KR100458162B1 - ZnO based quantum well and/or superlattice nanowires - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화아연계 나노선에 관한 것으로서, 더 상세하게는 산화아연과 유사한 격자상수를 갖는 물질을 교대로 쌓아 만들어진 양자우물 및/또는 초격자 구조물을 지니는 산화아연계 나노선에 관한 것이다. 한편, 본 발명은 질화물 반도체, 실리콘 카바이드, 산화아연마그네슘(Zn1-xMgxO(0≤x≤1))과 산화아연카드늄(Zn1-xCdxO(0≤x≤1)), 산화아연망간(Zn1-xMnxO(0≤x≤1)) 등의 물질로 되는 초격자 구조물을 지니는 산화아연계 나노선에 관한 것이다.The present invention relates to a zinc oxide nanowire, and more particularly to a zinc oxide nanowire having a quantum well and / or superlattice structure made by alternately stacking a material having a lattice constant similar to zinc oxide. On the other hand, the present invention is nitride semiconductor, silicon carbide, zinc oxide (Zn 1-x Mg x O (0≤x≤1)) and zinc cadmium oxide (Zn 1-x Cd x O (0≤x≤1)) The present invention relates to a zinc oxide nanowire having a superlattice structure made of a material such as zinc manganese oxide (Zn 1-x Mn x O (0 ≦ x ≦ 1)).
이를 위한 본 발명은, 산화아연과 산화아연에 마그네슘(Mg) 또는 카드늄(Cd)을 첨가하여 밴드갭을 조절할 수 있는 산화아연마그네슘(Zn1-xMgxO(0≤x≤1)) 또는 산화아연카드늄(Zn1-xCdxO(0≤x≤1)) 같은 두가지 이상의 물질들이 교대로 적층되어 이루어지는 양자 우물 또는 초격자 구조를 가지는 점에 그 특징이 있다.To this end, the present invention, zinc magnesium oxide (Zn 1-x Mg x O (0≤x≤1)) that can adjust the band gap by adding magnesium (Mg) or cadmium (Cd) to zinc oxide and zinc oxide or It is characterized by having a quantum well or superlattice structure in which two or more materials such as zinc cadmium oxide (Zn 1-x Cd x O (0 ≦ x ≦ 1)) are alternately stacked.
Description
본 발명은 산화아연계 나노선에 관한 것으로서, 더 상세하게는 산화아연과 유사한 격자상수를 가지는 물질을 교대로 쌓아 만들어진 양자우물 또는 초격자 구조물을 지니는 산화아연계 나노선에 관한 것이다.The present invention relates to a zinc oxide nanowire, and more particularly, to a zinc oxide nanowire having a quantum well or a superlattice structure made by alternately stacking a material having a lattice constant similar to zinc oxide.
한편, 본 발명은 질화물 반도체, 실리콘 카바이드, 산화아연마그네슘(Zn1-xMgxO(0≤x≤1))과 산화아연카드늄(Zn1-xCdxO(0≤x≤1)), 산화아연망간(Zn1-xMnxO(0≤x≤1)) 등의 물질로 되는 초격자 구조물을 지니는 산화아연계 나노선에 관한 것이다.On the other hand, the present invention is nitride semiconductor, silicon carbide, zinc oxide (Zn 1-x Mg x O (0≤x≤1)) and zinc cadmium oxide (Zn 1-x Cd x O (0≤x≤1)) The present invention relates to a zinc oxide nanowire having a superlattice structure made of a material such as zinc manganese oxide (Zn 1-x Mn x O (0 ≦ x ≦ 1)).
