KR101976566B1 - Method for controlling of growth of self-assembled Au nanoparticles on GaN - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 펄스 레이즈 증착 챔버에서 Au를 증착하고, 열처리 공정에 의하여 자발 형성시켜서 GaN 상에 Au 나노 구조의 성장을 제어하는 방법에 있어서, 상기 성장된 Au 나노 구조에 대한 형상, 평균 높이, 측면 직경, 밀도를 상기 Au의 증착 두께, 열처리 공정의 열처리 온도 및 열처리 시간에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하되, 상기 증착 두께는 1nm ~ 100nm의 범위에서 제어를 하고, 상기 열처리 온도는 200 ~850℃ 범위에서 제어를 하고, 상기 열처리 시간은 30~900초 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는 GaN 상에 Au 나노구조의 성장제어방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of controlling the growth of an Au nanostructure on GaN by depositing Au in a pulse-raising deposition chamber and spontaneously forming the same by a heat treatment process, The average height, the side diameter and the density are controlled by the deposition thickness of the Au, the heat treatment temperature of the heat treatment process and the heat treatment time, wherein the deposition thickness is controlled in the range of 1 nm to 100 nm, the heat treatment temperature is 200 To 850 < 0 > C, and the annealing time is controlled within a range of 30 to 900 seconds.

Description

GaN 상에 자발 형성된 금 나노입자의 성장제어방법{Method for controlling of growth of self-assembled Au nanoparticles on GaN}[0001] The present invention relates to a method for controlling the growth of self-assembled gold nanoparticles on GaN,

본 발명은 GaN 상에 자발 형성된 금 나노입자의 성장제어방법에 관한 기술이다.The present invention relates to a method for controlling the growth of gold nanoparticles spontaneously formed on GaN.

III-질화물 반도체은 자체의 넓은 밴드갭으로 인해 전계효과 트랜지스터, 고 전자이동도 트랜지스터 및 마이크로파 장치 및 단파장 발광 다이오드 (LED)와 같은 다양한 고전력 및 고주파수 대역 응용에 널리 사용되고 있다. 최근, III-질화물 응용에 포함된 Au 나노입자와 같은 금속 나노입자는 기존의 LED의 발광 효율(luminous efficiency)을 향상시키기 위한 유망한 후보로 연구 관심이 크게 증가하고 있다. 예를 들어, 80 % 이상의 광 출력 전력 증가는 Au 나노입자를 이용한 InGaN/GaN 녹색 LED로 증명되었다. III-nitride semiconductors are widely used in various high power and high frequency band applications such as field effect transistors, high electron mobility transistors and microwave devices and short wavelength light emitting diodes (LEDs) due to their wide band gaps. In recent years, metal nanoparticles such as Au nanoparticles included in III-nitride applications have been greatly increased in research interest as promising candidates for improving the luminous efficiency of conventional LEDs. For example, optical output power increases of more than 80% have been demonstrated with InGaN / GaN green LEDs using Au nanoparticles.

다중 양자우물과 함께 제조된 Au 나노입자 매트릭스를 이용하여, 양자우물과 표면 플라즈몬 사이의 결합으로 인해 내부 양자효율이 크게 향상될 수 있다.Using Au nanoparticle matrices fabricated with multiple quantum wells, the internal quantum efficiency can be greatly improved due to the coupling between the quantum wells and the surface plasmons.

표면 플라즈몬은 입사 전자기파와의 공명(resonance)으로 금속 나노구조 표면 상에서 자유 전자의 결맞음 진동(coherent oscillation)에 의해 유도되고 상기 공명은 금속 나노구조의 구성, 크기 및 밀도와 밀접하게 관련 있는 제어 방식으로 일어날 수 있다.Surface plasmons are induced by coherent oscillation of free electrons on the surface of metal nanostructures by resonance with incident electromagnetic waves, and the resonance is controlled by a closely related relationship with the composition, size and density of the metal nanostructures Can happen.

Au 나노-클러스터 및 나노입자들은 대단한 잠재력 때문에 다양한 전자, 광전자, 바이오-메디컬 분야에서 널리 이용되고 있다. 금 나노입자들의 크기, 밀도, 구성은 이런 기기들의 성능에 중요한 역할을 한다.Au nanoclusters and nanoparticles are widely used in a variety of electronic, optoelectronic, and bio-medical fields due to their great potential. The size, density, and composition of gold nanoparticles play an important role in the performance of these devices.

최근에, 금 나노입자들은, 국부화된 표면 플라즈몬 공명, 증가된 흡수, 강화된 형광성, 산란성 때문에 솔라셀, 메모리, 센서, 바이오-의료 기기에서 그들의 잠재적인 응용 때문에 주요한 연구 관심을 끌어 모으고 있다. 상응하는 기기들의 성능들은 금 나노입자의 크기 및 밀도에 강하게 의존한다.Recently, gold nanoparticles have attracted major research attention due to their potential applications in solar cells, memory, sensors, and bio-medical devices due to localized surface plasmon resonance, increased absorption, enhanced fluorescence and scattering. The performance of the corresponding devices is strongly dependent on the size and density of gold nanoparticles.

예를 들어, 금 나노입자들은 빛의 흡수를 강화하는 국부화된 표면 플라즈몬 공명 성질을 나타내며 그래서 솔라셀의 효율성에서 의미 있는 개선이 있게 된다. 상대적으로 큰 금 나노입자들은 보다 높은 전력 변환 효율을 이룰 수 있다. 한편, 증가된 밀도를 갖는 작은 크기의 금 나노입자들은 나노 파이버-기반 메모리 기기에서 턴 온 전압과 온/오프 전류 비율을 개선할 수 있는 가능성을 가지고 있다For example, gold nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonance properties that enhance the absorption of light, thus providing meaningful improvements in the efficiency of the solar cell. Relatively large gold nanoparticles can achieve higher power conversion efficiencies. On the other hand, small-sized gold nanoparticles with increased density have the potential to improve the turn-on voltage and on / off current ratio in nanofiber-based memory devices

또한, 구형 형상의 대형 금 나노입자들의 어레이들은 센싱 애플리케이션을 위한 레이저 제조에 사용될 수 있다. 또한, 금 나노입자들은 형광성 강도를 증가시킬 수 있기 때문에 바이오 의료기기에서 DNA 검출을 위한 성능을 개선하는 데 사용될 수 있다.In addition, arrays of large gold nanoparticles of spherical shape can be used in the manufacture of lasers for sensing applications. In addition, gold nanoparticles can be used to improve performance for DNA detection in biomedical devices because they can increase fluorescence intensity.

금 나노입자들은 또한 입자표면상에 강한 전자기장에 의해 흡수 및 산란과 같은 강화된 방사성 특성들 때문에 양자-열 치료 및 암 진단에 구현될 수도 있다.Gold nanoparticles may also be implemented in quantum-thermal therapy and cancer diagnosis due to enhanced radioactivity properties such as absorption and scattering by strong electromagnetic fields on the particle surface.

한편, 레이저 다이오드나 발광다이오드 등과 같은 반도체 소자의 성능 및 수명은 해당 소자를 구성하는 여러 요소에 의해 결정되는데, 특히, 소자들이 적층되는 베이스 기판에 의해 많은 영향을 받는다. 이에 따라, 양질의 반도체 기판 제조를 위한 여러 방법이 제시되고 있다. 그리고 최근에는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 기판에 대한 관심이 높아지고 있다.On the other hand, the performance and lifetime of a semiconductor device such as a laser diode and a light emitting diode are determined by various factors constituting the device. In particular, the performance and lifetime of the device are greatly affected by the base substrate on which the devices are stacked. Accordingly, various methods for manufacturing a high-quality semiconductor substrate have been proposed. Recently, interest in III-V compound semiconductor substrates has increased.

여기서, 대표적인 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 기판으로 질화갈륨 기판을 들 수 있는데, 질화갈륨 기판은 GaAs 기판, InP 기판 등과 함께, 반도체 소자에 적합하게 이용되고 있다.Here, a typical III-V compound semiconductor substrate is a gallium nitride substrate, and a gallium nitride substrate is suitably used for a semiconductor device together with a GaAs substrate, an InP substrate, and the like.

또한, 넓은 밴드갭, 강한 화학결합, 높은 전기브레이크다운 전압, 높은 전자모빌리티, 높은 녹는점 때문에, GaN은 UV LEDs, photovoltaics, 파워 증폭기, 트랜지스터 등과 같은 하이 파워 기기 및 광-밴드갭 광전자 기기에서 높은 관심을 끌어 모으고 있다.In addition, because of its wide bandgap, strong chemical bonding, high electrical breakdown voltage, high electronic mobility and high melting point, GaN is high in high power devices such as UV LEDs, photovoltaics, power amplifiers, transistors and opto-bandgap optoelectronic devices. Attracting attention.

다양한 용도의 나노선을 정밀하게 제조하기 위해서는 GaN 상의 금 나노입자의 크기, 형상 및 밀도를 체계적으로 제어할 수 있는 방법이 요구된다.In order to precisely manufacture nanowires for various applications, a method for systematically controlling the size, shape and density of gold nanoparticles on GaN is required.

이 분야에 대한 종래기술은 국내 등록 특허공보 10-1287611호에 게시된다.Prior art in this field is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1287611.

국내 등록 특허공보 KR 1287611B1(실리콘 나노선의 제조 방법)Korean Registered Patent No. KR 1287611B1 (Manufacturing Method of Silicon Nanowire)

본 발명은 GaN 기판상에 증착 두께 및 성장과정의 열처리 온도를 제어하여 자발-형성된 Au 나노입자의 형상, 크기, 밀도에 대한 성장제어방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a growth control method for shape, size, and density of spontaneously-formed Au nanoparticles by controlling a deposition thickness and a heat treatment temperature in a growth process on a GaN substrate.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 펄스 레이즈 증착 챔버에서 Au를 증착하고, 열처리 공정에 의하여 자발 형성시켜서 GaN 상에 Au 나노 구조의 성장을 제어하는 방법에 있어서, 상기 성장된 Au 나노 구조에 대한 형상, 평균 높이, 측면 직경, 밀도를 상기 Au의 증착 두께, 열처리 공정의 열처리 온도 및 열처리 시간에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하되, 상기 증착 두께는 1nm ~ 100nm의 범위에서 제어를 하고, 상기 열처리 온도는 200 ~850℃ 범위에서 제어를 하고, 상기 열처리 시간은 30 ~ 900초 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는 GaN 상에 Au 나노구조의 성장제어방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of controlling the growth of an Au nanostructure on GaN by depositing Au in a pulse-raising deposition chamber and spontaneously forming the same by a heat treatment process, The average height, the side diameter and the density are controlled by the deposition thickness of the Au, the heat treatment temperature of the heat treatment process and the heat treatment time, wherein the deposition thickness is controlled in the range of 1 nm to 100 nm, the heat treatment temperature is 200 To 850 < 0 > C, and the annealing time is controlled within a range of 30 to 900 seconds.

또한, 상기 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 온도는 200 ~ 300℃로 하며, 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지하여 상기 성장된 Au 나노 구조의 형상을 연충 형상으로 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the deposition thickness is set to 3 (± 5%) nm, the heat treatment temperature is set to 200 to 300 ° C, and the shape of the grown Au nanostructure is maintained at 450 (± 5% And a control unit for controlling the control unit.

또한, 상기 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 온도는 350 ~ 550℃로 하며, 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지하여 상기 성장된 Au 나노 구조의 형상을 다면적인 나노막대와 육각형 나노구조가 혼재된 형상으로 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the deposition thickness is set to 3 (± 5%) nm, the heat treatment temperature is set to 350 to 550 ° C., and the annealing time is maintained at 450 (± 5% The nanorods and the hexagonal nanostructures are mixed.

또한, 상기 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 온도는 650 ~ 800℃로 하며, 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지하여 상기 성장된 Au 나노 구조의 형상을 육각형 나노구조로 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the deposition thickness is set to 3 (± 5%) nm, the heat treatment temperature is set to 650 to 800 ° C., the shape of the grown Au nanostructure is set to hexagonal And is controlled by a nanostructure.

또한, 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지하되, 상기 열처리 온도를 350℃에서 650℃로 증가시켜서, 상기 성장된 Au 나노 구조의 밀도를 1.56(±5%)배 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The annealing temperature was increased from 350 DEG C to 650 DEG C to maintain the density of the grown Au nanostructure at 3 (5%) nm and the annealing time at 450 (5%) seconds, Is increased by 1.56 (± 5%) times.

또한, 상기 열처리 온도가 650℃ 일 경우 상기 성장된 Au 나노 구조의 밀도는 4.84(±5%) × 109cm-2인 것을 특징으로 한다.In addition, when the heat treatment temperature is 650 ° C, the density of the grown Au nanostructure is 4.84 (± 5%) × 10 9 cm -2 .

또한, 상기 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지하되, 상기 열처리 온도를 650℃에서 750℃로 증가시켜서, 상기 성장된 Au 나노 구조의 밀도를 1.21(±5%)배 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The annealing temperature was increased from 650 ° C to 750 ° C while the deposition thickness was set to 3 (± 5%) nm and the annealing time was maintained at 450 (± 5%) seconds. And the density is controlled to be reduced by 1.21 (± 5%) times.

또한, 상기 열처리 온도가 750℃ 일 경우 상기 성장된 Au 나노 구조의 밀도는 4.01(±5%) × 109cm-2인 것을 특징으로 한다.In addition, when the heat treatment temperature is 750 ° C, the density of the grown Au nanostructure is 4.01 (± 5%) × 10 9 cm -2 .

