Nanowires have been a target of great scientific interest for the researchers in the field of nanotechnolo-gy. In order to utilize its quantum-confinement size effect for ballistic transport of electrons, various research regarding the use of nanowires as a component for electronic devices have been conducted. As the result, lots of techniques for the synthesis, integration, alignment are currently available for the diverse electronics.
In spite of the fact that nanowires are a promising material, the difficulty in the fabrication prevents them from being used widely. Currently, the nanowire fabrication process is largely based on bottom up pro-cesses via conventional photolithography. The lithography process has several advantages in that this method can fabricate highly sophisticated structures due to its controllability, and can adopt various types of materials from metal to insulators. However, some drawbacks exist that can be a huge hindrance for the development of nanowire based electronics. These shortcomings include expensive equipments, complicated fabrication pro-cess, highly toxic materials and, thus, safety issue not only to the researchers, but to the earth. Therefore, it is necessary to adopt hydrothermal synthesis strategy to circumvent the problems and achieve the purpose of nanowire electronics.
To accomplish this goal, here, we combine hydrothermal process and selective Joule heating method in-to a single step process. By doing so, fabrication of zinc oxide (ZnO) nanowires (NWs) for a UV sensor is made possible without any cleanroom related process. The complete process has a feature of all-solution process, that is, the process is environmentally friendly and conducted in a room condition with low temperature and an atmospheric pressure. In addition, highly trained technicians, currently required for the lithography process, are not a crucial factor in this newly developed process since it is composed of simple steps without any need of expensive and complicated apparatus, and toxic and hazardous chemicals as well.
As a preliminary study, the first experiment is conducted on the Titanium/Gold layer fabricated via photolithgraphy. This is because the capability of a selective Joule heating to synthesize ZnO NWs must be proven prior to the application on the silver (Ag) nanoparticle (NP) pattern. After that, the subsequent experiment will utilize Ag NP pattern and Ag NW to fabricate am UV sensor and heterogeneous nanowire structure, respectively.
나노와이어는 미래의 나노소자를 위한 전도유망한 구성 물질로서 많은 연구자들의 관심을 꾸준히 받아왔다. 특히, 이와 관련된 연구는 나노와이어의 물리적 특성인 양자 구속 효과와 그에 따른 벌리스틱 이동효과를 효율적으로 발휘하기 위한 방향으로 진행되었으며, 그 결과 나노와이어의 다양한 속성을 용도에 맞게 조절할 수 있는 현 기술의 단계에 이르렀다. 나노와이어 기반 나노 전자소자를 제작하는 데에 있어 나노와이어의 합성, 집적, 배열 등의 과정이 효과적으로 수행될 수 있으며 이를 이용한 전자소자 또한 상당 수 개발되었다.
비록 나노와이어가 유망한 물질이긴 하지만, 현재의 제작 공정 여건 상 아직 상용화되어 시장에 나오기에는 무리가 있다. 기존의 나노와이어 제작 공정은 클린룸에 기반한 리쏘그래피 공정이 대부분인 보텀업 공정이 주를 이룬다. 이러한 리쏘그래피 공정은 나노미터 단위의 해상도를 통해 상당히 정교한 구조물을 제작할 수 있으며, 금속에서 절연체까지 다양한 물질을 활용할 수 있다. 이와 같은 중요한 장점들로 인해 리쏘그래피 공정은 현재 전자소자 제작 전반에 걸쳐 다양하게 활용되고 있다. 하지만 이 공정에도 몇 가지 문제가 있다. 먼저, 고가의 장비와 넓은 클린룸 시설을 갖춰야 한다는 비용적 측면과, 독성 물질의 사용으로 인하 인체에 유해함, 환경 오염의 측면이 있다. 그리고 복잡한 공정을 거쳐야 하기 때문에 시간이 오래 걸리고 고도로 훈련된 기술자들이 필요하다. 그러므로 이러한 단점을 피하며 나노와이어 기반 전자소자를 제작하기 위해 수열합성 반응으로 통한 나노와이어 제작이 필수적이다.
본 연구는 앞서 설명한 목적을 달성하기 위해 수열 합성과 줄열 반응을 결합시켜 하나의 공정으로 개발하였다. 이렇게 함으로써, 클린룸 공정의 사용 없이 UV 센서를 위한 산화 아연 나노와이어의 제작이 가능하며, 더욱 중요한 것은, 원하는 지역에 선택적으로 합성하여 물질의 낭비를 막고 수율을 높인다는 점이다. 또, 이 공정은 전체가 용액공정이므로 환경친화적이며 일반적인 상온, 상압의 환경에서 수행이 가능하다. 그리고 이렇게 새로이 개발된 공정의 가장 큰 장점은, 제작의 공정이 아주 간단하고 수월하여 고도의 훈련 없이 누구나 쉽게 만들 수 있다는 점이다. 무엇보다 독성물질의 사용이 없어 건강 상의 문제가 야기되지 않는다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 예비 실험으로, 먼저, 리쏘그래피 공정으로 제작한 티탸늄/금 박막 위에 산화 아연 나노와이어를 합성하는 것을 시도한다. 이러한 이유는 물리적, 전기적으로 강건한 리쏘그래피 박막을 사용함으로써 줄열 반응을 통한 산화 아연 나노와이어의 합성이 실제로 가능한지를 타진하기 위한 것이다. 예비 실험 이후엔, 은 나노입자의 저온 레이저 소결 공정과 은 나노와이어의 유체를 통한 증착으로 용액 공정으로 제작된 UV센서의 개발과 이종의 계층적 나노와이어의 제작을 각각 달성하는 것을 목표로 한다.
