KR101190983B1 - 브랜치된 나노휘스커로 이루어진 나노구조 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR101190983B1
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큐나노 에이비
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Abstract

트리 형태를 갖는 나노구조를 형성하는 방법은 제1 단계 및 제2 단계를 포함한다. 제1 단계는 기판 표면 상에 하나 이상의 촉매 입자를 제공하는 단계, 및 각 촉매 입자를 통해 제1 나노휘스커를 성장시키는 단계를 구비한다. 제2 단계는 각 제1 나노휘스커의 주변 상에 하나 이상의 제2 촉매 입자를 제공하는 단계, 및 각 제2 촉매 입자로부터 상기 각각의 제1 나노휘스커의 주변으로부터 가로질러 연장하는 제2 나노휘스커를 성장시키는 단계를 구비한다. 선행 단계의 나노휘스커(들)로부터 연장하는 하나 이상의 추가의 나노휘스커를 성장시키는 추가의 단계가 구비될 수도 있다. 나노휘스커 내에 헤테로구조가 생성될 수도 있다. 그러한 나노구조는 태양 전지 어레이나 발광 평면 패널의 구성요소를 형성할 수 있고, 나노휘스커는 감광체로 형성된다. 인접하는 트리들이 후속하는 단계에서 성장되는 나노휘스커를 통해 서로 접촉하고, 나노휘스커 내의 헤테로접합이 전류 흐름에 대한 터널 배리어를 생성하도록 제1 나노휘스커를 함께 근접하게 위치 결정함으로써 신경망이 형성될 수도 있다.
나노구조, 나노휘스커, 신경망, 터널 배리어, 헤테로접합

Description

브랜치된 나노휘스커로 이루어진 나노구조 및 이의 제조 방법{NANOSTRUCTURES FORMED OF BRANCHED NANOWHISKERS AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
관련 출원과의 상호-참조
본 출원은 그 전체가 본원에 참조되어 있는 2003년 11월 23일자로 출원된, 미국 가출원 번호 제60/524,890호, 및 그 전체가 본원에 참조되어 있는 2004년 4월 9일자로 출원된 미국 가출원 번호 제60/560,701호의 우선권의 이점을 청구한다.
본 발명은 일반적으로 나노테크놀로지의 기술을 사용하여 구조 및 장치를 생성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 그러나, 배타적이지는 않게, 본 발명은 적어도 하나의 요소를 본질적으로 일-차원 형태로 통합하는 나노구조를 생성하는 방법에 관한 것이며, 상기 나노구조는 자신의 폭 또는 직경이 나노미터 크기로 이루어진다. 본 출원의 목적을 위하여, 이와 같은 요소를 "나노휘스커(nanowhisker)"라 칭한다. 본 발명은 또한 바람직하게는, 소위 증기-액체-고체(VLS) 메커니즘에 의해 생성된 나노휘스커를 통합하는 구조 및 장치에 관한 것이다.
나노테크놀로지 기술 및 프로세스는 크기의 범위가 원자 크기의 소형 장치로부터 훨씬 더 큰 크기의 구조, 예를 들어, 현미경 크기까지인 구조를 제공할 수 있 다. 통상적으로, 이와 같은 구조는 "나노구조"를 포함한다. 어떤 상황에서, 나노구조는 약 100nm보다 크지 않은 적어도 2차원을 갖는 것으로 간주된다. 통상적으로, 두께가 1μm보다 작은 하나 이상의 층을 갖는 계층화된 구조 또는 스톡 재료(stock material)는 나노구조인 것으로 간주되지 않는다. 나노구조는 자신의 폭 및 직경이 나노미터 크기로 이루어지는 본질적으로 1-차원 형태의 일-차원 나노구조를 포함하며, 통상적으로 나노휘스커, 나노막대, 나노와이어, 나노튜브 등으로 칭해진다.
소위 VLS(증기-액체-고체) 메커니즘에 의해 기판상에 미세 휘스커를 형성하는 기본적인 프로세스는 널리 공지되어 있다. 예를 들어, 기판상의 촉매 재료, 통상적으로는 금의 입자는 어떠한 가스의 존재하에서 가열되어 용해물(melt)을 형성한다. 필러(pillar)가 용해물에서 형성되며, 용해물은 그 필러의 최상부까지 상승한다. 그 결과물은 최상부 상에 위치되는 응고된 입자 용해물을 갖는 원하는 재료의 휘스커이다. EI Givargizov에 의한 Current Topics in Materials Science, Vol.1, pages 79-145, North Holland Publishing Company, 1978을 참조하라. 이와 같은 휘스커의 크기는 마이크로미터 범위 내에 존재한다.
국제 특허 출원 번호 WO01/84238은 도15 및 16에서, 에어로졸로부터의 나노미터 크기의 입자가 기판상에 증착되고, 이러한 입자가 나노휘스커, 및 다른 1-차원 나노요소에 대한 시드(seed)로서 사용되는 나노휘스커를 형성하는 방법을 게시하고 있다.
성장하는 휘스커의 팁(tip)에서의 촉매 입자의 존재에 의하여 촉매작용이 이루어진 나노휘스커의 성장이 통상적으로 VLS(증기-액체-고체) 프로세스라 칭해졌을지라도, 용매 입자가 휘스커 성장을 위한 효율적인 촉매로서 기능을 하기 위하여 액체 상태가 아닐 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 적어도 일부의 증거는 휘스커를 형성하는 재료가 입자-휘스커 경계면에 도달할 수 있고, 촉매 입자가 자신의 녹는점 아래의 온도이어서, 아마도 고체 상태일지라도, 성장하는 휘스커에 기여할 수 있다는 것을 제시한다. 이와 같은 조건 하에서, 성장 재료, 예를 들어, 자신이 성장함에 따라 휘스커의 팁에 부가되는 원자는 고체 촉매 입자의 몸체를 통하여 확산하거나, 성장하는 온도에서 고체 촉매 입자의 표면을 따라 휘스커의 성장하는 팁으로 확산할 수도 있다. 명백하게, 전체 영향은 동일한데, 즉, 어떠한 정확한 메커니즘이 특정 온도 상황 하에 이루어질 수 있을지라도, 촉매 입자에 의해 촉매작용이 이루어진 휘스커의 신장, 촉매 입자 조성, 휘스커의 의도된 조성, 또는 휘스커 성장에 관련된 다른 조건은 동일하다. 본 출원의 목적을 위하여, 용어 "VLS 프로세스", 또는 "VLS 메커니즘", 또는 등가적인 용어는 나노휘스커 성장이 나노휘스커의 성장하는 팁에 접촉하는 입자, 액체 또는 고체에 의해 촉매 작용이 이루어지는 모든 이와 같은 촉매작용이 이루어진 절차를 포함하게 된다.
상술된 바와 같이, 본 출원의 목적을 위하여, 용어 나노휘스커는 나노미터 크기의 폭 또는 직경(또는, 일반적으로, 교차-크기)를 갖는 1-차원 나노요소를 의미하게 된다. 바람직하게는, 비록 반드시 그렇지만은 않을지라도, 요소는 소위 VLS 메커니즘에 의해 형성된다. 나노휘스커는 또한 업계에서 "나노와이어"로 칭해지고, 상황에 따라, 간단히 "와이어"로 칭해지며, 본 출원에서 사용된 바와 같은 이와 같은 용어는 용어 "나노휘스커"와 동등하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 나노휘스커 교차-크기는 전형적으로 50nm를 초과하지 않고, 더 바람직하게는 약 20nm 또는 그 이하의 범위이다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 범위 내에서, 50nm보다 큰, 즉, 100nm까지의, 또는 심지어 500nm 또는 그 이상의 교차-크기를 갖는 나노휘스커를 사용하는 것이 가능하다. 물론, 더 큰 나노휘스커 교차-크기는 일반적으로 구조를 더 크게 하므로, 많은 애플리케이션에서 더 바람직하지 않을 수 있다.
나노휘스커의 성장에 대한 여러 실험적인 연구가 행해져왔다. Hiruma 등은 금속 유기체 화학 기상 증착(MOCVD) 성장 시스템에서의 Ⅲ-Ⅴ 기판상에서 Ⅲ-Ⅴ 나노휘스커를 성장시켰다. K.Hiruma 등에 의한 J. Appl. Phys. 74, page 3162(1993); K.Hiruma 등에 의한 J. Appl. Phys. 77 page 447(1995); K.Hiruma 등에 의한 IEICE Trans. Electron. E77C, page 1420(1994); K.Hiruma 등에 의한 J. Crystal Growth 163, page 226-231(1996)을 참조하라.
Samuelson 등에 의한 2004-0075464호로 공개된 종래의 미국 특허 출원 10/613,071호 및 국제 특허 출원 공보 WO-A-04/004927호에서, 이들 공보의 양자와 그 기초 출원들은 참조하여 본 명세서에 통합되어 있고, 화학적 빔 에피택시 방법에 의해 나노휘스커를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 나노휘스커는 사이에 가파르거나 급격한 헤테로 접합을 하는 상이한 재료들의 세그먼트를 갖는 것이 개시되어 있다. 제어된 크기 및 형상의 다양한 나노구조가 개시되어 있다. 그러한 나노구조는 개시된 바와 같이 신규의 구조의 형태의 성분으로서 역할을 한다.
