KR102263263B1 - HIGH SURFACE AREA GaN PHOTOELECTRODE FOR WATER DECOMPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME - Google Patents

HIGH SURFACE AREA GaN PHOTOELECTRODE FOR WATER DECOMPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME Download PDF

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Abstract

Disclosed is a GaN photo-electrode having a high specific surface area for water decomposition and a method of manufacturing the same, which can form a plurality of GaN nanopillars with porosity by applying two steps of electrochemical etching and physical etching and can improve the efficiency of the photo-electrode by securing a larger specific surface area by attaching a co-photocatalyst. A method of manufacturing a GaN photo-electrode having a high specific surface area for water decomposition includes: (a) preparing a substrate on which a GaN thin film layer is formed; (b) forming a nanoporous GaN thin film layer by wet etching the GaN thin film layer formed on the substrate; (c) forming an insulating layer on the nanoporous GaN thin film layer; (d) depositing a metal material on the insulating layer to form a metal thin film, then annealing the metal thin film to form a plurality of metal nano mask patterns arranged spaced apart from each other at regular intervals; (e) forming a plurality of GaN nanopillars by dry etching the insulating layer and the nanoporous GaN thin film layer exposed by the metal nano mask pattern; (f) removing the insulating layer and the metal nano mask pattern from the plurality of GaN nanopillars; and (g) attaching a photocatalyst to the plurality of GaN nanopillars.

Description

물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법{HIGH SURFACE AREA GaN PHOTOELECTRODE FOR WATER DECOMPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}HIGH SURFACE AREA GaN PHOTOELECTRODE FOR WATER DECOMPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

본 발명은 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기화학 에칭법(EC etching)과 물리적 에칭법(physical etching)의 2단계를 적용하여 다공성을 갖는 복수의 GaN 나노 기둥을 형성하고 광촉매(co-photocatalyst)를 부착하는 것에 의해, 보다 넓은 비표면적의 확보로 광 전극의 효율을 향상시킬 수 있는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a plurality of porous photoelectrodes having porosity by applying two steps of an electrochemical etching method (EC etching) and a physical etching method A high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, which can improve the efficiency of a photoelectrode by securing a larger specific surface area by forming GaN nanopillars and attaching a photocatalyst, and a method for manufacturing the same will be.

기존 화석연료에 기반한 에너지 시스템은 지구온난화, 환경오염, 자원고갈 등의 문제를 일으키므로, 그 대안으로 이른바 수소 경제(hydrogen economy)가 제안되었다.Since the existing fossil fuel-based energy system causes problems such as global warming, environmental pollution, and resource depletion, the so-called hydrogen economy has been proposed as an alternative.

수소 경제란 기존 화석연료 대신에 수소연료를 에너지 수송자(energy carrier)로 사용하는 것이다. 이를 실현하기 위한 가장 원천적이고 핵심적인 문제 중 하나는 수소 연료를 온실가스나 오염 물질을 배출하지 않으면서 경제적으로 생산하는 것이다.The hydrogen economy is the use of hydrogen fuel as an energy carrier instead of conventional fossil fuels. One of the most fundamental and key problems to realize this is to economically produce hydrogen fuel without emitting greenhouse gases or pollutants.

최근 전세계적인 관심과 연구 대상이 되고 있는 광전기화학적 수소 생산법 (photoelectrochemical hydrogen production)은 반도체와 전해액 사이 계면에 태양광을 비춰 주어 계면에서 물분해를 수행하는데, 반도체/전해액 계면이 광자를 흡수하여 그 에너지를 화학적 에너지, 즉 수소 연료로 변환시키는 핵심적인 역할을 한다.The photoelectrochemical hydrogen production method, which has recently been the subject of worldwide interest and research, illuminates the interface between a semiconductor and an electrolyte to perform water decomposition at the interface, where the semiconductor/electrolyte interface absorbs photons. It plays a key role in converting energy into chemical energy, that is, hydrogen fuel.

광전극으로도 불리는 반도체 물질은 Si, GaAs 등 단결정 물질부터 TiO2 등 금속 산화물까지 다양한 물질들이 연구되고 있다. TiO2 전극에 빛을 쪼여 줄 때 수소 발생이 가능하다는 것을 보인 이후 수 많은 연구들이 진행되었으나, 실용적인 소자를 구현하기 위해서는 크게 두 가지 문제점을 해결해야 한다.A variety of semiconductor materials, also called photoelectrodes, are being studied, from single crystal materials such as Si and GaAs to metal oxides such as TiO 2 . Numerous studies have been conducted since it was shown that hydrogen generation is possible when light is irradiated to the TiO 2 electrode. However, in order to realize a practical device, two major problems need to be solved.

첫째로, 광전극의 에너지 변환 효율을 높여야 한다. 태양광을 이용한 광전기화학적 수소 생산에서 에너지 변환 효율은 반도체 물질의 에너지 띠간격 (energy band gap)과 직결된다. 현재 대부분의 산화 금속 물질(TiO2, ZnO 등) 은 에너지 띠간격이 너무 커서 태양광 스펙트럼 중 자외선 영역 광자만 흡수하고 다른 영역의 빛은 흡수하지 못하므로 이런 광전극들은 상당히 작은 에너지 변환 효율을 나타낸다.First, it is necessary to increase the energy conversion efficiency of the photoelectrode. In photoelectrochemical hydrogen production using sunlight, energy conversion efficiency is directly related to the energy band gap of semiconductor materials. Currently, most metal oxide materials (TiO 2 , ZnO, etc.) have a very large energy band gap, so they absorb only photons in the ultraviolet region of the solar spectrum and do not absorb light in other regions. .

