유독 가스 감지를 위한 p-type 반도체 기반 저온 가스 센서

Abstract

본 연구에서는 두 가지 종류의 p-type 반도체 물질을 반도체식 가스 센서에 응용하고 기존에 부족한 p-type 반도체 물질 기반 반도체식 가스 센서의 가스 센싱 성능을 향상시키기 위한 연구를 진행하였다. 첫 번째로 p-type 반도체 물질인 TeO2를 VLS method을 통하여 나노선 형태로 성장시켰다. 그리고 합성된 물질에 직접적인 화염을 조사하는 FCVD 방식으로 TeO2 나노선에 비정질 탄소를 적용하였다. 합성된 물질은 SEM과 TEM을 통하여 물질의 형상 및 조성을 분석하였으며 UPS를 통하여 물질의 일 함수 분석을 진행하였다. 비정질 탄소를 적용하기 위해 이용된 FCVD 방식은 간단하고 적은 시간이 소요되는 장점을 가진다. 또한, 기존 물질에 형태학적인 변화를 주고 비정질 탄소가 적용됨에 따른 표면적 변화와 전기적 특성 변화를 주었다. 이에 따라 기존 TeO2 나노선 보다 NO2 가스에 대한 향상된 가스 센싱 특성을 보였으며 상온에서 작동하여 실질적으로 가스 센서에 응용되기에 적합하다고 판단된다. 두 번째로 전기화학적 에칭을 이용하여 다공성 실리콘을 합성하였다. 이후 합성된 다공성 실리콘 표면에 VLS method을 통하여 SnO2 나노선을 성장시켰다. SEM, XRD, TEM, XPS, 그리고 Raman 분석을 통하여 합성된 물질의 형상, 조성적, 그리고 결정학적 분석을 진행하였다. 다공성 실리콘 표면에 SnO2 나노선이 성장함에 따라 가스 흡착이 가능한 표면적 증가와 heterojunction 형성에 따른 charge carrier의 이동으로 전기적 특성에 영향을 주어 가스 센싱 성능을 향상 시킬 수 있었다. 이는 H2S 가스에 대한 선택성을 향상시켰으며 저온에서 작동하여 기존의 다공성 실리콘과 같은 p-type 반도체식 가스 센서의 단점을 개선시킬 수 있는 많은 연구가 진행될 것이라고 판단된다.