Gao 등의 "Self-assembled Nanowire-Nanoribbon Junction Arrays of ZnO", J. Phys. Chem. B, vol. 106(49), pages 12653～12658은 VLS 프로세스에 의해 형성된 ZnO의 브랜치된 구조를 포함하는 나노구조를 개시한다.
매우 다양한 형상을 갖는 나노결정이 합성되어 왔다. 용액으로부터 침전에 의해 일체형 구조로서 제어된 크기의 테트라포드(tetrapod)형 구조의 합성이 Manna 등의 "Synthesis of soluble and processable rod-, arrow-, teardrop-, and tetrapod-shaped CdSe nanocrystals", J. Am. Chem. Soc. 122, pages 12700～12706(2000)에 개시되어 있다.
다수의 나노구조로 형성된 구조에 관해서는, 단층의 전하 전송 다이가 코팅된 TiO2 입자의 광학적 투명 필름을 포함하는 태양전지(소위 Gratzel 전지)가 공지되어 있다. O'Regan 등의 "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitive colloidal TiO2 film", Nature 353, pages 737～740(1991)을 참조하라.
VLSI 시스템에 의한 Carver Mead의 개척 작업 이래 신경망(신경형상 전자공학)으로의 많은 연구가 수행되어 왔다. 최근의 리포트에서는 예를 들어, Cohen 등의 2003년 6월 29일～7월 19일 콜로라도, 텔루라이드의 신경형상 공학에 대한 2003 워크샵에서의 리포트를 참조하라. 그러나, 나노테크놀로지의 기술은 통상 이 분야에 적용되지 않았었다.
본 발명은 그 주요 양태 중 하나로, 나노휘스커로 형성된 신규의 트리형 구성을 갖는 나노구조와 그러한 나노구조를 제조하는 방법을 제공한다. 일반적으로, 트리형 구조는 트리의 트렁크(trunk)에 유사하게 될 수 있는 베이스 나노휘스커, 및 베이스 나노휘스커의 주변 표면으로부터 외부로 성장하여 트리의 브랜치와 유사한 하나 이상의 나노휘스커를 포함한다. 추가의 나노휘스커 "브랜치"는 하나 이상의 앞서 성장된 나노휘스커 브랜치의 주변 상에서 성장되어, 더욱 복잡한 "트리" 구조를 생성할 수 있다. 베이스 나노휘스커는 임의의 원하는 방식으로 형성될 수도 있지만, 바람직하게는 기판으로부터 직립이 되도록 VLS 메커니즘에 의해 기판 상에 성장된다. 브랜치 나노휘스커는 바람직하게는 베이스 나노휘스커의 길이를 따른 중간 포인트에, 또는 앞서 성장된 브랜치 상에 나노휘스커가 성장된 경우에는, 앞서 성장된 브랜치의 길이를 따라 중간 포인트에 VLS 메커니즘에 의해 형성된다. 나노휘스커의 구성 물질 및 성장 파라미터는 원하는 형태 및 특성을 갖는 구조를 달성하기 위해 제어될 수도 있다. 자기 조립 기술은 유리하게도 다수의 트리형 나노구조를 통합하는 신규의 구조 및 장치를 형성하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 주요 개념은 일련의 단계에서 나노휘스커로부터의 나노구조의 형성에 관한 것이다. 제1 단계에서, 제1 촉매 입자가 기판 상에 (예컨대, 입자의 어레이로서) 제공되고, 제1 나노휘스커(여기에서는 제1 레벨 나노휘스커라고 칭해질 수 있음)가 VLS 프로세스에 의해 기판으로부터 직립이 되도록 촉매 입자로부터 성장되며, 기판을 온도, 전구체 등과 같은 적절한 조건에 노출시키는 단계를 수반한다. 제2 단계에서, 제2 촉매 입자가 직립한 나노휘스커의 측면 상에 증착된다. 편리하게는, 이것은 촉매 입자의 에어로졸 증착에 의해 수행된다. 제2 VLS 프로세스에서, 제2 나노휘스커(여기에서는 제2 레벨 나노휘스커라고 칭해질 수 있음)가 제2 촉매 입자로부터 형성되고, 이들은 트리의 브랜치와 닮은 나노휘스커의 측면으로 가로질러 연장한다. 따라서, 본 발명은 트리 구조와 유사한 브랜치된 반도체 나노와이어 구조의 제어된 단계별 성장을 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 나노입자에 의해 촉매 작용되어 에피택셜하게 성장된 나노와이어를 이용한다. 나노휘스커 "브랜치"의 레벨은 순차적으로 성장될 수 있어, 그러한 구조의 복잡성을 이론적으로는 무제한으로 만들고, 여기에서 각 세트의 나노휘스커 브랜치는 상이한 길이, 직경 및 화학 조성, 또는 원하는 경우 화상 조성의 변화도 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 언급된 공지된 "단일 단계"에 의해 생성되는 나노구조와 비교하여 생성될 수 있는 다양한 나노구조에서 매우 큰 복잡성을 제공한다. 복수의 제1 레벨 및 제2 레벨 나노휘스커의 성장이 예상되더라도, 방금 설명한 2 단계 프로세스가 단일 나노휘스커 트렁크를 성장시키기 위해 제1 단계에서 단일 나노입자만을 사용할 수 있고, 하나 이상의 브랜치 나노휘스커가 제2 단계에서 트렁크로부터 성장되는 것을 인식할 것이다. 또한, 실제로, 나노휘스커 성장은 표면 상에 증착되는 모든 촉매 입자를 통해 발생할 수 없다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 출원의 전후 상황에서, 제1 촉매 입자, 제2 촉매 입자, 추가의 촉매 입자와 같은 특정 촉매 입자에 대한 참조물과 유사한 참조물이, 나노휘스커 성장이 실제로 발생하는 촉매 입자들을 포함하도록 의도된다.
제1 양태에서, 본 발명은 바람직하게는 기판 상에 제1 나노휘스커를 성장시키는 단계, 및 제2 나노휘스커가 제1 나노휘스커에 가로질러 연장하도록 제1 나노휘스커의 주변으로부터 제2 나노휘스커를 성장시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
하나의 바람직한 모드에 따르면, 본 발명은 기판 표면 상에 적어도 하나의 제1 촉매 입자를 제공하는 단계, 및 각 제1 촉매 입자를 통해 VLS 프로세스에 의해 제1 나노휘스커를 성장시키는 단계를 구비하는 제1 단계와;
적어도 하나의 상기 제1 나노휘스커의 주변 상에 적어도 하나의 제2 촉매 입자를 제공하는 단계, 및 각 제2 촉매 입자로부터 VLS 프로세스에 의해 각각의 제1 나노휘스커의 주변으로부터 가로질러 연장하는 제2 나노휘스커를 성장시키는 단계를 구비하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법을 제공한다.
제2 양태에서, 본 발명은 기판 상의 제1 나노휘스커, 및 제1 나노휘스커의 주변으로부터 성장되어 상기 제1 나노휘스커로 가로질러 연장하는 적어도 하나의 제2 나노휘스커를 포함하는 나노구조를 제공한다. 제1 나노휘스커는 직립시키기 위해 기판으로부터 성장되는 것이 바람직하다.
뒤이은 논의에서, 상기 제2 나노휘스커는 "브랜치 나노휘스커"라고 칭해질 수 있고, 상기 제1 나노휘스커는 "트렁크"나 "스템"이라고 칭해질 수 있다. 제3의 원하는 경우 하나 이상의 후속하는 단계가 제2 단계와 유사하게 실행될 수 있고, 그에 따라 각 연속 단계에서 추가의 나노휘스커("트윅" 또는 "리프"와 유사함)가 바로 이전 단계에서 형성된 나노휘스커의 측면으로부터 바깥쪽으로 성장될 수 있다.
나노휘스커 성장의 상기 제1 단계에서, 촉매 입자가 예컨대, 에어로졸 증착, 전자 빔 기입, 또는 나노-임프린트 리소그래피에 의해서와 같은 임의의 적절한 방법으로 기판 상에 형성될 수 있다. 나노휘스커의 정확하게 위치 결정된 어레이가 필요한 경우, 본 명세서에 그 내용이 참조되어 통합되어 있는 2004년 1월 7일 출원된 Samuelson 등의 공동계류 중인 미국 특허출원 10/751.944호에서 개시되고 청구된 기술이 채용될 수 있다.
