KR102652740B1 - 선택적 원자층 증착법을 이용한 회복 특성이 개선된 이차원 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서 - Google Patents
선택적 원자층 증착법을 이용한 회복 특성이 개선된 이차원 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서 Download PDFInfo
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Abstract
본 실시예들은 이차원 전이금속 칼코겐화합물(TMD) 기반의 가스 센서의 회복도를 높이기 위한 방식으로 2D TMD 기반 가스 센서 위에 원자층 증착법으로 차단 물질을 합성하여 TMD 물질의 결함 영역을 줄여 회복도를 개선하고, 원자층 증착법의 사이클 수를 적절한 범위로 설정하여 회복도 제어가 가능한 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명이 속하는 기술 분야는 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
가스 센서는 산업공정 제어, 대기환경 감시, 광신 유해 가스 감지, 알코올 농도 검사, 바이오 헬스 케어 등의 다양한 분야에서 사용되고 있다. 가스 센서는 대기 중에 노출된 미세한 유해 환경 가스를 감지하여 주변에 위험가스 누출에 대한 정보를 제공한다. 이러한 유해 환경 가스로는 NO, NO2, SO2, CO, CO2 등의 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 등이 있다.
반도체 가스 센서는 상대적으로 빠른 감지 속도 및 낮은 제작 비용 및 소모 전력, 넓은 탐지 범위에서 반응하는 장점이 있다.
반도체 가스 센서 중에서 단일 소재를 이용한 이차원 전이금속 칼코겐 화합물(Transition Metal Dichalcogenide, TMD) 기반의 가스 센서는 상온에서 반응하는 장점이 있지만 상온에서 회복이 제한되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 이차원 전이금속 칼코겐화합물(TMD) 기반의 가스 센서의 회복도를 높이기 위한 방식으로 2D TMD 기반 가스 센서 위에 원자층 증착법으로 차단 물질을 합성하여 TMD 물질의 결함 영역을 줄여 회복도를 개선하고, 원자층 증착법의 사이클 수를 적절한 범위로 설정하여 회복도를 제어하는데 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 가스 센서의 제조 방법에 있어서, 전이금속 칼코겐화합물 기반의 전도층을 갖는 가스 센서를 준비하는 단계; 원자층 증착법을 이용하여 상기 전이금속 칼코겐화합물 기반의 전도층 위에 선택 차단 물질 영역을 형성하는 단계를 포함하는 가스 센서의 제조 방법을 제공한다.
상기 선택 차단 물질 영역을 형성하는 단계는, 상기 원자층 증착법의 사이클 수를 결정하는 단계; 상기 사이클 수에 따라 차단 물질을 이용하여 상기 전이금속 칼코겐화합물 기반의 전도층의 표면 결함 영역에 선택적 흡착시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전이금속 칼코겐화합물(Transition Metal Dichalcogenides, TMD)는 MoSe2, WSe2, MoTe2, WTe2, ReS2, ReSe2를 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.
상기 차단 물질은 Al2O3, SnO2, ZnO, ZrO2, Pt, Pd, Ru, Au, Ag를 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.
상기 차단 물질은 에너지 결합 부위에 해당하는 상기 표면 결함 영역을 덮어서 가스의 화학 흡착을 방해하여 회복도를 개선할 수 있다.
상기 사이클 수를 결정하는 단계는, 상기 사이클 수가 증가할수록 포토루미네선스(photoluminescence)의 세기가 감소하는 현상을 고려하여, 상기 포토루미네선스의 세기로 정의된 제1 조건 범위를 기준으로 상기 사이클 수를 결정할 수 있다.
