KR100946704B1 - VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어의 제조 방법 - Google Patents
VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100946704B1 KR100946704B1 KR1020070122459A KR20070122459A KR100946704B1 KR 100946704 B1 KR100946704 B1 KR 100946704B1 KR 1020070122459 A KR1020070122459 A KR 1020070122459A KR 20070122459 A KR20070122459 A KR 20070122459A KR 100946704 B1 KR100946704 B1 KR 100946704B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gete
- nanowires
- substrate
- raw material
- temperature
- Prior art date
Links
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 229910005900 GeTe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000007787 solid Substances 0.000 title abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 6
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 9
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- GPMBECJIPQBCKI-UHFFFAOYSA-N germanium telluride Chemical compound [Te]=[Ge]=[Te] GPMBECJIPQBCKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02587—Structure
- H01L21/0259—Microstructure
- H01L21/02603—Nanowires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
- B82B3/0038—Manufacturing processes for forming specific nanostructures not provided for in groups B82B3/0014 - B82B3/0033
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B19/00—Selenium; Tellurium; Compounds thereof
- C01B19/007—Tellurides or selenides of metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
- H01L29/0665—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
- C01P2004/16—Nanowires or nanorods, i.e. solid nanofibres with two nearly equal dimensions between 1-100 nanometer
Abstract
본발명은 금속 클러스터를 나노와이어의 성장 촉매로 이용하는 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 공정을 이용하는 GeTe 나노와이어 제조 방법을 제공한다. 본발명에 따른 VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어의 제조방법은, GeTe 원료와 기판을 반응로 내에 이격시켜 배치하는 단계와, 상기 GeTe 원료가 휘발하여 GeTe 가스 상태가 되도록 상기 GeTe 원료를 소스 온도로 가열시키고 상기 기판을 기판 온도로 가열시키는 단계와, 형성 시간 동안, 상기 반응로 내에 반응 가스를 흘려보내어 상기 GeTe 가스를 상기 기판상에 흡착시키고 확산 및 석출반응을 수행하여 GeTe 나노와이어를 성장시키는 단계를 포함한다.
GeTe 나노와이어, VLS(Vapor-Liquid-Solid)법
Description
본 발명은 GeTe 나노와이어의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GeTe 나노와이어의 길이와 두께를 조절할 수 있는 나노와이어 제조방법에 관한 것이다.
전원을 차단하더라도 저장된 정보가 유지되는 비휘발성 메모리소자는 휴대용 개인 단말기의 수요 증대와 함께 비약적으로 발전하고 있다. 이러한 비휘발성 메모리소자중 가장 대표적인 것으로 플래쉬 메모리소자가 있으며, 플래쉬 메모리소자는 비교적 높은 구동 전원과 반복 저장횟수의 제한 등의 문제점들을 가지고 있다. 이에 따라 차세대 비휘발성 메모리 개발이 활발히 진행되고 있으며, 그중 대표적인 것이 상변화 메모리 소자이다. 비결정질과 결정질 상태를 가역적으로 이동할 수 있는 상전이(phase change) 물질들은 고속 대용량 비휘발성 메모리 구현을 위한 좋은 재료가 될 수 있다. 상변화 메모리는 전하의 움직임에 의한 것이 아니라, 전기적 저항률의 변화로써 정보를 저장하기 때문에 기타 반도체 메모리와는 근본적으로 다르다. 상변화 메모리에서, 결정질은 작은 저항을 가짐으로써 논리 0의 상태를 나타 낼 수 있고 이와 반대로 비결정질은 높은 저항을 가짐으로써 논리 1의 상태를 나타낼 수 있게 된다. 이러한 상변화 메모리 소자의 실용화를 위해서는 상변화 메모리 소자의 구동 속도를 높이고 소비 전력을 크게 낮춰야한다. 그러나, 상변화 재료를 나노 크기로 작게 만드는 탑 다운 방식에서는 종종 유용한 성질들이 파괴되는 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위한 방안으로 셀프 어셈블(self assembled, 버텀업 방식)된 나노와이어를 이용하는 것이 대두되고 있으며, 이것은 에칭이 필요 없기 때문에 나노와이어를 손상시키지 않는다.
