나노 물질 합성 방식중 top-down 방식에 대한 질문

Question

안녕하세요? 나노물질 합성 방식 중에서 Thermal evaporation 이나 sputtering 공정을 활용할 경우, top-down인지, bottom-up 인지 헷갈립니다.

열이나 플라즈마 입자로 벌크 물질을 쪼개는 방식이라 top-down 같은데,

성장관련해서는 입자들이 뭉쳐서 성장하는거로 본다면 bottom-up도 될 수 있지 않을까 해서요.

Answer 1

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

top down방식은 말그대로 위에서 아래로 형상을 만드는방법이라 보통 조각하듯이 벌크한 재료를 깎는방식으로 만들게됩니다.

바텀업 방식은 반도체 설계를 하듯이 아래층부터 쌓아 형태를 만들고 위쪽레이어를다시 덮어 형태를 만드는방식입니다. 이는 3d프린터와 비슷하기도합니다.

즉 evaporation같은 증착이나 도포공정은 바텀업을 하기위한 레이어를 만들어주는것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.

1. Thermal evaporation: Thermal evaporation은 top-down 접근 방식에 해당합니다. 이 공정은 고온을 사용하여 소스 물질을 기화시킨 후, 기체 상태의 소스 물질이 충돌 대상으로 향하고, 그 표면에 증착되어 나노구조를 형성합니다. 즉, 기체 상태에서 부피가 작은 입자들이 대상 표면에 증착되어 나노구조를 형성하므로, 대상 표면에 이미 존재하는 나노구조의 형태에 영향을 받는 top-down 방식입니다.

2. Sputtering: Sputtering은 bottom-up 접근 방식에 해당합니다. 이 공정은 고에너지 입자 (일반적으로 이온)를 이용하여 대상 표면에서 원자나 분자를 제거하고, 그것들이 침전하여 나노구조를 형성합니다. 즉, 고에너지 입자의 충돌로 인해 대상 표면에서 물질이 제거되고, 이것이 증착하여 나노구조를 형성하므로, 대상 표면에 없던 나노구조가 생성되는 bottom-up 방식입니다.

Answer 3

안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.

네, 맞습니다. Thermal evaporation 공정이나 sputtering 공정은 일반적으로 Top-down 방식으로 분류되지만, 입자들이 서로 결합하여 나노입자가 형성되는 경우에는 Bottom-up 방식으로도 볼 수 있습니다.

Thermal evaporation 공정이나 sputtering 공정에서는 큰 입자를 만들고, 이를 작게 쪼개어 나노입자를 만듭니다. 이는 Top-down 방식으로, 입자의 크기를 줄여가면서 원하는 크기의 나노입자를 만드는 과정입니다. 그러나, 이렇게 만들어진 나노입자들이 성장하면서 결합하는 경우에는 Bottom-up 방식으로 생각할 수 있습니다.

따라서, Thermal evaporation 공정이나 sputtering 공정은 주로 Top-down 방식이지만, 나노입자의 성장 과정에서는 Bottom-up 방식으로 생각할 수 있습니다.

Answer 4

"Top-down" 방식은 대상 물질을 큰 구조에서 작은 구조로 점진적으로 가공하는 방법을 말합니다. 열 증발과 스퍼터링은 일반적으로 이러한 "Top-down" 접근 방식에 해당합니다. 열 증발은 고온에서 물질을 증발시켜 기체 진공 상에서 기체 분자를 기판 위에 증착시키는 과정입니다. 스퍼터링은 플라즈마를 사용하여 원자나 이온을 표적 물질에서 표면으로 산란시키고 증착시키는 과정입니다.

"Bottom-up" 방식은 작은 입자나 분자를 조립하여 원하는 나노구조물을 형성하는 방법입니다. 이 방식은 일반적으로 입자가 자연적으로 모여 성장하는 것을 활용합니다.

나노물질 합성에서는 top-down 공정과 bottom-up 공정이 함께 사용될 수도 있습니다. 예를 들어, 열 증발이나 스퍼터링을 통해 큰 입자를 형성한 후, 그 입자들이 자연적으로 모여 작은 나노입자를 형성하는 경우에는 top-down과 bottom-up이 결합된 방식으로 볼 수 있습니다.

따라서, 열 증발이나 스퍼터링은 주로 top-down 방식에 속하지만, 성장 과정에서 입자들이 모여 성장하는 경우에는 bottom-up의 측면도 고려할 수 있습니다. 합성 방법에 따라 top-down과 bottom-up 요소가 혼합되거나 우세한 경우도 있을 수 있으므로, 구체적인 상황에 따라서 어느 방식에 더 가까운지 판단할 수 있습니다.