KR100767284B1 - 산화아연계 미세 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화아연계 미세 구조물을 선택적으로 성장시키는 방법 및 그 제조된 산화아연계 미세 구조물에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 본 발명은 기판 상에 유기물 또는 무기물을 코팅하는 단계, 물리적 또는 화학적 식각 방법을 이용하여 기판 상에 특정한 위치와 일정한 간격을 가지는 패턴을 가하는 단계, 수열 합성법, 물리기상 증착법, 화학기상 증착법 등 다양한 성장방법을 통해서 상기 패턴이 가해진 위치에 선택적으로 산화아연계 미세 구조물를 성장시키는 단계를 포함하는 산화아연계 미세 구조물의 선택성장 방법 및 이로부터 제조된 산화아연계 미세 구조물을 제공한다.
산화아연계 미세 구조물, 유기물, 무기물 코팅, 선택성장
Description
도 1은 수열 합성법을 이용해서 제조된 산화아연 나노막대의 모습을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 2 및 도 3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기판 상에 선택성장한 산화아연 막대의 모습을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 4 내지 도 7는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산화아연계 나노막대 및 그 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도해들이다.
도 8a 및 도 8b는 선택성장한 산화아연 나노막대의 결정성을 알아보기 위해 엑스레이 2θ/θ 스캔(XRD diffraction measurement) 및 θ 스캔(XRD rocking curve)을 한 그래프들이다.
도 9a 내지 도 9c는 선택성장한 산화아연 나노 막대의 광학적 특성을 알아보기 위하여 상온과 저온에서 측광(Photoluminescence) 측정을 한 결과를 보여주는 그래프들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 기판 105: 버퍼층
110: 유기물 또는 무기물 115: 산화아연계 미세 구조물
본 발명은 산화아연계 미세 구조물을 선택적으로 성장시키는 방법 및 그 제조된 산화아연계 미세 구조물에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 본 발명은 기판 상에 유기물 또는 무기물을 코팅하는 단계, 물리적 또는 화학적 식각 방법을 이용하여 기판 상에 특정한 위치와 일정한 간격을 가지는 패턴을 가하는 단계, 수열 합성법, 물리기상 증착법, 화학기상 증착법 등 다양한 성장방법을 통해서 상기 패턴이 가해진 위치에 선택적으로 산화아연계 미세 구조물를 성장시키는 단계를 포함하는 산화아연계 미세 구조물의 선택성장 방법 및 이로부터 제조된 산화아연계 미세 구조물을 제공한다.
나노소재가 가진 특이한 전기적, 광학적, 자기적 성질을 이용해서 반도체 소자, 광소자, 메모리 소자를 제작하기 위한 연구가 현재 진행되고 있으며, 이러한 나노소재를 이용한 소자를 구성하기 위해서는 원하는 위치에 나노소재를 성장할 수 있는 기술이 필수적이다. 기존에는 이를 위해서 먼저 반도체 박막을 성장시킨 후 식각을 통해서 원하는 위치에 구조물이 남게 하는 하향식(Top-down) 방법으로 이러한 소자 구조물들을 구현하였다. 그러나 이러한 방법으로 식각을 하게 되면 공정 에 의한 증착 물질의 물리적 화학적 손상을 피할 수 없으며, 이러한 기존 공정의 치명적 문제는 예를 들어 레이저와 같은 활성 광소자를 구현하는데 저해 요소로 작용한다.
이러한 하향식 방법의 문제점으로 인해 나노소재를 선택적으로 성장시키는 상향식(bottom-up) 방법이 연구, 개발되고 있는데, 기존의 하향식 방법과는 기본 개념이 달라 식각이라는 공정을 도입하지 않고도 선택영역에 원하는 물질을 원하는 형태로 성장시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 상향식 방법에는 대표적으로 금속촉매를 이용해서 촉매 상에서만 원하는 물질을 성장시키는 방법과 금속촉매를 사용하지 않고 특정한 성장조건에서 원하는 물질과 템플릿과의 선택적 성장도를 이용하여 패턴이 가해진 기판의 선택영역에서 원하는 물질을 성장시키는 방법이 있다.
대표적으로 스웨덴 Lund 대학교의 사무엘슨 연구 그룹이 수행하는 것으로 알려진 금속촉매를 사용하는 방법은 화학기상 증착법 또는 물리기상 증착법에서 VLS(vapor-liquid-solid)이라고 알려진 성장법을 이용하여 금속촉매가 있는 위치에만 나노소재를 성장시키는 방법으로서 유기금속 기상증착법 (Metalorganic Vapor Phase Epitaxy) 또는 화학분자선 증착법 (Chemical Beam Epitaxy)을 사용하여 금속촉매에 합성하고자 하는 물질의 전구체의 흡착, 확산 등의 기작으로 금속촉매 상에서만 물질들을 선택적으로 성장시킨다. 특히, 수직 또는 일방향으로 배향된 나노소재를 성장시키기 위해서 적절한 기판을 사용하고, 광식각 또는 전자빔식각과 같은 방법을 도입하여 원하는 영역에 금속촉매를 한정시키고 난 이후에, 상기의 공정을 적용하여 나노소재를 에피텍시하게 성장시킬 수 있다.
이러한 VLS 성장 방법은 공융(eutectic) 온도에서 액체 상태의 금속촉매가 기체 상태의 화학 물질 전구체들을 고용과 석출 과정을 통해서 원하는 나노소재를 성장시키므로 금속촉매가 존재하는 곳에서만 나노소재가 선택성장시킬 수 있는 것이다. 따라서, VLS 방법은 금속촉매가 액체 상태로 존재할 수 있는 고온에서 나노소재를 형성하기 때문에 공정 상에서 금속촉매에 의한 나노소재의 오염을 피할 수 없으며, 또한 고온 공정을 요구하기 때문에 고분자 내지는 융점이 낮은 금속과 접합하는 공정을 적용할 수 없다. 또한 나노소재의 직경과 길이를 균일하게 성장시키기 위해서는 금속촉매의 크기를 균일하게 제조하여야 하나 이를 제어하는 방법은 매우 난해하다는 어려움이 있고, 또한 촉매로 사용할 수 있는 금속의 종류에 의해서도 제한적이라는 문제점이 있다.
