KR100466159B1 - 탄소 나노튜브의 밴드 갭 변형방법과 이를 이용한 나노양자소자 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선형의 단일 단겹 나노튜브 안에 등 간격으로 적어도 1 이상의 구형 탄소 풀러린을 삽입하여 국소적으로 탄성변형을 유도함에 의해 밴드 갭을 변형시키고, 그 결과 규칙적인 다수의 양자점을 구비하는 나노 양자소자를 단순한 공정으로 재연성 좋게 제조 가능한 탄소 나노튜브를 이용한 나노 양자소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
상기 나노 양자소자는 단겹 나노튜브와, 상기 단겹 선형 나노튜브에 삽입되어 국소적인 탄성변형을 일으켜서 삽입된 위치의 밴드 갭을 국소적으로 변형시키기 위한 적어도 1이상의 구형분자로 구성되며, 단겹 탄소 나노튜브를 건조한 공기 중에서 건조시킨 후, 단겹 탄소 나노튜브와 금속 탄소 풀러린을 밀봉된 석영관에 같이 넣은 후 소정시간 동안 가열하는 것에 의해 자기 조립방식(self-assembly)으로 얻어질 수 있다.
상기 나노 양자소자는 나노미터 크기의 MESFET, 수광 또는 발광소자 등에 응용된다.
Description
본 발명은 탄소 나노튜브의 밴드 갭 변형방법과 이에 따라 얻어진 나노 양자소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 선형의 단일 나노튜브 안에 등 간격으로 적어도 1 이상의 구형 탄소 풀러린을 삽입하여 국소적으로 밴드 갭을 변형시킴에 의해 나노 양자소자를 단순한 공정으로 재연성 좋게 제조 가능한 탄소 나노튜브를 이용한 나노 양자소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 초고속 집적회로 및 초고주파 회로 등에는 양자우물 FET가 다양하게 사용되고 있다.
이러한 양자우물 FET는 한국특허공보 94-6711호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 기판 위에 초격자층(super lattice), 완충층, 양자우물층, 캡층 및 저항성층을 순차적으로 형성하고 캡층 및 저항성층에 소오스, 드레인 및 게이트 전극을 형성한 구조를 갖는다.
상기한 양자우물 FET의 양자우물층은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD), 또는 분자선 결정성장(Molecular Beam Epitaxy: MBE) 방법에 의해 2종류의 화합물 반도체를 교대로 성장하여 만들었다.
상기 양자우물층은 도 1a에 도시된 바와 같이 GaAs층과 AlGaAs층을 교대로 성장하여 사용하며, 특히 도 1a와 같이 다층 구조를 갖는 경우 수광 및 발광소자, 즉 레이저 소자로 이용된다.
상기와 같은 구조를 갖는 양자우물층에서는 도 1b에 도시된 바와 같이 두께 방향을 따른 에너지 준위(energy level)는 GaAs층에서 전도대와 가전대에 서브밴드(sub-band)가 생겨 밴드 갭이 변화된다. 즉, GaAs층에서 전도대의 에너지 준위는 줄고 가전대의 에너지 준위는 늘어나게 되어 GaAs층에 양자우물이 형성되며, 이를 이용하여 초고속 및 초고주파 회로용 양자소자로 이용된다.
그런데 이러한 양자우물 구조를 갖는 반도체 양자소자는 소자의 제조에 MBE 또는 CVD 방법을 사용하므로 제조공정이 난해하고, 고가의 장비를 사용하여 제조비용이 고가이다.
또한, 이러한 양자소자는 성장된 초격자층 및 양자우물층에 대한 식각, 리소그래피 등의 패터닝 공정이 필요하여 제작공정이 복잡하다.
더욱이, 이러한 양자소자는 두께 방향은 수십 나노미터(nm)이나, 수평방향은수십 마이크로미터(μm)에 달하여 고밀도 집적이 어렵게 된다.
