fabrication of surface-enhanced raman scattering substrate
TRANSCRIPT
267 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 4, 2021
Journal of Sensor Science and Technology
Vol. 30, No. 4 (2021) pp. 267-272
http://dx.doi.org/10.46670/JSST.2021.30.4.267
pISSN 1225-5475/eISSN 2093-7563
RIE ๊ณต์ ์ผ๋ก ์ ์กฐ๋ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ(Black Silicon) ์ธต์ ์ฌ์ฉํ ํ๋ฉด
์ฆ๊ฐ ๋ผ๋ง ์ฐ๋ ๊ธฐํ ์ ์
๊นํ์ฃผ1 ยท ๊น๋ดํ
2 ยท ์ด๋์ธ
3 ยท ์ด๋ดํฌ
4 ยท ์กฐ์ฐฌ์ญ
1,+
Fabrication of surface-enhanced Raman scattering substrate using
black silicon layer manufactured through reactive ion etching
Hyeong Ju Kim1, Bonghwan Kim
2, Dongin Lee
3, Bong-Hee Lee
4, and Chanseob Cho
1,+
Abstract
In this study, Ag was deposited to investigate its applicability as a surface-enhanced Raman scattering substrate after forming a grass-
type black silicon structure through maskless reactive ion etching. Grass-structured black silicon with heights of 2 โ 7 ยตm was formed
at radio-frequency (RF) power of 150 โ 170 W. The process pressure was 250 mTorr, the O2/SF6 gas ratio was 15/37.5, and the pro-
cessing time was 10 โ 20 min. When the processing time was increased by more than 20 min, the self-masking of SixOyFz did not occur,
and the black silicon structure was therefore not formed. Raman response characteristics were measured based on the Ag thickness
deposited on a black silicon substrate. As the Ag thickness increased, the characteristic peak intensity increased. When the Ag thickness
deposited on the black silicon substrate increased from 40 to 80 nm, the Raman response intensity at a Raman wavelength of 1507 /
cm increased from 8.2 ร 103 to 25 ร 103 cps. When the Ag thickness was 150 nm, the increase declined to 30 ร 103 cps and showed
a saturation tendency. When the RF power increased from 150 to 170 W, the response intensity at a 1507/cm Raman wavelength slightly
increased from 30 ร 103 to 33 ร 103 cps. However, when the RF power was 200 W, the Raman response intensity decreased significantly
to 6.2 ร 103 cps.
Keywords : Surface-enhanced Raman scattering (SERS), RIE, Black silicon, Raman response.
1. ์ ๋ก
๋น์ด ์ด๋ค ๋งค์ง์ ํต๊ณผํ ๋ ๋น์ ์ผ๋ถ๊ฐ ์งํ๋ฐฉํฅ์์ ์ดํ
ํด ๋ค๋ฅธ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ์งํํ๋ ํ์์ ์ฐ๋(scattering)์ด๋ผ๊ณ ํ๋ฉฐ,
์ฐ๋๋ ๋น ์ค ์๋์ ์๋์ง๋ฅผ ๊ทธ๋๋ก ์ ์งํ๋ฉด์ ํ์ฑ ์ฐ๋๋
๋ ๊ณผ์ ์ ๋ ์ผ๋ฆฌ ์ฐ๋ (Rayleigh scattering)์ด๋ผ ํ๊ณ , ์๋์ง
๋ฅผ ์๊ฑฐ๋ ์ป์ผ๋ฉด์ ๋นํ์ฑ ์ฐ๋๋๋ ๊ณผ์ ์ ๋ผ๋ง ์ฐ๋ (Raman
scattering)์ด๋ผ๊ณ ํ๋ค [1,2]. ๋ผ๋ง ์ฐ๋์ ์ด์ฉํ ๋ผ๋ง ๋ถ๊ด๋ฒ์
Label-free, ๋นํ๊ดด ๋ถ์๋ฌผ์ง ๊ฒ์ถ ๋ฑ์ ์ฅ์ ์ด ์์ด ํํ๋ฌผ์ง
๊ฒ์ถ ๋ฐ ๋ถ์, ๋ฐ์ด์ค ๋ถ์ผ, ํ๊ฒฝ ๋ชจ๋ํฐ๋ง ๋ฑ์ ๋ถ์ผ์์ ํ์ฉ
๋๊ณ ์๋ค [3-8]. ๊ทธ๋ฌ๋ ๋ผ๋ง ์ฐ๋ ํจ์จ์ ๋งค์ฐ ์๊ณ ์ ํธ์ ์ธ
๊ธฐ ๋ํ ๋งค์ฐ ์ฝํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ผ๋ง ์ ํธ ์์ฒด๋ฅผ ๊ฒ์ถํ๋ ๋ฐ๋
ํฐ ์ด๋ ค์์ด ์๋ค. ๋ํ, ๋ฎ์ ๋๋์์ ๋ถ์๋ฌผ์ง์ ๋ถ์ํ ๊ฒฝ
์ฐ ๋ผ๋ง ์ฐ๋์ผ๋ก ์ธํ ์ ํธ๊ฐ๋๊ฐ ์ข์ง ์์ ๋จ์ ์ด ์๋ค [9].
