KR102005447B1 - Nanostructure and the device including the nanostructure - Google Patents
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Abstract
나노 구조체 및 이를 포함한 소자를 제공한다. 본 나노 구조체는 동일한 물질로 형성된 코어부 및 코어부의 표면 중 적어도 일부를 감싸는 껍질부를 포함하고, 껍질부는 서로 접하게 배치되며 서로 다른 종류의 물질로 형성된 제1 및 제2 물질층을 포함한다. A nanostructure and a device including the nanostructure are provided. The present nanostructure includes a core portion formed of the same material and a shell portion surrounding at least a portion of the surface of the core portion, and the shell portion includes first and second material layers disposed in contact with each other and formed of different kinds of materials.
Description
본 개시는 나노 구조체, 나노 구조체를 포함하는 소자 및 나노 구조체를 제조하는 방법에 관한 것이다. This disclosure relates to nanostructures, devices comprising nanostructures, and methods of making nanostructures.
벌크 상태의 실리콘 재료는 그 발광효율이 낮아서, 반도체 소자 분야에 이용되는데 한계가 있었다. 이러한 이유로 비실리콘 계열의 화합물 반도체 또는 산화물 반도체가 반도체 소자로 이용되고 있다. 하지만, 이러한 화합물 반도체 또는 산화물 반도체는 발광 효율은 높지만 실리콘 재료에 비해 많은 비용이 들며, 기판 상에 양질의 반도체 박막을 형성하기가 어렵고, 실리콘 칩 상에 집적화하기 어렵다.Silicon materials in a bulk state have a low luminous efficiency and thus have limitations in the field of semiconductor devices. For this reason, non-silicon compound semiconductors or oxide semiconductors are used as semiconductor devices. However, such compound semiconductors or oxide semiconductors have a high luminous efficiency, but are more expensive than silicon materials, and it is difficult to form a high-quality semiconductor thin film on a substrate and to integrate them on a silicon chip.
양자 우물(quantum well), 양자점(quantum dot), 나노와이어 등과 같은 나노구조를 갖는 반도체 물질을 이용하여 제작된 반도체 소자는 박막형 구조의 반도체 소자에 비해 효율이 높다. 따라서, 이러한 나노 구조를 적용한 반도체 소자에 대한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다. A semiconductor device fabricated using a semiconductor material having a nanostructure such as a quantum well, a quantum dot, or a nanowire is more efficient than a semiconductor device having a thin film structure. Therefore, studies on semiconductor devices using such nanostructures have been actively conducted recently.
본 발명의 실시예들은 에너지 장벽이 존재하는 나노 구조체 및 나노 구조체를 포함하는 소자를 제공한다. Embodiments of the present invention provide devices comprising nanostructures and nanostructures in which energy barriers exist.
본 발명의 일 유형에 따르는 나노 구조체는 동일한 물질로 형성된 코어부; 및 상기 코어부의 표면 중 적어도 일부를 감싸는 껍질부;를 포함하고, 상기 껍질부는 서로 접하게 배치되며 서로 다른 종류의 물질로 형성된 제1 및 제2 물질층을 포함한다.A nanostructure according to one type of the present invention includes a core portion formed of the same material; And a shell portion surrounding at least a portion of the surface of the core portion, wherein the shell portion comprises first and second material layers disposed adjacent to each other and formed of different kinds of materials.
그리고, 상기 코어부는 나노와이어, 나노막대 및 나노튜브 중에서 선택된 하나를 포함할 수 있다.And, the core portion may include one selected from a nanowire, a nanorod, and a nanotube.
또한, 상기 코어부는 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체, 산화물 반도체 및 질화물 반도체 중 어느 하나의 물질이거나, Ⅳ족과 Ⅴ족 원소 중 적어도 하나와 Ⅵ족 원소가 혼합된 물질일 수 있다.The core portion may be any one of a group IV semiconductor, a group III-V compound semiconductor, a group II-VI compound semiconductor, an oxide semiconductor and a nitride semiconductor, or may be a mixture of at least one of Group IV and Group V elements with a Group VI element Lt; / RTI >
그리고, 상기 제1 및 제2 물질층은 다이폴 형성이 가능한 물질일 수있다.The first and second material layers may be dipole-forming materials.
또한, 상기 제1 및 제2 물질층 각각은 무기 리간드이거나 유기 리간드일 수 있다.In addition, each of the first and second material layers may be an inorganic ligand or an organic ligand.
그리고, 상기 무기 리간드는, Sn2S6, Sn2Se6, In2Se4, In2Te3, Ga2Se3, CuInSe2, Cu7S4, Hg3Se4, Sb2Te3 또는 ZnTe의 하이드라진 수화물을 포함하는 금속 칼코게나이드 화합물일 수 있다.The inorganic ligand is at least one selected from the group consisting of Sn 2 S 6 , Sn 2 Se 6 , In 2 Se 4 , In 2 Te 3 , Ga 2 Se 3 , CuInSe 2 , Cu 7 S 4 , Hg 3 Se 4 , Sb 2 Te 3 Or a metal chalcogenide compound comprising a hydrazine hydrate of ZnTe.
