特許 7142942 光配線及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-16

(45)【発行日】2022-09-28

(54)【発明の名称】光配線及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/122 20060101AFI20220920BHJP

   G02B 6/26 20060101ALI20220920BHJP

   G02B 6/13 20060101ALI20220920BHJP

【ＦＩ】

G02B6/122

G02B6/26

G02B6/13

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019537790

(86)(22)【出願日】2017-11-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-01-14

(86)【国際出願番号】 KR2017013683

(87)【国際公開番号】W WO2019088344

(87)【国際公開日】2019-05-09

【審査請求日】2020-11-05

(31)【優先権主張番号】10-2017-0142404

(32)【優先日】2017-10-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】519248759

【氏名又は名称】レッセンジャース・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＥＳＳＥＮＧＥＲＳ ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】１１０ｈｏ（Ｊｉｇｏｋ－ｄｏｎｇ，Ｊｉｇｏｋ Ｐｒａｚａ），６４，Ｊｉｇｏｋ－ｒｏ，Ｎａｍ－ｇｕ，Ｐｏｈａｎｇ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｓａｎｇｂｕｋ－ｄｏ ３７６６６，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】ジェ、ジュンホ

(72)【発明者】

【氏名】キム、チョンクック

(72)【発明者】

【氏名】キム、ナムホ

【審査官】井部 紗代子

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１６－００００２８１（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平１１－１７４２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０９０９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２５８５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１５８３７３６（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２６６５７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－００９０９５８（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１０６０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０４０００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１０５０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０８４１４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／００ － ６／０３６

Ｇ０２Ｂ ６／１０ － ６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／２４５－ ６／２５

Ｇ０２Ｂ ６／２６ － ６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０ － ６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２ － ６／５４

Ｈ０１Ｌ ３３／００ －３３／４６

ＪＳＴｐｌｕｓ／ＪＳＴＣｈｉｎａ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光信号連結が必要な第１接点と第２接点を連結するための光配線であって、
前記第１接点に形成され、その外周面は前記第１接点から遠ざかる方向に狭くなる円錐台状を有する第１ナノロッドと、
前記第２接点に形成され、その外周面は前記第２接点に近づく方向に広がる円錐台状を有する第２ナノロッドと、
前記第１ナノロッドから延長され、前記第２ナノロッドに向かって光信号を伝達するナノワイヤとを含み、
前記ナノワイヤの長さ方向の軸と、前記第１ナノロッドの上部の表面に垂直な軸が成す角度は、０乃至３５度未満であり、
前記ナノワイヤの長さ方向の軸と、前記第２ナノロッドの上部の表面に垂直な軸が成す角度は、０乃至３５度未満であることを特徴とする、光配線。

【請求項2】

前記第１ナノロッドの外周面は前記第１ナノロッドの高さ方向の軸に対して３５度未満(０を含まず)の角度を有しており、前記第２ナノロッドの外周面は前記第２ナノロッドの高さ方向の軸に対して３５度未満(０を含まず)の角度を有することを特徴とする、請求項１に記載の光配線。

【請求項3】

前記第１ナノロッドの外周面は前記第１ナノロッドの高さ方向の軸に対して１０度以下(０を含まず)の角度を有しており、前記第２ナノロッドの外周面は前記第２ナノロッドの高さ方向の軸に対して１０度以下(０を含まず)の角度を有することを特徴とする、請求項１に記載の光配線。

【請求項4】

第１接点と第２接点をナノワイヤで３次元的に連結した光配線の製造方法であって、
ａ)ナノロッド物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、
ｂ-１)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を前記第１接点の表面に垂直な軸に同軸整列する段階と、
ｃ-１)前記同軸整列された状態で、前記ナノロッド物質溶液のメニスカスを形成する段階と、
ｄ-１)前記マイクロピペットを前記第１接点の表面に垂直な方向に持ち上げながら前記ナノロッド物質溶液の溶媒を蒸発させて、第１ナノロッドを製造する段階と、
ｂ-２)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を前記第２接点の表面に垂直な軸に同軸整列する段階と、
ｃ-２)前記同軸整列された状態で、前記ナノロッド物質溶液のメニスカスを形成する段階と、
ｄ-２)前記マイクロピペットを前記第２接点の表面に垂直な方向に持ち上げながら前記ナノロッド物質溶液の溶媒を蒸発させて、第２ナノロッドを製造する段階と、
ｅ)ナノワイヤ物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、
ｆ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を前記第１ナノロッドの上部の表面に垂直な軸に同軸整列する段階と、
ｇ)前記ナノワイヤ物質溶液のメニスカスを形成する段階と、
ｈ)前記マイクロピペットを持ち上げながら前記ナノワイヤ物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノワイヤを製造する段階と、
ｉ)前記マイクロピペットを前記第１接点と離隔された前記第２接点に配置された前記第２ナノロッドの上部に接触させる段階とを含み、
前記第１ナノロッドはその外周面が前記第１接点から遠ざかる方向に狭くなる円錐台状を有し、前記第２ナノロッドはその外周面が前記第２接点に近づく方向に広がる円錐台状を有しており、
前記ナノワイヤの長さ方向の軸と、前記第１ナノロッドの上部の表面に垂直な軸が成す角度は、０乃至３５度未満であり、
前記ナノワイヤの長さ方向の軸と、前記第２ナノロッドの上部表の面に垂直な軸が成す角度は、０乃至３５度未満であることを特徴とする、光配線の製造方法。