Fleishmann ๋ฑ์ ํ๋ฉด ์ฆ๊ฐ ๋ผ๋ง ์ฐ๋(Surface-enhanced Raman
scattering, SERS) ๊ธฐ์ ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ด ๋ฌธ์ ๋ฅผ ํด๊ฒฐํ๋ ๋ ผ๋ฌธ์
๋ฐํํ์๋ค [10-12]. ๋ฐ๋์ฒด, ๊ทธ๋ํ, Au, ๋ฑ์ ๊ท๊ธ์์ด SERS
๊ธฐํ์ผ๋ก ์ฐ๊ตฌ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ํนํ ๋ค์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ ์กฐ๋ ๊ท๊ธ
์ ๊ธฐํ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ๋ง์ด ์ด๋ฃจ์ด์ง๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ๊ทธ ์ค Ag๊ณ
SERS ๊ธฐํ์ ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ๊ฐ๋ ํน์ฑ์ ๊ฐ์ง๋ค. SERS ๊ธฐํ
์ ๋ง๋๋ ๋ฐฉ๋ฒ๊ณผ ๊ด๋ จํ์ฌ ๋ง์ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์งํ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ์ต์
์๊ฐ, ๊ฑด์ ๋ฐ์์ฑ ์ด์จ ์ ์นญ(Reactive ion etching, RIE), ์ง์
์ด์จ๋น(Focused ion beam, FIB) [13], ์ ์๋น ๋ฆฌ์๊ทธ๋ํผ(EBL)
[14], ์ฌ์ธต UV ๋ฆฌ์๊ทธ๋ํผ(Deep UV lithograph)๋ฅผ [15] ์ฌ์ฉํ
1๊ฒฝ๋ถ๋ํ๊ต ์ ์๊ณตํ๋ถ (School of Electronics Engineering, Kyungpook National University) Daegu 41566, Korea2๋๊ตฌ๊ฐํจ๋ฆญ๋ํ๊ต ์ ์์ ๊ธฐ๊ณตํ๋ถ (School of Electronic and Electrical Engineering, Daegu Catholic University) Gyeongsangbuk-do 38430, Korea3์๋จ๋ํ๊ต ์ ๋ณดํต์ ๊ณตํ๊ณผ (Department of Information and Communication Engineering, Yeungnam University) Gyeongsangbuk-do
38541, Korea4ํฌํญ๋ํ๊ต์ ์ฒ ์ฐ์ ๊ณผ (Department of Steel Industry, Pohang University)Phohang 37655, Korea+Corresponding author: [email protected]
(Received: Jul. 13, 2021, Revised: Ju1. 28, 2021, Accepted: Jul. 30, 2021)
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative
Commons Attribution Non-Commercial License(https://creativecommons.org/
licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution,
and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Hyeong Ju Kim, Bonghwan Kim, Dongin Lee, Bong-Hee Lee, and Chanseob Cho
J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 4, 2021 268
์๊ธฐ์กฐ๋ฆฝ ๋ฐ ํ๋ฉด ๋๋ ธํจํฐ๋ ๊ธฐ์ ์ด ์ฐ๊ตฌ๋๊ณ ์๋ค. ์ต์ ์๊ฐ
์ ๊ฒฝ์ฐ ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ๋ฉด์ ์ ๊ธฐํ์์ ์์ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ป์ ์
์์ง๋ง ๋์ ๋ฉด์ ์ ๊ฑธ์ณ ๊ท ์ผํ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ป๊ธฐ ์ด๋ ต๊ณ , FIB์
EBL์ ์์ ํฌ๊ธฐ์ ๊ธฐํ์ ์ ๋ช ํ ํจํด์ ์์ฑํ ์ ์์ง๋ง,
๋์ ๋ฉด์ ์ ์ ์ํ๊ธฐ ์ํด์๋ ๋ง์ ๋น์ฉ๊ณผ ์๊ฐ์ด ์๊ตฌ๋๋ค [4,17].
RIE๋ ํ๋ผ์ฆ๋ง(plasma)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ฌผ์ฒด ํ๋ฉด์ ๋ฌผ๋ฆฌ ํํ
์ ์ผ๋ก ์๊ฐํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ฉฐ, SF6, O2, Ar, CF4, Cl2 ๋ฑ์ ๊ฐ์ค๊ฐ
์ฌ์ฉ ๋๋ค. RIE๋ฅผ ์ด์ฉํ ํ๋ฉด ์๊ฐ๊ณต์ ์์ SF6/O2 ๊ฐ์ค๋ฅผ ์ด
์ฉํ๋ฉด ๋์ ์๊ฐ์จ๊ณผ self-masking mechanism์ ์ํด ๋ฎ์ ๋ฐ
์ฌ์จ์ ๊ฐ์ง๋ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ(Black silicon structure)๊ฐ ํ์ฑ๋
๋ค [18-21]. ์ด๋ ์์ฑ๋ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ์๋ฐฑ nm ํญ์ Grass(๋๋
needle) ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์ ยตm ๊น์ด๋ก ํ์ฑ๋๋ ๊ฒ์ด ํน์ง์ด๋ฉฐ, 10% ์ด
ํ์ ๋ฎ์ ๋ฐ์ฌ์จ, ๋์ ์ ์ด ํ๋ฉด์ , ๋ ์นด๋ก์ด ํ๊ณผ ๊ฐ์ ํน์ฑ
๊ณผ ํน์ง์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค [18-20]. ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ๋ฎ์ ๋ฐ์ฌ์จ์
์ด์ฉํ ํ์์ ์ง(Solar cell) ๋ฐ grass ํ์์ ๋๋ ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ
SERS ๊ธฐํ ์ ์กฐ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์งํ๋์๋ค [21-23]. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์
์๋ Maskless RIE ๊ณต์ ์ ํตํด grass(๋๋ needle) ํํ์ ๋ธ
๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ํ์ฑํ ํ, E-beam ์ฆ์ฐฉ์ ์ํด ๋๋ ธ ์ ์
(nano-particle) ํํ์ Ag๋ฅผ ์ฆ์ฐฉํ์ฌ SERS ๊ธฐํ์ ์๋ต ํน์ฑ
์ ํฅ์์ํค๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ฐ๊ตฌํ์๋ค. RIE ๊ณต์ ์ ๋ค์ํ ๋งค๊ฐ๋ณ
์๋ฅผ ์กฐ์ ํ์ฌ ๋์ด์ ๋๋น๊ฐ ๋ค๋ฅธ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ํ์ฑํ
๊ณ ๊ตฌ์กฐ์ ๋ฐ๋ฅธ Ag ์ฆ์ฐฉ ํํ์ ์ด์ ๋ฐ๋ฅธ SERS ์๋ต ํน์ฑ์
์ธก์ ํ์๋ค.
