KR20200094192A - 용액 내 실리콘 나노와이어 및 플레이트의 무전해 제조 - Google Patents
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Abstract
실리콘 나노와이어 또는 실리콘 나노플레이트를 제조하기 위한 조성물 및 방법이 제시되며, 상기 조성물은 수산화 칼륨(KOH), 하나 이상의 촉매, 나트륨 금속 실리코네이트(Na2SiO2), 및 제 1 킬레이트제 역할을 하는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)을 포함한다.
Description
본 발명은 일반적으로 실리콘 나노와이어의 제조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 용액을 과도하게 가열하지 않고 및/또는 외부 직류 전류를 사용하지 않고, 용액 및 메쉬의 상부에 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 제조하는 것에 관한 것이다.
실리콘 나노와이어는 독특한 특성과 품질을 가지고 있으며, 이러한 독특한 물리적 및 화학적 특성은 마이크로-전자 산업에서 유리하고 원하는 재료가 되었다. 실리콘 나노와이어는 전통적으로 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정을 사용하여 생산된다. CVD 공정에서, 기판은 가스에 의해 반응기 내로 운반될 수 있는 소스 물질(source material)에 노출될 수 있다. 반응기에서 기판, 가스 및 소스 물질은 200℃를 초과하는 온도로 가열되거나 진공상태가 발생할 수 있다. 소스 재료의 높은 온도 및/또는 진공 및 일정한 흐름은 소스 재료가 기판 표면과 반응하여 그 표면에 정착할 수 있게 하여 원하는 침전물(예: 실리콘 나노와이어)을 생성할 수 있다. 최근에 수행된 연구는 다른 방법을 사용하여 실리콘 나노와이어를 성장시킬 가능성을 제시할 수 있다. 그러나 다른 방법에서는 반응기 및/또는 용액을 이전에 제시된 것보다 더 높은 온도(예: 300℃ 이상)로 가열하는 것을 제시할 수 있다. 다른 개시된 방법은 반응을 촉진하기 위한 직접 전류의 사용이 포함할 수 있으며, 이는 훨씬 더 많은 에너지의 사용을 요구할 수 있다.
선행기술의 설명
수성 대기압에서 실리콘 나노와이어의 나노 연구 성장 - 박내만 및 최철종; 칭화대학교 2014.03.12.
본 발명의 일 실시예의 한 측면에 따르면, 실리콘 나노와이어 또는 실리콘 나노플레이트를 제조하기 위한 조성물을 제공하며, 상기 조성물은 수산화 칼륨(KOH), 하나 이상의 촉매, 나트륨 금속 실리코네이트(Na2SiO2), 및 제 1 킬레이트제 역할을 하는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)을 포함한다.
선택적으로, 상기 조성물의 촉매는 금속 특성을 갖는 하나 이상의 금속 화합물을 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 조성물은 제 2 킬레이트제 역할을 하는 나트륨 디에틸디티오카바메이트(C5H10NS2Na)를 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 조성물은 짧은(short) 유기 화합물을 추가로 포함하고, 이는 형성된 실리콘 나노와이어 또는 플레이트의 양을 조절하고 응집을 방지할 수 있는 완충제(buffer)로서 작용한다.
선택적으로, 상기 EDTA 및 나트륨 디에틸디티오카바메이트 사이의 비율은 용액에 형성된 나노와이어의 구조(예를 들어, 길고 얇은 나노와이어 또는 짧고 두꺼운 나노와이어)를 추가로 결정한다.
선택적으로, 상기 조성물의 짧은 유기 화합물은 산성(acidic)이다.
선택적으로, 상기 조성물의 짧은 유기 화합물은 디메틸아크릴산(Dimethylacrylic Acid)이다.
선택적으로, 상기 조성물의 금속 화합물은 금(gold), 은(silver), 구리(cooper), 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 이들의 조합을 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 조성물의 금속 화합물은 메쉬(mesh)를 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 조성물의 금속 화합물은 40 nm 이하의 나노 금속 입자(nano metallic particles)를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, 실리콘 나노와이어 또는 실리콘 나노플레이트의 제조를 가능하게 하는 용액을 생성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 바신(basin)에 증류수를 도입하는 단계; 상기 용액에 전자 매개체(electron mediator)로서 작용하는 수산화 칼륨(KOH)을 도입하는 단계; 균질화된 용액(homogenized solution)을 형성하는 단계; 상기 용액을 75℃까지 데우고 용액을 끓는점 미만으로 유지하는 단계; 상기 용액에 하나 이상의 촉매를 도입하는 단계; 상기 용액에 나트륨 금속 실리코네이트를 도입하는 단계; 상기 용액에 제 1 킬레이트제 역할을 하는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)을 도입하는 단계; 상기 용액에 제 2 킬레이트 제로서 작용하는 나트륨 디에틸디티오카바메이트(C5H10NS2Na)를 도입하는 단계; 및 상기 용액에 짧은 유기 화합물을 도입하는 단계; 상기 나노와이어 또는 플레이트는 촉매를 사용하여 형성되고; 및 상기 유기 화합물은 형성된 실리콘 나노와이어 또는 플레이트의 양을 제어하고 응집을 방지하기 위한 완충제로서 작용되는 것을 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 EDTA 및 나트륨 디에틸디티오카바메이트 사이의 비율을 추가로 제어하여 용액에 형성된 나노와이어의 구조(예를 들어 길고 얇은 나노와이어 또는 짧고 두꺼운 나노와이어)를 결정한다.
선택적으로, 상기 방법은 나트륨 디에틸디티오카바메이트에 비해 더 많은 EDTA를 도입함으로써 더 길고 더 얇은 나노와이어를 형성하는 것을 추가로 제어한다.
선택적으로, 상기 방법은 나트륨 디에틸디티오카바메이트에 비해 더 적은 EDTA를 도입함으로써 더 짧고 더 두꺼운 나노와이어를 형성하는 것을 추가로 제어한다.
선택적으로, 상기 방법의 짧은 유기 화합물은 산성(acidic)이다.
