외부의 전기적인 에너지원 없이 기계적인 힘에 의해 구동되는 투명하고, 유연한 에너지 발생 압력센서를 제작하기 위하여 일차원 산화아연 나노선 기반의 압전소자를 제작하였다1). 산화아연 나노선은 유연한 플라스틱 기판에 습식화학 방법을 이용하여 성장시켰다. 이 방법은 간단한 공정과, 저온 성장공정, 대면적 성장, 대량생산이 가능한 방법이다. 산화아연 나노선의 끝 부분과의 접촉을 위한 상부 전극으로는 PdAu 와 ITO가 증착된 유연한 플라스틱 기판을 사용하였다. 90 % 이상의 높은 투과율을 가진 산화아연 나노선과 ITO 상부전극을 이용하여 투명하고 유연한 에너지 발생소자를 제작하였다. 이를 이용하여 외부에서 작용하는 힘,상부전극의 형상 및 일함수와 나노발전소자의 출력과의 상관관계를 조사하였다. 제작된 투명하고 유연한 나노발전소자의 경우 0.9 kgf에서 1A/$cm^2$ 의 전류가 발생한 것을 확인하였다.
산화아연 나노구조를 금을 금속촉매로 사용하여 실리콘 기판위에 기상이동법으로 성장하였다. 성장할 때 소스(source)와 기판 사이의 거리는 5에서 50 mm로 변화를 주며 아르곤과 산소 분위기에서 $900^{\circ}C$로 성장하였다. 산화아연 나노구조의 구조적 및 광학적 특성을 조사하기 위해 field-emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), 그리고 photoluminescence (PL)를 이용하였다. 산화아연 나노구조는 나노선과 나노입자의 형태로 성장하였다. 산화아연 나노구조의 광학적 특성은 소스와 기판사이의 거리가 가까울수록 향상되었다. 특히, 소스와 기판사이의 거리가 5 mm 일 때, 산화아연 나노선이 관찰되었으며 XRD 와 PL 분석에서 나타난 반가폭 (full width at half maximum)은 $0.061^{\circ}$ 와 96 meV로써 가장 작았다. 산화아연 나노선은 산화아연 나노입자와 비교하여, 결정성 및 광학적 특성이 우수하였다.
21세기의 IT 및 NT를 선두 하게 될 나노소자의개발은 10년 전부터 아주 활발히 연구되고 있다. 최근, 이러한 나노소자의 연구 가운데 주목할 만한 물질이 ZnO 이다. ZnO를 기반으로 한 나노구조는 여러 성장 법으로 성장이 용이하고, 그 물리적, 광학적 특성이 우수하여 광 전소자 응용에 크게 이바지할 물질로 관심을 끌고 있다. 이 가운데 나노선은 소자제작이 용이해 가장 많이 이용되고 있다. 나노선을기반으로 한 소자제작은 bottom-up 공정을 지향하고 있지만, 아직은 top-down 방식이 소자제작의 주류를 이루고 있다. 특히, 나노선 FET 소자제작 시에는 여전히 top-down이 사용되고 있으며, 채널로 사용되는 나노선의 어레이공정은 소자제작 시 가장 큰 어려움으로 대두되고 있다. 하지만, 이러한나노선의 수평 어레이 공정을 감소시킬 구조로 기판에 수평으로 배열된 나노월 구조가 제안되고 있다. 나노월구조는 어레이 공정 수를 크게 감소시켜 생산가격 면에서 큰 이점을 가져올 것으로 생각된다. 하지만, 이러한 ZnO 나노월은 GaN 기판에 한정하여 성장되고 있으며, 일부 Si 기판 위에 성장할지라도나노 사이즈가 아닌 마이크로 사이즈의 거친 표면을 가지는 박막구조로 보고되었다. 때문에, 가격적으로 비싸고 응용성이 제한적인 비전도성 기판을 대신하여, 가격이 저렴하고 응용성이 넓은 Si과 같은 전도성 기판에 나노월 구조를 성장하는 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 Mg의 도입으로 자발적으로 형성된 비정질 MgO층 위에 상 분리된 MZO 비정질-단결정 층들을 이용하여 어떠한 기판에서도 나노월 구조가 성장할 수 있는 기반 기술을 소개한다.