나노와이어를 이용한 소자의 스위칭 작업은 우선 나노와이어를 녹는점보다 높은 온도로 가열하기 위해 강한 전기 펄스를 가한다. 전기 펄스가 가해진 이후 재료는 급속히 냉각되고 이로써 원자들은 무질서한 상태, 즉 비결정질 상태에 갇히게 된다. 이러한 상태를 변화시키기 위해 낮은 크기의 전기 펄스가 가해지는데, 이 펄스는 크기가 작아서 재료를 녹이지는 못하지만 오랜 시간 가해지게 되면 원자들이 다시 자기 자리인 결정 격자로, 즉 결정질로 돌아가게 만든다. 전술한 바와 같은 빠른 동작과 저전력 구동을 실현하기 위해 최근에 나노와이어를 이용한 나노 기술에 대한 연구 개발이 전세계적으로 활발히 이루어지고 있으며, 최근에 보고된 GeTe 나노와이어 형성에 관한 논문들을 살펴보면 다음과 같다.
첫째, Xuhui Sun 등에 의한, J. Phys. Chem. C, 2007, vol.111, pp. 2421-2425, "one-dimensional phase-change nanostructure: Germanium Telluride Nanowire" 제하의 논문에서는 VLS(Vapor Liquid Solid) 법을 이용하고, 반응 가스로 수소가 20% 첨가된 아르곤을 사용했으며, 성장 조건은 온도 680~720℃, 기판 온 도 450℃에서 25sccm의 유량으로 1시간 동안 성장시켰다. 이때 성장된 나노와이어는 두께가 40~80nm이고 길이는 수십 ㎛ 이며 성장된 나노와이어의 녹는점은 390℃로 나타났다. 이는 벌크 상태인 GeTe의 녹는점 725℃ 와 비교했을 때 46%에 해당하는 것으로, 녹는점이 낮기 때문에 저전력 소자 응용에 장점을 갖는 것으로 나타나있다.
둘째, Dong Yu 등에 의한, J. AM. CHEM. SOC., 2006, vol. 128, pp. 8148-8149, "Germanium Telluride Nanowires and Nanohelices with Memory-Switching Behavior" 제하의 논문에서는 Au 나노파티클을 사용하여 VLS법으로 GeTe 나노와이어를 성장시켰으며, 소자를 제작하여 전기적 특성을 평가하였다. 나노와이어는 소스 온도 400℃, 압력 10torr 에서 아르곤 가스를 140sccm 흘려 8시간동안 성장시켰다. 이렇게 성장된 나노와이어는 두께가 65±20nm 길이가 50㎛이며 구부러진 나노와이어들도 발견되었다. 소자 특성 평가 결과를 보면, 컨덕턴스 측정 결과 결정질과 비결정질 차이가 1000배 이상으로 나타났다.
셋째, Se-Ho Lee 등에 의한, Applied Physics Letters, 2006, vol. 89, p. 223116, "Size-dependent phase transition memory switching behavior and low writing currents in GeTe nanowires" 제하의 논문에서는 Au 나노파티클을 사용하여 VLS법으로 GeTe 나노와이어를 성장시켰으며, 성장된 나노와이어의 두께에 따른 전기적 특성을 확인하였다. 나노와이어의 성장 조건은 소스 온도 650℃, 기판 온도 400~480℃에서 아르곤 유량 150sccm 으로 약 1시간 성장시켰다. 성장된 나노와이어의 두께는 20~200nm이고, 길이는 약 50㎛이다. 소자 평가 결과 메모리 스위칭 특성 이 나노와이어의 두께와 관련이 있음을 확인했으며, 28nm의 경우 0.42mA 였다.
위에서 살펴본 바와 같이 현재까지 보고된 논문들, 즉 종래기술에서는 성장된 나노와이어에 대한 전기적 특성을 관측한 경우가 대부분이며, 구체적인 성장 조건의 변화에 따른 나노와이어의 성장 경향에 관한 기술은 존재하지 않는다.
