저비용 화학 욕 증착(CBD)을 사용하여 다양한 ZnO 나노구조를 성장시킬 수 있습니다. 이 기술은 비용 효율적이고 유연하지만, 최종 구조는 보통 무작위로 배향되어 있으며 균일성과 표면 밀도 측면에서 제어하기 어렵습니다. 본 연구에서는 콜로이드 리소그래피를 사용하여 (100) 실리콘 기판을 패터닝함으로써 나노로드의 형태와 밀도를 완전히 제어했습니다. 또한 졸-겔법으로 제조된 ZnO 시드 층을 사용하여 실리콘 기판과 ZnO 나노로드 간의 격자 불일치를 보상했습니다. 그 결과 패터닝된 레지스트 마스크의 지정된 개구부에서 제어 가능한 직경과 밀도를 가진 수직 정렬 ZnO 나노로드의 성공적인 성장을 보였습니다. 이 방법은 수직으로 정렬된 고결정질 ZnO 나노로드가 소자 성능에 필수적인 최적화된 소자 제작에 사용될 수 있습니다.
나노구조의 치수, 배열, 밀도에 대한 바람직한 정밀한 나노소재 구조를 실현하는 능력은 대부분의 첨단 나노소자에 매우 중요합니다. 이를 달성하기 위한 실행 가능한 경로 중 하나는 탑다운 패터닝 기술과 자기조립 바텀업 성장 방법을 결합하는 것입니다.
가장 널리 연구된 반도체 중 하나인 산화아연(ZnO)은 자기조립 광전자 나노소자에 대한 탁월한 잠재력을 보여줍니다. 이 맥락에서 ZnO의 주요 특성으로는 간단한 성장 공정, 3.2~3.4eV의 넓은 직접 밴드갭, 60meV의 큰 엑시톤 결합 에너지, 높은 기계적 및 열적 안정성을 들 수 있습니다[1]. 화학 기상 증착(CVD)[2], 펄스 레이저 증착(PLD)[3], 기액고체(VLS) 성장[4] 같은 다양한 고온 성장 기술과 전기도금[5], 화학 욕 증착(CBD)[6] 같은 저온 성장 기술을 사용하여 다양한 ZnO 나노구조를 성장시켰습니다. 이 모든 성장 기술 중 CBD는 단순성, 비용 효율성, 대면적 적용 가능성 덕분에 더 유리합니다.
일차원(1D) 버츠라이트 ZnO 나노로드(ZnO NR)는 흥미로운 기본 전자적 및 기계적 특성뿐만 아니라 새로운 전자공학[6], 포토닉스[7], 전기화학[8], 클린테크 응용 분야에서의 큰 약속 덕분에 지난 20년간 큰 관심을 끌었습니다. CBD를 이용한 ZnO NR 성장은 기판의 결정학적 표면 품질에 크게 의존합니다. 지금까지 가장 자주 사용되는 두 가지 기판은 i) 얇은 헤테로에피택셜 ZnO 박막이 있는 단결정 격자 매칭 기판(단결정 ZnO[9], Al₂O₃[10], GaN[11])이고, ii) 적절한 핵생성 사이트를 제공하기 위해 텍스처드 시드 층으로 미리 코팅된 비에피택셜 기판입니다[12]. 단결정 기판은 일반적으로 훨씬 높은 NR 성장 품질을 가져오지만, 높은 기판 비용이 응용을 제한합니다. 반대로 텍스처드 다결정 시드 층이 제공된 저비용 비에피택셜 기판에서의 NR 성장은 무작위 배향의 NR 성장을 초래합니다.
많은 고성능 소자 응용에서 NR 표면 밀도, 측면 정렬, 수직 배향의 정밀한 엔지니어링은 매우 중요합니다. CBD에 의한 NR 성장은 용액 농도[13], 온도[14], pH[15], 증착 시간 같은 성장 매개변수를 제어하여 기판 상의 NR 구조를 엔지니어링하는 여러 간단한 방법을 제공합니다. 불행히도 이러한 성장 매개변수 중 하나를 변경하면 일반적으로 NR 성장 결과에서 원치 않는 변화도 초래합니다. 따라서 지금까지 기판 패터닝이 ZnO NR의 위치, 밀도, 배향을 제어하는 가장 효과적인 방법입니다. 보고된 대다수 연구에서 기판 패터닝은 기판 준비 및 세척, 마스크 레지스트 층 증착, 선택적 영역 성장을 위한 리소그래피로 레지스트 층에 구멍 개방, 구멍 내 CBD NR 성장 단계를 포함합니다.