에너지갭이 큰 SnO2 반도체는 빛 투과율이 우수하여 투명성이 좋으며 화학적으로 안정된 구조를 가지고 있어 전자소자 및 광소자 응용에 대단히 유용하다. SnO2 박막을 증착하는 방법은 Physical Vapor Deposition과 Chemical Vapor Deposition이 있으나 나노 구조를 가진 SnO2를 형성하기 어렵다. 전기 화학적 증착 (Electrochemical Deposition: ECD)은 낮은 온도에서 진공 공정이 필요하지 않기 때문에 경제적이며 빠른 성장 속도를 가지고 있기 때문에 SnO2 나노 구조를 효과적으로 형성 할 수 있다. 본 연구에서는 Indium Tin Oxide (ITO) 기판 위에 SnO2 나노 구조를 형성시켜 전기적 및 구조적 특성을 관찰하였다. 0.015 M의 Tin chloride pentahydrate(SnCl4 5H2O)를 타켓 물질로 사용하고 0.1 M의 KCl을 완충물질로 사용하여 SnO2 나노구조를 성장하였다. 타겟 물질이 잘 녹지 않으므로 DI water와 ethanol을 7:3의 비율로 용매 사용하였다. 전류-전압 곡선을 분석하여 최적의 성장조건을 확보하고, $65^{\circ}C$ 1기압 하에서 -2.5 V 부터 -1.0 V까지 0.5 V 간격으로 나누어서 SnO2 나노구조를 성장하였다. X-선 회절 분석결과에서 SnO2의 피크의 크기가 큰 전기화적적 성장 전압구간과, 주사전자현미경 분석 결과에서 나노 구조가 가장 잘 나타난 성장 전압구간을 다시 0.1 V 간격으로 세분화하여 최적화 조건을 분석하였다. X-선 회절 실험으로 형성한 SnO2 나노구조의 피크가 (110) (101) (200) (211) (310)로 나타났다. X-선 회절 분석의 intensity의 값이 (101)방향이 가장 크게 나타났으므로 우선적으로 (101) 방향으로 SnO2 나노구조가 성장됨을 알 수 있었다. 주사전자현미경상은 grain size가 50~100 nm 사이의 SnO2 나노구조가 형성되며, grain size가 전기화학적 증착 장치의 성장전압이 저 전압 구간에서 커지는 것을 알 수 있었다.
분자선에피를 이용한 $In_{0.2}Ga_{0.8}N/GaN$ 이종접합 구조의 에피성장에 미치는 플라즈마의 rf전력의 영향에 대해 고찰하였다. 플라즈마를 발생시키는 rf 전력과 플라즈마 챔버압력의 조건에 따라 성장표면에 도달하는 분자나 원자의 에너지와 flux가 조절되어 에피성장 속도와 물질적 특성을 변화시킨다. 전력이 너무 낮거나 높은 조건에서 표면거칠기와 광특성이 각각 저하된 결과를 보였으며, 적정한 전력인 400W에서 성장한 $In_{0.2}Ga_{0.8}N/GaN$이 종접합 구조에서 날카로운 계면과 강한 photoluminescence 피크를 보였다. 이러한 현상에 대한 원인으로 고에너지 입자들이 성장표면에서 작용하는 기구들인 플라즈마에 의한 탈착과 표면확산, 성장표면의 하부에 주입되는 결함의 발생에 대하여 논하였다.
MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)에 의해 성장된 InGaAs/AlGaAs 물질을 이용하여 V-형 양자선 (V-groove quantum-wire) 어레이(array) 구조에서 이득 결합(gain-coupling)에 의한 분포 광귀환(distributed optical feedback) 특성을 조사하였다. 분포 귀환형 (distributed feedback, DFB) 구조를 제작하는 동안 격자 재성장(grating overgrowth)을 피하기 위하여, 새롭게 개발된 constant MOCVD 성장 방법을 적용하였고, Bragg 파장에서 DFB 방향으로 광귀환의 결과인 스펙트럼의 이득 이방성(gain asymmetry)을 실험적으로 관찰하였다.
