KR102167361B1

KR102167361B1 - Microelectrode and fabrication method thereof

Info

Publication number: KR102167361B1
Application number: KR1020200019122A
Authority: KR
Inventors: 이현주; 서지원; 김기업
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2020-10-20

Abstract

Disclosed are a transparent microelectrode which is easy to control transmittance, and a manufacturing method thereof. According to an embodiment of the present invention, the manufacturing method of the microelectrode comprises the steps of: depositing a metal layer; depositing a mask by electrospinning a polymer on the metal layer; selectively etching the metal layer; and removing the polymer.

Description

Transparent microelectrode and manufacturing method thereof TECHNICAL FIELD [MICROELECTRODE AND FABRICATION METHOD THEREOF}

아래 실시예들은 투명 미세 전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The following examples relate to a transparent microelectrode and a method of manufacturing the same.

투명 전자 소자를 구현을 위해서 투명 전자 소자에 포함되는 배선 및 전극은 투명해야 한다. 일반적으로 잘 알려진 투명전극으로는 ITO(Indium doped Tin Oxide)가 있으며, 최근에 탄소나노튜브, 전도성 고분자 또는 은 나노 와이어를 이용하여 투명전극을 제조하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. ITO 전극의 경우 80% 이상의 투과도와 낮은 면저항 특성으로 투명전자소자 응용에 널리 활용되고 있다. 그러나 ITO를 구성하는 인듐 소재의 희소성과 ITO 코팅을 위해서는 스퍼터링 또는 화학증착법과 같은 진공 공정이 필수적이어서 제조공정비용이 비교적 높은 편이다.In order to implement a transparent electronic device, wiring and electrodes included in the transparent electronic device must be transparent. A generally well-known transparent electrode is ITO (Indium doped Tin Oxide), and recently, many attempts have been made to manufacture a transparent electrode using carbon nanotubes, conductive polymers, or silver nanowires. ITO electrodes are widely used in transparent electronic device applications with over 80% transmittance and low sheet resistance. However, the scarcity of the indium material constituting ITO and the vacuum process such as sputtering or chemical vapor deposition are essential for ITO coating, so the manufacturing process cost is relatively high.

단일벽 또는 이중벽의 탄소나노튜브를 스프레이 코팅 또는 프린팅 코팅하여 투명전극을 형성하거나, PEDOT과 같은 전도성 고분자를 프린팅하여 투명 전극 구현하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.Research on implementing a transparent electrode by spray coating or printing coating a single-walled or double-walled carbon nanotube to form a transparent electrode or printing a conductive polymer such as PEDOT has been actively conducted.

다만 종래의 바이오 인터페이스 소자를 위한 투명한 미세전극의 경우, 상대적으로 높은 전기화학 임피던스와 낮은 기계적 안정성으로 인해 장시간 사용되는 바이오 인터페이스용 소자에 적합하지 못하며 전극의 특성 상 투과도와 전기화학 임피던스 사이의 트레이드오프 관계로 인해 높은 투과도와 낮은 전기화학 임피던스를 동시에 보유하기 어렵다는 문제가 있다.However, in the case of a conventional transparent microelectrode for a bio-interface device, it is not suitable for a bio-interface device that is used for a long time due to relatively high electrochemical impedance and low mechanical stability, and a tradeoff between transmittance and electrochemical impedance due to the characteristics of the electrode. Due to the relationship, there is a problem that it is difficult to simultaneously retain high transmittance and low electrochemical impedance.

높은 투과도와 우수한 전기 전도 특성을 갖는 박층을 제조하기 위해서 금속 나노 와이어를 사용할 수 있다. 소량의 금속 나노 와이어가 네트워크화 되어 서로 그물망처럼 연결되어 있는 경우 높은 전기 전도 특성과 80~90% 이상의 투명도 특성을 유지할 수 있는 장점이 있다.Metal nanowires can be used to manufacture a thin layer having high transmittance and excellent electrical conductivity. When a small amount of metal nanowires are networked and connected like a mesh, there is an advantage of maintaining high electrical conductivity and transparency characteristics of 80 to 90% or more.

실시예들은 기계적으로 안정성이 뛰어나고, 투과도 조절이 용이하며, 낮은 전기화학 임피던스를 가지는 미세 전극 및 이를 제조하는 기술을 제공할 수 있다.The embodiments can provide a microelectrode having excellent mechanical stability, easy control of transmittance, and low electrochemical impedance, and a technology for manufacturing the same.

