KR102467133B1 - Three dimensional hot electron energy device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 핫전자 에너지 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노튜브; 및 상기 나노튜브 상에 증착되는 금속 박막층;을 포함하는 3차원 핫전자 에너지 소자 및 3차원 핫전자 에너지 소자 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 3차원 핫전자 에너지 소자는 금속 박막층이 3차원의 나노튜브 표면을 따라 3차원적으로 분포하게 됨으로써 1차원이나 2차원 구조에 비해 확대된 활성 영역을 갖고, 이에 따라 표면 플라즈몬 공명(SPR)에 의한 높은 광흡수율에 의해 많은 핫전자가 생성될 수 있게 되어, 빛 에너지를 전기 에너지로 전환함에 있어 우수한 에너지 변환 효율을 가질 수 있다.The present invention relates to a three-dimensional hot electron energy device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a nanotube; and a metal thin film layer deposited on the nanotubes.
The three-dimensional hot electron energy device according to the present invention has an enlarged active area compared to a one-dimensional or two-dimensional structure because the metal thin film layer is three-dimensionally distributed along the surface of the three-dimensional nanotube, and thus surface plasmon resonance ( A large number of hot electrons can be generated by the high light absorption rate by SPR), so that it can have excellent energy conversion efficiency in converting light energy into electrical energy.
Description
본 발명은 3차원 핫전자 에너지 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노튜브 및 나노튜브 상에 증착되는 금속 박막층을 포함하는 3차원 쇼트키 다이오드로 구성되어, 표면 플라즈몬에 의해 금속 박막층의 표면에서 발생하는 핫전자가 쇼트키 에너지 장벽을 넘어 검출되는 것을 이용하여 광에너지를 전기에너지로 변환시키는 3차원 핫전자 에너지 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional hot electron energy device, and more particularly, consists of a three-dimensional Schottky diode including a nanotube and a metal thin film layer deposited on the nanotube, and surface plasmons are generated on the surface of the metal thin film layer. It relates to a three-dimensional hot electron energy device that converts light energy into electrical energy by using the detection of hot electrons crossing the Schottky energy barrier.
에너지와 환경 문제가 이슈화되면서 대체에너지원에 대한 요구가 끊임없이 제기 되어 왔고, 이러한 요구 속에 태양전지는 하나의 대체에너지로서 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다. As energy and environmental issues have become an issue, the demand for alternative energy sources has been constantly raised, and amidst this demand, solar cells are being researched and developed as an alternative energy.
현재 상용화 되고 있는 태양전지는 태양광의 포톤(photon)을 전기로 변환시키는 pn 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 방식을 채택하고 있다. 이러한 태양전지에 빛을 비추면 전자와 정공이 발생하고, 이러한 전하는 pn 접합 사이에 생성된 전위차에 의해 각각의 전극으로 분리되어 전류가 흐르게 된다. Currently commercialized solar cells adopt a method of generating electrical energy by using the photoelectric effect of a pn junction that converts photons of sunlight into electricity. When light shines on such a solar cell, electrons and holes are generated, and these charges are separated to each electrode by the potential difference generated between the pn junctions, and current flows.
상용화 되고 있는 태양전지의 효율은 약 11%이다. 이러한 효율은 고 순도의 실리콘과 공정기술의 개발을 통해 향상될 수 있지만, 이에 따른 제조비용 역시 증가하게 된다. 또한 현재 실리콘의 수요가 급증하면서 에너지당 제조비용이 증가하고 있다. 따라서, 최근에 광에너지를 전기에너지로 전환할 수 있는 차세대 태양전지에 대한 다양한 연구와 개발이 이루어지고 있다.The efficiency of commercially available solar cells is about 11%. Although this efficiency can be improved through the development of high-purity silicon and process technology, manufacturing costs also increase accordingly. In addition, as the demand for silicon is rapidly increasing, the manufacturing cost per energy is increasing. Accordingly, various researches and developments have recently been conducted on next-generation solar cells capable of converting light energy into electrical energy.
이러한 차세대 태양전지로서, 대한민국 공개특허 제2012-0070220호에는 빛을 전기로 전환하는 활성층과 생성된 전자를 수집하는 반도체 층, 절연체 층, 제1 전극 및 제2 전극으로 구성된 핫 전자 기반의 금속-반도체 나노다이오드 태양전지가 개시되어 있고, 대한민국 공개특허 제2016-0050632호에는 제1 금속층의 일함수보다 작은 일함수를 갖는 제2 금속층 및 제1 금속층의 일함수 및 제2 금속층의 일함수보다 작은 전자친화도를 갖는 무기층을 포함하는 터널링 금속-금속산화물-금속 핫전자 에너지 소자가 개시되어 있다.As such a next-generation solar cell, Korean Patent Publication No. 2012-0070220 discloses an active layer that converts light into electricity, a semiconductor layer that collects generated electrons, an insulator layer, a first electrode, and a second electrode. A semiconductor nanodiode solar cell is disclosed, and Korean Patent Publication No. 2016-0050632 discloses a second metal layer having a work function smaller than the work function of the first metal layer and a work function smaller than the work function of the first metal layer and the second metal layer. A tunneling metal-metal oxide-metal hot electron energy device including an inorganic layer having electron affinity is disclosed.
본 발명자는 핫 전자 기반 신소자에 대한 연구를 지속적으로 수행한 결과, 더욱 우수한 에너지 전환 효율을 가지는 3차원 구조의 에너지 소자를 개발하여 본 발명을 출원하기에 이르렀다.As a result of continuous research on hot electron-based new devices, the present inventors have developed a three-dimensional energy device with superior energy conversion efficiency and filed an application for the present invention.
