KR101285475B1 - p-n junction ZnO LED and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 p-n 접합을 이루는 p형 ZnO와 n형 ZnO로 이루어진 ZnO LED 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 인쇄전자(Printed Electronics) 기술을 이용하여 p형 ZnO와 n형 ZnO 나노분말이 포함된 나노잉크를 각각 종횡으로 프린트하여 격자점에 p-n 접합이 형성되도록 하거나 또는 기판 위에 n형 ZnO의 시드층(seed layer)을 형성하고 수열합성법(hydrothermal method)으로 n형 ZnO 나노로드를 성장시킨 후 여기에 p형 ZnO를 증착시켜 수직방향의 p-n 접합을 형성시키는 p-n 접합 ZnO LED에 관한 것이다.The present invention relates to a ZnO LED made of p-type ZnO and n-type ZnO forming a pn junction, and a method of manufacturing the same, and a nano-ink containing p-type ZnO and n-type ZnO nanopowders using Printed Electronics technology. Are printed vertically and horizontally to form pn junctions at lattice points, or a seed layer of n-type ZnO is formed on a substrate, and n-type ZnO nanorods are grown by hydrothermal method, and then p is added thereto. A pn junction ZnO LED is formed by depositing a type ZnO to form a vertical pn junction.
Description
본 발명은 p-n 접합을 이루는 p형 ZnO와 n형 ZnO로 이루어진 ZnO LED 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 인쇄전자(Printed Electronics) 기술을 이용하여 p형 ZnO와 n형 ZnO 나노분말이 포함된 나노잉크를 각각 종횡으로 프린트하여 격자점에 p-n 접합이 형성되도록 하거나 또는 기판 위에 n형 ZnO의 시드층(seed layer)을 형성하고 수열합성법(hydrothermal method)으로 n형 ZnO 나노로드를 성장시킨 후 여기에 p형 ZnO를 증착시켜 수직방향의 p-n 접합을 형성시키는 p-n 접합 ZnO LED에 관한 것이다.The present invention relates to a ZnO LED made of p-type ZnO and n-type ZnO forming a pn junction, and a method of manufacturing the same, and a nano-ink containing p-type ZnO and n-type ZnO nanopowders using Printed Electronics technology. Are printed vertically and horizontally to form pn junctions at lattice points, or a seed layer of n-type ZnO is formed on a substrate, and n-type ZnO nanorods are grown by hydrothermal method, and then p is added thereto. A pn junction ZnO LED is formed by depositing a type ZnO to form a vertical pn junction.
화석 에너지 자원의 고갈과 환경보호에 관한 이슈는 현대사회를 살아가는 인류에게는 가장 중요한 문제로 대두되었다. 이에 따라 친환경적이고 에너지 절약을 지향하는 기술은 미래의 새로운 성장동력원으로 각광받고 있다.The depletion of fossil energy resources and the issue of environmental protection have emerged as the most important issues for mankind living in modern society. Accordingly, eco-friendly and energy-saving technologies are spotlighted as new growth engines for the future.
현대인의 생활에서 전기에너지는 가장 중요한 에너지라고 할 수 있는데, 특히 조명으로 사용되는 전기에너지는 전체 전기에너지 소비량의 20%에 육박하고 있다. 따라서 조명분야에서의 에너지 절감은 상당히 중요하다 할 수 있으며, 이에 따라 근래에는 LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)의 사용이 급격히 증가하는 추세이다.Electric energy is the most important energy in modern people's life. Especially, electric energy used as lighting is close to 20% of the total energy consumption. Therefore, energy saving in the lighting field is very important, and accordingly, the use of LEDs (Light Emitting Diodes) is rapidly increasing in recent years.
LED는 에너지 효율이 기존의 어떤 조명기구보다 우수할 뿐만 아니라 내구성과 신뢰성이 우수하고, 크기를 콤팩트하게 설계하는 것도 가능하다. 또한 빛의 퍼짐이 적어 반사체 없이도 지향성 빔을 만들기 쉽기 때문에 LCD가 탑재되는 전자제품이나 자동차 조명등, 가로등 등 수많은 분야에서 사용되고 있다.LEDs are not only more energy efficient than conventional luminaires, they are also more durable, reliable, and compact in size. In addition, since light spreads easily, it is easy to make a directional beam without a reflector, and thus it is used in many fields such as LCD-equipped electronic products, automobile lighting, and street lamps.
