• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.224-224
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• 2010

최근 반도체 나노막대의 구조적, 광학적 특성을 이용한 새로운 개념의 광학 및 전자 소자 개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 반도체 나노막대는 gold를 촉매로 하여 성장한 것이 대부분이었지만, gold 촉매는 다른 물질에 빠르게 확산되기 때문에 반도체 특성에 좋지 않은 영향을 미친다. 이러한 이유로 aluminum이나 titanium과 같은 물질을 gold 촉매 대신 사용하거나 촉매를 사용하지 않는 성장 방법에 관한 이슈들이 주목받고 있다. 본 연구에서는 금속 촉매 물질을 사용하지 않고 반도체 나노막대 성장을 시도하였다. 금속 촉매 없이 반도체 나노막대를 성장하는 것은 반도체 특성에 악영향을 미치지 않을 뿐더러, 공정 과정이 용이하다는 장점 때문에 최근 많이 시도되고 있다. 본 실험에서는 Molecular Beam Epitaxy (MBE) 방법을 이용하여 (100) GaAs 기판 위에 GaAs 나노막대를 성장하였다. 금속 촉매 없이 반도체 나노막대를 성장하기 위해 에칭된 $SiO_2$ 층을 이용하였다. GaAs 기판 위에 형성된 35nm 두께의 $SiO_2$를 20:1 BOE 용액에서 10초 간 에칭하면 $SiO_2$상에 pinhole을 형성하는데 이것이 gallium과 반응하면 나노막대 성장을 유도하는 seed가 만들어져 촉매를 사용하지 않고도 나노막대 성장이 가능하다. GaAs 나노막대 성장을 위해 BOE 에칭 조건, gallium incubation time 유무, GaAs 나노막대 성장온도, galiium과 arsenic의 성분 비율, GaAs 양 등을 변화시켜 실험하였고 이렇게 성장된 나노막대가 SEM image 상에서 관찰되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.436-436
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• 2014

본 연구에서는 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 나노바이오센서 분야 중 가장 주목을 받고 있는 LSPR 원리를 이용한 바이오센서를 제작하였다. 금속 나노입자의 국소 표면 플라즈몬 공명현상에 의한 주위환경에 민감하게 반응하는 특성은 고감도 광학형 바이오센서, 화학물질 검출 센서등에 응용된다. 특히 금 나노막대와 같은 1차 나노구조물은 나노막대의 주변 환경 변화에 따라 뚜렷한 플라즈몬 흡수 밴드 변화를 나타냄으로 센서로 적용 했을 때 고감도의 측정이 가능하다. 본 연구에서는 다공성인 알루미늄 양극산화 박막 주형틀을 이용하여 다양한 종횡비를 가지는 금 나노막대를 합성하고, 나노막대 어레이 형태의 박막을 제작하였다. 금 나노막대의 합성은 알루미늄 양극산화막을 사용한 주형제조 방법(template method)을 사용하는 전기화학 증착법을 사용하였다. 우선 부도체인 알루미늄 양극 산화막의 한쪽면을 열증착 장비를 사용하여 금을 증착하여 작업 전극(working electrode)을 형성하였다. 백금 선(platinum wire)을 보조 전극(counter electrode)으로 사용하고 Ag/AgCl 전극을 기준 전극(reference electrode)으로 사용하여 삼전극계(three-electrode system)를 형성하였으며, 금 도금 용액(orotemp 24 gold plating solution, TECHNIC INC.)을 사용하여, 800 mV 전압에서 금 나노 막대를 합성하였다. 금 나노막대의 길이는 테플론 챔버를 통과한 전하량 또는 전기 증착 시간에 비례하여 결정된다. 금 나노막대를 성장시킨 알루미늄 양극산화막을 실리콘 웨이퍼에 은 페이스트를 사용하여 고정시킨 후 수산화나트륨 (NaOH)용액을 사용하여 알루미늄 양극산화막을 녹여내어 수직방향으로 정렬되어 있는 나노 막대 어레이 박막을 제조 하였다. 또한 제작된 금 나노막대 어레이의 광학적 특성을 평가하였다. 본 연구에서와 같이 나노막대를 직경방향으로 측정할 경우, 직경방향의 transverse mode만 측정된다. 금 나노 막대가 알루미늄 양극산화막 안에 포함된 상태로 측정된 금 나노로드 어레이 박막의 광 스펙트럼 분포는 금 나노막대의 가시광영역에서의 흡수 스펙트럼을 측정하였을시 직경 및 길이에 따라 transverse mode의 ${\lambda}$ max (최대 흡광)의 위치가 변화됨을 나타낸다. 실험 결과를 바탕으로 나노막대의 종횡비가 증가함에 따라 흡수 스펙트럼의 transverse mode ${\lambda}$ max가 미약하게 단파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 원기둥 형태의 금 나노막대의 흡수 스펙트럼에 대한 이론적인 예측과 부합한다. 바이오센서로의 적용 가능성을 확인하기 위하여 자기조립단분자막을 형성하여 항체를 고정하고 CRP에 대한 응답특성을 평가하였다. CRP 항원-항체의 면역반응에 대한 실험 결과 CRP 항원의 농도가 증가함에 따라 넓은 측정범위에서 선형적으로 흡광도가 증가하는 결과를 나타내었으며, CRP 10 fg/ml의 농도까지 검출할 수 있었다. 센서의 선택성을 확인하기 위하여 감지하고자하는 대상물질이 아닌 Tn T 항원을 감지막에 반응시켜 흡광도 변화를 분석하였다. 결과적으로 제작된 센서칩은 선택성을 가지고 측정하고자하는 물질에만 반응함을 확인하였다. 이러한 결과는 다양한 직경을 사용한 부가적인 LSPR현상의 연구에 활용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.459-459
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• 2013

