KR101102143B1 - 금속산화물 나노와이어를 이용한 나노활성화 물질과 박막트랜지스터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속산화물 나노와이어의 제조방법 및 이를 이용한 나노활성화 물질과 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 금속층(Metal plate) 또는 기판의 가열을 통해 금속층 또는 기판으로부터 금속산화물 나노와이어를 성장시키고, 성장된 금속산화물 나노와이어에 반응성 금속인 알루미늄을 증착하여 반응성이 매우 큰 나노활성화 물질을 제조함으로써, 기존의 나노분말을 이용하여 제조한 활성화 물질에 비해 반응성이 우수하며, 낮은 점화 온도, 불순물 감소에 유리한 효과가 있다.
Description
본 발명은 금속산화물 나노와이어의 제조방법 및 이를 이용한 나노활성화 물질과 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속층(Metal plate) 또는 기판의 가열을 통해 금속층 또는 기판으로부터 금속산화물 나노와이어를 성장시키고, 성장된 금속산화물 나노와이어에 반응성 금속인 알루미늄을 증착하여 반응성이 매우 큰 나노활성화 물질을 제조함으로써, 기존의 나노분말을 이용하여 제조한 활성화 물질에 비해 반응성이 우수하며, 낮은 점화 온도, 불순물 감소에 유리하도록 한 금속산화물 나노와이어의 제조방법 및 이를 이용한 나노활성화 물질과 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 활성화 물질(Energetic materials)은 다양한 산업에서 매우 중요한 물질로 부상하고 있다. 이러한 활성화 물질은 높은 양의 화학 에너지를 가지고 있는 물질이 급격하게 열에너지를 방출할 수 있는 물질이며, 예컨대, 폭약, 신호탄, 추진체, 연료, 대면적 및 선택적 영역의 열처리 등에 사용된다.
일반적으로 활성화 물질은 금속산화물과 알루미늄의 물리적 혼합으로 구성되며, 활성화 물질의 특성은 구성 요소 각각의 크기 및 접촉 면적에 크게 영향을 받는다.
따라서, 종래에는 고성능, 고효율의 활성화 물질을 제조하기 위해 주로 금속산화물과 알루미늄의 나노분말을 이용하거나, 졸-겔 방법을 이용하여 제조한 금속산화물을 이용하여 활성화 물질을 제조하는 방법을 주로 이용하여 왔다.
그러나, 이러한 종래의 제조 방법은 금속산화물과 알루미늄의 균일한 혼합이 어렵고 제조 과정상 위험이 따를 수 있는 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 이와 같은 문제점을 해결하면서 금속산화물과 알루미늄의 반응성이 크고 반응성 조절이 가능한 활성화 물질의 제조가 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속층(Metal plate) 또는 기판의 가열을 통해 금속층 또는 기판으로부터 금속산화물 나노와이어를 성장시키고, 성장된 금속산화물 나노와이어에 반응성 금속인 알루미늄을 증착하여 반응성이 매우 큰 나노활성화 물질을 제조함으로써, 기존의 나노분말을 이용하여 제조한 활성화 물질에 비해 반응성이 우수하며, 낮은 점화 온도, 불순물 감소에 유리하도록 한 금속산화물 나노와이어의 제조방법 및 이를 이용한 나노활성화 물질과 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 금속층을 증착하는 단계; 및 상기 금속층이 증착된 기판의 열처리 공정을 통해 상기 금속층으로부터 금속산화물 나노와이어를 성장시키는 단계를 포함하는 금속산화물 나노와이어의 제조방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 금속층은 은, 구리, 금, 알루미늄, 로듐, 이리듐, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 아연, 니켈, 카드뮴, 루테늄, 오스뮴, 백금, 팔라듐, 주석, 루비듐, 크롬, 탄탈륨 및 니오븀으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 종의 금속 또는 그것의 합금으로 이루어짐이 바람직하다.