반면, Si, GaAs 등 저에너지에서 중에너지 사이 띠간격 (low to mid band gap)을 갖는 반도체 물질들은 띠간격이 1.0 ~ 1.5 eV 사이이므로 적외선부터 자외선까지 대부분의 빛을 흡수할 수 있다.On the other hand, semiconductor materials having a low to mid band gap, such as Si and GaAs, have a band gap between 1.0 and 1.5 eV, so they can absorb most of the light from infrared to ultraviolet.

그러나, 외부로부터 전압 공급 없이 물분해를 일으키기 위해서는 1.5 V 이상의 광전압(photovoltage)이 필요한데 일반적으로 이러한 광전극들이 나타내는 광전압은 이에 비해 상당히 작다. 즉, 광전극의 에너지 띠간격 선택에 있어서 딜레마가 발생한다.However, in order to cause water decomposition without external voltage supply, a photovoltage of 1.5 V or more is required. In general, the photovoltage exhibited by these photoelectrodes is considerably smaller than this. That is, a dilemma arises in the selection of the energy band interval of the photoelectrode.

두 번째로, 광전극의 신뢰성(reliability)도 중요한 이슈이다. 일반적인 발전소 규모 (utility scale) 태양전지에 요구되는 수명이 15 ~ 20년임을 감안하면, 궁극적으로 태양광 수소 생산기의 작동 수명도 이에 견줄 만한 수준이 되어야 한다.Second, the reliability of the photoelectrode is also an important issue. Considering that the lifespan required for a typical utility scale solar cell is 15 to 20 years, ultimately, the operating life of the solar hydrogen generator should be comparable to this.

그러나, 일반적으로 반도체 전극은 부식되기 쉬운 물질이고, 강산이나 강염기성의 전해액 속에서 지속적으로 태양광을 조사받기 때문에, 요구되는 수명을 달성하기 매우 도전적인 상황이다.However, in general, a semiconductor electrode is a corrosive material, and since it is continuously irradiated with sunlight in a strong acid or strong basic electrolyte, it is a very challenging situation to achieve a required lifespan.

이러한 광전기화학적 수소 생산에 대한 핵심 과제를 해결하기 위해 다양한 광전극 물질들이 개발되고 있다.A variety of photoelectrode materials have been developed to solve the key problem for photoelectrochemical hydrogen production.

이를 위해, 최근에는 태양광을 이용한 광전기화학적 물분해용 질화갈륨 광전극이 개발되고 있으며, 이러한 물분해용 질화갈륨 광전극은 대부분 필름의 형태로 제작되어 수소생산을 위해 사용되고 있다.To this end, recently, gallium nitride photoelectrodes for photoelectrochemical water decomposition using sunlight have been developed, and these gallium nitride photoelectrodes for water decomposition are mostly produced in the form of films and used for hydrogen production.

그러나, 종래의 물분해용 질화갈륨 광전극은 전기화학 에칭(Electrochemical etching)을 통하여 다공성의 GaN 구조로 형성하고 있으나, 이 경우에는 추가적으로 광촉매(photocatalyst)를 적용함에 있어 표면에만 도포할 수 있는 한계점을 지니고 있었다.However, the conventional gallium nitride photoelectrode for water decomposition is formed in a porous GaN structure through electrochemical etching, but in this case, additional photocatalyst is applied to the surface. there was.

다시 말해, 전기화학 에칭을 이용해 대략 50nm 직경의 다공성 홀을 제작할 경우, 표면적은 박막 대비 수배의 표면적을 가질 수 있지만 50nm 이상의 광촉매(photocatalyst)를 사용할 경우 표면에만 도포되어 다공성 구조를 제작한 의미가 반감되었다.In other words, when using electrochemical etching to fabricate a porous hole with a diameter of about 50 nm, the surface area can have a surface area several times that of a thin film, but when a photocatalyst of 50 nm or more is used, it is applied only to the surface and the meaning of producing a porous structure is half became

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0109717호(2013.10.08. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 백금-산화갈륨 나노선, 이의 제조방법 및 이를 이용한 가스센서가 기재되어 있다.As a related prior document, there is Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2013-0109717 (published on Oct. 8, 2013), which describes a platinum-gallium oxide nanowire, a manufacturing method thereof, and a gas sensor using the same.

본 발명의 목적은 전기화학 에칭법(EC etching)과 물리적 에칭법(physical etching)의 2단계를 적용하여 다공성을 갖는 복수의 GaN 나노 기둥을 형성하고 광촉매(co-photocatalyst)를 부착하는 것에 의해, 보다 넓은 비표면적의 확보로 광 전극의 효율을 향상시킬 수 있는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to form a plurality of GaN nanopillars having porosity by applying two steps of an electrochemical etching method (EC etching) and a physical etching method, and attaching a photocatalyst (co-photocatalyst), An object of the present invention is to provide a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition capable of improving the efficiency of the photoelectrode by securing a larger specific surface area, and a method for manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법은 (a) GaN 박막층이 형성된 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 기판 상의 GaN 박막층을 습식 에칭하여 나노기공 GaN 박막층을 형성하는 단계; (c) 상기 나노기공 GaN 박막층 상에 절연층을 형성하는 단계; (d) 상기 절연층 상에 금속 물질을 증착하여 금속 박막을 형성한 후, 상기 금속 박막을 어닐링 처리하여 일정 간격으로 이격 배치되는 복수의 금속 나노 마스크 패턴을 형성하는 단계; (e) 상기 금속 나노 마스크 패턴에 의해 노출된 절연층 및 나노기공 GaN 박막층을 건식 에칭하여 복수의 GaN 나노 기둥을 형성하는 단계; (f) 상기 복수의 GaN 나노 기둥 상의 절연층 및 금속 나노 마스크 패턴을 제거하는 단계; 및 (g) 상기 복수의 GaN 나노 기둥에 광촉매를 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes the steps of: (a) preparing a substrate on which a GaN thin film layer is formed; (b) forming a nanoporous GaN thin film layer by wet etching the GaN thin film layer on the substrate; (c) forming an insulating layer on the nanoporous GaN thin film layer; (d) depositing a metal material on the insulating layer to form a metal thin film, then annealing the metal thin film to form a plurality of metal nano mask patterns spaced apart from each other at regular intervals; (e) forming a plurality of GaN nanopillars by dry etching the insulating layer and the nanoporous GaN thin film layer exposed by the metal nanomask pattern; (f) removing the insulating layer and the metal nanomask pattern on the plurality of GaN nanopillars; and (g) attaching a photocatalyst to the plurality of GaN nanopillars.

