KR20220090142A - Transistor heterojunction hydrogen sensor including metal-nanoparticles dual catalyst layer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 촉매층을 포함하는 수소 센서의 제조 방법 및 수소 센서에 관한 것이다.
상세하게, 본 발명의 수소 센서의 제조 방법은, 기판상에 GaN층을 형성하는 단계; 상기 GaN층 상에 AlGaN 배리어층을 형성하는 단계; 상기 AlGaN 배리어층 상에 소스(source)와 드레인(drain)을 배치하는 오믹층 형성 단계; 및 상기 AlGaN 배리어층 상에 감지 물질층을 배치하는 감지 물질층 형성 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 감지 물질층 형성 단계는 제1 촉매층을 형성하는 단계 및 상기 제1 촉매층 상에 제2 촉매층을 형성하는 단계를 포함하고, 제2 촉매층은 스핀코팅법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a method for manufacturing a hydrogen sensor including a double catalyst layer and to a hydrogen sensor.
In detail, the method of manufacturing a hydrogen sensor of the present invention comprises the steps of forming a GaN layer on a substrate; forming an AlGaN barrier layer on the GaN layer; an ohmic layer forming step of disposing a source and a drain on the AlGaN barrier layer; and forming a sensing material layer, disposing a sensing material layer on the AlGaN barrier layer. Preferably, the step of forming the sensing material layer includes forming a first catalyst layer and forming a second catalyst layer on the first catalyst layer, and the second catalyst layer is formed by a spin coating method.

Description

금속-나노입자 이중 촉매층을 포함하는 이중접합 트랜지스터 수소 센서{Transistor heterojunction hydrogen sensor including metal-nanoparticles dual catalyst layer}Transistor heterojunction hydrogen sensor including metal-nanoparticles dual catalyst layer

본 발명은 금속-나노입자 이중 촉매층을 포함하는 이종접합 트랜지스터 수소 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a heterojunction transistor hydrogen sensor comprising a metal-nanoparticle double catalyst layer.

최근 수소는 기존의 석유 기반 연료를 대체하기 위한 청정 재생 에너지원으로 집중적으로 연구되고 있다. 수소 가스는 쉽게 점화되고 폭발하는 성질이 있기 때문에 누설 수소 가스를 감지하는 것이 중요하다. 즉, 수소 가스 농도를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 응답 특성이 향상된 수소 센서를 개발할 필요가 있다.Recently, hydrogen has been intensively studied as a clean renewable energy source to replace existing petroleum-based fuels. It is important to detect leaky hydrogen gas because hydrogen gas easily ignites and explodes. That is, there is a need to develop a hydrogen sensor with improved response characteristics capable of quickly and accurately detecting the hydrogen gas concentration.

특히, 수소 가스의 센싱이 필요로 하는 수소 촉매 반응 환경은 일반적인 환경보다 고온에서 이루어지기 때문에 고온에서도 수소 센서가 안정적으로 작동할 수 있어야 한다. 이에, 넓은 에너지 밴드 갭 특성이 있는 갈륨나이트라이드(GaN)를 기반으로 하는 센서가 적합하다. In particular, since the hydrogen catalytic reaction environment required for sensing of hydrogen gas is performed at a higher temperature than a general environment, the hydrogen sensor must be able to operate stably even at a high temperature. Accordingly, a sensor based on gallium nitride (GaN) with a wide energy band gap is suitable.

상세하게, GaN는 실리콘(Si), 갈륨아세나이드(GaAs)보다 넓은 에너지 밴드 갭 특성으로 인한 낮은 고유 캐리어 농도(intrinsic carrier concentration)를 가진다. 이 낮은 고유 캐리어 농도는 Si 및 GaAs와 같은 종래의 반도체 재료보다 훨씬 더 높은 온도에서도 반도체 특성을 유지할 수 있게 해주며 낮은 누설 전류(leakage current) 특성이 있도록 해준다. 따라서 GaN는 Si 및 GaAs와 같은 종래의 반도체 재료보다 수소 촉매 반응이 이루어지는 고온의 환경에서 안정적으로 작동할 수 있다.Specifically, GaN has a lower intrinsic carrier concentration than silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs) due to a wider energy band gap. This low intrinsic carrier concentration allows the semiconductor properties to be maintained at much higher temperatures than conventional semiconductor materials such as Si and GaAs and to have low leakage current properties. Therefore, GaN can work stably in a high-temperature environment where hydrogen-catalyzed reaction occurs than conventional semiconductor materials such as Si and GaAs.

나아가, AlGaN/GaN 이종접합(heterojunction) 트랜지스터를 수소 센서 플랫폼으로 사용할 때, AlGaN과 GaN 사이의 계면에 형성된 분극 유도 2차원 전자 가스(two-dimensional electron gas, 2DEG) 채널은 전자이동도가 높고 얇은 AlGaN 장벽층으로 인해 높은 고감도로 수소를 감지할 수 있다는 장점이 있다. 이에, AlGaN/GaN 고전자이동도트랜지스터 (high electron mobility transistor, HEMT) 센서 소자 플랫폼의 트랜지스터형 센서 소자로 수소를 탐지할 수 있다.Furthermore, when an AlGaN/GaN heterojunction transistor is used as a hydrogen sensor platform, the polarization-induced two-dimensional electron gas (2DEG) channel formed at the interface between AlGaN and GaN has high electron mobility and is thin. It has the advantage of being able to detect hydrogen with high sensitivity due to the AlGaN barrier layer. Accordingly, hydrogen can be detected with a transistor-type sensor device of an AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) sensor device platform.

특히, 센서 소자는 트랜지스터의 게이트 위치에 감지 물질인 촉매를 배치하여 표적 물질인 수소가 촉매에 부착될 때 표면 전위 변화로 기인한 전류 변화로 수소를 감지한다. 상기 수소 센서에 적용할 수 있는 적합한 촉매로 플래티늄(Pt), 팔라듐(Pd) 및 산화물 반도체(예 : ZnO, SnO2, TiO2)가 연구되어 왔다. 수소 확산 계수가 두 물질에 대해 유사하더라도 팔라듐(Pd)에서의 수소 용해도는 플래티늄(Pt)에서의 수소 용해도보다 약 3배 더 높다고 보고되었다.In particular, the sensor element detects hydrogen by a change in current caused by a change in surface potential when hydrogen as a target material is attached to the catalyst by disposing a catalyst, which is a sensing material, at the gate position of the transistor. Platinum (Pt), palladium (Pd) and oxide semiconductors (eg, ZnO, SnO2, TiO2) have been studied as suitable catalysts applicable to the hydrogen sensor. It has been reported that the solubility of hydrogen in palladium (Pd) is about three times higher than that in platinum (Pt), although the hydrogen diffusion coefficients are similar for the two materials.

한편, 산화물 반도체에서는 가스 분자는 산소 공격자점(oxygen vacancies)에 흡수된다. 수소 가스 감지 환경에서 산소 공격자점에 의한 환원 메커니즘 때문에 산화물 반도체를 기반으로 하는 수소 센서는 다른 가스와 수소를 구별하기 어렵다.On the other hand, in an oxide semiconductor, gas molecules are absorbed by oxygen vacancies. Because of the reduction mechanism by the oxygen attack point in the hydrogen gas sensing environment, it is difficult for a hydrogen sensor based on an oxide semiconductor to distinguish hydrogen from other gases.

최근에, 금속 산화물 반도체(예를 들어, ZnO, SnO2 및 TiO2)와 귀금속(Pt, Pd 및 Au)의 이중촉매로 수소 가스를 감지하는 것이 센서 성능을 향상시킨다고 보고되고 있다. 이와 관련하여, 일부 연구 그룹에서는 Pd 촉매에 ZnO 나노로드를 추가하여 수소(H2)의 검출특성을 향상한 연구결과를 발표하였다. 또한, TiO2 나노 튜브 기반 수소 센서에 Ni, Pd 및 Pt를 증착하여 수소 감지 능력을 향상하는 연구도 발표되었다.Recently, it has been reported that sensing hydrogen gas with a double catalyst of a metal oxide semiconductor (eg, ZnO, SnO 2 and TiO 2 ) and noble metals (Pt, Pd and Au) improves sensor performance. In this regard, some research groups have published research results of improving the detection characteristics of hydrogen (H 2 ) by adding ZnO nanorods to the Pd catalyst. In addition, research on improving the hydrogen sensing ability by depositing Ni, Pd and Pt on a TiO 2 nanotube-based hydrogen sensor was also published.