2. ์ค ํ
์ค๋ฆฌ์ฝ ํ๋ฉด์ ๊ท ์ผํ ๋ฏธ์ธ ์์ฒ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํ ์๊ฐ
๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก, ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ RIE ์๊ฐ๋ฒ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ค๋ฆฌ์ฝ ํ๋ฉด
์ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ํ์์ ๋ฏธ์ธ ์์ฒ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ํ์ฑํ์๋ค. RIE๋ฅผ ์ด
์ฉํ ๊ฑด์ ์๊ฐ๊ณต์ ์ ์ฃผ๋ก SF6, O2, Ar, CF4, Cl2 ๋ฑ์ ์ด์ฉํ
์ฌ ์งํ๋๋ค. ์ด์ค SF6/O2 ๊ฐ์ค๋ฅผ ์ด์ฉํ๋ฉด ๋์ ์๊ฐ์จ๊ณผ self-
masking mechanism์ ์ํด ๋ฎ์ ๋ฐ์ฌ์จ์ ๊ฐ์ง๋ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ
๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํ์ฑ๋๋ค. ์์ฑ๋ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ์๋ฐฑ nm ํญ์ grass ๋
๋ ๋ฐ๋ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์ ยตm ๊น์ด๋ก ํ์ฑ๋๋ ๊ฒ์ด ํน์ง์ด๋ฉฐ, 10%
์ดํ์ ๋ฐ์ฌ์จ์ ๊ฐ์ง๊ฒ ๋๋ค. RIE ๊ณต์ ์ผ๋ก ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ํ
์ฑํ๋ ์ค์ํ ๋ณ์๋ SF6/O2 ๊ฐ์ค๋น์จ, RF์ ๋ ฅ, ๊ณต์ ์๋ ฅ, ๊ณต
์ ์จ๋๋ก ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ํ์ฑํ๊ธฐ ์ํด์๋ ์ ์ ํ ์กฐ์ ์ด ํ
์ํ๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ฌ๋ฌ ๋ฒ์ ์ฌ์ ์คํ์ ํตํ์ฌ ์ ์ ํ
๊ณต์ ์กฐ๊ฑด ๋ฒ์๋ฅผ ๊ตฌํ์๋ค. ๊ณต์ ์๋ ฅ 250 mTorr, ๊ณต์ ์จ๋ 10 oC,
SF6/O2 = 37.5/15 sccm์์ RF power 150 - 200 W, ๊ณต์ ์๊ฐ 10
- 20 ๋ถ์ ๋ณํ์ํค๋ฉด์ ๊ณต์ ์ ์งํํ์ฌ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ํ์ฑํน์ฑ
์ ์คํํ์๋ค.
40 - 150 nm ๋ฒ์์ ๋ค์ํ ๋๊ป์ Ag๋ฅผ E-beam ์ฆ์ฐฉ๊ธฐ๋ฅผ
์ฌ์ฉํ์ฌ 0.1 ร /sec์ ์ฆ์ฐฉ์๋๋ก ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ธฐํ์ ์ฆ์ฐฉํ์ฌ
๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ํ์์ ๋ฐ๋ฅธ SERS ์๋ต ํน์ฑ์ ์ธก์ ํ์๋ค.
SERS ์๋ต ํน์ฑ์ ์กฐ์ฌํ๊ธฐ ์ํ ๋ชจ๋ธ ๋ถ์๋ก๋ ํฌ๋ฆฌ์คํ ๋ฐ
์ด์ฌ๋ (crystal violet), ๋ก๋ค๋ฏผ 6G(Rhodamine 6G, R6G), ๋ฒค์กฐํธ
๋ฆฌ์์กธ ์ผ๋ฃ(benzotriazole dye), ๋ฒค์กฐํธ๋ฆฌ์์กธ(BTA) ๋ฑ์ด ๋๋ฆฌ
์ฌ์ฉ๋๋ฉฐ, ์ด์ค R6G๋ ๊ฐ์๊ด์ ์ ์ํด ์ฌ๊ธฐ๋ ๋ ๋งค์ฐ ๊ฐํ
ํ๊ดํน์ฑ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ณธ ์คํ์์๋ ๋ฐ์ด์ค์ผ์์ ๋ผ๋ง ์๋ตํน
์ฑ ์ธก์ ์ ์ฃผ๋ก ์ฌ์ฉ๋๋ R6G์ ๋ํ ๋ผ๋ง ์๋ตํน์ฑ์ ์ธก์ ํ
์๋ค. ์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ R6G๋ Sigma Aldrich์ฌ์ ์ ํ์ผ๋ก ํ์ด
์จ์(deionized water)๋ก ํฌ์ํ์ฌ 1mM ์์ฉ์ก์ผ๋ก ์ ์กฐํ์๋ค.
Ag๊ฐ ์ฆ์ฐฉ๋ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ธฐํ์ R6G ์์ฉ์ก 2 ยตl(2 ร 10-9 mol)
๋ฅผ ๋จ์ด๋จ๋ฆฐ ํ 1์๊ฐ ๋์ ์์ ํ ์์ฐ ๊ฑด์กฐ์์ผฐ๋ค. ๋ผ๋ง ์ธก์
์ ์ฉ์ก์ ๋จ์ด๋จ๋ฆฐ ์ค์ฌ๋ถ์ ์ฃผ์ 25๊ฐ ์ง์ ์ ์ธก์ ํ์ฌ ํ๊ท
๊ฐ์ ๊ตฌํ์๋ค. ์ธก์ ์ ์ฌ์ฉ๋ ๋ผ๋ง ์ธก์ ๊ธฐ๋ ์ปดํฉํธ ๋ผ๋ง ๋ถ๊ด
๊ณ(NS-Raman)์ด๋ฉฐ, ๋ ์ด์ ํ์ฅ๊ณผ ์ถ๋ ฅ์ ๋ ฅ์ 785 nm ์ 15 mW
์ด๋ค.
Fig. 1. Cross-Sectional SEM image of Black Silicon with the RIE
process time of (a) 10 min and (b) 20 min. The other RIE pro-
cess conditions are as follows: RF power of 150 W, the pres-
sure of 250 mTorr, O2/SF6 ratio of 15/37.5, and temperature
of 10 oC.
Fabrication of surface-enhanced Raman scattering substrate using black silicon layer manufactured through reactive ion etching
269 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 4, 2021
3. ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ
RIE ๊ณต์ ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ํ์ฑํน์ฑ์ ์คํํ์๋ค.
