KR20100131695A - 물리적 합성 방식을 이용한 도핑된 산화아연계 나노선 및 그 제조 방법 - Google Patents
물리적 합성 방식을 이용한 도핑된 산화아연계 나노선 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100131695A KR20100131695A KR1020090050419A KR20090050419A KR20100131695A KR 20100131695 A KR20100131695 A KR 20100131695A KR 1020090050419 A KR1020090050419 A KR 1020090050419A KR 20090050419 A KR20090050419 A KR 20090050419A KR 20100131695 A KR20100131695 A KR 20100131695A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- target material
- zinc oxide
- substrate
- laser
- nanowires
- Prior art date
Links
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 72
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title description 4
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 23
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000021251 pulses Nutrition 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VZPPHXVFMVZRTE-UHFFFAOYSA-N [Kr]F Chemical compound [Kr]F VZPPHXVFMVZRTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISQINHMJILFLAQ-UHFFFAOYSA-N argon hydrofluoride Chemical compound F.[Ar] ISQINHMJILFLAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910019655 synthetic inorganic crystalline material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011364 vaporized material Substances 0.000 description 2
- HGCGQDMQKGRJNO-UHFFFAOYSA-N xenon monochloride Chemical compound [Xe]Cl HGCGQDMQKGRJNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- -1 optoelectronics Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical group [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02587—Structure
- H01L21/0259—Microstructure
- H01L21/02603—Nanowires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G9/00—Compounds of zinc
- C01G9/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0254—Physical treatment to alter the texture of the surface, e.g. scratching or polishing
- C23C16/0263—Irradiation with laser or particle beam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
- C01P2004/16—Nanowires or nanorods, i.e. solid nanofibres with two nearly equal dimensions between 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
실시예들은 도핑된 산화아연계 나노선 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 도핑된 산화아연계 나노선은, 도펀트에 의해 도핑된 산화아연을 포함하는 타겟 물질에 레이저를 조사하여 기화시키는 단계; 및 기화된 타겟 물질을 기판상에 증착시키는 단계에 의해 제조될 수 있다. 도핑된 나노선 제조 방법은, 챔버 내에 기판 및 도펀트에 의해 도핑된 타겟 물질을 서로 인접하여 위치시키는 단계; 상기 챔버를 가열하는 단계; 및 상기 타겟 물질에 레이저를 조사하여, 상기 기판상에 상기 타겟 물질로 이루어진 나노선을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
나노선, 갈륨, 도핑, 산화아연, 온벽, 펄스 레이저, 증착
Description
본 발명의 실시예들은 물리적 합성 방식을 이용한 도핑된 산화아연계 나노선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
물리적, 화학적, 광학적, 역학적 특성은 입자의 크기와 형태에 따라 매우 민감하게 변할 수 있다. 나노기술을 적용하여 만든 나노물질 및 나노구조체(nano-sized structure)들은 촉매, 광전자, 전자 재료, 신소재, 의학을 포함한 정보통신공학, 전기전자공학 및 생명공학 등 광범위한 분야에서 응용이 진행되고 있으며, 응용 가능한 기술 개발에 많은 연구가 이루어지고 있다.
나노기술이 사용되는 분야 중에서 반도체 산업 분야는 점점 더 좁은 영역에 더 많은 전자소자를 집적하는 방향으로 진행되어, 나노기술이 나노구조체를 합성하여 적용되기에 이르렀다. 나노구조체란 나노크기, 즉, 나노미터(㎚) 정도의 크기를 갖는 구조체를 의미하며, 예컨대 기판상에 형성되는 나노위스커, 나노선, 나노막대, 나노시트, 나노튜브 등 1차원의 나노요소를 의미할 수 있다. 나노구조체를 합 성하여 응용하는 나노기술을 적용하여 반도체 산업 분야의 소자를 제작할 수 있다.
밴드갭이 약 3.35전자볼트(eV)이며 n형 반도체인 산화아연은, 다양한 분야에의 응용 가능성이 확인되면서 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 산화아연은 상대적으로 넓은 밴드갭과 더불어 상대적으로 높은 60 meV의 엑시톤 결합에너지(exciton binding energy)를 가지고 있어, 단파장 영역에서의 광전자 소자로서의 응용 연구가 많이 이루어지고 있다. 산화아연은 상대적으로 고품질의 단결정 성장이 용이하고, 전기 전도도의 제어가 가능하여 발광소자 및 전하수송 소자로의 응용 가능성이 매우 크다.
