대기 중에서 Si 기판 상에 촉매를 사용하지 않고 Zn powder만을 사용하여 ZnO나노 구조를 성장시켰다. 450$^{\circ}$C ${\sim}$ 600$^{\circ}C$의 성장 온도에서 형성된 ZnO 나노 구조는 다양한 측정 방법을 이용해 구조적, 광학적인 특성을 분석하였다. Scanning Electron Microscopy (SEM)로 관찰한 결과, 모든 성장 온도에서 tetrapod 형 나노 구조와 구형의 cluster가 관찰되었다. Tetrapod 형 나노 구조는 성장 온도에 의한 크기나 밀도에 큰 영향이 없었지만, 구형의 cluster의 경우 성장 온도에 따른 밀도와 크기의 변화가 관찰되었다. Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDX)로 각각의 구조의 원소 조성비를 분석한 결과, tetrapod는 Zn:O가 1:1인 화학양론적인 조성을 보였으나, cluster는 산소 결핍형의 조성비를 가지고 있었다. 성장된 모든 샘플은 실온에서 매우 강한 발광을 보였으며, 380nm 중심의 UV 발광 피크와 500nm 중심의 green 발광 피크 (G-밴드)가 관찰되었고, UV 발광의 강도에 대한 G-밴드의 강도는 성장 온도가 높아질수록 증가하였다. 이러한 두 가지 발광 피크의 기원을 조사하기 위해 Cathodoluminescence(CL) 측정이 이루어졌고, UV 발광은 주로 tetrapod 구조에서, G-밴드 발광은 주로 cluster 구조에서 기인한다는 사실을 알 수 있었다.
대기 중에서 Si 기판 상에 촉매를 사용하지 않고 Zn powder만을 사용하여 ZnO 나노 구조를 성장시켰다. 450$^{\circ}$C ${\sim}$ 600$^{\circ}C$의 성장 온도에서 형성된 ZnO 나노 구조는 다양한 측정 방법을 이용해 구조적, 광학적인 특성을 분석하였다. Scanning Electron Microscopy (SEM)로 관찰한 결과, 모든 성장 온도에서 tetrapod 형 나노 구조와 구형의 cluster가 관찰되었다. Tetrapod 형 나노 구조는 성장 온도에 의한 크기나 밀도에 큰 영향이 없었지만, 구형의 cluster의 경우 성장 온도에 따른 밀도와 크기의 변화가 관찰되었다. Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDX)로 각각의 구조의 원소 조성비를 분석한 결과, tetrapod는 Zn:O가 1:1인 화학양론적인 조성을 보였으나, cluster는 산소 결핍형의 조성비를 가지고 있었다. 성장된 모든 샘플은 실온에서 매우 강한 발광을 보였으며, 380nm 중심의 UV 발광 피크와 500nm 중심의 green 발광 피크 (G-밴드)가 관찰되었고, UV 발광의 강도에 대한 G-밴드의 강도는 성장 온도가 높아질수록 증가하였다. 이러한 두 가지 발광 피크의 기원을 조사하기 위해 Cathodoluminescence(CL) 측정이 이루어졌고, UV 발광은 주로 tetrapod 구조에서, G-밴드 발광은 주로 cluster 구조에서 기인한다는 사실을 알 수 있었다.
ZnO nanostructure was fabricated by catalyst-free method using Zn powder in air. The growth temperature was controlled from 450$^{\circ}$C to 600$^{\circ}$C, and the structural and optical properties were investigated by scanning electron microscopy (SEM), photoluminescence (PL...
