문제 정의

• 후)다 공성의">다공성의 SWCNT에 증착한 후 산화공정(rheotaxial growth and thermal oxidation, RGTO)을 통해 ZnO-SWCNT 복합체를 제작하여 NO 가스의 감지 특성을 보았다. 또한, 나노구조 박막과 복합체 나노구조의 감지특성을 비교 분석하여 ZnO-SWCNT 복합체의 고성능 NO 가스센서용 소자로서 활용가능성을 알아보고자 한다.
• 본 연구에서는 아크방전법으로 합성된 SWCNT 템플레이트 위에 DC 마그네트론 스퍼터링법과 산화공정을 통하여 ZnO-SWCNT 복합체를 제작하여 NO 가스에 대한 건조공기 분위기에서의 가스감지특성을 조사하였다. 특히,

  제안 방법

  • 탄소나노튜브 증착과 열 산화공정에 따른 박막과 복합체의 미세구조는 주사전자현미경(field­emission scanning electron microscope, FESEM)을 이용하여 관찰하였고, 결정구조는 X-선 회절분석(X-ray diffraction), 라만 분석(Raman spectroscopy)을 하여 조사하였다.
  • 본 실험에서는 스퍼터링(sputtering)방법으로 균일한 금속 Zn박막을 다공성의 SWCNT에 증착한 후 산화공정(rheotaxial growth and thermal oxidation, RGTO)을 통해 ZnO-SWCNT 복합체를 제작하여 NO 가스의 감지 특성을 보았다. 또한, 나노구조 박막과 후)마그네트론스퍼터를">마그네트론 스퍼터를 이용하여 막대형의 백금(Pt) 전극을 형성하였다. 그 후에 기판을 아크방전 챔버 내의 음극부에 위치시켜 합성과 동시에 기판에 SWCNT 가 증착 되도록 하였다. ">제거 하였다.⁷⁾ 아연 박막의 증착은 DC 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 아연 금속막을 50 nm 두께로 증착 하였다. 99.
  • 스퍼터링 공정은 아르곤 분위기에서 이루어졌다. 증착 후 전기로를 사용하여 RGTO (rheotaxial growth and thermal oxidation) 방식으로 400℃에서 N₂와 O₂의 혼합가스 분위기에서 산화시켜 산화아연 금속막(ZnO thin film)과 산화아연-단일 벽탄소나노튜브 복합체(ZnO-SWCNT composite)를 제작하였다. 탄소나노튜브 증착과 제작된 복합체의 감도특성은 반응가스 노출에 따른 저항변화를 통하여 알아보았다. 후)저항 변화는">저항변화는 KEITHLY 2400(DC bias voltage source current measure application)을 이용하여 건조공기(dry air) 분위기에서 측정하였다. 전체 유량을 500 sccm 으로 일정하게 유지시키고 150℃, 200℃,250℃, 300℃의 후)저항 변화는">저항변화는 KEITHLY 2400(DC bias voltage source current measure application)을 이용하여 건조공기(dry air) 분위기에서 측정하였다. 전체 유량을 500 sccm 으로 일정하게 유지시키고 150℃, 200℃,250℃, 300℃의 온도변화를 주어 단일벽탄소나노튜브, 산화아연박막, 산화아연-단일벽탄소나노튜브 복합체의 NO 가스에 대한 감도를 측정하였으며 결과를 비교하였다. 센서 감도(sensor response, S)는 가스반응 후 저항(R_g)과

    대상 데이터

    • 본 실험에서는 두께가 300 nm인 SiO2 절연층이 형성된 5 mm × 5 mm 크기의 p형 Si 기판 위에 가스센서를 제작하였다.
    • 99.999%의 순도를 가진 아연 타겟을 이용하였으며, 공전 전 압력을 2 × 10−6 torr로 유지시킨 후 증착 공정을 수행하였다.
    • 절연층이 형성된 5 mm × 5 mm 크기의 p형 Si 기판 위에 가스센서를 제작하였다. Fig. 1 에서 보는 바와 같이 전극은 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 막대형의 백금(Pt) 전극을 형성하였다. 그 후에 기판을 아크방전 챔버 내의 음극부에 위치시켜 합성과 동시에 기판에 SWCNT 가 후)촉매 금속(Ni,">촉매금속(Ni, Fe, Mo)을 채운 흑연봉을 소스로 하여 450 torr H₂의 수소분위기에서 150 A/cm²의 아크방전 전류로 합성하였고, 함께 증착 된 비정질의 탄소는 정제과정을 통해 제거 하였다.⁷⁾

