KR101146914B1 - 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양자점 소자, 광결정 소자, 전자재료, 투명전극, 나노유체, 이차전지, 광촉매 등에서와 같이 다양한 분야에서 사용될 수 있는 반도체 나노 분말을 제조함에 있어서, 액체 상에 노출된 고전압 전극을 통한 펄스 대전류 가열 방식에 따라 고전압의 전기에너지를 가하여, 반도체 부재를 액중 전기 폭발시킴에 의하여 나노 크기의 반도체 분말을 용이하게 제조할 수 있는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

이러한 반도체 나노 분말 제조를 위하여, 본 발명에서는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법에 있어서, 액체가 담긴 챔버에 반도체 부재를 제공하는 단계와; 액체 중의 전극으로 전기에너지를 공급하는 단계와; 상기 반도체 부재를 액중에서 전기폭발시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법을 제공한다. 또한, 액중 전기폭발에 의하여 생성된 반도체 나노 분말을 포함하는 콜로이드로부터 반도체 나노 분말을 분급하는 단계를 통하여 반도체 나노 분말을 수득하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법을 제공한다.

전기폭발, 액중 전기폭발, 반도체 나노 분말, 실리콘, 화합물 반도체

Description

액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법 및 장치 {Method and apparatus for synthesis of semiconductor nanopowders by wire explosion in liquid}

본 발명은 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양자점 소자, 광결정 소자, 전자재료, 투명전극, 나노유체, 이차전지, 광촉매 등 다양한 분야에서 사용될 수 있는 반도체 나노 분말을 제조함에 있어서, 액체 상에 노출된 고전압 전극을 통한 펄스 대전류 가열 방식에 따라 반도체 부재를 액중 전기 폭발시킴에 의하여 나노 크기의 반도체 분말을 용이하게 제조할 수 있는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근에 신소재로서 극미세 분말 재료(Nanostructured Powder Materials)의 기술 개발은 나노 디바이스를 포함하는 새로운 분야의 기반 기술로 응용될 수 있기 때문에 매우 중요하게 인식되고 있다.

극미세분말 재료는 재료 구조의 미세화(100nm 이하)와 이에 따른 표면적의 증가로 인하여 기존의 재료에서는 얻을 수 없는 특이한 전ㆍ자기적, 기계적 및 촉매 특성을 나타낼 수 있으므로, 초고강도 부품, 자성 부품, 열전, 센서, 필터, 촉매 등의 차세대 기능성 소재로서 산업 전반에 걸쳐 새로운 수요를 창출할 것임에 틀림없다.

첨단산업의 발전에 따라 부품 및 시스템의 고성능화 및 소형화가 진행되고 있으며, 현재는 물리/화학/생물학적 특성을 결정하는 현상학적 길이가 마이크론 또는 서브 마이크론인 구성인자가 사용되고 있다.

이에, 나노 기술의 중요성은 부품 및 시스템의 고성능화 및 소형화에 대한 기존 기술의 한계성을 극복할 수 있는 기술이며, 또한 현상학적 길이가 감소함에 따라 새로운 성능이 발현될 수 있기 때문에 미래기술의 전형이면서 첨단제품의 개발에 필수적인 요소라 할 것이다.

예를 들어, 리튬 화합물을 음극으로 사용하는 비수 전해질 2차 전지는 고전압과 고에너지 밀도를 가지고 있어 그 동안 많은 연구의 대상이 되어 왔다. 그 중에서도 리튬 금속은 풍부한 전지 용량으로 인해 리튬이 음극 소재로 주목 받은 초기에 많은 연구의 대상이 되었으며, 특히 리튬 금속을 사용하지 않고 전해액에 존재하는 리튬 이온이 탄소 전극의 결정면 사이를 충방전시에 흡장 방출(intercalation deintercatlation)하면서 산화 환원 반응을 수행하는 방식의 탄소계 음극이 일반적으로 사용되고 있다.

