[논문]단일 ZnO 나노선의 전극 형성 및 광전도 특성 연구

김기현; 정동영; 김경환; 강정민; 윤창준; 민병돈; 김상식

단일 ZnO 나노선의 전극 형성 및 광전도 특성 연구
Study for the fabrication of electrodes and photoconductive properties of a single ZnO nanowire 원문보기

김기현 (고려대학교 전기공학과) , 정동영 (고려대학교 중점연구소) , 김경환 (고려대학교 전기공학과) , 강정민 (고려대학교 전기공학과) , 윤창준 (고려대학교 전기공학과) , 민병돈 (고려대학교 전기공학과) , 김상식 (고려대학교 전기공학과)

Electrodes were fabricated on a single ZnO nanowire by photolithography process, metal evaporation, and lift-off. The slow photoresponses of the ZnO nanowire under the continuous illumination of 325nm-wavelength light (corresponding to above-bandgap excitation) indicate that the traps related to oxygen vacancy disturb the flow of electron in ZnO nanowire. The photoresponse and PL spectra were measured, and observed that the excitonic band in the PL spectrum was absent in the photoresponse.

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제안 방법

단일 ZnO 나노선을 광사진식각 공정을 이용하여 선택적으로 패터닝하였다. 단일 ZnO 나노선의 전류-전압 특성은 옴성 접촉 특성을 나타내었고, 광응답 특성을 통하여 ZnO 나노선이 트랩이나 결항을 포학하고 있는 것을 확인하였다.
단일 ZnO 나노선의 전류-전압 특성은 옴성 접촉 특성을 나타내었고, 광응답 특성을 통하여 ZnO 나노선이 트랩이나 결항을 포학하고 있는 것을 확인하였다. 또한 광응답 스펙트럼과 PL 스펙트럼을 비교하여 광전도 메카니즘을 분석하였다. 밴드갭과 일치하는 빛 에너지에 의해 생성된 캐리어들은 광전도에 기여하지 못하고 재결합하여 발광하는 것을 확인할 수 있었다.
그럼에도 불구하고, ZnO 나노선의 광전도 메카니즘이 현재 알려져 있지 않고 있다. 본 논문은 광사진식각 공정을 통하여 단일 ZnO 나노선에 전극을 형성하고, 광전도 특성 및 PL 특성 측정 비교를 통하여 광전도 메캬니즘을 분석하였다.

대상 데이터

합성된 ZnO 나노선을 에탄올 용액에 분산하였고, SiO₂/Si 기판 위에 나노선을 뿌리고, 광사진 식 각 (phot 시 ithogr 이Dhy) 공정을 이용하여 선택적으로 단일나노선을 패터닝한 후, thermal evapocatoi.를 이용하여 티타늄(Ti)과 금(Au)을 각각 20nm 와 100nmS 증착하였다. 이러한 시료는 Lift-off 공정욜 통하여 단일 ZnO 나노선에 전극을 형성하였다.

성능/효과

ZnO의 밴드갭보다 작은 에너지의 빛에서는 광응답 특성이 거의 나타나지 않는 것을 확인할 수 있으며, 밴드 갭보다 약간 큰 파장대에서 높은 광응답 특성을 확인할 수 있다. ZnO 물질은 자외선 영역에서 높은 광검출 특성을 나타낸다.
밴드갭과 일치하는 빛 에너지에 의해 생성된 캐리어들은 광전도에 기여하지 못하고 재결합하여 발광하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 산소 공극이 트랩 역할을 하여 광응답의 감쇠속도를 느리게 하는 것을 확인하였다.
패터닝하였다. 단일 ZnO 나노선의 전류-전압 특성은 옴성 접촉 특성을 나타내었고, 광응답 특성을 통하여 ZnO 나노선이 트랩이나 결항을 포학하고 있는 것을 확인하였다. 또한 광응답 스펙트럼과 PL 스펙트럼을 비교하여 광전도 메카니즘을 분석하였다.
전류-전압 특성 곡선에서 보이듯이 ZnO 나노선이 티타늄 전극에 옴성으로 접촉 된 것을 확인할 수 있다. 또한 전류 레벨이 매우 높은 것을 확인할 수 있는데, 이는 ZnO 나노선 내에 산소 공극의 밀도가 높아서 ZnO 나노선이 높은 농도의 n형 반도체 특성을 나타내어서 인 것으로 판단된다. 산소 공극(oxygen vacancy)은 도너로 작용하기 때문에 산소굥극의 밀도가 증가함베 따라서 ZnO 나노선은 낮은 저항을 나타낸다.
또한 광응답 스펙트럼과 PL 스펙트럼을 비교하여 광전도 메카니즘을 분석하였다. 밴드갭과 일치하는 빛 에너지에 의해 생성된 캐리어들은 광전도에 기여하지 못하고 재결합하여 발광하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 산소 공극이 트랩 역할을 하여 광응답의 감쇠속도를 느리게 하는 것을 확인하였다.

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