잘 알려진 바와 같이, 산화아연(ZnO)은 실온에서 3.3eV의 넓으며 직접 천이형 밴드 구조를 가지는 물질로 GaN와 유사하게 자외선 또는 파란색 영역대의 광소자 영역대의 발광소자로 개발될 수 있는 반도체 물질이다. 특히, 산화아연(ZnO)의 엑시톤(exciton) 결합 에너지는 상온의 열에너지 보다 2배 이상 더 크기 때문에 실온에서도 여기자들이 안정하게 존재해서 낮은 여기강도를 갖는 고효율 광소자에 유용하게 사용될 수 있는 물질이다. 이러한 ZnO에, Zn+2와 이온 반경이 유사한 마그네슘이나 카드늄(Cd) 등을 첨가하면 밴드갭이 2.8 eV에서 4eV까지 조절가능하기 때문에 마그네슘 또는 카드늄의 몰분율을 조절해서 원하는 파장대의 광검출 또는 발광소자를 제조할 수 있다. 특히 최근에 ZnO 나노선에서 상온에서의 레이징이 관측되었는데, 이는 관측된 현상으로 ZnO 나노선 하나 하나가 레이저의 공동(cavity)이 됨을 증명한 것으로 ZnO가 나노사이즈의 레이저 소자로 개발되기에 매우 적합한 물질임을 의미한다.As is well known, zinc oxide (ZnO) is a material having a wide and direct transition band structure of 3.3 eV at room temperature, and is a semiconductor material that can be developed as a light emitting device in an ultraviolet or blue light region similar to GaN. . In particular, since the exciton binding energy of zinc oxide (ZnO) is more than twice as large as the thermal energy at room temperature, excitons are stably present even at room temperature, and thus may be useful for high efficiency optical devices having low excitation strength. When ZnO is added to magnesium or cadmium (Cd) having a similar ion radius to Zn + 2 , the band gap can be adjusted from 2.8 eV to 4 eV, so that the mole fraction of magnesium or cadmium can be adjusted for photodetection or light emitting devices in a desired wavelength range. Can be prepared. In particular, recently, lasing at room temperature was observed in ZnO nanowires, which proved that each ZnO nanowire becomes a cavity of the laser. Means a suitable material.
그러나, 단일 나노선으로 이루어진 레이저 소자를 개발하기 위해서는 복잡한 구조로 된 나노선이 필요하다. 하지만 현재까지는 대부분이 단일구조를 가지는 나노선을 제작하고 있으며, 간혹 이종접합 나노선을 제작하는 데 성공한 사례가 있기는 하지만, 계면이 샤프(sharp)하지 않아서 옹스트롱(Å) 단위의 두께 제어가 어렵다.However, in order to develop a laser device composed of a single nanowire, a nanowire having a complicated structure is required. However, until now, most of them have been manufacturing nanowires with a single structure, and although there have been cases of success in producing heterojunction nanowires, the thickness control of the angstrom unit is difficult because the interface is not sharp. it's difficult.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수 옹스트롱(Å)에서 수 백 나노 혹은 그 이상의 얇은 두께를 가지는 산화아연과 산화아연마그네슘(Zn1-xMgxO(0≤x≤1))과 산화아연카드늄(Zn1-xCdxO(0≤x≤1)), 산화아연망간(Zn1-xMnxO(0≤x≤1)) 등의 물질들을 교대로 쌓은 양자우물 또는 초격자 구조의 산화아연계 나노선을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is zinc oxide and zinc oxide (Zn 1-x Mg x O (0≤x≤1)) having a thickness of several hundred nanometers or more at several angstroms and Zn 1-x Cd x O (0≤x≤1) and zinc manganese oxide (Zn 1-x Mn x O (0≤x≤1)) It is an object to provide a zinc oxide-based nanowire of the lattice structure.
도 1은 본 발명에 따른 초격자 구조로 이루어진 산화아연(ZnO)계 나노선의 구성도.1 is a block diagram of a zinc oxide (ZnO) -based nanowire made of a superlattice structure according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 산화아연(ZnO)계 나노선의 투과 전자현미경사진 (transmission electron microscopy, TEM).2 is a transmission electron microscopy (TEM) of zinc oxide (ZnO) -based nanowires according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 초격자 구조의 산화아연계 나노선과 일반적인 산화아연마그네슘/산화아연 나노선을 비교 관측한 광발광 스펙트럼 그래프.Figure 3 is a photoluminescence spectrum graph of the observation of the superlattice structure of the zinc oxide nanowires and the general magnesium oxide / zinc oxide nanowires in comparison.