본 발명의 목적은 종래 1차원이나 2차원 구조를 갖는 핫전자 기반의 에너지 소자보다 우수한 에너지 변환 효율을 가지는 3차원 핫전자 에너지 소자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional hot electron energy device having a higher energy conversion efficiency than a conventional hot electron-based energy device having a one-dimensional or two-dimensional structure.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3차원 핫전자 에너지 소자는, 나노튜브; 및 상기 나노튜브 상에 증착되는 금속 박막층;을 포함한다.In order to achieve the above object, a three-dimensional hot electron energy device according to the present invention includes nanotubes; and a metal thin film layer deposited on the nanotubes.
여기서, 상기 나노튜브는 TiO2 나노튜브인 것을 특징으로 한다.Here, the nanotubes are characterized in that TiO 2 nanotubes.
또한, 상기 TiO2 나노튜브의 직경은 40~120nm인 것을 특징으로 한다.In addition, the diameter of the TiO 2 nanotubes is characterized in that 40 ~ 120nm.
또한, 상기 나노튜브는 다수의 나노로드로 형성되고, 상기 다수의 나노로드 중 어느 하나의 나노로드는 적어도 4개 이상의 다른 나노로드와 서로 벽면이 인접되는 것을 특징으로 한다.In addition, the nanotube is formed of a plurality of nanorods, and any one of the plurality of nanorods is characterized in that walls are adjacent to at least four or more other nanorods.
여기서, 상기 금속 박막층은 Au, Ag 또는 Pt 박막층인 것을 특징으로 한다.Here, the metal thin film layer is characterized in that the Au, Ag or Pt thin film layer.
또한, 상기 금속 박막층의 두께는 20~50nm인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the metal thin film layer is characterized in that 20 ~ 50nm.
또한, 상기 TiO2 나노튜브는 X선 회절 패턴에서, 25°, 38° 및 54°를 포함하는 회절각에서 피크가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the TiO 2 nanotubes are characterized in that peaks are formed at diffraction angles including 25 °, 38 ° and 54 ° in the X-ray diffraction pattern.
나아가, 상기 나노튜브가 형성되는 기판; 상기 나노튜브와 연결되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극과 이격되어 상기 기판 상에 형성되는 제2 전극;을 더 포함하고, 상기 금속 박막층은 상기 나노튜브와 상기 제2 전극을 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.Furthermore, a substrate on which the nanotubes are formed; a first electrode connected to the nanotube; and a second electrode formed on the substrate and spaced apart from the first electrode, wherein the metal thin film layer is formed to connect the nanotube and the second electrode.
여기서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 Ti 박막층 상부에 Au 박막층이 차례로 증착되어 형성되는 것을 특징으로 한다.Here, the first electrode and the second electrode are formed by sequentially depositing an Au thin film layer on top of the Ti thin film layer.
또한, 상기 핫전자는 상기 금속 박막층의 표면에서 발생한 후, 쇼트키 에너지 장벽을 넘어 검출되는 것을 특징으로 한다.In addition, the hot electrons are characterized in that they are detected beyond the Schottky energy barrier after being generated on the surface of the metal thin film layer.
또한, 상기 나노튜브는 WO3, Co3O4, Fe2O3, ZnO, CeO2, 또는 MnO2 나노튜브인 것을 특징으로 한다.In addition, the nanotube is WO 3 , Co 3 O 4 , Fe 2 O 3 , ZnO, CeO 2 , or MnO 2 Characterized in that it is a nanotube.
한편, 본 발명에 따른 3차원 핫전자 에너지 소자 제조방법은, 기판 상에 Ti를 증착하는 단계; 상기 Ti를 양극산화하여 비정질의 TiO2 나노튜브를 제조하는 단계; 상기 비정질의 TiO2 나노튜브를 열처리하여 결정질의 TiO2 나노튜브를 제조하는 단계; 상기 결정질의 TiO2 나노튜브 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 실리콘 기판상에 제2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 결정질의 TiO2 나노튜브와 상기 제2 전극을 연결하는 금속 박막층을 형성하는 단계;를 포함한다.Meanwhile, a method for manufacturing a three-dimensional hot electron energy device according to the present invention includes depositing Ti on a substrate; Anodizing the Ti to produce amorphous TiO 2 nanotubes; Preparing crystalline TiO 2 nanotubes by heat-treating the amorphous TiO 2 nanotubes ; forming a first electrode on the crystalline TiO 2 nanotube, and forming a second electrode on the silicon substrate; and forming a metal thin film layer connecting the crystalline TiO 2 nanotubes and the second electrode.
여기서, 상기 비정질의 TiO2 나노튜브의 크기, 직경 및 벽의 형태는, 상기 양극산화시 이용되는 전해질의 농도 및 인가되는 전압에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.Here, the size, diameter, and shape of the wall of the amorphous TiO 2 nanotubes are characterized in that they are determined by the concentration of the electrolyte used in the anodic oxidation and the applied voltage.
또한, 상기 양극산화시 인가되는 전압은 10~70V인 것을 특징으로 한다.In addition, the voltage applied during the anodic oxidation is characterized in that 10 ~ 70V.
또한, 상기 열처리는 300~600℃에서 1~3시간 동안 공기분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the heat treatment is characterized in that it is made in an air atmosphere for 1 to 3 hours at 300 ~ 600 ℃.
이 때, 상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 금속 박막층은 전자빔 증착법을 통해 증착되는 것을 특징으로 한다.At this time, it is characterized in that the first electrode, the second electrode and the metal thin film layer is deposited through an electron beam evaporation method.
