저온 상압 화학 기상 증착시 교류전압이 실리콘 나노와이어의 합성에 미치는 영향

Abstract

큰 종횡비(aspect ratio)를 가진 나노와이어(nanowire)는 최근 수 십 년 간, bulk 재료와는 다른 특수한 물성으로 인하여 큰 주목을 받아오고 있다. 우수한 전기적, 광학적 성질을 나타내는 반도체 나노와이어는 나노 스케일의 FET(field effect transistor), LED(light emitting diode), 센서 등 여러 분야에 적용될 수 있게 많은 연구가 진행중에 있다. 특히 실리콘 반도체 산업은 이미 고도화로 발전되어 있기 때문에 실리콘 나노와이어를 다양하게 적용 할 수 있다는 점에서 중요하다. 현재 대부분의 산업에서 주목하고 있는 부분은 투명한 유리 위에 실리콘 박막이나 나노와이어를 증착하는 것이다. 이는 유리의 특성상 저온공정이 필요한데 주로 플라즈마를 이용한 증착방법을 통해 저온에서 유리 위에 실리콘을 증착하고 있다. 하지만 이보다 장치가 비교적 간단하고 비용이 절감될 수 있는 상압 화학 기상 증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition) 에서는 저온에서 유리 위에 실리콘 나노와이어의 증착이 굉장히 힘들다. 본 연구의 목적은 기상에 존재하는 하전된 나노입자(charged nanoparticles)를 교류 전압을 이용하여 저온에서 이미지 포스가 약한 유리 기판 위에 상압 화학 기상 증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition)법을 통하여 실리콘 나노와이어를 증착하는 것이다. 먼저 기상에 하전된 나노입자의 존재유무를 DMA(Differential Mobility Analyzer)를 이용하여 확인하였고, 저온지역에서 실리콘 나노와이어를 성장시키기 위해 교류전압 4 (Alternative Bias)를 통하여 실리콘 나노 입자 들을 이미지포스가 작은 유리 위에 증착하였다. 교류전압의 세기에 변화를 주어 유리 기판 위에 증착되는 하전된 나노입자들의 단위면적당 개수나 분포를 FESEM을 통해 확인하였다. 또한 이미 증착이 이루어진 실리콘 입자들과 유리의 이미지포스 차이로 인해 이미 증착된 실리콘 위에 기상의 실리콘들이 증착되었고 정전기적인 에너지로 인해 실리콘 나노와이어가 성장하여 결국 증착이 이루어 지지 않는 상압 화학 기상 증착법 저온 지역에서 실리콘 나노와이어가 생성되는 실험을 진행하였다. 이러한 실험결과를 통하여 하전된 나노 입자와 교류전압을 통해 선택적 증착현상으로 인해 증착이 되지 않던 저온에서 유리 위에 실리콘 나노와이어를 증착시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 직접적인 유리 위에서 나노와이어가 성장되기 보다는 미리 증착된 실리콘 나노 입자들을 통해 나노와이어가 성장되므로 초기 실리콘 나노 입자들을 교류전압을 통하여 고르게 분포시킨다면 유리 위에 저온에서 고른 실리콘 나노와이어를 성장시킬 수 있다는 것을 알수 있었다.