이와 같이 금속-나노입자 이중 촉매층을 수소 센서에 도입하는 것으로 수소의 감지 성능을 향상시킬 수 있다. 하지만, 금속-나노입자 이중 촉매를 제조하는 방법은 고비용의 복잡한 방법으로 제조되어 왔다. 이에 본 발명에서는 간단한 방법으로 금속-나노입자 결합층을 제조할 수 있는 수소 센서의 촉매를 제시한다.In this way, by introducing the metal-nanoparticle double catalyst layer into the hydrogen sensor, the hydrogen sensing performance can be improved. However, a method for preparing a metal-nanoparticle double catalyst has been prepared by a complicated method at a high cost. Accordingly, in the present invention, a catalyst for a hydrogen sensor capable of preparing a metal-nanoparticle bonding layer in a simple manner is presented.

본 발명은 간단하고 저렴한 방법으로 금속-나노입자 이중 촉매층을 수소 센서의 촉매로 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a metal-nanoparticle double catalyst layer as a catalyst for a hydrogen sensor in a simple and inexpensive way.

또한, 본 발명은 수소에 노출되었을 때 감지 응답이 향상된 수소 센서의 이중 촉매층을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a double catalyst layer of a hydrogen sensor with improved sensing response when exposed to hydrogen.

또한, 본 발명은 금속-나노입자 이중 촉매층을 포함하는 이종접합 트랜지스터 수소 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a heterojunction transistor hydrogen sensor including a metal-nanoparticle double catalyst layer.

본 발명은 이중 촉매층을 포함하는 수소 센서의 제조 방법 및 수소 센서에 대하여 제시한다. The present invention provides a method for manufacturing a hydrogen sensor including a double catalyst layer and a hydrogen sensor.

상세하게, 본 발명의 수소 센서의 제조 방법은, 기판상에 GaN층을 형성하는 단계; 상기 GaN층 상에 AlGaN 배리어층을 형성하는 단계; 상기 AlGaN 배리어층 상에 소스(source)와 드레인(drain)을 배치하는 오믹층 형성 단계; 및 상기 AlGaN 배리어층 상에 감지 물질층을 배치하는 감지 물질층 형성 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 감지 물질층 형성 단계는 제1 촉매층을 형성하는 단계 및 상기 제1 촉매층 상에 제2 촉매층을 형성하는 단계를 포함하고, 제2 촉매층은 스핀코팅법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In detail, the method of manufacturing a hydrogen sensor of the present invention comprises the steps of forming a GaN layer on a substrate; forming an AlGaN barrier layer on the GaN layer; an ohmic layer forming step of disposing a source and a drain on the AlGaN barrier layer; and forming a sensing material layer, disposing a sensing material layer on the AlGaN barrier layer. Preferably, the step of forming the sensing material layer includes forming a first catalyst layer and forming a second catalyst layer on the first catalyst layer, and the second catalyst layer is formed by a spin coating method.

실시 예에 있어서, 상기 AlGaN 배리어층 상에 제1 절연막을 형성하는 단계를 더 포함한다.In an embodiment, the method further includes forming a first insulating film on the AlGaN barrier layer.

실시 예에 있어서, 상기 오믹층 형성 단계에서 소정 온도에서 급속 열처리를 더 포함한다.In an embodiment, the step of forming the ohmic layer further includes a rapid heat treatment at a predetermined temperature.

실시 예에 있어서, 상기 감지 물질층 형성 단계 이후에 상기 오믹층 상에 금속 패드 전극을 배치하는 패드 형성 단계를 포함한다.In an embodiment, the step of forming a pad includes disposing a metal pad electrode on the ohmic layer after the step of forming the sensing material layer.

실시 예에 있어서, 상기 감지 물질층 형성 단계에서 상기 감지 물질층은, 상기 소스와 드레인 사이의 영역에 배치한다.In an embodiment, in the forming of the sensing material layer, the sensing material layer is disposed in a region between the source and the drain.

실시 예에 있어서, 상기 제1 촉매층은 Pd를 포함한다.In an embodiment, the first catalyst layer includes Pd.

실시 예에 있어서, 상기 오믹층 및 감지 물질층이 배치된 영역 사이에 제2 절연막을 형성하는 단계를 더 포함한다.In an embodiment, the method further includes forming a second insulating layer between the region where the ohmic layer and the sensing material layer are disposed.

실시 예에 있어서, 상기 절연막 형성 단계 후에 상기 제2 촉매층을 형성하고, 상기 제2 촉매층은 ZnO 나노입자를 포함한다.In an embodiment, the second catalyst layer is formed after the insulating film forming step, and the second catalyst layer includes ZnO nanoparticles.

실시 예에 있어서, 상기 제2 촉매층은 상기 ZnO 나노입자가 분산된 소정 용액을 스핀코팅법으로 형성한다.In an embodiment, the second catalyst layer is formed by spin coating a predetermined solution in which the ZnO nanoparticles are dispersed.

실시 예에 있어서, 상기 소정 용액은 적어도 2종 이상의 용매가 혼합된 공용매인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the predetermined solution is a cosolvent in which at least two or more solvents are mixed.

실시 예에 있어서, 상기 ZnO 나노입자의 평균 직경은 3 내지 10 nm 범위인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the average diameter of the ZnO nanoparticles is characterized in that the range of 3 to 10 nm.

실시 예에 있어서, 상기 제2 촉매층을 형성한 후 소정의 열처리를 수행한다.In an embodiment, after forming the second catalyst layer, a predetermined heat treatment is performed.

또한, 본 발명은 수소 센서에 관한 것으로, 기판상에 적층된 GaN 버퍼층과 GaN 채널층; 상기 GaN 채널층 상에 배치되는 AlGaN 배리어층; 상기 AlGaN 배리어층 상에 배치되는 소스(source)와 드레인(drain)을 포함하는 오믹층; 및 상기 AlGaN 배리어층 상에 배치되는 감지 물질층을 포함한다. 나아가, 상기 감지 물질층은 제1 촉매층과 제2 촉매층이 적층되는 것을 특징으로 한다.The present invention also relates to a hydrogen sensor, comprising: a GaN buffer layer and a GaN channel layer stacked on a substrate; an AlGaN barrier layer disposed on the GaN channel layer; an ohmic layer including a source and a drain disposed on the AlGaN barrier layer; and a sensing material layer disposed on the AlGaN barrier layer. Furthermore, the sensing material layer is characterized in that a first catalyst layer and a second catalyst layer are stacked.

실시 예에 있어서, 상기 AlGaN 배리어층 상에 제1 절연막이 더 배치된다. In an embodiment, a first insulating layer is further disposed on the AlGaN barrier layer.

실시 예에 있어서, 상기 오믹층 상에 금속 패드 전극이 더 배치된다.In an embodiment, a metal pad electrode is further disposed on the ohmic layer.

실시 예에 있어서, 상기 감지 물질층은 상기 소스와 드레인 사이의 영역에 배치된다.In an embodiment, the sensing material layer is disposed in a region between the source and the drain.

실시 예에 있어서, 상기 제1 촉매층은 Pd를 포함한다. In an embodiment, the first catalyst layer includes Pd.

실시 예에 있어서, 상기 제2 촉매층은 ZnO 나노입자를 포함한다. In an embodiment, the second catalyst layer includes ZnO nanoparticles.

실시 예에 있어서, 상기 ZnO 나노입자의 평균 직경은 3 내지 10 nm 범위인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the average diameter of the ZnO nanoparticles is characterized in that the range of 3 to 10 nm.

실시 예에 있어서, 상기 제2 촉매층의 두께는 10 내지 100 nm의 범위인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the thickness of the second catalyst layer is characterized in that the range of 10 to 100 nm.

실시 예에 있어서, 상기 오믹층 및 감지 물질층이 배치된 영역 사이에 제2 절연막이 배치된다.In an embodiment, a second insulating layer is disposed between the region in which the ohmic layer and the sensing material layer are disposed.

본 발명에 따른 수소 센서의 제조방법에 의하면, 감지 물질층 형성 단계에서 제1 촉매층 및 제2 촉매층을 형성하여 수소 센서의 응답 특성을 개선할 수 있다. 나아가, 제2 촉매층은 ZnO 나노입자가 분산된 소정 용액을 스핀코팅하여 제조 비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다. According to the method for manufacturing a hydrogen sensor according to the present invention, the response characteristics of the hydrogen sensor can be improved by forming the first catalyst layer and the second catalyst layer in the sensing material layer forming step. Furthermore, the second catalyst layer has the effect of reducing manufacturing cost by spin-coating a predetermined solution in which ZnO nanoparticles are dispersed.

또한, 제2 촉매층을 형성하는 단계에서 적어도 2종 이상의 용매가 혼합된 공용매에 ZnO 나노입자가 용액 상에 균질하게 분산시킨 소정 용액을 기반으로 제2 촉매층을 형성하여 제2 촉매층을 균일하게 형성할 수 있다.In addition, in the step of forming the second catalyst layer, the second catalyst layer is uniformly formed by forming the second catalyst layer based on a predetermined solution in which ZnO nanoparticles are homogeneously dispersed in a cosolvent in which at least two or more solvents are mixed. can do.