상기 사이클 수를 결정하는 단계는, 상기 사이클 수가 증가할수록 포토루미네선스의 피크 위치의 적색 편이가 발생하는 현상을 고려하여, 상기 포토루미네선스의 피크 위치의 적색 편이로 정의된 제2 조건 범위를 기준으로 상기 사이클 수를 결정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 이차원 전이금속 칼코겐화합물(TMD) 기반의 가스 센서의 회복도를 높이기 위한 방식으로 2D TMD 기반 가스 센서 위에 원자층 증착법으로 차단 물질을 합성하여 TMD 물질의 결함 영역을 줄여 회복도를 개선하고, 원자층 증착법의 사이클 수를 적절한 범위로 설정하여 회복도를 제어하는 기준을 제공할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서의 제조 방법을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서의 제어 메커니즘을 예시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에 포함된 전도층의 표면 결함 영역을 선택적 증착한 것을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 포토루미네선스 분석 결과를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 라만 분석 결과를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 표면 거칠기를 예시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 조성비 분석 결과를 예시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에 대해서 반응도를 예시한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에 대해서 반응도를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서의 제어 메커니즘을 예시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에 포함된 전도층의 표면 결함 영역을 선택적 증착한 것을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 포토루미네선스 분석 결과를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 라만 분석 결과를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 표면 거칠기를 예시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 조성비 분석 결과를 예시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에 대해서 반응도를 예시한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에 대해서 반응도를 예시한 도면이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
전이금속 칼코겐 화합물(Transition Metal Dichalcogenide, TMD)는 반응성(Response), 선택성(Selectivity), 안정성(Stability) 측면에서 우수한 장점이 있으나 회복성(Recovery) 측면에서 제한되는 문제를 해결하기 위해서, 본 실시예에 따른 가스 센서는 결함(Defect) 또는 공공(Vacancy)을 패시베이트(passivated)하여 반응 후 회복 성질을 제어한다.
이차원 전이금속 칼코겐화합물(TMD) 기반의 가스센서의 회복을 높이기 위한 방법으로 2D TMD 기반 가스센서 위에 원자층 증착법으로 Al2O3 등의 차단 물질을 합성하여 선택적 차단 영역을 형성하고 TMD 물질과 타겟 가스의 화학적 결합 영역을 줄여 회복도를 증가시킨다. 이를 통해 Al2O3 등의 차단 물질에 의해 선택적으로 패시베이트된 TMD 가스센서가 단일 2D TMD 가스 센서에 비해 회복 측면에서 유리한 것을 확인할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서의 제조 방법을 예시한 도면이다.
가스 센서의 제조 방법에 있어서, 전이금속 칼코겐화합물 기반의 전도층을 갖는 가스 센서를 준비하는 단계(S10), 원자층 증착법을 이용하여 전이금속 칼코겐화합물 기반의 전도층 위에 선택 차단 물질 영역을 형성하는 단계(S20)를 포함한다.
선택 차단 물질 영역을 형성하는 단계는, 원자층 증착법의 사이클 수를 결정하는 단계(S21), 사이클 수에 따라 차단 물질을 이용하여 전이금속 칼코겐화합물 기반의 전도층의 표면 결함 영역에 선택적 흡착시키는 단계(SS)를 포함할 수 있다.
전이금속 칼코겐화합물(Transition Metal Dichalcogenides, TMD)는 MoSe2, WSe2, MoTe2, WTe2, ReS2, ReSe2를 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.
차단 물질은 Al2O3, SnO2, ZnO, ZrO2, Pt, Pd, Ru, Au, Ag를 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 차단 물질은 에너지 결합 부위에 해당하는 표면 결함 영역을 덮어서 가스의 화학 흡착을 방해하여 회복도를 개선할 수 있다.
사이클 수를 결정하는 단계(S21)는, 사이클 수가 증가할수록 포토루미네선스(photoluminescence)의 세기가 감소하는 현상을 고려하여, 포토루미네선스의 세기로 정의된 제1 조건 범위를 기준으로 사이클 수를 결정할 수 있다. 제1 조건 범위는 제1 최대값과 제1 최소값을 갖고 포토루미네선스의 세기로 정의되며 이에 대응하는 사이클 수를 도출할 수 있다.
사이클 수를 결정하는 단계(S21)는, 사이클 수가 증가할수록 포토루미네선스의 피크 위치의 적색 편이가 발생하는 현상을 고려하여, 포토루미네선스의 피크 위치의 적색 편이로 정의된 제2 조건 범위를 기준으로 사이클 수를 결정할 수 있다. 제2 조건 범위는 제2 최대값과 제2 최소값을 갖고 포토루미네선스의 피크 위치의 편의 여부로 정의되며 이에 대응하는 사이클 수를 도출할 수 있다.
본 실시예에 적용되는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정은 막의 얇은 두께와 신뢰성을 동시에 만족시킬 수 있는 공정이다. ALD 공정은 입력 소스들을 순서에 맞추어 차례로 공급하여 단원자(또는 분자) 층이 한 주기 당 하나의 원자층(Mono Layer)이 쌓이도록 한다.
ALD 공정은 흡착 방식으로, 갭이나 트랜치의 벽면에도 잘 달라붙는다. 1차 소스(예컨대, 전구체)를 챔버에 넣으면 먼저 표면에 흡착이 일어나고, 이후 다른 종류의 2차 소스(예컨대, 반응체)를 넣으면 1차 흡착된 물질과 화학적 치환이 일어나서 최종적으로 신규 물질 막이 생성된다. 결국 하나의 층만 표면에 흡착된다. 퍼지(Purge) 과정에서 사용되는 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 이산화탄소(CO2) 등의 다양한 가스가 사용될 수 있다.