Fig. 1์ ๊ณต์ ์๋ ฅ 250 mTorr, ๊ณต์ ์จ๋ 10 oC, SF6/O2 = 37.5/15
sccm, RF์ ๋ ฅ 150 W ์์ ๊ณต์ ์๊ฐ์ 10 - 20๋ถ๊ฐ ๋ณํ์ํค
๋ฉด์ ๊ณต์ ์ ์งํํ์ฌ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ํ์ฑํ ์ํธ์ SEM ์ฌ์ง
์ด๋ค. ๊ณต์ ์๊ฐ์ด 5๋ถ์ธ ๊ฒฝ์ฐ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํ์ฑ๋์ง ์
์์ผ๋ฉฐ, 10๋ถ์ธ ๊ฒฝ์ฐ Fig. 1(a)์ ๊ฐ์ด ๋์ด 2 - 3 ยตm์ธ grass ํ
ํ์ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ Si ํ๋ฉด์ ํ์ฑ๋์๋ค. RIE ๋ด๋ถ์ ํ
๋ผ์ฆ๋ง๊ฐ ๋ฐ์๋๊ณ , ์ค๋ฆฌ์ฝ ํ๋ฉด์ ๋๋ฌ๋ ํ๋ผ์ฆ๋ง ์ด์จ๋ค์
Si ํ๋ฉด์ ์ถฉ๋ํ์ฌ ํ๋ฉด์ ์์์ํค๊ณ , ํ๋ฉด ์ค๋ฆฌ์ฝ๊ณผ ๋ฐ์ํ
์ฌ SxOyFz, SiF4, SixOyFz ํํฉ๋ฌผ์ ํ์ฑํ๋ค. SxOyFz ์ SiF4 ๋
ํ๋ฐํ๊ณ SixOyFz ๋ ํ๋ฉด์ ์๋ฅํ์ฌ ๋ง์คํฌ ์ญํ ์ ํ๋ self-
masking mechanism ์ ์ํด ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํ์ฑ๋๋ค. ๊ณต
์ ์๊ฐ์ด ์ฆ๊ฐํ๋ฉด grass ๊ตฌ์กฐ์ ๋์ด๊ฐ ์ฆ๊ฐํ์ฌ 15๋ถ ๊ณต์ ์
์๋ 4 - 5.5 ยตm, 20๋ถ ๊ณต์ ์์๋ Fig. 1(b)์ ๊ฐ์ด 6 - 7 ยตm
๋์ด์ grass ํํ์ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํ์ฑ๋์๋ค. ๋ํ, ๊ณต
์ ์๊ฐ์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๋์ด ์ฆ๊ฐ์ ๋๋ถ์ด ์ธ์ ํ๋
grass ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์๊ฐ๋์ด grass ์ฌ์ด์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ๋์ด์ง์ ํ์ธํ์
๋ค. ๊ณต์ ์๊ฐ์ด 20๋ถ ์ด์ ์ฆ๊ฐํ๋ฉด grass ๊ตฌ์กฐ๋ ๋์ฑ ์๊ฐ๋
์ด SixOyFz์ self-masking ์ด ๋์ง ์์ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํ
์ฑ๋์ง ์์์ ํ์ธํ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ํ์ฑ์ ์ํ ๊ณต
์ ์๊ฐ์ 10 - 20๋ถ ์ด์์ผ๋ฉฐ, grass ๊ตฌ์กฐ์ ๋์ด๋ 2 - 7 ยตm
์ฌ์ด๋ก ๋ณํจ์ ํ์ธํ์๋ค.
RF์ ๋ ฅ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ํ์ฑํน์ฑ์ ์คํํ์๋ค. Fig. 2๋
๊ณต์ ์๋ ฅ 250 mTorr, ๊ณต์ ์จ๋ 10 oC, SF6/O2 = 37.5/15 sccm, ๊ณต
์ ์๊ฐ์ 10๋ถ์ผ๋ก ๊ณ ์ ํ๊ณ RF์ ๋ ฅ์ 150 W - 200 W๋ก ๋ณ
ํ์์ผ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ํ์ฑํ ์ํธ์ SEM ์ฌ์ง์ด๋ค. RF์ ๋ ฅ์ด
์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ผ๋ถ grass ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์๊ฐ๋์ด ๋ถ๊ท์นํ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ
์ฝ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํ์ฑ๋๊ณ grass ๊ตฌ์กฐ์ ๋์ด ๋ํ ๊ฐ์ํ์๋ค. Grass
๊ตฌ์กฐ์ ๋์ด๋ 150 W์์ 2 - 3 ยตm, 170 W์์ 2 - 2.5 ยตm, 200
W์์ 0.6 - 1 ยตm์ด์๋ค. ๋ํ, Grass ๊ตฌ์กฐ ์ฌ์ด์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 150
W์ธ ๊ฒฝ์ฐ 0.5 - 0.6 ยตm์ ๋น๊ต์ ์ผ์ ํ ํญ์ ๊ฐ๋ ๋ฐ๋ฉด, 170
W ์์ 0.5 - 1.5 ยตm, 200 W ์์ 0.5 - 1 ยตm์ ๋ถ๊ท์นํ ๋ถํฌ
๋ฅผ ํ์ฑํ์๋ค. ์ด๋ RF์ ๋ ฅ์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ค๋ฆฌ์ฝ ํ๋ฉด์ ๋
๋ฌํ๋ ํ๋ผ์ฆ๋ง ์ด์จ์ ์ด๋๋์ด ์ฆ๊ฐํ์ฌ Si ํ๋ฉด์ ์๋ฅํ
Fig. 2. Cross-sectional SEM image of Black Silicon with the RF
power of (a) 170 W and (b) 200 W. The other RIE process
conditions are as follows: The pressure of 250 mTorr, O2/SF6
ratio of 15/37.5, process time of 10 min, and temperature of
10 oC.
Fig. 3. SEM cross-section images deposited Ag on Black silicon sub-
strate according to the thickness of (a) 40 nm and (b) 150 nm.
The Black Silicon formation conditions are as follows: RF
power of 150 W, the pressure of 250 mTorr, O2/SF6 ratio of
15/37.5, process time of 10 min, and temperature of 10oC.
Hyeong Ju Kim, Bonghwan Kim, Dongin Lee, Bong-Hee Lee, and Chanseob Cho
J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 4, 2021 270
์ฌ self-masking ์ญํ ์ ํ๋ SixOyFz๋ฅผ ์๊ฐํ์ฌ grass ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ
์๊ฐํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค.