한편, 금속촉매를 사용하지 않고 나노소재를 성장하는 방법은 특정 성장 조건에서 어떤 기판에서는 나노소재가 성장하고 다른 기판에서는 성장하지 않는 선택적 성장의 성질을 이용한다. 즉, 특정 조건에서 성장하는 기판 위에 성장하지 않는 층을 증착하고, 원하는 위치를 식각하여 패턴을 가한 기판을 구성하고 나서, 패턴화된 위치에 드러난 기판 상에서만 나노소재가 선택영역 성장하게 된다. 금속촉매를 사용하지 않는 이러한 나노막대 선택성장에 대해 연구하는 대표적인 그룹은 일본 홋카이도 대학교의 Fukui 연구그룹으로 주로 유기금속 기상 증착법(MOVPE)법을 사용하여 선택영역에서 나노선 나노막대와 같은 나노소재를 성장하였다.
이러한 방법은 촉매를 사용하지 않는다는 장점은 있으나, 성장하고자 하는 물질이 다원계에서는 거의 불가능하다는 단점이 있으며, 유기금속 기상증착법이 가 능한 물질로 한해 적용된다는 단점도 있다. 그리고 금속촉매를 사용하지 않고 패턴이 가해진 기판에서 나노소재를 성장하기 위해서는, 특정 조건에서 선택성장하는 층을 기판 위에 다시 증착해야 하기 때문에 공정상 복잡하고 또한 공정 온도가 높기 때문에 비용이 많이 소요되는 문제점도 있다. 특히, 원하는 나노소재가 특정 조건에서 선택적으로 성장할 수 있는 물질을 찾아야 하기 때문에 성장하고자 하는 물질의 종류에 한계가 있다.
이와 같이 상술한 선택성장 방법은 화학 증착법 또는 기상 물리 증착법을 이용하여 고품질의 나노소재를 제조하기 때문에 일반적으로 고가의 장비와 고진공 및 고온 성장과정 등이 필요하다. 특히, 고진공을 유지할 수 있는 챔버가 규모 면에서 한계가 있어 나노막대를 넓은 면적으로 성장시키는데 기술적 어려움이 있다.
본 발명에서는 상기 선행기술의 문제점들을 해결하기 위하여, 산화아연계 미세 구조물을 선택적으로 성장시키는 방법 및 그 제조된 산화아연계 미세 구조물을 제공하는 것을 목적으로 하는데, 더욱 구체적으로 본 발명은 기판 상에 유기물 또는 무기물을 코팅하는 단계, 물리적 또는 화학적 식각 방법을 이용하여 기판 상에 특정한 위치와 일정한 간격을 가지는 패턴을 가하는 단계, 수열 합성법, 물리기상 증착법, 화학기상 증착법 등 다양한 성장방법을 통해서 상기 패턴이 가해진 위치에 선택적으로 산화아연계 미세 구조물를 성장시키는 단계를 포함하는 산화아연계 미세 구조물의 선택성장 방법 및 이로부터 제조된 산화아연계 미세 구조물을 제공함 을 그 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 종래의 나노소재 선택영역 성장방법에 비하여 공정이 비교적 간단하고 낮은 온도로 넓은 면적에서 원하는 위치에 원하는 간격으로 원하는 형상, 길이, 직경을 가지는 미세구조를 선택성장의 제어가 가능하여 이를 이용한 반도체 장치 제조를 더욱 쉽게 구성할 수 있다.
구체적으로, 기판을 전자빔 레지스트 또는 광 레지스트와 같은 유기물 또는 SiO2, TiO2와 같은 무기물로 코팅하고 물리적 또는 화학적 식각방법, 특히 전자빔 식각(e-beam lithography) 또는 광식각(photo lithography)방법을 이용해서 기판 상에 원하는 위치, 간격으로 조절하여 패턴을 가하고, 수열 합성법을 포함하는 다양한 성장 방법(물리 기상 증착법, 화학 기상 증착법 등)을 통해서 일정 반응 조건 하에서 반응 물질의 전구체들을 화학 반응시켜, 산화아연계 미세 구조물의 형상, 직경, 길이를 조절해서, 특히 직경이 수십 나노 미터 내지 수 마이크로미터, 길이가 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로 미터 범위로 비교적 균일하게 패턴이 가해진 위치에 선택적으로 산화아연계 미세 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
따라서 본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 기판 상에 유기물 또는 무기물을 코팅하는 단계, (b) 상기 유기물 또는 무기물 코팅층에 리소그라피 공정과 물리적 또는 화학적 식각방법으로 패턴을 가하여 상기 기판 상에 패턴영역을 형성시키는 단계, 및 (c) 상기 패턴영역 상에 선택적으로 산화아연층을 성장시키는 단계를 포함하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법을 제공한다.
리소그라피 공정과 식각 공정은 다른 공정이며 유기물을 사용할 경우에는 별도의 식각 공정이 필요없이 리소 그라피 공정만으로 패턴이 형성되며 무기물의 경우에는 리소그라피 공정 후 별도의 식각 공정으로 무기물을 제거하여 패턴을 형성한다.
위에서 살펴본 바와 같이 종래에 MOCVD, PLD, 스퍼터 등을 이용하여 "증착"함으로써 물질을 성장시키는 방법은 고온에서 견딜 수 있고 원하는 나노 소재가 성장하지 않는 특징을 가지는 물질만이 이용가능하며, 이러한 물질은 대부분 무기물에 한정되는 문제점이 있으며, 이는 금속 촉매를 성장하지 않고 나노 소재를 선택 성장하는 방법이 고온 공정이기 때문이다. 반면, 본 발명에서는 저온 공정을 이용해서 나노 소재를 성장하기 때문에, 유기물을 사용해서 선택 성장할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 물론 무기물도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이용하는 무기물은 앞서 언급한 고온 공정을 통해서 이루어 질 수도 있지만, 무기물을 형성할 수 있는 화학 물질을 이용해서 기판 위에 스핀코팅 또는 딥코팅을 한 뒤, 상대적으로 낮은 온도에서 열처리를 통해서 유기물을 형성할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 "코팅"공정은 포토 레지스트를 기판 위에 균일한 막을 형성하는 과정을 말하는 것으로 고온, 진공을 요하는 "증착"공정에 비해서 상대적으로 경제적인 공정이다.
