¤° Ç¶ ¥V R Ë0 n É® z º V R ËX ê sc Ü R m× D ì Å x ¢ T c l6 8 ý V R ËX ê s S m; c Â \ ¥

(1)

¤° Ç¶ ¥V R Ë0 n É® z º V R ËX ê sc Ü R m× D ì Å x ¢ T c l6 8 ý V R ËX ê s S m; c Â \ ¥

ºX ì Ä, ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä ¤V R Ë

» · T ® £* å · ç ¡ ¹ · » ý ¡ û B · Ð* å U

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ ¸ì ø Í ¸^ / B N < Æõ , Â Òí ß 606-791

ç

¡ 4 w H

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ l / B N < ÆÂ Ò, Â Òí ß 606-791 (2010¸ 2 Z 4 1{ 9 ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x Ã º& ñ : r 2010¸ 3 Z 4 15{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

: r ½ ¨\ " f H ± ú É r : r ¸\ " f Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O Ü ¼ Ð í ß o (ZnO) ¸ } @ /\ ¦ $ í © r ( . p+ þ A z ´ o

B H l ó ø Í 0 A\ RF-Û ¼( ' a A r Û ¼% 7 ` ¦ s 6 x # 20 nm¿ ºa _ ZnO ¢ - aØ æ8 £ x` ¦ 7 £ x Ã Ìô Ç Ê ê, Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O

_ $ í © r ç ß \ É r ZnO ¸ } @ /_ ½ ¨ ¸& h ·F g < Æ& h : £ ¤$ í o\ ¦ ¦¹ 1 Ï % i . c-» ¡ ¤ Ü ¼ Ð Ä º $ í

© ) a ZnO ¸ } @ / H $ í © r ç ß s 7 £ x < Ê\ f â õ U ´s 7 £ x % i Ü ¼ 7r ç ß \ " f H Ã º6 xÓ o 5

Å

q _ èÛ ¼ Â Ò7 á ¤ Ü ¼ Ð # 8 s © _ ß ¼l $ í © \ ] j ` ¦ ~ Ã Î ¤ . F g µ 1 Ï F g: £ ¤$ í Ü ¼ ÐÂ Ò' 382 nm Â Ò

H \ " f UV µ 1 Ï F g` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 Ü ¼ 9, $ í © r ç ß s 7 £ x < Ê\ ¸ } @ /z o " f Ð Ó ü æ 5 gf Ü ¼ Ð +

µ 1 ÏÒ q t H ZnO _ ¸ } @ / > s _ < ÊÜ ¼ Ð # UV µ 1 Ï F g y © ¸\ @ /ô Ç Ô ¦í HÓ ü t µ 1 Ï F g q Ö ¦ s

è y è % i .

Ù þ

d # Q: Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O , í ß o ¸ } @ /, $ í © r ç ß

The Effect of Growth Time on the Structural and Optical Properties of ZnO Nanorods Grown by Hydrothermal Process

Ah Ra Kim · Ju-Young Lee · Bo Ra Jang · Hong Seung Kim ^∗ · Young Ji Cho

Department of nano Semiconductor engineering, Korea Maritime University, Busan 606-791

Nak Won Jang

Major of Electrical and Electronics, Korea Maritime University, Busan 606-791 (Received 1 February 2010, in final form 15 March 2010)

In this study, ZnO nanorod arrays were grown on ZnO/Si (100) substrates by hydrothermal method. The ZnO buffer layer with a thickness of 20 nm was deposited by RF-sputter. The struc- tural and optical properties of ZnO nanorod arrays are controlled by growth time. ZnO nanorods grow along the c-axis and the diameter and length of ZnO nanorods increase and then plateau with increasing growth time because of insufficient Zn

²⁺

source. From the results of Photoluminescence, ZnO nanorods have UV emission at about 382 nm and a weak green band emission at about 550 nm.

PACS numbers: 61.46.+w, 61.50.-f, 61.68.+n

Keywords: Hydrothermal process, ZnO nanorod, Growth time

∗

E-mail: [email protected]; Fax: +82-51-404-3986 -359-

(2)

I. " e Â ] Ø

í

ß o (ZnO) É r Ä ºØ Ô s à Ô(wurzite) & ñ ½ ¨ ¸ü <

3.37 eV _ V , É r f ] X ;s + þ A ½ × ¼Ì s` ¦ ° ú H a-e7 á ¤ o½ + Ë Ó

ü

t ì ø Í ¸^ Ð" f È Ò" î F G, Û ¼G ' p" f, o Û ¼' , · ú è 1

p

x # Q ì r \ " f 6 £ x6 x ÷ &# Q M ® o [1]. 60 meV_ Z } É r " l o r

: r ½ + Ë \ -t H © : r \ " f ¸ î ß & ñ & h Ü ¼ Ð ü @ % ò

%

i _ µ 1 Ï F g` ¦ 0 p x > 9 [2], r F g õ ü @ % ò

%

i \ " f t H Z } É r È Òõ ¸(≥ 80 %) : £ ¤$ í É r É r o½ + Ë Ó

ü

t ì ø Í ¸^ \ q K Ä ºÃ º # µ 1 Ï F g è (LEDs), Y Us $ è

(LDs) 1 p x F g è Ð ¸ y F g ~ Ã Î ¦ e [3,4].

s

ü < ° ú É r : £ ¤f ç ` ¦ t H ZnO\ ¦ ¸Ó ü t| 9 \ & h 6 x r (

` ¦ M : { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð Z O ß ¼(bulk)ü < H É r : £ ¤$ í ` ¦ t >