바람직하게, 상기 금속층이 증착된 기판을 열처리하는 공정의 온도 범위는 400℃ 내지 700℃로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 열처리 공정에 적용되는 반응 분위기는 진공, 질소, 수소 또는 산소 분위기 중 적어도 어느 하나의 분위기로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 금속층을 증착하는 단계; 상기 금속층이 증착된 기판의 열처리 공정을 통해 상기 금속층으로부터 금속산화물 나노와이어를 성장시키는 단계; 상기 금속산화물 나노와이어 상부에 알루미늄을 증착하여 나노활성화 물질을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 나노활성화 물질에 열을 가하여 테르밋(Thermite) 반응을 유도하는 단계를 포함하는 나노활성화 물질의 제조방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 금속층은 은, 구리, 금, 알루미늄, 로듐, 이리듐, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 아연, 니켈, 카드뮴, 루테늄, 오스뮴, 백금, 팔라듐, 주석, 루비듐, 크롬, 탄탈륨 및 니오븀으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 종의 금속 또는 그것의 합금으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 금속층이 증착된 기판을 열처리하는 공정의 온도 범위는 400℃ 내지 700℃로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 열처리 공정에 적용되는 반응 분위기는 진공, 질소, 수소 또는 산소 분위기 중 적어도 어느 하나의 분위기로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 금속산화물 나노와이어 상부에 증발(Evaporating), 스퍼터링(Sputtering) 또는 스핀 코팅(Spin-coating) 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 알루미늄을 증착할 수 있다.
바람직하게, 상기 나노활성화 물질에 가해지는 열은 상기 금속산화물과 알루미늄과의 반응의 점화온도보다 크게 이루어질 수 있다.
본 발명의 제3 측면은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연막 상에 비정질실리콘층을 형성하는 단계; 상기 비정질실리콘층 상에 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질을 형성하는 단계; 상기 나노활성화 물질에 열을 가하여 테르밋(Thermite) 반응을 유도하여 상기 비정질실리콘을 결정화하는 단계; 및 상기 결정화 실리콘이 형성된 기판 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 나노활성화 물질의 형성은, 상기 비정질실리콘층 상에 금속층을 증착하는 단계; 상기 금속층이 증착된 비정질실리콘층의 열처리 공정을 통해 상기 금속층으로부터 금속산화물 나노와이어를 성장시키는 단계; 및 상기 금속산화물 나노와이어 상부에 알루미늄을 증착하여 나노활성화 물질을 제조하는 단계를 포함함이 바람직하다.
바람직하게, 상기 금속층은 은, 구리, 금, 알루미늄, 로듐, 이리듐, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 아연, 니켈, 카드뮴, 루테늄, 오스뮴, 백금, 팔라듐, 주석, 루비듐, 크롬, 탄탈륨 및 니오븀으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 종의 금속 또는 그것의 합금으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 금속층이 증착된 비정질실리콘층을 열처리하는 공정의 온도 범위는 400℃ 내지 700℃로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 열처리 공정에 적용되는 반응 분위기는 진공, 질소, 수소 또는 산소 분위기 중 적어도 어느 하나의 분위기로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 금속산화물 나노와이어 상부에 증발(Evaporating), 스퍼터링(Sputtering) 또는 스핀 코팅(Spin-coating) 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 알루미늄을 증착할 수 있다.
바람직하게, 상기 나노활성화 물질에 가해지는 열은 상기 금속산화물과 알루미늄과의 반응의 점화온도보다 크게 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 금속산화물 나노와이어의 제조방법 및 이를 이용한 나노활성화 물질과 박막트랜지스터의 제조방법에 따르면, 기존의 나노분말 형태의 나노활성화 물질에 비해, 금속산화물과 알루미늄이 넓은 접촉면적을 갖게 되므로 보다 큰 발열 반응을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 점화 장치, 대면적 및 선택적 영역의 열처리가 가능하며, 수십 ms내에 큰 발열 반응을 일으킬 수 있으므로 디스플레이 소자인 비정질 실리콘의 결정화에 적용 또한 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 나노활성화 물질은 기존의 나노분말을 이용하여 제조한 활성화 물질에 비해 반응성이 우수하며, 낮은 점화 온도, 불순물 감소에 유리하며, 금속산화물 나노와이어의 성장 제어로 반응성 조절 또한 유리한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질의 개요 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어 생성 이전과, 이에 대한 열처리를 실시하여 