또한, 상기 증착 두께를 1(±5%)nm로부터 2(±5%)nm로 증가하여, - 여기서 상기 열처리 온도를 650℃ 및 상기 열처리 시간을 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지됨-, 상기 성장된 Au 나노 구조를 삼각형 형상으로 형성하고 크기 및 밀도를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Also, the deposition thickness is increased from 1 (± 5%) nm to 2 (± 5%) nm, wherein the heat treatment temperature is maintained at 650 ° C. and the heat treatment time is maintained at 450 (± 5%) seconds -, the grown Au nanostructures are formed into a triangular shape, and the size and density are controlled to be controlled.

또한, 상기 증착 두께를 10nm로 하고, 상기 열처리 온도를 650℃ 및 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지하여 상기 성장된 Au 나노 구조를 다면체 형상으로 형성하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Further, the grown Au nanostructure is controlled to be formed in a polyhedral shape by keeping the deposition thickness to 10 nm, maintaining the heat treatment temperature at 650 ° C and the heat treatment time at 450 (± 5%) sec.

또한, 상기 증착 두께를 3nm에서 100nm로 증가시켜서, - 여기서 상기 열처리 온도 650℃ 및 상기 열처리 시간은 450(±5%)초로 유지됨-, 상기 평균 높이는 22.3(±5%)nm에서 765.9(±5%)nm로 증가시키고, 상기 측면 직경은 127.1(±5%)nm에서 2442.8(±5%)nm로 증가시키며, 상기 밀도는 4.01(±5%)×109에서 4.56(±5%)× 106 cm-2로 감소되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The deposition thickness is increased from 3 nm to 100 nm, wherein the annealing temperature is maintained at 650 ° C and the annealing time is maintained at 450 (± 5%) seconds, and the average height is 765.9 (± 5%) at 22.3 %) nm and the side diameter is increased from 127.1 (± 5%) nm to 2442.8 (± 5%) nm and the density is increased from 4.01 (± 5%) × 10 9 to 4.56 10 < 6 & gt ; cm < 2 & gt ;.

또한, 상기 열처리 시간에 따른 나노구조의 평균 반경은 다음 식과 같은 관계에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.Further, the average radius of the nanostructure according to the heat treatment time is controlled by the following relationship.

Figure 112016122676320-pat00001
Figure 112016122676320-pat00001

여기서,

Figure 112016122676320-pat00002
는 초기 평균 반경이고,
Figure 112016122676320-pat00003
는 고정된 온도 상수임here,
Figure 112016122676320-pat00002
Is the initial average radius,
Figure 112016122676320-pat00003
Is a fixed temperature constant

본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaN 기판상에 증착 두께 및 성장과정의 열처리 온도를 제어하여 GaN 상의 자발-형성된 금 나노입자의 형상, 크기 및 밀도를 효과적으로 제어할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the shape, size, and density of spontaneously-formed gold nanoparticles on GaN can be controlled effectively by controlling the deposition thickness and the heat treatment temperature of the growth process on the GaN substrate.

도 1 내지 11은 GaN 상에 증착 두께 3nm에 대한 450초의 열처리 시간에서 200℃ ~ 850℃ 범위의 각 온도에서 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.
도 12는 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 350 ~ 850℃의 각 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 평균밀도 변화를 도시한 것이다.
도 13은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 350 ~ 850℃의 각 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 평균높이 및 직경 변화를 도시한 것이다.
도 14는 750℃에서 450초 동안 1 내지 100nm의 Au 증착 두께에 따른 c-평면 GaN 상에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조의 변화 패턴을 도시한 것이다.
도 15는 750℃에서 450초 동안 1 내지 100nm의 Au 증착 두께에 따른 c-평면 GaN 상에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조의 평균 밀도 변화를 도시한 것이다.
도 16은 750℃에서 450초 동안 1 내지 100nm의 Au 증착 두께에 따른 c-평면 GaN 상에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조의 평균높이 및 직경 변화를 도시한 것이다.
도 17 내지 23은 c-평면 GaN 상에 3 ~ 100nm의 각 증착 두께에 대하여 750℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.
도 24는 100nm의 증착 두께로 제조된 Au 나노 클러스터 구조의 EDS(energy-dispersive X-ray spectroscopy, 에너지분산형 분광분석법) 원소 특성을 도시한 것이다.
도 25는 열처리 온도 및 증착 두께에 따른 c-평면 GaN 상의 자발-형성된 Au 나노구조의 맵을 도시한 것이다.
도 26 내지 30은 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 30 내지 900초의 각 열처리 시간(AD)에 따라 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조를 도시한 것이다.
도 31은 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 250 내지 900초의 각 열처리 시간(AD)에 따라 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조의 평균높이, 직경 및 평균밀도 변화를 도시한 것이다.
Figs. 1 to 11 show examples of the structure of Au nanoclusters fabricated at a temperature ranging from 200 DEG C to 850 DEG C at a heat treatment time of 450 seconds for a deposition thickness of 3 nm on GaN.
12 shows the average density change of the structure of the Au nanoclusters fabricated at the annealing time of 450 seconds at the respective temperatures of 350 to 850 DEG C for the deposition thickness of 3 nm fixed on the GaN.
FIG. 13 shows the average height and diameter variation of the Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at each temperature of 350 to 850 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.
Fig. 14 shows a change pattern of Au nanostructure produced by spontaneous formation on c-plane GaN according to Au deposition thickness of 1 to 100 nm for 450 seconds at 750 캜.
15 shows the average density variation of Au nanostructures spontaneously formed on c-plane GaN according to the Au deposition thickness of 1 to 100 nm for 450 seconds at 750 ° C.
FIG. 16 shows the average height and diameter variation of Au nanostructures spontaneously formed on c-plane GaN according to Au deposition thickness of 1 to 100 nm for 450 seconds at 750 ° C.
Figs. 17 to 23 show examples of the structure of Au nanoclusters spontaneously formed at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 750 DEG C for each deposition thickness of 3 to 100 nm on c-plane GaN.
FIG. 24 shows energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) element characteristics of an Au nanocluster structure fabricated with a deposition thickness of 100 nm.
Figure 25 shows a map of spontaneously formed Au nanostructures on c -plane GaN depending on the heat treatment temperature and deposition thickness.
FIGS. 26 to 30 show Au nanostructures prepared by spontaneous formation at a heat treatment temperature of 750.degree. C. for a fixed deposition thickness of 20 nm in accordance with each heat treatment time (AD) of 30 to 900 seconds.
31 shows the average height, diameter, and average density variation of Au nanostructures spontaneously formed at a heat treatment temperature of 750 DEG C for a fixed deposition thickness of 20 nm and a heat treatment time (AD) of 250 to 900 seconds .

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.In the present application, when a component is referred to as " comprising ", it means that it can include other components as well, without excluding other components unless specifically stated otherwise. Also, throughout the specification, the term " on " means to be located above or below the object portion, and does not necessarily mean that the object is located on the upper side with respect to the gravitational direction.

이하 본 발명의 구현에 따른 GaN 상에 자발 형성된 금 나노입자의 성장제어방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for controlling growth of gold nanoparticles spontaneously formed on GaN according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 열처리 온도(Ta) 및 증착량(DA)을 변화시키면서 GaN 상에 나노구조 및 자발 -형성된 금 나노입자의 제조방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing nanostructured and spontaneously-formed gold nanoparticles on GaN while varying the heat treatment temperature (Ta) and the deposition amount (DA).

본 발명의 일 실시 예에 따른 Au 나노구조의 제조는 ~ 10㎛ 두께의 에피레디(epi-ready) 반절연 GaN(0001) 템플레이트 상에서 수행되었다. The fabrication of Au nanostructures according to one embodiment of the present invention was performed on epi-ready semi-insulated GaN (0001) templates ~ 10 mu m thick.

초기, GaN 샘플은 오염물질을 제거하기 위하여 700℃에서 30분 동안 1.0 × 10-4 Torr의 진공 하에서 열 탈가스 공정 처리된다.Initially, the GaN sample is thermally degassed under vacuum at 1.0 x 10 < -4 > Torr for 30 minutes at 700 < 0 > C to remove contaminants.

그 후, Au 증착이 1 × 10-1 Torr의 진공 하에서, 0.05 nm/s의 성장 속도를 제공하는 3 mA의 이온화 전류로 스퍼터 챔버에서 수행된다.Thereafter, Au deposition is performed in a sputter chamber with an ionization current of 3 mA, providing a growth rate of 0.05 nm / s under vacuum of 1 x 10 < -1 > Torr.

본 발명의 일 실시 예에 따른 GaN 상에 자발 형성된 금 나노입자의 제조공정은 펄스 레이저 증착 챔버 내에서 수행되었고, 프로그램화된 방법이 전 공정을 제어하도록 사용된다.The fabrication process of spontaneously formed gold nanoparticles on GaN according to one embodiment of the present invention was performed in a pulsed laser deposition chamber and a programmed method was used to control the entire process.

기판 온도는 1×10-4 Torr의 진공 하에서 2℃/s의 속도로 설정된 온도로 제어된다.The substrate temperature is controlled at a set temperature at a rate of 2 占 폚 / s under a vacuum of 1 占10-4 Torr.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, Au 나노구조에 대한 온도 제어 효과를 분석하기 위하여, 다른 성장 매개변수(예를 들어, 동일한 열처리 시간 및 Au 증착 두께)는 일정하게 유지되면서, 열처리 온도는 200과 850℃ 사이로 체계적으로 제어된다.According to one embodiment of the present invention, in order to analyze the temperature control effect on the Au nanostructure, the temperature of the heat treatment is set to 200 < RTI ID = 0.0 >Lt; RTI ID = 0.0 > 850 C. < / RTI >

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 증착 두께에 따른 제어 특성을 분석하기 위하여 1 내지 100nm의 다양한 Au 증착 두께에서, 성장 공정은 750℃에서 450초 동안 수행된다.Further, at various Au deposition thicknesses of 1 to 100 nm, the growth process is performed at 750 캜 for 450 seconds to analyze the control characteristics according to the deposition thickness according to an embodiment of the present invention.

또한, 열처리 시간에 대한 제어 특성을 분석하기 위하여 20 nm의 Au 증착 두께에서 30 ~ 900 초의 열처리 시간의 변화를 제어하면서 750℃에서 성장 공정이 수행된다. 이 경우에는 가열하는 동안의 성장 오차를 최소화하기 위하여 10℃/s의 속도로 급상승하는 공정이 수행된다. 각각의 성장 후, 원하지 않는 오스트발트 숙성을 막기 위하여 기판 온도는 바로 실온으로 냉각된다.In order to analyze the control characteristics for the heat treatment time, a growth process is performed at 750 ° C. while controlling the change of the heat treatment time for 30 to 900 seconds at the deposition thickness of 20 nm of Au. In this case, a process of ramping up at a rate of 10 ° C / s is performed in order to minimize the growth error during heating. After each growth, the substrate temperature is immediately cooled to room temperature to prevent undesired Ostwald ripening.

본 발명의 일 실시 예에 따른 표면 형태 특성을 분석하기 위하여, 원자간력 현미경(AFM) (XE-70, Parks Systems,)이 사용되었고, 사용된 프로브는 NSC16/AIBS 이었다. 팁의 공진 주파수는 ~ 270 kHz이었고, 곡률반경은 10nm 미만이었다.An atomic force microscope (AFM) (XE-70, Parks Systems, Inc.) was used to analyze surface morphology characteristics according to one embodiment of the present invention, and the probe used was NSC16 / AIBS. The resonant frequency of the tip was ~ 270 kHz and the radius of curvature was less than 10 nm.

AFM 데이터로부터 3D 측면, 단면 라인-프로파일 및 푸리에 필터 변환 파워 스펙트럼을 분석하기 위하여 XEI 소프터웨어가 사용되었다. 대용량 표면 형태 분석을 위하여, SEM(scanning electron microscope) (CX-200, COXEM, 한국)이 사용되었다. 원소 특성 및 스펙트럼 매핑을 위하여 EDS(energy-dispersive X-ray spectroscope) (Noran System 7, Thermo Fisher, USA)가 사용되었다. 라만 및 반사율 측정은 광학특성기(UNIRAM II, UniNano Tech, 한국)로 수행되었다. XEI software was used to analyze 3D aspects, cross-sectional line-profiles, and Fourier transform transform power spectra from AFM data. For large surface morphology analysis, SEM (scanning electron microscope) (CX-200, COXEM, Korea) was used. An energy-dispersive X-ray spectroscope (EDS) (Noran System 7, Thermo Fisher, USA) was used for elemental characterization and spectral mapping. Raman and reflectance measurements were performed with an optical characteristic machine (UNIRAM II, UniNano Tech, Korea).

도 1 내지 11은 GaN 상에 증착 두께 3nm에 대한 450초의 열처리 시간에서 200℃ ~ 850℃ 범위의 각 온도에서 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.Figs. 1 to 11 show examples of the structure of Au nanoclusters fabricated at a temperature ranging from 200 DEG C to 850 DEG C at a heat treatment time of 450 seconds for a deposition thickness of 3 nm on GaN.

도 1은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 200℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.FIG. 1 shows an example of the structure of Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 200 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 1(a)은 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도이고, 도 1(a-1)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도이고, 도 1(a-2)은 (a-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, 도 1(a-3)은 제조된 Au 나노클러스터의 시료 예의 프리에 필터 변환 (FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 1의 (a-4)는 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이다.1 (a) is an AFM plan view of a structure of Au nano clusters of 3 x 3 m 2 , Fig. 1 (a-1) is an AFM plan view of 1 x 1 m 2 , 1 (a-1) shows a cross-sectional line profile along the horizontal line shown in FIG. 1 (a-1), and FIG. 1 (a-3) shows a pre-filter transform (FFT) power spectrum of a sample of Au nanoclusters produced, 1 (a-4) shows an AFM side view of 1 x 1 탆 2 .

