[논문]탄소 촉매에 의하여 성장된 별-모양 ZnO 나노 구조물의 합성과 광학적 특성

정일현; 채명식; 이의암

탄소 촉매에 의하여 성장된 별-모양 ZnO 나노 구조물의 합성과 광학적 특성
Synthesis and optical properties of star-like ZnO nanostructures grown on with carbon catalyst 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.9 no.2, 2010년, pp.1 - 6

정일현 (단국대학교 공과대학 화학공학과) , 채명식 (단국대학교 공과대학 화학공학과) , 이의암 (단국대학교 공과대학 화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Star-like ZnO nanostructures were grown on SI(100) substrates with carbon(C) catalyst by employing vapor-solid(VS) mechanism. The morphologies and structure of ZnO nanostructures were investigated by Field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD) and Raman spectrum, Photoluminescence spectrum. The results demonstrated that the as-synthesized products consisted of star-like ZnO nanostructure with hexagonal wurtzite phase. Nanostructures grown at 1100 were mainly star-like in structure with diameters of 500 nm. The legs of the star-like nanostructures were preferentially grown up along the [0001] direction. A vapor.solid (VS) growth mechanism was proposed to explain the formation of the star-like structures. Photoluminescence spectrum exhibited a narrow emission band peak around 380 nm and a broad one around 491 nm. Raman spectrum of the ZnO nanostructures showed oxygen defects in ZnO nanostructures due to the existence of Ar gas during the growth process, leading to the dominant green band peak in the PL spectrum.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서, VS법으로 별 형태의 ZnO 나노구조물을 합성하여 ZnO 나노구조물의 형태와 그리고 구조를 표면방출주사현미경(field-emission scanning electron microscopy,FESEM,), 엑스레이회절(X-ray Diffraction, XRD), 라만(Raman spectrum) 그리고 광냉광분광(photo luminescence spectra,PL)로 광학적 특성을 분석하고자 한다.

제안 방법

ZnO 나노와이어를 만들기 위하여 결정 배향구조가 Si(100) 웨이퍼인 SiO2 기판(10 × 10 × 1 mm)을 실험에 적당한 크기로 절단하고, 실리콘 면에 있는 얇은 코팅막을 제거하기 위하여 그리고 또한 혹시 있을 수 있는 오염된 불순물을 청정하기 위해 60°C의 아세톤(Samchun Chemical, 99.5%), 메틸알콜(Duksan, 99.5%)에 각각 10 min 동안 초음파 세척을 한 후 증류수로 세정하였다.
그림 2는 탄소촉매에 의하여 성장하고 있는 VS 공정을 나타내고 있다. ZnO가 촉매입자에 의하여 핵을 이루고 촉매로부터 이탈하여 성장하는 메커니즘을 도시화 하였다.
생성된 ZnO 구조는 표면방출주사현미경(fieldemission scanning electron microscopy, FE-SEM, HITACHI S-4300,) 엑스레이회절(X-ray Diffraction, XRD, Bruker D8 DISCOVER), EDX(Energy-Dispersive X-ray spectroscopy, HORIBA EMAX), 광학 특성은 라만 분광기(Raman Spectrum, HORIABA Jobin Yvon T64000), 광냉광분광기(photoluminescence spectra,PL, He-Cd Laser Kimmon electric IK 5652R-G)로 특성을 분석 하였다.
요약하면, 별-모양 ZnO 나노구조물이 가열로의 열 증발 기술에 의하여 성공적으로 합성되었고, XRD 분석과 라만 측정으로 성장 생성물이 정육방면체 우루짜이트 상으로 훌륭한 결정체가 만들어 졌음을 확인하였다. 일부 확인 되지 않은 기체-고체(VS) 성장 메커니즘이 별-모양 ZnO 나노구조물 합성으로 이를 확인 하였다..
합성생성물로서 ZnO는 우루짜이트구조다. 표본의 조성은 EDX에 의하여 분석하였다. 그림 5을 통해 대표적인 EDX 스팩트럼이 순수 ZnO 결합의 산소 원소 O, 아연 Zn 원소를 가리키는 것을 알 수 있다.

