KR101957018B1 - Schottky contact diode gas sensor using hybrid structure comprising metal oxide nanorods and reduced graphene oxides, and method of manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서에 관한 것이고, 또한 이러한 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 하이브리드 물질을 기반으로 한 기판 상에 형성된 AlGaN/GaN 이종접합 반도체 기판을 이용해 상온에서 유해가스 검출용 센서용 구조를 제안하고자 한다.
센서의 감지 성능을 증가시키기 위하여, AlGaN/GaN 기판 위에 2차원의 환원된 산화 그래핀과 3차원의 금속 산화물 나노로드를 결합하여 3차원 나노하이브리드 구조를 형성함으로서 분석물질인 유해 기체분자와 감지 영역의 접촉 단면적을 증가시키어 검출신호를 더 크게 하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 가스센서의 경우 저전력, 저농도 감지, 빠른 반응 및 회복 속도 및 상온작동이 가능하다. 본 발명에 따라 개발된 가스센서는 상온에서 이산화질소, 이산화황, 포름알데히드 기체를 5ppm 이하에서 검출할 수 있다.The present invention relates to a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide, and also relates to a manufacturing method of such a sensor.
The present invention proposes a sensor structure for detecting harmful gas at room temperature using an AlGaN / GaN heterojunction semiconductor substrate formed on a substrate based on a hybrid material.
In order to increase the sensing performance of the sensor, a three-dimensional nanohybrid structure is formed by combining two-dimensional reduced oxide grains and three-dimensional metal oxide nanorods on an AlGaN / GaN substrate, It is possible to increase the detection signal.
In the case of the gas sensor according to the present invention, low power, low concentration detection, fast response and recovery speed and room temperature operation are possible. The gas sensor developed according to the present invention can detect nitrogen dioxide, sulfur dioxide, and formaldehyde gas at room temperature at 5 ppm or less.

Description

금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서 및 이의 제조 방법 {SCHOTTKY CONTACT DIODE GAS SENSOR USING HYBRID STRUCTURE COMPRISING METAL OXIDE NANORODS AND REDUCED GRAPHENE OXIDES, AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide, and a method of manufacturing the Schottky diode gas sensor and a method of manufacturing the Schottky diode gas sensor.

본 발명은 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서에 관한 것이고, 또한 이러한 센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide, and also relates to a manufacturing method of such a sensor.

최근 유기 혹은 산화물 반도체 물질을 검지 물질로 사용하는 유해가스 센서에 다양한 접근방법이 존재하지만 여전히 감지 성능, 검출속도, 전력소비 및 극한 환경에서의 작동 안정성에 한계가 있다.Recently, there are various approaches to noxious gas sensors using organic or oxide semiconductor materials as detection materials, but there are still limitations in detection performance, detection speed, power consumption and operational stability in extreme environments.

산화물반도체 기반 기체 센서의 경우 대개 150 - 400℃의 높은 온도에서 작동하며, 이러한 고온작동은 다음과 같은 문제를 야기한다. 고온 가열시 산화물 반도체의 결정립 성장으로 인해 센서의 안정성과 수명에 부정적 영향을 끼치고, 가연성 및 폭발성 기체의 검출에 제약이 존재하기 때문에 센서의 응용에 한계가 있으며, 고 전력 소비로 인해 무선 또는 IoT용 센서 활용에 부적절하다.Oxide semiconductor-based gas sensors typically operate at temperatures as high as 150-400 ° C, and such high temperature operation causes the following problems. Due to the growth of crystal grains of oxide semiconductors when heated at high temperature, the stability and lifetime of the sensor are adversely affected, and there are restrictions on detection of flammable and explosive gases. Therefore, the application of sensors is limited, It is inappropriate to use sensors.

유기물 반도체의 경우 센서의 장기 안정성이 부적절하며, 이는 시효 효과를 유발한다. 센서의 대기 중 노출에 의한 물과 산소에 의해 야기되는 시효 효과(aging effect)는 전도성 채널의 성능저하를 일으키며 이는 전도도 감소와 감도의 하락을 야기한다. 이로 인해 장기 안정성이 유기물 반도체 센서의 경우 일반적인 문제로 떠오르고 있으며, 이에 대한 개선 및 향상이 필요하다. In the case of organic semiconductors, the long term stability of the sensor is inadequate, which causes the aging effect. The aging effect caused by water and oxygen caused by exposure of the sensor to air atmospheric causes the performance degradation of the conductive channel, which leads to a decrease in conductivity and a decrease in sensitivity. As a result, long-term stability is becoming a common problem for organic semiconductor sensors, and improvements and improvements are needed.

위의 문제를 극복하기 위해 대책으로 AlGaN/GaN 이종구조를 활용한 다양한 방법을 통한 기체 감지에 대한 개발이 이루어지고 있지만 대부분의 연구가 고온에서의 수소 검지에 한정되어있고, 그 외 다른 유해가스인 이산화질소 이산화황 암모니아 포름알데히드 등의 다른 환원성 및 산화성 기체의 검출용 AlGaN/GaN 이종구조 기반의 유해가스 센서개발에 관한 보고는 거의 이루어 지지 않고 있다.In order to overcome the above problem, the gas detection by various methods using AlGaN / GaN heterostructure has been developed as a countermeasure, but most studies are limited to hydrogen detection at high temperature and other harmful gas There have been few reports on the development of harmful gas sensors based on AlGaN / GaN hetero structure for the detection of other reducing and oxidizing gases such as nitrogen dioxide, sulfur dioxide, ammonia formaldehyde.

이러한 AlGaN/GaN 기반의 트랜지스터 구조의 기체 센서의 경우 주로 백금과 니켈 등의 촉매 금속을 트랜지스터의 게이트 전극으로 사용해 수소나 암모니아 가스 검출에 사용되어 왔으나, 센서의 높은 작동 온도, 전극물질의 높은 가격과 희소성의 한계를 가지고 있다.In the case of gas sensors based on the AlGaN / GaN-based transistor structure, catalytic metals such as platinum and nickel have been used as gate electrodes of transistors, and they have been used for detecting hydrogen or ammonia gas. However, It has the limit of scarcity.

또한 트랜지스터 구조로 형성된 AlGaN/GaN 이종구조 센서의 경우 다이오드에 비해 높은 전력이 소모된다는 단점이 있다.In addition, the AlGaN / GaN heterostructure sensor formed with the transistor structure has a disadvantage that the power consumption is higher than that of the diode.

따라서 상온작동 가능한 안정적이고 저 전력의 타 유해가스 검출 센서에 대한 개발이 필요하다. Therefore, it is necessary to develop a stable, low-power, other hazardous gas detection sensor capable of operating at room temperature.

본 발명에서는 하이브리드 물질을 기반으로 한 기판 상에 형성된 AlGaN/GaN 이종접합 반도체 기판을 이용해 상온에서 유해가스 검출용 센서용 구조를 제안하고자 한다. The present invention proposes a sensor structure for detecting harmful gas at room temperature using an AlGaN / GaN heterojunction semiconductor substrate formed on a substrate based on a hybrid material.

센서의 감지 성능을 증가시키기 위하여, AlGaN/GaN 기판 위에 2차원의 환원된 산화 그래핀과 3차원의 금속 산화물 나노로드를 결합하여 3차원 나노하이브리드 구조를 형성함으로서 분석물질인 유해 기체분자와 감지 영역의 접촉 단면적을 증가시키어 검출신호를 더 크게 하는 것이 가능하다. In order to increase the sensing performance of the sensor, a three-dimensional nanohybrid structure is formed by combining two-dimensional reduced oxide grains and three-dimensional metal oxide nanorods on an AlGaN / GaN substrate, It is possible to increase the detection signal.

