ZnO는 II-VI 화합물 반도체로써 상온에서 넓은 밴드갭 (3.37 eV)과 60 meV의 높은 엑시톤결합에너지를 가지고 있어서 LED, LD등 발광소자를 비롯한 여러 가지 광전자 디바이스 및 화학센서등에 응용 가능성을 가지고 있다. 최근에는 ZnO박막에 대한 연구뿐만 아니라 ZnO를 이용한 나노선(nanowire), 나노막대 (nanorod), 나노바늘(nanoneedle), 나노벨트(nanobelt), 나노튜브 (nanotube) 등과 같은 1차원 구조를 가지는 나노구조물에 많은 관심이 집중되고 있다. 이러한 관심이 집중되면서 많은 연구 그룹들이 다양한 ZnO 나노구조물을 제조하여 발표하고 있고 이들의 전기적 특성을 측정하여 나노소자로의 응용 가능성을 모색하고 있다 여러 가지 ZnO 나노구조물들 중에서 나노선(nanowire), 나노막대(nanorod)는 기존의 탄소 나노튜브와 달리 ...
ZnO는 II-VI 화합물 반도체로써 상온에서 넓은 밴드갭 (3.37 eV)과 60 meV의 높은 엑시톤결합에너지를 가지고 있어서 LED, LD등 발광소자를 비롯한 여러 가지 광전자 디바이스 및 화학센서등에 응용 가능성을 가지고 있다. 최근에는 ZnO박막에 대한 연구뿐만 아니라 ZnO를 이용한 나노선(nanowire), 나노막대 (nanorod), 나노바늘(nanoneedle), 나노벨트(nanobelt), 나노튜브 (nanotube) 등과 같은 1차원 구조를 가지는 나노구조물에 많은 관심이 집중되고 있다. 이러한 관심이 집중되면서 많은 연구 그룹들이 다양한 ZnO 나노구조물을 제조하여 발표하고 있고 이들의 전기적 특성을 측정하여 나노소자로의 응용 가능성을 모색하고 있다 여러 가지 ZnO 나노구조물들 중에서 나노선(nanowire), 나노막대(nanorod)는 기존의 탄소 나노튜브와 달리 도핑이 가능하고 직경 조절이 용이하며 기계적 성질 또한 우수하기 때문에 차세대 광전소자, STM 등의 미세탐침 그리고 FED (field effect display)에 응용 가능성이 높은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 유기화학기상층착법 (MOCVD)법을 이용하여 n-GaN/Al2O3(0001) 기판위에 ZnO 나노막대를 제조하였다. 나노막대의 크기를 조절하기 위해서, 반응기내의 압력을 변화하는 실험, 성장 온도의 변화를 달리하는 실험, MOCVD법의 공정변수를 변화하는 실험 등 여러 가지 실험을 하였고, 그 중에서 Zn와 O의 전구체의 비율이 나노막대의 크기를 조절하는데 아주 좋은 방법이라는 것을 알 수 있었다 ZnO 나노막대의 성장을 위한 Zn전구체는 DEZn, 산소 전구체로는 O2를 사용하였으며, 반응기내의 압력은 5 torr를 유지하면서 500℃에서 30분 동안 성장하였다. O/Zn의 비율은 51~408까지 변화를 주면서 실험해 본 결과 나노막대의 길이는 800~4150 nm, 지름은 40~140 nm로 변화하는 것을 알 수 있었고, ZnO 나노막대의 길이와 지름에 대한 증착률의 비를 확인할 수 있었다. 그리고 O/Zn의 전구체의 비에 따라 크기가 다르게 제조된 ZnO 나노막대의 전기적 특성을 조사하기 위하여, 단일 ZnO 나노막대를 이용하여 FET(field effect transistor) 소자를 구현하였다. 전기적 특성을 측정하기 위해서 선택된 단일 ZnO 나노막대위에 e-beam lithography를 이용하여 전극 패턴을 형성하였고, Ni (~100 nm)과 Au (~50 nm)를 thermal evaporation 장비를 이용하여 전극으 형성하였다. 이들의 메탈 접촉은 소스(source)-드레인(drain) 전극의 기능을 하고 back gate로써 Si 기판이 사용되었다. 이렇게 구현된 FET(field effect transistor) 소자를 이용하여 전기적 특성을 측정한 결과 V_(g)가 양으로 증가할 때 I_(sd)가 점진적으로 증가하고, V_(g)가 음으로 증가할 때 I_(sd)가 증가하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터, 측정된 ZnO 나노막대가 전형적인 n-type 반도체임을 알 수 있었다. 또한 이들의 광학적 특성을 확인해 보기 위해 PL측정을 실시해 본 결과 NBE이 지배적이고, 반가폭은 18-20 meV 정도의 값을 갖는 것을 알 수 있었으며 광학적 품질 또한 매우 유사하다는 것을 알 수 있었다. 위 결과로부터 O와 Zn의 전구체의 비로 나노막대의 크기를 조절하는 것이 전기적 특성과 광학적 특성에 별다른 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있었다. 그리고 진공정도도 따른 ZnO 나노막대가 가지는 민감도를 측정한 결과 ZnO 나노막대가 산소 센서로써 응용 가능성을 가지고 있다는 것을 알 수 있었다.
