| 초록 |
심재/외피 (core/shell) 구조를 갖는 1차원 나노구조인 나노케이블은 반경방향으로 적층된 상이한 두 물질의 특성을 활용하여 향후 나노소자의 기본 구성요소로서 광범위한 응용이 예상되고 있다. 특히 Zn/ZnO 나노케이블은 금속 Zn의 반도체재료와 비교하여 우수한 전기적 수송특성과 준부도체인 ZnO 외피의 게이트 유전체로서의 기능성 때문에 나노 전계효과트랜지스터 (FET)로의 응용이 기대되고 있다. 아직 Zn/ZnO 나노케이블에 대한 연구가 많이 진전되지 않은 상황이므로 본 연구에서는 Zn/ZnO 나노케이블의 합성, 공정변수에 따른 외곽 산화물층의 형성과정 및 기본적인 특성에 대한 분석을 실시하였다. 먼저 단결정 금속 Zn 나노선을 rf 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 100 °C에서 Si (001) 기판상에 합성하였으며 온도를 공정변수로 하여 합성된 Zn 나노선을 산소분위기에서 열산화 처리하였다. 스퍼터링을 이용하여 Zn 타겟의 rf power를 조절함으로써 성장모드를 박막에서 나노선의 형태로 제어 가능함을 보였으며, 합성된 Zn 나노선은 직경이 30 ~ 120 nm, 길이가 1 ~ 6 μm인 [010] 방향으로 성장한 단결정임을 주사전자현미경 (SEM), X-선 회절분석, 투과전자현미경 (TEM) 관찰을 통해 확인하였다. 산화처리 하지 않은 Zn 나노선과 100 ~ 400 °C에서 열산화처리한 Zn 나노선에 대한 고분해능투과전자현미경 (HRTEM) 분석을 통해 열산화 온도가 증가함에 따라 Zn 나노선이 Zn/ZnO 나노케이블과 ZnO 나노선의 순서로 결정학적 특성이 변화함을 관찰하였다. 본 연구를 통해 열산화 온도의 변화에 의해 나노케이블의 Zn 심재와 ZnO 외피층의 단면적 비를 제어할 수 있음을 확인하였다. 또한 Zn 심재와 ZnO 외피층의 계면에서는 [100]Zn // [100]ZnO, (001)Zn // (001)ZnO 에피탁시 관계로 대표되는 결정학적 연속성이 존재하며 Zn와 ZnO간의 격자상수의 차이에 기인하는 21.9 %에 달하는 변형률은 상당한 밀도의 전위형성을 통해 흡수되는 것을 관찰하였다. |