)

a . ¸Ó ü t| 9 É r Ó ü t o & h ß ¼l ] jô ÇÜ ¼ Ð K ª ß ¼l

´

òõ 5 Å q& h \ -t ï r 0 Aü < Ô ¦ 5 Å q& h \ -t ï

r 0 A\ ¦ ¸¿ º t 9, ³ ð & h q Z O ß ¼ © I { 9 M : Ð 7

£

x # ³ ð \ -t 7 £ x > ) a [5]. " f ¸ Ó

ü t| 9 _ F g < Æ x 9 l & h $ í | 9 É r Z O ß ¼ © I ü < H É r $ í | 9

`

¦ ? /# Q D h Ðî r l 0 p x, Ä ºÃ ºô Ç : £ ¤$ í ` ¦ t H Ó ü t| 9 ½ Ó Ø

¦ \ l # ¦ e [6].

s

Qô Ç ¸ Ó ü t| 9 ` ¦ ] j ¸ l 0 Aô Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð F K5 Å q Ä » l

Ó ü t o < Æ l © [7], F K5 Å q Ä »l l © \ x × þ r [8], \ P 7 £ x Ã Ì Z O

[9], ì r c $ í © Z O [10], \ P o < Æ l © 7 £ x Ã ÌZ O [11] 1 p x s

6 x ) a . t ë ß s ü < ° ú É r $ í © l Õ ü t É r 4 ¤ ¸ ú ô Ç / B N

&

ñ õ & ñ õ Z } É r $ í © : r ¸ (> 350

^◦

C)\ ¦ 9 כ ¹ Ð #

¸ Ó ü t| 9 $ í © \ e # Q ´ ú § É r ] j s É r . þ j H \ s \ ¦

Ð ¢ - a l 0 A # # Q t ~ ½ ÓZ O [ þ t s ¦î ß ÷ & ¦ e H î

r X <, / B N& ñ s ç ß é ß ¦ ± ú É r : r ¸(60 - 100

^◦

C) ü < @ /

&

h _ $ í © s 0 p x ô Ç Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O s ´ ú § É r Å Ò3 l q` ¦ ~ Ã Î ¦ e

[4, 6, 11]. Õ ª Q Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O \ _ ô Ç $ í © \ " f H

¸ } @ /_ x 9 ¸ü < ½ ©g Ë :$ í , ~ ½ Ó ¾ Ó$ í , ß ¼l \ @ /ô Ç ] j# Q

~ 1

t · ú § K K õ ] j f ´ ú §s z e H z ´& ñ s 9, $ í © r ç ß \ É r ¸ } @ /_ $ í © : £ ¤$ í É r _ Ð

¦ ) a \ O . " f : r ½ ¨\ " f H Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O \ " f

$ í

© r ç ß \ É r ZnO ¸ } @ /_ ß ¼l o x 9 : £ ¤$ í ` ¦

¸ % i . ¢ ¸ô Ç Si l ó ø Íõ ZnO s \ > r F H H

© Ã º s Ð # µ 1 ÏÒ q t H < ÊÜ ¼ Ð ZnO_ ½ ¨ ¸

&

h

, F g < Æ& h : £ ¤$ í s \ P ÷ & H כ ` ¦ [12,13] Ð ¢ - a l 0 A

#

p-Si(100) l ó ø Í 0 A\ ZnO ¢ - aØ æ8 £ x(buffer layer)` ¦ 7 £ x Ã Ì

% i . ¢ - aØ æ8 £ x 0 A\ Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O Ü ¼ Ð ZnO ¸ } @ /\ ¦

$ í

© r ( Ü ¼ 9, $ í © r ç ß \ É r ZnO ¸ } @ /_ p [

j½ ¨ ¸, ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h : £ ¤$ í o\ ¦ ¦¹ 1 ÏK Ð ¤ .

II. ÷ m Ç ] M ö

: r ½ ¨\ " f H RF Û ¼( ' a A` ¦ s 6 x # Ä »l [ j' ) a p-Si(100) l ó ø Í 0 A\ ZnO ¢ - aØ æ8 £ x` ¦ 7 £ x Ã Ìô Ç Ê ê Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O

` ¦ s 6 x # ZnO ¸ } @ /\ ¦ $ í © r ( . Û ¼( ' © u

_ ¿ Ü ¼ Ð H f â s 4 u ß ¼l ZnO ¿ ` ¦ s 6

x % i ¦, 55 sccm_ ArÛ ¼\ ¦ f Ë 9Å Ò# Q Õ þ ! Q ? /_ \ O

· ú

§ 4 ` ¦ 5 mTorr Ð Ä »t % i . 7 £ x Ã Ì É r © : r \ " f s À Ò# Q

&

Ü ¼ 9 RF 0 > H 200 W Ð ¦& ñ r & 20 nm ¿ ºa _ ZnO ¢ - aØ æ8 £ x s 7 £ x Ã Ì÷ &% 3 . 7 £ x Ã Ì Si l ó ø Í 0 A_ Ä »l Ó

ü

t õ ¸% i Ó ü t` ¦ ] j l 0 AK [ j : r õ B jò ø Í` ¦ 6 xÓ o` ¦

6 x # y y 5ì r ç ß í6 £ § [ j' ` ¦ % i Ü ¼ 9, í ß

o} (SiO

2

)` ¦ ] j l 0 A # BOE(bufferd oxide etch) 6

xÓ o\ 1ì r ç ß { ç H + ' íí H Ã º(deionized water) Ð [ j'

¦ | 9 èÛ ¼ Ð | ¸r ( .

