초록 ▼

이 과제에서 우리는 가스센서 및 수소 생산용 소자로 활용 가능한 나노구조 ZnO 기반 투명한 산화물 이종접합 구조를 구현하고 그것의 가스 감지 특성과 광전기화학적 태양광 물 분해 특성을 분석하여 산화물 이종구조에 대한 기초 지식의 확보와 함께 반도체 소자로의 응용가능성을 타진하고자 하였다. 본 과제의 세부 목표는 (1) 투명한 산화아연계 나노구조체의 합성 공정의 개발, (2) p-CuO/n-ZnO 이종접합 구조의 제작 및 구조적 특성 향상을 위한 개질 방안 확보, (3) p-CuO/n-ZnO 이종접합 구조를 활용한 가스센서 및 태양

이 과제에서 우리는 가스센서 및 수소 생산용 소자로 활용 가능한 나노구조 ZnO 기반 투명한 산화물 이종접합 구조를 구현하고 그것의 가스 감지 특성과 광전기화학적 태양광 물 분해 특성을 분석하여 산화물 이종구조에 대한 기초 지식의 확보와 함께 반도체 소자로의 응용가능성을 타진하고자 하였다. 본 과제의 세부 목표는 (1) 투명한 산화아연계 나노구조체의 합성 공정의 개발, (2) p-CuO/n-ZnO 이종접합 구조의 제작 및 구조적 특성 향상을 위한 개질 방안 확보, (3) p-CuO/n-ZnO 이종접합 구조를 활용한 가스센서 및 태양전지의 특성 규명, 그리고 (4) 도핑 기술과 버퍼/차단층 성장 기술의 탐색으로 설정하였다.

본 연구과제에서 수행한 연구내용을 구체적으로 살펴보면, 우선 ZnO 및 CuO 나노구조체의 합성 공정 기술 연구에서는 (1) ZnO 및 CuO 나노막대의 수열합성 공정에 따른 형태학을 분석하였고, (2) ZnO 및 CuO 나노구조 반도체 가스센서 감지체를 형성하여 가스 감지 특성을 조사하였다. 씨앗층 조절을 비롯하여 합성 공정을 최적화함으로써 고품질의 ZnO 및 CuO 나노막대 집합체를 얻을 수 있었다. ZnO 나노막대 가스 센서는 ppm이하 수준의 일산화질소 가스를 감지할 수 있음이 밝혀졌고, CuO 나노막대 집합체는 비교적 낮은 온도에서 작동하는 NO 가스 센서의 감지체로서 활용 가능하다는 점을 확인하였다.

둘째, p-CuO/n-ZnO 이종접합 구조의 제작 및 특성 연구에서는 (1) 스파터링법과 수열합성법을 조합하여 CuO 박막/ZnO 나노막대 이종접합 구조체와 CuO 나노입자/ZnO 나노막대 제작 공정을 확립하였고, (2) CuO/ZnO 이종구조의 정류 특성 및 가스 감지 특성을 조사하였다. 제작된 산화물 반도체 이종접합의 전류-전압 특성을 조사함으로써 상온에서 250􌜿C까지 다이오드 정류 특성을 안정적으로 나타낸다는 것을 확인하였다. 가스 감지 특성을 살펴보면, CuO 박막/ZnO 나노로드 이종접합 가스 센서는 감도와 작동 온도 측면에서 매우 우수한 일산화질소 감지 특성을 보여주었고, 특히 CuO 나노입자/ZnO 나노막대 이종구조는 상온에서 작동 가능한 일산화질소 가스 센서로 활용될 수 있음이 밝혀졌다. 그리고 산화물 이종구조 가스 센서의 감지 특성 안정성과 재현성이 비교적 우수하다는 것을 확인하였다..

한편으로, 전기도금법과 수열합성법을 조합하여 (1) Cu2O 박막/ZnO 나노막대 이종구조와 Cu2O 박막/CuO 나노막대 이종구조를 제작한 다음에 (2) 두 가지 이종구조의 광전기화학적 태양광 물 분해 특성을 조사하였는데, 이종접합의 시너지적 효과 덕분에 광전기화학적 수소 생산 성능이 개선될 수 있는 가능성을 확인하였다.

끝으로, 산화물 반도체 가스 센서의 특성 향상 방안으로서 Au 나노점 씨앗층의 역할을 조사하였는데, SnO2 나노구조 박막은 두 단계 공정으로 제조되었다. (1) Au 금속을 스퍼터링 방법으로 SiO2/Si 기판에 증착한 후에 (2) 적당한 조건에서 열처리를 하여 나노점 형상의 핵생성 층을 형성한다. (3) 그 위에 SnO2 박막을 증착함으로써 나노구조 SnO2 감지체를 얻을 수 있었다. Au 나노점 씨앗층 위에 증착된 SnO2 박막 가스 센서의 경우에 CO 가스 감지 특성이 현저하게 향상되었다. 그리고 혼합가스 분위기에서의 감도, 응답성, 선택성 분석을 수행함으로써 감지체의 표면미세구조와 촉매원소의 영향을 체계적으로 이해하였다.
(출처: 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 11