(57)【要約】【課題】形成しようとする酸化物系ナノ構造物と同じ組成を持つナノ核を利用してナノ構造物を成長させる酸化物系ナノ構造物の製造方法を提供する。【解決手段】Ｍ（Ｍは、遷移金属元素または半金属元素）を含む有機物前駆体が有機溶媒に溶解されている混合溶液を基板の表面にコーティングするステップと、混合溶液がコーティングされた基板を熱処理して、基板上にＭｘＯｙ（ｘは１〜３の整数、ｙは１〜６の整数）組成を持つナノ核を形成するステップと、Ｍを含む反応前駆体をナノ核に供給しつつナノ核を成長させて、ＭｘＯｙ（ｘは１〜３の整数、ｙは１〜６の整数）組成を持つナノ構造物を形成するステップと、ナノ構造物を熱処理するステップと、を含む酸化物系ナノ構造物の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ（Ｍは、遷移金属元素または半金属元素）を含む有機物前駆体が有機溶媒に溶解されている混合溶液を基板の表面にコーティングするステップと、
前記混合溶液がコーティングされた基板を熱処理して、前記基板上にＭｘＯｙ（ｘは１〜３の整数、ｙは１〜６の整数）組成を持つナノ核を形成するステップと、
前記Ｍを含む反応前駆体を前記ナノ核に供給しつつ前記ナノ核を成長させて、ＭｘＯｙ（ｘは１〜３の整数、ｙは１〜６の整数）組成を持つナノ構造物を形成するステップと、
前記ナノ構造物を熱処理するステップと、を含むことを特徴とする酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項２】
前記Ｍは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ及びＮｂからなる群から選択されるいずれか一つの遷移金属元素であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項３】
前記Ｍは、Ｓｉ、Ｇｅ及びＡｓからなる群で選択されるいずれか一つの半金属元素であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項４】
前記混合溶液は、Ｍ（ＣＨ3ＣＯＯ）・２Ｈ2Ｏ組成の有機物前駆体とアルコール系有機溶媒との混合物からなることを特徴とする請求項１に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項５】
前記混合溶液は、前記有機物前駆体及びアルコール系有機溶媒が１：１〜１：５０００の体積比で混合されたものであることを特徴とする請求項４に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項６】
前記混合溶液を基板の表面にコーティングするステップは、ディッピング、スピンコーティング、またはスプレイ方式により行われることを特徴とする請求項１に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項７】
前記混合溶液がコーティングされた基板を熱処理するステップは、５０〜５００℃の温度下で行われることを特徴とする請求項１に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項８】
前記混合溶液がコーティングされた基板を熱処理するステップは、１秒〜１時間行われることを特徴とする請求項７に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項９】
前記ナノ構造物を形成するステップでは、前記ナノ核を成長させるためにスパッタリング、熱ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＶＳＬＥ、ＰＬＤまたはゾルゲル工程を利用することを特徴とする請求項１に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項１０】
前記ナノ構造物を熱処理するステップは、１００〜１２００℃の温度下で行われることを特徴とする請求項１に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項１１】
前記ナノ構造物を熱処理するステップは、１分〜２４時間行われることを特徴とする請求項１０に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項１２】
前記ナノ構造物は、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノウォールの形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【請求項１３】