나아가, 실시예들은 미세 전극의 제조 공정에서 미세 전극의 투명도 및 전기 화학 임피던스를 독립적으로 조절할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.Furthermore, the embodiments may provide a technique capable of independently controlling the transparency and electrochemical impedance of the microelectrode in the manufacturing process of the microelectrode.

일 실시예에 따른 미세 전극 제조 방법은, 금속층을 증착하는 단계와 상기 금속층 위에 폴리머(polymer)를 전기 방사하여 마스크를 증착하는 단계와, 상기 금속층을 선택적으로 식각하는 단계와, 상기 폴리머를 제거하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a microelectrode according to an embodiment includes the steps of depositing a metal layer, depositing a mask by electrospinning a polymer on the metal layer, selectively etching the metal layer, and removing the polymer. Includes steps.

상기 마스크를 증착하는 단계는, 상기 폴리머를 전기 방사하여 나노 네트워크 형태의 마스크를 증착하는 단계를 포함할 수 있다.The step of depositing the mask may include electrospinning the polymer to deposit a mask in the form of a nano network.

상기 마스크를 증착하는 단계는, 상기 폴리머가 전기 방사되는 시간을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The step of depositing the mask may include controlling a time during which the polymer is electrospun.

상기 조절하는 단계는, 상기 미세 전극의 투과도 및 임피던스 중 적어도 하나에 기초하여 상기 시간을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The adjusting may include adjusting the time based on at least one of transmittance and impedance of the fine electrode.

상기 적어도 하나에 기초하여 상기 시간을 조절하는 단계는, 상기 투과도를 증가시키기 위해 상기 시간을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.Adjusting the time based on the at least one may include reducing the time to increase the transmittance.

상기 금속층을 증착하는 단계는, 상기 미세 전극의 임피던스에 기초하여 상기 금속층의 두께를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.Depositing the metal layer may include adjusting the thickness of the metal layer based on the impedance of the microelectrode.

상기 두께를 조절하는 단계는, 상기 임피던스를 감소시키기 위해 상기 두께를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.Adjusting the thickness may include increasing the thickness to reduce the impedance.

상기 금속층은, 크롬 및 금 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The metal layer may include at least one of chromium and gold.

상기 식각하는 단계는, 상기 금속층을 나노 네트워크 구조로 제조하는 단계를 포함할 수 있다.The etching may include preparing the metal layer in a nano network structure.

상기 식각하는 단계는, 습식 식각, 건식 식각 및 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching) 중에서 적어도 하나의 방법을 이용하여 식각하는 단계를 포함할 수 있다.The etching may include etching using at least one of wet etching, dry etching, and reactive ion etching.

상기 폴리머는, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함할 수 있다.The polymer may include polymethyl methacrylate (PMMA).

상기 제거하는 단계는, 상기 폴리머를 리프트 오프(lift-off) 공정을 통해 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The removing may include removing the polymer through a lift-off process.

일 실시예에 따른 미세 전극 제조 방법은, 기판 위에 포토레지스트(photoresist)를 패터닝하는 단계와, 상기 포토레지스트 위에 금속층을 증착하는 단계와, 상기 금속층 위에 폴리머(polymer)를 전기 방사하여 마스크를 증착하는 단계와, 상기 금속층을 나노 네트워크 구조로 식각하는 단계와, 상기 포토레지스트를 리프트 오프하여 미세 전극을 생성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a microelectrode according to an embodiment includes the steps of patterning a photoresist on a substrate, depositing a metal layer on the photoresist, and depositing a mask by electrospinning a polymer on the metal layer. And etching the metal layer into a nano network structure, and lifting off the photoresist to generate a microelectrode.

상기 마스크를 증착하는 단계는, 폴리머가 전기 방사되는 시간을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The step of depositing the mask may include controlling a time during which the polymer is electrospun.

상기 조절하는 단계는, 상기 나노 네트워크 구조 사이의 공백을 증가시키기 위해 상기 시간을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.The adjusting may include reducing the time to increase the space between the nanonetwork structures.

상기 금속층을 증착하는 단계는, 상기 금속층의 두께를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.Depositing the metal layer may include adjusting a thickness of the metal layer.

상기 조절하는 단계는, 상기 나노 네트워크 구조의 유효 표면적을 증가시키기 위해 상기 두께를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.The adjusting may include increasing the thickness to increase the effective surface area of the nanonetwork structure.