상기 (a) 단계에서, 상기 기판은 실리콘(Si), 사파이어(sapphire), 유리, 탄화규소(SiC), 산화갈륨(Ga2O3), GaN이 증착된 사파이어(GaN on Sapphire), InGaN이 증착된 사파이어(InGaN on sapphire, AlGaN이 증착된 사파이어(AlGaN on sapphire) 및 AlN이 증착된 사파이어(AlN on sapphire) 중 어느 하나를 포함한다.In step (a), the substrate is silicon (Si), sapphire (sapphire), glass, silicon carbide (SiC), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), GaN is deposited sapphire (GaN on Sapphire), InGaN and any one of deposited sapphire (InGaN on sapphire, AlGaN on sapphire) and AlN deposited sapphire (AlN on sapphire).

상기 (b) 단계에서, 상기 습식 에칭은 전기화학 에칭(Electrochemical etching : EC) 방식으로 실시한다.In step (b), the wet etching is performed by an electrochemical etching (EC) method.

또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 절연층은 SiO2 재질로 이루어지며, 10 ~ 200nm의 두께로 형성한다.In addition, in step (c), the insulating layer is made of a SiO 2 material, and is formed to a thickness of 10 ~ 200nm.

상기 (d) 단계에서, 상기 금속 박막은 스퍼터링(sputtering) 또는 전자선 증착(electron-beam evaporation) 방식으로 Ni, Ag, Au. Al, Cu, Mo, Ti 및 Cr 중 선택된 1종 이상의 금속 물질을 증착하여 형성한다.In step (d), the metal thin film may be formed of Ni, Ag, Au. It is formed by depositing at least one metal material selected from Al, Cu, Mo, Ti, and Cr.

상기 금속 박막은 10 ~ 50nm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.The metal thin film is preferably formed to a thickness of 10 to 50 nm.

또한, 상기 (d) 단계에서, 상기 어닐링 처리는 어닐링 시작온도 400 ~ 550℃ 및 어닐링 종료온도 600 ~ 800℃ 조건으로, 상기 어닐링 시작온도 및 어닐링 종료온도 합산으로 1 ~ 60분 동안 실시한다.In addition, in step (d), the annealing treatment is performed for 1 to 60 minutes as the sum of the annealing start temperature and the annealing end temperature under the conditions of an annealing start temperature of 400 to 550° C. and an annealing end temperature of 600 to 800° C.

여기서, 상기 어닐링 처리는 상기 어닐링 시작온도부터 어닐링 종료 온도까지 10 ~ 80℃/sec의 속도로 점진적으로 승온시킨다.Here, in the annealing process, the temperature is gradually increased from the annealing start temperature to the annealing end temperature at a rate of 10 to 80° C./sec.

상기 (e) 단계에서, 상기 복수의 GaN 나노 기둥 각각은 상기 복수의 금속 나노 마스크 패턴과 동일한 직경을 가질 수 있다.In step (e), each of the plurality of GaN nanopillars may have the same diameter as the plurality of metal nanomask patterns.

상기 (f) 단계에서, 상기 절연층 및 금속 나노 마스크 패턴은 BOE(buffered oxide etchant) 에천트를 이용한 습식 식각으로 제거한다.In step (f), the insulating layer and the metal nanomask pattern are removed by wet etching using a buffered oxide etchant (BOE) etchant.

상기 (g) 단계에서, 상기 광촉매는 RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS 및 TiO 중 선택된 1종 이상의 재질을 포함할 수 있다.In step (g), the photocatalyst may include at least one material selected from among RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS, and TiO.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극은 기판; 상기 기판 상에 일정한 간격으로 이격 배치된 복수의 GaN 나노 기둥; 및 상기 복수의 GaN 나노 기둥의 표면에 부착된 광촉매;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: a substrate; a plurality of GaN nanopillars spaced apart from each other on the substrate; and a photocatalyst attached to the surface of the plurality of GaN nanopillars.

여기서, 상기 복수의 GaN 나노 기둥 각각은, 평면 상으로 볼 때, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 팔각형을 포함하는 다각형 중 어느 하나의 형상을 갖는다.Here, each of the plurality of GaN nanopillars has a shape of any one of polygons including a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, and an octagon when viewed in a plan view.

상기 광촉매는 RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS 및 TiO 중 선택된 1종 이상의 재질을 포함할 수 있다.The photocatalyst may include at least one material selected from RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS, and TiO.

또한, 상기 광촉매는 상기 복수의 GaN 나노 기둥의 노출된 측 벽면 및 상면에 랜덤(random)하게 부착되어 있을 수 있다.In addition, the photocatalyst may be randomly attached to the exposed side wall and upper surface of the plurality of GaN nanopillars.

