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III 족 금속 불순물 도핑된 ZnO 나노구조의 성장과 특성 및 나노소자로의 응용
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | 정미나 | - |
| dc.date.accessioned | 2017-02-22T02:22:24Z | - |
| dc.date.available | 2017-02-22T02:22:24Z | - |
| dc.date.issued | 2010 | - |
| dc.date.submitted | 2010-02-17 | - |
| dc.identifier.uri | http://kmou.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002174298 | ko_KR |
| dc.identifier.uri | http://repository.kmou.ac.kr/handle/2014.oak/8293 | - |
| dc.description.abstract | 예를 들면, 도펀트 별로 크게 차이가 나는 성장 조건에서 도핑을 시도하여 각 결과의 비교나 상호 참조가 불가능하고, 나노 구조는 다양한 형상을 가지며 이에 따른 다양한 응용이 가능함에도 실험적으로 용이하게 얻어지는 형상에 대해서만 중점적으로 진행되어 왔다. 또한 도펀트의 종류 및 농도에 따라 체계적인 변화를 고찰하는 것이 필요함에도 이러한 연구 결과는 드물어, 연구의 필요성이 지적되고 있다. 본 논문에서는 ZnO 나노구조의 전도성 제어를 통한 물성 제어 방법을 제안할 목적으로 II-VI 화합물 반도체인 ZnO 물질을 이용하여, 분산형 타입의 0차원과 집적형 타입의 1차원구조로 나누어 나노 구조로 제작하고, 3족 금속 (Al, Ga, and In) 원소를 이용하여 나노 구조에 도핑을 시도하였다. 도핑으로 인한 형상변화, 구조적, 광학적, 전기적 특성을 조사하고 불순물 도핑된 나노 구조의 전기적 특성 변화가 소자 응용에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 1장에서는 나노 기술에 대한 기본적인 내용과 ZnO 물성, 그리고 3족 금속 불순물 도핑된 ZnO 나노 구조의 중요성 및 본 연구의 목적에 대해여 언급한다. 2장에서는 실험부분으로서, 나노 구조의 성장 방법 및 차원을 가진 나노 구조의 특징에 대해 간단히 소개하고, 본 연구에 사용된 다양한 측정 기술에 대하여 조사하여 본다. 3장에서는 분산형 타입의 도핑된 0차원 ZnO 나노 구조의 성장과 물성에 관한 내용이다. 도핑 전, 성장 조건을 결정하고, 일정한 성장 조건 하에서, 도펀트의 물성을 고려하여 Al, Ga, In을 도핑시킨다. 또한 도핑으로 유발된 나노 구조의 형상 변화, 구조적, 광학적, 전기적 특성 변화를 고찰하였다. 4장은 III족 불순물 도핑된 집적형 1차원 나노 구조의 성장과 특성에 관한 내용이다. 도핑 전 성장 조건을 결정하고, 일정한 성장 조건 하에서 Al, Ga, In을 도핑시켰다. 또한 도핑으로 유발된 구조적, 광학적, 전기적 특성 변화에 대하여 고찰하였다. 5장에서는 도핑으로 유발된 전도성 및 형상의 변화가 나노소자 응용에 미치는 영향을 고찰하고자 한다. III족 금속 불순물 도핑된 ZnO 나노 구조를 제작하고, 이를 이용하여 전도성 변화가 소자의 동작 특성에 직접적으로 영향을 미치는 전계효과 소자를 제작하여 소자의 동작특성과 도핑된 나노 구조의 물성변화의 상관관계를 추론하였다. 마지막으로 6장에서는 본 연구에서 얻은 결과를 정리하여 요약 및 결론에 대하여 기술하였다. | - |
| dc.description.abstract | II-VI 화합물 반도체 재료인 ZnO 물질은 다양한 나노구조를 기반으로 성장 및 응용의 관점에서 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 고차원적이고 다양한 기능을 갖는 광범위한 응용을 위해서는 무엇보다도 ZnO의 물성을 조절하는 기술은 반드시 필요하다. 따라서 2000년대 중반부터 ZnO 나노 구조의 도핑에 관한 연구가 진행되어 왔고, 다양한 불순물 첨가로 인한 구조적, 광학적, 전기적, 자기적 특성에 대한 보고들이 소개된 바 있다. 특히, 많은 도펀트 중에서, group-III 족 금속 (Al, Ga, In) 불순물을 이용한 나노구조의 도핑은 ZnO 나노 구조의 자유 전하 농도를 쉽게 증가시킬 수 있다는 점에서 적합한 도펀트로써 알려져 있다. 그러나, III 족 금속 불순물 도핑시킨 ZnO 나노 구조의 연구에 있어서, 아직까지도 개선되어야 할 많은 문제점들이 존재한다 | - |
| dc.description.tableofcontents | Contents ..... I List of figures .... V List of tables ..... IX 국문요약 ….X Abstract..... XII 1. Introduction 1.1 Nanotechnology ... 1 1.1.1 History of nanotechnology..... 1 1.1.2 A wide area of nanotechnology ….2 1.2 Oxide-based materials and nanostructure ..... 5 1.3 Material properties of ZnO .... 7 1.3.1 Crystal structure and lattice parameters .... 7 1.3.2 Energy band structure ..... 8 1.4 ZnO-based nanostructure and applications ... 10 1.5 Consideration to widen potentiality of ZnO-based nanotechnology ... 12 1.6 Importance of group III-metal impurity doping ..... 15 1.7 Proposal of this study ...... 16 1.8 Outline of this thesis ...... 17 References ....19 2. Experimental 2.1 Growth processes ...... 23 2.1.1 Growth system ...... 23 2.1.2 Mixed source method ...... 24 2.2 Two kinds of doped nanostructure with different dimensions ..... 25 2.3 Characterization ...... 27 2.3.1 Field emission scanning electron microscopy ...... 27 2.3.2 Energy dispersive X-ray spectroscopy ...... 29 2.3.3 Auger electron spectroscopy ...... 31 2.3.4 Hard X-ray photoemission spectroscopy ..... 32 2.3.5 Powder X-ray diffraction ...... 34 2.3.6 Photoluminescence ..... 37 2.3.7 Diffused reflectance spectroscopy...... 40 2.3.8 Hall measurement ..... 44 References ...... 47 3. Growth and characterization of dispersive 0-dimensional (0D) doped ZnO nanostructures 3.1 Introduction ....... 49 3.2 Review on growth model of tetrapod structure ..... 50 3.3 Experimental ..... 52 3.3.1 Growth of dispersive 0D undoped ZnO nanostructures ... 52 3.3.2 Growth of dispersive 0D Ga-, Al, and In-doped ZnO nanostructure .. 52 3.4 Growth condition determination of the dispersive 0D undoped ZnO nanostructures ... 54 3.4.1 Control of the growth parameters .... 55 3.4.2 Structural and optical properties .... 55 3.5 Characterization of dispersive 0D Al-doped ZnO nanostructures ... 57 3.5.1 Morphological variation and composition .... 57 3.5.2 TEM images ..... 58 3.5.3 Optical property ..... 59 3.6 Characterization of dispersive 0D Ga-doped ZnO nanostructures ...... 60 3.6.1 Morphological variation and composition ..... 60 3.6.2 Phase transition and conductivity change ..... 62 3.7 Characterization of dispersive 0D In-doped ZnO nanostructures ..... 64 3.7.1 Morphological variation and composition ..... 64 3.7.2 Phase transition and conductivity change ..... 66 3.7.3 Crystal structure and optical property ...... 70 3.7.4 Electrical properties ...... 73 3.8 Summary ...... 74 References ..... 75 4. Growth and characterization of integrated 1-dimensional (1D) doped ZnO nanostructures 4.1 Introduction ..... 78 4.2 Theoretical background ..... 79 4.2.1 Review on growth model ...... 79 4.2.2 Surface luminescence in the ZnO nanostructures .... 81 4.2.3 Negative thermal quenching phenomenon ...... 83 4.3 Experimental ...... 84 4.3.1 Growth of integrated 1D undoped ZnO nanostructures ...... 84 4.3.2 Growth of integrated 1D Al-, Ga-, In-doped ZnO nanostructures ...... 85 4.4 Growth condition determination of the integrated 1D undoped ZnO nanostructures ...... 86 4.4.1 Control of the growth parameters ...... 86 4.5 Characterization of integrated 1D Al-doped ZnO nanostructures ...... 89 4.5.1 Morphological variation and composition...... 89 4.5.2 Optical and electrical properties ....... 90 4.6 Characterization of integrated 1D Ga-doped ZnO nanostructures ........ 92 4.6.1 Morphological variation and composition ...... 92 4.6.2 Optical and electrical properties ........ 93 4.7 Characterization of integrated 1D In-doped ZnO nanostructures ........ 94 4.7.1 Morphological variation and composition ........ 94 4.7.2 Optical and electrical properties ...... 95 4.8 Growth mode of In-doped ZnO nanostructures ..... 97 4.9 In-induced physical phenomena ....... 101 4.9.1 Variation of surface excitonic emission ..... 101 4.9.2 Inhomogeneity in the doped ZnO nanostructures ...... 106 4.10 Summary ...... 109 References ....... 110 5. Field emission properties of doped ZnO nanostructures 5.1 Introduction ........ 114 5.2 Theoretical background ......... 115 5.2.1 Fowler-Nordheim theory ..... 115 5.2.2 Factors related to the field emission property .... 116 5.3 Experimental .... 119 5.3.1 Fabrication process of dispersive 0D ZnO:In nanostructure .... 120 5.3.2 Fabrication process of integrated 1D ZnO:In nanostructure ..... 121 5.4 Field emission property of dispersive 0D ZnO:In nanostructure ..... 121 5.5 Field emission property of integrated 1D ZnO:In nanostructure ...... 123 5.6 Summary ........ 125 References ........ 126 6. Summary and Conclusion ....... 128 Appendix A. Classical nucleation theory ........ 131 Appendix B. Free and bound exciton recombinations of ZnO crystals …. 135 References ........ 136 List of publications & presentations ...... 137 Acknowledgement ........ 144 | - |
| dc.language | eng | - |
| dc.publisher | 한국해양대학교 대학원 | - |
| dc.title | III 족 금속 불순물 도핑된 ZnO 나노구조의 성장과 특성 및 나노소자로의 응용 | - |
| dc.title.alternative | Growth and Characterization of Group III-Metal impurity doped ZnO nanostructures for the application to Nano-devices | - |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.date.awarded | 2010-02 | - |
| dc.contributor.alternativeName | Mina Jung | - |
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