前記基板は、Ａｌ2Ｏ3、石英、Ｓｉ、ＧａＮ、またはガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の酸化物系ナノ構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物系ナノ構造物の製造方法に係り、特に遷移金属または半金属元素の酸化物からなるナノ構造物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属または非金属元素を含む酸化物系ナノ構造物は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＥＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、フォトダイオード、生化学センサー、論理回路のようなナノ電子素子分野で潜在的な応用可能性を持っていて、多様な技術分野でその特性及び製造方法が研究されている。
【０００３】
従来技術による酸化物系ナノ構造物の形成方法では、まず、スパッタリングまたは熱蒸着方法により基板上にＡｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔのような貴金属元素を蒸着してナノレベルの貴金属薄膜を形成した後、これを熱処理して前記基板上に貴金属粒子または貴金属集合体を形成した。その後、前記貴金属粒子または貴金属集合体を核として、その上に酸化物系ナノ構造物を物理的方法または化学的方法により成長させた。
【０００４】
前記のような従来技術による酸化物系ナノ構造物の形成方法は、工程が非常に複雑なだけでなく大面積の基板を必要とし、したがって、酸化物系ナノ構造物の成長のための大型成長装備を必要とした。また、核の役割を行う貴金属ナノ粒子をまず生成させた後、その上に所望の材料である酸化物系ナノ構造物を成長させる複雑な工程を経るので、結果として得られた酸化物系ナノ構造物内に貴金属元素が不純物として残っているようになり、かつ貴金属を使用せねばならないために生産コストが高くなるという問題があった。したがって、量産に限界があった。
【０００５】
そして、核として作用する貴金属ナノ粒子または集合体とその上に成長する酸化物系ナノ構造物とが異なる構成成分からなってこれら間の接合が不完全であり、結果物として得られたナノ構造物へのドーパント注入が容易でなかった。特に、ナノ構造物を構成する材料自体は優秀な電気的特性を持つにもかかわらず、核として使われる貴金属元素の面指数（ｐｌａｎｅ ｉｎｄｅｘ）によって成長速度、サイズ、形態などを調節することが非常に難しいため、酸化物系ナノ構造物の組成、形状及びサイズが不均一になって安定した特性を持つナノ構造物を製作し難かった。したがって、従来技術による酸化物系ナノ構造物は不安定した電気的特性を提供して、集積化した高速電子回路に適用するのに限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記の従来技術での問題点を解決するためのものであり、不純物を含んでいない酸化物系ナノ構造物を成長させることによって、均一な組成を持つナノ構造物を比較的低コストで再現性よく形成でき、小型化及び集積化した電子素子に適用し適した安定した電気的特性を提供できる酸化物系ナノ構造物の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明による酸化物系ナノ構造物の製造方法では、Ｍ（Ｍは、遷移金属元素または半金属元素）を含む有機物前駆体が有機溶媒に溶解されている混合溶液を基板の表面にコーティングする。前記混合溶液がコーティングされた基板を熱処理して、前記基板上にＭｘＯｙ（ｘは１〜３の整数、ｙは１〜６の整数）組成を持つナノ核を形成する。前記Ｍを含む反応前駆体を前記ナノ核に供給しつつ前記ナノ核を成長させて、ＭｘＯｙ（ｘは１〜３の整数、ｙは１〜６の整数）組成を持つナノ構造物を形成する。前記ナノ構造物を熱処理する。
【０００８】
前記混合溶液は、前記有機物前駆体及びアルコール系有機溶媒が１：１〜１：５０００の体積比で混合されたものである。
【０００９】
前記混合溶液を基板の表面にコーティングするステップは、ディッピング、スピンコーティング、またはスプレイ方式により行われる。
【００１０】
前記混合溶液がコーティングされた基板を熱処理するステップは、５０〜５００℃の温度下で１秒〜１時間行われる。
【００１１】
前記ナノ構造物を形成するステップでは、前記ナノ核を成長させるためにスパッタリング、熱ＣＶＤ（ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）、ＶＳＬＥ（Ｖａｐｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｏｌｉｄ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはゾルゲル工程を利用する。
