KR20000000123A - 질화갈륨의 촉매 성장법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GaN 의 촉매성장법에 관한 것이다. Ga과 암모니아가 직접반응하고 있는 갈륨액체 속에 촉매를 넣어 GaN를 성장하였다. 분말형태의 촉매와 망 형태의 촉매는 GaN의 활성화 에너지를 감소시켜 반응속도를 증가하였으며 공급 되어지는 암모니아의 열분해를 촉진시키는 역할도 동시에 수행하였다. 촉매의 전처리 과정을 거친후 금속 Ga을 촉매와 함께 넣고 가열하면서 N을 포함하는 기체를 공급하여 열에 의해 분해된 기체와 Ga 이 영액속에서 반응하여 GaN 분말을 합성하게 된다. 촉매 작용에 의해서 GaN의 초기 핵이 생성되고 GaN이 성장함으로서 기존의 방법보다 높은 수율의 GaN 분말을 얻을수 있었다.

촉매로 이용되어지는 물질은 Ni, Co, Pt...등과 같은 전이금속을 사용하였으며 분말형태와 망 형태의 그물구조를 가진 촉매를 이용하였다.

Description

질화갈륨의 촉매 성장법{.}

본 발명은 GaN 분말의 합성에 관한 것으로서 본 발명에서 사용되어진 장치와 그리고 실험 방법에 관한 것이다.

기존의 GaN 분말의 합성은 고압 반응기에서 Ga과 암모니아를 반응하여 합성하는 법과 전구 물질을 이용한 낮은 온도에서의 GaN 분말의 합성법들이 이용되어졌다. 이 방법으로 성장한 GaN 분말은 남아있는 Ga으로부터 GaN를 추출해내야 되는 과정과 상온에서의 폭발의 위험이 상존하는 전구물질 제조 및 보관에 문제를 나타내고 있으면 고압에서의 성장은 고압을 유지하기 위한 설비와 실험의 안전을 위한 시설들이 필요로 하게 되어진다.

전구 물질의 합성과정은 많은 주의와 산소가 없는 진공에서의 작업을 필요로 한다. 이로 인하여 여러 단계의 과정을 필요로 하며 세심한 주의를 요구한다.

도 1은 기존의 GaN 분말 성장 장치의 구조도로서 액체 갈륨에 전달관을 이용하여 암모니아 기체를 불어 넣어줌으로서 액체 갈륨 안에서 직접 반응을 통한 GaN 분말을 성장하였다. 이 방법은 장시간의 실험시간과 고 순도의 분말을 위해 정제과정이 필요하다. 그리고 정제과정이 완전하지 않으면 Ga이 생성물에 존재하고 공기 중에서 쉽게 산화될 수 있다.

본 발명은 상기 문제점을 보안하고 새로운 개념의 촉매 합성방법을 제시하고 있다. 기존의 방법들을 수행하기 위해서 장시간의 실험과 복잡하고 많은 비용 및 장치가 필요하였으나 본발명은 촉매 물질의 첨가와 촉매물질의 형태 변경만으로 기존의 방법보다 더 높은 수율과 좋은 품질의 GaN분말을 얻는데 목적을 두고 있다.

도 1은 기존의 GaN를 성장하기 위한 장치의 구조도

도 2는 본 발명에 사용되는 GaN 성장 장치의 구조도

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 Ga과 암모니아가 직접 반응하고 있는 갈륨 액체 속에 촉매를 넣어 반응하였다. 도 2는 기존의 GaN 분말 합성 방법에 촉매를 첨가하여 GaN 분말을 합성하는 장치이다. 촉매로 사용되어진 물질은 전이 금속 계열이며 형태는 100㎛ 이하의 분말형태와 망형태를 사용하였다. 분말 형태의 촉매와 망 형태의 촉매는 GaN의 활성화에너지를 감소시켜 반응속도를 증가하였으며 공급되어지는 암모니아의 열분해를 촉진하는 역할도 동시에 수행하였다. 전달관을 통해 액체 갈륨안으로 불어넣어진 암모니아기체는 촉매사이를 통과하면서 분해과정이 촉진되어지고 분해된 암모니아 이온과 액체 갈륨의 결합을 촉진한다. 촉매의 표면적에서 공급되어지는 기체의 분해과정과 GaN로의 합성과정이 함께 이루어지고 활성화 에너지가 낮은 반응경로로 따라 화학반응의 속도를 높여줄 수 있어서 반응 시간을 줄일 수 있으며 원하는 생성물의 선택성을 향상시킬 수 있다.

위에서 상술한 바와 같이 촉매를 사용 하므로서 GaN 성장 반응 시간을 단축할 수 있으며 생성물의 선택도를 증가할 수 있다. 촉매에 의해 GaN의 초기 핵의 생성과 GaN의 성장 속도가 빨라지고 분말의 크기가 증가하게 된다. 촉매의 열분해과정과 합성물질의 활성화에너지를 감소시킴으로서 생성물의 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 촉매를 이용하여 GaN을 제조하는 방법
2. 제 1항에 있어서 촉매로 Ni Co Pt 등을 포함하는 전이금속을 사용하여 GaN 분말을 제조하는 방법
3. 제 1항에 있어서 촉매로 사용되어지는 물질의 크기가 100㎛ 이하이거나 촉매의 형태가 분말상과 망 형태의 그물 구조를 가진 촉매