KR100789652B1 - 나노막대제조용 화학증착장치를 이용한 나노막대 형성방법및 그 방법에 의해 제조된 나노막대 또는 나노선 - Google Patents
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Abstract
Description
또한 바람직하게는, 상기 기판상에 나노입자가 형성되는 과정은 상압(대기압)에서 상기 나노물질형성 열원부에 의해 열원이 공급되어 상기 반응가스들의 분압이 포화상태가 됨으로써 성장과정중 소결과정(sintering process)이 진행되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 혼합가스반응 열원부의 온도범위는 900 ∼ 1050℃이고, 상기 나노물질형성 열원부의 온도범위는 600∼750℃인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 나노막대가 생성되는 성장시간이 30분에서 6시간인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 기판은 Al2O3, Si, SiC, GaN, ZnO중 하나가 사용된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 기판상에 형성된 나노막대는 GaN, Si, SiC, ZnO, SiGe, GaAs, InP, InGaN, AlGaN, AlN 중 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 나노물질을 형성하기 위한 열원을 공급하는 별도의 나노물질형성 열원부를 구비한 나노막대제조용 화학증착장치에 있어서, GaClx기체와 NH3기체를 상기 별도의 나노물질형성 열원부로부터 열원이 공급되는 별도의 나노물질형성 영역에서 600∼750℃의 온도범위로 30분에서 6시간 동안 반응시켜 기판상에 나노막대를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 나노막대는 나노입자 형성단계; 종자층 형성단계;를 거쳐 상기 종자층을 베이스로 하여 수직상방으로 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 반응원료는 Ga금속 혹은 Ga기체인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 반응원료는 TMGa(Trimethyl Gallium)금속 혹은 TMGa기체인 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 나노막대제조용 화학증착장치를 이용한 나노막대 형성방법을 부도면을 참조로 상세히 설명한다.
상기 혼합가스는 예를 들면, Ga 금속과 HCl기체의 반응에 의해 생기는 GaClx기체와 NH3기체를 말한다.
도 4a를 참조하면, 나노선 또는 나노막대성장하기 위한 형성과정을 볼 수 있는데, 반응가스의 분압과 온도를 이용하여 동종핵화가 되도록 조건을 만들어주면 기판(21)위에 나노 크리스탈 또는 나노 파우더(41)가 성장되며, 이러한 나노파우더(41)로부터 성장 과정중 소결과정(sintering process)이 수행되며, 재 결정화가 이루어져 종자층(42)이 형성된다(도 4b참조). 나노 크리스탈 또는 나노 파우더는 모두 나노입자로 통칭하기로 한다.
상기 혼합가스는 예를 들면, Ga 금속과 HCl기체의 반응에 의해 생기는 GaClx기체와 NH3기체를 말한다. 그러나 이에 제한되지는 않으며 이하 열거하는 여러가지 물질들이 사용될 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명에 따른 성장온도별 나노막대 형성 전자현미경사진으로서 성장온도가 증가함에 따라 GaN 종자층(600℃)이 형성되기 시작하여 이후 그 종자층을 베이스로 하여 GaN나노 막대가 생성되기 시작하는 것을 확인하였다. 성장온도가 700℃이상으로 성장하였을 때 GaN 나노막대가 생성되지않고 GaN 박막이 성장되었다.
도 6은 본 발명에 따른 성장온도별 고해상도 XRD 그림으로서 성장온도가 증가함에 따라 GaN(0002)에 해당되는 XRD(X-Ray Diffraction) 회절 강도가 증가하고 있는 것을 확인하였다.