ZnO ¢ - aØ æ8 £ x s 7 £ x Ã Ì ) a Ê ê Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O Ü ¼ Ð ZnO ¸ }

@ /\ ¦ $ í © % i . 0.1 M_ Zinc nitrate hexahydrate [Zn(NO

₃

)

₂

·6H

2

O] ü < 0.1 M_ hexamethylenetetramine [HMT; (CH

2

)

6

N

4

]\ ¦ y y 100 ml_ íí H Ã º\ 15 ì r 1 l x î ß 6

x K r Ê ê e ¦ Û ¼ß ¼\ §ì ø Ír ( . Ã º6 xÓ os H e ¦ Û

¼ß ¼\ ¦ Si ¸{ 9 s H q & \ V , # Q × æ ½ Ó` ¦ r v ¦, Ã º6 xÓ o

: r ¸ 95

^◦

C Ð î ß & ñ s ÷ & l ó ø Í_ $ í © ` ¦ A ~ ½ Ó

¾ ÓÜ ¼ Ð > # Ã º6 xÓ o_ × æ © 0 Au \ Ã º¨ î > [ O u

% i . $ í © s = å Q è ß r « Ñ H íí H Ã º Ð [ j' ¦ | 9 è Û

¼ Ð Ó ü t l \ ¦ ] j % i .

ZnO ¢ - aØ æ8 £ x _ ³ ð + þ A © x 9 ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ` ¦ · ú Ð l

0 AK " f " é ¶ & ³p â (atomic force microscope, AFM SPA-400, NITECH) õ X r] X © u (x-ray diffraction, XRD D/MAX 2100H, Rigaku)\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i ¦, Ã º\ P ½ + Ë

$ í

Z O \ _ K $ í © ) a ¸ } @ /_ + þ A © õ & ñ $ í x 9 F g

< Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ' a ¹ 1 Ï l 0 A # > ~ ½ ÓØ ¦+ þ A Å Ò

&

³p â (field-emission scanning electron microscopy, FE- SEM Quanta 200 FEG, FEI COMPANY), X r] X © u

Õ ªo ¦ He-Cd (325 nm) Y Us $ \ ¦ 6 x ô Ç F g # l µ 1 Ï F

g(photoluminescence, PL)` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í w ² o

Figure 1 É r ZnO ¸ } @ / $ í © \ e # Q l ó ø ÍÜ ¼ Ð 6

x ) a Si õ ZnO_ H © Ã º s \ ¦ × ¦ # × ¦ ÷ r m }

f 8 £ x % i ½ + É Ð ¸ Ã º' ÷ & H ZnO ¢ - aØ æ8 £ x _ ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ` ¦

'

a ¹ 1 Ï l 0 Aô Ç õ Ð Fig. 1_ (a) H θ-2θ l Z O Ü ¼ Ð Å Ò ô

Ç X- r] X Û ¼& 7 à Ô! 3 s 9, Fig. 1_ (b) H " é ¶ & ³p â Ü

¼ Ð ' a ¹ 1 Ïô Ç ZnO ¢ - aØ æ8 £ x _ ³ ð + þ A © s . X r] X

(3)

Fig. 1. The structural properties of ZnO buffer layer. (a) XRD spectrum of ZnO buffer layer, (b) AFM images of ZnO buffer layer.

õ

34.4

^◦

\ " f ZnO (002) x ß ¼_ 2θ ° ú כs ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ 9, s

° ú כ É r ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ > (hexagonal) & ñ ½ ¨ ¸_ ZnO c-» ¡ ¤ Ä

º C ¾ Ó$ í ` ¦ t ¦ $ í © % i 6 £ §` ¦ · p . Fig. 1_ (b) ÐÂ Ò' ZnO ¢ - aØ æ8 £ x _ { 9 > ß ¼l (grain size) H 71.58 nm s 9, ³ ð } 9 l (root mean square, RMS) H 0.50 nm s .

Figure 2 H Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O \ " f $ í © r ç ß \ É r ZnO

¸ } @ /_ + þ A © ` ¦ > ~ ½ ÓØ ¦+ þ A Å Ò & ³p â Ü ¼ Ð ' a

¹

1 Ïô Ç s p t Ð Fig. 2_ (a) H s p t s 9, Fig. 2_ (b) H é ß s p t s . ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ ¸ ª Ü ¼ Ð $ í © ô Ç ZnO

¸ } @ / H $ í © r ç ß s 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ f â x 9 U ´s 7 £ x

% i Ü ¼ 9, é ß 0 A & h { © x 9 ¸ H y è % i . Fig. 3 É r Fig.

2 ÐÂ Ò' ¸Ø ¦ ô Ç ZnO ¸ } @ /_ ¨ î ç H f â (diameter)õ U

´s (length)\ ¦ Õ ªA á Ô Ð ? /% 3 Ü ¼ 9, f â _ ß ¼l H þ

j@ /, þ j è_ ß ¼l ¸ < Êa ? /% 3 . ZnO ¸ } @ /_

¨ î

ç H f â É r íl $ í © é ß > \ " f 32.1 nm\ " f 74.5 nm Ð

$ í

© õ & ñ × æ © É r 5 Å q ¸ Ð $ í © % i Ü ¼ 9, ZnO ¸ }

@ /_ U ´s o H 3 r ç ß \ " f 5r ç ß s \ " f 0.81 µm 1.57 µm Ð © H o\ ¦ Ð% i . s $ í © o Ð Ð

Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O Ü ¼ Ð $ í © ô Ç ZnO ¸ } @ / $ í © É r f â

~

½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð Ä º $ í © ) a ¦ Ð . t ë ß ZnO ¸ }

Fig. 2. SEM images of ZnO nanorods with respect to growth times. (a) planar view, (b) cross-section.

