이중의 광학적 변화를 이용한 다공성 실리콘 가스센서 제작

Abstract

[ <TEX>$Febry-P{\acute{e}}rot$</TEX> ] 프린지 패턴 (fringe pattern)과 광발광성 (photoluminescence, PL)의 광학적 성질을 동시에 가지고 있는 다공성 실리콘을 이용하여 가스센서를 개발하였다. 다공성 실리콘 샘플은 p-type 실리콘 웨이퍼 (boron-doped, <100> orientation, resistivity <TEX>$1{\sim}10{\Omega}$</TEX>)를 이용하여 전기화학적 식각을 통하여 만들어 졌다. 다공성 실리콘 샘플들은 열적 산화 방법과 hydrosilylation 방법을 통하여 그 표면이 수소로 종결된 다공성 실리콘 (Si-H)과 산화된 다공성 실리콘(Si-OH), 두 가지 각각 다른 표면 성질을 갖는 다공성 실리콘을 제작 하였다. 준비된 두 가지 다른 다공성 실리콘 칩들은 메탄올, 아세톤, 헥산, 그리고 톨루엔의 증기에 노출 시켰을 때 Febry-P rot 프린지 패턴의 변화나 PL의 변화를 관측하여 다공성 실리콘을 이용한 VOCs (volatile organic compounds) 센서로서의 응용에 대하여 연구하였다. <TEX>$Febry-P{\acute{e}}rot$</TEX> 프린지 패턴은 유기 물질의 증기압이 클수록 단파장으로 이동하는 폭이 컸고, 광 발광성은 극성도가 큰 물질일수록 소강현상이 크게 일어나는 것을 알 수 있었다. Porous silicon exhibiting dual optical properties, both <TEX>$Febry-P{\acute{e}}rot$</TEX> fringe (optical reflectivity) and photoluminescence had been developed and used as chemical sensors. Porous silicon samples were prepared by an electrochemical etch of p-type silicon wafer (boron-doped, <100> orientation, resistivity ; <TEX>$1-10{\Omega}cm$</TEX>). Two different types of porous silicon, fresh porous silicon (Si-H terminated) and oxidized porous silicon (Si-OH terminated)by the thermal oxidation, were prepared. Then the samples were exposed to the vapor of various organics, such as methanol, acetone, hexane, and toluene. Both reflectivity and photoluminescence were simultaneously measured under the exposure of organic vapors for sensing VOC's. These surface-modified samples showed unique respond in both reflectivity and photoluminescence with various organic vapors. While polar molecules exhibit greater quenching photoluminescence, molecules having higher vapor pressure show greater red shift for reflectivity.