도 2는 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 250℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.2 shows an example of the structure of an Au nanocluster fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 250 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 2(b)는 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도이고, 도 2(b-1)는 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도이고, 도 2(b-2)는 (b-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, 도 2(b-3)는 제조된 Au 나노클러스터의 시료 예의 프리에 필터 변환 (FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 2의 (b-4)는 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이다.Fig. 2 (b) is an AFM plan view of the structure of the Au nanoclusters of 3 x 3 m 2 , Fig. 2 (b-1) is an AFM plan view of 1 x 1 m 2 , FIG. 2 (b-3) shows a pre-filter transform (FFT) power spectrum of a sample of Au nanoclusters produced, and FIG. 2 FIG. 2 (b-4) shows an AFM side view of 1 × 1 μm 2 .

도 3은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 300℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.FIG. 3 shows an example of the structure of Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 300 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 3(c)은 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도이고, 도 3(c-1)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도이고, 도 3(c-2)은 (c-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, 도 3(c-3)은 제조된 Au 나노클러스터의 시료 예의 프리에 필터 변환 (FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 3의 (c-4)는 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이다.3C is an AFM plan view of the structure of the Au nanoclusters of 3 x 3 mu m 2 , Fig. 3C-1 is an AFM plan view of 1 x 1 mu m 2 , and Fig. 3C- FIG. 3 (c-3) shows a pre-filter transform (FFT) power spectrum of a sample of Au nanoclusters manufactured, and FIG. FIG. 3 (c-4) shows an AFM side view of 1 × 1 μm 2 .

도 4는 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 350℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.Fig. 4 shows an example of the structure of Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 350 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 4(a)는 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이고, (a-1)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도를 도시한 것이며, 도 4(a-2)는 (a-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, 도 4의 (a-3)는 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도 및 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다.FIG. 4A is a side view of the AFM of 1 × 1 μm 2 of the structure of the Au nanoclusters manufactured. FIG. 4A is an AFM plan view of 1 × 1 μm 2 , 2 shows the cross-sectional line profile along the horizontal line shown in (a-1), and FIG. 4 (a-3) shows the AFM plan view of the 3 x 3 탆 2 structure of the fabricated Au nanocluster structure. And a pre-filter transform (FFT) power spectrum.

도 5는 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 450℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.FIG. 5 shows an example of the structure of Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 450 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 5(b)는 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이고, (b-1)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도를 도시한 것이며, 도 5(b-2)는 (b-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, 도 5의 (b-3)는 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도 및 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다.Fig. 5 (b) shows the AFM side view of the 1 x 1 탆 2 structure of the Au nanoclusters produced, Fig. 5 (b-1) shows the AFM plan view of 1 x 1 탆 2 , 2 shows the cross-sectional line profile along the horizontal line shown in (b-1), and FIG. 5 (b-3) shows the AFM plan view of the 3 x 3 탆 2 structure of the Au nanocluster structure And a pre-filter transform (FFT) power spectrum.

도 6은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 550℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.FIG. 6 shows an example of the structure of Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 550 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 6(c)은 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이고, (c-1)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도를 도시한 것이며, 도 6(c-2)은 (c-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, 도 6의 (c-3)는 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도 및 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다.Fig. 6 (c) shows an AFM side view of the 1 x 1 占 퐉 2 structure of the Au nanocluster structure, Fig. 6 (c) shows the AFM plan view of 1 x 1 占 퐉 2 , 2 shows the cross-sectional line profile along the horizontal line shown in (c-1), and FIG. 6 (c-3) shows the AFM plan view of the 3 x 3 탆 2 structure of the Au nanocluster structure And a pre-filter transform (FFT) power spectrum.

도 7은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 650℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.FIG. 7 shows an example of the structure of Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 650 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 7(d)은 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이고, (d-1)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도를 도시한 것이며, 도 7(d-2)은 (d-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, 도 7의 (d-3)는 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도 및 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다.Fig. 7 (d) shows the AFM side view of the 1 x 1 占 퐉 2 structure of the Au nanoclusters manufactured, Fig. 7 (d-1) shows the AFM plan view of 1 x 1 占 퐉 2 , 2 shows the cross-sectional line profile along the horizontal line shown in (d-1), and FIG. 7 (d-3) shows the AFM plan view of the 3 x 3 탆 2 structure of the Au nanocluster structure And a pre-filter transform (FFT) power spectrum.

도 8은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 700℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.FIG. 8 shows an example of the structure of Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 700 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 8(a)은 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도 및 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 8(a-1)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이며, 도 8(a-2)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도를 도시한 것이며, 도 8(a-3)은 (a-2)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이다.Figure 8 (a) shows a modification showing an AFM plan view and a Fourier filter transform (FFT) power spectrum of a 3 × 3 ㎛ the structure of the prepared Au nanoclusters. 2, Fig. 8 (a-1) is 1 × 1 ㎛ 2 8 (a-2) shows an AFM plan view of 1 x 1 占 퐉 2 , and Fig. 8 (a-3) shows a sectional line - profile.

도 9는 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 750℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.Fig. 9 shows an example of the structure of Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 750 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 9(b)는 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도 및 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 9(b-1)는 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이며, 도 9(b-2)는 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도를 도시한 것이며, 도 9(b-3)는 (b-2)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이다.Figure 9 (b) is a simplified showing an AFM plan view and a Fourier filter transform (FFT) power spectrum of a 3 × 3 ㎛ the structure of the prepared Au nanoclusters. 2, Fig. 9 (b-1) is a 1 × 1 ㎛ 2 9 (b-2) shows an AFM plan view of 1 x 1 占 퐉 2 , and Fig. 9 (b-3) - profile.

도 10은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 800℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.10 shows an example of the structure of an Au nanocluster fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 800 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 10(c)은 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도 및 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 10(c-1)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이며, 도 10(c-2)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도를 도시한 것이며, 도 10(c-3)은 (c-2)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이다.Figure 10 (c) shows a modification showing an AFM plan view and a Fourier filter transform (FFT) power spectrum of a 3 × 3 ㎛ the structure of the prepared Au nanoclusters. 2, FIG. 10 (c-1) is a 1 × 1 ㎛ 2 10 (c-2) shows an AFM plan view of 1 × 1 ㎛ 2 , and FIG. 10 (c-3) shows an AFM plan view of a section line - profile.

도 11은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 850℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.11 shows an example of the structure of Au nanoclusters spontaneously formed at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 850 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

도 11d)는 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 3 × 3 ㎛2의 AFM 평면도 및 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 11(d-1)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 측면도를 도시한 것이며, 도 11(d-2)은 1 × 1 ㎛2의 AFM 평면도를 도시한 것이며, 도 11(d-3)은 (d-2)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이다.Figure 11d) shows a modification showing an AFM plan view and a Fourier filter transform (FFT) power spectrum of the prepared Au nanostructures 3 × 3 ㎛ of the cluster 2, and Fig. 11 (d-1) is 1 AFM side view of × 1 ㎛ 2 11 (d-2) shows an AFM plan view of 1 x 1 탆 2 , and Fig. 11 (d-3) shows an AFM plan view along the horizontal line shown in Fig. 11 FIG.

도 1 내지 11을 참조하면, 450초 동안 3nm의 Au 증착을 갖는 열처리 온도(annealing temperature, 열처리 온도)의 체계적 제어에 따른 Au 나노구조의 변화를 알 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 11, a change in the Au nanostructure due to the systematic control of the annealing temperature (annealing temperature) with 3 nm Au deposition for 450 seconds can be seen.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaN 상에서 3nm의 증착 두께를 가진 Au의 성장패턴은 열처리 온도에 따라 4 개의 독특한 특징을 가진다.According to one embodiment of the present invention, the growth pattern of Au with a deposition thickness of 3 nm on GaN has four unique characteristics depending on the heat treatment temperature.

(i) 200 내지 300℃에서 연충 형상의 나노구조가 형성된다. (i) At 200 to 300 DEG C, a nanostructure of the insect-like shape is formed.

(ii) 350 내지 550℃에서 다면적인 나노막대와 육각형 나노구조가 혼재되어 형성된다.(ii) Multilayer nanorods and hexagonal nanostructures are mixed at 350 to 550 ° C.

(iii) 650 내지 800℃에서 Au 육각형 형상의 나노구조가 형성된다.(iii) an Au hexagonal nanostructure is formed at 650 to 800 ° C.

(iv) 850에서 붕괴된 Au 육각형 나노구조가 형성된다.(iv) Au hexagonal nanostructures collapsed at 850 ° C are formed.

도 1 내지 3을 참조하면, (i)에서 제조된 Au 나노클러스터 및 연충 형상의 나노구조가 형성된 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3, it can be seen that the Au nanoclusters and the nanocomposite nanoparticles formed in (i) are formed.

Au 나노클러스터의 응집은 고온 열처리에 의해 발생된 필름의 고체 디웨팅(solid state dewetting)에 의해 설명될 수 있다. 표면 확산으로 인한 열에너지를 통해, Au 흡착원자가 나노구조로 응집되기 위해 확산하는 동안, Au 필름 내의 준안정적 빈 자리는 기공으로 응집될 수 있다. Aggregation of Au nanoclusters can be explained by solid state dewetting of the film caused by the high temperature heat treatment. Through heat energy from surface diffusion, metastable voids in the Au film can aggregate into the pores while the Au adsorbed atoms diffuse to aggregate into the nanostructures.

표면 확산은 나노구조 형성공정에서 중요한 역할을 할 수 있다. 표면 확산 계수 (D s )는 열처리 온도 (

Figure 112016122676320-pat00004
Figure 112016122676320-pat00005
)와 밀접한 관계를 가질 수 있고, 다음 식에 의해 주어진다.Surface diffusion can play an important role in the nanostructure formation process. The surface diffusion coefficient ( D s )
Figure 112016122676320-pat00004
Figure 112016122676320-pat00005
), And is given by the following equation.

(식1)(Equation 1)

Figure 112016122676320-pat00006
Figure 112016122676320-pat00006

여기서,

Figure 112016122676320-pat00007
는 각각 확산 장벽 상수 및 볼츠만 상수이다. here,
Figure 112016122676320-pat00007
Are the diffusion barrier constant and the Boltzmann constant, respectively.

또한, 흡착원자가 표면상에서 이동할 수 있는 평균거리를 결정하는 확산 길이(

Figure 112016122676320-pat00008
)는 다음과 같이
Figure 112016122676320-pat00009
식으로 표현될 수 있다:Also, the diffusion length, which determines the average distance the adsorbed atoms can migrate on the surface
Figure 112016122676320-pat00008
) Is as follows
Figure 112016122676320-pat00009
Can be expressed as:

Figure 112016122676320-pat00010
Figure 112016122676320-pat00010

여기서,

Figure 112016122676320-pat00011
는 표면상의 흡착원자의 잔류시간이다. 상기 두 식에 따르면, l D 는 열처리 온도와 직접적으로 관련이 있으므로 Au 흡착원자의 표면 확산은 열처리 온도가 증가할수록 증가할 수 있고 그 역도 가능하다.here,
Figure 112016122676320-pat00011
Is the residence time of adsorbed atoms on the surface. According to the above two equations, 1 D is directly related to the heat treatment temperature, so the surface diffusion of Au adsorbed atoms can be increased as the heat treatment temperature increases and vice versa.

확산이 증가할수록 Au 흡착원자 더 멀리 이동할 확률이 커질 수 있고, 표면 형태는 그에 따라 변화될 수 있다. 또한, Au 원자들 간의 결합에너지가 Au 원자 및 GaN 원자 간의 결합에너지보다 더 클 수 있기 때문에 Au 나노구조는 보머-웨버 성장모델(Volmer-Weber growth model)을 기반으로 3-D 섬으로 성장될 수 있다. 도 1(a) - (a-1)에 도시된 바와 같이, 200℃에서 기공의 핵화로 인해 높은 밀도의 작은 핀-홀이 Au 필름 내에 나타난다.The higher the diffusion, the greater the probability of the Au adsorption atoms moving further away, and the surface morphology can be changed accordingly. In addition, Au nanostructures can be grown to 3-D islands based on the Volmer-Weber growth model because the binding energy between Au atoms can be greater than the binding energy between Au and GaN atoms have. 1 (a) - (a-1), small dense pin-holes appear in the Au film due to nucleation of the pores at 200 ° C.

열처리 온도가 250℃로 증가되었을 때, 도 2(b-2)에서 명확히 도시된 바와 같이 기공은 성장되고 작은 Au 나노클러스터의 응집이 나타난다. When the heat treatment temperature was increased to 250 ° C, pores were grown and aggregation of small Au nanoclusters appeared as clearly shown in FIG. 2 (b-2).

300℃에서는, 도 3(c) - (c-1)에서 도시된 바와 같이, 분리된 연충 형상의 Au 나노클러스터의 형성에서 비교적으로 긴 표면 확산 길이를 나타낸다.At 300 占 폚, as shown in Figs. 3 (c) - (c-1), a relatively long surface diffusion length is shown in the formation of Au nanoclusters in the form of isolated insect pests.

표면 확산의 증가로 인해, 기공은 성장하고 Au 필름상에 구멍이 생성된다.Due to the increased surface diffusion, the pores grow and holes are created on the Au film.

구멍의 형성은 표면 변화를 유도하기 때문에 필름이 깨어질 수 있고, 레일리 불안정성(Rayleigh instability)으로 인해 연충 형상의 나노구조로 응집될 수 있다. 그 결과, 상기 변화는 새로운 구멍 및 나노구조의 형성을 통해 통과될 수 있고, 물결모양의 Au 나노구조의 형성이 확산-제한된 응집 모델에 따라 기공 생성 사이트로부터 방사상으로 발생될 수 있다. The formation of the pores can cause the film to break because it induces a change in the surface, and can be agglomerated into the insect-like nanostructure due to Rayleigh instability. As a result, the change can be passed through the formation of new pores and nanostructures, and the formation of wavy Au nanostructures can be radially generated from the pore-generating sites according to a diffusion-limited cohesion model.