일 실시예에 따른 미세 전극은 상기 미세 전극 제조 방법에 의하여 제조된다.The microelectrode according to an embodiment is manufactured by the method of manufacturing the microelectrode.

도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 미세 전극 및 미세 전극 어레이 소자를 나타낸다.
도 2는 도 1a에 도시된 미세 전극을 제조하기 위한 미세 전극 제조 방법의 일 예 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법을 상세히 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법으로 제조된 미세 전극과 타 전극의 굽힘 시험 후 저항의 변화 보여주는 그래프이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1b에 도시된 미세 전극 어레이 소자에 물리적 변형을 가하기 전후의 뇌피질전도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법에 있어, 전기 방사 시간에 따른 투과도를 보여주는 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법에 있어, 전기 방사 시간과 금속층의 두께에 따른 전극의 유효면적을 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법으로 제조된 미세 전극과 타 전극과의 투명도 및 임피던스를 비교하기 위한 그래프이다.1A and 1B illustrate a microelectrode and a microelectrode array device according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a method of manufacturing a microelectrode for manufacturing the microelectrode shown in FIG. 1A.
3 is a flowchart for explaining in detail the method of manufacturing the microelectrode shown in FIG. 2.
4 is a graph showing a change in resistance after a bending test of a micro electrode manufactured by the method of manufacturing a micro electrode shown in FIG. 2 and another electrode.
5A to 5D are graphs showing results of cortical conduction measurements before and after physical deformation is applied to the microelectrode array device shown in FIG. 1B.
6 is a graph showing transmittance according to electrospinning time in the method for manufacturing the microelectrode shown in FIG. 2.
7A and 7B are graphs showing an effective area of an electrode according to an electrospinning time and a thickness of a metal layer in the method of manufacturing the microelectrode shown in FIG. 2.
FIG. 8 is a graph for comparing transparency and impedance between a micro electrode manufactured by the method of manufacturing a micro electrode shown in FIG. 2 and another electrode.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the rights of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for illustrative purposes only and should not be interpreted as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the embodiment, the first component may be named as the second component, and similarly The second component may also be referred to as a first component.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 미세 전극 및 미세 전극 어레이 소자를 나타내고, 도 2는 도 1a에 도시된 미세 전극을 제조하기 위한 미세 전극 제조 방법의 일 예 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법을 상세히 설명하기 위한 순서도이다.1A and 1B are diagrams illustrating a microelectrode and a microelectrode array device according to an embodiment, and FIG. 2 is a view for explaining an example of a method of manufacturing a microelectrode for manufacturing the microelectrode shown in FIG. 1A, and FIG. 3 Is a flow chart for explaining in detail the method of manufacturing the microelectrode shown in FIG. 2.

미세 전극(100)은 미세 전극 제조 방법(200)을 통해 제조될 수 있다.The microelectrode 100 may be manufactured through the microelectrode manufacturing method 200.

미세 전극(100)은 나노 와이어를 포함하는 나노 네트워크 구조로 유연하고 투명한 전극일 수 있다. 예를 들어, 미세 전극(100)은 유연하고 투명한 바이오 인터페이스용 미세 전극일 수 있다.The microelectrode 100 may be a flexible and transparent electrode with a nanonetwork structure including nanowires. For example, the microelectrode 100 may be a flexible and transparent microelectrode for a bio interface.

미세 전극(100)은 미세 전극 어레이 소자(150)을 구성할 수 있다. 예를 들어, 미세 전극 제조 방법(200)을 통해 미세 전극(100)을 포함하는 미세 전극 어레이 소자(150)를 제조할 수 있다.The microelectrode 100 may constitute the microelectrode array device 150. For example, the microelectrode array device 150 including the microelectrode 100 may be manufactured through the microelectrode manufacturing method 200.

미세 전극(100)은 미세 전극 제조 방법(200)을 통해 제조됨으로써, 기계적으로 안정성이 뛰어나고, 투과도 조절이 용이하며, 낮은 전기화학 임피던스를 가질 수 있다.Since the microelectrode 100 is manufactured through the microelectrode manufacturing method 200, mechanical stability is excellent, transmittance can be easily adjusted, and may have a low electrochemical impedance.

