• [특집기사] 이지훈 교수 연구팀, 3D 플라즈모닉 금나노 구조물 초기 성장단계 미스터리 밝혀New

    조회수 414 | 작성일 2015.10.01 | 수정일 2015.10.01 | admin

  • 이지훈 교수 연구팀, 3D 플라즈모닉 금나노 구조물 초기 성장단계 미스터리 밝혀

    - 나노구조물의 보다 효율적인 성장 및 제어를 통해 관련 산업 발전에 기여 기대 -

     

    광운대 전자공학과 이지훈 교수 연구팀은 전자공학과 이명옥 박사과정 연구원(제 1저자)과 함께 다양한 플라즈모닉 금 (Au)나노 구조물의 실리콘 카바이드 (4H-SiC) 기판상에서의 초기 성장 단계의 미스터리를 규명하는데 성공했다. 이지훈 교수 연구팀은 본 연구를 통해 3D 금나노 구조물의 초기 성장단계 비밀을 밝혀내 실리콘 카바이드 기판상 금입자 및 나노 구조물의 보다 효율적인 성장 및 제어가 가능해져 관련 산업 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

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    연구팀은 금 나노 입자 및 나노 구조물의 실리콘 카바이드 기판상에 성장 난제를 극복하기 위하여 펄스 레이저 (Pulse Laser) 증착법을 응용하여 진공 플라즈마 이온 코팅 챔버하에서 금 입자를 자발 형성(Self-Assembly)하는 방법을 이용하였다. 또한 증착된 금 입자의 나노 구조물에 대한 평균 높이, 측면 직경, 밀도 및 표면 거칠기 중, 하나 이상의 특성을 증착 처리 과정의 열처리 온도, 금나노 박막 두께 또는 증착량 중 하나의 파라미터에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하는 기법을 실험적으로 제안하고 증명하였다.

     

    본 연구는 그 동안 밝혀지지 않았던 금나노 구조물의 초기 성장단계 성장 난제를 밝혀내 실리콘 카바이드 기판상 금 입자 및 나노 구조물의 자유로운 성장 및 제어 방법을 제안하고 실험적으로 증명 한 것에 그 의미가 있다.

     

    일반적으로 플라즈모닉 금(Au)나노 구조물은 우수한 광전자적 특성을 가지는 나노 물질로 플라즈몬 (Plasomon) 효과를 활용하여 각종 광전자 소자의 효율 향상, 특성 최적화 및 감도 향상 등의 우수성을 나타내고 있어 각종 광전자 소자 및 센서 등의 분야에서 널리 사용 되고 있다. 플라즈모닉 (Plasomonic) 현상은 일반적으로 금속 나노 입자에서의 자유전자의 플라즈몬 공명을 나타내며, 금속 나노 입자 표면의 유도전자, 전하분포 및 부분 쌍극자 형태의 영향 등을 나타내는데 다른 종류의 물질에서는 보이지 않는 특별한 광학적 특성을 가져오는 나노입자 (예를 들면 금나노 입자) 표면에서의 유도전자의 진동을 나타내며 모든 금속이 이런 성질을 가지지는 않으며, 일정 금속의 한정된 구조에서 생성되며, 전파 경로 및 전자의 여기 방식에 따라 여러 가지 형태의 플라즈몬으로 세부 분류되어 진다.

     

    플라즈모닉 금나노 구조물은 쏠라쎌, 블루 LED (blue LED), 레이저 다이오드, 나노메트릭 소자 (nanometric devices), FETs, 에너지 하비스트 응용 (energy-harvesting applications), 전력전자 소자 (power electronic devices) 및 압전기 등 아주 다양한 소자에 응용이 가능하다. 예를 들면 쏠라쎌에 본 금나노 구조물을 활용하게 되면 동일 구조에서 최대 40% 이상의 광전변환 효율 향상을 나타낼 수 있으며 기존 쏠라쎌의 50% 이상의 비용 부분을 차지하는 웨이퍼 사용량을 낮추면서 효율을 보전, 유지 또는 향상시킬 수 있는 방법으로 플라즈모닉 나노구조물을 쏠라쎌 응용에 적용될 수있다. 또한, 금나노 구조물은 반도체 박막 및 기상 증착 기법을 통한 다양한 특성을 갖는 3차원 나노구조체는 나노 기둥 및 나노선을 촉매화하는 기능으로도 주목을 받고 있으며 2차 3D 나노구조물 성장을 위한 시료로도 응용되어지고 있어 산업계 전반에 다양하게 쓰이고 있다.

     

    이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 선도연구센터 (ERC) 및 일반연구자 지원사업과 광운대학교의 지원으로 수행되었고 연구결과는 과학전문지 네이처 사이언티픽 리포트(Nature Scientific Reports)지 9월 10일자 온라인 판에 게재되었다. (끝)

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