본 발명에 따른 3차원 핫전자 소자는 금속 박막층이 3차원의 나노튜브 표면을 따라 3차원적으로 분포하게 됨으로써 1차원이나 2차원 구조에 비해 확대된 활성 영역을 갖고, 이에 따라 표면 플라즈몬 공명(SPR)에 의한 높은 광흡수율에 의해 많은 핫전자가 생성될 수 있게 되어, 종래 1차원이나 2차원 구조를 갖는 핫전자 기반의 에너지 소자에 비해 훨씬 우수한 에너지 전환 효율을 나타낸다.The three-dimensional hot electronic device according to the present invention has an enlarged active area compared to a one-dimensional or two-dimensional structure because the metal thin film layer is three-dimensionally distributed along the surface of the three-dimensional nanotube, and thus surface plasmon resonance (SPR) ), a large number of hot electrons can be generated by the high light absorption rate, and thus, it shows much better energy conversion efficiency than conventional hot electron-based energy devices having a one-dimensional or two-dimensional structure.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 핫전자 에너지 소자의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 핫전자 에너지 소자의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 3은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 TiO2 나노튜브의 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 TiO2 나노튜브의 직경 분포도이다.
도 5는 제조예 1에서 결정화된 TiO2 나노튜브의 X-ray 회절패턴(XRD)을 나타내는 그래프이다.
도 6은 제조예 1에서 제작된 쇼트키 다이오드에서 측정된 전류-전압 그래프이다.
도 7은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 서로 다른 나노튜브 직경을 갖는 Au/TiO2 다이오드에서 측정된 단락 광전류의 그래프이다.
도 8은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 Au/TiO2 다이오드에서 측정된 광전류를 각 파장대별로 나타낸 IPCE 그래프이다.
도 9는 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 Au/TiO2 다이오드의 광흡수 스펙트럼 그래프이다.
도 10은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 서로 다른 나노튜브 직경을 갖는 Ag/TiO2 다이오드에서 측정된 단락 광전류의 그래프이다.
도 11은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 Ag/TiO2 다이오드에서 측정된 광전류를 각 파장대별로 나타낸 IPCE 그래프이다.1 is an exemplary view of a three-dimensional hot electron energy device according to an embodiment of the present invention.
2 is an energy band diagram of a three-dimensional hot electron energy device according to an embodiment of the present invention.
3 is a scanning electron microscope photograph of the surface of the TiO 2 nanotubes prepared at 30V and 50V, respectively, in Preparation Example 1;
4 is a diameter distribution diagram of TiO 2 nanotubes manufactured at 30V and 50V, respectively, in Preparation Example 1.
5 is a graph showing an X-ray diffraction pattern (XRD) of TiO 2 nanotubes crystallized in Preparation Example 1;
6 is a current-voltage graph measured in the Schottky diode fabricated in Preparation Example 1.
7 is a graph of short-circuit photocurrent measured in Au/TiO 2 diodes having different nanotube diameters fabricated at 30V and 50V in Preparation Example 1, respectively.
8 is an IPCE graph showing the photocurrent measured in Au/TiO 2 diodes manufactured at 30V and 50V, respectively, in Preparation Example 1 for each wavelength range.
9 is a graph of light absorption spectra of Au/TiO 2 diodes fabricated at 30V and 50V, respectively, in Preparation Example 1.
10 is a graph of short-circuit photocurrent measured in Ag/TiO 2 diodes having different nanotube diameters fabricated at 30V and 50V in Preparation Example 1, respectively.
11 is an IPCE graph showing the photocurrent measured in Ag/TiO 2 diodes fabricated at 30V and 50V, respectively, in Preparation Example 1 for each wavelength range.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 3차원 핫전자 에너지 소자에 대해 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the three-dimensional hot electron energy device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the drawings presented below, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted.
본 발명의 3차원 핫전자 에너지 소자는 3차원(three-dimensions) 쇼트키 다이오드(Schottkey diode)로서, 다이오드란 전자현상을 이용하는 2단자 소자를 의미한다.The three-dimensional hot electron energy element of the present invention is a three-dimensional Schottky diode, and the diode means a two-terminal element using an electronic phenomenon.
본 발명은 나노튜브(10) 및 나노튜브(10) 상에 형성된 금속 박막층(20)을 포함하여 이루어지며, 핫전자가 금속 박막층(20)에서 발생한 후 쇼트키 에너지 장벽(Schottky energy barrier)을 넘어 검출되는 것을 이용하는 것이다.The present invention includes
핫전자는 금속에서 약 1.0~3.0eV의 운동에너지를 갖는 전자로서, 외부 자극(에너지, 특히 빛 에너지) 및 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance; SPR)에 의해 금속 박막층(20)의 표면에서 생성 및 증폭된다.Hot electrons are electrons having a kinetic energy of about 1.0 to 3.0 eV in metal, generated on the surface of the metal
