KR20130120848A - Method for fabricating zno nanorod arrays grown laterally and unidirectionally - Google Patents

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KR20130120848A
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박세근
김명수
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method of fabricating zinc oxide nanorod arrays laterally grown in a single direction which forms a zinc oxide seed layer with the sputtering method in the state of applying a predetermined angle to a substrate, forms metal line patterns on the zinc oxide seed layer with the lift-off method, etches the substrate having metal line patterns formed, and grows zinc oxide nanorods in a single direction by performing the hydrothermal synthesis method to the manufactured substrate. The method of fabricating zinc oxide nanorod arrays laterally grown in a single direction according to the present invention is characterized in comprising a first step of forming a zinc oxide seed layer by applying an angle to a substrate mounted on a substrate holder; a second step of forming at least one metal line pattern on the zinc oxide seed layer formed in the first step with the lift-off method; a third step of etching the zinc oxide seed layer on the substrate patterned with the metal lines; and a fourth step of growing zinc oxide nanorods in a lateral direction by performing the hydrothermal synthesis method to the substrate etched in the third step. [Reference numerals] (AA) Start;(BB) End;(S10) Form a seed layer on a substrate at a certain angle;(S20) Form a metal line pattern using a lift off process;(S30) Etch the patterned substrate;(S40) Grow zinc oxide nanorods in a single direction by performing the hydrothermal synthesis method

Description

단방향으로 수평 성장된 산화아연 나노로드 어레이 제조방법{METHOD FOR FABRICATING ZNO NANOROD ARRAYS GROWN LATERALLY AND UNIDIRECTIONALLY}Method for manufacturing zinc oxide nanorod array grown horizontally in one direction {METHOD FOR FABRICATING ZNO NANOROD ARRAYS GROWN LATERALLY AND UNIDIRECTIONALLY}

본 발명은 단방향으로 수평 성장된 산화아연 나노로드(nanorod) 어레이 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기판에 일정 각도를 부여한 상태에서 스퍼터링법을 이용하여 산화아연 시드층의 산화아연 결정방향이 기울기를 갖도록 하고, 산화아연 시드층 상에 리프트 오프 방법으로 금속 라인 패턴을 형성하여 금속 라인 패턴이 형성된 기판을 식각하고, 제작된 기판을 수열 합성법을 통하여 산화아연 나노로드를 단방향으로 수평 성장시키는 산화아연 나노로드 어레이 제작 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a zinc oxide nanorod array grown horizontally in a unidirectional direction, and more particularly, the direction of zinc oxide crystallization of the zinc oxide seed layer by sputtering in a state in which a predetermined angle is applied to the substrate. Oxidation which has a slope, forms a metal line pattern on the zinc oxide seed layer by a lift-off method to etch the substrate on which the metal line pattern is formed, and horizontally grows the zinc oxide nanorods in one direction through hydrothermal synthesis. The present invention relates to a zinc nanorod array fabrication method.

나노로드(또는 나노와이어)는 직경이 나노미터(nm)단위이고, 길이는 직경에 비해 훨씬 큰 수백 나노미터, 마이크로미터(㎛) 또는 밀리미터(mm) 단위를 갖는 선형 재료를 말하며, 나노로드의 물성은 그 직경과 길이에 의존한다.
Nanorods (or nanowires) are linear materials with diameters in nanometers (nm) and lengths of hundreds of nanometers, micrometers (μm), or millimeters (mm), much larger than diameters. Physical properties depend on their diameter and length.

이러한 나노로드는 실리콘(Si), 주석 산화물(SnO), 갈륨 질화물(GaN) 및 아연 산화물(ZnO) 등의 소재를 이론적으로 수 나노미터(nm) 두께의 선 또는 블록으로 만들어 미세 공정에 활용할 수 있기 때문에 트랜지스터, 메모리, 감지 센서 등의 전자 소자 분야뿐만 아니라 의료, 환경 등 전자 이외의 다양한 분야까지도 응용될 수 있다.
These nanorods can be used in micro processes by forming nanowires (blocks) that are theoretically nanometers (nm) thick, such as silicon (Si), tin oxide (SnO), gallium nitride (GaN), and zinc oxide (ZnO). Therefore, the present invention can be applied not only to the field of electronic devices such as transistors, memories, and sensing sensors, but also to various fields other than electronics such as medical and environment.

