KR20030022835A - Al-doped ZnO:TiO2 나노다층박막 습도센서 - Google Patents

Al-doped ZnO:TiO2 나노다층박막 습도센서 Download PDF

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Abstract

은 전극(inter-digital Ag electrode)을 사용한 알루미나(Al2O3) 기판에 다층나노구조인 산화티타늄/알루미늄이 도핑된 산화아연(TiO2/Al-doped ZnO)과 알루미늄이 도핑된 산화아연/산화티타늄(Al-doped ZnO/TiO2)의 반도체막을 졸-겔 방법에 의해 제조하였으며, 그 반도체 박막을 이용한 습도 센서이다. 그 다층 반도체막은 나노입자와 다공질 구조를 갖는다. 다층박막의 두께는 513∼587 nm이며, 그 다층박막의 입자크기는 11.3∼24.6 nm이다.

Description

Al-doped ZnO:TiO2 나노다층박막 습도센서{ Humidity sensor using nanostructured-multilayered Al-doped ZnO:TiO2 thin films }
본 발명은 다층구조인 산화티타늄/알루미늄이 도핑된 산화아연(TiO2/Al-doped ZnO)과 알루미늄이 도핑된 산화아연/산화티타늄(Al-doped ZnO/TiO2)의 반도체막과 그들을 이용한 습도센서에 관한 것이다.
종래의 습도센서는 분말을 성형, 소결하여 제조한 벌크(bulk)형 세라믹 습도센서, 고가 장비를 이용하여 제조한 단층의 박막형 습도센서, 그리고 고분자를 이용한 폴리머 습도센서가 주류를 이루고 있다. 그중 벌크형 습도센서는 저비용으로 제조할 수 있으나 다양한 습도분위기에 민감하게 반응하기 위해 물분자를 잘 흡수해야 하는데 입자크기가 너무 커서 습도감도의 저하를 가져온다. 고가 장비를 이용한 박막형 습도센서는 나노입자를 갖는 박막을 제조 할 수 있음으로 좋은 습도감도를 나타내지만 고가 장비를 사용함으로서 생산단가가 높은 단점을 갖고 있다. 폴리머 습도센서는 저비용으로 제조할 수 있으나, 화학적 안정성이 결여되어 있다. 따라서 새로운 저비용 공정에 의해 나노구조를 갖는 산화물 반도체 다층박막을 이용한 저가격, 고감도의 습도센서의 개발이 요구되어졌다.
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 하는 목적으로 안출되었으며, 이 문제를 해결하기 위해 여러 가지 실험을 행한 후, 우선 은 전극 (inter-digital Ag electrode)이 부착된 알루미나(Al2O3) 기판에 산화티타늄과 알루미늄이 도핑된 산화아연의 코팅액을 이용하여 스핀코팅에 의해 알루미늄이 도핑된 산화아연과 산화티타늄의 산화물 반도체 단층박막을 제조하였다. 그후 단층 알루미늄이 도핑된 산화아연 박막위에 산화티타늄을 스핀코팅에 의해 코팅하여 다층박막을 제조하였다. 또한, 단층 산화티타늄 박막위에 알루미늄이 도핑된 산화아연을 스핀코팅하여 다층박막을 제조하였다. 이와 같은 다층박막을 이용하여 습도센서의 개발에 성공하였다.
본 발명의 제조공정은 졸-겔 공정에 의한 것으로 나노입자와 다공질 구조를 갖는 다층박막으로 이루어져 있으며, 저가격이며 실용성있는 습도센서를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
본 발명의 다층구조인 산화티타늄/알루미늄이 도핑된 산화아연(TiO2/Al-doped ZnO)과 알루미늄이 도정된 산화아연/산화티타늄(Al-doped ZnO/TiO2)의 산화물 반도체막은 고상반응에 의해 제조할 수 없는 나노입자 및 다공질 구조로 이루어진 박막이다. 그 산화물 반도체막을 제조하기 위해 나노입자를 갖는 콜로이드 용액 및코팅액을 제조하였다. 알루미늄이 도핑된 산화아연 코팅액은 디에탄올아민(Diethanolamine)을 이소프로판올(isopropanol)에 용해하였으며, 그용액에 zinc acetate dihydrate(Zn(CH3COO)2·2H2O )를 각반을 해가면서 넣었다. 그후 에탄올에 용해된 aluminum nitrate nonahydrate( Al(NO3)3·9H2O)을 0.6 at％ 첨가하였다. 그 용액을 투명하고 균일한 용액으로 만들기 위해 30분 동안 각반하였으며, 실온에서 10일 이상 에이징처리를 하여 안정한 코팅용액으로 사용하였다. 산화티타늄은 titanium tetraisopropoxide ( Ti(C3H7O)4)를 출발원료로 하여 가수분해, 해교, 수열처리를 통해 나노입자를 갖는 산화티타늄 콜로이드 용액을 제조하였다. 그 콜로이드 용액은 필요에 따라 물, 유기용매, 점도조절제 및 분산제를 첨가하여 코팅액으로 이용하였다.