산화아연의 응용 분야로는 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor) 소자, 단일전자트랜지스터(Single Electron Transistor) 소자, 표면탄성파(Surface Acoustic Wave) 소자, 자외선발광소자, 태양전지, 압전소자, 센서, 광도파로, 자외선(UV) 센서, 광스위치, 스핀소자 등을 들 수 있다.
특히 산화아연 나노선에 관련하여, 산화아연 물성들을 규명하고 활용하려는 시도가 최근 활발하게 이루어지고 있다. 산화아연 나노선은 발광소자 또는 레이저 다이오드 등과 같은 저전압 단파장 나노 광전소자를 만들 수 있는 중요한 나노 빌딩 블럭이 될 수 있기 때문에 특히 집중적인 관심이 쏠리고 있다. 1차원의 산화아연 나노선은 양자 효과를 이용한 상대적으로 낮은 문턱 레이저 에너지를 갖게 되고, 이는 캐리어 제한으로 인한 방사성 결합(radiative recombination)을 향상시킬 수 있다.
반도체 나노선을 성장하는데 이용될 수 있는 기술들로는, 열적으로 파우더를 날려 증기상태로 만들고 기판위에 증착시키는 기상증착(vapor-solid) 방법, 촉매 물질과 나노선 물질이 공융점(eutectic point)에서 공융 합금(eutectic alloy)을 형성하도록 한 다음 적하방울(droplet)에서 나노선이 성장하게 하는 방법인 기상액화증착(vapor-liquid-solid) 방법 등이 있다.
또한, 연속적으로 크기를 결정하고, 결정 나노선의 성장 방향을 지향하는 액체 나노클러스터를 생성하는 레이저 절제(laser ablation) 방법, 반응성 분자를 증기상태로 만들어 기판에 나노선을 증착시키는 화학적 증착법(Chemical Vapor Deposition), 유기금속의 화학반응을 이용하여 증착하는 유기 금속 화학적 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 가열된 기판위에 열적으로 증발하는 분자나 또는 원자빔들을 직접적으로 에피텍셜(epitaxial)하게 성장시키는 분자빔 증착법(Molecular Bean Epitaxy) 등이 있다.
본 발명의 실시예들은, 온벽을 갖는 챔버 및 펄스 레이저 증착법을 이용함으로써 도펀트에 의해 도핑된 스택(stack) 형상의 산화아연계 나노선, 및 상기 나노선을 물리적 합성 방식으로 제조할 수 있는 도핑된 나노선의 제조 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 도핑된 산화아연계 나노선은, 도펀트에 의해 도핑된 산화아연을 포함하는 타겟 물질에 레이저를 조사하여 기화시키는 단계; 및 기화된 타겟 물질을 기판상에 증착시키는 단계에 의하여 제조될 수 있다. 이때 도펀트는, 갈륨, 알루미늄, 붕소, 비소, 인, 금, 안티몬, 리튬, 질소, 구리, 실리콘, 텅스텐 및 니오븀으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수도 있다.
일 실시예에 따른 도핑된 나노선 제조 방법은, 챔버 내에 기판 및 도펀트에 의해 도핑된 타겟 물질을 서로 인접하여 위치시키는 단계; 상기 챔버를 가열하는 단계; 및 상기 타겟 물질에 레이저를 조사하여, 상기 기판상에 상기 타겟 물질로 이루어진 나노선을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들을 이용하면 물리적 합성 방식으로 도펀트에 의해 도핑된 나노선을 효과적으로 제조할 수 있다. 또한, 나노선의 조성과 도핑을 제어하여 나노선을 제조할 수 있으므로, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 나노선은 여러 가 지 소자 기술에 있어 다기능 부품으로서 다양하게 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 도핑된 산화아연계 나노선을 제조하기 위한 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 상기 장치는 챔버(10), 기판(20), 타겟 물질(30), 가열기(40) 및 레이저 발생기(50)를 포함할 수 있다. 챔버(10)는 구, 원기둥, 또는 다른 적당한 형상으로 되어 있을 수 있다.