따라서, 1차원적 나노사이즈의 재료들은 최근 그들의 고유한 광학적, 전기적인 특성과 함께 전자공학, 광전자공학에서의 잠재적인 사용으로 인하여 많은 연구가 이루어지고 있다.
Thus, one-dimensional nanosized materials have been studied in recent years due to their unique optical and electrical properties and potential use in electronics and optoelectronics.

산화아연은 우르자이트(wurzite) 결정 구조로, 3.37eV의 넓은 밴드갭(wide bandgap)과 상온에서 큰 엑시톤(exciton) 결합에너지를 가지는 산화물 반도체 물질이다. 이러한 산화아연은 가시광선 영역에서 높은 투과성과 큰 압전상수를 가진다. 이러한 특성으로 산화아연은 투명전극, 발광소자, 센서 분야 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
Zinc oxide is an oxide semiconductor material with a wide bandgap of 3.37 eV and a large exciton binding energy at room temperature. Such zinc oxide has a high transmittance and a large piezoelectric constant in the visible light region. Due to these characteristics, zinc oxide is used in various fields such as transparent electrodes, light emitting devices, and sensor fields.

산화아연은 주로 박막 형태로 사용되는 것이 일반적이었으나, 최근 나노구조를 가진 산화아연 나노로드가 사용되고 있다. 부피 대 표면적 비가 큰 나노로드는 높은 광 흡수율을 보이며 박막에 비하여 높은 체적을 가지고 있는 장점이 있어 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
Zinc oxide has been generally used in the form of a thin film, but recently, zinc oxide nanorods having nanostructures have been used. Nanorods, which have a high volume to surface area ratio, have high light absorption and have a higher volume than thin films, thereby improving device performance.

산화아연 나노로드는 수직구조와 수평구조로 나누어질 수 있다. 수직구조는 수평구조에 비하여 쉽게 어레이를 제작할 수 있으나, 나노구조물의 양단의 전기적 접합을 위해 추가공정이 필요하다.
Zinc oxide nanorods can be divided into vertical structure and horizontal structure. Vertical structures are easier to fabricate arrays than horizontal structures, but additional processes are required for electrical bonding at both ends of the nanostructures.

이러한, 산화아연 나노로드의 성장방법에 있어서는, 열증착(thermal evaporation)법, VLS(Vapor-liquid-Solid)법 및 수열합성법 등이 있다.
Such growth methods of the zinc oxide nanorods include thermal evaporation, VLS (Vapor-liquid-Solid), hydrothermal synthesis, and the like.

VLS법과 관련한 종래기술에 있어서, 등록특허 제10-0802495호(2008.02.01.)는 반도체 나노선 및 제조방법에 관한 것으로, 금속 실리사이드를 촉매로 VLS(Vapor Liquid Solid) 성장법으로 반도체 기판 상에 반도체 나노선을 성장시키는 기술이 개시되고 있다.
In the related art related to the VLS method, Korean Patent No. 10-0802495 (2008.02.01.) Relates to a semiconductor nanowire and a manufacturing method, and a metal silicide is used as a catalyst on a semiconductor substrate by a VLS (Vapor Liquid Solid) growth method. A technique for growing semiconductor nanowires is disclosed.

상기와 같은 VLS성장법을 이용하여 나노선을 성장시키는 경우, 고온의 공정온도가 필요하다. 또한, VLS성장법 외에 열 증착(thermal evaporation)법을 통한 성장방법을 경우 고온의 공정온도의 필요성과 무작위한 방향으로 나노선이 성장되는 단점이 있다.
When the nanowires are grown using the VLS growth method as described above, a high process temperature is required. In addition, the growth method through the thermal evaporation method in addition to the VLS growth method has the disadvantage that the nanowires are grown in a random direction and the need for a high process temperature.