본 발명에서 기판은 산화아연계 미세 구조물과 결정학적 차이로 인해서 수직 방향으로 배향되지 않는 문제점이 있을 수 있다. 이를 고려해서 본 발명에서는, 상기 기판과 산화아연계 미세 구조물과의 결정학적 차이를 완화시켜 상기 산화아연계 미세 구조물의 결정결함 밀도를 최소화하기 위하여 상기 기판과 산화 미세 구조물 사이에 버퍼층을 형성시킬 수도 있다.
따라서 일 구현예에 따르면, 본 발명은 (a) 기판 상에 버퍼층을 성장시키는 단계, (b) 상기 버퍼층 상에 유기물 또는 무기물을 코팅하는 단계, (c) 상기 유기물 또는 무기물 코팅층에 리소그라피 공정과 물리적 또는 화학적 식각방법으로 패턴을 가하여 상기 버퍼층 상에 패턴영역을 형성시키는 단계, 및 (d) 상기 패턴영역 상에 선택적으로 산화아연층을 성장시키는 단계를 포함하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법을 제공한다.
기판에 버퍼층을 증착하는 대표적인 방법에는 유기금속화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 분자빔 에피 박막 증착법(Molecular Beam Epitaxy; MBE), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy), PLD(Plused Laser Deposition), 스퍼터(Sputter) 등이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 그 중에서도 유기금속화학 증착법은 개별적인 라인을 통해 반응 전구체를 소정의 흐름속도로 반응기(MOCVD 장치) 내로 주입하여, 반응기를 적절한 압력 및 온도로 유지하면서 상기 반응 전구체를 화학 반응시켜 목표하는 두께의 버퍼층을 형성한다.
본 발명에 있어서, 버퍼층(105)은 기판(100)과후속공정에서 형성될 산화아연계 미세 구조물과의 미스매치(mismatch)를 줄이고, 기판과 미세 구조물 계면에서 발생되는 결함을 완화시키기 역할을 수행하므로, 후속공정에서 형성될 산화아연계 미세 구조물과 결정특성이 유사하여 화학적으로 안정될 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. , 후속에 형성되는 산화아연 미세 구조물과의 결정 구조가 동일 또는 유사하거나, 격자 상수가 동일 또는 유사하거나, 열팽창 계수가 동일 또는 유사한 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 이후 형성될 산화아연계 미세 구조물과의 결정구조가 동일하거나, 혹은 적어도 격자상수의 차이가 20％ 이내인 물질을 사용한다.
가장 바람직하게는, GaN박막, ZnO박막 또는 이들의 조합막 등으로 형성할 수 있는데, 우선 GaN박막을 형성하기 위한 반응 전구체의 대표적인 예에는 Ga의 소스로서 트리메틸갈륨(TMGa), 트리에틸갈륨(TEGa) 또는 GaCl3 등이 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 질화물 소스 가스의 예로서 비한정적으로 암모늄(NH3), 질소 또는 3차 부틸아민(N(C4H9)H2) 등이 포함될 수 있다. 이 중에서 GaN 버퍼층의 경우, 400-800 ℃의 온도 영역에서 10-40 nm의 두께로 성장시키는 것이 바람직하다. ZnO 박막의 경우에 사용될 수 있는 반응 전구체의 예에는 비한정적으로 디에틸아연(DEZn) 디메틸아연(DMZn) 등이 포함될 수 있으며, 산화물 소스 가스로서는 산소(O2)가 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. ZnO 버퍼층의 경우, 400-600 ℃의 온도 영역에서 10-40 nm의 두께로 성장시킨다. 이러한 버퍼층(105)은 사용된는 기판, 성장장비(MOCVD 장치), 성장조건 등에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 기판은 Si, Al2O3, GaN, GaAs, ZnO, InP, SiC, 유리(Pyrex, tin oxide glass), 고분자(PET, PP) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 '코팅단계'는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용될 수 있는 코팅법이면 상관없이 그 방법이 사용될 수 있으며, 다만 본 발명에 있어서 기판에 코팅될 수 있는 유기물은 포토 레지스트(photo resist) 물질, 전자빔(e-beam) 레지스트 물질 및 고분자 물질 등을 포함하나 이에 한정되지 않으며, 코팅될 수 있는 무기물은 세라믹 물질 또는 반도체 물질 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
여기서, 상기 포토 레지스트 물질의 대표적인 예에는 상품명 AZ 1470, Shipley 511-A, TOK IP-3400 및 Apex-E 등으로 판매되는 모든 종류의 포토 레지스트가 사용될 수 있으며, 상기 전자빔 레지스트 물질의 예에는 비한정적으로 PMMA, EBR-9, PBS (폴리(부텐-1-술폰), ZEP-520, COP 및 Shipley SAL 등이 포함된다. 또한 상기 고분자 물질의 대표적인 예에는 PMMA, PMMA 공중합체, 상품명EBR-9 (폴리(2,2,2-트리플루오로에틸-α-클로로아크릴레이트)； Toray Inc.), PBS (부텐-1-술폰)부텐-1-술폰, ZEP-520 (Nippon Zeon Co.) AZ5206 (Clariant), COP (글리시딜 메타크릴레이트와 에틸 아크릴레이트의 에폭시 공중합체，P(GMA-co-EA)， SAL (Shipley Inc.), PMMA 공중합체 등이 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 한편 상기 무기물의 가장 바람직한 예에는 SiO2, TiO2 등이 포함되나 이에 한정되지 않는다.
상기 '패턴형성' 단계는 리소그라피 공정과 화학적 또는 물리적 식각방법을 이용하여 수행되는 것이 바람직하며, 구체적으로 리소그라피 공정을 이용하여 기판의 특정한 위치에 일정한 간격으로 패턴을 설계한다.
리소그라피 공정조건에 따라 상기 패턴의 위치, 간격, 모양, 크기를 다양하게, 그 중에서도 특히 수십 nm 내지 수백 μm의 간격, 수 nm 내지 수십 nm의 크기를 가지는 패턴, 수 μm2 내지 수십 cm2의 면적을 가지는 패턴을 제작 할 수 있다. 이렇게 리소그라피 공정을 통해서 원하는 패턴을 설계한 뒤, 물리적 또는 화학적 식각공정을 통해서 기판 위에 원하는 패턴을 형성한다.