이처럼 LED가 가진 많은 장점 때문에 LED에 관한 연구는 계속 진행되고 있으며, 다양한 소재 개발을 통해 고휘도의 가시광뿐만 아니라 에너지가 높은 청색광이나 자외선 파장대의 빛을 만들어내는 LED도 속속 개발되고 있다.Due to the many advantages of LEDs, research on LEDs continues, and various materials are being developed one after another to develop not only high-visible visible light but also high-energy blue light or ultraviolet light.
이 중에서 근래에 가장 관심이 모이는 LED는 ZnO를 소재로 한 차세대 LED에 관한 것이라 할 수 있다. ZnO는 II-VI족 화합물 반도체로 우르차이트(wurtzite) 결정구조이며 실온(room temperature)에서 3.37eV의 넓은 밴드갭(bandgap)과 60meV의 높은 엑시톤 결합에너지(exciton binding energy)를 가지는 물질로써 UV(ultraviolet) 파장의 발광이 가능하다.Among these, LEDs that are most interested in recent years are related to next-generation LEDs made of ZnO. ZnO is a group II-VI compound semiconductor with a wurtzite crystal structure and has a wide bandgap of 3.37 eV and high exciton binding energy of 60 meV at room temperature. (ultraviolet) wavelength emission is possible.
이러한 특성으로 인하여 ZnO는 반도체 저항소자, LED, LD(laser diode), FED(field emission display), TFT(thin film transistor), 센서 등의 분야에서 많은 연구가 진행되고 있으며 향후 차세대 신기능 소자 개발에 커다란 기여를 할 수 있으리라 예상되는 물질로 손꼽히고 있다.Due to these characteristics, ZnO has been researched in the fields of semiconductor resistance device, LED, laser diode (LD), field emission display (FED), thin film transistor (TFT), sensor, etc. It is considered to be a material that can be contributed.
따라서 본 발명은 p형 ZnO와 n형 ZnO 사이에 p-n 접합을 형성하여 발광이 가능한 ZnO LED 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a ZnO LED capable of emitting light by forming a p-n junction between p-type ZnO and n-type ZnO, and a method of manufacturing the same.
특히 본 발명은 인쇄전자(Printed Electronics) 기술이나 수열합성법(hydrothermal method)을 이용하여 p-n 접합을 형성시키는 p-n 접합 ZnO LED 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In particular, an object of the present invention is to provide a p-n junction ZnO LED and a method of manufacturing the same, which form a p-n junction using Printed Electronics technology or hydrothermal method.
본 발명에 따른 p-n 접합 ZnO LED는 기판;과, 상기 기판 위에 형성된 하부전극;과, 상기 하부전극 위에 형성된 n형 ZnO;와, 상기 n형 ZnO 위에 p-n 접합을 이루도록 형성된 p형 ZnO; 및 상기 p형 ZnO 위에 형성된 상부전극을 포함한다.The p-n junction ZnO LED according to the present invention comprises a substrate; a lower electrode formed on the substrate; n-type ZnO formed on the lower electrode; and p-type ZnO formed to form a p-n junction on the n-type ZnO; And an upper electrode formed on the p-type ZnO.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부전극은 수직 및 수평간격이 일정한 격자배열을 이루도록 이산되게 형성되고, 상기 n형 ZnO 및 p형 ZnO는 나노 스트립으로서 상기 하부전극 위에서 p-n 접합을 이루는 교차점을 이루도록 종횡으로 형성되며, 상기 상부전극은 상기 p형 ZnO 및 n형 ZnO 나노 스트립의 p-n 접합 위에 형성된다. 즉 n형 ZnO의 나노 스트립을 하부전극 위를 지나도록 종방향으로 반복하여 형성하고, p형 ZnO의 나노 스트립 역시 하부전극 위를 지나도록 횡방향으로 반복하여 형성하면, n형 ZnO와 p형 ZnO 나노 스트립의 교차점인 하부전극 위에는 n형 ZnO와 p형 ZnO의 접촉면이 만들어지며, 이후 열확산 과정을 거치면 p-n 접합이 완성된다.In one embodiment of the present invention, the lower electrode is formed so that the vertical and horizontal spacing is a constant lattice arrangement, the n-type ZnO and p-type ZnO as a nano strip to form an intersection point forming a pn junction on the lower electrode. The upper electrode is formed on the pn junction of the p-type ZnO and n-type ZnO nanostrips. That is, if the nano strip of n-type ZnO is formed repeatedly in the longitudinal direction to pass over the lower electrode, and the nano-type of p-type ZnO is also repeatedly formed in the transverse direction to pass over the lower electrode, n-type ZnO and p-type ZnO are formed. A contact surface of n-type ZnO and p-type ZnO is formed on the lower electrode, which is an intersection point of the nanostrip, and then a thermal diffusion process is completed to complete the pn junction.
