KR100791861B1 - 망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법 - Google Patents

망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100791861B1
KR100791861B1 KR1020050080464A KR20050080464A KR100791861B1 KR 100791861 B1 KR100791861 B1 KR 100791861B1 KR 1020050080464 A KR1020050080464 A KR 1020050080464A KR 20050080464 A KR20050080464 A KR 20050080464A KR 100791861 B1 KR100791861 B1 KR 100791861B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
zinc oxide
manganese
mineralizer
single crystal
solution
Prior art date
Application number
KR1020050080464A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070024883A (ko
Inventor
이영국
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020050080464A priority Critical patent/KR100791861B1/ko
Publication of KR20070024883A publication Critical patent/KR20070024883A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100791861B1 publication Critical patent/KR100791861B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/04—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion materials in the liquid state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K4/00—Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 산화아연 단결정을 수열법으로 성장시키는데 있어서, 망간 금속을 주입함으로써 산화아연 고유의 반도체 특성 외에 자성을 띠게 함으로써 묽은 자성 반도체 (dilute magnetic semiconductor) 소자에 응용할 수 있는 산화아연 단결정의 제조방법에 관한 것으로, 광화제로서 KOH, LiOH 및 Mn염의 혼합 수열 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 방법에 따르면 산화아연 단결정에 최대 7%의 망간 이온이 주입된 산화아연 단결정을 제조할 수 있다.