제안된 쇼트키 다이오드 가스센서를 이용해 유해가스를 검출하는데 있어서 유해가스의 농도변화에 따른 센서의 전기적 신호 변화를 극대화하기 위해서 나노하이브리드 물질과 AlGaN/GaN의 쇼트키 배리어에 역바이어스(reverse biasing)를 인가하여 감지 신호를 증폭시키는 기술도 개발하고자 하였다.In order to maximize the change of sensor electrical signal according to the concentration change of harmful gas in the detection of harmful gas using the proposed Schottky diode gas sensor, reverse biasing is applied to the Schottky barrier of nanohybrid material and AlGaN / GaN And to amplify the sensing signal.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서는, 기판; 상기 기판 상의 AlGaN/GaN층으로서 그 사이의 계면에 2DEG(2-dimensional electron gas)층이 형성되어 있는 AlGaN/GaN층; 상기 AlGaN층 위의 일부분에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성된 제 1 전극층; 상기 AlGaN/GaN층의 일부분은 GaN 층이 노출되도록 패터닝되어 있으며, 상기 노출된 GaN층 상에 형성된 제 2 전극층; 상기 제 2 전극층을 보호하기 위한 보호층; 및 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 사이의 AlGaN층 위에 형성된 금속 산화물 나노로드 및 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드층을 포함한다.A Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide according to an embodiment of the present invention includes a substrate; An AlGaN / GaN layer on which a 2DEG (2-dimensional electron gas) layer is formed as an AlGaN / GaN layer on the substrate; An insulating layer formed on a portion of the AlGaN layer; A first electrode layer formed on the insulating layer; A portion of the AlGaN / GaN layer is patterned to expose a GaN layer, and a second electrode layer formed on the exposed GaN layer; A protective layer for protecting the second electrode layer; And a hybrid layer of a metal oxide nanorod formed on the AlGaN layer between the first electrode layer and the second electrode layer and a reduced graphene oxide.

상기 절연층은 Al2O3 층이 이용되고, 상기 금속 산화물 나노로드는 산화아연 나노로드가 이용된다.The insulating layer may be an Al 2 O 3 layer, and the metal oxide nanorod may be a zinc oxide nanorod.

상기 보호층은 제 1 보호층 및 제 2 보호층을 포함하고, 상기 제 2 전극층 위에 제 1 보호층 및 제 2 보호층이 차례대로 배치되며, 상기 제 1 보호층은 SiO2이고, 상기 제 2 보호층은 테트라테트라콘탄(tetratetracontane, TTC)으로 이루어진다.Wherein the protective layer comprises a first protective layer and a second protective layer, wherein a first protective layer and a second protective layer are sequentially disposed on the second electrode layer, the first protective layer is SiO 2 , The protective layer consists of tetratetracontane (TTC).

상기 제 1 전극층과 상기 하이브리드층은 오믹 접합(ohmic contact)을 이루고, 상기 제 2 전극층과 상기 GaN층은 오믹 접합을 이루며, 상기 하이브리드층은 상기 AlGaN/GaN층과 쇼트키 접합(Schottky contact)을 이룬다.The first electrode layer and the hybrid layer form an ohmic contact, the second electrode layer and the GaN layer form an ohmic contact, and the hybrid layer forms a Schottky contact with the AlGaN / GaN layer. It accomplishes.

상기 금속 산화물 나노로드 및 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드층에서 상기 금속 산화물 나노로드는 상기 AlGaN층으로부터 수직으로 성장되는 것이 바람직하다. In the hybrid layer of the metal oxide nano-rods and the reduced graphene oxide, the metal oxide nano-rods are preferably grown vertically from the AlGaN layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서를 이용하는 경우, 상기 쇼트키 다이오드 기체 센서에 역바이어스(reverse biasing)를 인가하여 전기적 신호 변화를 이용해 검지하고자 하는 기체의 존재 여부를 판단할 수 있다.In the case of using the Schottky diode gas sensor using the hybrid structure of the metal oxide nanorod and the reduced graphene oxide according to an embodiment of the present invention, reverse biasing is applied to the Schottky diode gas sensor, The presence or absence of a gas to be detected can be determined using the change.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 방법은, 기판 상에 AlGaN/GaN 층을 증착하고, AlGaN/GaN 사이에 2DEG(2 dimensional electron gas)층이 형성되는 단계; 상기 GaN층이 노출되도록 일부분을 패터닝하는 단계; 상기 AlGaN 층 위의 일부분에 절연층을 증착하는 단계; 상기 절연층 상에 제 1 전극층을 형성하고, 상기 노출된 GaN층 상에 제 2 전극층을 형성하는 단계; 상기 제 2 전극층을 보호하는 제 1 보호층을 증착하는 단계; 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 사이의 AlGaN층 위에 금속 산화물 나노로드를 성장시키는 단계; 상기 제 2 전극층과 상기 제 1 전극층 사이의 접합을 막기 위해 상기 제 2 전극층 위에 제 2 보호층을 증착하는 단계; 상기 금속 산화물 나노로드 및 상기 AlGaN층을 연결하며 감싸도록 그래핀 옥사이드층을 형성시키는 단계; 및 상기 그래핀 옥사이드층을 환원시키는 단계를 포함한다.A method of fabricating a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide according to an embodiment of the present invention includes depositing an AlGaN / GaN layer on a substrate, forming a 2DEG (2-dimensional electron gas) layer is formed; Patterning a portion of the GaN layer to expose the GaN layer; Depositing an insulating layer on a portion of the AlGaN layer; Forming a first electrode layer on the insulating layer and a second electrode layer on the exposed GaN layer; Depositing a first passivation layer to protect the second electrode layer; Growing a metal oxide nanorod on the AlGaN layer between the first electrode layer and the second electrode layer; Depositing a second passivation layer over the second electrode layer to prevent bonding between the second electrode layer and the first electrode layer; Forming a graphene oxide layer to surround and connect the metal oxide nanorod and the AlGaN layer; And reducing the graphene oxide layer.

상기 절연층은 Al2O3 층이 이용되고, 상기 금속 산화물 나노로드는 산화아연 나노로드가 이용된다.The insulating layer may be an Al 2 O 3 layer, and the metal oxide nanorod may be a zinc oxide nanorod.

상기 제 1 보호층은 SiO2이고, 상기 제 2 보호층은 테트라테트라콘탄(tetratetracontane, TTC)으로 이루어진다.The first protective layer is made of SiO 2 and the second protective layer is made of tetratetracontane (TTC).

상기 제 1 전극층과 상기 하이브리드층은 오믹 접합(ohmic contact)을 이루고, 상기 제 2 전극층과 상기 GaN층은 오믹 접합을 이룬다. 하이브리드층은 상기 AlGaN/GaN층과 쇼트키 접합(Schottky contact)을 이룬다.The first electrode layer and the hybrid layer form an ohmic contact, and the second electrode layer and the GaN layer form an ohmic contact. The hybrid layer forms a Schottky contact with the AlGaN / GaN layer.

상기 금속 산화물 나노로드 및 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드층에서 상기 금속 산화물 나노로드는 상기 AlGaN층으로부터 수직으로 성장되는 것이 바람직하다.In the hybrid layer of the metal oxide nano-rods and the reduced graphene oxide, the metal oxide nano-rods are preferably grown vertically from the AlGaN layer.

본 발명에 따른 가스센서의 경우 저전력, 저농도 감지, 빠른 반응 및 회복 속도 및 상온작동이 가능하다. 본 발명에 따라 개발된 가스센서는 상온에서 이산화질소, 이산화황, 포름알데히드 기체를 1ppm 이하에서 검출할 수 있다.In the case of the gas sensor according to the present invention, low power, low concentration detection, fast response and recovery speed and room temperature operation are possible. The gas sensor developed according to the present invention can detect nitrogen dioxide, sulfur dioxide, and formaldehyde gas at a temperature of 1 ppm or less at room temperature.

본 발명에 따른 환원된 산화 그래핀과 산화아연을 결합한 나노하이브리드 구조의 감지 물질을 활용할 경우 환원된 산화 그래핀만을 사용할 경우보다 같은 채널 면적에서 더 높은 반응도를 보였으며 각 유해가스에 대해 상온에서 다음과 같은 감응성을 보였다. 이산화질소 : 4.8 내지 31%ppm-1, 이산화황 : 8.1 지내지 15.2%ppm-1, 포름알데히드 : 9.2 내지 11.4%ppm-1 기체 센서의 경우 120ppb의 낮은 기체 농도에서도 높은 안정성과 (5번의 반복 테스트) 2분의 빠른 반응속도 및 5분의 빠른 회복속도를 보였다. In the case of using the sensing material of the nanohybrid structure in which the reduced oxidized graphene and zinc oxide are combined with each other according to the present invention, the reactivity was higher in the same channel area than in the case of using only the reduced oxidized graphene. As shown in Fig. Nitrogen dioxide: 4.8 to 31% ppm -1 , sulfur dioxide: 8.1 gauge 15.2% ppm -1 , formaldehyde: 9.2 to 11.4% ppm -1 Gas sensors with high stability even at low gas concentrations of 120 ppb Minute reaction rate and a fast recovery rate of 5 minutes.

이러한 본 발명의 가스 센서는 IoT(internet of things)시대의 다양한 저 전력 소자에서의 응용이 가능할 것으로 보인다. Such a gas sensor of the present invention is expected to be applicable to various low-power devices in the era of IoT (internet of things).