      성능/효과

      • 후)아연금속막(a)과">아연금속 막(a)과 산화아연 박막(b), 그리고 탄소나노튜브와의 복합체(c)의 X-선 회절 분석과 라만 분석(d)을 나타낸 것이다. 관찰된 모든 X-선 회절 피크들은 격자상수 a = 0.325 nm와 c = 0.521 nm 인 육방 wurtzite ZnO상에서 비롯된 것으로 분석되었다(Fig. 3(b)).
      • 후)감소하는">감소 하는 반면에 박막은 온도가 증가할수록 증가하는 양상을 보였다. 하지만 복합체의 경우 최적 작동온도는 250℃로 1300%의 감도를 보이며 박막(260%)과 비교하여 5 배 감도가 향상되었음을 확인할 수 있었다. 산화아연 박막에서 300℃까지 최대 감도에 다다르지 않는 것과 비교하여 볼 때, ZnO-SWCNT 복합체는 후)감도 변화를">감도변화를 보여준다. 농도가 증가함에 따라 가스의 흡착 반응성 또한 증대되어 센서의 감도가 향상되고 선형관계를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 최적 6(b)에 나타내었다. 5회에 걸친 반복 테스트 결과 1300%의 비교적 안정된 감도를 보이며 센서의 우수한 반복 특성 및 안정성을 확인할 수가 있었다. 또한, 5회에 걸친 반복 테스트 결과 1300%의 비교적 안정된 감도를 보이며 센서의 우수한 반복 특성 및 안정성을 확인할 수가 있었다. 또한, 복합체 센서는 최대감도 온도에서 11초의 빠른 반응시간과 비교적 느린 회복시간(240초)을 보였다. 이는 복합체의 구조적인 특성에서 비롯된 높은 후)달려 있다는">달려있다는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. ZnO-SWCNT 복합체 센서가 보다 넓은 유효 표면반응 면적을 가짐으로써 통상적 구조인 박막 센서보다 높은 감도와 낮은 작동온도 특성을 나타내 NO 가스에 대한 감지 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
      • 후)가스감지 특성을">가스감지특성을 조사하였다. 특히, 작동온도 250℃에서 산화아연 박막과 비교하여 5배 높은 감도로 상대적으로 낮은 작동온도, 높은 감도 특성과 더불어 빠른 응답시간을 보임을 확인할 수 있었다. 이는 후)응답 시간을">응답시간을 보임을 확인할 수 있었다. 이는 단일벽탄소나노튜브를 템플레이트로 활용하여 가스에 대한 유효 표면반응 면적을 증가시킴으로써 센서의 감도가 향상된 것으로 분석되었다. 또한, 10 ppm의

        후속연구

        • 후)산화 알갱이가">산화알갱이가 고르게 배열되어 있었다. 이는 산화아연 입자의 조밀한 구조가 갖는 약점을 극복할 수 있을 뿐만 아니라 산화아연 계 가스센서의 가스감도가 주로 활성층의 미세구조에 의존한다는 사실에 근거하였을 때 표면적의 증가로 상대적으로 높은 가스감도와 낮은 작동온도를 나타낼 수 있을 것이라 기대할 수 있다(Fig. 2(c)).
        • 후)표면 반응">표면반응 면적을 증가시킴으로써 센서의 감도가 향상된 것으로 분석되었다. 또한, 10 ppm의 농도범위에서 1300%의 안정된 반복특성을 보임으로서 낮은 작동온도 범위에서 비교적 안전한 NO 가스 센서제작에 복합체가 유용하게 활용될 수 있음을 직접적으로 시사한다.