선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 NiO와 ZnO를 Sol-gel법으로 제조하여 spin coating 공정 조건 및 열처리 조건에 따른 재료의 특성 연구를 진행하였다. 박막의 두께 및 입자사이즈는 FE-SEM 장비를 사용하여 확인하였고, 성분 분석 및 박막의 결정성 확인은 XRD 장비를 사용하였다
제안 방법
- ZnO sol-gel 용액을 사용해 ZnO 막을 형성하는 공정은, NiO 막을 형성하는 것과 동일한 조건에서 진행하였으며, 후공정으로 열처리를 진행하지 않고 막을 형성하였다
- 기판 위 형성된 NiO 막은 열처리 온도를 250°C, 350°C, 450°C, 550°C로 다르게 하여 소성을 진행하였고, 승온 속도를 5°C/min로 설정하고 온도 유지시간을 40분으로 하여 열처리하였다.
- 넓은 밴드갭의 NiO와 ZnO를 사용하여 선택적으로 자외선 파장영역의 빛을 흡수할 수 있는 자외선 센서에 대한 재료 특성 연구를 진행하였으며, SEM, XRD와 같은 장비를 사용하여 특성을 평가하였다.
- 노광공정에 의해 PR이 패터닝된 기판은 50°C로 가열시킨 ITO etchant (LCE-12)에 넣어 50초 동안 PR이 제거된 부분의 ITO를 제거시켰고, multi meter를 이용해 ITO가 제거되었는지 저항을 측정해본 뒤, 아세톤을 이용해 남은 PR를 박리시켜 ITO를 패터닝하였다.
- 노광은 mask aligner (MDA-400M, MIDAS)를 사용하여 photo mask와 PR이 도포된 기판을 정렬해준 뒤, 13.5초간 노광을 진행하였으며, PEB (post exposure bake) 공정으로 105°C로 가열된 hot plate 위에서 1분간 hard bake시켰다.
- 본 논문에서는 NiO와 ZnO를 Sol-gel법으로 제조하여 spin coating 공정 조건 및 열처리 조건에 따른 재료의 특성 연구를 진행하였다. 박막의 두께 및 입자사이즈는 FE-SEM 장비를 사용하여 확인하였고, 성분 분석 및 박막의 결정성 확인은 XRD 장비를 사용하였다
- 전기적 특성 평가는 4-point probe 장비를 사용하여 조건별 면저항을 측정하였고, probe station과 I-Vmeasurement system을 이용하여 254 nm 파장의 자외선 인가에 따른 전류 변화를 확인하였다.
- 코팅 조건은 500rpm으로 5초, 3,000 rpm으로 30초 동안 용액을 도포해준 뒤 250°C로 가열한 hot plate 위에 올려 10분간 건조시켰으며, 각 층을 형성할 때 마다 건조하는 과정을 반복하였다.
- 하부 전극이 패터닝된 기판 위로 NiO 막을 형성하기 위해 제조한 NiO sol-gel 용액을 사용하였고, spin coater를 통해 1층, 3층, 5층으로 막을 코팅하여, 두께에 따른 특성변화를 확인하였다. 코팅 조건은 500rpm으로 5초, 3,000 rpm으로 30초 동안 용액을 도포해준 뒤 250°C로 가열한 hot plate 위에 올려 10분간 건조시켰으며, 각 층을 형성할 때 마다 건조하는 과정을 반복하였다.
- 5초간 노광을 진행하였으며, PEB (post exposure bake) 공정으로 105°C로 가열된 hot plate 위에서 1분간 hard bake시켰다. 현상은 developer (MIF-300)를 사용해 기판을 1분간 담가 photo mask에 의해 빛을 받지 않은 부분의 PR은 남기고, 빛을 받은 부분의 PR은 제거될 수 있도록 진행하였다. 노광공정에 의해 PR이 패터닝된 기판은 50°C로 가열시킨 ITO etchant (LCE-12)에 넣어 50초 동안 PR이 제거된 부분의 ITO를 제거시켰고, multi meter를 이용해 ITO가 제거되었는지 저항을 측정해본 뒤, 아세톤을 이용해 남은 PR를 박리시켜 ITO를 패터닝하였다.
대상 데이터
- NiO와 ZnO Sol 용액은 전구체로 각각 nickel acetate tetrahydrate (98%, Sigma Aldrich), Zinc acetate dihydrate (98%, Sigma Aldrich)를 사용하였으며, 용매는 2-Methoxyethanol (99.8%, Sigma Aldrich), 촉매는 ethanolamine (99.0%, Sigma Aldrich)을 사용해 0.5 M의 농도로 제조하였다 [15].
- 의 면저항을 갖는 ITO glass를 사용하였으며, 5×5 cm의 사이즈로 자른 뒤 표면의 유기물이나 미세입자와 같은 이물질을 제거하기 위해 아세톤과 에탄올을 이용하여 세척하였다.
성능/효과
- 450°C에서 열처리한 박막은 37.6, 43.7, 63.4, 75.7, 79.8°에서 모든 peak가 선명하게 나타난 것을 확인할 수 있는데, 350°C에서 열처리한 박막에 비해 결정성이 크게 향상된 것을 확인할 수 있었다.
- 550°C에서 열처리한 박막의 경우 450°C에서 열처리한 박막에 비해 큰 변화는 없었지만, 높은 결정성을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.
- NiO와 ZnO의 적층 수에 따른 자외선 센서 특성은 박막의 두께가 증가함에 따라 전류 변화량이 증가하는 결과를 얻을 수 있었고, 전류가 변화하는 기준 전류값은 서로 다르게 나타났는데, ZnO의 경우 자외선을 인가하지 않을 때의 기준 전류값이 0으로 나타나 자외선 센서로 사용되기에 적합한 특성을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다
- 구조적 특성 평가 결과로부터 NiO와 ZnO 박막의 적층 수가 증가함에 따라 두께가 증가한다는 것을 확인할 수 있었고, 열처리 온도가 증가할 경우 박막이 수축하지만, 결정성은 증가한다는 것을 확인할 수 있었다. 전기적 특성 평가 결과 NiO의 경우 열처리 온도가 350℃인 조건에서 면저항이 가장 낮게 측정되었으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 면저항이 증가하는 경향이 나타났다.
- 그림 1에 나타난 NiO 박막의 단면 SEM images 결과로부터 열처리 온도에 따른 박막의 형상을 확인할 수 있는데, 250°C에서 열처리한 박막의 경우 149 nm의 두께를 나타내었고, 350°C에서 열처리한 박막은 22nm 감소한 127 nm가 나타났으며, 450°C에서 열처리한 박막은 350°C에서 열처리한 박막에 비해 11 nm가감소한 116 nm, 550°C에서 열처리한 박막의 경우 9nm가 감소한 107 nm의 두께가 형성된 것을 확인할 수 있었다.
- 그림 3은 250°C에서 열처리한 NiO 박막의 스핀코팅 횟수에 따른 SEM images 결과를 나타낸 것으로, 1층 코팅한 경우 39 nm의 두께를 나타내었고, 3층 코팅한 경우 51 nm 증가한 90 nm, 5층 코팅한 경우 59 nm 증가한 149 nm의 두께가 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 결과로부터 코팅 횟수가 2층 증가함에 따라 약 55 nm가 증가한다는 것을 알 수 있었다.
- 그림 4는 250°C에서 열처리한 ZnO 박막의 스핀코팅 횟수에 따른 SEM images 결과를 나타낸 것으로, 1층 코팅한 박막의 경우 26 nm의 두께를 나타내었고, 3층 코팅한 경우 36 nm 증가한 62 nm, 5층 코팅한 경우 44 nm 증가한 106 nm의 두께가 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 코팅 횟수가 2층 증가함에 따라 약 40 nm가 증가한다는 것을 알 수 있었다.
- 그림 7은 NiO 박막의 열처리 온도에 따른 자외선 인가 시의 전류 변화량을 나타낸 것으로, 박막의 열처리 온도가 250℃일 때 전류 변화량이 가장 낮게 측정되었으며, 350℃일 때 전류 변화량이 급격히 증가하여 가장 높은 변화량을 나타냈고, 다시 열처리 온도가 증가함에 전류 변화량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 표 1에 나타낸 면저항 측정결과와 유사한 경향을 나타내는데, 면저항이 측정되지 않았던 250℃에서 센서의 전류 변화량이 가장 낮았고, 면저항이 가장 낮게 측정되었던 350℃에서 전류 변화량 또한 가장 높게 측정되었으며, 350℃ 이상의 열처리 온도에서 면저항이 점차 증가하고 전류 변화량 또한 감소한 것을 알 수 있었다.
- 자외선을 인가하지 않을 때의 기준 전류값이 0이라는 것은 자외선 인가에 따라 발생되는 전류 변화에 오차로 작용할 수 있는 외부 요인이 적다는 것을 의미하며, 정밀한 센서로 사용하기에 적합한 특성을 나타낸다는 것을 예상할 수 있다. 또한 ZnO 박막의 적층 수가 증가함에 따라 전류 변화량이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 그림 11에 나타낸 그래프에서 전류 변화량이 증가하였지만 그에 따른 전류 변화의 오차범위가 크지 않는다는 것을 알 수 있었다. 이는 그림9에 나타난 NiO 박막의 전류 변화량 그래프와 비교하였을 때, NiO 박막의 적층수가 증가함에 따라 전류 변화 폭의 오차가 크게 증가하는 결과와는 대비되는 결과라는 것을 알 수 있으며, 이러한 특성 또한 자외선 센서로 사용하기에 적합하다는 것을 보여준다.
- 또한 ZnO 박막의 적층 수가 증가함에 따라 전류 변화량이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 그림 11에 나타낸 그래프에서 전류 변화량이 증가하였지만 그에 따른 전류 변화의 오차범위가 크지 않는다는 것을 알 수 있었다. 이는 그림9에 나타난 NiO 박막의 전류 변화량 그래프와 비교하였을 때, NiO 박막의 적층수가 증가함에 따라 전류 변화 폭의 오차가 크게 증가하는 결과와는 대비되는 결과라는 것을 알 수 있으며, 이러한 특성 또한 자외선 센서로 사용하기에 적합하다는 것을 보여준다.
- 그림 7은 NiO 박막의 열처리 온도에 따른 자외선 인가 시의 전류 변화량을 나타낸 것으로, 박막의 열처리 온도가 250℃일 때 전류 변화량이 가장 낮게 측정되었으며, 350℃일 때 전류 변화량이 급격히 증가하여 가장 높은 변화량을 나타냈고, 다시 열처리 온도가 증가함에 전류 변화량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 표 1에 나타낸 면저항 측정결과와 유사한 경향을 나타내는데, 면저항이 측정되지 않았던 250℃에서 센서의 전류 변화량이 가장 낮았고, 면저항이 가장 낮게 측정되었던 350℃에서 전류 변화량 또한 가장 높게 측정되었으며, 350℃ 이상의 열처리 온도에서 면저항이 점차 증가하고 전류 변화량 또한 감소한 것을 알 수 있었다.
- 이러한 결과로부터 NiO가 5층 적층된 조건에서 350℃로 열처리할 경우 자외선 인가에 따른 전류 변화량이 가장 크다는 것을 알 수 있었으며, ZnO의 경우 5층으로 적층된 조건에서 250℃로 열처리할 경우 전류 변화량이 크고 기준 전류값이 낮아 센서의 정밀도를 높이기에 좋은 특성을 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다.
- 구조적 특성 평가 결과로부터 NiO와 ZnO 박막의 적층 수가 증가함에 따라 두께가 증가한다는 것을 확인할 수 있었고, 열처리 온도가 증가할 경우 박막이 수축하지만, 결정성은 증가한다는 것을 확인할 수 있었다. 전기적 특성 평가 결과 NiO의 경우 열처리 온도가 350℃인 조건에서 면저항이 가장 낮게 측정되었으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 면저항이 증가하는 경향이 나타났다. 이는 NiO 박막의 열처리 온도별 자외선 센서 특성을 나타낸 결과와 유사한 경향을 따르는데, NiO의 열처리 온도가 증가함에 따라 p-type에서 n-type으로 성질이 변화하여 다수캐리어인 홀에 비해 상대적으로 소수캐리어인 전자의 수가 증가했기 때문에 이러한 결과가 나타난 것으로 사료된다.
- 전체적으로 결과를 비교해보면 열처리 온도가 450°C일 때 결정성이 크게 증가한 것으로 보아, 350°C에서 450°C 사이의 온도에서 NiO 막이 잘 형성된다는 것을 확인할 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.