Fabricataion of Flexible UV Photodetector Array Using ZnO Nanotubes Grown on Graphene Films

Abstract

2D materials including CVD graphene films and CVD single crystalline hexagonal Boron-Nitride (hBN) was grown on metal substrate and transferred to arbitrary substrate. Single crystalline hBN films are characterized by Optical microscopy and Raman spectroscopy and AFM technique. In addition, ZnO nanotube was grown on CVD graphene films, CVD single crystalline hBN films and AlN substrate by combination of bottom-up MOCVD technique and top-down growth mask etching technique. Each ZnO crystal growth result is characterized by SEM. Furthermore, using ZnO nanotubes grown on graphene films flexible and addressable ultraviolet photodetector array was fabricated. To fabricate the ZnO nanotube arrays, both position- and morphology-controlled ZnO nanotubes were grown on a chemical vapor deposited (CVD) graphene layers using metal organic chemical vapor deposition. After preparing 9-μm-long ZnO nanotubes on CVD graphene layers, 5-μm-thick polyimide(PI) layers were coated on the nanorods and then they were peeled off from the substrate by simple mechanical exfoliation technique, which yielded free-standing and ultrathin layers consisted of ZnO nanorods and graphene. Then, top and bottom electrodes were made depositing Au on ZnO nanorod tips and Cr/Au on graphene, respectively. Photodetector characteristics including photo response and flexibility was characterized.

이 논문에서는 자체 제작한 금속-유기물 화학 기상 증착 장비를 이용하여 마찬가지로 실험실에서 제작한 다중 층 그래핀 위에 산화 아연 나노 구조를 성장하여 이를 이용해 유연성 자외선 검출기를 제작하고 그 특성을 평가하였다. 화학 기상 증착법을 이용한 다중 층 그래핀과 대기압 화학 기상 증착법으로 제작한 단결정 육방정계 질화 붕소 등 2차원 물질을 고온 벽로 장비를 이용하여 금속박 위에 합성했음을 보였다. 제작된 2차월 물질 위에 금속 유기물 화학 기상 증착법을 이용하여 산화 아연 나노 구조를 성장하였다. 또한 산화 아연 나노 구조 성장에 영향을 주는 요소들을 조절하여 성장 결과를 확인하고 성장 조건을 확립하였다. 성장된 산화 아연 나노 막대 어레이와 폴리 이미드 폴리머를 이용하여 기판에서 유연한 폴리 이미드 층을 분리 하였다. 분리된 층에 전자 빔 리소그래피와 금속 증착 장비를 이용하여 전극을 제작하여 그래핀 상에 길러진 산화아연 나노 막대를 이용한 유연성 자외선 검출기를 제작하였다. 365 nm 에서 피크 세기를 갖는 자외선 발광 다이오드를 이용하여 자외선에 노출된 환경에서 동작하는 소자의 전류-전압 곡선, 일정한 전압에서 전류-시간 곡선을 구함으로써 제작된 소자의 유연한 자외선 검출기로서의 성능을 확인하였다.