본 논문에서는 질화붕소 (BN) 나노튜브의 구조와 전기적, 역학적, 열적 특성이 연구되었다. 탄소 나노튜브와 비교해, 질화붕소 나노튜브는 독특한 구조와 물리적 특성을 가진다. 가장 특이한 구조적 특징은 질소와 붕소의 다른 이온화 정도에 의해 발생하는 버클링의 존재이다. 이 버클링 효과는 질화붕소 나노튜브의 직경, 결합길이, 단위셀의 길이 등 구조적 변화 및 물리적 변화를 일으킨다. 또한 탄소 나노튜브보다 낮은 변형에너지에 의해 질화붕소 나노튜브의 안정성을 알 수 있다. 질화붕소 나노튜브는 구조와 직경에 관계없이 항상 일정한 밴드갭 (~ 4 eV) 을 가지며, 특히 (n,0) 나노튜브는 직접천이형 물질이고 (n,n) 나노튜브는 간접천이형 반도체이다. 또한 질화붕소 나노튜브의 끝단은 탄소 나노튜브에서 관찰되지 않는 비결정형이나 편평한 구조를 보여준다. 나노튜브 끝단의 ...
본 논문에서는 질화붕소 (BN) 나노튜브의 구조와 전기적, 역학적, 열적 특성이 연구되었다. 탄소 나노튜브와 비교해, 질화붕소 나노튜브는 독특한 구조와 물리적 특성을 가진다. 가장 특이한 구조적 특징은 질소와 붕소의 다른 이온화 정도에 의해 발생하는 버클링의 존재이다. 이 버클링 효과는 질화붕소 나노튜브의 직경, 결합길이, 단위셀의 길이 등 구조적 변화 및 물리적 변화를 일으킨다. 또한 탄소 나노튜브보다 낮은 변형에너지에 의해 질화붕소 나노튜브의 안정성을 알 수 있다. 질화붕소 나노튜브는 구조와 직경에 관계없이 항상 일정한 밴드갭 (~ 4 eV) 을 가지며, 특히 (n,0) 나노튜브는 직접천이형 물질이고 (n,n) 나노튜브는 간접천이형 반도체이다. 또한 질화붕소 나노튜브의 끝단은 탄소 나노튜브에서 관찰되지 않는 비결정형이나 편평한 구조를 보여준다. 나노튜브 끝단의 전산모사를 통해 (n,0) 구조는 비결정구조를 (n,n) 나노튜브는 사각링을 포함한 편평한 구조를 가짐을 알 수 있었다. 탄소 나노튜브와 달리 일반적으로 실험에 의해 생산된 대부분의 질화붕소 나노튜브는 (n,0) 구조를 갖는다. 그러나 질화붕소 나노튜브의 안정성을 위한 에너지 측면에서의 이론적 연구는 아직까지 이를 정확히 입증하지 못했다. 그러므로 향후 이를 위한 이론적 연구가 반드시 선행되어야 한다. 또한 보고된 실험적 결과들을 고려해 볼 때, 질화붕소 나노튜브의 성장은 기저 성장 메커니즘의 타당하다고 여겨진다. 질화붕소 나노튜브의 계산된 영률 (781 ± 52 GPa) 은 탄소 나노튜브보다 다소 낮다. 또한 나노튜브의 높은 만곡으로 인해, 직경이 감소할수록 영률이 줄어듬을 알 수 있었다. 일반적으로 질화붕소 물질에서는 동종 결합의 불안정성으로 인해 홀수형 링은 적당하지 않는 것으로 알려져 있어 사각링를 포함한 짝수형 링만을 고려해 왔다. 그러나 질화붕소 나노튜브에 있어서, 오각-칠각형 쌍 결함은 동종 결합에도 불구하고 나노튜브의 구조적 변형을 감소시켜 주었으며, 이종 결합만으로 이루어진 사각-팔각형 쌍 결함은 심한 구조적 뒤틀림을 일으켰다. 결국 질화붕소 나노튜브에 있어서는 오각-칠각형 쌍 결함이 사각-팔각형 쌍 결함보다 구조 및 에너지 측면에서 더욱 안정함을 알 수 있었다. 이러한 효과는 사각-팔각형 쌍 결함을 가진 질화붕소 나노튜브가 결함이 없는 나노튜브로의 변형 과정을 통해서도 알 수 있었다. 또한 높은 온도에서의 질화붕소 나노튜브는 오각-칠각형 쌍 결함을 보여주었으며, 이러한 결함은 나노튜브 분해의 원인이 되었다. 질화붕소 나노튜브는 균일한 성질로 인해 나노 소자 응용에 있어 탄소 나노튜브보다 훌륭한 잠재적 이점을 가지고 있다. 그러므로 구조적, 물리적 특성 연구를 넘어 소자로서의 가능성을 위한 연구도 지속되어야 한다.
본 논문에서는 질화붕소 (BN) 나노튜브의 구조와 전기적, 역학적, 열적 특성이 연구되었다. 탄소 나노튜브와 비교해, 질화붕소 나노튜브는 독특한 구조와 물리적 특성을 가진다. 가장 특이한 구조적 특징은 질소와 붕소의 다른 이온화 정도에 의해 발생하는 버클링의 존재이다. 이 버클링 효과는 질화붕소 나노튜브의 직경, 결합길이, 단위셀의 길이 등 구조적 변화 및 물리적 변화를 일으킨다. 또한 탄소 나노튜브보다 낮은 변형에너지에 의해 질화붕소 나노튜브의 안정성을 알 수 있다. 질화붕소 나노튜브는 구조와 직경에 관계없이 항상 일정한 밴드갭 (~ 4 eV) 을 가지며, 특히 (n,0) 나노튜브는 직접천이형 물질이고 (n,n) 나노튜브는 간접천이형 반도체이다. 또한 질화붕소 나노튜브의 끝단은 탄소 나노튜브에서 관찰되지 않는 비결정형이나 편평한 구조를 보여준다. 나노튜브 끝단의 전산모사를 통해 (n,0) 구조는 비결정구조를 (n,n) 나노튜브는 사각링을 포함한 편평한 구조를 가짐을 알 수 있었다. 탄소 나노튜브와 달리 일반적으로 실험에 의해 생산된 대부분의 질화붕소 나노튜브는 (n,0) 구조를 갖는다. 그러나 질화붕소 나노튜브의 안정성을 위한 에너지 측면에서의 이론적 연구는 아직까지 이를 정확히 입증하지 못했다. 그러므로 향후 이를 위한 이론적 연구가 반드시 선행되어야 한다. 또한 보고된 실험적 결과들을 고려해 볼 때, 질화붕소 나노튜브의 성장은 기저 성장 메커니즘의 타당하다고 여겨진다. 질화붕소 나노튜브의 계산된 영률 (781 ± 52 GPa) 은 탄소 나노튜브보다 다소 낮다. 또한 나노튜브의 높은 만곡으로 인해, 직경이 감소할수록 영률이 줄어듬을 알 수 있었다. 일반적으로 질화붕소 물질에서는 동종 결합의 불안정성으로 인해 홀수형 링은 적당하지 않는 것으로 알려져 있어 사각링를 포함한 짝수형 링만을 고려해 왔다. 그러나 질화붕소 나노튜브에 있어서, 오각-칠각형 쌍 결함은 동종 결합에도 불구하고 나노튜브의 구조적 변형을 감소시켜 주었으며, 이종 결합만으로 이루어진 사각-팔각형 쌍 결함은 심한 구조적 뒤틀림을 일으켰다. 결국 질화붕소 나노튜브에 있어서는 오각-칠각형 쌍 결함이 사각-팔각형 쌍 결함보다 구조 및 에너지 측면에서 더욱 안정함을 알 수 있었다. 이러한 효과는 사각-팔각형 쌍 결함을 가진 질화붕소 나노튜브가 결함이 없는 나노튜브로의 변형 과정을 통해서도 알 수 있었다. 또한 높은 온도에서의 질화붕소 나노튜브는 오각-칠각형 쌍 결함을 보여주었으며, 이러한 결함은 나노튜브 분해의 원인이 되었다. 질화붕소 나노튜브는 균일한 성질로 인해 나노 소자 응용에 있어 탄소 나노튜브보다 훌륭한 잠재적 이점을 가지고 있다. 그러므로 구조적, 물리적 특성 연구를 넘어 소자로서의 가능성을 위한 연구도 지속되어야 한다.
주제어
#NANOTUBE MECHANICAL ELECTRONIC THERMAL BORON NITRIDE 질화붕소 나노튜브 반도체
학위논문 정보
저자
문원하
학위수여기관
Chung-ang Univ.
학위구분
국내박사
학과
Nano Electronic Future Technology Lab., Dept. of Electrical and Electronic Engineering
발행연도
2004
총페이지
ix, 153 leaves
키워드
NANOTUBE MECHANICAL ELECTRONIC THERMAL BORON NITRIDE 질화붕소 나노튜브 반도체
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