한편, 탄소 나노튜브는 소자로서 응용될 때 나노튜브 양단을 금속에 연결한 후 나노튜브의 중간부분에 절연체, 금속 등을 증착하거나, 나노튜브 자체를 실리콘, 실리콘 산화막 위에 올려놓아 전계효과 트랜지스터(FET)를 제작하였다. 또한 상기 방법 이외에 나노튜브를 꺽거나, 부분적으로 도핑하여 다이오드나 트랜지스터를 제작하였다.
그런데 이렇게 제조되는 종래의 나노튜브 소자는 제조공정 상 나노튜브에 외부 게이트의 부착이 어렵고, 단위 나노튜브 소자의 반경은 1.5nm 정도이나 그 길이는 수 마이크로미터(μm)에 달해 나노 소자가 될 가능성이 적다. 또한 종래의 나노튜브 소자는 여러 소자의 집적이 불가능하여 응용에 제한이 있다.
2000. 7. 3일자 Physical Review Letters, VOLUME 85, NUMBER 1, 페이지 154~157에 발표된 "Electronic Structure of Deformed Carbon Nanotubes"는 단겹 탄소 나노튜브(SWNT)를 축방향으로 당길 경우 탄성 변형이 발생하여 반도체 탄소 나노튜브의 밴드 갭이 최고 1.0eV까지 늘어나거나, 줄어드는 현상이 발생한다는 사실을 이론적으로 발표하였다.
본 발명자는 탄소 나노튜브(SWNT)에서 탄성변형이 발생하는 경우 밴드 갭이 변형된다는 점에 착안하여 이를 양자소자에 적용할 수 있는 방안을 연구한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그목적은 반도체 성질의 탄소 나노튜브, 또는 탄소와 탄소 이외의 원소로 이루어진 나노튜브에 금속 탄소 풀러린 또는 탄소 풀러린을 삽입하여 국소적인 탄성변형으로 국소적으로 밴드 갭을 변형시킬 수 있는 탄소 나노튜브의 밴드 갭 변형방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 탄소 나노튜브의 밴드 갭 변형방법을 이용하여 선형의 단일 나노튜브 안에 등 간격으로 다수의 양자점을 갖는 나노 양자소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 자기 조립방식(self-assembly)의 단순한 공정으로 재연성 좋게 나노 양자소자를 제조할 수 있는 나노 양자소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 다수의 양자점을 갖는 나노 양자소자를 이용하여 고집적화된 나노미터 크기의 MESFET, 수광 또는 발광소자를 구현하는 데에 있다.
도 1a는 GaAs와 AlGaAs로 이루어진 종래의 양자우물 형태를 갖는 양자소자의 구성도,
도 1b는 도 1에 도시된 종래 양자소자의 밴드 갭을 보여주기 위한 두께 방향의 에너지 준위 그래프,
도 2a는 본 발명에 따라 반도체 탄소 나노튜브에 각각 가돌로늄(Gd)이 내재된 다수의 탄소 풀러린이 삽입된 탄소 나노튜브를 이용한 나노 양자소자의 개략도,
도 2b는 탄소 풀러린이 삽입된 지점에서 전도대의 에너지 준위가 줄고 가전대의 에너지 준위가 늘어난 상태를 보여주는 도 2a의 에너지 준위 그래프,
도 3a는 본 발명에 따라 반도체 탄소 나노튜브에 가돌로늄(Gd)이 내재된 2개의 탄소 풀러린이 삽입된 나노 양자소자의 개략도,
도 3b는 본 발명의 탄소 나노튜브에 각각 바이어스 전압이 인가된 경우의 토포그래피 영상,
도 3c는 본 발명에 따른 나노 양자소자의 탄소 나노튜브 축 상의 위치에 따른 밴드 갭 변화를 주사형 터널링 현미경을 사용하여 측정한 dI/dV 스펙트럼,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 나노 양자소자를 이용한 수광소자 및 발광소자의 개략 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 나노 양자소자를 이용한 MESFET의 개략 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *
1 ; 탄소 나노튜브 3a-3f ; 금속-풀러린
5,7 ; 전극 9 ; 증폭기
10 ; 나노 양자소자 11 ; 전원장치
13 ; 게이트 전극 15 ; 소스 전극
17 ; 드레인 전극
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선형 단겹 나노튜브와, 상기 선형 나노튜브에 삽입되어 국소적인 탄성변형을 일으켜서 삽입된 위치의 밴드 갭을 국소적으로 변형시키기 위한 적어도 1이상의 구형분자로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 선형 탄소 나노튜브와, 상기 탄소 나노튜브에 삽입되어 국소적인 탄성변형을 일으켜서 삽입된 위치마다 양자점을 형성하기 위한 적어도 1이상의 탄소 풀러린으로 구성되며, 상기 풀러린의 (직경 + 0.6 nm)가 탄소 나노튜브의 직경보다 큰 경우 삽입된 풀러린에 의하여 탄소 나노튜브가 탄성변형을 일으켜 반도체 탄소 나노튜브의 밴드 갭이 변화되는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 삽입 지점을 국소적으로 탄성변형시켜 밴드 갭을 변형시킴에 의해 양자점을 형성하도록 다수의 구형분자를 흡열반응에 의해 선형의 탄소 나노튜브에 삽입하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자의 제조방법을 제공한다.