금속산화물 나노와이어를 성장시킨 이후의 도면 및 주사전자현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 제조 방법으로 제조한 나노와이어가 금속산화물 나노와이어임을 알 수 있는 X선 회절 분석 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 열처리 온도별 금속산화물 나노와이어의 성장성 비교 주사전자현미경 이미지로서, 도 4의 (a), (b), (c), (d) 이미지는 열처리 온도가 각각 400℃, 500℃, 600℃, 700℃일 때의 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질과 기존의 금속산화물 나노분말과 알루미늄의 나노분말의 혼합으로 제조한 나노활성화 물질을 비교한 주사전자현미경 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법으로 제조한 나노활성화 물질의 발열 반응 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질과 기존의 금속산화물 나노분말과 알루미늄의 나노분말의 혼합으로 제조한 나노활성화 물질의 반응성을 비교한 시차주사열량분석 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 이용하여 제조된 박막트랜지스터를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어 생성 이전과, 이에 대한 열처리를 실시하여 금속산화물 나노와이어를 성장시킨 이후의 도면 및 주사전자현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 제조 방법으로 제조한 나노와이어가 금속산화물 나노와이어임을 알 수 있는 X선 회절 분석 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 열처리 온도별 금속산화물 나노와이어의 성장성 비교 주사전자현미경 이미지로서, 도 4의 (a), (b), (c), (d) 이미지는 열처리 온도가 각각 400℃, 500℃, 600℃, 700℃일 때의 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질과 기존의 금속산화물 나노분말과 알루미늄의 나노분말의 혼합으로 제조한 나노활성화 물질을 비교한 주사전자현미경 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법으로 제조한 나노활성화 물질의 발열 반응 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질과 기존의 금속산화물 나노분말과 알루미늄의 나노분말의 혼합으로 제조한 나노활성화 물질의 반응성을 비교한 시차주사열량분석 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 이용하여 제조된 박막트랜지스터를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
본 발명의 금속산화물 나노와이어와 알루미늄을 이용하여 나노활성화 물질을 제작하는 방법은, 먼저 금속산화물 나노와이어를 성장시킬 금속 플레이트를 직접 이용하거나 예컨대, 유리 기판, 쿼츠(Quartz) 기판, 실리콘웨이퍼 기판 상에 금속층(또는 금속 박막)을 예컨대, 전기도금(Electroplating), 증발(Evaporating) 또는 스퍼터링(Sputtering) 등을 이용하여 증착한 후, 상기 증착된 금속을 예컨대, 로(Furnace), 급속 열처리(Rapid Thermal annealing, RTA) 등을 이용하여 고온에서 열처리 공정을 실시하여 금속산화물 나노와이어를 성장시킨다.
이 때, 상기 금속층은 예컨대, 은, 구리, 금, 알루미늄, 로듐, 이리듐, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 아연, 니켈, 카드뮴, 루테늄, 오스뮴, 백금, 팔라듐, 주석, 루비듐, 크롬, 탄탈륨 및 니오븀으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 종의 금속 또는 그것의 합금으로 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 금속층이 증착된 기판 또는 금속층을 열처리하는 공정의 온도 범위는 약 400℃ 내지 700℃ 정도로 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 열처리 공정에 적용되는 반응 분위기는 예컨대, 진공, 질소, 수소 또는 산소 분위기 중 적어도 어느 하나의 분위기로 이루어짐이 바람직하다.
한편, 상기 열처리 공정의 온도 및 시간 등의 조절을 통해 나노와이어의 성장 제어가 가능하다. 또한, 이러한 열처리 공정을 사용하면 기존의 나노와이어 성장 방법에 비하여 나노와이어의 길이를 크게 성장시킬 수 있고, 금속 촉매를 사용한 다른 방법과 달리 금속에 의하여 나노와이어의 오염이 없다는 장점을 가진다.
이와 같이 제작된 금속나노와이어는 자연적인 산화작용을 통해 금속산화물 나노와이어의 성질을 갖게 되며, 나노활성화 물질을 제조하기 위에 성장된 금속산화물 나노와이어의 기판 상부에 알루미늄을 예컨대, 증발(Evaporating), 스퍼터링(Sputtering), 스핀 코팅(Spin-coating)등의 공정을 이용하여 증착한다.
이와 같이 제작된 나노활성화 물질은 기존의 금속산화물 나노분말과 알루미늄 나노분말의 물리적 혼합 방법에 비해 테르밋(thermite) 반응을 일으키는 금속산화물과 알루미늄사이의 접촉 면적을 크게 증가시킬 수 있어 보다 짧은 시간에 큰 발열 반응을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 점화 장치, 대면적 및 선택적 영역의 열처리가 가능하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예는 금속산화물의 대표 물질인 산화 구리와 알루미늄을 이용하여 제조 및 비교한 결과이다.