【請求項5】

前記ｄ－１)段階、及び前記ｄ－２）段階は、前記第１ナノロッド及び前記第２ナノロッドが円錐台状を有するように、前記マイクロピペットの持ち上げ速度を調節することを特徴とする、請求項４に記載の光配線の製造方法。

【請求項6】

前記ｄ－１)段階、及び前記ｄ－２）段階は、前記第１ナノロッド及び前記第２ナノロッドが円錐台状を有するように、前記マイクロピペットに加わる圧力を調節することを特徴とする、請求項４に記載の光配線の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光配線及びその製造方法に関し、具体的には、ナノロッドとナノワイヤを含む光配線に関する。

【背景技術】

【0002】

ナノスケール光学構成要素の組み立てに基づいた高密度光集積回路は、電子集積回路の限界を超えることのできる新しい未来技術である。過去１０年間の高密度光集積回路の具現のために、さまざまな種類のナノスケール光学構成要素(nanoscale photonic elements)が開発されてきた。これらの構成要素を相互連結する技術を開発することは、ナノスケール光集積(nanoscale photonic integration)の実現に最も基となる核心課題である。ナノスケール構成要素間の連結の最も有望な接近方法は、二つの離れた構成要素間にナノワイヤ光導波管(nanowire waveguide)を集積させて、エバネセント結合(evanescent coupling)で信号をやりとりする方法である。

【0003】

現在までナノワイヤ光導波管を集積させる技術は、すでに合成されたナノワイヤを平面上で手動で組み立てる方法(in-plane manual assembly)に依存している。しかしながら、平面上における組み立ては、ナノワイヤから基板への光の損失が起こり、微細プローブ(microprobe)などを利用する手動組み立ては、工程が非常に複雑で、工程中にナノワイヤーが損傷しやすいという問題点があった。

【0004】

従来は、プリズムレンズなどを使用して光の方向を変えた後に、光ファイバを介して、離隔された接点間を連結した(Han-Soon Lee et al.，Optics Express 22(10)11778-11787(2014)参照)。この場合、ＶＣＳＥＬから出た光をプリズムレンズに整列させなければならず、再び、ここから出た光を光ファイバコアに正確に整列させなければならない。しかし、光ファイバのコアの直径が１０μｍ前後で小さいため、整列時に発生する機械的な誤差によって、不良が多数発生している。また、このような問題点を補完するために、活性整列(active alignment)方法を使用するが、これは、時間とコストがたくさんかかるだけではなく、まだ相当の不良率を示している。さらに、このような装置は、プリズム装置が必要不可欠であるため、サイズを縮小させるに制限がある。

【0005】

大韓民国登録特許第１０-１５５８３７３６号は、ナノワイヤを３次元的に所望の位置に直接成長させる光配線方法に関する。この場合は、各接点間にナノワイヤが直接連結されつつ、ナノワイヤが傾いて位置するため、光の損失が発生する問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ナノワイヤ(光ファイバ)を別の工程で製造した後、製造されたナノワイヤを光配線に利用する従来の場合は、プリズムのような調節装置が必要であるというなどの工程上及びコスト上の問題があった。このような問題を解決するために、本発明は、ナノワイヤを製造しながら離隔された接点を同時に連結する技術を提供することを目的とする。

【0007】

また、本発明は、接点及び/またはナノワイヤ及び/またはナノロッドの連結部の光損失を最小限に抑えることができるナノロッドとナノワイヤを含む光配線を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、光信号連結が必要な第１接点と第２接点を連結するための光配線であって、前記第１接点と第２接点の少なくとも一つに形成されたナノロッドと、前記第１接点または第１接点に形成されたナノロッドから延長され、第２接点または第２接点に形成されたナノロッドに向かって光信号を伝達するナノワイヤとを含む。