반면에 수열합성법을 사용하여 나노로드를 성장시키는 경우, 저온의 공정에서, 산화아연 시드층의 측면으로부터 나노로드가 성장될 때 보다 정렬되게 산화아연 나노로드를 성장시킬 수 있는 장점이 있다.
On the other hand, when the nanorods are grown using hydrothermal synthesis, the zinc oxide nanorods may be grown more aligned in the low temperature process when the nanorods are grown from the side of the zinc oxide seed layer.

그러나, 이러한 수열합성법으로 산화아연 시드층의 측면으로부터 산화아연 나노로드를 성장시키는 방법에 있어서, 산화아연 나노로드가 시드층 양단으로부터 성장이 될 수 있기 때문에 나노로드 간의 접합에 문제점을 가지고 있다.
However, in the method of growing the zinc oxide nanorods from the side of the zinc oxide seed layer by the hydrothermal synthesis method, there is a problem in the bonding between the nanorods because the zinc oxide nanorods can be grown from both ends of the seed layer.

나노로드의 성장 방향을 제어하기 위한 방법으로 산화아연 시드층의 한쪽 측면을 금속 박막으로 차단하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 산화아연 시드층의 한쪽 측면에 금속 박막을 형성하는 공정이 까다로우며 또한 여러 추가 공정이 들어가는 제약이 있다.
As a method for controlling the growth direction of the nanorods, a method of blocking one side of the zinc oxide seed layer with a metal thin film has been proposed. However, the process of forming a metal thin film on one side of the zinc oxide seed layer is difficult, and there are limitations to several additional processes.

따라서, 산화아연 나노로드의 성장 시, 공정 신뢰도를 확보하기 위하여 보다 효과적이고 실용적인 제조방법이 요구되는 실정이다.
Therefore, when the zinc oxide nanorods are grown, a more effective and practical manufacturing method is required to secure process reliability.

본 발명은 산화아연 나노로드 수평성장 시, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 산화아연 시드층을 형성할 때 기판에 각도를 주어 시드층의 결정방향을 변화시킴으로써 간단하게 단방향으로 산화아연 나노로드를 수평 성장시킬 수 있는 단방향으로 수평 성장된 산화아연 나노로드 어레이 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
The present invention was devised to solve the problems as described above during the horizontal growth of zinc oxide nanorods, oxidized simply in one direction by changing the crystal direction of the seed layer by giving an angle to the substrate when forming the zinc oxide seed layer An object of the present invention is to provide a method for producing a unidirectional horizontally grown zinc oxide nanorod array capable of horizontally growing zinc nanorods.

또한, 본 발명은 수열합성법을 이용하여 저온공정에서 산화아연 시드층의 측면으로부터 보다 정렬된 나노로드를 성장시킬 수 있는 단방향으로 수평 성장된 산화아연 나노로드 어레이 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
In addition, an object of the present invention is to provide a method for producing a unidirectional horizontally grown zinc oxide nanorod array that can grow more aligned nanorods from the side of the zinc oxide seed layer in a low temperature process using hydrothermal synthesis.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수평방향으로 산화아연 나노로드 어레이 제조방법은, 기판홀더에 장착되는 기판에 각도를 부여하여 산화아연 시드층을 형성하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계를 통해 형성된 상기 산화아연 시드층 위에 리프트-오프 방법으로 적어도 하나 이상의 금속 라인 패턴을 형성하는 제 2 단계; 상기 금속 라인이 패턴된 기판에서 산화아연 시드층을 식각하는 제 3 단계; 및 상기 제 3 단계에서 식각된 기판에 대해 수열합성법을 이용하여 수평방향으로 산화아연 나노로드를 성장시키는 제 4 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a zinc oxide nanorod array in a horizontal direction according to an embodiment of the present invention, the first step of forming a zinc oxide seed layer by giving an angle to the substrate mounted on the substrate holder; A second step of forming at least one metal line pattern on the zinc oxide seed layer formed through the first step by a lift-off method; Etching a zinc oxide seed layer on the metal patterned substrate; And a fourth step of growing the zinc oxide nanorods in a horizontal direction using a hydrothermal synthesis method on the substrate etched in the third step.

