• The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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• v.61 no.11
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• pp.1641-1645
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• 2012

In this study, the ZnO nanorod is grown on the seed layered glass substrate by applying an external electric field to fabricate the ZnO nanorod with the high quality and to increase the yield of the ZnO nanorod. It is possible to grow the definite and clear hexagonal ZnO nanorod as the cathode of the high voltage is connected to the side of the seed layered glass substrate and the anode is connected to the opposite side because more $Zn^{2+}$ ions are located around the ZnO seed layer and are accumulated easily due to the external electric field. As a result, it is succeeded to fabricate the definite hexagonal ZnO nanorod having better structural characteristics by applying the external electric field during the growth process. Therefore, it is demonstrated that the external electric field is effective to fabricate the high quality ZnO nanorod without changing any composition of the ZnO nanorod.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2008.11a
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• pp.260-263
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• 2008

The bending test of an individual ZnO nanorod was performed with a nano-manipulator and a force sensor inside the scanning electron microscope (SEM), and the bending properties of ZnO nanorod were also discussed. The ZnO nanorod used in this experiment was fabricated by means of solution base process. The force sensor used for bending test of ZnO nanorod was typed with cantilever. The force sensor was mounted on the nano-manipulator. The nano-manipulator was controlled and manipulated by a personal computer. The each end of an individual ZnO nanorod was attached on the rigid support and the tip of the force sensor with an electron beam exposure, and then the bending test was carried out by controlling of the nano-manipulator. The bending modulus of a ZnO nanorod was calculated at 69.35GPa after the bending test.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.189-189
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• 2010

ZnO nanorods 구조는 광소자 및 태양광 소자의 성능을 향상시키기 위해서 무반사계수, 광추출효율, 전기적, 열적 전도도를 개선시킬 수 있어, 매우 큰 관심을 가지고 왔다. 또한 Ag 나노입자는 표면 플라즈몬 효과를 이용하여 LED나 태양전지에 응용하여 소자의 성능이 향상됨을 이론적, 실험적으로 증명되어 왔으며, 현재에도 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 ZnO nanorods 특성과 Ag 나노입자의 표면 플라즈몬 효과를 이용하기 위해서, 본 연구에서는 Ag 나노 입자를 형성된 ZnO seed층에 ZnO nanorods를 성장시켰다. 시료를 제작을 위해서 비교적 성장이 간단하고 저온성장이 가능한 화학적 합성방법을 이용하였다. Ag 나노입자가 형성된 ZnO seed층 제작을 위해서 먼저 Si 기판위에 RF magnetron 스퍼터를 이용하여 고진공, $N_2$ 분위기에서 일정한 두께로 증착을 하였으며, 이후 Ag 박막을 thermal evaporator로 10 nm 두께로 증착하였다. 그 다음, 크기가 다른 Ag 나노입자를 형성을 위해서 rapid thermal annealing (RTA)을 여러 가지 온도에서 수행하였다. 그리고 이러한 시료들를 이용하여, ZnO nanorods를 성장하기 위하여, $90-95^{\circ}$의 온도에서 zinc nitrate $Zn(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$과 hexamethylentetramines (HMT)으로 혼합된 용액에 담가두어 ZnO nanorods를 성장시켰다. Ag 나노입자의 크기에 따라 ZnO nanorods의 구조와 형태에 대하여 어떠한 영향을 주는지를 관찰하기 위해 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM)을 이용하여 측정하였으며, Ag와 ZnO의 성분분석과 결정성을 조사하기 위해 X-ray diffraction (XRD)을 이용하여 분석하였다. 그리고 표면 플라즈몬에 의한 영향에 대하여 조사하기 위해, ZnO nanorods와 Ag 나노입자가 형성된 ZnO nanorods를 UV-Vis-NIR spectrophotometer을 이용하여 흡수계수와 반사계수를 비교하여 측정하였으며. 태양전지의 성능향상을 수 있음을 이론적으로 계산하였다. 그리고 또한 photoluminescence (PL) 분석을 수행하여 ZnO nanorods의 구조에 대하여 Ag 나노입자의 영향에 대한 광특성을 측정하였다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• v.28 no.9
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• pp.1457-1462
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• 2007