ZnO nanostructure was fabricated by catalyst-free method using Zn powder in air. The growth temperature was controlled from 450$^{\circ}$C to 600$^{\circ}$C, and the structural and optical properties were investigated by scanning electron microscopy (SEM), photoluminescence (PL), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and cathodoluminescence (CL). From all samples both ZnO tetrapods and clusters were observed. No significant dispersion was observed from the ZnO tetrapods, however, ZnO clusters show considerable change in density and size. From the EDX results, atomic composition difference was found. The clusters have O-deficiencies, while tetrapods have stoichiometric composition. Strong luminescence was observed at room temperature. From room temperature PL, UV emission at 380 nm and green emission at 500 nm were observed, and the intensity ratio ($I_{uv}/I_{green}$) increased as growth temperature increases. CL measurements show that the UV emission is closely related with tetrapods and the green emission is dominated from the clusters.
ZnO nanostructure was fabricated by catalyst-free method using Zn powder in air. The growth temperature was controlled from 450$^{\circ}$C to 600$^{\circ}$C, and the structural and optical properties were investigated by scanning electron microscopy (SEM), photoluminescence (PL), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and cathodoluminescence (CL). From all samples both ZnO tetrapods and clusters were observed. No significant dispersion was observed from the ZnO tetrapods, however, ZnO clusters show considerable change in density and size. From the EDX results, atomic composition difference was found. The clusters have O-deficiencies, while tetrapods have stoichiometric composition. Strong luminescence was observed at room temperature. From room temperature PL, UV emission at 380 nm and green emission at 500 nm were observed, and the intensity ratio ($I_{uv}/I_{green}$) increased as growth temperature increases. CL measurements show that the UV emission is closely related with tetrapods and the green emission is dominated from the clusters.
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문제 정의
대기 중에서 무촉매법으로 성장 온도를 변화시키면서 ZnO 나노 구조를 성장시키고, 성장된 ZnO 나노 구조의 형상과 발광 특성에 대해 조사해 보았다. 모든 샘플에서 tetrapod와 cluster가 관찰되었다.
본 논문에서는 ZnO 나노 tetrapod의 형성 과정과 관련된 광학적 특성의 변화에 대해 연구하였다. 대기 중에서 무촉매법으로 성장 온도를 변화시키며 ZnO 나노 구조를 형성시켰다.
제안 방법
성장 온도에 따라 형성된 ZnO 나노 구조의 구조적, 광학적 특성에 관해 여러가지 분석 방법들에 의해 고찰하였다. SEM을 통해 성장 온도가 서로 다른 기판 위의 형성된 나노 구조의 형상을 관찰하였고, EDX로 나노 구조의 원소 조성비를 알아보았다. 그리고 PL을 이용하여 나노 구조의 발광 특성을 살펴보고, CL을 통해 종합적인 결론을 내릴 수 있었다.
성장로는 세 영역으로 나뉘어져 있으며 각 영역의 온도 제어가 가능하여, 기판 온도와 Zn 소스의 온도는 각각 별도로 제어하였다. 기판과 소스 물질을 넣어 성장시키기 전, 석영관은 묽은 염산을 이용해서 세척하고, 그 다음 ZnO 나노 구조의 결정성에 영향을 미칠 수 있는 불순물의 영향을 최소화하기 위하여, 성장 온도보다 높은 온도에서 약 1시간 베이킹을 하였다. 기판으로는 Si (111) 기판을 이용하였고, 기판은 유기 세척 후 불산을 이용하여 자연 산화막을 제거한 후 실험에 이용하였다.
본 실험에서는 수평형 성장로를 사용하고, Znpowder만을 사용한 무촉매법으로 ZnO 나노 구조를 성장시켰다. 성장로는 세 영역으로 나뉘어져 있으며 각 영역의 온도 제어가 가능하여, 기판 온도와 Zn 소스의 온도는 각각 별도로 제어하였다.
대기 중에서 무촉매법으로 성장 온도를 변화시키며 ZnO 나노 구조를 형성시켰다. 성장 온도에 따라 형성된 ZnO 나노 구조의 구조적, 광학적 특성에 관해 여러가지 분석 방법들에 의해 고찰하였다. SEM을 통해 성장 온도가 서로 다른 기판 위의 형성된 나노 구조의 형상을 관찰하였고, EDX로 나노 구조의 원소 조성비를 알아보았다.