또한, 본 발명에 따른 가스 센서는 쇼트키 배리어를 이용한 다이오드 형태이므로 트랜지스터에 비해 작동 전력이 저감되는 장점을 가지며 상온에서 유해 가스의 부착/탈착이 쉽게 이루어진다는 장점을 갖는다.Further, since the gas sensor according to the present invention has a diode shape using a Schottky barrier, it has an advantage that operating power is reduced as compared with a transistor, and has an advantage that attachment / detachment of noxious gas can be easily performed at room temperature.

도 1a 내지 1i는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 과정의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 FESEM을 이용해 채널층으로 사용된 ZnO 나노로드를 확인한 모습이고, 도 4는 X-선 회절법(XRD)을 이용해 기판 위에 ZnO 나노로드가 수직 성장된 것을 확인한 것이다. 도 5는 라만 스펙트로스코피(Raman Spectroscopy)를 사용해 그래핀 옥사이드와 환원된 그래핀 옥사이드의 필름 증착을 확인한 것이다.
도 6은 제작된 쇼트키 다이오드의 전압-전류 특성을 측정 및 비교한 그래프이다.
도 7은 채널이 3차원 하이브리드 물질인 경우(산화아연기둥+환원된그래핀옥사이드) 와 2차원 물질인 환원된 그래핀 옥사이드 채널일 때 대상 기체 감지에 대한 비교 데이터를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 AlGaN 기판 위에 RGO-ZnO NRs를 성장시킨 다이오드를 대상기체인 이산화질소, 이산화황, 포름알데히드를 120ppb에서 1ppm까지 변화시켜 노출 시켰을 때, 반응 그래프를 도시한다
도 9는 120 ppb의 낮은 농도에 노출된 본 발명에 따른 AlGaN 기판 위에 RGO-ZNO NRs를 성장시킨 다이오드 센서의 반응 특성을 (DR/R0) 5번의 반복 테스트했을 때 그래프를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다. FIGS. 1A to 1I are schematic views illustrating a manufacturing process of a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a ZnO nanorod used as a channel layer using FESEM, and FIG. 4 shows that ZnO nanorods are vertically grown on a substrate using X-ray diffraction (XRD). Figure 5 shows the film deposition of graphene oxide and reduced graphene oxide using Raman spectroscopy.
FIG. 6 is a graph showing voltage-current characteristics of a manufactured Schottky diode.
Figure 7 shows comparative data for target gas detection when the channel is a three-dimensional hybrid material (zinc oxide column + reduced graphene oxide) and a reduced graphene oxide channel that is a two-dimensional material.
8 is a graph showing a reaction when a diode in which RGO-ZnO NRs is grown on an AlGaN substrate according to the present invention is exposed to nitrogen gas, sulfur dioxide, and formaldehyde varying from 120 ppb to 1 ppm
FIG. 9 is a graph of the reaction characteristics (DR / R0) of the diode sensor in which RGO-ZNO.sub.2 NRs is grown on an AlGaN substrate according to the present invention exposed to a low concentration of 120 ppb for 5 repetitive tests.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements. For purposes of explanation, various descriptions are set forth herein to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "

본 발명에서는 금속 촉매 물질이 아닌 RGO/ZnO NRs 나노하이브리드 물질을 쇼트키 다이오드 소자를 형성하는 역할뿐 아니라 감지 물질로 이용하여 기존의 산화물 반도체 기반 센서의 문제점으로 지적되던 높은 작동온도 문제의 해결뿐 아니라 빠른 동작속도, 저전력 소모, 초고감도, 높은 선택성을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. AlGaN/GaN 기판상에 형성되어 쇼트키 다이오드를 형성하는 나노하이브리드 검지 물질에 유해가스의 흡착에 의해 쇼트키 장벽이 변하게 되고, 이에 의해 역바이어스가 인가될 때 검출신호가 극대화되어 유해가스인 아질산가스, 아황산가스, 포름알데히드 등의 저농도(5ppm 미만), 상온 검출이 가능하다.In the present invention, the RGO / ZnO NRs nanohybrid material, which is not a metal catalyst material, is used not only as a Schottky diode but also as a sensing material, Fast operation speed, low power consumption, super sensitivity, and high selectivity. The Schottky barrier is changed by the adsorption of noxious gas on the nanohybrid detection substance formed on the AlGaN / GaN substrate and forming the Schottky diode, whereby the detection signal is maximized when the reverse bias is applied, , Low sulfur concentration (less than 5ppm), and room temperature detection of sulfur dioxide, formaldehyde and the like.

이때 환원된 산화 그래핀 만을 사용했을 경우엔 p-type 특성을 갖는 환원된 산화 그래핀과 AlGaN/GaN와는 p-n 다이오드가 형성되지만, 환원된 산화 그래핀과 수직 성장된 산화아연 나노로드를 결합한 3차원 나노하이브리드 구조는 n-type특성을 갖게 되고, 나노하이브리드와 AlGaN/GaN 사이에는 쇼트키 다이오드 특성을 갖게 된다. 즉 본 발명에서는 전기적 특성이 조절된 3차원 나노하이브리드 구조를 다이오드 구조의 전극으로 활용하면서 동시에 감지물질의 역할을 수행하는 것이다.In this case, when the reduced oxide graphene alone is used, a reduced oxide graphene having a p-type characteristic and a pn diode are formed with AlGaN / GaN. However, when the reduced graphene oxide graphene and the zinc oxide nano- The nanohybrid structure has n-type characteristics, and the nanohybrid has a Schottky diode characteristic between AlGaN / GaN. That is, in the present invention, a three-dimensional nano hybrid structure having controlled electrical characteristics is used as an electrode of a diode structure and at the same time serves as a sensing material.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서는, 기판(10); 상기 기판 상의 AlGaN/GaN층(20)으로서 그 사이의 계면에 2DEG(2 dimensional electron gas)층(25)이 형성되어 있는 AlGaN/GaN층(20); 상기 AlGaN층(27) 위의 일부분에 형성된 절연층(30); 상기 절연층(30) 상에 형성된 제 1 전극층(41); 상기 AlGaN/GaN층의 일부분은 GaN 층(23)이 노출되도록 패터닝되어 있으며, 상기 노출된 GaN층 상에 형성된 제 2 전극층(42); 상기 제 2 전극층을 보호하기 위한 보호층; 및 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 사이의 AlGaN층 위에 형성된 금속 산화물 나노로드 및 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드층(60)을 포함한다.A Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10; An AlGaN / GaN layer 20 in which a 2DEG (two dimensional electron gas) layer 25 is formed at an interface therebetween as an AlGaN / GaN layer 20 on the substrate; An insulating layer 30 formed on a portion of the AlGaN layer 27; A first electrode layer (41) formed on the insulating layer (30); A portion of the AlGaN / GaN layer is patterned to expose the GaN layer 23, and a second electrode layer 42 formed on the exposed GaN layer; A protective layer for protecting the second electrode layer; And a hybrid layer 60 of a metal oxide nanorod formed on the AlGaN layer between the first electrode layer and the second electrode layer and reduced graphene oxide.

기판(10)은 실리카(SiO2)로 이루어진 웨이퍼, 유리기판, 사파이어 등이 이용될 수 있으며, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.As the substrate 10, a wafer made of silica (SiO 2 ), a glass substrate, sapphire, or the like can be used, and the present invention is not limited thereto.

AlGaN/GaN층(20)은 기판 상에 GaN층(23)이 증착된 이후 그 위에 AlGaN층(27)이 증착되어 이루어진다. 한편, 이러한 증착 과정에서 GaN층(23)과 AlGaN층(27) 사이의 계면에는 2DEG(2 dimensional electron gas)층(25)이 형성된다. The AlGaN / GaN layer 20 is formed by depositing a GaN layer 23 on a substrate and then depositing an AlGaN layer 27 thereon. Meanwhile, a 2DEG (two dimensional electron gas) layer 25 is formed at the interface between the GaN layer 23 and the AlGaN layer 27 during the deposition process.

절연층(30)은 상기 GaN층 위의 일부분에 형성되며, 이러한 절연층 상에 제 1 전극층(41)이 후술하는 것처럼 형성된다. 절연층으로는 Al2O3 층이 이용되는 것이 바람직하다. An insulating layer 30 is formed on a part of the GaN layer, and a first electrode layer 41 is formed on the insulating layer as described below. As the insulating layer, it is preferable to use an Al 2 O 3 layer.