여기서 상기 n형 ZnO 및 p형 ZnO의 나노 스트립은 각각 n형 ZnO 및 p형 ZnO의 나노분말이 분산된 나노잉크를 사용하는 잉크젯 프린트 장치에 의해 상기 기판상에 프린트되어 형성될 수 있다.The nano strips of n-type ZnO and p-type ZnO may be printed and formed on the substrate by an inkjet printing apparatus using a nano ink in which nanoparticles of n-type ZnO and p-type ZnO are dispersed.
이때 상기 p-n 접합은 열확산에 의해 형성된다.At this time, the p-n junction is formed by thermal diffusion.
그리고 상기 하부전극은 Au/Ti(Au막, Ti막 순차 적층, 이하 동일) 합금 또는 그래핀 소재로 형성될 수 있다.The lower electrode may be formed of Au / Ti (Au film, Ti film sequentially stacked, or the same below) alloy or graphene material.
또한 상기 상부전극은 Au/Ni(Au막, Ni막 순차 적층, 이하 동일) 합금 또는 그래핀 소재로 형성될 수 있다.In addition, the upper electrode may be formed of Au / Ni (Au film, Ni film sequentially stacked, the same) alloy or graphene material.
그리고 상기 상부전극 및/또는 하부전극은 전극재질의 나노분말이 분산된 나노잉크를 사용하는 잉크젯 프린트 장치에 의해 프린트되어 형성될 수 있다.The upper electrode and / or the lower electrode may be printed by an inkjet printing apparatus using a nano ink in which nano powders of electrode materials are dispersed.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 하부전극 위에 n형 ZnO의 시드층(seed layer)을 형성한 후 수열합성법으로 상기 n형 ZnO의 나노로드를 수직방향으로 다수개 성장시키고, 상기 n형 ZnO 나노로드에 상기 p형 ZnO를 증착시켜 수직방향의 p-n 접합을 형성시킨다.In another embodiment of the present invention, after forming a seed layer (n-type ZnO) of the seed layer (seed layer) on the lower electrode by growing a plurality of nano-rods of the n-type ZnO in the vertical direction by hydrothermal synthesis, the n-type ZnO The p-type ZnO is deposited on the nanorods to form a vertical pn junction.
그리고 상기 다수의 p-n 접합 ZnO의 나노로드 사이에는 절연물질이 스핀 코팅법으로 충진된다.An insulating material is filled by spin coating between the nanorods of the plurality of p-n junctions ZnO.
그리고 상기 시드층은 졸-겔 스핀 코팅으로 상기 하부전극 위에 형성된다.The seed layer is formed on the lower electrode by sol-gel spin coating.
여기서 상기 하부전극은 Au/Ti 합금 또는 그래핀 소재로 형성될 수 있다.The lower electrode may be formed of Au / Ti alloy or graphene material.
그리고 상기 상부전극은 Au/Ni 합금 또는 그래핀 소재로 형성될 수 있다.The upper electrode may be formed of Au / Ni alloy or graphene material.
본 발명은 인쇄전자 기술을 이용함으로써 저렴한 비용으로 대량생산이 가능하고 대면적화가 가능한 것은 물론 벽지처럼 벽면에 탈부착할 수 있는 벽지형 LED 조명장치인 것에 장점이 있다.The present invention is advantageous in that it is a wallpaper-type LED lighting device that can be mass-produced at a low cost and large area by using printed electronic technology, as well as detachable to a wall like a wallpaper.
또한 본 발명은 평면에 다수의 LED 소자가 패터닝되어 있고 원하는 방향으로 원하는 세기의 조명을 조사할 수 있으므로, 하나의 조명장치로도 다방향의 조명을 조사하는 것이 가능하다는 장점도 있다.In addition, the present invention has a merit that a plurality of LED elements are patterned on a plane and irradiated with a desired intensity of illumination in a desired direction, so that illumination of multiple directions can be irradiated with one illumination device.
도 1은 본 발명에 따른 p-n 접합 ZnO LED의 일 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 p-n 접합 ZnO LED의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 p-n 접합 ZnO LED의 제조 과정을 설명하는 도면.1 illustrates an embodiment of a pn junction ZnO LED in accordance with the present invention.
Figure 2 shows another embodiment of a pn junction ZnO LED according to the present invention.
