KR20130016674A - 코어-셸 구조의 ＺｎＳｎＯ3/ＺｎＯ 나노와이어, ＺｎＳｎＯ3/ＺｎＯ 나노와이어의 그 형성방법 및 ＺｎＳｎＯ3/ＺｎＯ 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자와, ＺｎＳｎＯ3 나노와이어의 그 형성방법 및 ＺｎＳｎＯ3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자 - Google Patents

코어-셸 구조의 ＺｎＳｎＯ3/ＺｎＯ 나노와이어, ＺｎＳｎＯ3/ＺｎＯ 나노와이어의 그 형성방법 및 ＺｎＳｎＯ3/ＺｎＯ 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자와, ＺｎＳｎＯ3 나노와이어의 그 형성방법 및 ＺｎＳｎＯ3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자 Download PDF

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Abstract

ZnSnO3/ZnO 나노와이어, ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 그 형성방법 및 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자와, ZnSnO3 나노와이어의 그 형성방법 및 ZnSnO3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자가 개시된다. 개시된 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 코어(core)와 상기 코어를 둘러싸는 셸(shell)로 구성된 코어-셸 구조를 가지며, 상기 코어는 ZnSnO3를 포함하고, 상기 셸은 ZnO를 포함한다.

Description

코어-셸 구조의 ＺｎＳｎＯ3/ＺｎＯ 나노와이어, ＺｎＳｎＯ3/ＺｎＯ 나노와이어의 그 형성방법 및 ＺｎＳｎＯ3/ＺｎＯ 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자와, ＺｎＳｎＯ3 나노와이어의 그 형성방법 및 ＺｎＳｎＯ3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자{ZnSnO3/ZnO nanowire having core-shell structure, method of forming ZnSnO3/ZnO nanowire and nano generator including ZnSnO3/ZnO nanowire, and method of forming ZnSnO3 nanowire and nano generator including ZnSnO3 nanowire}
코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어, ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 그 형성방법 및 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자와, ZnSnO3 나노와이어의 그 형성방법 및 ZnSnO3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자에 관한 것이다.
최근에는 에너지를 하베스팅하는 기술이 이슈화로 떠오르고 있다. 에너지를 하베스팅하는 소자들 중 압전특성을 이용한 에너지 발전소자는 태양전지, 풍력발전기, 연료전지 등과 같은 발전 소자와는 달리 주변에 존재하는 미세 진동이나 인간의 움직임으로부터 발생된 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 추출할 수 있는 새로운 친환경 에너지 발전소자라 할 수 있다. 한편, 최근에는 나노기술의 발달로 인해 나노 크기의 소자를 쉽게 만들 수 있는 수준에 이르렀다. 그러나, 현재 전력 공급이 대부분을 차지하는 배터리는 나노 소자에 비해 큰 면적을 차지할 뿐만 아니라 제한된 수명으로 나노 소자의 성능 및 독립적 구동을 제한시키는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 나노 사이즈의 압전 물질을 이용한 나노 발전소자가 개발되고 있다. 하지만, 현재 압전특성을 이용한 나노 발전소자는 일반적으로 ZnO 압전 물질을 이용하여 제작하기 때문에 에너지 효율이 낮다는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어, ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 그 형성방법 및 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자와, ZnSnO3 나노와이어의 그 형성방법 및 ZnSnO3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
코어(core)와 상기 코어를 둘러싸는 셸(shell)로 구성된 코어-셸 구조를 가지며, 상기 코어는 ZnSnO3를 포함하고, 상기 셸은 ZnO를 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어가 제공된다.
상기 ZnSnO3는 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가지며, 상기 ZnO는 헥사고널(hexagonal) 결정구조를 가질 수 있다. 이러한 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 열 화학기상증착법(thermal CVD)에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서,
ZnO 파우더, SnO 파우더 및 카본 파우더를 소정 비율로 혼합하는 단계;
퍼니스(furnace) 내에 기판과 상기 혼합된 파우더를 이격되게 마련하는 단계; 및
상기 혼합된 파우더를 가열하여 상기 기판 상에 ZnSnO3를 포함하는 코어와 상기 코어를 둘러싸는 것으로 ZnO를 포함하는 셸로 이루어진 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법이 제공된다.
상기 기판은 단결정 Si, 사파이어, ZnO 또는 ZnSnO3를 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다. 여기서, 상기 촉매층은 노블(noble) 금속, 전이 금속 또는 전이금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 촉매층은 Zn, ZnO 또는 ZnSnO3를 포함할 수 있다.
상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 성장시키는 단계는, 상기 퍼니스 내의 상기 혼합된 파우더를 제1 온도까지 상승시켜 증발시키는 단계; 및 상기 제1 온도를 소정 시간 유지하면서 상기 기판 상에 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 혼합된 파우더가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 상승된 이후 부터는 상기 퍼니스 내에 비활성 가스(inert gas)를 흘려주는 단계가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서,
ZnO 파우더, SnO 파우더 및 카본 파우더를 소정 비율로 혼합하는 단계;
퍼니스(furnace) 내에 기판과 상기 혼합된 파우더를 이격되게 마련하는 단계; 및
상기 혼합된 파우더를 가열하여 상기 기판 상에 ZnSnO3 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 ZnSnO3 나노와이어의 형성방법이 제공된다.
