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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 장재원
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 부경대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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초록· 키워드
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나노 구조처럼 사이즈가 작아질 경우, 전도 메커니즘이 변한다는 사실을 많은 학자들에 의해 알 수 있다. 나아가 새롭게 발견된 나노 구조에서의 전도메커니즘을 통해 새로운 물리적인 현상을 규명하거나, 기존의 기기를 대체 할 수 있는 특성들이 보고 되고 있음을 알 수 있다. 이에 발맞춰 금 나노 구조에서 새로운 전도 메커니즘을 밝히기 위해 전도 분석이 실시되었다. 실험을 위해 아직 전도가 밝혀지지 않은 ‘electroless deposition’ 을 통해 금 나노 구조를 반도체 기판위에 만들었다.
그 결과, 금 나노 구조에서는 Lateral photovolatic effect (LPE) 라는 현상이 측정할 수 있었고 새로운 상전이 현상을 분석 할 수 있었다. 먼저 LPE 란, 빛을 입사함에 따라 기판에서 발생된 전자들이 확산을 통해 두 전극에 도달하게 된다. 이 때, 확산 되어 전극에 도달되는 양의 차이로 인해 전압차가 발생하는 현상을 일컫는다. 이 현상에서 전도도와 발생되는 전압과의 연관성을 밝혀내었고, 전도도가 좋을수록 확산 속도의 증가로 인해 발생되는 전압차도 클 것이라는 결과를 얻어낼 수 있었다.
금나노 구조에서 온도 의존성을 실험 결과 특이한 상전이 현상이 관측 되었다. 저온구간에서는 금속의 온도의존적인 특성이 나타나다가 상온 300K 에 가까워 질수록 온도의존성이 반도체처럼 저항이 줄거나 줄다가 다시 증가하는 등의 특이한 상전이 현상이 관측 되었다. 이를 해석 하기 위해 ‘두 평행한 전도층 모델’ 을 대입하여 금나노 구조의 층 전도와 기판 전도층 전도로의 독립적인 분석을 실시 하였다. 저온구간에서는 금 나노 구조의 덮음율이 커질수록 상전이가 발생하는 ‘percolation conducion’ 이 일어나는 것을 Au% 에 따른 비저항 및 전도 분석으로 밝혀낼 수 있었다. 이와 달리 상온에서는 Au% 에 따라 저항이 감소하는 실리콘 특성인 ‘Arrhenius-like bevaior’ 가 나타남을 알 수 있었다. 그리고 파장 특성을 통해 저온 구간에서는 금 나노구조에 의한 ‘photothermal effect’ 를, 상온구간에서는 빛을 흡수하는 반도체 특성을 통해, ‘두 평행한 전도층 모델’ 을 뒷받침 하는 근거들을 얻어 낼 수 있었다. 마지막으로 반도체로 변하는 온도인 전이온도가 Au% 에 따라 변하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 ‘electroless deposition’ 에서 밝혀지지 않은 전도 메커니즘을 밝혔고 특이한 상전이 현상까지 측정할 수 있었다.
그 결과, 금 나노 구조에서는 Lateral photovolatic effect (LPE) 라는 현상이 측정할 수 있었고 새로운 상전이 현상을 분석 할 수 있었다. 먼저 LPE 란, 빛을 입사함에 따라 기판에서 발생된 전자들이 확산을 통해 두 전극에 도달하게 된다. 이 때, 확산 되어 전극에 도달되는 양의 차이로 인해 전압차가 발생하는 현상을 일컫는다. 이 현상에서 전도도와 발생되는 전압과의 연관성을 밝혀내었고, 전도도가 좋을수록 확산 속도의 증가로 인해 발생되는 전압차도 클 것이라는 결과를 얻어낼 수 있었다.
금나노 구조에서 온도 의존성을 실험 결과 특이한 상전이 현상이 관측 되었다. 저온구간에서는 금속의 온도의존적인 특성이 나타나다가 상온 300K 에 가까워 질수록 온도의존성이 반도체처럼 저항이 줄거나 줄다가 다시 증가하는 등의 특이한 상전이 현상이 관측 되었다. 이를 해석 하기 위해 ‘두 평행한 전도층 모델’ 을 대입하여 금나노 구조의 층 전도와 기판 전도층 전도로의 독립적인 분석을 실시 하였다. 저온구간에서는 금 나노 구조의 덮음율이 커질수록 상전이가 발생하는 ‘percolation conducion’ 이 일어나는 것을 Au% 에 따른 비저항 및 전도 분석으로 밝혀낼 수 있었다. 이와 달리 상온에서는 Au% 에 따라 저항이 감소하는 실리콘 특성인 ‘Arrhenius-like bevaior’ 가 나타남을 알 수 있었다. 그리고 파장 특성을 통해 저온 구간에서는 금 나노구조에 의한 ‘photothermal effect’ 를, 상온구간에서는 빛을 흡수하는 반도체 특성을 통해, ‘두 평행한 전도층 모델’ 을 뒷받침 하는 근거들을 얻어 낼 수 있었다. 마지막으로 반도체로 변하는 온도인 전이온도가 Au% 에 따라 변하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 ‘electroless deposition’ 에서 밝혀지지 않은 전도 메커니즘을 밝혔고 특이한 상전이 현상까지 측정할 수 있었다.
목차
- 1.Introduction ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11.1 Au nanostructure on p-type Silicon ???????????????????????????????????????????????????????????? 11.1.1 Correlation between lateral photovoltaic effect and conductivity in p-type silicon substrates ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 81.1.2 Unconventional but tunable phase transition above the percolation threshold by two-layer conduction ????????????????????????????????????????????????? 122. Experimental Section ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 182.1 Correlation Between Lateral Photovoltaic Effect and Conductivity in p-type Silicon Substrates ??????????????????????????????????????????? 182.1.1 sample preparation ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????182.2 Unconventional but tunable phase transition above the percolation threshold by two-layer conduction ?????????????????????????????????? 212.2.1 sample preparation??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????212.2.2 I-V curve measurement and temperature dependence ???????????????????????212.2.3 Hall voltage measurement ???????????????????????????????????????????????????????????????? 232.2.4 Photoresistance measurement ??????????????????????????????????????????????????????????? 232.2.5 Au nanostructure’s coverage measurement ?????????????????????????????????????? 232.2.6 XPS measurement of AuNFs/p-Si sample ???????????????????????????????????????? 253. Results and Discussion ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 263.1 Correlation between lateral photovoltaic effect and conductivity in p-type silicon substrates ??????????????????????????????????????????????????????????????? 263.1.1 p-type silicon ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 263.1.2 Nano-structured Au deposited p-type silicon (Nano-Au silicon) ??????303.2 Unconventional but tunable phase transition above the percolation threshold by two-layer conduction ????????????????????????? 333.2.1 Control of AuNFs and temperature-dependent resistivity ???????????????? 333.2.2 Possible charge transport model of AuNFs/p-Si specimens ????????????? 373.2.3 Numerical analysis of temperature-dependent resistivity ???????????????? 443.2.4 Characterization of conduction of p-Si ????????????????????????????????????????????? 483.2.5 Verification of the two-layer conduction model ??????????????????????????????? 503.2.6 Analysis of the temperature-dependent VHall ???????????????????????????????????? 543.2.7 Characterization of conduction of AuNFs ???????????????????????????????????????? 564. Conclusion ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 605. Reference ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 62
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