3 is a view for explaining a manufacturing process of the pn junction ZnO LED of FIG.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 p-n 접합 ZnO LED(1)의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the p-n
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 하며, 상대적인 위치를 지시하는 전후(前後)나 상하좌우(上下左右), 내외(內外) 등의 용어는 특별한 언급이 없는 한 첨부된 도면에 기재된 상태를 기준으로 한다.In describing the embodiments of the present invention, a description of well-known structures that can be understood by those skilled in the art will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention. In addition, when referring to the drawings, it should be considered that the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for the sake of clarity and convenience of the description. Terms such as above and inside and outside (한다 外) is based on the state described in the accompanying drawings unless otherwise specified.
본 발명에 따른 p-n 접합 ZnO LED(1)는 기판(100), 기판(100) 위에 형성된 하부전극(200), 하부전극(200) 위에 형성된 n형 ZnO(300), n형 ZnO(300) 위에 p-n 접합(420)을 이루도록 형성된 p형 ZnO(400) 및 p형 ZnO(400) 위에 형성된 상부전극(600)을 포함한다.The pn
ZnO를 소재로 하는 LED 소자는 많은 장점을 가지는데, 밴드 갭이 3.37eV로 매우 크고 엑시톤 결합에너지(exciton binding energy)도 60meV에 달하기 때문에 방출하는 빛의 파장을 조정하면 자외선을 포함하는 넓은 파장대로 구현하는 것이 가능하다.ZnO-based LED devices have many advantages. The band gap is 3.37 eV and the exciton binding energy reaches 60 meV. It is possible to implement
또한 나노 사이즈로 성장시키는 것도 용이하고, 기판의 격자배열과 일치하지 않아도 성장시키는데에 별다른 영향이 없어 기판 소재의 선택이 자유롭다. 따라서 석영이나 유리는 물론 플렉시블한 플라스틱 기판 위에 ZnO를 성장시키는 것이 가능하다. 특히 플렉시블한 플라스틱 기판을 사용하면 휘어진 곡면의 발광면을 만들 수도 있게 된다.In addition, it is easy to grow to nano size, and even if it does not match the lattice arrangement of the substrate, there is no influence on the growth, so the choice of substrate material is free. Therefore, it is possible to grow ZnO on a flexible plastic substrate as well as quartz or glass. In particular, using a flexible plastic substrate it is possible to make a curved light emitting surface.
아울러 아연은 다른 반도체 재료에 비해 상당히 풍부한 소재이기 때문에 가격적인 이점은 물론 향후 상당히 오랜 기간 동안 사용 가능하다는 이점도 있다.In addition, zinc is a much richer material than other semiconductor materials, so it has a price advantage and can be used for a very long time in the future.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 p-n 접합 ZnO LED(1)를 도시하고 있다.1 illustrates a p-n
도 1을 참조하여 설명하면, 하부전극(200)은 수직 및 수평간격이 일정한 격자배열을 이루도록 이산되게 형성되고, n형 ZnO(300) 및 p형 ZnO(400)는 나노 스트립 형태로서 하부전극(200) 위에서 p-n 접합(420)을 이루는 교차점을 이루도록 종횡으로 형성된다. 즉 n형 ZnO(300)의 나노 스트립을 하부전극(200) 위를 지나도록 종방향으로 반복하여 형성하고, p형 ZnO(400)의 나노 스트립 역시 하부전극(200) 위를 지나도록 횡방향으로 반복하여 형성하면, n형 ZnO(300)와 p형 ZnO(400) 나노 스트립의 교차점인 하부전극(200) 위에는 n형 ZnO(300)와 p형 ZnO(400)의 접촉면이 만들어지며, 이후 열확산 과정을 거치면 p-n 접합(420)이 완성된다.Referring to FIG. 1, the
물론 n형 ZnO(300)와 p형 ZnO(400) 나노 스트립의 상하 순서가 바뀌어도 관계는 없지만, n형 ZnO(300)와 p형 ZnO(400) 각각에 적합한 전극물질도 함께 바뀌어야 한다는 것에 유의해야 한다.Of course, even if the vertical order of the n-type ZnO (300) and p-type ZnO (400) nanostrip is reversed, it should be noted that the electrode material suitable for each of the n-type ZnO (300) and p-type ZnO (400) must also be changed. do.