본 발명에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법은 전기화학 에칭법(EC etching)을 이용한 습식 에칭과 물리적 에칭법(physical etching)인 건식 에칭의 2단계 에칭을 적용하여 복수의 GaN 나노 기둥을 형성하는 것에 의해 다공성 구조를 가지면서 상호 간이 일정 간격으로 이격 배치되어 외부로 노출되는 면적을 증가시킬 수 있게 된다.A high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition according to the present invention and a method for manufacturing the same are obtained by applying two-step etching of wet etching using electrochemical etching (EC etching) and dry etching, which is physical etching. By forming GaN nanopillars, they are spaced apart from each other at regular intervals while having a porous structure to increase the area exposed to the outside.

이에 따라, 본 발명에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법은 복수의 GaN 나노 기둥이 다공성 구조를 가지므로 보다 넓은 표면적의 확보가 가능하며, 복수의 GaN 나노 기둥 서로 간이 일정 간격으로 이격 배치되어 노출 면적을 극대화시킬 수 있으므로 광 전극의 물 분해 효율을 향상시킬 수 있게 된다.Accordingly, the high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition and the method for manufacturing the same according to the present invention can secure a larger surface area because the plurality of GaN nanopillars have a porous structure, and the plurality of GaN nanopillars are spaced apart from each other at regular intervals. It is possible to maximize the exposure area by being spaced apart from each other, thereby improving the water decomposition efficiency of the photoelectrode.

이 결과, 본 발명에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법은 전기화학 에칭법(EC etching)과 물리적 에칭법(physical etching)을 2 단계로 적용하여 제작된 다공성의 GaN 나노 기둥은 단순히 1가지의 에칭법을 접목했을 때보다 보다 넓은 표면적과 함께 다양한 광촉매(photocatalyst)를 전면적에 도포 가능하게 할 수 있으므로 물 분해용 광 전극의 물 분해 효율을 극대화할 수 있는 구조적인 이점을 갖는다.As a result, the high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition and the method for manufacturing the same according to the present invention are porous GaN nanopillars manufactured by applying electrochemical etching (EC) and physical etching in two steps. has a structural advantage of maximizing the water decomposition efficiency of a photoelectrode for water decomposition because it can apply various photocatalysts over the entire area with a larger surface area than when simply grafting one etching method. .

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법을 나타낸 공정 사시도.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
1 to 6 are process perspective views illustrating a method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition according to an embodiment of the present invention.
7 to 12 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be embodied in various different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition and a method for manufacturing the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법Method for manufacturing high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법을 나타낸 공정 사시도이고, 도 7 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.1 to 6 are process perspective views illustrating a method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 7 to 12 are high specific surface area GaN porosity for water decomposition according to an embodiment of the present invention. It is a process cross-sectional view showing the photoelectrode manufacturing method.

도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, GaN 박막층(120)이 형성된 기판(110)을 준비한다.As shown in FIGS. 1 and 7 , the substrate 110 on which the GaN thin film layer 120 is formed is prepared.

여기서, 기판(110)은 일면 및 일면에 반대되는 타면을 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 그 형상은 다양하게 변경될 수 있다.Here, the substrate 110 may have a plate shape having one surface and the other surface opposite to the one surface, but this is exemplary and the shape may be variously changed.

기판(110)으로는 실리콘(Si), 사파이어(sapphire), 유리, 탄화규소(SiC), 산화갈륨(Ga2O3), GaN이 증착된 사파이어(GaN on Sapphire), InGaN이 증착된 사파이어(InGaN on sapphire, AlGaN이 증착된 사파이어(AlGaN on sapphire) 및 AlN이 증착된 사파이어(AlN on sapphire) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.As the substrate 110, silicon (Si), sapphire (sapphire), glass, silicon carbide (SiC), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), GaN-deposited sapphire (GaN on Sapphire), InGaN-deposited sapphire ( It may include any one of InGaN on sapphire, AlGaN-deposited sapphire (AlGaN on sapphire), and AlN-deposited sapphire (AlN on sapphire).

다음으로, 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상의 GaN 박막층(도 1의 120)을 습식 에칭하여 나노기공 GaN 박막층(125)을 형성한다.Next, as shown in FIGS. 2 and 8 , the GaN thin film layer ( 120 in FIG. 1 ) on the substrate 110 is wet-etched to form the nanoporous GaN thin film layer 125 .

본 단계에서, 습식 에칭은 전기화학 에칭(Electrochemical etching : EC) 방식으로 실시하는 것이 바람직하다.In this step, the wet etching is preferably performed by an electrochemical etching (EC) method.

이러한 전기화학 에칭을 이용하는 것에 의해, 10 ~ 60nm의 평균 직경을 갖는 다공성 홀을 구비하는 나노기공 GaN 박막층(125)을 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 나노기공 GaN 박막층(125)은 GaN 박막층에 비하여 수배 이상 넓은 표면적을 갖게 된다.By using such electrochemical etching, it is possible to form the nanoporous GaN thin film layer 125 having porous holes having an average diameter of 10 to 60 nm. Accordingly, the nanoporous GaN thin film layer 125 has a surface area several times larger than that of the GaN thin film layer.

도 3 및 도 9에 도시된 바와 같이, 나노기공 GaN 박막층(125) 상에 절연층(130)을 형성한다.3 and 9 , an insulating layer 130 is formed on the nanoporous GaN thin film layer 125 .

