일차원 나노구조물은 양자 갇힘 효과 및 나노와이어가 갖는 체적 대비 높은 표면적 비에 기인하는 독특한 전기적, 광학적, 광전기적, 전기화학적 특성으로 인하여 많은 주목을 받아왔다. 특히 수직으로 성장된 나노와이어는 체적 대비 높은 표면적 비의 특성을 나타낸다. VLS(Vapor-Liquid-Soild) 공정은 나노구조물의 성장 과정에서 자기정렬 효과 때문에 더욱 주목을 받는다. 본 연구에서는 두 영역 열화학 기상증착법을 이용하여 Si\$SiO_2$(300 nm)\Pt 기판 위에 수직으로 정렬된 실리콘 옥사이드 나노기둥을 VLS 공정으로 성장시켰다. 성장된 실리콘 옥사이드 나노기둥의 형상과 결정학적 특성을 주사전자현미경 및 투과전자현미경으로 분석하였다. 그 결과 성장된 실리콘 옥사이드 나노기둥의 지름과 길이는 촉매 박막의 두께에 따라 변하였다. 실리콘 옥사이드 나노 기둥의 몸체는 비정질 상을 나타내었으며, Si과 O로 구성되어 있었다. 또한 성장된 실리콘 옥사이드 나노 기둥의 머리는 결정성을 나타내었으며, Si, O, Pt 및 Ti으로 구성되어 있었다. 실리콘 옥사이드 나노 기둥의 수직 정렬은 촉매물질인 Pt/Ti 합금의 결정성 정렬 선호에 기인하는 것으로 판단되며, 수직 성장된 실리콘 옥사이드 나노기둥은 기능성 나노소재로 활용이 가능할 것으로 기대된다.
일차원 나노구조물은 양자 갇힘 효과 및 나노와이어가 갖는 체적 대비 높은 표면적 비에 기인하는 독특한 전기적, 광학적, 광전기적, 전기화학적 특성으로 인하여 많은 주목을 받아왔다. 특히 수직으로 성장된 나노와이어는 체적 대비 높은 표면적 비의 특성을 나타낸다. VLS(Vapor-Liquid-Soild) 공정은 나노구조물의 성장 과정에서 자기정렬 효과 때문에 더욱 주목을 받는다. 본 연구에서는 두 영역 열화학 기상증착법을 이용하여 Si\$SiO_2$(300 nm)\Pt 기판 위에 수직으로 정렬된 실리콘 옥사이드 나노기둥을 VLS 공정으로 성장시켰다. 성장된 실리콘 옥사이드 나노기둥의 형상과 결정학적 특성을 주사전자현미경 및 투과전자현미경으로 분석하였다. 그 결과 성장된 실리콘 옥사이드 나노기둥의 지름과 길이는 촉매 박막의 두께에 따라 변하였다. 실리콘 옥사이드 나노 기둥의 몸체는 비정질 상을 나타내었으며, Si과 O로 구성되어 있었다. 또한 성장된 실리콘 옥사이드 나노 기둥의 머리는 결정성을 나타내었으며, Si, O, Pt 및 Ti으로 구성되어 있었다. 실리콘 옥사이드 나노 기둥의 수직 정렬은 촉매물질인 Pt/Ti 합금의 결정성 정렬 선호에 기인하는 것으로 판단되며, 수직 성장된 실리콘 옥사이드 나노기둥은 기능성 나노소재로 활용이 가능할 것으로 기대된다.
One-dimensional nanostructures have attracted increasing attention because of their unique electronic, optical, optoelectrical, and electrochemical properties on account of their large surface-to-volume ratio and quantum confinement effect. Vertically grown nanowires have a large surface-to-volume r...