상기 기판은 단결정 Si, 사파이어, ZnO 또는 ZnSnO3를 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있으며, 상기 촉매층은 Zn, ZnO 또는 ZnSnO3를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서,
코어(core)와 상기 코어를 둘러싸는 셸(shell)로 구성된 코어-셸 구조를 가지며, 상기 코어는 ZnSnO3를 포함하고, 상기 셸은 ZnO를 포함하는 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자가 제공된다.
상기 나노 발전소자는 기판; 상기 기판 상부에 이격되게 마련되는 제1 전극과, 상기 기판과 제1 전극 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함할 수 있다.
상기 기판은 도전성 물질을 포함할 수 있다.
상기 기판 상에는 제2 전극이 형성되어 있고, 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 마련될 수 있다. 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 상기 기판에 대하여 수직 또는 소정 각도로 경사지게 배열될 수 있다.
상기 나노 발전소자는 동일 평면 상에서 서로 이격되게 배치되는 복수의 전극과, 상기 전극들 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함할 수 있다.
상기 전극들은 일정한 간격으로 서로 나란하게 배치될 수 있으며, 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 상기 전극들에 대하여 수직 또는 소정 각도로 경사지게 마련될 수 있다. 상기 전극들은 서로 직렬로 연결될 수 있으며, 상기 전극들 및 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 기판 상에 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서,
적어도 하나의 ZnSnO3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자가 제공된다.
상기 나노 발전소자는 기판과, 상기 기판 상부에 이격되게 마련되는 제1 전극과, 상기 기판과 제1 전극 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 ZnSnO3 나노와이어;를 포함할 수 있다.
상기 나노 발전소자는 동일 평면 상에서 서로 이격되게 배치되는 복수의 전극과, 상기 전극들 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 ZnSnO3 나노와이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, ZnO 나노와이어보다 압전 특성이 우수한 ZnSnO3 나노와이어 및 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 구현할 수 있다. 따라서, 이러한 ZnSnO3 나노와이어 또는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 이용하여 나노 발전소자를 제작하게 되면 미세한 진동이나 움직임으로 발생되는 기계적 에너지로부터 전기 에너지를 효율적으로 추출할 수 있다. 그리고, 이러한 나노 발전소자를 이용하여 나노 소자들을 구동하게 되면 나노 소자들의 성능을 향상시킬 수 있으며, 또한 나노 소자들 각각을 독립적으로 구동할 수 있다. 또한, ZnSnO3 나노와이어나 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 화학적으로 안정하기 때문에 이러한 ZnSnO3 나노와이어나 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 이용한 나노 발전소자는 신체 내부에도 적용하는 것도 가능하다.
도 1은 ZnSnO3 나노와이어를 도시한 사시도이다.
도 2는 ZnSnO3 나노와이어들의 FE-SEM 이미지를 도시한 것이다.
도 3은 ZnSnO3 나노와이어들의 HR-TEM 이미지를 도시한 것이다.
도 4는 ZnSnO3 나노와이어에 대한 PFM 측정 결과를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 단면을 도시한 것이다.
도 6은 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 ZnSnO3 코어와 ZnO 셸을 찍은 HR-TEM 이미지를 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 예시적인 외형들을 도시한 사시도이다.
도 8은 열 화학기상증착법에 의하여 ZnSnO3 나노와이어 및 코어-셸 구조의ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 형성하는 방법을 설명하기 위한 것으로, 퍼니스를 절개하여 그 내부를 도시한 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 기판 상에 촉매층이 형성된 모습을 도시한 것이다.
도 10은 도 8에 도시된 기판 상에 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들이 성장된 모습을 예시적으로 도시한 것이다.
도 11은 도 8에 도시된 기판 상에 ZnSnO3 나노와이어들이 성장된 모습을 예시적으로 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 ZnSnO3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ZnSnO3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 ZnSnO3 나노와이어(100)를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, ZnSnO3 나노와이어(100)는 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가지며, 그 단면이 사각형 형상을 가진다. 이러한 ZnSnO3 나노와이어(100)는 우수한 압전 특성을 가지는 반도체 물질로 이루어져 있다. 일반적으로, 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가지는 물질들은 높은 압전 효율을 가지는 것으로 알려져 있으며, ZnSnO3 나노와이어(100)는 ZnO 나노와이어에 비해 우수한 압전 특성을 가진다. ZnSnO3 나노와이어(100)는 후술하는 바와 같이 예를들면 화학기상증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 구체적으로는 열 화학기상증착법(Thermal CVD) 등에 의해 성장됨으로써 형성될 수 있다.