챔버(10) 안의 압력은 적절히 조절될 수 있으며, 챔버(10) 안은 진공 상태일 수도 있다. 예를 들어, 챔버(10) 안의 압력은 약 10-3 토르(torr)일 수도 있다. 챔버(10)는 펌프 등을 사용하여 챔버(10) 내의 기체를 외부로 배출하기 위한 배출구(100) 및 챔버(10) 내에 기체를 주입하기 위한 주입구(110)를 포함할 수도 있다. 주입구(110)를 통하여 챔버(10) 내로 아르곤(Ar) 등의 비활성 기체를 유입하면서 챔버(10) 내의 압력을 조절할 수 있다.
챔버(10)는 부분적으로 레이저를 통과시키기 위한 투과창(140)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 투과창(140)은 유리로 이루어질 수도 있다. 또한, 챔버(10)는 기판(20)과 타겟 물질(30) 각각을 지지하기 위한 지지부(120, 130)를 포함할 수도 있다. 각 지지부(120, 130)는 상대적으로 고온에서도 안정한 물질로 이루어질 수 있으며, 예컨대 몰리브덴(Mo) 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(20)은 지지부(120)에 의해 지지되어 챔버(10) 내에 위치할 수 있다. 기판(20)은 사파이어(Al2O3) 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 기판(20)은 기판(20)상의 촉매 물질(200)을 포함할 수도 있다. 촉매 물질(200)은 증착, 도금, 스퍼터링(sputtering), 또는 다른 적당한 방법에 의하여 기판(20)상에 형성될 수 있다. 기판(20)상에 형성된 촉매 물질(200)은 추후 형성될 나노선(210)의 성장을 촉진시키는 역할을 할 수 있다. 촉매 물질(200)은 금(Au) 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다. 기판(10)상에 나노선(210)을 형성하는 경우에 비해 촉매 물질(200)상에 나노선(210)을 성장시키는 경우 나노선(210)의 성장이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.
챔버(10) 내에는 기판(20)과 인접하여 타겟 물질(30)이 위치할 수 있다. 추후 타겟 물질(30)이 레이저에 의하여 기화됨으로써 기판(20)상에 나노선(210)이 형성될 수 있다. 타겟 물질(30)은 도펀트에 의해 도핑된 물질로서, 가루 또는 덩어리 등 다양한 형태일 수도 있다. 도펀트에 의해 도핑된 타겟 물질(30)을 형성하는 방법에 대해서는 종래의 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition; PLD) 등을 통하여 당업자들에게 널리 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.
일 실시예에서, 타겟 물질(30)은 도핑된 산화아연(ZnO)으로 이루어질 수도 있다. 또한, 타겟 물질(30) 내의 도펀트로는 갈륨(Ga)이 사용될 수도 있다. 갈 륨(Ga)으로 도핑된 산화아연(ZnO)으로 이루어진 타겟 물질(30)을 이용함으로써, 기판(20)상에 n형 반도체인 나노선(210)을 형성할 수 있다. 이때, 타겟 물질(30)에 포함된 갈륨(Ga)은 나노선(210)에서 아연(Zn)을 치환하면서 n형 반도체의 확산용 소스로서 작용할 수 있다.
타겟 물질(30)에 도핑되는 도펀트의 양은 나노선(210)에서 구현하고자 하는 반도체 특성에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 타겟 물질(30)은 1 중량%(wt%) 내지 5 wt%의 양으로 갈륨(Ga)이 도핑된 산화아연(ZnO)으로 이루어질 수도 있다.
또한, 다른 실시예에서, 타겟 물질(30) 내의 도펀트로는 알루미늄(Al), 붕소(B), 비소(As), 인(P), 금(Au), 안티몬(Sb), 리튬(Li), 질소(N), 구리(Cu), 실리콘(Si), 텅스텐(W) 또는 니오븀(Nb) 등이 사용될 수도 있다.