【0009】

好ましくは、前記ナノロッドは、円柱状を有する。

【0010】

好ましくは、前記ナノロッドは、前記ナノロッドの外周面が上方及び下方のいずれかに向かって狭まる円錐台状を有する。

【0011】

好ましくは、前記ナノロッドは、前記ナノロッドの外周面が上方に向かって狭まる円錐台状を有する。

【0012】

好ましくは、前記ナノロッドの外周面は、ナノロッドの高さ方向の軸に対して３５度未満(０を含まず)の角度を有する。

【0013】

好ましくは、前記ナノロッドの外周面は、ナノロッドの高さ方向の軸に対して１０度以下(０を含まず)の角度を有する。

【0014】

好ましくは、前記ナノワイヤの長さ方向の軸は、前記第１接点、第２接点またはナノロッドの表面に対して垂直である。

【0015】

好ましくは、前記ナノワイヤの長さ方向の軸と、ナノワイヤと接触する前記第１接点、第２接点またはナノロッドの表面に垂直な軸は、３５度未満(０を含まず)の角度を有する。

【0016】

好ましくは、前記ナノロッドは、ａ)ナノロッド物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、ｂ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を前記接点の表面に垂直な軸に同軸整列する段階と、ｃ)前記ナノロッド物質溶液のメニスカスを形成する段階と、ｄ)前記マイクロピペットを接点の表面に垂直な方向に持ち上げながらナノロッド物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノロッドを製造する段階とを含んで製造される。

【0017】

好ましくは、前記ナノワイヤは、ａ)ナノワイヤ物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、ｂ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を第１接点からまたは第１接点に形成されたナノロッドの長さ方向の軸に同軸整列する段階と、ｃ)前記ナノワイヤ物質溶液のメニスカスを形成する段階と、ｄ)前記マイクロピペットを持ち上げながらナノワイヤ物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノワイヤを製造する段階と、ｅ)前記マイクロピペットを第２接点または第２接点に配置されたナノロッドの上部に接触させる段階とを含んで製造される。

【0018】

また、本発明は、第１接点と第２接点をナノワイヤで３次元的に連結した光配線の製造方法に関し、ａ)ナノロッド物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、ｂ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を前記接点の表面に垂直な軸に同軸整列する段階と、ｃ)前記ナノロッド物質溶液のメニスカスを形成する段階と、ｄ)前記マイクロピペットを接点の表面に垂直な方向に持ち上げながらナノロッド物質溶液の溶媒を蒸発させて、ナノロッドを製造する段階と、ｅ)ナノワイヤ物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、ｆ)マイクロピペットの長さ方向の軸を第１接点からまたは第１接点に形成されたナノロッドの長さ方向の軸に同軸整列する段階と、ｇ)前記ナノワイヤ物質溶液のメニスカスを形成する段階と、ｈ)前記マイクロピペットを持ち上げながらナノワイヤ物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノワイヤを製造する段階と、ｉ)前記マイクロピペットを第１接点と離隔された第２接点または第２接点に配置されたナノロッドの上部に接触させる段階とを含む。

【0019】

好ましくは、前記ｄ)段階は、前記ナノロッドの外周面が上方及び下方のいずれかに向かって狭まる円錐台状を有するように、マイクロピペットの持ち上げ速度を調節するか、マイクロピペットに加わる圧力を調節することを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明による光配線は、接点、ナノロッド及び/またはナノワイヤの連結によって発生し得る光損失がないか、最小限に抑えることができる。

【0021】

本発明に係る光配線は、カップリング損失(coupling loss)の減少により、光信号特性が改善される。

【0022】

本発明による光配線は、従来技術に比べて簡単な方法で製造することができ、コスト及び工程的な側面で利点があって、また、小型化された製品にも好適に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明によって製造された光配線を示す模式図である。

【図2】本発明によって製造されたナノロッドの光学顕微鏡写真を示す。

【図3】本発明による実施例と比較例の光配線を示す光学顕微鏡写真である。

【図4】本発明による実施例と比較例の光の散乱を示す光学顕微鏡写真である。

【図5】本発明による実施例と比較例の光信号特性を比較したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明で使用されるすべての技術用語は、特に定義しない以上、下記の定義を有し、本発明の関連分野で通常の当業者が一般に理解するような意味に合致される。また、本明細書には、好ましい方法や試料が記載されるが、これと類似または同等のものも本発明の範疇に含まれる。