또한, 상기 유기 리간드는, TOP(trioctylphosphine), TOPO(trioctylphosphine oxide), 올레산(oleic acid), 올레일아민(oleylamine), 옥틸아민(octylamine), 트리옥틸아민(trioctyl amine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥탄티올(octanethiol), 도데칸티올(dodecanethiol), 헥실포스폰산(HPA), 테트라데실포스폰산(TDPA) 및 옥틸포스핀산(OPA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The organic ligand may be at least one selected from the group consisting of trioctylphosphine (TOP), trioctylphosphine oxide (TOPO), oleic acid, oleylamine, octylamine, trioctylamine, hexadecylamine ), Octanethiol, dodecanethiol, hexylphosphonic acid (HPA), tetradecylphosphonic acid (TDPA), and octylphosphinic acid (OPA).
그리고, 상기 제1 및 제2 물질층 각각은 복수 개이고, 상기 제1 및 제2 물질층이 교번적으로 배치될 수 있다.And, each of the first and second material layers is plural, and the first and second material layers may be alternately arranged.
또한, 상기 껍질부는, 상기 제2 물질층과 접하며, 상기 제2 물질층과 다른 종류의 제3 물질층;을 더 포함할 수 있다.The shell may further include a third material layer in contact with the second material layer, the third material layer being different from the second material layer.
그리고, 상기 제2 물질층의 전도 대역은 상기 제1 물질층의 전도 대역보다 작고 제3 물질층의 전도 대역보다 클 수 있다. The conduction band of the second material layer may be smaller than the conduction band of the first material layer and larger than the conduction band of the third material layer.
한편, 본 발명의 일 유형에 따르는 광학 소자는, 이격되어 배치된 제1 및 제2 전극; 및 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나와 연결되고, 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 껍질부를 포함하는 나노 구조체;를 포함하며, 상기 껍질부는 서로 접하게 배치되며 서로 다른 종류의 물질로 형성된 제1 및 제2 물질층을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an optical element comprising: first and second electrodes spaced apart; And a nano structure connected to at least one of the first and second electrodes and including a core portion and a shell portion surrounding the core portion, wherein the shell portions are disposed in contact with each other, And a second material layer.
그리고, 상기 제1 물질층은 상기 제1 전극과 연결되고, 상기 제2 물질층은 상기 제2 전극과 연결될 수 있다.The first material layer may be connected to the first electrode, and the second material layer may be connected to the second electrode.
한편, 본 발명의 일 유형에 따르는 열전 소자는, 이격되어 배치된 제1 및 제2 전극; 및 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나와 연결되고, 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 껍질부를 포함하는 나노 구조체;를 포함하며, 상기 껍질부는 서로 접하게 배치되며 서로 다른 종류의 물질로 형성된 제1 및 제2 물질층을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a thermoelectric device comprising: first and second electrodes spaced apart; And a nano structure connected to at least one of the first and second electrodes and including a core portion and a shell portion surrounding the core portion, wherein the shell portions are disposed in contact with each other, And a second material layer.
그리고, 상기 제1 및 제2 물질층 각각은 복수 개이고, 상기 제1 및 제2 물질층이 교번적으로 배치될 수 있다.And, each of the first and second material layers is plural, and the first and second material layers may be alternately arranged.
또한, 상기 복수 개의 제1 물질층 중 상기 나노 구조체의 일측부에 배치된 제1 물질층은 상기 제1 전극과 연결되고, 상기 복수 개의 제2 물질층 중 상기 나노 구조체의 타측부에 배치된 제2 물질층은 상기 제2 전극과 연결될 수 있다. The first material layer disposed on one side of the nanostructure of the plurality of first material layers is connected to the first electrode, and the first material layer disposed on the other side of the nanostructure of the plurality of second material layers 2 material layer may be connected to the second electrode.
한편, 본 발명의 일 유형에 따르는 반도체 회로는, 상호 이격되게 배치된 제1 내지 제3 전극; 및 상기 제1 내지 제3 전극 모두에 접하고, 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 껍질부를 포함하는 나노 구조체;를 포함하며, 상기 껍질부는 서로 다른 종류의 물질로 형성된 3 개의 제1 물질층과 2개의 제2 물질층을 포함하고, 상기 제1 물질층과 상기 제2 물질층은 접하게 배치된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a semiconductor circuit comprising first to third electrodes spaced apart from each other; And a nano structure contacting both the first to third electrodes and including a core portion and a shell portion surrounding the core portion, wherein the shell portion includes three first material layers formed of different kinds of materials, and two And a second material layer, wherein the first material layer and the second material layer are disposed in close contact with each other.
그리고, 상기 3개의 제1 물질층은 상기 제1 내지 제3 전극에 하나씩 접할 수 있다. The three first material layers may be in contact with the first through third electrodes one by one.
본 개시의 나노 구조체는 서로 다른 물질이 접하면서 코어부를 감싸기 때문에 에너지 장벽이 존재한다. 상기한 에너지 장벽은 전하를 일 방향으로 이동하도록 유도할 뿐만 아니라, 에너지 레벨이 낮은 전하의 이동을 제한함으로써 특정 전하만이 이동하도록 한다. The nanostructure of the present disclosure has energy barriers because different materials touch and cover the core. The energy barrier not only induces the charge to move in one direction but also restricts the movement of the charge with a low energy level so that only a specific charge moves.
또한, 에너지 장벽이 있는 나노 구조체를 적용한 소자는 동작 효율을 향상된다. In addition, a device using a nanostructure having an energy barrier improves the operation efficiency.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조체의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.
도 1b는 도 1의 제1 및 제2 물질층의 에너지 레벨을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 구조체의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 제1 내지 제3 물질층의 에너지 레벨을 도시한 도면이다.