예를들면, 상기 나노 양자소자는 단겹 탄소 나노튜브를 건조한 공기 중에서 건조시킨 후, 단겹 탄소 나노튜브와 금속 풀러린을 밀봉된 석영관에 같이 넣은 후 소정시간 동안 가열하는 것에 의해 자기 조립방식(self-assembly)으로 얻어질 수 있다.
상기와 같이 선형의 나노튜브에 다수의 구형분자를 삽입하면, 구형분자가 삽입된 나노튜브의 각 지점이 규칙적으로 국소적으로 탄성 변형되어 국소적으로 밴드 갭이 변형되며, 그 결과 다수의 양자점이 형성된다.
상기 양자점 사이의 간격은 풀러린의 밀도를 변화시킴에 의해 조절될 수 있다.
상기 나노튜브는 반도체 성질의 탄소 나노튜브, BN(boron nitride) 및 CxByNz(탄소,붕소,질소)의 나노튜브 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 구형분자는 금속이 내재된 탄소 풀러린 또는 탄소 풀러린으로 이루어진다.
상기 반도체 탄소 나노튜브의 카이랄리티(n,m)가 n-m=3p+2(여기서 p는 정수임)인 경우 풀러린이 삽입된 위치에서 밴드 갭이 줄어들며, n-m=3p+1인 경우 풀러린이 삽입된 위치에서 밴드 갭이 늘어나게 된다.
이 경우 상기 풀러린은 가돌로늄(Gd)이 내재된 탄소 풀러린인 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 따른 다수의 양자점을 갖는 나노 양자소자는 나노 발광소자, 나노 수광소자 또는 MESFET 등으로 이용된다.
상기한 바와같이 본 발명에서는 반도체 성질의 탄소 나노튜브, 또는 탄소 이외의 나노튜브에 금속 탄소 풀러린 또는 탄소 풀러린을 적어도 1 이상 등 간격으로 삽입하여 국소적인 탄성변형으로 밴드 갭을 변형시킴에 의해 적어도 1 이상의 양자점을 갖는 나노 양자소자를 구현할 수 있게 되었다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
(나노 양자소자의 구조)
첨부된 도 2a는 본 발명에 따라 반도체 탄소 나노튜브에 각각 가돌로늄(Gd)이 내재된 다수의 탄소 풀러린이 삽입된 탄소 나노튜브를 이용한 나노 양자소자의 개략도이고, 도 2b는 도 2a의 에너지 준위 그래프이다.
도 2a를 참고하면, 본 발명에 따른 탄소 나노튜브를 이용한 나노 양자소자(10)는 선형 탄소 나노튜브(1)에 국소적인 탄성변형을 일으켜서 밴드 갭을국소적으로 변형시키기 위하여 구형 분자, 바람직하게는 금속 풀러린(metallofullerene)이 내재된 탄소 풀러린(3a-3f)을 적어도 1 이상 원하는 위치에 삽입시킨 구조를 갖는다. 풀러린(3a-3f)은 1.1nm~10nm 간격으로 규칙적으로 삽입될 수 있다.
