• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제14권3호
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• pp.156-159
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• 2013

The electrical properties of ZnO nanowire field effect transistors (FETs) have been investigated depending on various diameters of nanowires. The ZnO nanowires were synthesized with an Au catalyst on c-plane $Al_2O_3$ substrates using hot-walled pulsed laser deposition (HW-PLD). The nanowire FETs are fabricated by conventional photo-lithography. The diameter of ZnO nanowires is simply controlled by changing the thickness of the Au catalyst metal, which is confirmed by FE-SEM. It has been clearly observed that the ZnO nanowires showed different diameters simply depending on the thickness of the Au catalyst. As the diameter of ZnO nanowires increased, the threshold voltage of ZnO nanowires shifted to the negative direction systematically. The results are attributed to the difference of conductive layer in the nanowires with different diameters of nanowires, which is simply controlled by changing the catalyst thickness. The results show the possibility for the simple method of the fabrication of nanowire logic circuits using enhanced and depleted mode.

• 한국세라믹학회지
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• 제47권6호
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• pp.623-626
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• 2010

We synthesized ZnO nanowires patterned on Si substrate and investigated the field emission properties of the nanowires. Firstly, Au catalyst layers were fabricated on Si substrate by photo-lithography and lift-off process. The diameter of Au pattern was $50\;{\mu}m$ and the pattern was arrayed as $4{\times}4$. ZnO nanowires were grown on the Au catalyst pattern by the aid of Au liquid phase. The orientation of the ZnO nanowires was vertical on the whole. Sufficient brightness was obtained when the electric field was $5.4\;V/{\mu}m$ and the emission current was $5\;mA/cm^2$. The threshold electric field was $5.4\;V/{\mu}m$ in the $4{\times}4$ array of ZnO nanowires, which is quite lower than that of the nanowires grown on the flat Si substrate. The lower threshold electric field of the patterned ZnO nanowires could be attributed to their vertical orientation of the ZnO nanowires.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.126-126
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• 2011

수직으로 정렬된 1차원 ZnO nanorod arrays (NRAs)는 효율적인 반사방지 특성의 기하학적 구조를 갖고 있어, 크기와 모양 그리고 정렬형태의 다양한 설계를 통해 빛의 흡수율과 광 추출효율을 증가시켜 광전소자 및 태양광 소자의 성능을 향상시킬 수 있으며, 최근 이러한 연구에 대한 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 ZnO NRAs의 넓은 표면적과 불연속적인 독특한 표면을 활용하여 광학적 특성을 효과적으로 개선하였다. 실험을 위해, thermal evaporator를 사용하여 Au와 Ag 그리고 e-beam evaporator를 사용하여 $SiO_2$를 ZnO NRAs 표면에 여러 가지 조건으로 증착하여, 독특한 계층 나노구조의 형성과 광학적 특성을 관찰하였다. 표면 roughness가 큰 FTO/glass 위에 수열합성법을 통해 끝이 뾰족하고, 비스듬히 정렬된 ZnO nano-tip array에 Au를 증착할 경우 ZnO/Au core/shell 구조가 형성되며, Au의 광 흡수율이 매우 크게 증가함을 관찰할 수 있었다. 반면 flat한 표면위에 빽빽하게 수직으로 정렬된 ZnO NRAs를 성장시켜 그 위에 Ag를 증착할 경우, evaporated Ag flux가 ZnO nanorod의 사이에 scattered 되어 ZnO nanorod 기둥의 측면에 직경이 50 nm 이하인 nanoparticles이 decorated 되어 국소표면플라즈몬 현상이 관찰되었으며, 이러한 효과를 통해 입사되는 빛의 흡수율을 효과적으로 증가시킬 수 있었다. 또한, ZnO NRAs의 표면에 $SiO_2$를 e-beam evaporator를 이용하여 증착할 경우, 자연적으로 vapor flux와 ZnO nanorod 사이에 oblique angle이 $80^{\circ}$ 이상으로 증가하여 $SiO_2$ nanorods가 자발적으로 형성되어 ZnO/$SiO_2$ branch 계층형태의 나노구조를 제작할 수 있었다. 이러한 구조는 유효 graded refractive index profile로 인해 기존의 ZnO NRAs보다 개선된 반사방지 특성을 나타냈다. 이러한 계층 나노구조의 광학적 특성을 시뮬레이션을 통해 이론적으로 분석을 통해 광전자 소자의 성능의 개선에 대한 적용 가능성을 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.96-96
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• 2011