도 3a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노 구조체의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.
도 3b는 도 3a의 제1 및 제2 물질층의 에너지 레벨을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1a의 나노 구조체를 포함하는 광학 소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 3a의 나노 구조체를 포함하는 열전 소자의 개략적인 단면도이다.
도 6은 나노 구조체를 포함하는 반도체 회로의 개략적인 단면도이다.FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a nanostructure according to an embodiment of the present invention. FIG.
1B is a diagram showing the energy levels of the first and second material layers of FIG.
2A is a schematic cross-sectional view of a nanostructure according to another embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a diagram showing energy levels of the first to third material layers shown in FIG. 2A.
3A is a schematic cross-sectional view of a nanostructure according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3B is a diagram showing the energy levels of the first and second material layers of FIG. 3A.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an optical element including the nanostructure of FIG. 1A.
5 is a schematic cross-sectional view of a thermoelectric device including the nanostructure of FIG. 3A.
6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor circuit including a nanostructure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size and thickness of each element may be exaggerated for clarity of explanation.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 나노 구조체, 이를 포함하는 소자 및 이의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, the disclosed nanostructure, an element including the nanostructure, and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조체(100)의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다. 그리고, 도 1b는 도 1의 제1 및 제2 물질층(122, 124)의 에너지 레벨을 도시한 도면이다. 도 1a을 참조하면, 개시된 나노 구조체(100)는 동일한 물질로 형성된 코어부(110) 및 서로 접하게 배치된 제1 및 제2 물질층(122, 124)이 코어부(110)의 적어도 일부 표면을 감싸는 껍질부(120)를 포함한다. 1A is a schematic cross-sectional view of a
코어부(110)는 나노와이어(nanowire), 나노막대(nanorod) 또는 나노튜브(nanotube)일 수 있으며, 도 1에는 코어부(110)가 나노와이어 또는 나노막대인 경우가 도시되어 있다. 여기에서, 나노와이어와 나노막대는 서로 다른 종횡비(aspect ratio)를 가지며, 나노와이어의 종횡비가 나노막대의 종횡비보다 크다. 코어부(110)의 지름은 수 ㎚에서 수 ㎛ 사이일 수 있다. 코어부(110)는 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체, 산화물 반도체 및 질화물 반도체 중에서 어느 하나를 포함하거나 Ⅳ족과 Ⅴ족 원소 중 적어도 하나와 Ⅵ족 원소를 포함할 수 있다.The
여기에서, 상기 Ⅳ족 반도체는 예를 들어, Si, Ge, SiGe 또는 SiC 등을 포함할 수 있으며, 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체는 GaAs, AlGaAs, InP 또는 GaN 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 Ⅱ-Ⅵ족 반도체는 예를 들어, CdS, CdSe, ZnS 또는 ZnSe 등을 포함할 수 있으며, 산화물 반도체는 Zn 산화물 또는 Ti 산화물 등을 포함할 수 있다. 그 밖에, 코어부(110)는 BiTe, BiSe, PbTe, PbTeSn 등과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 코어부(110)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 도전성 불순물, 예를 들어, B, P, As 등의 불순물이 도핑될 수 있다. 상기 불순물 도핑에 의해서 코어부(110)의 전기 전도도가 향상될 수 있다.Here, the Group IV semiconductor may include, for example, Si, Ge, SiGe, or SiC, and the Group III-V semiconductor may include GaAs, AlGaAs, InP, or GaN. The II-VI semiconductor may include, for example, CdS, CdSe, ZnS, or ZnSe, and the oxide semiconductor may include Zn oxide, Ti oxide, or the like. In addition, the
껍질부(120)는 서로 다른 제1 및 제2 물질층(122, 124)을 포함한다. 제1 및 제2 물질층(122, 124)은 접하게 배치되어 있으며 코어부(110)의 일부 표면을 감싼다. 제1 및 제2 물질층(122, 124)은 코어부(110) 전체를 감쌀 수도 있지만 일부 영역을 감쌀 수도 있다. 도 1에서는 코어부(110)의 전체를 감싸는 상태가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 물질층은 코어부(110)의 일단부를 포함하는 일부 영역을 감싸고, 제2 물질층은 코어부(110)의 타측은을 포함하는 일부 영역을 감쌀 수 있다. The
제1 및 제2 물질층(122, 124)은 서로 다른 종류의 물질일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 물질층(122, 124) 각각은 다이폴 형성이 가능한 물질, 유기 리간드 또는 무기 리간드일 수도 있다. 제1 물질층은 유기 리간드이면, 제2 물질층은 무기 리간드일 수 있다. 여기서 유기 리간드는 TOP(trioctylphosphine), TOPO(trioctylphosphine oxide), 올레산(oleic acid), 올레일아민(oleylamine), 옥틸아민(octylamine), 트리옥틸아민(trioctyl amine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥탄티올(octanethiol), 도데칸티올(dodecanethiol), 헥실포스폰산(HPA) 및 테트라데실포스폰산(TDPA), 옥틸포스핀산(OPA) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 무기 리간드는 Sn2S6, Sn2Se6, In2Se4, In2Te3, Ga2Se3, CuInSe2, Cu7S4, Hg3Se4, Sb2Te3 또는 ZnTe의 하이드라진 수화물을 포함하는 금속 칼코게나이드 화합물일 수 있다. 그리고, 하이드라진 수화물은 모노수화물(monohydrate), 이수화물(dihydrate), 삼수화물(trihydrate), 사수화물(tetrahydrate), 오수화물(pentahydrate) 및 육수화물(hexahydrate) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The first and second material layers 122 and 124 can be different kinds of materials. For example, each of the first and second material layers 122, 124 may be a dipole-forming material, an organic ligand, or an inorganic ligand. If the first material layer is an organic ligand, then the second material layer may be an inorganic ligand. Wherein the organic ligand is selected from the group consisting of trioctylphosphine (TOP), trioctylphosphine oxide (TOPO), oleic acid, oleylamine, octylamine, trioctylamine, hexadecylamine, And may include at least one of octanethiol, dodecanethiol, hexylphosphonic acid (HPA) and tetradecylphosphonic acid (TDPA), octylphosphinic acid (OPA). The inorganic ligand may be hydrazine hydrate of Sn 2 S 6 , Sn 2 Se 6 , In 2 Se 4 , In 2 Te 3 , Ga 2 Se 3 , CuInSe 2 , Cu 7 S 4 , Hg 3 Se 4 , Sb 2 Te 3 or ZnTe ≪ / RTI > may be a metal chalcogenide compound. The hydrazine hydrate may also include one or more of monohydrate, dihydrate, trihydrate, tetrahydrate, pentahydrate, and hexahydrate.