A simple and facile sonochemical route was described for the fabrication of diameter-controlled ZnO nanorod arrays on Si wafers. The diameter of ZnO nanorods was controlled by the concentration of zinc cations and hydroxyl anions in aqueous precursor solution. At high concentration of the precursor solution, thick ZnO nanorod arrays were formed. On the contrary, thin ZnO nanorod arrays were formed at low concentration of the precursor solution. The average diameter of ZnO nanorods varies from 40 to 200 nm. ZnO nanorod arrays with sharp tip were also fabricated by the step-by-step decrease in precursor solution concentration. The crystal structure and optical characteristics of ZnO nanorods were investigated by transmission electron microscopy, X-ray diffraction, and photoluminescence spectroscopy. Growth mechanism of ZnO nanorod arrays was also proposed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.91-91
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• 2010

현재 나노크기의 나노소자에 대한 관심과 연구가 활발히 진행 중에 있고, 나노소자 제작을 위한 나노구조체 연구에도 탄력을 받고 있다. 나노구조체 연구 중에서도 탄소나노튜브(CNT)와 실리콘이 많이 연구되고 있으나 CNT의 경우 금속과 반도체 등 전기적 특성이 혼재되어 분리기술이 필요하며, 실리콘 기반의 나노구조체들은 공기 중에 노출되었을 경우 자연 산화막 생성에 대한 문제점들이 대두되고 있다. 이러한 기존 나노구조체들의 문제점들을 극복하기 위해 산화물 계열의($InO_3$, ZnO와 $SnO_2$ 등) 나노구조체들이 화학, 광학 및 생화학 센서등의 다양한 응용 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 thermal evaporation법으로 tube furnace 장비를 이용하여 온도($500{\sim}900^{\circ}C$)변화에 따른 ZnO nanorod를 성장시켰다. 성장된 ZnO nanorod의 구조적 특성을 확인하기 위하여 전계방출주사전자현미경(SEM)을 측정한 결과 ZnO nanorod들은 직경 50~80nm, 길이는 400~1000nm 이상까지 다양한 직경과 길이를 가지고 성장되었으며 $800^{\circ}C$ 에서 성장된 ZnO nanorod가 가장 곧고 이상적인 nanorod의 형태를 이루는 것을 확인할 수 있었다. Nanorod는 온도가 높아질수록 nanowire로 성장됨에 따라 본 연구에서 $800^{\circ}C$ 에서는 nanorod형태를 이루고 있으나 $900^{\circ}C$에서부터 nanowire의 형태로 성장되었다. 또한 성장된 ZnO nanorod들의 X-선 회절패턴(XRD)을 측정 결과 ZnO의 (002) 우선 배양성 때문에 성장된 nanorod 또한 (002) 방향으로 성장되었음을 확인하였다. 이 연구를 통하여 온도를 조절함으로서 ZnO nanorod의 성장제어가 가능함을 확인하였고, 특성 분석을 통하여 발광소자, Solar Cell로의 응용가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.638-638
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• 2013

ZnO는 넓은 밴드갭(3.37 eV)를 가지기 때문에 UV detector로 유용하게 쓰일 수 있다. 본 연구에서는 Graphene 위에 ZnO nanorod를 hydrothermal 방법을 사용하여 성장한 후 Graphene 위에 전극을 형성한 후 UV 센서를 제작하였다. Si의 기판위에 SiO2의 막을 증착을 하고 그 위에 Graphene을 전도시킨다. Graphene위에 ZnO nanorod의 성장을 위해서 ZnO seed layer를 sputtering 방법으로 얇게 증착을 시킨다. ZnO nanorod의 성장은 hydrothermal의 방법으로 Zinc nitrate hexahydrate와 암모니아를 수용액에 넣은 후 $80^{\circ}C$에서 성장하였다. Graphene 위에 ZnO가 없는 부분에 전극을 형성하여 UV의 세기에 따른 IV 전기적 특성의 변화를 관측한다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.23 no.2
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• pp.93-97
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• 2010

We have studied the effect of the chemical composition of the ZnO nanorod surface on the optical characteristics. The surface was treated with H- and O-plasma at different surface temperatures. The chemical composition of the surface of the ZnO nanorod, being investigated by Auger Electron Spectroscopy(AES), was related to the Photoluminescence(PL) data reported in our previous results. The AES showed the opposite results for the $H_2$ and $O_2$ plasma treatments. The ratio of Zn to O on the surface of the ZnO nanorod increased in the case of $H_2$ plasma, while the composition rate of O increased after $O_2$ plasma treatment. The AES results seems to be correlated to the shift in PL peaks. The increase in the composition rate of Zn on the surface of ZnO nanorod is considered to cause the blue shift of the UV peak. On the contrary, the relative increase of O is considered to cause the red shift in PL peaks.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.126-126
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• 2011