이 경우 상기 나노튜브로는 반도체 성질의 탄소 나노튜브, 또는 탄소 이외의 BN(boron nitride: 붕화질소)나 CxByNz(탄소,붕소,질소) 등의 나노튜브가 사용 가능하다.
또한, 예를 들어 탄소 나노소자의 탄성변형을 유도하기 위한 나노튜브 내부에 삽입되는 구형 분자는 탄소 풀러린, 예를 들어, 가돌로늄(Gd: Gadolonium)이 내재된 금속 탄소 풀러린(Gd-C82)을 사용할 수 있다.
(제조방법)
이하에 본 발명에 따른 탄소 나노튜브를 이용한 나노 양자소자의 제조방법을 상세하게 설명한다. 이하의 실시예에서는 가돌로늄(Gd)이 내재된 탄소 풀러린(Gd-C82)을 탄소 나노튜브에 삽입하여 이루어진 나노 양자소자를 예를들어 설명한다.
먼저, 진공 중에 Gd이 포함된 두 흑연봉 사이에 전압을 걸면 아크 방전이 일어난다. 아크 방전 후 흑연봉 주위에서 탄소 덩어리를 채취한 후, CS2용액을 이용하여 소흘렛 추출(soxhlet extraction)을 거친 후, 순수한 Gd-C82를 구하기 위하여 여러 단계의 HPLC(high-performance liquid chromatograph)를 수행하여 거의 순수한 Gd-C82를 구하였다.
또한, 단겹 탄소 나노튜브 (Single wall carbon nanotube: SWNT)는 탄소봉을 펄스 레이저를 이용하여 기화시킨 후 Fe-Ni을 촉매로 하는 탄소판에 흡착시키면 얻어진다. 이 튜브들을 160。C 온도의 HNO3안에서 정제하면 대부분 1.4-1.5 nm 굵기의 단겹 탄소 나노튜브(SWNT)를 얻을 수 있다.
그후 상기 탄소 나노튜브에 Gd-C82를 채우는 과정은 먼저 단겹 탄소 나노튜브를 건조한 공기 중에서 420。C에서 20 분간 건조한다. 그리고 상기 Gd-C82와 단겹 탄소 나노튜브를 밀봉된 석영관에 같이 넣은 후 24시간 동안 500。C로 가열하면 Gd-C82이 탄소 나노튜브에 삽입된 나노 양자소자가 얻어졌다.
상기한 실시예에서는 직경이 1.4~1.5nm의 탄소 나노튜브(1)가 사용되었는데 나노튜브(1)의 직경이 a, 풀러린(3a-3f)의 직경이 b일 때 하기 관계식 1을 만족하면 나노튜브 안에 풀러린이 삽입될 수 있다.
(관계식 1)
b＋0.5≤a≤b＋0.6
상기 관계식 1에서 상수값 "0.6"은 반 데어 발스 본드 길이(van der Waals bond length)의 약 2배로 설정된다.
이 경우 C82-Gd 풀러린 직경 + 0.6 nm 가 탄소 나노튜브의 직경보다 큰 경우 삽입된 풀러린에 의하여 탄소 나노튜브는 국소적으로 탄성변형이 일어나게 되며,탄성변형이 발생하면 탄소 사이의 본드(bond) 길이가 늘어나게 된다.
도 2b는 상기와 같이 Gd-C82이 삽입되어 국소적인 탄성변형이 발생한 탄소 나노튜브의 에너지 준위 그래프로서, Gd-C82풀러린이 삽입된 지점에서 전도대의 에너지 준위가 줄고 가전대의 에너지 준위가 늘어난 상태를 보여준다.
