강제적 가수분해(forced hydrolysis)에 의하여 구 형태의 ZnO 나노 입자 (spherical ZnO nanoparticle)를 합성하였고, 리간드 교환을 통해 입자간 축합반응을 유도하였으며, ZnO ...
강제적 가수분해(forced hydrolysis)에 의하여 구 형태의 ZnO 나노 입자 (spherical ZnO nanoparticle)를 합성하였고, 리간드 교환을 통해 입자간 축합반응을 유도하였으며, ZnO 나노 입자의 TFT (thin film transistor) 응용을 연구하하였다. 합성된 나노 입자는 XRD (X-ray diffraction), FE-SEM (field emission scanning electron microscopy), TGA (thermogravimetric analysis), 그리고 FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy)등을 이용하여 분석되었고, 그 결과 구형의 결정성 ZnO 나노 입자들이 서로 응집된(aggregated) 형태를 이루고 있음을 확인하였다. 아세트산(acetic acid)을 리간드로 첨가하여 나노 입자 응집체를 각각의 입자로 분리하였으며(AC-ZnO), 이 과정에서 아세트산에 의해 나노 입자가 식각되어 나노 입자의 크기가 감소하는 것이 확인되었다. 이 후, 일정량의 티오 아세트산(thioacetic acid; TAA)를 첨가하여 약 62 %의 TAA로의 리간드 교환(TAA-ZnO)을 유도하였다. Spin-coating 방법으로 각각의 ZnO 나노 입자 박막(AC-ZnO와 TAA-ZnO)을 제작하고 경화 온도에 따른 특성 변화를 분석하였다. AC-ZnO 박막의 경우, 아세트산의 끓는점(118 ℃)보다 높은 온도인 150 ℃ 경화 조건에서부터 박막 내 ZnO 나노 입자의 결정성이 되살아나는 것이 확인되었다. 이는 아세트산의 식각 효과에 의하여 ZnO 나노 입자의 결정성과 크기가 변형되었다가, 아세트산의 끓는점 이상으로 경화 시 잃었던 결정성과 크기를 회복하였기 때문으로 볼 수 있다. UV-vis 측정 결과 TAA로의 리간드 교환 후 경화 온도가 증가할수록 흡수 피크가 장파장으로 이동하였고, XRD 분석 결과 zinc sulfide 피크가 존재하였다. 이를 토대로 온도가 증가함에 따라 축합반응이 더욱 진행되었음을 알 수 있다. 수산화암모늄 용액(ammonium hydroxide solution)을 이용하여 제작된 ZnO 나노 입자 TFT 소자의 특성 평가 결과, 150 ℃ 경화 시료의 경우 VDS 값이 40 V 일 때 문턱 전압 값은 24.1 V, 전하 이동도는 1.43×10^-2 cm^2/V.s 이고, 300 ℃ 경화 시료의 경우 문턱 전압 값은 21.8 V, 전하 이동도는 0.17 cm^2/V.s 로 측정되었다. 본 연구를 통하여 합성된 구 형태의 ZnO 나노 입자의 표면 리간드 교환을 통한 축합 반응 가능성과 TFT 소자 구현 가능성을 검증하였다.
강제적 가수분해(forced hydrolysis)에 의하여 구 형태의 ZnO 나노 입자 (spherical ZnO nanoparticle)를 합성하였고, 리간드 교환을 통해 입자간 축합반응을 유도하였으며, ZnO 나노 입자의 TFT (thin film transistor) 응용을 연구하하였다. 합성된 나노 입자는 XRD (X-ray diffraction), FE-SEM (field emission scanning electron microscopy), TGA (thermogravimetric analysis), 그리고 FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy)등을 이용하여 분석되었고, 그 결과 구형의 결정성 ZnO 나노 입자들이 서로 응집된(aggregated) 형태를 이루고 있음을 확인하였다. 아세트산(acetic acid)을 리간드로 첨가하여 나노 입자 응집체를 각각의 입자로 분리하였으며(AC-ZnO), 이 과정에서 아세트산에 의해 나노 입자가 식각되어 나노 입자의 크기가 감소하는 것이 확인되었다. 이 후, 일정량의 티오 아세트산(thioacetic acid; TAA)를 첨가하여 약 62 %의 TAA로의 리간드 교환(TAA-ZnO)을 유도하였다. Spin-coating 방법으로 각각의 ZnO 나노 입자 박막(AC-ZnO와 TAA-ZnO)을 제작하고 경화 온도에 따른 특성 변화를 분석하였다. AC-ZnO 박막의 경우, 아세트산의 끓는점(118 ℃)보다 높은 온도인 150 ℃ 경화 조건에서부터 박막 내 ZnO 나노 입자의 결정성이 되살아나는 것이 확인되었다. 이는 아세트산의 식각 효과에 의하여 ZnO 나노 입자의 결정성과 크기가 변형되었다가, 아세트산의 끓는점 이상으로 경화 시 잃었던 결정성과 크기를 회복하였기 때문으로 볼 수 있다. UV-vis 측정 결과 TAA로의 리간드 교환 후 경화 온도가 증가할수록 흡수 피크가 장파장으로 이동하였고, XRD 분석 결과 zinc sulfide 피크가 존재하였다. 이를 토대로 온도가 증가함에 따라 축합반응이 더욱 진행되었음을 알 수 있다. 수산화암모늄 용액(ammonium hydroxide solution)을 이용하여 제작된 ZnO 나노 입자 TFT 소자의 특성 평가 결과, 150 ℃ 경화 시료의 경우 VDS 값이 40 V 일 때 문턱 전압 값은 24.1 V, 전하 이동도는 1.43×10^-2 cm^2/V.s 이고, 300 ℃ 경화 시료의 경우 문턱 전압 값은 21.8 V, 전하 이동도는 0.17 cm^2/V.s 로 측정되었다. 본 연구를 통하여 합성된 구 형태의 ZnO 나노 입자의 표면 리간드 교환을 통한 축합 반응 가능성과 TFT 소자 구현 가능성을 검증하였다.