리소그라피 공정은 빛(photo), 전자빔(e-beam)을 이용하여 레지스트 물질에 원하는 패턴을 그리는 공정이며, 식각공정은 그려진 패턴을 통해 하부의 물질(고분자, 무기물)을 식각하여 패턴을 형성하는 공정이다．
상기 산화아연층의 '성장단계'는 비한정적으로 수열 합성법, 화학기상 증착법 및 물리기상 증착법 중에서 선택된 방법에 의해서 수행될 수 있으며, 다양한 성장방법을 통해서 산화아연계 미세 구조물의 형상, 길이, 직경 등의 구조를 조절하고 위치, 간격 등의 공간배열을 조절해서 패턴이 가해진 위치에 선택적으로 산화아연계 미세 구조물를 성장시킬 수 있다. 구체적으로 형성할 수 있는 구조물로는 나노막대, 나노선, 나노디스크 등의 다양한 미세 구조물을 성장할 수 있다.
상기 성장방법 중에서 특히 '수열 합성법'을 이용한 성장단계는 (i) 탈이온 수(deionized water)에 반응 전구체를 녹여 전구체 용액을 제조하는 단계, 및 (ii) 상기 용액 및 상기 기판을 반응기에 넣어 가열하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적인 일 구현 예에 따르면, 먼저 유기물 또는 무기물이 코팅된 패턴화된 기판 및 소정 농도의 반응 전구체를 포함하는 영양용액을 반응기 내로 장입하고, 소정의 온도에서 및 소정의 시간 동안 열을 가하여 산화아연층 미세 구조물을 성장시킨다. 바람직한 구현예에 따르면, 상기 가열단계는 상기 반응기의 온도를 30-400 ℃로 유지함으로써 수행되도록 한다.
더욱 구체적으로, 상기 반응 전구체의 종류, 농도 및 반응온도를 조절함으로써 성장시키려는 미세 구조물의 종류 및 그 형태를 조절할 수 있는데, 상기 반응 전구체는 2종 이상의 전구체의 혼합물일 수 있으며
전구체의 혼합물로 수열 합성법을 1회 시행을 하는 것이 바람직하지만， 나노 소재의 길이를 길게 형성하려면 전구체의 혼합물로 수열 합성법을 수 회 실시하여 충분한 길이를 가지는 나노 소재를 형성할 수도 있다． 구체적으로 아연 아세테이트, 아연 나이트레이트 및 아연 중에서 선택된 하나 이상의 제1 반응 전구체 및 헥사메틸렌테트라아민 및 시트르산나트륨 중에서 선택된 제2 반응 전구체의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 산화아연층은 Si, Ge, Ce, Cu, W, Ba, Al, In, Cs, Ni, Pt, Mg, Cd, Al, Fe, Ga, Se, Mn, Ti, Ni, N, P, As 및 C 중에서 선택된 1종 이상의 이종 물질의 반응 전구체의 혼합물을 이용하여 이종 물질을 포함하는 산화 아연계 미세 구조물을 제조할 수 있다.
예를 들어, 상기 미세 구조물이 산화아연계 나노막대인 경우에는 상기 반응 기의 온도를 30-400 ℃로 조절하고, 상기 반응 전구체로서 아연 니트레이트, 아연 아세테이트 또는 이들의 유도체와 헥사메틸렌테트라아민을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 영양용액의 아연 니트레이트, 아연 아세테이트 또는 이들의 유도체와 헥사메틸렌테트라아민의 부피비는 10:1 내지 1:10로 조절하며, 더욱 바람직하게는 1:1로 조절한다. 영양용액의 농도, 조성비, 반응시간, 반응온도를 조절하면 산화아연계 나노막대의 종횡비를 임의로 조절 가능하다. 이때 산화아연계 나노 막대의 종횡비는 품질의 요구 수준 또는 사양에 따라 적절히 조절 가능하다.
또는 상기 미세 구조물이 산화아연계 나노디스크인 경우, 상기 반응전구체로는 아연 니트레이트, 아연 아세테이트 또는 이들의 유도체와 나트륨 하이드록사이드(NaOH)와 소디움 사이트레이트를 사용할 수 있으며, 상기 반응기의 온도는 30-400 ℃로 조절하며, 영양용액의 아연 니트레이트, 아연 아세테이트 또는 이들의 유도체와 나트륨 하이드록 사이드의 부피비는 10:1 내지1:10로 조절하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:10로 조절한다. 영양용액의 농도, 조성비, 반응시간, 반응온도를 조절하면 산화아연계 나노디스크의 두께와 폭을 임의로 조절 가능하다.
상기 성장방법 중 '화학기상 증착법'을 이용한 산화아연층 성장단계는 (i) 반응 전구체를 반응기 내로 주입하는 단계, 및(ii) 상기 반응기 내에서 상기 반응 전구체를 화학반응시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로 화학기상 증착법 중에서 대표적인 유기금속 화학증착법(MOCVD)을 이용한 성장방법을 설명하면, 먼저 유기물 또는 무기물이 코팅된 패턴화된 기판을 반응기 내로 장입하고, 반응 전구체를 상기 반응기 내로 각각 주입하는 것이 바람직하다. 이어서, 소정 범위의 온도와 소정 범위의 압력에서 상기 반응 전구체을 화학 반응시켜 산화아연계 미세 구조물(115)을 성장시킨다. 상기 반응전구체로는 디에틸아연 (DEZn), 디메틸아연(DMZn) 등을 사용하며 산화물 소스 가스로는 산소(O2)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 반응기의 온도는 200-800 ℃, 압력은 10-5-2000 mmHg로 조절하는 것이 바람직하다. 반응 전구체의 양, 소스 가스의 양, 온도 및 압력을 조절함에 따라 다양한 형태의 미세 구조물(예: 나노막대, 나노선, 나노벽 등)을 형성할 수 있다.
