The one-dimensional ZnO nanostructures prepared through thermal evaporation under various cooling down procedures by changing the flow rates of the carrier gas and the reactive gas were investigated. The nanorod structures were changed into the nanonail types with a broad head through the reduction of the flow rate of the carrier gas. The decrease of the reactive gas reduced the length of the nail heads due to the limited mass transport of reactive gas. The intensity ratio of the ultraviolet emission/green emission of photoluminescence was proportional to the length of the broad head showing a larger surface area. The vertically aligned nanostructures were grown along the [0001] direction of ZnO regardless of the aligned directions. The crystal direction of the nanostructures was determined by that of the initial ZnO crystal.
ZnO nanostructures with various shapes were synthesized under ambient pressure condition by a wet chemical reaction method. Nanorods of ZnO with hexagonal cross-section and their aggregates with radiate shape were synthesized. Precursor concentration affected considerably the shape evolution of ZnO nanorods. Low precursor concentration was proved to be more preferable to the growth of ZnO nanorods, which is attributed to the intrinsic characteristics of chemical reaction in the synthesis of ZnO from zinc compounds.
Metalorganic chemical vapor deposition (MOCYD) techniques have been applied to fabricate semiconducting ZnO thin films and nanostructures, which are promising for novel optoelectronic device applications using their unique multifunctional properties. The growth and characterization of ZnO thin films on Si and $SiO_2$ substrates by MOCYD as fundamental study to realize ZnO nanostructures was carried out. The precise control of initial nucleation processes was found to be a key issue for realizing high quality epitaxial layers on the substrates. In addition, fabrication and characterization of ZnO nanodots with low-dimensional characteristics have been investigated to establish nanostructure blocks for ZnO-based nanoscale device application. Systematic realization of self- and artificially-controlled ZnO nanodots on $SiO_2/Si$ substrates was proposed and successfully demonstrated utilizing MOCYD in addition with a focused ion beam technique.
We report on the fabrication and characterization of self- and artificially-controlled ZnO nanostructures have been investigated to establish nanostructure blocks for ZnO-based nanoscale device application. Systematic realization of self- and artificially-controlled ZnO nanostructures on $SiO_2/Si$ substrates was proposed and successfully demonstrated utilizing metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) in addition with a focused ion beam (FIB) technique. Widely well-aligned two-dimensional ZnO nanodot arrays ($4{\sim}10^4$ nanodots of 130-nm diameter and 9-nm height over $150{\sim}150{\mu}m^2$ with a period of 750 nm) have been realized by MOCVD on $SiO_2/Si$ substrates patterned by FIB. A low-magnification FIB nanopatterning mode allowed the periodical nanopatterning of the substrates over a large area in a short processing time. Ga atoms incorporated into the surface areas of FIB-patterned nanoholes during FIB engraving were found to play an important role in the artificial control of ZnO, resulting in the production of ZnO nanodot arrays on the FIB-nanopatterned areas. The nanodots evolved into dot clusters and rods with increasing MOCVD growth time.
실리콘(silicon) 기판위에 전기화학증착법(electrochemical deposition)을 이용하여 성장된 ZnO (zinc oxide) 나노로드 표면에 $SiO_2$ (silicon dioxide)를 전자빔증발법(e-beam evaporation)을 이용하여 증착하였으며, 이는 자연적으로 경사입사(oblique angle) 증착이 이루어져 $SiO_2$ 나노로드가 자발 형성되어, ZnO/$SiO_2$ 가지형 나노계층구조형태가 제작될 수 있음을 확인하였다. 실험을 위해서 $SiO_2$ 증착률을 0.5 nm/s로 고정하고 $SiO_2$ 증착시간을 변화시켰으며, 각각 나노구조의 형태와 광학적 특성을 분석하였다. 실리콘 기판위에 전기화학증착법으로 성장된 ZnO 나노로드는 수직으로 정렬된 1차원의 나노구조의 기하학적 형태를 갖고 있어, 입사되는 빛의 파장이 300 nm에서 535 nm인 영역에서 10% 미만의 반사방지(antireflection) 특성을 보였으며, $SiO_2$ 증착시간이 100 s일 때의 ZnO/$SiO_2$ 가지형 나노계층구조에서는 점차적 변화를 갖는 유효 굴절률 분포로 인해 개선된 반사 방지 특성을 확인하였다. 이러한 반사방지 특성과 branch 계층형태의 나노구조형태는 광전소자 및 태양광 소자 응용에 있어서 유용한 소재로 사용될 수 있다.