선택적으로, 상기 방법의 짧은 유기 화합물은 디메틸아크릴산(Dimethylacrylic Acid)이다.
선택적으로, 상기 방법의 촉매는 금속 특성을 갖는 하나 이상의 금속 화합물을 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 방법의 금속 화합물은 메쉬(mesh)를 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 방법의 금속 화합물은 금(gold), 은(silver), 구리(cooper), 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 이들의 조합을 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 방법의 금속 화합물은 40 nm 이하의 나노 금속 입자(nano metallic particles)를 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 방법의 유기 화합물은 제 2 킬레이트제와 결합하여 나노와이어 또는 플레이트의 형성을 방지한다.
선택적으로, 상기 용액 중 KOH가 100cc 당 0.5 g 이상 존재한다.
선택적으로, 상기 방법은 용액 100cc는 1 내지 3 g의 수산화 칼륨(KOH), 20 내지 50cc의 나트륨 실리코네이트, 0.35 내지 0.55 g의 EDTA, 0.35 내지 0.6 g의 C5H10NS2Na, 0.15 내지 0.25 g의 유기 화합물을 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 용액으로부터 나노와이어 또는 플레이트를 추출하는 단계를 추가로 포함하며, 용액을 증발시키기 위해 바신(basin)을 100℃ 이상으로 데우는 단계(예를 들어, 용액은 100cc에서 30cc로 농축됨); 25 내지 35cc의 에탄올을 바신에 첨가하는 단계; 용액을 증발시키기 위해 바신을 100℃ 이상으로 데우는 단계(예를 들어, 용액은 50cc에서 30cc로 농축됨); 및 25 내지 35cc의 에탄올을 바신에 첨가하고 용액에 2개의 구별되는 상이 형성 될 때까지 용액을 놓아 두는 단계; 상기 실리콘 나노와이어 또는 플레이트는 상기 상부 상(upper phase)에 떠있고 부산물은 상기 하부 상(lower phase)에 가라앉는 단계를 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 금속 화합물을 추출하여 용액을 형성하고, 금속 화합물을 증류수로 헹구고, 금속 화합물을 건조시키는 단계를 추가로 포함한다.
개시된 주제의 일부 비제한적인 예시적인 실시예 또는 특징이 다음 도면에 도시되어 있다.
도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조 방법을 도시하는 개략적인 흐름도이다;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조를 가능하게 하는 용액을 가능하게 하는 예시적인 바신(basin)의 개략도이다;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 생성할 수 있는 용액에서 2 개 이상의 화합물 사이의 반응의 개략도이다;
도 4A 및 4B는 실리콘 나노와이어 및 플레이트를 나타내는 사진이며, 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 4C는 실리콘 나노 플레이트를 보여주는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 5A, 5B 및 5C는 용액 및 메쉬상에서 성장하는 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 나타내는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 사진을 촬영되었다;
도 5D는 용액 내 탄소상에서 성장하는 실리콘 나노와이어를 보여주는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 6은 완충제로서 짧은 유기 화합물을 사용하지 않고 용액 중의 실리콘 나노와이어를 보여주는 사진으로, 실리콘 나노와이어가 서로 달라 붙을 수 있음을 보여주는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 7A는 실리콘 나노와이어 및 플레이트를 갖는 메쉬를 나타내는 파노라마 사진이며, 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 7B는 실리콘 나노플레이트에 부착된 실리콘 나노와이어를 보여주는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 7C 및 7D는 촉매로서 금속 메쉬를 사용하여 용액에서 실리콘 나노-플레이트를 형성하는 사진이고, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 8A 및 8B는 촉매로서 금속 메쉬를 사용하여 용액에서 형성되는 실리콘 나노플레이트를 보여주는 사진이며, 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscopy; TEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 8C 및 8D는 촉매로서 금속 메쉬를 사용하여 용액에 실리콘 나노와이어 및 플레이트를 형성하는 사진이며, 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 9A는 도 8A 및 8B에 제시된 바와 같이, 실리콘 나노플레이트의 회절을 보여주는 사진으로, 실리콘 화합물의 결정 형성을 보여주며, 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 9B는 도 8C 및 8D에 제시된 바와 같이, 실리콘 나노플레이트의 회절을 보여주는 FFT(Fast Fourier Transform) 사진으로, 실리콘 화합물의 결정형성을 나타내며, 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 촬영되었다; 및
도 10은 CVD 방식으로 형성된 실리콘 나노와이어를 보여주는 사진으로, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다.
이제 도면을 구체적으로 참조하면, 도시된 세부사항은 예로서 그리고 본 발명의 일 실시예의 예시적인 논의의 목적으로 강조된다. 이와 관련하여, 도면과 함께 이루어진 설명은 본 발명의 실시예가 어떻게 실시될 수 있는지 당업자에게 명백하다.
하나 이상의 도면에 나타나는 동일하거나 중복되거나 균등하거나 유사한 구조, 요소 또는 부분은 일반적으로 동일한 도면 부호로 표시되고, 선택적으로 유사한 엔티티 또는 엔티티의 변형을 구별하기 위한 추가 문자 또는 문자로 표시되고, 반복적으로 라벨링 및/또는 기술되지 않을 수 있다. 이전에 제시된 요소들에 대한 언급은 그들이 나타나는 도면 또는 설명을 반드시 더 언급하지 않고 암시된다.
도면에 도시된 구성 요소 및 특징의 치수는 편의상 또는 명확성을 위해 선택되며 반드시 스케일 또는 실제 투시도로 도시되지는 않는다. 편의상 또는 명확성을 위해, 일부 요소 또는 구조는 부분적으로 및/또는 상이한 관점 또는 상이한 관점에서 도시되거나 도시되지 않았다.
