[논문]원자막증착법(ALD) SnO2 촉매를 적용한 AlGaN/GaN 이종접합 트랜지스터 NO2 가스센서

양수혁; 김형탁

doi:10.7471/ikeee.2020.24.4.1117

원자막증착법(ALD) SnO2 촉매를 적용한 AlGaN/GaN 이종접합 트랜지스터 NO2 가스센서
NO2 gas sensor using an AlGaN/GaN Heterostructure FET with SnO2 catalyst deposited by ALD technique 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.24 no.4, 2020년, pp.1117 - 1121

양수혁 (Dept. of Electronic and Electrical Engineering, Hongik University) , 김형탁 (Dept. of Electronic and Electrical Engineering, Hongik University)

초록
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본 연구에서는, 원자막증착법(ALD) 공정으로 증착된 SnO2 촉매를 AlGaN/GaN 이종접합 FET에 적용하여 NO2 가스 검출이 가능한 것을 확인하였다. AlGaN/GaN-on-si 플랫폼에서 제작 된 HFET 센서로 NO2 100 ppm에 대하여 In-situ SiN이 있는 소자와 없는 소자가 각각 100 ℃, 200 ℃에서 10.1% 및 17.7%, 5.5% 및 38%의 감지성능을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, it was confirmed that a SnO2 catalyst deposited by an atomic layer deposition(ALD) process can be employed in AlGaN/GaN heterostructure FET to detect NO2 gas. The fabricated HFET sensors on AlGaN/GaN-on-Si platform demonstrated that the devices with or without n-situ SiN have sensitivi...

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Cross-sectional diagram of SnO₂ gated AlGaN/GaN HFET In-situ SiN remaining (a) etching (b). 그림 1. SnO₂ gated AlGaN/GaN 이종접합 FET의 단면도 (a) In-situ SiN (b) In-situ SiN etching
그림 Fig. 2. SnO₂ gated AlGaN/GaN HFET unit device. 그림 2. SnO₂ gated AlGaN/GaN 이종접합 FET unit device
그림 Fig. 3. Transfer characteristics of SnO₂ gated AlGaN/GaNHFET for gate length = 4/6/11/16 μm In-situ SiNremaining (a) etching (b) at RT.그림 3. 4/6/11/16 μm gate length에 대한 SnO₂ gatedAlGaN/GaN 이종접합 FET의 전달 특성(a) In-situ SiN (b) In-situ SiN etching at RT
그림 Fig. 4. SnO₂ gated AlGaN/GaN HFET sensor. 그림 4. SnO₂ gated AlGaN/GaN 이종접합 FET 센서
그림 Fig. 5. NO₂ gas senisng performance of SnO₂ gated AlGaN/GaN HFET sensor In-Situ SiN remaining (a) etching (b) at 100 ℃. 그림 5. SnO₂ gated AlGaN/GaN 이종접합 FET 센서의 NO₂ 가스 센싱 결과 (a) In-situ SiN (b) In-situ SiN etching 100 ℃
그림 Fig. 6. NO₂ gas senisng performance of SnO₂ gated AlGaN/GaN HFET sensor In-Situ SiN remaining (a) etching (b) at 200 ℃. 그림 6. SnO₂ gated AlGaN/GaN 이종접합 FET 센서의 NO₂ 가스 센싱 결과 (a) In-situ SiN (b) In-situ SiN etching 200 ℃

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

FET전달특성및gas sensingmeasurement 소자 제작 후 SnO₂촉매가 AlGaN/GaN data-checked="false">이종접합FET의gate로동작하는지확인하기위해전달 특성을 측정하였으며 gas sensing 가능여부를 확인하기위해transient측정을진행하였다.
data-checked="false">상온에서측정한결과이다.SnO2촉매가AlGaN/GaN이종접합FET의gate로동작하며 gatelength가증가함에따라current data-checked="false">level이감소하는것을확인하였다.그러나In-situSiN을etching 하지않은소자와etching을진행한소자의문턱전 압은각각-5V, -0.
7N, 10 nm In-situ SiN으로구성되어있다. Source와 Drain contacte e-beam evaporator장비를사용하여Ti/Al/Ni/Au(200/1200/ 250/500Å)로구성및증착하였으며, 이후lift-off 를 진행하고 833 ℃, N₂환경에서 약 32초 동안 rapidthermalannealing(RTA)를진행하였다.MESA isolatione BCl₃/Cl₂가스를 이용하여 reactive ion etching으로진행하였고depth는424nm이다.
" data-ocr-fix="">가능하다.또한In-situSiN유무에따른감지성능을 비교하였다.
본 연구에서는, Atomic layer deposition(ALD) 공정으로 증착한 SnO₂촉매 gate를 AlGaN/GaN 이종접합 FET에 적용하여 NO₂가스 감지여부를확인하였다. AlGaN/GaN 이종접합 FET의 SnO2 gate에NO2가노출되어표면전위의변화를일으킨 다면채널전하농도를변조하여가스의검출이 본실험들을통해Atomiclayerdeposition(ALD) 공정으로 증착한 SnO₂촉매 gate가 AlGaN/GaN 이종접합FET의gate로동작및NO2가스감지가 가능한것을확인하였다.또한In-situSiN이제거 된소자의동작이안정적이며200 ℃에서더우수한 특성을 갖는 것을 확인하였다.
본실험에서가스감지성능(Sensitivity)edry air상태의전류와NO2가스유입후변화된전류 사이의비율로정의하였다[6].식1은가스감지성능 sensitivity의정의에대한수식이다.

성능/효과

AlGaN/GaN 이종접합FET의gate로동작및NO2가스감지가 가능한것을확인하였다.또한In-situSiN이제거 된소자의동작이안정적이며200 ℃에서더우수한 특성을 갖는 것을 확인하였다. 그러나 In-situ SiN유무에따른특성들을비교하였을때etching 된 소자의 전류레벨이매우 낮은 문제가 있다.
그러나In-situ SiN이있는소자의sensitivity는공식에따라추출 한 것이며그림 6 (a)에서 볼 수 있듯이 불안정한전류변화로 인해 센서로 동작이 거의 불가하였다. 반면In-situSiN이etching된소자의반응시간은 12초이며회복시간은68초로100℃보다200℃ 에서더우수한특성을갖는 것을확인하였다.
7 %의 sensitivity를 나타낸다. 반응 시간은 각각 68초, 96초이며 In-situSiNetching을진행한소자의 회복시간은 176초인 반면 etching을 진행하지 않은 소자는 6분이지 나도 회복된 상태를 보이지 않았다. data-checked="false">In-situSiN이있는소자의반응속도가빠르지만완전히회복되지않기때문에In-situ SiN etching 소자가 안정적으로 동작하는 센서라고 할 수 있다.

후속연구

그러나 In-situ SiN유무에따른특성들을비교하였을때etching 된 소자의 전류레벨이매우 낮은 문제가 있다. data-checked="false">이를개선하는동시에SnO2gatedAlGaN/GaN이종 접합FETsensor의안정적인동작과높은감지성 능을얻을수있는온도조건을확립해야할것으로 보인다.

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