One-dimensional nanostructures have attracted increasing attention because of their unique electronic, optical, optoelectrical, and electrochemical properties on account of their large surface-to-volume ratio and quantum confinement effect. Vertically grown nanowires have a large surface-to-volume ratio. The vapor-liquid-solid (VLS) process has attracted considerable attention for its self-alignment capability during the growth of nanostructures. In this study, vertically aligned silicon oxide nano-pillars were grown on Si\$SiO_2$(300 nm)\Pt substrates using two-zone thermal chemical vapor deposition system via the VLS process. The morphology and crystallographic properties of the grown silicon oxide nano-pillars were investigated by field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The diameter and length of the grown silicon oxide nano-pillars were found to be dependent on the catalyst films. The body of the silicon oxide nano-pillars exhibited an amorphous phase, which is consisted with Si and O. The head of the silicon oxide nano-pillars was a crystalline phase, which is consisted with Si, O, Pt, and Ti. The vertical alignment of the silicon oxide nano-pillars was attributed to the preferred crystalline orientation of the catalyst Pt/Ti alloy. The vertically aligned silicon oxide nano-pillars are expected to be applied as a functional nano-material.
One-dimensional nanostructures have attracted increasing attention because of their unique electronic, optical, optoelectrical, and electrochemical properties on account of their large surface-to-volume ratio and quantum confinement effect. Vertically grown nanowires have a large surface-to-volume ratio. The vapor-liquid-solid (VLS) process has attracted considerable attention for its self-alignment capability during the growth of nanostructures. In this study, vertically aligned silicon oxide nano-pillars were grown on Si\$SiO_2$(300 nm)\Pt substrates using two-zone thermal chemical vapor deposition system via the VLS process. The morphology and crystallographic properties of the grown silicon oxide nano-pillars were investigated by field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The diameter and length of the grown silicon oxide nano-pillars were found to be dependent on the catalyst films. The body of the silicon oxide nano-pillars exhibited an amorphous phase, which is consisted with Si and O. The head of the silicon oxide nano-pillars was a crystalline phase, which is consisted with Si, O, Pt, and Ti. The vertical alignment of the silicon oxide nano-pillars was attributed to the preferred crystalline orientation of the catalyst Pt/Ti alloy. The vertically aligned silicon oxide nano-pillars are expected to be applied as a functional nano-material.
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제안 방법
본 연구에서는 Thermal CVD를 이용하여 촉매 금속 Pt 박막과 Source 물질 TiO2 파우더를 이용하여 VLS 공정으로 실리콘 옥사이드 나노와이어를 기판에 수직으로 성장시켰다. 성장된 실리콘 옥사이드 나노구조물의 Morphology와 결정학적 특성을 조사하였으며, 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.
본 연구에서는 촉매 금속 Pt 박막과 Two-Zone Thermal CVD를 이용하여 VLS 공정으로 비정질 SiOx 나노와이어를 실리콘 웨이퍼 기판 위에 수직으로 성장시켰다.
촉매 금속의 두께 의존성을 조사하기 위하여 Pt 박막의 두께를 40 nm로 증가시킨 기판을 사용하여 성장된 실리콘 옥사이드 나노구조물에 대한 주사전자현미경 분석 결과를 Fig. 3에 나타내었다.
대상 데이터
0g 장착하고 1,050 ℃로 가열하였다. 기판은 아세톤, 에탄올, 탈이온수로 초음파 세척된 실리콘 기판 위에 스퍼터링 공정으로 촉매 금속 Pt 박막을 다양한 두께로 증착하여 준비하였고, TiO2 Source로부터 40 cm 떨어진 곳에 기판을 위치시킨 후 히터를 1,000 ℃로 가 열하였다. 기화 된 Source를 운송하기 위한 Carrier Gas Ar을 50 sccm으로 흘려주었고, 이때 압력은 1.