대상 데이터

실험은 그림 1 에서와 같은 재래의 일반적인 고온가열로(furnace)의 수평관에서 수행하였다. 고순도 ZnO(0.30 g) 와 탄소(0.3 g) 원료 나노분말을 각각 석영 보트 용기에 넣어 원료로 사용하였다.
촉매로 사용되는 탄소는 고순도 나노분말로 구성된 막대로 이온 진공 스퍼터 시스템(Ion sputter HITACHI, E-1045)을 이용하여 6 mA로 3 min간 30 nm두께로 Carbon 플라즈마 이용하여 세정 후 잘 건조시킨 SiO2 기판에 증착시켰다. 본 실험에 이용된 기화 물질은 ZnO (Duksan, 99%)와 Grapgite(Duksan, 99%) 분말이며 ZnO 분말 입자 입자는 20nm (99.5%)로 준비하였다. ZnO 분말과 Graphite 분말을 1 : 1로 혼합하여 반응이 더욱 촉진 되기 위하여 준비된 두 분말을 잘 섞어주고 직경 3 cm,길이 10 cm인 석영관 보트의 오른쪽에 위치시키고 탄소촉매를 증착시킨 SiO₂ 기판을 분말 왼쪽으로 3 cm 떨어진 곳에 위치시킨다.
직경 5 cm, 길이 30cm인 석영관에 이동가스(Carrier gas)인 아르곤(Ar)를 80 sccm의 유속으로 공급하고 가열로의 온도를 1100°C까지 50 min 동안 가열한다.
5%)에 각각 10 min 동안 초음파 세척을 한 후 증류수로 세정하였다. 촉매로 사용되는 탄소는 고순도 나노분말로 구성된 막대로 이온 진공 스퍼터 시스템(Ion sputter HITACHI, E-1045)을 이용하여 6 mA로 3 min간 30 nm두께로 Carbon 플라즈마 이용하여 세정 후 잘 건조시킨 SiO2 기판에 증착시켰다. 본 실험에 이용된 기화 물질은 ZnO (Duksan, 99%)와 Grapgite(Duksan, 99%) 분말이며 ZnO 분말 입자 입자는 20nm (99.

이론/모형

ZnO 나노구조물은 VS[기체-고체(Vapor-solid)]법으로 합성하였다. 이 방법은 실험의 성공 확률이 적은 장점이 있어나 간단하고 금속산화물을 성장시키는데 저렴한 비용으로 경제성이 있다.

성능/효과

요약하면, 별-모양 ZnO 나노구조물이 가열로의 열 증발 기술에 의하여 성공적으로 합성되었고, XRD 분석과 라만 측정으로 성장 생성물이 정육방면체 우루짜이트 상으로 훌륭한 결정체가 만들어 졌음을 확인하였다. 일부 확인 되지 않은 기체-고체(VS) 성장 메커니즘이 별-모양 ZnO 나노구조물 합성으로 이를 확인 하였다.

후속연구

실온에서 PL 측정은 380 nm 에서 좁은 근접 띠끝 최고점이, 그리고 491 nm 주위에서 방출 띠와 관련된 넓은 결함이 나타났다. 이 명확한 별-모양 ZnO 나노구조물이 광학적, 전기적 나노장치의 잠재적 응용성을 가질 것으로 생각되며 앞에서 언급된 이 간단한 제조방법이 다른 반도체 구조물의 제조에 유용하게 활용될 것으로 믿는다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ZnO이란?	나노구조 물질은 크기 효과와 양자 구속 효과로 인하여 독특한 전기적광학적자기적 특성을 나타내므로 반도체 소자에 응용하기 위하여 폭넓은 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 ZnO의 경우, II-IV족화합물 반도체로 6방정계 부르자이트(hexagonal wurzite)의 결정 구조를 가지며, 비 저항이 결정성장 조건에 따라 10-4 Ωcm∼1025 Ωcm 까지 폭넓게 변하는 전형적인 n-type형 반도체이다. 특히 Zinc oxide(ZnO) 박막은 상온에서 3.
	나노구조 물질은 어떤 특징이 있는가?	나노구조 물질은 크기 효과와 양자 구속 효과로 인하여 독특한 전기적광학적자기적 특성을 나타내므로 반도체 소자에 응용하기 위하여 폭넓은 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 ZnO의 경우, II-IV족화합물 반도체로 6방정계 부르자이트(hexagonal wurzite)의 결정 구조를 가지며, 비 저항이 결정성장 조건에 따라 10-4 Ωcm∼1025 Ωcm 까지 폭넓게 변하는 전형적인 n-type형 반도체이다.
	나노구조 물질 중 ZnO의 경우 어떤 장점이 있는가?	그 중에서도 ZnO의 경우, II-IV족화합물 반도체로 6방정계 부르자이트(hexagonal wurzite)의 결정 구조를 가지며, 비 저항이 결정성장 조건에 따라 10-4 Ωcm∼1025 Ωcm 까지 폭넓게 변하는 전형적인 n-type형 반도체이다. 특히 Zinc oxide(ZnO) 박막은 상온에서 3.37 eV의 넓은 밴드갭 에너지와 60 meV의 높은 여기자 에너지(exciton binding energy) 때문에 자외선 영역에서의 특별한 발광특성을 나타낸다[1-2]. 또한 ZnSe(22 meV), GaN(25 meV)같은 다른 반도체보다 넓은 범위의 결합 에너지 (binding energies)를 가지며 상온에서 열에너지(thermal energy)가 26 meV로 이들보다 크다[2,4]. 따라서 상온에서 자외선(ultraviolet)을 얻을 수 있는 장점이 있는 물질이다.