MoS2와 WS2에 합성한 Al2O3을 예로 들어 설명한다.
튜브형의 진공 장비를 이용하여 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 통해 MoS2와 WS2를 합성할 수 있다. 전구체(Precursor)로 각각 MoCl5, WCl6와을 사용할 수 있고, 전구체 온도는 MoCl5 75℃와 WCl6 80℃으로 가열될 수 있다. 반응체(Reactant)로 H2S 가스를 사용할 수 있고, 균일성을 위해 퍼징 가스 Ar을 사용할 수 있다. 진공도는 10-2 ~ 1 Torr 범위 내에서 공정을 진행할 수 있다. 공정 온도는 800℃으로 진행되었으며 기판은 SiO2/Si(300 nm)를 이용할 수 있다. 공정시간은 MoS2 15분, WS2 20분으로 진행될 수 있다.
이러한 방법대로 만들어진 MoS2/SiO2, WS2/SiO2 위에 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 통해 Al2O3을 합성할 수 있다. 이 또한 튜브형의 진공 장비에서 합성될 수 있으며, 전구체로 상온에서 보관된 TMA (Trimethylaluminum)를 사용할 수 있다. 반응체로 H2O를 사용할 수 있으며 퍼지 단계에서 Ar 가스를 사용할 수 있다. 공정 온도는 180℃에서 진행될 수 있다.
TMA와 H2O는 각각 30ms 동안 챔버에 교대로 주입되며 퍼지 단계로 각각 TMA 이후 15초, H2O 이후 30초 동안 Ar 가스 주입으로 구성된 원자층 증착법 공정을 진행할 수 있다.
합성된 Al2O3/TMD는 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 패턴 모양을 형성하도록 하였고, thermal evaporator를 이용하여 Au/Ti(50 nm/5 nm) 전극을 증착할 수 있다.
도핑된 전이금속 칼코겐 화합물에 전극을 증착하는 단계에서 섀도우 마스크(Shadow Mask)를 이용하면 진공 증착 과정에서 발생되는 섀도우 효과(Shadow Effect)에 영향을 받지 않고 미세 패턴을 증착하여 제작할 수 있다.
계측기 모델 Keithley 2400을 이용하여 진행되었으며 센서를 구동하기 위한 전압을 나타내는 바이어스 전압(Biasing Voltage)으로 2V를 사용할 수 있다. 측정 가스의 농도를 조절하기 위해서 N2를 희석 가스로 사용하였으며, 반응 가스를 퍼징(Purging)할 시에도 N2를 사용하였다. 센서 측정은 약 27℃의 실온 조건에서 측정되었다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서의 제어 메커니즘을 예시한 도면이다.
본 실시예에 따른 가스 센서는 선택적 도핑된 전이금속 칼코겐 화합물 및 선택적 도핑된 전이금속 칼코겐 화합물에 형성된 전극을 포함한다.
선택적 도핑된 전이금속 칼코겐 화합물은 전이금속 칼코겐 화합물(100)의 결함 영역에 차단 물질(200)이 선택적으로 도핑되어 있다. 선택적 도핑된 전이금속 칼코겐 화합물은 전도층에 해당하며, 채널 역할을 한다.
전극에서 전도층으로의 캐리어의 변동량이 클수록 가스에 대한 반응도가 증가한다. 캐리어는 정공 또는 전하일 수 있다. 전극은 소스 전극 및 드레인 전극을 형성할 수 있으며, Au, Ag, Pd, Pt, Mn, Fe, Ni, Co, Ti 등의 금속이나 유기물질 등의 전도성 물질 등으로 구현될 수 있다.
전이금속 칼코겐 화합물 합금은 기판에 형성될 수 있다. 기판은 실리콘(Si)뿐만 아니라 실리콘 다이옥사이드(Silicone Dioxide, SiO2), 유리 등의 다양한 강성기판 및 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 에코플렉스(Ecoflex), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리비스페놀 A(Polybisphenol A), 폴리에틸렌(Polyethylene) 등과 같은 유연 기판, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 두 개 이상의 층이 중첩된 형태로 구현될 수도 있다.
전이금속 칼코겐화합물(Transition Metal Dichalcogenides, TMD)는 MoSe2, WSe2, MoTe2, WTe2, ReS2, ReSe2를 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.