Fig. 3. Diameter and length of ZnO nanorods with in- creased growth time.

@

/_ f â õ U ´s $ í © É r ÐÕ ª < ÊÃ º_ ¸ ª õ ° ú s $ í © r

ç ß s 7 £ x < Ê\ í o © I \ ¸² ú H X < s H 6 x Ó

oî ß _ Zn

⁺²

èÛ ¼_ èY > Ð # ZnO ¸ } @ / f â õ

U ´s _ $ í © \ ] jô Çs e H כ Ü ¼ Ð Ð .

¢

¸ô Ç, © @ /& h Ü ¼ Ð & h É r r ç ß $ í © \ " f H ç H{ 9 ô Ç ß ¼l _

¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ ¸ ª _ ¸ } @ /\ ¦ ' a ¹ 1 Ï½ + É Ã º e % 3 t ë ß , r ç

ß s 7 £ x < Ê\ " f ZnO ¸ } @ /z o " f Ð Ó ü æ 5 gt

(4)

Fig. 4. XRD spectra of ZnO nanorods.

Fig. 5. Intensity and FWHM of XRD ZnO (002) peak.

8 s © $ í © t 3 l w ô Ç ZnO ¸ } @ / Ã º 7 £ x

# f â _ ß ¼l s p u` ¦ · ú Ã º e . s & ³ © % i r ì

ø Í6 £ x 6 xÓ o 5 Å q _ èÛ ¼ ] jô Ç$ í M :ë H Ü ¼ Ð Ð . $ í © r ç

ß s 7 £ x < Ê\ 6 xÓ o 5 Å q \ ì ø Í6 £ x` ¦ ½ + É Ã º e H èÛ ¼ [

þ

t s èY > > ÷ & ¦ s H 8 s © ZnO ¸ } @ /_ ß ¼ l

$ í © \ l # \ ¦ t 3 l w > ) a . 7 £ ¤, èÛ ¼ èY > ) a 6

xÓ o 5 Å q \ " f $ í © H ZnO ¸ } @ / H ß ¼l $ í © Ð

É r } @ /z o Ó ü æ 5 g4 R { 9 Õ ª Q ¸ ª Ü ¼ Ð + þ A÷ & H כ Ü

¼ Ð Æ Ò8 £ ¤ ÷ &# Q . s Qô Ç õ H Liu Õ ªÒ ¨ s Ð ¦ô Ç,

É r f â ` ¦ ZnO ¸ } @ /[ þ t _ 8 £ ¤ & ñ s < Ê a

· ¡ # Q H ½ ¨ ¸ Ð " f Ð ¸½ + Ë H “oriented attachment”

B

j& m 7 £ § õ { 9 u ô Ç [14].

Figure 4 É r Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O \ " f $ í © r ç ß _ o\ É r ZnO ¸ } @ /_ X r] X © u õ s . 34.4

^◦

\ " f ZnO (002) x ß ¼ ' a ¹ 1 Ï ÷ &% 3 Ü ¼ 9 s H ZnO [0001]

~

½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð 7 £ ¤, © H ³ ð S X í ß \ -t \ ¦ t H c-» ¡ ¤ Ü

¼ Ð Ä º $ í © ÷ &% 3 6 £ §` ¦ _ p ô Ç . ZnO (002) x ß ¼_ y

© ¸(intensity)ü < ì ø Íu ; ¤(full width at half maximum, FWHM) É r Fig. 5 \ " f ½ ¨^ & h Ü ¼ Ð q § % i . $ í © r ç

ß õ ' a > \ O s ì ø Íu ; ¤ É r 0.25 ∼ 0.35

^◦

Ð q §& h ç H{ 9 ô Ç

° ú

Fig. 6. Room temperature PL spectra of ZnO nanorods.

< Ê\ + þ A& h Ü ¼ Ð 7 £ x # QÖ ¼ Ã ºï r \ ¸² ú

H כ Ü ¼ Ð Ð . ZnO (002) x ß ¼ 7 r ç ß \ " f è y

s

Qô Ç õ H > ~ ½ ÓØ ¦+ þ A Å Ò & ³p â _ ¦¹ 1 Ïõ

° ú

B

N/ å L ~ Ã Î c-» ¡ ¤ ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð Ä º C ª ÷ & H ª | 9 _ ZnO

B

¬ I ¦ # .

^◦

_ ì ø Íu ; ¤` ¦ t H ZnO UV µ 1 Ï F g s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ 9, 550 nm \ " f Ô ¦í HÓ ü t µ 1 Ï F g s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 . 1 r ç ß \ " f 5r ç

¦í HÓ ü t µ 1 Ï F g _ q Ö ¦` ¦ ? / H I

U V

/I

Deep

(I

U

/I

D

) ° ú כs y

>

r ç ß s 7 £ x < Ê\ } @ /z o Ó ü æ 5 gt H > s Ò q t l

Ð 6 x # ZnO ¸ } @ /_ F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ \ P r v

H כ Ü ¼ Ð Ò q ty ) a .