실험실에서 황복을 부화 후 1일에서 63일까지 사육하면서 표본을 추출하여 황복의 초기성장과 이석의 미세구조 관찰하였다. 부화 당시 황복의 전장은 3.09$\pm$0.02 mm였으며, 부화 후 10일에 전장 4.96$\pm$0.24 mm, 20일에는 5.39$\pm$0.42 mm, 30일에는 9.13$\pm$0.59 mm로 성장하였고, 부화 후 34일에는 평균 10.78$\pm$0.96 mm로 성장하였으며, 부화 후 43일에는 16.40$\pm$2.31 mm, 부화 후 63일에는 30.49$\pm$1.53 mm로 성장하였다. 부화한 황복 이석의 평균 장반경은 14.20$\pm$1.21 $\mu\textrm{m}$였고, 부화 후 10일째는 31.06$\pm$2.31 $\mu\textrm{m}$, 20일째는 57.19$\pm$6.19 $\mu\textrm{m}$, 34일째는 127.13$\pm$13.13 $\mu\textrm{m}$, 43일째는 190.79$\pm$17.08 $\mu\textrm{m}$, 63일째는 281.85$\pm$23.81 $\mu\textrm{m}$로 부화 후 20일 이후의 이석의 크기변화는 체장의 성장 경향과 유사하였다 황복의 이석에는 다른 성장선들과 구별되는 부화정지선이 형성되어있으며, 부화정지선 형성이전에 2-3개의 미세성장선이 관찰되었다. 부화 후 20일부터 63일까지, 황복의 이석에 형성된 일일성장선의 수와 경과한 일수는 1차 비례관계를 보였으며, 하루에 한 개씩 형성되어지는 것이 확인되었다.
흰베도라치, Pholis fangi의 초기 생활사를 밝히기 위해 한국 서해의 대천 연안에서 1988년 3월에서 6월 사이와 1989년 2월에 흰베도라치 치어를 채집하였다. 성장에 따라 외부형태 변화와 이석을 관찰, 측정함으로써 출현양상과 산란시기 및 초기성장 등을 조사하였다. 또한, 1998년 5월부터 1999년 11월 사이에 매월 대천 해역에서 채집된 흰베도라치의 생식소 관찰로 산란기를 추정하였다. 2월에는 흰베도라치 치어가 천수만 안팎에서 넓게 분포하였다. 3월에서 4월 사이에 만 안쪽에서 주로 출현하였고, 5월에는 만밖에서 주로 나타났으며, 6월 이후에는 본 연구 해역에서는 채집이 되지 않았다. 이석은 초기에 둥근 모양에서 체장이 30~40 mm 정도 성장하면 타원형으로 변하며, 일륜으로 볼 수 있는 미세 성장선이 나타났다. 또한, 핵으로부터 30개의 미세성장선 이후에 깊게 파인 불연속선이 나타나는데, 체장 10 mm 이하의 자어 형태에서는 성장 정지선이 나타나지 않았다. 이 불연속선은 연안측으로 회유하는 동안에 신진대사의 변화에 따라 형성된 것으로 판단된다. 흰베도라치의 초기성장은 다음과 같은 Gomertz식 TL = 6.702 exp {2.925 "1-exp (-0.0076 t)"} ($r^2=0.94$, N = 92)에 의해 추산되었다. 흰베도라치 이석에 처음으로 미세 성장선이 형성된 시기는 12월에서 1월 사이로 보여지며, 흰베도라치 성어의 생식소는 10월부터 성숙하기 시작하며 11월에서 12월 사이에 주로 산란하고 1월에는 산란을 마치는 것으로 나타남으로써 흰베도라치의 부화시간은 한 달 정도인 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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