미세 전극(100)은 장기간 생체 내에서 생기는 전기화학적 신호를 측정하는 바이오 인터페이스 소자 제작에 이용될 수 있다. 특히, 미세 전극(100)은 높은 투과도를 가지며 투과도 조절이 용이하므로 광학적 기술과 접목된 바이오 인터페이스 소자에 이용될 수 있다.The microelectrode 100 may be used to fabricate a bio-interface device that measures an electrochemical signal generated in a living body for a long period of time. In particular, since the microelectrode 100 has a high transmittance and is easy to control transmittance, it can be used in a bio-interface device combined with an optical technology.

미세 전극(100)은 생체 내외에서 진행되는 광유전학 실험이나 이미징 기술을 위한 소자에 적용되어 뇌 회로 규명에 이용될 수 있으며, 이를 통해 뇌 질환 치료 연구에 기여할 수 있다.The microelectrode 100 may be applied to a device for an optogenetic experiment or imaging technology conducted in vivo or in vitro and used to identify brain circuits, thereby contributing to brain disease treatment research.

미세 전극(100)은 광유전학을 이용한 양방향성 뇌-기계 인터페이스 기술에 적용될 수 있다.The microelectrode 100 can be applied to a bidirectional brain-machine interface technology using optogenetics.

미세 전극 제조 방법(200)은 마이크로 크기의 미세 전극(100)을 제조하기 위한 공정일 수 있다. 예를 들어, 미세 전극 제조 방법(200)은 전기화학 임피던스가 낮고 기계적으로 더욱 안정적이며, 높은 투과도를 가지는 유연하고 투명한 바이오 인터페이스용 미세 전극(100)을 제조하기 위한 공정일 수 있다.The microelectrode manufacturing method 200 may be a process for manufacturing the microelectrode 100 having a micro size. For example, the method 200 for manufacturing a microelectrode may be a process for manufacturing the microelectrode 100 for a flexible and transparent biointerface having a low electrochemical impedance, more mechanically stable, and high transmittance.

미세 전극 제조 방법(200)은 미세 전극(100)의 투과도를 용이하게 조절할 수 있고, 미세 전극(100)의 유효 표면적을 증가시켜 낮은 전기화학 임피던스를 갖도록 할 수 있으며, 미세 전극(100)의 투과도 및 전기화학 임피던스를 독립적으로 조절할 수 있다.The microelectrode manufacturing method 200 can easily adjust the transmittance of the microelectrode 100, increase the effective surface area of the microelectrode 100 to have a low electrochemical impedance, and the transmittance of the microelectrode 100 And the electrochemical impedance can be independently adjusted.

미세 전극 제조 방법(200)은 폴리머를 전기 방사(electrospinning)하여 마스크를 증착하는 방식으로 미세 전극(100)을 제조하기 위한 공정일 수 있다.The method 200 for manufacturing the microelectrode may be a process for manufacturing the microelectrode 100 by electrospinning a polymer to deposit a mask.

미세 전극 제조 방법(200)은 전기 방사를 통해 제작되는 나노 네트워크 형태의 폴리머 마스크와 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 나노 네트워크 구조를 가지는 마이크로 크기의 투명한 미세 전극(100)을 제작하는 공정 방법일 수 있다.The microelectrode manufacturing method 200 may be a process method of manufacturing a micro-sized transparent microelectrode 100 having a nanonetwork structure through a polymer mask in the form of a nano network manufactured through electrospinning and a photolithography process. have.

이하, 도 2를 참조하여 미세 전극 제조 방법(200)을 설명한다. 도 2는 리프트 오프 공정을 이용한 미세 전극 제조 방법(200)을 도시하고 있지만, 미세 전극 제조 방법(200)은 이에 한정되지 않는다.Hereinafter, a method 200 for manufacturing a microelectrode will be described with reference to FIG. 2. 2 illustrates a method 200 for manufacturing a microelectrode using a lift-off process, but the method 200 for manufacturing a microelectrode is not limited thereto.

포토레지스트(140)가 기판(110) 위에 패터닝된 후 금속층(130)이 열증착될 수 있다(210). 이때, 금속층(130)은 전극으로 사용될 수 있으며, 크롬, 금, 및 은 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.After the photoresist 140 is patterned on the substrate 110, the metal layer 130 may be thermally deposited (210 ). In this case, the metal layer 130 may be used as an electrode, and may include at least one of chromium, gold, and silver.