ZnO nanostructures were grown on an Au seed layer by a hydrothermal method. The Au seed layer was deposited by ion sputter on a Si (100) substrate, and then the ZnO nanostructures were grown with different precursor concentrations ranging from 0.01 M to 0.3M at $150^{\circ}C$ and different growth temperatures ranging from $100^{\circ}C$ to $250^{\circ}C$ with 0.3 M of precursor concentration. FE-SEM (field-emission scanning electron microscopy), XRD (X-ray diffraction), and PL (photoluminescence) were carried out to investigate the structural and optical properties of the ZnO nanostructures. The different morphologies are shown with different growth conditions by FE-SEM images. The density of the ZnO nanostructures changed significantly as the growth conditions changed. The density increased as the precursor concentration increased. The ZnO nanostructures are barely grown at $100^{\circ}C$ and the ZnO nanostructure grown at $150^{\circ}C$ has the highest density. The XRD pattern shows the ZnO (100), ZnO (002), ZnO (101) peaks, which indicated the ZnO structure has a wurtzite structure. The higher intensity and lower FWHM (full width at half maximum) of the ZnO peaks were observed at a growth temperature of $150^{\circ}C$, which indicated higher crystal quality. A near band edge emission (NBE) and a deep level emission (DLE) were observed at the PL spectra and the intensity of the DLE increased as the density of the ZnO nanostructures increased.
Zinc Oxide (ZnO) was known as a promising material for surface acoustic wave devices, gas sensors, optical devices and solar cells due to piezoelectric material, large band gap of 3.37 eV and large exciton binding energy of 60 meV at room temperature. In particular, the alignment of ZnO nanostructures into ordered nanoarrays can bring about improved sensitivity of devices due to widen the surface area to catch a lot of gas particle. Oxygen plasma treatment is used to specify the nucleation site of round patterned ZnO nanorods growth. Therefore ZnO nanorods were grown on a quartz substrate with patterned polystyrene monolayer by hydrothermal method after oxygen plasma treatment. And then, we carried out nanostructures by adjusting the diameter of the arranged ZnO nanorods according to polystyrene spheres of various sizes. The obtained ZnO nanostructures was characterized by X-ray diffraction (XRD), Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM).
Due to the high surface-to-volume ratio, the 3-dimensional(3D) nanostructures of metal oxides are regarded as the best candidate materials for the chemical gas sensors. Here we have synthesised flower-like 3D zinc oxide nanostructures through a simple hydrothermal route. Specific surface area of the 3D zinc oxide nanostructures synthesised in different pH values from 9.0 to 12.0 were evaluated by using a BET analyzer and the results were compared with that of a zinc oxide thin film fabricated by rf sputtering. Using interdigitated electrodes, superior CO gas sensing properties of the 3D zinc oxide nanostructures on the ZnO thin film to those of the ZnO thin film were demonstrated.
ZnO nanostructures with tetrapod, needle and multipod shapes were synthesized without catalysts through a simple thermal oxidation of metallic Zn powder in alumina crucible under air atmosphere. X-ray diffraction data revealed that the ZnO nanostructures had wurtzite structure of hexagonal phase. Energy dispersive X-ray (EDX) spectra showed that the ZnO was of high purity. After the oxidation of Zn powder, white colored product was mainly observed and yellow colored product was observed only a very little on the surface of the oxidized source materials. The white product consisted of tetrapods, while yellow product was composed of needles and multipods. Cathodoluminescece spectra showed that the crystalline quality of tetrapods was better that those of needles and multipods.
Due to the rapidly diminishing energy sources and higher energy production cost, the interest in dye-sensitized solar cells (DSSCs) has been increasing dramatically in recent years. A typical DSSC is constructed of wide band gap semiconductor electrode such as $TiO_2$ or ZnO that are anchored by light-harvesting sensitizer dyes and surrounded by a liquid electrolyte with a iodide ion/triiodide ion redox couple. DSSCs based on one-dimensional nano-structures, such as ZnO nanorods, have been recently attracting increasing attention due to their excellent electrical conductivity, high optical transmittance, diverse and abundant configurations, direct band gap, absence of toxicity, large exiton binding energy, etc. However, solar-to-electrical conversion performances of DSSCs composed of ZnO n-type photo electrode compared with that of $TiO_2$ are not satisfactory. An important reason for the low photovoltaic performance is the dissolution of $Zn^{2+}$ by the adsorption of acidic dye followed by the formation of agglomerates with dye molecules which could block the I-diffusion pathway into the dye molecule on the ZnO surface. In this paper, we prepared the DSSC with the ZnO electrode using the chemical bath deposition (CBD) method under low temperature condition (< $100^{\circ}C$). It was demonstrated that the ZnO seed layers played an important role on the formation of the ZnO nanostructures using CBD. To achieve truly low-temperature growth of the ZnO nanostructures on the substrates, a two-step method was developed and optimized in the present work. Firstly, ZnO seed layer was prepared on the FTO substrate through the spin-coating method. Secondly, the deposited ZnO seed substrate was immersed into an aqueous solution of 0.25M zinc nitrate hexahydrate and 0.25M hexamethylenetetramine at $90^{\circ}C$ for hydrothermal reaction several times.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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