Thermal Evaporation법에 의해 제조된 WO3박막과 NiO-WO3박막의 전기적 특성에 관한 연구

Abstract

본 연구는 <TEX>$WO_3$</TEX> 박막과 <TEX>$NiO-WO_3$</TEX> 박막을 고진공 저항가열식 thermal evaporation 법으로 (100) n형의 실리콘 단결정 기판 위에 증착시켰고, 막의 결정성 증진을 위하여 공기 중 <TEX>$500^{\circ}C$</TEX>에서 30분 동안 열처리하였다. 박막의 결정성 및 결정구조를 분석하기 위해서 X선 회절분석기를 사용하였고, 표면 및 단면 관찰을 위해서는 주사전자현미경을 이용하였다. 그리고 화학 조성 결합에너지는 XPS를 이용하였다. 순수 <TEX>$WO_3$</TEX> 박막의 결정 크기는 <TEX>$500^{\circ}C$</TEX>에서 30분 동안 공기중 열처리에 의해서 <TEX>$0.6{\mu}m$</TEX>로 성장하였고 <TEX>$WO_3$</TEX> 박막의 두께가 증가할수록 거의 변화 없이 일정하였다. 반면, NiO가 첨가된 <TEX>$WO_3$</TEX> 박막 두께별 결정크기는 각각 <TEX>$0.12{\mu}m,\;0.28{\mu}m,\;0.32{\mu}m$</TEX>및 <TEX>$0.43{\mu}m$</TEX>로 순수 <TEX>$WO_3$</TEX> 박막에 비해 치밀한 표면을 형성하였고, 최대 5배정도 성장이 억제되었다. 가스감도 측정은 대기 중에서의 센서 저항 값을 기준으로 측정가스 저항 값의 비율 <TEX>$(R_{NOx}/R_{air})$</TEX>로 가스감도를 나타내었다. 전기적 성질은 MFC로 NOx가스 5ppm을 일정히 유지시켰고, Multimeter로 계측하여 컴퓨터에 자동 계측되는 시스템을 사용하였다. 순수 <TEX>$WO_3$</TEX>박막보다는 <TEX>$NiO-WO_3$</TEX> 박막이 우수한 NOx 감도특성을 보였고 센서의 작동온도는 <TEX>$250^{\circ}C$</TEX>에서 우수한 감도를 나타내었다. [ <TEX>$WO_3$</TEX> ] and <TEX>$NiO-WO_3$</TEX> thin films were deposited on a Si (100) substrate by using high vacuum thermal evaporation. The effects of various film thicknesses on the surface morphology <TEX>$WO_3$</TEX> and <TEX>$NiO-WO_3$</TEX> thin films were investigated. X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) were employed to characterize the deposited films. The results suggest that as <TEX>$WO_3$</TEX> thin films became thick, their grain grew up to a <TEX>$0.6{\mu}m$</TEX>. On the other hand, NiO-doping to <TEX>$WO_3$</TEX> thin films inhibited the grain growth five times less than undoped <TEX>$WO_3$</TEX> thin films. This results show that NiO doping inhibited the grain growing of <TEX>$WO_3$</TEX> thin films. Also, the variation of NOx sensitivity <TEX>$(R_{NOx}/R_{air})$</TEX> to the thickness of <TEX>$WO_3$</TEX> and <TEX>$NiO-WO_3$</TEX> thin films were measured according to the thickness change of thin films and the working temperature of sensor in 5ppm NOx gas. As a result, <TEX>$NiO-WO_3$</TEX> thin films showed more excellent properties than <TEX>$WO_3$</TEX> thin films for NOx sensitivity.