한편, 물질은 물질의 특성에 따라 고유의 가전자 대역(valence band: VB)과 고유의 전도 대역(conduction band: CB)을 갖는다. 그리고 고유의 가전자 대역과 고유의 전도 대역의 에너지 차이로 인해 고유의 에너지 갭을 갖는다. 물질의 종류가 다르면 가전자 대역, 전도 대역 및 에너지 갭은 상이하다. 그리하여, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 물질층(122, 124)은 에너지 오프셋이 발생하고, 제1 및 제2 물질층(122, 124)이 접한 경계면(130)에는 에너지 오프셋으로 인해 에너지 장벽(energy barrier)이 형성된다. 상기한 에너지 장벽은 제1 물질층에 있는 전하와 제2 물질층에 있는 전하를 구분시키고, 제1 물질층에 있는 전자와 제2 물질층에 있는 전자를 일정 방향으로 이동시키는 효과가 있다. 또한, 코어부(110)는 동일 물질의 나노와이어(nanowire), 나노막대(nanorod) 또는 나노튜브(nanotube)이기 때문에 코어부(110)의 경계면(130)에는 에너지 장벽이 없다. 그리하여, 코어부(110)내의 전자는 자유롭게 제1 물질층 또는 제2 물질층으로 이동이 가능하다.On the other hand, the material has a unique valence band (VB) and a unique conduction band (CB) depending on the characteristics of the material. And has a unique energy gap due to the energy difference between the inherent valence band and the inherent conduction band. Different types of materials have different valence band, conduction band and energy gap. 1B, an energy offset occurs in the first and second material layers 122 and 124, and an energy offset is generated in the
도 1a에서는 서로 다른 두 종류의 물질층이 코어부(110)의 표면에 배치된 나노 구조체(100)에 대해 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 나노 구조체는 3개 이상의 서로 다른 물질층을 포함할 수도 있다. In FIG. 1A, a
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 구조체(200)의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다. 그리고, 도 2b는 도 2a에 도시된 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226)의 에너지 레벨을 도시한 도면이다. 도 2a을 참조하면, 나노 구조체(200)는 동일한 물질로 형성된 코어부(210) 및 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226)이 순차적으로 접하게 배치되면서 코어부(210)의 적어도 일부 표면을 감싸는 껍질부(220)를 포함한다. 2A is a schematic cross-sectional view of a
코어부(210)는 나노와이어(nanowire), 나노막대(nanorod) 또는 나노튜브(nanotube)일 수 있으며, 앞서 설명한 코어부(110)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 껍질부(220)는 서로 다른 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226)을 포함하며, 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226) 각각을 형상하는 물질의 종류도 앞서 설명한 물질과 동일할 수 있다. 다만, 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226)은 서로 다른 성질을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 또는 제1 물질층(222)과 제3 물질층(226)이 유기 리간드인 경우, 제2 물질층(224)은 무기 리간드일 수 있으며, 그 반대일 수도 있다.The
제1 물질층(222)은 제2 물질층(224)과 접하게 배치되고, 제2 물질층(224)은 제3 물질층(226)과 접하게 배치되면서 코어부(210)의 표면을 감싼다. 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226)은 코어부(210) 전체를 감쌀 수도 있고, 일부 표면을 감쌀 수도 있다. 도 2a에서는 코어부(210)의 전체를 감싸는 상태가 도시되어 있다. 예를 들어, 제1 물질층(222)은 코어부(210)의 일단부를 포함한 코어부(210)의 일부 표면을 감싸고, 제2 물질층(224)은 제1 물질층(222)과 접하면서 코어부(210)의 가운데 표면을 감싸며, 제3 물질층(226)은 제2 물질층(224)과 접하면서 코어부(210)의 타측은을 포함한 코어부(210)의 나머지 표면을 감싼다. The
한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 에너지 레벨은 제1 물질층(222)에서 제3 물질층(226)으로 갈수록 순차적으로 작아지도록 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226)이 선택될 수 있다. 그리하여, 제1 물질층(222)과 제2 물질층(224)의 경계면(130)에 제1 에너지 장벽이 생기고, 제2 물질층(224)과 제3 물질층(226)의 경계면(130)에 제2 에너지 장벽이 생긴다. 제1 에너지 장벽의 에너지 레벨은 제2 에너지 장벽의 에너지 레벨보다 크기 때문에 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226)에 있는 전자는 쉽게 제3 물질층(226)으로 쉽게 이동할 수 있으나, 제1 물질층(222)으로의 이동은 차단된다. 그리하여 전자의 이동방향을 한쪽방향으로 지향시킬 수 있다. As shown in FIG. 2B, the first to third material layers 222, 224, and 226 are selected so that the energy level gradually decreases from the