일반적으로 탄소 나노튜브는 카이랄리티(Chirality)(n,m)에 따라 금속 또는 반도체 성질을 갖게 된다. 즉, 탄소 나노튜브는 단위 구조를 형성할 때 그 방향성에 의하여 n-m=3p(여기서 p는 정수임)인 경우 금속의 성질을 나타내며, n-m=3p+1 또는 n-m=3p+2인 경우는 반도체의 성질을 나타내게 된다.
한편, 본 발명에 따라 국소적인 탄성변형이 발생할 때, 반도체 탄소 나노튜브의 카이랄리티(n,m)가 n-m=3p+2(여기서 p는 정수임)인 경우 풀러린이 삽입된 위치에서 밴드 갭이 줄어들며, n-m=3p+1인 경우 풀러린이 삽입된 위치에서 밴드 갭이 늘어나는 현상이 일어나게 된다.
이러한 밴드 갭의 변형현상은 풀러린에 의한 탄소 나노튜브의 탄성변형과 Gd에서 풀러린으로, 풀러린에서 탄소 나노튜브로 전하가 천이되는 것에 기인된다.
상기 도 2b를 참고하면, 실시예의 탄소 나노튜브는 카이랄리티(n,m)가 (11,9)이므로 풀러린이 삽입된 위치에서 밴드 갭이 줄어드는 현상이 발생하는 것을 알 수 있다.
상기한 현상을 2개의 Gd-C82이 (11,9) 탄소 나노튜브에 삽입된 예를 참고하여 주사형 터널형 현미경(STM)을 사용하여 확인하였다.
도 3a에 도시된 나노 양자소자는 2개의 Gd-C82이 (11,9) 탄소 나노튜브에 삽입된 구조로서, 좌측에서 약 1/4 및 3/4 지점에 풀러린이 삽입되어 있고, 풀러린의 주변으로 탄소 본딩이 변형된 것을 확인할 수 있다.
또한 도 3a에는 전도대의 에너지 준위(Ec)와 가전대의 에너지 준위(Ev)가 풀러린이 삽입되어 있는 위치에서 변형되어 밴드 갭의 변형이 발생한 것을 알 수 있다.
도 3b는 +0.6V(상측) 및 -0.6V(하측)의 바이어스 전압이 5.2nm 길이의 (15,5) 탄소 나노튜브에 각각 인가된 경우의 주사형 터널링 현미경(STM) 영상(topography image)으로서, 옅은 색의 곡선은 나노튜브의 중심을 따라 측정된 필터링되지 않은 토포그래피 데이터의 프로파일이고, 짙은 색의 곡선은 원자 분석을 제거한 후 높낮이(corrugation)를 보여주기 위해 제공된 가우시안 필터링된 데이터의 프로파일을 나타낸다.
상기 주사형 터널링 현미경 영상에서 상대적으로 더 밝게 나타나는 부분은 튜브의 직경이 다른 지역보다 더 크며, 삽입된 풀러린으로 인하여 국부적인 전자 구조가 변형된 것을 나타낸다.
한편, 도 3c는 도 3a에 도시된 본 발명에 따른 나노 양자소자와 함께 나노튜브 축 상의 위치에 따른 밴드 갭 변화를 주사형 터널링 현미경(STM)을 사용하여 측정한 dI/dV 스팩트럼이다. 여기서 x축은 나노튜브를 따른 위치, y축은 에너지, z축은 dI/dV를 가리킨다.
10.2nm 길이의 나노튜브에 대하여 측정된 dI/dV는 그 지점의 전자 밀도를 나타내며, 위치에 따라 밴드 갭이 변화는 것을 명확하게 알 수 있고, 2개의 풀러린이 삽입된 지점에서 밴드 갭이 줄어든 것을 알 수 있다.
이러한 밴드 갭의 변화는 이론적으로 계산된 밴드 갭의 변화값(0.1eV)보다 큰 0.4eV까지 변화하는 것으로 관측되었으며, 이는 Gd에서 C82풀러린으로, 풀러린에서 나노튜브로 전하가 천이된 결과이다.
