초록 ▼

- Zn_1-xLi_xO, Zn_1-xMg_xO 및 Zn_1-xCo_xO 나노분말을 solvothermal 방법으로 제작하였다. 제작된 나노분말은 toluene을 용매로 사용하였을 경우 육각형의 나노입자가 형성되었고, 2-prOH를 용매로 사용하였을 경우에는 나노막대 형태의 분말이 합성되었으며, 모두 양호한 결정성을 보여주었다. x 값의 변화에 따라 ZnO 구조의 의미있는 변화는 보이지 않는다.
- PLD 방법으로 Pt(

- Zn_1-xLi_xO, Zn_1-xMg_xO 및 Zn_1-xCo_xO 나노분말을 solvothermal 방법으로 제작하였다. 제작된 나노분말은 toluene을 용매로 사용하였을 경우 육각형의 나노입자가 형성되었고, 2-prOH를 용매로 사용하였을 경우에는 나노막대 형태의 분말이 합성되었으며, 모두 양호한 결정성을 보여주었다. x 값의 변화에 따라 ZnO 구조의 의미있는 변화는 보이지 않는다.
- PLD 방법으로 Pt(111)/Ti/SiO₂/Si(100) 기판 위에 Zn_0.95Li_0.05O, Zn_0.90Li_0.10O 및 Zn_0.85Li_0.15O 박막을 제작하였다. 기판의 온도는 300℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃로 각각 시도하였고, 산소분압은 3 mTorr, 5 mTorr, 10 mTorr, 15 mTorr, 20 mTorr로 조정하였다. 기판온도가 500℃일 때 grain이 가장 크게 되었고, 결정성이 가장 우수하고, 20 mTorr 산소분압일 때 (002) 방향의 배향성이 우수한 박막으로 성장되었다. 결정 성장의 최적조건은 기판온도 500℃, 산소분압 20 mTorr로 판단된다.
- 산소분압에 따른 규격화된 PL 스펙트럼을 보면, 266nm의 여기 광으로 박막을 쪼였을 때 deep-blue 방출이 관측되었다. 이러한 deep-blue 방출은 380nm 근방의 방출과 연관이 있을 것으로 고려된다. blue 방출의 중심 파장은 390nm이다. PL 방출 스펙트럼을 376nm(3.30eV)의 bandgap과 390nm(3.18eV)의 near-bandedge(NBE) 성분으로 이중 구성해 보면 관측된 데이터와 일치함을 알 수 있다. 산소분압에 따른 bandgap 및 NBE 방출의 Gaussian amplitude를 계산해 보면 산소분압 조절에 따라 NBE 방출의 Gaussian amplitude가 매우 크게 변하고 있음을 알 수 있다. 반면에 bandgap 방출의 Gaussian amplitude는 거의 일정하게 유지된다. 그렇지만 bandgap 및 NBE 방출의 Gaussian amplitude에서 중심파장 λmax 는 산소분압에 의존하지 않음을 알 수 있다. 비록 ZnO의 blue 방출에 대한 이론적 model이 여러 가지가 있지만, blue 방출의 증가는 분명하게 박막 성장 과정에서의 낮은 산소분압과 밀접한 연과성이 있다고 사료된다.
- 실온에서 ZnO:Li 박막의 전기적 특성을 측정하였다. 전기적 특성은 박막 내의 Li 농도에 의존하였는데, 0.05 mol%인 ZnO:Li 박막의 경우에 500℃ 기판에서 가장 우수한 p-type 박막을 제작할 수 있었다. 이때 전하농도 nb=7.54☓10¹⁹(개/㎤), mobility μ=14.37(㎠/Vs)로 가장 컸으며, Hall 계수는 RH =0.083 ~ 0.114(㎤/C)로 p-type임을 보여주었다.
- 온도에 따른 유전율 변화를 조사하였다. Zn_0.9Li_0.1O 세라믹의 경우는 1차 heating 때 30℃ 근방의 유전이상이 있었으나, 2차 heating 시에는 사라졌다. 100℃ 근방에서 급격한 유전율의 증가는 Li 이온 전도 특성 때문에 나타나는 것으로 이해된다. Zn_0.85Li_0.15O 세라믹의 경우는 1차 및 2차 heating 모두에서 80~90℃ 근방의 유전이상을 보이고 있음을 알 수 있다. 이 현상이 강유전 상전이와 관련이 있는지는 아직 확실하지 않다. 그런데 Zn_0.85Li_0.15O 세라믹에서 heating 시에 보이던 유전이상이 cooling 시에는 사라짐을 모든 주파수에서 알 수 있다. 이로보아 이 유전이상은 강유전 상전이와는 다른 Li 이온전도 메카니즘과 관련이 있을 것으로 생각된다. 이온전기전도 효과를 빼고 순수한 유전특성을 보기 위해 전기 모듈러스 계산을 하였는데, 그 결과를 보면 1kHz~100kHz 영역에서 relaxation이 있음을 보여준다. 이는 이온전도가 hopping 메카니즘임을 암시하고 있다. 규격화된 ac 전기전도도를 보면 하나의 마스터커브로 그릴 수 있고, 이는 전기전도 메카니즘이 universal한 단일 모드로 거동함을 의미한다. 이 관계는 BNN relation을 따르고 있으며, hopping 주파수의 dc 전기전도도와의 관계는 선형적임을 알 수 있다.
- Mg가 도핑된 Zn_1-xMg_xO의 광투과도를 보면, Mg가 x=0.2까지 도핑되어도 구조적으로는 ZnO의 wurtzite 구조가 유지되는데 반해, 광투과도는 x 값이 증가함에 따라 변하며, 순수한 ZnO 보다는 광투과도가 증가함을 알 수 있다. 그리고 역시 밴드갭에너지도 조금씩 증가함을 알 수 있다. 이는 Mg가 도핑될 경우 밴드갭 에너지 증가를 예상한 결과와 잘 일치한다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 9