도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조 방법을 도시하는 개략적인 흐름도이다;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조를 가능하게 하는 용액을 가능하게 하는 예시적인 바신(basin)의 개략도이다;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 생성할 수 있는 용액에서 2 개 이상의 화합물 사이의 반응의 개략도이다;
도 4A 및 4B는 실리콘 나노와이어 및 플레이트를 나타내는 사진이며, 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 4C는 실리콘 나노 플레이트를 보여주는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 5A, 5B 및 5C는 용액 및 메쉬상에서 성장하는 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 나타내는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 사진을 촬영되었다;
도 5D는 용액 내 탄소상에서 성장하는 실리콘 나노와이어를 보여주는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 6은 완충제로서 짧은 유기 화합물을 사용하지 않고 용액 중의 실리콘 나노와이어를 보여주는 사진으로, 실리콘 나노와이어가 서로 달라 붙을 수 있음을 보여주는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 7A는 실리콘 나노와이어 및 플레이트를 갖는 메쉬를 나타내는 파노라마 사진이며, 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 7B는 실리콘 나노플레이트에 부착된 실리콘 나노와이어를 보여주는 사진이며, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 7C 및 7D는 촉매로서 금속 메쉬를 사용하여 용액에서 실리콘 나노-플레이트를 형성하는 사진이고, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 8A 및 8B는 촉매로서 금속 메쉬를 사용하여 용액에서 형성되는 실리콘 나노플레이트를 보여주는 사진이며, 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscopy; TEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 8C 및 8D는 촉매로서 금속 메쉬를 사용하여 용액에 실리콘 나노와이어 및 플레이트를 형성하는 사진이며, 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 9A는 도 8A 및 8B에 제시된 바와 같이, 실리콘 나노플레이트의 회절을 보여주는 사진으로, 실리콘 화합물의 결정 형성을 보여주며, 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 촬영되었다;
도 9B는 도 8C 및 8D에 제시된 바와 같이, 실리콘 나노플레이트의 회절을 보여주는 FFT(Fast Fourier Transform) 사진으로, 실리콘 화합물의 결정형성을 나타내며, 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 촬영되었다; 및
도 10은 CVD 방식으로 형성된 실리콘 나노와이어를 보여주는 사진으로, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영되었다.
이제 도면을 구체적으로 참조하면, 도시된 세부사항은 예로서 그리고 본 발명의 일 실시예의 예시적인 논의의 목적으로 강조된다. 이와 관련하여, 도면과 함께 이루어진 설명은 본 발명의 실시예가 어떻게 실시될 수 있는지 당업자에게 명백하다.
하나 이상의 도면에 나타나는 동일하거나 중복되거나 균등하거나 유사한 구조, 요소 또는 부분은 일반적으로 동일한 도면 부호로 표시되고, 선택적으로 유사한 엔티티 또는 엔티티의 변형을 구별하기 위한 추가 문자 또는 문자로 표시되고, 반복적으로 라벨링 및/또는 기술되지 않을 수 있다. 이전에 제시된 요소들에 대한 언급은 그들이 나타나는 도면 또는 설명을 반드시 더 언급하지 않고 암시된다.
도면에 도시된 구성 요소 및 특징의 치수는 편의상 또는 명확성을 위해 선택되며 반드시 스케일 또는 실제 투시도로 도시되지는 않는다. 편의상 또는 명확성을 위해, 일부 요소 또는 구조는 부분적으로 및/또는 상이한 관점 또는 상이한 관점에서 도시되거나 도시되지 않았다.
본 발명의 일 실시예는 실리콘 나노와이어 및/또는 실리콘 나노플레이트를 생성하기 위한 쉽고 에너지 절약 방법을 제공한다. 실리콘 나노와이어는 전통적으로 화학적 기상 증착(CVD) 반응기 및/또는 다른 에너지 소비 방법 및/또는 기술을 사용하여 제조되었다. 공지된 방법은 용액 및/또는 반응기를 200℃ 이상으로 가열하여 반응기에서 진공을 생성하거나 및/또는 실리콘 나노와이어의 제조를 담당하는 반응을 용이하게하기 위해 외부 전류를 사용함으로써 필요할 수 있다. 실리콘 나노와이어의 제조 공정에서 필요한 전자 전달 메커니즘의 에너지 활성화 지점을 극복하기 위해 고온, 진공 및/또는 외부 직류의 사용이 사용될 수 있다. 이러한 방법을 사용하여, 기술 및/또는 반응기는 특수 장비 및 많은 에너지의 사용을 요구할 수 있으며, 이는 실리콘 나노와이어의 제조 비용이 비싸질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 개시된 방법은 제조 비용을 감소시키고, 실리콘 나노와이어의 제조 공정을 단순화하고 및/또는 실리콘 나노플레이트의 제조를 가능하게 할 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법은 특별한 조건이 주어지면, 실리콘 나노와이어의 제조를 위한 에너지 활성화 지점이 과도한 가열 및/또는 직접 전류를 사용할 필요없이 낮아질 수 있음을 제안한다. 예를 들어, 나트륨 메틸 실리코네이트 및 촉매(예를 들어, 금속 화합물) 사이의 반응은 외부 직류가 필요하지 않고, 진공 및/또는 주변 영역, 용액 및/또는 반응기를 100℃ 이상 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 알칼리 용액, 예를 들어 수산화 칼륨(KOH)을 사용하면 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 제조하는 과정에서 에너지 활성화 지점을 낮추는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, KOH는 전자 매개체로서 사용될 수 있으며, 음전하가 발생할 수 있는 실리콘 음이온을 촉매로 보다 쉽게 전달할 수 있으며, 이는 양전하가 발생할 수 있다. 예를 들어, 이온은 나트륨 메틸 실리코네이트에서 금속 화합물로 전달할 수 있다. 에너지 활성화 점을 추가로 낮추기 위하여, 원하는 화합물로 지정된 하나 이상의 킬레이트제의 사용이 가능할 수 있다. 예를 들어, 나트륨 디에틸디티오카르바메이트 및/또는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)은 각각 나트륨 메틸 실리코네이트 및 금속 화합물의 킬레이트제로서 사용될 수 있다. 따라서, 지정된 용액 및/또는 킬레이트제를 사용함으로써, 에너지 소비 방법 및/또는 고가의 장비의 요구없이 실리콘 나노와이어의 제조가 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 개시된 방법은 실리콘 나노플레이트의 제조를 가능하게할 수 있으며, 이 방법 및/또는 이전에 알려진 기술은 설명하지 않는다. 실리콘 나노와이어가 동일한 폭 및 두께를 갖도록 구성될 수 있는 반면, 실리콘 나노플레이트는 임의의 실리콘 나노 구조로 구성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 나노플레이트의 구조는 크기가 다양할 수 있다(예: 너비와 두께 사이에 크기 차이가 있을 수 있음). 예를 들어, 너비가 실리콘 나노플레이트의 두께보다 큰 경우, 실리콘 나노플레이트의 제조는 본원에 개시된 방법 및 촉매로서 금속 메쉬를 사용함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 실리콘 나노플레이트의 사용 및 잠재적인 성능 가능성은 여기에 처음 설명되어 있기 때문에 마이크로 전자 산업에서는 아직 알려져 있지 않다.