Si (111) 기판 위에 plasma assisted molecular beam epitaxy 법으로 Si과 Mg doping된 GaN 나노막대를 각 각 성장하고 나노막대의 모양과 광학적 특성을 조사하였다. Si이 doping된 GaN 나노막대는 biaxial m-plane 방향의 변화로 별 모양을 갖는 것을 관찰하였고 Mg doping된 GaN 나노막대의 지름은 줄어드는 것을 scanning electron microscopy로 확인하였다. 본 연구에서는 이러한 변화의 원인을 stress 때문으로 보고 x-ray diffraction과 raman scattering 측정을 통하여 구조적 변화를 조사하였다. 또한, stress에 의한 GaN 나노막대의광학적 특성 변화를 photoluminescence을 통하여 조사하였다. Doping한 GaN 나노막대의 특성조사를 통해 GaN 나노막대 성장 시 발생되는 stress의 영향을 이해하는데 중요한 정보를 제공할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.289.2-289.2
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• 2014

본 연구에서는 전기증착법 정전류 방법으로 ITO 유리기판 위에 ZnO 나노막대를 성장하였다. 성장 매개 변수로 용액 농도, 전착 전류, 용액 온도 및 성장 시간으로 하였고, 성장된 ZnO 나노막대는 field-emission scanning electron microscopy, X-ray diffractometer, photoluminescence를 이용하여 구조적, 광학적 특성을 분석하였다. 모든 시료에서 ZnO 나노막대는 wurtzite 형태의 결정 구조를 가지고, c-축 배향성을 나타내는 강한 ZnO(002) 회절피크가 나타났다. 용액 농도와 전착 전류가 감소함에 따라 ZnO 나노막대의 밀도 및 직경이 감소하였다. 또한, ZnO 나노막대는 성장 온도가 증가함에 따라 직경이 줄어들었고, 성장 시간이 증가함에 따라 ZnO 나노막대의 길이는 늘어났다. 모든 ZnO 나노막대 시료는 자유 엑시톤 재결합에 의해서 3.18 eV, 산소공공에 의한 결함에 의해서 2.32~1.86 eV의 피크가 관찰되었다. ZnO 나노막대의 직경이 작아질수록 NBEE 피크의 세기가 감소하고, 용액의 농도가 증가함에 따라 NBEE 피크는 청색편이 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.116.2-116.2
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• 2015

