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KR101760604B1 - Method for synthesizing horizontal ITO nanowires - Google Patents

Method for synthesizing horizontal ITO nanowires Download PDF

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KR101760604B1
KR101760604B1 KR1020160017513A KR20160017513A KR101760604B1 KR 101760604 B1 KR101760604 B1 KR 101760604B1 KR 1020160017513 A KR1020160017513 A KR 1020160017513A KR 20160017513 A KR20160017513 A KR 20160017513A KR 101760604 B1 KR101760604 B1 KR 101760604B1
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KR
South Korea
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ito
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nanowires
nanowire
substrate
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Inventor
강현철
서창수
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조선대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 수평으로 성장한 Indium-Tin-Oxide (ITO) 나노와이어의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 수평 배열 ITO 나노와이어의 제조방법은 1) 금속 촉매를 사용하지 않으므로 비용이 절감되고, 또한 금속 촉매 불순물이 남지 않아 ITO 나노와이어의 물성이 우수하고, 2) 종래의 금속 촉매를 사용하는 방법에 비해 낮은 공정온도에서 제조가능하므로 비용이 절감되고, 3) hydrogen reduction 환경을 사용하므로, 종래 carbothermal reduction 환경을 사용하는 제조방법으로 제조된 ITO 나노와이어에 탄소가 유입되는 문제를 원천적으로 차단하는 효과가 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a horizontally grown indium-tin-oxide (ITO) nanowire, and a method of manufacturing a horizontally aligned ITO nanowire according to the present invention comprises: 1) 2) it can be manufactured at a lower process temperature than the conventional method using a metal catalyst, and 3) the hydrogen reduction environment is used; therefore, the conventional carbothermal reduction effect of carbon on the ITO nanowire fabricated by the manufacturing method using the reducing environment.

Description

수평 배열 ITO 나노와이어의 제조방법{Method for synthesizing horizontal ITO nanowires}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for producing a horizontally aligned ITO nanowire,

본 발명은 수평으로 성장한 Indium-Tin-Oxide (ITO) 나노와이어의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서 제조된 수평 ITO 나노와이어는 전기적, 광학적 특성이 우수하고, 아울러 가스 탐침 감도가 우수하다.The present invention relates to a method of manufacturing a horizontally grown indium-tin-oxide (ITO) nanowire, wherein the horizontal ITO nanowire produced in the present invention has excellent electrical and optical characteristics and excellent gas probe sensitivity.

본 발명은 수평으로 성장한 에피택셜(epitaxial) Indium-tin-oxide (ITO) 나노와이어 및 이의 제조방법으로, 우수한 전기적, 광학적 특성과 아울러 가스 탐침 감도를 가지는 수평 ITO 나노와이어 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a horizontal ITO nanowire having excellent electrical and optical properties as well as gas probe sensitivity, and a method for producing the same, by using an epitaxial indium-tin-oxide (ITO) .

현재 ITO는 디스플레이, 전지, 반도체 등 광학소자 및 전자소자를 만드는데 있어서 핵심적인 물질이다. 특히 제조단계에서 n-형 반도체로서 3.5~4.3 eV의 넓은 밴드갭을 가지는 투명반도체이다. 아울러 높은 전기전도도와 가시광 영역에서 높은 투과성을 지니기 때문에 다양한 광학적, 전기적 소자로서 사용할 수 있다. 또한 적외선 반사코팅, VISEL(vertical cavity surface emitting laser)레이저의 확대 반사경으로도 매우 유용한 물질이다. 고온안정성 때문에 1400℃ 이상의 온도에서 작동 가능한 다양한 센서로도 활용할 수 있다. 특히 감도가 우수한 가스센서로서 매우 우수한 성능을 나타낸다.Currently, ITO is a key material for making optical and electronic devices such as displays, batteries, and semiconductors. In particular, it is a transparent semiconductor having a wide band gap of 3.5 to 4.3 eV as an n-type semiconductor in the manufacturing step. In addition, it has high electrical conductivity and high transparency in the visible region, and thus can be used as various optical and electrical devices. It is also an extremely useful material as an enlarged reflector for infrared reflective coatings and vertical cavity surface emitting laser (VISEL) lasers. Because of its high temperature stability, it can also be used as a variety of sensors that can operate at temperatures above 1400 ° C. In particular, it exhibits excellent performance as a gas sensor having excellent sensitivity.

지금까지는 ITO 박막을 활용한 다양한 접근방법이 주류를 이루었으나, 최근에는 ITO를 1-dimensional 나노물질 (나노와이어, 나노로드, 나노벨트, 나노리본, 나노튜브) 형태로 제조하여 센서 제작, FET(field effect transistor) 등으로 활용하기 위한 다양한 제조 방법이 시도되고 있다. 그 중에서도 특히 ITO 나노와이어는 쉽게 제조가능하고, 높은 비표면적, 우수한 결정성, 지름과 길이의 조절 용이성 등으로 각광 받고 있다. 통상적으로 thermal chemical vapor deposition(thermal CVD), sputtering, evaporation, vapor transport method 등을 이용하여 제조하였다.In recent years, ITO has been manufactured in the form of 1-dimensional nanomaterials (nanowires, nano-rods, nano-belts, nanoribbons, nanotubes) field effect transistors) have been attempted. Among them, ITO nanowires can be easily manufactured, and are attracting attention because of their high specific surface area, excellent crystallinity, and easy control of diameter and length. Typically, thermal chemical vapor deposition (CVD), sputtering, evaporation, and vapor transport methods are used.

Thermal CVD 법이나 vapor transport 법은 보통 ITO 분말, 혹은 In과 Sn이 함유된 분말을 고온에서 증발시켜 vapor 형태로 전환시킨 후 Ar 운반 가스를 이용하여 기판 표면에서 ITO 나노와이어가 성장하는 방법을 이용한다. 이때 기판 표면에는 Au와 같은 금속 나노 결정을 사전에 증착하여 Vapor-Liquid-Solid (VLS) 성장 기구를 활용하는 것이 대부분이다. 하지만, Au 나노 결정은 ITO 나노와이어 끝단에 붙어 있어 추후 전자소자로 제작할 시에는 불순물로 작용하고 이를 제거하기 위한 후처리 공정이 필수적이다.Thermal CVD method or vapor transport method usually uses a method in which ITO powder or a powder containing In and Sn is evaporated at a high temperature to convert to a vapor form, and then the ITO nanowire is grown on the substrate surface using Ar carrier gas. In this case, metal nanocrystals such as Au are deposited on the surface of the substrate in advance to utilize Vapor-Liquid-Solid (VLS) growth mechanism. However, since Au nanocrystals are attached to the tip of ITO nanowire, it acts as an impurity when it is manufactured as an electronic device, and a post-treatment process is necessary to remove it.

통상적으로 ITO 나노와이어를 제조하기 위해서 사용하는 thermal CVD 제조 방법은 원료 소재로서 In2O3, SnO2, graphite 분말을 일정 비율로 혼합하여 사용하는 carbothermal reduction 법을 이용한다. Reduction agent로 사용되는 carbon을 공급하기 위해서 graphite를 사용하는데, 제조한 ITO에 carbon의 함량이 높아지는 단점이 있다. 또한, 아직까지 불가적으로 함유된 carbon의 역할이 정확하기 규명되지 않아서 소자의 특성을 향상시키는데 단점으로 지적되고 있다.In general, the thermal CVD method used for manufacturing ITO nanowires uses a carbothermal reduction method in which In 2 O 3 , SnO 2 and graphite powder are mixed at a certain ratio as raw materials. Graphite is used to supply the carbon used as a reduction agent. However, the content of carbon in ITO is increased. In addition, it has been pointed out that the role of carbon, which is still inevitably contained, has not been precisely clarified and it is a disadvantage of improving the characteristics of the device.

현재까지 보고된 VLS 성장기구를 통한 ITO 나노와이어는 대부분 기판에 수직방향으로 성장하는 수직배열을 나타내었다. Au 나노결정을 촉매로 사용하여 제조하기 때문이다. 또한, 900℃ 이상의 고온 공정이 필수적이다. 수직방향 성장 ITO 나노와이어는 길이가 1 μm 이상으로 밀집되어 성장하기 때문에 단일 ITO 나노와이어를 이용한 FET 및 sensor로 응용하기 위해서는 아세톤이나 에탄올 등에 침전 후 분산시켜 사용해야 하는 단점이 있다.Most of the ITO nanowires through the VLS growth mechanism reported to date have a vertical arrangement perpendicular to the substrate. Au nanocrystals as catalysts. In addition, a high-temperature process of 900 DEG C or more is essential. Vertical growth Since ITO nanowires are grown to a density of 1 μm or more, they have a disadvantage that they must be dispersed after being precipitated in acetone, ethanol or the like in order to be applied to FETs and sensors using a single ITO nanowire.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여, thermal CVD 방법 도중 carbothermal reduction 환경이 아닌 hydrogen reduction 환경을 적용함으로서 탄소유입에 따른 부작용을 차단할 수 있고, 수직 배열이 아닌 수평 배열 ITO 나노와이어를 제조하고, 이를 광학 소자에 사용할 경우 우수한 광학특성을 나타낸다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have proposed a method of manufacturing a horizontal array ITO nanowire which can prevent side effects due to carbon inflow by applying a hydrogen reduction environment instead of a carbothermal reduction environment during a thermal CVD process, And when it is used in an optical element, it shows excellent optical characteristics, and the present invention has been completed.

공개특허공보 10-2014-0022328호Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2014-0022328

본 발명의 목적은 hydrogen reduction 환경에서 thermal CVD 법으로 수평 배열 ITO(Indium-Tin-Oxide) 나노와이어의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a horizontally aligned ITO (Indium-Tin-Oxide) nanowire by thermal CVD in a hydrogen reduction environment.

본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조되는 수평 배열 ITO 나노와이어를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a horizontally aligned ITO nanowire fabricated by the above manufacturing method.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 광학소자를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an optical element including the horizontally arranged ITO nanowires.

본 발명의 다른 목적은 상기 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 전자소자를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an electronic device comprising the horizontally aligned ITO nanowires.

본 발명의 다른 목적은 상기 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 가스 탐침 센서를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a gas probe sensor comprising the horizontally aligned ITO nanowires.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 분말을 준비하는 단계(단계 1);The present invention relates to a method of manufacturing an ITO (Indium-Tin-Oxide) powder;

상기 단계 1의 ITO 분말을 세라믹 보트에 담는 단계(단계 2);The step of placing the ITO powder of the step 1 in a ceramic boat (step 2);

세라믹 보트 위에 기판을 배치하는 단계(단계 3);Placing the substrate on the ceramic boat (step 3);

세라믹 보트와 기판을 튜브형 전기로에 위치하고 진공을 유지하는 단계(단계 4); 및Placing the ceramic boat and the substrate in a tubular electric furnace and maintaining a vacuum (step 4); And

튜브형 전기로의 공정 온도를 500-900℃로 설정하고, 수소가 함유된 Ar 가스를 유입하는 단계(단계 5);A step of setting the process temperature of the tubular electric furnace at 500-900 캜 and introducing Ar-containing gas (step 5);

를 포함하는 수평 배열 ITO 나노와이어의 제조방법을 제공한다.The method comprising the steps of:

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 수평 배열 ITO 나노와이어를 제공한다.In addition, the present invention provides a horizontally aligned ITO nanowire manufactured by the above manufacturing method.

나아가, 본 발명은 상기 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 광학소자를 제공한다.Further, the present invention provides an optical element including the horizontally arranged ITO nanowires.

또한, 본 발명은 상기 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 전자소자를 제공한다.The present invention also provides an electronic device including the horizontally arranged ITO nanowires.

나아가, 본 발명은 상기 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 가스 탐침 센서를 제공한다.Further, the present invention provides a gas probe sensor comprising the horizontally arranged ITO nanowires.

본 발명에 따른 수평 배열 ITO 나노와이어의 제조방법은,A method of manufacturing a horizontally aligned ITO nanowire according to the present invention includes:

1) 금속 촉매를 사용하지 않으므로 비용이 절감되고, 또한 금속 촉매 불순물이 남지 않아 ITO 나노와이어의 물성이 우수하고,1) Since the metal catalyst is not used, the cost is reduced, the metal catalyst impurity remains, the ITO nanowire has excellent physical properties,

2) 종래의 금속 촉매를 사용하는 방법에 비해 낮은 공정온도에서 제조가능하므로 비용이 절감되고,2) it can be manufactured at a lower process temperature than the conventional method using a metal catalyst,

3) hydrogen reduction 환경을 사용하므로, 종래 carbothermal reduction 환경을 사용하는 제조방법으로 제조된 ITO 나노와이어에 탄소가 유입되는 문제를 원천적으로 차단하는 효과가 있다.3) Since the hydrogen reduction environment is used, there is an effect of blocking the carbon inflow to the ITO nanowires manufactured by the conventional manufacturing method using the carbothermal reduction environment.

도 1은 본 발명에 상용된 hydrogen reduction 환경에서 수평 ITO 나노와이어를 제조하기 위한 thermal CVD 방법의 모식도이다.
도 2는 700℃에서 2시간 동안 유지하여 제조한 수평 ITO 나노와이어를 FE-SEM으로 확인한 이미지이다. (a)는 300배 확대한 이미지이고, (b)는 1000배 확대한 이미지이다.

도 3은 도 2의 시편에서 단일 ITO 나노와이어 부분의 EDX mapping 이미지이다. (a)는 FE-SEM 이미지. (b)는 In의 원자 분포. (c)는 Sn의 원자분포이다.
도 4는 도 2의 시편에서 단일 ITO 나노와이어의 EDX spectroscopy를 이용한 위치별 화학조성 분석 결과이다. 둥근 모양 tip 부분에는 자발적으로 형성된 Sn나노결정이 주를 이루고 있고, ITO stem은 In과 Sn가 약 9:1의 원자비율을 갖는다.

도 5는 도 2의 시편에서 단일 ITO 나노와이어의 생성 메카니즘을 규명하기 위한 FE-SEM 이미지이다. 초기의 Sn 나노결정 (도 5(a))가 초기에 형성되고 이후 ITO stem 부분이 형성되어 성장한다. (도 5(b)& 도 5(c))
도 6은 700℃에서 2시간 동안 유지하여 제조한 수평 ITO 나노와이어를 XRD로 분석한 그래프이다.
도 7은 700℃에서 2시간 동안 유지하여 제조한 수평 ITO 나노와이어의 결정 품질을 분석한 θ-rocking 곡선이다. ITO(222), ITO(400) Bragg peak에서 각각 측정하였다.
도 8은 700℃에서 2시간 동안 유지하여 제조한 수평 ITO 나노와이어의 원자구조를 고분해능 TEM으로 관찰한 이미지이다.
도 9는 700℃에서 2시간 동안 유지하여 제조한 수평 ITO 나노와이어의 광학적 성질을 분석한 Raman spectroscopy 곡선이다.
1 is a schematic diagram of a thermal CVD method for producing horizontal ITO nanowires in a hydrogen reduction environment compatible with the present invention.
2 is an image obtained by FE-SEM of a horizontal ITO nanowire manufactured by holding at 700 ° C for 2 hours. (a) is an image enlarged 300 times, and (b) is an image enlarged 1000 times.

3 is an EDX mapping image of a single ITO nanowire portion in the specimen of FIG. (a) is an FE-SEM image. (b) shows the atomic distribution of In. (c) is the atomic distribution of Sn.
FIG. 4 shows the results of chemical composition analysis by EDX spectroscopy of a single ITO nanowire in the sample of FIG. 2. FIG. In the round tip region, spontaneously formed Sn nanocrystals are dominant, and the ITO stem has an atomic ratio of In and Sn of about 9: 1.

FIG. 5 is an FE-SEM image for identifying the generation mechanism of a single ITO nanowire in the specimen of FIG. The initial Sn nanocrystals (FIG. 5 (a)) are initially formed and then the ITO stem portion is formed and grown. (Figs. 5 (b) and 5 (c))
FIG. 6 is a graph of XRD analysis of horizontal ITO nanowires manufactured by holding at 700 ° C. for 2 hours.
7 is a θ-rocking curve obtained by analyzing the crystal quality of a horizontal ITO nanowire manufactured by holding at 700 ° C. for 2 hours. ITO (222) and ITO (400) Bragg peaks, respectively.
8 is an image obtained by observing the atomic structure of a horizontal ITO nanowire manufactured by holding at 700 DEG C for 2 hours with a high-resolution TEM.
FIG. 9 is a Raman spectroscopy curve obtained by analyzing the optical properties of a horizontal ITO nanowire manufactured by holding at 700 ° C. for 2 hours.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한, 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다. Unless defined otherwise, all technical terms used in the present invention have the following definitions and are consistent with the meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. In addition, preferred methods or samples are described in this specification, but similar or equivalent ones are also included in the scope of the present invention. The contents of all publications referred to herein are incorporated herein by reference.

용어 "약"이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.The term "about" is used herein to refer to a reference quantity, a level, a value, a number, a frequency, a percent, a dimension, a size, a quantity, a weight, or a length of 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, Level, value, number, frequency, percent, dimension, size, quantity, weight or length of a variable, such as 4, 3, 2 or 1%.

용어 "at%"이라는 것은 원소 백분율을 의미한다.The term "at%" means an element percentage.

용어 "wt%"이라는 것은 중량 백분율을 의미한다.The term "wt%" means weight percent.

본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "포함하다" 및 "포함하는"이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.Throughout this specification, the words "comprises" and "comprising ", unless the context requires otherwise, include the steps or components, or groups of steps or elements, Steps, or groups of elements are not excluded.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 분말을 준비하는 단계(단계 1);The present invention relates to a method of manufacturing an ITO (Indium-Tin-Oxide) powder;

상기 단계 1의 ITO 분말을 세라믹 보트에 담는 단계(단계 2);The step of placing the ITO powder of the step 1 in a ceramic boat (step 2);

세라믹 보트 위에 기판을 배치하는 단계(단계 3);Placing the substrate on the ceramic boat (step 3);

세라믹 보트와 기판을 튜브형 전기로에 위치하고 진공을 유지하는 단계(단계 4); 및Placing the ceramic boat and the substrate in a tubular electric furnace and maintaining a vacuum (step 4); And

튜브형 전기로의 공정 온도를 500-900℃로 설정하고, 수소가 함유된 Ar 가스를 유입하는 단계(단계 5);A step of setting the process temperature of the tubular electric furnace at 500-900 캜 and introducing Ar-containing gas (step 5);

를 포함하는 수평 배열 ITO 나노와이어의 제조방법을 제공한다.The method comprising the steps of:

본 발명에 따른 제조방법은 도 1과 같은 장비를 이용하여, ITO 분말을 hydrogen reduction 환경하에서 thermal CVD 방법으로 수평 ITO 나노와이어를 제조할 수 있다.In the manufacturing method according to the present invention, horizontal ITO nanowires can be manufactured by the thermal CVD method under the hydrogen reduction environment of the ITO powder using the equipment as shown in FIG.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 ITO 분말을 준비하는 단계이다. In the manufacturing method according to the present invention, the step 1 is a step of preparing an ITO powder.

구체적으로, 상기 ITO 분말은 In2O3 분말 및 SnO2 분말의 혼합분말, In2O3 분말 및 SnO 분말의 혼합분말, 또는 In2O3 분말 및 Sn 분말의 혼합분말을 사용할 수 있고, In2O3 분말 및 SnO2 분말을 사용하는 것이 바람직하다. Sn 원소의 분율은 1-20 at%로 조절 가능하고, 바람직하게는 8-12 at%, 특히 바람직하게는 10 at% 농도인 것이 바람직하다. 만약, 20 at% 초과의 Sn 함량일 경우에는 ITO라기 보다는 SnO2의 구조 기여도가 많이 높아진다. 상기 ITO 분말은 bottle에 넣어서 골고루 섞이도록 흔들어준다.Specifically, the ITO powder may be a mixed powder of In 2 O 3 powder and SnO 2 powder, a mixed powder of In 2 O 3 powder and SnO powder, a mixed powder of In 2 O 3 powder and Sn powder, 2 O 3 powder and SnO 2 powder are preferably used. The fraction of the Sn element is adjustable to 1-20 at%, preferably 8-12 at%, particularly preferably 10 at%. If the Sn content exceeds 20 at%, the structural contribution of SnO 2 is much higher than that of ITO. The ITO powder is put into a bottle and shaken evenly.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 ITO 분말을 세라믹 보트에 담는 단계이다. In the manufacturing method according to the present invention, the step 2 is a step of putting the ITO powder into a ceramic boat.

상기 ITO 분말은 고온에서 견딜 수 있는 세라믹 보트에 옮겨 담아야 한다. 이때 세라믹 보트는 알루미나, 지르코니아, 쿼츠, 사파이어 등의 소재를 사용할 수 있다. 보트의 크기는 폭이 10-20 mm, 길이 50-100 mm, 높이 5-20 mm의 크기가 적당하다. 본 발명에서는 폭 10 mm, 길이 60 mm, 높이 15 mm인 알루미나 보트를 사용하였다. The ITO powder must be transferred to a ceramic boat that can withstand high temperatures. At this time, materials such as alumina, zirconia, quartz, and sapphire can be used for the ceramic boat. Boats should be 10-20 mm wide, 50-100 mm long and 5-20 mm high. In the present invention, an alumina boat having a width of 10 mm, a length of 60 mm and a height of 15 mm was used.

상기 ITO 분말의 양은 0.001-1 g이다. ITO 분말은 고가이기 때문에 반응에 참여하는 적정량을 선택하여야 한다. ITO 분말의 양이 1 g을 초과할 경우에는 반응에 참여하지 않는 ITO 분말이 낭비된다. 본 발명에서는 일례로 0.1 g의 ITO 분말을 사용하였다. The amount of the ITO powder is 0.001-1 g. Since the ITO powder is expensive, a proper amount to participate in the reaction should be selected. If the amount of ITO powder exceeds 1 g, ITO powder not participating in the reaction is wasted. In the present invention, 0.1 g of ITO powder is used as an example.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은 세라믹 보트 위에 기판을 배치하는 단계이다. In the manufacturing method according to the present invention, the step 3 is a step of disposing the substrate on the ceramic boat.

상기 ITO 나노와이어는 기판에 에피택셜하게 성장시킬 수 있는데, 기판의 표면이 보트 안에 담겨있는 ITO 분말을 향하도록 배치하였다. 기판으로는 ZnO, Si, Ge, GaN, InP, Sapphire, InP, GaAs, GaP, Si3N4, SiO2, SiC, Ga2O3, 유리 등의 원소로 구성된 기판을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 일례로 Sapphire(0001) 기판을 사용하여 수평 ITO 나노와이어를 제조하였다.The ITO nanowires can be epitaxially grown on a substrate, with the surface of the substrate facing the ITO powder contained in the boat. A substrate may be used a substrate consisting of ZnO, Si, Ge, GaN, InP, Sapphire, InP, GaAs, GaP, Si 3 N 4, SiO 2, SiC, Ga 2 O 3, an element of glass or the like. In the present invention, a horizontal ITO nanowire is manufactured using Sapphire (0001) substrate as an example.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 4는 세라믹 보트와 기판을 튜브형 전기로에 위치하고 진공을 유지하는 단계이다. 여기서, 세라믹 보트와 기판을 튜브형 전기로의 중간에 위치하는 것이 바람직하다.In the manufacturing method according to the present invention, the step 4 is a step of placing the ceramic boat and the substrate in a tubular electric furnace and maintaining a vacuum. Here, it is preferable that the ceramic boat and the substrate are positioned in the middle of the tubular electric furnace.

종래의 carbothermal reduction 환경하의 thermal CVD 법에서는 기판의 위치는 세라믹 보트로부터 1-15 cm 정도 떨어진 위치에 배치하는데 반하여, 본 발명에서는 기판의 위치는 세라믹 보트 위에 배치하여 수평 ITO 나노와이어를 제조하였다. 세라믹 보트로부터 떨어진 위치에 기판을 배치하면 수평 나노와이어의 밀도가 낮아지게 되고, 길이가 10 μm 이상의 수평 ITO 나노와이어를 제조하기 어렵다. 진공도는 5×10-2~1×10-6 torr 정도까지 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 일례로 5×10-3 torr로 설정하여 수평 ITO 나노와이어를 제조하였다.In the conventional thermal CVD method under the carbothermal reduction environment, the position of the substrate is located at a distance of about 1-15 cm from the ceramic boat, while in the present invention, the position of the substrate is arranged on the ceramic boat to produce the horizontal ITO nanowire. Placing the substrate away from the ceramic boat lowers the density of the horizontal nanowires and makes it difficult to produce horizontal ITO nanowires of lengths greater than 10 μm. It is preferable that the degree of vacuum is maintained at about 5 × 10 -2 to 1 × 10 -6 torr. In the present invention, horizontal ITO nanowires were fabricated by setting to 5 × 10 -3 torr, for example.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 5는 튜브형 전기로의 공정 온도를 설정하고, 수소가 함유된 Ar 가스를 유입하는 단계이다. In the manufacturing method according to the present invention, step 5 is a step of setting the process temperature of the tubular electric furnace and introducing Ar-containing gas.

상기 수평 ITO 나노와이어를 제조하기 위한 공정 온도는 500-900℃이다. 바람직하게는 650-750℃, 특히 바람직하게는 700℃를 유지시키면서 수행하는 것이 바람직하다. 만약, 공정 온도가 500℃ 미만일 경우에는 ITO 분말이 vapor 형태로 증발되지 않는 문제가 있을 수 있고, 900℃ 초과일 경우에는 자가 crao 역할을 하는 Sn이 기판 표면에 증착되지 못하고 모두 증발되는 문제가 있을 수 있다.The process temperature for preparing the horizontal ITO nanowire is 500-900 ° C. Preferably 650 to 750 ° C, and particularly preferably 700 ° C. If the process temperature is less than 500 ° C., there may be a problem that the ITO powder does not evaporate in a vapor form. If the process temperature is higher than 900 ° C., Sn, which serves as a self-crao, can not be deposited on the substrate surface, .

상기 수평 ITO 나노와이어를 제조하기 위한 carrier 가스는 hydrogen reduction 환경을 제공하기 위하여 수소 및 아르곤 혼합가스를 사용할 수 있는데, 수소 가스의 함유량은 0.2~5 중량%일 수 있고, 바람직하게는 3.5-4.5 중량%, 특히 바람직하게는 4 중량%일 수 있다. 만약, 수소 가스의 함유량이 0.2 중량% 미만일 경우 ITO 분말의 환원작용이 매우 제한되는 문제가 있을 수 있고, 5 중량% 초과일 경우 잔류 산소와 반응하여 수소가 폭발할 수 있는 문제가 있을 수 있다.The carrier gas for preparing the horizontal ITO nanowire may be a mixed gas of hydrogen and argon to provide a hydrogen reduction environment. The content of the hydrogen gas may be 0.2 to 5 wt%, preferably 3.5 to 4.5 wt% %, Particularly preferably 4% by weight. If the content of the hydrogen gas is less than 0.2 wt%, the reducing action of the ITO powder may be very limited. If the content of the hydrogen gas is more than 5 wt%, the hydrogen may be explosively reacted with the residual oxygen.

상기 가스의 유량은 5-1000 sccm(standard cubic centimeter per minutes)의 범위에서 사용 가능하나, 바람직하게는 유량을 300-800 sccm으로 유지시키면서 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 증착 압력은 1~50 torr 영역에서 일정하게 유지시키면서 수행할 수 있다.The flow rate of the gas may be in the range of 5-1000 sccm (standard cubic centimeter per minute), but it is preferably carried out while maintaining the flow rate at 300-800 sccm. In addition, the deposition pressure can be maintained at a constant value in the range of 1 to 50 torr.

본 발명에 따른 수평 배열 ITO 나노와이어의 제조방법은 1) 금속 촉매를 사용하지 않으므로 비용이 절감되고, 또한 금속 촉매 불순물이 남지 않아 ITO 나노와이어의 물성이 우수하고, 2) 종래의 금속 촉매를 사용하는 방법에 비해 낮은 공정온도에서 제조가능하므로 비용이 절감되고, 3) hydrogen reduction 환경을 사용하므로, 종래 carbothermal reduction 환경을 사용하는 제조방법으로 제조된 ITO 나노와이어에 탄소가 유입되는 문제를 원천적으로 차단하는 효과가 있다.The method of manufacturing the horizontally aligned ITO nanowire according to the present invention is as follows: 1) since the metal catalyst is not used, the cost is reduced, and the metal catalyst impurities are not left, and the physical properties of the ITO nanowire are excellent; 2) 3) Because hydrogen reduction environment is used, the problem of carbon injection into the ITO nanowires manufactured by the conventional manufacturing method using the carbothermal reduction environment is fundamentally cut off .

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 수평 배열 ITO 나노와이어를 제공한다. 상기 수평 배열 ITO 나노와이어는 20-500 μm 길이와 20-500 nm 크기의 지름을 가지는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a horizontally aligned ITO nanowire fabricated by the above manufacturing method. The horizontally aligned ITO nanowires are characterized by having a length of 20-500 μm and a diameter of 20-500 nm.

나아가, 본 발명은 상기 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 광학소자를 제공한다.Further, the present invention provides an optical element including the horizontally arranged ITO nanowires.

또한, 본 발명은 상기 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 전자소자를 제공한다.The present invention also provides an electronic device including the horizontally arranged ITO nanowires.

나아가, 본 발명은 상기 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 가스 탐침 센서를 제공한다.Further, the present invention provides a gas probe sensor comprising the horizontally arranged ITO nanowires.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

<< 실시예Example 1> 수평 ITO  1> Horizontal ITO 나노와이어의Nanowire 제조 Produce

수평 ITO 나노와이어 시료는 thermal CVD 법을 이용하여 hydrogen reduction 환경하에서 sapphire(0001) 기판 위에 제조되었다. Horizontal ITO nanowire samples were fabricated on a sapphire (0001) substrate under a hydrogen reduction environment using thermal CVD.

구체적으로, 도 1의 튜브형 전기로를 이용하였다. 튜브형 전기로는 3-zone 알루미나 튜브이며 튜브의 직경은 60 mm, 길이는 500 mm이다. 공정온도에 도달하기 전까지는 진공 상태(5×10-3 torr)를 유지하였다.Specifically, the tubular electric furnace of Fig. 1 was used. The tubular electric furnace is a 3-zone alumina tube with a diameter of 60 mm and a length of 500 mm. The vacuum state (5 × 10 -3 torr) was maintained until the process temperature was reached.

공정온도는 650-700℃를 유지하였고, 공정 온도에 도달한 후 ITO 증기(vapor)를 생성하기 위하여 운반가스(carrier gas)를 주입하였는데, H2(4%)+Ar (순도 99.99%) 혼합 가스를 이용하였고, 유량은 500 sccm (standard cubic centimeter per minutes)으로 설정하였다. 수평 ITO 나노와이어 제조시 공정 압력은 10 torr를 유지하였다.The process temperature was maintained at 650-700 ° C. After the process temperature was reached, a carrier gas was injected to produce ITO vapor. H 2 (4%) + Ar (purity 99.99%) mixture Gas was used, and the flow rate was set to 500 sccm (standard cubic centimeter per minute). The process pressure was maintained at 10 torr when manufacturing horizontal ITO nanowires.

공정 유지 시간은 2시간으로 설정하였으며, 2시간 이후에는 혼합가스의 유입을 차단한 후 진공상태로 상온까지 냉각하였다.The process retention time was set to 2 hours, and after 2 hours, the flow of the mixed gas was shut off and the reactor was cooled to room temperature under vacuum.

<< 실험예Experimental Example 1> 수평 ITO  1> Horizontal ITO 나노와이어의Nanowire 동정 Sympathy

실시예 1에서 제조한 수평 ITO 나노와이어는 도 2에 나타낸 바와 같다. The horizontal ITO nanowires prepared in Example 1 are as shown in Fig.

도2 는 실시예1에서 제조한 수평 ITO 나노와이어를 측정한 FE-SEM 이미지이다. 도 2의 (a)는 300배율 FE-SEM 이미지이고, (b)는 1000배율 FE-SEM 이미지이다.2 is an FE-SEM image of the horizontal ITO nanowire prepared in Example 1. FIG. 2 (a) is a 300-magnification FE-SEM image and (b) is a 1000-magnification FE-SEM image.

도 2에 나타난 바와 같이, 기판의 수평 방향으로 길게 성장한 ITO 나노와이어를 확인할 수 있었다. 수평 ITO 나노와이어의 모양은 동그만 모양의 tip 부분과 그 밑으로 길게 뻗어 있는 stem 부분으로 구분되어 성장하고 있는 것을 알 수 있었다. 길이는 대략 20-200 μm 사이이고, 40 μm 길이가 가장 개체수가 많은 것으로 나타났다.As shown in FIG. 2, ITO nanowires grown long in the horizontal direction of the substrate can be identified. The shape of the horizontal ITO nanowire was found to be divided into a tip portion of a cogged shape and a stem portion extending beneath it. The length was between approximately 20 and 200 μm, and the length of 40 μm was the most abundant.

<< 실험예Experimental Example 2> 수평 ITO  2> Horizontal ITO 나노와이어의Nanowire 원소 분포 분석 Elemental distribution analysis

수평 ITO 나노와이어의 성장 메카니즘의 상세한 내용을 이해하기 위하여, 단일 ITO 나노와이어의 원자 분포를 FE-SEM과 EDX (energy dispersive x-ray analysis) 맵핑(mapping)을 통하여 분석하였다. In order to understand the details of the growth mechanism of the horizontal ITO nanowires, atomic distributions of single ITO nanowires were analyzed through FE-SEM and energy dispersive x-ray analysis (EDX) mapping.

도 3은 단일 나노와이어의 조성분포 지도(mapping)를 측정한 이미지를 나타낸다. 도 3(a)는 FE-SEM 이미지이고, 도 3(b)와 3(c)는 In과 Sn의 원소 분포를 나타내는 mapping image이다. In-Lα와 Sn-Lα 특성선을 측정하였다. 3 shows an image obtained by measuring a composition distribution map of a single nanowire. 3 (a) is an FE-SEM image, and FIGS. 3 (b) and 3 (c) are mapping images showing the distribution of elements of In and Sn. In-Lα and Sn-Lα characteristic lines were measured.

도 3에 나타난 바와 같이, 이미지의 빨간색 원호로 표시한 바와 같이 둥그런 tip 부분에는 Sn의 분포가 대부분이고 줄기부분은 In과 Sn이 모두 포함되어 있다. 줄기부분의 In 음영이 Sn 음영보다 월등이 높은 것으로 보아 원했던 것처럼 In2O3에 SnO2가 소량 첨가되어 있음을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 3, as indicated by the red arc of the image, the round tip portion has a distribution of Sn, and the stem portion includes both In and Sn. It was confirmed that a small amount of SnO 2 was added to the In 2 O 3 as the In shade of the stem portion was supposed to be higher than the Sn shade.

도 4는 In과 Sn의 원소분포를 정량적으로 분석한 결과이다. 둥근 모양의 tip 부분과 tip과 줄기의 연결부분인 neck 부분, 그리고 줄기 부분에서 측정한 EDX spectroscopy를 나타내었다. FIG. 4 is a result of quantitative analysis of elemental distributions of In and Sn. EDX spectroscopy, which was measured at the tip of the round shape, at the neck portion, which is the connecting portion of the tip and the stem, and at the stem portion, was shown.

도 4에 나타난 바와 같이, Al과 O의 특성곡선이 두드러지게 나타나는데, 이는 기판으로 사용한 sapphire의 원소로부터 기인한 것이다. 아울러, spectroscopy의 In-Lα와 Sn-Lα 특성 곡선의 면적으로부터 원소 함량을 측정하여 나타내었다. 둥근모양 tip부분은 Sn의 함량이 ~95at% In의 함량은 ~5at% 정도로서 tip은 대부분 Sn으로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 아울러 tip에서는 산소의 함량의 거의 관찰되지 않았다. 통상적인 Au 나노결정을 이용하는 수직배열 ITO 나노와이어와 다르게 본 발명에서는 금속 나노결정 촉매를 사용하지 않았음에도 수평 ITO 나노와이어가 성장하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이는 자가적(self-catalytic)으로 형성된 Sn 나노결정이 촉매로 작용하게 되어 Vapor-Liquid-Solid (VLS) 성장기구를 통하여 나노와이어가 성장하였음을 나타낸다. 둥근모양 tip과 줄기의 경계면인 neck 부분은 오히려 In의 함량이 ~91at%, Sn의 함량이 ~9% 정도로서 원료로 사용했던 ITO 분말의 조성과 거의 일치함을 알 수 있었다. 줄기부분의 원소 분포는 In의 함량이 조금 늘어난 ~92at%, Sn의 함량은 ~8at%로서 Sn의 함량이 조금 낮아지는 경향을 나타내었다. 이는 Sn이 둥근모양 tip 부분에 많이 존재함으로서 반응자리인 tip으로부터 멀어짐으로서 Sn의 양이 줄어드는 경향을 나타낸다. 하지만 전체적으로는 ITO 원소함량과 유사하다. As shown in FIG. 4, the characteristic curves of Al and O are prominent, which is attributed to the sapphire element used as the substrate. In addition, element content was measured from the area of In-Lα and Sn-Lα characteristic curves of spectroscopy. In the round shape tip part, the content of Sn was ~ 95 at% and the content of In was ~ 5 at%. In addition, the content of oxygen was almost not observed in the tip. Unlike conventional ITO nanowires using Au nanocrystals, horizontal ITO nanowires grow in the present invention without using a metal nanocrystal catalyst. This is because the self-catalytic Sn Nanocrystals act as catalysts, indicating that nanowires have grown through the Vapor-Liquid-Solid (VLS) growth mechanism. The neck part, which is the interface between the round shape tip and the stem, is almost equal to the composition of the ITO powder used as the raw material since the content of In is ~ 91 at% and the content of Sn is ~ 9%. The elemental distribution in the stem part showed a tendency that the content of Sn was slightly lowered to ~ 92 at%, and the content of Sn was ~ 8 at%. This is because the Sn exists in the round tip part, and thus the amount of Sn tends to decrease as it moves away from the reaction site tip. But overall it is similar to the ITO element content.

즉, 상기의 도 3과 도 4를 통하여 수평 ITO 나노와이어의 성장은 Sn 나노결정을 촉매로 하여 Self-catalytic VLS 성장기구에 의하여 제조 가능함을 알 수 있었다. 본 발명에 따른 Hydrogen reduction 환경에서는 ITO 분말에서 In+, In3 + 이온 형태로 vapor가 쉽게 형성된다. 아울러 Sn2 +, Sn4 + 이온 형태의 vapor가 쉽게 생성될 수 있고, 제조 공정 온도에서 이러한 이온화된 Sn vapor는 비평형 상태로 존재하고 기판에 흡착되었을 때 서로 합쳐져서 안정한 Sn 나노 결정 형태로 존재하게 된다. 3 and 4, it was found that the growth of the horizontal ITO nanowires can be performed by a self-catalytic VLS growth mechanism using Sn nanocrystals as catalysts. In the hydrogen reduction environment according to the present invention, vapor is easily formed in the form of In + and In 3 + ions in the ITO powder. In addition, the vapor of Sn 2 + and Sn 4 + ions can be easily formed, and the ionized Sn vapor exists at an unbalanced state at the manufacturing process temperature, and when combined with the substrate, it forms a stable Sn nanocrystal do.

도 5는 초기의 self-catalytic VLS 성장기구를 확인할 수 있는 FE-SEM 이미지이다. 도 5(a)는 처음 형성된 Sn 나노 결정을 보여주고 있다. 5(b)는 ITO 줄기 부분이 형성되어 둥근모양 tip으로부터 성장하는 초기 단계를 보여주고, 이후 5(c)에서 보는 바와 같이 줄기 부분이 계속해서 성장하게 된다.FIG. 5 is an FE-SEM image showing an initial self-catalytic VLS growth mechanism. 5 (a) shows the Sn nanocrystals initially formed. 5 (b) shows the initial stage in which the ITO stem is formed and grows from the round tip, and then the stem continues to grow as shown in Fig. 5 (c).

<< 실험예Experimental Example 3> 수평 ITO  3> Horizontal ITO 나노와이어의Nanowire XRDXRD 분석 analysis

수평 ITO 나노와이어의 결정학 특성을 분석하기 위하여 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 실험을 수행하였다.X-ray diffraction (XRD) experiments were conducted to analyze the crystallographic properties of the horizontal ITO nanowires.

구체적으로, 실시예 1에서 제조한 수평 ITO 나노와이어 시료를 XRD 분석하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. Specifically, the horizontal ITO nanowire samples prepared in Example 1 were subjected to XRD analysis, and the results are shown in FIG.

도 6은 실시예 1에서 제조한 수평 ITO 나노와이어 시표를 XRD로 분석한 그래프이다.Fig. 6 is a graph of XRD analysis of the horizontal ITO nanowire target prepared in Example 1. Fig.

도 6에 나타난 바와 같이, Qz=2.902 Å-1에서 sapphire(006) Bragg peak를 확인하였다. C-cut sapphire(0001)는 본 발명의 예시에서 기판으로 사용되었다. ITO 나노와이어에 해당하는 여러 개의 Bragg peak가 관찰되었다. Qz=2.1508 Å-1, Qz=2.4832 Å-1, Qz=4.3 Å-1, Qz=4.9654 Å-1에서 peak가 측정되었다. 이는 각각 ITO 결정의 (222), (400), (444), (800)에 해당한다. BCC 구조를 갖는 ITO는 (222), (400)가 높은 면밀도를 갖는 결정면이다. 특히 sapphire(0001) 기판위에 증착한 ITO 박막의 경우 (222) 면으로 우선 성장하고, 에피택셜 관계를 형성한다. 이는 sapphire 기판과 ITO의 격자 불일치가 최소화할 수 있는 결정면이 (222) 면이기 때문이다. 또한, In(101) (Qz=2.3096 Å-1) peak와 Sn(220) (Qz=2.743 Å-1) peak가 약하게 관찰되었는데, 이는 둥근모양 tip에서 기인한 것으로 판단된다.As shown in FIG. 6, a sapphire (006) Bragg peak was observed at Q z = 2.902 Å -1 . C-cut sapphire (0001) was used as a substrate in the example of the present invention. Several Bragg peaks corresponding to ITO nanowires were observed. Peaks were measured at Q z = 2.1508 Å -1 , Q z = 2.4832 Å -1 , Q z = 4.3 Å -1 , and Q z = 4.9654 Å -1 . This corresponds to (222), (400), (444), and (800) of the ITO crystal, respectively. ITO having a BCC structure is a crystal plane having (222) and (400) high surface density. Especially, ITO thin films grown on sapphire (0001) substrates grow first with (222) planes and form epitaxial relationships. This is because the crystal plane (222) plane in which lattice mismatch between sapphire substrate and ITO can be minimized. In addition, the peak of In (101) (Q z = 2.3096 Å -1 ) and the peak of Sn (220) (Q z = 2.743 Å -1 ) were observed to be weak due to the round shape tip.

수평 ITO 나노와이어의 결정의 품질의 분석하기 위하여 ITO(222), ITO(400) Bragg peak에서 θrocking curve를 측정하여 결과를 도 7에 나타내었다. Rocking curve의 반치폭 (Full Width at Half Maximum, FWHM)은 결정면이 기판의 수직방향으로부터 벗어난 정도를 나타내는 mosaicity에 해당한다. ITO(222) 면의 FWHM=0.0947°이고 ITO(400) 면의 FWHM=0.0454°이다. 이는, 본 발명에서 제조한 수평 ITO 나노와이어의 품질이 매우 우수하다는 것을 나타낸다. Sapphire(0006) 면의 FWHM=0.005°이고, 품질이 우수한 박막의 경우 FWHM=0.1° 정도이다.In order to analyze the crystal quality of the horizontal ITO nanowire, the θrocking curve was measured at the ITO (222) and ITO (400) Bragg peaks, and the results are shown in FIG. The full width at half maximum (FWHM) of the rocking curve corresponds to the mosaicity indicating the degree to which the crystal plane deviates from the vertical direction of the substrate. The FWHM of the ITO (222) plane is 0.0947 degrees and the FWHM of the ITO (400) plane is 0.0454 degrees. This indicates that the quality of the horizontal ITO nanowire produced in the present invention is very good. FWHM = 0.005 ° for Sapphire (0006) plane and FWHM = 0.1 ° for thin film with good quality.

<< 실험예Experimental Example 4> 수평 ITO  4> Horizontal ITO 나노와이어의Nanowire TEMTEM 분석 analysis

수평 ITO 나노와이어의 극미세 원자구조 특성을 분석하기 위하여 고분해능 투과전자현미경 (transmission electron microscopy, TEM) 분석을 수행하였다. 도 8은 단일 수평 ITO 나노와이어의 TEM 이미지를 나타내었다. High - resolution transmission electron microscopy (TEM) analysis was performed to analyze the ultrafine atomic structure of horizontal ITO nanowires. Figure 8 shows a TEM image of a single horizontal ITO nanowire.

도 8은 실시예 1에서 제조한 수평 ITO 나노와이어 시료를 TEM으로 분석한 결과이다.8 is a TEM analysis of the horizontal ITO nanowire samples prepared in Example 1. FIG.

도 8에 나타난 바와 같이, ITO 나노와이어는 크게 둥근모양 tip, 줄기부분인 stem, 그리고 tip과 stem 사이를 연결하는 neck 부분으로 구분할 수 있다. 둥근모양 tip은 tetragonal Sn 나노결정에 해당하는 원자 분포를 나타내는데, Sn 단결정이 주로 관찰되었다. Neck과 stem 부분도 완벽하게 규칙적인 원자구조를 나타내는데, 이는 ITO과 고품질 단결정으로 성장하였다는 것을 나타낸다.As shown in Fig. 8, the ITO nanowires can be classified into a round shape tip, a stem as a stem, and a neck portion connecting a tip and a stem. The round shape tip shows the atomic distribution corresponding to tetragonal Sn nanocrystals, mainly Sn single crystals. Neck and stem parts also exhibit perfectly regular atomic structures, which indicate that they have grown to ITO and high quality single crystals.

<< 실험예Experimental Example 5> 수평 ITO  5> Horizontal ITO 나노와이어의Nanowire 광학적 특성 분석 Optical characterization

실시예 1에서 제조한 수평 ITO 나노와이어의 광학적 특성 분석 결과를 도 9에 나타내었다.FIG. 9 shows the optical characteristic analysis results of the horizontal ITO nanowires prepared in Example 1. FIG.

구체적으로, 광학적 특성은 micro-Raman spectroscopy 분석을 통하여 규명하였는데, 광원은 514 nm Ar gas laser를 이용하여 방출되는 빛의 spectrum을 CCD(charge coupled device) 검출기를 이용하여 측정하였다. 분광기는 1800 gr/mm의 분해능을 갖는다. Spectrum은 100~1000 cm-1 구간에서 측정하였다. 노출시간은 2초로 분석하였다. Specifically, the optical characteristics were determined by micro-Raman spectroscopy analysis. The spectrum of the light emitted by the 514 nm Ar gas laser was measured using a CCD (charge coupled device) detector. The spectrometer has a resolution of 1800 gr / mm. Spectrum was measured at 100-1000 cm -1 . The exposure time was analyzed as 2 seconds.

도 9는 실시예 1에서 제조한 수평 ITO 나노와이어 시료의 micro-Raman spectroscopy 분석 그래프이다. 9 is a micro-Raman spectroscopy analysis graph of the horizontal ITO nanowire samples prepared in Example 1. FIG.

도 9에 나타낸 바와 같이, 분석 결과 wave number=133, 307, 367, 496, 630 cm-1에서 피크가 관찰되었다. 통상적으로 9:1 조성비를 갖는 ITO는 In2O3와 거의 유사한 결정학적 원자구조를 갖기 때문에 Raman spectroscopy 결과 또한 In2O3 단결정과 매우 유사하다. 따라서 통상적인 ITO 나노와이어의 spectrum은 4Ag+4Eg+14Tg+5Au+5Eu+16Tu과 같이 표현되는 BCC 구조를 갖는 단결정 ITO 임을 확인할 수 있었다. Rhombohedral 구조를 갖는 ITO 단결정의 Raman spectrum은 각각 164, 180, 220, 272, 387, 504, 593, 644 cm-1 위치에서 관찰된다.As shown in FIG. 9, peaks were observed at wave number = 133, 307, 367, 496 and 630 cm -1 . Typically 9: ITO having a composition ratio of 1 is very similar to the Raman spectroscopy results also In 2 O 3 single crystal since it has a crystallographic atomic structure substantially similar to the In 2 O 3. Therefore, it was confirmed that the spectrum of a typical ITO nanowire is a single crystal ITO having a BCC structure represented by 4Ag + 4Eg + 14Tg + 5Au + 5Eu + 16Tu. Raman spectra of ITO single crystals with rhombohedral structure are observed at 164, 180, 220, 272, 387, 504, 593 and 644 cm -1 , respectively.

특히, 낮은 주파수 영역인 133 cm-1에서 관찰한 강한 피크는 BCC 구조인 단결정 ITO의 vibration mode를 관측한 것인데, 이 피크의 FWHM 값은 2.83 cm- 1으로 고품질의 단결정임을 나타낸다.In particular, the strongest peak observed in the low frequency region of 133 cm -1 is observed geotinde the BCC structure of the single crystal ITO vibration mode, FWHM of the peak value is 2.83 cm - indicates that the quality of the single crystal to one.

Claims (13)

ITO(Indium-Tin-Oxide) 분말을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 ITO 분말을 세라믹 보트에 담는 단계(단계 2);
세라믹 보트 위에 기판을 배치하는 단계(단계 3);
세라믹 보트와 기판을 튜브형 전기로에 위치하고 진공을 유지하는 단계(단계 4); 및
튜브형 전기로의 공정 온도를 500-900℃로 설정하고, 수소가 함유된 Ar 가스를 유입하는 단계(단계 5);를 포함하고,
상기 단계 5의 수소가 함유된 Ar 가스에서 수소(H2) 가스의 함량은 0.2-5 중량%인 것을 특징으로 하는 수평 배열 ITO 나노와이어의 제조방법.
Preparing an indium-tin-oxide (ITO) powder (step 1);
The step of placing the ITO powder of the step 1 in a ceramic boat (step 2);
Placing the substrate on the ceramic boat (step 3);
Placing the ceramic boat and the substrate in a tubular electric furnace and maintaining a vacuum (step 4); And
(Step 5) of setting the process temperature of the tubular electric furnace at 500-900 DEG C and introducing hydrogen-containing Ar gas,
Wherein the content of hydrogen (H 2 ) gas in the hydrogen-containing Ar gas in step 5 is 0.2-5 wt%.
제1항에 있어서,
상기 ITO 분말은 In2O3 분말 및 SnO2 분말의 혼합분말, In2O3 분말 및 SnO 분말의 혼합분말, 또는 In2O3 분말 및 Sn 분말의 혼합분말인 것을 특징으로 하는 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ITO powder is a mixed powder of In 2 O 3 powder and SnO 2 powder, a mixed powder of In 2 O 3 powder and SnO powder, or a mixed powder of In 2 O 3 powder and Sn powder.
제2항에 있어서,
상기 ITO 분말에서 In 원소 대비 Sn 원소의 백분율은 1-20 at%인 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the percentage of Sn element relative to In element in the ITO powder is 1-20 at%.
제3항에 있어서,
상기 ITO 분말에서 In 원소 대비 Sn 원소의 백분율은 8-12 at%인 것을 특징으로 하는 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the percentage of Sn element relative to In element in the ITO powder is 8-12 at%.
제1항에 있어서,
상기 기판은 ZnO, Si, Ge, GaN, InP, Sapphire, InP, GaAs, GaP, Si3N4, SiO2, SiC, Ga2O3 및 유리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 원소로 구성되는 기판인 것을 특징으로 하는 제조방법.
The method according to claim 1,
The substrate ZnO, Si, Ge, GaN, InP, Sapphire, InP, GaAs, GaP, Si 3 N 4, SiO 2, SiC, Ga 2 O 3 and consisting of a one element selected from the group consisting of glass Lt; / RTI &gt; substrate.
제1항에 있어서,
상기 단계 4의 진공은 5×10-2 내지 1×10-6 torr인 것을 특징으로 하는 제조방법.
The method according to claim 1,
And the vacuum of step 4 is 5 x 10 -2 to 1 x 10 -6 torr.
제1항에 있어서,
상기 단계 5의 공정 온도는 650-750 ℃인 것을 특징으로 하는 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the process temperature of step 5 is 650-750 占 폚.
삭제delete 제1항있어서,
상기 단계 5의 가스 유량은 5-1000 sccm(standard cubic centimeter per minutes)인 것을 특징으로 하는 제조방법.
The method of claim 1,
Wherein the gas flow rate in step 5 is 5-1000 sccm (standard cubic centimeter per minute).
제1항의 제조방법으로 제조되는 수평 배열 ITO 나노와이어.
A horizontally aligned ITO nanowire fabricated by the method of claim 1.
제10항의 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 광학소자.
An optical element comprising the horizontally arranged ITO nanowires of claim 10.
제10항의 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 전자소자.
An electronic device comprising the horizontally aligned ITO nanowires of claim 10.
제10항의 수평 배열 ITO 나노와이어를 포함하는 가스 탐침 센서.A gas probe sensor comprising the horizontally aligned ITO nanowires of claim 10.
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