• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.71-71
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• 2010

최근 나노선의 우수한 전기적, 광학적 특성을 다양한 종류의 전자소자, 광소자, 그리고 센서에 응용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 $SnO_2$ 나노선은 n-type의 전기특성과 우수한 광 특성을 보이며, 전자소자, 광소자 뿐 아니라 다양한 종류의 가스 센서 제작에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 화학기상증착법 (Chemical Vapor Deposition)으로 $SnO_2$ 나노선을 성장하여 전계방출효과 트랜지스터 (field effect transistor: FET)를 제작하여 전기적 특성을 측정하였다. 나노선의 성장 조건 (온도와 산소 유량) 에 따른 나노선의 구조, 화학조성, 전기적 특성을 체계적으로 조사하였다. 산소의 유량이 낮을 때는 온도에 따라 나노선의 크기와 전기 특성에 변화가 없었으나, 산소의 유량을 높이면 온도에 따라 나노선의 두께와 전기적 특성이 크게 변화하였다. 본 연구에서는 특히, FET 구조에서 on/off current ratio 가 $10^5$ 이상으로 매우 높은 나노선 제작이 가능하였다. 전기적 특성과 나노선의 결정구조, 화학적 조성을 함께 비교하여 성장 메커니즘을 이해하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.313-313
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• 2011

최근, 산화물 반도체를 통한 나노선 연구가 활발히 진행되고 있다. 1차원 나노선은 넓은 표면적을 가지며 다양한 특성을 지녀 미래 nanodevice로의 중요한 building block 소자로의 활용이 가능하다. 본 연구에서는 이종의 나노선을 합성하여 hierarchical nanojunction structure를 제작, 특성을 확인하였다. 이러한 구조는 나노선이 가지는 넓은 표면적의 특성과 동시에, multi-component fuctional nanodevice를 구현하는데에 적합한 구조이다. 본 연구는 텅스텐 기판 위에 고온의 열증착 방식을 이용하여 텅스텐 산화물 나노선을 제작시켜 그 위에 저온의 수열합성을 통한 산화아연 나노선을 제작한 후 향상된 field emission emitter로서의 특성을 살펴보았다. 합성된 텅스텐 산화물 나노선은 quasi-allign된 구조를 가지며, 이러한 구조 위에 ZnO를 스퍼터링하여 seed layer를 형성시키고, 암모니아수와 아연염을 이용한 수열합성법을 통하여 합성된 나노선 위에 nanobranch의 산화아연 나노선을 형성하였다. 이러한 성장특성은 SEM, TEM을 통하여 확인하였고 각각의 특성과 계면을 살펴보았다. 또한 이러한 구조를 이용하여 전계방출특성을 확인하였는데, 약 5.7 eV의 일함수를 갖는 텅스텐 산화물 나노선 위에 더 작은 값의 일함수를 갖는 산화아연 나노선을 합성하여 전계방출특성을 보았으며, 더 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 또한 산화아연의 합성방법에 따른 전계방출 특성의 차이도 비교하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.237-237
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• 2009

전도 특성을 가지는 나노선 제작의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 실험에서는 높은 전도성을 가지는 구리 이온을 이용하여 나노선을 제작하는 실험을 진행하였으며 제작된 구리-나노선의 전도특성을 분석하여 구리 이온 치환 정도에 따른 DNA 전도성 개선 여부를 확인하였다. DNA를 기반으로 구리 Metalization 횟수가 늘어날수록 나노선이 연속적으로 형성되며 선형적이고 높은 전도특성을 가지게 되는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과로부터 본 연구에서 사용한 방법을 이용하여 제작된 구리 나노선이 향후 나노소자 제작에 크기 기여할 것으로 기대한다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.33.2-33.2
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• 2010

산화물 반도체 나노선 가스센서는 기존의 벌크 및 박막재료에 비해 체적-표면적비가 매우 커서 극미량의 화학물질에 대한 감응특성이 유리하여 많은 각광을 받고 있다. 현재, 다양한 물질들의 나노선 합성 및 센서 소자 구현에 대한 연구가 국내외적으로 활발하게 진행되고 있다. 이와 같은 나노선 센서의 실용화를 위해 특정 물질에 대한 선택성과 감응특성의 증진이 여전히 요구되고 있으며, 이에 대한 여러 방향에서의 연구가 진행되고 있다. 특히, 촉매특성이 뛰어난 귀금속 나노입자를 나노선 표면에 부착시킨, 기능화된 나노선 센서소자에 관련된 연구가 활발하다. 본 연구에서는 기상법을 이용하여 합성한 산화물 나노선에 감마선을 조사하여 Au, Pt 및 Pd 금속나노입자를 형성시켰다. 이와 같이 금속나노입자가 고착된 산화물 나노선의 미세구조와 가스 감응특성을 조사하였으며, 기능화된 금속 나노입자가 가스 감응에 미치는 영향과 가스 감응 메커니즘을 제시하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.269-269
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• 2010

$SnO_2$ 나노선은 n-type의 전기적 특성과 우수한 광 특성을 보이며, 전자소자, 광소자 뿐 아니라 다양한 종류의 가스 센서 등에 응용되고 있다. 그러나 $SnO_2$ 나노선은 공기중에서 전기적으로 불안정한 특성을 보이며, 도핑을 하지 않은 나노선 소자에서는 전자의 모빌러티가 높지 않다는 단점을 갖고 있다. 이를 개선하고자 본 연구에서는 화학기상증착법 (Chemical Vapor Deposition)으로 Sb을 도핑한 $SnO_2$ 나노선을 성장하여 전계방출효과 트랜지스터 (field effect transistor: FET)를 제작하여 전기적 특성과 UV 반응성의 변화를 측정하였다. Sb 도핑 양을 늘려감에 따라 전기적 특성이 반도체 특성에서 점점 금속 특성으로 변하는 것과 게이트 전압의 영향을 적게 받는 것을 확인하였다. 또한 도핑을 해준 $SnO_2$ 나노선의 경우 UV 반응과 회복 시간이 기존에 비하여 크게 감소하여 UV 센서에 더욱 적합해진 것을 확인하였다. 또한, 슬라이딩 트랜스퍼 공정을 이용하여 나노선을 원하는 기판에 정렬된 상태로 전이할 때 도핑한 나노선은 표면특성의 변화로 정렬도가 크게 감소하는 것을 확인하였고, 기판에 윤활제를 사용하여 정렬도를 높일 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2009년도 추계학술대회 초록집
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• pp.186-187
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• 2009

단일 나노선 적용 센서의 단점을 극복하고 신뢰성이 높은 센서를 구현하고자 vapor-liquid-solid (VLS) 법을 이용하여 $SnO_2$ 나노선의 선택적 성장을 통한 나노선 네트워크 구조의 센서를 제조하였다. 분리된 전극층의 변화에 따른 나노선의 접합 특성 변화에 이에 따른 나노선 네트워크 센서의 가스감지 특성을 고찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.73-73
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• 2010

본 연구에서는 성장된 p-형의 단일벽 탄소 나노튜브 (SWCNT)와 폴리머 코팅으로 n-형 특성을 보이는 SWCNT의 접합으로 pn-접합 소자 어레이를 만들고 특성을 분석한 결과에 대해 발표하고자 한다. Y-cut quartz 기판에 0.1 nm 두께의 철 촉매 패턴을 만들고 화학기상증착법으로 잘 정렬된 SWCNT를 성장시킨 후, 열 박리 테이프 (thermal tape)을 이용하여 정렬된 나노선을 실리콘 옥사이드 기판에 전이한다. 전기적(electrical breakdown)으로 금속성의 나노선을 제거하고 p-형의 나노선 배열을 얻을 수 있다. 이 나노선에 국소적으로 폴리머 (polyethyleneimine: PEI) 코팅을 하여 n-형 특성을 갖는 나노선 패턴을 만들 수 있다. 이를 이용하여 만든 소자는 p-형과 n-형이 하나의 나노선 안에 부분적으로 존재하므로 연결부위의 접촉에 관한 문제가 전혀 없으며 소자를 만들기도 유용하다. 이렇게 준비된 p-형 나노선과 n-형 나노선의 접합에서 정류특성을 관찰하였다. 이러한 passive matrix 소자는 터치패드나 유기발광다이오드와 같은 다양한 소자에 응용 가능하다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.1330_1331
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• 2009

n형 특성을 가진 실리콘 나노선을 금확산을 이용하여 p형 특성을 가진 상태의 나노선으로 변환하였다. Back-gate 형태로 제작된 n형의 실리콘 나노선 전계 효과 트랜지스터를 제작한 후, 채널로 사용되는 나노선 위에 금을 열증착방법을 이용하여 증착했다. 이후, 급속열처리공정을 통해 실리콘 나노선에 금이온을 확산시켰다. 나노선의 특성 변환을 확인하기 위하여 전계 효과 트랜지스터의 특성곡선을 통해 그 변화를 관찰하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.36.1-36.1
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• 2011