본 발명에 따른 산화아연 나노로드 어레이 제조방법은, 상기 산화아연 시드층은 RF 마그네트론 스퍼터링(RF-magnetron sputtering)법을 이용하여 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 한다.
In the method of manufacturing a zinc oxide nanorod array according to the present invention, the zinc oxide seed layer is deposited on the substrate by using an RF magnetron sputtering method.

본 발명에 따른 산화아연 나노로드 어레이 제조방법은, 상기 기판은 단결정 또는 다결정 기판 중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 한다.
The zinc oxide nanorod array manufacturing method according to the present invention is characterized in that the substrate is selected from either a single crystal or a polycrystalline substrate.

본 발명에 따른 산화아연 나노로드 어레이 제조방법은, 상기 제 1 단계에서, 상기 기판은 산화아연 결정방향이 기울기를 갖도록 20°이상 90°미만의 각도로 기판홀더에 장착되는 것을 특징으로 한다.
In the method of manufacturing a zinc oxide nanorod array according to the present invention, in the first step, the substrate is mounted on the substrate holder at an angle of 20 ° or more and less than 90 ° so that the zinc oxide crystal direction is inclined.

본 발명에 따른 산화아연 나노로드 어레이 제조방법은, 상기 제 2 단계에서 금속 라인 패턴을 형성하는 리프트 오프 방식은 상기 산화아연 시드층에 포토레지스트를 스핀코팅하고 노광현상을 통한 포토리소그래픽 고정을 더 포함한다.
In the method of manufacturing a zinc oxide nanorod array according to the present invention, the lift-off method of forming a metal line pattern in the second step further spin-coated a photoresist on the zinc oxide seed layer and further fixes photolithographic fixing through exposure. Include.

본 발명에 따른 산화아연 나노로드 어레이 제조방법은, 상기 제 3 단계에서 상기 산화아연 시드층의 식각은 습식 식각방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
In the method of manufacturing a zinc oxide nanorod array according to the present invention, the zinc oxide seed layer may be etched in the third step by using a wet etching method.

본 발명에 따른 산화아연 나노로드 어레이 제조방법은, 상기 제 4 단계에서 수열합성법은 핵사메틸렌 테트라민(hexamethylene tetramine)과 징크 니트로젠 하이드라이드(Zn(No3)2·6H2O)가 동일한 농도로 혼합된 수용액에 열을 가하여 상기 기판에 대해 수평방향으로 산화아연 나노로드를 성장시키는 것을 특징으로 한다.
In the method of manufacturing a zinc oxide nanorod array according to the present invention, the hydrothermal synthesis in the fourth step is the same concentration of hexamethylene tetramine and zinc nitrogen hydride (Zn (No 3 ) 2 .6H 2 O). It is characterized by growing the zinc oxide nanorods in a horizontal direction with respect to the substrate by applying heat to the mixed aqueous solution.

본 발명의 단방향으로 수평 성장된 산화아연 나노로드 어레이 제조방법에 따르면, 산화아연 시드층을 형성할 때 기판에 각도를 주어 시드층의 결정방향을 변화시킴으로써 간단하게 단방향으로 수평 성장된 산화아연 나노로드 어레이를 제작할 수 있는 이점이 있다.
According to the method of manufacturing the unidirectionally grown horizontally grown zinc oxide nanorod array, the zinc oxide nanorods grown horizontally in one direction simply by changing the crystallographic direction of the seed layer by giving an angle to the substrate when forming the zinc oxide seed layer. There is an advantage to fabricating an array.

