트렌치 구조 기반 네트워킹 SnO2 나노선 가스센서의 가스감응 특성

Title
트렌치 구조 기반 네트워킹 SnO2 나노선 가스센서의 가스감응 특성
Authors
정성현
Keywords
트렌치구조기반네트워킹sno2나노선가스센서의가스감응특성
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
나노막대(nanorod), 나노섬유(nanofiber), 나노선(nanowire), 나노튜브(nanotube)와 같은 1차원 나노구조물은 기존의 벌크 및 박막 재료와 다른 특별한 물리적, 화학적 성질 때문에 다양한 소자로의 응용 가능성이 높아 큰 관심을 받고 있으며, 부피당 비표면적이 크기 때문에 화학 센서로서 많은 연구가 진행되고 있다. 단일 나노선을 이용한 화학 센서는 빠른 반응속도, 높은 반응성, 낮은 농도의 가스 검지 능력으로 인해 화학 센서로서 큰 장점을 가지고 있다. 하지만, 단일 나노선 가스 센서 소자 제작 시 노광공정(Photo lithography)의 어려움과 낮은 재현성 등으로 인한 비용 및 안정성 문제가 지적되고 있다. 이러한 단일 나노선 가스센서의 단점을 극복하고 가스 감응특성을 획기적으로 향상시키는 방안으로 복수의 나노선을 이용하는 방법이 이용되고 있는데, 복수의 나노선을 이용한 가스 센서는 간단한 제작공정과 평균효과(averaging effect)로 인한 높은 재현성 때문에 단일 나노선 가스센서의 단점을 극복하며, 실용적인 장점으로 활발한 연구가 진행 되고있다. 다수의 나노선을 합성하는 방법으로 전기방사법(electrospinning), 기상화학 증착법(Vapor-liquid-solid method) 등이 있는데, 기상화학 증착법을 이용하여 합성된 나노선은 균질한 나노선을 형성할 수 있으며, 비용이 적게 들고 재현이 용이하다는 실용적인 장점을 갖고 있다. 산화물 나노선 화학 센서의 재료로 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화 타이타늄(TiO2) 등 다양한 재료가 있다. 이중 산화주석은 유해가스검지 능력이 우수하며, 나노선 가스센서로 많이 이용 되고 있다. 본 연구에서는 산화주석(SnO2)을 재료로 선택하고, 복수의 산화주석 나노선을 기상화학 증착법을 이용하여 노광공정을 통해 제작된 트렌치 구조(Trench structure)에 선택적으로 합성하였다. 전체적인 공정 순서는 크게 트렌치 구조를 제작하는 공정과 산화주석 나노선을 합성하는 공정으로 나뉜다. 먼저, 트렌치 구조는 (100)방향의 실리콘 웨이퍼에 산화막(SiO2)을 형성시킨 후, 마스크를 이용하여 각광성 수지를 패터닝 하고, 반응성 이온 식각(reactive ion etching)공정을 통하여 트렌치 구조를 만들었다. 그 후에, 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 전극과, 산화주석 나노선 합성시 전구체로 쓰이는 금(Au)를 트렌치 구조를 포함하는 실리콘 웨이퍼에 선택적으로 형성 시켰다. 이러한 방법으로 제작된 트렌치 구조위에 기상화학 증착법을 이용하여 복수의 산화주석 나노선을 합성하였다. 이와 같이 트렌치 구조위에 합성된 산화주석 나노선은 서로 접합을 이루며 성장한다. 나노선의 형성거동 및 나노선들의 접합 밀도에 따른 가스 감응 능력을 살펴보기 위해 기상화학 증착시, 나노선 성장시간과, 트렌치 구조의 폭을 다르게 하여 나노선을 성장시켰다. 나노선의 성장시간이 길어질수록 나노선 접합이 이루어지는 영역의 넓이는 점차 증가하고, 트렌치 구조의 폭이 좁아질수록 나노선 접합 영역 넓이가 증가 하였다. 이러한 나노선 접합영역의 변화에 따라, 대체적으로 접합영역이 넓을수록, 즉, 접합된 나노선의 양이 많을수록 가스 감응성이 좋아지는 것을 알 수 있었다. 따라서, 나노선 합성시 공정 변수를 조정하여 산화주석 나노선 가스센서의 특성을 최적화 할 수 있었다.
Description
1. 서 론 1 2. 이론적 배경 3 2-1. 나노선 기반 가스센서 3 2-2. 나노선 가스센서의 종류 및 특징 5 2-2-1. 단일 나노선 가스센서 9 2-2-2. 네트워킹 나노선 가스센서 10 2-3. 트렌치 구조 15 3. 실험방법 17 3-1. 나노선 센서 제작 17 3-1-1. 트렌치 구조 제작 17 3-1-2. 산화주석 나노선 성장 24 3-2. 특성 평가 26 3-2-1. 나노선 특성 평가 26 3-2-2. 가스 감응 특성 평가 26 4. 결과 및 고찰 28 4-1. 트렌치 나노선 센서 평가 28 4-1-1. 트렌치 구조 센서 플랫폼 평가 28 4-1-2. 나노선 분석 결과 30 4-2. 나노선 성장 거동 33 4-2-1. 성장 시간에 따른 나노선 성장 거동 33 4-2-2. 트렌치 폭에 따른 나노선 성장거동 및 가스감응 특성 36 4-3. 네트워킹 면적과 가스감응 특성 39 5. 결론 44 6. 참고문헌 45
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23355
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College of Engineering(공과대학) > Materials Science & Engineering (신소재공학) > Theses(신소재공학 석박사 학위논문)
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