도 2은 ZnSnO3 나노와이어들의 FE-SEM(Field Emission-Scanning Electron Microscope) 이미지를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 ZnSnO3 나노와이어들의 HR-TEM(High Resolution-Transmission Electron Microscope) 이미지를 도시한 것이다, 도 2 및 도 3에는 [111] 결정 방향으로 성장된 ZnSnO3 나노와이어들이 도시되어 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, FE-SEM 이미지 및 HR-TEM 이미지로부터 ZnSnO3 나노와이어들 각각은 사각형 단면 형상을 가지며, 페로브스카이트 구조를 가지고 있음을 알 수 있다. 또한, XRD(X-Ray Diffraction)와 HR-TEM 분석 결과, ZnSnO3 나노와이어의 (111) 결정면들 사이의 거리는 대략 0.497nm 정도로 측정되었다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 ZnSnO3 나노와이어에 대한 PFM(Piezo Force Microscope) 측정 결과를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 ZnSnO3 나노와이어의 d31(압전상수, piezoelectric constant)는 대략 124 pm/V로 측정되었다. 이에 비해, ZnO 나노와이어의 d31은 대략 13.5 pm/V 정도로 측정되었으므로, ZnSnO3 나노와이어의 압전 특성이 ZnO 나노와이어의 압전 특성보다 대략 9배 정도 높다는 것을 알 수 있다. 한편, 압전 물질로 많이 사용되고 있는 PZT(Lead Zirconate Titanate)는 높은 압전 효율을 가지고 있지만, 인체에 해로운 물질인 Pb를 포함하고 있다는 문제가 있다. 그러나, ZnSnO3 나노와이어는 PZT와 비슷한 압전 효율을 가지고 있으면서 화학적으로 안정하여 인체에 무해하다는 장점이 있다. 따라서, ZnSnO3 나노와이어를 이용하여 제작된 나노 발전소자는 친환경 분야나 또는 인체 내에 적용될 수 있다.
높은 압전 특성을 가지면서도 인체에 무해한 나노와이어로서, 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어가 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)의 단면을 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)는 코어(core,510)와, 상기 코어(510)를 둘러싸는 셸(shell,520)로 구성된 코어-셸 구조를 가진다. 여기서, 상기 코어(510)는 ZnSnO3를 포함하며, 상기 셸(520)은 ZnO을 포함한다. 상기 ZnSnO3 코어(510)는 나노와이어 형상을 가지며, 높은 압전 특성을 가지는 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가진다. 그리고, 상기 ZnO 셸(520)은 ZnSnO3 코어(510)의 외면을 둘러싸는 형상을 가지며, 헥사고날(hexagonal) 결정구조를 가진다.
이와 같은 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)는 전술한 ZnSnO3 나노와이어(100)와 같이 ZnO 나노와이어에 비해 높은 압전 특성을 가지며, 또한 인체에 유해한 물질을 포함하고 있지 않다. 따라서, 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)를 이용하여 제작된 나노 발전소자는 친환경 분야나 또는 인체 내에 적용될 수 있다. 후술하는 바와 같이 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)는 ZnSnO3 나노와이어(100)와 동일한 방법, 즉, 화학기상증착법(구체적으로는, 열 화학기상증착법)에 의해 성장됨으로써 형성될 수 있다. 도 6에는 열 화학기상증착법에 의해 형성된 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 ZnSnO3 코어 부분와 ZnO 셸 부분을 찍은 HR-TEM 이미지가 도시되어 있다.
상기 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)에서, ZnSnO3 코어(510) 및 ZnO 셸(520)은 성장 조건에 따라 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 이러한 ZnSnO3 코어(510) 및 ZnO 셸(520)의 다양한 형상으로 인해 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)의 외형이 특정될 수 없으므로, 5에서는 편의상 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)의 단면만을 도시하였다. 한편, 예시적인 것으로, ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)의 외형들(500',500"이 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다.
상기 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(500)에서, ZnSnO3 코어(510)는 페로브스카이트 결정구조를 가지므로 기본적으로는 사각형 모양의 단면을 가지며, ZnO 셸(520)은 헥사고날 결정구조를 가지므로 기본적으로는 육각형 모양의 단면을 가질 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 사각형 단면 형상의 ZnSnO3 코어(510') 상에 ZnO 셸(520')이 매우 얇게 형성되어 있다면, 상기 ZnO 셸(520')은 상기 ZnSnO3 코어(510')의 외면을 둘러싸는 사각형 단면 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 사각형 단면 형상의 ZnSnO3 코어(510") 상에 ZnO 셸(520")이 매우 두껍게 형성되어 있다면, 상기 ZnO 셸(520")은 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 ZnSnO3 코어(510")의 외면을 둘러싸는 육각형 단면 형상으로 형성될 수 있다. 하지만, 이상에서 언급된 ZnSnO3 코어들(510',510") 및 ZnO 셸들(520',520")의 형상들은 단지 예시적인 것으로, 성장조건에 따라 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
이하에서는, 열 화학기상증착법(Thermal CVD)을 이용하여 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어 및 ZnSnO3 나노와이어를 형성하는 방법에 대해 설명한다.
도 8은 열 화학기상증착법에 의하여 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 형성하는 방법을 설명하기 위한 것으로, 퍼니스(furnace)를 절개하여 그 내부를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 외부로부터 퍼니스(210) 내부로 보트(boat,220)가 삽입되며, 상기 보트(220) 상에는 소정 물질들이 혼합된 파우더(240)와 기판(230)이 일정한 간격으로 이격되게 배치되어 있다. 여기서, 상기 혼합 파우더(240)는 ZnO 파우더, SnO 파우더 및 카본 파우더를 소정 비율로 혼합시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, ZnO 파우더, SnO 파우더 및 카본 파우더는 대략 1:3:8 정도의 무게비로 혼합될 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로 상기 비율을 조절함으로써 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(도 10의 600)의 성장조건을 다양하게 변형할 수 있다.