이러한 절연층(130)은 PECVD 방식을 이용하여 10 ~ 200nm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 절연층(130)은 선택적인 제거가 가능한 물질을 이용하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 절연층(130)은 습식 식각이 가능한 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 절연층(130)은 SiO2 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.The insulating layer 130 is preferably formed to a thickness of 10 to 200 nm using a PECVD method. Here, it is preferable to use a material that can be selectively removed for the insulating layer 130 . To this end, the insulating layer 130 may be made of a material capable of wet etching. Specifically, the insulating layer 130 is preferably made of a SiO 2 material.

다음으로, 도 4 및 도 10에 도시된 바와 같이, 절연층(130) 상에 금속 물질을 증착하여 금속 박막을 형성한 후, 금속 박막을 어닐링 처리하여 일정 간격으로 이격 배치되는 복수의 금속 나노 마스크 패턴(140)을 형성한다.Next, as shown in FIGS. 4 and 10 , a metal thin film is formed by depositing a metal material on the insulating layer 130 , and then the metal thin film is annealed to form a plurality of metal nanomasks spaced apart from each other at regular intervals. A pattern 140 is formed.

여기서, 금속 박막은 스퍼터링(sputtering) 또는 전자선 증착(electron-beam evaporation) 방식으로 Ni, Ag, Au. Al, Cu, Mo, Ti 및 Cr 중 선택된 1종 이상의 금속 물질을 증착하는 것에 의해 형성될 수 있다.Here, the metal thin film is formed of Ni, Ag, Au. It may be formed by depositing at least one metal material selected from Al, Cu, Mo, Ti, and Cr.

금속 박막은 10 ~ 50nm의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 20 ~ 40nm를 제시할 수 있다. 금속 박막의 두께가 10nm 미만일 경우에는 두께가 너무 얇아 어닐링 처리시 원형 구조의 금속 나노 마스크 패턴(140) 형성이 제대로 이루어지지 못할 우려가 있다. 반대로, 금속 박막의 두께가 50nm를 초과할 경우에는 과도한 두께 설계로 인하여 어닐링 처리시 열처리 온도를 상승시키는 요인으로 작용하여 제조 비용을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다.It is preferable to form the metal thin film to a thickness of 10 to 50 nm, and a more preferable range may be 20 to 40 nm. When the thickness of the metal thin film is less than 10 nm, there is a risk that the metal nanomask pattern 140 having a circular structure may not be properly formed during annealing treatment because the thickness is too thin. Conversely, when the thickness of the metal thin film exceeds 50 nm, it may act as a factor to increase the heat treatment temperature during annealing treatment due to excessive thickness design, thereby increasing the manufacturing cost.

본 단계에서, 어닐링 처리는 고온 열처리 퍼니스인 급속 열처리 퍼니스(rapid thermal annealing furnace) 장비 내에 금속 박막이 형성된 기판(110)을 투입시킨 상태에서 실시하게 된다. 이때, 급속 열처리 퍼니스의 진공 챔버 내부는 질소, 아르곤 및 수소 중 1종 이상의 가스 분위기가 유지될 수 있다.In this step, the annealing treatment is performed in a state in which the substrate 110 on which the metal thin film is formed is put into a rapid thermal annealing furnace, which is a high temperature heat treatment furnace. At this time, an atmosphere of at least one of nitrogen, argon, and hydrogen may be maintained in the vacuum chamber of the rapid heat treatment furnace.

이러한 급속 열처리 퍼니스를 이용하여 질소, 아르곤 및 수소 중 1종 이상의 가스 분위기하에서 어닐링 처리를 실시하는 것에 의해, 금속 박막이 급속으로 용융되면서 표면 장력에 의해 균일하면서 크기가 일정한 원형 형태를 유지하면서 일정 간격으로 서로 이격 배치되는 복수의 금속 나노 마스크 패턴(140)을 형성하게 된다.By performing annealing treatment in a gas atmosphere of at least one of nitrogen, argon, and hydrogen using such a rapid heat treatment furnace, a metal thin film is rapidly melted while maintaining a uniform and uniform circular shape by surface tension at regular intervals to form a plurality of metal nanomask patterns 140 spaced apart from each other.

이러한 어닐링 처리는 어닐링 시작온도 400 ~ 550℃ 및 어닐링 종료온도 600 ~ 800℃ 조건으로, 어닐링 시작온도 및 어닐링 종료온도 합산으로 1 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 이때, 어닐링 처리는 어닐링 시작온도부터 어닐링 종료온도까지 10 ~ 80℃/sec의 속도로 점진적으로 승온시키는 것이 보다 바람직하다.This annealing treatment is preferably carried out for 1 to 60 minutes as the sum of the annealing start temperature and the annealing end temperature under conditions of an annealing start temperature of 400 to 550° C. and an annealing end temperature of 600 to 800° C. In this case, it is more preferable that the annealing treatment is gradually increased in temperature from the annealing start temperature to the annealing end temperature at a rate of 10 to 80° C./sec.

이와 같이, 어닐링 처리시 어닐링 시작온도부터 어닐링 종료온도까지 점진적으로 온도를 승온시키는 것에 의해, 금속 박막이 용융되는 속도를 조절할 수 있으므로, 금속 박막이 용융되는 과정에서 복수의 금속 나노 마스크 패턴(140)이 다양한 형태로 갖도록 제어하는 것이 가능해질 수 있다. 이에 따라, 복수의 금속 나노 마스크 패턴(140)은, 평면 상으로 볼 때, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 팔각형을 포함하는 다각형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.In this way, by gradually increasing the temperature from the annealing start temperature to the annealing end temperature during the annealing treatment, the rate at which the metal thin film is melted can be adjusted, so that in the process of melting the metal thin film, a plurality of metal nano mask patterns 140 It may become possible to control to have these various forms. Accordingly, the plurality of metal nanomask patterns 140 may have any one shape among polygons including a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, and an octagon when viewed in a plan view.

본 단계에서, 어닐링 종료 온도가 600℃ 미만이거나, 어닐링 처리 시간이 1분 미만일 경우에는 충분한 용융이 이루어지지 못하여 원형 형태를 갖는 복수의 금속 나노 마스크 패턴이 제대로 형성되지 못할 우려가 있다. 반대로, 어닐링 처리 온도가 800℃를 초과하거나, 어닐링 처리 시간이 60분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 공정 온도 및 시간만을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.In this step, when the annealing end temperature is less than 600° C. or the annealing treatment time is less than 1 minute, sufficient melting is not achieved, so that a plurality of metal nanomask patterns having a circular shape may not be properly formed. Conversely, if the annealing treatment temperature exceeds 800° C. or the annealing treatment time exceeds 60 minutes, it may act as a factor of increasing only the process temperature and time without further increasing the effect, which is not economical.

도 5 및 도 11에 도시된 바와 같이, 금속 나노 마스크 패턴(도 4의 140)에 의해 노출된 절연층(도 4의 130) 및 나노기공 GaN 박막층(도 4의 125)을 건식 에칭하여 복수의 GaN 나노 기둥(150)을 형성한다.As shown in FIGS. 5 and 11, the insulating layer (130 in FIG. 4) and the nanoporous GaN thin film layer (125 in FIG. 4) exposed by the metal nano mask pattern (140 in FIG. 4) are dry-etched to form a plurality of GaN nanopillars 150 are formed.

본 단계에서, 건식 에칭은 유도 결합 플라즈마 반응 이온 식각(ICP-RIE) 방법을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 ICP-RIE 방법을 이용한 건식 에칭에 의해, 금속 나노 마스크 패턴의 외측으로 노출된 절연층 및 나노기공 GaN 박막층만이 선택적으로 제거된다. 이에 따라, 금속 나노 마스크 패턴과 중첩된 하부로 금속 나노 마스크 패턴과 실질적으로 동일한 형상을 갖는 복수의 GaN 나노 기둥(150)이 형성된다.In this step, the dry etching is more preferably using an inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE) method. By dry etching using the ICP-RIE method, only the insulating layer and the nanoporous GaN thin film layer exposed to the outside of the metal nanomask pattern are selectively removed. Accordingly, a plurality of GaN nanopillars 150 having substantially the same shape as the metal nanomask pattern are formed in the lower portion overlapping the metal nanomask pattern.

이와 같이, 본 발명에서는 복수의 GaN 나노 기둥(150)이 전기화학 에칭법(EC etching)을 이용한 습식 에칭과 물리적 에칭법(physical etching)인 건식 에칭의 2단계 에칭이 적용되는 것에 의해, 다공성 구조를 가지면서 상호 간이 일정 간격으로 이격 배치되어 외부로 노출되는 복수의 GaN 나노 기둥(150)을 형성할 수 있게 된다.As described above, in the present invention, the plurality of GaN nanopillars 150 are porous structure by applying wet etching using electrochemical etching (EC etching) and dry etching, which is physical etching. It is possible to form a plurality of GaN nanopillars 150 that are spaced apart from each other at regular intervals and exposed to the outside while having .

이에 따라, 복수의 GaN 나노 기둥(150)은 다공성 구조를 가지므로 보다 넓은 표면적의 확보가 가능하며, 서로 간이 일정 간격으로 이격 배치되어 노출 면적을 극대화시킬 수 있으므로 광 전극의 물 분해 효율을 향상시킬 수 있는 구조적인 이점을 갖는다.Accordingly, since the plurality of GaN nanopillars 150 have a porous structure, it is possible to secure a larger surface area, and they are spaced apart from each other at regular intervals to maximize the exposed area, thereby improving the water decomposition efficiency of the photoelectrode. It has structural advantages.

다음으로, 복수의 GaN 나노 기둥(150) 상의 절연층 및 금속 나노 마스크 패턴을 제거한다.Next, the insulating layer and the metal nanomask pattern on the plurality of GaN nanopillars 150 are removed.

본 단계에서, 절연층 및 금속 나노 마스크 패턴은 BOE(buffered oxide etchant) 에천트를 이용한 습식 식각으로 제거하게 된다.In this step, the insulating layer and the metal nano mask pattern are removed by wet etching using a buffered oxide etchant (BOE) etchant.

이와 같이, 절연층 및 금속 나노 마스크 패턴의 제거로 기판(110) 상의 복수의 GaN 나노 기둥(150)이 외부로 노출된다.As described above, the plurality of GaN nanopillars 150 on the substrate 110 are exposed to the outside by the removal of the insulating layer and the metal nanomask pattern.

다음으로, 도 6 및 도 12에 도시된 바와 같이, 복수의 GaN 나노 기둥(150)에 광촉매(160)를 부착한다.Next, as shown in FIGS. 6 and 12 , a photocatalyst 160 is attached to the plurality of GaN nanopillars 150 .

이러한 광촉매(160)는 증착 또는 코팅 방식에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 광촉매(160)는 RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS 및 TiO 중 선택된 1종 이상의 재질을 포함할 수 있다.The photocatalyst 160 may be formed by deposition or coating. Here, the photocatalyst 160 may include at least one material selected from RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS, and TiO.

이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법이 종료될 수 있다.As described above, the method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition according to an embodiment of the present invention may be completed.

