Silicon nanowire의 합성

재료공학실험 결과보고서
- Silicon nanowire의 합성 -

1. Silicon nanowire를 합성하는 여러 방법에 대한 조사.

1) vapor-liquid-solid (VLS) growth

- 이 방식은 현재까지 nanowire를 만드는데 가장 잘 알려진 방법이다. 가장 먼저 촉매로서 금의 나노 입자가 실리콘 웨이퍼 위에 도포되고, 이 웨이퍼는 진공 체임버 안에서 금과 시리콘의 공융점이상의 온도로 가열된다.(이상 annealing) 가열 후 실리콘의 가스 소스인 SiH4, Si2H6 또는 SiCL4가 체임버 안에 도입되고 높은 온도로 인해 실리콘과 그 외 분자로 열 분해된다. 이 때 생성된 실리콘 입자들은 금-실리콘 공융 액체혼합물에 녹아들어간다. 여기서 녹아들어갈 수 있는 실리콘의 양이 한정되어 있으므로 (Si는 약 18wt%) 주입된 Si는 바닥에 침전된다. 이 과정의 결과로 금 입자가 실리콘 nanowire 위에 매달린 형태의 nanowire가 형성 된다.

2) LGC (laser assisted catalytic growth)

- 결정 성장 초기 때 핵이 생성되고 이 핵의 성장으로 nanowire가 만들어지려면 나노미터 크기의 촉매 방울을 만들어야하는데 이것을 laser를 이용해 하는 방식이다. 가열된 튜브 내에 촉매와 원료복합물 타깃에 laser를 조준해서 조사하면 물질이 증발, 응축하여 nanowire가 성장한다. 이 때 튜브 내의 carrier gas(Ar, H₂등)의 압력을 조절하면 증발된 기체가 응축되는 속도와 클러스터의 크기를 조절할 수 있다.
액체 합금 방울에 nanowire 성분이 확산되면 합금 내의 nanowire 성분이 과포화상태가 되고 이에 결국 나노물질의 핵이 생성된다. 이 과정이 계속되면 free energy를 최소화 하려고 최초 핵 위치에서 wire형태로 자라게 된다.

3) self-catalytic VLS

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4) Solution-Phase에서의 nanowire 성장

2. Silicon nanowire가 사용될 수 있는 응용 분야에 대해 조사.