본 발명에 따른 수소 센서는 제1 촉매층 상에 제2 촉매층을 배치하여 수소 흡수를 향상시키는 것으로 반응도가 향상된 수소 센서를 제공할 수 있다. 상세하게, 제2 촉매층은 ZnO 나노입자를 포함하는 것으로 수소 가스와의 반응 표면적이 증가되어 수소 분자 흡수가 향상되는 효과가 있다.The hydrogen sensor according to the present invention may provide a hydrogen sensor with improved reactivity by improving hydrogen absorption by disposing a second catalyst layer on the first catalyst layer. In detail, the second catalyst layer includes ZnO nanoparticles, and the reaction surface area with hydrogen gas is increased to improve absorption of hydrogen molecules.

도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 수소 센서의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 2a는 본 발명의 감지 물질층의 제2 촉매층을 형성하는 ZnO 나노입자의 XRD 패턴이고, 도 2b와 도 2c는 제2 촉매층을 형성하는 ZnO 나노입자의 현미경 이미지이다.
도 3은 다양한 용매에 ZnO 나노입자가 분산된 용액 및 다양한 용액으로 스핀코팅하여 ZnO 나노입자를 포함하는 박막을 제조한 이미지이다. 도 3 (h)는 클로로포름/에탄올 공용매에서 클로로포름 부피 분율의 영향에 따른 ZnO 나노입자의 평균 직경 및 막 두께를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 수소 주입 유무에 따른 본 발명의 감지 물질층을 가지는 이종접합 트랜지스터 수소 센서와 비교 예의 수소 센서의 온도별 전류-전압 특성을 비교한 도면이고, 도 4f에서는 온도에 따른 바이어스 의존 응답 특성을 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 실시 예와 비교 예의 이종접합 트랜지스터 수소 센서의 반복성 특성을 나타내는 도면이고, 도 5b는 도 5a를 확대한 도면이다.
1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a hydrogen sensor according to the present invention.
2A is an XRD pattern of ZnO nanoparticles forming the second catalyst layer of the sensing material layer of the present invention, and FIGS. 2B and 2C are microscope images of ZnO nanoparticles forming the second catalyst layer.
3 is an image of a thin film containing ZnO nanoparticles prepared by spin-coating with a solution in which ZnO nanoparticles are dispersed in various solvents and various solutions. 3(h) is a diagram showing the average diameter and film thickness of ZnO nanoparticles according to the effect of the chloroform volume fraction in a chloroform/ethanol cosolvent.
4A to 4E are diagrams comparing current-voltage characteristics for each temperature of a heterojunction transistor hydrogen sensor having a sensing material layer of the present invention and a hydrogen sensor of a comparative example according to whether hydrogen is injected or not, and in FIG. 4f, bias dependence according to temperature Represents the response characteristics.
FIG. 5A is a diagram illustrating repeatability characteristics of a heterojunction transistor hydrogen sensor according to an embodiment of the present invention and a comparative example, and FIG. 5B is an enlarged view of FIG. 5A.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In addition, in the description of the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.It is also understood that when an element, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being “on” another component, it may be directly present on the other element or intervening elements in between. There will be.

본 발명은 AlGaN/GaN HEMT 센서를 기반으로 하는 이종접합 트랜지스터 수소 센서를 제공한다. 나아가, 금속-나노입자 이중 촉매층을 수소 센서에 도입하여 센서의 수소의 감지 성능을 향상시키는 방법에 대하여 개시한다.The present invention provides a heterojunction transistor hydrogen sensor based on an AlGaN/GaN HEMT sensor. Furthermore, a method for improving the hydrogen sensing performance of the sensor by introducing a metal-nanoparticle double catalyst layer into a hydrogen sensor is disclosed.

도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 수소 센서(1000)의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a hydrogen sensor 1000 according to the present invention.

도 1a를 참조하면, 수소 센서는 AlGaN/GaN 이종 접합 플랫폼으로부터 제조된다. 기판(100) 상에 GaN층(200) 및 AlGaN 배리어층(300)을 형성한다. 이때, GaN층(200)은 GaN 버퍼층과 GaN 채널층을 포함할 수 있다. AlGaN 배리어층(300) 상에는 제1 절연막(400)이 적층될 수 있다. 제1 절연막(400)은 실시 예에 따라서 GaN 캡(410)에 SiNx층(420)이 적층된 구조일 수도 있다. Referring to Figure 1a, the hydrogen sensor is fabricated from an AlGaN/GaN heterojunction platform. A GaN layer 200 and an AlGaN barrier layer 300 are formed on the substrate 100 . In this case, the GaN layer 200 may include a GaN buffer layer and a GaN channel layer. A first insulating layer 400 may be stacked on the AlGaN barrier layer 300 . The first insulating layer 400 may have a structure in which a SiNx layer 420 is stacked on a GaN cap 410 according to an embodiment.

또한, AlGaN 배리어층(300)에 소스(source)와 드레인(drain)을 배치될 수 있다. 여기서 소스(source)와 드레인(drain)은 구분을 하지 아니하고 오믹층(500)으로 정의할 수 있다. 오믹층(500)은 금속으로 형성될 수 있다. 오믹층(500)은 전술된 제1 절연막(400)의 일부 영역을 제거하고 AlGaN 배리어층(300)의 두께 방향으로 일부 식각한 다음 배치할 수 있다.In addition, a source and a drain may be disposed on the AlGaN barrier layer 300 . Here, the source and the drain are not distinguished and may be defined as the ohmic layer 500 . The ohmic layer 500 may be formed of a metal. The ohmic layer 500 may be disposed after removing a partial region of the first insulating layer 400 and partially etching the AlGaN barrier layer 300 in the thickness direction.

오믹층(500)은 하나 이상의 금속층이 적층된 형태일 수 있다. 또한 오믹층(500)을 형성 후 낮은 옴 접촉 저항을 달성하기 위해서 소정 온도에서 급속 열처리가 수행될 수 있다. The ohmic layer 500 may be in a form in which one or more metal layers are stacked. In addition, after forming the ohmic layer 500, rapid heat treatment may be performed at a predetermined temperature in order to achieve a low ohmic contact resistance.

도 1b를 참조하면, 오믹층(500) 외각의 AlGaN 배리어층(300)과 GaN층(200) 일부를 식각하여 수소 센서 소자를 격리한다.Referring to FIG. 1B , the AlGaN barrier layer 300 and part of the GaN layer 200 of the outer shell of the ohmic layer 500 are etched to isolate the hydrogen sensor device.

도 1c를 참조하면, 오믹층(500)을 형성하는 소스와 드레인 사이의 영역에 제1 촉매층(610)을 형성한다. 제1 촉매층(610)은 제1 절연막(400)과 AlGaN 배리어층(300)의 두께 방향으로 일부 식각한 다음 배치할 수 있다. 제1 촉매층(610)은 Pd을 포함한다. 바람직하게 제1 촉매층(610)은 Pd를 증착한 필름 형태일 수 있다.Referring to FIG. 1C , the first catalyst layer 610 is formed in a region between the source and the drain forming the ohmic layer 500 . The first catalyst layer 610 may be disposed after partial etching in the thickness direction of the first insulating layer 400 and the AlGaN barrier layer 300 . The first catalyst layer 610 includes Pd. Preferably, the first catalyst layer 610 may be in the form of a film deposited with Pd.

도 1d를 참조하면, 오믹층(500) 상에 금속 패드 전극(510)을 배치할 수 있다. 금속 패드 전극(510)은 금속으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1D , a metal pad electrode 510 may be disposed on the ohmic layer 500 . The metal pad electrode 510 may be formed of a metal.

도 1e를 참조하면, 수소 센서의 표면 패시베이션을 위하여 제2 절연막(700)을 도 1d의 수소 센서 표면 전체에 증착할 수 있다. Referring to FIG. 1E , a second insulating layer 700 may be deposited on the entire surface of the hydrogen sensor of FIG. 1D for surface passivation of the hydrogen sensor.

도 1f를 참조하면, 제2 절연막(700) 일부를 식각하여 제1 촉매층(610)과 오믹층(500)을 노출할 수 있다. 이에, 제2 절연막(700)은 오믹층(500)과 제1 촉매층(610) 사이에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1F , a portion of the second insulating layer 700 may be etched to expose the first catalyst layer 610 and the ohmic layer 500 . Accordingly, the second insulating layer 700 may be disposed between the ohmic layer 500 and the first catalyst layer 610 .

