuthal orientation of the nanowires so that they all align in a single direction. By optimizing (insert experimental condition) parallel organic nanowire arrays with tunable desirable density and intervals are grown and aligned directly on the substrate. Also LB-nTM manipulates the number of arrays of single crystals of a wide range of organic molecules onto transistor source-drain electrodes. Furthermore, organic FETs based on the single crystalline organic nanowire array have been successfully achieved with high mobility.