도 2a 및 도 2b에서는 제1 물질층(222)에서 제3 물질층(226)으로 갈수록 에너지 레벨이 순차적으로 작아지도록 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226)이 선택된다고 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 제2 물질층(224)의 전도 대역이 가장 낮도록 제1 내지 제3 물질층(222, 224, 226)을 선택할 수도 있다. In FIGS. 2A and 2B, the first to third material layers 222, 224, and 226 are selected so that the energy level gradually decreases from the
한편, 나노 구조체는 교번적으로 복수 회 배치되는 2종류의 물질층을 포함할 수도 있다. 도 3a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노 구조체(300)의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다. 그리고, 도 3b는 도 3a의 제1 및 제2 물질층(322, 224)의 에너지 레벨을 도시한 도면이다. On the other hand, the nanostructure may include two kinds of material layers alternately arranged a plurality of times. 3A is a schematic cross-sectional view of a
도 3a에 도시된 코어부(310) 및 껍질부(320)의 물질은 앞서 설명한 코어부(310) 및 껍질부(320)와 동일한 물질로 형성될 수 있기 때문에 구체적인 설명은 생략한다. 그리고, 도 3a에 도시된 껍질부(320)는 교번적으로 복수 회 배치되는 제1 및 제2 물질층(322, 324)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 물질층(322, 324)은 접하게 배치된다. The material of the
한편, 제1 및 제2 물질층(322, 324)은 교번적으로 복수 회 배치되기 때문에, 도 3b에 도시된 바와 같이, 나노 구조체(300)에는 동일한 에너지 레벨을 갖는 에너지 장벽이 복수 개 존재한다. 전자의 유효 매질이 정공(hole)의 유효 매질보다 작고, 또 전자의 이동도가 정공의 이동도보다 크다. 그리하여 전자와 정공의 에너지 장벽의 크기가 동일하다면 전자가 에너지 장벽을 통과하여 이동할 확률이 크고 정공은 분산되는 분율이 크다. 그리하여, 도 3a의 나노 구조체(300)는 전자의 이동을 용이하게 하고 전하만의 이동을 저하시키는 효과가 있다. 이것은 열전 나노와이어로서 응용될 수 있다. On the other hand, since the first and second material layers 322 and 324 are alternately arranged a plurality of times, as shown in FIG. 3B, there are a plurality of energy barriers having the same energy level in the
앞서 설명한 껍질부(320)내에 배치된 물질층의 구성은 일 실시예에 불과하며, 서로 다른 종류의 물질층이 접하게 배치되면서 다양한 구성을 형성할 수 있음은 물론이다. 앞서 설명한 바와 같이, 나노 구조체(300)는 코어부(310)를 감싸는 껍질부(320)가 서로 다른 물질로 형성된 2종 이상의 물질층을 포함한다. 그리하여 물질층들간의 경계면(330)에는 에너지 장벽이 형성된다. 그리고, 상기한 에너지 장벽은 전하가 일방향으로 이동하도록 유도하거나, 에너지 레벨을 높은 전하만이 이동하도록 하여 다양한 소자에 적용하면 소자의 동작 효율을 증가시킬 수 있다. The structure of the material layer disposed in the
도 4는 도 1a의 나노 구조체(10)를 포함하는 광학 소자(10)의 개략적인 단면도이다. 도 4를 참조하면, 도 1의 나노 구조체(100)를 포함하는 광학 소자는 제1전극(500), 제2전극(550) 및 제1 및 제2전극(500, 550) 사이에 마련된 적어도 하나의 나노 구조체(100)를 포함할 수 있다. 여기에서, 개시된 광학 소자(10)는 발광 소자일 수 있다. 제1 및 제2전극(500, 550)에는 전원이 연결되어, 전압 또는 전류가 광학 소자(10)에 인가될 수 있다.FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an
적어도 하나의 나노 구조체(100)는 제1 및 제2전극(500, 550)사이에 마련될 수 있다. 나노 구조체(100)의 일측은 제1 전극(500)과 연결되고, 타측은 제2 전극(550)과 연결된다. 나노 구조체(100)가 복수 개인 경우, 복수 개의 나노 구조체(100)는 서로 이격되어 나란하게 배열될 수 있다. 나노 구조체(100)는 코어부(110)와 코어부(110)를 둘러싸고 있는 껍질부를 포함하며, 껍질부(120)는 서로 다른 종류의 제1 및 제2 물질층(122, 124)이 접하게 배치되어 있다. 예를 들어, 제1 물질층(122)은 p타입의 기능을 수행할 수 있는 물질로 형성될 수 있고, 제2 물질층(124)이 n타입의 기능을 수행할 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 또는 그 반대일 수도 있다. 나노 구조체(100)는 n타입 및 p 타입의 기능을 수행할 수 있는 서로 다른 물질층들을 포함하기 때문에, 본 광학 소자는 별도의 반도체층이 필요하지 않는다. At least one
개시된 광학 소자(10)는 제1 및 제2전극(500, 550)에 전류가 인가되면, 나노 구조체(100)를 통해서 전자와 정공이 이동하여 나노 구조체(100)내 제1 및 제2 물질층(122, 124)의 경계면에서 광이 방출될 수 있다. 개시된 광학 소자(200)는 제1 및 제2 물질층(122, 124)의 종류에 따라 방출되는 광의 세기와 파장을 제어할 수 있다. 한편, 개시된 광학 소자(10)는 도 1a에 도시된 나노 구조체(100) 대신에 도 2a에 도시된 나노 구조체(200)를 포함할 수 있다. 그러면, 다양한 파장의 광이 방출될 수 있다. 도 4의 구조는 발전 소자에도 동일하게 적용될 수 있다. 다만 동작면에서 상이하다.When the current is applied to the first and