본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극은 기판과, 기판 상에 일정한 간격으로 이격 배치된 복수의 GaN 나노 기둥과, 복수의 GaN 나노 기둥의 표면에 부착된 광촉매를 포함한다.A high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition manufactured by the method according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a plurality of GaN nanopillars spaced apart from each other at regular intervals on the substrate, and a plurality of GaN nanopillars attached to the surface. It contains a photocatalyst.

이때, 복수의 GaN 나노 기둥 각각은, 평면 상으로 볼 때, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 팔각형을 포함하는 다각형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.In this case, each of the plurality of GaN nanopillars may have a shape of any one of polygons including a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, and an octagon when viewed in a plan view.

여기서, 광촉매는 복수의 GaN 나노 기둥의 노출된 측 벽면 및 상면에 랜덤(random)하게 부착되어 있을 수 있다. 이러한 광촉매는 RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS 및 TiO 중 선택된 1종 이상의 재질을 포함한다.Here, the photocatalyst may be randomly attached to the exposed side wall and upper surface of the plurality of GaN nanopillars. Such a photocatalyst includes at least one material selected from RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS, and TiO.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법은 전기화학 에칭법(EC etching)을 이용한 습식 에칭과 물리적 에칭법(physical etching)인 건식 에칭의 2단계 에칭을 적용하여 복수의 GaN 나노 기둥을 형성하는 것에 의해 다공성 구조를 가지면서 상호 간 일정 간격으로 이격 배치되어 외부로 노출되는 면적을 증가시킬 수 있게 된다.As described so far, the high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention include wet etching using electrochemical etching (EC etching) and dry etching, which is physical etching. By forming a plurality of GaN nanopillars by applying two-step etching of

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법은 복수의 GaN 나노 기둥이 다공성 구조를 가지므로 보다 넓은 표면적의 확보가 가능하며, 복수의 GaN 나노 기둥 서로 간 일정 간격으로 이격 배치되어 노출 면적을 극대화시킬 수 있으므로 광 전극의 물 분해 효율을 향상시킬 수 있게 된다.Accordingly, in the high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition and the method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention, a larger surface area can be secured because a plurality of GaN nanopillars have a porous structure, and the plurality of GaN nanopillars are mutually exclusive. Since the exposed area can be maximized by being spaced apart from each other at regular intervals, the water decomposition efficiency of the photoelectrode can be improved.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 및 그 제조 방법은 전기화학 에칭법(EC etching)과 물리적 에칭법(physical etching)을 2 단계로 적용하여 제작된 다공성의 GaN 나노 기둥은 단순히 1가지의 에칭법을 접목했을 때보다 보다 넓은 표면적과 함께 다양한 광촉매(photocatalyst)를 전면적에 도포 가능하게 할 수 있으므로 물 분해용 광 전극의 물 분해 효율을 극대화할 수 있는 구조적인 이점을 갖는다.As a result, the high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition and the method for manufacturing the same according to the embodiment of the present invention were produced by applying electrochemical etching (EC) and physical etching in two steps. GaN nanopillars have a larger surface area and can apply various photocatalysts over the entire area than when simply grafting one etching method, so it is possible to maximize the water decomposition efficiency of the photoelectrode for water decomposition. have an advantage

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not depart from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.

110 : 기판 120 : GaN 박막층
125 : 나노기공 GaN 박막층 130 : 절연층
140 : 금속 나노 마스크 패턴 150 : GaN 나노 기둥
160 : 광촉매
110: substrate 120: GaN thin film layer
125: nanoporous GaN thin film layer 130: insulating layer
140: metal nanomask pattern 150: GaN nanopillars
160: photocatalyst

Claims (15)

