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표제지

목차

논문요약 9

Abstract 10

1. 서론 11

참고문헌 15

2. 이론 16

2.1. GaN의 특성 16

2.1.1. 물리적 특성 16

2.1.2. 화학적 특성 20

2.1.3. 전기적 특성 21

2.1.4. 광학적 특성 22

2.2. 나노구조의 특성 25

2.3. 나노구조의 제작 기술 30

2.3.1. Top-down 기술 30

2.3.2. Bottom-up 기술 32

참고문헌 35

3. 실험 37

3.1. 실험장비 37

3.1.1. RF-Sputter 37

3.1.2. HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 40

3.2. 특성평가방법 42

3.2.1. SEM(Scanning Electron Microscope) 42

3.2.2. XRD(X-ray diffraction) 45

3.2.3. TEM(Transmission Electron Microscope) 49

3.2.4. EDS(Energy Dispersive Spectroscoy) 51

4. GaN 나노플라워의 형성 53

4.1. GaN 나노플라워의 성장 53

4.2. GaN 나노 플라워의 특성 분석 54

참고문헌 63

5. GaN 나노체스트넛의 형성성장 64

5.1. GaN 나노체스트넛의 성장 64

5.2. 나노 체스트넛의 특성 65

참고문헌 73

6. 결론 74

부록 76

Publication list 80

표목차

표 2.1. GaN의 물리적 성질 19

표 2.2. 다양한 반도체 나노 구조의 종류 및 주요 물리적 성질 29

그림목차

그림 1.1. 질화물 반도체의 에너지 밴드갭 14

그림 1.2. GaN 응용 분야 14

그림 2.1. GaN의 세가지 결정구조 18

그림 2.2. 반도체에서 밴드간 발광 전이 종류 (a) band-to-band, (b) free... 24

그림 2.3. Wurtzite GaN의 valence band splitting 24

그림 2.4. 나노소재의 차원에 따른 상태밀도 변화 28

그림 2.5. Top-down 기술 31

그림 2.6. Bottom-up 기술 34

그림 2.7. Bottom-up 기술을 이용한 다양한 나노구조의 성장방법 34

그림 3.1. RF-Sputter의 모식도 39

그림 3.2. RF-Sputter의 기본 증착 과정 39

그림 3.3. HVPE의 모식도와 온도 분포 41

그림 3.4. SEM 개념도 44

그림 3.5. XRD의 모식도 48

그림 3.6. X-선의 회절 48

그림 3.7. 전자-시편 반응에 의한 발생 신호의 종류와 시편에서 발생한... 52

그림 4.1. HCl과 NH₃ 가스의 유량비가 1:20(a, d), 1:30(b, e),1:40(c, f) 일 때... 57

그림 4.2. HCl과 NH₃ 가스의 유량비가 증가함에 따르는 나노로드 플라워... 58

그림 4.3. (a) FIB를 이용하여 제작한 나노로드 플라워의 단면 FE-SEM 이... 59

그림 4.4. (a) 나노로드 플라워와 Si 기판 계면 사이의 STEM의 bright field 이... 60

그림 4.5. HCl과 NH₃의 비율이 1:40일 때 GaN (a) 나노로드 플라워와 (b)... 61

그림 4.6. HCl과 NH₃의 비율이 1:40일 때 GaN 나노로드 플라워와 나노니... 62

그림 5.1. 나노로드 체스트넛(a, b)과 나노니들 체스트넛(c, d)의 FE-SEM(a,... 68

그림 5.2. GaN 나노 체스트넛 구조의 예상되는 성장 메커니즘. 69

그림 5.3. 나노로드 체스트넛 중심부와 그 중심부를 둘러싸고 있는 (a)동... 70

그림 5.4. 나노니들 체스트넛 중심부와 그 중심부를 둘러싸고 있는 (a)동... 71

그림 5.5. 나노로드 체스트넛과 나노니들 체스트넛의 상온 CL spectra. 72

초록보기

본 연구에서는 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)법을 이용하여 각각 AlN-SiO₂와 AlN가 증착된 Si 기판 위에 GaN 나노플라워와 나노체스트넛을 성장하고, 그들의 메커니즘를 분석하였다. 나노플라워는 AlN와 SiO₂의 co-sputtering에 의해 기판에 존재하는 AlN-SiO₂ grain에 의한 영향으로 성장되었음을 확인하였고, 반면, 나노체스트넛은 N₂ 가스에 의해 공중에서 형성된 colloid 입자가 부피가 커지면서, 더 이상 떠 있을 수 없는 무게가 되면서 기판 위로 떨어져 성장하는 성장 메커니즘을 가짐을 확인하였다. 성장된 나노플라워와 나노체스트넛 구조는 FE-SEM (field emission scanning electron microscopy), HR-TEM (high resolution transmission electron microscopy), XRD (X-ray diffraction), EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy), CL (cathodoluminescence) 등을 이용하여 그 특성을 측정, 분석하였다.

제1장에서는 GaN 반도체와 나노구조의 연구배경을 간략하게 소개하였고, 제2장에서는 GaN의 다양한 특성과 나노구조의 성장 기술들을 소개하였다. 제3장에서는 본 연구에서 GaN 나노구조를 성장시키기 위한 장비와 특성들을 측정하기 위한 장비들을 소개하였다. 제4장과 제5장에서는 각각 나노플라워와 나노체스트넛의 성장방법을 서술하고, 성장메커즘을 조사하였다. 끝으로 제6장에서는 이 논문에서 얻은 결과들을 정리하고 결론지었다.

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