산화아연과 탄소섬유 그리고 실버나노와이어 기반 자외선 센서는 최근 많은 주목을 받고 있으며 의료 및 군용 어플리케이션 등 다양한 산업분야 뿐만 아니라 일상생활에도 활용 범위가 확대되어 가고 있어 폭 넓은 연구개발이 이루어지고 있다. 수열 합성(hydrothermal method)된 산화아연 구조체 중 1차원 구조체는 외부 ...
산화아연과 탄소섬유 그리고 실버나노와이어 기반 자외선 센서는 최근 많은 주목을 받고 있으며 의료 및 군용 어플리케이션 등 다양한 산업분야 뿐만 아니라 일상생활에도 활용 범위가 확대되어 가고 있어 폭 넓은 연구개발이 이루어지고 있다. 수열 합성(hydrothermal method)된 산화아연 구조체 중 1차원 구조체는 외부 응력에 저항성이 있으며 플렉서블이 가능할 뿐만 아니라 표면적 대비 체적비(surface to volume ratio)가 매우 높아 표면에 산소 이온의 흡·탈착이 유리하다. 따라서 합성 농도에 따라 산화아연의 종횡비가 달라지게 되고 센서 특성 또한 달라지게 된다. 산화아연 전구체의 농도를 20에서 60 mM으로 조절한 결과 종횡비가 8.15에서 3.58로 감소되었다. 자외선 인가 결과 종횡비 8.15에서 최적화된 자외선 센서 특성을 확인 하였으며 이를 바탕으로 쇼트키 타입의 소자를 구성하였다. 뿐만 아니라 산소에 의해 캐리어의 수명이 조절되는 산화아연의 특성을 이용하여 진공상태와 에어상태에서의 자외선 센서 특성을 비교하였다. 본 논문에서는 유연 산화아연 자외선 센서 제작을 위하여 탄소섬유를 기판이자 전극으로 활용하였으며, 종횡비가 높은 산화아연 나노 막대를 수열합성법을 이용해 탄소섬유 위에 성장시켰다. 탄소섬유에 RF magnetron sputtering 공정을 이용하여 산화아연 seed layer를 형성하였으며, 산화아연 전구체의 농도를 변수로 하여 산화아연 나노막대의 종횡비(aspect ratio)를 조절하였다. 제작된 산화아연 자외선 센서의 구조와 결정성은 SEM (scanning electron microscope)과 XRD (x-ray diffraction)를 통해 측정·분석하였으며, 자외선 센서에 대한 민감도 및 반응성은 365 nm 파장을 가진 자외선 발생기를 이용해 전류-전압 (I-V) 측정으로 분석하였다. 또한, 진공상태와 에어상태에서의 자외선 센서 특성을 비교하여 산소센서의 가능성을 산소와 산화아연의 작용 메커니즘을 통하여 확인하였고, 마지막으로 기계적 안정성 평가를 위해 밴딩 반경(5 mm)환경에서 굽힘 반복(10,000회) 실험을 실시하였다.
산화아연과 탄소섬유 그리고 실버나노와이어 기반 자외선 센서는 최근 많은 주목을 받고 있으며 의료 및 군용 어플리케이션 등 다양한 산업분야 뿐만 아니라 일상생활에도 활용 범위가 확대되어 가고 있어 폭 넓은 연구개발이 이루어지고 있다. 수열 합성(hydrothermal method)된 산화아연 구조체 중 1차원 구조체는 외부 응력에 저항성이 있으며 플렉서블이 가능할 뿐만 아니라 표면적 대비 체적비(surface to volume ratio)가 매우 높아 표면에 산소 이온의 흡·탈착이 유리하다. 따라서 합성 농도에 따라 산화아연의 종횡비가 달라지게 되고 센서 특성 또한 달라지게 된다. 산화아연 전구체의 농도를 20에서 60 mM으로 조절한 결과 종횡비가 8.15에서 3.58로 감소되었다. 자외선 인가 결과 종횡비 8.15에서 최적화된 자외선 센서 특성을 확인 하였으며 이를 바탕으로 쇼트키 타입의 소자를 구성하였다. 뿐만 아니라 산소에 의해 캐리어의 수명이 조절되는 산화아연의 특성을 이용하여 진공상태와 에어상태에서의 자외선 센서 특성을 비교하였다. 본 논문에서는 유연 산화아연 자외선 센서 제작을 위하여 탄소섬유를 기판이자 전극으로 활용하였으며, 종횡비가 높은 산화아연 나노 막대를 수열합성법을 이용해 탄소섬유 위에 성장시켰다. 탄소섬유에 RF magnetron sputtering 공정을 이용하여 산화아연 seed layer를 형성하였으며, 산화아연 전구체의 농도를 변수로 하여 산화아연 나노막대의 종횡비(aspect ratio)를 조절하였다. 제작된 산화아연 자외선 센서의 구조와 결정성은 SEM (scanning electron microscope)과 XRD (x-ray diffraction)를 통해 측정·분석하였으며, 자외선 센서에 대한 민감도 및 반응성은 365 nm 파장을 가진 자외선 발생기를 이용해 전류-전압 (I-V) 측정으로 분석하였다. 또한, 진공상태와 에어상태에서의 자외선 센서 특성을 비교하여 산소센서의 가능성을 산소와 산화아연의 작용 메커니즘을 통하여 확인하였고, 마지막으로 기계적 안정성 평가를 위해 밴딩 반경(5 mm)환경에서 굽힘 반복(10,000회) 실험을 실시하였다.