차단 물질은 Al2O3, SnO2, ZnO, ZrO2, Pt, Pd, Ru, Au, Ag를 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 차단 물질은 에너지 결합 부위에 해당하는 표면 결함 영역을 덮어서 가스의 화학 흡착을 방해하여 회복도를 개선할 수 있다.
TMD 가스 센서의 감지 메커니즘은 흡착 가스와 감지 채널 간의 전하 이동에 해당한다.
TMD 표면에 기체 분자의 흡착은 물리적 흡착 측면에서 기저면에 흡착되고 쉽게 탈착되고, 화학적 흡착 측면에서 결함/공공에 흡착되고 거의 탈착되지 않는다.
물리 흡착 가스종은 주변 대기에서 쉽게 탈착되지만, 더 높은 에너지 결합 부위(Vacancy, Defects)에서 가스의 화학 흡착은 불완전한 회복의 원인이 된다. 즉, 결함/공백 감소가 필요하다.
ALD 전구체는 2D 결함에 흡착이 잘 된다. ALD 주기의 제어 방식을 통해 표면 형태를 제어할 수 있다. TMD 표면 전체를 덮으면 기체 분자에 대한 흡착 부위 없지만, TMD 표면을 선택적으로 비활성화하면 회복도를 향상시킬 수 있다.
전구체가 표면 결함 영역에 선택적 흡착되고, 높은 에너지 결합 부위(결함 영역)에서 가스의 화학 흡착이 이루어지는 것을 감소시킨다.
사이클 수를 제어하여 원자 공공(vacancy atoms) 등의 점 결함 영역 및 결정립계(grain boundary) 등의 면 결함 영역만을 선택적으로 패시베이트(passivate)를 수행할 수 있다. 사이클 수를 증가시키면 퀀칭 효과 및 도핑 효과로 인하여, 포토루미네선스(photoluminescence)의 세기가 감소하고 포토루미네선스의 피크 위치의 적색 편이가 발생한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에 포함된 전도층의 표면 결함 영역을 선택적 증착한 것을 예시한 도면이다.
주사전자현미경(SEM)을 통해 TMD 위에 Al2O3 핵생성을 확인할 수 있다. ALD Al2O3 30 사이클을 WS2 위에 증착시키면 연속적인 막을 형성하며 가스 흡착 부위를 차단시키는 것을 확인할 수 있다. 결함 및 결정립계에 한해서만 부분적으로 패시베이트시키기 위해 사이클 수를 조건 범위 내로 조절하여 진행한다. 예컨대, 10 사이클로 진행할 수 있다.
MoS2에서 Al2O3의 핵 생성 및 성장의 경우에 10 주기에서는 MoS2의 결정립계/결함을 따라 0D Al2O3 핵 형성하고, 30 주기에서는 1D 라인에 연결된 0D Al2O3 핵을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 포토루미네선스 분석 결과를 예시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 라만 분석 결과를 예시한 도면이다.
Raman 및 PL 분석을 통해 TMD에 대한 Al2O3 도핑 효과를 확인할 수 있다. 단일 MoS2와 Al2O3 10사이클, 30사이클이 합성된 MoS2에 대한 분석 데이터를 확인한 결과, MoS2의 in-plane (E1 2g) 및 out-of-plane (A1 g) 격자 진동 모드의 주파수는 Al2O3 ALD 공정의 영향을 받지 않으며, 이는 Mo 원자와 S 원자의 결합 상태가 변경되지 않음을 확인할 수 있다.
피크 거리(A1 g-E1 2g)는 2L 특성을 표시한다. ALD 주기 수가 증가하여도 MoS2의 명백한 피크 이동이 없음을 확인할 수 있다.
ALD 사이클 수가 증가할수록 PL 세기가 감소하여, ALD Al2O3에 의한 MoS2의 결함 밀도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 표면 거칠기를 예시한 도면이다.
AFM을 이용하여 ALD 사이클 수가 증가할수록 Al2O3 입자 증가로 인하여 RMS 거칠기가 증가하는 것을 확인할 수 있다. Al2O3 나노 입자가 생성되는 것을 나타낸다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에서 선택적 도핑된 전도층에 대해서 조성비 분석 결과를 예시한 도면이다.