폴리머(120)가 전기 방사되어 금속층(130) 위에 나노 네트워크 형태의 마스크가 증착될 수 있다(220). 예를 들어, 미세 전극 제조 방법(200)은 폴리머(120)를 섬유 형태로 방사하여 금속층(130) 위에 나노 네트워크 형태의 마스크를 증착할 수 있다.The polymer 120 is electrospun so that a mask in the form of a nano network may be deposited on the metal layer 130 (220 ). For example, in the method 200 for manufacturing a microelectrode, a mask in the form of a nano network may be deposited on the metal layer 130 by spinning the polymer 120 in the form of fibers.

이때, 폴리머(120)는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함할 수 있다.In this case, the polymer 120 may include polymethyl methacrylate (PMMA).

금속층(130)은 나노 네트워크 형태의 마스크에 따라 선택적으로 식각될 수 있다(230). 예를 들어, 금속층(130)은 습식 식각, 건식 식각, 및/또는 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching(RIE)) 등의 방법으로 선택적으로 식각되어 나노 네트워크 구조로 제작될 수 있다.The metal layer 130 may be selectively etched according to a mask in the form of a nano network (230). For example, the metal layer 130 may be selectively etched by wet etching, dry etching, and/or reactive ion etching (RIE) to form a nano network structure.

폴리머(120)는 리프트 오프 공정을 통해 제거될 수 있다(240). 예를 들어, 폴리머(120) 및/또는 포토레지스트(140)가 리프트 오프 공정을 통해 제거되어 마이크로 크기의 투명 전극이 패터닝 될 수 있다(240).The polymer 120 may be removed through a lift-off process (240). For example, the polymer 120 and/or the photoresist 140 may be removed through a lift-off process so that a micro-sized transparent electrode may be patterned (240).

이하, 도 3의 순서도를 참조하여 미세 전극 제조 방법(200)을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method 200 for manufacturing a microelectrode will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. 3.

포토레지스트(140)가 기판(110) 위에 패터닝될 수 있다(310).The photoresist 140 may be patterned on the substrate 110 (310).

금속층(130)은 포토레지스트(140) 위에 증착될 수 있다(320). 예를 들어, 금속층(130)은 포토레지스트(140) 위에 열증착될 수 있다. 이때, 증착 가능한 금속층(130)의 두께는 제약이 없을 수 있다.The metal layer 130 may be deposited on the photoresist 140 (320). For example, the metal layer 130 may be thermally deposited on the photoresist 140. In this case, the thickness of the metal layer 130 that can be deposited may not be limited.

금속층(130)의 두께는 미세 전극(100)이 가져야할 임피던스에 기초하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 미세 전극 제조 방법(200)은 미세 전극(100)의 임피던스를 감소시키기 위해 금속층(130)의 두께를 증가시킬 수 있다.The thickness of the metal layer 130 may be adjusted based on the impedance that the micro electrode 100 must have. For example, the method 200 of manufacturing the microelectrode may increase the thickness of the metal layer 130 in order to reduce the impedance of the microelectrode 100.

폴리머(120)가 전기 방사되어 나노 네트워크 형태의 마스크가 증착할 수 있다(330).The polymer 120 may be electrospun to deposit a mask in the form of a nano network (330).

미세 전극(100)의 투과도를 조절하기 위해 폴리머(120)가 방사되는 시간이 조절될 수 있다. 예를 들어, 미세 전극 제조 방법(200)은 폴리머(120)가 전기 방사되는 시간을 조절하여 나노 네트워크의 밀도를 조절함으로써 미세 전극(100)의 투과도를 조절할 수 있다.In order to adjust the transmittance of the microelectrode 100, the time during which the polymer 120 is radiated may be adjusted. For example, in the method 200 for manufacturing the microelectrode, the transmittance of the microelectrode 100 may be adjusted by controlling the density of the nanonetwork by controlling the time during which the polymer 120 is electrospun.

예를 들어, 미세 전극 제조 방법(200)은 미세 전극(100)의 투과도를 증가시키기 위하여 폴리머(120)가 전기 방사되는 시간을 감소시킬 수 있다.For example, the method 200 for manufacturing the microelectrode may reduce the time during which the polymer 120 is electrospun in order to increase the transmittance of the microelectrode 100.

금속층(130)은 나노 네트워크 구조로 선택적으로 식각될 수 있다(340).The metal layer 130 may be selectively etched into a nano network structure (340 ).