가열기(40)는 챔버(10)를 소정의 온도로 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열기(40)는 챔버(10) 내의 온도가 약 500℃ 내지 약 1400℃의 온도가 되도록 챔버(10)를 가열할 수 있다. 가열기(40)는 챔버(10)의 외부에 챔버(40)와 접촉하여 위치할 수 있다. 가열기(40)가 챔버(10) 외부에 위치함으로써 챔버(10)가 온벽(hot-wall)을 갖도록 하여 나노선(210) 형성에 적합한 환경을 조성할 수 있다.
레이저 발생기(50)는 챔버(10) 내의 타겟 물질(30)에 레이저를 조사할 수 있다. 레이저 발생기(50)에 의해 조사된 레이저는 챔버(10)의 투과창(140)을 통하여 챔버(10) 내로 조사될 수 있다. 가열기(40)에 의하여 가열된 챔버(10) 내에서 타겟 물질(30)에 레이저가 조사되면, 레이저와 타겟 물질(30)의 상호 작용으로 인하여 타겟 물질(30)의 열적 및/또는 비열적 분해 현상이 발생할 수 있다. 분해되어 기화된 물질이 타겟 물질(30)에 인접하여 위치하는 기판(20)에 증착되어, 기판(20) 상에 나노선(210)이 형성될 수 있다.
따라서, 기판(20)상에 형성되는 나노선(210)은 타겟 물질(30)과 동일한 조성을 갖게 된다. 예를 들어, 갈륨(Ga) 도핑된 산화아연(ZnO)으로 이루어진 타겟 물질(30)을 이용하여 기판(20)상에 나노선(210)을 형성할 경우, 형성된 나노선(210)은 타겟 물질(30)과 마찬가지로 갈륨(Ga)이 도핑된 산화아연(ZnO)으로 이루어지며, 따라서 n형 반도체 특성을 갖게 된다.
일 실시예에서, 레이저 발생기(50)는 약 248 nm의 파장을 갖는 불화크립톤(KrF) 레이저, 약 193 nm의 파장을 갖는 불화아르곤(ArF) 레이저, 또는 약 308nm 의 파장을 갖는 염화크세논(XeCl) 레이저 등의 엑시머(excimer) 레이저 발생기를 포함할 수 있다. 또한, 레이저 발생기(50)는 약 355 nm의 파장을 갖는 네오디뮴(neodymium)-이트륨(yttrium)·알루미늄(aluminum)·가닛(garnet) 레이저(Nd:YAG laser) 발생기를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 레이저 발생기(50)는 펄스 레이저를 조사할 수도 있다. 이때 펄스 레이저의 주파수는 약 1 내지 약 20 Hz일 수도 있다. 또한 레이저 발생기(50)는 레이저 발생기(50)와 챔버(10) 사이에 위치하는 렌즈(500)를 포함하며, 렌즈(500)를 이용하여 타겟 물질(30)의 단위 면적에 전달되는 에너지가 펄스 당 수 J/cm2 정도가 되도록 레이저 빔을 집속할 수도 있다.
한편, 타겟 물질(30)을 고정하는 지지부(130)는 타겟 물질(30)을 탑재한 채로 소정의 속도로 회전할 수 있다. 예를 들어, 지지부(130)는 챔버(10) 외부의 모터(300) 등에 연결되어 회전할 수 있다. 일 실시예에서, 지지부(130)는 0 내지 약 20 rpm의 분당 회전수로 회전할 수도 있다. 지지부(130)가 회전함에 따라 타겟 물질(30)에 레이저가 조사되는 위치가 이동하게 된다. 따라서, 타겟 물질(30)의 동일한 영역에 레이저가 지속적으로 조사되는 것을 방지할 수 있으며, 결과적으로 타겟 물질(30)의 각 영역을 상대적으로 균일하게 소모할 수 있다. 또한, 타겟 물질(30)의 부분적인 열산화나 온도차의 형성을 방지하여, 기판(20)상에 덩어리 등의 이상 증착이 일어나는 방지할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 온벽을 갖는 챔버(10) 및 레이저 발생기(50)를 이용하여 기판(20)상에 물리적 증착 방식으로 나노선(210)을 형성할 수 있다. 이때, 기판(20) 상에는 나노선(210)의 성장을 촉진하기 위한 촉매 물질(200)이 형성되어 있을 수도 있다. 타겟 물질(30)은 도펀트에 의하여 도핑된 물질로 이루어지며, 기판(20)상에 형성되는 나노선(210)은 타겟 물질(30)과 동일한 조성을 가지므로, 결과적으로 도펀트에 의해 도핑된 나노선(210)을 형성할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 일 실시예에 따른 도핑된 나노선 제조 방법의 각 단계를 도시한 개략도이다.
도 2a를 참조하면, 기판(20) 및 기판(20)과 인접하여 위치하는 타겟 물질(30)을 준비할 수 있다. 기판(20) 및 타겟 물질(30)은 챔버(10; 도 1 참조) 내에 위치할 수도 있다. 기판(20)은 사파이어 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있 다. 타겟 물질(30)은 도펀트에 의하여 도핑된 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 타겟 물질(30)은 갈륨(Ga)으로 도핑된 산화아연(ZnO)으로 이루어질 수도 있다. 예컨대, 타겟 물질(30)은 1 wt%, 3 wt% 또는 5 wt%의 비율로 갈륨(Ga)이 도핑된 산화아연(ZnO)으로 이루어질 수도 있다. 또한, 다른 실시예에서, 타겟 물질(30) 내의 도펀트로는 알루미늄(Al), 붕소(B), 비소(As), 인(P), 금(Au), 안티몬(Sb), 리튬(Li), 질소(N), 구리(Cu), 실리콘(Si), 텅스텐(W) 또는 니오븀(Nb) 등이 사용될 수도 있다.
도 2b를 참조하면, 기판(20) 상에 촉매 물질(200)을 형성할 수도 있다. 촉매 물질(200)은 금(Au) 또는 다른 적당한 물질로서, 촉매 물질(200)상의 나노선의 형성을 촉진할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 촉매 물질(200)은 증착, 스퍼터링, 또는 다른 적당한 방법에 의하여 기판(20)상에 형성될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 다음으로 기판(20)과 타겟 물질(30)이 위치한 챔버(10; 도 1 참조)를 가열하고, 타겟 물질(30)에 레이저를 조사함으로써 기판(20)상에 나노선(210)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 챔버의 가열 온도는 약 500℃ 내지 약 1400℃일 수도 있다.
타겟 물질(30)의 소정의 영역(A)에 레이저가 조사되면, 레이저와 타겟 물질(30)의 상호 작용으로 인하여 타겟 물질(30)의 열적 및/또는 비열적 분해 현상이 일어날 수 있다. 그 결과, 레이저가 조사된 영역(A)의 타겟 물질(30)은 분해되어 기화되며, 기화된 물질들은 타겟 물질(30)과 인접하여 위치하는 기판(20)상에 나노선(210)의 형상으로 증착될 수 있다.
이때 타겟 물질(30)에 조사되는 레이저는 불화크립톤(KrF) 레이저, 불화아르곤(ArF) 레이저, 염화크세논(XeCl) 레이저 등의 엑시머 레이저일 수 있으며, 또는 Nd:YAG 레이저일 수도 있다. 또한, 타겟 물질(30)에 조사되는 레이저는 펄스 레이저일 수도 있다. 이때 펄스 레이저의 주파수는 1 내지 20 Hz일 수도 있다. 또한, 펄스 레이저는 타겟 물질(30)의 단위 면적에 전달되는 에너지가 펄스 당 수 J/cm2 정도가 되는 세기일 수도 있다.
도 3a는 실시예들에 따라 제조된 나노선을 촬영한 전자현미경 사진이며, 도 3b는 도 3a의 사진을 확대한 사진이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 실시예들에 따라 제조된 나노선은 스택(stack) 형상을 갖는다. 즉, 나노선은 나노선의 길이 방향으로 복수 개의 층이 적층되어 이루어진 형상으로 되어 있다. 이는 나노선 내에 도펀트가 포함되었기 때문에 나타나는 형상으로서, 실시예들에 의하여 도핑된 나노선이 제조되었음을 확인할 수 있다.