제 1 전극층(41)은 절연층(30) 상에 형성되고, 제 2 전극층(42)은 AlGaN/GaN층(20)의 노출된 GaN층 상에 형성된다. 일 예로 제1 전극층(41) 및 제2 전극층(42)은 각각 티타늄(Ti) 및 금(Au)로 이루어질 수 있고, 전자빔 증착(e-beam evaporation) 및 열 증착(thermal evaporation)을 통하여 형성될 수 있다.A first electrode layer 41 is formed on the insulating layer 30 and a second electrode layer 42 is formed on the exposed GaN layer of the AlGaN / For example, the first electrode layer 41 and the second electrode layer 42 may be formed of titanium (Ti) and gold (Au), respectively, and may be formed through e-beam evaporation and thermal evaporation .

보호층은 제 1 보호층(50) 및 제 2 보호층(55)을 포함하고, 이러한 보호층들은 제 2 전극층을 보호하기 위해 제 2 전극층을 감싸도록 형성된다. 제 1 보호층(50)은 제 2 전극층을 인캡슐레이션(encapsulation)하고 있으며, 이에 의해 제 2 전극층 위에 산화아연이 성장하는 것을 방지하는 역할을 한다. 제 2 보호층(55)은 두 전극 층 사이에서 환원된 그래핀 옥사이드에 의한 접합을 막을 수 있다. The passivation layer includes a first passivation layer 50 and a second passivation layer 55, which are formed to surround the second electrode layer to protect the second electrode layer. The first passivation layer 50 encapsulates the second electrode layer, thereby preventing growth of zinc oxide on the second electrode layer. The second passivation layer 55 can prevent junctions between reduced graphene oxide between the two electrode layers.

먼저 제 1 보호층(50)을 형성하기 위해 SiO2(200nm)를 한쪽 전극 위에 전자빔 증착(e-beam evaporation)으로 증착하고, 산화 아연 기둥을 성장시킨 후 제 2 보호층(55)으로 TTC층(테트라테트라콘탄, tetratetracontane)(>100nm)을 동일 전극 위에 열 증착법(thermal evaporation) 방법을 이용하여 증착할 수 있다.SiO 2 (200 nm) is deposited on one electrode by e-beam evaporation to form a first protective layer 50, and then a zinc oxide layer is grown. Then, a second protective layer 55 is formed on the TTC layer (≫ 100 nm) can be deposited on the same electrode using a thermal evaporation method.

하이브리드층(60)은 제 1 전극층 및 제 2 전극층 사이의 AlGaN층 위에 형성되며, 이러한 하이브리드층은 금속 산화물 나노로드(61) 및 환원된 그래핀 옥사이드(62)를 포함한다.The hybrid layer 60 is formed on the AlGaN layer between the first electrode layer and the second electrode layer, and the hybrid layer includes the metal oxide nano-rods 61 and the reduced graphene oxide 62.

하이브리드층(60)은 금속 산화물 나노로드를 먼저 AlGaN층으로부터 수직한 방향으로 성장시키고, 이러한 금속 산화물 나노로드 및 AlGaN층을 연결하며 감싸도록 그래핀 옥사이드층을 형성시키고, 이러한 그래핀 옥사이드층을 환원시킴으로써 얻어진다.The hybrid layer 60 is formed by growing a metal oxide nanorod in a direction perpendicular to the AlGaN layer and forming a graphen oxide layer so as to surround and connect the metal oxide nanorod and the AlGaN layer, .

금속 산화물 나노로드(61)로는 산화 아연(ZnO) 나노로드를 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 이러한 금속 산화물 나노 로드가 기판으로부터 수직하게 일정 간격을 두고 형성되고 이를 환원된 그래핀 옥사이드가 감싸게 됨으로써 가스 분자가 부착될 수 있는 표면적이 넓어 가스 분자의 센싱 능력이 향상된다.As the metal oxide nano-rod 61, it is preferable to use a zinc oxide (ZnO) nano-rod. In the present invention, such metal oxide nanorods are vertically formed at regular intervals from the substrate, and reduced graphene oxide is wrapped around the metal oxide nano-rods, thereby increasing the surface area to which the gas molecules can be attached, thereby improving the sensing ability of the gas molecules.

산화아연 나노로드 위에 자기 조립된 산화 그래핀 나노시트는 연속적인 얇은 막을 형성하며 환원과정을 거쳐 쇼트키 다이오드의 전극과 감지물질의 역할을 동시에 수행하게 된다. 산화아연 나노로드와 환원된 산화 그래핀의 나노하이브리드 구조체는 화학적으로 환원된 산화 그래핀 내에 전자농도를 증가시키어(n-type doping) AlGaN/GaN 층과의 계면에 쇼트키 장벽(Schottky barrier)이 존재하고 되고 이에 의해 쇼트키 다이오드를 형성하게 된다.The self-assembled oxide graphene nanosheets on the zinc oxide nanorods form a continuous thin film, which undergoes a reduction process and simultaneously acts as an electrode and sensing material for the Schottky diode. The nanohybrid structure of zinc oxide nanorods and reduced graphene graphenes increases the electron concentration in the chemically reduced graphene grains (n-type doping) and provides a Schottky barrier at the interface with the AlGaN / GaN layer Thereby forming a Schottky diode.

검출 기체의 메커니즘은 가스 흡착에 따라 추가적인 전하 도핑(전자 또는 정공)에 따라 쇼트키 장벽이 변하게 되고 역방향 바이어스 하에서 다이오드의 전류가 바뀌어 유해가스의 검출이 가능하게 된다. 이러한 검지 방법에 관한 부분은 뒤에서 추가적으로 자세히 설명하도록 하겠다.The mechanism of the detection gas is that the Schottky barrier is changed according to the additional charge doping (electron or hole) according to the gas adsorption, and the diode current is changed under the reverse bias, so that the detection of the harmful gas becomes possible. This detection method will be described in detail later.

본 발명에서는 산화아연 나노로드와 환원된 그래핀 산화물의 3차원 하이브리드 구조를 사용함으로서 반응 기체와의 단면적이 증가되어 2차원 구조인 환원된 산화 그래핀만 사용하는 경우보다 약 3배의 향상된 반응도를 보인다.In the present invention, by using the three-dimensional hybrid structure of the zinc oxide nano-rod and the reduced graphene oxide, the cross-sectional area with respect to the reactive gas is increased, which is about three times higher than the case of using only the reduced graphene see.

위에서 설명한 본 발명의 구조체의 모습은 도 1i에서 도시된다.The above-described structure of the structure of the present invention is shown in Fig.

이러한 구조체에서 제 1 전극층(41)과 하이브리드층(60) 사이에는 오믹 접합(ohmic contact) 특성을 가지며, 제 2 전극층(42)과 GaN층(23) 간에도 오믹 접합 특성을 갖는다.The ohmic contact between the first electrode layer 41 and the hybrid layer 60 and the ohmic contact between the second electrode layer 42 and the GaN layer 23 in this structure are also observed.

한편, 하이브리드층(60)은 AlGaN/GaN층(20)과 쇼트키 접합(Schottky contact)을 이루게 되고, 이에 의해 본 발명의 기체 센서가 쇼트키 다이오드 센서로서의 역할을 수행하게 된다.On the other hand, the hybrid layer 60 forms a Schottky contact with the AlGaN / GaN layer 20, whereby the gas sensor of the present invention functions as a Schottky diode sensor.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼트키 다이오드 센서는 검지하고 하는 유해 가스를 검출하는데 있어서, 유해 가스의 농도 변화에 따른 센서의 전기적 신호 변화를 극대화 하기 위해 쇼트키 배리어에 역바이어스를 인가하여 전기적 신호 변화를 검지하여 검지하고자 하는 기체의 존재 여부를 더욱 정확하게 판단할 수 있다. 이처럼 역바이어스를 인가함으로써 검출 신호를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 검지에 있어서 낮은 전류로 저전력 작동이 가능하게 된다.In order to maximize the change of the electrical signal of the sensor according to the concentration change of the noxious gas in the detection of the noxious gas to be detected by the Schottky diode sensor according to the embodiment of the present invention, a reverse bias is applied to the Schottky barrier It is possible to more accurately determine whether or not a gas to be detected exists by detecting an electrical signal change. By applying the reverse bias in this way, the detection signal can be improved and the low power operation can be performed with a low current in the detection.

