초록 ▼

□ 연구개요
주름잡힌(corrugated) Si 기판 위에 표면적이 넓고 밀도가 높은 여러 모양의 InN 나노선(nanowire, nanorod) 질화물 반도체 성장 메커니즘을 이해하고 이를 바탕으로 플라즈마 처리법을 사용 InN/In₂O₃ 코어-쉘 이종접합 나노선을 제작한다. 또한, 에너지 밴드구조 등 물성 제어를 통해 최적의 가스 검출을 위한 이론적 근거를 확립하며, 상기 나노선 감지구조에 g-C₃N₄ 양자점(quantum dot) 촉매를 사용하여 기존 센서 대비 검출한계 및 선택도가 획기적으로 향상될 수 있는 검출구조를

□ 연구개요
주름잡힌(corrugated) Si 기판 위에 표면적이 넓고 밀도가 높은 여러 모양의 InN 나노선(nanowire, nanorod) 질화물 반도체 성장 메커니즘을 이해하고 이를 바탕으로 플라즈마 처리법을 사용 InN/In₂O₃ 코어-쉘 이종접합 나노선을 제작한다. 또한, 에너지 밴드구조 등 물성 제어를 통해 최적의 가스 검출을 위한 이론적 근거를 확립하며, 상기 나노선 감지구조에 g-C₃N₄ 양자점(quantum dot) 촉매를 사용하여 기존 센서 대비 검출한계 및 선택도가 획기적으로 향상될 수 있는 검출구조를 구현한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[목표]
- 다양한 모양의 InN 나노선 성장 및 down-ward 밴드벤딩의 물리적 원리 이해
- InN/In₂O₃ 코어-쉘 이종접합 나노선 구조체 제작 및 분석
- 제작된 코어-쉘 이종접합 나노선 구조체 가스 반응도 및 선택도 조사
- 나노구조 센서 공정 및 다중기구 탐색
[연구결과]
- 주름잡힌 Si 기판 제작 공정 안정화
- 여러 모양의 InN 나노선 구현 및 나노선 구조에서 밴드벤딩 원리 및 유관 parameter 규명 결과 제시
- InN/In2O3 코어-쉘 나노선 이종접합 구조의 성장 및 제작 원리 규명
- Catalyst-free planar 나노선과 코어-쉘 나노선의 가스 감도 비교
- g-C₃N₄ 양자점 촉매 합성 및 나노선 transfer-less 공정 설계 및 개발
- 촉매-나노선 융합구조 센서 공정 구현
- 다양한 가스 종류(NO_x, CO, H₂S 등) sub-ppb 농도 상온 측정

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- 환경감시용 로봇, 드론, 군수 등의 이동형 기기 분야에서는 기기의 소형화에 따라 센서등 부품의 소형화가 저 소비 전력화가 필수 요구 조건이며 이에 대한 기술적 접근법으로 반도체 나노구조를 적용할 수 있다.
- 지난 10여 년간 다양한 재료 기반의 나노구조 구현 및 물성의 제어, 이를 기반으로 한 응용 연구가 진행되었으나 고기능 복합소재, 기능성 화장품 등 일부 분야에만 적용되는 상황이다.
- 특히 전기·광학적 분야에서는 나노구조를 활용한 다양한 연구를 통해 기존 소자대비 소자 성능을 획기적으로 개선할 수 있음을 밝혀내었으나, 그 응용은 아직 초보단계이며 가장 큰 이유는 나노구조 형성 및 물성 제어 기술의 한계에 있다.
- 이에 본 제안에서는 반도체 나노선 구조 물질의 접합 및 표면기능 강화기술 개발과 다종의 표면기능화 소재 구현기술을 개발함으로써 하나의 센서칩을 통해 하나 혹은 다종의 타겟 물질을 정량적으로 검출할 수 있는 기술을 포함한다.
- 따라서, 표면기능화 기술개발에 따라 4차산업의 핵심인 ICT, IoT, 로봇, 드론, 바이오, 의료, 대기질/수질 모니터링, 산업 계측/안전 등에 적용되는 센서 전반 응용이 가능한 초소형, 초저소비 전력 센서 구현을 위한 기반 기술을 형성할 수 있다.
- 열악한 반도체 관련 국내 센서 시장에 다양한 제조 기술과 시장성장에 파급효과가 클 것으로 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구 목표 ... 4
• 나. 기존연구 한계 극복 방안 ... 4
• 다. 연구목표의 창의성, 도전성 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 1) 1차년도 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 2) 2차년도 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
• 3) 3차년도 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발결과의 중요성) ... 17
• 1. 질화물 반도체 나노구조 성장 기술 ... 17
• 2. 주름잡힌(corrugated) Si(100) 기판에 나노선 성장 기술 ... 17
• 3. SAW 소자구조 설계와 제작 및 가스센서 응용 ... 17
• 4. 다양한 촉매제 제작 방법과 가스센서 응용 ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 23
• 끝페이지 ... 33