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일실시예의 산화아연계 나노선은, 양자 우물 또는 초격자 구조를 갖는 산화아연계 나노선으로서, 상기 양자 우물 또는 초격자 구조는, 산화아연과 산화아연에 마그네슘(Mg) 또는 카드늄(Cd)을 첨가하여 밴드갭을 조절할 수 있는 산화아연마그네슘(Zn1-xMgxO(0≤x≤1)) 또는 산화아연카드늄(Zn1-xCdxO(0≤x≤1)) 같은 두가지 이상의 물질들이 교대로 적층되어 이루어지고, 상기 양자 우물 또는 초격자 구조의 직경이 1~500nm이고, 상기 산화아연계 나노선은 금속촉매를 이용하지 않는 유기화학기상증착법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다른 실시예의 산화아연계 나노선은, 양자 우물 또는 초격자 구조를 갖는 산화아연계 나노선으로서, 상기 양자 우물 또는 초격자 구조는, 산화아연과 산화아연에 망간(Mn) 또는 코발트(Co)의 전이금속을 도핑하여 자성특성을 띄는 산화아연망간(Zn1-xMnxO(0≤x≤1)) 또는 산화아연코발트(Zn1-xCdxO(0≤x≤1)) 같은 두가지 이상의 물질들이 교대로 적층되어 이루어지고, 상기 양자 우물 또는 초격자 구조의 직경이 1~500nm이고, 상기 산화아연계 나노선은 금속촉매를 이용하지 않는 유기화학기상증착법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 산화아연계 나노선은, 양자 우물 또는 초격자 구조를 갖는 산화아연계 나노선으로서, 상기 양자 우물 또는 초격자 구조는, 산화아연과 산화아연의 결정구조 및 밴드구조가 유사한 GaN, AlN, InN 및 이들 합금과 같은 질화물 반도체의 복수개의 물질들이 교대로 적층되어 이루어지고, 상기 양자 우물 또는 초격자 구조의 직경이 1~500nm이고, 상기 산화아연계 나노선은 금속촉매를 이용하지 않는 유기화학기상증착법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.Zinc oxide nanowires of one embodiment according to the present invention for achieving the above object is a zinc oxide nanowire having a quantum well or superlattice structure, the quantum well or superlattice structure, zinc oxide and zinc oxide Magnesium oxide (Zn 1-x Mg x O (0≤x≤1)) or zinc cadmium oxide (Zn 1-x Cd x O () which can adjust the band gap by adding magnesium (Mg) or cadmium (Cd) Two or more materials such as 0 ≦ x ≦ 1)) are alternately stacked, and the diameter of the quantum well or superlattice structure is 1 to 500 nm, and the zinc oxide nanowires are formed using an organic chemical phase that does not use a metal catalyst. A zinc oxide nanowire according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is a zinc oxide nanowire having a quantum well or a superlattice structure. Lattice sphere Is, manganese (Mn) or Cobalt (Co) of the transition metal by doping a zinc oxide, a noticeable magnetic properties manganese (Zn 1-x Mn x O (0≤x≤1)) , or zinc oxide, cobalt on zinc oxide and zinc oxide Two or more materials such as (Zn 1-x Cd x O (0 ≦ x ≦ 1)) are alternately stacked, and the diameter of the quantum well or superlattice structure is 1 to 500 nm, and the zinc oxide nanowire is A zinc oxide nanowire according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is a zinc oxide having a quantum well or a superlattice structure. As a linked nanowire, the quantum well or superlattice structure is formed by alternately stacking a plurality of materials of nitride semiconductors such as GaN, AlN, InN, and alloys similar in crystal structure and band structure of zinc oxide and zinc oxide. Quantum wells Alternatively, the superlattice structure may have a diameter of 1 to 500 nm, and the zinc oxide nanowires may be prepared by an organic chemical vapor deposition method using no metal catalyst.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 산화아연계 나노선의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the zinc oxide nanowire according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
먼저 본 발명에 따른 양자 우물 또는 초격자 구조를 지니는 산화아연계 나노선의 구성 및 작용에 대해 설명하기에 앞서 본 발명의 배경에 대해 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.First, the background of the present invention will be briefly described before explaining the structure and function of the zinc oxide nanowire having the quantum well or superlattice structure according to the present invention.