Fig. 3์ RIE ๊ณต์ ์ผ๋ก ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ํ์ฑํ ๊ธฐํ์ Ag๋ฅผ
E-beam ์ฆ์ฐฉํ ์ํธ์ SEM ์ฌ์ง์ด๋ค. ๊ณต์ ์๋ ฅ 250 mTorr, ๊ณต
์ ์จ๋ 10 oC, SF6/O2 = 37.5/15 sccm, RF์ ๋ ฅ 150 W ์์ 10๋ถ
๊ฐ ๊ณต์ ํ์ฌ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ํ์ฑํ์๋ค. Fig. 3(a)์ 40 nm Ag
๋ฅผ ์ฆ์ฐฉํ ๊ฒฝ์ฐ, Ag๋ grass ๊ตฌ์กฐ์ ๊ฒฝ์ฌ๋ฉด๊ณผ ์๋ถ๋ถ์ ์์ ๋
๋ ธ ์ ์ ํํ๋ก ์ฆ์ฐฉ๋์์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ฌํ ๋๋ ธ ์ ์์ ํํ๋ ๋ผ๋ง
์ ํธ๋ฅผ ์ฆํญํ๋ ํซ์คํ (Hot spot) ์ด ๋๋ฉฐ SERS ์๋ต ํน์ฑ์
ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น ์ ์๋ค. Ag ๋๊ป๊ฐ ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ๋๋ ธ ์ ์์ ํฌ
๊ธฐ๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๊ณ ๋ฉ์ด๋ฆฌ ํํ๋ก ์ฆ์ฐฉ๋๋ฉฐ, Ag ๋๊ป๊ฐ 150 nm์ธ
๊ฒฝ์ฐ Fig. 3(b)์ ๊ฐ์ด ๋๋ ธ ์ ์์ ํํ๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ค. Ag ๋๊ป๊ฐ
๋ ์ฆ๊ฐํ๊ฒ ๋๋ฉด ๋๋ ธ ์ ์๋ค์ ์ฑ์ฅํ๊ณ ํฉ์ณ์ ธ ๋ฉ์ด๋ฆฌ ํํ
์ ์ฆ์ฐฉ์ด ์ฆ๊ฐํ์ฌ ๋น๋(bead)๋ฅผ ํ์ฑํ๊ฒ ๋๋ค
Fig. 4๋ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ๊ณผ Bulk Si์ ๊ฐ๊ฐ 40 nm์ Ag๋ฅผ ์ฆ์ฐฉ
ํ ์ํธ์ 1 mM R6G ์ฉ์ก์ ๋ํ ๋ผ๋ง ์๋ต ํน์ฑ์ ์ธก์ ํ
๊ทธ๋ฆผ์ด๋ค. 40 nm ๋๊ป์ Ag ์ฆ์ฐฉํ Bulk Si ๊ธฐํ์ ๊ฒฝ์ฐ R6G
์ฉ์ก์ ๋ํ ํน์ฑ ํผํฌ๋ ๊ด์ฐฐ๋์ง ์์์ผ๋ 507, 1360 /cm ๋ผ
๋ง ํ์ฅ์์ ์์ฃผ ๋ฏธ์ฝํ ์๋ต์ด ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ, 500 /cm ๋ผ๋ง ํ
์ฅ์์ ๋ํ๋๋ Si ํผํฌ๋ ๊ด์ฐฐ๋์ง ์์๋ค. 40 nm ๋๊ป์ Ag
๋ฅผ ์ฆ์ฐฉํ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ธฐํ์ ๋ผ๋ง ์๋ต์ R6G์ ํน์ง์ ์ธ ํผ
ํฌ์ธ 1648, 1507, 1360, 1310, 1183, 773, 611 /cm ๋ผ๋ง ํ์ฅ์
์ ์์ฃผ ํฐ ์๋ต ํน์ฑ์ ๋ณด์๋ค. ์ด๋ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ๊ฑฐ์น ํ๋ฉด
๊ตฌ์กฐ์ ์ฆ์ฐฉ๋ Ag ๋๋ ธ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํซ์คํ์ ํ์ฑํ์ฌ ์ ์๊ธฐ ๋ฉ์ปค
๋์ฆ์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ํตํ ๋ผ๋ง ์๋ต์ด ์ฆํญ๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์
๋ ผ๋ฌธ์์ ์ ์ํ Ag ๋ฅผ ์ฆ์ฐฉํ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ธฐํ์ SERS ๊ธฐ
ํ์ผ๋ก ์ฌ์ฉ๋ ์ ์์์ ํ์ธํ์๋ค.
๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ธฐํ์ ์ฆ์ฐฉ๋ Ag ๋๊ป์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ผ๋ง ์๋ต ํน์ฑ
์ ์ธก์ ํ์ฌ Fig. 5์ ๋ํ๋ด์๋ค. ๊ณต์ ์๋ ฅ 250 mTorr, ๊ณต์ ์จ
๋ 10 oC, SF6/O2 = 37.5/15 sccm, RF์ ๋ ฅ 150 W ์์ 10๋ถ๊ฐ ๊ณต
์ ํ์ฌ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ํ์ฑํ์์ผ๋ฉฐ, 40 - 150 nm์ Ag๋ฅผ E-
beam ์ฆ์ฐฉํ์ฌ 1 mM R6G์์ฉ์ก์ ๋ํ ๋ผ๋ง ์๋ต ํน์ฑ์ ์ธก
์ ํ์๋ค. Ag๊ฐ ์ฆ์ฐฉ๋์ง ์์ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ธฐํ์์๋ 500 /
cm ์ ๋ผ๋ง ํ์ฅ์์ Siํผํฌ๋ง ์ธก์ ๋์์ผ๋ฉฐ, Ag ๋๊ป๊ฐ ์ฆ๊ฐ
ํ๋ฉด ๊ฐ๋๋ ๊ฐ์ํ์๋ค. 40 nm ๋๊ป์ Ag๋ฅผ ์ฆ์ฐฉํ ๊ฒฝ์ฐ R6G
์ ํน์ง์ ์ธ ํผํฌ์ธ 1648, 1507, 1360, 1310, 1183, 773, 611 /cm
๋ผ๋ง ํ์ฅ์์ ์์ฃผ ํฐ ์๋ต ํน์ฑ์ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, Ag ๋๊ป๊ฐ ์ฆ๊ฐ
ํจ์ ๋ฐ๋ผ ํน์ฑ ํผํฌ ๊ฐ๋๋ ์ฆ๊ฐํ์๋ค. Ag ๋๊ป๊ฐ 40 nm์ผ
๋ ๋ผ๋ง ํ์ฅ 1507 /cm ์ 1360 /cm์์ ๋ผ๋ง ์๋ต๊ฐ๋๋ ๊ฐ
๊ฐ 8.2 ร 103 cps ์ 7.6 ร 103 cps ์ด์์ผ๋ฉฐ, Ag ๋๊ป๊ฐ 80 nm์ผ
๋ ๊ทธ ํฌ๊ธฐ๋ 25 ร 103 cps ์ 21 ร 103 cps ๋ก ํฌ๊ฒ ์ฆ๊ฐํ์๋ค.