따라서, 본 발명에서는 GeTe 나노와이어의 성장 조건을 다양화시킴으로써 나노와이어의 두께와 길이를 조절할 수 있는 GeTe 나노와이어 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본발명에 따른 VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어의 제조방법은, GeTe 원료와 기판을 반응로 내에 이격시켜 배치하는 단계와, 상기 GeTe 원료가 휘발하여 GeTe 가스 상태가 되도록 상기 GeTe 원료를 소스 온도로 가열시키고 상기 기판을 기판 온도로 가열시키는 단계와, 형성 시간 동안, 상기 반응로 내에 반응 가스를 흘려보내어 상기 GeTe 가스를 상기 기판상에 흡착시키고 확산 및 석출반응을 수행하여 GeTe 나노와이어를 성장시키는 단계를 포함한다.
본발명에 따르면 금속 클러스터를 촉매로 이용하는 VLS법을 이용하여 GeTe 나노와이어를 성장시킬 수 있으며, 소스 온도, 기판 온도, 유입되는 가스량, 성장 시간 등을 적절하게 선택하여 원하는 길이와 두께의 나노와이어를 성장시킬 수 있 다. 길이가 길고 두께가 얇은 GeTe 나노와이어를 성장시키기 위해서는 소스 온도를 제어하기 보다는 기판 온도와 성장 시간, 유입되는 가스 유량을 조절하는 것이 바람직하며, 본 발명의 비교예2에 따르면, 소스 온도 600℃, 기판 온도 350℃, 성장 시간 3시간, 유입되는 아르곤 가스 유량이 150sccm 일때 두께가 얇으면서 길이가 상대적으로 긴 GeTe 나노와이어를 성장시킬 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본발명을 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른, VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어 제조방법은 도 1에 도시된 반응로를 통해 수행될 수 있으며, 본발명에 사용되는 반응로는 수평형이다. 또한, 본 발명에 사용되는 GeTe 원료는 분말상 또는 펠릿상 등이 사용될 수 있으며, 저온에서 GeTe 가스의 휘발량을 증가시키기 위해서는 분말 형태가 적합할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 기판은 3~20nm의 두께를 갖는 Au/Si 기판이며, 반응로의 가열 속도는 분당 10~30℃ 이며, GeTe 나노와이어의 성장시간은 1분~10시간 정도이며, 반응 가스로는 아르곤을 사용한다.
GeTe 나노와이어의 제조공정은, GeTe 원료가 휘발되는 제1 단계와, 휘발된 GeTe이 기판 위에 응집되면서 나노와이어로 성장하는 제2 단계로 나눌 수 있다. 휘발 원료인 GeTe 원료는 분발 또는 펠릿 형태가 될 수 있으며 저온에서 GeTe 가스의 휘발량을 증가시키기 위해서는 분말 형태가 바람직하다. 순수한 GeTe 가스의 휘발과 불순물의 유입에 의한 특성 저하를 최소화하기 위하여 순도가 99.99% 이상의 GeTe 원료가 적당하다. 이러한 GeTe 원료를 수평형 반응로안에 장입한 후, 도 1에 도시된 바와 같이 GeTe 나노와이어가 증착될 기판을 배치시킨다. 이렇게 배치된 GeTe 원료는 500~700℃ 로 가열된다. 이때 기판 온도는 GeTe 원료와 이격된 거리에 따라 기판 온도가 300~450℃ 로 달라진다. 가열 속도는 분당 10~30℃이며 가열 공정과 GeTe 나노와이어의 성장 공정 동안 아르곤 가스를 30~750sccm 정도 흘려준다. 이때 유입되는 아르곤 가스는 휘발된 GeTe 가스를 운반해주는 역할을 하며, 공급되는 가스의 양이 많아질수록 휘발된 GeTe 가스의 이동거리를 증가시켜 배출에 의해 소모되는 양을 증가시킨다. 따라서 휘발 온도와 기판과 GeTe 원료와의 거리를 고려하여 아르곤 가스의 유입량을 선택한다. 기판에 도달된 GeTe 가스는 기판과 흡착되고, 기판에서 응집되어 나노와이어로 성장할 수 있는 작인 액적을 형성한다. 이 액적과 연속해서 공급되는 GeTe 가스가 서로 표면 확산과 석출반응을 일으키고, 이 반응에 의하여 나노와이어가 성장된다. GeTe 나노와이어의 성장 시간은 약 1분~10시간이 적당하며, 성장 시간은 성장된 나노와이어의 길이와 두께에 관련이 깊으므로 성장 시간을 적절히 선택하는 것이 중요하다.