이러한 탄소계 음극에 있어서, 점진적으로 각종 휴대용 기기가 소형화, 경량 화 및 고성능화 됨에 따라 리튬 이온 전지의 고용량화가 중요한 문제로 대두되었다. 탄소계 음극을 사용하는 리튬 전지는 탄소의 다공성 구조 때문에 본질적으로 낮은 전지 용량을 가지게 된다. 예를 들어 가장 결정성이 높은 흑연의 경우에도 이론적인 용량은 LiC6인 조성일 때 372mAh/g 정도이며, 이것은 리튬 금속의 이론적인 용량이 3860mAh/g인 것에 비하면 겨우 10% 정도에 불과하여, 이러한 용량적 한계를 극복하기 위한 대용량의 이차 전지 음극 재료에 대한 연구가 활발히 시도되고 있으나, 그 연구 결과는 미미한 수준이다.

반면에, 이론적인 용량이 4200mAh/g로 매우 높은 수치를 갖는 실리콘 재료의 경우, 높은 이론적 용량에 비하여 전기전도도가 반도체 영역인 ~ 10-5S/cm로 낮고, 리튬과 반응시 부피팽창이 약 400%(Li22Si5)까지 일어나, 이로 인하여 전극에서 균열이 발생하여 활물질과 집전체의 전기적 접촉이 떨어지게 되어, 급속한 수명단축을 초래하는 문제점이 존재한다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안 중 하나로서, 나노 크기의 실리콘 음극물질을 사용하는 방법이 사용되었으나, 기존의 기계적 분쇄에 의한 나노 실리콘 분말을 활성 또는 비활성 매트릭스에 재분산하거나 화학적 합성 공정으로 값비싼 전구체로부터 실리콘 복합체를 제조하는 방법으로는 대량생산에 따른 높은 비용 문제와 수득된 나노 분말의 순도가 떨어지고, 나노 분말의 입자가 고르지 못한 문제점이 존재하였다.

상기 예와 같이, 반도체 나노분말은 크기의 나노화에 따른 효과뿐만 아니라 벌크재료에서는 나타나지 않는 전ㆍ자기적, 기계적 및 촉매 특성을 나타낼 수 있으 므로 Saunders 등(Applied Phys Letters Vol. 60, 1992, p. 950)은 반도체 재료의 양자점 효과를 관찰하기 위하여 기체 중 전기폭발 방식으로 GaAs의 나노분말을 합성한 바 있다. 그러나 상기 합성방법은 상기 논문 이후 반도체 재료에 대해 더 이상 연구된 바가 없는데, 이는 상기 합성이 아르곤 또는 헬륨과 같은 기체 중에서 이루어지므로 분말이 이미 응집된 상태에서 회수되는 문제가 있으며, 아울러 최근 독극물로 분류되고 있는 나노분말 분진의 문제와 특히, 기체 중 전기폭발 방식의 가장 큰 문제점인 표면 플라즈마에 의한 에너지전달의 손실과 이에 따른 나노분말의 품질 저하 문제가 있기 때문이다.

기체 중 전기폭발의 문제점을 해결하기 위해 액중전기폭발에 의한 나노분말의 제조 방법이 알려져 있으나 기존의 기술은 전기전도도가 높은 금속 와이어(출원번호 10-2005-0078518)에 대해 적용된 것으로서 전기전도도가 반도체의 범위(10-4~10+4 S/m)에 속하는 진성반도체(실리콘, 게르마늄 등), 외인성반도체(n형, p형 반도체) 및 화합물반도체(Ⅳ-Ⅳ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅱ-Ⅵ, I-Ⅵ, Ⅳ-Ⅵ계, Ⅴ-Ⅵ, Ⅱ-Ⅴ, I-Ⅱ-Ⅵ계 등의 2성분 이상의 화합물 반도체) 등에 대해서는 액중 전기폭발 방식으로 나노분말을 제조한 사례가 없었다.