IV. + s Ç Â ] Ø

: r 7 Hë H \ " f H Û ¼( ' a A r Û ¼% 7 ` ¦ 6 x # p-Si (100) l

ó ø Í0 A\ ZnO ¢ - aØ æ8 £ x` ¦ 7 £ x Ã Ì ¦, Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O Ü ¼ Ð ZnO

(5)

@

7 £ x 9, c-» ¡ ¤ Ä º C ª ÷ & H ª | 9 _ ZnO ¸ }

@

s

"

$ í

H ZnO ¸ } @ /_ > s " f Ð · ¡ # Q! Qo " f F g < Æ& h :

£ ¤$ í ` ¦ \ P r v H < Ês µ 1 ÏÒ q t H כ Ü ¼ Ð Ð .

P

c p 8 ý ò k >

: r ½ ¨ H t d â ] jÂ Ò x 9 & ñ Ð: x ½ ¨ < É ª" é ¶ _ @ / < Æ IT ½ ¨G ' p' t " é ¶ \ O (NIPA-2010-C1090-1021-0015)õ ô

Ç² D G í ß \ O l Õ ü t F é ß _ | Ä Ìl Õ ü t § 4 ª $ í \ O Ü ¼ Ð Ã º' ÷ &

% 3

_ þ v m .

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Yan, Y. Wu, H.

Kind, E. Weber, R. Russo and P. Yang, Science 292, 1897 (2001).

[2] D. K. Hwang, M. S. Oh, J. H. Lim and S. J. Park, J. Phys. D: Appl. Phys. 40, 387 (2007).

[3] D. C. Look, B. Claflin, Ya. I. Alivov and S. J. Park, Phys. Stat. Sol. 10, 2203 (2004).

[4] D. Polsongkram, P. Chamninok, S. Pukird and L.

Chow, Phys. B 403, 3713 (2008).

[5] Sunandan Baruah and Joydeep Dutta, J. Sol-Gel Sci. Technol. 50, 456(2009).

[6] J. M. Jang, J. Y. Kim and W. G. Jung, Thin Solid Films 516, 8524 (2008).

[7] K. S. Kim and H. W. Kim, Phys. B 328, 368 (2003).

[8] K. Ogata, K. Maejima, Sz. Fujita and Sg. Fujita, J.

Cryst. Growth 248, 25 (2003).

[9] Q. Wan, K. Yu and T. H. Wang, Appl. Phys. Lett.

83, 2253 (2003).

[10] Y.W. Heo, V. Varadarajan, M. Kaufman, K. Kim, D. P. Norton, F. Ren and P. H. Fleming, Appl. Phys.

Lett. 81, 3046 (2002).

[11] T. Hirate, T. Kimpara, S. Nakamura and T. Satoh, Superlattices Microstruct. 42, 409 (2007).

[12] Y. C. Lee, S. Y. Hu, W. Water, K. K. Tiong, Z. C.

Feng, Y. T. Chen, J. C. Huang, J. W. Lee, C. C.

Huang, J. L. S and M. H. Cheng, J. Lumin. 129, 148 (2009).

[13] S. H. Park, C. H. Choi, K. B. Kim and S. H. Kim, J. Electron. Mater. 32, 1148 (2003).

[14] C. Pacholski, A. Kornowski and H. Weller, Angew.

Chem. Int. ed. 41, 1188 (2002).

¤°  Ç¶  ¥V R Ë0 n É® z º V R ËX ê sc Ü R   m× D  ì Å x ¢ T c l6 8 ý V R ËX ê s S   m; c Â \ ¥



¤°  Ç¶  ¥V R Ë0 n É® z º V R ËX ê sc Ü R   m× D   ì Å x ¢ T c l6 8 ý V R ËX ê s S   m; c  Â \ ¥



 ºX ì Ä, ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä  ¤V R Ë

 »   · T ® £* å  ·  ç ¡ ¹  ·  » ý  ¡ û B ·  Ð* å U 

ô

 Ç² D G K  ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ  ¸ì ø Í ¸^ / B N  < Æõ , Â Òí ß  606-791

 ç

¡   4 w H

ô

 Ç² D G K  ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ   l    / B N  < ÆÂ Ò, Â Òí ß  606-791 (2010¸  2 Z 4 1{ 9  ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x Ã º& ñ  : r 2010¸  3 Z 4 15{ 9  ~ Ã Î6 £ §)



: r   ½ ¨\ " f  H ± ú  É r  : r  ¸\ " f Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O Ü ¼ Ð í ß  o    (ZnO)  ¸ }  @ /\  ¦ $ í  ©  r (   . p+ þ A z ´ o

 B H l ó ø Í 0 A\  RF-Û ¼( ' a A r Û ¼% 7 `  ¦ s 6 x #  20 nm¿ ºa _  ZnO ¢ - aØ  æ8 £ x`  ¦ 7 £ x  Ã Ìô  Ç Ê ê, Ã º\ P  ½ + Ë$ í Z O

_  $ í  ©  r ç ß \    É r ZnO  ¸ }  @ /_  ½ ¨ ¸& h ·F g  < Æ& h : £ ¤$ í   o\  ¦  ¦¹ 1 Ï % i  . c-» ¡ ¤ Ü ¼ Ð Ä º  $ í



©   ) a ZnO  ¸ }  @ /  H $ í  ©  r ç ß s  7 £ x  < Ê\     f   â õ  U ´s  7 £ x  % i Ü ¼  7r ç ß \ " f  H Ã º6 xÓ  o 5