ZnO는 실온에서 3.37 eV의 큰 밴드갭 에너지와 60 meV의 높은 exciton binding energy를 가지고 있어 광소자를 만드는데 큰 관심을 얻고 있다. 또한 최근에는 ZnO를 기반으로 한 동종접합 전광소자를 만드는데 성공하였다. 그러나 소자의 성능을 높이기 위해 여러 가지 개선할 사항이 있다. 그 중에 하나는 캐리어를 잘 주입 시키기 위한 금속-반도체 접합을 구현하는 것이다. 이러한 문제를 개선하기 위해서는 ZnO 기반으로 한 낮은 비저항을 가진 소자가 필요하다. 일반적으로 n-type ZnO Ohmic 접합에서 쓰이는 금속은 Ti/Au, Ta/Au, Al/Au 등이 있다. 실험방법은 c-plane 사파이어 기판 위에 펄스 레이저 증착 방법으로 3시간 동안 $500^{\circ}C$ 환경에서 ZnO 박막을 성장하고, 표면을 고르게 하기 위해 $1000^{\circ}C$에서 1분 동안 열처리를 진행하였다. 샘플 위에 photo-resist 코팅을 한 다음 transfer length method(TLM)를 이용하기 위해 포토리소그래피 장비를 통하여 샘플을 노광하였다. 그 위에 Ti/Au (30 nm/80 nm)를 E-beam/thermal evaporation으로 증착 하였다. 이는 일반적인 반도체 공정과 Lift-off방식을 이용하여 패터닝 하였다. 샘플을 열처리하는 것은 금속과 반도체의 접촉 접착과 전기적인 성질을 개선하고 응력과 계면 결함을 감소시키기 때문에 샘플을 100, 200, 300, 400, $500^{\circ}C$에서 각각 열처리하였다. 저항을 구하기 위해 각각 열처리된 샘플과 as-deposited의 전류, 전압 특성을 측정하고, 이러한 실험 방법으로 n-type ZnO의 Ohmic 접합을 구현하는 것이 목표이다.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.16-19
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• 2009

The influence of nanorods grown on substrate prior to YBCO deposition has been investigated. We studied the microstructures and characteristic of $YBa_2Cu_3O_{7-\delta}$ films fabricated on $SrTiO_3$ (100) substrates with ZnO nanorods as one of the possible pinning centers. The growth density of ZnO nanorods was modulated through Au nanoparticles synthesized on top of the STO(100) substrates with self assembled monolayer. The density of Au nanoparticles is approximately $240{\sim}260\;{\mu}m^{-2}$ with diameters of 41~49 nm. ZnO nanorods were grown on Au nanoparticles by hot-walled PLD with Au nanoparticles. Typical size of ZnO nanorod was around 179 nm in diameter and $2{\sim}6\;{\mu}m$ in length respectively. The ZnO nanorods have apparently randomly aligned and exhibit single-crystal nature along (0002) growth direction. Our preliminary results indicate that YBCO film deposited directly on STO substrate shows the c-axis orientation while YBCO films with ZnO nanorods exhibit any mixed phases without any typical crystal orientation.

• 공업화학
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• 제20권6호
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• pp.617-621
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• 2009

Zinc oxide (ZnO)을 금(Au)과 fluorine-doped tin oxide (FTO) 촉매로 산화실리콘($SiO_2$) 기판에 산화아연입자 20 nm, $20{\mu}m$를 각각 사용하여 기체-액체-고체(VLS) 합성법으로 성장시켰다. 나노로드의 표면특성, 화학조성, 그리고 결정특성을 엑스레이회절(X-ray diffraction (XRD)), 에너지 분산형 X선 분광기(Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX)), 표면 방출주사현미경(Field-emission scanning electron microscope (FE-SEM))으로 분석하였다. ZnO의 입자 크기 뿐만 아니라 결정형태가 성장에 크게 영향을 미쳤다. ZnO의 모든 나노구조가 6방정계(六方晶系), 단일결정구조를 가지고 있었다. 최적온도는 $1030^{\circ}C$, 입자크기는 20 nm이다. 그러므로 Au 대신 플루오린 첨가 도핑으로 전기음성도가 증가된 FTO 증착에 의해서 생성된 나노로드는 경제성 있는 대체물질로서의 가치가 있을 것으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.318.1-318.1
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• 2014

Metal nano-crystals have been received much attentions owing to their excellent catalytic property and surface plasmon effect. In the last decade, many studies on synthesizing well-dispersive nanoparticles and on understanding their distinct physical properties have been performed. There were tremendous reports revealing the electrochemical activities and enhancement of surface plasmonic effect were dependent mainly on the size, shape, and composition. So far, most fabrication methods have been based on vacuum based deposition techniques, such as chemical vapor deposition and electron-beam evaporation, and then annealed them to transform into the nanoparticles. Recently, there were several reports regarding to the photoinduced nano-crystal synthesis as an effective way to produce the metal nanoparticles. In this study, we report synchrotron x-ray mediated synthesis of Au nanoparticles on ZnO nanowires. ZnO nanowires were fabricated by hydrothermal method, and then they were dip into a solution having Au clusters. Detailed structural evolution of Au nanoparticles was investigated using scanning electron microscopy and photoluminescence measurements. The results on formation of well-dispersive Au nanoparticles on ZnO nanowires will be presented.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.209-209
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• 2010