예를 들어, 금속층(130)은 폴리머(120)가 전기 방사되어 증착된 마스크에 따라 나노 네트워크 구조로 선택적으로 식각될 수 있다.For example, the metal layer 130 may be selectively etched into a nano network structure according to a mask deposited by electrospinning the polymer 120.

리프트 오프 공정이 수행되어 나노 네트워크 구조의 미세 전극(100)이 패터닝될 수 있다(350).The lift-off process may be performed to pattern the microelectrode 100 having a nano network structure (350).

도 4는 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법으로 제조된 미세 전극과 타 전극의 굽힘 시험 후 저항의 변화 보여주는 그래프이고, 도 5a 내지 도 5d는 도 1b에 도시된 미세 전극 어레이 소자에 물리적 변형을 가하기 전후의 뇌피질전도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing a change in resistance after a bending test of a micro electrode manufactured by the method of manufacturing a micro electrode shown in FIG. 2 and another electrode, and FIGS. 5A to 5D are physical deformations of the microelectrode array element shown in FIG. 1B. This is a graph showing the results of cortical conduction measurements before and after application.

미세 전극 제조 방법(200)을 통해 제조된 미세 전극(100)은 뛰어난 기계적 안정성을 보인다.The microelectrode 100 manufactured through the microelectrode manufacturing method 200 exhibits excellent mechanical stability.

나노 네트워크 구조의 미세 전극(100)은 금속 자체의 강한 기계적 특성과 외부 변형에 저항력을 가지고 있는 나노 네트워크 구조의 시너지 효과로 인해 다른 대표적인 투명 전극인 인듐 주석 산화물(Indium tin oxide(ITO))과 그래핀 등과 비교하여 뛰어난 기계적 안정성을 보인다.The nano-network structured microelectrode 100 is formed with indium tin oxide (ITO), another representative transparent electrode, due to the synergy effect of the nano-network structure, which has strong mechanical properties and resistance to external deformation. Compared with pins, it shows excellent mechanical stability.

도 4를 참조하면, 미세 전극(100)은 다른 투명 전극(Au film, ITO, 및 Graphene)과 다르게, 굽힘 시험 후 저항 변화가 거의 없음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that, unlike other transparent electrodes (Au film, ITO, and graphene), the microelectrode 100 has little resistance change after a bending test.

도 5a 및 도 5c는 각각 미세 전극(100)을 포함하는 미세 전극 어레이 소자(150) 및 박막 전극(Au film)을 각각을 이용하여 생쥐의 뇌피질전도를 측정한 결과를 나타낸다.5A and 5C show the results of measuring brain cortical conduction of a mouse using a microelectrode array device 150 including a microelectrode 100 and an Au film, respectively.

도 5b 및 도 5b를 참조하면, 나노 네트워크 구조의 미세 전극(100)이 박막 전극(Au film)에 비해 기계적 안정성이 뛰어나, 굽힘 시험 후에도 측정된 신호의 신호대잡음비(Signal to noise ratio; SNR)가 거의 변하지 않음을 확인할 수 있다.5B and 5B, the microelectrode 100 having a nano-network structure has excellent mechanical stability compared to an Au film, so that the signal-to-noise ratio (SNR) of the signal measured even after the bending test is You can see that it hardly changes.

도 6은 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법에 있어, 전기 방사 시간에 따른 투과도를 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing transmittance according to electrospinning time in the method for manufacturing the microelectrode shown in FIG. 2.

미세 전극 제조 방법(200)은 제조하는 미세 전극(100)의 투과도를 용이하게 조절할 수 있다.The method 200 for manufacturing a microelectrode can easily adjust the transmittance of the microelectrode 100 to be manufactured.

미세 전극 제조 방법(200)은 폴리머(120)의 전기 방사 시간을 조절함으로써 미세 전극(100)의 투과도를 조절할 수 있다 미세 전극 제조 방법(200)은 폴리머(120)가 전기 방사되는 시간을 조절하여 나노 네트워크의 밀도를 조절함으로써 미세 전극(100)의 투과도를 조절할 수 있다.The microelectrode manufacturing method 200 can adjust the transmittance of the microelectrode 100 by controlling the electrospinning time of the polymer 120. The microelectrode manufacturing method 200 is by controlling the electrospinning time of the polymer 120 By controlling the density of the nano network, the transmittance of the microelectrode 100 can be adjusted.