게다가, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 개시된 방법은 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 최고 순도 수준으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 형성은 결정 형성(crystal formation)일 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 그 적용에 있어서, 이하의 설명 및/또는 도면 및/또는 실시예에 도시된 구성 요소 및/또는 방법의 구성 및 배치의 세부 사항에 반드시 제한되는 것은 아님을 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하거나 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 제조하기 위한 방법(100)을 도시하는 개략적인 흐름도이다. 블록(102)에 표시된 바와 같이, 증류수는 도 2에 도시된 바와 같이 바신(202)에 삽입될 수 있다. 바신(202)은 뚜껑을 가질 수 있고, 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 생성 과정 동안 닫히거나 열린 상태로 유지될 수 있다.
블록(104)에 나타낸 바와 같이, 수산화 칼륨(KOH)이 증류수에 삽입될 수 있다. 예를 들어, KOH는 본원에 기술된 공정에서 증류수에 삽입된 첫 번째 화학 및/또는 화합물이다. KOH는 증류수 100cc 당 1 그램(gr) 내지 3gr의 농도로 증류수에 도입될 수 있다. 이 농도는 필요한 용액을 생산할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, KOH의 존재는 용액에서 나노와이어의 생성에 중요하다. 예를 들어, 용액(206)에서 실리콘 나노와이어가 형성되도록하기 위해, 용액 중 KOH의 농도는 증류수 100cc 당 0.5 그램을 초과할 수 있다. 증류수 100cc 당 3 그램 이상의 KOH를 첨가하면 실리콘 나노와이어 및/또는 도금의 생산이 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 증류수 100cc 당 3 그램 이상의 KOH를 도입함으로써 용액, 예를 들어 염 와이어에서 부산물의 생성을 향상시킬 수 있다. 부산물의 과도한 생성은 생성된 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 성공적으로 추출하는 능력을 제한할 수 있다. KOH는 전자 매개체로서 작용할 수 있으므로, 용액(206)에서의 그 농도는 공정의 효과를 결정할 수 있다. 예를 들어, 증류수 100cc 당 0.5 g 미만의 KOH 농도는 음전하된 실리콘 이온이 양으로 하전된 촉매 이온, 예를 들어 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 성공적인 생산을 용이하게하기 위해 충분한 이온이 전달되지 않을 수 있다.
블록(106)에 나타낸 바와 같이, 용액(206)은 도 3에 도시된 바와 같이 성공적이고 생산적인 반응을 촉진하기 위해 잘 혼합되고 균질화될 수 있다. 필요한 화합물들 사이의 결합은 용액에서 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 성공적으로 제조하기 위하여 중요할 수 있다. 예를 들어, 용액(206)은 100cc를 함유하는 혼합물에 대해 150 내지 300 RPM(Rounds Per Minute)의 속도로 전체 공정에 걸쳐 교반될 수 있다. 또한, 용액(206)은 예를 들어 대기압 하에서 유지될 수 있다. 성공적인 반응을 생성하기 위해 주변 압력을 교대 할 특별한 요구 사항은 없으며, 이는 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 생성할 수 있다. 용액(206)의 압력을 증가 및/또는 감소시키는 것은 예를 들어 결과를 변화시키지 않을 수 있음에 유의해야 하고, 나노와이어 및/또는 플레이트는 용액이 위치된 압력의 증가 및/또는 감소와 관련하여 용액(206)에서 제조될 수 있다.
블록(108)에 나타낸 바와 같이, 용액(206)은 대기압 하에서 75℃ 내지 95℃의 온도로 가온(warmed)될 수 있고, 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 전체 제조 공정 동안 75℃ 내지 끓는점의 온도에서 보온될 수 있다. 개시된 온도 범위는 최적의 성능만을 나타내며, 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트는 다른 온도에서 제조될 수 있음에 유의해야 한다.
블록(110)에 나타낸 바와 같이, 촉매, 예를 들어 금속 화합물이 용액에 도입될 수 있다. 예를 들어, 금속 메쉬(204)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 용액(206)에 침지될 수 있다. 금속 화합물은 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조 공정에서 촉매로서 작용할 수 있다. 성공적인 촉매는 원하는 공정의 활성화 점을 낮추는 능력을 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 특성을 갖는 금속 화합물은 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조 공정에서 촉매로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 제조 공정 동안 이온은 음으로 하전될 수 있는 실리콘 화합물에서 촉매로, 예를 들어 양으로 하전될 수 있는 금속 화합물로 전달될 수 있다. 성공적인 촉매는 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조 공정에서 핵심 요소 중 하나가 될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조 공정 동안, 음으로 하전될 수 있는 실리콘 이온이 양으로 하전될 수 있는 촉매로 끌어들일 수 있다. 실리콘 이온과 촉매 사이의 전위차로 인해, 이온은 촉매쪽으로 이동하여 촉매 상에 및/또는 서로 축적되기 시작하고, 하나 이상의 실리콘 이온은 촉매에 접착될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 이온은 실리콘 화합물로부터 이동하여 금속 화합물에 결합할 수 있다. 실리콘 화합물로부터의 나머지 이동 이온은 이어서 금속 화합물에 대한 제 1 이온 접착제에 결합하고, 예를 들어 실리콘 나노와이어 같은 실리콘 이온의 사슬을 형성할 수 있다. 실리콘 이온이 하나 이상의 축, 예를 들어 평원에서 서로 결합할 때, 실리콘 나노플레이트가 형성될 수 있다.