또한, 열처리 온도가 증가할수록 나노구조의 평균 높이가 증가하는 특징을 라인-프로파일로부터 알 수 있다.The line-profile also shows that the average height of the nanostructure increases as the annealing temperature increases.

도 1(a-2) ~ 도 3 (c-2)에 도시된 바와 같이, Au 나노구조의 높이는 점차적으로 200, 250 및 300℃에서 각각 ~ 1.5 nm에서 ~ 4nm, 그 후 ~ 16 nm로 증가한다. As shown in Figs. 1 (a-2) to 3 (c-2), the height of Au nanostructures gradually increased from ~ 1.5 nm to ~ 4 nm at 200, 250 and 300 ° C, do.

도 1(a-3) - 도 3(c-3)에 도시된 바와 같이, FFT 파워 스펙트럼에 의해 높이 분포 및 표면 조도가 점차적으로 증가함을 알 수 있다.As shown in Figs. 1 (a-3) to 3 (c-3), the height distribution and the surface roughness gradually increase by the FFT power spectrum.

도 1(a-3)에서 기울어진 중심을 갖는 원형의 스펙트럼 패턴을 도시하고, 이는 GaN의 원자 단계에 의해 유도될 수 있다. 1 (a-3) shows a circular spectral pattern with a tilted center, which can be induced by the atomic phase of GaN.

도 2를 참조하면, 250℃에서 스펙트럼 패턴은 높이 분포의 증가와 함께 점차적으로 밝아졌고, 나노구조 크기의 증가로 인해 FFT 파워 스펙트럼에서 최종적으로 밝고 원형의 패턴이 관찰된다.Referring to FIG. 2, the spectral pattern at 250 ° C gradually brightened with increasing height distribution, and a bright and circular pattern was finally observed in the FFT power spectrum due to the increase in nanostructure size.

동시에 원형의 패턴은 연충 형상 나노구조의 형성이 방향에 대한 선호성이 없음을 알 수 있다.At the same time, it can be seen that the circular pattern has no preference for orientation in the formation of the nanostructure.

도 4 내지 7은 앞서 설명한 특징 (ii)에서 제조된 Au 나노구조를 나타낸다. Figs. 4 to 7 show Au nanostructures prepared in the above-described characteristic (ii).

도 4 내지 7을 참조하면, Au 연충 형상 나노구조는 점차적으로 다면적인 나노 막대 및 육각형으로 성장하는 특징을 가진다.Referring to FIGS. 4 to 7, the Au comb-shaped nanostructures have the feature of gradually growing into multi-faceted nanorods and hexagons.

구조적 변화는 비교적으로 높은 열처리 온도에서의 Au 결정화와 관련하여 계속적으로 증가한 표면 확산을 기반으로 설명될 수 있다. Structural changes can be explained based on the continuously increasing surface diffusion associated with Au crystallization at relatively high annealing temperatures.

열처리 온도가 더욱 증가할수록, 연충 형상 나노구조는 증가된 표면 확산을 통해 부서진다.As the heat treatment temperature is further increased, the insect shape nanostructures break through increased surface diffusion.

Au 나노클러스터의 부서짐은 증가된 열에너지와 함께 불규칙한 형상을 유지할 수 없음으로 인해 Au 나노클러스터의 부서짐이 발생할 수 있는 것으로 분석된다. The breakage of the Au nanoclusters is analyzed to be that the Au nanoclusters may be broken due to the increased thermal energy and the inability to maintain the irregular shape.

그로 인해 열역학적으로 보다 더 안정하도록 높은 표면에너지를 갖는 나노 막대 및 육각형과 같은 비교적으로 작은 나노구조로 부서진다. Thereby breaking into relatively small nanostructures such as nanorods and hexagons with high surface energies that are more thermodynamically stable.

나노 막대 및 육각형과 함께 면의 형성이 관찰되는 것으로 보아 열처리 온도의 증가는 Au 결정화에도 유리한 것으로 분석된다.As the formation of the surface is observed with nanorods and hexagons, it is analyzed that the increase of annealing temperature is favorable for Au crystallization.

다양한 방향의 표면에너지의 이방성 분포로 인해 면의 형성은 결정의 표면에너지를 낮출 수 있는 방법일 수 있다. 따라서, 다면적인 나노구조는 반구 형상보다 바람직한 것으로 분석된다. Due to the anisotropic distribution of surface energy in various directions, the formation of the surface can be a way to lower the surface energy of the crystal. Therefore, the multi-plane nanostructure is analyzed to be preferable to the hemispherical shape.

도 4(a)를 참조하면, 350℃에서 물결모양의 Au 나노클러스터는 분리되었고, 높이는 300o와 비교하여 조금 증가한 것으로 분석된다.Referring to FIG. 4 (a), the wavy Au nanoclusters were separated at 350 ° C., and the height was slightly increased compared to 300 ° C.

도 5(b) - 6(c) 을 참조하면, 450 및 550℃에서 Au 나노클러스터가 불규칙한 나노막대 및 육각형으로 부서짐이 명백하게 나타난다.Referring to FIGS. 5 (b) -6 (c), at 450 and 550.degree. C., Au nanoclusters are clearly broken into irregular nanorods and hexagons.

열처리 온도가 650℃로 증가되었을 때, Au 나노 막대 및 육각형 형상은 더욱 부서지고 도 7(d)에서 도시된 바와 같이 다면의 형성이 명확하게 관찰된다.When the heat treatment temperature was increased to 650 캜, the Au nanorods and the hexagonal shape were further broken, and the formation of the multi-faces was clearly observed as shown in Fig. 7 (d).

도 4 내지 7을 참조하면, 이와 같은 구조적 변화는 FFT 스펙트럼에서 명확하게 나타난다.Referring to Figs. 4-7, such a structural change is evident in the FFT spectrum.

350℃에서 스펙트럼은 연충 형상 나노구조의 형성과 함께 원형에 가까운 형상을 보인다. 열처리 온도가 450 내지 650℃로 증가되었을 때, 스펙트럼 패턴은 다면적인 나노 막대와 같은 육각형으로 진화하는 경향을 보였고 점차적으로 육각형으로 형성된다.At 350 ° C, the spectrum shows a nearly circular shape with the formation of the insect-like nanostructure. When the heat treatment temperature was increased from 450 to 650 ° C, the spectrum pattern tended to evolve into hexagons such as multi-faceted nanorods and gradually form hexagons.

도 8 내지 9를 참조하면, 앞서 설명한 특징 (iii)에서, 압도적인 Au 나노구조는 육각형 구성으로 형성된다. Referring to Figs. 8 to 9, in the above-described characteristic (iii), the overwhelming Au nanostructure is formed in a hexagonal configuration.

본 발명의 일 실시 예에 따른 도 8(a) - 3(a-1) 및 9(b) - 9(b-1)를 참조하면, 700 내지 750℃의 열처리 온도에서 Au가 더욱 결정화되어 나노구조는 최소의 표면에너지를 갖는 육각형 형상으로 형성된다.Referring to FIGS. 8 (a) -3 (a-1) and 9 (b) -9 (b-1) according to an embodiment of the present invention, Au is further crystallized at a heat treatment temperature of 700 to 750 ° C., The structure is formed in a hexagonal shape having a minimum surface energy.

도 10(c-1) 및 10(c-2)을 참조하면, 800℃의 열처리 온도로 증가되었을 때, 거의 모든 나노입자는 잘-성장된 육각형 형상으로 나타난다.Referring to Figures 10 (c-1) and 10 (c-2), when increased to a heat treatment temperature of 800 ° C, almost all nanoparticles appear as well-grown hexagonal shapes.

최종적으로 특징 (iv)에서, 잘-성장된 육각형 형상은 850℃에서의 열처리로 붕괴된다. 그 대신, 도 11을 참조하면, 거친 표면 형태 및 홀이 형성되는 특징을 가지는 것으로 분석된다.Finally, in feature (iv), the well-grown hexagonal shape collapses by heat treatment at 850 占 폚. Instead, referring to FIG. 11, it is analyzed that the rough surface shape and the hole are formed.

이러한 뚜렷한 형태는 높은 온도에서 GaN의 분해로 인해 나타날 수 있고, 이로 인해 질소는 N2의 형태로 탈착될 수 있고, Ga는 Au에 흡착되거나 합금될 수 있다. This distinctive form can appear due to the decomposition of GaN at high temperatures, whereby nitrogen can be desorbed in the form of N 2 , and Ga can be adsorbed or alloyed with Au.

즉, 높은 열처리 온도에서 GaN 기판은 Au 나노입자에 의해 국부적으로 에칭될 수 있으므로 기판 분해 이후에 나노입자가 침전될 수 있다. That is, at high heat treatment temperatures, the GaN substrate can be locally etched by Au nanoparticles, which can precipitate the nanoparticles after substrate decomposition.

동시에 나노입자 크기는 높은 열처리 온도에서의 Au 증착의 증가에 의해 영향을 받을 수 있다. 증착률이 열처리 온도의 증가와 함께 촉진될 수 있기 때문에, 동일한 열처리 시간보다 높은 온도에서 Au 질량의 추가 손실이 발생할 수 있고, 그로 인해 나노구조의 크기가 감소될 수 있다. At the same time, the nanoparticle size can be influenced by the increase in Au deposition at high annealing temperatures. Since the deposition rate can be promoted with increasing the heat treatment temperature, additional loss of Au mass can occur at a temperature higher than the same heat treatment time, thereby reducing the size of the nanostructures.

따라서, 상기 언급한 바와 같이, 높은 온도에서 GaN의 분해와 Au의 증착으로 인해 Au 나노입자가 완전히 증착될 때까지 GaN 기판이 나노입자 사이트의 수직방향으로 에칭될 수 있다. 그리하여 나노홀이 촉매 Au 나노입자와 함께 형성될 수 있다. Thus, as mentioned above, the GaN substrate can be etched in the vertical direction of the nanoparticle site until the Au nanoparticles are completely deposited due to the decomposition of GaN at high temperature and the deposition of Au. Thus, a nano-hole can be formed together with the catalyst Au nanoparticles.

도 12는 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 350 ~ 850℃의 각 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 평균밀도 변화를 도시한 것이다.12 shows the average density change of the structure of the Au nanoclusters fabricated at the annealing time of 450 seconds at the respective temperatures of 350 to 850 DEG C for the deposition thickness of 3 nm fixed on the GaN.

도 13은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 350 ~ 850℃의 각 온도에서 450초의 열처리 시간에 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 평균높이 및 직경 변화를 도시한 것이다.FIG. 13 shows the average height and diameter variation of the Au nanoclusters fabricated at a heat treatment time of 450 seconds at each temperature of 350 to 850 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN.

표 1은 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 350 ~ 850℃의 각 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 평균밀도, 측면 직경, 밀도(오차 범위: ± 5 %)를 도시한 것이다.Table 1 shows the average densities, side diameters and densities of the structures of Au nanoclusters spontaneously formed at a heating time of 450 seconds at 350 to 850 ° C for a deposition thickness of 3 nm fixed on GaN (error range: ± 5%).

온도
[℃]
Temperature
[° C]
평균 높이
[nm]
Average height
[nm]
측면 직경
[nm]
Side diameter
[nm]
밀도
[cm-2]
density
[cm -2 ]
350350 -- -- 3.09 × 109 3.09 x 10 9 450450 -- -- 3.58 × 109 3.58 × 10 9 550550 -- -- 3.64 × 109 3.64 x 10 9 650650 18.818.8 91.391.3 4.84 × 109 4.84 × 10 9 700700 20.920.9 109.6109.6 4.30 × 109 4.30 × 10 9 750750 22.422.4 127.0127.0 4.01 × 109 4.01 × 10 9 800800 15.215.2 125.9125.9 4.00 × 109 4.00 × 10 9

도 12, 13 및 표1을 참조하면, 350에서 650℃의 온도로 증가할 때, Au 나노구조의 지속적인 부서짐으로 인해 나노구조의 밀도가 증가하여, 밀도가 3.09(±5%) × 109 에서 4.84(±5%)×109 cm- 2 로 1.56 배 증가하는 특징을 가진다.Referring to Figures 12, 13 and Table 1, as the temperature is increased from 350 to 650 ° C, the density of the nanostructures increases due to the continuous breakage of the Au nanostructures, resulting in a density of 3.09 (± 5%) × 10 9 4.84 (± 5%) × 10 9 cm - 2 has a characteristic that increases 1.56 times.

그러나 700℃ 이상의 온도에서는 증가된 표면 확산으로 인해 나노 입자 간의 흡착은 더 작은 나노입자의 감소를 일으켜 650℃에서 밀도가 4.84(±5%) × 109이나, 750℃에서는 4.01(±5%)× 109 cm- 2 로 1.21 배 감소하는 특징을 가진다.However, due to increased surface diffusion at temperatures above 700 ° C, the adsorption between the nanoparticles causes a reduction of smaller nanoparticles resulting in a density of 4.84 (± 5%) × 109 at 650 ° C. and 4.01 (± 5%) at 750 ° C. 10 9 cm - 2 .

반면에, 도 13 및 표 1을 참조하면, Au 육각형의 평균 높이는 650 내지 750℃의 범위에서 18.8(±5%)로부터 22.4(±5%)nm로 1.34 배 증가하였다. On the other hand, referring to FIG. 13 and Table 1, the average height of the Au hexagons increased from 18.8 (± 5%) to 22.4 (± 5%) nm by 1.34 times in the range of 650 to 750 ° C.

또한, 650 내지 750℃의 범위에서 측면 직경은 91.3(±5%)으로부터 127(±5% nm로 1.39 배 증가하였다. Further, the side diameter increased from 91.3 (± 5%) to 127 (± 5% nm, 1.39 times) in the range of 650 to 750 ° C.