정리하면, 본 발명에 따르면 위에서 설명한 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서를 이용하고, 쇼트키 다이오드 기체 센서에 역바이어스(reverse biasing)를 인가하여 전기적 신호 변화를 이용해 검지하고자 하는 기체의 존재 여부를 판단하는 검지 방법을 이용하여 검출 신호를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 검지에 있어서 낮은 전류로 저전력 작동이 가능하다.In summary, according to the present invention, a Schottky diode gas sensor using the hybrid structure of the metal oxide nanorod and the reduced graphene oxide described above is used, reverse bias is applied to the Schottky diode gas sensor, It is possible to improve the detection signal by using the detection method for determining the presence or absence of the gas to be detected by using the change, and it is possible to operate the low power with low current in the detection.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 방법에 대해 설명하도록 하겠으며, 위에서 설명한 부분과 중복되는 부분은 생략하도록 하겠다.Hereinafter, a method for fabricating a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and reduced graphene oxide according to an embodiment of the present invention will be described, and the overlapped portions will be omitted .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 방법의 순서도를 도시한다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 방법은, 기판 상에 AlGaN/GaN 층을 증착하고, AlGaN/GaN 사이에 2DEG(2 dimensional electron gas)층이 형성되는 단계(S 210); 상기 GaN층이 노출되도록 일부분을 패터닝하는 단계(S 220); 상기 AlGaN 층 위의 일부분에 절연층을 증착하는 단계(S 230); 상기 절연층 상에 제 1 전극층을 형성하고, 상기 노출된 GaN층 상에 제 2 전극층을 형성하는 단계(S 240); 상기 제 2 전극층을 보호하는 제 1 보호층을 증착하는 단계(S 250); 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 사이의 AlGaN층 위에 금속 산화물 나노로드를 성장시키는 단계(S 260); 상기 제 2 전극층과 상기 제 1 전극층 사이의 접합을 막기 위해 상기 제 2 전극층 위에 제 2 보호층을 증착하는 단계(S 270); 상기 금속 산화물 나노로드 및 상기 AlGaN층을 연결하며 감싸도록 그래핀 옥사이드층을 형성시키는 단계(S 280); 및 상기 그래핀 옥사이드층을 환원시키는 단계(S 290)를 포함한다.A method of fabricating a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide according to an embodiment of the present invention includes depositing an AlGaN / GaN layer on a substrate, forming a 2DEG (S 210) of forming a two-dimensional electron gas layer; Patterning a portion of the GaN layer to expose (S 220); Depositing (S 230) an insulating layer over a portion of the AlGaN layer; Forming a first electrode layer on the insulating layer and forming a second electrode layer on the exposed GaN layer (S 240); Depositing (S 250) a first passivation layer to protect the second electrode layer; Growing a metal oxide nanorod on the AlGaN layer between the first electrode layer and the second electrode layer (S 260); Depositing (S270) a second passivation layer over the second electrode layer to prevent bonding between the second electrode layer and the first electrode layer; Forming a graphene oxide layer so as to surround and connect the metal oxide nanorod and the AlGaN layer; And reducing the graphene oxide layer (S290).

이하에서는 각 단계별로 도 1a-1i를 참고하면서 설명하도록 하겠다.Hereinafter, each step will be described with reference to FIGS. 1A through 1I.

S 210 단계에서는 기판(10)상에 AlGaN/GaN 층(20)을 증착하고, AlGaN/GaN 사이에 2DEG(2 dimensional electron gas)층(25)을 형성한다. 기판(10)은 실리카(SiO2)로 이루어진 웨이퍼, 유리기판, 사파이어 등이 이용될 수 있으며, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 기판 상에 먼저 GaN층(23)을 증착하고, 이후 AlGaN층(27)을 증착한다. GaN층의 성장은 에피택셜 성장 방법이 가능하다. 예를 들어, 800 내지 1200℃의 온도에서 트리메틸갈륨(TMG: Trimethylgalluim)과 암모니아를 각각 Ga과 N의 소스로, 수소를 캐리어 가스로 이용하여 질화갈륨의 에피층을 성장시킬 수 있다. 이어서, GaN층 상에 AlGaN층을 형성하여 2DEG층(120)을 생성시킨다. 여기서, AlGaN은 GaN보다 큰 밴드 갭을 가지므로, 에너지 밴드 갭에 있어서 상하층의 불연속성으로 인하여 보다 큰 밴드 갭으로부터 보다 작은 밴드 갭 재료로의 자유 전하 전달이 이루어진다. 전하는 이들 층 사이의 계면에 축적되어 2개의 전극층 사이에서 전류가 흐를 수 있도록 하는 2차원 전자가스(2DEG: 2 Dimensional Electron Gas)층(이하, "2DEG층"으로 축약함)을 생성시킨다. 도 1a에서 보는 것처럼 2DEG층(25)이 GaN 및 AlGaN 사이에 형성되어 있음을 확인할 수 있다.In step 210, an AlGaN / GaN layer 20 is deposited on the substrate 10, and a 2DEG (two dimensional electron gas) layer 25 is formed between the AlGaN / GaN. The substrate 10 may be a wafer made of silica (SiO 2), a glass substrate, sapphire, or the like, but is not limited thereto. A GaN layer 23 is first deposited on the substrate, and then an AlGaN layer 27 is deposited. The growth of the GaN layer is possible by an epitaxial growth method. For example, an epitaxial layer of gallium nitride can be grown by using trimethylgallium (TMG) and ammonia as sources of Ga and N and hydrogen as a carrier gas at a temperature of 800 to 1200 ° C. Next, an AlGaN layer is formed on the GaN layer to form the 2DEG layer 120. [ Here, since AlGaN has a larger band gap than GaN, free charge transfer from a larger bandgap to a smaller bandgap material is achieved due to the discontinuity of the upper and lower layers in the energy bandgap. Electrons are accumulated in the interface between these layers to generate a 2DEG (2 Dimensional Electron Gas) layer (hereinafter abbreviated as "2DEG layer") which allows a current to flow between two electrode layers. 1A, it can be seen that the 2DEG layer 25 is formed between GaN and AlGaN.

S 220 단계에서는 GaN층의 일부가 노출될 수 있도록 패터닝을 하게 된다. 도 1b에서 보는 것처럼, 일 예로 좌측 부분에서 2DEG층 및 AlGaN층의 일부분을 패터닝하여 GaN층(23)의 일부를 노출시킨다. 이러한 노출은 일예로서 레이저 커팅(laser cutting) 등에 의해 이루어질 수 있으며 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.In step S 220, patterning is performed to expose a part of the GaN layer. 1B, a portion of the GaN layer 23 is exposed by patterning a portion of the 2DEG layer and the AlGaN layer, for example, in the left portion. Such exposure may be accomplished by, for example, laser cutting or the like, and is not necessarily limited thereto.

S 230 단계에서는 AlGaN층 위의 일부분에 절연층을 증착하게 된다. 도 1c에서 보는 것처럼 절연층은 GaN층의 일부분이 노출된 곳과 반대쪽에 형성될 수 있으며, 이에 의해 각각 제 1 전극층 및 제 2 전극층이 추후 증착되도록 한다. 도 1c에서 예시적으로 절연층은 우측 부분에 형성되며, 이러한 절연층은 Al2O3 층이 이용될 수 있다. 예시적으로, 원자층 증착법을 통하여 알루미나(alumina, Al2O3)를 증착하여 제1 접착층을 형성할 수 있다.In step S 230, an insulating layer is deposited on a part of the AlGaN layer. As shown in FIG. 1C, the insulating layer may be formed on the opposite side of the exposed portion of the GaN layer, thereby allowing the first and second electrode layers to be deposited later. An insulating layer is illustratively formed in the right portion in FIG. 1C, and such an insulating layer can be an Al 2 O 3 layer. Illustratively, alumina (Al 2 O 3 ) may be deposited through atomic layer deposition to form the first adhesive layer.

S 240 단계에서는 절연층 상에 제 1 전극층을 형성하고, 노출된 GaN층 상에 제 2 전극층을 형성한다. 도 1d에서 보는 것처럼 예시적으로 Au/Ti 전극이 원자층 증착법을 통하여 알루미나(alumina, Al2O3)를 증착하거나 플라즈마 향상 화학 기상 증착법을 통하여 실리카(SiO2)를 증착함으로써 제1 접착층을 형성할 수 있다. 도 1d에서는 예시적으로 절연층으로 Al2O3를 이용하면서 그 위에 제 1 전극층으로 Au/Ti 전극층을 형성하였고, 노출된 GaN층 상에 제 2 전극층으로 Au/Ti 전극층을 형성하였다.In step S 240, a first electrode layer is formed on the insulating layer, and a second electrode layer is formed on the exposed GaN layer. As shown in FIG. 1D, an Au / Ti electrode is formed by depositing alumina (Al 2 O 3 ) through atomic layer deposition or by depositing silica (SiO 2 ) through a plasma enhanced chemical vapor deposition can do. In FIG. 1D, an Au / Ti electrode layer is formed as a first electrode layer and an Au / Ti electrode layer is formed as a second electrode layer on the exposed GaN layer, using Al 2 O 3 as an insulating layer.