상기 성장방법 중 '물리기상 증착법'을 이용한 산화아연층 성장단계는 (i) 패턴영역이 포함된 기판을 반응기로 장입하는 단계, 및 (ii) 펄스 레이저, 전자빔, 화학빔(chemical beam) 중에서 선택된 물리기상 증착법에 의해서 상기 패턴영역에 반응 전구체를 증착하는 단계를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 증착단계는 상기 반응기의 온도를 200-800 ℃로 유지하면서 수행되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 물리기상 증착법 중에서 특히 PLD, MBE, 전자빔 증발(e-beam evaporation)법을 이용하여 산화아연계 미세 구조물(115)을 형성하는 방법을 설명하면, 먼저 유기물 또는 무기물이 코팅되고 원하는 구조물 형상의 패턴을 가해진 기판을 반응기 내로 장입하고, 이어서 타겟을 레이저 내지는 전자빔으로 가열하여 타겟에서 방출되는 산화아연계 타겟의 원소 내지는 분자들이 상기 기판에 증착된다. 이에 따라 산화아연계가 증착된 기판을 꺼낸 후 리프트 오프(lift off) 공정을 거치면 산화아연계의 미세 구조물의 선택 영역 성장을 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기의 제조방법에 따라서 제조된 산화아연계 미세 구조물도 역시 제공되며, 구체적으로 (i) 기판, (ii) 상기 기판 상에 존재하며, 패턴이 가해진 패턴영역을 포함하는 유기물 또는 무기물층, 및 (iii) 상기 패턴영역 상에만 선택적으로 성장한 산화아연층을 포함하는 산화아연계 미세 구조물이 제공된다.
바람직한 일 구현예에 따르면, 본 발명은 (i) 기판, (ii) 상기 기판 상에 존재하는 버퍼층, (iii) 상기 버퍼층 상에 존재하며, 패턴이 가해진 패턴영역을 포함하는 유기물 또는 무기물층, 및 (iv) 상기 패턴영역 상에만 선택적으로 성장한 산화아연층을 포함하는 산화아연계 미세 구조물이 제공된다.
상기 버퍼층은 상기 산화아연층과 격자 상수의 차이가 20% 이하이며, 적어도 10-200 nm의 두께를 가지는 층이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 GaN, ZnO 및 이들의 조합막 중에서 선택된다.
본 발명에 따른 산화아연계 미세 구조물에 있어서, 상기 기판, 유기물 또는 무기물, 산화아연층에 대해서 그 구성물질, 형태 등에 대해서는 상기 본 발명에 따른 제조방법에 설명한 바가 그대로 적용될 수 있으며, 특히 상기 산화아연층은 직경 및 두께가 10 nm 내지 10 μm이고, 길이가 1-100 μm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화아연층은 Si, Ge, Ce, Cu, W, Ba, Al, In, Cs, Ni, Pt, Mg, Cd, Al, Fe, Ga, Se, Mn, Ti, Ni, N, P, As 및 C 중에서 선택된 1종 이상의 이종 물질을 추가로 포함할 수도 있다．
본 출원에 있어서, "어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다"라는 식의 기술은 "다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고 그 사이에 제3의 층이 끼어들어 포함될 수도 있다"는 의미도 포함되는 것으로 해석되어야 하고, 또한 도면에 기재된 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되어 표시되었므며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다고 해석될 수 있다.
실시예
본 발명은 하기의 실시예에 의해서 더욱 구체적으로 설명되며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해서 용이하게 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위는 하기 실시예에 의해서 한정되어 해석되지 않는다.
실시예1
질화 갈륨 버퍼층을 형성하는 실시예는 다음과 같다. Si, Al2O3, GaN, GaAs, ZnO, InP, SiC, 유리(Pyrex, tin oxide glass) 등을 사용하여 유기금속 화학기상증착법 (MOCVD), 분자빔 증착법 (MBE) 또는 수소화물 기상증착법 (HVPE) 등으로 에피텍시 질화 갈륨 버퍼층을 얻는다.
본 발명에서 이용된 질화 갈륨 기판에 대해 다음과 같은 세척 과정을 수행하였다. 먼저 아세톤으로 초음파조에서 세척한 후, 메탄올로 다시 세척해준다. 세척 과정을 통해서 기판의 유기물을 제거하였다.
기판 위에 PMMA 패턴을 형성한 후, 산화아연 나노 막대 성장을 위한 영양 용액을 제조하였다. 더욱 구체적으로 영양 용액 제조 방법을 설명하면, 0.1 M 아연 니트레이트를 디이오나이즈(deionized) 물 50 mL에 녹여 제 1용액을 만든다. 0.1M 헥사메틸렌테트라아민를 디이오나이즈 물50 mL에 녹여 제 2용액을 만든다. 제 1용액과 제 2용액을 섞은 후(총부피 100 mL)의 용액을 만든다. 이 때, 용액의 pH는 약 7.0에 맞춘다. 이 용액을 테플론(Teflon) 오토클레이브에 넣은 후, 패턴화된 기판을 테플론 오토클레이브 바닥에 넣어주고 약 95 ℃에서 6 시간 성장시킨다. 반응 후, 기판을 디이오나이즈 물로 세척한다. 이 때 얻어진 산화아연 나노막대의 평균 길이는 도 1의 주사 현미경 사진과 같이 3 μm, 평균 직경은 2 μm이다. 산화아연 나노막대의 길이 및 직경은 성장조건, 즉 성장시간, 온도, 반응물의 농도에 따라 각각 1-3 μm, 100 nm 내지 10 μm로 다양하게 제조할 수 있다.
실시예2
실시예1과는 다르게 질화 갈륨 기판 위에 패턴을 만들어 선택성장된 산화아연 나노 막대를 제조하였다. 우선 질화 갈륨 기판 위에 코팅할 고분자 물질인 PMMA 용액을 만드는 방법은 다음과 같다. 화학 회사에서 판매되는 PMMA를 희석하지 않고 사용할 수도 있으며 패턴의 구성에 따라 고분자 물질 희석제(Resist thinner)를 이용하여 물질의 농도를 조절할 수 있다. 이는 코팅층의 두께 등과 같은 후속 공정 조건을 결정하는 중요한 요소가 된다.
이렇게 얻어진 PMMA 용액을 딥코터(Dip Coater), 스핀 코터(Spin Coater)와 같은 장비를 이용하여 질화 갈륨(GaN) 기판(예컨대, (0001)면으로 슬라이싱(slicing)된 질화 갈륨 기판) 위에 코팅하였다. 더욱 구체적으로 코팅 방법의 예를 설명하면, PMMA 용액을 스포이드로 기판에 떨어뜨린 다음, 스핀 코터(Spin Coater)를 이용하여 1000-5000 rpm으로 5-30 초 동안 코팅하였다. 위 방법을 이용하여 코팅 시간과 횟수를 조절하면 PMMA 코팅층의 두께를 조절할 수 있다.
