PES 기판 상에 수열합성법으로 성장시킨 ZnO 나노막대의 구조적, 전기적 특성에 관한 연구

Abstract

디스플레이(Display), 솔라 셀(Solar cell), 대면적의 센서 어레이(Sensor array) 등의 잠재적 적용성에 의해, 최근 경량화, 유연성과 용이한 휴대성을 가진 플렉서블 전자 소자들에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 저온 공정, 고 투자, 우수한 전기적 특성을 갖는 플렉서블 소자들을 사용하기 위해서 TOS(Transparent Oxide Semiconductor) 물질에 대한 연구가 요구되고 있다. TOS 물질은 넓은 밴드갭과 우수한 전도성을 가지고 있으며, 또한 저 비용과 높은 이동성으로 높은 잠재력을 갖고 있다. ZnO가 많은 관심을 받고 있는데, II-VI족 산화물 반도체인 ZnO는 상온에서 우르짜이트 구조를 가지고 있으며, 저온에서 성장이 가능하다. 3.36 eV의 넓은 밴드갭을 가진 ZnO는 가시 영역에서 높은 투과율을 보여준다. 또한 LED(Light Emitting Diode)와 LD(Laser Diode)등의 광학 소자로 응용이 가능한데, 이는 60 meV의 엑시톤 결합 에너지를 갖기 때문이다. 또한 n-타입 반도체인 ZnO는 협소한 전도대역을 가지고 있으며, 도핑 물질에 의해서 전기적, 광학적 특성을 쉽게 제어할 수 있다.

저차원 나노 구조의 연구는 현대 과학의 발전에 중요한 역할을 한다. 저차원 나노 구조들 중, 높은 투명성과 우수한 압전성, 저온 성장 및 넓은 밴드갭으로 인한 우수한 특성으로 1-D ZnO 나노 구조체가 주목받고 있다.

나노 구조물의 성장 방법은 반응에 관여하는 물질의 종류와 그 상(phase)에 따라 VLS(Vapor Liquid-Solution), SLS(solution-liquid-solution), VS(vapor-solid) 등으로 나뉜다. 그러나 위의 방법들은 고온과 고비용의 공정이 요구되므로, PES 기판에 나노 구조체를 성장시키기에 적합하지 않다. 따라서 수열합성법을 이용하여 1차원 나노 구조체를 성장시켰다.

1장에서는 본 연구에 대한 소개를 간략하게 설명하였다. 2장에서 나노 물질의 특성과 제조, ZnO의 물성과 ZnO를 이용한 1차원 나노 구조에 대해 설명하였다. 3장에서는 씨앗층의 제작, 1-D ZnO 나노 구조체 성장, 전기적 특성을 측정하기 위한 전극 형성 방법 및 1-D ZnO 나노 구조체의 특성을 측정하는 장비들을 소개하였다. 4장에서 증착 조건에 따른 씨앗층의 구조적 특성을 분석하여 ZnO nanorods를 성장하는데 최적의 조건을 설정하였다. 또한 각 수용액의 농도와 성장 온도에 따른 구조적 특성과 전기적 특성을 3장에서 언급한 장비를 이용하여 분석하였고, 5장에서 요약 및 결론을 나타내었다.