한편, 800℃에서는 급격한 Au의 증착으로 인해 육각형 높이는 15.2(±5%) nm로 측면 직경은 125.9(±5%) nm로 감소하였다. On the other hand, the hexagonal height decreased to 15.2 (± 5%) nm and the side diameter decreased to 125.9 (± 5%) nm due to the rapid deposition of Au at 800 ℃.

도 8 내지 11의 FFT 파워 스펙트럼에 따르면, 700 내지 800℃에서 패턴은 육각형 형상을 가지며, 850℃부터는 육각형 형상을 잃고 원형에 가까운 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.According to the FFT power spectrum of FIGS. 8 to 11, the pattern has a hexagonal shape at 700 to 800 ° C. and has a pattern that is close to a circular shape after losing hexagonal shape at 850 ° C.

도 14는 750℃에서 450초 동안 1 내지 100nm의 Au 증착 두께에 따른 c-평면 GaN 상에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조의 변화 패턴을 도시한 것이다.Fig. 14 shows a change pattern of Au nanostructure produced by spontaneous formation on c-plane GaN according to Au deposition thickness of 1 to 100 nm for 450 seconds at 750 캜.

도 14에서 (a) - (d)는 1 × 1 ㎛2의 AFM 이미지를 나타내며, (e) - (i)는 SEM 이미지를 나타내고, (a-1), (c-1) 및 (e-1)는 AFM 측면도, 평면도 및 라인-프로파일을 나타낸다.14A to 14D show AFM images of 1 × 1 μm 2 and FIGS. 14A to 14D show SEM images and FIGS. 1) shows the AFM side view, plan view and line-profile.

도 14에서 기준자는 (a-2) 및 (c-2)에서 50nm이며, (e-2)에서는 200nm이다.In Fig. 14, the reference is 50 nm in (a-2) and (c-2) and 200 nm in (e-2).

도 15는 750℃에서 450초 동안 1 내지 100nm의 Au 증착 두께에 따른 c-평면 GaN 상에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조의 평균 밀도 변화(오차 범위: ± 5%)를 도시한 것이다.Fig. 15 shows the average density variation (error range: ± 5%) of Au nanostructures spontaneously formed on c-plane GaN according to the Au deposition thickness of 1 to 100 nm for 450 seconds at 750 ° C.

도 16은 750℃에서 450초 동안 1 내지 100nm의 Au 증착 두께에 따른 c-평면 GaN 상에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조의 평균높이 및 직경 변화(오차 범위: ± 5 %)를 도시한 것이다.Figure 16 shows the average height and diameter variation (error range: ± 5%) of Au nanostructures spontaneously formed on c-plane GaN according to the Au deposition thickness of 1 to 100 nm for 450 seconds at 750 ° C .

도 17은 c-평면 GaN 상에 고정된 3nm의 증착 두께에 대하여 750℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.17 shows an example of the structure of Au nanoclusters spontaneously formed at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 750 DEG C for a deposition thickness of 3 nm fixed on c-plane GaN.

도 17 (a)는 2 × 2㎛2 크기의 AFM 측면도를 도시한 것이고, (a-1)은 평면도, 도 17(a-2)은 (a-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (a-3)는 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다.Figure 17 (a) is 2 × 2㎛ depicts a side view of the second AFM size, (a-1) is a plan view, FIG. 17 (a-2) is a cross-section along a horizontal line that appears shown in Fig. (A-1) - profile, and (a-3) shows the pre-filter transform (FFT) power spectrum.

도 18은 c-평면 GaN 상에 고정된 5nm의 증착 두께에 대하여 750℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.18 shows an example of the structure of Au nanoclusters spontaneously formed at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 750 DEG C for a deposition thickness of 5 nm fixed on c-plane GaN.

도 18 (b)는 3 × 3㎛2 크기의 AFM 측면도를 도시한 것이고, (b-1)은 평면도, 도 18(b-2)은 도 18(b-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, 도 18(b-3)은 2배 확대된 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다.Figure 18 (b) is 3 × depicts a side view of the AFM 3㎛ 2 size, (b-1) is a plan view, FIG. 18 (b-2) is a 18 (b-1) shown in FIG appears along the horizontal line Fig. 18 (b-3) shows a twice-magnified pre-filter transform (FFT) power spectrum.

도 19는 c-평면 GaN 상에 고정된 10nm의 증착 두께에 대하여 750℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.19 shows an example of the structure of Au nanoclusters spontaneously formed at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 750 DEG C for a deposition thickness of 10 nm fixed on c-plane GaN.

도 19 (c)는 5 × 5 ㎛2 크기의 AFM 측면도를 도시한 것이고, (c-1)은 평면도, 도 19(c-2)는 (c-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (c-3)는 4배 확대된 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다.Figure 19 (c) is 5 × 5 ㎛ 2 (C-1) is a plan view, FIG. 19 (c-2) shows a cross-sectional line-profile along the horizontal line indicated in (c-1) ) Shows a quadrupled magnified pre-filter transform (FFT) power spectrum.

도 20은 c-평면 GaN 상에 고정된 25nm의 증착 두께에 대하여 750℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.FIG. 20 shows an example of the structure of Au nanoclusters spontaneously formed at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 750 DEG C for a deposition thickness of 25 nm fixed on c-plane GaN.

도 20(a)은 SEM 이미지를 도시한 것이고, (a-1)은 20 × 20㎛2 크기의 AFM 이미지 평면도, 도 20의 (a-2)는 (a-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (a-3)는 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다20 (a) is an SEM image, (a-1) is a 20 × 20 μm 2 size AFM image plan view, and FIG. 20 (a- (A-3) shows a pre-filter transform (FFT) power spectrum

도 21은 c-평면 GaN 상에 고정된 50nm의 증착 두께에 대하여 750℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.FIG. 21 shows an example of the structure of Au nanoclusters spontaneously formed at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 750 DEG C for a deposition thickness of 50 nm fixed on c-plane GaN.

도 21(b)은 SEM 이미지를 도시한 것이고, (b-1)은 20 × 20㎛2 크기의 AFM 이미지 평면도, 도 21(b-2)은 (b-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (b-3)는 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다21 (b) is a SEM image, (b-1) is a 20 × 20 μm 2 size AFM image plan view, and FIG. 21 Section line-profile, and (b-3) shows a pre-filter transform (FFT) power spectrum

도 22는 c-평면 GaN 상에 고정된 75nm의 증착 두께에 대하여 750℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.22 shows an example of the structure of Au nanoclusters spontaneously formed at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 750 DEG C for a deposition thickness of 75 nm fixed on c-plane GaN.

도 22(c)는 SEM 이미지를 도시한 것이고, (c-1)은 20 × 20㎛2 크기의 AFM 이미지 평면도, 도 22(c-2)는 (c-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (c-3)는 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다22C shows a SEM image, FIG. 22C shows an AFM image plan view of 20 × 20 μm 2 size, FIG. 22C shows a cross-sectional view along the horizontal line shown in FIG. 22C- (C-3) shows a pre-filter transform (FFT) power spectrum

도 23은 c-평면 GaN 상에 고정된 100nm의 증착 두께에 대하여 750℃ 온도에서 450초의 열처리 시간에 자발 형성되어 제조된 Au 나노클러스터의 구조의 예를 도시한 것이다.23 shows an example of the structure of Au nanoclusters spontaneously formed at a heat treatment time of 450 seconds at a temperature of 750 DEG C for a deposition thickness of 100 nm fixed on c-plane GaN.

도 23(d)은 SEM 이미지를 도시한 것이고, (d-1)은 20 × 20㎛2 크기의 AFM 이미지 평면도, 도 23(d-2)은 (d-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (d-3)는 프리에 필터 변환(FFT) 파워 스펙트럼을 도시한 것이다23 (d) shows an SEM image, (d-1) is a 20 × 20 μm 2 size AFM image plane view, and FIG. 23 (d- (D-3) shows a pre-filter transform (FFT) power spectrum

표 2는 750℃에서 450초 동안 3 내지 100nm의 각 Au 증착 두께에 따른 c-평면 GaN 상에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조의 평균 밀도, 평균 높이, 측면 직경(오차 범위: ±5%)을 나타낸 것이다.Table 2 shows the average density, average height, side diameter (error range: ± 5%) of the Au nanostructures spontaneously formed on the c-plane GaN according to the Au deposition thickness of 3 to 100 nm for 450 seconds at 750 ° C., Lt; / RTI >

증착량
[nm]
Deposition amount
[nm]
평균 높이
[nm]
Average height
[nm]
측면 직경
[nm]
Side diameter
[nm]
밀도
[cm-2]
density
[cm -2 ]
33 22.322.3 127.1127.1 4.01 × 109 4.01 × 10 9 55 69.969.9 248.0248.0 3.67 × 108 3.67 × 10 8 1010 298.9298.9 655.0655.0 2.10 × 107 2.10 x 10 7 2525 377.9377.9 1369.41369.4 1.44 × 107 1.44 × 10 7 5050 535.2535.2 1749.01749.0 1.03 × 107 1.03 × 10 7 7575 726.7726.7 1942.91942.9 8.69 × 106 8.69 × 10 6 100100 765.9765.9 2442.82442.8 4.56 × 106 4.56 × 10 6

도 17 내지 23을 참조하면, 증착 두께를 3nm로부터 100nm까지 증가하였을 때, Au 나노구조의 구성적 변화는 삼각형에서 육각형으로, 그 후 다면체로 변화되는 특징을 가진다.Referring to FIGS. 17 to 23, when the deposition thickness is increased from 3 nm to 100 nm, the constitutional change of the Au nanostructure changes from a triangle to a hexagon and then to a polyhedron.

또한, 750℃의 열처리 온도는 Au 결정화를 일으키기에 충분하여, 특정 면을 갖는 Au 나노구조가 형성된다.Further, the heat treatment temperature of 750 占 폚 is enough to cause Au crystallization, and Au nanostructure having a specific surface is formed.

표면에너지에 있어서, 표면에너지 분포는 이방성 결정일 수 있고, 결정화 방향에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 결정성 나노구조는 낮은 표면에너지를 갖는 다면으로 성장하는 것이 바람직한 것으로 분석된다.In the surface energy, the surface energy distribution can be anisotropic and can vary depending on the crystallization direction. Therefore, the crystalline nanostructures are analyzed to be desirable to grow with a low surface energy.

주어진 결정 평면에 있어서, 자유에너지는 다음 식 3과 같이 표현될 수 있다.In a given crystal plane, the free energy can be expressed as Equation 3 below.

(식3)(Equation 3)

Figure 112016122676320-pat00012
Figure 112016122676320-pat00013
Figure 112016122676320-pat00012
Figure 112016122676320-pat00013

여기서,

Figure 112016122676320-pat00014
은 깨진 결합의 수,
Figure 112016122676320-pat00015
는 결합의 강도이고,
Figure 112016122676320-pat00016
는 표면상의 원자의 밀도이다.here,
Figure 112016122676320-pat00014
The number of broken bonds,
Figure 112016122676320-pat00015
Is the strength of the bond,
Figure 112016122676320-pat00016
Is the density of atoms on the surface.

Au 결정의 면심입방 구조로 인해, 격자상수

Figure 112016122676320-pat00017
의 Au에 대한 일반적으로 낮은 지수 {100}, {110} 및 {111}의 자유에너지는
Figure 112016122676320-pat00018
Figure 112016122676320-pat00019
= 4(
Figure 112016122676320-pat00020
Figure 112016122676320-pat00021
),
Figure 112016122676320-pat00022
Figure 112016122676320-pat00023
= 4.24(
Figure 112016122676320-pat00024
Figure 112016122676320-pat00025
), 및
Figure 112016122676320-pat00026
Figure 112016122676320-pat00027
= 3.36(
Figure 112016122676320-pat00028
Figure 112016122676320-pat00029
)로 산출될 수 있다. Due to the face-centered cubic structure of the Au crystal, the lattice constant
Figure 112016122676320-pat00017
Generally, the free energies of the low index {100}, {110} and {111}
Figure 112016122676320-pat00018
Figure 112016122676320-pat00019
= 4 (
Figure 112016122676320-pat00020
Figure 112016122676320-pat00021
),
Figure 112016122676320-pat00022
Figure 112016122676320-pat00023
= 4.24 (
Figure 112016122676320-pat00024
Figure 112016122676320-pat00025
), And
Figure 112016122676320-pat00026
Figure 112016122676320-pat00027
= 3.36 (
Figure 112016122676320-pat00028
Figure 112016122676320-pat00029
). ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시 예에 따르면, {111} 평면은 {100}, {110} 평면보다 더 낮은 표면에너지를 갖고, 다른 높은-밀러 지수된 면(Miller indexed facets)을 갖는 것으로 분석된다. According to one embodiment of the present invention, the {111} planes have lower surface energies than the {100}, {110} planes and are analyzed to have other high-Miller indexed facets.

그리하여 표면에너지를 최소화하기 위하여 나노구조의 성장은 저-밀러 지수 {111}, {100}, {110}로 시작하는 것으로 예측될 수 있고, 그 후 높은 지수로 될 것으로 분석된다. 이러한 경우의 증거로, ~ 2nm의 높이 및 ~ 70nm의 직경의 Au 삼각형이 1nm의 낮은 증착 두께에서 먼저 제조된다.Thus, in order to minimize the surface energy, the growth of the nanostructure can be predicted to start with the low-miller index {111}, {100}, {110}, and then to be a high index. As evidence of this case, Au triangles with a height of ~ 2 nm and a diameter of ~ 70 nm are first fabricated at a low deposition thickness of 1 nm.

나노구조 크기가 비교적 작을 때, {111} 평면으로 둘러싼 삼각형 구성의 Au 나노구조일 수 있다. When the nanostructure size is relatively small, it may be a triangular-shaped Au nanostructure surrounded by a {111} plane.