사용되는 금속 화합물은 그의 기본적인 금속 특성을 강조하는 한 임의의 형태, 형상 및/또는 디자인을 취할 수 있다. 예를 들어, 메쉬, 나노 입자 및 또는 이들의 임의의 조합으로 형성될 수 있다. 또한, 금속 화합물은 금속마다 다를 수 있다. 예를 들어, 금, 은, 스테인리스 스틸, 구리, 이들의 조합 및/또는 야금 특성을 갖는 임의의 화합물로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5C는 촉매로서 구리를 사용할 때 나노와이어가 형성될 수 있음을 나타내고, 도 5D는 촉매로서 은 이온을 함유하는 용액에 침지된 탄소를 사용할 때 나노와이어가 형성될 수 있음을 보여준다. 그러나, 금속 화합물의 물리적 구조, 예를 들어 그 형상, 크기 및/또는 디자인은 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조 공정에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 나노와이어의 폭은 도 4A, 4B, 4C, 5C 및 5D에 도시된 바와 같이 32 nm 내지 93 nm에서 변할 수 있다. 그러나, 금속 메쉬(204)를 금속 화합물로서 사용하는 경우, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 나노와이어 및 플레이트는 용액(206) 및 메시(204)의 상부에 형성될 수있다. 도 4C, 7A, 7B, 7C 및 7D는 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촉매로서 금속 메쉬를 사용하는 용액에서의 실리콘 나노와이어 및 플레이트의 형성 사진을 도시하였다. 그러나, 40 nm 보다 작은 금속성 나노 입자를 사용하는 경우, 예를 들어 도 5A, 5D 및 도 6에 도시된 바와 같이 실리콘 나노와이어는 용액에서 생성될 수 있다.
블록(112), (114) 및 (116)에 나타낸 바와 같이, 나트륨 메틸 실리코네이트(CH5NaO3Si), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 및 나트륨 디에틸디티오카바메이트(C5H10NS2Na)는 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 증류수 100cc를 함유하는 용액(206)에 도입될 수 있다. 나트륨 메틸 실리코네이트는 상기 용액 100cc 당 20cc 내지 50cc의 농도로 용액에 도입될 수 있다. EDTA는 상기 용액 100cc 당 0.35 gr 내지 0.55 gr의 농도로 용액에 도입될 수 있다. 나트륨 디에틸디티오카바메이트는 상기 용액 100cc 당 0.35 gr 내지 0.6 gr의 농도로 용액에 도입될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 농도는 필요한 용액의 혼합물을 가능하게 할 수 있으며, 이는 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조를 가능하게 할 수 있다.
블록(106)에 나타낸 바와 같이, 화합물은 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 공정을 거쳐 교반되어 균질화된 용액을 형성할 수 있다. 일단 화합물이 용액(206)에 삽입되면, 이들은 서로 상호 작용 할 수 있다. 예를 들어, EDTA는 제 1 킬레이트 제로서 작용할 수 있고, 예를 들어, EDTA는 금속 화합물에 대한 킬레이트제로서 사용될 수 있다. 예를 들어, EDTA는 금속 화합물과 결합하여 화학적 조성, 예를 들어 금속 화합물의 이온 및/또는 코어 구조를 재구성한다. 킬레이트제를 사용하면 금속 화합물이 다른 물질과의 결합 가능성을 향상시킬 수 있고, 예를 들어 EDTA는 나트륨 메틸 실리코네이트와 결합하기 위한 금속 화합물의 친화력을 향상시킬 수 있다.
용액(206)에 도입될 수 있는 나트륨 디에틸디티오카바메이트는 제 2 킬레이트제, 예를 들어 나트륨 디에틸디티오카바메이트는 나트륨 메틸 실리코네이트의 킬레이트제로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 나트륨 디에틸디티오카바메이트는 나트륨 메틸 실리코네이트와 결합하여 화학적 조성을 재배열 할 수 있다. 나트륨 메틸 실리코네이트의 음이온/이온 및/또는 코어 구조를 재구성하면 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 형성하기 위해 촉매, 예를 들어 금속 화합물과 결합하기 위해 실리콘 원소/화합물 친화력을 증가시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 킬레이트제를 사용하면 촉매 및 전자 매개체가 용액에서 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조 공정을 개선할 수 있다.
도 4A, 4B 및 4C는 전자 매개체로서 KOH, 촉매로서 금속 화합물 및 킬레이트 제로서 EDTA 및 나트륨 디에틸디티오카바메이트를 함유하는 용액에서 형성된 실리콘 나노와이어 및 플레이트의 사진을 도시하였다. 사진은 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 촬영하였다. 도면은 실리콘 나노와이어 또는 플레이트의 폭의 예를 도시한다. 예를 들어, 본원에 제시된 나노와이어의 폭은 66 nm 내지 73 nm 사이에서 변하고, 나노플레이트의 폭은 107 nm 내지 702 nm 사이에서 변할 수 있다.
또한, 두 킬레이트제의 비율은 실리콘의 나노와이어 구조를 결정할 수 있다. 예를 들어, 나트륨 디에틸디티오카바메이트에 비해 더 많은 EDTA를 용액(206)에 도입함으로써, 더 길고 더 얇은 실리콘 나노와이어가 형성될 수 있다. 그러나, 용액(206)에 나트륨 디에틸디티오카바메이트에 비해 더 적은 EDTA를 도입할 때, 결과는 더 두껍고 더 짧은 실리콘 나노와이어를 형성할 수 있다.
킬레이트제의 존재 및/또는 부재는 예를 들어 나트륨 디에틸디티오카바메이트는 반응 공정의 효율 및/또는 시간에 전적으로 영향을 줄 수 있음에 유의해야 한다. 킬레이트제의 부재는 금속성 화합물 및/또는 다른 촉매를 함유하는 상기 용액에 나트륨 메틸 실리코네이트를 도입할 때 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 형성에 영향을 미치지 않을 수 있다. 이유 중 하나는 용액 내 KOH 및 EDTA가 존재할 수 있다. KOH는 전자 매개체로서 작용하여 나트륨 메틸 실리코네이트와 금속 화합물 사이의 이온 전이를 용이하게 한다. EDTA는 킬레이트제로 작용하여, 예를 들어 나트륨 메틸 실리코네이트와 결합하기 위한 금속 화합물의 친화력을 향상시킬 수 있다. 따라서, KOH 및 EDTA의 존재는 용액(206)에서 일부 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 생산을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 용액(206)에서의 나트륨 메틸 실리코네이트 킬레이트제, 예를 들어 나트륨 디에틸디티오카바메이트의 존재는 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조 효과 및 품질을 증가시킬 수 있다.
블록(118)에 나타낸 바와 같이, 짧은 유기 화합물은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 용액(206)에 도입될 수 있다. 짧은 유기 화합물은 완충제로서 작용할 수 있다. 짧은 유기 화합물은 증류수 100cc 당 0.15 gr 내지 0.25 gr의 농도로 용액에 도입될 수 있다. 용액(206)은 알칼리성 용액일 수 있으므로, 도입된 완충제가 산성 일 수 있는 것이 중요할 수 있다. 예를 들어, 디메틸 아크릴산이 완충제로서 도입될 수 있다. 짧은 유기 화합물은 킬레이트제, 예를 들어 나트륨 디에틸디티오카바메이트일 수 있는 제 2 킬레이트제와 반응 및 결합할 수 있다. 디메틸 아크릴산은 제 2 킬레이트제와 결합할 수 있기 때문에 제어기로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 디메틸 아크릴산은 제 2 킬레이트제와 결합함으로써 킬레이트제가 소듐 메틸 실리코네이트와 추가로 결합하는 것을 방지할 수 있다. 디메틸 아크릴산의 존재는 나트륨 메틸 실리코네이트와 촉매, 예를 들어 금속 화합물의 결합을 억제할 수 있다. 따라서, 짧은 유기 화합물을 용액(206)에 삽입함으로써 공정에 대한 특정 제어가 달성될 수 있다. 예를 들어, 디메틸 아크릴산은 5B, 5C 및 5D에 도시된 바와 같이 용액에 형성된 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 양을 제어할 수 있도록 사용될 수 있다. 용액에 형성된 나노와이어 및/또는 플레이트의 양을 제어함으로써, 응집의 형성이 방지될 수 있다. 응집의 형성은 도 6에 도시된 바와 같이 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트가 서로 달라 붙어 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트가 서로 분리되는 것을 방지할 수 있다. 서로 붙어 있으면 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트가 사용되지 않을 수 있다.
블록(120)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조가 완료된 후, 예를 들어, 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트는 용액(206)으로부터 추출될 수 있고 잠재적 부산물로부터 분리될 수 있다. 추출은 몇 단계, 예를 들어 용액(206)을 대기압 하에서 100℃ 이상으로 데우는 단계로 구성될 수 있다. 이러한 고온으로의 데워진 용액(206)은 부산물의 구조적 형성을 파괴할 수 있고 또한 용액의 일부를 증발시킬 수 있다. 따라서, 예를 들어 증류수 100cc를 함유하는 용액(206)을 약 2 시간 내지 3 시간 동안 가열한 다음, 용액(206)은 약 30cc로 농축될 수 있다. 용액(206)이 약 30cc로 농축되면, 20cc 내지 30cc의 에탄올이 바신(202)에 첨가될 수 있고, 이어서 새로운 용액은 100℃ 이상으로 재가열될 수 있다. 새로운 용액은 약 30cc로 다시 농축 될 때까지 따뜻하게 유지될 수 있다. 새로운 용액이 두 번째로 농축된 후, 20cc-30cc의 에탄올이 바신(202)에 첨가될 수 있다. 그 후, 새로운 용액은 예를 들어 적어도 3 시간 후에 2 개의 독특한 상이 형성 및/또는 나타날 때까지 손대지 않을 수 있다. 적어도 3 시간 후, 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트는 바신(202)에 새로운 용액의 상부 상(upper phase) 위에 부유할 수 있고 부산물 및/또는 퇴적물은 바신(202)에 새로운 용액의 하부 상(bottom phase)으로 가라 앉을 수 있다.
금속성 메쉬를 사용하는 경우, 이는 전술한 세정 공정 전(before), 동안(during) 및/또는 후(after)에 추출될 수 있다. 금속 메쉬(204)는 이어서 증류수로 헹구어 건조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 제조를 가능하게 하는 예시적인 바신(202) 촉진 용액(206)의 개략도인 도 2를 참조한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수산화 칼륨(KOH), 나트륨 메틸 실리코네이트 (CH5NaO3Si), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 나트륨 디에틸디티오카바메이트(C5H10NS2Na) 및 디메틸 아크릴산은 용액(206)에서 잘 혼합될 수 있으며, 촉매, 예를 들어 금속 메쉬(204)와 같은 촉매와 함께 상호 작용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 예시적인 바신(202)에서 실리콘 나노와이어(302) 및/또는 실리콘 나노플레이트(304)를 생성하는 반응의 개략도인 도 3을 참조한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이온은 금속 화합물을 위한 킬레이트제로서 작용할 수 있는 촉매, 예를 들어 금속 메쉬(204)를 사용하여 EDTA에 의해 이동될 수있다. 이온 전달 메커니즘은 전자/이온 매개체로서 작용할 수있는 KOH에 의해 보조 될 수 있다. 도시된 바와 같이, 나트륨 디에틸디티오카바메이트에 의해 보조될 수 있는 소듐 메틸 실리코네이트와 금속 화합물 사이에서 반응이 일어날 수 있다. 나트륨 디에틸디티오카바메이트는 나트륨 메틸 실리코네이트와 결합하는 제 2 킬레이트제로서 작용할 수 있으며, 이는 나트륨 메틸 실리코네이트와 다른 화합물, 예를 들어 금속 화합물(204) 사이의 반응의 에너지 활성화 점을 낮출 수 있다. 도시된 바와 같이, 반응은 실리콘 나노와이어(302) 및/또는 플레이트(304)를 형성할 수 있다. 도 7B, 7C 및 7D에 도시된 바와 같이, 실리콘 나노플레이트(304)의 형성은 메시, 예를 들어 메시(204)의 구조적 형태로 촉매, 예를 들어 금속성 화합물을 사용할 때만 가능할 수 있음에 유의해야 한다. 그러나, 실리콘 나노와이어(302)의 형성은 임의의 형태의 촉매, 예를 들어 금속 화합물을 사용할 때 용액(206)에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 40 nm 보다 작을 수 있는 나노 금속 입자 및/또는 메쉬 형태의 입자를 사용한다. 예를 들어, 도 5B, 5C 및 5D에 도시된 바와 같다.
도 8A, 8B, 8C 및 8D는 촉매로서 금속 메쉬를 사용하여 용액에서 실리콘 나노와이어 및 플레이트를 형성하는 사진을 보여준다. 사진은 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 촬영하였다. TEM을 사용하면 당업자는 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트의 형성이 순수한 실리콘, 예를 들어 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트가 결정 형성을 생성하는 것으로 구성될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 도 8C는 실리콘 나노와이어의 명확한 구조를 도시한다. 또한, 도 8D에서 당업자는 실리콘 나노와이어를 포함하는 원자가 고정된 형태로 정렬되어 있음을 명확하게 볼 수 있다. 도면에 제시된 명확하고 고정된 형성은 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트가 결정 형성을 생성하고 순수한 실리콘으로 구성됨을 시사 할 수 있다.
도 9A 및 9B는 도 8a, 8b, 8c 및 8d에 도시된 바와 같이, 실리콘 화합물의 결정 형성을 나타낸 실리콘 나노플레이트의 회절을 나타내는 사진이다. 사진은 투과 전자 현미경(TEM) 및 고속 푸리에 변환(FFT) 방법을 사용하여 촬영하였다. TEM을 사용하여, 실리콘 나노-플레이트의 형성이 순수한 실리콘으로 구성될 수 있음을 추가로 검증할 수 있는 FFT 방법의 사용을 가능하게 할 수 있다. 실리콘 나노와이어 및/또는 실리콘 나노플레이트는 도 8A, 8B, 8C 및 8D에서 회절을 사용하여 추가로 테스트되었고 및/또는 FFT 방법은 도 9A 및 9B에 제시되어 있음을 나타낸다. 당업자는 도 9A 및 9B가 실리콘 나노-플레이트가 결정 형성을 생성함을 추가로 확인할 수 있음을 식별할 수 있다. 또한, 사진은 실리콘 나노플레이트의 결정 구조의 회절을 나타내기 때문에, 제시된 실리콘 나노플레이트의 대부분은 120 nm 보다 두껍지 않을 수 있다.
120 nm 보다 얇은 실리콘 나노와이어 및 플레이트는 전기 저항을 동적으로 변화시키는 능력을 가질 수 있으며, 따라서 마이크로 전자 산업, 예를 들어 반도체 산업에서 사용될 수 있다. 따라서, 마이크로 전자 산업에서, 상술한 바와 같이 120 nm 보다 얇은 두께를 갖는 결정 형성을 나타내는 실리콘 나노와이어 및/또는 플레이트를 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
CVD 공정을 사용하여 형성된 실리콘 나노와이어를 나타내는 사진인 도 10을 보면, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 사진을 촬영하였다. 도 10에 도시된 나노와이어를 도 5C, 5D 및 7A에 도시된 실리콘 나노와이어와 비교할 때, 당업자는 실리콘 나노와이어의 구조 단일성 및 크기, 예를 들어 길이 및/또는 두께의 차이를 명확하게 알 수 있다. 또한, CVD 방법을 사용하여 전술한 바와 같이, 사용자는 실리콘 나노플레이트를 제조하거나 길이 및/또는 두께 사이의 변화를 제어 할 수 없을 수 있다.
본 개시의 일 실시예들과 관련하여, 예로서 그리고 제한없이, '동작' 또는 '실행'과 같은 용어는 각각 '동작 가능'또는 '실행 가능'과 같은 능력을 의미한다.
예를 들어, "사물 속성"과 같은 결합 용어는 문맥상 달리 분명하게 드러나지 않는 한, 사물의 속성을 의미한다.
목적 또는 그 변형을 위한 용어 '구성' 및/또는 '적응'이라는 용어는 목적을 달성하기 위해 설계 및/또는 구현 및/또는 작동 가능하거나 조작할 수 있는 최소한의 소프트웨어 및/또는 전자 회로 및/또는 보조 장치를 사용하는 것을 의미한다.
프로그램 및/또는 데이터를 저장 및/또는 포함하는 기기는 제조 물품을 구성한다. 달리 명시되지 않는 한, 프로그램 및/또는 데이터는 비임시적 매체에 저장된다.
전기 또는 전자 장비가 개시되는 경우, 그 동작을 위해 적절한 전원이 사용되는 것으로 가정된다.
흐름도 및 블록도는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 가능한 구현의 아키텍처, 기능 또는 동작을 도시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도의 각 블록은 지정된 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하는 프로그램 코드의 모듈, 세그먼트 또는 부분을 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현에서, 도시되거나 설명된 동작은 동일하거나 동등한 효과를 달성하기 위해 순차적 동작 대신에 상이한 순서로 또는 조합하여 또는 동시 동작으로서 발생할 수 있음에 주목해야 한다.
이하의 청구항에서의 모든 수단 또는 단계와 기능 요소의 대응하는 구조, 재료, 작용 및 등가물은 구체적으로 청구된 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료 또는 작용을 포함하도록 의도된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "구성하는", "포함하는" 및/또는 "갖는" 및 다른 용어는 언급된 특징, 정수, 단계, 연산, 요소, 및 존재의 존재를 특정하는 것으로 이해될 것이다. 구성 요소들 중 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 연산들, 요소들, 구성 요소들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 달리 명시되지 않는 한 제한하는 것으로 이해되어서는 안되며, 특정 실시예만을 설명하기 위한 것이며 개시된 주제를 제한하려는 것이 아니다. 개시된 주제의 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 개시는 여기에 설명된 실시예에 한정되지 않음이 명백 할 것이다. 수많은 수정, 변경, 변형, 대체 및 동등물이 배제되지 않습니다.
