(57)【要約】【課題】超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤの製造方法を提供する。【解決手段】基板の表面にＺｎ層を形成する第１段階と、Ｚｎ層をパターニングする第２段階と、基板をＺｎを含む溶液とＺｎをイオン化する溶液との混合溶液に入れ、超音波発生器を使用し、Ｚｎ層上にＺｎＯナノワイヤを形成する第３段階とを含むことを特徴とする超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤの製造方法である。これにより、常温で所定の領域にＺｎＯナノワイヤを形成できる。【選択図】図１
2008162885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面にＺｎ層を形成する第１段階と、
前記Ｚｎ層をパターニングする第２段階と、
前記基板をＺｎを含む溶液とＺｎをイオン化する溶液との混合溶液に入れ、超音波発生器を使用し、前記Ｚｎ層上にＺｎＯナノワイヤを形成する第３段階とを含むことを特徴とするＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記Ｚｎを含む溶液は、硝酸亜鉛六水和物溶液であることを特徴とする請求項１に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記Ｚｎをイオン化する溶液は、ヘキサメチレンテトラミン溶液であることを特徴とする請求項２に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記混合溶液は、前記ヘキサメチレンテトラミン溶液と前記硝酸亜鉛六水和物溶液とが１：１の割合で混合されたことを特徴とする請求項３に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記ヘキサメチレンテトラミン溶液と前記硝酸亜鉛六水和物溶液は、それぞれ０．００１Ｍないし１Ｍ溶液であることを特徴とする請求項４に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項６】
前記ヘキサメチレンテトラミン溶液と前記硝酸亜鉛六水和物溶液は、それぞれ０．０１Ｍないし０．０５Ｍ溶液であることを特徴とする請求項４に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項７】
前記基板として、シリコン基板、プラスチック基板、ガラス基板からなるグループのうちから選択された基板を使用することを特徴とする請求項１に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項８】
前記Ｚｎをイオン化する溶液は、ヘキサメチレンテトラミン溶液であることを特徴とする請求項１に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項９】
基板上にパターニングされたフォトレジスト層を形成する第１段階と、
前記基板及び前記フォトレジスト層上にＺｎ層を形成する第２段階と、
前記基板をＺｎを含む溶液とＺｎをイオン化する溶液との混合溶液に入れ、超音波発生器を使用し、前記Ｚｎ層上にＺｎＯナノワイヤを形成する第３段階と、
前記フォトレジスト層を除去する第４段階とを含むことを特徴とするＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項１０】
前記Ｚｎを含む溶液は、硝酸亜鉛六水和物溶液であることを特徴とする請求項９に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項１１】
前記Ｚｎをイオン化する溶液は、ヘキサメチレンテトラミン溶液であることを特徴とする請求項１０に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項１２】
前記混合溶液は、前記ヘキサメチレンテトラミン溶液と前記硝酸亜鉛六水和物溶液とが１：１の割合で混合されたことを特徴とする請求項１１に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項１３】
前記ヘキサメチレンテトラミン溶液と前記硝酸亜鉛六水和物溶液は、それぞれ０．００１Ｍないし１Ｍ溶液であることを特徴とする請求項１２に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項１４】
前記ヘキサメチレンテトラミン溶液と前記硝酸亜鉛六水和物溶液は、それぞれ０．０１Ｍないし０．０５Ｍ溶液であることを特徴とする請求項１２に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項１５】