금(Au) 또는 은(Ag) 금속 나노입자의 모양, 크기, 분포 상태를 조절하여 가시광선과 적외선, 자외선 영역에서 강한 표면 플라즈몬 효과을 이용할 수 있는데, 최근 이러한 금속 나노입자의 표면플라즈몬 효과를 이용하여 태양광 소자의 성능을 향상시키는 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다. 그 중, 높은 효율과 낮은 제작비용 그리고 간단한 공정과정의 장점을 갖고 있어서 크게 주목 받고 있는 염료감응태양전지에서도 금(Au) 또는 은(Ag) 금속 나노입자을 이용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 그 예로, Au가 코팅된 $TiO_2$ 기반의 염료감응태양전지구조를 제작하여, 입사된 빛이 표면플라즈몬 효과를 통해, Au에서 여기된 전자들이 Au/$TiO_2$ 사에의 schottky 장벽을 통과하여 $TiO_2$의 전도대 전자들의 밀도가 증가하여, charge carrier generating rate을 높여 소자의 광변환 효율의 향상을 증명하였다. 이에 본 연구에서는, $TiO_2$보다 높은 전자 이동도(mobility)와 직선통로(direct path way)의 장점을 갖고 있는 ZnO nanorod에서의 charge carrier generating rate을 높일 수 있도록, 비교적 가격이 저렴한 Ag nanoparticle을 코팅하였다. ZnO nanorod 제작은 낮은 온도에서 간단하게 성장시킬 수 있는 hydrothermal 방법을 이용하였다. 기판위에 RF magnetron 스퍼터를 이용하여 AZO seed layer를 증착한 후, zinc nitrate $Zn(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$과 hexamethylentetramines (HMT)으로 혼합된 용액을 사용해 ZnO nanorods를 성장시켰다. 이 후, Ag를 형성할 수 있도록 열증기증착법을 이용하여 코팅하였다. Ag의 증착시간에 따른 ZnO nanorods에서의 코팅된 구조와 형태를 관찰하기 위해 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM)을 이용하여 측정하였으며, 결정성을 조사하기 위해 X-ray diffraction (XRD)을 이용하여 분석하였다. 또한 입사된 빛에 의해, 여기된 ZnO 전도대 전자들이 다시 재결합을 통해 방출되는 photoluminescence 양을 scanning PL 장비를 통해 측정하여 Ag가 코팅된 ZnO nanorod의 광특성을 분석하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.26.2-26.2
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• 2011

최근 주목 받고 있는 산화아연(ZnO)은 레이저 다이오드, 가스 센서, 자외선 센서, 투명전극 등으로 다양하게 사용될 수 있어 연구개발이 폭 넓게 이루어지고 있는 상황이다. 특히, 3.3 eV의 direct bandgap 에너지를 가지고 있는 ZnO은 현재 자외선센서로 많이 적용되고 있는 물질인 GaN계열을 대체할 수 있는 유망한 물질로 주목 받고 있다. 공기중의 산소나 수분의 표면반응에 의한 자외선 측정을 하는 ZnO을 나노선으로 만들게 되면, 표면대비 부피비가 박막에 비해 급격히 증가하기 때문에 민감도가 커지고 반응시간이 짧아지게 된다. 본 연구에서는 자외선센서의 민감도와 반응성을 향상시키기 위해 전기화학적 합성법을 통해 ZnO의 박막과 나노선을 제조하였다. 사진공정을 통해 3 ${\mu}m$의 간격을 가진 금(Au) 전극을 만든 후, 전기화학적 합성법을 통해 아연이온이 포함된 용액에서 정전류를 흘려보내 아연 또는 ZnO을 증착시킬 수 있었다. 첫 번째로 ZnO을 양쪽 Au 전극에서 동시에 증착하여 두 박막이 접합하였고, 두 번째는 100nm의 지름을 가진 Ni 나노선를 전극 양쪽에서 자석을 통해 자기장을 형성해 정렬시키고 ZnO을 Au 전극과 Ni 나노선에 증착한 후, Ni 나노선를 산화시킴으로써, ZnO 나노구조를 형성하였다. 세 번째로는 Au 전극 양쪽에 아연을 전기화학적 합성을 하여 박막으로 증착하고 고온에서 산화과정을 통해 100 nm 이하의 지름을 가진 ZnO 나노선를 형성하였다. 이렇게 만들어진 세가지 구조의 ZnO의 나노구조와 결정성은 주사전자현미경과 X선 회절 분석기를 통해 측정하였으며, 자외선에 대한 민감도와 반응성은 365 nm의 파장을 가진 자외선발생기와 소스미터장치를 통해 측정하였다. 박막에서 100 nm 이하의 지름을 가진 ZnO 나노선로 갈 수록 자외선에 대한 민감도와 반응성이 향상되었다.

• ETRI Journal
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• 제28권6호
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• pp.787-789
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• 2006

In this letter, we report that vertically well-aligned ZnO nanowires were grown on GaN epilayers and c-plane sapphire via a vapor-liquid-solid process by introducing a 3 nm Au thin film as a catalyst. In our experiments, epitaxially grown ZnO nanowires on Au-coated GaN were vertically well-aligned, while nanowires normally tilted from the surface when grown on Au-coated c-$Al_2O_3$ substrates. However, pre-growth annealing of the Au thin layer on c-$Al_2O_3$ resulted in the growth of well-aligned nanowires in a normal surface direction. High-resolution transmission electron microscopy measurements showed that the grown nanowires have a hexagonal c-axis orientation with a single-crystalline structure.