ZnO는 II-VI 화합물 반도체로써 상온에서 넓은 밴드갭 (3.37 eV)과 60 meV의 높은 엑시톤 결합에너지를 가지고 있어서 LED, LD등 발광소자를 비롯한 여러 가지 광전자 디바이스 및 화학센서등에 응용 가능성을 가지고 있다. 최근에는 ZnO박막에 대한 연구뿐만 아니라 ZnO를 이용한 나노선(nanowire), 나노막대 (nanorod), 나노바늘(nanoneedle), 나노벨트(nanobelt), 나노튜브 (nanotube) 등과 같은 1차원 구조를 가지는 나노구조물에 많은 관심이 집중되고 있다. 이러한 관심이 집중되면서 많은 연구 그룹들이 다양한 ZnO 나노구조물을 제조하여 발표하고 있고 이들의 전기적 특성을 측정하여 나노소자로의 응용 가능성을 모색하고 있다 여러 가지 ZnO 나노구조물들 중에서 나노선(nanowire), 나노막대(nanorod)는 기존의 탄소 나노튜브와 달리 도핑이 가능하고 직경 조절이 용이하며 기계적 성질 또한 우수하기 때문에 차세대 광전소자, STM 등의 미세탐침 그리고 FED (field effect display)에 응용 가능성이 높은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 유기화학기상층착법 (MOCVD)법을 이용하여 n-GaN/Al2O3(0001) 기판위에 ZnO 나노막대를 제조하였다. 나노막대의 크기를 조절하기 위해서, 반응기내의 압력을 변화하는 실험, 성장 온도의 변화를 달리하는 실험, MOCVD법의 공정변수를 변화하는 실험 등 여러 가지 실험을 하였고, 그 중에서 Zn와 O의 전구체의 비율이 나노막대의 크기를 조절하는데 아주 좋은 방법이라는 것을 알 수 있었다 ZnO 나노막대의 성장을 위한 Zn전구체는 DEZn, 산소 전구체로는 O2를 사용하였으며, 반응기내의 압력은 5 torr를 유지하면서 500℃에서 30분 동안 성장하였다. O/Zn의 비율은 51~408까지 변화를 주면서 실험해 본 결과 나노막대의 길이는 800~4150 nm, 지름은 40~140 nm로 변화하는 것을 알 수 있었고, ZnO 나노막대의 길이와 지름에 대한 증착률의 비를 확인할 수 있었다. 그리고 O/Zn의 전구체의 비에 따라 크기가 다르게 제조된 ZnO 나노막대의 전기적 특성을 조사하기 위하여, 단일 ZnO 나노막대를 이용하여 FET(field effect transistor) 소자를 구현하였다. 전기적 특성을 측정하기 위해서 선택된 단일 ZnO 나노막대위에 e-beam lithography를 이용하여 전극 패턴을 형성하였고, Ni (~100 nm)과 Au (~50 nm)를 thermal evaporation 장비를 이용하여 전극으 형성하였다. 이들의 메탈 접촉은 소스(source)-드레인(drain) 전극의 기능을 하고 back gate로써 Si 기판이 사용되었다. 이렇게 구현된 FET(field effect transistor) 소자를 이용하여 전기적 특성을 측정한 결과 V_(g)가 양으로 증가할 때 I_(sd)가 점진적으로 증가하고, V_(g)가 음으로 증가할 때 I_(sd)가 증가하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터, 측정된 ZnO 나노막대가 전형적인 n-type 반도체임을 알 수 있었다. 또한 이들의 광학적 특성을 확인해 보기 위해 PL측정을 실시해 본 결과 NBE이 지배적이고, 반가폭은 18-20 meV 정도의 값을 갖는 것을 알 수 있었으며 광학적 품질 또한 매우 유사하다는 것을 알 수 있었다. 위 결과로부터 O와 Zn의 전구체의 비로 나노막대의 크기를 조절하는 것이 전기적 특성과 광학적 특성에 별다른 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있었다. 그리고 진공정도도 따른 ZnO 나노막대가 가지는 민감도를 측정한 결과 ZnO 나노막대가 산소 센서로써 응용 가능성을 가지고 있다는 것을 알 수 있었다.
ZnO has many valuable properties, including a direct bandgap energy of ~3.37 eV and a large exciton binding energy of ~60 meV at room temperature, which makes it a promising candidate for efficient blue or ultraviolet light emitting devices. In addition, its high piezoelectric constant and chemical ...
ZnO has many valuable properties, including a direct bandgap energy of ~3.37 eV and a large exciton binding energy of ~60 meV at room temperature, which makes it a promising candidate for efficient blue or ultraviolet light emitting devices. In addition, its high piezoelectric constant and chemical sensitivity enable it to be used in nanoscale mechanical device and chemical sensors. In recent years, many efforts have been made on the synthesis of one-dimensional ZnO nanostructures such as nanowire, nanorod, nanoneedle, nanobelt and nanotube. Amongst various ZnO nanostructures, nanowires and nanorods reveal better mechanical properties and thermal stability than the carbon nanotubes. Consequently, the ZnO nanowires and nanorods are more suitable not only to the next-generation optoelectronic devives but also for fabricating FED (field effect display) devices and scanning tunneling microscope, atomic force microscope tip applications. In this study, ZnO nanorods were grown on GaN-buffered Al2O3 (0001) substrates using a horizontal-type metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) system without using any metal catalyst. Many experiments have been performed during the MOCVD process by adjusting the growth temperature and the pressure in reactor to study the size control of ZnO nanorods. Our experimental results revealed that the size of vertically well-aligned ZnO nanorods in terms of length, diameter and aspect ratio can be tuned by simply adjusting the O/Zn precursor ratio. By changing the flow rates of oxygen and diethylzinc, the O/Zn precursor ratio was controlled from 51 to 408. The typical length and diameter of the ZnO nanorods were varied from 800 nm to 4150 nm and from 40 nm to 140 nm, respectively. Although there is a tendency for both their diameters and lengths to increase with decreasing O/Zn precursor ratio, the lateral growth rate of the ZnO nanorods is much less than the vertical growth rate. In order to investigate the electrical properties of vertically well-aligned ZnO nanorods grown with the GaN buffer layer, field effect transistors (FETs) were fabricated using individual ZnO nanorod. The result of I-V curve reveals that a positive Vg progressively increases Isd, while negative Vg decreases Isd, definitely suggesting that the ZnO nanorod used in the FET is of typical n-type semiconductor. The optical properties of the ZnO nanorods were investigated by conducting photoluminesence (PL) measurements. The ZnO nanorods grown at different ratios showed an strong peak with a narrow FWHM value in the range of 18-20 meV at ~3.31 eV, which is attributed to the near band edge (NBE) emission . Through the investigations on the electrical transport properties of the ZnO nanorods based on the nonorod FETs, we found that although the nanorod size varied depending on the precursor ratio used, their electrical transport properties were basically similar. And, the effect of O2 absorption on the electrical transport of ZnO nanorods suggests that ZnO nanorods are promising materials for oxygen sensing application.
ZnO has many valuable properties, including a direct bandgap energy of ~3.37 eV and a large exciton binding energy of ~60 meV at room temperature, which makes it a promising candidate for efficient blue or ultraviolet light emitting devices. In addition, its high piezoelectric constant and chemical sensitivity enable it to be used in nanoscale mechanical device and chemical sensors. In recent years, many efforts have been made on the synthesis of one-dimensional ZnO nanostructures such as nanowire, nanorod, nanoneedle, nanobelt and nanotube. Amongst various ZnO nanostructures, nanowires and nanorods reveal better mechanical properties and thermal stability than the carbon nanotubes. Consequently, the ZnO nanowires and nanorods are more suitable not only to the next-generation optoelectronic devives but also for fabricating FED (field effect display) devices and scanning tunneling microscope, atomic force microscope tip applications. In this study, ZnO nanorods were grown on GaN-buffered Al2O3 (0001) substrates using a horizontal-type metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) system without using any metal catalyst. Many experiments have been performed during the MOCVD process by adjusting the growth temperature and the pressure in reactor to study the size control of ZnO nanorods. Our experimental results revealed that the size of vertically well-aligned ZnO nanorods in terms of length, diameter and aspect ratio can be tuned by simply adjusting the O/Zn precursor ratio. By changing the flow rates of oxygen and diethylzinc, the O/Zn precursor ratio was controlled from 51 to 408. The typical length and diameter of the ZnO nanorods were varied from 800 nm to 4150 nm and from 40 nm to 140 nm, respectively. Although there is a tendency for both their diameters and lengths to increase with decreasing O/Zn precursor ratio, the lateral growth rate of the ZnO nanorods is much less than the vertical growth rate. In order to investigate the electrical properties of vertically well-aligned ZnO nanorods grown with the GaN buffer layer, field effect transistors (FETs) were fabricated using individual ZnO nanorod. The result of I-V curve reveals that a positive Vg progressively increases Isd, while negative Vg decreases Isd, definitely suggesting that the ZnO nanorod used in the FET is of typical n-type semiconductor. The optical properties of the ZnO nanorods were investigated by conducting photoluminesence (PL) measurements. The ZnO nanorods grown at different ratios showed an strong peak with a narrow FWHM value in the range of 18-20 meV at ~3.31 eV, which is attributed to the near band edge (NBE) emission . Through the investigations on the electrical transport properties of the ZnO nanorods based on the nonorod FETs, we found that although the nanorod size varied depending on the precursor ratio used, their electrical transport properties were basically similar. And, the effect of O2 absorption on the electrical transport of ZnO nanorods suggests that ZnO nanorods are promising materials for oxygen sensing application.
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