수열합성법으로 성장된 ZnO 나노와이어의 구조 및 광학적 특성

Abstract

최근 ZnO는 3.37eV의 넓은 band gap과 상온에서 60meV의 exciton 결합 에너지를 갖는 우수한 광학적 특성 때문에 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 ZnO를 저차원 나노구조체로 만들어 자외선 레이저, 발광 다이오드 및 검출기의 제조에 응용이 되고 있다. 저차원 나노 구조체의 하나인 nano-wire의 경우 다양한 합성 기술 가운데 수열합성법으로 많이 제작 되고 있는데 공정이 간단하고 대량 생산이 가능하며 나노막대, 나노 꽃, 나노 튜브등 다양한 형태로 합성이 가능하다. ZnO nano-wire를 합성 했을 때 우수한 물리적 광학적 특성을 나타내어 주목받고 있다. 지금까지 nano-wire의 합성에 필요한 seed layer는 sputter를 이용하여 증착을 하였다. 본 연구에서는 이 seed layer 층을 화학적으로 합성하여 기판위에 제작하고 그 위에 nano-wire를 합성 수용액의 온도와 몰농도를 변화 시켜 ZnO nano-wire를 성장 하였다. 결정학적 특성 분석을 위해여 X-ray diffraction(XRD)를 이용한 결과 ZnO nano-wire는 (0002) 우선 성장면으로 성장 하였다. 온도와 농도를 조절함에 따라서 와이어의 diameter와 길이, 밀도 등을 조절 할 수 있었고, 광학적 특성 분석을 위해서 photoluminescence (PL) 을 측정한 결과 380nm에서 N.B.E(near band edge) peak를 측정 하였고, Raman spectroscopy를 통한 광특성 분석 결과 438cm-1에서 E2(High)mode peak를 관찰 할 수 있었다.|Recently, Zinc oxide (ZnO) has been wildly investigated due to its excellent optical properties such as wide band gap of 3.37 eV and exciton binding energy of 60 meV at room temperature. Recent interest in ZnO related researches has moved to fabrication and characterization of low-dimensional nano-structures, such as nano-wires and nano-dots that can be applicable to manufacturing of optoelectronic devices such as ultraviolet lasers, light-emitting-diodes and detectors. Among the various synthesizing techniques of ZnO nano-wires, the liquid-based hydrothermal process is recently received attention due to its simplicity, mass production, and excellent physical properties of resultant ZnO nano-wires. In addition, the implementation can be possible as the various forms such as nano-rods, nano-whiskers, nano-wires, nano-flowers, and nano-tubes. Up to now, a chemically driven ZnO seed layer has been used as a host for the hydrothermal process. In this study, chemical ZnO layer was employed as a seed. This paper reports on the effect of chemical ZnO seed layer on the structural and optical properties of ZnO nano-wires synthesized by hydrothermal process. In particular, we found that varying temperature, molecular of aqueous solution resulted in the considerable changes of photoluminescence property as well as morphology of resulting ZnO nano-wires.