본 발명에 따른 3차원 핫전자 에너지 소자는 표면 플라즈몬의 원천인 금속 박막층(20)이 3차원의 나노튜브(10) 상에 증착되어 핫전자의 생성 및 증폭이 활발히 일어나게 됨으로써 에너지 전환 효율이 크게 증가될 수 있다.In the three-dimensional hot electron energy device according to the present invention, the metal
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫전자 기반의 3차원 에너지 소자의 예시도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 나노튜브(10) 및 나노튜브(10) 상에 증착되는 금속 박막층(20)을 포함하여 이루어질 수 있고, 나아가, 나노튜브(10)가 형성되는 기판(30), 나노튜브와 연결되는 제1 전극(40), 및 제1 전극(40)과 이격되어 기판(30) 상에 형성되는 제2 전극(50)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.1 is an exemplary diagram of a three-dimensional energy device based on hot electrons according to an embodiment of the present invention. As shown, the present invention includes
기판(30)은 나노튜브(10)의 형성이 가능한 다양한 재질의 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판으로, Si, Ge, GaAs, GaN기판, 유기 폴리머 또는 무기 폴리머 재질의 폴리머 기판, 석영(quartz), 유리 등의 재질의 기판이 사용될 수 있으며, 본 발명은 일 실시예로서 실리콘(Si) 산화물이 성장된 n-type 실리콘 웨이퍼를 사용하였다.As the
나노튜브(10)는 산화물 반도체 물질, 금속 산화물, 절연 물질 또는 카본 나노튜브로 이루어질 수 있다. 예를 들어, TiO2, WO3, Co3O4, Fe2O3, ZnO, CeO2, MnO2, In2O3, Ga2O3, SnO, In-Zn Oxide(IZO), In-Tin Oxide(ITO), Ga-In-Zn Oxide(GIZO), HfInZnO, SnO2, Mn3O4, Fe3O4, NiO, MoO3, MoO2, CuO, Cu2O, LiFePO4, RuO2, MnO2, Li4Ti5O12, Li3V2(PO4)3 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는 n-type 금속 산화물인 TiO2, WO3, Co3O4, Fe2O3, ZnO, CeO2 또는 MnO2 나노튜브일 수 있으며, 본 발명은 일 실시예로서 TiO2 나노튜브(10)를 사용하였다.The
나노튜브(10)는 기판(30)의 평면 방향에 수직한 방향으로 형성되어 외형상 주상 형태를 가질 수 있고, 주상 형태의 내부는 비어 있는 다공성 구조를 가질 수 있으며, 본 발명에 따른 주상 형태의 나노튜브(10)의 직경은 40~120nm일 수 있다.The
또한, 본 발명에 따른 나노튜브(10)는 기판(30)의 평면 방향에 수직한 방향으로 형성되는 다수의 나노로드로 형성되어 다수의 나노로드가 서로 벽면을 인접하도록 평행하고 촘촘하게 밀집해 있고, 이때 하나의 나노로드는 적어도 다른 4개 이상의 나노로드와 서로 벽면이 인접되도록 형성될 수 있다.In addition, the
제1 전극(40)은 나노튜브(10)와 연결되도록 배치되며, 제2 전극(50)은 제1 전극(40)과 이격되어 기판(30) 상에 형성된다. 이때, 제1 전극(40)은 나노튜브(10) 상부에 배치되어 나노튜브(10)와 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
제1 전극(40) 및 제2 전극(50)은 나노튜브(10)와의 일함수 관계를 고려하여 Au/Ti, Pt/Ti, Au/Al 또는 Pt/Al로 형성될 수 있으며, 본 발명은 일 실시예로서 Au/Ti 전극을 사용하였다.The
금속 박막층(20)은 나노튜브(10)와 제2 전극(50)을 연결하도록 형성된다. 금속 박막층(20)은 Au, Ag, Ni, Pd 또는 Pt 박막층으로 형성될 수 있고, 이때 Au, Ag 또는 Pt 박막층으로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 일 실시예로서 Au 및 Ag 박막층을 사용하였다.The metal
제1 전극(40), 제2 전극(50) 및 금속 박막층(20)은 전자빔 증착법을 통해 증착될 수 있으며, 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)은 100~200nm 두께로 증착될 수 있고, 금속 박막층(20)은 20~50nm 두께로 증착될 수 있으며, 특히 금속 박막층(20)의 경우 30~40nm 두께로 증착되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 핫전자 에너지 소자의 에너지 밴드 다이어그램으로서, 도시된 바와 같이 Au 박막층(20)에서 생성된 핫전자가 쇼트키 에너지 장벽을 넘어 TiO2 나노튜브(10)를 통해 이동된다.2 is an energy band diagram of a three-dimensional hot electron energy device according to an embodiment of the present invention. As shown, hot electrons generated in the Au
즉, 본 발명은 상술한 바와 같이 외부 자극에 의해 금속 박막층(20)에서 핫전자가 생성 및 증폭되고, 이 핫전자는 금속 박막층(20)과 나노튜브(10)의 3차원 쇼트키 에너지 장벽을 넘어 나노튜브(10)와 연결된 제1 전극(40)으로 이동되며, 제1 전극(40)으로 이동된 핫전자는 제1 전극(40)을 통해 금속 박막층(20)과 접촉된 제2 전극(50)으로 이동되어 회로가 형성됨에 따라, 외부 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있게 된다.That is, in the present invention, as described above, hot electrons are generated and amplified in the metal
이때, 본 발명은 금속 박막층(20)이 3차원의 나노튜브(10) 표면을 따라 3차원적으로 분포하게 됨으로써 1차원이나 2차원 구조에 비해 확대된 활성 영역을 갖는다. 이에 따라 표면 플라즈몬 공명(SPR)에 의한 높은 광흡수율에 의해 많은 핫전자가 생성될 수 있게 되어, 종래 1차원이나 2차원 구조의 핫전자 에너지 소자에 비해 훨씬 우수한 에너지 전환 효율을 나타낸다.At this time, in the present invention, the metal
한편, 본 발명의 다른 구현예는 3차원 핫전자 에너지 소자 제조방법을 제공한다.Meanwhile, another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a three-dimensional hot electron energy device.
본 발명에 따른 3차원 핫전자 에너지 소자 제조방법은 기판 위에 Ti를 증착하는 단계; 상기 Ti를 양극산화(anodization)하여 비정질(amorphous)의 TiO2 나노튜브를 제조하는 단계; 상기 비정질의 TiO2 나노튜브를 열처리하여 결정질(crystalline)의 TiO2 나노튜브를 제조하는 단계; 상기 결정질의 TiO2 나노튜브 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 기판 상에 제2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 결정질의 TiO2 나노튜브와 상기 제2 전극을 연결하는 금속 박막층을 형성하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a three-dimensional hot electron energy device according to the present invention includes depositing Ti on a substrate; preparing an amorphous TiO 2 nanotube by anodizing the Ti; preparing a crystalline TiO 2 nanotube by heat-treating the amorphous TiO 2 nanotube; forming a first electrode on the crystalline TiO 2 nanotube and forming a second electrode on the substrate; and forming a metal thin film layer connecting the crystalline TiO 2 nanotubes and the second electrode.
이때, 상기 비정질의 TiO2 나노튜브의 크기, 직경 및 벽의 형태는 양극산화처리시 이용되는 전해질의 농도 및 인가되는 전압에 의해 결정될 수 있다.At this time, the size, diameter, and shape of the wall of the amorphous TiO 2 nanotubes may be determined by the concentration of the electrolyte used during anodization and the applied voltage.
여기서, 양극산화시 인가되는 전압은 10~70V 일 수 있고, 바람직하게는 30~50V 일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the voltage applied during anodization may be 10 to 70V, preferably 30 to 50V, but is not limited thereto.
또한, 열처리는 300~600℃에서 1~3시간 동안 공기분위기에서 이루어질 수 있고, 바람직하게는 400~500℃에서 1.5~2.5시간 동안 공기분위기에서 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the heat treatment may be performed in an air atmosphere at 300 to 600 ° C for 1 to 3 hours, preferably at 400 to 500 ° C for 1.5 to 2.5 hours in an air atmosphere, but is not limited thereto.
이하, 실시예를 통해 본 발명의 3차원 핫전자 에너지 소자에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the three-dimensional hot electron energy device of the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
<제조예 1> TiO2 나노튜브를 포함하는 3차원 핫전자 에너지 소자 제작<Preparation Example 1> Fabrication of 3D hot electron energy device including TiO 2 nanotubes
(1-1 : 결정질의 n-type TiO2 나노튜브 제작)(1-1: Production of crystalline n-type TiO 2 nanotubes)
수직 배열된 TiO2 나노튜브를 제작하기 위해, 스테인레스 스틸(SUS316)을 캐소드(cathode)로, 티타늄을 애노드(anode)로 하여 두 전극 시스템에서 2단계 양극산화(anodization)를 진행하였다. 우선 전자빔 증착기(electron beam evaporator)로 첫 번째 알루미늄 섀도우 마스크를 통해 500nm 두께의 실리콘 산화물이 성장된 n-type 실리콘 웨이퍼 위에 티타늄을 1μm로 증착하였다. 이때, 생성되는 나노튜브구조의 크기, 직경 및 벽의 형태는 양극산화시 이용되는 전해질의 농도와 인가되는 전압에 의해 결정된다. 이 실험에서는 양극산화 전해질로 0.3wt%의 암모늄 플로라이드(NH4F)와 2vol%의 정제수를 가진 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 용액으로 구성하였고, 인가되는 전압은 30V 또는 50V로 하여, 30V에서는 20분, 50V에서는 10분 동안 양극산화를 진행하여 비정질의 TiO2 나노튜브를 획득하였다. 이를 450℃에서 2시간 동안 공기분위기에서 열처리하여 결정질(crystalline)의 n-type TiO2 나노튜브가 완성되었다. To fabricate vertically aligned TiO 2 nanotubes, two-step anodization was performed in a two-electrode system using stainless steel (SUS316) as a cathode and titanium as an anode. First, titanium was deposited to a thickness of 1 μm on an n-type silicon wafer on which a 500 nm-thick silicon oxide was grown through a first aluminum shadow mask using an electron beam evaporator. At this time, the size, diameter, and shape of the wall of the resulting nanotube structure are determined by the concentration of the electrolyte used during anodization and the applied voltage. In this experiment, the anodic oxidation electrolyte was composed of 0.3wt% of ammonium fluoride (NH 4 F) and ethylene glycol solution with 2vol% of purified water, and the applied voltage was 30V or 50V, and 20 at 30V minutes, anodization was performed at 50V for 10 minutes to obtain amorphous TiO 2 nanotubes. This was heat treated at 450° C. for 2 hours in an air atmosphere to complete crystalline n-type TiO 2 nanotubes.
도 3은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 TiO2 나노튜브의 표면을 관찰한 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이며, 도 4는 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 TiO2 나노튜브의 직경 분포도이다. 도시된 바와 같이 50V에서 제작된 TiO2 나노튜브의 직경이 30V에서 제작된 TiO2 나노튜브의 직경보다 큰 것을 알 수 있으며, 구체적으로 30V에서 제작된 TiO2 나노튜브의 직경은 평균 52nm, 표준편차 ±3.37nm이고, 50V에서 제작된 TiO2 나노튜브의 직경은 평균 105nm, 표준편차 ±6.13nm인 것을 확인하였다.3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of TiO 2 nanotubes prepared at 30V and 50V, respectively, in Preparation Example 1, and FIG. 4 is a photograph produced at 30V and 50V, respectively, in Preparation Example 1. Diameter distribution of TiO 2 nanotubes. As shown, it can be seen that the diameter of TiO 2 nanotubes manufactured at 50V is larger than the diameter of TiO 2 nanotubes manufactured at 30V. Specifically, the diameter of TiO 2 nanotubes manufactured at 30V is 52 nm on average, standard deviation ±3.37 nm, and it was confirmed that the diameter of the TiO 2 nanotubes prepared at 50 V was 105 nm on average and ±6.13 nm with a standard deviation.
도 5는 제조예 1에서 결정화된 TiO2 나노튜브의 X-ray 회절패턴(XRD)을 나타내는 그래프로서, 도시된 바와 같이 21°, 25°, 38°, 48°, 54°, 63° 및 68°를 포함하는 회절각에서 피크(peak)가 형성되었다. 여기서 피크란 X선 회절 패턴에서 기울기의 변화율이 0이 되는 지점으로, 예를 들어 X선 회절 패턴에서 기울기가 양에서 음으로 또는 음에서 양으로 변화하는 변곡점을 의미할 수 있다. 상기 회절각은 X선 회절법에서 입사하는 X선과 격자면이 이루는 각도인 입사각의 2배에 해당하는 각도를 의미한다. Figure 5 is a graph showing the X-ray diffraction pattern (XRD) of the TiO 2 nanotubes crystallized in Preparation Example 1, as shown, 21 °, 25 °, 38 °, 48 °, 54 °, 63 ° and 68 ° A peak was formed at the diffraction angle including °. Here, the peak is a point at which the rate of change of the slope in the X-ray diffraction pattern becomes 0, and may mean, for example, an inflection point at which the slope changes from positive to negative or from negative to positive in the X-ray diffraction pattern. The diffraction angle refers to an angle corresponding to twice the angle of incidence, which is an angle between an incident X-ray and a grating plane in the X-ray diffraction method.
(1-2 : 3차원의 쇼트키 다이오드 제작)(1-2: Production of 3-dimensional Schottky diode)
상기 1-1에서 제작된 결정질의 TiO2 나노튜브구조를 이용하여 3차원 쇼트키 다이오드를 제작하였다. 다이오드의 두 오믹(ohmic) 전극을 제작하기 위해, TiO2 나노튜브와 연결되도록 나노튜브 상에 제1 전극을 생성하고, 기판 상에 제1 전극과 이격되도록 제2 전극을 생성하였다. 여기서 제1 전극 및 제2 전극은 두 번째 알루미늄 섀도우 마스크를 이용하여 전자빔 증착법(electron beam evaporation)을 이용하여 50nm 두께의 Ti 및 100nm 두께의 Au 층을 순서대로 증착하여 생성되었다. 마지막으로, 세 번째 알루미늄 섀도우 마스크를 이용하여 전자빔 증착법(electron beam evaporation)을 통해 35nm의 Au 또는 Ag 박막층을 증착하였다. 이때, Au 또는 Ag 박막층은 TiO2 나노튜브와 제2 전극을 연결하도록 증착하였다. 이에 따라 3차원의 쇼트키 다이오드 즉, 본 발명의 3차원 핫전자 에너지 소자를 완성하였다.A three-dimensional Schottky diode was fabricated using the crystalline TiO 2 nanotube structure prepared in 1-1 above. To fabricate the two ohmic electrodes of the diode, a first electrode was formed on the nanotube to be connected to the TiO 2 nanotube, and a second electrode was formed on the substrate to be spaced apart from the first electrode. Here, the first electrode and the second electrode were formed by sequentially depositing 50 nm-thick Ti and 100 nm-thick Au layers using electron beam evaporation using a second aluminum shadow mask. Finally, a 35 nm Au or Ag thin film layer was deposited using a third aluminum shadow mask by electron beam evaporation. At this time, an Au or Ag thin film layer was deposited to connect the TiO 2 nanotubes and the second electrode. Accordingly, a three-dimensional Schottky diode, that is, a three-dimensional hot electron energy device of the present invention was completed.
<시험예 1> 쇼트키 다이오드에서의 핫전자에 의한 전기적 에너지<Test Example 1> Electrical energy by hot electrons in Schottky diode
상기 제조예 1에서 제작된 다이오드를 이용하여 금속 박막층이 Au 박막층으로 형성될 때와 Ag 박막층으로 형성될 때의 광전류 발생실험을 수행하였다. 나노튜브의 형상 변화를 얻기 위해 다른 조건에서 인가된 전압(즉, 각각 30V 및 50V) 하에서 제작된 TiO2 나노튜브가 사용되었다. 도 6은 제조예 1에서 제작된 쇼트키 다이오드에서 측정된 전류-전압 그래프로, 정류 현상이 잘 나타나는 것을 확인할 수 있다.Using the diode manufactured in Preparation Example 1, a photocurrent generation experiment was performed when the metal thin film layer was formed of an Au thin film layer and when it was formed of an Ag thin film layer. TiO 2 nanotubes fabricated under applied voltages (ie, 30 V and 50 V, respectively) under different conditions were used to obtain shape changes of the nanotubes. 6 is a current-voltage graph measured in the Schottky diode fabricated in Preparation Example 1, and it can be seen that the rectification phenomenon appears well.
도 7은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 서로 다른 직경을 갖는 Au/TiO2 다이오드에서 측정된 단락 광전류의 그래프이다. Au/TiO2 다이오드는 광전류 측정을 위해 9mW/cm2의 파워를 갖는 텅스텐-할로겐 램프(tunfsten-halogen lamp)에 수직으로 노출되었다. 나노튜브의 직경이 작은 Au/TiO2 다이오드에서 측정된 광전류가 나노튜브의 직경이 큰 Au/TiO2 다이오드에서 측정된 광전류보다 훨씬 높은 것을 관찰하였다. 예를 들어, 30V에서 제작된 Au/TiO2 다이오드의 광전류가 50V에서 제작된 것보다 2.5배 높았다.7 is a graph of short-circuit photocurrent measured in Au/TiO 2 diodes having different diameters fabricated at 30V and 50V in Preparation Example 1, respectively. The Au/TiO 2 diode was vertically exposed to a tungsten-halogen lamp with a power of 9 mW/cm 2 for photocurrent measurement. Au/TiO 2 with small diameter nanotubes The measured photocurrent in the diode is the Au/TiO 2 with the large diameter of the nanotube. It was observed that it was much higher than the photocurrent measured in the diode. For example, Au/TiO 2 fabricated at 30 V The photocurrent of the diode was 2.5 times higher than that fabricated at 50 V.
도 8은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 Au/TiO2 다이오드에서 측정된 광전류를 각 파장대별로 나타낸 IPCE 그래프이다. 두 결과 모두 2.0 eV 부근에서 증가된 피크를 나타냈으며, 이는 Au의 국부 표면 플라즈몬의 공명(localized surface plasmon resinance; LSPR)에 의해 핫전자의 생성이 크게 증폭한 것임을 증명한다.8 is an IPCE graph showing the photocurrent measured for each wavelength band in the Au/TiO2 diode manufactured at 30V and 50V, respectively, in Preparation Example 1. Both results showed an increased peak around 2.0 eV, which proves that the generation of hot electrons is greatly amplified by the localized surface plasmon resinance (LSPR) of Au.
도 9는 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 Au/TiO2 다이오드의 광흡수 스펙트럼을 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 인가되는 전압에 따른 나노튜브의 직경의 차이에 따라 광흡수가 일어나는 파장대가 상이함을 알 수 있다. 이에 따라 나노튜브 제조시 인가되는 전압을 조절하는 간단한 방법을 통해 나노튜브의 직경을 변화시켜 다이오드의 광학적 특성을 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.Figure 9 shows the light absorption spectrum of the Au / TiO 2 diode manufactured at 30V and 50V in Preparation Example 1, respectively. difference can be seen. Accordingly, it can be confirmed that the optical characteristics of the diode can be controlled by changing the diameter of the nanotube through a simple method of adjusting the voltage applied during the manufacturing of the nanotube.
도 10은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 서로 다른 직경을 갖는 Ag/TiO2 다이오드에서 측정된 단락 광전류의 그래프이다. 도 7에서 나타난 Au/TiO2 다이오드에서의 광전류 결과와는 반대로, 나노튜브의 직경이 큰 Ag/TiO2 다이오드에서 측정된 광전류가 나노튜브의 직경이 작은 Ag/TiO2 다이오드에서 측정된 광전류보다 높은 것을 관찰하였다. 예를 들어, 50V에서 제작된 Ag/TiO2 다이오드가 30V에서 제작된 것보다 1.4배 높았다. 나아가, Au/TiO2 다이오드와 비교하면, 30V에서 제작된 Au/TiO2 다이오드의 경우는 18배, 50V에서 제작된 Au/TiO2 다이오드의 경우는 6배 정도 증가한 광전류를 나타내었다.10 is a graph of short-circuit photocurrent measured in Ag/TiO 2 diodes having different diameters fabricated at 30V and 50V in Preparation Example 1, respectively. Contrary to the photocurrent results in the Au/TiO 2 diode shown in FIG. 7 , the photocurrent measured in the Ag/TiO 2 diode with a large nanotube diameter was higher than the photocurrent measured in the Ag/TiO 2 diode with a small nanotube diameter. observed that For example, Ag/TiO 2 fabricated at 50 V 1.4 times higher than the diode fabricated at 30V. Furthermore, compared to the Au/TiO 2 diode, the photocurrent increased by 18 times in the case of the Au/TiO 2 diode manufactured at 30V and by 6 times in the case of the Au/TiO 2 diode manufactured at 50V.
도 11은 제조예 1에서 각각 30V와 50V에서 제작된 Ag/TiO2 다이오드에서 측정된 광전류를 각 파장대별로 나타낸 IPCE 그래프이다. 두 결과 모두 2.8 eV 부근에서 증가된 피크를 나타냈으며, 이는 Ag의 국부적인 표면 플라즈몬의 공명(localized surface plasmon resinance; LSPR)에 의해 핫전자의 생성이 크게 증폭한 것임을 증명한다.11 is an IPCE graph showing the photocurrent measured in Ag/TiO 2 diodes fabricated at 30V and 50V, respectively, in Preparation Example 1 for each wavelength range. Both results showed an increased peak around 2.8 eV, which proves that the generation of hot electrons is greatly amplified by Ag's localized surface plasmon resinance (LSPR).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at with respect to its preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.
나노튜브 : 10
금속 박막층 : 20
기판 : 30
제1 전극 : 40
제2 전극 : 50Nanotubes: 10
Metal thin layer: 20
Substrate: 30
1st electrode: 40
Second electrode: 50
Claims (16)
상기 기판의 일측 상부에 형성되는 나노튜브;
상기 나노튜브의 상부에 형성되는 제1 전극;
상기 기판의 타측 상부에 형성되며, 상기 나노튜브와 이격 배치되는 제2 전극; 및
상기 나노튜브와 상기 제2 전극을 연결하는 금속 박막층;을 포함하는 3차원 핫전자 에너지 소자로서,
상기 나노튜브는 상기 기판의 평면 방향에 수직한 방향으로 형성되는 다수의 나노로드로 이루어진 3차원 구조로 형성되고, 상기 다수의 나노로드 중 어느 하나의 나노로드는 적어도 다른 4개 이상의 나노로드와 서로 벽면이 인접되도록 형성되고,
상기 금속 박막층은 상기 나노튜브, 상기 나노튜브와 상기 제2 전극 사이의 기판, 및 상기 제2 전극의 상부에 형성되어, 상기 나노튜브와 상기 제2 전극을 연결하되 상기 제1 전극과는 연결되지 않도록 형성되는,
3차원 핫전자 에너지 소자.
Board;
nanotubes formed on an upper portion of one side of the substrate;
a first electrode formed on top of the nanotube;
a second electrode formed on the upper side of the other side of the substrate and spaced apart from the nanotubes; and
A three-dimensional hot electron energy device comprising a metal thin film layer connecting the nanotube and the second electrode,
The nanotubes are formed in a three-dimensional structure composed of a plurality of nanorods formed in a direction perpendicular to the plane direction of the substrate, and any one of the plurality of nanorods is mutually related to at least four other nanorods. The wall is formed so that it is adjacent,
The metal thin film layer is formed on the nanotube, the substrate between the nanotube and the second electrode, and the upper part of the second electrode to connect the nanotube and the second electrode but not to the first electrode. formed so as not to
3D hot electron energy element.