상기 기판(230)으로는 다양한 재질의 기판이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(230)으로 단결정 Si 기판, 사파이어 기판, ZnO 기판 또는 ZnSnO3 기판 등이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 상기 기판(230)으로 단결정 Si 기판, 사파이어 기판, ZnO 기판 또는 ZnSnO3 기판을 사용하게 되면, 상기 기판(230)과 성장될 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600) 사이의 결정학적 방향(crystal orientation) 관계에 의하여 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)의 성장 방향 제어가 가능해진다. 이에 따라, 상기 기판 상에 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)을 수직 또는 원하는 각도로 경사지게 성장시킬 수 있다.
상기 기판(230) 상에는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)의 성장을 촉진시키는 촉매층(도 6의 231)이 더 형성될 수 있다. 상기 촉매층(231)은 예를 들면, Au 등과 같은 노블(noble) 금속, 전이 금속 또는 전이금속 산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 촉매층(231)은 Zn, ZnO 또는 ZnSnO3을 포함할 수 있다. 이러한 물질들로 촉매층(231)을 형성할 경우, 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)의 성장 방향 제어가 가능해지게 되고, 이에 따라, 상기 기판(230) 상에 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)을 수직 또는 원하는 각도로 경사지게 성장시킬 수 있다. 상기 촉매층(231)은 상기 기판(230)을 덮도록 형성될 수도 있으며, 상기 기판(230) 상에 소정 패턴 형태로 형성될 수도 있다. 도 9에는 상기 촉매층(231)이 기판(230) 상에 사각형 패턴들이 형성된 경우가 도시되어 있으나, 이는 단지 예시적인 것으로, 상기 촉매층(231)의 패턴 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
상기 혼합 파우더(240)와 상기 기판(230)은 상기 보트(220) 상에서 일정 간격 이격되게 마련될 수 있다. 예를 들면, 상기 혼합 파우더(240)와 기판(230) 사이의 이격 간격은 대략 1cm 정도가 될 수 있으나, 이는 단지 예시적인 것으로 혼합 파우더(240)와 기판(230) 사이의 간격은 다양하게 변형될 수 있다.
다음으로, 상기 퍼니스(210) 내부의 온도를 상승시켜 상기 혼합된 파우더(240)를 제1 온도까지 가열한다. 여기서, 상기 제1 온도는 대략 1000℃ 정도가 될 수 있지만, 이는 단지 예시적인 것으로 다양하게 변형될 수 있다. 이와 같이 혼합된 파우더(240)가 제1 온도까지 올라가게 되면 상기 혼합된 파우더(240)가 증발하여 분해되기 시작한다. 그리고, 퍼니스(210) 내부의 온도를 1000℃로 일정 시간 동안 유지시키게 되면 상기 기판(230) 상에는 ZnSnO3 코어(도 10의 610)와 ZnO 셸(도 10의 620)로 이루어진 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(도 10의 600)이 성장하게 된다. 상기 제1 온도가 유지되는 시간은 대략 2시간 정도가 될 수 있으나, 이는 단지 예시적인 것으로, 다양하게 변형될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 ZnSnO3 코어(610)는 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가지며, 나노와이어 형상으로 형성된다. 그리고, 상기 ZnO 셸(620)은 헥사고날(hexagonal) 결정구조를 가지며, ZnSnO3 코어(610)의 외면을 둘러싸는 형상으로 형성된다. 이러한 상기 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)은 성장조건에 따라 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)이 성장하는 동안 이 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)에 불순물이 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 퍼니스(210) 내부에 비활성 가스(inert gas)를 흘려줄 수 있다. 상기 비활성 가스는 상기 혼합된 파우더(240)가 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 가열된 이후부터 상기 퍼니스(210) 내부에 유입될 수 있다. 여기서, 상기 제2 온도는 예를 들면 대략 300℃ 정도가 될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 비활성 가스로는 예를 들면 Ar 가스가 사용될 수 있지만, 이외에 다른 가스가 사용될 수도 있다.
이상과 같이, 제1 온도에서 일정시간 동안 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)을 성장시킨 후 퍼니스(210)를 냉각(예를 들면, 자연 냉각 등)시키게 되면, 상기 기판(230) 상에는 성장이 완료된 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)이 배열된다. 이러한 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)은 전술한 바와 같이, ZnO 나노와이어에 비해 높은 압전 특성을 가진다. 도 10에는 전술한 열 화학기상증착법에 의해 기판(230) 상에 형성된 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)이 도시되어 있다. 도 10에는 ZnSnO3 코어(610)와 ZnO 셸(620)이 모두 사각형 단면 형상으로 형성된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)은 기판(230)에 대해 수직 또는 경사지게 배열될 수도 있다. 한편, 상기 기판(230)으로 단결정 Si 기판, 사파이어 기판, ZnO 기판 또는 ZnSnO3 기판을 사용하거나 또한 상기 촉매층(도 9의 231)으로 Zn, ZnO 또는 ZnSnO3을 사용하게 되면, ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)의 성장 방향을 제어할 수 있으므로, 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(600)을 기판(230) 상에 수직으로 형성하거나 또는 원하는 각도로 경사지게 형성할 수 있다.