기존의 나노분말을 이용하여 나노활성화 물질을 제조하는 방법은 산화구리 분말과 알루미늄 분말사이의 불균일한 혼합으로 접촉면적에 제약이 생기며 이로 인해 공기 공간이 생기는 문제점이 발생하거나, 두 물질이 접촉하지 않는 부분은 화학반응이 일어나지 않아 전체적으로 반응성이 떨어지고 반응성의 조절이 어려운 단점을 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질의 개요 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 금속산화물 나노와이어인 산화구리 나노와이어(CuO nanowire)를 성장시켜 그 위에 알루미늄(Al)을 증착시키는 방법으로 나노활성화 물질을 제조하면, 산화구리(CuO)와 알루미늄(Al) 사이의 접촉면적이 증가하여 큰 반응성을 얻을 수 있으며, 나노와이어(nanowire)의 성장 조절을 통해 반응성의 조절이 가능하다는 장점을 가지고 있어 기존의 나노분말의 혼합으로 제조한 나노활성화 물질이 가진 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명에서 나노와이어가 형성되는 원리는 다음과 같다. 나노와이어를 성장시킬 금속에 열처리를 가하면 이에 따라서 나노와이어 형성 물질의 원자들이 충분한 에너지를 공급 받아서 움직이기 시작한다. 이에 이러한 원자층이 시간이 지나면서 농도차에 의해 확산되어 나노와이어가 석출, 성장하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어 생성 이전과, 이에 대한 열처리를 실시하여 금속산화물 나노와이어를 성장시킨 이후의 도면 및 주사전자현미경 이미지이다.
도 2를 참조하면, 구리 플레이트를 직접 이용하거나 예컨대, 유리 기판, 쿼츠(Quartz) 기판, 실리콘웨이퍼 기판(Substrate) 상에 구리 금속을 예컨대, 전기도금(Electroplating), 증발(Evaporating), 스퍼터링(Sputtering) 등을 이용하여 증착한 후 증착된 금속을 예컨대, 로(Furnace), 금속 열처리(RTA) 등을 이용하여 고온에서 열처리(Heat)를 실시하면, 도 2의 우측 도면과 같이 나노와이어가 성장된다.
이와 같이 성장된 나노와이어의 지름은 수십에서 수백 nm이고, 길이는 수백 nm에서 수 um까지 존재한다. 일반적인 금속 촉매를 사용한 나노와이어 형성과 다르게 나노와이어 끝에 금속 오염이 없다는 장점을 가지고 있어 순수한 나노와이어를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 제조 방법으로 제조한 나노와이어가 금속산화물 나노와이어임을 알 수 있는 X선 회절 분석 결과이다.
도 3을 참조하면, 상기와 같이 성장된 산화구리 나노와이어의 조성 물질을 확인하기 위해 X선 회절 분석을 실시한 결과, CuO에 해당하는 피크가 생성되었다. 이는 구리 금속이 나노와이어로 성장되는 과정에서 자연적인 산화작용을 통해 금속산화물 나노와이어의 성질을 가지게 되는 것을 증명할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 열처리 온도별 금속산화물 나노와이어의 성장성 비교 주사전자현미경 이미지로서, 도 4의 (a), (b), (c), (d) 이미지는 열처리 온도가 각각 400℃, 500℃, 600℃, 700℃일 때의 이미지이다.
도 4를 참조하면, 구리 금속층의 열처리 온도 변화(400℃, 500℃, 600℃, 700℃)를 통해 산화구리 나노와이어의 성장성을 관찰하면, 열처리 온도가 500℃까지 나노와이어가 성장을 하다 600℃이후부터는 나노와이어가 사라지며 표면의 굴곡층올 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 열처리 온도가 약 500℃ 일 때, 나노와이어의 최적 성장을 확인하였다. 이를 통해 열처리 온도 변화를 통해 금속산화물 나노와이어의 성장 제어가 가능하다는 결론을 얻을 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질과 기존의 금속산화물 나노분말과 알루미늄의 나노분말의 혼합으로 제조한 나노활성화 물질을 비교한 주사전자현미경 이미지이다.
도 5를 참조하면, 상기 금속산화물 나노와이어를 이용하여 나노활성화 물질을 제조하기 위해 반응성 금속인 알루미늄을 예컨대, 스퍼터링(Sputtering), 증발(Evaporation), 스핀 코팅(Spin-coating) 방법 등을 통해 금속산화물 나노와이어 상부에 증착시킬 수 있다.
그 결과, 도 5의 우측 도면과 같이 금속산화물 나노와이어 상에 알루미늄이 균일하게 도포하고 있는 것을 주사전자현미경(SEM) 분석을 통해 확인하였으며, 이는 기존 나노분말을 이용한 나노활성화 물질에 비해(도 5의 좌측 도면) 금속산화물과 알루미늄의 접촉 면적이 크게 늘어난 것을 확인할 수 있다.
이러한 방법으로 제조된 나노활성화 물질은 상기 기판에 열을 가하여 테르밋(Thermite) 반응을 일으킬 수 있다. 이러한 테르밋 반응은 하기 반응식과 같으며 Q는 방출된 열량을 의미한다.
여기서, 상기 반응은 Q가 양의 값을 갖는 발열 반응에 해당하고, 상기 반응이 일어나는 온도에서 방출된 열을 이용하여 다양한 적용분야에의 적용이 가능하다.
[반응식]
알루미늄 + 금속산화물 → 알루미늄산화물 + 금속 + Q
상기 반응식과 같이 알루미늄과 함께 테르밋 반응을 하고, 반응시 짧은 시간 동안 고온을 낼 수 있는 금속산화물로는 예컨대, 은, 철, 구리, 니켈, 티타늄, 코발트, 크롬, 바나듐, 탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 니오븀, 붕소, 납, 망간, 실리콘, 또는 우라늄의 산화물이나, 상기 금속의 산화물의 혼합물을 들 수 있다.
이 때, 상기 금속산화물은 테르밋 반응이 진행되는 동안의 반응 온도가 약 1000℃ 이상으로 올라가는 금속의 산화물 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 하기의 표 1은 단열 환경에서 터마이트 반응을 일으키며, 반응 온도가 약 1000℃ 이상에 해당하는 금속산화물의 반응 및 반응시의 온도를 나타낸 것이다(Journal of Material Science 28 (1993) 3693-3708 참조).
그리고, 알루미늄과 함께 테르밋 반응을 일으키는 금속산화물의 자유에너지는 음의 값을 가지기 때문에 반응의 자발성도가 매우 크다. 따라서, 각 테르밋 반응이 점화될 수 있을 정도로만 열을 가해도 테르밋 반응이 일어난다.
본 발명에서는 기판의 일부 영역에만 열을 가하여 테르밋 반응을 개시하며, 이때의 점화온도는 금속마다 다르다. 또한, 테르밋 반응은 엔탈피 값이 매우 큰 양의 값을 가지는 발열반응이기 때문에 어느 한 부분에서 반응이 시작되면 방출된 열에 의해 연쇄적으로 다음 반응이 일어난다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법으로 제조한 나노활성화 물질의 발열 반응 이미지로서, 반응 과정은 수십 ms이내의 빠른 반응을 보이며, 반응 중 금속산화물의 산소 공급으로 연쇄적인 반응을 일으키는 것이 입증되었다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질과 기존의 금속산화물 나노분말과 알루미늄의 나노분말의 혼합으로 제조한 나노활성화 물질의 반응성을 비교한 시차주사열량분석 결과이다.
도 7을 참조하면, 동일 물질인 산화구리와 알루미늄을 이용한 나노분말을 적용하여 제조한 나노활성화 물질과 본 발명의 제조 방법인 산화구리 나노와이어와 알루미늄을 이용하여 제조한 나노활성화 물질의 발열량을 시차주사열량계(TG-DSC)를 이용하여 비교한 결과이다.
그 결과 반응열량 관점에서 보았을 때, 본 발명의 산화구리 나노와이어를 이용하여 제조한 나노활성화 물질이 기존의 산화구리와 알루미늄 나노분말을 이용하여 제조한 나노활성화 물질의 발열량 962.9J/g에 비해 약 20％이상 높은 1186J/g을 나타내었다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 방법을 이용한 발열 반응은 비정질실리콘의 결정화를 위한 발열량 이상을 나타내며, 대면적 및 선택적 영역의 나노활성화 물질의 제조가 용이한 사항으로 볼 때, 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이 향후 대두될 차세대 디스플레이 사용되는 비정질실리콘의 결정화 공정에도 사용이 가능할 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 이용하여 제조된 박막트랜지스터를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 이용하여 제조된 박막트랜지스터의 제조 과정은, 먼저, 기판(100)을 제공하고, 기판(100) 상에 게이트 전극(110)을 형성한 후, 게이트 전극(110)을 포함한 기판(100) 상에 게이트 절연막(120)을 형성한다.
그런 다음, 게이트 절연막(120) 상에 비정질실리콘층(미도시)을 형성한 후, 상기 비정질실리콘층 상에 본 발명의 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질(200)을 형성한다.
이후에, 나노활성화 물질(200)에 열을 가하여 테르밋(Thermite) 반응을 유도하여 상기 비정질실리콘을 결정화한 후, 상기 결정화 실리콘(130a 및 130b)(a-Si:H 및 n+ a-Si:H)이 형성된 기판(100) 상에 소스 및 드레인 전극(140a 및 140b)을 형성한다.