특히, 도체와 반도체의 전기폭발에 있어서는, 그 전기에너지의 전달 메커니즘이 극명히 차이가 있다. 즉, 도체의 경우 고전압 펄스를 가할 경우, 초기에 급속히 전류가 증가하다가 이 전류에 의해 도체의 온도가 상승하면 도체의 전기저항이 선형적으로 증가하면서, 이 때 온도가 더 낮은 부분으로 전류가 더 많이 흐르게 되므로, 궁극적으로 도체의 전 영역이 기화온도 이상에 도달하면 폭발에 이르게 되는 메커니즘이 알려져 있다. 그러나 반도체의 경우 저온에서 전기저항이 크고, 고전압 펄스를 가해도 초기에 흐르는 전류가 작으므로 기화에 도달할 만큼의 온도 상승을 기대하기 어려워, 액중 전기폭발 방식으로 반도체 나노분말을 제조한 사례가 없었다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 반도체의 경우에도 액중 전기폭발법을 적용할 경우 표면플라즈마의 생성을 억제할 수 있고, 초기의 미세한 전류에 의해 온도가 상승하면 국부적으로 전기전도도가 높아지므로 전류가 집중하게 되고, 이에 의해 반도체 재료를 국부적으로 기화온도에 이르게 할 수 있다는 가설을 세우고, 이를 실험적으로 검증하였다. 이와 같이 본 발명에서는 낮은 전기전도도를 갖는 반도체 부재를 수용액, 유기용액, 액화기체, 용융고체 등 액상 물질이 채워진 챔버 내에서 펄스 대전류 가열을 이용한 액중 전기폭발 방식으로 다량의 반도체 나노 분말을 직접 제조할 수 있는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법 및 이러한 반도체 나노 분말 제조를 위한 반도체 나노 분말 제조 장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 구성을 제공한다.

본 발명은 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법에 있어서, 액체가 담긴 챔버에 반도체 부재를 제공하는 단계와; 액체 중의 전극으로 전기에너지를 공급하는 단계와; 상기 반도체 부재를 액중에서 전기폭발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법을 제공한다.

또한, 액중 전기폭발에 의하여 생성된 반도체 나노 분말을 포함하는 콜로이드로부터 반도체 나노 분말을 분급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법을 제공한다.

그리고, 상기 반도체 나노 분말을 분급하는 단계는 자연침강, 원심분리, 또는 필터링 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 반도체 나노 분말을 분급하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법을 제공한다.

여기서, 상기 챔버 내의 액체는 수용액, 유기용액, 액화기체, 용융고체 등 중 하나의 액상 물질인 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법을 제공한다.

또한, 제공되는 상기 반도체 부재는 진성반도체(실리콘, 게르마늄 등), 외인성반도체(n형, p형 반도체) 및 화합물반도체(Ⅳ-Ⅳ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅱ-Ⅵ, I-Ⅵ, Ⅳ-Ⅵ계, Ⅴ-Ⅵ, Ⅱ-Ⅴ, I-Ⅱ-Ⅵ계 등의 2성분 이상의 화합물 반도체) 등 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법을 제공한다.

한편, 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치에 있어서, 내부에 액체를 담은 챔버와; 상기 챔버 내의 액체에 잠긴 한 쌍의 전극과; 상기 전극으로 고전압의 전기 에너지를 공급하기 위한 전원부를; 포함하여 이루어지며, 상기 한 쌍의 전극에 연통된 반도체 부재를 액중 전기폭발시킴으로써 반도체 나노 분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치을 제공한다.

그리고, 전기폭발로 생성된 반도체 나노 분말을 포함하는 챔버 내의 용액을 분급하는 분급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치를 제공한다.

또한, 상기 분급장치는 자연침강식 장치, 원심분리기, 또는 필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치를 제공한다.

이 경우, 상기 챔버 내의 액체는 수용액, 유기용액, 액화기체, 용융고체 등 중 하나의 액상 물질인 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법 및 장치는 반도체 재료의 낮은 전기전도도에도 불구하고, 액중 전기폭발 방식을 통하여 나노 크기로 미립화된 반도체 분말을 수득할 수 있으며, 고가의 기계적 분쇄 방법을 통하지 않고, 전기물리적 방법으로 제조됨에 따라 제조 비용이 감소됨은 물론 비교적 고른 입상을 가진 반도체 나노 분말을 수득할 수 있는 효과가 있다.