ZnSnO3 나노와이어는 전술한 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(600)와 마찬가지로 열 화학기상증착법(Thermal CVD)을 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 전술한 열 화학기상증착법에서 성장 조건(예를 들면, 혼합 파우더(240) 내의 ZnO 파우더, SnO 파우더 및 카본 파우더의 혼합 비율, 혼합 파우더(240)와 기판(230) 사이의 간격, 혼합 파우더(230)의 증발 온도, 증발 온도의 유지 시간 등)을 조절하게 되면 상기 기판(230) 상에 ZnSnO3 나노와이어(도 11의 200)만을 성장시킬 수 있다. 이러한 ZnSnO3 나노와이어(200)는 압전 특성이 우수한 페로브스카이트 결정구조를 가지고 있다. 도 11에는 열 화학기상증착법에 의해 기판(230) 상에 형성된 ZnSnO3 나노와이어들(200)이 도시되어 있다. 한편, 상기 기판(230)으로 단결정 Si 기판, 사파이어 기판, ZnO 기판 또는 ZnSnO3 기판을 사용하거나 또한 상기 촉매층(도 9의 231)으로 Zn, ZnO 또는 ZnSnO3을 사용하게 되면, ZnSnO3 나노와이어들(200)의 성장 방향을 제어할 수 있으므로, 상기 ZnSnO3 나노와이어들(200)을 기판(230) 상에 수직으로 형성하거나 또는 원하는 각도로 경사지게 형성할 수 있다.
이하에서는 ZnSnO3 나노와이어 및 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 이용한 나노 발전소자에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 ZnSnO3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자를 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 기판(330)과 제1 전극(332)이 일정한 간격으로 이격되게 배치되어 있으며, 상기 기판(330) 상에는 제2 전극(331)이 형성되어 있다. 상기 기판(330)으로는 예를 들면, 유리 기판 또는 실리콘 기판 등과 같은 솔리드 기판이나 플라스틱 기판 또는 직물 기판 등과 같은 플렉서블 기판이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 재질의 기판이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 제1 전극(332)과 제2 전극(331) 사이에는 ZnSnO3 나노와이어들(300)이 마련되어 있다. 상기 ZnSnO3 나노와이어들은 전술한 바와 같이 압전 특성이 우수한 페로브스카이트 결정 구조를 가진다. 이러한 ZnSnO3 나노와이어들(300)은 기판(330)에 대하여 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 전극(332,331)은 외부의 부하(350)에 연결될 수 있다.
상기와 같은 구조에서, 상기 기판(330) 상의 ZnSnO3 나노와이어들(300)이 외부의 기계적인 힘, 예를 들면 미세한 진동, 바람, 소리 또는 인체의 움직임 등에 의해 움직이게 되면, 상기 ZnSnO3 나노와이어들(300)은 변형을 일으키게 된다. 이에 따라, 상기 ZnSnO3 나노와이어들(300)의 압전 특성에 의해 상기 ZnSnO3 나노와이어들(300)의 양단에 연결된 제1 및 제2 전극(332,331) 사이에는 소정 전압이 유도되며, 그 결과 상기 제1 및 제2 전극(332,331)과 연결된 부하(350)에 전기에너지가 인가될 수 있다. 상기 부하(350)가 예를 들어 캐퍼시터인 경우에는 나노 발전소자에 의해 발생된 전기에너지가 상기 캐퍼시터에 저장될 수 있으며, 상기 부하(350)가 예를 들어 나노 소자인 경우에는 나노 발전소자에 의해 발생된 전기에너지가 나노 소자를 구동시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 나노 발전소자는 압전 특성이 우수한 ZnSnO3 나노와이어들(300)을 이용함으로써 높은 출력을 얻을 수 있다. 또한, PZT와 같은 압전 물질은 Pb를 포함하고 있어 인체에 해롭다는 문제가 있으나, ZnSnO3 나노와이어들(300)은 화학적으로 안정하여 인체에 무해하다는 장점이 있다. 이에 따라, 상기 ZnSnO3 나노와이어들(300)을 이용한 나노 발전소자가 인체 내에 적용될 수도 있다. 또한, 상기 ZnSnO3 나노와이어들(300)을 이용한 나노 발전소자로 다른 나노 소자들을 구동하게 되면 나노 소자들의 성능을 향상시킬 수 있으며, 또한 나노 소자들 각각을 독립적으로 구동할 수 있다.
