npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041


Research Paper

New Physics: Sae Mulli 2008; 56: 303-308

Published online March 31, 2008

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Investigations of the Growth Conditions and the Structural Evolution of Ga-doped ZnO Nanocrystals

S.J. OH1, M.N. JUNG1, S.Y. HA1, S.G. CHOI1 and J.H. CHANG1*, J.J. KIM2 and K. KOBAYASHI2, S.T. LEE3 and H.C. LEE3, Y.R. CHO4

1Major of Nano Semiconductor, Korea Maritime University, Busan 606-791
2National Institute for Materials Science/Spring-8, Hyogo 679-5198
3Department of Mechatronics Engineering, Korea Maritime University, Busan 606-791
4Material Science and Engineering, Pusan National University, Busan 609-735

Correspondence to:jiho


Ga-doped ZnO (ZnO:Ga) nanocrystals were synthesized by using a vapor-solidification method to investigate the morphological and  structural evolution induced by Ga incorporation. The Ga content was controlled in the full composition range (0 ~ 100 %). As the Ga content was increased, the shape of the nanocrystals changed from a tetrapod- to a rod-type shape. The hard X-ray photoemission spectroscopy (HXPES) measurement indicated that highly-Ga-doped uniphase ZnO:Ga nanocrystals without serious deterioration of the morphology were achieved, which strongly suggests the feasibility of Ga as a successful n-type dopant for ZnO-based nanocrystals.

Keywords: Ga-doped ZnO, Nanocrystal, Morphological and structural evolution

대기 중에서 수평형 도가니 (horizontal furnace) 를 이용해서 ZnO 내에 서로 다른 함량의 Ga을 가진 나노결정을 기상 고체화 (vapor solidification) 방법으로 합성하였다. 순수한 ZnO 나노결정은 100 $\sim$ 200 nm의 직경과 1 $\sim$ 2 $\mu$m의 길이를 가진 테트라포드 (tetrapod) 구조이지만, ZnO 나노결정에 Ga의 도핑 량이 증가됨에 따라 막대기 (rod) 형상으로의 변화가 관찰되었다. ZnO 나노결정 내 Ga의 조성과 미시적 구조를 조사하기 위해 Hard x-ray photoelectron spectroscopy (HXPES)을 측정하였다. 7.7 %의 높은 Ga의 조성을 가진 ZnO 나노결정도 순수한 ZnO 나노결정과 비교하여 흡사한 가전자대 스펙트럼이 관찰되어 ZnO 나노결정에 심각한 구조적 변화 없이 고농도 Ga이 기능함을 알 수 있었다.

Keywords: Ga도핑 ZnO, 나노결정, 구조적 변화

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