Spherical ZnO nanoparticles (NPs) were synthesized by forced hydrolysis and the effects of different ligands on the structural and optical properties were studied as well as their applicability for TFT was. It was found that as-synthesized ZnO NPs which were spherical and crystalline were aggregated...
Spherical ZnO nanoparticles (NPs) were synthesized by forced hydrolysis and the effects of different ligands on the structural and optical properties were studied as well as their applicability for TFT was. It was found that as-synthesized ZnO NPs which were spherical and crystalline were aggregated each other. Acetic acid was added as a ligand (AC-ZnO) to separate the aggregated NPs and it was confirmed that the size of NPs were reduced by etching effect of the acetic acid. Subsequently, ligand exchange was induced from the acetic acid to thioacetic acid(TAA), at which the ligand exchange was succeeded by approximately 62%. ZnO NP thin films (AC-ZnO, TAA-ZnO) were fabricated by spin-coating method and their optical and electrical properties were investigated according to curing temperatures. In the case of AC-ZnO thin films, it was confirmed that the crystallinity of ZnO NPs were recovered at the curing temperature of 150℃. Due to the etching effect of the acetic acid, crystallinity and size of the ZnO NPs were deformed but after curing at the temperature above the boiling point of the acetic acid, the crystallinity and size were recovered. From the UV-vis results of the ZnO NP thin films, it was observed that after ligand exchange (TAA-ZnO), the absorption peak was red-shifted as the curing temperature increased and also zinc sulfide peak was appeared in the XRD pattern. This is probably due to the condensation reaction between TAA-ZnO NPs as the curing temperature increases. ZnO NP TFTs were fabricated using ammonium hydroxide solution. For the curing condition of 150℃, the threshold voltage (Vth) and mobility were 24.1V and 1.43×10^-2 cm^2/V.s, and 21.8V and 0.17 cm^2/V.s for 300℃respectively. In this study, it was verified that condensation reaction via surface ligand exchange and implementing TFT devices were possible by using synthesized spherical ZnO nanoparticles.
Spherical ZnO nanoparticles (NPs) were synthesized by forced hydrolysis and the effects of different ligands on the structural and optical properties were studied as well as their applicability for TFT was. It was found that as-synthesized ZnO NPs which were spherical and crystalline were aggregated each other. Acetic acid was added as a ligand (AC-ZnO) to separate the aggregated NPs and it was confirmed that the size of NPs were reduced by etching effect of the acetic acid. Subsequently, ligand exchange was induced from the acetic acid to thioacetic acid(TAA), at which the ligand exchange was succeeded by approximately 62%. ZnO NP thin films (AC-ZnO, TAA-ZnO) were fabricated by spin-coating method and their optical and electrical properties were investigated according to curing temperatures. In the case of AC-ZnO thin films, it was confirmed that the crystallinity of ZnO NPs were recovered at the curing temperature of 150℃. Due to the etching effect of the acetic acid, crystallinity and size of the ZnO NPs were deformed but after curing at the temperature above the boiling point of the acetic acid, the crystallinity and size were recovered. From the UV-vis results of the ZnO NP thin films, it was observed that after ligand exchange (TAA-ZnO), the absorption peak was red-shifted as the curing temperature increased and also zinc sulfide peak was appeared in the XRD pattern. This is probably due to the condensation reaction between TAA-ZnO NPs as the curing temperature increases. ZnO NP TFTs were fabricated using ammonium hydroxide solution. For the curing condition of 150℃, the threshold voltage (Vth) and mobility were 24.1V and 1.43×10^-2 cm^2/V.s, and 21.8V and 0.17 cm^2/V.s for 300℃respectively. In this study, it was verified that condensation reaction via surface ligand exchange and implementing TFT devices were possible by using synthesized spherical ZnO nanoparticles.
주제어
#ZnO
#nanoparticle
#thin films
#ligand exchange
#TFT
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.