이상에서는 제1 및 제2 전극(332,331) 사이에 복수의 ZnSnO3 나노와이어들(300)이 마련되는 경우가 설명되었으나, 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(332,331) 사이에 하나 이상의 ZnSnO3 나노와이어(300)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 기판(330)이 실리콘 기판과 같이 도전성 물질을 포함하는 경우에는 상기 기판(330)은 전극으로서의 역할도 할 수 있게 때문에 이 경우 제2 전극(331)이 마련되지 않을 수도 있다. 한편, 상기 기판(330)으로 단결정 Si 기판, 사파이어 기판, ZnO 기판 또는 ZnSnO3 기판을 사용하거나 또한 촉매층(미도시)으로 Zn, ZnO 또는 ZnSnO3을 사용하게 되면, ZnSnO3 나노와이어들(300)의 성장 방향을 제어할 수 있으므로, 상기 ZnSnO3 나노와이어들(300)을 기판(330) 상에 수직으로 배열할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ZnSnO3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자를 도시한 것이다.
도 13을 참조하면, 기판(430) 상에 복수의 전극들(431,432,433,434)이 서로 이격되게 마련되어 있다. 상기 기판(430)으로는 예를 들면, 유리 기판 또는 실리콘 기판 등과 같은 솔리드 기판이나 플라스틱 기판 또는 직물 기판 등과 같은 플렉서블 기판이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 재질의 기판이 사용될 수 있다. 상기 전극들(431,432,433,434)은 기판(430) 상에서 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치될 수 있다. 그리고, 상기 전극들(431,432,433,434) 사이에는 적어도 하나의 ZnSnO3 나노와이어들(400)이 마련되어 있다. 상기 ZnSnO3 나노와이어들(400)은 전극들(431,432,433,434)에 대해 수직으로 배치되거나 일정한 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 상기 ZnSnO3 나노와이어들(400)에 의해 연결된 전극들(431,432,433,434)이 서로 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 전극들(431,432,433,434) 중 외곽에 위치하는 전극들(431,434)는 외부의 부하(450)와 연결될 수 있다. 이와 같이 전극들(431,432,433,434)을 직렬로 연결하게 되면 보다 높은 전압을 얻을 수 있게 된다. 한편, 도 13에는 기판(430) 상에 4개의 전극들(431,432,433,434)이 마련되는 경우가 도시되어 있으나, 본 실시예는 이에 한정되지 않고 적어도 2개의 전극들이 마련될 수 있다.
상기와 같은 구조에서, 기판(430) 상의 ZnSnO3 나노와이어들(400)이 외부의 기계적인 힘에 의해 움직이게 되면, 상기 ZnSnO3 나노와이어들(400)은 변형을 일으키게 된다. 이에 따라 상기 ZnSnO3 나노와이어들(400)의 압전 특성에 의해 상기 ZnSnO3 나노와이어들(400)과 연결된 전극들(431,432,433,434) 사이에는 각각 소정 전압이 유도되며, 그 결과 가장 외곽에 마련된 전극들(431,434)과 연결된 부하(450)에 전기에너지가 인가될 수 있다. 여기서, 인접한 두 전극들(431,432,433,434) 사이에 발생되는 전류의 양이 작을 지라도 모든 전극들(431,432,433,434) 이 직렬로 연결되어 있으므로, 상기 전극들(431,432,433,434) 의 개수를 증대시킴에 따라 높은 전압이 유도되어 상기 나노 발전소자로부터 보다 높은 출력을 얻을 수 있다. 상기 부하(450)가 예를 들어 캐퍼시터인 경우에는 나노 발전소자에 의해 발생된 전기에너지가 상기 캐퍼시터에 저장될 수 있으며, 상기 부하(450)가 예를 들어 나노 소자인 경우에는 나노 발전소자에 의해 발생된 전기에너지가 나노 소자를 구동시킬 수 있게 된다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자를 도시한 것이다. 도 14에는 나노 발전소자를 정면쪽에서 바라본 단면이 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 기판(730)과 제1 전극(732)이 일정한 간격으로 이격되게 배치되어 있으며, 상기 기판(730) 상에는 제2 전극(731)이 형성되어 있다. 상기 기판(730)으로는 예를 들면, 유리 기판 또는 실리콘 기판 등과 같은 솔리드 기판이나 플라스틱 기판 또는 직물 기판 등과 같은 플렉서블 기판이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 재질의 기판이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 제1 전극(732)과 제2 전극(731) 사이에는 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)이 마련되어 있다. 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700) 각각은 ZnSnO3 코어(710)와 ZnO 셸(720)로 구성될 수 있다. 상기 ZnSnO3 코어(710)는 나노와이어 형상을 가지며, 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가진다. 그리고, 상기 ZnO 셸(720)은 ZnSnO3 코어(710)의 외면을 둘러싸는 형상을 가지며, 헥사고날(hexagonal) 결정구조를 가진다. 이러한 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)은 ZnO 나노와이어에 비하여 높은 압전 특성을 가질 수 있다. 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)은 기판(730)에 대하여 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 전극(732,731)은 외부의 부하(750)에 연결될 수 있다.