Ag ๋๊ป๊ฐ 150 nm ์ผ ๋ 1507 /cm ์ 1360 /cm ๋ผ๋ง ํ์ฅ์
์ ์๋ต ๊ฐ๋๋ 30 ร 103 cps ์ 27 ร 103 cps๋ก ์ฆ๊ฐ ํญ์ด ๋ํ
ํ๋ฉฐ ํฌํ๋๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. ์ด๋ Fig. 3์ SEM ์ฌ์ง์์์
๊ฐ์ด grass ๊ตฌ์กฐ์ ๊ฒฝ์ฌ๋ฉด๊ณผ ์๋ถ๋ถ์ Ag๊ฐ ์์ ๋๋ ธ ์ ์์
ํํ๋ก ์ฆ์ฐฉ๋์ด ๋ผ๋ง ์ ํธ๋ฅผ ์ฆํญํ๋ ํซ์คํ์ ํ์ฑํ๋ฉฐ, ์ฆ
์ฐฉ๋๊ป๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ Ag ๋๋ ธ ์ ์์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๊ณ ๋ฉ์ด
๋ฆฌ ํํ๋ก ์ฆ์ฐฉ๋์ด ํซ์คํ์ด ์ฆ๊ฐ๋์ด ๋ผ๋ง ์๋ต ๊ฐ๋๋ ์ฆ๊ฐ
ํ๋ค. ์ฆ์ฐฉ๋๊ป๊ฐ 150 nm๋ก ์ฆ๊ฐ๋ ๋๋ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ์
๊ฒฝ์ฌ๋ฉด ๋ฐ ์๋ถ์ ์ฆ์ฐฉ๋ ๋๋ ธ ์ ์์ ์ฆ๊ฐ๊ฐ ๋ํ๋์ด ๋ผ๋ง ์
ํธ ๊ฐ๋๋ ํฌํ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๊ฒจ์ง๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋ณธ ์คํ์์๋
80 - 150 nm์ Ag์ฆ์ฐฉ์ด ์ต์ ์ด๋ผ ์ฌ๊ฒจ์ง๋ฉฐ, ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ
์กฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ต์ Ag ๋๊ป๋ฅผ ์ป๊ธฐ ์ํ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ์ํ
๋ค๊ณ ํ๋จ๋๋ค.
RF์ ๋ ฅ์ ๋ณํ์์ผ ์ ์กฐํ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ์ 150 nm ์
Ag๋ฅผ ์ฆ์ฐฉํ์ฌ ๋ผ๋ง ์๋ต ํน์ฑ์ ์ธก์ ํ์ฌ Fig. 6์ ๋ํ๋ด์
๋ค. ๊ณต์ ์๋ ฅ 250 mTorr, ๊ณต์ ์จ๋ 10 oC, SF6/O2 =37.5/15 sccm,
๊ณต์ ์๊ฐ์ 10๋ถ์ผ๋ก ๊ณ ์ ํ๊ณ RF์ ๋ ฅ์ 150 W - 200 W๋ก ๋ณ
Fig. 4. Raman response characteristics of specimens deposited with
40 nm Ag on the Black silicon and the bulk silicon substrate.
Raman measurement was performed by dropping 2 ยตl of a 1
mM aqueous R6G solution (2 ร 10-9 mol) and then drying.
Fig. 5. Raman response characteristics according to Ag thickness of
specimen deposited on the Black silicon substrate. The Black
silicon formation conditions are as follows: RF power of 150
W, the pressure of 250 mTorr, O2/SF6 ratio of 15/37.5, pro-
cess time of 10 min, and temperature of 10 oC.
Fabrication of surface-enhanced Raman scattering substrate using black silicon layer manufactured through reactive ion etching
271 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 4, 2021
ํ์์ผ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ ํ์ฑํ์๋ค. RF์ ๋ ฅ์ด 150 W์ผ ๋ 1507
/cm ์ 1360 /cm ๋ผ๋ง ํ์ฅ์์ ์๋ต ๊ฐ๋๋ 30 ร 103 cps ์
27 ร 103 cps ์ด์์ผ๋ฉฐ, RF์ ๋ ฅ์ด 170 W๋ก ์ฆ๊ฐํ ๊ฒฝ์ฐ๋ 33ร103
cps ์ 31 ร 103 cps ์ผ๋ก ๋ค์ ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, RF์ ๋ ฅ์ด
200 W ์ธ ๊ฒฝ์ฐ ๋ผ๋ง ์๋ต ๊ฐ๋๋ 6.2 ร 103 cps ์ 5.3 ร 103 cps
๋ก ํฌ๊ฒ ๊ฐ์ํ์๋ค. ์ด๋ Fig. 2์ ๊ฐ์ด RF์ ๋ ฅ์ด 200 W๋ก ์ฆ
๊ฐํ๋ฉด Si ํ๋ฉด์ ๋์ด 0.6 - 1 ยตm, ๊ฑฐ๋ฆฌ 0.5 - 1 ยตm์ ๋ถ๊ท์น
ํ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํ์ฑ๋๊ณ , ๋ฎ์ ๋์ด์ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์ฆ์ฐฉ๋ Ag์ ์ํด ๋งค
๋ชฐ๋์ด ํซ์คํ์ด ๊ฐ์๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ๋ธ
๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ Ag๋ฅผ ์ฆ์ฐฉํ์ฌ SERS ๊ธฐํ์ ์ ์กฐํ ๊ฒฝ์ฐ ๋ธ๋ ์ค
๋ฆฌ์ฝ์ ํ์์ด ๊ฐ์ฅ ์ค์ํ ๋ณ์์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ, ๋ฎ์ ๋
์ด์ ์๋งํ ๋ถ๊ท์น Si ๊ตฌ์กฐ๋ณด๋ค ํฌ๊ธฐ๊ฐ ๋์ grass ๊ตฌ์กฐ์ ๋ธ
๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ด ๋ ์ข์ ๋ผ๋ง ์๋ต ํน์ฑ์ ๊ฐ์ง์ ํ์ธํ์๋ค.
4. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ Maskless RIE ๊ณต์ ์ ์ด์ฉํ์ฌ grass ํํ์
๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ํ์ฑํ ํ, E-beam ์ฆ์ฐฉ์ ์ํด ๋๋ ธ ์ ์
ํํ์ Ag๋ฅผ ์ฆ์ฐฉํ์ฌ SERS ๊ธฐํ์ผ๋ก์์ ์ ์ฉ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ ์ฐ๊ตฌ
ํ์๋ค. RIE ๊ณต์ ์กฐ๊ฑด์ ๋ณํ์์ผ ๋์ด์ ๋๋น๊ฐ ๋ค๋ฅธ ๋ธ๋ ์ค
๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ํ์ฑํ๊ณ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ์ ๋ฐ๋ฅธ Ag ์ฆ์ฐฉ ํํ
์ ์ด์ ๋ฐ๋ฅธ SERS ์๋ต ํน์ฑ์ ์ธก์ ํ์๋ค.
RIE ๊ณต์ ์๊ฐ์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก grass ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๋์ด ์ฆ๊ฐ์ ๋
๋ถ์ด ์ธ์ ํ๋ grass ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์๊ฐ๋์ด grass ์ฌ์ด์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ๋
์ด์ง์ ํ์ธํ์๋ค. RIE ๊ณต์ ์๊ฐ์ด 10 - 20๋ถ ์ผ ๋, 2 - 7 ยตm
๋์ด์ grass ๊ตฌ์กฐ์ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ด ํ์ฑ๋์๊ณ , ๊ณต์ ์๊ฐ์ด 20
๋ถ ์ด์ ์ฆ๊ฐํ๋ฉด SixOyFz์ self-masking ์ด ๋์ง ์์ ๋ธ๋ ์ค
๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ํ์ฑ๋์ง ์์์ ํ์ธํ์๋ค. RF์ ๋ ฅ์ด ์ฆ๊ฐํจ์
๋ฐ๋ผ ์ผ๋ถ grass ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์๊ฐ๋์ด ๋ถ๊ท์นํ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ
ํ์ฑ๋๊ณ grass ๊ตฌ์กฐ์ ๋์ด ๋ํ ๊ฐ์ํ์ฌ RF์ ๋ ฅ์ด 200 W ์ผ
๋๋ grass ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์๊ฐ๋์ด ๋ถ๊ท์นํ ํ๋ฉด์ ํ์ฑํ์๋ค.
๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ธฐํ์ ์ฆ์ฐฉ๋ Ag ๋๊ป์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ผ๋ง ์๋ต ํน์ฑ
์ ์ธก์ ํ์๋ค. Ag ๋๊ป๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ํน์ฑ ํผํฌ ๊ฐ๋๋ ์ฆ
๊ฐํ์๋ค. Ag ๋๊ป๊ฐ 40 nm ์ 80 nm ์ผ ๋ ๋ผ๋ง ํ์ฅ 1507
/cm ์์ ๋ผ๋ง ์๋ต ๊ฐ๋๋ ๊ฐ๊ฐ 8.2 ร 103 cps ์ 25 ร 103 cps
๋ก ํฌ๊ฒ ์ฆ๊ฐํ์์ผ๋ฉฐ, Ag ๋๊ป๊ฐ 150 nm ์ธ ๊ฒฝ์ฐ๋ 30 ร 103
cps๋ก ์ฆ๊ฐ ํญ์ด ๋ํํ๋ฉฐ ํฌํ๋๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. RF์ ๋ ฅ์ด
150 W์ 170 W์ผ ๋ 1507/cm ๋ผ๋ง ํ์ฅ์์ ์๋ต ๊ฐ๋๋ 30
๋ ฅ์ด 150 W์ 170 W์ผ ๋ 1507/cm ๋ผ๋ง ํ์ฅ์์ ์๋ต ๊ฐ๋
๋ 30 ร 103 cps ์ 33 ร 103 cps ์ผ๋ก ๋ค์ ์ฆ๊ฐํ์์ผ๋, RF์
๋ ฅ์ด 200 W ์ธ ๊ฒฝ์ฐ ๋ผ๋ง ์๋ต ๊ฐ๋๋ 6.2 ร 103 cps ๋ก ํฌ๊ฒ
๊ฐ์ํ์๋ค.
๋ฐ๋ผ์ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ Ag๋ฅผ ์ฆ์ฐฉํ์ฌ SERS ๊ธฐํ์ ์ ์กฐํ
๊ฒฝ์ฐ ๋ฎ์ ๋์ด์ ์๋งํ ๋ถ๊ท์น Si ๊ตฌ์กฐ๋ณด๋ค ํฌ๊ธฐ๊ฐ ๋์ grass
๊ตฌ์กฐ์ ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ์ 80 - 150 nm์ Ag ์ฆ์ฐฉํ์ ๋ ๋์ ๋ผ
๋ง ์๋ต ํน์ฑ์ ๋ํ๋ด์์ผ๋ฉฐ, ๋ธ๋ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ตฌ์กฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ต์
Ag ๋๊ป๋ฅผ ์ป๊ธฐ ์ํ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ์ํ๋ค๊ณ ์๊ฐ๋๋ค.
๊ฐ์ฌ์ ๊ธ
์ด ๋ ผ๋ฌธ์ 2019๋ ๋ ์ ๋ถ(๊ต์ก๋ถ)์ ์ฌ์์ผ๋ก ํ๊ตญ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ
์ ์ง์์ ๋ฐ์ ์ํ๋ ๊ธฐ์ด์ฐ๊ตฌ์ฌ์ ์(NRF-2019R1F1A1062538).
์ด ๋ ผ๋ฌธ์ 2020๋ ๋ ์ ๋ถ(๊ต์ก๋ถ)์ ์ฌ์์ผ๋ก ํ๊ตญ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ์ ์ง
์์ ๋ฐ์ ์ํ๋ ๊ธฐ์ด์ฐ๊ตฌ์ฌ์ ์(NRF-2020R111A3A04037802).
์ด ๋ ผ๋ฌธ์ 2020๋ ๋ ์ ๋ถ(๊ต์ก๋ถ)์ ์ฌ์์ผ๋ก ํ๊ตญ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ์ ์ง
์์ ๋ฐ์ ์ํ๋ ๊ธฐ์ด์ฐ๊ตฌ์ฌ์ ์(NRF-2020R1I1A3061814).
REFERENCES
[1] A. T. Young, โRayleigh scatteringโ, Appl. Opt., Vol. 20, No.4, pp. 533-535, 1981.