분석결과 Nano-Pillar의 몸체는 SiOx 인 것으로 분석되었으며, 머리는 Si, O, Pt, 및 Ti의 성분이 공존하는 것으로 분석되었다. 본 연구에 사용된 기판의 단면구조는 Si\SiO2(300 nm)\Pt(20-40 nm)이었는데, 성장된 Nano-Pillar의 전체에 걸쳐 나타나는 Si 성분은 기판에서 기인하는 것으로 판단된다[15]. O 성분은 TiO2 파우더 및 Si 기판의 절연층(SiO2)에서 기인하는 것으로 보이며, Nano –Pillar의 머리 부분에 존재하는 금속 성분 Pt와 Ti 성분은 촉매 박막으로 사용된 Pt 박막과 Source 물질 TiO2 파우더에서 기인하는 것으로 판단된다.
성장된 실리콘 옥사이드 Nano-Pillar의 Density가 낮아서 XRD 분석이 불가능하였으므로, 결정학적 특성을 분석하기 위해 Focused Ion Beam(FIB) 공정으로 TEM 시료를 준비하였다. Fig.
성능/효과
1. 합성된 실리콘 옥사이드 나노구조물은 촉매 물질 Pt 박막과 Source 물질 TiO2의 Ti 성분이 합금형 태로 나노구조물의 머리 부분을 형성하고 있으며, 결정학적 우선배향에 기인하여 VLS 공정으로 수직성장한 것으로 판단된다.
4 (c)에 나타낸 것처럼 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 분석을 실시하여, Nano-Pillar의 구성성분을 분석하였다. 분석결과 Nano-Pillar의 몸체는 SiOx 인 것으로 분석되었으며, 머리는 Si, O, Pt, 및 Ti의 성분이 공존하는 것으로 분석되었다. 본 연구에 사용된 기판의 단면구조는 Si\SiO2(300 nm)\Pt(20-40 nm)이었는데, 성장된 Nano-Pillar의 전체에 걸쳐 나타나는 Si 성분은 기판에서 기인하는 것으로 판단된다[15].
후속연구
2. 합성된 실리콘 옥사이드 나노구조물은 Amorphous 구조를 갖는 것으로 분석되었으며, 독특한 수직 성장의 특성을 이용하여 기능성 나노소재로 활용이 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
반도체 나노와이어는 어느 분야에서 활용될 수 있는가?
반도체 나노와이어는 가스센서[9, 10], 태양전지[11], 광전소자[2, 12], 전계방출 트랜지스터[13, 14], 등 다양한 응용분야에 활용될 수 있는 기능성 소재로서 체적 대비 표면적이 높기 때문에 높은 반응성에 기초하여 기존의 벌크 소재와는 다른 고기능성이 기대된다. 특히 1차원 구조의 실리콘 나노와이어는 광전(Optoelectronic) 소자 및 전기화학(Electrochemical) 소자로의 응용가능성 때문에 Galvanic Displacement 공정[2], 급속 열처리 공정(Rapid Thermal Annealing)[15], 열증착(Thermal Evaporation)[16]공정 등으로 실리콘 나노와이어를 성공 적으로 합성된 것이 보고되었다.
일차원 나노구조물이 주목받아온 이유는 무엇인가?
일차원 나노구조물은 양자 갇힘 효과 및 나노와이어가 갖는 체적 대비 높은 표면적 비에 기인하는 독특한 전기적, 광학적, 광전기적, 전기화학적 특성으로 인하여 많은 주목을 받아왔다. 특히 수직으로 성장된 나노와이어는 체적 대비 높은 표면적 비의 특성을 나타낸다.
Vapor -Liquid-Solid (VLS) 공정으로 합성되는 나노와이어의 지름은 무엇과 관련이 있나?
특히 열화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition) 과 촉매 금속을 이용하는 Vapor -Liquid-Solid (VLS) 공정으로 단결정 1차원 나노구조물을 합성하는 연구가 많은 주목을 받았다. VLS 공정으로 합성되는 나노와이어의 지름은 나노와이어 성장 초기에 핵성장에 관여하는 촉매 금속의 크기와 관련되며, 촉매 금속은 보통 물리기상 증착법에 의한 박막 형태, 또는 금속 나노입자의 분산을 이용한다. D.
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