열증착법으로 합성된 ZnO 나노 구조체의 구조적 특성

Abstract

1차원적 구조를 갖는 반도체 산화물 나노선(nanowires)은 기존의 후막 재료가 가지는 특성과는 다른 독특한 특성을 보임으로서 앞으로 나노전자소자 및 나노 광소자에 다양하게 응용될 것으로 기대된다. 그러나 아직까지 이ㄹ한 나노선이 갖는 특성 및 응용 가능성에 대한 연구가 미약한 수준이며, 이들의 명확한 규명을 위해 많은 연구가 필요하다. 본 연구에서는 현재까지 연구 되어진 나노선 중 가격면에서 매우 저렴하고, 전기적 특성과 광학적 특성이 우수함으로 인해 광소자, 가스 센서 및 전극 등으로 사용될 가능성이 예상되어 지는 ZnO를 선택하였다. 우선 기상 합성법 (Vapor phase evaporation)을 이용하여 ZnO 나노선을 합성하고 구조적, 광학적 특성에 대한 연구를 수행하였으며, 육각구조를 지닌 3차원적 새로운 구조물을 합성하였다. 본 연구에서 도출된 ZnO 구조물은 기존에 발표된 것과 유사하지만, 기존 성장 메커니즘과는 상이한 부분이 있어, 새로운 성장 메커니즘을 규명하여 새로운 성장 모델을 제시하였다.; The nanostructured semiconductors with 1D or 2D have been extensively studied because of their unique mechanical, electrical, optical and magnetic properties. However, the studies on these nanomaterials and possibility of applications into electro-optic devices has not been investigated systematically. Therefore, more detailed and in-depth studies are demanded urgently. This work presents the formation of zinc oxide (ZnO) nanostructures with 1D, 2D and 3D using vapor phase evaporation (VPE) method and investigated their structural and electro-optical characteristics in detail. It was found that the crystalline phase, compositional stoichiometry, crystal morphology, crystal size and optical properties of the prepared ZnO nanostructures could be modified by controlling reaction time, reaction temperature, kinds of raw materials, ambient gas, ambient pressure and distance of raw materials with substrate. The XRD data showed that the synthesised nanostructures consist of a pure ZnO phase and the main growing direction of nanowires was c axis. It is the fist foundations the which has not been reported yet in our knowledge, that the new 3D ZnO nanostructure had hexagonal skeleton morphology with size of mico-meter range and with the skeleton structure has developed to a cone-type nanosture. The SEM and TEM analyses indicated the hexagonal skeleton nanostructure were produced by stacking hexagonal walls of ZnO with a random orientation. This nanostructure could not be explained by the previously reported growing mechanism and therefore we suggested a new growing mechanism for such a novel 3D ZnO structure. The novel skeleton ZnO nanostructures showed photoluminescence peaks at near UV and visible range.