前記基板として、シリコン基板、プラスチック基板、ガラス基板からなるグループのうちから選択された基板を使用することを特徴とする請求項９に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項１６】
前記Ｚｎをイオン化する溶液は、ヘキサメチレンテトラミン溶液であることを特徴とする請求項９に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【請求項１７】
前記第２段階は、
前記基板及び前記フォトレジスト層と前記Ｚｎ層との間に、Ｔｉ接着層をさらに形成することを特徴とする請求項８に記載のＺｎＯナノワイヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤの製造方法に係り、さらに詳細には、超音波エネルギーを使用してナノワイヤを成長させる方法、並びにその成長位置を限定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ナノサイズの物質は、マクロサイズの物質と同一物質であっても、物理的、化学的性質が異なる。すなわち、表面／質量の比が大きいために、かようなナノサイズの物質は、表面で起こる化学反応を利用する光触媒、電子素子、光素子装置などに応用できる。
【０００３】
ナノワイヤは、数ｎｍから数百ｎｍの直径を有し、その長さは、直径の数十ないし数千倍以上に成長可能な物質として知られている。かようなナノワイヤは、既存のバルク構造で示される一般的な性質と異なり、多様な電気的、化学的、物理的及び光学的特性を示す。かような特性を利用し、さらに精密であって集積された素子を具現化できる。
【０００４】
現在研究されているナノワイヤの材料としては、金属ナノワイヤだけではなく、非金属ナノワイヤ、酸化金属ナノワイヤ及び炭化ケイ素ナノワイヤなどがある。
【０００５】
ナノワイヤの製造方法としては、化学的重合法、電気化学的重合法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、炭素熱還元法（ｃａｒｂｏｔｈｅｒｍａｌ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）などの方法がある。
【０００６】
ＺｎＯ半導体ナノワイヤは、ナノサイズの電子素子、光素子、センサを具現する基本材料であり、最近多くの技術が提案されている分野であるが、高品位ナノワイヤを得るためには、高い合成温度、時間、高価な真空設備、有害ガスの使用など技術的な制約が伴う。一方、高品位ナノワイヤを得たとしても、素子製作に必須な基板上の所望位置にナノワイヤを載置する位置制御問題が、ナノワイヤ素子の実用化技術の足かせとなっている要因である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、超音波エネルギーを利用して、常温でＺｎＯナノワイヤを製造する方法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は前記ＺｎＯナノワイヤを所望の位置に製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の一実施形態による超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤの製造方法は、基板の表面にＺｎ層を形成する第１段階と、前記Ｚｎ層をパターニングする第２段階と、前記Ｚｎ層をパターニングした基板をＺｎを含む溶液とＺｎをイオン化する溶液との混合溶液に入れ、超音波発生器を使用し、前記Ｚｎ層上にＺｎＯナノワイヤを形成する第３段階とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、前記Ｚｎを含む溶液は、硝酸亜鉛六水和物溶液であり、前記Ｚｎをイオン化する溶液は、ヘキサメチレンテトラミン溶液でありうる。
【００１１】
前記混合溶液は、前記ヘキサメチレンテトラミン溶液と前記硝酸亜鉛六水和物溶液とが実質的に１：１の割合で混合されうる。
【００１２】
前記ヘキサメチレンテトラミン溶液と前記硝酸亜鉛六水和物溶液は、それぞれ０．００１Ｍないし１Ｍ溶液であることが望ましく、さらに望ましくは、それぞれ０．０１Ｍないし０．０５Ｍ溶液である。
【００１３】
本発明によれば、前記基板として、シリコン基板、プラスチック基板、ガラス基板からなるグループのうちから選択された基板を使用できる。
【００１４】