도 6을 참조하면, 미세 전극 제조 방법(200)의 전기 방사 시간을 40초에서 180초로 늘림에 따라 투과도는 약 95%에서 70% 정도로 감소하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the transmittance decreases from about 95% to about 70% as the electrospinning time of the microelectrode manufacturing method 200 is increased from 40 seconds to 180 seconds.

도 7a 및 도 7b는 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법에 있어, 전기 방사 시간과 금속층(130)의 두께에 따른 전극의 유효면적을 보여주는 그래프이고, 도 8은 도 2에 도시된 미세 전극 제조 방법으로 제조된 미세 전극과 타 전극과의 투명도 및 임피던스를 비교하기 위한 그래프이다.7A and 7B are graphs showing the effective area of the electrode according to the electrospinning time and the thickness of the metal layer 130 in the method of manufacturing the microelectrode shown in FIG. 2, and FIG. 8 is This is a graph for comparing the transparency and impedance of the microelectrode manufactured by the method and other electrodes.

미세 전극 제조 방법(200)은 증착 가능한 금속층(130)의 두께에 제약이 없다. 예를 들어, 미세 전극 제조 방법(200)은 종래에 널리 사용되는 폴리스티렌(Polystyrene(PS)) 비드를 단일층으로 코팅한 후 금속을 증착하는 공정법과 다르게 증착 가능한 금속 두께에 제약이 없다.The method 200 for manufacturing a microelectrode is not limited in the thickness of the metal layer 130 that can be deposited. For example, the method 200 for manufacturing a microelectrode has no restrictions on the thickness of a metal that can be deposited unlike a process method of depositing a metal after coating a polystyrene (PS) bead widely used in the prior art.

미세 전극(100)은 전극이 두꺼울수록 나노 네트워크 구조의 측벽의 면적이 증가하기 때문에, 미세 전극 제조 방법(200)은 금속층(130)을 두껍게 증착함으로써 미세 전극(100)의 유효 표면적을 넓힐 수 있다.Since the microelectrode 100 increases the area of the sidewall of the nanonetwork structure as the electrode is thicker, the microelectrode manufacturing method 200 can increase the effective surface area of the microelectrode 100 by depositing the metal layer 130 thicker. .

도 7a는 미세 전극(100)의 금속층(130)의 두께가 150nm일 때 전기 방사 시간에 따른 유효 표면적을 계산한 것으로, 전기 방사를 180초 진행했을 때의 미세 전극(100)의 유효 표면적이 같은 크기의 박막 전극의 유효 표면적 보다 더 넓은 것을 확인할 수 있다.7A is a calculation of the effective surface area according to the electrospinning time when the thickness of the metal layer 130 of the microelectrode 100 is 150 nm, and the effective surface area of the microelectrode 100 when electrospinning is performed for 180 seconds is the same. It can be seen that the size is wider than the effective surface area of the thin film electrode.

도 7b를 참조하면, 전기 방사 시간을 늘릴수록 미세 전극(100)의 유효 표면적이 증가함과 동시에 금속층(130)의 두께가 두꺼워질수록 역시 미세 전극(100)의 유효 표면적이 증가함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7B, it can be seen that the effective surface area of the microelectrode 100 increases as the electrospinning time increases, and the effective surface area of the microelectrode 100 increases as the thickness of the metal layer 130 increases. have.

기존에 존재하는 나노 구조를 이용한 투명 전극은 나노 구조 사이의 공백을 이용하여 투과도를 조절하는데, 일반적으로는 나노 구조 사이의 공백이 많아져 투과도가 높아질수록 유효 표면적이 줄어들어 전기화학 임피던스도 커지는 문제점이 발생할 수 있다.Existing transparent electrodes using nanostructures control the transmittance by using spaces between nanostructures. In general, as the space between nanostructures increases, the effective surface area decreases as the transmittance increases, resulting in an increase in electrochemical impedance. Can occur.

미세 전극 제조 방법(200)은 폴리머(120)의 전기 방사 시간을 조절하여 투과도의 조절이 용이하다는 점과 증착 가능한 금속층(130)의 두께에 한계가 없다는 점을 이용하여 투과도와 전기화학 임피던스를 독립적으로 조절한 미세 전극(100)을 제작할 수 있다.The microelectrode manufacturing method 200 is independent of the transmittance and the electrochemical impedance by controlling the electrospinning time of the polymer 120 so that the transmittance can be easily adjusted and the thickness of the metal layer 130 that can be deposited is not limited. It is possible to manufacture the fine electrode 100 adjusted by.