수직으로 정렬된 1차원 ZnO nanorod arrays (NRAs)는 효율적인 반사방지 특성의 기하학적 구조를 갖고 있어, 크기와 모양 그리고 정렬형태의 다양한 설계를 통해 빛의 흡수율과 광 추출효율을 증가시켜 광전소자 및 태양광 소자의 성능을 향상시킬 수 있으며, 최근 이러한 연구에 대한 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 ZnO NRAs의 넓은 표면적과 불연속적인 독특한 표면을 활용하여 광학적 특성을 효과적으로 개선하였다. 실험을 위해, thermal evaporator를 사용하여 Au와 Ag 그리고 e-beam evaporator를 사용하여 $SiO_2$를 ZnO NRAs 표면에 여러 가지 조건으로 증착하여, 독특한 계층 나노구조의 형성과 광학적 특성을 관찰하였다. 표면 roughness가 큰 FTO/glass 위에 수열합성법을 통해 끝이 뾰족하고, 비스듬히 정렬된 ZnO nano-tip array에 Au를 증착할 경우 ZnO/Au core/shell 구조가 형성되며, Au의 광 흡수율이 매우 크게 증가함을 관찰할 수 있었다. 반면 flat한 표면위에 빽빽하게 수직으로 정렬된 ZnO NRAs를 성장시켜 그 위에 Ag를 증착할 경우, evaporated Ag flux가 ZnO nanorod의 사이에 scattered 되어 ZnO nanorod 기둥의 측면에 직경이 50 nm 이하인 nanoparticles이 decorated 되어 국소표면플라즈몬 현상이 관찰되었으며, 이러한 효과를 통해 입사되는 빛의 흡수율을 효과적으로 증가시킬 수 있었다. 또한, ZnO NRAs의 표면에 $SiO_2$를 e-beam evaporator를 이용하여 증착할 경우, 자연적으로 vapor flux와 ZnO nanorod 사이에 oblique angle이 $80^{\circ}$ 이상으로 증가하여 $SiO_2$ nanorods가 자발적으로 형성되어 ZnO/$SiO_2$ branch 계층형태의 나노구조를 제작할 수 있었다. 이러한 구조는 유효 graded refractive index profile로 인해 기존의 ZnO NRAs보다 개선된 반사방지 특성을 나타냈다. 이러한 계층 나노구조의 광학적 특성을 시뮬레이션을 통해 이론적으로 분석을 통해 광전자 소자의 성능의 개선에 대한 적용 가능성을 조사하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.30 no.5
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• pp.239-245
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• 2020

Synthesizing one-dimensional nanostructures of oxide semiconductors is a promising approach to fabricate highefficiency photoelectrodes for hydrogen production from photoelectrochemical (PEC) water splitting. In this work, vertically aligned zinc oxide (ZnO) nanorod arrays are successfully synthesized on fluorine-doped-tin-oxide (FTO) coated glass substrate via seed-mediated hydrothermal synthesis method with the use of a ZnO nanoparticle seed layer, which is formed by thermally oxidizing a sputtered Zn metal thin film. The structural, optical and PEC properties of the ZnO nanorod arrays synthesized at varying levels of Zn sputtering power are examined to reveal that the optimum ZnO nanorod array can be obtained at a sputtering power of 20 W. The photocurrent density and the optimal photocurrent conversion efficiency obtained for the optimum ZnO nanorod array photoanode are 0.13 mA/㎠ and 0.49 %, respectively, at a potential of 0.85 V vs. RHE. These results provide a promising avenue to fabricating earth-abundant ZnO-based photoanodes for PEC water oxidation using facile hydrothermal synthesis.

• Journal of Ceramic Processing Research
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• v.19 no.5
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• pp.401-406
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• 2018

We investigated the effect of ZnO seed layer thickness on the density of ZnO nanorod arrays. ZnO has been deposited using two distinct processes consisting of the seed layer deposition using ALD and subsequent hydrothermal ZnO growth. Due to the coexistence of the growth and dissociation during ZnO hydrothermal growth process on the seed layer, the thickness of seed layer plays a critical role in determining the nanorod growth and morphology. The optimized thickness resulted in the regular ZnO nanorod growth. Moreover, the introduction of ALD to form the seed layer facilitates the growth of the nanorods on ultrathin seed layer and enables the densification of nanorods with a narrow change in the seed layer thickness. This study demonstrates that ALD technique can produce densely packed, virtually defect-free, and highly uniform seed layers and two distinctive processes may form ZnO as the final product via the initial nucleation step consisting of the reaction between $Zn^{2+}$ ions from respective zinc precursors and $OH^-$ ions from $H_2O$.