Novel nano-structures by Atomic Layer Deposition for energy and environmental applications

Abstract

Atomic layer deposition (ALD) provides an elegant, efficient and well controllable way to coat high aspect ratio nanostructures with a homogeneous and conformal film of precisely defined thickness. As such, it is ideally suited for the fabrication of complex heterostructures and functional materials. ALD is based on a reaction between precursor materials, which are separated into successive surface reactions. In this manner, the reactants are kept separated and react with surface species in a self-limiting process, i.e. without the presence of a gas phase reactions. Each surface reaction is separated by a purge step to remove the unreacted precursor and the by-product. In this thesis, two structures (Al2O3/TiO2 nanotubes arrays for DSSCs and TiO2 on CNTs for gas sensing) fabricated by ALD will be introduced. Properties and applications in the field of DSSCs and gas sensing will be discussed. Especially, the role of very thin and well calibrated film by ALD in those applications will be highlighted.

비교적 정확한 두께의 조절이 가능한 원자층증착법은 높은 종횡비를 가지는 나노구조체에 균일한 증착이 가능한 효과적인 증착법이다. 이러한 점은 원자층증착법을 복잡한 나노구조체와 기능성 물질을 만드는데 적합한 도구로 만들어준다. 원자층증착법은 개별적으로 진행되는 전구체 물질의 표면반응을 기초로 하여 자가제한적반응이 이루어진다. 각 표면반응은 반응하고 남아있는 전구체와 부생성물을 없애기 위해 실행하는 퍼지 단계를 기준으로 나뉘어 진다. 본 논문에서는 원자층증착법을 이용하여 에너지 분야에서는 염료감응형 태양전지에 사용가능한 알루미늄 옥사이드/이산화티타늄 나노구조체와 환경 분야에서는 가스 검출을 위하여 카본나노튜브에 이산화티타늄을 증착한 구조체의 성질을 소개하였다. 특히, 원자층증착법을 이용하여 만들어진 박막의 각 응용분야에 대한 역할을 중점적으로 소개하였다.