【００１２】
前記ナノ構造物を熱処理するステップは、１００〜１２００℃の温度下で１分〜２４時間行われる。
【００１３】
本発明の方法により形成されたナノ構造物は、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノウォールの形状を持つ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による酸化物系ナノ構造物の製造方法では、酸化物系ナノ構造物を成長させるための核として形成しようとする酸化物系ナノ構造物と同じ組成を持つナノ核を利用し、前記ナノ核は湿式の化学的方法により形成される。したがって、本発明による方法により得られる酸化物系ナノ構造物は、ナノ核から前記ナノ核と同じ組成を持つナノ構造物を成長させて得られるので、ナノ構造物内に成分の異なる不純物を全く含まない。したがって、ナノ構造物形成のための工程が単純化され、従来技術に比べてコストダウンすることができる。また、均一な組成比を持つナノ構造物を再現性よく形成することによって結晶品位を向上させることができ、得られたナノ構造物をドーピングする時にドーピング元素注入のための制御が容易である。しがたって、本発明による方法により形成された酸化物系ナノ構造物を小型化及び集積化した電子回路に適用する時に均一な接合製作ができ、安定した電気的特性及び光学的特性を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の望ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の望ましい実施形態による酸化物系ナノ構造物の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００１７】
図１を参照すれば、ステップ１０で、Ｍ（Ｍは、遷移金属元素または半金属元素）を含む有機物前駆体が有機溶媒に溶解されている混合溶液を基板の表面にコーティングする。
【００１８】
このために、まずＭを含む有機物前駆体と有機溶媒との混合溶液を備える。前記混合溶液は、前記有機物前駆体及びアルコール系有機溶媒が約１：１〜１：５０００の体積比で混合されてなりうる。
【００１９】
前記有機物前駆体は、例えば、Ｍ（ＣＨ3ＣＯＯ）・２Ｈ2Ｏからなりうる。ここで、前記Ｍは、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ及びＮｂからなる群で選択されるいずれか一つの遷移金属元素、またはＳｉ、Ｇｅ及びＡｓからなる群で選択されるいずれか一つの半金属元素からなりうる。
【００２０】
前記有機溶媒は、メタノール、エタノールなどのアルコール系有機溶媒からなりうる。
【００２１】
前記混合溶液を基板にコーティングするために、例えば、ディッピング、スピンコーティング、またはスプレイ方式を利用できる。ここで、前記基板は、例えば、Ａｌ2Ｏ3、石英、Ｓｉ、ＧａＮ、またはガラスからなりうる。
【００２２】
前記混合溶液を基板にコーティングするためにディッピング方式を利用する場合、例えば、次のような工程を行える。まず、Ｍが含まれている有機物前駆体、例えば、Ｍ（ＣＨ3ＣＯＯ）・２Ｈ2Ｏがメタノール、エタノール、ＩＰＡ（ＩｓｏＰｒｏｐｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）のようなアルコール系有機溶媒に１：１〜１：５０００の体積比で希釈された混合溶液を常温で約１分〜２４時間攪拌させる。その後、攪拌された混合溶液内に基板を約１秒〜１時間ディッピングして、前記基板上に前記混合溶液を均一にコーティングさせる。その後、前記基板を前記混合溶液から取り出す。前記ディッピング時間などを調節して前記基板上にコーティングされた混合溶液からなる薄膜の厚さを約１〜１０００nmにすることができる。
【００２３】
他の方法として、前記混合溶液を基板にコーティングするためにスピンコーティング方法を利用する場合、例えば、基板を約１００〜１００００ｒｐｍで回転させつつピペットを利用して前記基板上に前記混合溶液を約０．０１〜１００ｍｌの量で滴下して、前記基板上に前記混合溶液からなる薄膜を形成できる。
【００２４】
さらに他の方法として、前記混合溶液を基板にコーティングするためにスプレイ方式を利用する場合、例えば、適切なスプレイ装備を利用して前記混合溶液を前記基板上に薄く塗布できる。
【００２５】