이상과 같이 나노튜브에 금속-풀러린을 삽입한 본 발명의 나노 양자소자에서는 탄성변형과 전하의 천이에 의하여 나노튜브의 밴드 갭을 국소적으로 변형시킬 수 있다는 것을 이론적 및 실험적으로 확인하였다.
더욱이, 본 발명에 따른 나노 양자소자는 다수의 풀러린을 삽입함에 의해 선형의 반도체 나노튜브의 밴드 갭을 규칙적으로 변화시켜 다수의 양자점을 갖게 되어, 다음과 같이 다양한 분야에 적용이 가능하다. 또한 나노 양자소자는 삽입되는 풀러린의 밀도를 변화시킴에 의해 양자점 사이의 간격을 조절할 수 있게 된다.
먼저, 도 4a는 본 발명에 따른 나노 양자소자를 이용한 수광소자의 개략 구성도로서, 다수의 금속 탄소 풀러린(3a-3f)이 선형의 반도체 탄소 나노튜브(1)에 삽입되어 다수의 양자점을 갖는 나노 양자소자(10)는 그의 양단에 제1 및 제2 전극(5,7)을 접합하고, 양 전극(5,7)을 증폭기(9)의 입력단에 연결함에 의해 나노 수광소자를 구성하며, 나노 수광소자는 나노 양자소자(10)에 조사되는 외부 광에 비례하는 검출신호를 증폭기로부터 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기와 반대로 다수의 양자점을 갖는 나노 양자소자(10)는 도 4b와 같이, 그의 양단에 제1 및 제2 전극(5,7)을 접합하고, 양 전극(5,7)을 전원장치(11)에 연결함에 의해 나노 발광소자를 구성하며, 나노 발광소자는 전원장치(11)로부터 인가되는 전원에 비례하는 빛이 나노 양자소자(10)의 나노튜브(1)로부터 발생하게 된다.
더욱이, 본 발명에 따른 나노 양자소자(10)는 도 5와 같이 다수의 양자점을 갖는 탄소 나노튜브(1)의 양단에 소스 전극(15) 및 드레인 전극(17)을 접합하고, 나노튜브(1)의 중간에 소정의 게이트 절연막을 통하여 게이트 전극(13)을 부가함에 의해 나노 MESFET를 구성하게 된다.
또한, 본 발명의 나노 양자소자는 상기한 광 응용소자 및 능동소자 이외에도 분자 전자시대를 향한 진행을 가속화시키는 광전자장치 및 양자-컴퓨팅 기술에 적용 가능하다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 반도체 성질의 탄소 나노튜브, 또는 탄소와 탄소 이외의 원소로 이루어진 나노튜브에 금속 탄소 풀러린 또는 탄소 풀러린을 적어도 1 이상 삽입하여 국소적인 탄성변형으로 밴드 갭을 변형시킴에 의해 적어도 1 이상의 양자점을 갖는 나노 양자소자를 구현할 수 있게 되었다.
또한 본 발명의 나노 양자소자는 단순한 공정과 높은 재연성으로 자기 조립방식으로 제조되며 고집적화된 MESFET, 수광 또는 발광소자 등에 적용 가능하게 된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
Claims (17)
- 선형 나노튜브와,상기 선형 나노튜브에 삽입되어 국소적인 탄성변형을 일으켜서 삽입된 위치의 밴드 갭을 국소적으로 변형시키기 위한 적어도 1이상의 구형분자로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자.
- 제1항에 있어서, 상기 나노튜브는 반도체 성질의 탄소 나노튜브, BN(boron nitride) 및 CxByNz(탄소,붕소,질소)의 나노튜브 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 구형분자는 금속이 내재된 탄소 풀러린 또는 단순한 탄소 풀러린으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자.
- 제2항에 있어서, 상기 금속 탄소 풀러린은 가돌로늄(Gd)이 내재된 탄소 풀러린인 것을 특징으로 하는 나노 양자소자.