이하 실시예들을 통해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명할 것이나, 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 구체적으로 제시되는 예에 불과하며, 본 발명의 보호범위를 이들 실시예로 한정하려는 것이 아니다.
실시예
도 1을 참조하여, 먼저 쿼츠로 만들어진 기판을 올려놓을 수 있는 홀더(11)를 반응로(3) 안쪽에 배치한다. 다음으로 GeTe 원료 0.5g을 쿼츠로 만들어진 도가 니(12)에 넣고 반응로의 중앙에 배치한다. 이때 기판 홀더(11)와 소스 재료를 담은 도가니(12)와의 거리는 20cm 이다. 도 1의 확대 부분에 도시된 바와 같이 기판을 올려놓을 수 있는 홀더(11)는 3가지 온도 영역으로, 즉 고온, 중온, 저온의 3가지 상태로 나누고 고온에서 중온 그리고 중온에서 저온까지 각각 50℃씩 차이가 생기도록 설계하였다. 이에 따라 같은 소스 온도에서 기판의 온도를 50℃ 간격으로 3가지를 동시에 성장시키는 것이 가능하다. 본 실시예에 사용된 기판은 도 2에 도시된 Au/Si 기판으로 실리콘(21) 위에 금(22)을 전자빔 증착 장치를 통해 3~20nm 두께로 증착하였다. 실험을 진행하기에 앞서 반응로(3)내에 잔류하고 있는 산소와 불순물을 제거하기 위해 로터리 펌프(9)를 이용하여 초기 진공도 30mTorr 이하까지 배기시킨다. 설정한 진공도에 도달하면 300sccm 의 유량으로 아르곤 가스(5)를 약 10분간 흘려준다. 그 후 아르곤 가스의 유입을 차단하고 다시 로터리 펌프(9)를 이용하여 30mTorr 이하까지 배기시킨다. 이러한 아르곤 가스의 유입 및 배기 단계를 2~3 차례 반복하고, 반응로 내부가 완전한 아르곤 분위기로 취환되면 유량을 150sccm 으로 일정하게 유지하면서 분당 20℃의 승온 속도로 600℃까지 가열한 후 기판 온도 400℃에서 3시간을 유지시킨다. 승화된 GeTe 분말이 아르곤 가스에 의해 이동해서 홀더 위에 올려진 기판에 흡착된다. 3시간 동안의 형성 시간 동안 이러한 과정을 반복하여 실리콘 기판 위에 GeTe 나노와이어를 성장시킨다. 이러한 성장 조건에서 성장시킨 나노와이어의 길이는 40~80㎛ 이고 두께는 400nm~1㎛ 이며, 이에 대한 전자현미경 사진이 도 3에 도시되어 있다.
비교예1
소스 온도를 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 GeTe 나노와어를 성장시켰다. 소스 온도 의존성을 확인하기 위하여 기판 온도를 400℃로 고정시키고, 소스 온도는 500~700℃ 까지 50℃ 단위로 변화시키며 GeTe 나노와이어를 성장 시킨 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 나노와이어의 두께는 소스 온도가 증가함에 따라 300nm~2㎛로 증가하는 것을 확인할 수 있고, 길이 또한 소스 온도의 증가와 함께 20~100㎛ 로 증가함을 알 수 있다. 그 이유로는 기판 온도를 고정시킨 상태에서 소스 온도를 증가시킨 것이기 때문에, 소스 온도가 증가할수록 휘발되는 GeTe의 양이 많아져서 생긴 것으로 판단된다. 다만 700℃의 경우와 같이 소스 온도가 너무 높아 휘발되는 양이 너무 많아지게 되면 기판에 쌓이는 양이 많아져 오히려 길이는 감소하게 된다. 도 5a 와 5b는 도 4의 결과를 비교하기 위한 전자현미경 사진으로, 도 5a 는 나노와이어의 길이가 짧고 두께가 얇은 것을 그리고 도 5b는 길이가 길고 두께가 두꺼운 것을 나타내고 있다.