도 5는 도 3a의 나노 구조체(300)를 포함하는 열전 소자(20)의 개략적인 단면도이다. 도 5를 참조하면, 개시된 열전 소자(20)는 이격되어 배치된 제1 및 제2 전극(400, 500), 그리고, 제1 및 제2전극(600, 650) 사이에 마련된 적어도 하나의 나노 구조체(300)를 포함할 수 있다. 여기에서, 개시된 열전 소자(20)는 열전 냉각 소자일 수 있다. 제1 및 제2전극(600, 650)에는 전원이 연결되어, 전압 또는 전류가 열전 소자(20)에 인가될 수 있다.5 is a schematic cross-sectional view of a
적어도 하나의 나노 구조체(300)는 제1 및 제2 전극(600, 650) 사이에 마련될 수 있다. 복수 개의 나노 구조체(300)를 구비하는 경우, 이들은 서로 이격되어 나란하게 배열될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 나노 구조체(300)는 코어부(310)와 코어부(310)를 둘러싸고 있는 껍질부(320)를 포함하며, 껍질부(320)는 동일한 에너지 레벨을 갖는 복수 개의 에너지 장벽이 형성되도록 교번적으로 복수 회 배치되는 제1 및 제2 물질층(322, 324)을 포함할 수 있다. 나노 구조체(300)에서, 껍질부(320)의 전기 전도도가 코어부(310)의 전기 전도도보다 높은 경우, 전자는 주로 껍질부(320)를 통해서 흐를 수 있다. At least one
개시된 열전 소자(20)에 전류가 인가되면, 동일한 에너지 레벨을 갖는 복수 개의 에너지 장벽이 제1 및 제2 물질층(322, 324)의 경계면이 형성되기 때문에 에너지 레벨이 높은 전자는 이동하지만, 에너지 레벨이 낮은 전하는 이동하지 않는다. 그리고, 펠티에 효과(Peltier effect)에 의해 열전 소자는 나노 구조체(300)의 일단부 주위의 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 나노 구조체(300)의 일단부 주변(L1)은 냉각될 수 있다. 또한, 열전 소자는 나노 구조체(300)의 타측은 주위에 열을 방출하여, 나노 구조체(300)의 타측은 주변(H1)은 가열될 수 있다.When a current is applied to the disclosed
도 6은 나노 구조체(400)를 포함하는 반도체 회로(30)의 개략적인 단면도이다. 도 6을 참조하면, 개시된 반도체 회로(30)는 소스 전극(S), 게이트 전극(G) 및 드레인 전극(D)이 순차적으로 나란하게 이격되어 배치된다. 그리고, 적어도 하나의 나노 구조체(400)가 소스 전극(S), 게이트 전극(G) 및 드레인 전극(D)에 접하도록 배치된다. 나노 구조체(400)가 복수 개인 경우, 복수 개의 나노 구조체(400)는 나란하게 이격되어 배치될 수 있다. 6 is a schematic cross-sectional view of the
한편, 나노 구조체(400)는 코어부와 코어부를 둘러싸고 있는 껍질부(420)를 포함하며, 껍질부(120)는 서로 다른 제1 및 제2 물질층(422, 424)이 접하면서 복수 회 교번적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체(400) 중 코어부의 양단에는 제1 물질층(422)이 두 개 배치되고, 제1 물질층(422)과 접하면서 소스 전극(S), 게이트 전극(G) 및 드레인 전극(D)과 접하는 영역에는 제2 물질층(424)이 3개 배치될 수 있다. 그리고, 3개의 제2 물질층(424) 사이에는 두 개의 제1 물질층(422)이 배치될 수 있다. 제1 물질층(422)은 채널 역할을 할 수 있다. 그리하여, 제1 물질층(422)은 유기 리간드로 형성될 수 있으며, 제2 물질층은 무기 리간드로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 물질층(422, 424)에 형성된 물질의 종류로 게이팅(gating) 값의 조절이 가능하다. The
앞서 설명한 나노 구조체는 코어부(110, 210, 310, 410)를 형성한 다음 코어부(110, 210, 310, 410)의 표면에 물질층들을 패턴닝함으로써 제조할 수 있다. 코어부(110, 210, 310, 410)는 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저, 기판상에 촉매층을 형성할 수 있다. 촉매층은 코어부(110, 210, 310, 410)의 성장을 촉진시키기 위한 것으로서, 예를 들어, Au, Ni, Fe, Ag, Al, Ti, Pd 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 금속층일 수 있다. 그리고, 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), VLS(vapor-liquid-solid)법 또는 SLS(solid-liquid-solid)법 등을 이용하여 촉매층으로부터 코어부(110, 210, 310, 410)를 성장시킬 수 있다. 한편, 코어부(110, 210, 310, 410)는 무촉매 성장법으로도 형성될 수 있다. 여기에서, 코어부(110, 210, 310, 410)는 나노와이어, 나노막대 또는 나노튜브일 수 있다.The nanostructure described above can be fabricated by forming the
그리고 나서 코어부(110, 210, 310, 410)의 표면에 복수 개의 물질층()이 접하도록 패터닝하여 껍질부(120, 220, 320, 420)를 형성한다. 물질층을 패터닝할 때 감광 물질을 이용할 수 있다. 또는 물질층이 리간드로 형성되는 경우, 코어부의 표면에 유기 리간드를 증착한 후 유기 리간드의 일부를 무기 리간드로 교환함으로써 서로 다른 복수 개의 물질층을 형성할 수도 있다. Then, the
이러한 본 발명인 나노 구조체 및 이를 포함하는 소자는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.The nanostructure and the device including the nanostructure according to the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for the sake of understanding. However, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent It will be appreciated that other embodiments are possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.