참고문헌 (29)

Chen Y, Bagnall DM, Koh HJ, Park KT, Hiraga K, Zhu Z, et al. J Appl Phys,.84 ,3912(1988).
Yuri Choi, Il Hyun Jung. J.Korean Ind.Eng.Chem,.20,617(2009).

원문보기 상세보기
Huang MH, Mao S, Feick H, Yan H, Wu y, Kind H, et al. Science.,292,1897(2001).

상세보기
Chang CY, Tsao FC, Pan CJ, Chi GC, Ren F, Norton DP, et al, Appl Phys Lett,. 88,173(2006).
T. Aoki, Y. Hatanaka, D.C. Look, Appl. Phys. Lett,. 76,3257 (2000).

상세보기
H. Kind, H. Yan, B. Messer, M. Law, P. Yang, Adv. Mater. 14,158(2002)

상세보기
J.D. Prades, R. Jimenez-Diaz, F. Hernandez-Ramirez, L. Fernandez-Romero, T. Andreu, A. Cirera, A. Romano-Rodriguez, A. Cornet, J.R. Morante, S. Barth, S. Mathur, J. Phys. Chem. C. 112, 14639 (2008).

상세보기
C.N.R. Rao, F.L. Deepak, G. Gundiah, A. Govindaraj, Prog. Solid State Chem. 31,5 (2003).

상세보기
S.Y. Li, C.Y. Lee, T.Y. Tseng, J. Cryst. Growth,. 247,357 (2003).

상세보기
Y. Wang, L.D. Zhang, G.Z. Wang, X.S. Peng, Z.Q. Chu, C.H. Liang, J. Cryst. Growth,. 234,174,(2002) 17.
X. Wang, C.J. Summer, Z.L. Wong, Nano Lett,. 4,423,(2004).

상세보기
C. Xu, Z. Liu, S. Liu, G. Wang, Scripta Mater. 48,1367,(2003).

상세보기
Y.C. Wang, I.C. Leu, M.H. Hon, J. Cryst. Growth,. 239,564,(2002).

상세보기
C.-H. Hong, W.-T. Whang, Mater. Chem. Phys,. 78,99.(2002).
Wang ZL. J Phys Condens Matter,. 16, 183, (2004).
Qiu YF, Yang SH. Adv Funct Mater,. 17, 184, (2007).
Long T, Yin S, Tkabatake K, Zhnag P, Sato T. Nanoscale Res Lett,. 4, 185, (2009).
Pu XG, Wang ZL. Appl Phys Lett, 84, 84, (2004).
Lao JY, Huang JY, Wang DZ, Ren ZF. Nano Lett, 3, 187, (2003).
Wang Z, Qian XF, Yin J, Zhu ZK. Langmuir. 20, 3441, (2004).

상세보기
C.Y. Lee, T.Y. Tseng, S.Y. Li, P. Lin, Tamkang J. Sci. Eng,. 6, 127, (2003).
L. Zhang, R. Persual, T.E. Madey, Phys. Rev,. 56, 10549 (1997).

상세보기
Sun XM, Chen X, Li YD. J Cryst Growth,. 244, 218, (2002)..

상세보기
Zhiwei Peng, Guozhang Dai, Peng Chen, Qinglin Zhang, Qiang Wan, Bingsuo Zou. Materials Lett,.3, 10967, (2010).
He FQ, Zhao YP. Appl Phys Lett,. 204,193113, (2006).
Chen SJ, Wang GR, Liu YC. J Lumin,. 205,340, (2009).
Fauteux C, Longtin R, Pegna J, Therriault D. Inorg Chem,. 46, 11036, (2007).

상세보기
Wang RP, Xu G, Jin P. Phys Rev B,. 69, 113303, (2004).

상세보기
Hsu NE, Hung WK, Chen YF. J Appl Phys,. 96, 4671, (2004).

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증