일반기술

산화아연계 나노바늘, 이의 제법 및 이를 이용한 전기 소자

산화아연(ZnO)계 나노바늘, 이의 제법 및 이를 이용한 전계방출 소자(Field Emission Display, FED)에 관한 것이다.유기금속 화학증착법(Metal Organic Chemical Deposition, MOCVD)에 의해 제조된 산화아연계 나노바늘은 한쪽 끝의 곡률반경이 수 나노미터 이하로 매우 예리하기 때문에 다음과 같은 특성이 있다. ①전계방출 특성이 우수하여 전계방출 에미터(emitter)로 사용될 수 있다.②촉매를 사용하지 않는 유기금속 화학증착법에 의해 성장되므로 결함이 적다.③결정성이 매우 우수하다.④면적이 큰 기판 상에서도 길이, 두께 및 밀도분포가 균일하게 수직 방향으로 잘 배향되기 때문에 차세대 평판 디스플레이인 전계방출 소자 등에 유리하게 이용될 수 있다. 본 발명의 목적은 에칭과 같은 후작업이 필요 없이 곧바로 팁의 끝이 뾰족하고, 면적이 큰 다양한 기판 상에서도 길이, 두께 및 밀도분포가 균일하게 수직방향으로 용이하게 성장되고, 전계방출 특성이 우수한 산화아연계 나노바늘을 제공하는 것이다. - 기존의 기술 및 문제점본 발명은 산화아연계 나노바늘, 이의 제법 및 이를 이용한 전계방출 소자에 관한 것으로, 구체적으로는 유기금속 화학증착법에 의해 제조되는, 길이 20 nm 이상 및 곡률반경 수 나노미터 이하인 매우 예리한 끝을 가진 산화아연계 나노바늘에 관한 것이다.①기존의 발명의 경우 몰리브덴, 텅스텐과 같은 금속 소재를 사용하는 경우에는 장시간 작동시 잔류가스에 의한 전계방출 특성의 열화현상과 전계방출로 인하여 생성되는 이온에 의한 충돌로 전계방출 에미터가 쉽게 파괴되는 등 열적 안정성 및 내구성 등에 문제가 있고, 실리콘 소재를 사용하는 경우에는 기판을 탑-다운(top-down) 방식으로 에칭하기 때문에 에미터를 소형화하는데 한계가 있고, 고비용화를 피할 수 없다는 문제점이 있다.②이러한 문제점을 해결하기 위한 대체물질로서 탄소 나노튜브같이 종횡비가 큰 1차원 나노소재들이 각광을 받았다. 그러나, 탄소 나노튜브는 소재 자체가 갖는 안정성에도 불구하고, 면적이 큰 기판 상에 길이와 밀도가 균일하게 수직 방향으로 성장시키는 것이 어렵다. ③탄소 나노튜브를 템플레이트(template)를 이용하여 성장시키는 경우에는 결정성이 나빠지고, 이를 이용한 전계방출 소자 제조시 제조 공정이 복잡해지고 비용이 많이 든다는 단점이 있다.④상기 1차원 산화아연계 나노구조 중, 금속촉매를 사용하는 기상이송법을 이용하여 성장시킨 ZnO 나노선의 경우에는 금속 촉매가 나노 팁의 끝에 남아있어 팁의 끝이 평평해지기 때문에 전계 향상 계수(field enhancement factor, β)를 향상시키는데 한계가 있고, 에칭을 통해 팁의 형상을 뾰족하게 만드는 후작업이 필요하다는 단점이 있다.- 본 발명의 특징금속 촉매를 사용하지 않는 유기금속 화학증착법에 의해 곡률 반경이 수 옹스트롬 내지 수 나노미터인 예리한 끝을 갖고, 길이, 두께 및 밀도분포가 균일하게 수직방향으로 배향되는 산화아연계 나노바늘을 용이하게 제조할 수 있고, 이를 이용하여 낮은 턴온(turn-on) 전압과 높은 전계향상 계수(β)를 갖는 고효율 전계방출 소자를 제조할 수 있다.