또한, 본 발명에 따르면, 시드층의 결정방향을 변화시킴으로써 수열합성법을 이용하여 산화아연 나노로드를 성장시키는 경우, 측면의 금속배리어 형성 공정등과 같은 추가 공정이 필요하지 않고 보다 정렬된 나노로드를 성장시킴으로써 공정 단계의 감소 및 공정의 신뢰도를 높일 수 있는 이점이 있다.
In addition, according to the present invention, when the zinc oxide nanorods are grown by hydrothermal synthesis by changing the crystallization direction of the seed layer, an additional process such as a metal barrier formation process on the side is not required and a more aligned nanorod is obtained. By growing, there is an advantage of reducing process steps and increasing process reliability.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단방향으로 성장된 산화아연 나노로드 어레이 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 흐름도에 대한 상태를 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 나노로드 어레이 제조방법을 통해 단방향으로 성장된 산화아연 나노로드 어레이 표면의 FE-SEM 이미지를 나타내는 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a unidirectionally grown zinc oxide nanorod array according to an embodiment of the present invention.
2 to 5 are exemplary views showing a state of the flowchart of FIG. 1.
FIG. 6 is a view illustrating an FE-SEM image of a surface of a zinc oxide nanorod array grown in one direction through a method of manufacturing a zinc oxide nanorod array according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to a particular disclosed form, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단방향으로 성장된 산화아연 나노로드 어레이 제조방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2 내지 도 5는 도 1의 흐름도에 대한 상태를 나타내는 예시도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a unidirectionally grown zinc oxide nanorod array according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 5 are exemplary views illustrating a state of the flowchart of FIG. 1.

도면을 참조하면, 먼저 단결정 또는 다결정으로 이루어진 기판(12)을 수평 방향에 대해 일정한 각도(θ)를 부여하여 기판홀더(11)에 장착시키고, 산화아연 타겟(10)을 사용하여 각도를 가진 기판(12)에 스퍼터링 공정을 통해 산화아연의 결정방향이 기울어진 산화아연 시드층(13)을 형성한다(S10).
Referring to the drawings, first, the substrate 12 made of a single crystal or polycrystal is attached to the substrate holder 11 by giving a constant angle θ to the horizontal direction, and the substrate having an angle using the zinc oxide target 10. In 12, a zinc oxide seed layer 13 in which the crystallization direction of zinc oxide is inclined is formed through a sputtering process (S10).

이후, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 산화아연 시트층(12)이 형성된 기판(12) 상에 포토레지스트 층(14)과 금속층(15)을 형성한 후, 도 3의 (b)에 나타낸 것 처럼 리프트 오프 방식으로 산화아연 시트층(12) 상에 금속 라인 패턴(16)을 형성한다(S20).
Thereafter, as shown in FIG. 3A, after forming the photoresist layer 14 and the metal layer 15 on the substrate 12 on which the zinc oxide sheet layer 12 is formed, FIG. As shown in FIG. 2, the metal line pattern 16 is formed on the zinc oxide sheet layer 12 in a lift-off manner.

금속 라인 패턴(15)이 형성된 기판에서 드러난 산화아연 시드층(13)을 습식방식으로 식각 공정을 수행한다(S30). 따라서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 산화아연 시드층(13)과 금속 라인 패턴(15)이 복수의 라인 형태로 기판 상에 형성된다.
The zinc oxide seed layer 13 exposed from the substrate on which the metal line pattern 15 is formed is etched by a wet method (S30). Thus, as shown in FIG. 4, the zinc oxide seed layer 13 and the metal line pattern 15 are formed on the substrate in the form of a plurality of lines.

이후, 식각 공정이 수행된 기판(12)에 대해 수열 합성법을 수행하여 기판(12)에 대해 수평방향으로 산화아연 시드층(13)으로부터 산화아연 나노로드를 성장시킨다(S40).
Thereafter, hydrothermal synthesis is performed on the substrate 12 on which the etching process is performed to grow zinc oxide nanorods from the zinc oxide seed layer 13 in the horizontal direction with respect to the substrate 12 (S40).

상술한 바와 같이, 본 발명은 산화아연 시드층을 형성할 때 기판에 각도를 주어 시드층의 결정방향을 변화시킴으로써 간단하게 단방향으로 수평 성장된 산화아연 나노로드 어레이를 제작할 수 있다.
As described above, the present invention can produce a zinc oxide nanorod array grown horizontally in one direction simply by changing the crystal direction of the seed layer by giving an angle to the substrate when forming the zinc oxide seed layer.

<실시예><Examples>

본 발명에 따른 단방향으로 성장되는 산화아연 나노로드 어레이 제조방법은, 각도를 가진 기판에 산화아연 시드층을 스퍼터링 공정을 통하여 산화아연의 결정방향이 기울어진 산화아연 시드층을 형성하는 단계, 상기 산화아연 시드층 상에 리프트 오프 방식으로 금속 라인 패턴을 형성하는 단계, 상기 금속 라인이 패턴 된 기판에서 드러난 산화아연 시드층을 식각하는 단계 및 상기 식각 된 기판에서 수열 합성법으로 산화아연 나노로드를 성장시키는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.
In the unidirectionally grown zinc oxide nanorod array manufacturing method according to the present invention, forming a zinc oxide seed layer in which the crystallization direction of zinc oxide is inclined by sputtering the zinc oxide seed layer on an angled substrate, the oxidation Forming a metal line pattern on a zinc seed layer by a lift-off method, etching the zinc oxide seed layer exposed on the patterned substrate, and growing zinc oxide nanorods on the etched substrate by hydrothermal synthesis. It can be configured to include the steps.

산화아연 시드층을 스퍼터링 공정을 통하여 증착하는 단계에서, 기판(12)은 통상 반도체 공정에서 활용되는 기판이며, 단결정 내지 다결정 기판이다. 일 실시예에서는 유리기판을 사용하였으며, 유리 기판을 일정 크기로 잘라 아세톤, 메탄올, 에탄올과 증류수로 세척하고 공기 중에 건조하였다.
In the step of depositing a zinc oxide seed layer through a sputtering process, the substrate 12 is a substrate usually used in a semiconductor process, and is a single crystal or polycrystalline substrate. In one embodiment, a glass substrate was used. The glass substrate was cut to a predetermined size, washed with acetone, methanol, ethanol and distilled water, and dried in air.

기판 홀더(11)에 장착되는 기판(12)의 각도는 산화아연의 결정방향이 기울어져 형성되는 산화아연 시드층을 형성하도록 하는 각도는 다 포함할 수 있으며, 예를 들면, 기판(12)은 20°이상 90°미만의 각도로 기판 홀더(11)에 장착되는 것이 바람직하며, 특히, 본 발명의 실시예에서는 기판 홀더(11)에 수평 방향 기준으로 80°로 장착할 수 있다.
The angle of the substrate 12 mounted on the substrate holder 11 may include all angles for forming the zinc oxide seed layer formed by tilting the crystallization direction of the zinc oxide. For example, the substrate 12 may include It is preferable to be mounted on the substrate holder 11 at an angle of 20 ° or more and less than 90 °. In particular, in the embodiment of the present invention, the substrate holder 11 may be mounted at 80 ° on the horizontal direction.

산화아연 시드층(13)은 스퍼터링 법으로 증착을 하며, 본 발명의 일 실시 예에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 법(RF-magnetron sputtering)에 의해서 증착한다. 이때, 산화아연 타겟(10)은 순도 99.99% 산화아연이 사용되고, 스퍼터링 챔버의 압력은 50m Torr를 유지한 후에 아르곤(Ar)을 40sccm으로 유입한다. RF 파워는 200W로, 20분 동안 증착을 한다.
The zinc oxide seed layer 13 is deposited by sputtering, and in one embodiment of the present invention, the zinc oxide seed layer 13 is deposited by RF-magnetron sputtering. At this time, the zinc oxide target 10 is a purity 99.99% zinc oxide is used, the pressure of the sputtering chamber maintains 50m Torr, argon (Ar) is introduced into 40sccm. RF power is 200W, deposition for 20 minutes.

산화아연 시드층(13) 상에 리프트 오프 방식으로 금속 라인 패턴(16)을 형성하는 단계에서, 패턴을 형성하기 위해 다양한 리소그래픽 방식이 적용될 수 있으며, 또한 금속 물질의 조건은 산화아연 시각 용액에 저항성이 있으며 전극으로 활용 될 수 있는 물질이다. 본 실시 예에서는 패턴을 형성하기 위하여 포토리소그래픽 방식을 사용하고 금속은 크롬(Cr)을 사용한다.
In the step of forming the metal line pattern 16 on the zinc oxide seed layer 13 in a lift-off manner, various lithographic methods may be applied to form the pattern, and the conditions of the metal material may be applied to the zinc oxide visual solution. It is resistant and can be used as an electrode. In this embodiment, the photolithographic method is used to form the pattern, and the metal is chromium (Cr).

노볼락(novolak) 계열의 포토레지스트(AZ-1518, AZ Electronic Materials) 층(14)을 시드층(13) 위에 스핀 코팅을 하고 노광과 현상을 통하여 3㎛ 간격을 가진 라인패턴을 형성한다. 스퍼터링 방법으로 크롬(Cr)을 100㎚ 증착하여 금속층(15)을 형성한다.
A novolak-based photoresist (AZ-1518, AZ Electronic Materials) layer 14 is spin-coated on the seed layer 13 to form line patterns with a 3 μm spacing through exposure and development. The metal layer 15 is formed by depositing 100 nm of chromium (Cr) by a sputtering method.

제작된 기판(12)을 초음파 세척기에 넣어 아세톤으로 포토레지스트 층(14)를 제거하여 크롬의 금속 라인 패턴(16)을 형성한다.
The prepared substrate 12 is placed in an ultrasonic cleaner to remove the photoresist layer 14 with acetone to form a metal line pattern 16 of chromium.

금속 라인 패턴(16)이 형성된 기판(12)에서 드러난 산화아연 시드층(13)을 식각하는 단계에서, 산화아연은 습식 식각 방법에 의해 식각되며, 식각 용액은 금속 물질을 고려하여 선정한다. 본 발명의 실시 예에서는 0.001M 농도를 가지는 염산(HCl) 용액에 기판(12)을 넣어 식각을 하였다.
In the step of etching the zinc oxide seed layer 13 exposed from the substrate 12 on which the metal line pattern 16 is formed, the zinc oxide is etched by a wet etching method, and the etching solution is selected in consideration of a metal material. In an embodiment of the present invention, the substrate 12 was etched in a hydrochloric acid (HCl) solution having a concentration of 0.001M.

식각 된 기판에서 수열 합성법으로 산화아연 나노로드를 성장시키는 단계로, 먼저 핵사메틸렌 테트라민(hexamethylene tetramine)과 징크 니트로젠 하이드라이드[Zn(No3)2·6H2O]을 동일의 일정한 농도로 혼합하여 수용액을 만들고 열을 가하여 성장시킨다. 본 발명의 실시 예에서는 각각 0.3M 농도의 수용액을 섞어 0.3M 농도의 혼합 수용액을 사용하였다. 또한, 혼합된 수용액에 전단계에서 제작된 산화아연 시드층(13)이 일부 식각 된 기판(12)을 침적하여 전기오븐에 장입하고, 80℃에서 12시간 동안 수열 합성법으로 산화아연 나노로드(17)를 성장시킨다.
To grow zinc oxide nanorods on an etched substrate by hydrothermal synthesis, first, hexamethylene tetramine and zinc nitrogen hydride [Zn (No 3 ) 2 · 6H 2 O] were added at the same constant concentration. Mix to form an aqueous solution and grow by applying heat. In the embodiment of the present invention, a 0.3M concentration of the mixed aqueous solution was used, respectively. In addition, the zinc oxide seed layer 13 prepared in the previous step was deposited in the mixed aqueous solution, and the substrate 12 partially etched was deposited and charged in an electric oven, and the zinc oxide nanorods 17 by hydrothermal synthesis at 80 ° C. for 12 hours. To grow.

상기와 같은 수열 합성법 외에, 70℃이상 150℃ 미만에서 0.4M 내지 1.0M의 징크 아세테이트(Zinc accetate) 수용액과 pH가 9.0 내지 13.0의 암모니아수를 혼합하여 기판(12)에 대해 수평방향으로 산화아연 나노로드(17)를 성장시킬 수 있다.
In addition to the hydrothermal synthesis as described above, zinc oxide nano in the horizontal direction with respect to the substrate 12 by mixing a zinc acetate (Zinc accetate) aqueous solution of 0.4M to 1.0M and ammonia water of pH 9.0 to 13.0 at 70 ℃ or more and less than 150 ℃ The rod 17 can be grown.

도 6은 본 발명의 실시 예의 최종 결과물의 FE-SEM 사진을 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 산화아연 나노로드(17)가 단방향으로 성장하여 어레이를 형성한 것을 확인할 수 있다.
6 is a view showing the FE-SEM picture of the final result of the embodiment of the present invention. As shown, it can be seen that the zinc oxide nanorods 17 grow in one direction to form an array.

