수열합성법에 의한 CdTe 나노선 합성에 관한 연구

Abstract

CdTe 는 약 1.45 eV 의 직접 천이형 밴드갭을 갖는 화합물 반도체로써 우수한 광학적, 전기적 특성으로 인해 태양전지의 광흡수층이나 X선 및 감마선 검출, 생체 표지 (biological labeling) 등에 응용되고 있다. 이러한 CdTe 와 같은 반도체 물질의 나노구조는 입자 크기에 따라 좌우되는 광학적, 전기적 특성을 나타낸다. 특히, 1차원 반도체 나노구조는 나노스케일의 전자소자나 광디바이스를 구성하는데 있어 연결라인이나 능동소자로써의 큰 응용 가능성을 갖는다는 점 때문에 많은 관심을 받고 있다. 이러한 점을 미루어볼 때 크기나 형상 및 균일성 등이 잘 제어된 1차원 반도체 나노구조의 합성뿐만 아니라 형성 메커니즘 분석을 통한 나노구조의 크기나 형상 등을 제어할 수 있는 방법의 확보는 큰 중요성을 갖는다고 할 수 있다. 본 연구에서는 수열합성법을 통하여 CdTe 의 1차원 나노구조를 합성하였다. SEM 사진과 XRD 패턴으로부터 약 40 nm 의 균일한 직경을 갖는 1차원의 CdTe 나노구조가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 하지만 TEM 사진과 Raman 스펙트럼으로부터 합성된 1차원 나노구조가 약 20 nm 의 직경을 갖는 CdTe 나노선과 그것을 싸고 있는 약 10 nm 두께의 비정질 탄소층으로 이루어졌다는 것을 확인하였다. 한편, 반응에 사용한 환원제와 surfactant 의 농도를 조절해가며 그것들의 영향에 대하여 살펴보았다. 그 결과들로부터 환원제인 ascorbic acid 는 비정질 탄소층의 소스로써 작용하며 1차원 나노구조의 형성에 영향을 준다는 것을 확인하였으며, surfactant 인 CTAB 은 1차원 나노구조의 균일한 직경 형성에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. 또한, 형성 메커니즘을 알아보기 위해 반응 시간을 변화시켜가며 실험하였다. 그 결과들로부터 반응초기에 Te 나노선이 먼저 형성된다는 것을 확인할 수 있었다. 반응이 계속 진행됨에 따라 이 Te 나노선이 용액 속에 존재하는 Cd 이온과 반응을 하여 나노선의 형상을 유지하면서 CdTe 나노선이 형성된다는 것을 알 수 있었다. 그리고 비정질 탄소층은 Te 나노선으로의 성장이 이루어진 직후부터 그 형성이 시작된다는 것을 확인할 수 있었다.