10 : 광학 소자 20 : 열전 소자
30 : 반도체 회로 100, 200, 300, 400 : 나노 구조체
110 : 코어부 120 : 껍질부
122, 222, 322, 422: 제1 물질층
124, 224, 324, 424 : 제2 물질층
500 : 제1 전극 600 : 제2 전극10: optical element 20: thermoelectric element
30:
110: core part 120: shell part
122, 222, 322, 422: a first material layer
124, 224, 324, 424: a second material layer
500: first electrode 600: second electrode
Claims (17)
상기 코어부의 표면 중 적어도 일부를 감싸는 껍질부;를 포함하고,
상기 껍질부는 서로 접하게 배치되며 서로 다른 종류의 물질로 형성된 제1 및 제2 물질층을 포함하고,
상기 제1 및 제2 물질층의 내부 표면 각각은 상기 코어부의 표면과 접하고, 상기 제1 물질층의 측면은 상기 제2 물질층의 측면과 접하며,
상기 제1 및 제2 물질층은 다이폴 형성이 가능하도록 무기 리간드 또는 유기 리간드인 나노 구조체. A core portion formed of the same material; And
And a shell portion surrounding at least a part of the surface of the core portion,
The shells comprising first and second material layers disposed adjacent to each other and formed of different kinds of materials,
Each of the inner surfaces of the first and second material layers being in contact with a surface of the core portion, the side surfaces of the first material layer being in contact with the side surfaces of the second material layer,
Wherein the first and second material layers are inorganic ligands or organic ligands to enable dipole formation.
상기 코어부는 나노와이어, 나노막대 및 나노튜브 중에서 선택된 하나를 포함하는 나노 구조체. The method according to claim 1,
Wherein the core portion comprises one selected from the group consisting of nanowires, nanorods, and nanotubes.
상기 코어부는 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체, 산화물 반도체 및 질화물 반도체 중 어느 하나의 물질이거나, Ⅳ족과 Ⅴ족 원소 중 적어도 하나와 Ⅵ족 원소가 혼합된 물질인 나노 구조체. The method according to claim 1,
The core portion may be a material selected from the group consisting of a Group IV semiconductor, a Group III-V compound semiconductor, a Group II-VI compound semiconductor, an oxide semiconductor and a nitride semiconductor, or a mixture of at least one of Group IV and Group V elements with a Group VI element / RTI >
상기 무기 리간드는,
Sn2S6, Sn2Se6, In2Se4, In2Te3, Ga2Se3, CuInSe2, Cu7S4, Hg3Se4, Sb2Te3 또는 ZnTe의 하이드라진 수화물을 포함하는 금속 칼코게나이드 화합물인 나노 구조체. The method according to claim 1,
The inorganic ligand may be,
A hydrazine hydrate of Sn 2 S 6 , Sn 2 Se 6 , In 2 Se 4 , In 2 Te 3 , Ga 2 Se 3 , CuInSe 2 , Cu 7 S 4 , Hg 3 Se 4 , Sb 2 Te 3 or ZnTe A nanocomposite that is a metal chalcogenide compound.
상기 유기 리간드는,
TOP(trioctylphosphine), TOPO(trioctylphosphine oxide), 올레산(oleic acid), 올레일아민(oleylamine), 옥틸아민(octylamine), 트리옥틸아민(trioctyl amine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥탄티올(octanethiol), 도데칸티올(dodecanethiol), 헥실포스폰산(HPA), 테트라데실포스폰산(TDPA) 및 옥틸포스핀산(OPA) 중 적어도 하나를 포함하는 나노 구조체.The method according to claim 1,
The organic ligand may be,
Trioctylphosphine oxide, TOPO (trioctylphosphine oxide), oleic acid, oleylamine, octylamine, trioctylamine, hexadecylamine, octanethiol, , At least one of dodecanethiol, hexylphosphonic acid (HPA), tetradecylphosphonic acid (TDPA), and octylphosphinic acid (OPA).
상기 제1 및 제2 물질층 각각은 복수 개이고, 상기 제1 및 제2 물질층이 교번적으로 배치된 나노 구조체. The method according to claim 1,
Wherein each of the first and second material layers is plural, and the first and second material layers are alternately arranged.
상기 껍질부는,
상기 제2 물질층과 접하며, 상기 제2 물질층과 다른 종류의 제3 물질층;을 더 포함하는 나노 구조체. The method according to claim 1,
The shell portion
And a third material layer in contact with the second material layer, the third material layer being of a different kind than the second material layer.
상기 제2 물질층의 전도 대역은 상기 제1 물질층의 전도 대역보다 작고 제3 물질층의 전도 대역보다 큰 나노 구조체. 10. The method of claim 9,
Wherein the conduction band of the second material layer is smaller than the conduction band of the first material layer and greater than the conduction band of the third material layer.
상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나와 연결되고, 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 껍질부를 포함하는 나노 구조체;를 포함하며,
상기 껍질부는 서로 접하게 배치되며 서로 다른 종류의 물질로 형성된 제1 및 제2 물질층을 포함하고,
상기 제1 및 제2 물질층의 내부 표면 각각은 상기 코어부의 표면과 접하고, 상기 제1 물질층의 측면은 상기 제2 물질층의 측면과 접하고,
상기 제1 및 제2 물질층은 다이폴 형성이 가능하도록 무기 리간드 또는 유기 리간드인 광학 소자.First and second electrodes spaced apart from each other; And
And a nano structure connected to at least one of the first and second electrodes and including a core portion and a shell portion surrounding the core portion,
The shells comprising first and second material layers disposed adjacent to each other and formed of different kinds of materials,
Each of the inner surfaces of the first and second material layers being in contact with a surface of the core portion, a side surface of the first material layer being in contact with a side surface of the second material layer,
Wherein the first and second material layers are inorganic ligands or organic ligands to enable dipole formation.
상기 제1 물질층은 상기 제1 전극과 연결되고, 상기 제2 물질층은 상기 제2 전극과 연결된 광학 소자. 12. The method of claim 11,
Wherein the first material layer is connected to the first electrode and the second material layer is connected to the second electrode.
상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나와 연결되고, 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 껍질부를 포함하는 나노 구조체;를 포함하며,
상기 껍질부는 서로 접하게 배치되며 서로 다른 종류의 물질로 형성된 제1 및 제2 물질층을 포함하고,
상기 제1 및 제2 물질층의 내부 표면 각각은 상기 코어부의 표면과 접하고, 상기 제1 물질층의 측면은 상기 제2 물질층의 측면과 접하며,
상기 제1 및 제2 물질층은 다이폴 형성이 가능하도록 무기 리간드 또는 유기 리간드인 열전 소자. First and second electrodes spaced apart from each other; And
And a nano structure connected to at least one of the first and second electrodes and including a core portion and a shell portion surrounding the core portion,
The shells comprising first and second material layers disposed adjacent to each other and formed of different kinds of materials,
Each of the inner surfaces of the first and second material layers being in contact with a surface of the core portion, the side surfaces of the first material layer being in contact with the side surfaces of the second material layer,
Wherein the first and second material layers are inorganic ligands or organic ligands to enable dipole formation.
상기 제1 및 제2 물질층 각각은 복수 개이고, 상기 제1 및 제2 물질층이 교번적으로 배치된 열전 소자. 14. The method of claim 13,
Wherein each of the first and second material layers is a plurality of, and the first and second material layers are alternately arranged.
상기 복수 개의 제1 물질층 중 상기 나노 구조체의 일측부에 배치된 제1 물질층은 상기 제1 전극과 연결되고,
상기 복수 개의 제2 물질층 중 상기 나노 구조체의 타측부에 배치된 제2 물질층은 상기 제2 전극과 연결된 열전 소자. 14. The method of claim 13,
A first material layer disposed on one side of the nanostructure among the plurality of first material layers is connected to the first electrode,
And a second material layer disposed on the other side of the nanostructure among the plurality of second material layers is connected to the second electrode.
상기 제1 내지 제3 전극 모두에 접하고, 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 껍질부를 포함하는 나노 구조체;를 포함하며,
상기 껍질부는 서로 다른 종류의 물질로 형성된 3 개의 제1 물질층과 2개의 제2 물질층을 포함하고, 상기 제1 물질층과 상기 제2 물질층은 접하게 배치되고,
상기 제1 및 제2 물질층의 내부 표면 각각은 상기 코어부의 표면과 접하고, 상기 제1 물질층의 측면은 상기 제2 물질층의 측면과 접하며,
상기 제1 및 제2 물질층은 다이폴 형성이 가능하도록 무기 리간드 또는 유기 리간드인 반도체 회로. First to third electrodes arranged to be spaced apart from each other; And
And a nano structure contacting both the first to third electrodes and including a core part and a shell part surrounding the core part,
Wherein the shell comprises three first material layers and two second material layers formed of different kinds of materials, the first material layer and the second material layer being in close contact with each other,
Each of the inner surfaces of the first and second material layers being in contact with a surface of the core portion, the side surfaces of the first material layer being in contact with the side surfaces of the second material layer,
Wherein the first and second material layers are inorganic ligands or organic ligands to enable dipole formation.
상기 3개의 제1 물질층은 상기 제1 내지 제3 전극에 하나씩 접하는 반도체 회로. 17. The method of claim 16,
And the three first material layers are in contact with the first to third electrodes one by one.
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