초록 ▼

□연구개요
본 연구의 최종목표는, 다공성 나노 소재인 제올라이트를 이용해서 소재 내 반도체 나노 클러스터(cluster)을 합성하여 효율성과 실용성을 갖춘 광학소재 개발을 위한 물리화학적 메커니즘 규명이다. 이 연구의 결과를 통해 기존 반도체 물질의 고유한 특성을 극대화 시킬 수 있는 나노기술을 접목해 그동안 각종 환경 및 경제적인 문제로 실용화가 어려웠던 나노 다공성 무기 소재의 실용 가능성과 이미 실용화된 소재의 개선사항을 제시하고자 한다.

□연구 목표대비 연구결과
반도체 나노 클러스터 생성을 위한 소재인

□연구개요
본 연구의 최종목표는, 다공성 나노 소재인 제올라이트를 이용해서 소재 내 반도체 나노 클러스터(cluster)을 합성하여 효율성과 실용성을 갖춘 광학소재 개발을 위한 물리화학적 메커니즘 규명이다. 이 연구의 결과를 통해 기존 반도체 물질의 고유한 특성을 극대화 시킬 수 있는 나노기술을 접목해 그동안 각종 환경 및 경제적인 문제로 실용화가 어려웠던 나노 다공성 무기 소재의 실용 가능성과 이미 실용화된 소재의 개선사항을 제시하고자 한다.

□연구 목표대비 연구결과
반도체 나노 클러스터 생성을 위한 소재인 제올라이트 A, X, Y 종은 모두 단결정으로 합성되었으며, 반도체 전구소재인 Cd²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺ 이온으로 교환된 제올라이트는 연구 계획에 따라 모두 달성되었다.
Cd²⁺ 이온으로 교환된 제올라이트에 기체상 흡착 결과는, Cd²⁺ 이온으로 교환된 제올라이트 A, X를 제외한 Y에서만 소달라이트 동공(sodalite cavity)과 슈퍼케이지(supercage) 동공 내 CdS 클러스터가 생성되었다. 나머지 Cd²⁺ 이온으로 교환된 제올라이트 A, X에서는 H₂S(g)를 흡착 시 소달라이트와 슈퍼케이지 동공 내 단순히 흡착되어 CdS 클러스터가 형성되지 않았다. Mn²⁺ 및 Zn²⁺ 이온으로 교환된 제올라이트에 기체상 흡착 결과는, 제올라이트 A, X, Y에서 모두 H₂S(g)를 흡착 시 소달라이트와 슈퍼케이지 동공 내 단순히 흡착되어 CdS 클러스터가 형성되지 않았다.
Cd²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺ 이온으로 교환된 제올라이트에 고체상 흡착 결과는, 제올라이트 A, X, Y에서 모두 CdS, MnS, ZnS 클러스터가 형성되지 않았으며 단순히 Sulfur 분자가 흡착되는 결과를 관찰하였다.
Cd²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺ 이온으로 교환된 제올라이트에 액체상 흡착 결과는, 제올라이트 A, X, Y에서 모두 소달라이트 동공(sodalite cavity)에서만 각각 두 종류의 CdS, MnS, ZnS 클러스터가 생성되었다. 슈퍼케이지 내부에서는 Cd²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺ 이온이 일부 Na⁺ 이온으로 치환되어 CdS, MnS, ZnS 클러스터가 형성되지 않았다.

□연구개발결과의 중요성
제올라이트 내 생성될 수 있는 나노 클러스터는 제올라이트의 구조적인 제약을 받아 나노크기(약 1 nm 정도)의 합성이 가능하여 양자 국한 효과가 극대화 될 것으로 예상된다. 또한, 도입하고자 하는 반도체 화합물을 화학적 안정성을 고려 순차적으로 반도체성 양이온 교환을 위해 반도체 전구소재를 우선적으로 합성하여 구조적 안정성을 확보하고, 다양한 흡착방법을 통해 제올라이트 동공 내 반도체 나노 클러스터의 안정성을 도모할 수 있다. 이러한 방법은 기존 많은 선행연구들을 통해 증명되어 왔으며, 이러한 제올라이트 내 나노 클러스터의 안정된 합성방법은 새로운 전자소재 및 반도체 나노 클러스터 이외에 화합물을 도입한 환경적 촉매로의 개발도 가능하다. 제올라이트의 구조적 특징으로 3차원적인 동공의 배열은 도입되는 반도체 나노클러스터의 3차원적인 배열을 도모하며 이는 기존 나노기술로 제조된 나노 클러스터가 가진 각종 반도체 및 광학 특성을 극대화함으로서 역시 각종 광학소재 및 환경적 촉매로서의 개선과 개발 가능성이 매우 높을 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 반도체 및 광학현상 특성과 원리를 이해하는데 매우 중요한 기초연구가 될 것이며 명확하지 않은 기존 선행연구들의 결과들을 현대적인 최신 분석기법을 통해 재해석하여 보다 명확하고 정확한 물리·화학적 메커니즘 정보를 제공할 수 있기 때문에 차세대 반도체 산업에 있어 적용 가능한 필수적 기반 연구가 될 것이다.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 최종목표 ... 7
• 다. 연구의 추진방법 및 범위 ... 8
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 9
• 가. 연구수행내용 ... 9
• 나. 연구결과 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 23
• 4. 참고문헌 ... 24
• 5. 연구성과 ... 25
• 끝페이지 ... 25