급속 열처리 큐어링에 의한 폴리이미드 필름 내에 구리 및 산화철 나노 입자 형성과 그 특성에 관한 연구

Abstract

나노 입자를 제조하는데 있어서 중요한 것은 형성된 입자의 크기 조절이 가능 해야 하며, 균일하게 입자들을 분포시키고, 입자의 모양을 조절할 수 있어야 한다는 것이다. 또한 재현 가능하게 형성시키며 이입자의 실제 소자 작동 환경에서 입자의 안정성도 감안해야 할 것이다. 그러나 현재까지 진행된 나노입자에 관련된 대부분 연구들은 이러한 필요충분 조건을 만족 시키지 못하고 있는 것이 사실이다. 우리 연구진에서는 이에 중점을 두고 폴리이미드 박막 내 나노입자를 분산시키는 독창적인 방법으로 여러 가지 물질의 나노입자를 성공적으로 형성시켜왔다. 본 연구에서는 나노 크기의 영역에 속하는 미세한 입자를 폴리이미드 절연 박막 내에 분산시키는데 성공하였던 과거 연구결과를 바탕으로 RTA를 통한 짧은 큐어링으로도 나노 입자 형성이 가능한지 알아보고자 하였다. 본 연구에서 사용된 나노 입자 형성 방법은 폴리아믹산과 금속과의 반응을 이용하여 폴리아믹산이 큐어링 과정을 통해 폴리이미드로 변할 때 폴리이미드 박막 내에 미세한 나노 입자를 형성하는 방법이다. 25 nm 두께의 구리 박막을 기판에 증착하고 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산을 스핀 코팅 방법에 의해 금속 박막 위에 도포하였다. RTA를 이용하여, 기존의 관상로를 이용한 방법과는 다르게 짧은 시간으로 큐어링하여 금속 구리 나노입자를 절연체인 폴리이미드 박막 내에 형성시킬 수 있었다. 폴리이미드 박막 내에 형성된 구리계 나노 입자의 크기 및 밀도를 투과 전자 현미경으로 관찰할 수 있었고, XRD분석을 통하여 나노입자가 금속 구리임을 확인하였다. 또한 FT-IR 분석을 통하여 폴리아믹산이 폴리이미드로 이미드화 되는 것을 확인할 수 있었다. 구리 박막을 제작하려면 이베포레이터나 스퍼터등의 진공 증착 장비가 필요하고, 구리 박막과 폴리아믹산을 반응 시키는 시간이 걸리는 등의 복잡성을 지니고 있다. 본 연구에서는 구리 파우더를 염 형태로 만들어서, 바로 SiO2 위에 스핀코팅 하여 큐어링 하는 공정을 이용하여, 진공장비를 사용하지 않고도 나노 입자를 형성할 수 있었다. 위의 연구에 착안하여, 철계 염을 사용하여 폴리이미드내에 철계 나노 입자를 형성코자 하였다. FeCl3 파우더를 NMP에 섞은 용액을 스터링 후, 폴리아믹산을 섞어 용액을 제조하였다. 만들어진 용액을 SiO2 기판 위에 질소 분위기에서 큐어링하여 자성 특성을 가진 산화철 나노 입자를 폴리이미드 내에 형성할 수 있었다. 이런 나노 입자는 반도체 나노입자의 경우 단전자 트랜지스터, 플래쉬 메모리 등의 전자소자, 자성 특성을 이용한 고밀도 자기기록매체 등뿐 만 아니라 금속 나노입자의 경우 sensor나 waveguide등에도 사용이 기대된다. 또한, 형성된 산화철 나노입자는 EMI 차폐 재료로 사용이 기대되어진다.