[2] D. C. Harris and M. D. Bertolucci, Symmetry and Spec-
troscopy: An Introduction to Vibrational and Electronic
Spectroscopy, Dover Publications, New York, 1989.[3] E. Smith and G. Dent, Modern Raman Spectroscopy: A
Practical Approach, Wiley, Chichester, 2019. [4] H. Cho, B. Lee, G. L. Liu, A. Agarwalc, and L. P. Lee,
โLabel-free and highly sensitive biomolecular detectionusing SERS and electrokinetic preconcentrationโ, Lab on a
Chip, Vol. 9, No. 23, pp. 3360-3363, 2009.[5] R. Haldavnekar, K. Venkatakrishnan, and B. Tan, โNext
generation SERS-atomic scale platform for molecular leveldetectionโ, Applied Materials Today, Vol. 18, pp.
Fig. 6. Raman response characteristics by depositing 150 nm Ag on
the Black silicon structure manufactured by changing the RF
power. The other RIE process conditions are as follows: The
pressure of 250 mTorr, O2/SF6 ratio of 15/37.5, process time
of 10 min, and temperature of 10oC.
Hyeong Ju Kim, Bonghwan Kim, Dongin Lee, Bong-Hee Lee, and Chanseob Cho
J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 4, 2021 272
100529(1)-100529(18), 2020.[6] R. Moldovan, B. C. Iacob, C. Farcฤu, E. Bodoki, and R.
Oprean, โStrategies for SERS detection of organochlorinepesticidesโ, Nanomaterials, Vol. 11, No. 2, p. 304, 2021.
[7] K. Xu, R. Zhou, K. Takei, and M. Hong, โToward flexiblesurface-enhanced raman scattering (SERS) sensors forpoint-of-care diagnosticsโ, Adv. Sci., Vol. 6, No. 16, pp.1900925(1)-1900925(23), 2019.
[8] B. Yang, S. Jin, S. Guo, Y. Park, L. Chen, B. Zhao, and Y.M. Jung, โRecent development of SERS technology: semi-conductor-based studyโ, ACS Omega, Vol. 4, No. 23, pp.20101โ20108, 2019.
[9] C. L. Haynes, A. D. McFarland, and R. P. Van Duyne, โSur-face-enhanced Raman Spectroscopyโ, Anal. Chem., Vol. 77,No. 17, pp. 338-346, 2005.
[10] M. Fleischmann, P. J. Hendra, and A. J. McQuillan,โRaman spectra from electrode surfacesโ, J. Chem. Soc.,
Chem. Commun., Vol. 3, pp.80-81, 1973.[11] B. Sharma, R. R. Frontiera, A. I. Henry, E. Ringe, and R.
P.Van Duyn, โSERS: materials, applications, and thefutureโ, Materials today, Vol. 15, No. 1-2, pp. 16-25, 2012.
[12] L. Guerrini and D. Graham, โMolecularly-mediated assem-blies of plasmonic nanoparticles for Surface-EnhancedRaman Spectroscopy applicationsโ, Chem. Soc. Rev., Vol.41, No. 7, pp. 7085โ7107, 2012.
[13] Y. Fu and N. K. Ann Bryan, โFabrication and character-ization of slanted nanopillars arrayโ, Journal of Vacuum Sci-
ence and Technology B, Vol. 23, No. 3, pp. 984-989, 2005.[14] Q. Yu, S. Braswell, B. Christin, J. Xu, P. M. Wallace, H.
Gong, and D. Kaminsky, โSurface-enhanced Raman scat-tering on gold quasi-3D nanostructure and 2D nanoholearraysโ, Nanotechnology, Vol. 21, No. 35, pp. 355301(1)-355301(9), 2010.
[15] U. S. Dinish, F. C. Yaw, A. Agarwal, and M. Olivo, โDevel-opment of highly reproducible nanogap SERS substrates:Comparative performance analysis and its application forglucose sensingโ, Biosensors and Bioelectronics, Vol. 26,
No. 5, pp. 1987-1992, 2011.[16] S. K. Srivastava, D. Kumar, M. Sharma, R. Kumar, and P.
K. Singh, โSilver catalyzed nano-texturing of silicon sur-faces for solar cell applicationsโ, Solar Energy Materials
and Solar Cells, Vol. 100, pp. 33-38, 2012.[17] Y. Su, G. Zhao, Z. Wu, Y. Yang, W, Li, and Y. Jiang, โOpti-
cal properties of black silicon prepared by wet etchingโ,Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Vol.23, No. 8, pp. 1558-1561, 2012.
[18] H. V. Jansen, M. J. de Boer, K. Ma, M. Gironรจs, S.Unnikrishnan, M. C. Louwerse, and M. C. Elwenspoek,"Black silicon method XI: Oxygen pulses in SF6 plasma", J.
Micromech. Microeng, Vol. 20, No. 7, pp. 075027(1)-075027(12), 2010.
[19] H. Jansen, M. de Boer, J. Burger, R. Legtenberg, and M.Elwenspoek, โThe black silicon method II: The effect ofmask material and loading on the reactive ion etching ofdeep silicon trenchesโ, Microelectronic Engineering, Vol.27, No. 1-4, pp. 475-480, 1995.
[20] H. Jansen, M. de Boer, R. Legtenberg, and M. Elwenspoek,โThe black silicon method: a universal method for deter-mining the parameter setting of a fluorine-based reactiveion etcher in deep silicon trench etching with profile con-trolโ, J. Micromech. Microeng, Vol. 5, No. 2, pp. 115-120,1995.
[21] J. Lv, T. Zhang, P. Zhang, Y. Zhao, and S. Li, โReviewApplication of Nanostructured Black Siliconโ, Nanoscale
Research Letters, Vol. 13, No. 1, pp.1-10, 2018.[22] I. Talian, K. B. Mogensen, A. Orinรกk, D. Kaniansky, and J.
Hรผbner, โSurface-enhanced Raman spectroscopy on novelblack silicon-based nanostructured surfacesโ, J. Raman
Spectrosc., Vol. 40, No. 8, pp. 982โ986, 2009.[23] H. J. Kim, B. Kim, D. Lee, B. H. Lee, and C. Cho,
โImprovement of surface-enhanced raman spectroscopyresponse characteristics of nanoporous ag metal thin filmwith surface texture structuresโ, J. Sens. Sci. Tech., Vol. 29,No. 4, pp.255-260, 2020.