Claims (22)
- 챔버내에 기체화된 반도체재료를 주입하여 기판(21)상에 나노막대들(42)을 형성하기 위하여 반응원료 기체를 포함한 반응가스들이 반응을 일으키도록 하기 위한 열원을 공급하는 혼합가스반응 열원부(11) 및 상기 기판(21)상에 상기 반응가스들을 통해 나노막대들을 성장시키기 위하여 베이스로서 나노입자를 성장시키는 위한 열원을 공급하는 나노물질형성 열원부(12)를 포함하여 이루어지며, 상기 챔버는 상기 각각의 열원부(10,11,12)의해 영향을 받는 반응원료기체화 영역(C1), 혼합가스반응 영역(C2) 및 나노물질형성 영역(C3)으로 구분된 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법에 있어서,상기 나노물질형성 열원부(12)에 의해 공급된 열원의 온도에 의해 상기 기판(21)위로 반응가스가 통과되면서 나노입자(41)가 형성되며 이후 종자층(42)이 형성되고, 상기 종자층(42)을 토대로 수직상방으로 나노막대(43)들이 자발적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 나노물질형성 열원부(12)에 의해 공급된 열원의 온도는 상기 혼합가스반응 열원부(11)에 의해 공급된 열원의 온도보다 낮은 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막 대 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판(21)상에 나노입자가 형성되는 과정은 상압(대기압)에서 상기 나노물질형성 열원부(12)에 의해 열원이 공급되어 상기 반응가스들의 분압이 포화상태가 됨으로써 성장과정중 소결과정(sintering process)이 진행되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판(21)상에 나노입자가 형성되는 과정은 상압-100torr의 압력범위내에서 상기 나노물질형성 열원부(12)에 의해 공급된 열원에 의해 상기 반응가스들의 분압이 포화상태가 되도록 열처리과정(annealing process)이 진행되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 나노물질형성 열원부(12)는 저항가열 히터를 사용하는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 나노물질형성 열원부(12)는 RF 히팅 코일 히터를 사용하는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 혼합가스반응 열원부(11)의 온도범위는 900 ∼ 1050℃이고, 상기 나노물질형성 열원부(12)의 온도범위는 600∼750℃인 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 1 항 또는 제 3항에 있어서, 상기 나노막대(43)가 생성되는 성장시간이 30분에서 6시간인 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판(21)은 Al2O3, Si, SiC, GaN, ZnO중 하나가 사용된 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형 성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판(21)상에 형성된 나노막대(43)는 GaN, Si, SiC, ZnO, SiGe, GaAs, InP, InGaN, AlGaN, AlN 중 하나인 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 챔버내에 기체화된 반도체재료를 주입하여 기판(21)상에 나노막대들(42)을 형성하기 위하여 반응원료 기체를 포함한 반응가스들이 반응을 일으키도록 하기 위한 열원을 공급하는 혼합가스반응 열원부(11) 및 상기 기판(21)상에 상기 반응가스들을 통해 나노막대들을 성장시키기 위하여 베이스로서 나노입자를 성장시키는 위한 열원을 공급하는 나노물질형성 열원부(12)를 포함하여 이루어지며, 상기 챔버는 상기 각각의 열원부(10,11,12)의해 영향을 받는 반응원료기체화 영역(C1), 혼합가스반응 영역(C2) 및 나노물질형성 영역(C3)으로 구분된 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용하여 제조되고,상기 나노물질형성 열원부(12)에서 공급된 열원의 온도에 의해 상기 기판(21)위로 반응가스가 통과되면서 나노입자(41)가 형성되고, 상기 나노입자(41) 상에 종자층(42)이 형성되고, 상기 종자층(42)을 토대로 수직상방으로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노막대(43).
- 나노물질을 형성하기 위한 열원을 공급하는 별도의 나노물질형성 열원부(12)를 구비한 나노막대제조용 화학증착장치(200)에 있어서, GaClx기체와 NH3기체를 상기 별도의 나노물질형성 열원부(12)로부터 열원이 공급되는 나노물질형성 영역(C3)에서 600∼750℃의 온도범위로 30분에서 6시간 동안 반응시켜 기판(21)상에 나노막대(43)를 형성하는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 나노물질형성 열원부(12)에 의해 공급된 열원의 온도는 반응가스가 공급되는 인접한 열원부에 의해 공급된 열원의 온도보다 낮은 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 기판(21)상에 나노입자가 형성되는 과정은 상압(대기압)에서 상기 나노물질형성 열원부(12)에 의해 열원이 공급되어 상기 반응가스들의 분압이 포화상태가 됨으로써 성장과정중 소결과정(sintering process)이 진행되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
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- 제 12 항에 있어서, 상기 기판(21)상에 형성된 나노막대(43)는 GaN, Si, SiC, ZnO, SiGe, GaAs, InP, InGaN, AlGaN, AlN 중 하나인 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 나노막대(43)는나노입자(41) 형성단계;종자층(42) 형성단계;를 거쳐 상기 종자층(42)을 베이스로 하여 수직상방으로 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 1 항 또는 제 12항에 있어서, 상기 반응원료는 Ga금속 혹은 Ga기체인 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
- 제 1항 또는 제 12항에 있어서, 상기 반응원료는 TMGa(Trimethyl Gallium)금속 혹은 TMGa(Trimethyl Gallium) 기체인 것을 특징으로 하는 나노막대제조용 화학증착장치(200)를 이용한 나노막대 형성방법.
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