前記説明では、Ｍが含まれている有機物前駆体としてＭ（ＣＨ3ＣＯＯ）・２Ｈ2Ｏのみ例示され、前記有機溶媒としてアルコール系有機溶媒のみ例示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、前記有機物前駆体としてＭ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・Ｈ2Ｏ、Ｍ（ＣＨ3ＣＯＯ）2、Ｍ（ＣＨ3）2、Ｍ（Ｃ2Ｈ5）2、Ｍ（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）2などを使用してもよい。また、前記有機溶媒として非アルコール系有機溶媒を使用してもよい。
【００２６】
ステップ２０で、前記混合溶液がコーティングされた基板を熱処理して前記基板上にＭｘＯｙ（ｘは１〜３の整数、ｙは１〜６の整数）組成を持つナノ核を形成する。
【００２７】
前記ナノ核形成のための熱処理は、例えば、ホットプレート、ファーネス、真空チャンバなどを利用して行われうる。前記熱処理は、約５０〜５００℃の温度下で約１秒〜１時間行われうる。前記熱処理により前記基板にコーティングされた混合溶液から有機溶媒が揮発されつつ、前記基板上には前記混合溶液内に溶解されていた遷移金属または半金属元素で構成される一定サイズの酸化物ナノ核が複数形成される。前記ナノ核は約数nmないし数十nmのサイズを持つことができる。
【００２８】
例えば、前記有機物前駆体としてＺｎ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・２Ｈ2Ｏを使用した場合、前記基板上にはＺｎＯからなるナノ核が形成される。
【００２９】
ステップ３０で、前記ナノ核を成長させてＭｘＯｙ（ｘは１〜３の整数、ｙは１〜６の整数）組成を持つナノ構造物を所望のサイズに形成する。
【００３０】
前記ナノ核を成長させるために、例えば、スパッタリング、熱ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＶＳＬＥ、ＰＬＤ、ゾルゲル工程のような物理化学的方法を利用できる。
【００３１】
前記ナノ核を成長させる間に前記ナノ核成長のためのソース物質として、前記Ｍを含む反応前駆体を前記ナノ核に供給できる。例えば、前記ナノ核を成長させるためにＭＯＣＶＤ工程を利用する場合、Ｍソース物質としてＺｎ（ＣＨ3）2を、そして、Ｏソース物質としてＯ2ガスを各々前記基板上に供給できる。この時、キャリアガスとしてＡｒを利用できる。
【００３２】
前記ナノ核の成長により形成されたナノ構造物は、例えば、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノウォールなど多様な形状を持つことができる。
【００３３】
ステップ４０で、前記ナノ構造物を熱処理する。
【００３４】
前記ナノ構造物の熱処理は、例えば、ホットプレート、ファーネス、真空チャンバなどを利用して行われうる。前記ナノ構造物の熱処理は、約１００〜１２００℃の温度下で約１分〜２４時間行われうる。前記ナノ構造物の熱処理温度は、ステップ２０を参照して説明した基板の熱処理温度より高く設定される。また、前記ナノ構造物の熱処理時間は、ステップ２０を参照して説明した基板の熱処理時間より長く設定される。しかし、これは必ず必須なものではなく、ステップ４０での熱処理の目的が達成されるかぎりその逆の場合も可能である。前記ナノ構造物の熱処理は大気中で、または酸素含有雰囲気が維持される真空チャンバ内で行われうる。
【００３５】
前記ナノ構造物の熱処理により前記ナノ構造物内での酸素欠乏が補償されて均一な組成を持つ酸化物系ナノ構造物を得ることができ、前記ナノ構造物の結晶性が向上して格子構造がよく合う（ｌａｔｔｉｃｅ−ｍａｔｃｈｅｄ）ナノ構造物が得られることによって結晶品位を向上させることができる。このように、結晶性の優秀なナノ構造物は、ダイオードまたは光素子の構成要素として採用される時に素子の電気的特性及び光学的特性を向上させることができる。
【００３６】
以上、本発明を望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想及び範囲内で当業者によっていろいろ変形及び変更ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明による方法によって製造された酸化物系ナノ構造物は、ＦＥＴ、ＳＥＴ、フォトダイオード、生化学センサー、論理回路のようなナノ電子素子、太陽電池、またはディスプレイ分野など広範囲な分野に広範囲に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の望ましい実施形態による酸化物系ナノ構造物の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１】
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