PMMA 용액을 기판에 코팅한 후, 핫플레이트(hot plate) 또는 전통적인 오븐(conventional oven)을 이용하여 프리베이킹(pre-baking)을 시켰다. 이때의 온도와 시간은 각각 180℃에서 90 초, 170 ℃에서 30 분으로 하였다.
그 다음 과정으로 전자빔 리소그라피(E-beam lithography) 장비를 이용하여 원하는 크기와 간격의 패턴을 디자인 하고 적절한 위치에 패턴을 기록(writing)해준다. 그 이후 현상(developer) 용액인 메틸이소부틸 케톤(MIBK) 및 IPA(이소프로필 알코올)의 혼합 용액에 1 분 동안 넣어 전자빔에 노출된 부분을 제거하여 실질적으로 패턴을 얻는다. 그리고 패턴의 바닥 부분의 잔여 PMMA를 완전하게 제거하기 위해 산소 플라즈마 처리를 10-30 초 가량 해 준다.
전자빔 리소그라피 공정에서 패턴의 크기와 간격과 전체 면적은 CAD프로그램를 이용하여 디자인 한다. 패턴 의 크기와 간격은 마이크로 미터 단위뿐만 아니라 마이크로 이하 단위까지 정해 줄 수 있으며 전체 면적은 수백 마이크로 단위까지 조절이 가능하다. 그리고 실제의 패턴은 전자빔의 에너지, 전류, 노출량(dose), 노출시간에 의해 결정된다. 그리고 패턴의 크기, 간격, PMMA 코팅층의 두께, 기판 의 종류에 따라 전류, 노출량을 변화시키며 패턴을 기록(writing)한다. 일반적으로 전류는 10-50 pA를 사용하였으며 노출량은 200-400 μC/cm2의 범위에서 조절하였다.
기판 위에 PMMA 패턴을 형성한 후, 실시예1과 같이 영양용액을 제조하고 산화아연 나노막대 성장시켰다. 이 때 얻어진 산화아연 나노막대의 평균 길이는 도 2a의 주사 현미경 사진과 같이 7 μm, 평균 직경은 2 μm이다. 산화아연 나노막대의 길이 및 직경은 성장조건, 즉 성장시간, 온도, 반응물질의 농도에 따라 각각 1-3 μm, 100 nm 내지 10 μm로 다양하게 제조할 수 있다.
실시예3
실시예 1과 유사하게 실리콘 기판 위에 산화아연 버퍼층을 형성하였다. 산화아연 버퍼층을 형성하는 데에는 Si, Al2O3, GaN, GaAs, ZnO, InP, SiC, 유리(Pyrex, tin oxide glass), 고분자(PET, PP) 등의 기판을 사용하여 유기금속 화학기상증착법 (MOCVD), 분자빔 증착법 (Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이져 증착법 (Pulse Laser Deposition) 또는 전자빔 증착법 (electron beam evaporation) 등으로 에피텍시 산화아연 버퍼층을 얻는다.
산화아연 버퍼층을 형성한 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 산화아연 버퍼층 위에 PMMA를 코팅한 후, 전자빔 리소그라피를 이용해서 기판 상에 패턴을 가하고 패턴을 가한 부분에서만 산화아연 나노 막대를 성장하였다. 이렇게 성장한 산 화아연 나노 막대 어레이의 평균 직경과 길이는 도 2b의 주사 전자 현미경에서 같이 1 μm, 평균 직경은 1 μm이다.
실시예4
실시예 2와 유사하게 실리콘 기판 위에 산화아연 버퍼층을 형성하였다. 산화아연 버퍼층을 형성하는데에는 Si, Al2O3, GaN, GaAs, ZnO, InP, SiC, 유리(Pyrex, tin oxide glass), 고분자(PET, PP) 등의 기판을 사용하여 유기금속 화학기상증착법 (MOCVD), 분자빔 증착법 (Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이져 증착법 (Pulse Laser Deposition) 또는 전자빔 증착법 (electron beam evaporation) 등으로 에피텍시 산화아연 버퍼층을 얻는다.
산화아연 버퍼층을 형성한 후, 실시예 2에서와 동일한 방법으로 산화아연 버퍼층 위에 PMMA를 코팅한 후, 전자빔 리소그라피를 이용해서 기판 상에 패턴을 형성하였다. 기판 위에 PMMA 패턴을 형성한 후, 산화아연 나노 디스크 성장을 위한 영양 용액을 제조하였다. 더욱 구체적으로 영양 용액 제조 방법을 설명하면, 0.1 M 아연 아세테이트를 디이오나이즈(deionized) 물 50 mL에 녹여 제 1용액을 만든다. 0.1M 시트르산 나트륨을 디이오나이즈 물 50 mL에 녹여 제 2용액을 만든다. 제 1용액과 제 2용액을 섞은 후(총부피 100 mL)의 용액을 만든다. 이 때, 용액의 pH는 약 7.0에 맞춘다. 이 용액을 Teflon 오토클레이브에 넣은 후, 패턴화된 기판을 Teflon 오토클레이브 바닥에 넣어주고 약 95 ℃에서 12시간 성장시킨다. 반응 후, 기판을 디이오나이즈 물로 세척한다. 이 때 얻어진 산화아연 나노 디스크의 평균 직경은 도 3a의 주사 현미경 사진과 같이 5 μm, 평균 두께는 500 nm이다. 산화아연 나노 디스크의 직경 및 두께는 성장 조건, 즉 성장 시간, 온도, 반응 물질의 농도에 따라 각각 100 nm 내지 10 μm, 10 nm 내지 1 μm로 다양하게 제조할 수 있다.
실시예5
실시예 4와 유사하게 실리콘 기판 위에 질화 갈륨 버퍼층을 형성하였다. 질화 갈륨 버퍼층을 형성하는데에는 Si, Al2O3, GaN, GaAs, ZnO, InP, SiC 등의 기판을 사용하여 유기금속 화학기상증착법 (MOCVD), 분자빔 증착법 (Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이져 증착법 (Pulse Laser Deposition) 또는 전자빔 증착법 (electron beam evaporation) 등으로 에피텍시 질화 갈륨 버퍼층을 얻는다.