XPS를 통해 Al2O3 ALD 사이클에 따른 TMD 박막의 조성비 변화를 분석할 수 있다. 합성된 ALD Al2O3/MoS2는 H2O reactant에 의해 산화되지 않는 것을 나타낸다. ALD 주기가 증가함에 따라 Al 2p 피크의 조성이 점차 증가하는 것으로 Al2O3의 형성을 확인할 수 있다. Al 금속에 대한 피크 없음(72.6 eV에서 B.E)을 확인할 수 있고, Al2O3의 형성을 확인할 수 있다. ALD Al2O3/WS2 역시 WS2 표면의 산화가 거의 없음을 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에 대해서 반응도를 예시한 도면이다. 도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 가스 센서에 대해서 반응도를 예시한 도면이다.
단일 MoS2 박막과 ALD Al2O3/TMD 박막을 이용해 가스 센서를 제작하고 NO2 10 ppm에 대하여 가스 감지 특성을 확인하였다. 제작된 가스 센서 모두 NO2 가스 30분 반응 후 N2 가스 40분 회복을 반복하였다.
Al2O3/MoS2 가스 센서는 NO2 가스(10ppm)에 대한 P형 동작을 나타낸다. ALD Al2O3의 10 주기에서는 향상된 전하 이동으로 반응도가 향상된다. ALD Al2O3의 30 주기에서는 활성 표면적이 감소하여 반응도가 감소한다. ALD 주기가 증가하면 화학 흡착 영역이 감소하고 회복도가 증가한다. 사이클 수를 제어하여 반응도 및 회복도를 조절할 수 있다.
CVD MoS2의 ALD Al2O3는 결함/공백을 비활성화하여 감지 성능을 향상시킬 수 있다. 단일 MoS2, WS2를 이용한 가스 센서는 회복이 잘 되지 않지만, ALD로 선택적으로 패시베이트된 Al2O3/TMD 가스 센서는 단일 소재 가스 센서에 비해 회복 측면에서 월등한 것을 확인할 수 있다.
전이금속 칼코겐 화합물 가스 센서는 NO2 가스 이외의 다양한 가스에 대한 회복도를 향상시키는 데 적용할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치는 전원, 제어부 및 가스 센서를 포함할 수 있다.
전원은 각 구성 요소가 구동할 수 있도록 전기를 공급한다.
제어부는 마이크로프로세서, 아날로그 디지털 컨버터 등을 포함하며, 가스 센서의 전극으로부터 검출된 전기 신호의 세기를 측정하고, 전기 신호의 세기를 기준치와 비교한 결과에 따라 가스 감지 여부를 출력한다. 전기 신호는 전류 또는 전압 신호이다. 제어부는 전류 또는 전압에 관한 관계식에 따라 저항을 계산할 수 있다.
가스 센서는 전원에 연결되며, 다른 실시예에 따른 전이금속 칼코겐 화합물을 포함하는 가스 센서가 적용된다.
가스 감지 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
가스 감지 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 4에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 1 내지 도 4에 기재된 순서를 변경하거나 일부 과정을 생략하여 실행하거나, 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (5)
- 가스 센서의 제조 방법에 있어서,
전이금속 칼코겐화합물 기반의 전도층을 갖는 가스 센서를 준비하는 단계;
원자층 증착법을 이용하여 상기 전이금속 칼코겐화합물 기반의 전도층 위에 선택 차단 물질 영역을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 선택 차단 물질 영역을 형성하는 단계는,
상기 원자층 증착법의 사이클 수를 결정하는 단계;
상기 사이클 수에 따라 차단 물질을 이용하여 상기 전이금속 칼코겐화합물 기반의 전도층의 표면 결함 영역에 선택적 흡착시키는 단계를 포함하며,
상기 차단 물질은 Al2O3, SnO2, ZnO, ZrO2, Pt, Pd, Ru, Au, Ag를 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함하며,
상기 차단 물질은 에너지 결합 부위에 해당하는 상기 표면 결함 영역만을 선택적으로 덮어서 가스의 화학 흡착을 방해하여 회복도를 개선하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전이금속 칼코겐화합물(Transition Metal Dichalcogenides, TMD)는 MoSe2, WSe2, MoTe2, WTe2, ReS2, ReSe2를 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 사이클 수를 결정하는 단계는,
상기 사이클 수가 증가할수록 포토루미네선스(photoluminescence)의 세기가 감소하는 현상을 고려하여, 상기 포토루미네선스의 세기로 정의된 제1 조건 범위를 기준으로 상기 사이클 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 사이클 수를 결정하는 단계는,
상기 사이클 수가 증가할수록 포토루미네선스의 피크 위치의 적색 편이가 발생하는 현상을 고려하여, 상기 포토루미네선스의 피크 위치의 적색 편이로 정의된 제2 조건 범위를 기준으로 상기 사이클 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |