[논문]SnO2 박막의 열처리 온도에 따른 CO2가스 반응성

오데레사

SnO2 박막의 열처리 온도에 따른 CO2가스 반응성
CO2 Gas Responsibility of SnO5 Thin Film Depending on the Annealing Temperature 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.16 no.4, 2017년, pp.75 - 78

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The $CO_2$ gas responsibility of $SnO_2$ thin films was researched with various annealing temperatures. $SnO_2$ was prepared on n-type Si substrate by RF magnetron sputtering system and annealed in a vacuum condition. The bonding structure of $SnO_2$ was changed from amorphous to crystal structure with increasing the annealing temperature, and the content of oxygen vacancy was researched the highest of the annealed at $60^{\circ}C$. The $SnO_2$ annealed at $60^{\circ}C$ had the characteristics of the highest capacitance. The special properties of $CO_2$ gas responsibility was found at the $SnO_2$ thin film annealed at $60^{\circ}C$ with amorphous structure because of the combination with the oxygen vacancies and $CO_2$ gases changed the resistivity. The amorphous structure enhanced the responsibility at the $SnO_2$ surface and the conductivity of $SnO_2$ thin film.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

CO₂ 가스에 대하여 반응하는 수용체로서 SnO₂ 박막은 RF 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 증착하고, SnO₂ 박막의 결정구조를 다양하게 바꾸기 위하여 열처리를 하였으며, 열처리에 의하여 산소공공의 함량비와 결정구조가 달라진 SnO₂ 박막의 전기적인 특성을 서로 비교하였다. I-V 특성 곡선에 의한 SnO₂ 박막의 계면특성을 통하여 SnO₂ 박막과 기판 사이의 접촉저항이 달라짐에 따른 반도체 접합특성과 결정구조 사이의 관계를 조사하고 CO₂ 가스유량에 따른 전기적인 특성을 연구하였다.
본 논문에서는 SnO₂ 박막을 이용하여 산소공공에 의한 산화물반도체의 전기적인 특성이 CO₂ 가스에 대하여 어떻게 반응하는지를 알아보았다. CO₂ 가스에 대하여 반응하는 수용체로서 SnO₂ 박막은 RF 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 증착하고, SnO₂ 박막의 결정구조를 다양하게 바꾸기 위하여 열처리를 하였으며, 열처리에 의하여 산소공공의 함량비와 결정구조가 달라진 SnO₂ 박막의 전기적인 특성을 서로 비교하였다.

가설 설정

하지만 Fig. 5(b)는 CO₂ 가스 유량이 증가할수록 음의 방향 전압영역에서 전류가 점점 감소하고 있다. 변화량을 뚜렷하게 구분할 수 있다.

제안 방법

가스에 대하여 어떻게 반응하는지를 알아보았다. CO₂ 가스에 대하여 반응하는 수용체로서 SnO₂ 박막은 RF 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여 증착하고, SnO₂ 박막의 결정구조를 다양하게 바꾸기 위하여 열처리를 하였으며, 열처리에 의하여 산소공공의 함량비와 결정구조가 달라진 SnO₂ 박막의 전기적인 특성을 서로 비교하였다. I-V 특성 곡선에 의한 SnO₂ 박막의 계면특성을 통하여 SnO₂ 박막과 기판 사이의 접촉저항이 달라짐에 따른 반도체 접합특성과 결정구조 사이의 관계를 조사하고 CO₂ 가스유량에 따른 전기적인 특성을 연구하였다.
SnO₂ 박막을 증착하기 위해서 Ar:O₂=20 sccm:20 sccm 혼합가스를 이용하여 n-type Si 기판 위에 70 W RF파워에서 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하고 열처리를 하였다. 박막 증착 후 60도, 110도, 160도와 210도에서 열처리를 진공 중에서 실시하였다.
전기적인 특성은 I-V곡선으로 얻었으며, 미시영역에서의 접합특성을 조사하고 접합특성과 산소공공의 연관성 그리고 결합구조에 대하여 연구하였다. SnO₂ 박막의 CO₂ 가스반응성에 대하여 조사하기 위해서 CO₂ 가스 유량을 변화시켜가면서 I-V 곡선을 관찰하였다.
마그네트론 스퍼터링을 이용한 SnO₂ 박막을 증착하고 열처리를 하여 CO₂ 가스에 대한 반응성을 조사하였다. SnO₂ 박막은 비정질인 경우 산소공공과 같은 전하들이 많이 형성되고 용량이 증가하여 CO₂ 가스에 대한 반응성이 개선될 수 있음을 확인하였다.
=20 sccm:20 sccm 혼합가스를 이용하여 n-type Si 기판 위에 70 W RF파워에서 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하고 열처리를 하였다. 박막 증착 후 60도, 110도, 160도와 210도에서 열처리를 진공 중에서 실시하였다. 화학적인 특성은 XPS를 이용하여 측정하였고, 산소공공은 O 1s스펙트라를 디컨벌루션을 통하여 얻었다.
이상의 결과들로부터 SnO₂ 박막을 이용한 고간감도 센서를 제작하기 위해서는 60도 열처리를 하여 비정질 결정구조의 특성을 갖는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다. 센서의 반응성을 알아보기 위해서 60도 열처리한 박막을 중심으로 상온(room temperature)과 110도 열처리한 박막의 전기적인 차이점을 조사하였다
전기적인 특성을 관찰하기 위해서 MIM(Metal-SnO₂-Si wafer)구조의 전극을 만들어 커패시터를 제작하였다. 전기적인 특성은 I-V곡선으로 얻었으며, 미시영역에서의 접합특성을 조사하고 접합특성과 산소공공의 연관성 그리고 결합구조에 대하여 연구하였다. SnO₂ 박막의 CO₂ 가스반응성에 대하여 조사하기 위해서 CO₂ 가스 유량을 변화시켜가면서 I-V 곡선을 관찰하였다.
화학적인 특성은 XPS를 이용하여 측정하였고, 산소공공은 O 1s스펙트라를 디컨벌루션을 통하여 얻었다. 전기적인 특성을 관찰하기 위해서 MIM(Metal-SnO₂-Si wafer)구조의 전극을 만들어 커패시터를 제작하였다. 전기적인 특성은 I-V곡선으로 얻었으며, 미시영역에서의 접합특성을 조사하고 접합특성과 산소공공의 연관성 그리고 결합구조에 대하여 연구하였다.
박막 증착 후 60도, 110도, 160도와 210도에서 열처리를 진공 중에서 실시하였다. 화학적인 특성은 XPS를 이용하여 측정하였고, 산소공공은 O 1s스펙트라를 디컨벌루션을 통하여 얻었다. 전기적인 특성을 관찰하기 위해서 MIM(Metal-SnO₂-Si wafer)구조의 전극을 만들어 커패시터를 제작하였다.

성능/효과

가스에 대한 반응성을 조사하였다. SnO₂ 박막은 비정질인 경우 산소공공과 같은 전하들이 많이 형성되고 용량이 증가하여 CO₂ 가스에 대한 반응성이 개선될 수 있음을 확인하였다. 60도 열처리를 한 경우 SnO₂ 박막은 CO₂ 가스의 유량이 증가할수록 음의 전류가 증가하는 것을 확인하였다.
반면에 결정구조가 되면 산소 공공이 줄어들고 전하들이 감소하면서 CO₂ 가스에 대한 반응성이 불규칙적으로 변하게 된다는 것을 알 수 있다. 따라서 SnO₂ 박막을 이용한 가스센서로서 반도체 가스센서를 제작할 경우, 비정질 구조일 때 유리하다는 알 수 있으며, 비정질 결정구조가 되기 위해서는 적당한 열처리 온도가 중요하다는 것을 입증하고 있다.
2에서 산소공공의 함량이 줄어들고 있는 실험결과와도 일치한다. 이상의 결과들로부터 SnO₂ 박막을 이용한 고간감도 센서를 제작하기 위해서는 60도 열처리를 하여 비정질 결정구조의 특성을 갖는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다. 센서의 반응성을 알아보기 위해서 60도 열처리한 박막을 중심으로 상온(room temperature)과 110도 열처리한 박막의 전기적인 차이점을 조사하였다

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	60도 열처리를 한 경우 SnO2 박막에 음의 전류가 증가하는 이유는?	60도 열처리를 한 경우 SnO2 박막은 CO2 가스의 유량이 증가할수록 음의 전류가 증가하는 것을 확인하였다. 음의 전류가 증가하는 것은 비정질 구조의 SnO2 박막의 표면에서 가스와 반응하는 성분이 많기 때문이며, 이러한 SnO2 박막의 CO2 가스에 대한 반응성에 대한 균일성이 60도에서 열처리를 할 경우 가장 좋고, CO2 가스센서를 만들 경우 가장 우수해 질 수 있다는 의미이기도 하다.
	금속 산화물 반도체식 가스 센서는 무엇인가?	최근에 많이 연구되고 있는 가스 센서는 주로 금속 산화물 반도체식 가스 센서가 있다. 금속 산화물 반도체식 가스 센서는 금속 산화물 표면에 흡착되어 있는 산소와 검출 가스의 반응을 통해 나타나는 반도체의 저항변화를 측정하는 센서이다. 인체에 유해한 환경물질인 휘발성유기화합물 VOCs (Volatile Organic Compounds)들의 가스반응 감지시스템으로 반도체식 가스 센서가 주목을 받고 있다[1-4].
	반도체소자로 가스반응을 일으키는 수용체로 사용되는 물질들은 어떤 것들이 있는가?	인체에 유해한 환경물질인 휘발성유기화합물 VOCs (Volatile Organic Compounds)들의 가스반응 감지시스템으로 반도체식 가스 센서가 주목을 받고 있다[1-4]. 반도체소자로 가스반응을 일으키는 수용체로 사용되는 물질들로 SnO2, ZnO, WO3, In2O3, CuO 등이 알려져 있다. 금속산화물 반도체물질은 계면접합 특성에 의하여 발생하는 산소공공의 이온화 효과에 따라서 가스와 반응하는 화학적 특성이 달라지고 저항이 달라져서 전기신호로 바꾸어 신호처리를 하기 쉽게 되므로 의료용 기기, 광 센서 등에서 이용되고 있다[5-9].

참고문헌 (16)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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