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레이저 어블레이션을 이용한 반도체 나노결정의 제조

전문가 제언: ○ 레이저 어블레이션(laser ablation)은 박막제조에 널리 이용되고 있으며, 이것을 PLD(Pulsed-Laser Deposition)라 부르고 있다. 박막제조에 이용되는 PLD장치를 일부 개조하면 여러 가지 나노결정 제조가 가능하여 레이저를 이용한 나노와이어 제조 연구가 증가하고 있다.

○ 여기서는 레이저 어블레이션을 이용한 나노와이어를 중심으로 반도체 나노결정 중에 ZnO의 제조와 응용에 대해 설명하고 있다. 나노구조의 ZnO 재료는 전자, 광학, 촉매, 센서 응용 등에 큰 잠재력을 가지고 있어 주목받고 있다. 그 중에서도 1차원 반도체인 ZnO 나노로드는 짧은 파장의 광학 기능 나노소자에 높은 효율을 가지고 있어 특별한 관심이 집중되고 있다.

○ ZnO는 화합물 반도체로 3.37eV 밴드갭 에너지를 가지며, 실온에서 결합 에너지가 60meV로 열에너지(26meV)보다 크다. 그간 압전체, 화장품, 백색안료 등에 사용되었으나 고품위 단결정 및 박막성장 기술개발이 진행되면서 주목받고 있다. 최근에 태양전지, 레이저, 발광다이오드 등 광전자 소자에 이르기까지 다양한 분야에서 응용이 연구되고 있다.

○ 실제 화학기상 증착법(CVD), 레이저 어블레이션(Laser ablation), 이온삽입, 레이저펄스 증착과 화학적 습식법으로 졸-겔 프로세스, 유기금속화합물의 산화반응에 의한 열분해 방법 등이 있다. 실제 상용화를 위해서는 대량으로 생산이 가능한 간단한 프로세스 개발이 필요하다.

○ 국내의 경우 ZnO 관련 나노 재료연구는 연구소, 대학 등에서 기초연구를 하고 있고 성과물이 발표되고 있다. 다만 연구 인력이나 연구비 한계로 광소자 전반에 걸쳐 연구가 진행된 것은 아니고 실제 수요와 시장이 존재하는 광통신 소자에 많이 집중되어 있다. 향후 실용화에는 용액법에 의한 대량 합성공정의 실현이 중요할 것으로 보이며 관련 연구자들의 관심과 노력이 요구된다.

저자: Tatsuo Okada
자료유형: 학술정보