임의의 적절한 방법은 촉매 입자로부터 VLS 프로세스에 의해 나노휘스커를 형성하기 위해 채용될 수 있다. Samuelson 등에 의한 2004-0075464호로 공개된 종래의 미국 특허 출원 10/613,071호, 및 국제 특허 출원 공개 WO-A-04/004927호에서와 같이, 앞서 제안되어 나타낸 바와 같이 MOVPE(MOCVD), 및 CBE 프로세스가 현재 바람직하며, 양 공보 및 그 기초 출원은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
나노입자가 복잡한 구조 상에 쉽게 증착되고, 시드인 나노와이어의 직경을 매우 정확하게 관리하도록 공지되기 때문에, 나노입자의 에어로졸 증착은 본 발명에 이점을 제공한다. 그 밀도는 매우 정확하게 제어되어, 기존의 나노휘스커 상에 생성되는 나노휘스커 브랜치의 수가 정확하게 제어될 수 있다. 더욱이, 나노휘스커 브랜치의 배향이 정확하게 결정되는데, 여기에서 배향은 이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 성장되는 나노휘스커에 관련된 제한된 수의 배향만을 가질 수 있다. 추가의 제어는, 성장되는 나노휘스커의 길이에 따라 나노휘스커 브랜치의 간격에 대해 실시될 수 있다. 그러한 제어는 일대일 위치 결정 기술보다는 근본적으로는 통계나 평균에 기초한다.
기판으로의 전압의 인가에 의해 나노휘스커 둘레에 생성된 전계는 기존의 성장 나노휘스커 상으로의 나노입자의 정전 침전에 크게 참여하는 것이 밝혀졌다. 따라서, 상기 제2 촉매 입자는 기판에 대향하는 제1 나노휘스커의 측면 상에 우선적으로 증착된다. 기판 상에 랜덤하게 일부 증착이 존재할 수 있지만, 나노휘스커 둘레에 생성된 높은 전계는 나노휘스커 상의 우선 증착을 초래한다. 더욱 일반적으로는, (n-2)번째 성장 등으로의 일부 증착이 세 번째 또는 후속의 입자 증착을 위해 발생할 수도 있지만, n번째 촉매 입자 증착(n은 2 이상의 양의 정수이다)이 (n-1)번째 성장의 나노휘스커 상에 우선적으로 증착된다. 더욱이, 촉매 입자가 에어로졸 증착의 적절한 제어에 의해 나노휘스커의 길이를 따라 및 기존의 나노휘스크의 원주 방향으로 균일하게 분포되는 것이 밝혀졌다.
에어로졸 증착이 선호되더라도, 원리상으로는 나노휘스커의 측면 상에 촉매 입자를 위치시키는 다른 수단을 채용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 더욱 정확한 위치가 필요한 경우, 촉매 입자는 자동 포스 현미경에 의해, 수동으로, 또는 자동 위치 기술에 의해 위치 결정될 수 있다.
기판에 관련된 나노휘스커의 배향에 관하여, 제1 레벨 나노휘스커가 기판의 표면에 수직으로 연장하는 데 일반적으로 편리하다. 통상적으로, Ⅲ-Ⅴ 반도체 재료로, 이것은 제1 레벨 나노휘스커가 <111> 방향으로 연장하도록 (111) 기판 표면을 사용함으로써 달성된다. 그러나, 원하는 경우, 다른 기판 표면이 사용될 수 있으며, 이것은 제1 레벨 나노휘스커가 기판 표면에 대해 경사진 각도로 연장하는 것을 의미할 수 있다. 촉매 성장 프로세스의 신중한 제어에 의해, 원하는 배향이 다양한 기판 표면에 대해 달성될 수 있다. 본 명세서에 그 내용이 참조되어 통합되어 있는 Seifert 등에 의한 2004년 2월 6일에 출원되어 공동 계류 중인 미국 특허 출원 60/541,949호를 참조하라. 이 출원에는, 초기 성장 단계 동안 다른 우선 성장 방향이 활성화되지 않는다고 가정하여, 나노휘스커가 나노휘스커 재료의 원하는 결정면에서 성장될 수 있는 것이 개시되어 있다.
또한, 기판의 재료는 제1 레벨 나노휘스커의 재료와 상이할 수 있다. 본 명세서에 그 내용이 참조되어 통합되어 있는, Samulson 등에 의한 2004년 6월 25일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 60/582,313호를 참조하라. 이 출원은 다른 재료의 표면으로부터 나노휘스커의 성장을 촉진시키기 위해 완전하고 원자적으로 편평한 성장 평면의 제공을 개시한다.
제2 레벨 나노휘스커는 제1 레벨 나노휘스커의 재료와 상이한 재료로 형성될 수 있거나, 더욱 일반적으로는, n번째 레벨 나노휘스커가 (n-1)번째 레벨 나노휘스커의 재료와 상이한 재료로 형성될 수 있다. 이것은 각 나노휘스커의 성장 포인트에서 헤테로접합을 제공할 수 있지만, 정확하게 형성된 헤테로접합이 필요하면, 성장 조건은 바람직하게는 Samuelson 등에 의한 2004-0075464호로 공개된 종래의 미국 특허 출원 10/613,071호 및 국제 특허 출원 공개 WO-A-04/004927호의 개시내용에 따라 나노휘스커의 길이에 따라 헤테로접합을 형성하기 위해 상이한 기체 성장 재료를 신속하게 치환함으로써 나노휘스커의 성장 중에 변화되며, 양 공개물 및 그 기초 출원은 본 명세서에 참조되어 통합된다. 그러한 헤테로접합의 사용예들은 이하 설명하는 특정 예에서 제공된다.
제1 레벨 나노휘스커의 측면으로부터 연장하는 제2 레벨 나노휘스커의 배향에 관하여, 이들은 제1 레벨 나노휘스커의 결정면에 의해 크게 결정된다. 따라서, <111> 방향 제1 레벨 나노휘스커에 대해, 이것은 그 길이를 따라 6개의 면을 갖고, <111>B 방향으로 서로 120도의 3개의 주요 성장 방향이 존재하며, 이것은 제2 레벨 나노휘스커가 또한 하향 경사진 것을 의미한다. 이것은 또한 모든 제1 레벨 나노휘스커 상의 모든 제2 레벨 나노휘스커가 이들 동일한 3개의 방향으로 연장하는 것을 의미한다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 통상 발생할 수 있는 바와 같이, 나노휘스커의 결정 구조가 섬아연석(Zinc Blende)으로부터 섬유 아연석(Wurtzite)으로 그 길이를 따라 변화하는 경우, 제1 세트에 대해 60도로 회전된 나노휘스커 성장의 3개의 추가 방향이 존재할 수 있다.
제1 레벨 나노휘스커의 다른 방향에 대해, 제2 레벨 나노휘스커가 상이한 방향으로 연장할 수 있다. 예를 들면, 제1 레벨 나노휘스커가 <001> 방향을 갖는 경우, 제1 레벨 나노휘스커는 직사각형 단면을 가질 수 있고, 각 면으로부터 하나의 제2 레벨 나노휘스커의 4개의 성장 방향이 존재한다. 가장 일반적인 경우에, 이들 방향은 <111> 방향이기 때문에, 2개의 성장 방향이 상향 지시되고 2개가 하향하지만 평면에서 서로 직각이다.
반면에, 본 발명은 주로 나노휘스커에 관한 것이며, 어떤 환경에서는, 일차원 나노요소의 다른 형태 예컨대, 다중-벽 나노튜브의 성장이 하나 이상의 나노휘스커 성장 단계를 대신할 수 있다.
따라서, 본 발명은 더욱 일반적인 양태에서, 바람직하게는 기판 상에 제1 일차원 나노요소를 성장시키는 단계, 및 제2 일차원 나노요소가 상기 제1 일차원 나노요소로 가로질러 연장하도록 상기 제1 일차원 나노요소의 주변으로부터 제2 일차원 나노요소를 성장시키는 단계를 포함하는 나노구조 형성 방법을 제공한다.
바람직한 모드에서, 본 발명은 기판 상에 적어도 하나의 제1 촉매 입자를 제공하는 단계, 및 각 상기 제1 촉매 입자를 통해 제1 일차원 나노요소를 형성하는 단계를 구비하는 제1 단계와;
적어도 하나의 상기 제1 일차원 나노요소의 주변 상에 적어도 하나의 제2 촉매 입자를 제공하는 단계, 및 각 상기 제2 촉매 입자로부터, 각각의 제1 일차원 나노요소의 주변으로부터 가로질러 연장하는 제2 일차원 나노요소를 형성하는 단계를 구비하는 제2 단계를 포함하는 나노구조 형성 방법을 제공한다.
추가의 양태에서, 본 발명은 기판과, 기판 상에 형성된 하나 이상의 나노구조를 포함하는 구조를 제공하고, 각 나노구조는 기판으로부터 직립하는 제1 일차원 나노요소를 포함하며, 그 주변으로부터 가로질러 연장하여 성장되는 적어도 하나의 제2 일차원 나노요소를 갖는다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 제1 일차원 나노요소, 제1 일차원 나노요소의 주변 상에 성장되어 그로부터 가로질러 연장하는 제2 일차원 나노요소, 및 제2 일차원 나노요소의 주변 상에 성장되어 그로부터 가로질러 연장하는 제3 일차원 나노요소를 포함하는 나노구조를 제공한다. 제1 나노요소는 바람직하게는 기판으로부터 직립하게 되도록 기판으로부터 성장된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 기판과 상기 기판 상에 배치된 복수의 나노구조를 포함하는 구조로서, 각 나노구조는 상기 기판 상에서 성장되는 각각의 제1 일차원 나노요소를 구비하고, 적어도 하나의 상기 나노구조는 다른 상기 나노구조를 접촉하는 부분을 가지며, 상기 하나의 나노구조의 부분은 상기 하나의 나노구조의 상기 제1 일차원 나노요소의 주변 상에서 성장되어 그로부터 가로질러 연장하는 제2 일차원 나노요소를 구비하는 구조를 제공한다.
본 발명에 따르는 나노구조로부터 형성된 구조의 하나의 특정 응용에는, 태양 전지 어레이가 구성되며, 여기에서, 상기 촉매 입자의 적어도 일부가 기판 및 나노휘스커의 자유단 사이에 전압을 인가하기 위한 전기 접촉으로 채용되어, 광자 캡쳐에 의해 나노휘스커 내에서 방출되는 광전자가 전류로서 없어지게 할 수 있다. 또한 다른 재료의 영역의 사용은 태양 전지 어레이가 상이한 파장 영역의 다양성에 민감하게 되도록 할 수 있으므로, 더욱 효율적으로 만든다.
그러한 구성은 나노휘스커의 주변이 나노휘스커의 단부에서 촉매 입자와 접촉하게 하는데 사용되는 둘러싸는 도전성 재료(예컨대, 도전성 폴리머)로부터 전기 절연을 필료로 할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 그러한 전기 절연은 각 나노휘스커 둘레의 절연 재료의 외부 원통형 쉘(shell)을 형성함으로써 생성될 수 있다. 편리하게도, 이것은 각 나노휘스커 둘레의 동축 쉘로서의 AlP와 같은 재료의 대부분의 성장을 초래하는 것과 같은 예컨대, GaP의 MOVPE 성장 동작 중의 스위칭 조건에 의해 행해진다. 이어서, 산화 동작은 AlP의 외부 쉘을 Al2O3(투명 사파이어)으로 변환시킨다.
추가의 응용에서, 상기 태양 전지 어레이와 전체적으로 유사한 구조를 제공함으로써 발광 패널이 생성되지만, 각 제2 레벨 및/또는 제3 레벨 등의 나노휘스커가 발광 다이오드를 생성하도록 나노휘스커의 인접하는 부분과 헤테로접합을 형성하는 광학적 활성체의 세그먼트를 성장해왔다. 또한, 또는 선택적으로, 발광 다이오드는 원하는 경우 유사하게 제1 레벨 나노휘스커로 통합될 수 있다. 기판과 나노휘스커의 단부에서의 촉매 입자 사이의 전압의 인가가 LED에 통전시켜 전체 균일한 발광 영역을 생성한다. 다른 방법으로는, 구조는 어드레스 가능한 디스플레이를 생성하도록 별개로 통전 가능한 화소나 영역으로 분할될 수 있다.
본 발명의 나노구조로부터 형성된 구조의 다른 응용에서, 신경망이 생성된다. 예를 들면, 제1 레벨 나노휘스커는 기판 상에 밀접하게 함께 위치 결정될 수 있고, 브랜치(예컨대, 제2) 나노휘스커는, 평균 전기 접촉이 (ⅰ) 각 제1 레벨 나노휘스커와 관련된 제어된 수의 브랜치 나노휘스커 및 (ⅱ) 이웃 나노트리와 관련된 트렁크 및/또는 브랜치 나노휘스커 사이에 생성되는 데 충분히 길고 충분한 밀도로 형성될 수 있다. 헤테로접합은 상기 논의된 기술에 의해 브랜치 나노휘스커 내에 터널 배리어를 형성하도록 형성될 수 있어, 배리어를 가로질러 균일하게 방전되거나 충전되는 터널 배리어 내에서 충전에 의해 시냅시스와 유사한 방식으로 브랜치 나노휘스커가 기능할 수 있게 한다. 유사하게, 그러한 헤테로접합은 트렁크 나노휘스커 내에 형성될 수 있다.
본 발명의 전술한 및 다른 개념, 양태 및 응용은 이하 간략하게 설명하는 첨부하는 도면과 관련하여 취해진 이하의 발명의 바람직한 실시예의 설명을 보면 더욱 완전히 이해하게 될 것이다.
도 1A 내지 1D는 본 발명의 제1 예에 따라 형성된 GaP 나노구조의 SEM 이미지를 포함한다. 도 1A는 위로부터 30° 각도로 본, 촉매 입자의 에어로졸 증착에 의해 형성되어 MOVPE 성장이 이어지는 브랜치된 나노휘스커를 포함하는 나노구조의 어레이를 도시한다. 도 1B는 위로부터 45° 각도로 본, 석판 인쇄술로 정의된 나노구조 또는 나노트리의 어레이를 갖는 예의 변형을 도시한다. 도 1C는 위로부터 3개의 브랜치 방향을 도시한다. 도 1D는 위로부터 6개의 브랜치 방향을 도시한다.
도 2A 내지 2C는 도 1의 GaP 나노구조의 TEM 이미지를 포함한다. 도 2A는 가시적인 3개의 상이한 성장 방향을 갖는 5개의 브랜치를 나타내는 트렁크의 이미지를 도시한다. 화살표는 도 2B의 위치를 표시한다. 일부 꺾어진 브랜치가 또한 도면에서 볼 수 있고, 이들 브랜치는 TEM 그리드(grid)로 전송 중에 쉽게 꺾어진다. 도 2B는 브랜치-트렁크 인터페이스(화살표로 나타낸다)를 고배율로 도시한다. 섬유아연석 또는 섬아연석 구조가 번갈아 나오는 수평 밴드는 결정 내에 명백한 인터페이스 영역이 없이 브랜치로 원활하게 이어진다. 도 2C는 트렁크(X), 제1 브랜치(Y) 및 제2 브랜치(twig)(Z)를 도시하는 3레벨 성장의 이미지를 도시한다.
도 3A 및 3B는 시드(seed) 입자의 증착에 의해 도 1의 구조의 형상이나 형태의 제어를 나타내는 그래프를 포함한다. 도 3A는 트리당 입자 및 브랜치의 수를 입자 증착 밀도의 함수로 도시한다. 도 3B는 브랜치의 길이를 트리당 브랜치의 수의 함수로 도시한다. 이러한 의존관계는 브랜치 성장 시의 Ga 확산의 역할에 기인한다고 생각된다.
도 4A 및 4B는 도 1의 나노휘스커 브랜치에서의 GaP-GaAsP 이중 헤테로접합을 포함하는 나노구조를 도시한다. 도 4A는 하나의 브랜치의 EDX 라인스캔(linescan) 데이터와 함께 TEM 다크필드(dark-field) 이미지를 도시한다. 첫 번째 인터페이스에서 As의 급격한 증가/P의 감소를 주목하라. 도 4B는 헤테로구조를 포함하는 6개의 개별 나노트리의 광루미네선스 데이터를 도시한다.
도 5는 태양 전지 어레이를 제공하고 본 발명의 나노구조를 통합한 구조의 개략적인 횡단면도이다.
도 6은 발광 패널을 제공하고 본 발명의 나노구조를 통합한 구조의 개략적인 횡단면도이다.
도 7A 내지 7D는 에어로졸 촉매 입자 증착에 이은 MOVPE 성장에 의해 다시 형성되는, 본 발명에 따르는 상호접속된 InAs 나노구조를 도시하는 SEM 이미지이다. 도 7A는 위에서 본 한 쌍의 나노휘스커 브랜치에 의해 상호접속된 2개의 나노휘스커 트렁크의 이미지를 도시한다. 각 상호접속 브랜치는 관련 촉매 입자를 통해 인접한 트렁크에 전기 접촉을 생성하기에 충분한 강도로 성장된다. 도 7B는 위로부터 30°각도로 본, 동일물을 도시한다. 도 7C는 위로부터 45°각도로 본, 본 발명에 따르는 다른 쌍의 상호접속된 나노구조를 도시하며, 여기에서 2개의 나노휘스커 트렁크가 단일 브랜치 나노휘스커에 의해 상호접속되어 있다. 도 7D는 위로부터 본, 동일물을 도시한다.
도 8A 및 8B는 서로 전기 접촉을 생성하도록 함께 근접하게 위치되는 본 발명의 다수의 나노구조를 각각 포함하는 신경망 구조의 개략적인 횡단면도이다.
이하에는, 기체-액체-고체(VLS) 성장 모드를 통해 반도체 나노와이어의 자기조립(self-assembled) 성장이 어떻게 트리형 나노구조가 높게 제어되는 방식으로 형성될 수 있게 하는지를 나타낸다. 이러한 상향식(bottom-up) 방법은 바람직하게는 트렁크를 형성하도록 촉매 나노입자에 의한 초기 시딩(seeding)에 이은 브랜칭(branching) 구조의 순차 시딩을 사용한다. 각 레벨의 브랜칭은 브랜치 길이, 직경 및 수, 뿐만 아니라 화학 조성에 의해 제어된다. 고해상도 송신 전자 현미경에 의해, 브랜칭 메커니즘이 전체적으로 확장된 매우 이상적인 연속 결정(모놀리식) 구조 및 복잡한 트리형 구조를 제공한다.
트리를 닮은 브랜치된 반도체 나노와이어 구조의 제어된 계단식 성장 방법이 개발되고 있다. 이 방법은 금 에어로졸 나노입자에 의해 에피택셜 성장되고 촉매 반응되는 나노와이어를 이용한다. "브랜치"의 레벨은 순차적으로 성장되어, 그러한 구조의 복잡성을 이론적으로는 무제한 생성하며, 여기에서 각 세트의 브랜치는 상이한 길이, 직경 및 화학 조성이 제공될 수 있으므로, 제어 및 복잡성의 정도를 미리 알 수 없다. 이 경우에 에어로졸 나노입자는 큰 장점을 제공하는데, 그 이유는 이들 나노입자가 복잡한 구조 상에 쉽게 증착되고, 시드가 되는 나노와이어의 직경을 매우 정확하게 관리하도록 공지되어 있기 때문이다.
실시예
브랜치된 나노트리를 포함하는 나노구조의 성장을 2단계로 행하였다. 첫 번째는 "트렁크"로 역할을 하는 수직 GaP 나노와이어의 성장이었다. 이들은 기체-액 체-고체(VLS) 메커니즘에 의해 성장되었다. 에어로졸 증착에 의해 기판의 제곱 마이크론당 0.5 입자의 밀도로 GaP(111)B 기판(～10㎟) 상에 금 시드 입자를 증착하였다. 이를 달성하기 위해, 금은 고온(1850℃)로(爐)에서 기화한 후 충전기를 통과하여 균일한 전하 분포를 획득하였다. 그 후, 전기 이동성은 크기와 직접 관련될 수 있으므로, 입자는 미분형 이동도 분석기(DMA)를 사용하여 크기 선택된다. 이어서, 입자를 (에어로졸 시스템 내의) 소결물(sinter)에 대해 재가열하여, 컴팩트한 구형으로 만든 후 두 번째로 크기 선택하였다. 선택된 입자는 균일한 크기를 갖고 단일하게 대전되기 때문에, 총 입자 농도는 전위계에 부딪히는 입자들로부터 전류를 측정함으로써 결정될 수 있다.
전기 집전에 의해 300 ㎸/m의 전계 강도로 기판 상에 나노입자를 증착하였다. 이 장치는 기판이 놓이는 상부 플레이트 및 하부 플레이트 사이에 일정한 전계가 인가되는 원통형 챔버로 이루어진다(그 내용이 본 명세서에 참조되어 통합되어 있는 국제 특허 출원 공보 WO01/84238호를 참조하라). 에어로졸 장치에서 생성된 입자들은 전계가 인가되지 않을 때 이들 플레이트 사이에서 흐른다. 전계가 인가될 때, 하전 입자는 기판 표면을 향해 구동되어, 기판 상에서 랜덤하지만 균일한 분포로 된다. 에어로졸 흐름에서의 입자 농도는 일정하기 때문에, (기판의 단위 면적당) 증착된 입자의 총 수는 전계가 인가되는 시간의 함수이다. 이들 입자의 분포는 브라운 및 입자에 대한 정전기력 사이의 상호 작용의 함수로서 정확하게 예측될 수 있다. 상세한 분석을 위해, Krinke 등에 의한 "Microscopic aspects of the deposition of nanoparticles from the gas phase", Journal of Aerosol Science 33(10), pages 1341～1359(2002년 10월)를 참조하라.
이어서 유기 금속 기상 애피택시법(MOVPE)에 의해 이들 시드로부터 나노휘스커를 성장시켰다. 이들 "트렁크"를 시드하기 위해 40～70㎚의 입자 크기를 사용하였고, 제곱 마이크론당 0.5～2 입자의 증착 밀도를 사용하였다. 나노휘스커의 길이는 성장 시간의 함수이고, 모든 트렁크(길이 ～2㎛)에 대해 4분의 성장 시간을 사용하였다. 이러한 작업에서, GaP 나노휘스커를 400, 430, 460, 490 및 520℃의 온도로 GaP 기판 상에서 성장시켰으며, 압력은 10kPa로 일정하게 유지하였다. 성장 시간동안 0.6～2.5×10-5에서 변화하는 몰분율 χ(TMG)을 갖는 상태로 트리메틸갈륨(TMG)을 반응기에 공급하였다. 7.5×10-3의 몰분율 χ(PH3)를 갖는 상태로 포스핀(PH3)의 일정한 흐름을 유지하였다. InP 기판 상에 InP 트렁크의 성장을 위해, 몰분율 χ(TMI) = 1.5×10-6, 400℃의 성장 온도 및 10 kPa의 압력을 갖는 상태에서 트리메틸인듐이 소스 물질이었다. 헤테로구조에 대해, 아르신(AsH3)을 도입하였고, χ(AsH3) = 2.3×10-4이었다. 나노휘스커는 <111>B 방향으로 육각형 단면을 갖는 상태로 일정한 레이트로 위를 향해 성장하고, [001] 나노와이어는 사각형 단면을 갖는다.
이후의 단계는 트렁크 상에 더 작은 나노와이어 "브랜치"를 성장시키는 것이었다. 에어로졸 입자 증착 챔버로 다시 샘플을 위치시킴으로써 트렁크 상에 더 작 은 에어로졸 입자(10, 15, 20, 30 및 40㎚ 직경)를 증착하였다. 증착 밀도는 (도 3A에서 트렁크 상에 증착된 입자에 직접 관련되도록 도시된) 기판의 제곱 마이크론당 1～25 입자로 변화하였다. 이어서 새로운 시드 입자로부터 더 작은 나노와이어 "브랜치"를 트렁크 상에 성장시켰다. 특히, GaP 브랜치를 GaP 트렁크 상에 생성하였고, InP 브랜치를 InP 트렁크 상에 생성하였다. 이들 브랜치의 길이는 성장 시간, 시약 농도 및 성장 온도의 함수였고, 이들 관계는 이러한 실험에서 조정하였다. 전구체 및 다른 성장 조건의 적절한 선택에 의해, 주어진 레벨의 브랜치 나노휘스커가 총 길이에서 또는 더 짧은 세그먼트에서 앞선 레벨의 나노휘스커와 조성이 상이할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이러한 방법의 다기능을 나타내기 위해, 제3 세트의 금 시드 입자(10, 15, 20㎚ 직경)를 여러 개의 샘플의 브랜치 상에 증착하였다. 이어서 (상술한 방법에 의해) 다시 GaP 및 InP를 사용하여 제3 레벨의 브랜치를 성장시켰다. 기판의 제곱 마이크론당 5～15 입자의 증착 밀도와 10～20초의 성장 시간을 사용하였다.
샘플은 주사 전자 현미경(SEM) 및 투과 전자 현미경(TEM)에 의해 특징을 나타내었다. 고해상도 TEM 이미지에 대해, 0.162㎚의 포인트 해상도를 갖고 전계 방출 건(gun)이 설치된 300㎸ 투과 전자 현미경을 사용하였다. 통상적으로 STEM 모드에서 탐침 크기＜1㎚를 제공하는, 에너지 분산 x선 분광기로 화학적인 분석을 행하였다. 2k×2k CCD 카메라로 위상 대비 이미지를 디지털 방식으로 기록하였다. TEM 그리드에 대해 기판의 표면을 기계적으로 문질러서 그리드 상에서 트리를 꺾어지게 함으로써 TEM 분석을 위한 샘플을 준비하였다. 이러한 이유로, 다수의 트리 가 TEM 이미지에서 하나 이상의 부러진 브랜치를 나타낸다.
브랜치된 갈륨 인화물(GaP) 나노구조 또는 "나노트리"를 GaP (111)B 기판 상에 성장시켰다(도 1, 2). 먼저, 유기 금속 기상 애피택시법(MOVPE)을 사용하여 <111>B 방향으로 VLS 성장법에 의해 나노와이어 "트렁크"를 성장시켰다. 이어서, 이들 트렁크를 따라 에어로졸 시드 입자를 증착시키고, 제2 성장 단계를 개시하여 "브랜치"를 명확하게 한정되게 하였다. 브랜치는 다른 3개의 <111>B 방향으로 아래쪽으로 성장하였다. 도 1A는 각 트리가 이러한 트렁크 브랜치 구조를 갖는 상태인 "나노포레스트(nanoforest)"의 이미지를 도시한다. "포레스트"는 평균 트리당 8.9 브랜치로 460℃에서 MOVPE로 성장시켰다. 이들 구조는 안정성이 높고, 대기 중에 있을 때 몇 달동안 형태 변화가 없는 것을 나타낸다. 또한 전체 기판에 걸쳐 트리 형태의 변화도 없다.
랜덤하게 분포된 트리에 덧붙여, 그 내용이 본 명세서에 참조되어 통합되어 있는 2004년 1월 7일에 출원된 Samuelson 등에 의한 공동 계류 중인 미국 특허 10/751,944호에 기재되어 있는 기술에 따라 정렬된 나노트리의 어레이를 성장시켰다(도 1B). 전자빔 석판술에 의해 생성된 금 입자의 어레이에 의해 트렁크 나노와이어를 시드하였다. 이러한 시드 후에, 앞서 논의된 랜덤 분포의 성장에 관하여 나노트리의 성장을 속행하였다.
위에서 보았을 때, 도 1A 또는 1B의 트리는 120°만큼 분리된 3개의 브랜치 방향을 나타내며(도 1C), 각 브랜치 나노휘스커가 이들 3개의 방향 중 하나로 연장하고, 이것은 트렁크 나노휘스커에서의 결정면의 정렬 결과이며, 제2 레벨 나노휘 스커가 트렁크 나노휘스커의 측면에서의 결정면으로부터 <111> 방향으로 우선적으로 성장하는 요건이다. 도 1C에서, 평균 트리당 5.6 브랜치가 존재한다. 이러한 등방성은 트리당 7 브랜치보다 적은 샘플에 대해 일반적으로 관측된다. 그러나, 트렁크 내의 적층 결함은 위에서 볼 때 주요 성장 방향으로부터 60° 회전된 짧은 섹션을 생성할 수 있다(도 1D). 고해상도 TEM 이미지는 트렁크 나노와이어 내의 다수의 적층 결함을 명확하게 나타내고(도 2B), 혼합된 섬아연석(입방체) 및 섬유아연석(육각형) 구조를 제공한다. 이러한 동작은 잘 공지되어 있고, 이러한 성장 방향으로 적층 시퀀스 사이에 작은 에너지차로 인한 것이다. 트렁크와 브랜치의 성장 방향은, 적층 결함이 나노와이어의 성장 방향에 항상 수직인 상태로(도 2B), 입방체 셀에서의 등방성 관련 <111>B 방향을 나타낸다.
회전된 세그먼트로부터 응집하는 브랜치는 아랫쪽으로, 정확하게는 위로부터 보았을 때 주요 브랜치로부터 60°로 성장한다. 브랜치는 트렁크 상에 랜덤하게 증착된 금 에어로졸 입자로부터 응집하기 때문에, 회전된 섹션으로부터의 응집은 주요 방향으로의 응집보다는 다소 덜 발생하지만 가능하다. 저밀도의 시드 입자(및 그에 따른 브랜치)에 있어서, 회전된 세그먼트 상에서는 브랜치가 덜 성장하는 것이 밝혀졌다. 더 높은 밀도에 있어서, 브랜치는 3개의 회전 방향으로 모두 성장할 수 있고, 트리는 일반적으로 위에서 보았을 때 60° 분리된 최대 6 브랜치 방향을 나타낸다. 이것은 도 1D에 트리당 10 브랜치로 도시되어 있다. 이러한 등방성은 트리당 10 브랜치보다 많은 상태의 샘플에서 일관되게 관측되었고, 트리당 12 브랜치보다 많은 상태의 샘플에서는 모든 트리가 6 브랜치 방향을 나타내었다.
<111>B와 다른 방향으로의 에피택셜 나노와이어의 성장은 Seifert 등에 의한 공동 계류 중인 미국 특허 출원 60/541,949호에 개시되어 있고, 그 내용은 참조되어 본 명세서에 통합되어 있다. 그러한 나노와이어의 트렁크로서의 사용은 브랜치의 방향성의 변화를 허용한다. InP [001] 브랜치 상의 InP 브랜치는 또한 본 발명에 따라 성장되어 왔다. 이러한 연구에서 다른 브랜치와 동일한 성장 조건 하에서, 그러한 브랜치는 우선적인 <111>B 방향으로 설정하여, XY 평면에서 90° 분리된 4개의 브랜치 방향을 생성한다.
기판의 제곱 마이크론당 증착된 입자의 수는 증착 중에 (통계적인 의미로) 제어된다. 이것은 트리당 증착된 입자의 수와 성장된 브랜치의 수를 직접 결정한다. 이 관계는 영역 연구에서는 선형적이다(도 3A). 입자의 약 1/2이 시드 브랜치로 밝혀졌고, 트렁크는 6개의 면을 갖지만 3개의 등방성 관련 <111>B 방향만이 주어진 결정 구조에서 가능하다. 트리당 브랜치의 수는 ～10㎟ 면적의 전체 기판에 걸쳐 주어진 증착 밀도에 대해 ±10%만큼 변화한다. 증착된 입자의 수는 트리당의 유한한 표면적으로 인해, 매우 높은 밀도에 대해 근본적으로 일정(증착 밀도와 무관)하게 된다고 기대된다. 트렁크와 브랜치 양자의 직경은 각각의 시드 입자의 직경에 의해 정확하게 결정된다. 브랜치 직경은 이 사이즈 영역에서의 트리의 형태에 크게 영향을 받지 않는다. 브랜치 길이는 주어진 브랜치 밀도에 대해 성장 시간, 성장 온도 및 시약 농도에 의해 제어될 수 있다. 각각의 이들 파라미터와 결과적인 브랜치 형태 사이의 관계는 조정되어 왔고, 브랜치의 길이 및 직경은 ±5% 내에서 제어된다.
갈륨은 GaP 나노와이어의 성장에서의 제한 시약이다. 브랜치 성장은 2개의 경로를 통해 진행한다: 첫 번째로, 증기로부터 시드 입자로의 Ga의 직접 혼합(및 후속하는 GaP의 형성)에 의해, 두 번째로 입자에 통합될 기판, 트렁크 및 브랜치를 따른 Ga의 확산에 의해 진행한다. 첫 번째 경로는 브랜치의 수에 무관하고, 성장 레이트는 대량 전송에 의해서만 결정된다. 이 경로에 의해, 브랜치는 시간의 함수로서 일정한 볼륨 성장하고, 브랜치 길이는 브랜치의 수에 무관하다.
그러나 두 번째 경로는 Ga가 시드 입자의 수와 무관한 일정한 레이트로 전체 트리에 통합되게 한다. 따라서, 더 많은 브랜치에 대해, 시간의 함수로서 브랜치당 더 적은 Ga가 혼합된다. 브랜치 길이는 브랜치의 수의 함수이다. 평균 브랜치 길이는 브랜치 밀도가 증가함에 따라 감소하는 것도 도시되어 있다(도 3B). 그러나, 브랜치 길이는 표면 확산이 선택된 조건 하에 제한 기준이 아닌 것을 나타내는 트렁크 상의 브랜치 위치에 무관하다.
기판 상의 입자 증착은 바람직하게는 전기 집진에 의해 실행되며, 그것에 의해 전계가 인가되어 에어로졸 흐름이 통과한다. 샘플 상의 시드 입자의 분포는 브라운힘 및 정전기력 사이의 상호작용과 전계에서의 입자의 결과적인 이동에 의해 결정된다. Krinke 등에 의한 "Microscopic aspects of the deposition of nanoparticles from the gas phase", Journal of Aerosol Science 33(100, pages 1341～1359(2002년 10월)를 참조하라. 이러한 분포는 브랜치의 분포를 직접 결정한다. 컴퓨터 시뮬레이션은 증착 파라미터가 변화하면 결과적인 입자 분포에서의 변화가 일어나는 것을 나타낸다. 이들 시뮬레이션에 기초하여, 더 적은 입자가 기 판 상에 증착하고, 입자가 트렁크를 따라 균일하게 분포하기 쉽게 하기 위한 조건을 선택하였고, 실험 결과는 이러한 예측과 일치하였다.
서브브랜치 또는 "잔가지(twigs)"와 닮은 제3 레벨의 나노와이어를 성장시켰다. 도 2C는 그러한 구조의 이미지이고, 여기에서 제1, 제2 및 제3 나노휘스커는 각각 참조 문자 X, Y 및 Z로 나타낸다. 또, 에어로졸 기술이 브랜치 상의 입자의 증착에 이상적으로 적합하다. 제3 레벨 GaP 브랜치는 다른 <111>B 방향으로 제2 레벨 브랜치로부터 성장하고, 길이 및 직경은 성장 조건의 선택에 의해 제어될 수 있다. 제2 레벨 브랜치를 거의 없는 트리에 대해, 금 입자가 트렁크 상에 또한 증착하여, 제2 레벨 브랜치 상의 성장과 등가인 추가의 브랜치를 생성한다. 또한, InP 제3 레벨 브랜치가 GaP 트리 상에 성장하였고, 준비 결과는 이들이 <111>B 성장 방향을 유지하는 것을 나타낸다.
개별 나노와이어 내에서 및 각 레벨의 조성을 변화시킴으로써, 나노구조로 다른 재료가 혼합될 수 있다. 이것은 다른 장치 기능성 특징이 통합될 수 있게 한다. 이것을 나타내기 위해, 잠재적인 InP 나노휘스커 브랜치를 GaP 나노휘스커 트렁크 상에 성장하였다. 또한, 브랜치 내에 GaAsP의 세그먼트를 갖는 GaP 나노트리를 또한 생성하였고(도 4A), 이들 세그먼트의 위치 및 길이는 높은 정확도를 갖도록 제어된다. 이들 트리는 균질한 GaP 트리와 유사한 형태를 나타낸다. 도 4B에 도시된 광루미네선스 데이터는 0.08의 P/As비를 갖는 GaAsP 세그먼트와 일치하는 루미네선스 피크의 위치를 나타내고, 피크 위치(대략 1.67 eV)는 6개의 상이한 트리에 대해 매우 일관된다. As와의 합금에 의해, GaP의 밴드갭(약 550㎚)로부터 GaAs의 밴드갭(약 900㎚)을 향해 방출 파장을 연속적으로 시프트하는 것이 가능하게 된다.
이하 도 5를 참조하면, 이것은 본 발명에 따르는 태양 전지 어레이의 개략적인 횡단면도이다. 적절한 반도체 재료(예컨대, GaP)의 기판(50)은 상면에 제1 레벨의 정상적인 어레이 또는 트렁크 나노휘스커(52)를 형성하였다. 이들 나노휘스커는 바람직하게는 NIL(nanoimprint lithography) 프로세스에 의해 기판 표면 상에 형성된 촉매 입자(54)로부터 생성된다. 제1 레벨 나노휘스커는 예컨대, 광전기를 생성하는 적절한 재료인 GaP로 형성된다. 나노휘스커(52)는 MOCVD 프로세스에 의해 생성되고, 이어서 상술한 방식으로 제2 세트의 촉매 입자(56)가 에어로졸 증착에 의해 나노휘스커(52) 측면 상에 증착된다. 그 후, 나노휘스커 성장의 제2 단계가 행해져 제1 레벨 나노휘스커(56)로부터 제2 레벨 나노휘스커(58) 또는 횡으로 연장하는 브랜치를 생성한다. 제2 레벨 나노휘스커(58)는 GaAsP로 형성되고, 제1 레벨 나노휘스커(52)와의 PN 접합(60)을 형성한다.
이 프로세스는 제2 레벨 나노휘스커의 측면 상에 제3 세트의 촉매 입자를 증착하도록 반복될 수 있고, 그 후, MOCVD 프로세스가 제2 레벨 나노휘스커의 측면으로부터 측방향으로 연장하는 제3 레벨 나노휘스커를 생성한다. 제3 레벨 나노휘스커의 조성은 제2 레벨 나노휘스커(58)와의 PN 접합을 형성하도록 적절하게 선택될 수 있다.
나노휘스커(52)와 관련 나노휘스커(58)를 포함하는 각 나노구조(나노트리)는 전기 절연 재료로 둘러싸인다. 예를 들면, 나노구조는 MOCVD 프로세스의 성장 조 건 및 제2 나노휘스커 성장 단계의 종료 시의 성장 재료를 변경함으로써 64에서와 같이 알루미늄 인화물로 둘러싸일 수 있다. 알루미늄 인화물은 그 후 산화되어 알루미늄 산화물(사파이어)을 생성한다. 이것은 도전성 투명 폴리머(66)나 이후에 나노트리 상에 증착되는 다른 적절한 도전성 매트릭스로부터 제1, 제2 및 제3 나노휘스커의 전기 절연을 제공한다. 이러한 도전성 폴리머는 나노휘스커의 단부에서 촉매 입자에 대한 전기 접촉을 제공하고, 따라서 나노휘스커의 단부와 기판 사이에 전압을 인가하기 위한 수단을 제공한다. 폴리머(66)는 또한 구조의 편평한 상면(68)을 제공하여, 그 위에 터미널(70)이 형성될 수 있게 한다.
따라서, 동작 시에, 구조가 광에 노출되어 전압이 촉매 입자 접촉부(54, 56)에 인가될 때, 나노휘스커(52, 58) 내에서 특히 PN 접합(60)에서 광전류가 생성되며, 광전류는 장치에서 소거된다.
동작을 개선하기 위해, (기체 조성물의 빠른 스위칭에 의해) 성장 중에 제2 레벨 나노휘스커 내에 상이한 밴드갭 재료의 세그먼트를 형성함으로써 제2 레벨 나노휘스커(58) 내에 헤테로접합이 형성될 수 있고, 이것은 명확하게 하기 위해 도시되지 않는다. 이들 접합은 광전기의 소스를 제공한다. 또한, 그러한 상이한 재료의 세그먼트는 나노구조가 다양한 광 파장에 응답할 수 있게 한다. 유사하게, 후속하는 레벨 브랜치 및/또는 제1 레벨 나노휘스커에 헤테로접합이 형성될 수 있다. 그러한 헤테로접합은 연속적인 나노휘스커 레벨 사이의 PN 접합 대신에 또는 그에 추가하여 사용될 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 구조는 앞에서 언급된 Gratzel 셀보다 덜 복잡하고 더욱 효율적인 구조인, 광자의 전기로의 광전 변환을 위한 단결정 나노트리 구조를 사용할 수 있게 한다.
개별 나노구조가 어떻게 태양 전지의 카운터전극으로부터 접촉되는지의 문제를 해결하기 위해, 도전(및 태양 복사, 투명) 폴리머(66)가 각 브랜치 나노휘스커를 종단시키는 금 촉매 입자를 접촉하도록 사용된다. 이러한 접촉이 잘 제어되어 기능하도록 하기 위해, 브랜치는 도전성 폴리머에 대해 전기적으로 절연된다. 이것은 스템(stem), 브랜치 및 잔가지가 성장 중에(와이어 성장 후에) 코어쉘(core-shell) 구조에서의 AlP(64)로 덮이는 것으로 달성된다. AlP는 제어 프로세스에서 Al2O3으로 변환될 수 있어 도전성 폴리머에 관련된 모든 브랜치의 절연을 제공한다. 도전성 폴리머는 또한 태양 전지 구조의 편평한 상면을 제공한다.
나노구조 내의 헤테로구조는 각 헤테로구조가 나노-LED로서 작용하는 광 방출에 이상적이다. 브랜치에 통합한 기능적인 헤테로구조의 전위의 도시로서, 루미네선스 측정이 근사 조성 GaAs0.9P0.1의 200㎚ 길이 세그먼트를 포함하는 개별 GaP 나노트리로부터 행해져, 약 1.67 eV에서 급격한 방출을 나타낸다(도 4B). 이러한 방출은 예컨대, 광자 애플리케이션을 위해 나노트리 구조내의 기능 소자의 잠재적인 이점을 나타내는, 지정된 GaAsP 이중 헤테로구조 세그먼트와 명확하게 관련된다.
그러한 나노-LED는 도 6에 개략적으로 나타내는 바와 같이 발광 패널에 통합되고, 여기에서 도 5와 유사한 부분은 동일한 참조 번호로 표시한다. 도 5의 구조는 GaAsP의 세그먼트(72)가 각 제2 레벨 나노휘스커(58)에 형성되는 것에서 변형되어, 이 실시예에서는 GaP로 형성된다. 그러한 세그먼트 및 바운딩 헤테로접합은 LED를 생성한다. 투명한 ITO 재료의 터미널(76)은 도전성 폴리머(66) 상에 위치된다. 터미널(76)과 기판 사이의 전압이 인가는 LED 세크먼트를 전류를 통하게 하여 광을 생성한다. 변형에서(명확하게 하기 위해 도시 생략), 제3 레벨 또는 잔가지 나노휘스커는 헤테로접합을 갖는 제2 레벨 나노휘스커로부터 성장하여, 추가의 LED를 생성하고, 이것은 더욱 조밀한 LED의 어레이를 제공한다. 물론, 헤테로접합은 제1 또는 트렁크 나노휘스커에 유사하게 제공되어 그 내에 LED를 형성할 수 있다. 다른 변형에서, 서로 절연되어 있는 구조의 부분들에 다수의 별개로 어드레스 가능한 전극을 제공함으로써, 구조는 어드레스 가능한 디스플레이 패널을 제공한다.
따라서, 도 6에서, 대향 전하 캐리어가 브랜치 및 금 입자로부터 주입되어 지정된 헤테로구조에서 재결합하도록 만들어지며, 이 방법에서 이들은 나노-스케일 발광 다이오드(LED)로서 동작한다. 전체적인 효과는 발광 패널을 제공하는 것이다. 다수의 브랜치 레이아웃은 이러한 애플리케이션에 유리하고, 개별 LED의 어떤 결점 또는 번아웃(burn-out)이 그러한 발광 패널의 전체 성능에 중요하지 않게만 영향을 준다.
도 7A 내지 7D는 촉매 입자의 에어로졸 증착 및 MOVPE 성장을 사용하여, 상술한 기술에 의해 성장된 InAs 나노구조의 SEM 이미지이다. 도 7A 및 7B는 한 쌍의 제2 레벨 나노휘스커 또는 브랜치에 의해 상호접속되는 제2 레벨 나노휘스커 또는 트렁크를 갖는 한 쌍의 나노트리 구조를 도시한다. 트렁크는 그러한 방향 및 거리에 위치되고, 각 접속 브랜치가 인접한 트렁크와 각각의 촉매 입자를 통해 전 기 접촉되기에 충분히 길게 접속 브랜치가 성장된다. 도 7C 및 7D는 한 쌍의 트렁크가 단일 브랜치에 의해 상호접속되어 있는 다른 구조를 도시한다. 실험 목적으로, 제한된 수의 금 입자들만 나노휘스커 트렁크 상에 증착하였음에 주목하라. 또한, 평균 트렁크 상의 대략 매 2번째 촉매 입자가 실제로 성장 장소로서 역할을 한다. 결국, 도 7d에 도시된 4개의 트렁크 중 2개만 나노휘스커 브랜치를 나타낸다.