- 선형 탄소 나노튜브와,상기 탄소 나노튜브에 삽입되어 국소적인 탄성변형을 일으켜서 삽입된 위치마다 양자점을 형성하기 위한 적어도 1이상의 풀러린으로 구성되며,상기 풀러린의 (직경 + 0.6 nm)가 탄소 나노튜브의 직경보다 큰 경우 삽입된 풀러린에 의하여 탄소 나노튜브가 탄성변형을 일으켜 반도체 탄소 나노튜브의 밴드갭이 변화되는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자.
- 제4항에 있어서, 상기 반도체 탄소 나노튜브의 카이랄리티(n,m)가 n-m=3p+2(여기서 p는 정수임)인 경우 풀러린이 삽입된 위치에서 밴드 갭이 줄어들며, n-m=3p+1인 경우 풀러린이 삽입된 위치에서 밴드 갭이 늘어나는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 풀러린은 가돌로늄(Gd)이 내재된 탄소 풀러린인 것을 특징으로 하는 나노 양자소자.
- 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 나노 양자소자는 다수의 국소적인 밴드 갭의 변형으로 다수의 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자.
- 다수의 금속-풀러린이 선형의 반도체 탄소 나노튜브에 삽입되어 다수의 양자점을 갖는 나노 양자소자와,상기 나노 양자소자의 양단에 접합된 제1 및 제2 전극과,상기 제1 및 제2 전극에 연결되어 전원을 인가하기 위한 전원수단으로 구성되어,상기 전원수단으로부터 인가되는 전원에 비례한 광이 나노 양자소자로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 나노 발광장치.
- 다수의 금속-풀러린이 선형의 반도체 탄소 나노튜브에 삽입되어 다수의 양자점을 갖는 나노 양자소자와,상기 나노 양자소자의 양단에 접합된 제1 및 제2 전극과,상기 제1 및 제2 전극의 출력과 연결된 증폭수단으로 구성되어,상기 나노 양자소자에 조사되는 외부 광에 비례하는 검출신호를 증폭수단으로부터 얻는 것을 특징으로 하는 나노 수광장치.
- 반도체 성질의 탄소 나노튜브에 금속 풀러린과 풀러린 중 어느 하나를 삽입하여 풀러린이 삽입된 지점을 국소적으로 탄성변형시킴에 의해 국소적으로 밴드 갭을 변형시키는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자의 밴드 갭 변형방법.
- 제10항에 있어서, (상기 풀러린의 직경 + 0.6 nm)가 탄소 나노튜브의 직경보다 큰 경우 탄소 나노튜브에 탄성변형이 발생되는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자의 밴드 갭 변형방법.
- 제10항에 있어서, 상기 반도체 탄소 나노튜브의 카이랄리티(n,m)가 n-m=3p+2(여기서 p는 정수임)인 경우 풀러린이 삽입된 위치에서 밴드 갭이 줄어들며, n-m=3p+1인 경우 풀러린이 삽입된 위치에서 밴드 갭이 늘어나는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자의 밴드 갭 변형방법.
- 선형의 나노튜브에 다수의 구형분자를 삽입하여 구형분자가 삽입된 나노튜브의 각 지점을 규칙적으로 국소적으로 탄성변형시킴에 의해 다수의 양자점을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자의 양자점 형성방법.
- 제13항에 있어서, 상기 구형분자는 금속이 내재된 탄소 풀러린인 것을 특징으로 하는 나노 양자소자의 양자점 형성방법.
- 다수의 양자점을 갖는 나노 양자소자의 제조방법에 있어서,삽입 지점을 국소적으로 탄성변형시켜 밴드 갭을 변형시킴에 의해 양자점을 형성하도록 다수의 구형분자를 흡열반응에 의해 선형의 탄소 나노튜브에 삽입하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자의 제조방법.
- 단겹 탄소 나노튜브를 건조한 공기 중에서 건조시키는 단계와,상기 단겹 탄소 나노튜브와 금속 풀러린을 밀봉된 석영관에 같이 넣은 후 소정시간 동안 가열하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자의 제조방법.
- 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 풀러린의 밀도를 변화시킴에 의해 양자점 사이의 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 나노 양자소자의 제조방법.
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