S 250 단계에서는 제 2 전극층 상에 제 1 보호층을 증착하게 된다. 제 1 보호층(50)은 제 2 전극층을 인캡슐레이션(encapsulation)하고 있으며, 이에 의해 제 2 전극층 위에 산화아연이 성장하는 것을 방지하는 역할을 한다. 제 1 보호층(50)을 형성하기 위해 SiO2(200nm)를 한쪽 전극 위에 전자빔 증착(e-beam evaporation)으로 증착하게 된다.In step S 250, the first passivation layer is deposited on the second electrode layer. The first passivation layer 50 encapsulates the second electrode layer, thereby preventing growth of zinc oxide on the second electrode layer. SiO 2 (200 nm) is deposited on one electrode by e-beam evaporation to form the first protective layer 50.

S 260 단계에서는 제 1 전극층(41) 및 제 2 전극층(42) 사이의 공간의 AlGaN층 상에 금속 산화물 나노로드를 성장시킨다. 이 경우 전극층 상에서 금속 산화물 나노로드가 성장되는 것을 막기 위해 e-beam 증착법을 이용해 친유성 실리콘 옥사이드층을 200nm 이상의 두께로 전극층 상에 형성하는 것이 바람직하다. 금속 산화물 나노로드로는 산화아연 나노로드가 이용되는 것이 바람직하고, 이러한 금속 산화물 나노로드는 AlGaN층으로부터 수직으로 성장되는 것이 바람직하다. 금속 산화물 나노로드로 ZnO 나노로드를 이용하는 경우, 예를 들어 약 60 내지 150℃ 온도 하에서 0.05M의 질산아연(Zn(NO3)2)과 0.05M의 헥사메틸렌테트라아민(hexamethylenetetramine)을 포함하는 용액에 약 3시간 동안 노출시킴으로써 ZnO 나노로드가 형성될 수 있다. 도 1f에서 보는 것처럼 ZnO 나노로드가 AlGaN층으로부터 수직으로 성장된 모습을 볼 수 있다.In step S 260, metal oxide nanorods are grown on the AlGaN layer in the space between the first electrode layer 41 and the second electrode layer 42. In this case, in order to prevent the growth of the metal oxide nano-rods on the electrode layer, it is preferable to form an oleophilic silicon oxide layer on the electrode layer with a thickness of 200 nm or more by using e-beam deposition. As the metal oxide nano-rods, zinc oxide nano-rods are preferably used, and it is preferable that such metal oxide nano-rods are grown vertically from the AlGaN layer. When a ZnO nanorod is used as the metal oxide nanorod, for example, a solution containing 0.05 M of zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ) and 0.05 M of hexamethylenetetramine at a temperature of about 60 to 150 ° C. Lt; / RTI > for about 3 hours to form ZnO nanorods. As shown in FIG. 1F, the ZnO nanorods are grown vertically from the AlGaN layer.

S 270 단계에서는 제 2 전극층과 제 1 전극층 사이의 접합을 막기 위해 제 2 전극층 위에 제 2 보호층을 증착하게 된다. 도 1g에서 보는 것처럼, 제 2 보호층(55)에 의해 추후 형성될 하이브리드층의 환원된 그래핀 옥사이드와 제 2 전극층 간의 컨택을 방지한다. 이러한 보호층으로는 테트라테트라콘탄(tetratetracontane, TTC)이 이용되는 것이 바람직하고, TTC층은 열 증착(thermal evaporation)함으로써 형성될 수 있다. 도 1g에서 확인할 수 있는 것처럼, 보호층이 제 2 전극을 감싸고 있음을 확인할 수 있다. At step 270, a second passivation layer is deposited on the second electrode layer to prevent the adhesion between the second electrode layer and the first electrode layer. As shown in FIG. 1G, the second protective layer 55 prevents contact between the reduced graphene oxide and the second electrode layer of the hybrid layer to be formed later. As such a protective layer, tetratetracontane (TTC) is preferably used, and the TTC layer can be formed by thermal evaporation. As can be seen in FIG. 1G, it can be seen that the protective layer surrounds the second electrode.

S 280 단계에서는 금속 산화물 나노로드 및 AlGaN층을 연결하며 감싸도록 그래핀 옥사이드층을 형성하게 된다. 이러한 그래핀 옥사이드층은 채널층 역할을 하게 되는 부분이다. 그래핀 옥사이드층의 형성은 예를 들어 그래핀 산화물(graphene oxide, GO)들이 분산되어 있는 수용액에 제1 접착층을 노출시켜 제1 접착층의 표면에 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)를 흡착시키는 방식으로 진행될 수 있다. 도 1h에서는 ZnO 나노로드에 그래핀 옥사이드가 흡착된 상태를 도시한다.In step S 280, a graphene oxide layer is formed to surround and connect the metal oxide nanorod and the AlGaN layer. This graphene oxide layer serves as a channel layer. The graphene oxide layer is formed by exposing the first adhesive layer to an aqueous solution containing, for example, graphene oxide (GO) dispersed therein, thereby adsorbing graphene oxide (GO) on the surface of the first adhesive layer Lt; / RTI > 1H shows a state in which graphene oxide is adsorbed on the ZnO nanorod.

S 290 단계에서는 그래핀 옥사이드층을 환원시키는 단계를 거치며, 이러한 환원에 의해 도 1f에서 보는 것처럼 최종적으로 쇼트키 다이오드 기체 센서가 제작된다. S 280 단계에서 흡착된 그래핀 옥사이드를 환원시키는 과정을 거치며, 이는 예를 들어 하이드라진 수화물(hydrazine hydrate) 증기에 약 60℃에서 약 20시간 동안 노출시킴으로써 환원된 그래핀 산화물(reduced graphene oxide, rGO)를 형성할 수 있다. 또한 이를 질소(N2) 분위기 아래에서 약 120℃에서 약 4시간 동안 노출시킴으로써 추가적인 열적 환원이 수행될 수 있다.In step S 290, the graphene oxide layer is reduced, and by this reduction, a Schottky diode gas sensor is finally fabricated as shown in FIG. 1F. In step S 280, the adsorbed graphene oxide is reduced, for example, reduced graphene oxide (rGO) by exposure to hydrazine hydrate vapor at about 60 ° C. for about 20 hours, Can be formed. In addition, there is an additional thermal reduction can be carried out by exposing it for about 4 hours at about 120 ℃ under nitrogen (N 2) atmosphere.

한편, 제 1 전극층(41)과 하이브리드층(60)은 오믹 접합(ohmic contact)을 이루며, 제 2 전극층(42)과 GaN층(27) 오믹 접합을 이루게 된다.The first electrode layer 41 and the hybrid layer 60 form an ohmic contact with the second electrode layer 42 and the GaN layer 27 by ohmic contact.

이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the contents of the present invention will be further described with reference to specific embodiments.

사파이어 기판 위에 금속유기물 화학 기상 증착법(MOCVD)을 사용하여 다음과 같은 높이의 AlGaN(~25nm, AlN 조성비 27%)/GaN(~3m)를 증착하였다. AlGaN는 도핑되지 않았다. 이후 샘플을 초음파세척기를 이용하여 아세톤, 에탄올, 이소프론판올, 증류수 순서로 5분씩 세척하였다. 누설전류를 최소화하기 위한 절연층을 증착하였으며, 이러한 절연층은 원자 층 증착법(ALD)을 이용하여 200℃에서 산화알루미늄 절연층을 150nm 증착하였다. 다음으로 열증착 방식을 이용하여 전극인 Au/Ti 을 각각 50nm, 5nm 씩 증착하였다. ZnO 나노로드를 성장시키기 이전에 전극 위의 산화아연기둥의 성장을 막기 위해 전극 인캡슐레이션(encapsulation) 층을 증착하였으며, 이는 e-beam 증착법을 이용해 친유성 실리콘옥사이드층을 200nm 이상 증착하였다. ZnO 나노로드는 열수 방법을 이용해 성장시켰으며, 사용되는 용액은 200mL 증류수에 30mM의 (Zn(NO3)26H2O)와 30mM Hexamethylentetramine(C6H12N4HTMA)을 혼합하여 제조하였다. 또한, 환원된 그래핀 옥사이드를 성장시키기 이전에 제 2 전극과 환원된 그래핀 옥사이드층과의 접합을 피하기 위해 TTC층을 전극 인캡슐레이션층으로 100nm보다 큰 두께로 열증발(thermal evaporation) 방법을 이용하여 증착하였다. 한편, 기판 위 그래핀 옥사이드의 접착성 향상을 위한 표면 개선을 위해 Poly(diallyldimethylammonium chloride)(PDDA)를 사용하였으며, 이후에 수용액 상태의 그래핀 옥사이드 분산액(1mg/mL)을 표면처리된 기판 위에 드랍 캐스팅하였다. 이후에 Hydrazine hydrate vapor를 이용해 40℃에서 20시간 환원시켰다.AlGaN (~ 25nm, AlN composition ratio 27%) / GaN (~ 3m) was deposited on the sapphire substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) AlGaN was not doped. The samples were then washed with acetone, ethanol, isoflurane and distilled water for 5 minutes using an ultrasonic cleaner. An insulation layer was deposited to minimize the leakage current. The insulation layer was deposited at 150 ° C by an atomic layer deposition (ALD) method at 200 ° C. Next, Au / Ti electrodes were deposited by 50 nm and 5 nm, respectively, using a thermal deposition method. An electrode encapsulation layer was deposited to prevent the growth of the zinc oxide layer on the electrode prior to growth of the ZnO nanorods, which was deposited over 200 nm of the lipophilic silicon oxide layer by e-beam deposition. ZnO nanorods were grown by hydrothermal method. The solutions were prepared by mixing 30 mM (Zn (NO 3 ) 2 6 H 2 O) with 30 mM Hexamethylentetramine (C 6 H 12 N 4 HTMA) in 200 mL distilled water. In order to avoid bonding of the second electrode to the reduced graphene oxide layer prior to the growth of the reduced graphene oxide, a TTC layer is formed by thermal evaporation with a thickness of greater than 100 nm as an electrode encapsulation layer Respectively. On the other hand, poly (diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) was used for improving the adhesion of graphene oxide on the substrate. Then, a graphene oxide dispersion (1 mg / mL) in an aqueous solution state was dropped on the surface- Cast. Then, it was reduced by hydrazine hydrate vapor at 40 ° C for 20 hours.

위와 같이 제조된 쇼트키 다이오드 소자를 제작하였다. A Schottky diode device manufactured as described above was fabricated.

도 3은 FESEM을 이용해 채널폭으로 사용된 ZnO 나노로드를 확인한 모습이고, 도 4는 X-선 회절법(XRD)을 이용해 기판 위에 ZnO 나노로드가 수직 성장된 것을 확인한 것이다. 도 5는 라만 스펙트로스코피(Raman Spectroscopy)를 사용해 그래핀 옥사이드와 환원된 그래핀 옥사이드의 필름 증착을 확인한 것이다. 이는 각각 그래프 상에서 D-band(~1350cm-1)와 G band(~1603cm-1)을 통해 확인할 수 있다.FIG. 3 shows ZnO nanorods used as channel widths using FESEM, and FIG. 4 shows that ZnO nanorods are vertically grown on a substrate using X-ray diffraction (XRD). Figure 5 shows the film deposition of graphene oxide and reduced graphene oxide using Raman spectroscopy. This can be confirmed by D-band (~ 1350cm-1) and G band (~ 1603cm-1) on the graph, respectively.

도 6은 제작된 쇼트키 다이오드의 전압-전류 특성을 측정한 그래프이다. ZnO 나노기둥만이 형성되었을 경우나 산화그래핀을 환원하지 않았을 경우에는 전류가 흐르지 않지만, 환원된 산화그래핀 또는 환원된 산화그래핀과 ZnO 나노기둥의 나노하이브리드 구조가 AlGaN/GaN 상에 형성되는 경우 각각 p-n 접합 다이오드 및 쇼트키 다이오드 특성을 나타내게 된다. 산화 그래핀이 환원됨을 확인하였다.(환원이 이루어지지 않을 경우 전류가 흐르지 않는다.) 환원된 산화 그래핀과 ZnO 나노기둥의 나노하이브리드 구조가 형성되는 경우 환원된 산화 그래핀만을 사용한 경우에 비해 전류가 낮은 이유는 ZnO 나노기둥 형성에 따른 쇼트키 장벽의 증가에 따른 것으로 설명될 수 있다. 다시 말하면, ZnO가 성장되면서 옥시데이션 어닐링(oxidation annealing) 효과에 의해 AlGaN 표면 개질에 따른 채널(rGO)과 기판 사이의 쇼트키 장벽이 증가하는 것이다.6 is a graph showing voltage-current characteristics of a manufactured Schottky diode. In the case where only ZnO nanoparticles are formed or when the graphene oxide is not reduced, no current flows, but a nanohybrid structure of reduced graphene grains or reduced graphene grains and ZnO nanoparticles is formed on AlGaN / GaN Respectively, the pn junction diode and Schottky diode characteristics are shown. It is confirmed that the graphene oxide is reduced (no current flows when the reduction is not performed). When the nanohybrid structure of reduced graphene grains and ZnO nanoparticles is formed, the current Can be explained by the increase of Schottky barrier due to ZnO nanopillar formation. In other words, as the ZnO grows, the Schottky barrier between the channel (rGO) and the substrate due to the AlGaN surface modification is increased by the oxidation annealing effect.

도 7은 제작된 쇼트키 다이오드 센서를 이용해 대상 기체를 감지하는 특성을 나타낸다. 도 7은 채널이 3차원 하이브리드 물질인 경우(산화아연기둥+환원된그래핀옥사이드) 와 2차원 물질인 환원된 그래핀 옥사이드 채널일 때 대상 기체 감지에 대한 비교 데이터를 도시한다. 제작된 쇼트키 다이오드 센서는 대상 기체인 이산화질소 이산화황 및 포름알데히드에 대해 환원된 산화 그래핀과 산화아연 나노기둥의 나노하이브리드 구조는 n-type 감지 특성을 보인다. 반면 비교를 위해 제작된 RGO만을 이용한 이종접합 p-n 다이오드 센서의 경우 RGO가 p-type 특성을 보인다. 즉 쇼트키 다이오드 소자와 이종접합 p-n 다이오드 가스센서는 반대의 경향을 보이며, 쇼트키 다이오드 가스센서의 경우에 3차원화 된 감지물질의 넓은 표면적 때문에 더 높은 검출신호를 보이게 된다. FIG. 7 shows a characteristic of sensing a target gas using the manufactured Schottky diode sensor. Figure 7 shows comparative data for target gas detection when the channel is a three-dimensional hybrid material (zinc oxide column + reduced graphene oxide) and a reduced graphene oxide channel that is a two-dimensional material. The fabricated Schottky diode sensor shows n-type sensing characteristics of nanohybrid structures of oxidized graphene and zinc oxide nanoparticles reduced to target gases nitrogen dioxide, sulfur dioxide and formaldehyde. On the other hand, RGO shows p-type characteristics in the heterojunction p-n diode sensor using only RGO fabricated for comparison. That is, the Schottky diode device and the heterojunction p-n diode gas sensor show opposite trends, and in the case of the Schottky diode gas sensor, the detection signal is higher due to the large surface area of the three-dimensional sensing material.

도 8은 본 발명에 따른 AlGaN 기판 위에 RGO-ZnO NRs를 성장시킨 다이오드를 대상기체인 이산화질소, 이산화황, 포름알데히드를 120ppb에서 1ppm까지 변화시켜 노출 시켰을 때, 반응 그래프를 도시한다. 도 8에서 도시된 것처럼, 역방향 바이어스에서 유해가스(NO2,SO2,HCHO)의 검출시 센서의 전기적 신호 변화가 극대화되어 나타남을 확인할 수 있었고, 이에 의해 더욱 정확한 검지가 가능하게 된다.FIG. 8 is a graph showing a reaction graph when a diode in which RGO-ZnO NRs is grown on an AlGaN substrate according to the present invention is exposed to nitrogen gas, sulfur dioxide, and formaldehyde varying from 120 ppb to 1 ppm. As shown in FIG. 8, when the harmful gas (NO 2 , SO 2 , HCHO) is detected in the reverse bias, it is confirmed that the change of the electrical signal of the sensor is maximized and thus more accurate detection becomes possible.