Claims (25)
- 다음을 포함하는 실리콘 나노와이어 또는 실리콘 나노플레이트 제조용 조성물:
수산화 칼륨(KOH);
하나 이상의 촉매;
나트륨 금속 실리코네이트(Na2SiO2); 및
제 1 킬레이트제 역할을 하는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA).
- 제1항에 있어서, 상기 촉매는 금속 특성을 갖는 하나 이상의 금속 화합물인 조성물.
- 제1항에 있어서, 제 2 킬레이트제 역할을 하는 나트륨 디에틸디티오카바메이트(C5H10NS2Na)를 추가로 포함하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 형성된 실리콘 나노와이어 또는 플레이트의 양을 조절하고 응집을 방지할 수 있는 완충제(buffer)로서 작용하는 짧은(short) 유기 화합물을 추가로 포함하는 조성물.
- 제3항에 있어서, 상기 EDTA 및 나트륨 디에틸디티오카바메이트 사이의 비율은 용액에 형성된 나노와이어의 구조(예를 들어, 길고 얇은 나노와이어 또는 짧고 두꺼운 나노와이어)를 결정하는 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 짧은 유기 화합물은 산성(acidic)인 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 짧은 유기 화합물은 디메틸아크릴산(Dimethylacrylic Acid)인 조성물.
- 제2항에 있어서, 상기 금속 화합물은 금(gold), 은(silver), 구리(cooper), 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 이들의 조합을 포함하는 조성물.
- 제2항에 있어서, 상기 금속 화합물은 메쉬(mesh)인 조성물.
- 제2항에 있어서, 상기 금속 화합물은 40 nm 이하의 나노 금속 입자(nano metallic particles)를 포함하는 조성물.
- 다음 단계를 포함하는 실리콘 나노와이어 또는 실리콘 나노플레이트의 제조를 가능하게 하는 용액을 생성하는 방법:
바신(basin)에 증류수를 도입하는 단계;
상기 용액에 전자 매개체(electron mediator)로서 작용하는 수산화 칼륨(KOH)을 도입하는 단계;
균질화된 용액(homogenized solution)을 형성하는 단계;
상기 용액을 75℃까지 데우고 용액을 끓는점 미만으로 유지하는 단계;
상기 용액에 하나 이상의 촉매를 도입하는 단계;
상기 용액에 나트륨 금속 실리코네이트를 도입하는 단계;
상기 용액에 제 1 킬레이트제 역할을 하는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)을 도입하는 단계;
상기 용액에 제 2 킬레이트 제로서 작용하는 나트륨 디에틸디티오카바메이트(C5H10NS2Na)를 도입하는 단계; 및
상기 용액에 짧은 유기 화합물을 도입하는 단계;
여기서, 상기 나노와이어 또는 플레이트는 촉매를 사용하여 형성되고; 및
상기 유기 화합물은 형성된 실리콘 나노와이어 또는 플레이트의 양을 제어하고 응집을 방지하기 위한 완충제로서 작용됨.
- 제11항에 있어서, 상기 EDTA 및 나트륨 디에틸디티오카바메이트 사이의 비율은 용액에 형성된 나노와이어의 구조(예를 들어 길고 얇은 나노와이어 또는 짧고 두꺼운 나노와이어)를 결정하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 나트륨 디에틸디티오카바메이트에 비해 더 많은 EDTA를 도입함으로써 더 길고 더 얇은 나노와이어를 형성하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 나트륨 디에틸디티오카바메이트에 비해 더 적은 EDTA를 도입함으로써 더 짧고 더 두꺼운 나노와이어를 형성하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 짧은 유기 화합물은 산성(acidic)인 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 짧은 유기 화합물은 디메틸아크릴산(Dimethylacrylic Acid)인 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 촉매는 금속 특성을 갖는 하나 이상의 금속 화합물인 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 금속 화합물은 메쉬(mesh)인 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 금속 화합물은 금(gold), 은(silver), 구리(cooper), 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 금속 화합물은 40 nm 이하의 나노 금속 입자(nano metallic particles)를 포함하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 유기 화합물은 제 2 킬레이트제와 결합하여 나노와이어 또는 플레이트의 형성을 방지하는 것인 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 용액 중 KOH가 100cc 당 0.5 g 이상 존재하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 용액 100cc는 1 내지 3 g의 수산화 칼륨(KOH), 20 내지 50cc의 나트륨 실리코네이트, 0.35 내지 0.55 g의 EDTA, 0.35 내지 0.6 g의 C5H10NS2Na, 0.15 내지 0.25 g의 유기 화합물을 포함하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 용액으로부터 나노와이어 또는 플레이트를 추출하는 단계는 다음 단계를 포함하는 방법:
용액을 증발시키기 위해 바신(basin)을 100℃ 이상으로 데우는 단계(예를 들어, 용액은 100cc에서 30cc로 농축됨);
25 내지 35cc의 에탄올을 바신에 첨가하는 단계;
용액을 증발시키기 위해 바신을 100℃ 이상으로 데우는 단계(예를 들어, 용액은 50cc에서 30cc로 농축됨); 및
25 내지 35cc의 에탄올을 바신에 첨가하고 용액에 2개의 구별되는 상이 형성 될 때까지 용액을 놓아 두는 단계;
상기 실리콘 나노와이어 또는 플레이트는 상기 상부 상(upper phase)에 떠있고 부산물은 상기 하부 상(lower phase)에 가라앉음.
- 제24항 및 제18항에 있어서, 상기 금속 화합물을 추출하여 용액을 형성하고, 금속 화합물을 증류수로 헹구고, 금속 화합물을 건조시키는 방법.
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