| 초록 |
이번 연구에서는 산화아연 나노막대/산화구리 박막의 이종접합체를 제작하고, 이를 가스센서로 활용하기 위해 일산화질소 가스에 대한 감지 특성을 연구하였다. 먼저, n형 산화아연 나노로드를 제작하기 위해 산화인듐불소(FTO)이 코팅 된 유리기판 위에 RF 떼려내기(sputtering) 방법으로 10 nm가량의 산화아연 전구체를 매끄러운 박막형태로 성장시킨다. 이후, Zn(NO3)2•6H2O와 C6H12N4(헥사메틸렌 테트라민)를 증류수에 일정 비율로 혼합해 용액을 만들었다. 만들어진 용액에 산화아연 전구체가 성장된 기판을 담궈두고 95 ℃를 유지하여 산화아연 나노막대를 성장시켰다. 그런 다음 그 위에 RF 떼려내기 방법으로 p형 산화구리 박막을 증착하여 p-n 산화물 이종접합구조를 제작하였다. 산화아연 나노막대/산화구리 박막의 이종접합체의 표면과 측면 분석은 냉전계형 주사전자현미경(SEM)을 이용하였고, 성분분석과 결정성은 X선 회절 분석기(XRD)를 사용하여 조사하였다. 산화아연 나노막대/산화구리 박막 이종접합체의 접합특성 평가와 일산화질소 가스 감지에 대한 특성 평가를 위해 자체 제작된 전류-전압 측정 장치(I-V measurement)가 사용되었다. 산화아연 나노막대/산화구리 박막 이종접합체의 전류-전압 특성은 비선형 다이오드 정류 특성을 보여 주었고, 온도가 증가함에 따라 순방향 전류가 증가함을 확인하였다. 산화아연 나노막대/산화구리 박막 이종접합체의 가스센서로의 활용 가능성을 조사하기 위해 다양한 온도에서 산화성가스인 일산화질소 가스에 노출시켰다. 그 결과 p-n이종접합의 순방향전류가 상당히 감소되는 것을 확인하였고, 특히 작동 온도 150 ℃에서 900 %의 최대 민감도를 보임을 확인하였다. 그 다음 산화아연 나노막대/산화구리 박막 이종접합체를 작동 온도 150 ℃에서 가스 농도 5 ppm에서 30 ppm 까지 변화를 주어 일산화질소 가스에 노출 시켰고, 농도가 증가함에 따라 p-n이종접합의 순방향전류가 점점 감소함을 확인하였다. 마지막으로 작동 온도 150 ℃에서 산화아연 나노막대/산화구리 박막 이종접합체에 20 ppm의 일산화질소가스를 주기적으로 노출 시켰고, 그 결과 안정적이고, 반복적인 전류특성을 보여주었다. 이러한 실험 결과들을 통해 산화아연 나노막대/산화구리 박막 이종접합 가스센서는 상대적으로 낮은 작동온도와 고감도, 공정제어의 간단함의 장점을 갖는 일산화질소 가스 센서가 될 것임을 알 수 있었다. |