비교예2
기판 온도를 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 GeTe 나노와이어를 성장시켰다. 기판 온도 의존성을 확인하기 위하여 소스 온도는 600℃로 고정시킨 상태에서 기판 온도를 300~450℃까지 50℃ 간격으로 변화시켜 성장시켰으며, 그 결과가 도 6에 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 기판 온도가 300℃ 이하이거나 450℃ 이상인 경우에 있어서는 나노와이어가 형성되지 않음을 확인할 수 있다. 나노와이어가 성장되기 위해서는 소스가 휘발되어야 하고 휘발된 소스가 기판위에 응집되면서 성장이 이루어지기 시작하는데, 기판 온도가 300℃ 이하로 너무 낮으면 응집만 되고 성장은 하지 않는 것으로 판단되고, 기판 온도가 450℃ 이상으로 너무 높으면 모두 휘발되고 응집이 이루어지지 않는 것으로 판단된다. 따라서 나노와이어가 성장되기 위해서는 기판 온도의 조절이 절대적이다. 나노와이어의 형성이 이루어진 기판 온도 350℃ 와 400℃ 인 경우를 살펴보면, 350℃에서 성장된 나노와이어의 길이가 길고 두께가 얇은 것을 알 수 있다. 이는 기판 온도가 350℃인 경우가 400℃인 경우보다 소스와 더 멀리 떨어져 있기 때문에 무게가 가볍고 부피가 작은, 휘발된 GeTe가 응집됨으로 설명할 수 있다. 도 7a와 도 7b는 도 6의 결과를 비교하기 위한 전자현미경 사진으로, 도 7a는 기판 온도 400℃에서 성장시킨 나노와이어를 나타내며 도 7b는 기판 온도 350℃에서 성장시킨 나노와이어를 나타낸다.
비교예3
나노와이어의 형성 시간을 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 GeTe 나노와이어를 성장시켰다. 형성 시간에 따른 의존성을 확인하기 위하여 소스 온도를 600℃로 고정시키고, 기판 온도를 350℃로 고정시킨 상태에서 형성시간을 1분, 10분, 30분, 1시간, 3시간으로 변화시키며 성장시켰으며, 그 결과가 도 8에 도시되어 있다. 도 8에서 도시된 바와 같이 나노와이어의 형성 시간이 길어짐에 따라 두께는 1.5㎛~150nm로 얇아지는 것을 확인할 수 있고, 길이는 형성 시간 이 길어짐에 따라 10~150㎛ 로 길어짐을 알 수 있다. 이는 소스 온도와 기판 온도가 동일한 경우이기 때문에, 시간이 길어짐에 따라 나노와이어의 성장도 비례하여 증가하는 것으로 판단되며, 길이가 길어짐으로 인해 두께는 감소하는 것으로 판단된다. 도 9a 와 도 9b는 도 8의 결과를 비교하기 위한 전자현미경 사진으로, 도 9a는 나노와이어의 길이가 짧고 두께가 두꺼운 것을 나타내며 도 9b는 길이가 길고 두께가 얇은 것을 나타낸다.
비교예4
유입되는 아르곤 가스의 유량을 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 GeTe 나노와이어를 성장시켰다. 아르곤 가스의 유량에 따른 의존성을 확인하기 위하여 소스 온도를 600℃로 고정시키고, 기판 온도를 350℃로 고정시킨 상태에서 아르곤 가스의 유량을 30sccm, 150sccm, 750sccm 으로 변화시키며 3시간의 형성 시간동안 성장시켰으며, 그 결과가 도 10에 도시되어 있다. 도 10을 참조하면 유입되는 아르곤 가스의 양이 너무 적거나(예를 들면, 30sccm) 너무 많은(예를 들면, 750sccm) 경우 나노와이어의 두께는 두꺼워지고 길이는 짧아짐을 확인할 수 있다. 이는 소스 온도와 기판 온도가 고정되어 있고 가스 유량만 변화하는 것이기 때문에, 가스 유량이 너무 적게 되면 휘발되는 양 또한 적어 나노와이어가 성장되기 어렵게 되고, 가스 유량이 너무 많게 되면 휘발되는 양이 증가되고 부피가 큰 휘발된 GeTe 물질들이 응집되기 때문에 길이가 짧고 두께가 두꺼워지는 것으로 판단된다. 따라서 두께가 얇고 길이가 긴 나노와이어를 성장시키기 위해서는 유입되 는 아르곤 유량을 150sccm 으로 조절하는 것이 필요함을 알 수 있다. 도 11a 와 도 11b는 도 10의 결과를 비교하기 위한 전자현미경 사진으로, 도 11a 는 나노와이어의 길이가 짧고 두께가 두꺼운 것을 나타내며 도 11b는 길이가 짧고 두께가 얇은 것을 나타낸다.