Description

망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법 {METHOD FOR THE PREPARATION OF MANGANESE-DOPED ZINC OXIDE SINGLE CRYSTAL}
도 1은 본 발명에 따라 성장된 망간-주입된 산화아연 단결정을 다른 망간 화합물과 비교하여 X-선 흡수분광계로 분석하여 나타낸 스펙트럼이다.
본 발명은 산화아연 단결정의 성장에 있어서 망간 이온을 주입함으로써 반도체적인 성질 외에 자성을 띠게 함으로써 궁극적으로 묽은 자성 반도체 (diluted magnetic semiconductor) 소자를 제조할 수 있는 망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 KOH, LiOH 및 망간염을 포함하는 혼합 수열 용액에 산화아연 및 산화망간 분말을 원료로 사용함으로써 망간이 주입된 산화 아연 벌크(bulk) 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.
산화아연 단결정은 태양전지의 투명 전극, 표면 탄성파 소자, 산화물 반도체 등의 분야에 사용되는 유용한 물질이다.
또한 최근에는 산화아연에 철이나 망간 또는 코발트와 같은 전이 금속을 주입함으로써 자성을 띠게 하여 묽은 자성 반도체 소자에 응용되고 있다. 그러나 유기 금속 화학 증착법으로 성장된 묽은 자성 반도체 박막의 경우 주입된 철 이온이나 망간 이온이 아연 원소의 자리에 치환되었다는 증거가 없고 단지 철 금속 또는 망간 금속 클러스터를 형성하여 자성을 띠게 한다는 이론이 지배적이다 (참고문헌 [J. M. D. Coey, 등, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 290-291, Part 2, April 2005, pages 1405-1407]; [C. B. Fitzgerald, 등 Applied Surface Science, 247, Issues 1-4, 15 July 2005, pages 493-496] 참조).
이에 본 발명자들은 산화아연 단결정을 수열법으로 성장시킴에 있어서 망간 이온을 주입함으로써 성장된 단결정이 반도체성 이외에도 자성을 띠게 함으로써 묽은 자성 반도체에 응용할 수 있는 산화아연 벌크 단결정의 개선된 제조방법을 개발하기 위해 계속 연구를 진행한 결과, 기존에 광화제로서 사용되는 KOH와 LiOH의 혼합수용액에 Mn의 수용성 염을 첨가하는 경우 망간 이온이 최대 7%까지 주입된 산화아연 단결정을 성장시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 산화아연의 망간 함유 벌크(bulk) 단결정 제조시, 광화제 용액에 망간 이온을 첨가함으로써 높은 농도로 망간이 주입되어 묽은 자성 반도체에 유용하게 응용할 수 있는 망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 광화제로서 KOH, LiOH 및 망간의 수용성 염을 포함하는 혼합 수열 용액의 존재 하에 산화망간 및 산화아연 분말 소결체 원료 및 산화아연 종자 결정을 사용하여 수열법에 의해 망간-주입된 산화아연 단결정을 제조하는 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 망간-주입된 산화아연 단결정 제조방법은 광화제로 사용되던 기존의 용액에 망간의 수용성 염을 첨가하여, 산화아연 단결정에 대한 망간의 주입량을 증대시킴을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광화제로서 KOH, LiOH 및 망간염 함유 수열 용액을 사용하는데, 각 성분의 농도는 예를 들면 1 내지 4 M KOH (바람직하게는 2 내지 3 M KOH), 0.5 내지 1.5 M LiOH 및 0.1 내지 0.2M 망간 염으로 하는 것이 적합하다. 광화제 용액은 KOH 수용액에 LiOH 및 망간의 수용성 염을 첨가함으로써 얻을 수 있으며, 상기 망간의 염으로는 망간의 탄산염, 질산염 등의 수용성 염을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 망간-주입된 산화아연 단결정의 제조 방법은, 구체적으로 산화망간을 포함하는 산화아연 분말 소결체를 오토클레이브 (autoclave) 형태 반응기의 하단에 장착하고 산화아연 종자 결정은 상기 오토클레이브의 상단에 장착한 다음, 상기 오토클레이브에 광화제 용액을 채우고, 오토클레이브를 밀봉한 다음, 상 단부는 약 330 내지 350℃, 하단부는 350 내지 370℃로 승온하고 유지시킴으로써 수행할 수 있다. 이 때 오토클레이브의 압력은 대략 350-400 기압으로 유지한다.
이때, 상기 광화제 용액은 산화아연 분말을 약 5 내지 10 g/ℓ의 농도로 광화제 용액에 첨가한 후 예를 들면 60 내지 70 ℃로 가열함으로써 산화아연이 포화된 용액 형태로 사용하는 것이 오토클레이브 벽면 위의 자발 핵생성에 의한 결석 현상을 억제시킬 수 있으므로 바람직하다.
본 발명의 단결정 제조방법은 망간 이온이 최대 7%까지 주입된 산화아연 단결정을 성장시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 만으로 제한되는 것은 아니다.
실 시 예 1
망간이 10 중량% 첨가된 산화아연 분말을 내경 10mm의 몰드를 이용하여 펠렛트(pellet) 형태로 만든 다음 1000℃에서 2 시간 동안 소결시켜 얻은 소결체 50g을 바스켓에 넣어 은으로 내자된 내용적 200cc의 오토클레이브(autocave)의 하단부(원료용해부)에 장착하였다. 그 위에 개공도 10%의 대류조절판을 얹은 다음, 오토클레이브의 상단부(결정육성부)에 <001> 방향의 판상 산화아연 종자결정을 장착하였다.
3M KOH 수용액에 LiOH 및 NH4Cl를 첨가하여 3M KOH, 1M LiOH 및 0.1M MnCO3가 되도록 혼합용액을 조제한 후 5g/ℓ의 산화아연 분말을 첨가하고 60℃로 가열한 다음 거름종이로 걸러 산화아연-포화된 광화제 용액을 조제하였다.
상기 산화아연-포화 광화제 용액을 충진율 80%에 맞춰 채취하여 상기 오토클레이브에 채운 다음, 밀봉하고 상단부 350℃, 하단부 370℃로 승온한 후 20일간 유지시켜 결정을 육성하였다. 결정 육성이 끝난 후 결정을 회수하여 XAS (X-선 흡광분광광도법) 분석한 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 산화아연 단결정에 혼입된 망간 이온이 아연 자리를 치환하였음을 확인하였다.
실 시 예 2
상기 광화제 용액 중 MnCO3의 농도를 0.2M로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 산화아연 단결정을 제조하였다.
실 시 예 3
성장온도를 상단부 330℃, 하단부 350℃로 하는 것을 제외하고는 상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 산화아연 단결정을 제조하였다.
본 발명의 산화아연 단결정 제조방법에 따르면, 고농도로 망간-주입된 산화 아연 단결정을 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 광화제로서 KOH, LiOH 및 망간의 수용성 염을 포함하는 혼합 수열 용액의 존재 하에 산화망간 및 산화아연 분말 소결체 원료 및 산화아연 종자 결정을 사용하여 수열법에 의해 망간-주입된 산화아연 단결정을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    광화제 중의 각 성분의 농도가 KOH 1 내지 4 M, LiOH 0.5 내지 1.5 M 및 망간 염 0.1 내지 0.2M 범위임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    광화제로서 산화아연이 포화된 용액을 사용함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    산화아연이 포화된 광화제 용액이, 산화아연 분말을 광화제 용액에 5 내지 10 g/l 범위의 농도로 넣고 60 내지 70 ℃ 범위로 가열함으로써 제조된 것임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    산화망간을 포함하는 산화아연 분말 소결체를 반응기의 하단에 장착하고 산화아연 종자 결정을 상기 반응기의 상단에 장착한 다음, 상기 반응기에 광화제 용액을 채우고, 상단부는 330 내지 350℃, 하단부는 350 내지 370℃로 승온하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    반응기의 압력을 350 내지 400 기압으로 유지함을 특징으로 하는 방법.
KR1020050080464A 2005-08-31 2005-08-31 망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법 KR100791861B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050080464A KR100791861B1 (ko) 2005-08-31 2005-08-31 망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050080464A KR100791861B1 (ko) 2005-08-31 2005-08-31 망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070024883A KR20070024883A (ko) 2007-03-08
KR100791861B1 true KR100791861B1 (ko) 2008-01-07