또한, 보다 저렴한 비용으로 대량의 반도체 나노 분말을 제조할 수 있으므로, 향후 양자점 소자, 광결정 소자, 전자재료, 투명전극, 나노유체, 이차전지, 광촉매 등의 분야에 사용될 수 있으며, 이차전지용 실리콘 기반 나노분말의 경우 대용량화에 따른 고밀도 전지 개발과 같은 막대한 파급효과를 가질 것으로 보인다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 수용액, 유기용액, 액화기체, 용융고체 등 액상 물질이 채워진 챔버 내에서 전극을 통하여 반도체 재료로 이루어진 반도체 봉 또는 반도체 막대에 펄스 대전류를 흘려 반도체를 급속 가열시킴으로서 고온 고압의 상태에서 용이하게 형성되는 대량의 반도체 나노 분말을 제조하는 방법 및 장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법을 수행할 수 있도록 구현된 반도체 나노 분말 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시하고 있는 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치는 낮은 전기전도도를 가지는 반도체 재료를 고전압의 전기에너지를 가하여 액중에서 전기 폭발시킴으로서 나노 크기의 반도체 분말을 얻을 수 있는 구성으로서, 하나의 챔버(10)에 수용액, 유기용액, 액화기체, 용융고체 등 액상 물질로 이루어진 용액(S)을 채우고, 상기 챔버(10) 내의 액중에서 전기 폭발을 일으키기 위하여 고전압의 전기 에너지를 가할 수 있도록 구성된 한 쌍의 전극(20)을 배치한다.

상기 전극(20)에는 충전된 고전압이 연속적으로 스위칭되면서 가해질 수 있 도록 동축 케이블을 통하여 스위치(40)가 연결되고, 이 때, 상기 스위치(40)는 전극에 대하여 계속적인 스위칭 작업을 수행할 수 있는 스위치로 구성하되, 바람직하게는 충분한 내구성을 담보할 수 있도록 컴프레서와 진공펌프를 포함하는 압력 제어 트리거 스파크 갭 스위치로 구성할 수 있다. 또한, 상기 전극(20)은 고전압을 충전시키기 위한 충전용 전원장치(60) 및 고전압 충전을 위한 캐패시터(50)가 연결되며, 충전된 고전압을 연속적으로 전극(20)에 가하여 액중 전기폭발을 일으키도록 구성된다.

따라서, 상기 충전용 전원장치(60)를 통하여 캐패시터(50)에 수 내지 수십 ㎸의 고전압 직류 전기 에너지가 충전되고, 상기 스위치(40)를 제어하여 충전된 전기 에너지를 챔버 내 수용액, 유기용액, 액화기체, 용융고체 등 액상 물질이 담겨진 전극(20)에 가함으로써, 상기 전극에 연결된 반도체 부재(30)로 통전되어 액중 전기 폭발이 발생되고, 이로 인하여 반도체 입자의 나노 사이즈화가 진행된다.

본 발명에 사용되는 반도체 부재(30)는 통전 시 전기에너지에 의한 가열이 부재에 집중될 수 있도록 작은 단면에 긴 형상을 갖는 막대 형상 또는 봉 형상의 반도체 부재가 바람직하며, 상기 반도체 부재는 진성반도체(실리콘, 게르마늄 등), 외인성반도체(n형, p형 반도체), 화합물반도체(Ⅳ-Ⅳ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅱ-Ⅵ, I-Ⅵ, Ⅳ-Ⅵ계, Ⅴ-Ⅵ, Ⅱ-Ⅴ, I-Ⅱ-Ⅵ계 등의 2성분 이상의 화합물 반도체) 등 중 어느 것을 이용하더라도 무방하다.