Ultraviolet (UV) photodetectors based ZnO nanorods (NRs) on a carbon fiber (CF) with Ag nanowire top-electrodes were fabricated by using hydrothermal method. To investigate the effect of an aspect ratio of ZnO NRs on the performance of UV photodetectors, aspect ratio of ZnO NRs was varied with diffe...
Ultraviolet (UV) photodetectors based ZnO nanorods (NRs) on a carbon fiber (CF) with Ag nanowire top-electrodes were fabricated by using hydrothermal method. To investigate the effect of an aspect ratio of ZnO NRs on the performance of UV photodetectors, aspect ratio of ZnO NRs was varied with different molarity amount of precursor. Increasing the molarity amount of precursor from 20 to 65 mM resulted in decrease in the aspect ratio of ZnO NRs from 8.15 to 3.58. The UV photodetector with ZnO NRs grown at precursor concentration of 20 mM exhibits an optimized sensitivity at a wavelength of 365 nm owing to the high aspect ratio of 8.15. It was found that the aspect ratios have a significant impact on the optical properties of the prepared ZnO NRs. The aspect ratio of ZnO NRs with 8.15 reveals better on/off ratio and rising/decay time in comparison with that of 3.58. This improvement in performance of UV photodetector was attributed to the higher surface-to-volume ratio. The device exhibited Schottky-type current-voltage behavior and ambient-dependent photoresponses. While the ratio of on/off photocurrent was higher in vacuum, response times were shorter in air, implying the role of oxygen-related adsorbates on ZnO nanorods in controlling the minority carrier lifetime. In this study, CF was used as the substrate and the bottom-electrode simultaneously, which offers potential for flexible applications and simplifies fabrication process. To investigate the mechanical stability of the flexible UV photodetector performances, the sensing properties were studied up to 10,000 cycles of dynamic bending with a radius of curvature of 5 mm. UV photodetector device was constantly operated against the concentrated bending strain during the dynamic bending test.
Ultraviolet (UV) photodetectors based ZnO nanorods (NRs) on a carbon fiber (CF) with Ag nanowire top-electrodes were fabricated by using hydrothermal method. To investigate the effect of an aspect ratio of ZnO NRs on the performance of UV photodetectors, aspect ratio of ZnO NRs was varied with different molarity amount of precursor. Increasing the molarity amount of precursor from 20 to 65 mM resulted in decrease in the aspect ratio of ZnO NRs from 8.15 to 3.58. The UV photodetector with ZnO NRs grown at precursor concentration of 20 mM exhibits an optimized sensitivity at a wavelength of 365 nm owing to the high aspect ratio of 8.15. It was found that the aspect ratios have a significant impact on the optical properties of the prepared ZnO NRs. The aspect ratio of ZnO NRs with 8.15 reveals better on/off ratio and rising/decay time in comparison with that of 3.58. This improvement in performance of UV photodetector was attributed to the higher surface-to-volume ratio. The device exhibited Schottky-type current-voltage behavior and ambient-dependent photoresponses. While the ratio of on/off photocurrent was higher in vacuum, response times were shorter in air, implying the role of oxygen-related adsorbates on ZnO nanorods in controlling the minority carrier lifetime. In this study, CF was used as the substrate and the bottom-electrode simultaneously, which offers potential for flexible applications and simplifies fabrication process. To investigate the mechanical stability of the flexible UV photodetector performances, the sensing properties were studied up to 10,000 cycles of dynamic bending with a radius of curvature of 5 mm. UV photodetector device was constantly operated against the concentrated bending strain during the dynamic bending test.
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