이하 도 8A를 참조하면, 본 발명에 따라 상호접속된 나노구조 또는 나노트리를 포함하는 신경망을 제공하는 구조가 도시되어 있다. 기판(70)은 기판 표면 상에 형성된 제1 레벨 나노휘스커(82)의 정확하게 위치된 어레이를 갖는다. 이것은 NIL 프로세스에 의해 표면 촉매 입자(84) 상에 형성한 후, 그 내용이 참조되어 본 명세서에 통합되어 있는 Samuelson 등에 의한 공동 계류 중인 미국 특허 출원 10/751,944호에 개시된 바와 같이, 촉매 입자측으로부터 정확하게 연장하도록 나노휘스커를 형성함으로써, 달성된다. 그 후, 제2 형성 단계가 실행되며, 여기에서 제2 촉매 입자(86)가 에어로졸 증착 프로세스에 의해 나노휘스커(82)의 측면 상에 증착되고, 그 후 제2 레벨 나노휘스커(88)가 나노휘스커(82)의 측면으로부터 성장한다. 나노휘스커(82)는 도시된 바와 같이 충분히 근접하게 함께 위치되고, 제2 레벨 나노휘스커는, 통계적으로 평균 전기 접촉이 이웃하는 나노트리 구조로부터 인접하는 제1 레벨 나노휘스커를 갖는 각 제1 레벨 나노휘스커(82) 상에 성장되는 2개 또는 3개의 제2 레벨 나노휘스커 사이에서 달성되기에 충분히 길게 성장한다.
더욱이, 제2 레벨 나노휘스커(88)의 형성 중에, 성장 조건 및 재료는 현저하게 상이한 밴드갭의 세그먼트(90)(예컨대, InAs 휘스커 내의 InP 세그먼트)를 삽입 하기 위해 변경된다. 이것은 터널 배리어 구조를 형성한다. 동작 시에, 전압이 구조에 인가되고 전하가 터널 배리어 세그먼트(90)에서 누적될 때, 임계 전압이 극복될 때, 전류는 신경망의 시냅스와 유사한 방식으로 터널 배리어를 통해 흐른다. 부가적으로, 또는 다른 방법으로, 터널 배리어는 앞서 설명한 바와 같이 성장 조건 및 재료의 적절한 변형에 의해 트렁크 나노휘스커에 통합될 수 있다. 또한, 도 8B에 개략적으로 도시된 바와 같이, 브랜치-브랜치 접속을 통해 인접한 나노트리 구조 사이에 상호접속이 이루어질 수 있다.

Claims (126)

  1. 기판 표면 상에 제1 촉매 입자의 제 1 증착 단계;
    제 1나노휘스커가 상기 제1 촉매 입자의 적어도 일부를 통해 상기 기판 상에서 에피택시법으로 성장하는 후속의 제 1 성장 단계를 포함하는 나노구조를 형성하는 방법에 있어서,
    제2 촉매 입자의 적어도 일부가 상기 제 1나노휘스커의 주변 표면에 제공되는 제2 촉매 입자의 제 2 증착 단계; 및
    상기 제 1나노휘스커의 상기 주변 표면에 제공되는 상기 제2 촉매 입자의 적어도 일부를 통해, 각각의 제1 나노휘스커의 주변 표면으로부터 가로질러 연장하는 제2 나노휘스커를 에픽택시법으로 성장시키는 후속의 제 2 성장 단계를 포함하고,
    상기 나노휘스커의 직경은 각각의 촉매 입자의 크기에 관련되고, 상기 제 1 성장 단계의 결과는 제 1 평균 직경을 갖는 제1 나노휘스커를 발생시키고, 상기 제 2 성장 단계의 결과는 상기 각각의 제 1나노휘스커의 주변 표면으로부터 가로질러 연장하는 제 2 평균 직경을 갖는 제 2 나노휘스커를 발생시키며,
    상기 제2 촉매 입자는 에어로졸 증착에 의해 상기 제1 나노휘스커 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 제2 나노휘스커의 주변 상에 적어도 하나의 제3 촉매 입자를 제공하는 단계, 및 각 제3 촉매 입자로부터 각각의 제2 나노휘스커로의 주변으로부터 가로질러 연장하는 제3 나노휘스커를 성장시키는 단계를 구비하는 제3 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 상기 제1 촉매 입자는 나노임프린트 리소그래피 프로세스에 의해 기판 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 상기 제1 촉매 입자는 에어로졸 증착에 의해 기판 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에어로졸 증착 시의 상기 복수의 제1 촉매 입자는 단일하게 대전되고, 전기 집진에 의해 상기 기판 상에 제1 촉매 입자의 증착을 촉진시키도록 상기 기판에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 나노휘스커 및 상기 제1 나노휘스커는 상이한 재료인 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 나노휘스커는 자체 내에 상기 제1 및/또는 제2 나노휘스커의 길이를 따라 헤테로접합을 생성하기 위해 상기 각각의 제1 나노휘스커의 인접한 부분과 상이한 재료의 세그먼트를 형성한 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    전기 집진에 의해 상기 제1 나노휘스커 상에 제2 촉매 입자의 증착을 촉진시키도록 상기 기판에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 촉매 입자는 상기 제2 촉매 입자의 크기 분포와는 상이한 크기 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 나노구조 형성 방법.
  11. 기판과, 상기 기판 상에 배치되는 복수의 나노구조를 포함하며,
    각 나노구조는 기판 상에서 성장되는 제1 나노휘스커 및 제1 나노휘스커의 주변 상에서 성장되어 상기 제1 나노휘스커의 주변으로부터 가로질러 연장하는 적어도 하나의 제2 나노휘스커를 포함하는 구조에 있어서, 상기 제 1 및 제 2나노휘스커의 직경은 상기 나노휘스커의 성장을 일으키는데 사용되는 각각의 촉매 입자의 크기와 관련되며,
    상기 제 2 나노휘커스의 성장을 일으키는데 사용되는 촉매 입자는 에어로졸 증착에 의해 상기 제1 나노휘스커 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 구조.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 나노휘스커는 제1 세트의 촉매 입자의 크기에 의해 규정되는 제 1 직경을 갖고, 제2 나노휘스커는 제2 세트의 촉매 입자의 크기에 의해 규정되는 제 2 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 구조.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 나노휘스커는 자체의 팁에서 제1 크기를 갖는 상기 제1 세트의 촉매 입자로부터의 촉매 입자를 포함하고, 상기 제2 나노휘스커는 자체의 팁에서 제2 크기를 갖는 상기 제2 세트의 촉매 입자로부터의 촉매 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 나노휘스커는 자체의 팁에서 제1 크기 분포를 갖는 상기 제1 세트의 촉매 입자로부터의 촉매 입자를 포함하고, 상기 제2 나노휘스커는 자체의 팁에서 상기 제1 크기 분포와 다른 제2 크기 분포를 갖는 상기 제2 세트의 촉매 입자로부터의 촉매 입자를 포함하며; 상기 나노휘스커들의 직경은 각각의 촉매 입자의 크기와 관련되고, 상기 제1 나노휘스커는 제 1 평균 직경을 갖고 상기 제2 나노휘스커는 제 2 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 구조.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 나노휘스커 상에서 성장되어 상기 제2 나노휘스커의 주변으로부터 가로질러 연장하는 적어도 하나의 제3 나노휘스커를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조.
  16. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조는 정렬된 어레이로 배열되는 것을 특징으로 하는 구조.
  17. 제11항에 있어서,
    제1 나노휘스커 및 제2 나노휘스커는 상이한 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 구조.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제1 나노휘스커는 자체 내에 상기 제1 나노휘스커의 길이를 따라 헤테로접합을 생성하기 위해 상기 각각의 제1 나노휘스커의 인접한 부분과 상이한 재료의 세그먼트를 형성한 것을 특징으로 하는 구조.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제2 나노휘스커는 자체 내에 상기 제2 나노휘스커의 길이를 따라 헤테로접합을 생성하기 위해 상기 각각의 제2 나노휘스커의 인접한 부분과 상이한 재료의 세그먼트를 형성한 것을 특징으로 하는 구조.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 구조를 포함하는 발광 패널 구조에 있어서, 상기 복수의 나노구조 중 선택된 나노구조는 발광 다이오드를 생성하도록 광학적 활성체로 형성된 세그먼트를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 패널 구조.
  21. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 구조를 포함하는 태양 전지 어레이에 있어서, 자체의 각각의 나노휘스커의 팁에 배치되는 도전성인 촉매 입자를 더 포함하고, 상기 도전성 촉매 입자 및 상기 기판 사이에 전압을 인가하도록 배열된 접촉 구조이며, 상기 제1 및 제2 나노휘스커가 상기 접촉 구조로부터 전기 절연되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 어레이.
  22. 제21항에 있어서,
    각 나노휘스커는 전기 절연 재킷에 의해 둘러싸이고, 상기 절연 재킷 둘레에 상기 촉매 입자와 전기 접촉을 생성하기 위한 투명 도전체가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 어레이.
  23. 제21항에 있어서,
    각각의 나노구조 내에서 상기 제1 및 제2 나노휘스커 사이에 PN 접합이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 어레이.
  24. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 나노 구조에 있어서, 상기 제1 나노휘스커의 적어도 일부 또는 각각의 제2 나노휘스커는 감광체인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 구조.
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