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선형 나노구조 작성방법

전문가 제언: ○ 나노구조에 대한 결정성장은 최근 들어 하나의 유행처럼 연구의 붐을 일으키고 있다. 나노구조가 관심의 대상이 되는 이유는 10억분의 1미터(1nm)나 되는 작은 미립자에 함유되어 있는 물체의 물성은 그 물질이 가지고 있는 고유물성이기 때문이다. 미시와 거시결정의 물성에는 차이가 존재한다. 불확정성원리는 양자세계에서만 존재하는 과학현상이다.

○ 반도체 결정중의 자유전자나 캐리어를 해태로 구조를 사용하여 미세한 3차원 영역에 가두면 양자역학적인 성질이 현저히 나타난다. 이러한 미세구조를 양자우물(well), 양자세선(wire), 양자상자(dot)라고 한다. 우물, 세선, 상자에 갇혀있는 전자는 운동이 제한되어 자유도가 없다. 반도체 구조를 미세화하면 전기적인 성질을 인위적으로 제어할 수 있다.

○ 에피택시 방법으로 화합물의 선형나노구조, 즉 양자세선의 작성은 어렵기는 하지만 그 방법이 확립되어 있다. 결정체의 낮은 지수면을 골라서 약간 어긋나는 면을 사용한다. Si, Ge, GaAs, InAs의 선형 나노구조를 에피택시방법으로 만들고 있다. VLS(vapor-liquid-solid)성장 기구를 사용하여 금속의 나노세선을 만드는 법을 소개하고 있다.

○ 위스커의 성장 기구는 충분히 해명되어 있지는 않으나, VLS법으로 위스커성장이 가능하다. 분자가 “기상-액상-고상”으로 옮겨 다니면서 성장한다고 해서 이름이 부쳐진 것이다. Si기판에 Au미립자를 놓고 진공 중에서 가열하면 Si와 Au는 가판에서 합금액적을 형성한다. 합금액적에 Si증기를 더 공급하면 과잉 Si가 고액계면에서 세선으로 석출된다.

○ VLS성장에 의한 세선의 형태는 주로 원주나 각주 상의 “수염”과 같은 결정이다. 수염결정의 굵기는 0.1~100μm, 길이는 1μm~수mm정도가 대부분이다. 용융열원으로 플라스마를 사용하여 성장조건을 다양하게 변화하여 세선와이어의 한 집합체를 만든 것이 돋보인다. 나노구조, 또는 양자구조에 희귀한 물성이 숨어 있는 것은 틀림없다.

저자: Bettge, Martin et al.
자료유형: 특허정보