도 4는 실시예들에 따라 제조된 나노선의 X선 회절 분석기에 의한 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4는 도핑된 산화아연(ZnO)으로 이루어진 타겟 물질을 이용하여 사파이어(Al2O3) 기판상에 나노선을 형성한 다음, 나노선을 X선 회절 분석기에 의해 분석한 결과를 회절 각도에 따른 강도로 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, X선 회절 분석 결과는 2개의 강도 피크(peak)를 나타내며, 각각의 피크(400, 410)는 산화아연(ZnO)과 사파이어(Al2O3)의 물성을 나타낸다. 즉, 피크(400)는 산화아연(ZnO)으로 이루어진 나노선으로 인해 나타나는 것이며, 피 크(410)는 사파이어(Al2O3)로 이루어진 기판으로 인해 나타나는 것이다. 따라서, 실시예들에 의해 산화아연(ZnO) 나노선이 형성되었음을 확인할 수 있다.
도 5 는 실시예들에 따라 제조된 나노선의 광루미네선스(Photoluminescence; PL)에 의한 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5는 도핑된 산화아연(ZnO)으로 이루어진 타겟 물질을 이용하여 형성된 나노선을 PL에 의해 분석한 결과를 파장에 따른 PL 강도로 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, PL에 의한 분석 결과는 파장이 약 400 nm 및 약 800 nm인 지점들에서 2개의 피크를 갖는다. 파장 약 400 nm에서의 피크는 산화아연(ZnO) 결정성으로 인하여 나타나는 피크이며, 파장 약 800 nm에서의 피크는 산화아연(ZnO) 자체의 결함으로 인하여 나타나는 피크이다. 따라서, 실시예들에 의해 산화아연(ZnO) 나노선이 형성되었음을 확인할 수 있다.
도 6은 실시예들에 따라 기판 및 기판상의 촉매 물질상에 형성된 나노선을 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 6을 참조하면, 사진의 좌측은 촉매 물질상에 형성된 나노선을 나타내며, 사진의 우측은 기판상에 형성된 나노선을 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 기판상에 바로 나노선을 형성하는 경우에 비해 촉매 물질상에 나노선을 형성하는 경우 나노선의 형성이 상대적으로 원활하게 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로 부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 도핑된 산화아연계 나노선을 제조하기 위한 장치의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 일 실시예에 따른 도핑된 나노선 제조 방법의 각 단계를 도시한 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 실시예들에 따라 제조된 나노선을 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 4는 실시예들에 따라 제조된 나노선의 X선 회절 분석기에 의한 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 실시예들에 따라 제조된 나노선의 광루미네선스에 의한 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예들에 따라 기판 및 기판상의 촉매 물질상에 형성된 나노선을 촬영한 전자현미경 사진이다.
Claims (5)
- 도펀트에 의해 도핑된 산화아연을 포함하는 타겟 물질에 레이저를 조사하여 기화시키는 단계; 및기화된 상기 타겟 물질을 기판상에 증착시키는 단계에 의하여 제조되며,상기 도펀트는, 갈륨, 알루미늄, 붕소, 비소, 인, 금, 안티몬, 리튬, 질소, 구리, 실리콘, 텅스텐 및 니오븀으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 도핑된 산화아연계 나노선.