대부분의 나노사이즈의 소재들은 인위적으로 조작해서 실제 소자로 만들기가 매우 어려워서 실제 소자를 제작하는 일은 매우 힘든 것으로 알려져 있다. 하지만, 나노선은 비교적 길이를 길게 만들 수 있어서 인위적인 조작을 통한 재배치가 비교적 용이할 뿐만이 아니라, 반도체 나노선의 경우는 불순물 도핑에 따라 p-타입 혹은 n-타입의 반도성을 띄는 나노선을 제작할 수 있기 때문에 소자로 응용되기에 매우 적합한 장점을 지닌다. 하지만 현재 개발되어 공지된 대부분의 나노선들은 단일구조를 가지기 때문에 소자로 제작하기 위해서는 나노선을 십자접합(cross junction) 시켜야 하는데, 이런 경우 접합면적이 적어서 소자 성능이 떨어지며, 소자의 수명 및 안정성에 큰 문제가 있게 된다.Most nano-sized materials are known to be very difficult to fabricate in real devices because it is very difficult to artificially manipulate them into real devices. However, since the nanowires can be made relatively long, not only are they easily rearranged by artificial manipulation, but also in the case of semiconductor nanowires, p-type or n-type semiconducting nanowires can be manufactured according to the doping of impurities. It has the advantage of being very suitable for application as a device. However, since most of the nanowires currently developed and known have a single structure, cross-bonding of nanowires is required in order to fabricate a device. In this case, the junction area is small and the performance of the device is degraded. There is a big problem.
그러나, 본 발명에 따른 산화아연계 나노선은 강한 엑시톤 결합에너지 때문에 고효율의 발광소자로 주목을 받고 있는 양자우물 또는 초격자 구조를 가지므로 상기와 같은 문제점을 해소시킨다. 산화아연에 마그네슘(Mg), 카드늄(Cd) 혹은 망간(Mn) 등의 이종물질을 첨가하면 밴드갭이 변화하기 때문에, 산화아연마그네슘(ZnMgO), 산화아연카드늄(ZnCdO), 산화아연망간(ZnMnO)을 교대로 적층하여 양자우물 혹은 초격자 구조를 제작하면, 전자나 홀 혹은 이들이 결합되어 있는 엑시톤들이 운송자들이 얇은 층에 구속되어 있어서 독특한 물리적 현상을 보인다. 이러한 물리적인 특성을 이용해서 발광효율이 뛰어난 나노스케일의 발광소자 뿐만이 아니라, 정보처리 속도가 매우 빠른 전자소자를 제작할 수 있다.However, the zinc oxide-based nanowire according to the present invention has a quantum well or superlattice structure that is attracting attention as a high efficiency light emitting device because of the strong exciton binding energy to solve the above problems. When dissimilar materials such as magnesium (Mg), cadmium (Cd), or manganese (Mn) are added to zinc oxide, the band gap is changed. ) By alternately stacking quantum wells or superlattice structures, electrons, holes, or excitons to which they are combined, are confined to a thin layer of carriers, resulting in a unique physical phenomenon. By using these physical properties, not only a nanoscale light emitting device having excellent luminous efficiency but also an electronic device having a very high information processing speed can be manufactured.
또한, 본 발명에 따라 제조된 양자우물 또는 초격자 구조의 나노선은 전기적 특성뿐만이 아니라 광학적 특성까지 우수하며, 기판에 수직한 방향으로 잘 배향되어 있을 뿐만이 아니라 사이즈, 밀도 및 길이가 매우 균일해서 실제 응용 가능한 나노스케일의 소자 또는 이들 소자들의 어레이를 제조할 수 있다.In addition, the nanowires of the quantum well or superlattice structure manufactured according to the present invention not only have excellent electrical properties but also optical properties, and are not only well oriented in the direction perpendicular to the substrate, but also have very uniform size, density, and length. Applicable nanoscale devices or arrays of these devices can be fabricated.
상기와 같은 본 발명에 따른 산화아연계 나노선의 구성 및 작용을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The structure and action of the zinc oxide nanowire according to the present invention as described above will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
먼저, 본 발명에 따른 산화아연계 나노선의 양자우물 또는 초격자 구조를 만들기 위해서 본 발명은 금속촉매없이 유기화학기상증착법을 이용해 나노선을 제조하는 방법을 사용한다. 상기한 금속촉매를 이용하지 않는 방법은 금속 촉매를 이용하는 기존의 나노선 제조 방법으로는 매우 어려운 옹스트롱 단위의 두께 제어가 가능하고, 계면이 뚜렷해서 초박막 원자 혹은 분자형태의 입자들이 나노선 팁 부분에 흡착되어서 성장되기 때문에 많은 장점을 지닌다. 상기한 금속촉매를 이용하지 않는 유기화학기상증착법은 본 발명의 산화아연계 나노선의 제조를 위한 일실시예이다. 따라서, 상기한 금속촉매를 이용하지 않는 유기화학기상증착법 이외에 일반적인 화학기상증착법을 이용할 수 있으며, 경우에 따라서는 스퍼터링(sputtering)이나 펄스레이저증착법(pulse laser deposition) 등 물리적인 성장방법 뿐만이 아니라, 금과 같은 금속촉매를 이용하는 기존의 기상이송법(vapor-phase transport process)도 응용할 수 있음은 물론이다.First, in order to make a quantum well or superlattice structure of zinc oxide-based nanowires according to the present invention, the present invention uses a method for producing nanowires using organic chemical vapor deposition without a metal catalyst. The method without using the metal catalyst can control the thickness of the angstrom unit, which is very difficult with the conventional nanowire manufacturing method using the metal catalyst, and because the interface is clear, the particles in the form of ultra thin atoms or molecules are nanowire tips. It has many advantages because it grows by being adsorbed on. Organic chemical vapor deposition without using the metal catalyst is one embodiment for the production of zinc oxide nanowires of the present invention. Therefore, in addition to the organic chemical vapor deposition method that does not use the above-described metal catalyst, a general chemical vapor deposition method may be used. In some cases, not only physical growth methods such as sputtering or pulse laser deposition, but also gold Of course, the existing vapor-phase transport process using a metal catalyst such as can also be applied.
이하, 본 발명에 따른 산화아연계 나노선의 구체적이고 실질적인 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다. 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않는다.Hereinafter, specific and practical examples of the zinc oxide nanowires according to the present invention will be described. The embodiments described below are not intended to limit the present invention only.
본 발명의 일실시예에서는 수내지 수십 옹스트롱 두께의 산화아연 및 산화아연마그네슘 층들이 교대로 10 주기만큼 적층된 초격자 구조 산화아연계 나노선을 제조한다. 구체적으로 살펴보면, 반응 전구체로는 아연이 함유된 유기 금속인 디메틸아연[Zn(CH3)2], 마그네슘이 함유된 유기금속인 비스사이클로펜타디에닐마그네슘(bis-cyclopentadienyl-Mg; (C5H5)2Mg)과 산소(O2) 가스를 이용하며, 아르곤을 수송기체로 사용한다. 분리된 라인들을 통해 디에틸아연과 비스사이클로펜타디에닐마그네슘을 운송하는 아르곤, 및 O2의 흐름을 적절히 조절해 주면 매우 복잡한 구조를 가지는 산화아연/산화아연마그네슘 초격자 구조를가지는 나노선을 제작할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a superlattice structured zinc oxide nanowire having a zinc oxide and magnesium oxide layer of several to tens of angstroms thick is alternately stacked by 10 cycles. Specifically, as a reaction precursor, dimethylzinc [Zn (CH 3 ) 2 ], an organic metal containing zinc, and biscyclopentadienyl magnesium (bis-cyclopentadienyl-Mg; (C 5 H) 5 ) 2 Mg) and oxygen (O 2 ) gas are used, and argon is used as a transport gas. Argon, which transports diethylzinc and biscyclopentadienylmagnesium through separate lines, and properly controlled O 2 flow, can produce nanowires with zinc oxide / magnesium oxide superlattice structures with very complex structures. Can be.
실시예에서 사용하는 반응기 내의 바람직한 압력 및 온도는 각각 10-5-760 mmHg, 400-700 ℃이다. 1 시간 동안 산화아연 나노선을 성장시킨 후, 그 위에 전구체들인 디에틸아연 및 비스사이클로펜타디에닐 마그네슘의 흐름을 배기라인에서 반응기로 적절히 바꿔서 산화아연마그네슘/산화아연 나노선을 성장시킨다. 산화아연마그네슘 층의 마그네슘 함량은 12 at.%(atomic percent)이다.Preferred pressures and temperatures in the reactor used in the examples are 10 -5 -760 mmHg, 400-700 ° C, respectively. After growing the zinc oxide nanowires for 1 hour, the zinc oxide / zinc oxide nanowires are grown by appropriately changing the flow of the precursors diethylzinc and biscyclopentadienyl magnesium from the exhaust line to the reactor. The magnesium content of the zinc magnesium oxide layer is 12 at.% (Atomic percent).
상기와 같이 해서 제조된 나노선을 도 1에 나타내 보였다. 주사전자현미경을 이용해서 나노선의 직경과 길이를 조사한 결과 직경은 20-50 nm 이내, 길이는 대략 1 μm 정도로 조사되었으며, 나노선들이 기재에 수직한 방향으로 잘 배향되어 있을 뿐만 아니라 크기가 균일하며 매우 조밀하게 분포되어 있음을 알 수 있다. 나노선의 길이는 필요에 따라 수 마이크로미터까지 연장시킬 수 있다.The nanowires prepared as described above are shown in FIG. 1. The diameter and length of the nanowires were examined using a scanning electron microscope. The diameters were within 20-50 nm and the length was about 1 μm. The nanowires were not only well oriented in the direction perpendicular to the substrate but also uniform in size. It can be seen that it is very densely distributed. The length of the nanowires can be extended to several micrometers as needed.
나노선 내에 존재하는 산화아연마그네슘/산화아연 초격자구조 층의 구조분석과 각 층들의 두께를 조사하기 위해서 단면 주사 전자 현미경(TEM)을 측정하였고 이 결과를 도 2에 나타내 보였다.In order to investigate the structural analysis of the zinc oxide / zinc oxide superlattice layer present in the nanowire and the thickness of each layer, a cross-sectional scanning electron microscope (TEM) was measured and the results are shown in FIG. 2.
도 2를 참조하면, 10개의 주기를 가지고 산화아연마그네슘층과 산화아연층이 교대로 나타나는 것을 볼 수 있다. 고배율 주사전자현미경으로 초격자 구조를 조사한 결과 전이(dislocation)나 점결함(point defect) 등과 같은 결함은 관측되지 않았으며, 에피텍시(epitaxy)하게 잘 성장되었음이 조사되었다. 또한 EDAX (energy dispersion type X-ray analyzer)를 이용해서 마그네슘의 함량을 조사한 결과 Mg의 함량은 12%인 것으로 조사되었는데, 필요에 따라 마그네슘 함량은 전구체의 유량및 증기압을 적절히 조합해서 다양하게 조절할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the zinc oxide layer and the zinc oxide layer alternately appear with 10 cycles. Investigation of the superlattice structure by high magnification scanning electron microscopy revealed no defects such as dislocation or point defects, but epitaxially grown well. In addition, as a result of investigating the magnesium content using an energy dispersion type X-ray analyzer (EDAX), the Mg content was found to be 12%. have.
매우 얇은 층으로 된 양자우물 구조를 제작하면 양자효과에 의해서 운송자나 엑시톤이 우물(well) 안에 구속된다. 이러한 효과는 광발광 스펙트럼을 조사해서 발광픽의 위치를 조사해 보면 알 수 있다. 우물의 두께가 얇아질수록 양자구속효과(quantum confinement effects)가 커져서, 발광픽의 에너지가 증가한다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초격자 나노선에서도 이와 유사한 현상이 관측된다. 산화아연마그네슘/산화아연 나노선의 경우는 3.36 eV와 3.58 eV에서 엑시톤(exciton) 피크가 관측되는데 반해, 매우 얇은 산화아연층과 산화아연마그네슘으로 이루어진 초격자 구조를 제작하였을 때는 3.484 eV와 3.508 eV에서 새로운 발광픽이 관측된다. 이러한 발광픽은 엑시톤이 산화아연 우물 내에 강하게 구속되어서 나타나는 현상으로 이는 본 발명을 이용해서 만들어진 산화아연/산화아연마그네슘 초격자구조 나노선이 성공적으로 제조되었음을 의미한다.When a very thin layered quantum well structure is fabricated, the quantum effect constrains the transporter or exciton into the well. This effect can be seen by examining the position of the emission pick by examining the light emission spectrum. As the thickness of the well becomes thinner, the quantum confinement effects increase, so that the energy of the light emitting pick increases. 3, a similar phenomenon is observed in the superlattice nanowire according to the present invention. Exciton peaks were observed at 3.36 eV and 3.58 eV for zinc oxide / zinc oxide nanowires, whereas superlattice structures made of very thin zinc oxide layers and magnesium oxide were fabricated at 3.484 eV and 3.508 eV. A new light pick is observed. This luminescent pick is a phenomenon in which excitons are strongly bound in zinc oxide wells, which means that zinc oxide / magnesium oxide superlattice nanowires made using the present invention have been successfully manufactured.
지금까지 실시예로 제시한 ZnO/Zn1-xMgxO(0<x<1) 초격자구조 구조 외에도 필요에 따라 동일한 방법을 이용해서 ZnO와 Zn1-xMgxO, Zn1-xMnxO, Zn1-xCdxO(0<x<1), 혹은 GaN, AlN, InN 또는 그 합금 등 다양한 화합물 반도체 물질들로 구성된 초격자 구조 또는 양자구조를 제조할 수 있다.In addition to the ZnO / Zn 1-x Mg x O (0 <x <1) superlattice structure presented in the examples so far, ZnO and Zn 1-x Mg x O and Zn 1-x using the same method as necessary. A superlattice structure or quantum structure composed of various compound semiconductor materials such as Mn x O, Zn 1-x Cd x O (0 <x <1), or GaN, AlN, InN, or an alloy thereof may be manufactured.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 수 옹스트롱(Å)에서 수 백 나노 혹은 그 이상의 얇은 두께를 가지는 산화아연과 산화아연마그네슘(Zn1-xMgxO(0≤x≤1))과산화아연카드늄(Zn1-xCdxO(0≤x≤1)), 산화아연망간(Zn1-xMnxO(0≤x≤1)) 등의 물질들을 교대로 쌓은 양자우물 또는 초격자 구조의 산화아연계 나노선을 제공하는 이점을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 산화아연계 나노선의 구체적이고 실질적인 이점들을 살펴보면 다음과 같다.As described above, the present invention provides zinc oxide and magnesium oxide (Zn 1-x Mg x O (0≤x≤1)) zinc peroxide having a thickness of several hundred nanometers or more at several angstroms. (Zn 1-x Cd x O (0≤x≤1)) and zinc manganese oxide (Zn 1-x Mn x O (0≤x≤1)) such as quantum well or superlattice structure It provides the advantages of providing zinc oxide nanowires. Looking at the specific and practical advantages of the zinc oxide nanowires according to the present invention as follows.
나노소재 및 이를 이용한 나노소자 개발은 정보사회의 발달에 따라 매우 중요하게 다뤄지고 있다. 금속촉매를 이용하는 나노선 개발은 이미 1967년에 개발되었고, 이를 이용한 여러 가지 기술들이 개발되어서 많은 나노선 제조되었다. 이러한 기반 기술을 토대로 단일 나노선 안에 여러 가지 구조를 가지는 나노선을 만들려는 시도가 있었지만, 이종접합 구조를 만드는 정도의 수준에 그쳐 있다. 본 발명은 어떠한 나노선의 경우에도 만들어진 적이 없는 초격자 구조를 가지는 나노선을 제공한다. 본 출원인이 이러한 나노선을 만드는 방법은 향후 지속적으로 추진될 탑다운(top down) 방식으로 복잡한 구조를 단일 나노선 안에 제작할 수 있는 방법으로 기존의 바톰업(boottom up) 방식을 이용한 나노소자 개발의 한계를 극복하고, 새로운 방식으로 나노선을 제작하는 방식을 이용해, 나노선에 새로운 구조를 부여함으로써 단일 나노선에 기능성을 부여할 수 있는 가능성을 가진다. 특히 산화아연반도체는 그 고유한 전기적 광학적 특성이 우수한 산화물 반도체로서, 본 발명에서 제시한 초격자 산화아연계 나노선의 경우는 고기능의 나노 전자소자, 광소자 또는 환경관련 소자에 응용할 수 있어 매우 중요하다.Development of nanomaterials and nanodevices using them is very important according to the development of information society. The development of nanowires using metal catalysts was already developed in 1967, and various technologies using them have been developed to produce many nanowires. Attempts have been made to create nanowires with multiple structures in a single nanowire based on this underlying technology, but only at the level of making heterojunction structures. The present invention provides a nanowire having a superlattice structure that has never been made in the case of any nanowire. Applicant's method of making such nanowires is to create a complex structure in a single nanowire by a top down method, which will be pursued in the future, and to develop a nanowire using a conventional boottom up method. By overcoming limitations and using nanowire fabrication in a new way, it is possible to give a nanowire a new structure to give functionality to a single nanowire. In particular, zinc oxide semiconductors are oxide semiconductors having excellent inherent electrical and optical properties, and the superlattice zinc oxide nanowires presented in the present invention can be applied to high-performance nanoelectronic devices, optical devices, or environmental devices. .
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although a preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, those skilled in the art to which the present invention pertains may make various changes without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that modifications or variations may be made. Therefore, changes in the future embodiments of the present invention will not be able to escape the technology of the present invention.
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