前記他の目的を達成するために、本発明の他の実施例による超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤの製造方法は、基板上にパターニングされたフォトレジスト層を形成する第１段階と、前記基板の上方から前記基板及び前記フォトレジスト層上にＺｎ層を形成する第２段階と、前記基板をＺｎを含む溶液とＺｎをイオン化する溶液との混合溶液に入れ、超音波発生器を使用し、前記Ｚｎ層上にＺｎＯナノワイヤを形成する第３段階と、前記フォトレジスト層を除去する第４段階とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ＺｎＯナノワイヤを製造するにおいて、低温で超音波エネルギーを使用するので、製造するデバイスの熱的損傷を防止できる。また、容易に所望の位置にＺｎＯナノワイヤを形成できるので、ＺｎＯトランジスタのような電子素子に使用可能である。
【００１６】
また、また、ガラスや透明なプラスチックなど基板の選択に制限をおかないので、フレキシブルディスプレイ素子に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態による超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤの製造方法について詳細に説明する。この過程で、図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して図示されている。
【００１８】
図１は、本発明の超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤの製造方法を説明する図面である。
【００１９】
図１を参照すれば、ヘキサメチレンテトラミン（（ＣＨ２）６Ｎ４）溶液と硝酸亜鉛六水和物（Ｚｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）溶液とが混合された容器１０に、Ｚｎ基板２０あるいはＺｎがコーティングされた基板を入れ、超音波発生器（ｓｏｎｉｃａｔｏｒ）３０を稼動させ、基板２０上にＺｎＯナノワイヤ４０を成長させる。
【００２０】
次に、前記ＺｎＯナノワイヤがＺｎ物質上で成長するメカニズムについて説明する。  
【００２１】
ヘキサメチレンテトラミンに水を添加すれば、化学式１、２のように、アンモニウムイオンが生成される。このアンモニウムイオンは、Ｚｎをイオン化するためのものである。
［化学式１］
（ＣＨ２）６Ｎ４＋６Ｈ２Ｏ→４ＮＨ３＋６ＨＣＨＯ
［化学式２］
ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ４＋＋ＯＨ−
【００２２】
次に、化学式３のように、アンモニウムイオンは、基板上でＺｎと反応してＺｎイオンを生成する。
［化学式３］
Ｚｎ＋２ＮＨ４＋→Ｚｎ２＋＋２ＮＨ３＋Ｈ２
【００２３】
化学式４を見れば、Ｚｎイオンは、水酸基と結合して水酸化亜鉛を生成する。
［化学式４］
Ｚｎ２＋＋４ＯＨ−→Ｚｎ（ＯＨ）４２−
【００２４】
化学式５を参照すれば、水酸化亜鉛はＺｎＯになり、このとき、基板２０上にＺｎＯシード層を形成する。
［化学式５］
Ｚｎ（ＯＨ）４２−⇒ＺｎＯ
【００２５】
次に、Ｚｎを含む溶液である硝酸亜鉛六水和物溶液は、前記ＺｎＯシード層上にＺｎを供給し、これによりＺｎＯナノワイヤが前記ＺｎＯシード層上で成長する。
【００２６】
従って、本発明では、常温で超音波発生器３０を使用し、前記混合溶液にバブルを成長させ、このバブルがはじけることによって、基板２０に局所的に高温及び高圧条件を提供することによって、基板上にＺｎＯ物質を形成するのである。
【００２７】
図２Ａないし図２Ｃは、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板でそれぞれ成長させたナノワイヤを示すＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。
【００２８】
図２Ａないし図２Ｃを参照すれば、シリコン基板だけではなく、透明なガラス基板及び透明なプラスチック基板上にもＺｎＯナノワイヤを成長させることができる。
【００２９】
図３Ａないし図３Ｄは、本発明の他の実施形態による超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤを所定の領域に成長させる方法を段階別に示す断面図である。
【００３０】
図３Ａを参照すれば、基板１２０上にフォトレジスト層（図示せず）を形成し、図示されていないマスクを使用し、前記フォトレジスト層を露光及び現像してパターニングされたフォトレジスト層１２２を形成する。
【００３１】
図３Ｂを参照すれば、基板１２０及びフォトレジスト層１２２上に、Ｔｉ層１２４及びＺｎ層１２６を順次に蒸着する。Ｔｉ層１２４は、Ｚｎ層１２６と基板１２０との間の接着性向上のためのものである。
【００３２】
次に、０．０１Ｍヘキサメチレンテトラミン（（ＣＨ２）６Ｎ４）溶液２００ｍｌと、０．０２Ｍ硝酸亜鉛六水和物（Ｚｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）溶液１００ｍｌとを混合した容器（図１の１０参照）に基板１２０を入れ、５００ワット、図示されていないチタン・チップ（ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｔｉｐ）を有する超音波発生器（図１の３０参照）を所定時間稼動させる。前記ヘキサメチレンテトラミン溶液と硝酸亜鉛六水和物溶液は、実質的に１：１の割合で混合されるが、望ましくはそれぞれ０．００１Ｍないし１Ｍ溶液であり、さらに望ましくはそれぞれ０．０１Ｍないし０．０５Ｍ溶液である。
【００３３】
図３Ｃを参照すれば、超音波発生器３０を１時間稼動させる場合、基板１２０及びフォトレジスト層１２２上に直径３０ｎｍないし７００ｎｍの単結晶ＺｎＯナノワイヤ１４０が４００ｎｍの長さに成長可能である。超音波発生器３０の稼動時間によって、ＺｎＯナノワイヤ１４０の長さが変わりうる。
【００３４】
リフトオフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）工程で、フォトレジスト層１２２と共にフォトレジスト層１２２上のＺｎＯナノワイヤ１４０及びＺｎ層１２６／Ｔｉ層１２４を除去する。例えば、アセトン溶液に基板１２０を漬浸させて振ることによって、フォトレジスト層１２２を除去できる。
【００３５】
図３Ｄを参照すれば、基板１２０上にパターニングされたＺｎ層１２６が形成されており、前記Ｚｎ層１２６上にＺｎＯナノワイヤ１４０が形成される。
【００３６】
従って、本発明のＺｎＯナノワイヤの製造方法を利用すれば、所定領域に限定されてＺｎＯナノワイヤを形成できる。かような技術は、ＺｎＯトランジスタを製造するのに利用できる。
【００３７】
図４は、シリコン基板上に一定の領域、すなわちストライプ領域にＺｎＯナノワイヤが成長したことを示すＳＥＭ写真である。
【００３８】
以上、本発明について、実施形態を中心に詳細に説明したが、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変形及び修正が可能であることは当業者において自明であり、かような変形及び修正が特許請求の範囲に属することも明らかである。よって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物によって定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤの製造方法は、例えば、ＺｎＯトランジスタ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤの製造方法を説明する図面である。
【図２Ａ】シリコン基板で成長させたＺｎＯナノワイヤを示すＳＥＭ写真である。
【図２Ｂ】ガラス基板で成長させたＺｎＯナノワイヤを示すＳＥＭ写真である。
【図２Ｃ】プラスチック基板で成長させたＺｎＯナノワイヤを示すＳＥＭ写真である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態による超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤを所定の領域に成長させる方法を段階別に示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施形態による超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤを所定の領域に成長させる方法を段階別に示す断面図である。
【図３Ｃ】本発明の他の実施形態による超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤを所定の領域に成長させる方法を段階別に示す断面図である。
【図３Ｄ】本発明の他の実施形態による超音波エネルギーを利用したＺｎＯナノワイヤを所定の領域に成長させる方法を段階別に示す断面図である。
【図４】シリコン基板上に一定の領域、すなわちストライプ形状にＺｎＯナノワイヤが成長されたことを示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  容器
２０，１２０  基板
３０  超音波発生器
４０，１４０  ＺｎＯナノワイヤ
１２２  パターニングされたフォトレジスト層
１２４  Ｔｉ層
１２６  Ｚｎ層
【図１】
2008162885.tif 000003
【図３Ａ】
2008162885.tif 000004
【図３Ｂ】
2008162885.tif 000005
【図３Ｃ】
2008162885.tif 000006
【図３Ｄ】
2008162885.tif 000007
【図２Ａ】
2008162885.tif 000008
【図２Ｂ】
2008162885.tif 000009
【図２Ｃ】
2008162885.tif 000010
【図４】
2008162885.tif 000011