다음으로 그 코팅액을 은 전극이 도포된 알루미나(Al2O3) 기판위에 스핀 코팅, 건조, 공기 중에서 소성하여 기판 위에 다층 산화물 반도체막을 형성하였다. 산화티타늄 반도체막을 형성하기 위해 100℃에서 1시간 건조 후 500℃에서 30분 공기 중에서 소성하였다. 알루미늄이 도핑된 산화아연의 경우 각 코팅 후 300℃에서 10분씩 공기중에서 열처리한 후 최종적으로 500℃에서 1시간 공기중에서 소성하였다. 그 이중막들은 나노입자를 갖는 다공질 구조의 막으로 되어있다.
본 발명의 습도센서는 은 전극 회로가 부착된 알루미나 기판위에 상기 다층구조인 산화티타늄/알루미늄이 도핑된 산화아연과 알루미늄이 도핑된 산화아연/산화티타늄의 산화물 반도체막으로 구성되어 있다. 그 산화물 다층박막을 이용한 습도센서는 30％ - 90％의 습도분위기에 노출시 큰 저항변화가 발생하였다.
상세한 실시 예
제작한 습도센서는 그 산화물 박막의 면적이 10 x 10mm2이다. 습도변화에 따른 저항의 변화를 electrometer로 측정하였다.
다층구조인 산화티타늄/알루미늄이 도핑된 산화아연(TiO2/Al-doped ZnO)과 알루미늄이 도핑된 산화아연/산화티타늄(Al-doped ZnO/TiO2)의 산화물 반도체막은 아래와 같이 제조하였다. 그 산화물 반도체막을 제조하기 위한 알루미늄이 도핑된 산화아연 코팅액은 다음과 같이 합성하였다. 디에탄올아민(Diethanolamine)을 이소프로판올(isopropanol)에 용해하였으며, 그용액에 zinc acetate dihydrate( Zn(CH3COO)2·2H2O )를 각반을 해가면서 넣었다. 그후 에탄올에 용해된 aluminum nitrate nonahydrate( Al(NO3)3·9H2O)을 0.6 at％ 첨가하였다. 그 용액을 투명하고 균일한 용액으로 만들기 위해 30분 동안 각반하였으며, 실온에서 10일 이상 에이징처리를 하여 안정한 코팅액으로 사용하였다. 산화티타늄은 titanium tetraisopropoxide ( Ti(C3H7O)4)를 출발원료로 하여 가수분해, 해교(110℃), 수열처리(190℃)를 통해 나노입자를 갖는 산화티타늄 콜로이드 용액을 제조하였으며, 필요에 따라 물, 유기용매, 점도조절제 및 분산제를 첨가하여 코팅액을 조제하였다. 다음으로 그 코팅액을 은 전극(inter-digital Ag electrode)이 도포된 알루미나(Al2O3) 기판 위에 스핀코팅 (회전속도 3000 rpm) 에 의해 코팅하였다. 산화티타늄의 최종 열처리는 500℃에서 30분간 공기중에서 소성하였다. 알루미늄이 도핑된 산화아연의 열처리는 각 코팅 후 300℃에서 10분씩 공기중에서 열처리한 후 최종적으로 500℃ 에서 1시간 공기중에서 소성하였다. 그 박막은 나노입자를 갖는 다공질 구조의 막으로 이루어져있다. 다층박막의 두께는 513∼587 nm이며, 입자크기는 11.3∼24.6 nm이다.
위와 같이, 은 전극회로가 부착된 알루미나 기판위에 다층구조인 산화티타늄/알루미늄이 도핑된 산화아연과 알루미늄이 도핑된 산화아연/산화티타늄이 코팅된 반도체막으로 구성된 습도센서이다. 이러한 습도센서에 있어서 30 ∼ 90％ 상대습도의 변화에 따른 저항의 변화는 다음 표 1에 정리해 놓은 바와 같다. 다층박막에 있어서 습도변화에 따른 저항변화를 나타내었으며, 비교를 위해서 단층박막의 습도변화에 따른 저항변화를 나타내었다. 특히, 알루미늄이 도핑된 산화아연/산화티타늄(Al-doped ZnO/TiO2) 산화물 반도체 다층박막의 경우 높은 습도 감지 특성을 나타내었으며, 상당히 폭이 좁은 hysteresis loop를 갖는다.
본 발명의 산화티타늄/알루미늄이 도핑된 산화아연(TiO2/Al-doped ZnO)과 알루미늄이 도핑된 산화아연/산화티타늄(Al-doped ZnO/TiO2)의 다층박막형 습도센서에서는 졸-겔 방법에 의해 나노입자와 다공질 구조를 갖는 새로운 산화물 반도체 다층막을 저가로 제조할 수 있기 때문에 기존의 습도센서와 비교하여 보다 저가로 고성능을 갖는 습도센서를 생산할 수 있다.

Claims (1)

  1. 나노입자와 다공질 구조를 갖는 다층나노구조인 산화티타늄/알루미늄이 도핑된 산화아연 (TiO2/Al-doped ZnO)과 알루미늄이 도핑된 산화아연/산화티타늄 (Al-doped ZnO/TiO2)의 산화물 반도체막을 이용한 습도센서.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2501466A4 (en) * 2009-11-11 2016-08-17 Nano Nouvelle Pty Ltd POROUS MATERIALS
WO2017030352A1 (ko) * 2015-08-18 2017-02-23 고려대학교 산학협력단 Azo/ag/azo 다층박막 구조를 갖는 플렉시블 투명 전극 및 그 제조방법
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