Å

q _   èÛ ¼ Â Ò7 á ¤ Ü ¼ Ð   #   8 s  © _  ß ¼l  $ í  © \  ] j  `  ¦ ~ Ã Î  ¤ . F g µ 1 Ï F g: £ ¤$ í Ü ¼ ÐÂ Ò'  382 nm Â Ò



 H \ " f UV µ 1 Ï F g`  ¦ S X    ½ + É Ã º e  % 3 Ü ¼ 9, $ í  ©  r ç ß s  7 £ x  < Ê\      ¸ }  @ /z o  " f Ð Ó ü æ 5 gf  Ü ¼ Ð +

 µ 1 ÏÒ q t   H ZnO _   ¸ }  @ / >    s _     < ÊÜ ¼ Ð   #  UV µ 1 Ï F g y ©  ¸\  @ /ô  Ç Ô  ¦í  HÓ ü t µ 1 Ï F g q Ö  ¦ s

  è y   è % i  .

Ù þ

d  # Q: Ã º\ P  ½ + Ë$ í Z O , í ß  o     ¸ }  @ /, $ í  © r ç ß 

The Effect of Growth Time on the Structural and Optical Properties of ZnO Nanorods Grown by Hydrothermal Process

Ah Ra Kim · Ju-Young Lee · Bo Ra Jang · Hong Seung Kim ∗ · Young Ji Cho

Department of nano Semiconductor engineering, Korea Maritime University, Busan 606-791

Nak Won Jang

Major of Electrical and Electronics, Korea Maritime University, Busan 606-791 (Received 1 February 2010, in final form 15 March 2010)

source. From the results of Photoluminescence, ZnO nanorods have UV emission at about 382 nm and a weak green band emission at about 550 nm.

PACS numbers: 61.46.+w, 61.50.-f, 61.68.+n

Keywords: Hydrothermal process, ZnO nanorod, Growth time

E-mail: [email protected]; Fax: +82-51-404-3986 -359-

I. " e Â ] Ø

í

ß  o    (ZnO) É r Ä ºØ Ô s à Ô(wurzite)   & ñ ½ ¨ ¸ü <

3.37 eV _  V ,  É r f  ] X   ;s + þ A  ½ × ¼Ì  s`  ¦ ° ú   H a-e7 á ¤ o½ + Ë Ó

ü

t ì ø Í ¸^  Ð" f È Ò" î   F G, Û ¼G ' p" f,  o Û ¼' , · ú    è  1

p

x #  Q ì  r  \ " f 6 £ x6 x ÷ &# Q M ® o  [1]. 60 meV_  Z  } É r " l o r

 : r   ½ + Ë \  -t   H  ©  : r \ " f ¸ î ß & ñ & h Ü ¼ Ð  ü @  % ò

%

i _  µ 1 Ï F g`  ¦ 0 p x >   9 [2], r  F g  õ   ü @  % ò

%

i \ " f t   H Z  } É r È Òõ  ¸(≥ 80 %) : £ ¤$ í  É r  É r o½ + Ë Ó

ü

t ì ø Í ¸^ \  q K  Ä ºÃ º #  µ 1 Ï F g  è (LEDs), Y Us $  è



(LDs) 1 p x F g  è  Ð ¸ y   F g ~ Ã Î ¦ e    [3,4].

s

ü < ° ú  É r : £ ¤f ç `  ¦ t   H ZnO\  ¦  ¸Ó ü t| 9 \  & h 6 x r  ( 

`  ¦ M : { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð Z O ß ¼(bulk)ü <  H  É r : £ ¤$ í `  ¦ t > 

 )

a .  ¸Ó ü t| 9  É r Ó ü t o & h ß ¼l  ] jô  ÇÜ ¼ Ð   K   ª   ß ¼l 

´

òõ       5 Å q& h \  -t  ï  r 0 Aü < Ô  ¦  5 Å q& h \  -t  ï

 r 0 A\  ¦  ¸¿ º t  9, ³ ð  & h q  Z O ß ¼  © I { 9  M :  Ð  7

£

x  #  ³ ð  \  -t  7 £ x  >   ) a  [5].   " f  ¸ Ó

ü t| 9 _  F g  < Æ x 9   l & h $ í | 9  É r Z O ß ¼  © I ü <  H  É r $ í | 9 

`

 ¦  ? /# Q D h Ðî  r l 0 p x, Ä ºÃ ºô  Ç : £ ¤$ í `  ¦ t   H Ó ü t| 9   ½ Ó Ø

 ¦ \  l #   ¦ e    [6].

s

 Qô  Ç  ¸ Ó ü t| 9 `  ¦ ] j ¸ l  0 Aô  Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð F K5 Å q Ä » l

Ó ü t o < Æ l  ©  [7], F K5 Å q Ä »l  l  ©  \ x × þ r  [8], \ P  7 £ x  Ã Ì Z O

 [9], ì  r   c   $ í  © Z O  [10], \ P  o < Æ l  ©  7 £ x  Ã ÌZ O  [11] 1 p x s

  6 x ) a . t ë ß  s ü < ° ú  É r $ í  ©  l Õ ü t É r 4  ¤ ¸ ú ô  Ç / B N

&

ñ õ & ñ õ  Z  } É r $ í  ©   : r  ¸ (> 350

C)\  ¦  9 כ ¹ Ð #  



¸ Ó ü t| 9  $ í  © \  e  # Q ´ ú § É r ] j  s    É r . þ j   H \  s \  ¦



Ð ¢ - a l  0 A #  #  Q t  ~ ½ ÓZ O [ þ t s   ¦î ß ÷ & ¦ e    H  î

 r X <, / B N& ñ s  ç ß é ß   ¦ ± ú  É r  : r  ¸(60 - 100

C) ü < @ / 

¤° Ç¶ ¥V R Ë0 n É® z º V R ËX ê sc Ü R m× D ì Å x ¢ T c l6 8 ý V R ËX ê s S m; c Â \ ¥

¤° Ç¶ ¥V R Ë0 n É® z º V R ËX ê sc Ü R m× D ì Å x ¢ T c l6 8 ý V R ËX ê s S m; c Â \ ¥

ºX ì Ä, ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä ¤V R Ë

» · T ® £* å · ç ¡ ¹ · » ý ¡ û B · Ð* å U

Ç² D G K ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ ¸ì ø Í ¸^ / B N < Æõ , Â Òí ß 606-791

ç

¡ 4 w H

Ç² D G K ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ l / B N < ÆÂ Ò, Â Òí ß 606-791 (2010¸ 2 Z 4 1{ 9 ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x Ã º& ñ : r 2010¸ 3 Z 4 15{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

: r ½ ¨\ " f H ± ú É r : r ¸\ " f Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O Ü ¼ Ð í ß o (ZnO) ¸ } @ /\ ¦ $ í © r ( . p+ þ A z ´ o

B H l ó ø Í 0 A\ RF-Û ¼( ' a A r Û ¼% 7 ` ¦ s 6 x # 20 nm¿ ºa _ ZnO ¢ - aØ æ8 £ x` ¦ 7 £ x Ã Ìô Ç Ê ê, Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O

_ $ í © r ç ß \ É r ZnO ¸ } @ /_ ½ ¨ ¸& h ·F g < Æ& h : £ ¤$ í o\ ¦ ¦¹ 1 Ï % i . c-» ¡ ¤ Ü ¼ Ð Ä º $ í

© ) a ZnO ¸ } @ / H $ í © r ç ß s 7 £ x < Ê\ f â õ U ´s 7 £ x % i Ü ¼ 7r ç ß \ " f H Ã º6 xÓ o 5

q _ èÛ ¼ Â Ò7 á ¤ Ü ¼ Ð # 8 s © _ ß ¼l $ í © \ ] j ` ¦ ~ Ã Î ¤ . F g µ 1 Ï F g: £ ¤$ í Ü ¼ ÐÂ Ò' 382 nm Â Ò

H \ " f UV µ 1 Ï F g` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 Ü ¼ 9, $ í © r ç ß s 7 £ x < Ê\ ¸ } @ /z o " f Ð Ó ü æ 5 gf Ü ¼ Ð +

µ 1 ÏÒ q t H ZnO _ ¸ } @ / > s _ < ÊÜ ¼ Ð # UV µ 1 Ï F g y © ¸\ @ /ô Ç Ô ¦í HÓ ü t µ 1 Ï F g q Ö ¦ s

è y è % i .

d # Q: Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O , í ß o ¸ } @ /, $ í © r ç ß

Ah Ra Kim · Ju-Young Lee · Bo Ra Jang · Hong Seung Kim ^∗ · Young Ji Cho

ß o (ZnO) É r Ä ºØ Ô s à Ô(wurzite) & ñ ½ ¨ ¸ü <

3.37 eV _ V , É r f ] X ;s + þ A ½ × ¼Ì s` ¦ ° ú H a-e7 á ¤ o½ + Ë Ó

t ì ø Í ¸^ Ð" f È Ò" î F G, Û ¼G ' p" f, o Û ¼' , · ú è 1

x # Q ì r \ " f 6 £ x6 x ÷ &# Q M ® o [1]. 60 meV_ Z } É r " l o r

: r ½ + Ë \ -t H © : r \ " f ¸ î ß & ñ & h Ü ¼ Ð ü @ % ò

i _ µ 1 Ï F g` ¦ 0 p x > 9 [2], r F g õ ü @ % ò

i \ " f t H Z } É r È Òõ ¸(≥ 80 %) : £ ¤$ í É r É r o½ + Ë Ó

t ì ø Í ¸^ \ q K Ä ºÃ º # µ 1 Ï F g è (LEDs), Y Us $ è

(LDs) 1 p x F g è Ð ¸ y F g ~ Ã Î ¦ e [3,4].

ü < ° ú É r : £ ¤f ç ` ¦ t H ZnO\ ¦ ¸Ó ü t| 9 \ & h 6 x r (

` ¦ M : { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð Z O ß ¼(bulk)ü < H É r : £ ¤$ í ` ¦ t >

)

a . ¸Ó ü t| 9 É r Ó ü t o & h ß ¼l ] jô ÇÜ ¼ Ð K ª ß ¼l

òõ 5 Å q& h \ -t ï r 0 Aü < Ô ¦ 5 Å q& h \ -t ï

r 0 A\ ¦ ¸¿ º t 9, ³ ð & h q Z O ß ¼ © I { 9 M : Ð 7

x # ³ ð \ -t 7 £ x > ) a [5]. " f ¸ Ó

ü t| 9 _ F g < Æ x 9 l & h $ í | 9 É r Z O ß ¼ © I ü < H É r $ í | 9

¦ ? /# Q D h Ðî r l 0 p x, Ä ºÃ ºô Ç : £ ¤$ í ` ¦ t H Ó ü t| 9 ½ Ó Ø

¦ \ l # ¦ e [6].