우리는 실리콘 마이크로구조-ZnO 나노막대 피라미드 구조의 제작 및 표면 특성에 대해서 연구했다. 실리콘 마이크로 피라미드 배열을 구성하는 에칭된 기판 위에 임의의 주기적인 계층 구조로 된 ZnO 나노막대를 성장시켰다. 습식 화학 에칭은 피라미드의 Si 미세 구조를 제작하기 위해 사용되며, 산화 아연 나노막대를 $90^{\circ}C$에서 수열 합성 방법으로 성장시켰다. 본 연구에서는 성장 시간과 피라미드 크기에 따라 ZnO 나노막대 길이와 두께를 조절하여 표면적을 넓히는 실험을 진행하였다. 성장시킨 ZnO 나노 구조들은 XRD (X-ray diffraction), FE-SEM (Field Emission Scanning electron microscopy), WCA (Water contact angle)를 통해 특성을 분석하였다. 젖음성 연구를 통해 ZnO 나노구조가 짧고 긴 성장 시간에 따라 친수성과 초친수성임을 확인하였다.

• Clean Technology
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• v.20 no.2
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• pp.141-145
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• 2014

In this study, we studied optical properties on the layer-by-layer (LbL) assemblies consisting of Au nanorods and organic dyes. For this purpose, poly (allylamine hydrochloride), PAH and poly (styrene sulfonate), PSS were selected as ionic polymers and rhodamine B isothiocyanate (RB) was utilized as an organic dye based on its spectral overlap with plasmon band of Au nanorods. In the view point of assembling methods, RB was covalently attached to PAH, then, LbL structure of Au [PSS/PAH]2/PSS/PAH-RB was prepared by sequential coating of PAH, PSS, PAH-RB on Au nanorods. Since the prepared LbL assembly exhibits both plasmonic and fluorescent properties, we studied the mutual nanorod-dye properties by dissolving Au nanorods.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.16 no.4
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• pp.286-290
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• 2007

We fabricated NiO coated ZnO nanorods using ZnO nanorods grown on a Si substrate. After thermal hydrogenation process of these NiO-ZnO core-shell nanorods, we confirm that Ni nanodots were built up on the surface of ZnO nanorods. Photoluminescence (PL) measurements at T=5 K were made to understand the optical properties of these various nanorods. As samples sequencially transformed into $ZnO{\rightarrow}NiO-ZnO{\rightarrow}Ni$ nanodot-ZnO, PL transition energies and intensities are varied as well. In comparison to pure ZnO nanorod, the acceptor bound exciton ($A^0X$) became the minor peak for NiO-ZnO nanorods. On the other hand, for Ni nanodot-ZnO sample, ($A^0X$) transition peak intensity became the most dominant peak. This is due to the fact that during thermal hydrogenation process, appreciable amounts of Ni and hydrogen ions defused into ZnO nanorod which played as accepters.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.474-474
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• 2013

PDMS는 미세패턴을 위해 소프트 리소그래피 널리 활용되어질 뿐만 아니라, 재질이 투명하고 탄성과 강한 내구성을 갖고 있어 유연한 광학 및 전자소자에 이용될 수 있다. 최근에는, 이러한 PDMS를 서브파장구조(subwavelength grating structure)를 형성하거나 텍스쳐(texture)표면구조를 이용한 효과적인 반사방지막(antireflection coating)기판을 제작하여 태양전지 및 디스플레이 소자의 성능을 발전시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한편, 수열합성법(hydrothermal method)이나 전기화학증착법(electrodeposition method)으로 비교적 간단한 공정을 통해서 다양한 기판위에 산화아연(ZnO) 나노막대(nanorod)를 수직정렬로 성장시킬 수 있는데, 이러한 구조는 반사방지특성의 유효 굴절률 분포(effective refractive index profile)를 갖고 있기 때문에 LED나 태양전지에 성능을 개선할 수 있다. 이에 본 연구에서는 수열합성법을 통해 성장된 수직 정렬된 산화아연 나노막대를 이용한 PDMS 표면의 미세패턴 형성하여 광학적 특성을 분석하였다. 실험을 위해, 스퍼터링을 통해서 산화아연 시드층을 형성한 후, 질산아연헥사수화물과 헥사메틸렌테트라민을 수용액에 담가두어 산화아연 나노막대를 성장시켰으며, PDMS의 베이스와 경화제의 질량비를 10：1으로 용액을 준비하여 수직 정렬된 산화아연 나노막대 표면을 casting method으로 코팅하여 열경화 처리하였다. 제작된 샘플의 형태, 구조 광특성을 관찰하기 위해서 전계방출형전자현미경, X선 회절 분석기, 분광 광도계를 이용하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.11a
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• pp.21-21
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• 2006