Family

ID=38099211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050080464A KR100791861B1 (ko) 2005-08-31 2005-08-31 망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100791861B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06279190A (ja) * 1993-03-29 1994-10-04 Ngk Insulators Ltd 酸化亜鉛単結晶の育成方法
KR970011034A (ko) * 1995-08-04 1997-03-27 강박광 산화아연 단결정의 제조방법
KR20000009318A (ko) * 1998-07-23 2000-02-15 김충섭 산화아연 단결정의 제조방법
WO2005114256A1 (ja) 2004-05-24 2005-12-01 Fukuda X'tal Laboratory 超高速シンチレータとしてのＺｎＯ単結晶およびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06279190A (ja) * 1993-03-29 1994-10-04 Ngk Insulators Ltd 酸化亜鉛単結晶の育成方法
KR970011034A (ko) * 1995-08-04 1997-03-27 강박광 산화아연 단결정의 제조방법
KR20000009318A (ko) * 1998-07-23 2000-02-15 김충섭 산화아연 단결정의 제조방법
WO2005114256A1 (ja) 2004-05-24 2005-12-01 Fukuda X'tal Laboratory 超高速シンチレータとしてのＺｎＯ単結晶およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070024883A (ko) 2007-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tong et al. Polymorphous α-and β-Ni (OH) 2 complex architectures: morphological and phasal evolution mechanisms and enhanced catalytic activity as non-enzymatic glucose sensors
Yue et al. Hydrothermal synthesis of single-crystal ZnS nanowires
CN105040090B (zh) 一种核壳结构钛酸铅‑钛酸锶单晶纳米材料的制备方法
CN104088016A (zh) 活性炭纤维表面的一维NiCo2S4晶体阵列及其制备方法
CN109665537A (zh) 一种低温制备EuB6纳米立方体晶体的方法
Hosono et al. Ferroelectric BaTaO2N crystals grown in a BaCN2 flux
CN106179140B (zh) 一种磷化镍中空纳米微球的制备方法
CN103864155A (zh) 一种高结晶度铁基类水滑石的制备方法
CN101486486B (zh) 强磁场下ZnO及其稀磁半导体材料的制备方法与装置
CN104788505B (zh) 一种金属‑有机框架单晶外延生长的DMCoF/DMMnF异质结材料及其制备方法
CN102491742A (zh) 锰铜共掺杂ZnO稀磁半导体材料的制备方法与装置
CN104192914B (zh) 一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法
Sima et al. ZnO: Mn: Cu nanowires prepared by template method
KR100791861B1 (ko) 망간-주입된 산화아연 단결정의 제조방법
CN104047053A (zh) 磁性掺杂的氧化锌微米结构及其制备方法
Nayeri et al. Influence of seed layers on the vertical growth of ZnO nanowires by low-temperature wet chemical bath deposition on ITO-coated glass substrate
Li et al. ZnO nanostructure construction on zinc foil: the concept from an ionic liquid precursor aqueous solution
Djurisic et al. Hydrothermal synthesis of nanostructures
CN108408788B (zh) 黄铁矿纳米片定向附着生长的类八面体聚形晶的制备方法
Dalal et al. Growth of strontium oxalate crystals in agar–agar gel
CN105502498A (zh) 一种水热制备金字塔形KNbO3纳米结构的方法
KR20070024884A (ko) 산화아연 단결정의 제조방법
JP2010037163A (ja) 水酸化ニッケルヘキサゴナルプレートおよびその製造方法
CN104788506B (zh) 一种金属‑有机框架单晶外延生长的DMMnF/DMCoF异质结材料及其制备方法
Eid et al. Preparation and characterization of ZnS thin films

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100930

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111208

Year of fee payment: 20