본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치에서 전기 폭발이 진행되는 챔버 내의 용액(S)은 수용액, 유기용액, 액화기체, 용융고체 등 액상 물질에 해당하는 용액으로 구성하며, 상술한 챔버 내의 용액은 분산제 또는 계면활성제, 탄소 전구체 등을 포함하도록 구성하여, 반도체 나노 입자 표면 상에 탄소 등을 도포하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한, 도시되지는 않았으나, 바람직하게는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치는 대량 생산을 위하여 액중에 설치된 전극으로 반도체 부재를 연속적으로 공급할 수 있는 피딩부를 포함하도록 구성할 수 있으며, 상기 피딩부는 일반적으로 고려할 수 있는 공급 수단으로서, 모터와 같은 구동수단을 이용한 회전운동 또는 직선 운동을 포함하는 반복적인 공급 수단으로 구성할 수 있다.

상술한 바와 같은 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치를 통하여 생성된 반도체 나노 분말은 용매 상에 분산되어 콜로이드 형태로 존재하므로, 바람직하게는, 상기 콜로이드로부터 반도체 나노 분말을 분급하기 위한 장치를 더 포함하도록 구성한다. 상기 반도체 나노 분말의 분급 장치로서 자연침강조, 원심분리기, 필터 또는 분리막, 플러그플로우분리기, 하이드로싸이클론, 임팩터 및 전기영동장치 등을 적용할 수 있으며, 자연건조, 진공건조, 가열건조, 분무건조, 필터링 등을 통하여 반도체 나노 분말을 회수하는 장치를 구성할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 액중 전기폭발 과정에 발생하는 전압 및 전류 파형을 도시한 것으로 도 2a 및 도 2b는 각각 금속과 실리콘의 액중 전기폭발 과정을 나타내고 있다. 전술한 바와 같이 금속의 경우 고전압 펄스를 가할 경우, 초기에 급속히 전류가 증가하다가 이 전류에 의해 도체의 온도가 상승하면 도체의 전기저항이 선형적으로 증가하면서, 이 때 온도가 더 낮은 부분으로 전류가 더 많이 흐르게 되므로, 궁극적으로 도체의 전 영역이 기화온도 이상에 도달하게 되면 폭발에 이르게 되는데 도 2a와 도 2b의 전류파형에서와 같이 폭발에 의한 전기전도성의 소멸로 명확한 전류 급강하 지점이 나타난다. 반면 도 2c에서는 도체의 경우와 다르게 온도상승에 따라 전기전도도가 지수적으로 증가하므로 전류도 지수적으로 증가하다가 명확한 전류 급강하 지점 없이 국부적인 기화 채널의 형성으로 폭발에 이르게 됨을 나타내고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법의 각 단계를 시계열적으로 순서에 따라 도시하고 있는 순서도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법은 제공된 용매가 채워진 챔버 및 상기 용매에 잠겨진 전극을 포함하는 반도체 나노 분말 제조 장치에 대하여, 먼저 피딩부를 통하여 반도체 부재를 제공하는 단계(S1)와, 액중 전극으로 고전압의 전기에너지를 공급하는 단계(S2)를 포함한다. 다음으로, 전극으로 공급된 고전압의 전기에너지로 인한 액중 전기폭발로 반도체 부재의 나노 분말화가 진행되는 단계(S3)를 통하여 반도체 나노 분말을 포함하는 콜로이드가 생성되는 단계를 거치게 된다.

여기서, 수득된 반도체 나노 분말을 포함하는 콜로이드는 적절한 분급 방법를 통해, 용매로부터 반도체 나노 분말을 분급하는 단계(S4)를 거쳐 나노 크기의 반도체 분말을 제조할 수 있다. 이 경우, 상기 분급 방법으로는 자연 침강, 원심 분리, 또는 필터링과 같은 기법이 사용될 수 있으며, 경우에 따라 반복적인 분급 단계를 통하여 입자 크기가 고른 반도체 나노 분말을 수득하도록 구성할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법을 통한 시험예에 대한 것으로서, 도 4는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 실리콘 나노 분말 제조 방법에 의하여 생성된 콜로이드 중 나노 크기의 실리콘 입자에 대한 SEM 사진이고, 도 5는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 실리콘 나노 분말 제조 방법에 의하여 생성된 물질을 X선 회절법으로 분석한 그래프이다.