본 실험에서는 수평형 성장로를 사용하고, Znpowder만을 사용한 무촉매법으로 ZnO 나노 구조를 성장시켰다. 성장로는 세 영역으로 나뉘어져 있으며 각 영역의 온도 제어가 가능하여, 기판 온도와 Zn 소스의 온도는 각각 별도로 제어하였다. 기판과 소스 물질을 넣어 성장시키기 전, 석영관은 묽은 염산을 이용해서 세척하고, 그 다음 ZnO 나노 구조의 결정성에 영향을 미칠 수 있는 불순물의 영향을 최소화하기 위하여, 성장 온도보다 높은 온도에서 약 1시간 베이킹을 하였다.
이렇게 준비된 석영관을 성장로에 넣고 ZnO 나노 구조를 성장시켰다. 약 30 분 동안 성장 후, 성장로가 식은 뒤 석영관을 꺼내고 성장 온도에 따라 기판 위에 형성된 ZnO 나노 구조에 대한 구조적, 광학적인 특성의 평가를 하였다.
이러한 고찰을 확인하기 위하여 CL 측정을 실시하였다. 그림 4는 SEM 결과와 실온에서 측정한 CL 결과들이다.
대상 데이터
기판과 소스 물질을 넣어 성장시키기 전, 석영관은 묽은 염산을 이용해서 세척하고, 그 다음 ZnO 나노 구조의 결정성에 영향을 미칠 수 있는 불순물의 영향을 최소화하기 위하여, 성장 온도보다 높은 온도에서 약 1시간 베이킹을 하였다. 기판으로는 Si (111) 기판을 이용하였고, 기판은 유기 세척 후 불산을 이용하여 자연 산화막을 제거한 후 실험에 이용하였다. 나노 구조 형성을 위하여 기판과 Zn 소스는 별도의 석영관을 이용하여 성장로에 넣었다.
성능/효과
SEM을 통해 성장 온도가 서로 다른 기판 위의 형성된 나노 구조의 형상을 관찰하였고, EDX로 나노 구조의 원소 조성비를 알아보았다. 그리고 PL을 이용하여 나노 구조의 발광 특성을 살펴보고, CL을 통해 종합적인 결론을 내릴 수 있었다.
[2, 15]. 따라서 본 연구에서 관찰된 cluster 가 O결핍형 조성을 보이는 것도 성장 메커니즘에 그 원인이 있는 것으로 판단된다.
본 실험에서도 UV 발광과 G.밴드의 상대적인 강도의 비 (« luv/lgreen)를 살펴보면, 상대적 강도 비는 성장 온도가 높을수록 증가하는 경향을 보였으며, 600 ℃에서 형성된 ZnO 나노 구조가 450 ℃보다 약 2 배 큰 상대 강도 비를 갖는 것을 알 수 있었다. 하지만 이 결과는 단순히 고온에서 성장된 나노 구조가 저온에서 성장한 나노 구조에 비해 결정성이 양호해졌다고 해석하기보다는 표면의 cluster 구조 의 영향까지 고려하여 설명되어져야 한다고 생각한다.
[21]. 본 연구에서도 tetrapod 형 나노 구조의 경우에는 기판의 온도에 의한 형상과 밀도의 주목할 만한 변화는 보이지 않았다.
성장 온도에 따라 tetrapod는 주목할 만한 변화를 보이지 않았지만, clustery 밀도와 사이즈는 변화하였다. 이러한 두 가지 나노 구조의 조성을 분석한 결과 tetrapod는 Zn와 0가 1:1의 화학양론적인 조성을 이루고 있는 반면, cluster는 산소 결핍형의 조성을 나타내었으며, 이러한 차이는 두 가지 구조의 성장 메커니즘의 차이로 설명하였다. 광학적인 특성을 고찰하기 위해 PL 측정 결과, 3.
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