전술한 본 발명에 따른 금속산화물 나노와이어의 제조방법 및 이를 이용한 나노활성화 물질과 박막트랜지스터의 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100 : 기판,
110 : 게이트 전극,
120 : 게이트 절연막,
130a 및 130b : 결정화 실리콘,
140a 및 140b : 소스 및 드레인 전극,
200 : 나노활성화 물질
110 : 게이트 전극,
120 : 게이트 절연막,
130a 및 130b : 결정화 실리콘,
140a 및 140b : 소스 및 드레인 전극,
200 : 나노활성화 물질
Claims (17)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 금속층을 증착하는 단계;
상기 금속층이 증착된 기판의 열처리 공정을 통해 상기 금속층으로부터 금속산화물 나노와이어를 성장시키는 단계;
상기 금속산화물 나노와이어 상부에 알루미늄을 증착하여 나노활성화 물질을 제조하는 단계; 및
상기 제조된 나노활성화 물질에 열을 가하여 테르밋(Thermite) 반응을 유도하는 단계를 포함하는 나노활성화 물질의 제조방법.
- 제5 항에 있어서,
상기 금속층은 은, 구리, 금, 알루미늄, 로듐, 이리듐, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 아연, 니켈, 카드뮴, 루테늄, 오스뮴, 백금, 팔라듐, 주석, 루비듐, 크롬, 탄탈륨 및 니오븀으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 종의 금속 또는 그것의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노활성화 물질의 제조방법.
- 제5 항에 있어서,
상기 금속층이 증착된 기판을 열처리하는 공정의 온도 범위는 400℃ 내지 700℃인 것을 특징으로 하는 나노활성화 물질의 제조방법.
- 제5 항에 있어서,
상기 열처리 공정에 적용되는 반응 분위기는 진공, 질소, 수소 또는 산소 분위기 중 적어도 어느 하나의 분위기로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노활성화 물질의 제조방법.
- 제5 항에 있어서,
상기 금속산화물 나노와이어 상부에 증발(Evaporating), 스퍼터링(Sputtering) 또는 스핀 코팅(Spin-coating) 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 알루미늄을 증착하는 것을 특징으로 하는 나노활성화 물질의 제조방법.
- 제5 항에 있어서,
상기 나노활성화 물질에 가해지는 열은 상기 금속산화물과 알루미늄과의 반응의 점화온도보다 큰 것을 특징으로 하는 나노활성화 물질의 제조방법.
- 기판을 제공하는 단계;
상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;
상기 게이트 절연막 상에 비정질실리콘층을 형성하는 단계;
상기 비정질실리콘층 상에 금속산화물 나노와이어와 알루미늄으로 제조한 나노활성화 물질을 형성하는 단계;
상기 나노활성화 물질에 열을 가하여 테르밋(Thermite) 반응을 유도하여 상기 비정질실리콘을 결정화하는 단계; 및
상기 결정화 실리콘이 형성된 기판 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 나노활성화 물질의 형성은,
상기 비정질실리콘층 상에 금속층을 증착하는 단계;
상기 금속층이 증착된 비정질실리콘층의 열처리 공정을 통해 상기 금속층으로부터 금속산화물 나노와이어를 성장시키는 단계; 및
상기 금속산화물 나노와이어 상부에 알루미늄을 증착하여 나노활성화 물질을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제12 항에 있어서,
상기 금속층은 은, 구리, 금, 알루미늄, 로듐, 이리듐, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 아연, 니켈, 카드뮴, 루테늄, 오스뮴, 백금, 팔라듐, 주석, 루비듐, 크롬, 탄탈륨 및 니오븀으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 종의 금속 또는 그것의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제12 항에 있어서,
상기 금속층이 증착된 비정질실리콘층을 열처리하는 공정의 온도 범위는 400℃ 내지 700℃인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제12 항에 있어서,
상기 열처리 공정에 적용되는 반응 분위기는 진공, 질소, 수소 또는 산소 분위기 중 적어도 어느 하나의 분위기로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제12 항에 있어서,
상기 금속산화물 나노와이어 상부에 증발(Evaporating), 스퍼터링(Sputtering) 또는 스핀 코팅(Spin-coating) 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 알루미늄을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 나노활성화 물질에 가해지는 열은 상기 금속산화물과 알루미늄과의 반응의 점화온도보다 큰 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
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