【0025】

本発明において、‘メニスカス(meniscus)’は、界面張力によって管中の液面がなす曲面を意味する。液体の性質によって、液面が凹面または凸面になる。

【0026】

本発明で使用される用語‘第１接点’は、光を放出する部分を意味し、例えば、ＬＥＤやＬＤのような光源であるか、導波管(waveguide)、光ファイバなどの、光を伝達することを含めて、光を放出する手段及び装置を含む。また、本発明で使用される用語‘第２接点’は、光配線を通過した光を受信する部分を意味し、光検出器(PD)のように直接的な光検出手段であるか、導波管、光ファイバなどの光を伝達することを含めて、光を受信する手段及び装置を含む。

【0027】

本発明は、光信号連結が必要な第１接点と第２接点を連結するための光配線に関し、ナノロッドとナノワイヤを含む。具体的に、本発明による光配線は、第１接点と第２接点の少なくとも一つに形成されたナノロッドと、第１接点または第１接点に形成されたナノロッドから延長され、第２接点または第２接点に形成されたナノロッドに向かって光信号を伝達するナノワイヤとを含む。

【0028】

本発明によるナノロッドは、第１接点及び第２接点の少なくとも一つに形成される。例えば、ナノロッドは、第１接点、第２接点、または第１接点と第２接点の両方に形成される。本発明により製造されたナノワイヤは、製造方法の特性上、第２接点部分に光損失が発生する可能性がさらに大きいため、この部分の光損失を低減するために、好ましくは、第２接点に形成されたナノロッドを含む。

【0029】

図１は、本発明により製造された光配線を示す模式図である。具体的には、図１の(ａ)は、第１接点１４と第２接点１５にそれぞれ形成されたナノロッド１１、１２と、前記ナノロッド１１、１２を相互連結するナノワイヤ１３を示し、図１の(ｂ)は、第１接点１４に形成されたナノロッド１１と、前記ナノロッド１１と第２接点１５を連結するナノワイヤ１３を示し(第２接点１５にはナノロッドが形成されず)、図１の(ｃ)は、第２接点１５に形成されたナノロッド１２と、第１接点１４とナノロッド１２を連結するナノワイヤ１３を示す(第１接点１４には、ナノロッドが形成されず)。

【0030】

一実施形態において、本発明によるナノロッドは円柱状である。

【0031】

他の一実施形態において、本発明によるナノロッドは、ナノロッドの外周面が上方または下方に向かって狭まる形状、即ち、円錐台(切頭円錐)状である。具体的に、ナノロッドの外周面は、ナノロッドの高さ方向の軸に対して－３５度超過乃至＋３５度未満の角度を有し、好ましくは－１０度以上乃至＋１０度以下の角度を有する。ここで、ナノロッドの高さ方向の軸は、ナノロッドの下部(接点と接する部分)に対して垂直な軸を意味し、図２では、これをz軸で示した。図３は、本発明により製造されたナノロッドの光学顕微鏡写真を示す。本発明で使用される用語‘ナノロッドの高さ方向の軸’は、ナノロッドが成長する方向、即ち、ナノロッドが形成される面に対して垂直な軸を意味する。

【0032】

例えば、接点１から接点２に光伝送が一方向に進行する場合は、接点２のナノロッドは、光を集束させるために、ナノロッドがその外周面の下方に向かって狭まる形状、逆円錐台状を有する。

【0033】

ただし、一般に光が放出されて受信される接点の大きさが光配線の大きさより大きくて、接点との接着性を考慮すると、ナノロッドは、その外周面が上方に向かって狭まる形状が最も好ましい。つまり、具体的には、ナノロッドの外周面は、ナノロッドの高さ方向の軸に対して３５度未満(０を含まず)の角度を有し、好ましくは、１０度以下(０を含まず)の角度を有する。

【0034】

また、前記ナノロッドの高さは、０．５μｍ以上、好ましくは０．５μｍ乃至１００μｍである。高さが０．５μｍ未満の場合は、ナノロッドの存在により得られる光損失の減少効果が得られず、１００μｍ超過の場合は、最終製品の形状、大きさなどに影響を与える可能性がある。ただし、ナノロッドの高さは、ナノロッド、ナノワイヤ、基板(チップ)などの大きさ、接点間の距離などを考慮して調節することができる。

【0035】

ナノロッドの下部直径は、０．５μｍ乃至５００μｍであればよい。ナノロッドの下部の直径は、光が放出される接点の大きさ、放出される光の量に応じて調節することができる。

【0036】

本発明によるナノロッドは、下記のような方法で製造することができ、以下で具体的に検討する：
ａ)ナノロッド物質溶液をマイクロピペットに満たす段階；
ｂ)前記マイクロピペットを第１または第２接点に整列する段階；
ｃ)前記ナノロッド物質溶液のメニスカスを形成する段階；及び
ｄ)前記マイクロピペットを接点の表面に垂直な方向に持ち上げながらナノロッド物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノロッドを製造する段階。