상술한 바와 같이 본 발명은 금속 클러스터를 촉매로 이용하는 VLS법을 이용하여 GeTe 나노와이어를 성장시키는 방법으로서, 소스 온도, 기판 온도, 유입되는 가스량, 형성 시간 등을 적절하게 선택함으로써 원하는 길이와 두께의 나노와이어를 성장시킬 수 있음을 실험을 통하여 확인하였다.
도 1은 본발명에 따른 GeTe 나노와이어 제조방법이 수행될 수 있는 반응로의 개략도이다.
도 2는 본발명에 따른 GeTe 나노와이어 제조방법에서 사용될 수 있는 Au/Si 기판을 나타내고 있다.
도 3은 실시예를 기준으로 성장시킨 전형적인 GeTe 나노와이어의 전자현미경 사진이다.
도 4는 소스 온도를 변화시키며 성장시킨 GeTe 나노와이어의 길이 및 두께 변화에 대한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5a, 5b 는 소스 온도를 변화시키며 성장시킨 전형적인 GeTe 나노와이어의 전자현미경 사진이며, 도 5a 는 나노와이어의 길이가 짧고 두께가 얇은 것을 그리고 도 5b는 길이가 길고 두께가 두꺼운 것을 나타내고 있다.
도 6은 기판 온도를 변화시키며 성장시킨 GeTe 나노와이어의 길이 및 두께 변화에 대한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a, 7b 는 기판 온도를 변화시키며 성장시킨 전형적인 GeTe 나노와이어의 전자현미경 사진이며, 도 7a 는 나노와이어의 길이가 짧고 두께가 두꺼운 것을 그리고 도 7b는 길이가 길고 두께가 얇은 것을 나타내고 있다.
도 8은 형성 시간을 변화시키며 성장시킨 GeTe 나노와이어의 길이 및 두께 변화에 대한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9a, 9b 는 형성 시간을 변화시키며 성장시킨 전형적인 GeTe 나노와이어의 전자현미경 사진이며, 도 9a 는 나노와이어의 길이가 짧고 두께가 두꺼운 것을 그리고 도 9b는 길이가 길고 두께가 얇은 것을 나타내고 있다.
도 10은 유입되는 반응 가스의 유량을 변화시키며 성장시킨 GeTe 나노와이어의 길이 및 두께 변화에 대한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11a, 11b 는 유입되는 반응 가스의 유량을 변화시키며 성장시킨 전형적인 GeTe 나노와이어의 전자현미경 사진이며, 도 11a 는 나노와이어의 길이가 짧고 두께가 두꺼운 것을 그리고 도 11b는 길이가 길고 두께가 얇은 것을 나타내고 있다.
Claims (9)
- VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어의 제조방법에 있어서,GeTe 원료와 기판을 반응로 내에 이격시켜 배치하는 단계와,상기 GeTe 원료가 휘발하여 GeTe 가스 상태가 되도록 상기 GeTe 원료를 500℃~700℃ 사이로 가열시키고 상기 기판을 300℃~450℃ 사이로 가열시키는 단계와,1분~10시간 사이로 상기 반응로 내에 아르곤 가스를 흘려보내어 상기 GeTe 가스를 상기 기판상에 흡착시키고 확산 및 석출반응을 수행하여 GeTe 나노와이어를 성장시키는 단계를 포함하는, VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 반응로는 수평형인, VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 GeTe 원료는 분말상 또는 펠릿상인, VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 GeTe 원료의 가열 속도 또는 상기 기판의 가열 속도는 분당 10~30℃ 인, VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 아르곤 가스의 유량은 30~750sccm 인, VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어 제조방법.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070122459A KR100946704B1 (ko) | 2007-11-29 | 2007-11-29 | VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070122459A KR100946704B1 (ko) | 2007-11-29 | 2007-11-29 | VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어의 제조 방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090055700A KR20090055700A (ko) | 2009-06-03 |
KR100946704B1 true KR100946704B1 (ko) | 2010-03-12 |
Family
ID=40987198
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070122459A KR100946704B1 (ko) | 2007-11-29 | 2007-11-29 | VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어의 제조 방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100946704B1 (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112593284A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-02 | 常熟理工学院 | 一种单晶Ge-Sn-Te纳米线的制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007051059A (ja) | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi | 単層カーボンナノチューブ配列の成長装置及び単層カーボンナノチューブ配列の成長方法 |
KR20070115176A (ko) * | 2006-06-01 | 2007-12-05 | 동국대학교 산학협력단 | 나노막대제조용 화학증착장치 |
KR20070115175A (ko) * | 2006-06-01 | 2007-12-05 | 동국대학교 산학협력단 | 나노막대제조용 화학증착장치를 이용한 나노막대 형성방법및 그 방법에 의해 제조된 나노막대 또는 나노선 |