질화 갈륨 버퍼층을 형성한 후, 실시예 4에서와 동일한 방법으로 질화 갈륨 버퍼층 위에 PMMA를 코팅한 후, 전자빔 리소그라피를 이용해서 기판 상에 패턴을 가하고 패턴화한 부분에서만 산화아연 나노 디스크를 성장하였다. 이렇게 성장한 산화아연 나노 디스크 어레이의 평균 직경과 두께는 도 3b의 주사 전자 현미경에서 같이 5 μm, 평균 두께는 500 nm이다. 산화아연 나노 디스크의 직경 및 두께는 성장조건, 즉 성장시간, 온도, 반응물의 농도에 따라 각각 100 nm 내지 10 μm, 10 nm 내지 1 μm로 다양하게 제조할 수 있다.
실험예
1
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 선택성장한 산화아연 나노 막대 어레이의 결정성을 알아보기 위해 엑스레이 2θ/θ 스캔 (XRD diffraction measurements)과 θ 스캔(XRD rocking curve)을 한 그래프들이다. 엑스레이 회절(X-ray Diffraction; 이하 'XRD'라 함)은 회절 피크(peak)를 통한 박막의 결정학적 구조 분석에 사용되는 것으로, 2θ/θ 스캔 커브 및 θ 스캔 커브 측정을 통해 결정성 분석을 할 수 있다. 도 8a는 사파이어 기판 상에 질화 갈륨 버퍼층을 성장시킨 경우와 사파이어 기판 상에 질화 갈륨 버퍼층이 있는 기판에 산화아연 나노 막대를 성장한 경우의 XRD 2θ/θ 스캔 커브 이고, 도 8b 및 도 8c는 앞서 기술한 실시예 2에 따라 산화아연 나노 막대를 질화 갈륨 버퍼층에 성장시킨 경우의 XRD 락킹 커브이다.
도 8a를 참조하면 질화 갈륨 버퍼층에 성장한 산화아연 나노 막대는 (002) 방향으로 성장한 것을 확인할 수 있다. 이는 주사 전자 현미경 사진에서 확인할 수 있는 것과 같이 기판에 수직한 방향으로 산화아연 나노 막대가 성장하는 것을 확인할 수 있다.
도 8b 및 도 8c를 참조하면, 사파이어 기판에 성장된 GaN 박막의 XRD 락킹 커브의 반값폭(Full Width Half Maximum: FWHM)은 0.359°로 나타났고, 산화아연 나노 막대의 XRD 락킹 커브의 반값폭(FWHM)은 0.685°로 나타났다. 이는 다른 성장 방법을 이용해서 제작한 나노 막대의 XRD 락킹 커브의 반값폭에 비해서 매우 작은 값으로 매우 우수한 결정성을 가지는 것으로 확인할 수 있다.
실험예
2
도 9a 내지 9c는 선택성장한 산화아연 나노 막대 어레이의 광학적 특성을 알아보기 위하여 저온(10K) 측광(Photoluminescence; 이하 'PL'이라 함) 측정을 한 결과를 보여주는 그래프들이다. PL 측정은 He-Cd 레이저의 325㎚ 파장을 광원으로 사용하여 측정하며, 밴드갭 내에서의 전자(electron)와 홀(hole)의 재결합을 통해 물질의 광학적 특성을 평가하게 된다. 도 9a에서, 앞서 기술한 실시예 1에 따라 질화 갈륨 기판에 성장된 산화아연 나노 막대 어레이의 PL 피크(peak)를 보여주고 있다.
도 9a를 참조하면, 저온(10K) 측광(Photoluminescence; 이하 'PL'이라 함) 측정에서 질화 갈륨 기판 상에 성장한 산화아연 나노 막대에서 질화 갈륨 박막의 PL 피크(peak)과 성장시킨 산화아연 나노 막대의 PL 피크(peak)을 확인할 수 있었다.
도 9b에서, 앞서 기술한 실시예 3에 따라 산화아연 버퍼층을 증착한 기판에 선택성장된 산화아연 나노 막대 어레이의 PL 피크(peak)를 보여주고 있다. 도 9를 참조하면, 상온 (298K) 측광(Photoluminescence; 이하 'PL'이라 함) 측정에서 선택적 성장한 산화아연 나노 막대에서 산화아연 나노 막대의 PL 피크(peak)을 확인할 수 있었다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 성장한 산화아연 나노 막대의 광학적 특성이 우수함을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
본 발명에 의한 산화아연계 미세 구조물 선택성장 방법에 의하면, 기판 상에 유기물 또는 무기물을 코팅한 뒤, 물리적 또는 화학적 식각방법을 이용하여 기판 상에 특정 위치, 일정 간격을 가지는 패턴을 가하고, 수열 합성법을 포함하는 다양한 성장 방법(물리기상 증착법, 화학기상 증착법 등)을 통해서 산화아연계 미세 구조물의 형상, 길이와 직경 등의 구조조절과 위치, 간격 등의 공간배열을 조절해서 패턴화된 위치에 선택적으로 산화아연계 미세 구조물를 성장시키는 방법을 제공하고, 종래의 나노소재 선택 영역 성장 방법에 비하여 공정이 비교적 간단하고 낮은 온도로 대면적에서 원하는 위치에 원하는 간격으로 원하는 형상, 길이, 직경을 가지는 미세구조를 선택성장의 제어가 가능하여 이를 이용한 반도체 장치 제조를 더욱 쉽게 구성할 수 있다.
Claims (32)
- (a) 기판 상에 유기물 또는 무기물을 코팅하는 단계,(b) 상기 유기물 또는 무기물 코팅층에 리소그라피 공정과 물리적 또는 화학적 식각방법으로 패턴을 가하여 상기 기판 상에 패턴영역을 형성시키는 단계, 및(c) 상기 패턴영역 상에 선택적으로 산화아연층을 성장시키는 단계를 포함하되,상기 산화아연층은 Si, Ge, Ce, Cu, W, Ba, Al, In, Cs, Ni, Pt, Mg, Cd, Al, Fe, Ga, Se, Mn, Ti, Ni, N, P, As 및 C 중에서 선택된 1종 이상의 이종 물질을 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- (a) 기판 상에 버퍼층을 성장시키는 단계,(b) 상기 버퍼층 상에 유기물 또는 무기물을 코팅하는 단계,(c) 상기 유기물 또는 무기물 코팅층에 리소그라피 공정과 물리적 또는 화학적 식각방법으로 패턴을 가하여 상기 버퍼층 상에 패턴영역을 형성시키는 단계, 및(d) 상기 패턴영역 상에 선택적으로 산화아연층을 성장시키는 단계를 포함하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제2항에서 있어서, 상기 버퍼층은 상기 산화아연층과 격자 상수의 차이가 20% 이하이며, 적어도 10-200 nm의 두께를 가지는 층인 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 버퍼층은 GaN, ZnO 및 이들의 조합막 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은 Si, Al2O3, GaN, GaAs, ZnO, InP, SiC, 유리 및 고분자 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유기물은 포토레지스트(photo resist) 물질, 전자빔(e-beam) 레지스트 물질 및 고분자 물질 중에서 선택되고, 상기 무기물은 세라믹 물질 및 반도체 물질 중에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 전자빔 레지스트 물질은 PMMA, 폴리(부텐-1-술폰 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물.