본 발명에 의하여 구현된 실험예에 따라 폭이 2㎜, 두께가 0.5㎜, 길이가 60mm인 실리콘 막대에 대하여 증류수 중에서 전기폭발시킴으로서 생성된 실리콘 분말은 도 4의 SEM 사진에 나타난 바와 같이, 분급을 하지 않은 상태에서도 그 입자의 크기가 수백nm 이하의 미세 입자로 이루어짐을 실험을 통해 알 수 있다.

또한, X선 회절을 통하여 얻은 물질의 결정구조를 분석하여 물질의 성분을 규명하는 XRD 분석을 수행하는 경우, 도 5에 나타난 바와 같이, 상술한 실험예를 통하여 생성된 실리콘 분말에 대한 X선 회절로 얻은 그래프의 값을 실제 실리콘에 대한 데이터와 비교하면 각 피크값에 해당하는 수치가 실리콘에 해당하는 것으로서, 상기 도 5에 도시된 데이터를 제공하는 물질에는 실리콘 및 수용액에서의 경우 이의 나노크기 산화물을 포함하고 있음을 분석을 통하여 규명할 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 일구현예에 의하여 수행된 실험예의 데이터를 통하여, 본 발명에 따른 액중 전기폭발 방식에 의하여 반도체 나노 분말을 생성할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조시 발생하는 전압 및 전류 파형 그래프. (도 2(a)는 금속, 도 2(c)는 실리콘 반도체)

도 3은 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법에 대한 순서도.

도 4는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법에 의하여 생성된 실리콘 나노 분말의 SEM 사진.

도 5는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법에 의하여 생성된 실리콘 나노 분말의 XRD 회절 그래프.

< 도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명 >

10: 챔버 20: 전극

30: 반도체 부재 40: 스위치

50: 캐패시터 60: 충전용 전원장치

Claims (9)

1. 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법에 있어서,

   액체가 담긴 챔버 내의 한 쌍의 전극 사이에 반도체 부재를 제공하는 단계와;

   상기 한 쌍의 전극 사이에 전기에너지를 공급하는 단계와;

   공급된 전기에너지에 의해 상기 반도체 부재를 액중에서 전기폭발시키는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 액중 전기폭발에 의하여 생성된 반도체 나노 분말을 포함하는 콜로이드로부터 반도체 나노 분말을 분급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 반도체 나노 분말을 분급하는 단계는 자연침강법, 원심분리법, 필터링, 플러그플로우분리법, 하이드로싸이클론법, 임팩터법 또는 전기영동법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 반도체 나노 분말을 분급하는 것을 특징 으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 내의 액체는 수용액, 유기용액, 액화기체 또는 용융고체의 액상 물질 중 하나인 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 제공되는 상기 반도체 부재는 진성반도체, 외인성반도체 및 화합물반도체로 이루어진 일군의 반도체 부재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 방법.
6. 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치에 있어서,

   내부에 액체를 담은 챔버와;

   상기 챔버 내의 액체에 잠긴 한 쌍의 전극과;

   상기 전극으로 고전압의 전기 에너지를 공급하기 위한 전원부를; 포함하여 이루어지며,

   상기 한 쌍의 전극에 연통된 반도체 부재를 액중 전기폭발시킴으로서 반도체 나노 분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치.
7. 청구항 6에 있어서, 전기폭발로 생성된 반도체 나노 분말을 포함하는 챔버 내의 용액을 분급하는 분급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 분급장치는 자연침강조, 원심분리기, 필터 또는 분리막, 플러그플로우분리기, 하이드로싸이클론, 임팩터 또는 전기영동장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치.
9. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 내의 액체는 수용액, 유기용액, 액화기체 또는 용융고체의 액상 물질 중 하나인 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 반도체 나노 분말 제조 장치.

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