상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

10 : 산화아연 타겟
11 : 기판 홀더
12 : 기판
13 : 산화아연 시드층
14 : 포토레지스트 층
15 : 금속층
16 : 금속 라인 패턴
17 : 산화아연 나노로드10: zinc oxide target
11: substrate holder
12: substrate
13: zinc oxide seed layer
14 photoresist layer
15: metal layer
16: metal line pattern
17: Zinc Oxide Nanorod

Claims (7)

기판홀더에 장착되는 기판에 각도를 부여하여 산화아연 시드층을 형성하는 제 1 단계;
상기 제 1 단계를 통해 형성된 상기 산화아연 시드층 위에 리프트-오프 방법으로 적어도 하나 이상의 금속 라인 패턴을 형성하는 제 2 단계;
상기 금속 라인이 패턴된 기판에서 산화아연 시드층을 식각하는 제 3 단계; 및
상기 제 3 단계에서 식각된 기판에 대해 수열합성법을 이용하여 수평방향으로 산화아연 나노로드를 성장시키는 제 4 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노로드 어레이 제조방법.
A first step of forming a zinc oxide seed layer by giving an angle to the substrate mounted on the substrate holder;
A second step of forming at least one metal line pattern on the zinc oxide seed layer formed through the first step by a lift-off method;
Etching a zinc oxide seed layer on the metal patterned substrate; And
And a fourth step of growing the zinc oxide nanorods in a horizontal direction using a hydrothermal synthesis method on the substrate etched in the third step.
제 1 항에 있어서,
상기 산화아연 시드층은 RF 마그네트론 스퍼터링(RF-magnetron sputtering)법을 이용하여 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노로드 어레이 제조방법.
The method of claim 1,
The zinc oxide seed layer is deposited on the substrate by using RF magnetron sputtering (RF-magnetron sputtering) method.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 단결정 또는 다결정 기판 중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노로드 어레이 제조방법.
The method of claim 1,
The substrate is a method of manufacturing a zinc oxide nanorod array, characterized in that to select one of a single crystal or a polycrystalline substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단계에서, 산화아연의 결정방향이 기울기를 갖도록 상기 기판이 20°이상 90°미만의 각도로 기판홀더에 장착되는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노로드 어레이 제조방법.
The method of claim 1,
In the first step, the zinc oxide nanorod array manufacturing method characterized in that the substrate is mounted on the substrate holder at an angle of 20 ° or more and less than 90 ° so that the crystallization direction of zinc oxide.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단계에서 금속 라인 패턴을 형성하는 리프트 오프 방식은 상기 산화아연 시드층에 포토레지스트를 스핀코팅하고 노광현상을 통한 포토리소그래픽 고정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노로드 어레이 제조방법.
The method of claim 1,
The lift-off method of forming a metal line pattern in the second step may further include photolithographic fixing by spin coating a photoresist on the zinc oxide seed layer and exposing the zinc oxide. .
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 단계에서 상기 산화아연 시드층의 식각은 습식 식각방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노로드 어레이 제조방법.
The method of claim 1,
The etching of the zinc oxide seed layer in the third step is a method of manufacturing a zinc oxide nanorod array, characterized in that carried out using a wet etching method.
제 1 항에 있어서,
상기 제 4 단계에서 수열합성법은 핵사메틸렌 테트라민(hexamethylene tetramine)과 징크 니트로젠 하이드라이드(Zn(No3)2·6H2O)가 동일한 농도로 혼합된 수용액에 열을 가하여 상기 기판에 대해 수평방향으로 산화아연 나노로드를 성장시키는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노로드 어레이 제조방법.
The method of claim 1,
In the fourth step, hydrothermal synthesis is performed by applying heat to an aqueous solution in which hexamethylene tetramine and zinc nitrogen hydride (Zn (No 3 ) 2 .6H 2 O) are mixed at the same concentration, and is horizontal to the substrate. The zinc oxide nanorod array manufacturing method characterized by growing a zinc oxide nanorod in the direction.
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