도 1g를 참조하면, 제1 촉매층(610) 상에 제2 촉매층(620)을 배치하여 감지 물질층(600)을 형성할 수 있다. 제2 촉매층(620)은 ZnO 나노입자를 포함할 수 있다. 상세하게, 제2 촉매층(620)은 ZnO 나노입자가 분산된 소정 용액으로 스핀코팅하여 형성할 수 있다. 이때, ZnO 나노입자의 평균 직경은 10 nm 미만이 것이 적절하다. ZnO 나노입자 평균 직경이 10 nm 이상인 경우 나노입자 사이 공극이 크게 발생하며 나노입자의 적층에 따른 표면적 증가 효과가 낮다.Referring to FIG. 1G , the sensing material layer 600 may be formed by disposing the second catalyst layer 620 on the first catalyst layer 610 . The second catalyst layer 620 may include ZnO nanoparticles. In detail, the second catalyst layer 620 may be formed by spin coating with a predetermined solution in which ZnO nanoparticles are dispersed. In this case, it is appropriate that the average diameter of the ZnO nanoparticles is less than 10 nm. When the average diameter of the ZnO nanoparticles is 10 nm or more, voids between the nanoparticles are large, and the effect of increasing the surface area according to the stacking of the nanoparticles is low.

나아가, ZnO 나노입자가 분산된 소정 용액은 적어도 2종 이상의 용매가 혼합된 공용매일 수 있다. 또한, 제2 촉매층(620)의 두께는 10 내지 100 nm의 범위일 수 있다. 제2 촉매층(620)의 두께가 10 nm 미만인 경우 ZnO에서 흡수되는 수소의 양이 적기 때문에 개선의 정도가 약하며, 100 nm 보다 두꺼운 경우 ZnO 나노입자 층의 표면에서 흡수된 수소가 제1 촉매층(610)까지 확산을 통하여 도달하는 거리가 멀어져 이 또한 개선의 효과가 높지 않다.Furthermore, the predetermined solution in which the ZnO nanoparticles are dispersed may be a co-solvent in which at least two or more solvents are mixed. In addition, the thickness of the second catalyst layer 620 may be in the range of 10 to 100 nm. When the thickness of the second catalyst layer 620 is less than 10 nm, the degree of improvement is weak because the amount of hydrogen absorbed from ZnO is small. ), the distance reached through diffusion is long, so the effect of improvement is not high.

덧붙여, 스핀코팅으로 제2 촉매층(620)을 형성한 다음 소정의 열처리로 ZnO 나노입자를 더욱 견고히 하는 것으로 개시된 본 발명의 수소 센서(1000)를 제조할 수 있다. In addition, the hydrogen sensor 1000 of the present invention disclosed by forming the second catalyst layer 620 by spin coating and then further hardening the ZnO nanoparticles by a predetermined heat treatment can be manufactured.

전술된 공용매를 기반으로 하는 ZnO 나노입자가 분산된 소정 용액은 균일한 제2 촉매층(620)을 형성할 수 있도록 해준다. ZnO 나노입자를 포함하는 제2 촉매층(620)의 균일도는 용매에 의하여 크게 영향을 받는다. 예를 들어 클로로포름, 부탄올 또는 에탄올과 같은 순수한 용매를 사용하는 경우는 ZnO 나노입자를 포함하는 제2 촉매층(620)의 균일도가 떨어지는 결과를 야기하였다. 제2 촉매층(620)을 형성하는 스핀코팅 용액에 대한 실험은 후술하기로 한다.A predetermined solution in which ZnO nanoparticles are dispersed based on the above-described cosolvent makes it possible to form a uniform second catalyst layer 620 . The uniformity of the second catalyst layer 620 including ZnO nanoparticles is greatly affected by the solvent. For example, when a pure solvent such as chloroform, butanol, or ethanol is used, the uniformity of the second catalyst layer 620 including ZnO nanoparticles is deteriorated. An experiment on the spin coating solution for forming the second catalyst layer 620 will be described later.

한편, 종래의 금속-나노입자 이중 촉매를 제조하는 방법은 고비용의 복잡한 방법으로 제조되어 왔지만, 본 발명에서는 ZnO 나노입자가 분산된 소정 용액을 스핀코팅하는 간단한 방법으로 금속-나노입자 이중 촉매(Pd/ZnO NP)의 제조 비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다.On the other hand, the conventional method for preparing a metal-nanoparticle double catalyst has been prepared by a high-cost and complicated method, but in the present invention, a metal-nanoparticle double catalyst (Pd) is a simple method of spin-coating a predetermined solution in which ZnO nanoparticles are dispersed. /ZnO NP) has the effect of reducing the manufacturing cost.

수소 센서(1000)는 기판(100) 상에 GaN층(200) 및 AlGaN 배리어층(300)이 배치되고, 상세하게, GaN층(200)은 GaN 버퍼층과 GaN 채널층을 포함할 수 있다. AlGaN 배리어층(300) 상에는 제1 절연막(400)이 더 적층될 수 있으며, 제1 절연막(400)은 실시 예에 따라서 GaN 캡(410)에 SiNx층(420)이 적층된 구조일 수도 있다.In the hydrogen sensor 1000 , a GaN layer 200 and an AlGaN barrier layer 300 are disposed on a substrate 100 , and in detail, the GaN layer 200 may include a GaN buffer layer and a GaN channel layer. A first insulating layer 400 may be further stacked on the AlGaN barrier layer 300 , and the first insulating layer 400 may have a structure in which a SiNx layer 420 is stacked on a GaN cap 410 according to an embodiment.

AlGaN 배리어층(300) 상에는 오믹층(500)이 배치되고, 오믹층(500)은 소스(source)와 드레인(drain)으로 구분될 수 있다. 오믹층(500) 상에는 금속으로 형성되는 금속 패드 전극(510)이 배치될 수 있다. 나아가, 오믹층(500) 외각의 AlGaN 배리어층(300)과 GaN층(200) 일부가 식각되어 수소 센서 소자가 격리된다.An ohmic layer 500 is disposed on the AlGaN barrier layer 300 , and the ohmic layer 500 may be divided into a source and a drain. A metal pad electrode 510 formed of a metal may be disposed on the ohmic layer 500 . Further, the AlGaN barrier layer 300 and the GaN layer 200 outside the ohmic layer 500 are partially etched to isolate the hydrogen sensor element.

한편, 감지 물질층(600)은 오믹층(500)을 형성하는 소스와 드레인 사이의 영역에 배치된다. 감지 물질층(600)은 제1 촉매층(610)과 제2 촉매층(620)으로 형성될 수 있으며, 제1 촉매층(610) 상에 제2 촉매층(620)이 적층된다. 감지 물질층(600)과 오믹층(500) 사이에 제2 절연막(700)이 배치되는 것으로 본 발명의 수소 센서(1000)를 형성할 수 있다.Meanwhile, the sensing material layer 600 is disposed in a region between the source and drain forming the ohmic layer 500 . The sensing material layer 600 may be formed of a first catalyst layer 610 and a second catalyst layer 620 , and a second catalyst layer 620 is stacked on the first catalyst layer 610 . The hydrogen sensor 1000 of the present invention may be formed by disposing the second insulating layer 700 between the sensing material layer 600 and the ohmic layer 500 .

감지 물질층(600)에 대하여 설명하자면, 제1 촉매층(610)은 Pd을 포함할 수 있고, 바람직하게 제1 촉매층(610)은 Pd를 증착한 필름 형태일 수 있다. 제1 촉매층(610)의 두께는 10 내지 50 nm 범위의 수준일 수 있다. 제2 촉매층(620)은 ZnO 나노입자로 형성될 수 있으며, 평균 직경은 3 내지 10nm 범위이다. 나아가, 제2 촉매층(620)의 두께는 10 내지 100 nm의 범위로 형성된다.To describe the sensing material layer 600 , the first catalyst layer 610 may include Pd, and preferably, the first catalyst layer 610 may be in the form of a Pd-deposited film. The thickness of the first catalyst layer 610 may be in the range of 10 to 50 nm. The second catalyst layer 620 may be formed of ZnO nanoparticles, and have an average diameter in the range of 3 to 10 nm. Furthermore, the thickness of the second catalyst layer 620 is formed in the range of 10 to 100 nm.

제1 촉매층(610)과 제2 촉매층(620)을 포함하는 감지 물질층(600)은 금속-나노입자 이중 촉매로 이를 수소 센서에 도입하는 것으로 수소의 감지 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 제2 촉매층(620)이 나노입자로 형성되므로 감지 가스인 수소와의 반응 표면적이 증가되는 효과가 있다. 이에, 본 발명은 수소 분자 흡수가 향상되어 반응도가 향상된 수소 센서(1000)를 제공할 수 있다. 나아가, 제2 촉매층(620)으로 개선된 반응도는 수소 센서(1000) 소자의 표면 전위를 변화시켜 AlGaN/GaN 계면에서의 채널 전류 변화를 증폭하여 수소 센서(1000)의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The sensing material layer 600 including the first catalyst layer 610 and the second catalyst layer 620 is a metal-nanoparticle double catalyst, and the hydrogen sensing performance can be improved by introducing it to the hydrogen sensor. In particular, since the second catalyst layer 620 is formed of nanoparticles, a reaction surface area with hydrogen, which is a sensing gas, is increased. Accordingly, the present invention can provide the hydrogen sensor 1000 having improved reactivity by improving the absorption of hydrogen molecules. Furthermore, the reactivity improved by the second catalyst layer 620 can improve the performance of the hydrogen sensor 1000 by changing the surface potential of the hydrogen sensor 1000 element to amplify the channel current change at the AlGaN/GaN interface. there is

이하에서는, 본 발명의 실시 예 및 실험 예에 대하여 설명한다.Hereinafter, embodiments and experimental examples of the present invention will be described.

도 2a는 본 발명의 감지 물질층의 제2 촉매층을 형성하는 ZnO 나노입자의 XRD 패턴이고, 도 2b와 도 2c는 제2 촉매층을 형성하는 ZnO 나노입자의 현미경 이미지이다. 전술한 것과 같이 본 발명의 수소 센서는 ZnO 나노입자를 포함하는 소정 용액으로 제2 촉매층을 형성한다. 이에, ZnO 나노입자를 합성하는 실시 예에 대하여 설명한다.2A is an XRD pattern of ZnO nanoparticles forming the second catalyst layer of the sensing material layer of the present invention, and FIGS. 2B and 2C are microscope images of ZnO nanoparticles forming the second catalyst layer. As described above, the hydrogen sensor of the present invention forms the second catalyst layer with a predetermined solution containing ZnO nanoparticles. Accordingly, an embodiment of synthesizing ZnO nanoparticles will be described.

ZnO 나노입자의 합성Synthesis of ZnO nanoparticles

Zn을 포함하는 전구체 물질을 가수 분해하는 것으로 ZnO 나노 입자를 제조하며, 원심 분리로 반응 상의 불순물을 제거할 수 있다. 제조된 ZnO 나노 입자로 스핀코팅을 수행하기 위해서 소정 용매에 초음파기를 사용하여 분산할 수 있다.ZnO nanoparticles are prepared by hydrolyzing a precursor material containing Zn, and impurities in the reaction can be removed by centrifugation. In order to perform spin coating with the prepared ZnO nanoparticles, they can be dispersed in a predetermined solvent using an ultrasonicator.

일 실시 예로, Zn(CH3COO)2·2H2O(Sigma-Aldrich)를 메탄올(Sigma-Aldrich, 99.9 %)에서 KOH(Samchun, 95 %)로 가수 분해하여 ZnO 나노입자를 합성하였다. 상세하게, Zn(CH3COO)2·2H2O 용액(125 ml 메탄올에서 13.4 mM)과 KOH 용액 (65 ml 메탄올에서 23 mM) 교반하였으며, 반응 시간은 2시간으로 하였다.As an example, ZnO nanoparticles were synthesized by hydrolyzing Zn(CH 3 COO) 2 ·2H 2 O(Sigma-Aldrich) with KOH (Samchun, 95%) in methanol (Sigma-Aldrich, 99.9%). Specifically, a Zn(CH 3 COO) 2 ·2H 2 O solution (13.4 mM in 125 ml methanol) and a KOH solution (23 mM in 65 ml methanol) were stirred, and the reaction time was 2 hours.

혼합 용액의 반응으로 ZnO 나노입자가 형성되었으며, 원심 분리(4000 rpm, 20 분 동안, Lagogene, 124BR)로 ZnO 나노입자를 분리하였다. ZnO 나노입자 표면에 존재하는 임의의 불순물을 제거하기 위해서 원심 분리, 상청액을 경사 분리 및 메탄올에 ZnO 나노입자를 분산하는 공정을 3회 이상 반복하였다.ZnO nanoparticles were formed by the reaction of the mixed solution, and the ZnO nanoparticles were separated by centrifugation (4000 rpm, for 20 min, Lagogene, 124BR). Centrifugation, decanting the supernatant, and dispersing the ZnO nanoparticles in methanol were repeated three or more times to remove any impurities present on the surface of the ZnO nanoparticles.

도 2a를 참조하면, ZnO 나노입자의 결정 구조는 X- 선 회절 (XRD, D / MAX-2200, Rigaku, Cu Kα의 X- 선 빔 소스)으로 특정하였다. 합성된 ZnO 나노입자(PDF # 36-1451)의 결정 구조는 분말 XRD에 의해 특성화되었다. (100), (002), (101), (102), (110), (103) 및 (100)에 해당하는 31.8°, 34.5°, 47.5°, 56.6°, 62.9° 및 68°에서의 피크를 나타내는 결정질 ZnO를 확인하였다.Referring to Fig. 2a, the crystal structure of ZnO nanoparticles was characterized by X-ray diffraction (XRD, D/MAX-2200, Rigaku, X-ray beam source of Cu Kα). The crystal structure of the synthesized ZnO nanoparticles (PDF # 36-1451) was characterized by powder XRD. Peaks at 31.8°, 34.5°, 47.5°, 56.6°, 62.9° and 68° corresponding to (100), (002), (101), (102), (110), (103) and (100) It was confirmed that crystalline ZnO showing

도 2b와 도 2c를 참조하면, ZnO NP의 형태 및 결정 구조는 고해상도 투과 전자 현미경(HRTEM, Tecnai G2F30)으로 특정하였다. HRTEM로 관찰한 ZnO 나노입자의 형상으로 합성된 ZnO는 0.26 nm 및 0.25 nm의 격자 간격을 나타내며 이는 각각 (002) 및 (101) 평면에 해당하는 결정임을 알 수 있다. 덧붙여 ZnO 나노입자의 평균 직경은 3 내지 10 nm 범위이다.2b and 2c, the morphology and crystal structure of ZnO NPs were characterized by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM, Tecnai G2F30). ZnO synthesized in the shape of ZnO nanoparticles observed by HRTEM showed lattice spacing of 0.26 nm and 0.25 nm, indicating that the crystals correspond to the (002) and (101) planes, respectively. In addition, the average diameter of ZnO nanoparticles is in the range of 3 to 10 nm.

한편, ZnO 나노입자로 균일하게 형성된 제2 촉매층을 제조하기 위해서는 ZnO 나노입자를 용액상에 균일하게 분산하는 것이 필수적이다. 이에, 다양한 용매로 ZnO 나노입자의 분산도를 확인하고, 적절한 용매를 선택하였다. On the other hand, in order to prepare the second catalyst layer uniformly formed of ZnO nanoparticles, it is essential to uniformly disperse the ZnO nanoparticles in a solution phase. Accordingly, the dispersion degree of ZnO nanoparticles in various solvents was confirmed, and an appropriate solvent was selected.

균일한 ZnO 나노입자 코팅을 달성하기 위해 상이한 용매(클로로포름, 부탄올, 에탄올 및 다양한 혼합비를 갖는 클로로포름 / 에탄올의 공용)를 시험하였다. 이는 도 3에 나타내었다.Different solvents (chloroform, butanol, ethanol and co-existence of chloroform/ethanol with various mixing ratios) were tested to achieve a uniform ZnO nanoparticle coating. This is shown in FIG. 3 .

도 3의 (a)는 다양한 ZnO 나노입자 분산액으로 투명도가 높을수록 잘 분산된 용액이다. 왼쪽부터 용매를 설명하자면 부탄올, 에탄올, 에탄올/클로로포름(3:1), 에탄올/클로로포름(2:1), 에탄올/클로로포름(1:1), 에탄올/클로로포름(1:2), 에탄올/클로로포름(1:3), 클로로포름이다. 이때, 혼합 용매의 비율은 부피비율로 혼합된다.Figure 3 (a) is a dispersion of various ZnO nanoparticles, the higher the transparency, the better the dispersed solution. The solvents are explained from left to right: butanol, ethanol, ethanol/chloroform (3:1), ethanol/chloroform (2:1), ethanol/chloroform (1:1), ethanol/chloroform (1:2), ethanol/chloroform ( 1:3), chloroform. At this time, the ratio of the mixed solvent is mixed in a volume ratio.

도 3의 (b) 내지 (g)는 각각의 용매를 이용한 ZnO 나노입자 분산액을 스핀코팅하여 제조한 박막의 이미지이다. (b)클로로포름; (c)부탄올; (d)클로로포름/에탄올(1:3, v:v); (e)클로로포름/에탄올(1:1, v:v); 및 (g)클로로포름/에탄올(3:1, v:v)으로 용매를 기반으로 제조된 박막의 ZnO 나노입자 SEM 이미지이다. (g)클로로포름/에탄올(3:1, v:v)으로 용매의 ZnO 나노입자가 응집없이 가장 균일한 박막을 형성하였다. 3 (b) to (g) are images of thin films prepared by spin-coating a dispersion of ZnO nanoparticles using each solvent. (b) chloroform; (c) butanol; (d) chloroform/ethanol (1:3, v:v); (e) chloroform/ethanol (1:1, v:v); and (g) ZnO nanoparticles SEM image of a thin film prepared based on a solvent with chloroform/ethanol (3:1, v:v). (g) ZnO nanoparticles as a solvent with chloroform/ethanol (3:1, v:v) formed the most uniform thin film without aggregation.

도 3 (h)는 클로로포름/에탄올 공용매에서 클로로포름 부피 분율의 영향에 따른 ZnO 나노입자의 평균 직경 및 막 두께를 나타내는 도면이다. 여기에서, ZnO 나노입자의 평균 직경 및 막 두께는 클로로포름의 75%에서 최소를 나타내었고, 이로부터 클로로포름/에탄올(3:1, v:v)으로 공용매에서 ZnO 나노입자 분산 및 박막이 가장 균질함이 확인되었다. 따라서, 제2 촉매층을 형성하기 위해서 ZnO 나노입자를 포함하는 스핀코팅 용액은 클로로포름/에탄올의 부피당 3 : 1로 최적화되었다.3 (h) is a diagram showing the average diameter and film thickness of ZnO nanoparticles according to the effect of the chloroform volume fraction in the chloroform/ethanol cosolvent. Here, the average diameter and film thickness of ZnO nanoparticles showed a minimum in 75% of chloroform, and from this, dispersion of ZnO nanoparticles in a cosolvent with chloroform/ethanol (3:1, v:v) and the thin film were the most homogeneous. was confirmed. Therefore, in order to form the second catalyst layer, the spin coating solution containing ZnO nanoparticles was optimized to be 3:1 per volume of chloroform/ethanol.

본 발명의 실시 예 및 실험 예에서는 전술된 도 3의 설명에 기반하여 아래와 같이 ZnO 나노입자의 분산액의 제조하여 스핀코팅 용액으로 사용하였다.In Examples and Experimental Examples of the present invention, a dispersion of ZnO nanoparticles was prepared and used as a spin coating solution as follows based on the description of FIG. 3 described above.

ZnO 나노입자의 분산액의 제조Preparation of Dispersion of ZnO Nanoparticles

제조된 ZnO 나노입자를 초음파기를 사용하여 2시간 동안 클로로포름/에탄올(3:1, v:v)에 최종적으로 분산시켰다. 최종적으로 15mg/ml 농도를 가지는 ZnO 나노입자 용액을 얻었다.The prepared ZnO nanoparticles were finally dispersed in chloroform/ethanol (3:1, v:v) for 2 hours using an ultrasonicator. Finally, a solution of ZnO nanoparticles having a concentration of 15 mg/ml was obtained.

이중 촉매층을 포함하는 수소 센서의 제조Preparation of a hydrogen sensor including a double catalyst layer

실시 예Example

수소 센서는 AlGaN/GaN 이종 접합 플랫폼에서 제조되었다. AlGaN/GaN 이종 접합 에피택셜 층을 1mm 두께의 Si(111) 기판상에서 성장시켰다. 기판 상에 4.2μm GaN 버퍼층, 420nm GaN 채널층, 23nm Al0.24Ga0.76N 배리어층, 3.5nm GaN 캡층 및 10nm in-situ SiNx 패시베이션층이 순차적으로 적층된다. 이때, AlGaN/GaN에 형성되는 2-DEG 농도는 9 × 1012 cm-2이고 이동도는 1,470 cm2/V.s였다.The hydrogen sensor was fabricated on an AlGaN/GaN heterojunction platform. An AlGaN/GaN heterojunction epitaxial layer was grown on a 1 mm thick Si(111) substrate. A 4.2 μm GaN buffer layer, a 420 nm GaN channel layer, a 23 nm Al 0.24 Ga 0.76 N barrier layer, a 3.5 nm GaN cap layer, and a 10 nm in-situ SiNx passivation layer are sequentially stacked on the substrate. At this time, the concentration of 2-DEG formed in AlGaN/GaN was 9 × 10 12 cm -2 and the mobility was 1,470 cm 2 /Vs.

기판 상에 GaN 버퍼층 내지 in-situ SiNx 패시베이션층이 제조된 소자를 용매 세정 후, 오믹층을 형성할 영역을 포토리소그래피를 이용하여 정의하고, CF4 기반 유도 결합 플라즈마 식각 방법으로 in-situ SiNx 패시베이션층, GaN 캡을 식각하고, 하부 AlGaN 배리어층은 Cl2/BCl2 기반 반응성 이온 식각 방법으로 중간까지 식각하였다.After solvent cleaning the device in which the GaN buffer layer or the in-situ SiNx passivation layer is prepared on the substrate, the region where the ohmic layer is to be formed is defined using photolithography, and the in-situ SiNx passivation is performed using a CF 4 based inductively coupled plasma etching method. The layer and the GaN cap were etched, and the lower AlGaN barrier layer was etched to the middle by a Cl 2 /BCl 2 based reactive ion etching method.

이어서, Ti/Al/Ni/Au(= 200/1200/250/500 Å) 금속 증착하여 오믹층을 형성한 후, 접촉 저항을 개선하기 위해서 N2 분위기에서 800 ℃, 30 초 동안 급속 열처리를 수행하였다. Then, after forming an ohmic layer by depositing Ti/Al/Ni/Au (= 200/1200/250/500 Å) metal, rapid heat treatment is performed at 800° C. for 30 seconds in an N 2 atmosphere to improve contact resistance. did

감지 물질층이 형성되는 영역은 오믹층 사이의 영역으로 정의하였으며, 오믹층 형성을 위한 식각과 동일하게 수행하였다. 상세하게, 감지 물질층 하부 AlGaN 배리어 층 두께는 10 nm이다. 감지 물질층은 24 × 100 μm2의 넓이로 정의하였으며, 이 영역에 제1 촉매층인 Pd 필름을 30nm 두께로 증착하였다.The region where the sensing material layer was formed was defined as the region between the ohmic layers, and the same etching was performed to form the ohmic layer. Specifically, the thickness of the AlGaN barrier layer under the sensing material layer is 10 nm. The sensing material layer was defined to have an area of 24 × 100 μm 2 , and a Pd film as a first catalyst layer was deposited to a thickness of 30 nm in this area.

앞서 형성한 오믹층 상에 Ti/Au (= 20/250 nm) 금속층을 증착하여 패드 전극을 형성하고, 표면 패시베이션을 위해 PECVD로 100 nm SiNx 막을 190℃ 온도 조건에 증착하여 제2 절연층을 형성하였다. 오믹층 및 감지 물질층이 형성되는 영역 상에 적층된 제2 절연층은 CF4 기반 유도 결합 플라즈마 식각 방법으로 제거되었다.A Ti/Au (= 20/250 nm) metal layer was deposited on the previously formed ohmic layer to form a pad electrode, and for surface passivation, a 100 nm SiNx film was deposited by PECVD at a temperature of 190°C to form a second insulating layer. did The second insulating layer deposited on the region where the ohmic layer and the sensing material layer were formed was removed by a CF 4 based inductively coupled plasma etching method.

클로로포름/에탄올의 공용매(3:1, v:v)에 ZnO 나노입자가 분산된 용액을 3000rpm 동안 30초 동안 스핀 코팅하여 두께 20nm의 제2 촉매층을 형성하였다. 추가적으로 120℃에서 1시간 동안 열처리하여, 제2 촉매층을 견고히 하였다.A solution in which ZnO nanoparticles were dispersed in a cosolvent of chloroform/ethanol (3:1, v:v) was spin-coated at 3000 rpm for 30 seconds to form a second catalyst layer with a thickness of 20 nm. Additionally, heat treatment was performed at 120° C. for 1 hour to harden the second catalyst layer.

비교 예comparative example

한편, 본 발명의 이중 촉매층을 포함하는 수소 센서 성능을 비교하기 위하여 앞선 실시 예와 동일한 방법으로 비교 예의 수소 센서도 제조하되 제2 촉매층이 배제된 단일 Pd 촉매를 가지는 수소 센서를 제조하였다.Meanwhile, in order to compare the performance of the hydrogen sensor including the double catalyst layer of the present invention, the hydrogen sensor of the comparative example was also prepared in the same manner as in the previous example, but a hydrogen sensor having a single Pd catalyst excluding the second catalyst layer was prepared.

실험 예 1: 센서 특성 평가Experimental Example 1: Sensor Characteristics Evaluation

가스 쳄버에서 25 ℃에서 250 ℃까지 다양한 온도에서 센서 특성화를 수행하였고, 반응 시험에 4 % 수소 가스를 사용하였다. 도 4a 내지 도 4e는 수소 주입 유무에 따른 본 발명의 감지 물질층을 가지는 이종접합 트랜지스터 수소 센서와 비교 예의 수소 센서의 온도별 전류-전압 특성을 나타내었다.Sensor characterization was performed at various temperatures from 25 °C to 250 °C in a gas chamber, and 4% hydrogen gas was used for the reaction test. 4A to 4E show current-voltage characteristics for each temperature of a heterojunction transistor hydrogen sensor having a sensing material layer of the present invention and a hydrogen sensor of a comparative example according to the presence or absence of hydrogen injection.

수소 센서가 수소에 노출되었을 때, 출력 전류 레벨은 증가하였다. 출력 전류 레벨은 Pd-H 화학 반응으로 기인한 물질 감지층의 표면 전위가 감소하는 것과 연관된다. 온도가 상승함에 따라 감지 전류와 대기 전류 레벨 모두가 감소하는데 이는 온도 상승에 따른 산란으로 인한 전자이동도의 감소와 연관된다. When the hydrogen sensor was exposed to hydrogen, the output current level increased. The output current level is associated with a decrease in the surface potential of the material sensing layer due to the Pd-H chemical reaction. As the temperature increases, both the sensing current and the quiescent current level decrease, which is associated with a decrease in electron mobility due to scattering with increasing temperature.

실시 예와 비교 예의 수소 센서를 살펴보면 모든 온도에서 대기 전류 레벨이 소폭 변화하는 것이 관찰되었다. 하지만, 수소에 노출되었을 때 실시 예인 이중 촉매층을 가지는 수소 센서가 수소에 대하여 감지 응답이 더욱 향상된 결과로 실시 예의 전류 레벨의 증가가 더 큰 것으로 관찰되었다.Looking at the hydrogen sensors of Examples and Comparative Examples, it was observed that the standby current level slightly changed at all temperatures. However, it was observed that the increase in the current level of the embodiment was larger as a result of the hydrogen sensor having a double catalyst layer, which is the embodiment, when exposed to hydrogen, the sensing response to hydrogen was further improved.

반응도는 아래와 같이 정의된다.Reactivity is defined as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Igas는 수소 주입으로 측정된 출력 전류 레벨이고, Iair는 수소가 주입되지 않은 상태에서 대기 전류 레벨이다. 도 4f에서는 온도에 따른 바이어스 의존 응답 특성을 나타낸다. 실시 예와 비교 예의 수소 센서 모두 온도가 증가함에 따라 반응 속도가 증가하였다. 최대 반응도는 200℃에서 관찰되었다. 250℃에서 반응도가 약간 감소하였으며, 이는 반응의 활성화가 낮아지는 영향보다는 전자이동도가 더욱 지배적으로 영향을 주기 때문이다. 즉, 온도에 따른 반응도와 전자이동도는 서로 상충 관계이다.Here, I gas is an output current level measured by hydrogen injection, and I air is a standby current level in a state in which hydrogen is not injected. 4F shows the bias-dependent response characteristic according to temperature. Both the hydrogen sensors of Examples and Comparative Examples increased the reaction rate as the temperature increased. The maximum reactivity was observed at 200 °C. At 250°C, the reactivity slightly decreased, because the electron mobility had a more dominant influence than the effect of lowering the activation of the reaction. That is, the reactivity and electron mobility according to the temperature have a conflicting relationship with each other.

도 4f를 참조하면, 실시 예의 이중 촉매층을 포함하는 수소 센서는 바이어스 전압 또는 온도에 관계없이 비교 예의 Pd 단일 촉매에 비해 상당히 높은 응답 특성을 나타냈다. 이하에서는 수소 센서의 기작에 대하여 설명한다. Referring to FIG. 4f , the hydrogen sensor including the double catalyst layer of the example exhibited significantly higher response characteristics than the Pd single catalyst of the comparative example regardless of the bias voltage or temperature. Hereinafter, the mechanism of the hydrogen sensor will be described.

본 발명의 이중 촉매층(ZnO-NPs/Pd)이 수소 가스에 노출될 때 제2 촉매층(ZnO 나노입자)의 산소 공격자점(oxygen vacancies)에서 수소 분자가 이온화되고 포획된다. ZnO 나노입자로 형성되어 표면적이 증가한 제2 촉매층은 더욱 효과적으로 수소 가스의 흡수를 할 수 있다. When the double catalyst layer (ZnO-NPs/Pd) of the present invention is exposed to hydrogen gas, hydrogen molecules are ionized and captured at the oxygen vacancies of the second catalyst layer (ZnO nanoparticles). The second catalyst layer, which is formed of ZnO nanoparticles and has an increased surface area, can absorb hydrogen gas more effectively.

이어서 제2 촉매층(ZnO 나노입자)에서 포획된 수소 이온은 하부 Pd 층에 용해된다. 이 과정은 비교 예의 수소 분자가 Pd에 직접 용해되는 경우보다 더 용이하게 이루어진다. 비교 예의 Pd 단일 촉매의 경우 일부 수소 이온이 Pd에 완전히 용해되지 않아 다시 수소 가스로 배출된다. 하지만, 실시 예의 이중 촉매층으로 형성되는 감지 물질층은 수소 가스를 재흡수하여 이온화 공정을 반복함으로써 Pd 층에 용해된 수소의 양을 증가시킨다.Then, the hydrogen ions captured in the second catalyst layer (ZnO nanoparticles) are dissolved in the lower Pd layer. This process is made easier than when the hydrogen molecules of the comparative example are directly dissolved in Pd. In the case of the Pd single catalyst of the comparative example, some hydrogen ions are not completely dissolved in Pd and are discharged as hydrogen gas again. However, the sensing material layer formed of the double catalyst layer of the embodiment increases the amount of hydrogen dissolved in the Pd layer by repeating the ionization process by reabsorbing hydrogen gas.

이후에 실시 예의 제1 촉매층(Pd 층)에서 수소 확산의 화학 반응은 쌍극자 효과를 유발하고 AlGaN/GaN 이종 접합의 표면 전위를 변화시킨다. 수소 흡수가 증가하면 표면 전위가 감소하여 AlGaN/GaN의 2DEG 농도가 증가하여 전류 레벨이 증가한다. 수소 센서의 반응은 가역적이고, 수소 공급이 종료되면 초기 상태를 회복할 수 있다.Thereafter, the chemical reaction of hydrogen diffusion in the first catalyst layer (Pd layer) of the embodiment induces a dipole effect and changes the surface potential of the AlGaN/GaN heterojunction. As the hydrogen absorption increases, the surface potential decreases, which increases the 2DEG concentration of AlGaN/GaN, resulting in an increase in the current level. The reaction of the hydrogen sensor is reversible, and the initial state can be restored when the hydrogen supply is terminated.

실험 예 2: 반복성 측정Experimental Example 2: Repeatability Measurement

수소 센성의 반복성 시험을 위해 온도는 200℃로 설정하였다. 상세하게, 4% 수소 가스를 10초 동안 주입하고, 50초 동안 유지하는 과정을 반복하였다. 바이어스 전압은 3V로 설정하였다.For the repeatability test of hydrogen sensitivity, the temperature was set at 200 °C. In detail, the process of injecting 4% hydrogen gas for 10 seconds and holding for 50 seconds was repeated. The bias voltage was set to 3V.

도 5a는 본 발명의 실시 예와 비교 예의 이종접합 트랜지스터 수소 센서의 반복성 특성을 나타내는 도면이고, 도 5b는 도 5a를 확대한 도면이다.5A is a diagram illustrating repeatability characteristics of a heterojunction transistor hydrogen sensor according to an embodiment of the present invention and a comparative example, and FIG. 5B is an enlarged view of FIG. 5A.

도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 실시 예와 비교 예의 수소 센서는 수소 주입이 정지되었을 때 초기 전류 레벨로 회복되었고, 안정적이고 우수한 반복성 특성을 나타내었다. 수소 센서의 반복성 특성 중 응답 시간은 포화 전류가 90% 수준에 도달하는 시간으로 정의하였고, 복구 시간은 포화 전류가 10% 수준으로 돌아가는 시간으로 정의하였다. As shown in FIGS. 5A and 5B , the hydrogen sensors of the Example and Comparative Example recovered to the initial current level when hydrogen injection was stopped, and exhibited stable and excellent repeatability characteristics. Among the repeatability characteristics of the hydrogen sensor, the response time was defined as the time for the saturation current to reach the 90% level, and the recovery time was defined as the time for the saturation current to return to the 10% level.

비교 예의 수소 센서는 반응 및 회복 시간이 모두 1초였으나, 실시 예의 수소 센서는 응답 및 복구 시간이 각각 2초와 1.5초였다. 이는 이중 촉매층을 가지는 실시 예의 수소 센서의 ZnO 나노입자에 존재하는 산소 공격자점(oxygen vacancies)에서의 트래핑(trapping) 및 디트래핑(detrapping) 공정에 기인한다. The hydrogen sensor of Comparative Example had both response and recovery times of 1 second, but the hydrogen sensor of Example had response and recovery times of 2 seconds and 1.5 seconds, respectively. This is due to the trapping and detrapping processes at oxygen vacancys present in the ZnO nanoparticles of the hydrogen sensor of the embodiment having a double catalyst layer.

전술한 바와 같이 실시 예의 수소 센서의 응답 및 복구 시간이 비교 예에 비해 길기는 하지만 이는 수소를 감지하는데 지배적으로 영향을 미치는 수준은 아니며, 실시 예 역시 비교 예와 마찬가지로 종래의 센서와 비교하여 빠른 응답 속도를 가진다. As described above, although the response and recovery time of the hydrogen sensor of the embodiment is longer than that of the comparative example, this is not at a level that predominantly affects the detection of hydrogen, and the embodiment also responds faster than the conventional sensor, similar to the comparative example. have speed

즉, 실시 예의 수소 반응 속도는 수소 센서의 적용 환경을 고려할 때 큰 단점이 되지 않으며 오히려 제2 촉매층으로 표면적이 넓어진 효과와 수소의 감지 성능이 향상된 것은 비교 예 또는 종래의 수소 센서보다 개선된 점이다. 따라서, 본 발명의 이중 촉매층을 포함하는 수소 센서는 스핀코팅으로 제2 촉매층을 형성하는 저비용의 공정이며, 성능 또한 향상된다는 장점이 있다.That is, the hydrogen reaction rate of the embodiment is not a major disadvantage when considering the application environment of the hydrogen sensor, but rather the effect of increasing the surface area with the second catalyst layer and improving the hydrogen detection performance is an improvement over the comparative example or the conventional hydrogen sensor . Therefore, the hydrogen sensor including the double catalyst layer of the present invention is a low-cost process of forming the second catalyst layer by spin coating, and has the advantage of improved performance.

이상에서 설명한 수소 센서는 위에서 설명된 실시 예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The hydrogen sensor described above is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but should be considered as an example. The above embodiments may be configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

본 연구는 한국전력공사의 2018년 착수 에너지 거점대학 클러스터 사업에 의해 지원되었음 (과제번호: R18XA02).This study was supported by Korea Electric Power Corporation's 2018 Energy Hub University Cluster Project (task number: R18XA02).

Claims (21)

기판상에 GaN층을 형성하는 단계;
상기 GaN층 상에 AlGaN 배리어층을 형성하는 단계;
상기 AlGaN 배리어층 상에 소스(source)와 드레인(drain)을 배치하는 오믹층 형성 단계; 및
상기 AlGaN 배리어층 상에 감지 물질층을 배치하는 감지 물질층 형성 단계를 포함하고,
상기 감지 물질층 형성 단계는 제1 촉매층을 형성하는 단계 및
상기 제1 촉매층 상에 제2 촉매층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 촉매층을 포함하는 수소 센서의 제조방법.
forming a GaN layer on the substrate;
forming an AlGaN barrier layer on the GaN layer;
an ohmic layer forming step of disposing a source and a drain on the AlGaN barrier layer; and
a sensing material layer forming step of disposing a sensing material layer on the AlGaN barrier layer;
The sensing material layer forming step includes forming a first catalyst layer and
A method of manufacturing a hydrogen sensor including a double catalyst layer, characterized in that it comprises the step of forming a second catalyst layer on the first catalyst layer.
제1항에 있어서,
상기 AlGaN 배리어층 상에 제1 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 수소 센서의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a hydrogen sensor further comprising the step of forming a first insulating film on the AlGaN barrier layer.
제1항에 있어서,
상기 오믹층 형성 단계에서 소정 온도에서 급속 열처리를 더 포함하는 수소 센서의 제조방법.
The method of claim 1,
Method of manufacturing a hydrogen sensor further comprising a rapid heat treatment at a predetermined temperature in the ohmic layer forming step.
제1항에 있어서,
상기 감지 물질층 형성 단계 이후에 상기 오믹층 상에 금속 패드 전극을 배치하는 패드 형성 단계를 포함하는 수소 센서의 제조방법
According to claim 1,
A method of manufacturing a hydrogen sensor including a pad forming step of disposing a metal pad electrode on the ohmic layer after the sensing material layer forming step
제1항에 있어서,
상기 감지 물질층 형성 단계에서 상기 감지 물질층은,
상기 소스와 드레인 사이의 영역에 배치하는 수소 센서의 제조방법.
According to claim 1,
In the sensing material layer forming step, the sensing material layer is
A method of manufacturing a hydrogen sensor disposed in a region between the source and the drain.
제1항에 있어서,
상기 제1 촉매층은 Pd를 포함하는 수소 센서의 제조방법.
According to claim 1,
The first catalyst layer is a method of manufacturing a hydrogen sensor comprising Pd.
제1항에 있어서,
상기 오믹층 및 감지 물질층이 배치된 영역 사이에 제2 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 소수 센서의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a small number sensor further comprising the step of forming a second insulating film between the region where the ohmic layer and the sensing material layer are disposed.
제7항에 있어서,
상기 절연막 형성 단계 후에 상기 제2 촉매층을 형성하고,
상기 제2 촉매층은 ZnO 나노입자를 포함하는 수소 센서의 제조방법.
8. The method of claim 7,
forming the second catalyst layer after the insulating film forming step;
The second catalyst layer is a method of manufacturing a hydrogen sensor comprising ZnO nanoparticles.
제8항에 있어서,
상기 제2 촉매층은 상기 ZnO 나노입자가 분산된 소정 용액을 스핀코팅법으로 형성하는 수소 센서의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The second catalyst layer is a method of manufacturing a hydrogen sensor in which a predetermined solution in which the ZnO nanoparticles are dispersed is formed by spin coating.
제9항에 있어서,
상기 소정 용액은 적어도 2종 이상의 용매가 혼합된 공용매인 수소 센서의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The predetermined solution is a method of manufacturing a hydrogen sensor in which at least two or more solvents are mixed.
제9항에 있어서,
상기 ZnO 나노입자의 평균 직경은 3 내지 10 nm 범위인 수소 센서의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The average diameter of the ZnO nanoparticles is a method of manufacturing a hydrogen sensor in the range of 3 to 10 nm.
제8항에 있어서,
상기 제2 촉매층을 형성한 후 소정의 열처리를 수행하는 수소 센서의 제조방법.
9. The method of claim 8,
A method of manufacturing a hydrogen sensor for performing a predetermined heat treatment after forming the second catalyst layer.
기판상에 적층된 GaN 버퍼층과 GaN 채널층;
상기 GaN 채널층 상에 배치되는 AlGaN 배리어층;
상기 AlGaN 배리어층 상에 배치되는 소스(source)와 드레인(drain)을 포함하는 오믹층; 및
상기 AlGaN 배리어층 상에 배치되는 감지 물질층을 포함하고,
상기 감지 물질층은 제1 촉매층과 제2 촉매층이 적층되는 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 촉매층을 포함하는 수소 센서.
a GaN buffer layer and a GaN channel layer stacked on a substrate;
an AlGaN barrier layer disposed on the GaN channel layer;
an ohmic layer including a source and a drain disposed on the AlGaN barrier layer; and
a sensing material layer disposed on the AlGaN barrier layer;
The sensing material layer is a hydrogen sensor comprising a double catalyst layer, characterized in that it comprises a first catalyst layer and a second catalyst layer is laminated.
제13항에 있어서,
상기 AlGaN 배리어층 상에 제1 절연막이 더 배치되는 수소 센서.
14. The method of claim 13,
A hydrogen sensor further comprising a first insulating layer disposed on the AlGaN barrier layer.
제13항에 있어서,
상기 오믹층 상에 금속 패드 전극이 더 배치되는 수소 센서.
14. The method of claim 13,
A hydrogen sensor in which a metal pad electrode is further disposed on the ohmic layer.
제13항에 있어서,
상기 감지 물질층은 상기 소스와 드레인 사이의 영역에 배치되는 수소 센서.
14. The method of claim 13,
The sensing material layer is disposed in a region between the source and the drain.
제13항에 있어서,
상기 제1 촉매층은 Pd를 포함하는 수소 센서.
14. The method of claim 13,
The first catalyst layer is a hydrogen sensor comprising Pd.
제13항에 있어서,
상기 제2 촉매층은 ZnO 나노입자를 포함하는 수소 센서.
14. The method of claim 13,
The second catalyst layer is a hydrogen sensor comprising ZnO nanoparticles.
제18항에 있어서,
상기 ZnO 나노입자의 평균 직경은 3 내지 10 nm 범위인 수소 센서.
19. The method of claim 18,
The average diameter of the ZnO nanoparticles is in the range of 3 to 10 nm hydrogen sensor.
제18항에 있어서,
상기 제2 촉매층의 두께는 10 내지 100 nm의 범위인 수소 센서.
19. The method of claim 18,
The thickness of the second catalyst layer is in the range of 10 to 100 nm hydrogen sensor.
제13항에 있어서,
상기 오믹층 및 감지 물질층이 배치된 영역 사이에 제2 절연막이 배치되는 수소 센서.
14. The method of claim 13,
A hydrogen sensor in which a second insulating layer is disposed between the region in which the ohmic layer and the sensing material layer are disposed.
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