(a) GaN 박막층이 형성된 기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 기판 상의 GaN 박막층을 습식 에칭하여 나노기공 GaN 박막층을 형성하는 단계;
(c) 상기 나노기공 GaN 박막층 상에 절연층을 형성하는 단계;
(d) 상기 절연층 상에 금속 물질을 증착하여 금속 박막을 형성한 후, 상기 금속 박막을 어닐링 처리하여 일정 간격으로 이격 배치되는 복수의 금속 나노 마스크 패턴을 형성하는 단계;
(e) 상기 금속 나노 마스크 패턴에 의해 노출된 절연층 및 나노기공 GaN 박막층을 건식 에칭하여 복수의 GaN 나노 기둥을 형성하는 단계;
(f) 상기 복수의 GaN 나노 기둥 상의 절연층 및 금속 나노 마스크 패턴을 제거하는 단계; 및
(g) 상기 복수의 GaN 나노 기둥에 광촉매를 부착하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
(a) preparing a substrate on which a GaN thin film layer is formed;
(b) forming a nanoporous GaN thin film layer by wet etching the GaN thin film layer on the substrate;
(c) forming an insulating layer on the nanoporous GaN thin film layer;
(d) depositing a metal material on the insulating layer to form a metal thin film, then annealing the metal thin film to form a plurality of metal nano mask patterns spaced apart from each other at regular intervals;
(e) forming a plurality of GaN nanopillars by dry etching the insulating layer and the nanoporous GaN thin film layer exposed by the metal nanomask pattern;
(f) removing the insulating layer and the metal nanomask pattern on the plurality of GaN nanopillars; and
(g) attaching a photocatalyst to the plurality of GaN nanopillars;
High specific surface area GaN porous photoelectrode manufacturing method for water decomposition, characterized in that it comprises a.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 기판은
실리콘(Si), 사파이어(sapphire), 유리, 탄화규소(SiC), 산화갈륨(Ga2O3), GaN이 증착된 사파이어(GaN on Sapphire), InGaN이 증착된 사파이어(InGaN on sapphire, AlGaN이 증착된 사파이어(AlGaN on sapphire) 및 AlN이 증착된 사파이어(AlN on sapphire) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
According to claim 1,
In step (a),
the substrate is
Silicon (Si), sapphire (sapphire), glass, silicon carbide (SiC), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), GaN-deposited sapphire (GaN on Sapphire), InGaN-deposited sapphire (InGaN on sapphire, AlGaN) A method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, comprising any one of deposited sapphire (AlGaN on sapphire) and AlN deposited sapphire (AlN on sapphire).
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 습식 에칭은
전기화학 에칭(Electrochemical etching : EC) 방식으로 실시하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
According to claim 1,
In step (b),
The wet etching
A method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, characterized in that it is carried out by an electrochemical etching (EC) method.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 절연층은
SiO2 재질로 이루어지며, 10 ~ 200nm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
According to claim 1,
In step (c),
The insulating layer is
A high specific surface area GaN porous photoelectrode manufacturing method for water decomposition, characterized in that it is made of a SiO 2 material and formed to a thickness of 10 to 200 nm.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 금속 박막은
스퍼터링(sputtering) 또는 전자선 증착(electron-beam evaporation) 방식으로 Ni, Ag, Au. Al, Cu, Mo, Ti 및 Cr 중 선택된 1종 이상의 금속 물질을 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
According to claim 1,
In step (d),
The metal thin film
Ni, Ag, Au by sputtering or electron-beam evaporation method. A method of manufacturing a GaN porous photoelectrode with a high specific surface area for water decomposition, characterized in that it is formed by depositing at least one metal material selected from Al, Cu, Mo, Ti and Cr.
제5항에 있어서,
상기 금속 박막은
10 ~ 50nm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The metal thin film
A method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, characterized in that it is formed to a thickness of 10 to 50 nm.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 어닐링 처리는
어닐링 시작온도 400 ~ 550℃ 및 어닐링 종료온도 600 ~ 800℃ 조건으로, 상기 어닐링 시작온도 및 어닐링 종료온도 합산으로 1 ~ 60분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
According to claim 1,
In step (d),
The annealing treatment is
High specific surface area GaN porous photoelectrode manufacturing method for water decomposition, characterized in that the annealing start temperature 400 ~ 550 ℃ and annealing end temperature 600 ~ 800 ℃ conditions, the annealing start temperature and the annealing end temperature is carried out for 1 ~ 60 minutes .
제7항에 있어서,
상기 어닐링 처리는
상기 어닐링 시작온도부터 어닐링 종료온도까지 10 ~ 80℃/sec의 속도로 점진적으로 승온시키는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The annealing treatment is
High specific surface area GaN porous photoelectrode manufacturing method for water decomposition, characterized in that the temperature is gradually increased at a rate of 10 ~ 80 °C / sec from the annealing start temperature to the annealing end temperature.
제1항에 있어서,
상기 (e) 단계에서,
상기 복수의 GaN 나노 기둥 각각은
상기 복수의 금속 나노 마스크 패턴과 동일한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
According to claim 1,
In step (e),
Each of the plurality of GaN nanopillars is
A method of manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, characterized in that it has the same diameter as the plurality of metal nanomask patterns.
제1항에 있어서,
상기 (f) 단계에서,
상기 절연층 및 금속 나노 마스크 패턴은
BOE(buffered oxide etchant) 에천트를 이용한 습식 식각으로 제거하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
According to claim 1,
In step (f),
The insulating layer and the metal nano mask pattern
A method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, characterized in that it is removed by wet etching using a buffered oxide etchant (BOE) etchant.
제1항에 있어서,
상기 (g) 단계에서,
상기 광촉매는
RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS 및 TiO 중 선택된 1종 이상의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법.
According to claim 1,
In step (g),
The photocatalyst is
A method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, comprising at least one material selected from RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS and TiO.
제1항에 기재된 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극 제조 방법으로 제조된 광전극으로서,
기판;
상기 기판 상에 일정한 간격으로 이격 배치된 복수의 GaN 나노 기둥; 및
상기 복수의 GaN 나노 기둥의 표면에 부착된 광촉매;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극.
A photoelectrode prepared by the method for manufacturing a high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition according to claim 1,
Board;
a plurality of GaN nanopillars spaced apart from each other on the substrate; and
a photocatalyst attached to the surface of the plurality of GaN nanopillars;
High specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, characterized in that it comprises a.
제12항에 있어서,
상기 복수의 GaN 나노 기둥 각각은
평면 상으로 볼 때, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 팔각형을 포함하는 다각형 중 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극.
13. The method of claim 12,
Each of the plurality of GaN nanopillars is
A GaN porous photoelectrode with a high specific surface area for water decomposition, characterized in that it has any one shape of a polygon including a triangle, a square, a pentagon, a hexagon and an octagon when viewed in a plan view.
제12항에 있어서,
상기 광촉매는
RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS 및 TiO 중 선택된 1종 이상의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극.
13. The method of claim 12,
The photocatalyst is
High specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, characterized in that it contains at least one material selected from RhO, CrO, ZnS, NiO, CdS and TiO.
제12항에 있어서,
상기 광촉매는
상기 복수의 GaN 나노 기둥의 노출된 측 벽면 및 상면에 랜덤(random)하게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 물 분해용 고비표면적 GaN 다공성 광전극.
13. The method of claim 12,
The photocatalyst is
A high specific surface area GaN porous photoelectrode for water decomposition, characterized in that it is randomly attached to the exposed side wall and top surface of the plurality of GaN nanopillars.
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