-
2007
- 2007-11-29 KR KR1020070122459A patent/KR100946704B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007051059A (ja) | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi | 単層カーボンナノチューブ配列の成長装置及び単層カーボンナノチューブ配列の成長方法 |
KR20070115176A (ko) * | 2006-06-01 | 2007-12-05 | 동국대학교 산학협력단 | 나노막대제조용 화학증착장치 |
KR20070115175A (ko) * | 2006-06-01 | 2007-12-05 | 동국대학교 산학협력단 | 나노막대제조용 화학증착장치를 이용한 나노막대 형성방법및 그 방법에 의해 제조된 나노막대 또는 나노선 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112593284A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-02 | 常熟理工学院 | 一种单晶Ge-Sn-Te纳米线的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20090055700A (ko) | 2009-06-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lee et al. | Vapor–liquid–solid and vapor–solid growth of phase-change Sb2Te3 nanowires and Sb2Te3/GeTe nanowire heterostructures | |
Wang et al. | Growth of nanowires | |
Hardtdegen et al. | Modern chemical synthesis methods towards low-dimensional phase change structures in the Ge–Sb–Te material system | |
US8513641B2 (en) | Core-shell nanowire comprising silicon rich oxide core and silica shell | |
US7655497B1 (en) | Growth method for chalcongenide phase-change nanostructures | |
US9368177B2 (en) | Magnetic resistance structure, method of manufacturing the magnetic resistance structure, and electronic device including the magnetic resistance structure | |
WO2007067604A2 (en) | Method of making undoped, alloyed and doped chalcogenide films by mocvd processes | |
Biswas et al. | Inducing imperfections in germanium nanowires | |
Tan et al. | Unique hierarchical structure and high thermoelectric properties of antimony telluride pillar arrays | |
Choopun et al. | Metal-oxide nanowires by thermal oxidation reaction technique | |
KR100946704B1 (ko) | VLS법을 이용한 GeTe 나노와이어의 제조 방법 | |
Jennings et al. | Diameter-controlled synthesis of phase-change germanium telluride nanowires via the vapor− liquid− solid mechanism | |
KR101993365B1 (ko) | 전이금속 칼코젠 화합물의 제조 방법 | |
Jung et al. | Chalcogenide phase-change memory nanotubes for lower writing current operation | |
Chen et al. | Controlled CVD growth of Cu–Sb alloy nanostructures | |
KR100945251B1 (ko) | 형태 조절이 가능한 단결정 나노구조체 제작방법 및 단결정나노구조체 제작장치 | |
Wang | Synthesis and properties of germanium nanowires | |
KR101067280B1 (ko) | SbTe 씨앗 나노선을 사용한 GeSbTe 나노선 제조법 | |
KR101264187B1 (ko) | 나노와이어 제조 방법 | |
Imanishi et al. | Spontaneous room-temperature formation of broccoli-like Ag–GeTe nanostructures assisting filamentary resistive switching | |
Zhang et al. | Atmospheric pressure chemical vapour deposition synthesis of sulfides, oxides, silicides and metal nanowires with metal chloride precursors | |
Chen et al. | Fabrication of ultrahigh-density nanowires by electrochemical nanolithography | |
KR102263567B1 (ko) | 도핑된 전이금속-칼코젠 화합물 구조체 및 그 제조 방법 | |
JP5900872B2 (ja) | 電子デバイスおよび電子デバイスの作製方法 | |
Tian et al. | Diameter-controlled growth of GeTe phase-change nanowires via a au catalyst-assisted vapor–liquid–solid mechanism |
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 | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |