Journal of the Korean Vacuum Society (한국진공학회지)

The Korean Vacuum Society (한국진공학회)
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Structural and optical properties of Si nanowires grown with island-catalyzed Au-Si by rapid thermal chemical vapor deposition(RTCVD)

Au-Si을 촉매로 급속화학기상증착법으로 성장한 Si 나노선의 구조 및 광학적 특성 연구

  • Kwak, D.W. (Dept of Physics, Dongguk University) ;
  • Lee, Y.H. (Department Information and Communication, Dongguk University)
  • 곽동욱 (동국대학교, 물리학과) ;
  • 이연환 (동국대학교, 정보통신학과)
  • Published : 2007.07.30
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Abstract

We have demonstrated structural evolution and optical properties of the Si-NWs on Si (111) substrates with synthesized nanoscale Au-Si islands by rapid thermal chemical vapor deposition(RTCVD). Au nano-islands (10-50nm in diameter) were employed as a liquid-droplet catalysis to grow Si-NWs via vapor-liquid-solid mechanism. Si-NWs were grown by a mixture gas of $SiH_4\;and\;H_2$ at pressures of $0.1{\sim}1.0$Torr and temperatures of $450{\sim}650^{\circ}C$. SEM measurements showed the formation of Si-NWs well-aligned vertically for Si (111) surfaces. The resulting NWs are 30-100nm in diameter and $0.4{\sim}12um$ in length depending on growth conditions. HR-TEM measurements indicated that Si-NWs are single crystals convered with about 3nm thick layers of amorphous oxide. In addition, optical properties of NWs were investigated by micro-Raman spectroscopy. The downshift and asymmetric broadening of the Si optical phonon peak with a shoulder at $480cm^{-1}$ were observed in Raman spectra of Si-NWs.

나노크기의 Au-Si을 촉매로 급속화학기상증착법을 이용하여 Si(111) 기판에 성장한 Si 나노선의 구조적인 형태 변화과정과 광학적 특성을 연구하였다. 액상 입자인 Au 나노 점은 기상-액상-고상(vapor-liquid-solid mechanism) 성장법에 의한 Si 나노선 형성 과정에서 촉매로 사용되었다 이 액체 상태인 나노점에 1.0Torr 압력과 $500-600^{\circ}C$ 온도 하에서 $SiH_4$와 $H_2$의 혼합가스를 공급하여 Si 나노선을 형성하였다. <111> 방향으로 형성한 Si 나노선의 형태를 전계방출 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope)으로 관찰하였다. 특히, 대부분의 나노선이 균일한 크기를 가지고 있으며, Si(111) 기판 표면에서 수직하게 정렬된 것을 확인하였다. 형성된 나노선의 크기를 분석한 결과, 직경과 길이가 각각 60nm와 5um의 분포를 가지는 것을 확인 하였다. 고 분해능 투과전자현미경(High Resolution-Transmission Electron Microscope)을 통해 약 3nm의 다결정 산화층으로 둘러 싸여 있는 Si 나노선이 단결정으로 형성된 것을 관찰하였다. 그리고 마이크로 라만 분광(Micro-Raman Scattering) 실험으로 Si 나노선의 광학적 특성을 분석하였다. 라만 측정결과 Si의 광학 포논(Optical Phonon) 신호가 Si 나노선의 영향으로 에너지가 작은 쪽으로 이동하며, Si 포논 신호의 폭이 비대칭적으로 증가하는 것을 확인 하였다.

Keywords

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