상기와 같은 구조에서, 상기 기판(730) 상의 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)에 외부의 기계적인 힘이 가해지면, ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)의 압전 특성에 의해 제1 및 제2 전극(732,731) 사이에는 전압이 유도되며, 그 결과 상기 제1 및 제2 전극(732,731)과 연결된 부하(750)에 전기에너지가 인가될 수 있다. 여기서, 상기 부하(750)가 예를 들어 캐퍼시터인 경우에는 나노 발전소자에 의해 발생된 전기에너지가 상기 캐퍼시터에 저장될 수 있으며, 상기 부하(750)가 예를 들어 나노 소자인 경우에는 나노 발전소자에 의해 발생된 전기에너지가 나노 소자를 구동시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 나노 발전소자는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)을 이용함으로써 높은 출력을 얻을 수 있으며, 또한 화학적으로 안정하여 인체에도 적용될 수 있다. 또한, 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)을 이용한 나노 발전소자로 다른 나노 소자들을 구동하게 되면 나노 소자들의 성능을 향상시킬 수 있으며, 또한 나노 소자들 각각을 독립적으로 구동할 수 있다.
이상에서는 제1 및 제2 전극(732,731) 사이에 복수의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)이 마련되는 경우가 설명되었으나, 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(732,731) 사이에 하나 이상의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어(700)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 기판(730)이 실리콘 기판과 같이 도전성 물질을 포함하는 경우에는 상기 기판(730)은 전극으로서의 역할도 할 수 있게 때문에 이 경우 제2 전극(731)이 마련되지 않을 수도 있다. 한편, 상기 기판(730)으로 단결정 Si 기판, 사파이어 기판, ZnO 기판 또는 ZnSnO3 기판을 사용하거나 또한 촉매층(미도시)으로 Zn, ZnO 또는 ZnSnO3을 사용하게 되면, 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)의 성장 방향을 제어할 수 있으므로, 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(700)을 기판(730) 상에 수직으로 배열할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자를 도시한 것이다. 도 15에는 나노 발전소자를 상면쪽에서 바라본 단면이 도시되어 있다.
도 15를 참조하면, 기판(830) 상에 복수의 전극들(831,832,833,834)이 서로 이격되게 마련되어 있다. 상기 기판(830)으로는 예를 들면, 유리 기판 또는 실리콘 기판 등과 같은 솔리드 기판이나 플라스틱 기판 또는 직물 기판 등과 같은 플렉서블 기판이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 재질의 기판이 사용될 수 있다. 상기 전극들(831,832,833,834)은 기판(830) 상에서 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치될 수 있다. 그리고, 상기 전극들(831,832,833,834) 사이에는 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(800)이 마련되어 있다. 여기서, 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(800) 각각은 ZnSnO3 코어(810)와 ZnO 셸(820)로 구성될 수 있다. 이러한 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(800)은 전극들(831,832,833,834)에 대해 수직으로 배치되거나 일정한 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(800)에 의해 연결된 전극들(831,832,833,834)이 서로 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 전극들(831,832,833,834) 중 외곽에 위치하는 전극들(831,834)는 외부의 부하(850)와 연결될 수 있다. 이와 같이 전극들(831,832,833,834)을 직렬로 연결하게 되면 보다 높은 전압을 얻을 수 있게 된다. 한편, 도 15에는 기판(830) 상에 4개의 전극들(831,832,833,834)이 마련되는 경우가 도시되어 있으나, 본 실시예는 이에 한정되지 않고 적어도 2개의 전극들이 마련될 수 있다.
상기와 같은 구조에서, 기판(830) 상의 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(800)에 외부의 기계적인 힘이 가해지게 되면, 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어들(800)의 압전 특성에 의해 상기 전극들(831,832,833,834) 사이에는 각각 전압이 유도되며, 그 결과 가장 외곽에 마련된 전극들(831,834)과 연결된 부하(850)에 전기에너지가 인가될 수 있다. 여기서, 인접한 두 전극들(831,832,833,834) 사이에 발생되는 전류의 양이 작을 지라도 모든 전극들(831,832,833,834)이 직렬로 연결되어 있으므로, 상기 전극들(831,832,833,834)의 개수를 증대시킴에 따라 높은 전압이 유도되어 상기 나노 발전소자로부터 보다 높은 출력을 얻을 수 있다. 상기 부하(850)가 예를 들어 캐퍼시터인 경우에는 나노 발전소자에 의해 발생된 전기에너지가 상기 캐퍼시터에 저장될 수 있으며, 상기 부하(850)가 예를 들어 나노 소자인 경우에는 나노 발전소자에 의해 발생된 전기에너지가 나노 소자를 구동시킬 수 있게 된다.
이상에서는 ZnSnO3 나노와이어와 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 이용한 나노 발전소자들의 예시적인 실시예들이 설명되었으며, 이외에도 다른 다양한 형태의 나노 발전소자에 ZnSnO3 나노와이어와 및 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어가 적용될 수도 있다. 이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100,200,300,400... ZnSnO3 나노와이어
210... 퍼니스 220... 보트
230,330,430,730,830... 기판
231... 촉매층
240... ZnO 파우더, SnO 파우더 및 카본 파우더가 혼합된 파우더
331,731... 제2 전극 332,732... 제1 전극
431,432,433,434,831,832,833,834... 전극
350, 450, 750, 850... 부하
500,600,700,800... 코어-셸 구조의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어
510,610,710,810... ZnSnO3 코어
520,620,720,820... ZnO 셸

Claims (34)

  1. 코어(core)와 상기 코어를 둘러싸는 셸(shell)로 구성된 코어-셸 구조를 가지며, 상기 코어는 ZnSnO3를 포함하고, 상기 셸은 ZnO를 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 ZnSnO3는 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가지며, 상기 ZnO는 헥사고널(hexagonal) 결정구조를 가지는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 열 화학기상증착법(thermal CVD)에 의해 형성되는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어.
