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청소년과학창의연구(학술지)

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텅스텐 와이어의 전기화학적 식각을 이용한 원자현미경용 하이드로젤 캔틸레버 제작

페이지 정보

  • 연번 2-04 
  • 제목(국문) 텅스텐 와이어의 전기화학적 식각을 이용한 원자현미경용 하이드로젤 캔틸레버 제작 
  • 제목(영문) Fabrication of Hydrogel Atomic Force Microscopy Cantilever using Tungsten Wire Electrochemical Etching Method 
  • 학술지명 청소년과학창의연구 
  • 호수 Vol.2 
  • 발간일 2017-03-31 
  • 저자 이경준,원태우,유승민,최지웅 
  • 분야 물리 
  • 페이지 구간 pp.79-88 
  • 총 페이지 수
  • 키워드(국문) 하이드로젤, 텅스텐, 원자현미경, 전기화학적 식각, PDMS 몰드 
  • 키워드(영문) Hydrogel, Tungsten, Atomic force microscopy, Electrochemical etching, PDMS mold 
  • 초록(국문)
    기존 실리콘 기반의 원자현미경 탐침은 MEMS (Micro Electro-mechanical System) 공정을 필요로 하기 때문에 고가의 재료와 장
    비를 갖춘 제한적인 청정실 환경에서만 제작이 가능하다. 원자현미경의 높은 단가로 인한 재정적인 문제는, 대학이나 고등학교와 같은
    교육기관에서 원자현미경을 많이 사용되지 못하게 되는 원인이 된다. 따라서 제작이 간편하고 저렴한 원자현미경 탐침의 요구가 지속적
    으로 늘어났다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 저렴한 폴리머 원자현미경 탐침이 개발되었지만, 제작에는 여전히 MEMS 공정이 사용
    되어 연구실이나 학교 단위에서 제작하기에는 한계가 존재하였다.
    본 연구에서는 연구실이나 학교에서 MEMS 공정 없이 종횡비가 높은 원뿔 형태의 원자현미경 탐침을 저렴하고 쉽게 제작하는 방법을
    개발하였다. 먼저, 저렴한 텅스텐 와이어로 NaOH 수용액에서의 전기화학적인 식각방법을 통해 나노수준의 탐침을 제작하였다. 텅스텐
    와이어의 전기화학적인 식각을 제어하기 위한 회로를 이용해 식각률에 따른 전류를 모니터링하고, 전류차단 알고리즘을 통해 최적의 곡
    률반경을 갖는 텅스텐 탐침을 제작할 수 있었다. 그리고 텅스텐 탐침과 PDMS (Polydimethylsiloxane)을 이용해 음각몰드를 제작하였
    다. 제작된 음각몰드에는 광경화 하이드로젤을 주입하고, 자외선을 조사하여 약 50 nm 의 곡률 반경을 갖는 하이드로젤 탐침을 만들어
    캔틸레버에 부착하였다. 최종적으로 제작된 하이드로젤 탐침을 이용해 다양한 실리콘 샘플을 이미징하였다.
  • 초록(영문)
    Conventional silicon based AFM (Atomic Force Microscope) probes require the MEMS (Micro Electro-mechanical System)
    fabrication process, so they can be manufactured only in a controlled clean-room environment using costly materials and equipments.
    This discourages educational institutions such as universities and high schools from using AFMs. Therefore, the demands for cost-effective AFM probes requiring simpler fabrication protocols have steadily been increasing. Even though cost-effective polymeric AFM
    probes have been developed, their production is still limited in laboratories and schools due to them requiring MEMS.
    In this study, we have developed a novel method for non-MEMS based high-aspect ratio and conic AFM probe fabrication that can be
    performed in laboratories or schools. Tungsten wires were etched for nano scale tip radius by means of electrochemical etching in NaOH
    solution. To control the radius of the tungsten tip, the current was monitored and the etching rate was optimized using a customized
    circuit. The etched tungsten tip was replicated using PDMS (Polydimethylsiloxane) as a negative tip mold. Then, photocuable hydrogel
    was injected into the mold, which was then exposed to UV radiation for hydrogel tip attachment onto the hydrogel cantilever. We have
    fabricated a tip of 50-nm radius and have imaged various silicon samples.

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