이후 상부전극(600)을 p형 ZnO(400)와 n형 ZnO(300) 나노 스트립의 p-n 접합(420) 위에 형성하면, 다수의 p-n 접합 ZnO LED(1)가 일괄적으로 형성된다.Thereafter, when the
이러한 실시예는 각각의 p-n 접합 ZnO LED(1)가 독립 별개의 상/하부전극(600,200)을 구비하는 것으로서, 개개의 p-n 접합 ZnO LED(1)의 구동을 제어할 수 있다. 만일 p-n 접합 ZnO LED(1)의 개별적 구동제어가 불필요하다면, 상/하부전극(600,200) 역시 나노 스트립 형태로 형성함으로써 일괄적으로 각각 행과 열을 이루는 일련의 p-n 접합 ZnO LED(1)를 구동하거나, 아니면 상/하부전극(600,200)을 모든 p-n 접합 ZnO LED(1)를 포섭하도록 넓게 층(layer)으로 형성함으로써 모든 p-n 접합 ZnO LED(1)를 일괄적으로 구동시키는 것도 가능하다.In this embodiment, each p-n
이처럼 p형 ZnO와 n형 ZnO 나노 스트립을 종횡으로 교차시켜 다수의 p-n 접합 ZnO LED 일괄적으로 만들게 되면, 대면적의 면발광이 가능할 뿐만 아니라 제조공정이 단순화되어 가격적인 면에서도 큰 이점이 생긴다.When p-n junction ZnO nanostrips are intersected vertically and horizontally to produce multiple p-n-junction ZnO LEDs, large-area surface light emission is possible and the manufacturing process is simplified, resulting in significant cost advantages.
특히 n형 ZnO(300)와 p형 ZnO(400)의 나노 스트립을 인쇄전자 기술을 이용해 프린트 방식으로 형성하면 제조공정을 더욱 단순화시킬 수 있다.In particular, if the nano-strip of the n-type ZnO (300) and p-type ZnO (400) is formed by a printing method using a printed electronic technology it can further simplify the manufacturing process.
인쇄전자(Printed Electronics) 기술이란, 인쇄 기술을 활용하여 기판 위에 다양한 전자 부품을 생산하는 기술을 말한다. 이제까지는 일반적으로 실리콘 기판 또는 사파이어 기판 위에 식각(Lithography), 에칭(Etching), 증착(Ddeposition) 기술을 이용하여 패터닝함으로써 전자소자를 만들어 왔으나, 공정이 복잡하여 공정시간이 오래 걸리고 패터닝 과정에서 다량의 화학물질을 사용하기 때문에 환경문제는 물론 작업자의 건강에도 심각한 악영항을 미친다는 문제점이 있다.Printed electronics technology refers to a technology for producing various electronic components on a substrate using printing technology. Until now, electronic devices have been generally fabricated by using lithography, etching, and deposition techniques on silicon or sapphire substrates.However, the process is complicated and the process takes a long time, and a large amount of patterning process is required. Because of the use of chemicals, there is a problem that serious adverse effects on the health of workers as well as environmental problems.
이에 비해 인쇄전자 기술은 기판, 특히 플렉시블한 기판 위에 직접 전자소자의 패턴을 인쇄하기 하기 때문에 공정이 단순하고 제조비용이 저렴하며 대량생산과 대면적화가 쉽다는 장점을 가진다. 현재 인쇄전자 기술이 가장 적극적으로 활용되는 분야로는 광고판, 안내판, 일회용 디스플레이, RFID, 스마트 카드 등을 들 수 있다.On the other hand, the printed electronics technology directly prints the pattern of the electronic device on a substrate, particularly a flexible substrate, so that the process is simple, the manufacturing cost is low, and mass production and large area are easy. Currently, printed electronic technology is most actively used in advertising billboards, billboards, disposable displays, RFID, smart cards, and the like.
인쇄전자에 활용되는 프린팅 기술은 이제까지 종이 위에 인쇄하였던 다양한 기술이 활용되고 있다. 대표적으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 그라비아 오프셋 인쇄, 플렉소 인쇄, 잉크젯 인쇄 등을 예로 들 수 있다. 이 중에서 향후 인쇄전자 기술을 주도할 프린팅 기술로는 잉크젯 인쇄가 가장 유망하다고 평가받고 있으며, 나노 패터닝이 가능한 잉크젯에 관한 특허로는 한국등록특허 제0543176호를 참조할 수 있다.Printing technology utilized in printed electronics is using a variety of technologies that have been printed on paper until now. Representative examples include screen printing, gravure printing, gravure offset printing, flexo printing, inkjet printing, and the like. Among them, inkjet printing is regarded as the most promising printing technology that will lead printing electronic technology in the future, and Korean Patent No. 0543176 can be referred to as a patent on inkjet capable of nano patterning.
인쇄전자 기술에 활용되는 잉크젯 인쇄에는 나노분말이 분산된 나노잉크가 사용되며, 나노분말은 가스증발법이나 스퍼터링법과 같은 물리적 방법과 공침법, 졸-겔 법(이상, 액상법) 또는 화학증착법(기상법)과 같은 화학적 방법으로 합성된다. 그리고 고농도의 잉크를 높은 전단속도에서 토출하여도 노즐이 막히지 않고 원활하게 젯팅되도록 하기 위해서는 잉크의 유동성을 높일 필요가 있으므로 잉크 내 나노입자의 상호작용을 감소시킬 수 있는 고분자 첨가제가 첨가되기도 한다.Inkjet printing used in printed electronics technology uses nano-inks with nano-powder dispersed, and nano-powders include physical methods such as gas evaporation and sputtering, co-precipitation, sol-gel method (liquid, liquid phase method) or chemical vapor deposition method (weather method). It is synthesized by a chemical method such as). Also, in order to jet the nozzle at a high shear rate and to jet the high concentration of ink at high shear speed, it is necessary to increase the fluidity of the ink, so that a polymer additive may be added to reduce the interaction of nanoparticles in the ink.
따라서 본 발명의 일 실시예는 n형 ZnO(300) 및 p형 ZnO(400)의 나노분말이 분산된 나노잉크를 사용하는 잉크젯 프린트 장치를 이용해 기판(100) 위에 n형 ZnO(300)와 p형 ZnO(400)의 나노 스트립을 각각 종횡으로 프린트하는 인쇄전자 기술을 이용하여 만들어질 수 있다.Therefore, one embodiment of the present invention is an n-type ZnO (300) and p-type ZnO (300) and p-type ZnO (400) using an inkjet print apparatus using a nano ink dispersed in the n-type ZnO (300) and p on the
여기서 p형 ZnO(400)는 ZnO에 인(P) 또는 구리(Cu)를 도핑하고, n형 ZnO(300)는 ZnO에 알루미늄인(Al) 또는 갈륨(Ga)를 도핑함으로써 만들어진다.Here, the p-
그리고 다른 어떤 LED와 마찬가지로 ZnO LED(1) 역시 전극의 선택이 LED의 효율에 영향을 미치게 되는데, n형 ZnO(300)와 연결되는 하부전극(200)은 반투명의 Au/Ti(Au막, Ti막 순차 적층, 이하 동일) 합금이 적합하고 p형 ZnO(400)와 연결되는 상부전극(600)은 Au/Ni(Au막, Ni막 순차 적층, 이하 동일) 합금이 적합하다. 또한 최근에 플렉시블한 투명전극으로 각광받는 그래핀 소재 역시 상부/하부전극(600,200) 모두에 대해 적합하게 적용될 수 있는 것을 확인하였다.And like any other LED, ZnO LED (1) also the electrode selection affects the efficiency of the LED, the
위와 같은 상부전극(600) 및/또는 하부전극(200) 역시 전극재질(금속합금 또는 그래핀)의 나노분말이 분산된 나노잉크를 사용하는 잉크젯 프린트 장치에 의해 프린트되어 형성되는 것이 가능하다.
The
본 발명의 또 다른 실시예는 수직형 p-n 접합 ZnO LED(1)에 관한 것으로서 그 구조는 도 2에 도시되어 있다.Yet another embodiment of the present invention is directed to a vertical p-n
기본적인 구조는 p형 ZnO(400)와 n형 ZnO(300)가 p-n 접합(420)을 이룬다는 점에서는 동일하지만, 기판(100) 위에 형성된 하부전극(200) 위에 n형 ZnO의 시드층(seed layer, 310)을 형성한 후 수열합성법으로 n형 ZnO 나노로드(320)를 수직방향으로 다수개 성장시키고, n형 ZnO 나노로드(320)에 p형 ZnO 나노로드(410)를 증착 성장시켜 수직방향의 p-n 접합(420)을 형성시킨다는 점에 차이가 있다.The basic structure is the same in that the p-
ZnO 나노구조의 성장을 위한 방법에는 화학기상증착법(chemical vapor deposition), 열증착법(thermal evaporating), 수열합성법(hydrothermal method), 분자선에피택시(molecular beam epitaxy), 스퍼터링(sputtering), 펄스레이저증착법(pulsed laser deposition), 원자층증착법(atomic layer deposition) 등의 다양한 방법이 있는데, 그 중에서 수열합성법은 제조공정이 간단하고 저온에서 ZnO 나노구조를 성장할 수 있어 대량생산이 가능하며 도핑 및 화학적 조성을 조절하기가 용이하다는 장점을 가진다.Methods for growing ZnO nanostructures include chemical vapor deposition, thermal evaporating, hydrothermal methods, molecular beam epitaxy, sputtering, pulsed laser deposition ( There are various methods such as pulsed laser deposition, atomic layer deposition, etc. Among them, hydrothermal synthesis is simple in manufacturing process and can grow ZnO nanostructures at low temperature, enabling mass production, and controlling doping and chemical composition. Has the advantage of being easy.
수열합성법은 ZnO 나노로드가 성장할 수 있는 시드층을 기판(100) 위에 성장시킨 후, 전구체인 질산아연 6수화물(zinc nitrate hexahydrate, [Zn(NO3)2·6H2O])이나 초산아연(zinc acetate dehydrate, [Zn(CH3COO)2·2H2O]) 등을 포함하는 용액 안에 기판(100)을 넣고 90~200 정도의 비교적 저온에 보관함으로써, 시드층 위에 ZnO 나노로드를 성장시키는 방법이다.In hydrothermal synthesis, a seed layer on which ZnO nanorods can be grown is grown on a
본 발명은 이러한 수열합성법을 이용하여 ZnO 나노로드(320,410)를 성장시키는데 전체적인 과정의 흐름은 도 3에 도시되어 있다.The present invention uses the hydrothermal synthesis method to grow the ZnO nanorods (320, 410) is shown in Figure 3 the flow of the overall process.
우선 기판(100) 위에 형성된 하부전극(200) 위에 n형 ZnO의 시드층(310)을 졸-겔 스핀 코팅으로 형성한다[(a)~(c) 단계]. 하부전극(200)은 전술한 것과 마찬가지로 Au/Ti 합금 또는 그래핀 소재로 형성될 수 있으며, 스퍼터링으로 증착될 수 있는 것은 물론 인쇄전자 기술을 이용해 기판(100) 위에 프린트되는 것도 가능하다.First, an n-type
이후 수열합성법으로 n형 ZnO 나노로드(320)를 수직방향으로 다수개 성장시킨다[(d) 단계].Thereafter, a plurality of n-
이때 어느 정도의 길이 이상 성장된 n형 ZnO 나노로드(320) 사이에서는 전기적 쇼트가 발생할 가능성이 높으므로, n형 ZnO 나노로드(320) 사이의 공간에 스핀 코팅법으로 절연물질(500)을 충진시킨다[(e) 단계].At this time, since the electrical short is likely to occur between the n-
(e) 단계를 통해 n형 ZnO 나노로드(320) 사이에 절연물질(500)이 충진되었으면, n형 ZnO 나노로드(320)에 p형 ZnO 나노로드(410)를 증착 성장시켜 수직방향의 p-n 접합(420)을 완성시킨다[(f) 단계].When the insulating
ZnO의 나노로드(320,410)의 p-n 접합(420)이 완성되면, 다시 (e) 단계에서와 같이 ZnO의 나노로드(320,410) 사이의 나머지 빈 공간에 스핀 코팅법으로 절연물질(500)을 충진시키고[(g) 단계], 그 위에 상부전극(600)을 형성하면 다수개의 p-n 접합 ZnO LED(1)가 하나의 기판(100) 위에 일괄적으로 완성된다[(h) 단계]. 상부전극(600) 역시 전술한 실시예처럼 Au/Ni 합금 또는 그래핀 소재로 형성될 수 있으며, 형성 방법 역시 하부전극(200)의 경우와 마찬가지이다.
When the
이상 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 본 발명이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is merely exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs can make various modifications and other equivalent embodiments therefrom. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: p-n 접합 ZnO LED 100: 기판
200: 하부전극 300: n형 ZnO
310: n형 ZnO 시드층 320: n형 ZnO 나노로드
400: p형 ZnO 410: p형 ZnO 나노로드
420: p-n 접합 500: 절연물질
600: 상부전극Description of the Related Art
1: pn junction ZnO LED 100: substrate
200: lower electrode 300: n-type ZnO
310: n-type ZnO seed layer 320: n-type ZnO nanorods
400: p-type ZnO 410: p-type ZnO nanorod
420: pn junction 500: insulating material
600: upper electrode
Claims (12)
상기 하부전극은 수직 및 수평간격이 일정한 격자배열을 이루도록 이산되게 형성되고;
상기 n형 ZnO 및 p형 ZnO는 나노 스트립으로서 상기 하부전극 위에서 p-n 접합을 이루는 교차점을 이루도록 종횡으로 형성되며;
상기 상부전극은 상기 p형 ZnO 및 n형 ZnO 나노 스트립의 p-n 접합 위에 형성하되;
상기 n형 ZnO 및 p형 ZnO의 나노 스트립은 각각 n형 ZnO 및 p형 ZnO의 나노분말이 분산된 나노잉크를 사용하는 잉크젯 프린트 장치에 의해 상기 기판상에 프린트되어 형성되는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 ZnO LED.A pn junction ZnO LED comprising a substrate, a lower electrode formed on the substrate, an n-type ZnO formed on the lower electrode, a p-type ZnO formed to form a pn junction on the n-type ZnO, and an upper electrode formed on the p-type ZnO.
The lower electrodes are formed to be discrete so that vertical and horizontal intervals form a constant lattice arrangement;
The n-type ZnO and the p-type ZnO are formed as a nanostrip in a longitudinal direction so as to form an intersection point forming a pn junction on the lower electrode;
The upper electrode is formed on a pn junction of the p-type ZnO and n-type ZnO nanostrips;
The nano strips of n-type ZnO and p-type ZnO are printed and formed on the substrate by an inkjet printing apparatus using a nano ink in which nanoparticles of n-type ZnO and p-type ZnO are dispersed, respectively. ZnO LED.
상기 p-n 접합은 열확산에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 ZnO LED.The method of claim 1,
The pn junction is formed by thermal diffusion, pn junction ZnO LED.
상기 하부전극은 Au/Ti(Au막, Ti막 순차 적층, 이하 동일)기판, 상기 기판 위에 형성된 하부전극, 상기 하부전극 위에 형성된 n형 ZnO, 상기 n형 ZnO 위에 p-n 접합을 이루도록 형성된 p형 ZnO 및 상기 p형 ZnO 위에 형성된 상부전극을 포함하는 p-n 접합 ZnO LED로서,
상기 하부전극은 수직 및 수평간격이 일정한 격자배열을 이루도록 이산되게 형성되고;
상기 n형 ZnO 및 p형 ZnO는 나노 스트립으로서 상기 하부전극 위에서 p-n 접합을 이루는 교차점을 이루도록 종횡으로 형성되며;
상기 상부전극은 상기 p형 ZnO 및 n형 ZnO 나노 스트립의 p-n 접합 위에 형성하되;
상기 n형 ZnO 및 p형 ZnO의 나노 스트립은 각각 n형 ZnO 및 p형 ZnO의 나노분말이 분산된 나노잉크를 사용하는 잉크젯 프린트 장치에 의해 상기 기판상에 프린트되어 형성되는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 ZnO LED.The method of claim 1,
The lower electrode is formed of an Au / Ti (Au film, Ti film sequentially stacked, hereinafter identical) substrate, a lower electrode formed on the substrate, an n-type ZnO formed on the lower electrode, and a p-type ZnO formed on the n-type ZnO. And a pn junction ZnO LED including an upper electrode formed on the p-type ZnO,
The lower electrodes are formed to be discrete so that vertical and horizontal intervals form a constant lattice arrangement;
The n-type ZnO and the p-type ZnO are formed as a nanostrip in a longitudinal direction so as to form an intersection point forming a pn junction on the lower electrode;
The upper electrode is formed on a pn junction of the p-type ZnO and n-type ZnO nanostrips;
The nano strips of n-type ZnO and p-type ZnO are printed and formed on the substrate by an inkjet printing apparatus using a nano ink in which nanoparticles of n-type ZnO and p-type ZnO are dispersed, respectively. ZnO LED.
상기 상부전극은 Au/Ni(Au막, Ni막 순차 적층, 이하 동일) 합금 또는 그래핀 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 ZnO LED.The method of claim 1,
The upper electrode is a pn junction ZnO LED, characterized in that formed of Au / Ni (Au film, Ni film sequentially stacked, the same) alloy or graphene material.
상기 상부전극 및 하부전극은 전극재질의 나노분말이 분산된 나노잉크를 사용하는 잉크젯 프린트 장치에 의해 프린트되어 형성되는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 ZnO LED.The method according to claim 5 or 6,
The upper electrode and the lower electrode is pn junction ZnO LED, characterized in that printed by an inkjet printing apparatus using a nano ink in which the nano-powder of the electrode material is dispersed.
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