21세기 정보통신 및 관련 소재의 연구방향은 새로운 기능성 확보, 극한적 제어성, 복합 및 융합이라는 경향으로 발전해 가고 있다. 반도체 기술 분야에서 현재의 공정적 한계를 극복하고 새로운 기능성을 부여하기 위해 나노 합성과 배열을 기본으로 하여 bottom-up 방식의 나노소자 구현이 큰 주목을 받고 있다. 나노선의 경우 나노 스케일의 dimension, 양자 제한 효과, 우수한 결정성, self-assembly, internal stress 등 기존 벌크형 소재에서 발견할 수 없는 새로운 기능성이 나타나고 있어 바이오, 에너지, 구조, 전자, 센서 등의 분야에서의 활용이 가능하다. 현재 국내외적으로 반도체 나노선으로 널리 연구되고 있는 재료는 ZnO, $SnO_2$, SiC 등이 중심이 되고 있다. 이중 ZnO 나 노선의 합성을 위해서는 thermal CVD, MOCVD, PLD, wet-chemical 등 다양한 방법이 사용되고 있다. 특히 MOCVD 방법에 의해 수직 정렬된 ZnO 나노막대를 성장할 수 있다. 이러한 나노막대는 MO 원료 및 산소 공급량을 적절히 제어함으로서 수직 배향 및 나노선의 구경 제어가 가능하며, 나노 막대의 크기 제어와 관련해서는 반응 관내의 DEZn 와 $O_2$의 양을 변화시켜 구조체의 크기를 수 십 ~ 수 백 나노미터의 크기로 제어할 수 있다. 본 연구는 이러한 ZnO 나노선의 성장과정에서 $210^{\circ}C$ 이하의 저온에서 성장한 ZnO 버퍼층을 이용해 나노구조의 형상을 제어하고자 하였다. 특히 ZnO 저온 버퍼층의 두께에 따라 나노막대의 직경변화, 수직배향성, 형상변화의 제어가 가능하였다. 나노막대의 특성 평가는 TEM, SEM, PL, XRD 등을 이용하여 구조적, 결정학적, 광학적 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.29.1-29.1
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• 2010

ZnO 는 톡특한 물리적 화학적 성질을 가지고 있는 반도성 물질이기 때문에 최근 광전자 소자인 LED, TFT, 광센서 등에 적용하려는 연구가 많은 관심을 받고 있다. 특히 1차원 ZnO 나노구조는 박막보다 높은 결정성과 물리, 화학적으로 안정하고 표면적이 매우 넓어 많은 연구가 진행되고 있지만, 대량으로 간단하며 저렴하게 생산하기 위해서 친환경적이며 적은 시간으로 합성을 해야 한다. 그래서 최근 수열 합성법을 이용하여 합성이 많이 이루어지고 있지만, ZnO 나노막대 제조 중 기존에 보고된 방법은 대부분 aspect ratio가 낮으며, 저가의 용액 기반으로 높은 aspect ratio를 가지는 나노 선을 제작하기 어려운 실정이다. 또한 용액기반의 성장에서는 기판과의 격자 상수와 열팽창 계수의 차이로 인해 기판과의 adhesion 이 매우 낮아 adhesion layer를 증착 하여 나노 막대을 제작하는 것이 발표가 되고 있다. 하지만 또 하나의 공정이 더해지기 때문에 복잡해지고, 소자에 응용하기에는 한계점이 보인다. 그렇기 때문에 이번 연구에서는 성장 시 Zn 소스가 소모가 다 되었을 시 성장 용액을 교체하는 과정에서 성장 온도와 같이 유지 시킨 뒤에 성장을 하는 방법으로 수직 방향으로 10 um 의 길이를 가지는 ZnO 나노막대의 합성을 가능하게 하였다.