- 챔버 내에 기판 및 도펀트에 의해 도핑된 타겟 물질을 서로 인접하여 위치시키는 단계;상기 챔버를 가열하는 단계; 및상기 타겟 물질에 레이저를 조사하여, 상기 기판상에 상기 타겟 물질로 이루어진 나노선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도핑된 나노선 제조 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 타겟 물질은 상기 도펀트 및 산화아연을 포함하여 이루어지며,상기 도펀트는, 갈륨, 알루미늄, 붕소, 비소, 인, 금, 안티몬, 리튬, 질소, 구리, 실리콘, 텅스텐 및 니오븀으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 도핑된 나노선 제조 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 나노선을 형성하는 단계는 상기 타겟 물질에 펄스 레이저를 조사하는 단계를 포함하되,상기 펄스 레이저의 주파수는 1 내지 20 Hz 인 것을 특징으로 하는 도핑된 나노선 제조 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 타겟 물질의 가열 온도는 500 내지 1400℃ 이며,상기 나노선을 형성하는 단계는 상기 타겟 물질을 회전시키면서 상기 타겟 물질에 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도핑된 나노선 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090050419A KR20100131695A (ko) | 2009-06-08 | 2009-06-08 | 물리적 합성 방식을 이용한 도핑된 산화아연계 나노선 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090050419A KR20100131695A (ko) | 2009-06-08 | 2009-06-08 | 물리적 합성 방식을 이용한 도핑된 산화아연계 나노선 및 그 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100131695A true KR20100131695A (ko) | 2010-12-16 |
Family
ID=43507606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090050419A KR20100131695A (ko) | 2009-06-08 | 2009-06-08 | 물리적 합성 방식을 이용한 도핑된 산화아연계 나노선 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20100131695A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101337482B1 (ko) * | 2011-10-04 | 2013-12-06 | 동의대학교 산학협력단 | 나노 구조체 합성 방법 |
| KR101337481B1 (ko) * | 2011-10-04 | 2013-12-06 | 동의대학교 산학협력단 | 나노 구조체 제조 방법 |
-
2009
- 2009-06-08 KR KR1020090050419A patent/KR20100131695A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101337482B1 (ko) * | 2011-10-04 | 2013-12-06 | 동의대학교 산학협력단 | 나노 구조체 합성 방법 |
| KR101337481B1 (ko) * | 2011-10-04 | 2013-12-06 | 동의대학교 산학협력단 | 나노 구조체 제조 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | ZnSe nanostructures: synthesis, properties and applications | |
| Hoang et al. | Large-area synthesis of transition metal dichalcogenides via CVD and solution-based approaches and their device applications | |
| Yang et al. | Progress in pulsed laser deposited two-dimensional layered materials for device applications | |
| Ghoshal et al. | Direct synthesis of ZnO nanowire arrays on Zn foil by a simple thermal evaporation process | |
| Fang et al. | Heterostructures and superlattices in one-dimensional nanoscale semiconductors | |
| KR20090101617A (ko) | 산화아연 나노와이어의 제조방법 | |
| Xiaowei et al. | ZnO nanostructures and their applications | |
| Alwadai et al. | Catalyst-free vertical ZnO-nanotube array grown on p-GaN for UV-light-emitting devices | |
| CA2890117A1 (en) | Nanometer sized structures grown by pulsed laser deposition | |
| Sankaranarayanan et al. | Catalytic growth of gallium nitride nanowires on wet chemically etched substrates by chemical vapor deposition | |
| Demirel et al. | Synthesis of blue-shifted luminescent colloidal GaN nanocrystals through femtosecond pulsed laser ablation in organic solution | |
| Ma et al. | Facile method to prepare CdS nanostructure based on the CdTe films | |
| CN109706434B (zh) | 一种固溶体纳米线及其制备方法和用途 | |
| KR20100131695A (ko) | 물리적 합성 방식을 이용한 도핑된 산화아연계 나노선 및 그 제조 방법 | |
| Umar et al. | Two-step growth of hexagonal-shaped ZnO nanowires and nanorods and their properties | |
| JP4129528B2 (ja) | β−ＦｅＳｉ２結晶粒子を含む薄膜及びこれを用いた発光材料 | |
| Umar et al. | High aspect-ratio ZnO nanowires based nanoscale field effect transistors | |
| KR101091609B1 (ko) | 은 및 ⅲ족 원소에 의해 코-도핑된 나노선, 그 제조 장치 및 방법 | |
| JP2011051868A (ja) | ｐ型ＺｎＯナノ構造体および該ｐ型ＺｎＯナノ構造体を備えてなる紫外線センサならびにｐ型ＺｎＯナノ構造体の製造方法 | |
| KR20090009510A (ko) | 나노선의 제조방법 | |
| KR20120080815A (ko) | 타겟 회전 방식 온벽 펄스 레이저 증착을 이용한 나노 구조체 합성 장치 및 방법 | |
| KR20100131690A (ko) | 은이 도핑된 나노선, 이를 포함하는 소자 및 그 제조 방법 | |
| KR100845704B1 (ko) | 나노와이어의 제조방법 및 나노와이어가 성장된 기판 | |
| KR102586178B1 (ko) | 나노선 결정상 제조 장치 및 나노선 결정상 제조 방법 | |
| LIU | Zhen GUO |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |