Controlled Growth of Multi-walled Carbon Nanotubes Using Arrays of Ni Nanoparticles

지승묵,이태진,방재호,홍영규,김한철,하동한,김창수,구자용,Ji, Seung-Muk,Lee, Tae-Jin,Bahng, Jae-Ho,Hong, Young-Kyu,Kim, Han-Chul,Ha, Dong-Han,Kim, Chang-Soo,Koo, Ja-Yong The Korean Vacuum Society 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.5

화학기상증착법과 Ni 나노입자 배열을 이용한 탄소나노튜브의 최적 성장 조건을 연구했다. Ni 입자의 크기를 변화시키는 방법으로 탄소나노튜브의 직경을 20 nm 이하까지 제어할 수 있었다. 개별 Ni 입자의 크기와 위치는 기존의 식각법 등을 이용하여 웨이퍼 수준의 대면적에서 연속적으로 제어가 가능하였다. 성장온도, 탄소원, 희석가스 등의 비율을 최적화 함으로써 $SiO_2/Si$ 웨이퍼의 넓은 면적에서 각 Ni 입자로부터 단 한 개씩의 탄소나노튜브가 100% 확률로 성장 가능하다는 것을 보였다. 탄소나노튜브의 위치, 직경, 벽두께 등의 특성들은 성장조건을 조정하여 제어가능하다는 것을 보였다. We have investigated the optimal growth conditions of carbon nanotubes (CNTs) using the chemical vapor deposition and the Ni nanoparticle arrays. The diameter of the CNT is shown to be controlled down to below 20 nm by changing the size of Ni particle. The position and size of Ni particles are controlled continuously by using wafer-scale compatible methods such as lithography, ion-milling, and chemical etching. Using optimal growth conditions of temperature, carbon feedstock, and carrier gases, we have demonstrated that an individual CNT can be grown from each Ni nanoparticle with almost 100% probability over wide area of $SiO_2/Si$ wafer. The position, diameter, and wall thickness of the CNT are shown to be controlled by adjusting the growth conditions.

GaAs(001) 기판위에 에피성장된 CdTe 박막의 격자변형 효과에 대한 분광타원해석적 연구

김광주 ( Kwang Joo Kim ),방재호 ( Jae Ho Bahng ) 건국대학교 기초과학연구소 1996 理學論集 Vol.21 No.-

GaAs(00l) 기판, 위에 hot-wall epitaxy 방법을 이용하여 4.2 및 8.5 μm의 두께로 성장되어진 CdTe 박막들에 대하여 분광타윈해석법을 이용한 유진함수를 1.6 ~ 4.1 eV 영역에서 측정하여 bulk CdTe(00l) 시료에서의 측정 결과와 비교하였다. 측정 결과들에 대한 분석 결과 박막들에 대한 E1 및 E1+△1 밴드간 전이에너지가 bulk CdTe에서의 위치인 3.3 및 3.8 eV와 비교하여 고에너지 쪽으로 이동하는 것이 발견되었다. 이와 같은 전이구조의 이동에 대한 정량적인 분석을 위하여 유전함수의 2차 미분값들에 대한 critical-pointl해석을 수행하였고 그 결과 두 밴드간 전이구조의 에너지기 4.2-μm 박막의 경우 bulk CdTe에서의 값과 비교하여 8 meV만큼 고에너지 쪽으로 이동함을 알아내었다. 이와 같은 밴드간 전이의 critical-point 에너지 이동은 CdTe 박막에 대한 격자변형 텐소의 hydrostatic 성분에 의한 것으로 해석되어지며 shear 성분의 경우는 매우 큰 spin-orbit splitting(△1)의 값으로 인하여 에너지 이동에 기여함이 무시할 만한 것으로 해석되어진다. Ellipsometrically measured dielectric functions of CdTe films grown on GaAs(00l) substrates by hot-wall epitaxy to thicknesses of 4.2 and 8.5 μm have been compared with those of a (00l)-oriented bulk CdTe in the 1.6~4.1 eV region. It is found that for the films the E1 and E1+△l interband structures near 3.3 and 3.8 eV respectively in the dielectric function spectra tend to shift to slightly higher photon energies compared to those of the bulk. A critical-point analysis of the two interband structures has been performed for the second derivatives of the dielectric function spectra. The critical-point energies of the two, structures for the 4.2-μm film are found to shift to higher energies by 8 meV from those for the bulk. The critical-point energy shifts can be explained in terms of the widening of the energy gap between the conduction and valence bands due to the hydrostatic contribution of the strain tensor in the film with the shear contribution unresolved due to the large spin-orbit splitting △1

격자변형 및 완화된 Si(1-x)Ge(x) 합금에 대한 분광타원해석적 연구

김광주 ( Kwang Joo Kim ),방재호 ( Jae Ho Bahng ),박정현 ( Jung Hyun Park ),곽철영 ( Chul Young Kwak ) 건국대학교 기초과학연구소 1996 理學論集 Vol.21 No.-

Si(00l) 기관위에 에피성정된 격자변형 및 격자완화된 Si(1-x)Ge(x) (0.07 ≤ x ≤ 0.23) 합금에 대한 유효 유진함수들이 분광타원해석법을 이용하여 상온에서 2 ~ 5.3 eV 에너지 영역에서 측정되었다. 격자완화된 Si(l-x)Ge(x)의 경우 3.4 eV 근처에서 나타나는 Eo, El 및 El+△1 밴드간 전이에 의한 진이구조는 Ge 성분비가 증가함에 따라 점차 지에너지 쪽으로 이동하고 4.2 eV 근처에 나타나는 E2 밴드간 진이에 의한 전이구조는 거의 변화하지 않는 것이 발견되었디. 격자변형된 Si(1-x)Ge(x)의 경우 3.4 eV 근처에서 나타나는 전이구조의 지에너지 이동이 격자완화된 경우와 비교하여 적은 것으로 판명되었다. 시료들의 유효유전함수들에 대한 2차 미분 결과들에 대한 line-shape analysis틀 수행하여 Eo``, E1 및 E1+△l 전이구조들의 에너지 이동을 조사하였다. 조사 결과 Eo` 전이구조의 저에너지 이동이 El 및 El+△l 전이구조의 이동에 비하여 큰 것으로 나타났고 이동비율은 격자변형된 시료들에서 큰 것으로 나타났다. 또한 격자 변형된 합금에서의 전이구조들의 에너지가 격자완화된 합금에서와 비교하여 고에너지 쪽으로 이동하였다. 이와 같은 격자변형된 합금에서의 에너지 이동은 deformation potential 이론에 의한 예측 결과와 일치하였다. Pseudodielectric functions of strained and relaxed Si(1-x)Ge(x) (0.07 ≤ x ≤ 0.23) alloys grown epitaxially on Si(00l) substrates have been, measured ellipsometrically at room temperature in the 2 ~ 5.3 eV photon energy region. For the relaxed Si(1-x)Ge(x) alloys, the structure at about 3.4 eV due to the E0, E1, and E1+△1 interband transitions is found to shift gradually to lower energies as the Ge composition increases while the 4.2eV structure due to the E2 interband transitions remains at about the same energy. On the other hand, for the strained alloys, the rate of the low-energy shift of the 3.4-eV structure for increasing Ge composition is found to be smaller than that for the relaxed alloys. A line-shape analysis on the numerical second derivative spectra of the pseudodielectric functions have been performed and the critical-point energies of the Eo`, E1, and E1+△1 transition edges for the strained and relaxed samples are obtained. Results of the line-shape analysis indicate that the rate of decrease of the E0 energy for increasing Ge composition is bigger than those of the E1 and E1+△1 energies for both the relaxed and strained samples with the difference being bigger for the strained samples. Also, the E0, E1 and E1+△1 transition edges for the strained alloys shift to higher energies compared to those for the relaxed alloys. Such strain-induced shifts in the transition energies agree with the changes in the electronic band structure of Si(1-x)Ge(x) alloys predicted by the deformation potential theory.

Controlled Growth of Multi-walled Carbon Nanotubes Using Arrays of Ni Nanoparticles

Seungmuk Ji(지승묵),Taejin Lee(이태진),Jae Ho Bahng(방재호),Young-Kyu Hong(홍영규),Hanchul Kim(김한철),Dong Han Ha(하동한),Chang-Soo Kim(김창수),Ja-Yong Koo(구자용) 한국진공학회(ASCT) 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.5

화학기상증착법과 Ni 나노입자 배열을 이용한 탄소나노튜브의 최적 성장 조건을 연구했다. Ni 입자의 크기를 변화시키는 방법으로 탄소나노튜브의 직경을 20 ㎚ 이하까지 제어할 수 있었다. 개별 Ni 입자의 크기와 위치는 기존의 식각법 등을 이용하여 웨이퍼 수준의 대면적에서 연속적으로 제어가 가능하였다. 성장온도, 탄소원, 희석가스 등의 비율을 최적화 함으로써 SiO₂/Si 웨이퍼의 넓은 면적에서 각 Ni 입자로부터 단 한 개씩의 탄소나노튜브가 100% 확률로 성장 가능하다는 것을 보였다. 탄소나노튜브의 위치, 직경, 벽두께 등의 특성들은 성장조건을 조정하여 제어가능하다는 것을 보였다. We have investigated the optimal growth conditions of carbon nanotubes (CNTs) using the chemical vapor deposition and the Ni nanoparticle arrays. The diameter of the CNT is shown to be controlled down to below 20 ㎚ by changing the size of Ni particle. The position and size of Ni particles are controlled continuously by using wafer-scale compatible methods such as lithography, ion-milling, and chemical etching. Using optimal growth conditions of temperature, carbon feedstock, and carrier gases, we have demonstrated that an individual CNT can be grown from each Ni nanoparticle with almost 100% probability over wide area of SiO₂/Si wafer. The position, diameter, and wall thickness of the CNT are shown to be controlled by adjusting the growth conditions.

Ellipsometric Study of Strain Effect in Epitaxial CdTe Grown on GaAs(001)

Kim, Kwang Joo,Bahng, Jae Ho 建國大學校基礎科學硏究所 1996 理學論集 Vol.21 No.-

GaAs(001) 기판 위에 hot-wall epitaxy 방법을 이용하여 4.2 및 8.5 ㎛의 두께로 성장되어진 CdTe 박막들에 대하여 분광타원해석법을 이용한 유전함수를 1.6∼4.1 eV 영역에서 측정하여 bulk CdTe(001) 시료에서의 측정 결과와 비교하였다. 측정 결과들에 대한 분석 결과 박막들에 대한 E₁및 E₁+ △₁밴드간 전이에너지가 bulk CdTe에서의 위치인 3.3 및 3.8 eV와 비교하여 고에너지 쪽으로 이동하는 것이 발견되었다. 이와 같은 전이구조의 이동에 대한 정량적인 분석을 위하여 유전함수의 2차 미분값들에 대한 critical-point 해석을 수행하였고 그 결과 두 밴드간 전이구조의 에너지가 4.2-㎛ 박막의 경우 bulk CdTe에서의 값과 비교하여 8 meV만큼 고에너지 쪽으로 이동함을 알아내었다. 이와 같은 밴드간 전이의 critical-point 에너지 이동은 CdTe 박막에 대한 격자변형 텐소의 hydrostatic 성분에 의한 것으로 해석되어지며 shear 성분의 경우는 매우 큰 spin-orbit splitting(△₁)의 값으로 인하여 에너지 이동에 기여함이 무시할 만한 것으로 해석되어진다. Ellipsometrically measured dielectric functions of Cdte films grown on GaAs(001) substrates by hot-wall epitaxy to thicknesses of 4.2 and 8.5 ㎛ have been compared with those of a (001)-oriented bulk CdTe in the 1.6∼4.1 eV region. It is found that for the films the E₁and E₁+ △₁interband structures near 3.3 and 3.8 eV respectively in the dielectric function spectra tend to shift to slightly higher photon energies compared to those of the bulk. A critical-point analysis of the two interband structures has been performed for the second derivatives of the dielectric function spectra. The critical-point energies of the two structures for the 4.2-㎛ film are found to shift to higher energies by 8 meV from those for the bulk. The critical-point energy shifts can be explained in terms of the widening of the energy gap between the conduction and valence bands due to the hydrostatic contribution of the strain tensor in the film with the shear contribution unresolved due to the large spin-orbit splitting △₁.

Spectroscopic Ellipsometry Study on Strained and Relaxed Si₁-xGex Alloys

Kim, Kwang Joo,Bahng, Jae Ho,Park, Jung Hyun,Kwak, Chul Young 建國大學校基礎科學硏究所 1996 理學論集 Vol.21 No.-

Si(001) 기판위에 에피성장된 격자변형 및 격자완화된 Si₁-xGex(0.07≤ x ≤ 0.23) 합금에 대한 유효 유전함수들이 분광타원해석법을 이용하여 상온에서 2∼5.3 eV 에너지 영역에서 측정되었다. 격자완화된 의 경우 3.4 eV 근처에서 나타나는 , E₁ 및 E₁+△₁밴드간 전이에 의한 전이구조는 Ge 성분비가 증가함에 따라 점차 저에너지 쪽으로 이동하고 4.2 eV 근처에 나타나는 E₂밴드간 전이에 의한 전이구조는 거의 변화하지 않는 것이 발견되었다. 격자 변형된 경우 3.4 eV 근처에서 나타나는 전이구조의 저에너지 이동이 격자완화된 경우와 비교하여 적은 것으로 판명되었다. 시료들의 유효유전함수들에 대한 2차 미분 결과들에 대한 line-shape analysis를 수행하여 , E₁ 및 E₁+△₁전이구조들의 에너지 이동을 조사하였다. 조사 결과 전이구조의 저에너지 이동이 E₁및 E₁+△₁ 전이구조의 이동에 비하여 큰 것으로 나타났고 이동비율은 격자변형된 시료들에서 큰 것으로 나타났다. 또한 격자 변형된 합금에서의 전이구조들의 에너지가 격자완화된 합금에서와 비교하여 고에너지 쪽으로 이동하였다. 이와 같은 격자변형된 합금에서의 에너지 이동은 deformation potential 이론에 의한 예측 결과와 일치하였다. Pseudodielectric functions of strained and relaxed Si₁-xGex (0.07≤ x ≤ 0.23) alloys grown epitaxially on Si(001) substrates have been measured ellipsometrically at room temperature in the 2∼5.3 eV photon energy region. For the relaxed alloys, the structure at about 3.4 eV due to the and E₁+ △₁ interband transitions is found to shift gradually to lower energies as the Ge composition increases while the 4.2 eV structure due to the E₂interband transitions remains at about the same energy. On the other hand, for the strained alloys, the rate of the low-energy shift of the 3.4-eV structure for increasing Ge composition is found to be smaller than that for the relaxed alloys. A line-shape analysis on the numerical second derivative spectra of the pseudodielectric functions have been performed and the critical-point energies of the E , E₁, and E₁+△₁transition edges for the strained and relaxed samples are obtained. Results of the line-shape analysis indicate that the rate of decrease of the energy for increasing Ge composition is bigger than those of the E₁and E₁+△₁energies for both the relaxed and strained samples with the difference being bigger for the strained samples. Also, the , E₁ and E₁+△₁transition edges for the strained alloys shift to higher energies compared to those for the relaxed alloys. Such strain-induced shifts in the transition energies agree with the changes in the electronic band structure of alloys predicted by the deformation potential theory.