상기 나노튜브는 TiO2 나노튜브인 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자.
According to claim 1,
The nanotubes are TiO 2 nanotubes, characterized in that the three-dimensional hot electron energy device.
상기 TiO2 나노튜브의 직경은 40~120nm인 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자.
According to claim 2,
A three-dimensional hot electron energy device, characterized in that the TiO 2 nanotubes have a diameter of 40 to 120 nm.
상기 금속 박막층은 Au, Ag 또는 Pt 박막층인 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자.
According to claim 1,
The metal thin film layer is a three-dimensional hot electron energy device, characterized in that the Au, Ag or Pt thin film layer.
상기 금속 박막층의 두께는 20~50nm인 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자.
According to claim 1,
The three-dimensional hot electron energy device, characterized in that the thickness of the metal thin film layer is 20 ~ 50nm.
상기 TiO2 나노튜브는 X선 회절 패턴에서, 25°, 38° 및 54°를 포함하는 회절각에서 피크가 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자.
According to claim 2,
The TiO 2 nanotubes are three-dimensional hot electron energy devices, characterized in that peaks are formed at diffraction angles including 25 °, 38 ° and 54 ° in the X-ray diffraction pattern.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 Ti 박막층 상부에 Au 박막층이 차례로 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자.
According to claim 1,
The first electrode and the second electrode are formed by sequentially depositing an Au thin film layer on top of the Ti thin film layer.
상기 핫전자는 상기 금속 박막층의 표면에서 발생한 후, 쇼트키 에너지 장벽을 넘어 검출되는 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자.
According to claim 1,
The three-dimensional hot electron energy element, characterized in that the hot electrons are detected beyond the Schottky energy barrier after being generated on the surface of the metal thin film layer.
상기 나노튜브는 WO3, Co3O4, Fe2O3, ZnO, CeO2, 또는 MnO2 나노튜브인 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자.
According to claim 1,
The nanotube is WO 3 , Co 3 O 4 , Fe 2 O 3 , ZnO, CeO 2 , or MnO 2 A three-dimensional hot electron energy device characterized in that it is a nanotube.
상기 Ti를 양극산화하여 비정질의 TiO2 나노튜브를 제조하는 단계;
상기 비정질의 TiO2 나노튜브를 열처리하여 결정질의 TiO2 나노튜브를 제조하는 단계;
상기 결정질의 TiO2 나노튜브 상에 제1 전극을 형성하고, 상기 기판의 타측 상부에 제2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 결정질의 TiO2 나노튜브와 상기 제2 전극을 연결하는 금속 박막층을 형성하는 단계;를 포함하는 3차원 핫전자 에너지 소자 제조방법으로서,
상기 TiO2 나노튜브는 상기 기판의 평면 방향에 수직한 방향으로 형성되는 다수의 나노로드로 이루어진 3차원 구조로 형성되고, 상기 다수의 나노로드 중 어느 하나의 나노로드는 적어도 다른 4개 이상의 나노로드와 서로 벽면이 인접되도록 형성되고,
상기 금속 박막층은 상기 TiO2 나노튜브, 상기 TiO2 나노튜브와 상기 제2 전극 사이의 기판, 및 상기 제2 전극의 상부에 형성되어, 상기 TiO2 나노튜브와 상기 제2 전극을 연결하되 상기 제1 전극과는 연결되지 않도록 형성되는,
3차원 핫전자 에너지 소자 제조방법,
Depositing Ti on the top of one side of the substrate;
Anodizing the Ti to produce amorphous TiO 2 nanotubes;
preparing crystalline TiO 2 nanotubes by heat-treating the amorphous TiO 2 nanotubes;
forming a first electrode on the crystalline TiO 2 nanotube and forming a second electrode on the upper side of the other side of the substrate; and
A three-dimensional hot electron energy device manufacturing method comprising: forming a metal thin film layer connecting the crystalline TiO 2 nanotubes and the second electrode,
The TiO 2 nanotubes are formed in a three-dimensional structure composed of a plurality of nanorods formed in a direction perpendicular to the plane direction of the substrate, and any one of the plurality of nanorods is at least four other nanorods. And the wall surface is formed to be adjacent to each other,
The metal thin film layer is formed on the TiO 2 nanotubes, a substrate between the TiO 2 nanotubes and the second electrode, and an upper portion of the second electrode to connect the TiO 2 nanotubes and the second electrode, but 1 Formed so as not to be connected to the electrode,
3D hot electron energy device manufacturing method,
상기 비정질의 TiO2 나노튜브의 크기, 직경 및 벽의 형태는,
상기 양극산화시 이용되는 전해질의 농도 및 인가되는 전압에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자 제조방법.
According to claim 12,
The shape of the size, diameter and wall of the amorphous TiO 2 nanotubes,
A method of manufacturing a three-dimensional hot electron energy device, characterized in that determined by the concentration of the electrolyte used in the anodic oxidation and the applied voltage.
상기 양극산화시 인가되는 전압은 10~70V인 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자 제조방법.
According to claim 12,
The method of manufacturing a three-dimensional hot electron energy device, characterized in that the voltage applied during the anodization is 10 to 70V.
상기 열처리는 300~600℃에서 1~3시간 동안 공기분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자 제조방법.
According to claim 12,
The heat treatment is a three-dimensional hot electron energy device manufacturing method, characterized in that carried out in an air atmosphere at 300 ~ 600 ℃ for 1 to 3 hours.
상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 금속 박막층은 전자빔 증착법을 통해 증착되는 것을 특징으로 하는 3차원 핫전자 에너지 소자 제조방법.
According to claim 12,
The method of manufacturing a three-dimensional hot electron energy device, characterized in that the first electrode, the second electrode and the metal thin film layer are deposited through an electron beam evaporation method.
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