- 제2항에 있어서, 상기 산화아연층은 Si, Ge, Ce, Cu, W, Ba, Al, In, Cs, Ni, Pt, Mg, Cd, Al, Fe, Ga, Se, Mn, Ti, Ni, N, P, As 및 C 중에서 선택된 1종 이상의 이종 물질을 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패턴영역 형성단계는 리소그라피 공정과 화학적 또는 물리적 식각방법을 이용하여 수행되는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화아연층을 성장시키는 단계는 수열 합성법, 화학기상 증착법 및 물리기상 증착법 중에서 선택된 방법에 의해서 수행되는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기 수열 합성법을 이용한 산화아연층 성장단계는탈이온수(deionized water)에 반응 전구체를 녹여 전구체 용액을 제조하는 단계, 및상기 용액 및 상기 기판을 반응기에 넣어 가열하는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 반응 전구체는 2종 이상의 전구체의 혼합물임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 반응 전구체는 아연 아세테이트, 아연 나이트레이트 및 아연 중에서 선택된 하나 이상의 제1 반응 전구체 및 헥사메틸렌테트라아민 및 시트르산나트륨 중에서 선택된 제2 반응 전구체의 혼합물임을 특징으로 하는 선택성장한 산화아연계 미세 구조물의 제조 방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 혼합물은 Si, Ge, Ce, Cu, W, Ba, Al, In, Cs, Ni, Pt, Mg, Cd, Al, Fe, Ga, Se, Mn, Ti, Ni, N, P, As 및 C 중에서 선택된 1종 이상의 이종 물질의 반응 전구체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 아연계 미세 구조물의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 가열단계는 상기 반응기의 온도를 30-400 ℃로 유지함으로써 수행되는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 화학기상 증착법을 이용한 산화아연층 성장단계는반응 전구체를 반응기 내로 주입하는 단계, 및상기 반응기 내에서 상기 반응 전구체를 화학반응시키는 단계를 포함하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제15항에 있어서, 상기 반응 전구체는 2종 이상의 반응 전구체의 혼합물이고, 상기 2종 이상의 반응 전구체는 개별적인 라인을 통해 상기 반응기 내로 주입되는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 반응 전구체는 디에틸아연(DEZn) 및 디메틸아연(DMZn) 중에서 선택된 제1 반응 전구체 및 제2 반응 전구체로 산소(O2)를 사용하는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 화학반응 단계는 상기 반응기의 온도를 200-800 ℃로 유지하면서 수행되는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제10 항에 있어서, 상기 물리기상 증착법에 의한 산화아연층 성장단계는패턴영역이 포함된 기판을 반응기로 장입하는 단계, 및펄스 레이저, 전자빔, 화학빔(chemical beam) 중에서 선택된 물리기상 증착법에 의해서 상기 패턴영역에 반응 전구체를 증착하는 단계를 포함하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제20항에 있어서, 상기 증착단계는 상기 반응기의 온도를 200-800 ℃℃유지하면서 수행되는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화아연층은 상기 성장시키는 단계의 성장조건에 따라서 형상, 직경, 길이가 달라지는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물 제조방법.
- 기판,상기 기판 상에 존재하며, 패턴이 가해진 패턴영역을 포함하는 유기물 또는 무기물층, 및상기 패턴영역 상에만 선택적으로 성장한 산화아연층을 포함하되,상기 산화아연층은 Si, Ge, Ce, Cu, W, Ba, Al, In, Cs, Ni, Pt, Mg, Cd, Al, Fe, Ga, Se, Mn, Ti, Ni, N, P, As 및 C 중에서 선택된 1종 이상의 이종 물질을 포함하는 것임을 특징으로 하는산화아연계 미세 구조물.
- 기판,상기 기판 상에 존재하는 버퍼층,상기 버퍼층 상에 존재하며, 패턴이 가해진 패턴영역을 포함하는 유기물 또는 무기물층, 및상기 패턴영역 상에만 선택적으로 성장한 산화아연층을 포함하는 산화아연계 미세 구조물.
- 제24항에서 있어서, 상기 버퍼층은 상기 산화아연층과 격자 상수의 차이가 20% 이하이며, 적어도 10-200 nm의 두께를 가지는 층인 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물.
- 제24항에 있어서, 상기 버퍼층은 GaN, ZnO 및 이들의 조합막 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물.
- 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 기판은 Si, Al2O3, GaN, GaAs, ZnO, InP, SiC, 유리 및 고분자 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물.
- 제27항에 있어서, 상기 유리는 파이렉스(Pyrex) 유리 또는 산화주석 유리(tin oxide glass)이고, 상기 고분자는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리프로필렌(PP)인 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물.
- 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 유기물은 포토 레지스트(photo resist) 물질, 전자빔(e-beam) 레지스트 물질 및 고분자 물질 중에서 선택되고, 상기 무기물은 세라믹 물질 및 반도체 물질 중에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물.
- 제29항에 있어서, 상기 전자빔 레지스트 물질은 PMMA, 폴리(부텐-1-술폰 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물.
- 제24항에 있어서, 상기 산화아연층은 Si, Ge, Ce, Cu, W, Ba, Al, In, Cs, Ni, Pt, Mg, Cd, Al, Fe, Ga, Se, Mn, Ti, Ni, N, P, As 및 C 중에서 선택된 1종 이상의 이종 물질을 포함하는 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물.
- 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 산화아연층은 직경 및 두께가 10 nm 내지 10 μm이고, 길이가 1-100 μm인 것임을 특징으로 하는 산화아연계 미세 구조물.
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