도 9는 120 ppb의 낮은 농도에 노출된 본 발명에 따른 AlGaN 기판 위에 RGO-ZNO NRs를 성장시킨 다이오드 센서의 반응 특성을 (DR/R0) 5번의 반복 테스트했을 때 그래프를 도시한다. 도 9에서 볼 수 있는 것처럼 매우 낮은 농도에서도 안정적으로 검출이 이루어짐을 확인할 수 있었다.FIG. 9 is a graph of the reaction characteristics (DR / R0) of the diode sensor in which RGO-ZNO.sub.2 NRs is grown on an AlGaN substrate according to the present invention exposed to a low concentration of 120 ppb for 5 repetitive tests. As can be seen from FIG. 9, it was confirmed that the detection was performed stably even at a very low concentration.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

Claims (17)

기판;
상기 기판 상의 AlGaN/GaN층으로서 그 사이의 계면에 2DEG(2 dimensional electron gas)층이 형성되어 있는 AlGaN/GaN층;
상기 AlGaN층 위의 일부분에 형성된 절연층;
상기 절연층 상에 형성된 제 1 전극층;
상기 AlGaN/GaN층의 일부분은 GaN 층이 노출되도록 패터닝되어 있으며, 상기 노출된 GaN층 상에 형성된 제 2 전극층;
상기 제 2 전극층을 보호하기 위한 보호층; 및
상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 사이의 AlGaN층 위에 형성된 금속 산화물 나노로드 및 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드층을 포함하고,
상기 보호층은 제 1 보호층 및 제 2 보호층을 포함하고, 상기 제 2 전극층 위에 제 1 보호층 및 제 2 보호층이 차례대로 배치되며,
상기 제 1 보호층은 상기 제 2 전극층을 인캡슐레이션하고 있어 제 2 전극층 위에서 금속 산화물의 성장을 방지하고, 상기 제 2 보호층은 상기 제 1 전극층과 상기 제 2 전극층이 상기 환원된 그래핀 옥사이드에 의해 전기적으로 접합되는 것을 막도록 배치되며, 이에 의해 상기 제 1 전극층과 상기 하이브리드층은 오믹 접합(ohmic contact)을 이루고, 상기 제 2 전극층과 상기 GaN층은 오믹 접합을 이루며, 상기 하이브리드층은 상기 AlGaN/GaN층과 쇼트키 접합(Schottky contact)을 이루는,
금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서.
Board;
An AlGaN / GaN layer in which a 2DEG (two dimensional electron gas) layer is formed at an interface therebetween as an AlGaN / GaN layer on the substrate;
An insulating layer formed on a portion of the AlGaN layer;
A first electrode layer formed on the insulating layer;
A portion of the AlGaN / GaN layer is patterned to expose a GaN layer, and a second electrode layer formed on the exposed GaN layer;
A protective layer for protecting the second electrode layer; And
And a hybrid layer of a metal oxide nanorod formed on the AlGaN layer between the first electrode layer and the second electrode layer and reduced graphene oxide,
Wherein the protective layer comprises a first protective layer and a second protective layer, wherein the first protective layer and the second protective layer are sequentially disposed on the second electrode layer,
Wherein the first passivation layer encapsulates the second electrode layer to prevent the growth of metal oxide over the second electrode layer and the second passivation layer prevents the first electrode layer and the second electrode layer from forming the reduced graphene oxide So that the first electrode layer and the hybrid layer are in ohmic contact, the second electrode layer and the GaN layer are in ohmic contact, and the hybrid layer is in ohmic contact with the first electrode layer and the hybrid layer, And a Schottky contact with the AlGaN / GaN layer,
Schottky diode gas sensor using the hybrid structure of metal oxide nanorods and reduced graphene oxide.
제 1 항에 있어서,
상기 절연층은 Al2O3 층인,
금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer is an Al2O3 layer,
Schottky diode gas sensor using the hybrid structure of metal oxide nanorods and reduced graphene oxide.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 산화물 나노로드는 산화아연 나노로드인,
금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide nanorod is a zinc oxide nanorod,
Schottky diode gas sensor using the hybrid structure of metal oxide nanorods and reduced graphene oxide.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 금속 산화물 나노로드 및 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드층에서 상기 금속 산화물 나노로드는 상기 AlGaN층으로부터 수직으로 성장된,
금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서.
The method according to claim 1,
In the hybrid layer of the metal oxide nanorod and the reduced graphen oxide, the metal oxide nanorod is grown vertically from the AlGaN layer,
Schottky diode gas sensor using the hybrid structure of metal oxide nanorods and reduced graphene oxide.
제 1 항 내지 제 3 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서를 이용하며,
상기 쇼트키 다이오드 기체 센서에 역바이어스(reverse biasing)를 인가하여 전기적 신호 변화를 이용해 검지하고자 하는 기체의 존재 여부를 판단하는,
금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서를 이용한 검지 방법.
A Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of a metal oxide nanorod and a reduced graphene oxide according to any one of claims 1 to 8,
A reverse biasing is applied to the Schottky diode gas sensor to determine whether there is a gas to be detected by using an electrical signal change,
Detection method using Schottky diode gas sensor using hybrid structure of metal oxide nanorod and reduced graphene oxide.
기판 상에 AlGaN/GaN 층을 증착하고, AlGaN/GaN 사이에 2DEG(2 dimensional electron gas)층이 형성되는 단계;
상기 GaN층이 노출되도록 일부분을 패터닝하는 단계;
상기 AlGaN 층 위의 일부분에 절연층을 증착하는 단계;
상기 절연층 상에 제 1 전극층을 형성하고, 상기 노출된 GaN층 상에 제 2 전극층을 형성하는 단계;
상기 제 2 전극층을 보호하는 제 1 보호층을 증착하는 단계;
상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 사이의 AlGaN층 위에 금속 산화물 나노로드를 성장시키는 단계;
상기 제 2 전극층과 상기 제 1 전극층 사이의 접합을 막기 위해 상기 제 2 전극층 위에 제 2 보호층을 증착하는 단계;
상기 금속 산화물 나노로드 및 상기 AlGaN층을 연결하며 감싸도록 그래핀 옥사이드층을 형성시키는 단계; 및
상기 그래핀 옥사이드층을 환원시키는 단계를 포함하고,
상기 제 1 보호층은 상기 제 2 전극층을 인캡슐레이션하고 있어 제 2 전극층 위에서 금속 산화물의 성장을 방지하고, 상기 제 2 보호층은 상기 제 1 전극층과 상기 제 2 전극층이 상기 환원된 그래핀 옥사이드에 의해 전기적으로 접합되는 것을 막도록 배치되며, 이에 의해 상기 제 1 전극층과 상기 하이브리드층은 오믹 접합(ohmic contact)을 이루고, 상기 제 2 전극층과 상기 GaN층은 오믹 접합을 이루며, 상기 하이브리드층은 상기 AlGaN/GaN층과 쇼트키 접합(Schottky contact)을 이루는,
금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 방법.
Depositing an AlGaN / GaN layer on the substrate and forming a 2DEG (2 dimensional electron gas) layer between the AlGaN / GaN;
Patterning a portion of the GaN layer to expose the GaN layer;
Depositing an insulating layer on a portion of the AlGaN layer;
Forming a first electrode layer on the insulating layer and a second electrode layer on the exposed GaN layer;
Depositing a first passivation layer to protect the second electrode layer;
Growing a metal oxide nanorod on the AlGaN layer between the first electrode layer and the second electrode layer;
Depositing a second passivation layer over the second electrode layer to prevent bonding between the second electrode layer and the first electrode layer;
Forming a graphene oxide layer to surround and connect the metal oxide nanorod and the AlGaN layer; And
And reducing the graphene oxide layer,
Wherein the first passivation layer encapsulates the second electrode layer to prevent the growth of metal oxide over the second electrode layer and the second passivation layer prevents the first electrode layer and the second electrode layer from forming the reduced graphene oxide So that the first electrode layer and the hybrid layer are in ohmic contact, the second electrode layer and the GaN layer are in ohmic contact, and the hybrid layer is in ohmic contact with the first electrode layer and the hybrid layer, And a Schottky contact with the AlGaN / GaN layer,
A method for fabricating a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of metal oxide nanorods and reduced graphene oxide.
제 10 항에 있어서,
상기 절연층은 Al2O3 층인,
금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the insulating layer is an Al 2 O 3 layer,
A method for fabricating a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of metal oxide nanorods and reduced graphene oxide.
제 10 항에 있어서,
상기 금속 산화물 나노로드는 산화아연 나노로드인,
금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the metal oxide nanorod is a zinc oxide nanorod,
A method for fabricating a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of metal oxide nanorods and reduced graphene oxide.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 10 항에 있어서,
상기 금속 산화물 나노로드 및 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드층에서 상기 금속 산화물 나노로드는 상기 AlGaN층으로부터 수직으로 성장되는,
금속 산화물 나노로드와 환원된 그래핀 옥사이드의 하이브리드 구조를 이용한 쇼트키 다이오드 기체 센서의 제조 방법.11. The method of claim 10,
In the hybrid layer of the metal oxide nanorod and the reduced graphen oxide, the metal oxide nanorod grows vertically from the AlGaN layer,
A method for fabricating a Schottky diode gas sensor using a hybrid structure of metal oxide nanorods and reduced graphene oxide.
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