  4. ZnO 파우더, SnO 파우더 및 카본 파우더를 소정 비율로 혼합하는 단계;
    퍼니스(furnace) 내에 기판과 상기 혼합된 파우더를 이격되게 마련하는 단계; 및
    상기 혼합된 파우더를 가열하여 상기 기판 상에 ZnSnO3를 포함하는 코어와 상기 코어를 둘러싸는 것으로 ZnO를 포함하는 셸로 이루어진 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판은 단결정 Si, 사파이어, ZnO 또는 ZnSnO3를 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 단계를 더 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 촉매층은 노블(noble) 금속, 전이 금속 또는 전이금속 산화물을 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 촉매층은 Zn, ZnO 또는 ZnSnO3를 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 성장시키는 단계는,
    상기 퍼니스 내의 상기 혼합된 파우더를 제1 온도까지 상승시켜 증발시키는 단계; 및
    상기 제1 온도를 소정 시간 유지하면서 상기 기판 상에 상기 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 혼합된 파우더가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 상승된 이후 부터는 상기 퍼니스 내에 비활성 가스(inert gas)를 흘려주는 단계를 더 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 ZnSnO3는 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가지며, 상기 ZnO는 헥사고널(hexagonal) 결정구조를 가지는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법.
  12. ZnO 파우더, SnO 파우더 및 카본 파우더를 소정 비율로 혼합하는 단계;
    퍼니스(furnace) 내에 기판과 상기 혼합된 파우더를 이격되게 마련하는 단계; 및
    상기 혼합된 파우더를 가열하여 상기 기판 상에 ZnSnO3 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 ZnSnO3 나노와이어의 형성방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판은 단결정 Si, 사파이어, ZnO 또는 ZnSnO3를 포함하는 ZnSnO3 나노와이어의 형성방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판 상에 촉매층을 형성하는 단계를 더 포함하는 ZnSnO3 나노와이어의 형성방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 촉매층은 Zn, ZnO 또는 ZnSnO3를 포함하는 ZnSnO3/ZnO 나노와이어의 형성방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 ZnSnO3 나노와이어를 성장시키는 단계는,
    상기 퍼니스 내의 상기 혼합된 파우더를 제1 온도까지 상승시켜 증발시키는 단계; 및
    상기 제1 온도를 소정 시간 유지하면서 상기 기판 상에 상기 ZnSnO3 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 ZnSnO3 나노와이어의 형성방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 혼합된 파우더가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 상승된 이후 부터는 상기 퍼니스 내에 비활성 가스를 흘려주는 단계를 더 포함하는 ZnSnO3 나노와이어의 형성방법.
  18. 코어(core)와 상기 코어를 둘러싸는 셸(shell)로 구성된 코어-셸 구조를 가지며, 상기 코어는 ZnSnO3를 포함하고, 상기 셸은 ZnO를 포함하는 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상부에 이격되게 마련되는 제1 전극; 및
    상기 기판과 제1 전극 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어;를 포함하는 나노 발전소자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 기판은 도전성 물질을 포함하는 나노 발전소자.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 기판 상에는 제2 전극이 형성되어 있고, 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 마련되는 나노 발전소자.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 상기 기판에 대하여 수직 또는 소정 각도로 경사지게 배열되는 나노 발전소자.
  23. 제 18 항에 있어서,
    동일 평면 상에서 서로 이격되게 배치되는 복수의 전극; 및
    상기 전극들 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어;를 포함하는 나노 발전소자.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 전극들은 일정한 간격으로 서로 나란하게 배치되는 나노 발전소자.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 상기 전극들에 대하여 수직 또는 소정 각도로 경사지게 마련되는 나노 발전소자.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 전극들은 서로 직렬로 연결되는 나노 발전소자.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 전극들 및 상기 적어도 하나의 ZnSnO3/ZnO 나노와이어는 기판 상에 마련되는 나노 발전소자.
  28. 적어도 하나의 ZnSnO3 나노와이어를 포함하는 나노 발전소자.
  29. 제 28 항에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상부에 이격되게 마련되는 제1 전극; 및
    상기 기판과 제1 전극 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 ZnSnO3 나노와이어;를 포함하는 나노 발전소자.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 기판은 도전성 물질을 포함하는 나노 발전소자.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 기판 상에는 제2 전극이 형성되어 있고, 상기 적어도 하나의 ZnSnO3 나노와이어는 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 마련되는 나노 발전소자.
  32. 제 28 항에 있어서,
    동일 평면 상에서 서로 이격되게 배치되는 복수의 전극; 및
    상기 전극들 사이에 마련되는 상기 적어도 하나의 ZnSnO3 나노와이어;를 포함하는 나노 발전소자.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 전극들은 서로 직렬로 연결되는 나노 발전소자.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 전극들 및 상기 적어도 하나의 ZnSnO3 나노와이어는 기판 상에 마련되는 나노 발전소자.
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