미세 전극 제조 방법(200)은 증착 가능한 금속층(130) 두께에 한계가 없기 때문에 금속층(130)을 더욱 두껍게 증착함으로써, 미세 전극(100)의 전기화학 임피던스를 감소시킬 수 있고, 폴리머(120)를 전기 방사하는 시간을 감소시켜 투과도를 높일 수 있다.Since there is no limit to the thickness of the metal layer 130 that can be deposited, the method 200 for manufacturing the microelectrode can reduce the electrochemical impedance of the microelectrode 100 by depositing the metal layer 130 thicker, and the polymer 120 Transmittance can be increased by reducing the electrospinning time.

미세 전극 제조 방법(200)은 증착 가능한 금속층(130) 금속층(130)을 더욱 두껍게 증착한 후 폴리머(120)를 전기 방사하는 시간을 줄이는 방식으로 투과도를 높임과 동시에 전기화학 임피던스가 높아지지 않게 조절할 수 있다.The method 200 for manufacturing a microelectrode increases the transmittance by reducing the time for electrospinning the polymer 120 after depositing the metal layer 130 and the metal layer 130 to be thicker. I can.

도 8을 참조하면, 미세 전극 제조 방법(200)을 통해 제조된 미세 전극(100)은 기존의 다른 투명전극보다 낮은 전기화학 임피던스 및 높은 투과도를 가지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the microelectrode 100 manufactured through the microelectrode manufacturing method 200 has a lower electrochemical impedance and higher transmittance than other conventional transparent electrodes.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, a person of ordinary skill in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments and claims and equivalents fall within the scope of the following claims.

Claims

In the manufacturing method of the microelectrode,
Depositing a metal layer;
Depositing a mask by electrospinning a polymer on the metal layer;
Selectively etching the metal layer; And
Removing the polymer
Including,
The step of depositing the mask,
Adjusting the electrospinning time of the polymer based on at least one of transmittance and electrochemical impedance of the microelectrode
Including,
The step of depositing the metal layer,
Adjusting the thickness of the metal layer based on the electrochemical impedance
Containing, a method of manufacturing a microelectrode.

The method of claim 1,
The step of depositing the mask,
Electrospinning the polymer to deposit a mask in the form of a nano network
Microelectrode manufacturing method comprising a.

delete

The method of claim 1,
The step of adjusting the time,
Reducing the time to increase the transmittance
Microelectrode manufacturing method comprising a.

delete

The method of claim 1,
The step of adjusting the thickness,
Increasing the thickness to reduce the impedance
Microelectrode manufacturing method comprising a.

The method of claim 1,
The metal layer,
A method of manufacturing a microelectrode comprising at least one of chromium and gold.

The method of claim 1,
The etching step,
Preparing the metal layer in a nano network structure
Microelectrode manufacturing method comprising a.

The method of claim 1,
The etching step,
Etching using at least one of wet etching, dry etching, and reactive ion etching
Microelectrode manufacturing method comprising a.

The method of claim 1,
The polymer,
Method for producing a microelectrode comprising polymethyl methacrylate (PMMA).

The method of claim 1,
The removing step,
Removing the polymer through a lift-off process
Microelectrode manufacturing method comprising a.

Patterning a photoresist on the substrate; And
Depositing a metal layer over the photoresist;
Depositing a mask by electrospinning a polymer on the metal layer;
Etching the metal layer into a nano network structure; And
Lifting off the photoresist to generate a microelectrode
Including,
The step of depositing the mask,
Adjusting the electrospinning time of the polymer based on at least one of the transmittance and the electrochemical impedance of the microelectrode
Including,
The step of depositing the metal layer,
Adjusting the thickness of the metal layer based on the electrochemical impedance
Containing, a method of manufacturing a microelectrode.

delete

The method of claim 13,
The step of adjusting the time,
Reducing the time to increase the space between the nanonetwork structures
Microelectrode manufacturing method comprising a.

delete

The method of claim 13,
The step of adjusting the thickness,
Increasing the thickness to increase the effective surface area of the nanonetwork structure
Microelectrode manufacturing method comprising a.

The method of claim 13,
The polymer,
Method for producing a microelectrode comprising polymethyl methacrylate (PMMA).

A microelectrode manufactured by the method of manufacturing a microelectrode according to any one of claims 1, 2, 5, 7 to 13, 15, 17 and 18.