나노구조체 및 그의 제조 방법 document_id A220623051376

반도체 양자 선이나 반도체 양자 점과 같은 미시구조는 새로운 물리학적 현상 및 기술이 요구된다. 이러한 미시 반도체 구조체가 광전자 장치와 전자장치에 적용된 결과로 장치들의 기능이 향상되었다. 이 같은 장치로는 양자점 레이저 다이오드(Quantum Dot(QD) Laser Diode(LD))와 단전자 트렌지스터(Single-electron transistor)가 있다. 지금까지는 반도체 나노 스케일 점(nano-scale dots)의 제조를 위한 두 가지 접근법이 있었다. 첫번째 방법은 비균질 구조체에 직접 나노 스케일 점을 헤테로에피택셜 성장(heteroepitaxial growth) 시키는 방법이며 상향식 접근법(bottom-up approach)라고 한다. 두번째 방법은 노광 방법(Lithographic method)에 의해 나노 스케일 점을 직접 패턴화(direct patterning) 하는 방법이며 하향식 접근법(top-down approach)라고 한다. 상향식 접근법에 의하면, 나노 스케일 점의 구조는 대부분이 자기 조직화 과정을 통한 Stranski-Krastanow(S-K) 성장 모드(방법)에 의해 조절되고, 또한 고체 상태의 에피택시(Solid Phase Epitaxy : SPE)에 의한 재결정화에 의해 조절된다. 그러나 자기 조직화 과정에서 나노 스케일 점의 랜덤 공간 분포가 일어난다. 따라서 넓은 영역에 나노 스케일 점을 규칙적으로 배열하기 위해서는, 선택된 사이트의 결정핵생성(nucleation) 확률이 증가되도록 성장면이 변위제어(strain control) 등에 의해 수정되어야 한다. 또한 자기 조직화된 반도체 양자 점에서 연접 섬 구조(coherent island formation)는 격자 불일치(lattice-mismatched) 반도체의 성장 시에 발생한다. 하향식 접근법에 의하면, 미세 노광기술에 의한 직접 패턴화는 인위적으로 잘 배열된 나노 스케일 점을 제조하는 방법을 제공한다. 노광 공정에 의해 패턴화된 나노 스케일 점의 크기, 밀도, 분포를 정확하게 조절할 수 있다. 그러나 노광 공정의 공간적 분해능(spatial resolution)은 나노 스케일 점의 크기와 밀도를 결정해주는 중요한 요인이 된다. 경우에 따라, 건식 식각(dry etching)과 같은 공정기술은 패턴화된 나노 구조체의 결정 집적도에 추가적인 손상의 원인 됨과 동시에 마스크에 많은 비용이 들게 하는 원인이 된다. 많은 물질의 구조 중에 다공성 구조체(porous structure)는 자기 유도 현상(self-induced phenomean) 또는 인공적 패턴화에 의해 형성될 수 있다. 자기 구조화된 나노 템플릿(self-constructed nano-templates)의 일례로 다공성 양극알루미나(anodic aluminium oxide : AAO)가 있으며, 인공 패턴화의 예로는 고분해능 노광기술(high-resolution lithography)이 있다. 극도로 잘 배열된 실린더형 구멍의 자기 조직화 구조와 온도, 전압, 전해질용액 혼합물 같은 산화처리 인자(anodisation parameters)의 단순한 변화를 통해 내부구멍(interpore)간 거리와 구멍(pore)의 지름 조절이 가능하여, AAO는 나노구조체 템플릿로써 큰 장점을 가진다. AAO 템플릿은 다른 물질로부터 만들어진 나노구조체와 소자의 제조를 위해 광범위하게 이용되고 있다. AAO 템플릿은 좋은 화학적 저항성(chemical resistance)과 물리적 안정성(physical stability)을 가지고 있다. 그러나 AAO 템플릿이 유기금속화학증착법(metal-organic-chemical-vapour-deposition :MOCVD)에서 물질 성장(material growth)을 위한 나노 스케일 마스크로 직접 이용되었을 때, 템플릿 상부의 증착으로 인해 종종 나노 홀(nano-holes)이 막히게 되며, 이 때문에 나노 홀의 성장이 방해된다. 또한 다른 나노구조체 생산법에 의해 제조된 나노 템플릿의 사용을 힘들게 하는 문제점도 있다.