매우 긴 산화아연 나노선의 성장과 성장조건에 따른 전기적, 광학적 특성 연구

Abstract

3.37eV의 넓은 직접 밴드갭과 n-형 반도체로써 60meV의 높은 여기 전자에너지를 가지는 산화아연을 열화학기상증착법을 이용하여 산화아연 나노선을 성장시켰다. 이렇게 성장시킨 산화아연 나노선을 성장의 관점에서 길이와 두께뿐만 아니라 그 특성까지 제어할 수 있는 성장의 제어에 초점을 맞추어 실험을 진행하였다. 이번 실험에서 집중된 점은 산화아연 나노선을 사파이어 기판같은 결정 기판이 아닌 비정질 기판에 성장을 시켰을 뿐만 아니라 그 성장의 조건을 제어함으로써 상당히 넓은 범위의 두께와 길이에서 제어가 가능함에 있다. 촉매층의 두께와 성장온도 그리고 산소분압을 한가지씩만 제어성장하여 그 성장 조건의 제어가 효과가 있음을 확인하였고 동시에 모든 성장 조건을 적절하게 조절하게 되면 두께적인 측면에서는 80㎚의 산화아연 나노선의 성장에서부터 500㎚이상의 나노 막대까지 약 7배정도의 범위에서 성장을 제어할 수 가 있다. 그리고 길이의 측면에서는 1㎛의 아주 짧은 막대에서 길게는 약 300㎛에 이르는 아주 긴 나노선의 성장까지 길이의 측면에서는 약 300에 달하는 아주 넓은 범위에서의 성장제어가 가능하다. 위에서 언급한 성장의 제어는 단순히 두께와 길이의 차이만 나타내는 것이 아닌 성장 과정의 산소와 아연의 상대적인 차이로 인해서 그 발광 특성이나 전기적인 특성의 차이도 나타나게 된다. 성장과정에서 산소의 분압이 많으면 많을수록 510㎚부근의 결점에 의한 발광이 줄어들었으며 이런 현상은 광 발광뿐만 아니라 음극선 발광에서도 동일하게 관찰되었다. 그리고 성장 시 기판의 위치에 따라 산소의 분압이 틀리다는 점을 이용해 같은 성장과정에서 자란 산화아연 나노선의 경우에도 성장위치에 따라 튜브의 끝에 가까운, 즉 산소 분압이 더 큰 산화아연의 경우에 결점에 의한 발광이 더 적게 발광함을 확인하여 성장 시 산소와 아연의 상대적인 분압의 차이는 산화아연 나노선의 발광특성에 영향을 미침을 확인하였다. 그리고 성장 시 산소 분압의 차이는 산화아연 나노선의 전기적 특성에도 영향을 미치게 되는데, 산소 분압이 많은 산화아연 나노선의 경우에는 산소분압이 적은 산화아연 나노선의 경우보다 소자에 흐르는 전류가 많을 뿐만 아니라 문턱전압역시 산소분압이 적은 소자보다 상당히 왼쪽에 치우쳐 있다.