In this study, soft topographic patterns of polytetrafluoroethylene (PTFE) are produced on a Si substrate for self-assembly of gold nanoparticles (Au NPs). Linear PTFE patterns are fabricated by physically rubbing a PTFE bar on the substrate at high temperatures above its melting point (336 °C). For the directed self-assembly of Au NPs, the Au NPs with various diameters are directly synthesized and applied to the surface exposed between linear PTFE patterns where are chemically modified with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTE). It is found that Au NPs are selectively placed between the linear patterns due to both effective size of the Au NPs for the dimension of the patterns and surface energy difference. By applying RIE process, it is exhibited that uniform arrays of the Au NPs are only remained on the substrates while all organic components are fully removed. Interestingly, it is also observed that the Au NPs merge with each other to form larger nanoparticles through additional thermal annealing process. Therefore, this study currently propose a simple and unique method to generate uniform assembly of nanoparticles for potential nanopatterning applications.

본 연구에서는 물리적 문지름에 의해 실리콘 기판 표면에 polytetrafluoroethylene(PTFE)의 유연 미세패턴을 형성하고 이를 금 나노입자의 자기조립화에 활용하여 나노패터닝을 구현하는 방법에 대하여 보고한다. PTFE를 용융온도(약 336 °C) 이상에서 실리콘 기판 위에 문지르는 방식으로 간단하면서도 효과적으로 유연 미세패턴을 제조하였으며 패턴이 제조된 실리콘 기판에 3-aminopropyltriethoxysilane(APTES) 표면 처리 후 다양한 크기로 성장시킨 금 나노입자를 APTES와의 화학적 결합을 통하여 선택적으로 부착시키는 방법을 통해 금 나노입자의 선형 배열을 얻어냈다. 금 나노입자의 크기에 따라 입자크기가 클수록 유연 미세패턴의 물리적 제약으로 인하여 자기조립화가 어려워지는 경향성을 확인하였으며 이 후 O₂ reactive ion etch(RIE)를 통해 기판 위 PTFE만을 선택적으로 식각하여 실리콘 기판 위 금 나노입자만의 배열을 얻어냈다. 금 나노입자 배열은 열 어닐링을 통하여 온도와 시간에 따른 병합이 유도되었으며 이를 이용하여 배향된 금 나노입자의 크기를 조절할 수 있었다. 본 연구를 통하여 간단하게 제조할 수 있는 유연 패턴을 활용하여 독특한 금 나노입자의 자기조립화을 유도할 수 있으며 이를 이용한 나노패터닝으로의 활용가능성을 보고한다.

Keywords: self-assembly, soft topographic pattern, gold nanoparticles, poltytetrafluoroethylene, nanopatterning.