【0037】

まず、ナノロッド物質溶液をマイクロピペットに満たす段階である。ここで、ナノロッド物質溶液は、ナノロッドを形成する物質を含む溶液を意味する。ナノワイヤ物質溶液は、メニスカスを形成できるあらゆる物質を含み、ほとんどの有機物を含む。具体的には、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートを使用することができて、ＣＹＴＯＰ(amorphous fluoropolymer)などのペルフルオロ化合物(PFCs; Perfluorinated compounds)、ポリイミド、ＳＵ－８などのエポキシも使用することができる。また、有機導電性高分子(π-共役ポリマー)も使用することができ、これは、化学的ドーピングを通じて電気的、光学的特性を自由に調節できる特性がある。ナノロッド物質溶液の溶媒は、蒸発性のよい物質(揮発性物質)を使用することができ、当該技術分野で使用される全ての物質を含む。

【0038】

マイクロピペットは、ピペットプラーを使用して、所望の直径に製造することができる。

【0039】

次に、前記マイクロピペットを第１または第２接点に整列する段階である。好ましくは、マイクロピペットの長さ方向軸が第１接点又は第２接点の表面に垂直な軸に対して一直線上になるように同軸整列することが好ましい。整列は、二つの光学レンズを使用して、それぞれｘ軸とｙ軸を整列することが好ましい。一つの光学レンズだけを利用する時は、他の方向で発生する誤差により、同軸に合わせて整列することが難しく、マイクロピペットを用いて成長させるナノロッドも同軸に整列されて成長することができなくなり、連結部の光伝達損失が大きくなる。同軸整列のためには、ｘ軸とｙ軸の光学レンズが互いに垂直になるように位置させることが好ましい。

【0040】

次に、前記ナノロッド物質溶液のメニスカスを形成する段階である。ナノロッド物質溶液がメニスカスを形成するように、ナノロッド物質溶液の満たされたマイクロピペットを、光ファイバの一側端部と離隔させる。

【0041】

最後に、マイクロピペットを接点の表面に垂直な方向に持ち上げて伸ばし、ナノロッド物質溶液の溶媒を蒸発させて、ナノロッドを製造する段階である。

【0042】

マイクロピペットを、ナノロッド物質溶液のメニスカスを誘導できる程度の間隔を維持しながら持ち上げる場合、内部の液体が速やかに蒸発しつつ、溶解されている物質が凝固され、柱状を成すようになる。マイクロピペットは、光が放出される方向、すなわちナノロッドが接点と接する部分に対して垂直方向に持ち上げることが好ましい。

【0043】

一実施形態において、前記ナノロッドの外周面が上方または下方に向かって狭まる形状を有するように、マイクロピペットの持ち上げ速度を加速または減速しながら持ち上げることができる。持ち上げ速度(引き出し速度)は、ナノロッドの高さ方向の軸に対する角度、ナノロッドの高さなどを考慮して調節することができる。

【0044】

他の一実施形態において、ナノロッドの外周面が上方または下方に向かって狭まる形状を有するように、マイクロピペットに加わる圧力を調節することができる。マイクロピペットの内部に加わる圧力を増加させる場合、ナノロッド物質溶液の吐出量が増え、ナノロッドの直径が大きくなり、マイクロピペットの内部に加わる圧力を減少させる場合、ナノロッド物質溶液の吐出量が減り、ナノロッドの直径が小さくなる。

【0045】

また、本発明による光配線は、第１接点又は第１接点に形成されたナノロッドから伸び、第２接点または第２接点に形成されたナノロッドに向かって光信号を伝達するナノワイヤを含むことができる。

【0046】

本発明によるナノワイヤの長さ方向の軸は、前記第１接点、第２接点またはナノロッドの表面に対して垂直であるか、またはナノワイヤの長さ方向の軸とナノワイヤと接触する前記第１接点、第２接点またはナノロードの表面に垂直な軸は、３５度未満の角度を有することが好ましい。つまり、本発明によるナノワイヤと第１接点(または第１接点に形成されたナノロッド)及び第２接点(または第２接点に形成されたナノロッド)の接触部分は、第１接点の表面または第２接点の表面に対して垂直な軸に対して１乃至３５度の角度を有するように形成されることが好ましく、好ましくは０度、即ち、垂直であることが好ましい。 ０度に近いほど、光の散乱が発生せず、光配線に有利である。本発明で使用される用語‘ナノワイヤの長さ方向の軸’は、ナノワイヤの中心軸またはナノワイヤが成長する方向の中心軸を意味する。

【0047】

ナノワイヤの直径は、５００μｍ以下であり、好ましくは、ナノロッドの直径と同一であるか、小さい。

【0048】

具体的には、本発明によるナノワイヤは、下記のような方法で製造することができ、以下で具体的に検討する：
ａ)ナノワイヤ物質溶液をマイクロピペットに満たす段階；
ｂ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を第１接点または第１接点に配置されたナノロッドの上部の表面に垂直な軸に同軸整列する段階；
ｃ)前記ナノワイヤ物質溶液のメニスカスを形成する段階；
ｄ)前記マイクロピペットを持ち上げながらナノワイヤ物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノワイヤを製造する段階；
ｅ)前記マイクロピペットを第２接点または第２接点に配置されたナノロッドの上部に接触させる段階。

【0049】

まず、ナノワイヤ物質溶液をマイクロピペットに満たす段階である。

【0050】

ナノワイヤ物質溶液は、ナノワイヤを形成できる物質を含む溶液を意味する。ナノワイヤ物質溶液は、メニスカスを形成できるあらゆる物質を含み、ほとんどの有機物を含む。具体的には、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートを使用することができて、ＣＹＴＯＰ(amorphous fluoropolymer)などのペルフルオロ化合物(PFCs; Perfluorinated compounds)、ポリイミド、ＳＵ－８などのエポキシも使用することができる。また、有機導電性高分子(π-共役ポリマー)も使用することができ、これは、化学的ドーピングを通じて電気的、光学的特性を自由に調節できる特性がある。ナノワイヤ物質溶液の溶媒は、蒸発性のよい物質(揮発性物質)を使用することができ、当該技術分野で使用される全ての物質を含む。

【0051】

次に、前記マイクロピペットを第１接点又は第１接点に形成されたナノロッドの上部に同軸整列する段階である。好ましくは、第１接点にナノロッドが形成された場合、第１接点の表面と垂直な軸と第１接点上に形成されたナノロッドの高さ方向の軸の両方に同軸整列することが好ましい。同軸整列は、ナノロッドを製造する場合と同様に、二つの光学レンズを使用して、それぞれｘ軸とｙ軸を整列する。

【0052】

次に、前記ナノワイヤ物質溶液のメニスカスを形成する段階である。

【0053】

次いで、前記マイクロピペットを持ち上げながらナノワイヤ物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造する段階である。

【0054】

具体的に、マイクロピペットを、ナノワイヤ物質溶液のメニスカスを誘導できる程度の間隔を維持しながら持ち上げる場合、内部の液体が速やかに蒸発しながら、溶解されている物質が凝固されて柱状を成すようになる。持ち上げる方向は、離隔された第１及び第２接点間の距離、持ち上げる速度などを考慮して決定し、製造されるナノワイヤの特定部分の方向が急激に変わらないように調節しなければならず、特に、接点及び/またはナノロッドと連結される部分に光損失を最小化するように、持ち上げる方向を調節しなければならない。

【0055】

最後に、前記マイクロピペットを第２接点または第２接点に配置されたナノロッドの上部に接触させる段階である。

【0056】

ナノロッドとナノワイヤを構成する物質は、同一でも、相異なっていてもよく、好ましくは、同一である。

【0057】

ナノロッドとナノワイヤの製造方法は、メニスカスを用いたという点で原理が同一であり、特に言及されている部分を除いては、他の部分の製造方法に記載された内容を含む。また、本発明は、大韓民国登録特許第１０-１５５８３７３６号に記載の内容を含む。

【0058】

本発明の光配線は、光信号連結が必要な、離隔された接点を有する部分に適用することができる。

【0059】

ナノロッドを含まず、ナノワイヤで接点を連結する場合は、ナノワイヤが接点部の表面で垂直方向に形成されるのではなく、マイクロピペットの持ち上げ方向(即ち、他の接点方向)に角度を有して生成されるようになり、これにより、接点部(ナノワイヤと接点が連結される部分)に光カップリング損失が発生する。本発明による光配線は、接点部に直角方向にマイクロピペットを持ち上げながらナノロッドを製造する第１工程と、他の接点の方向にマイクロピペットを持ち上げてナノワイヤを製造する第２工程とに分離して製造することにより、連結部から発生する光の損失を最小化することができる。

【0060】

また、本発明は、第１接点と第２接点をナノワイヤで３次元的に連結した光配線の製造方法に関する。具体的に、ａ)ナノロッド物質溶液をマイクロピペットに満たす段階；ｂ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を前記接点の表面に垂直な軸に同軸整列する段階；ｃ)前記ナノロッド物質溶液のメニスカスを形成する段階；ｄ)前記マイクロピペットを接点の表面に垂直な方向に持ち上げナノロッド物質溶液の溶媒を蒸発させて、ナノロッドを製造する段階；ｅ)ナノワイヤ物質溶液をマイクロピペットに満たす段階；ｆ)マイクロピペットの長さ方向の軸を第１接点または第１接点に形成されたナノロッドの長さ方向の軸に同軸整列する段階；ｇ)前記ナノワイヤ物質溶液のメニスカスを形成する段階；ｈ)前記マイクロピペットを持ち上げながらナノワイヤ物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノワイヤを製造する段階；及びｉ)前記マイクロピペットを前記第１接点と離隔された第２接点または第２接点に配置されたナノロッドの上部に接触させる段階を含む。

【0061】

また、接点とナノロッド、接点とナノワイヤ、ナノロッドとナノワイヤの連結部に接着力を向上させるための追加処理を進行することができる。すなわち、前記光配線の製造方法のａ)段階またはｅ)段階以前に、連結される部位(接点またはナノロッド)に接着力を向上させるための追加処理を進行することができ、これは、当該技術分野で公知のあらゆる方法を使用することができる。

【実施例】

【0062】

以下、実施例を通じて本発明を詳細に説明する。しかし、これらの実施例は、例示的な目的であって、本発明がこれに限定されるものではない。

【0063】

実施例の製造
ポリスチレン粉末を０．５重量％の濃度でキシレン溶媒に溶解し、ナノロッド溶液を用意した。このナノロッド溶液をチップ径０．５μｍのマイクロピペットに満たした。マイクロピペットを、第１接点に接触させて、ナノロッド溶液のメニスカスをマイクロピペットの開口部の外側に生成した。持ち上げる速度を調節しながらナノロッドを成長させ、下部直径が約１０μｍ、上部直径が約８μｍ、高さが約６μｍであって、ナノロッドの高さ方向の軸と１０度の角度を有するナノロッドを形成した。第２接点にも同一な方法で同一なナノロッドを形成した。第１接点と第２接点は、約５００μｍ程度離隔されている。

【0064】

ポリスチレン粉末を０．５重量％の濃度でキシレン溶媒に溶解させてナノワイヤ溶液を用意した。このナノワイヤ溶液を同一なマイクロピペットに満たした後、第１接点に形成されたナノロッドの上部と接触させてメニスカスを生成した。マイクロピペットを持ち上げて溶媒を除去しながらナノワイヤを成長させた。製造されたナノワイヤは、直径が約８μｍである。マイクロピペットをチップの第２接点に形成されたナノロッドの上部に接触させて、ナノワイヤを用いた光配線を完成した。

【0065】

比較例の製造
ポリスチレン粉末を０．５重量％の濃度でキシレン溶媒に溶解し、ナノワイヤ溶液を用意した。このナノワイヤ溶液をチップ径０．５μｍのマイクロピペットに満たした。溶液の満たされたマイクロピペットを、チップの第１接点に接触させて、ポリスチレン溶液のメニスカスをマイクロピペットの開口部の外側に生成した。マイクロピペットを持ち上げて溶媒を除去しながらナノワイヤを成長させた。マイクロピペットをチップの第２接点に接触させて、ナノワイヤを用いた光配線を完成した。製造されたナノワイヤは、直径が約８μｍであり、第１接点と第２接点は、約５００μｍ程度離隔されている。

【0066】

実験例１：光配線の光学顕微鏡写真の比較
図３の(ａ)は、実施例の第２接点、ナノロッド及びナノワイヤの連結部分を示す光学顕微鏡写真であり、図３の(ｂ)は、比較例の第２接点とナノワイヤの連結部分を示す光学顕微鏡写真である。また、図４の(ａ)と(ｂ)は、それぞれ実施例と比較例の光配線に光を通過させる場合、連結部分における光の散乱を確認するための光学顕微鏡写真である。本発明による実施例のように、ナノロッドを形成した後、ナノワイヤを形成した場合は、チップの表面に対して垂直な軸に対して１０度の角度を有し(図３の(ａ))、光の散乱がほとんど起こらない(図４の(ａ))反面、比較例のようにナノロッドを形成しない場合は、チップの表面に対して垂直な軸に対して３５度の角度を有し、(図３の(ｂ))、光の散乱がたくさん起こること(図４の(ｂ))が分かる。

【0067】

実験例２：光配線の光信号特性の比較
図４は、本発明による実施例と比較例の光信号特性を比較したグラフである。比較例は、－２７ｄＢ内外の値を有する反面、実施例は、－２１ｄＢ内外の値を有し、６ｄＢの差が発生することが分かる。これは、光信号の強度が４倍程度の差を示すことが分かる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 光信号連結が必要な第１接点と第２接点を連結するための光配線であって、
前記第１接点と第２接点の少なくとも一つに形成されたナノロッドと、
前記第１接点または第１接点に形成されたナノロッドから延長され、第２接点または第２接点に形成されたナノロッドに向かって光信号を伝達するナノワイヤとを含む、光配線。
［２］ 前記ナノロッドは、円柱状を有することを特徴とする、［１］に記載の光配線。
［３］ 前記ナノロッドは、前記ナノロッドの外周面が上方及び下方のいずれかに向かって狭まる円錐台状を有することを特徴とする、［１］に記載の光配線。
［４］ 前記ナノロッドは、前記ナノロッドの外周面が上方に向かって狭まる円錐台状を有することを特徴とする、［３］に記載の光配線。
［５］ 前記ナノロッドの外周面は、ナノロッドの高さ方向の軸に対して３５度未満(０を含まず)の角度を有することを特徴とする、［３］に記載の光配線 。
［６］ 前記ナノロッドの外周面は、ナノロッドの高さ方向の軸に対して１０度以下(０を含まず)の角度を有することを特徴とする、［３］に記載の光配線 。
［７］ 前記ナノワイヤの長さ方向の軸は、前記第１接点、第２接点またはナノロッドの表面に対して垂直であることを特徴とする、［１］に記載の光配線 。
［８］ 前記ナノワイヤの長さ方向の軸と、ナノワイヤと接触する前記第１接点、第２接点またはナノロッドの表面に垂直な軸は、３５度未満(０を含まず)の角度を有することを特徴とする、［１］に記載の光配線 。
［９］ 前記ナノロッドは、
ａ)ナノロッド物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、
ｂ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を前記接点の表面に垂直な軸に同軸整列する段階と、
ｃ)前記ナノロッド物質溶液のメニスカスを形成する段階と、
ｄ)前記マイクロピペットを接点の表面に垂直な方向に持ち上げながらナノロッド物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノロッドを製造する段階とを含んで製造されることを特徴とする、［１］に記載の光配線 。
［１０］ 前記ナノワイヤは、
ａ)ナノワイヤ物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、
ｂ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を第１接点からまたは第１接点に形成されたナノロッドの長さ方向の軸に同軸整列する段階と、
ｃ)前記ナノワイヤ物質溶液のメニスカスを形成する段階と、
ｄ)前記マイクロピペットを持ち上げながらナノワイヤ物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノワイヤを製造する段階と、
ｅ)前記マイクロピペットを前記第１接点と離隔された第２接点または第２接点に配置されたナノロッドの上部に接触させる段階と
を含んで製造される、［１］に記載の光配線。
［１１］ 第１接点と第２接点をナノワイヤで３次元的に連結した光配線の製造方法であって、
ａ)ナノロッド物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、
ｂ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を前記接点の表面に垂直な軸に同軸整列する段階と、
ｃ)前記同軸整列された状態で、前記ナノロッド物質溶液のメニスカスを形成する段階と、
ｄ)前記マイクロピペットを接点の表面に垂直な方向に持ち上げながらナノロッド物質溶液の溶媒を蒸発させて、ナノロッドを製造する段階と、
ｅ)ナノワイヤ物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、
ｆ)前記マイクロピペットの長さ方向の軸を第１接点または第１接点に配置されたナノロッドの上部の表面に垂直な軸に同軸整列する段階と、
ｇ)前記ナノワイヤ物質溶液のメニスカスを形成する段階と、
ｈ)前記マイクロピペットを持ち上げながらナノワイヤ物質溶液の溶媒を蒸発させ、ナノワイヤを製造する段階と、
ｉ)前記マイクロピペットを前記第１接点と離隔された第２接点または第２接点に配置されたナノロッドの上部に接触させる段階とを含む、光配線の製造方法。
［１２］ 前記ｄ)段階は、前記ナノロッドの外周面が上方及び下方のいずれかに向かって狭まる円錐台状を有するように、マイクロピペットの持ち上げ速度を調節することを特徴とする、［１１］に記載の光配線の製造方法。
［１３］ 前記ｄ)段階は、前記ナノロッドの外周面が上方及び下方のいずれかに向かって狭まる円錐台状を有するように、マイクロピペットに加わる圧力を調節することを特徴とする、［１１］に記載の光配線の製造方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】