지난 10년간 정렬된 수직 ZnO NR 어레이 성장을 위한 다양한 노력이 있었습니다. 대부분의 연구에서 동일한 CBD 기술을 사용하여 두 가지 핵심 공정 단계에 초점을 맞췄습니다: 적절한 기판 준비, 다양한 패터닝 기술 사용(예: 전자빔 리소그래피(EBL), 레이저 간섭 리소그래피(LIL), 나노임프린트 리소그래피(NIL)). Wang 등은 EBL 패터닝된 다결정 ZnO 코팅 Si 및 GaN 기판에서 수직 정렬 ZnO NR의 비에피택셜 성장을 시연했습니다[11]. 이후 LIL로 패터닝된 GaN 기판에서 완벽하게 정렬된 헤테로에피택셜 ZnO NR 성장을 보고했습니다[16]. 비싼 ZnO 및 GaN 기판을 저비용 Si 또는 유리 기판으로 대체하려는 노력에서, 그들은 평탄한 (0001) ZnO 시드 층으로서 30μm 두께의 텍스처드 ZnO 층을 성공적으로 사용했습니다. 일련의 논문에서 Volk 등은 EBL로 패터닝된 단결정 ZnO 기판에서 ZnO NR의 호모에피택셜 성장을 성공적으로 수행했습니다[10, 17-19]. 다양한 패터닝 기판[10], ZnO 기판의 Zn-종단 대 O-종단 표면[17], 스퍼터링된 다결정 ZnO 박막[18], 원자층 증착(ALD)으로 증착된 ZnO 시드 층[19]이 CBD 성장 ZnO NR 품질에 미치는 영향이 깊이 조사되었습니다. 다른 접근법에서 PLD는 단결정 Al₂O₃(0001) 기판에 ZnO 시드 층의 헤테로에피택셜 성장에 사용되었고, 이어서 NIL 패터닝이 수행되었습니다[20]. 같은 논문에서 CBD 내 Zn 농도 윈도우와 ZnO NR 형태에 미치는 영향에 대한 더 자세한 내용이 논의되었습니다. EBL 패터닝과 전기도금을 사용한 Si(111), GaAs(111), InP(111) 등 다양한 기판에서 ZnO NR의 선택적 영역 성장도 보고되었습니다[21].
검토된 모든 참고문헌에서 단결정 ZnO 기판에서의 ZnO NR 성장이 최고 결정 품질을 가져오며, 다른 비싼 단결정 기판에 얇은 다결정 ZnO 층 코팅이 우수한 수직 정렬 ZnO NR 성장을 이끕니다. ZnO NR의 선택적 성장을 위한 정교한 패터닝 기술(예: EBL) 사용도 최종 제품 비용에 필수적인 영향을 미치며, 결과적으로 잠재적 응용에 영향을 줍니다. 수직 정렬 ZnO NR 어레이 제작에서 패턴 정의와 비싼 기판 관련 까다로운 복잡성 문제를 극복하기 위해, 우리는 Si 기판상의 단순 제조된 고균일 얇은 ZnO NP 필름과 콜로이드 리소그래피(CL) 패터닝을 결합할 것을 제안합니다.
[22]에 설명된 졸-겔 기술은 Si나 유리 등 거의 모든 기판에 고균일, 조밀, 얇은 다결정 ZnO NP 시드 층을 제조하는 데 사용될 수 있습니다. 기판에 ZnO NP 분산액을 스핀 코팅하는 것과 달리, 이는 보통 NP 클러스터의 불연속적인 분산 섬을 초래하지만[23], 졸-겔 방법은 수십 nm 두께의 얇고 연속적이며 고균일한 ZnO NP 층을 생성합니다. 선택적 영역 CBD 성장을 위해 폴리머 레지스트 층을 ZnO 시드 층 위에 스핀 코팅하고 CL로 패터닝합니다. 저비용 리소그래피 방법일 뿐만 아니라, CL은 대형 웨이퍼 규모 영역 패터닝, 고처리량, 모든 기판과의 호환성, 특징 크기와 피치에 대한 우수한 제어를 제공합니다[24-26].
그림 1은 본 연구에서 사용된 공정 및 성장 단계의 개략도를 보여줍니다. Si 기판을 ZnO NP 시드 층에 딥 코팅하고 레지스트로 스핀 코팅한 후, 직경 140nm의 폴리스티렌 나노비드(PS-NB) 단일층을 레지스트 마스크 위에 증착하고 30nm 두께의 Al 박막을 열증착했습니다. 증착 후 Al 코팅된 PS-NB를 테이프 스트리핑으로 제거하여 Al 박막에 열린 나노홀을 남겼습니다. 레지스트를 구멍에서 ZnO NP 시드 층까지 건식 식각하여 성장 마스크 준비를 마쳤습니다. CL 후 CBD를 사용하여 패터닝된 레지스트 템플릿의 구멍에서 직경, 길이, 표면 밀도가 잘 제어된 수직 정렬 ZnO NR을 성장시켰습니다. CL과 CBD가 이전에 ITO 유리 기판의 마이크로미터 크기 영역에서 ZnO NR 성장에 사용되어 제어되지 않은 대량의 성장 NR을 초래했지만[27], 본 연구는 우리 지식으로는 졸-겔법으로 제조된 Si 기판에서 CL 패터닝 마스크의 단일 수직 정렬 ZnO NR의 선택적 성장을 처음 시연한 것입니다. 결과는 대형 웨이퍼 규모 영역에서 나노홀의 균일한 분포와 용이하고 제어 가능한 CBD 기술을 사용한 수직 ZnO NR의 균일한 성장을 보여줍니다.
본 연구에 사용된 모든 화학물질은 Sigma-Aldrich에서 구입하여 추가 정제 없이 사용했습니다. 평균 직경 140±5nm의 PS-NB 현탁액(물)은 독일 microParticles GmbH에서 구입했습니다.
ZnO NP 졸-겔 용액은 [22]에 따라 초산아연(Zn(CH₃COO)₂·2H₂O) 8.25g과 모노에탄올아민(에탄올아민) 2.26ml를 순수 에탄올 100ml에 녹여 최종 농도 375mM으로 제조했습니다. 용액을 핫플레이트에서 60°C로 10시간 교반한 후 실온에서 하룻밤 방치했습니다. 2인치 고도핑 n형 Si(100) 웨이퍼를 아세톤, 이소프로판올, DI 물에서 순차 초음파 세척한 후 핫플레이트에서 120°C로 5분 건조했습니다. 세척된 Si 기판을 컴퓨터 제어 딥코터를 사용하여 일정한 속도 30mm/s로 ZnO NP 졸-겔 용액에 담갔다 꺼냈습니다. 마지막으로 핫플레이트에서 300°C로 10분 어닐링하여 잔여 유기물을 제거하고 ZnO NP 결정성을 개선했습니다. 딥코팅과 어닐링 단계를 두 번 반복하여 층 균일성과 표면 커버리지를 높였습니다.
CL은 희생 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트, MW=950k) 전자빔 레지스트와 양성 MICROPOSIT S1805 포토레지스트로 구성된 이중층 레지스트에서 수행되었습니다. 먼저 톨루엔 중 4wt% PMMA 용액 0.3ml를 시드된 샘플에 4000rpm으로 30초 스핀 코팅한 후 170°C에서 10분 소프트 베이킹했습니다. 이후 S1805 0.3ml를 4000rpm으로 30초 스핀 코팅하고 110°C에서 90초 소프트 베이킹, 145°C에서 5분 하드 베이킹했습니다. 다음으로 샘플을 UV-오존으로 5분 처리하여 표면 친수성을 개선한 후, DI 물 중 0.2wt% PDDA(폴리디알릴디메틸암모늄, MW=(200-350)k) 용액 1ml를 샘플 표면에 피펫팅했습니다. 1분 정착 후 DI 물로 철저히 헹구고 N₂로 불어 건조했습니다. 양전하 PDDA 단일층은 다음 단계에서 음전하 PS-NB의 표면 정전기적 부착을 보장합니다. 이후 DI 물 중 0.1wt% PS-NB 현탁액 1ml를 샘플 표면에 떨어뜨렸습니다. 1분 정착 후 DI 물로 부드럽게 헹구고 N₂로 불어 건조했습니다. 30nm 두께의 Al 층을 비드 샘플 위에 금속 식각 마스크로 열증착했습니다. 증착 후 아크릴 실리콘 프리 Ultron 1009R 테이프를 사용하여 Al 코팅된 PS-NB를 테이프 스트리핑으로 제거했습니다(그림 1c). 반응성 이온 식각(RIE, 압력 150mTorr, O₂ 유량 40sccm, RF 파워 60W, 식각 시간 90초)을 사용하여 레지스트 층을 ZnO NP 시드 층까지 식각했습니다(그림 1d). 마지막으로 노출된 ZnO NP 시드 층을 식각하지 않고 Al 금속 마스크를 습식 식각하기 위해(그림 1e), DI 물 중 수산화칼륨(KOH)과 페리시안화칼륨(III)(K₃Fe(CN)₆)을 각각 30mM, 50mM 농도로 포함한 특수 용액을 사용했습니다[28]. 습식 식각은 실온에서 1분간 수행했습니다. 제작 단계의 주사전자현미경(SEM) 및 원자력현미경(AFM) 이미지는 추가 파일 1: 그림 S1, S2에 제공됩니다.
ZnO NR 성장을 위해 질산아연 육수화물(Zn(NO₃)₂·6H₂O) 50mM과 헥사메틸렌테트라민(HMT) 50mM을 DI 물 100ml에 녹인 용액을 제조했습니다. 패터닝된 시드 기판을 성장 용액에 거꾸로 담가 95°C 오븐에서 2시간 동안 두었습니다. 성장이 완료된 후 샘플을 실온으로 식히고 용액에서 꺼내 DI 물로 헹궜습니다(그림 1f).
고결정성의 잘 정렬된 수직 ZnO NR 성장은 시드 층의 품질에 의존합니다. 이를 위해 큰 결정립 크기와 최적의 결정 배향을 가진 매끄러운 시드 층을 개발했습니다. 제조된 ZnO NP 시드 층을 AFM과 X선 회절(XRD) 분석을 사용하여 표면 거칠기와 결정 구조 측면에서 조사했습니다. 그림 2의 AFM 이미지는 위에서 설명한 대로 딥코팅을 반복한 후 시드 층의 균일성과 매끄러움이 크게 개선됨을 보여줍니다. Si 기판을 졸-겔 용액에 한 번 딥코팅한 후 Si 표면에 21±5nm 두께의 ZnO NP 층이 RMS 거칠기 1.2nm로 형성되었습니다(그림 2a). 딥코팅을 반복하면 결정립 경계에서 RMS 거칠기 0.9nm의 더 매끄러운 40±5nm 두께 ZnO NP 층이 형성되었습니다(그림 2b). 각 딥코팅 단계 후 300°C에서 10분 어닐링 처리를 하여 작은 입자들을 함께 소결시켜 더 큰 결정립 크기를 만들었습니다.
AFM 이미지에서 관찰되는 결정립 경계에는 주로 세 가지 요인이 영향을 미칩니다: (1) 딥코팅 단계 수에 비례하는 ZnO 시드 층 두께, (2) 후속 어닐링 단계의 온도와 지속시간, (3) 결정 구조에 존재하는 불순물이나 도펀트. ZnO 층 두께를 증가시키면 더 큰 결정립 크기가 달성됨이 입증되었습니다[29, 30]. 또한 더 높은 온도에서 더 오래 어닐링하면 작은 입자들의 더 나은 소결과 결정립 크기 증가로 이어집니다. 또한 합성 공정 중 의도치 않은 불순물이나 ZnO 시드 층에 첨가된 도펀트는 더 작은 결정립 크기를 초래합니다[31]. 우리 샘플은 의도적으로 도핑되지 않았지만, 졸-겔 용액에 있는 모노에탄올아민이 어닐링 중 불순물을 도입하여 더 작은 결정립 크기를 유발했을 가능성이 큽니다. 결정립 구역은 CL에 사용된 140nm 직경 PS-NB보다 비교적 큽니다. 결과적으로 단일 결정립 위, 결정립 경계 없이 구멍에서 성장한 ZnO NR로 끝날 확률이 증가합니다.
수직 정렬 ZnO NR을 성장시키려면 (002) 배향 ZnO 시드 층이 바람직합니다. 그림 3의 XRD 결과는 1단계 및 2단계 딥코팅 시드 층의 결정 구조와 배향을 보여줍니다. 두 샘플 모두 다결정 ZnO 시드 층이 (100), (002), (101) 결정면 배향을 보입니다. 다결정 ZnO NP의 자가 형성 과정은 이전에 더 자세히 연구되었습니다[5, 32]. 두 번째 딥코팅과 어닐링 처리를 적용하면 이전 보고[29]와 일치하게 (100)면과 (002)면에 의해 생성된 통합 XRD 피크 면적 비율이 증가했습니다. 딥코팅 공정 반복이 시드 층 매끄러움과 결정립 크기를 개선하지만, (100)면의 증가된 존재로 인해 결정 구조는 ZnO NR 성장에 덜 유리해집니다.
ZnO 시드 층 증착은 선택된 영역의 CL 패터닝에 의해 직접 이어졌습니다. 그림 4a는 RIE 식각과 Al 제거 후 CL 패터닝된 레지스트 층의 SEM 이미지를 보여줍니다. ZnO 시드된 Si 기판에서 균일한 대면적 CL 패터닝이 명확히 입증되었으며, 나노홀 표면 밀도는 4.2 나노홀/μm², 직경 분포는 190nm 중심으로 나타났습니다(그림 4b). 최종 나노홀 직경은 PS-NB 직경보다 36% 더 큰 것으로 나타났으며, 이는 레지스트 층의 90초 RIE에 기인합니다. 나노홀 직경은 단순히 다른 PS-NB 크기를 선택하여 조절할 수 있습니다. 여기서는 CBD에 의해 각 나노홀에서 단일 ZnO NR 성장을 보장하기 위해 최적화된 140nm 비드 크기를 선택했습니다. 더 작은 PS-NB 크기를 사용하면 소수성 패터닝된 레지스트로 성장 용액의 유입이 불충분해 CBD 성장이 더 어려워집니다. 더 큰 직경의 PS-NB를 사용하면 각 나노홀에서 ZnO NR 클러스터의 원치 않는 성장이 발생합니다[21, 27, 33].
나노홀 특징 크기 외에도 패턴의 피치는 분산된 PS-NB 간 평균 거리를 제어하여 조절할 수 있습니다. 음전하 PS-NB는 정전기적 순 반발력에 의해 표면에 분산되며, 이는 PS-NB 간 정전기적 반발력을 차폐하여 제어할 수 있습니다. 이는 이전에 문헌에서 길게 보고된 바와 같이 PS-NB 현탁액에 제어된 양의 염을 첨가하여 수행되었습니다[25, 26]. 여기서는 대신 PS-NB 농도가 나노홀 표면 분포에 미치는 영향을 고려했습니다. 위에서 언급한 0.1wt% PS-NB 현탁액 외에도 0.02wt%, 0.01wt%, 0.003wt%의 세 가지 낮은 농도를 사용하여 CL 패터닝 샘플을 제작했습니다. 추가 파일 1: 그림 S4는 NB 농도를 언급된 값으로 낮추면 나노홀 표면 밀도가 각각 3.2, 1.5, 0.4 나노홀/μm²가 됨을 보여줍니다. 흥미롭게도 다른 샘플의 나노홀 방사 분포 함수(RDF)(그림 4c 및 추가 파일 1: S4d)는 CL 공정에서 PS-NB 간 순 힘으로 인해 나노홀 분포의 단거리 질서를 보여줍니다. 다른 PS-NB 농도에 대해 추출된 1차 피크 위치에서 평균 나노홀 이웃 간 간격이 PS-NB 농도 감소에 반직관적으로 392nm, 374nm, 336nm, 298nm로 감소함을 추출할 수 있습니다. 이로써 낮은 PS-NB 농도는 추가 파일 1: 그림 S4의 SEM 이미지에서 보이는 것처럼 덜 균일한 나노홀 분포를 초래함을 결론지을 수 있습니다.
CL 패터닝 기판에서의 ZnO NR 성장 메커니즘을 더 자세히 조사하기 위해 성장 속도 대 성장 시간 연구를 수행했습니다. 그림 5a, 5b는 각각 5분과 25분 후 ZnO NR 성장의 초기 단계를 보여줍니다. 처음에는 노출된 열린 시드 구멍이 무작위 결정 배향의 습윤 층 템플릿을 성장 용액에 형성하여 CBD에 의한 ZnO NR의 핵생성 사이트를 제공합니다. 여러 ZnO NR이 핵생성 사이트에서 에피택셜하게 무작위 방향으로 성장합니다(그림 5a). 나노홀 벽은 큰 편차 각도를 가진 NR의 성장을 제한하며, 근수직 방향의 몇 개 NR만 계속 성장합니다(그림 5b).
CBD 공정을 계속하면 나노홀이 짧은 비방향 NR 그루터기로 채워지고 몇 개의 NR만 패터닝된 레지스트 층에서 자라납니다. 충분히 높은 성장 온도(우리 실험에서 95°C)에서 각 나노홀의 몇 개 근수직 ZnO NR이 합쳐져 이전 보고[11]와 일치하게 각 개구부에서 자라는 단일 NR을 형성합니다. 대형 웨이퍼 규모 샘플에서 얻은 최적 ZnO NR 어레이는 그림 5c와 5d에 표시되어 있습니다.
수직 NR 배향을 정량화하기 위해 유사 비패터닝 및 CL 패터닝 시드 층에서의 ZnO NR 성장에 대한 XRD 분석을 수행했습니다. 그림 6은 CL 패터닝 샘플에서 ZnO (002) 반사가 우세하여 더 나은 ZnO NR c축 배향을 나타냄을 보여줍니다. 대조적으로 비패터닝 샘플은 나쁜 수직 배향에서 기인한 더 뚜렷한 ZnO (100) 및 (101) 반사를 보입니다. 또한 CL 패터닝(그림 5c) 및 비패터닝 샘플(추가 파일 1: 그림 S3a)의 SEM 이미지에 대한 통계적 분석을 수행했습니다. 추가 파일 1: 그림 S3b, S3c의 표면 법선으로부터의 편차 각도 분포는 비패터닝 샘플의 평균 편차 각도 18°, CL 패터닝 샘플의 13°를 각각 보여줍니다. 이 결과는 CL 패터닝 샘플에서의 ZnO NR 성장이 비패터닝 샘플보다 더 나은 수직 배향을 산출한다는 결론을 추가로 뒷받침합니다.
107nm 및 320nm 직경 PS-NB를 사용한 두 개의 추가 CL 패터닝 샘플을 제조하여 SEM으로 조사했습니다(이미지는 추가 파일 1: 그림 S5에 추가). 작은 107nm 직경 PS-NB는 좋지 않고 불균일한 ZnO NR CBD를 초래한 반면, 더 큰 320nm 직경 PS-NB는 오히려 균일하지만 다중 별모양의 무작위 배향 ZnO NR을 초래했습니다. 이 결과는 NR 직경에 따라 최적의 나노홀 크기를 선택하는 것이 각 나노홀에서 단일 수직 정렬 ZnO NR을 성장시키는 데 필수적임을 강력히 시사합니다.
최적 CBD 성장 ZnO NR 어레이의 화학적 분석은 분산형 X선 분광법(EDS)을 사용하여 수행되었습니다. 공간 EDS 맵(추가 파일 1: 그림 S6)은 예상 원소 O, Zn, Si, C의 명확한 존재를 보여줍니다. 얇은 ZnO 시드 층은 공간 분해능 한계로 식별되지 않았습니다.
마지막으로 그림 7에서는 단일 ZnO NR의 공간 분해 음극발광 매핑을 보여줍니다. 음극발광 연구는 전용 SEM에서 실온, 5keV 작동, 25pA 프로브 전류로 수행되었습니다. 발광은 CCD 검출기에 의해 초분광 모드로 기록되었으며, 각 픽셀에서 전체 스펙트럼이 기록되었습니다. 평균 음극발광 강도 스펙트럼(그림 7a)과 선을 따른 초분광 맵(그림 7b)이 그림 7c에 위색 이미지로 제시되었습니다. 흥미롭게도 강한 밴드-에지 근방 방출(380nm 피크)이 NR 하단 세그먼트에서 관찰되었습니다. 이는 위로 갈수록 약해지며, 대신 강한 깊은 준위 재결합으로 620nm 피크 위치의 넓은 방출 밴드가 나타납니다. 추가 파일 1: 그림 S7의 전체 탑뷰 음극발광도 더 넓은 영역에서 두 스펙트럼 특징 발광을 보여줍니다.
깊은 준위 방출이 결정 구조 내 Zn 및 O 공공의 고유 포인트 결함 준위로 인해 발생함은 잘 알려져 있습니다. 깊은 준위 방출의 비균일한 공간 분포는 따라서 더 강한 방출 영역에서 더 높은 결함 밀도를 가진 NR을 따른 불균일한 결함 분포를 나타냅니다. 이 국소 결함 변동은 CBD 공정 중 전구체 농도 변화 등 성장 매개변수 변화에 기인할 수 있으며, 문헌에서 이전에 보고되었습니다[34, 35].
문헌에서 자주 보고된 바와 같이 ZnO NR의 수직 성장은 탑뷰 SEM 이미지나 통합 XRD 회절 패턴만으로 주장됩니다. 그러나 더 정확한 단면 이미징은 일반적으로 비패터닝 기판에서의 성장이 초기 단계에 짧는 NR 상단에서 수직 배향된 조밀한 텍스처드 ZnO 층을 초래함을 보여줍니다[36]. 개별 NR은 서로 구별하기 어렵고 기판으로의 열린 경로를 남기지 않습니다(추가 파일 1: 그림 S3a). 대조적으로 패터닝된 기판에서의 성장은 사이사이에 열린 공간이 있는 NR 어레이를 초래합니다. 여기에 시연된 나노제조 기술은 바텀업, 밀도 제어, 기판 독립적, 단일 ZnO NR의 선택적 성장을 고품질로 합성할 수 있음이 명백합니다. 다결정 시드 층에서의 에피택셜 성장의 고유한 행동 때문에 최종 NR 어레이는 완벽한 수직 배향을 나타내지 않습니다. 그러나 비패터닝 샘플(추가 파일 1: 그림 S3a)과 비교하여 수직 배향의 현저한 개선이 쉽게 관찰됩니다. 시드 층의 중요한 결정 배향을 더 개선하고 제어하기 위한 심층 조사가 필요합니다.
요약하면, 우리는 졸-겔 기술로 미리 코팅된 ZnO NP 시드 층이 있는 CL 패터닝된 (100) Si 기판에서 거의 수직인 ZnO NR 성장을 실현했습니다. 시드 층은 Si 기판을 졸-겔 용액에 딥코팅하여 균일하게 증착되었습니다. 우리의 발견은 2단계 딥코팅이 시드 층의 매끄러움과 결정립 크기를 향상시켜 더 나은 NR 배향을 이끔을 보여줍니다. 또한 조정 가능한 직경과 피치를 가진 선택적 영역 나노홀 패터닝 레지스트 템플릿이 CL을 사용하여 시드된 기판 위에 제작되었습니다. 이후 CBD를 사용하여 패터닝된 나노홀에서 밀도 제어된 단일 ZnO NR 어레이를 성장시키고 XRD와 음극발광으로 결정 품질을 조사했습니다. 또한 다른 성장 시간 간격 후 SEM으로 ZnO NR 성장 단계를 연구했습니다. 단순성, 대형 웨이퍼 규모 영역에서의 균일성, 수직 ZnO NR의 제어 가능한 성장을 제공하는 시연된 나노제조 기술은 고성능 소자 제작에 사용될 수 있습니다.
본 연구에서 제시된 결과 재현에 관련된 모든 데이터는 이 게재된 논문 또는 보충 정보(SI) 파일에 포함되어 있습니다.
나노물질
초록 그래핀을 넘어선 2차원(2D) 반도체는 현재 알려진 가장 얇은 안정적인 나노소재입니다. 21세기 두 번째 10년간 2D 소재 군과 그 응용이 급격히 성장하면서 첨단 나노 및 광전자 기술에 전례 없는 기회가 열렸습니다. 본 논문에서는 개발된 2D 나노소재에 대한 최신 연구 진전을 리뷰합니다. 이러한 2D 나노소재 및 헤테로구조의 첨단 합성 기술과 새로운 응용 분야를 요약하여 논의합니다. 합성 기술로는 화학 기상 증착(CVD), 원자층 증착(ALD), 액체 금속의 2D 표면 산화막 반데르발스(vdW) 박리 등 기상 증착법과 vdW
코로나19 대응 7월호에 실릴 복합소재 생산 디지털화 기사를 준비하면서, 저는 칸핏(Kanfit Ltd., 이스라엘 노프하갈릴 소재)의 사업 개발, 마케팅 및 영담당 수석부사장 샤하르 파인(Shachar Fine)과 인터뷰를 진행했습니다. 칸핏은 고성장 다각화 복합소재 제조업체이자 항공우주 티어 공급업체입니다. CW는 2018년 이스라엘 공장 탐방 시리즈에서 칸핏의 블루투스 센서 활용을 간략히 언급한 바 있습니다(「항공우주 분야에서 번창하는 선구자가 비즈니스를 구축하다…」 참조). 이번 블로그에서는 이 인공지능(AI) 기반 시스템