1차원 양자 구속 효과로 인해 우수한 전하 전송 특성을 갖는 나노선을 차세대 전자소자에 응용하기 위한 일환으로, 실리콘 기판 상에 동일한 실리콘 나노선을 성장하고 이의 미세구조 특징을 분석하였다. 실리콘 나노선은 Au 시드층을 형성한 후 화학기상증착법을 이용한 VLS (vapor-liquid-solid) 공법으로 성장시켰으며, 시드층의 크기에 따른 나노선의 구조 특성을 이미지 프로세싱을 통해 통계분석하였다. 성장된 실리콘 나노선의 결정구조와 성분을 고해상도 투과전자현미경과 EDAX를 이용하여 분석하였으며, 성장 온도 조건에 따른 나노선의 morphology 특성도 실시하였다. 그 결과 Au 시드층의 성분이 나노선과 기판의 계면에서 상당 부분 잔류함과, 성장된 나노선에는 쌍정 결함(twin defect) 등의 결정구조 변화가 수반됨을 알 수 있었다. 또한 금속 시드층의 평균 입도와 성장 온도 및 소스 가스 유량 조절함으로써 실리콘 나노선의 직경과 길이를 최적화 할 수 있었다. 이를 통해 향후 공정 스케일 다운의 한계 상황에 도달하고 있는 반도체 트랜지스터 소자를 대체할 수 있는 나노선 반도체 소자에 대한 공정기술 개발과 이를 이용한 다양한 응용 분야도 동시에 제시할 수 있게 되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.161-161
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• 2010

n-type 반도체 특성을 띄는 $SnO_2$ 나노선은 가스 센서, 투명 소자, 태양광 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 화학기상증착법으로 성장한 $SnO_2$ 나노선으로 폴리이미드 (PMDA-ODA: PI) 박막을 게이트 절연막으로 이용한 전계효과트랜지스터를 플렉서블 기판에 제작하고 전기적 특성을 분석하였다. 전자 전달 특성 곡선으로부터 n-형의 반도체 특성을 확인하였으며, 대부분의 산화금속 나노선에서와 같이 매우 큰 전기적 히스테리시스가 관찰되었다. 산화금속계통 나노선 소자의 히스테리시스는 나노선 표면에 산소 및 물 분자가 흡착되어 생기는 전자 갇힘 현상이 가장 큰 원인으로 알려져 있는데, 이러한 히스테리시스를 조절하거나 없애는 것은 소자의 특성 향상에 있어 매우 중요하다. 한편 PI 절연막에는 느린 분극 현상을 만드는 OH 반응기가 존재하기 때문에 나노선과는 반대 방향의 히스테리시스를 보일 것으로 예상된다. 본 연구에서는 제작된 $SnO_2$ 나노선 FET에서 PI 게이트 절연막의 경화 정도에 따른 히스테리시스를 조사하였다. FT-IR 측정에 따르면, PI 필름에 존재하는 OH 반응기는 PI를 경화시킴에 따라 감소하였으며 전기적인 히스테리시스도 감소하였다. 따라서, 절연막을 경화시키지 않았을 때는 PI 내부에 다량의 OH 반응기가 존재하여, PI의 히스테리시스가 나노선 히스테리시스보다 더 크게 작용하여, 전체적으로는 PI의 특성인 반시계 (counterclockwise) 방향의 히스테리시스를 나타내었다. 한편, 절연막을 완전히 경화시키면, OH 반응기는 대부분 사라지고 나노선의 히스테리시스만 발현되어 소자는 시계방향의 히스테리시스를 보였다. 이러한 실험결과를 통해, PI 박막을 $250^{\circ}C$ 에서 약 7분간 경화시켰을 때 나노선과 절연막의 히스테리시스가 가장 이상적으로 상쇄되어 전체적으로 히스테리시스가 매우 작아진 것을 관찰할 수 있었다. 이는 향후 나노선 FET의 안정적인 응용에 매우 유용한 결과로 활용될 것으로 예측된다.