도 14(a) - 14(b)를 참조하면, 1nm로부터 2nm 증착시, 크기 균일성이 향상되면서, 삼각형 나노구조의 크기 및 밀도는 증가한다.Referring to Figures 14 (a) -14 (b), the size and density of the triangular nanostructures increase as the size uniformity improves during deposition from 1 nm to 2 nm.

도 14(c) 및 도 17을 참조하면, 증착 두께가 3nm에서는 Au 육각형 형상이 형성된다.Referring to Fig. 14 (c) and Fig. 17, an Au hexagonal shape is formed at a deposition thickness of 3 nm.

육각형은, {111} 면과 볼록 및 오목한 측면을 교대로 포함하는, 쌍정면 모델에 따라 형성될 수 있다. 따라서, 육각형 나노구조의 표면 자유에너지는 다른 나노구조의 표면 자유에너지 보다 더 낮을 수 있다. The hexagon may be formed according to a twin face model, which alternately includes a {111} face and convex and concave sides. Thus, the surface free energy of a hexagonal nanostructure can be lower than the surface free energy of other nanostructures.

도 14(d) 및 도 18을 참조하면, 증착 두께가 5nm가 되었을 때, 대부분의 Au 나노구조는 육각형 형상이나 소수의 더 큰 크기의 나노구조가 다면체 구성으로 형성된다.Referring to FIG. 14 (d) and FIG. 18, when the deposition thickness is 5 nm, most of the Au nanostructures are formed in a hexagonal shape or in a polyhedral structure with a few larger nanostructures.

도 14(e) 및 도 19를 참조하면, 증착 두께가 10nm가 되었을 때, 대부분의 Au 나노구조는 육각형 형상 대신 다면체 형상을 나타낸다.14 (e) and 19, when the deposition thickness is 10 nm, most of the Au nanostructures exhibit a polyhedral shape instead of a hexagonal shape.

도 20 내지 22를 참조하면, 증착 두께가 25 내지 75nm가 되었을 때, 확장된 크기를 갖는 Au 나노구조가 육각형 형상이 아닌 다면적인 나노구조 형상을 가진다.Referring to FIGS. 20 to 22, when the deposition thickness is 25 to 75 nm, the Au nanostructure having the extended size has a hexagonal shape but a multi-faceted nanostructured shape.

도 23을 참조하면, 증착 두께가 100nm가 되었을 때, 다면을 갖는 다면체 형상 구조가 명확하게 나타난다.Referring to FIG. 23, when the deposition thickness becomes 100 nm, a polyhedral structure having multiple faces is clearly shown.

다면체 형상 구조의 형성은 커진 부피 때문으로 분석된다.Formation of the polyhedral structure is analyzed due to the increased volume.

크게 증가한 부피로 인해 나노구조의 형성이 다양한 면들 사이에서 표면에너지 차이에 덜 민감할 수 있다. 그로 인해 {111}, {100}, {110} 및 다른 높은 밀러 지수의 면을 포함한 다중면으로 쌓인 나노구조가 형성될 수도 있다. 표면 단계, 결정 구조 및 표면에너지와 같은 기판 특성의 영향으로 인해 Au 흡착원자의 확산이 크게 변할 수 있다. 그로 인해 사파이어 (0001) 상의 Au 나노입자의 형상이 돔 형상에서 원뿔대 육각형으로, 원뿔대에서 다면적인 돔 형상으로 변화되는 것이 관찰되었다. Due to the greatly increased volume, the formation of nanostructures can be less sensitive to surface energy differences between various surfaces. This may result in multi-faceted nanostructures including {111}, {100}, {110} and other high Miller exponents. The diffusion of Au adsorbed atoms can vary greatly due to the influence of substrate properties such as surface step, crystal structure and surface energy. As a result, it was observed that the shape of Au nanoparticles on sapphire (0001) changed from a dome shape to a truncated hexagonal shape and from a truncated cone to a multifaceted dome shape.

GaAs 기판에서, 증착 두께가 2 내지 20nm로 증가되었을 때, 원형의-돔 형상의 작은 크기의 Au 나노입자가 큰 크기의 불규칙한 형상으로 변화되는 것으로 나타난다.On a GaAs substrate, when the deposition thickness is increased to 2 to 20 nm, the circular-dome-shaped small-sized Au nanoparticles appear to be changed into a large irregular shape.

또한, 기판과 Au 나노입자 사이의 내부-확산은 나노입자 구성에 영향을 줄 수도 있다. 예를 들어, Au와 Si 사이의 내부-확산은 다면적인 나노구조에서 불규칙한 나노입자로 구성적 변화를 야기시킬 수 있다.In addition, the inter-diffusion between the substrate and the Au nanoparticles may also affect the nanoparticle composition. For example, the inter-diffusion between Au and Si can lead to structural changes in multi-faceted nanostructures to irregular nanoparticles.

도 15, 16을 참조하면, 증착 두께가 증가할수록 나노구조의 밀도는 감소되나, 높이 및 직경을 포함한 크기는 증가되는 것으로 나타난다.Referring to FIGS. 15 and 16, as the deposition thickness increases, the density of the nanostructures decreases, but the size including the height and diameter increases.

표 2를 참조하면, 3nm에서 100nm의 증착 두께로 증가하였을 때, 평균 높이 및 직경은 각각 765.9(±5%)nm로 34배 및 2442.8(±5%)nm로 19배 크게 증가된다. 반면에 밀도는 4.56(±5%) × 106 cm-2로 800배 감소된다.Referring to Table 2, when increasing from 3 nm to 100 nm of deposition thickness, the average height and diameter are increased by a factor of 19 times to 765.9 (± 5%) nm and 34 times and 2442.8 (± 5%) nm respectively. On the other hand, the density is reduced by 800 times to 4.56 (± 5%) × 10 6 cm -2 .

이러한 Au 나노구조의 구성적 변화는 FFT 파워 스펙트럼에서도 관찰될 수 있다.These structural changes of Au nanostructures can also be observed in FFT power spectra.

도 14(a-3)를 참조하면, 3nm 증착되었을 때, Au 육각형의 형성으로 인해 FFT 스펙트럼은 육각형 패턴을 보인다.Referring to FIG. 14 (a-3), when 3 nm is deposited, the FFT spectrum shows a hexagonal pattern due to the formation of an Au hexagonal pattern.

도 14(b-3)를 참조하면, 5nm 증착되었을 때, 나노구조 크기의 증가로 인해 육각형 패턴은 더 밝아지고 작아진다.Referring to Figure 14 (b-3), when 5 nm is deposited, the hexagonal pattern becomes brighter and smaller due to the increase of the nanostructure size.

도 19(c-3)에 도시된 바와 같이, 10nm로 증착이 증가되었을 때, FFT 패턴은 더욱 수축된다. 육각형에서 다면체로의 구성적 변화로 인해 육각형 패턴은 원형으로 변하였다. As shown in Fig. 19 (c-3), when the deposition is increased to 10 nm, the FFT pattern is further contracted. Due to the constitutive change from hexagonal to polyhedral, the hexagonal pattern changed into a circular shape.

또한, 도 20 내지 23을 참조하면, 25nm로부터 100nm로 증착되었을 때, 크기 증가로 인해 FFT 스펙트럼은 크게 감소된다.Also, referring to FIGS. 20-23, when deposited from 25 nm to 100 nm, the FFT spectrum is greatly reduced due to the increase in size.

도 24는 100nm의 증착 두께로 제조된 Au 나노 클러스터 구조의 EDS(energy-dispersive X-ray spectroscopy, 에너지분산형 분광분석법) 원소 특성을 도시한 것이다.FIG. 24 shows energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) element characteristics of an Au nanocluster structure fabricated with a deposition thickness of 100 nm.

도 24에서 (a)는 SEM 이미지이며, (b)는 EDS의 Au 상(phase) 맵을 나타낸 것이고, (c)는 상기 도 (a)에서 녹색 사각형에 의해 표시된 영역의 Au 및 Ga 스펙트럼 맵 및 카운터 라인-프로파일을 도시한 것이다. 또한, (d) - (e)는 (a)에서 청색 및 빨간색으로 표시된 두 영역의 EDS 스펙트럼을 도시한 것이고, (f)는 (b)의 Au 상(phase) 맵의 측면도를 도시한 것이다.(A) is an SEM image, (b) is an Au phase map of EDS, (c) is an Au and Ga spectrum map of a region indicated by a green square in And a counter line-profile. (D) - (e) show the EDS spectra of the two regions shown in blue and red in (a), and (f) show a side view of the Au phase map in (b).

도 24를 참조하면, Au 상(Au phase) 맵이 원래의 SEM 이미지와 매우 잘 매칭되는 것으로 분석된다. Referring to Figure 24, the Au phase map is analyzed to be very well matched to the original SEM image.

또한, 도 24(c)에 도시된 특정 Au와 Ga 스펙트럼 및 원소 강도의 그래프에 의해 입증된 바와 같이, 형성된 Au 구조는 높은 Au 및 낮은 Ga 농도를 가지는 것으로 분석된다.Also, as evidenced by the graph of the specific Au and Ga spectra and element strength shown in Figure 24 (c), the Au structure formed is analyzed to have high Au and low Ga concentration.

Au 분포는 도 24(d) - 도 24(e)의 EDS 에너지 스펙트럼에 의해 명확하게 나타난다.The Au distribution is clearly shown by the EDS energy spectrum of FIG. 24 (d) - FIG. 24 (e).

도 24(d) - 도 24(e)를 참조하면, Ga에 대한 Lα1 피크는 1.105 keV에서 관찰된다. 또한, Au에 대한 Mα1 피크는 2.213 keV에서 관찰된다. 24 (d) - Fig. 24 (e), the Lα1 peak for Ga is observed at 1.105 keV. In addition, the M alpha 1 peak for Au is observed at 2.213 keV.

그러나 반대로, Au 피크는 도 24(a)의 빨간색-사각형 내에 나타나지 않는다. 이는 모든 Au는 나노구조로 확산된 것으로 분석된다.Conversely, the Au peak does not appear in the red-square of Fig. 24 (a). It is analyzed that all Au are diffused into the nanostructure.

도 25는 열처리 온도 및 증착 두께에 따른 c-평면 GaN 상의 자발-형성된 Au 나노구조의 맵을 도시한 것이다.Figure 25 shows a map of spontaneously formed Au nanostructures on c -plane GaN depending on the heat treatment temperature and deposition thickness.

도 25에서 (a) - (d)는 0.25 × 0.25 ㎛2 크기의 AFM 평면도이고, (e)는 1 × 1 ㎛2 크기의 AFM 평면도를 나타내며, (f)는 SEM 이미지를 도시한 것이다.In Figure 25 (a) - (d) is a plan view of the second AFM Size 0.25 × 0.25 ㎛, (e) the second size of 1 × 1 ㎛ AFM plan view, and (f) shows an SEM image.

도 25는 열처리 온도(AT) 및 증착 두께(DA) 모두의 성장 조건에 부합된 다양한 Au 나노구조를 맵으로 그래프화한 것이다.25 is a graphical representation of various Au nanostructures matched to the growth conditions of both the heat treatment temperature (AT) and the deposition thickness (DA).

열처리 온도는 증가된 표면 확산을 유도하므로, 열처리 온도(AT) 유도된 구성적 변화는 바람직한 표면 확산을 통해 전체 표면에너지를 최소화하는 것을 목표로 한다. Since the heat treatment temperature leads to increased surface diffusion, the heat treatment temperature (AT) induced compositional change is aimed at minimizing the total surface energy through the desired surface diffusion.

또한, Au는 충분한 열처리 온도(A)에서 결정화될 수 있으므로, 표면 자유에너지는 낮은 표면에너지를 갖는 특정 면의 형성에 의해 더 감소될 수 있다. Further, since Au can be crystallized at a sufficient heat treatment temperature (A), the surface free energy can be further reduced by the formation of a specific surface having a low surface energy.

면의 관찰에 따르면, 제조된 나노구조는 다면적인 체제 및 비-다면적인 체제의 두 개의 체제로 분리될 수 있다.According to the observation of the surface, the fabricated nanostructures can be separated into two systems: a multi-faceted system and a non-multi-faceted system.

증착 두께(DA) 영향에 있어서, 구성적 변화는 나노구조 부피에 밀접하게 관련이 있는 표면에너지 분포의 변화에 의해 유도되기 때문에 나노구조 특성은 Au 증착 두께에 의해 직접적으로 제어될 수 있다.In the deposition thickness (DA) effect, the nanostructural properties can be directly controlled by the Au deposition thickness, because the constitutive change is induced by a change in the surface energy distribution closely related to the nanostructure volume.

본 발명의 또 다른 실시 예에서는 나노구조의 형성에 있어서 열처리 시간의 역할에 의하여 제어된다.Another embodiment of the present invention is controlled by the role of heat treatment time in the formation of nanostructures.

도 26 내지 30은 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 30 내지 900초의 각 열처리 시간(AD)에 따라 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조를 도시한 것이다. FIGS. 26 to 30 show Au nanostructures prepared by spontaneous formation at a heat treatment temperature of 750.degree. C. for a fixed deposition thickness of 20 nm in accordance with each heat treatment time (AD) of 30 to 900 seconds.

도 26 내지 27은 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 30 내지 900초의 각 열처리 시간(AD)에 따라 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조를 도시한 것이다. Figs. 26 to 27 show Au nanostructures produced by spontaneous formation at a heat treatment temperature of 750 DEG C for a fixed deposition thickness of 20 nm and for each heat treatment time (AD) of 30 to 900 seconds.

도 26은 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 30초의 열처리 시간(AD) 동안에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조를 도시한 것이다. 26 shows Au nanostructures spontaneously formed during a heat treatment time (AD) of 30 seconds at a heat treatment temperature of 750 DEG C for a fixed deposition thickness of 20 nm.

(a)는 SEM 이미지를 도시한 것이고, (a-1) 은 10 × 10㎛2 크기의 AFM 평면도를 도시한 것이며, (a-2)는 (a-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (a-3)는 EDS Au 상 맵 vs SEM 이미지를 나타낸 것이다.(a-1) shows an AFM plan view of a size of 10 × 10 μm 2 , and (a-2) shows a cross-sectional view along the horizontal line shown in (a-1) Line profile, and (a-3) shows the EDS Au phase map vs. SEM image.

(a-3)에서 red 라인-프로파일은 Au 강도 분포를 나타낸다.(a-3), the red line-profile represents the Au intensity distribution.

(a-4)는 확대된 Au phase 맵 및 Au 및 Ga 카운트 라인-프로파일을 나타내며, (a-5)는 (a-3)에서 확대된 영역의 EDS 스펙트럼을 도시한 것이다.(a-4) shows an enlarged Au phase map and Au and Ga count line-profile, and (a-5) shows an EDS spectrum of an area enlarged in (a-3).

도 27은 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 90초의 열처리 시간(AD) 동안에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조를 도시한 것이다. Figure 27 shows Au nanostructures spontaneously formed during a heat treatment time (AD) of 90 seconds at a heat treatment temperature of 750 占 폚 for a fixed deposition thickness of 20 nm.

(b)는 SEM 이미지를 도시한 것이고, (b-1)은 10 × 10㎛2 크기의 AFM 평면도를 도시한 것이며, (b-2)는 (b-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (b-3)는 EDS Au 상 맵 vs SEM 이미지를 나타낸 것이다.(b-1) shows an AFM plan view of a size of 10 10 22 , (b-2) shows a cross-sectional view along a horizontal line shown in (b-1) Line profile, and (b-3) shows an EDS Au phase map vs. SEM image.

(b-3)도 에서 red 라인-프로파일은 Au 강도 분포를 나타낸다.(b-3), the red line-profile shows the Au intensity distribution.

(b-4)는 확대된 Au phase 맵 및 Au 및 Ga 카운트 라인-프로파일을 나타내며, (a-6)는 (b-3)에서 확대된 영역의 EDS 스펙트럼을 도시한 것이다.(b-4) shows an enlarged Au phase map and Au and Ga count line-profile, and (a-6) shows an EDS spectrum of an area enlarged in (b-3).

도 28은 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 250초의 열처리 시간(AD) 동안에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조를 도시한 것이다. 28 shows Au nanostructures spontaneously formed during a heat treatment time (AD) of 250 seconds at a heat treatment temperature of 750 DEG C for a fixed deposition thickness of 20 nm.

(a)는 SEM 이미지를 도시한 것이고, (a-1)는 10 × 10㎛2 크기의 AFM 평면도를 도시한 것이며, (a-2)는 (a-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (a-3)는 EDS Au 상 맵 vs SEM 이미지를 나타낸 것이다.(a-1) shows an AFM plan view of a size of 10 × 10 μm 2 , and (a-2) shows a cross-sectional view along the horizontal line shown in (a-1) Line profile, and (a-3) shows the EDS Au phase map vs. SEM image.

(a-3)도 에서 red 라인-프로파일은 Au 강도 분포를 나타낸다.(a-3), the red line-profile shows the Au intensity distribution.

도 29는 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 450초의 열처리 시간(AD) 동안에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조를 도시한 것이다. 29 shows Au nanostructures spontaneously formed during a heat treatment time (AD) of 450 seconds at a heat treatment temperature of 750 DEG C for a fixed deposition thickness of 20 nm.

(b)는 SEM 이미지를 도시한 것이고, (b-1)은 10 × 10㎛2 크기의 AFM 평면도를 도시한 것이며, (b-2)는 (b-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (b-3)는 EDS Au 상 맵 vs SEM 이미지를 나타낸 것이다.(b-1) shows an AFM plan view of a size of 10 10 22 , (b-2) shows a cross-sectional view along a horizontal line shown in (b-1) Line profile, and (b-3) shows an EDS Au phase map vs. SEM image.

(b-3)도 에서 red 라인-프로파일은 Au 강도 분포를 나타낸다.(b-3), the red line-profile shows the Au intensity distribution.

도 30은 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 900초의 열처리 시간(AD) 동안에 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조를 도시한 것이다. Figure 30 shows Au nanostructures spontaneously formed during a heat treatment time (AD) of 900 seconds at a heat treatment temperature of 750 캜 for a fixed deposition thickness of 20 nm.

(c)는 SEM 이미지를 도시한 것이고, (c-1) 은 10 × 10㎛2 크기의 AFM 평면도를 도시한 것이며, (c-2)는 (c-1)도에서 표시된 가로선을 따라 나타나는 단면 라인-프로파일을 도시한 것이고, (c-3)는 EDS Au 상 맵 vs SEM 이미지를 나타낸 것이다.(c-1) shows an AFM plan view of a size of 10 10 22 , (c-2) shows a cross-sectional view along the horizontal line shown in (c-1) Line profile, and (c-3) shows the EDS Au phase map vs. SEM image.

(c-3)도 에서 red 라인-프로파일은 Au 강도 분포를 나타낸다.(c-3), the red line-profile shows the Au intensity distribution.

도 31은 고정된 20nm의 증착 두께에 대하여 750℃의 열처리 온도에서 250 내지 900초의 각 열처리 시간(AD)에 따라 자발 형성되어 제조된 Au 나노구조의 평균높이, 직경 및 평균밀도 변화(오차 범위: ± 5 %)를 도시한 것이다.FIG. 31 shows the average height, diameter, and average density variation (error range: 0 to 100 nm) of the Au nanostructures spontaneously formed at a heat treatment time (AD) of 250 to 900 seconds at a heat treatment temperature of 750 DEG C for a fixed deposition thickness of 20 nm. ± 5%).

도 26 내지 31을 참조하면, 초기 Au 필름은 표면 확산을 통한 불규칙한 나노클러스터로 불규칙한 알갱이 상태(dewetted)가 된다.Referring to Figures 26 to 31, the initial Au film is irregular nano clusters through surface diffusion, resulting in an irregular grain state (dewetted).

도 26(a)을 참조하면, 불충분한 열처리 시간으로 인해 형성된 나노클러스터는 잘 성장되지 않은 것으로 분석된다.Referring to Figure 26 (a), the nanoclusters formed due to insufficient heat treatment time are not well grown.

열처리 시간이 90초로 증가되었을 때, 도 27(b)에 도시된 바와 같이 불규칙한 Au 나노클러스터는 점차적으로 다면체로 진화하였고 다면체 나노입자로 된다.When the heat treatment time is increased to 90 seconds, the irregular Au nanocluster gradually evolves into a polyhedron and becomes polyhedron nanoparticles as shown in FIG. 27 (b).

도 28 내지 31을 참조하면, 열처리 시간(AD)이 250초 이상이 되었을 때, 나노구조는 잘 성장된 다면체 형상이 형성되며, 나노구조의 크기는 증가되었고, 밀도는 감소되는 특징으로 가진다.Referring to FIGS. 28 to 31, when the annealing time (AD) is 250 seconds or more, the nanostructure is formed with a well-grown polyhedral shape, the size of the nanostructure is increased, and the density is decreased.

열처리 온도에 유도된 크기의 진화는 표면 자유에너지 최소화 메커니즘에 의한 오스트발트 숙성에 기인한 것으로 분석된다.Evolution of the size induced by the heat treatment temperature is analyzed to be attributed to Ostwald ripening by the surface free energy minimization mechanism.

보다 큰 나노구조가 낮은 표면에너지를 가질수록 더 작은 나노구조로 분해될 수 있고, 점차적으로 보다 큰 나노구조에 흡수되어 전체 표면에너지를 낮출 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 오스트발트 숙성에 있어서, 열처리 시간(t)에 따른 나노구조의 평균 반경(Rm)은 다음 식과 같이 표현될 수 있다.Larger nanostructures can be decomposed into smaller nanostructures as they have lower surface energies, and can be absorbed in larger nanostructures to lower total surface energy. According to one embodiment of the present invention, in the Ostwald aging, the average radius (R m ) of the nanostructure according to the heat treatment time (t) can be expressed by the following equation.

(식 4)(Equation 4)

Figure 112016122676320-pat00030
Figure 112016122676320-pat00030

여기서, R0는 초기 평균 반경이고, K*는 고정된 온도 상수이다. Where R 0 is the initial average radius, and K * is the fixed temperature constant.

상기 열처리 시간에 따른 나노구조의 평균 반경은 수식 4와 같은 관계에 의해 제어될 수 있다.The average radius of the nanostructure according to the heat treatment time can be controlled by the relationship expressed by Equation (4).

수식에서 나타나는 바와 같이, 나노구조의 평균 크기는 열처리 시간(AD)이 길어질수록 점차적으로 증가할 수 있다. As shown in the equation, the average size of the nanostructures may gradually increase as the annealing time (AD) is prolonged.

도 31을 참조하면, 250초에서 나노구조의 평균 높이는 250.3(±5%)nm이고 측면 직경은 669.9(±5%)nm이다. 450(±5%)초에서, 평균 높이 및 직경 모두 증가하였고, 특히 평균 높이는 276.3(±5%)nm으로 증가하였고, 직경은 686.4nm(±5%)로 증가하였다. Referring to FIG. 31, at 250 seconds, the average height of the nanostructure is 250.3 (+/- 5%) nm and the side diameter is 669.9 (+/- 5%) nm. At 450 (± 5%) seconds, both the average height and diameter increased, and the average height increased to 276.3 (± 5%) nm and the diameter increased to 686.4 nm (± 5%).

표3은 750℃에서 20nm Au 증착 두께 및 10℃/s의 승온 속도에서 250 내지 900초의 열처리 시간의 변화에 따라 제조된 Au 나노구조의 평균 높이, 측면 직경, 밀도(오차 범위: ±5 %)를 나타낸 것이다.Table 3 shows the average height, side diameter, density (error range: ± 5%) of Au nanostructures produced according to the heat treatment time of 250 nm to 900 seconds at 750 ° C with a 20 nm Au deposition thickness and a heating rate of 10 ° C / .

Time
[s]
Time
[s]
평균 높이
[nm]
Average height
[nm]
측면 직경
[nm]
Side diameter
[nm]
밀도
[cm-2]
density
[cm -2 ]
250250 250.3250.3 669.9669.9 9.73 × 107 9.73 × 10 7 450450 276.3276.3 686.4686.4 9.40 × 107 9.40 x 10 7 900900 321.8321.8 734.3734.3 6.25 × 107 6.25 × 10 7

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 열처리 시간 900((±5%)초에서는 작은 나노입자의 양은 나노입자 간의 흡착으로 인해 감소되었다. According to one embodiment of the present invention, the amount of small nanoparticles was reduced due to adsorption between the nanoparticles at a heat treatment time of 900 ((± 5%) seconds.

그리고 평균 높이는 321.8(±5%)nm, 직경은 734.3(±5%)nm으로 증가하였다. 이때, 밀도는 지속적으로 250(±5%)초일 때 9.73(±5%) × 107cm-2에서 450(±5%)초 일 때는 9.40(±5%) × 107cm-2로 감소하였고, 900초에서는 6.25 (±5%)× 107cm- 2 로 감소하였다. The mean height increased to 321.8 (± 5%) nm and the diameter increased to 734.3 (± 5%) nm. At this time, the density is decreased to continue to 250 (± 5%) seconds, if 9.73 (± 5%) × 10 7 cm from -2 450 (± 5%) when the second 9.40 (± 5%) × 10 7 cm -2 And decreased to 6.25 (± 5%) × 10 7 cm - 2 at 900 sec.

도 26(a-3), 도 27(b-3)은 EDS Au 상 맵 및 SEM 이미지를 나타낸다. SEM 이미지에서의 Au 나노입자는 Au 강도 분포와 잘 일치한다. Figs. 26 (a-3) and 27 (b-3) show an EDS Au image map and an SEM image. The Au nanoparticles in the SEM image agree well with the Au intensity distribution.

도 26(a-4) - 도 27(b-4)에서, Ga 및 Au 라인-프로파일은 확대된 EDS 매핑을 나타낸다. Au 피크만이 Au 나노입자의 위치에서 관찰되었다. 26 (a-4) - In Fig. 27 (b-4), the Ga and Au line-profiles show enlarged EDS mapping. Only Au peaks were observed at Au nanoparticles.

도 26(a-5), 도 27(a-6)에 도시된 바와 같이, 이는 두 개의 영역의 Au EDS 스펙트럼에서도 증명되었다. 특히, Au 나노구조의 스펙트럼에서 Au 피크만이 관찰되었다. 반면에, 도 27(a-6)에 도시된 바와 같이 배경에서는 Au가 관찰되지 않았다.As shown in Figs. 26 (a-5) and 27 (a-6), this was also confirmed in the Au EDS spectra of two regions. In particular, only Au peaks were observed in the spectrum of Au nanostructures. On the other hand, Au was not observed in the background as shown in Fig. 27 (a-6).

본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaN 상에 자발 형성된 금 나노입자는 열처리 온도, 증착량 및 열처리 시간을 포함한 성장 조건을 조절하여 Au 삼각형 형상, 나노 막대 형상, 육각형 형상, 연충 형상의 나노구조, 및 다면체 나노구조 형상으로 제어할 수 있는 특징이 있다.According to one embodiment of the present invention, the gold nanoparticles formed on the GaN by controlling the growth conditions including the heat treatment temperature, the deposition amount, and the heat treatment time may be changed into Au triangular, nanorod, hexagonal, And a polyhedral nanostructure shape.

열처리 온도에 따른 변화에서, Au 연충 형상의 아일랜드 형태가 보머-웨버 성장모델을 기반으로 350℃에서 먼저 형성되었다. 450 내지 750℃로 온도가 증가함에 따라, 온도 증가에 따른 표면 확산 및 Au 결정화의 영향으로 인해 연충 형상의 나노구조는 점차적으로 다면적인 나노막대 및 육각형으로 변화하는 특징을 가진다.At the change of the annealing temperature, the island form of Au insect shape was formed first at 350 ℃ based on the Boomer - Weber growth model. As the temperature increases from 450 to 750 ° C., the nanostructure of the insect-shaped nanostructures gradually changes into nanostructured nanorods and hexagons due to the influence of surface diffusion and Au crystallization with increasing temperature.

열처리 온도 800℃에서 최종적으로 대부분의 나노구조는 육각형을 나타낸다.At the heat treatment temperature of 800 ° C, most of the nanostructures finally show a hexagonal shape.

증착량에 따른 변화에 있어서, Au 삼각형이 1 및 2nm의 Au 증착 두께에서 먼저 나타난다.For variations depending on the deposition amount, Au triangles first appear at Au deposition thicknesses of 1 and 2 nm.

또한, 3 및 5nm의 Au 증착 두께를 증가시킴에 따라 Au 삼각형이 육각형으로 변화된다.In addition, Au triangles are changed to hexagons by increasing the Au deposition thickness of 3 and 5 nm.

10nm의 Au 증착 두께에서는 크게 확장된 부피를 갖는 Au 나노구조가 다면체 구성으로 형성될 선호도를 보였다.  At 10 nm Au deposition thickness, the Au nanostructures with greatly expanded volume were preferred to be polyhedral.

또한, 25 내지 100nm의 Au 증착에서는 대부분이 다면체 나노구조로 형성되었다. 열처리 시간에 따른 변화에 있어서, 비교적 짧은 열처리 시간에서는 불규칙한 Au 나노구조의 형성이 관찰되었고, 증가된 열처리 시간에서는 다면체 구성의 나노구조의 형성이 관찰되었다. 오스트발트 숙성에 기반하여, 작은 나노입자의 탈착으로 인해 나노입자의 크기는 점차적으로 증가한 반면, 밀도는 감소하였다.In the case of Au deposition of 25 to 100 nm, the polyhedral nanostructure was mostly formed. Irregular Au nanostructures were observed at relatively short annealing times in the annealing time, and formation of nanostructures with polyhedral structure was observed at the increased annealing time. Based on Ostwald aging, the size of the nanoparticles gradually increased due to the desorption of small nanoparticles, while the density decreased.

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 펄스 레이즈 증착 챔버에서 Au를 증착하고, 열처리 공정에 의하여 자발 형성시켜서 GaN 상에 Au 나노 구조의 성장을 제어하는 방법에 있어서,
상기 성장된 Au 나노 구조에 대한 형상, 평균 높이, 측면 직경, 밀도를 상기 Au의 증착 두께, 열처리 공정의 열처리 온도 및 열처리 시간에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하되, 상기 증착 두께는 3nm의 ±5% 범위 내에서 제어를 하고, 상기 열처리 온도는 550℃ ~ 850℃ 범위에서 제어를 하며, 상기 열처리 시간은 30 ~ 900초 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하되,
상기 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 온도는 550℃로 하며, 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지하여 상기 성장된 Au 나노 구조의 형상을 다면적인 나노 막대와 육각형 나노구조가 혼재된 형상으로 제어하거나,
또는 상기 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 온도는 650 ~ 800℃로 하며, 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지하여 상기 성장된 Au 나노 구조의 형상을 육각형 나노구조로 제어하는 것을 특징으로 하는 GaN 상에 Au 나노구조의 성장제어방법.
A method for controlling the growth of Au nanostructures on GaN by depositing Au in a pulse-raising deposition chamber and spontaneously forming by heat treatment,
The deposition thickness is controlled to be within ± 5% of the thickness of 3 nm, and the thickness, thickness, and thickness of the grown Au nanostructure are controlled by the deposition thickness of the Au, the heat treatment temperature and the heat treatment time, And the heat treatment temperature is controlled within the range of 550 ° C. to 850 ° C. and the heat treatment time is controlled within the range of 30 to 900 seconds,
The deposition thickness was set to 3 (± 5%) nm, the heat treatment temperature was set to 550 ° C, and the annealing time was maintained at 450 (± 5%) sec to adjust the shape of the grown Au nanostructure to a multi- The hexagonal nanostructures may be controlled to have a mixed shape,
Or the deposition thickness is set to 3 (± 5%) nm, the heat treatment temperature is set to 650 to 800 ° C, and the annealing time is maintained at 450 (± 5% Wherein the growth of the Au nanostructure is controlled by a structure of GaN.
펄스 레이즈 증착 챔버에서 Au를 증착하고, 열처리 공정에 의하여 자발 형성시켜서 GaN 상에 Au 나노 구조의 성장을 제어하는 방법에 있어서,
상기 성장된 Au 나노 구조에 대한 형상, 평균 높이, 측면 직경, 밀도를 상기 Au의 증착 두께, 열처리 공정의 열처리 온도 및 열처리 시간에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하되, 상기 증착 두께는 3nm의 ±5% 범위 내에서 제어를 하고, 상기 열처리 온도는 550℃ ~ 850℃ 범위에서 제어를 하며, 상기 열처리 시간은 30 ~ 900초 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하되,
상기 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 시간은 450(±5%)초로 유지하되, 상기 열처리 온도를 550℃에서 650℃로 증가하여, 상기 성장된 Au 나노 구조의 밀도를 1.56(±5%)배 증가시키도록 제어하거나.
또는, 상기 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 시간은 450(±5%)초로 유지하되, 상기 열처리 온도를 650℃ 로 유지하여 상기 성장된 Au 나노 구조의 밀도를 4.84(±5%) × 109cm-2 로 제어하거나,
또는 상기 증착 두께를 3(±5%)nm로 하고, 상기 열처리 시간은 450(±5%)초로 유지하되, 상기 열처리 온도가 750℃로 유지하여, 상기 성장된 Au 나노 구조의 밀도를 4.01(±5%) × 109cm-2로 제어하는 것을 특징으로 하는 GaN 상에 Au 나노구조의 성장제어방법.
A method for controlling the growth of Au nanostructures on GaN by depositing Au in a pulse-raising deposition chamber and spontaneously forming by heat treatment,
The deposition thickness is controlled to be within ± 5% of the thickness of 3 nm, and the thickness, thickness, and thickness of the grown Au nanostructure are controlled by the deposition thickness of the Au, the heat treatment temperature and the heat treatment time, And the heat treatment temperature is controlled within the range of 550 ° C. to 850 ° C. and the heat treatment time is controlled within the range of 30 to 900 seconds,
The annealing temperature was increased from 550 ° C. to 650 ° C. to maintain the density of the grown Au nanostructure at a value of 3 (± 5%) nm, maintaining the annealing time at 450 (± 5%) seconds, 1.56 (± 5%) times.
Alternatively, the density of the grown Au nanostructure was maintained at 4.84 (± 5%) by maintaining the deposition thickness at 3 (± 5%) nm and the heat treatment time at 450 ± 5%) × 10 9 cm -2 ,
The density of the grown Au nanostructure was maintained at 4.0 ((5%)) seconds, and the heat treatment time was maintained at 450 (± 5%) seconds, + - 5%) x 10 < 9 > cm < -2 & gt ;.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 펄스 레이즈 증착 챔버에서 Au를 증착하고, 열처리 공정에 의하여 자발 형성시켜서 GaN 상에 Au 나노 구조의 성장을 제어하는 방법에 있어서,
상기 성장된 Au 나노 구조에 대한 형상, 평균 높이, 측면 직경, 밀도를 상기 Au의 증착 두께, 열처리 공정의 열처리 온도 및 열처리 시간에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하되, 상기 증착 두께는 1nm ~ 2nm의 범위에서 제어를 하고, 상기 열처리 온도는 550℃ ~ 850℃ 범위에서 제어를 하며, 상기 열처리 시간은 30 ~ 900초 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하되,
상기 열처리 온도를 650℃ 및 상기 열처리 시간을 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지된 상태에서 상기 증착 두께를 1(±5%)nm로부터 2(±5%)nm로 증가시켜서 상기 성장된 Au 나노 구조를 삼각형 형상으로 형성하고 크기 및 밀도를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 GaN 상에 Au 나노구조의 성장제어방법.
A method for controlling the growth of Au nanostructures on GaN by depositing Au in a pulse-raising deposition chamber and spontaneously forming by heat treatment,
The shape, average height, side diameter and density of the grown Au nanostructure are controlled by the deposition thickness of the Au, the heat treatment temperature of the heat treatment process, and the heat treatment time, wherein the deposition thickness is in the range of 1 nm to 2 nm And the heat treatment temperature is controlled in a range of 550 ° C. to 850 ° C. and the heat treatment time is controlled in a range of 30 to 900 seconds,
The deposition thickness is increased from 1 (± 5%) nm to 2 (± 5%) nm while the heat treatment temperature is maintained at 650 ° C. and the heat treatment time is maintained at 450 (± 5% Wherein the Au nanostructure is formed in a triangular shape and the size and density of the Au nanostructure are controlled to be increased.
펄스 레이즈 증착 챔버에서 Au를 증착하고, 열처리 공정에 의하여 자발 형성시켜서 GaN 상에 Au 나노 구조의 성장을 제어하는 방법에 있어서,
상기 성장된 Au 나노 구조에 대한 형상, 평균 높이, 측면 직경, 밀도를 상기 Au의 증착 두께, 열처리 공정의 열처리 온도 및 열처리 시간에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하되, 상기 증착 두께는 10nm의 ±5% 범위 내에서 제어를 하고, 상기 열처리 온도는 550℃ ~ 850℃ 범위에서 제어를 하며, 상기 열처리 시간은 30 ~ 900초 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하되,
상기 증착 두께를 10nm로 하고, 상기 열처리 온도는 650℃, 상기 열처리 시간을 450(±5%)초로 유지하여 상기 성장된 Au 나노 구조를 다면체 형상으로 형성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 GaN 상에 Au 나노구조의 성장제어방법.
A method for controlling the growth of Au nanostructures on GaN by depositing Au in a pulse-raising deposition chamber and spontaneously forming by heat treatment,
The thickness, thickness, thickness and thickness of the grown Au nanostructure are controlled by the deposition thickness of the Au, the heat treatment temperature of the heat treatment process, and the heat treatment time, And the heat treatment temperature is controlled within the range of 550 ° C. to 850 ° C. and the heat treatment time is controlled within the range of 30 to 900 seconds,
Wherein the grown Au nanostructures are controlled to have a polyhedral shape by maintaining the deposition thickness at 10 nm and the annealing temperature at 650 ° C. and the annealing time at 450 (± 5%) seconds. Methods for growth control of nanostructures.
펄스 레이즈 증착 챔버에서 Au를 증착하고, 열처리 공정에 의하여 자발 형성시켜서 GaN 상에 Au 나노 구조의 성장을 제어하는 방법에 있어서,
상기 성장된 Au 나노 구조에 대한 형상, 평균 높이, 측면 직경, 밀도를 상기 Au의 증착 두께, 열처리 공정의 열처리 온도 및 열처리 시간에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하되, 상기 증착 두께는 3nm ~ 100nm의 범위에서 제어를 하고, 상기 열처리 온도는 550℃ ~ 850℃ 범위에서 제어를 하며, 상기 열처리 시간은 30 ~ 900초 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하되,
상기 증착 두께를 3nm에서 100nm로 증가시켜서, - 여기서 상기 열처리 온도 650℃ 및 상기 열처리 시간은 450(±5%)초로 유지됨-, 상기 평균 높이는 22.3(±5%)nm에서 765.9(±5%)nm로 증가되도록 하고, 상기 측면 직경은 127.1(±5%)nm에서 2442.8(±5%)nm로 증가되며, 상기 성장된 Au 나노 구조의 밀도는 4.01(±5%)×109에서 4.56(±5%)× 106 cm-2로 감소되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 GaN 상에 Au 나노구조의 성장제어방법.
A method for controlling the growth of Au nanostructures on GaN by depositing Au in a pulse-raising deposition chamber and spontaneously forming by heat treatment,
The shape, average height, side diameter and density of the grown Au nanostructure are controlled by the deposition thickness of the Au, the heat treatment temperature of the heat treatment process, and the heat treatment time, wherein the deposition thickness is in the range of 3 nm to 100 nm And the heat treatment temperature is controlled in a range of 550 ° C. to 850 ° C. and the heat treatment time is controlled in a range of 30 to 900 seconds,
(5%) at 22.3 (+/- 5%) nm, wherein the annealing temperature is maintained at 650 < 0 > C and the annealing time is maintained at 450 nm, the side diameter is increased from 127.1 (± 5%) nm to 2442.8 (± 5%) nm and the density of the grown Au nanostructures is 4.01 (± 5%) × 10 9 to 4.56 + - 5%) x 10 < 6 > cm < -2 & gt ;.
제4항에 있어서,
상기 열처리 시간에 따른 나노구조의 평균 반경은 다음 식과 같은 관계에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 GaN 상에 Au 나노구조의 성장제어방법.
Figure 112018078710466-pat00031

여기서,
Figure 112018078710466-pat00032
는 초기 평균 반경이고,
Figure 112018078710466-pat00033
는 고정된 온도 상수임
5. The method of claim 4,
Wherein the average radius of the nanostructure according to the heat treatment time is controlled according to the following equation.
Figure 112018078710466-pat00031

here,
Figure 112018078710466-pat00032
Is the initial average radius,
Figure 112018078710466-pat00033
Is a fixed temperature constant
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