[논문]Thermal Evaporation법으로 제작한 ZnO 나노선의 온도와 산소유량에 따른 성장 특성

오원석; 장건익

doi:10.4313/jkem.2008.21.8.766

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Zinc oxide (ZnO) nanowires were prepared on Si substrates by a thermal evaporation method at different temperatures and $O_2$ pressure. Microstructural analysis of the obtained ZnO nanowires was performed by using transmission electron microscopy(TEM) and scanning electron microscopy(SEM)...

Zinc oxide (ZnO) nanowires were prepared on Si substrates by a thermal evaporation method at different temperatures and $O_2$ pressure. Microstructural analysis of the obtained ZnO nanowires was performed by using transmission electron microscopy(TEM) and scanning electron microscopy(SEM). Phase analysis was done using X-ray diffraction(XRD). As the deposition temperature and oxygen pressure were increased, the diameter and length of ZnO nanowires had a tendency to increase. Based on TEM and XRD analyses, the nanowires are single crystalline in nature and consist of a single phase. According to the measurements, the ZnO nanowires grown at 1100$^{\circ}C$, Ar 50 sccm, $O_2$ 10 sccm have good properties.

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문제 정의

최근 ZnO 나노선 합성에 있어서 증착 시 산소가 ZnO 결정성장에 큰 영향을 미친다는 연구 사례가 발표되어 이를 조절함으로써 나노선의 형상 제어 가능성을 언급하고 있다[6]. 본 연구에서는 열 중 발 증착법 (Thermal evaporation)을 이용하여 ZnO 나노선의 증착온도 및 산소유량의 변화에 따른 성장 특성을 확인하려 하였다.
본 연구는 촉매를 사용하지 않고 thermal evaporation법을 이용하여 온도와 산소 유량의 변화에 따른 ZnO 나노선의 성장 특성을 확인하려 하였다. 실험 시 합성된 나노선의 직경이 100 nm 이상으로 상당히 두꺼웠지만 온도와 산소 유량의 변화가 ZnO 나노선의 성장에 지대한 영향을 미친다는 결과를 얻는데 충분하였다.

제안 방법

초기 실험은 가스유량을 Ar 20 seem, O₂ 20 seem으로 고정하여 온도의 변화만 주었고 그중 결과가 좋은 공정온도(1100 °C)에서 가스유량만을 변화 시켜 산소유량에 따른 나노선의 성장 특성을 확인하였다. 나노선 증착은 (100)방향으로 배향된 10 mm X io mm의 크기의 Si 기판을 사용하였다.
나노선 증착은 (100)방향으로 배향된 10 mm X io mm의 크기의 Si 기판을 사용하였다. 제작된 ZnO 나노선은 X선 회절분석(XRD)과 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 제작된 ZnO 나노선의 특성을 분석하였다.

대상 데이터

진행되었다. ZnO 나노선의 합성원료로는 순도 99.999 %, 입도 200 mesh 이하의 ZnO 분말과 순도 99.9 %의 graphite 분말을 1:1로 혼합하여 사용하였다. 그림 1에 나노선 합성에 사용된 열증발증착기 (thermal evaporator)의 개략적인 모습을 나타내었다.
나노선 증착은 (100)방향으로 배향된 10 mm X io mm의 크기의 Si 기판을 사용하였다. 제작된 ZnO 나노선은 X선 회절분석(XRD)과 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 제작된 ZnO 나노선의 특성을 분석하였다.

이론/모형

본 연구에서 ZnO 나노선의 합성은 촉매를 사용하지 않고 열증발 중착법을 이용하여 진행되었다. ZnO 나노선의 합성원료로는 순도 99.

성능/효과

5-1 例로 성장하였으나 기판 내에 조밀한 나노선이 합성되지 않았다. 1100 °C에서 증착 된 시편은 직경 150-200 nm, 길이는 5-10 例정도의 나노선이 성장 되었고 기판 위에 다량의 나노선이 증착되었음을 확인하였다. 이는 ZnO 나노선의 합성온도가 높아지면서 ZnO 분말이 기판에 보다 원활히 공급되어 나노선의 직경과 길이, 증착된 나노선의 양이 증가되었음을 알 수 있다.
실험 시 합성된 나노선의 직경이 100 nm 이상으로 상당히 두꺼웠지만 온도와 산소 유량의 변화가 ZnO 나노선의 성장에 지대한 영향을 미친다는 결과를 얻는데 충분하였다. 제작된 ZnO 나노선은 단결정으로 성장하였고 나노선 합성 시 반응챔버 안의 온도와 산소 유량의 조절로 ZnO 나노선의 성장을 제어할 수 있다고 사료된다.

참고문헌 (6)

N. Hamada, S. Sawada, and A. Oshiyama, "New one-dimensional conductors: Graphitic microtubules", Phys. Rev. Lett., Vol. 68, p. 1579, 1992

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G. T. Wang, A. A. Talin, D. J. Werder, J. R. Creighton, E. Lai, R. J. Anderson, and I. Arslan, "Highly aligned, template-free growth and characterization of vertical GaN nanowires on sapphire by metal-organic chemical vapour deposition", Nanotechnology, Vol. 17, No. 23, p. 5773, 2006

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Z. Fan, D. Wang, P. C. Chang, W. Y. Tseng, and J. G. Lua, "ZnO nanowire field effect transistor and oxygen sensing property", Appl. Phys. Lett., Vol. 85, No. 24, p. 5923, 2004

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S. E. Ahn, J. S. Lee, H. Kim, B. H. Kang, K. H. Kim, and G. T. Kim, "Photoresponse of sol-gel-synthesized ZnO nanorod", Appl. Phys. Lett., Vol. 84, No. 24, p. 5022, 2004

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M. Kirkham, X. Wang, Z. L. Wang, and R. L. Snyder, "Solid Au nanoparticles as a catalyst for growing aligned ZnO nanowires: a new understanding of the vapour-liquid-solid process", Nanotechnology, Vol. 18, No. 36, p. 365304, 2007

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K. S. Park, Y. J. Chio, J. G. Park, G. S. Kang, D. G. Lim, and J. H. Park, "Effect of Oxygen in the synthesis of ZnO nanowires", Kor. J. Mater. Res., Vol. 17, No. 9, p. 458, 2007

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