Qô Ç ¸ Ó ü t| 9 ` ¦ ] j ¸ l 0 Aô Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð F K5 Å q Ä » l

Ó ü t o < Æ l © [7], F K5 Å q Ä »l l © \ x × þ r [8], \ P 7 £ x Ã Ì Z O

[9], ì r c $ í © Z O [10], \ P o < Æ l © 7 £ x Ã ÌZ O [11] 1 p x s

6 x ) a . t ë ß s ü < ° ú É r $ í © l Õ ü t É r 4 ¤ ¸ ú ô Ç / B N

ñ õ & ñ õ Z } É r $ í © : r ¸ (> 350

C)\ ¦ 9 כ ¹ Ð #

¸ Ó ü t| 9 $ í © \ e # Q ´ ú § É r ] j s É r . þ j H \ s \ ¦

Ð ¢ - a l 0 A # # Q t ~ ½ ÓZ O [ þ t s ¦î ß ÷ & ¦ e H î

r X <, / B N& ñ s ç ß é ß ¦ ± ú É r : r ¸(60 - 100

C) ü < @ /

h _ $ í © s 0 p x ô Ç Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O s ´ ú § É r Å Ò3 l q` ¦ ~ Ã Î ¦ e

[4, 6, 11]. Õ ª Q Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O \ _ ô Ç $ í © \ " f H

¸ } @ /_ x 9 ¸ü < ½ ©g Ë :$ í , ~ ½ Ó ¾ Ó$ í , ß ¼l \ @ /ô Ç ] j# Q

t · ú § K K õ ] j f ´ ú §s z e H z ´& ñ s 9, $ í © r ç ß \ É r ¸ } @ /_ $ í © : £ ¤$ í É r _ Ð

¦ ) a \ O . " f : r ½ ¨\ " f H Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O \ " f

© r ç ß \ É r ZnO ¸ } @ /_ ß ¼l o x 9 : £ ¤$ í ` ¦

¸ % i . ¢ ¸ô Ç Si l ó ø Íõ ZnO s \ > r F H H

© Ã º s Ð # µ 1 ÏÒ q t H < ÊÜ ¼ Ð ZnO_ ½ ¨ ¸

, F g < Æ& h : £ ¤$ í s \ P ÷ & H כ ` ¦ [12,13] Ð ¢ - a l 0 A

p-Si(100) l ó ø Í 0 A\ ZnO ¢ - aØ æ8 £ x(buffer layer)` ¦ 7 £ x Ã Ì

% i . ¢ - aØ æ8 £ x 0 A\ Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O Ü ¼ Ð ZnO ¸ } @ /\ ¦

© r ( Ü ¼ 9, $ í © r ç ß \ É r ZnO ¸ } @ /_ p [

j½ ¨ ¸, ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h : £ ¤$ í o\ ¦ ¦¹ 1 ÏK Ð ¤ .

: r ½ ¨\ " f H RF Û ¼( ' a A` ¦ s 6 x # Ä »l [ j' ) a p-Si(100) l ó ø Í 0 A\ ZnO ¢ - aØ æ8 £ x` ¦ 7 £ x Ã Ìô Ç Ê ê Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O

` ¦ s 6 x # ZnO ¸ } @ /\ ¦ $ í © r ( . Û ¼( ' © u

_ ¿ Ü ¼ Ð H f â s 4 u ß ¼l ZnO ¿ ` ¦ s 6

x % i ¦, 55 sccm_ ArÛ ¼\ ¦ f Ë 9Å Ò# Q Õ þ ! Q ? /_ \ O

§ 4 ` ¦ 5 mTorr Ð Ä »t % i . 7 £ x Ã Ì É r © : r \ " f s À Ò# Q

Ü ¼ 9 RF 0 > H 200 W Ð ¦& ñ r & 20 nm ¿ ºa _ ZnO ¢ - aØ æ8 £ x s 7 £ x Ã Ì÷ &% 3 . 7 £ x Ã Ì Si l ó ø Í 0 A_ Ä »l Ó

t õ ¸% i Ó ü t` ¦ ] j l 0 AK [ j : r õ B jò ø Í` ¦ 6 xÓ o` ¦

6 x # y y 5ì r ç ß í6 £ § [ j' ` ¦ % i Ü ¼ 9, í ß

o} (SiO

)` ¦ ] j l 0 A # BOE(bufferd oxide etch) 6

xÓ o\ 1ì r ç ß { ç H + ' íí H Ã º(deionized water) Ð [ j'

¦ | 9 èÛ ¼ Ð | ¸r ( .

ZnO ¢ - aØ æ8 £ x s 7 £ x Ã Ì ) a Ê ê Ã º\ P ½ + Ë$ í Z O Ü ¼ Ð ZnO ¸ }

@ /\ ¦ $ í © % i . 0.1 M_ Zinc nitrate hexahydrate [Zn(NO

O] ü < 0.1 M_ hexamethylenetetramine [HMT; (CH

]\ ¦ y y 100 ml_ íí H Ã º\ 15 ì r 1 l x î ß 6

x K r Ê ê e ¦ Û ¼ß ¼\ §ì ø Ír ( . Ã º6 xÓ os H e ¦ Û

¼ß ¼\ ¦ Si ¸{ 9 s H q & \ V , # Q × æ ½ Ó` ¦ r v ¦, Ã º6 xÓ o

: r ¸ 95

C Ð î ß & ñ s ÷ & l ó ø Í_ $ í © ` ¦ A ~ ½ Ó