에어로졸 증착 방법을 이용한 산화 갈륨 박막 기반의 자외선 센서 개발과 극한 환경에서의 안정성 확인 연구
Research of development of a gallium oxide thin film-based ultraviolet sensor using aerosol deposition method and verification of its stability under extreme environments
- 주제(키워드) UV-C photodetector , Ga2O3 thin film , aerosol deposition , extreme environment
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 류학기
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032876
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 기존의 필름 제작 방법보다 차별성 있는 에어로졸 증착 (AD) 이라는 방법을 활용하여 산화 갈륨 박막을 제작하였습니다. 일반적으로 산화 갈륨은 와이드 밴드 갭 재료로서 UV-C 영역의 파장을 선택적으로 감지하는데 적합합니다. 본 연구에서는 여러 장점이 있는 산화 갈륨을 이용하여 AD를 통해 박막을 제작한 후 UV-C photodetector로서의 특성을 평가했습니다. 에어로졸 증착 방법은 전구체로 사용하는 분말의 크기에 따라 박막의 상태가 달라집니다. 저는 다양한 크기의 산화 갈륨 분말을 사용하여 증착 결과를 확인한 후 가장 적합한 크기인 1.0 µm 크기의 산화 갈륨 분말을 최종적으로 선택하였습니다. 1.0 µm 크기의 산화 갈륨 분말을 사용하여 증착한 후 UV-C 영역의 파장에 가장 적합한 상인 베타상으로 상변화를 진행하고자 RTA를 통해 400, 600, 800도의 온도로 15분간 열처리를 진행하였습니다. 결과적으로 800도로 열처리한 산화 갈륨 박막에서 베타상이 우세함을 확인하였고, 그 결과 254nm 파장의 광원에 대한 측정 결과 약 40,000의 온/오프 비율과 높은 선택도를 확인할 수 있었습니다. 또한, 다양한 온도 환경에서의 안정성을 확인하고자 극저온 (-196℃)에서부터 고온 (150℃) 까지의 온도 범위에서 254nm 광원에 대한 측정결과 우수한 on/off 비율을 나타냄을 확인하였습니다. 또한, 극한 환경에서의 안정성을 확인하기 위해 박막에 감마선 조사 (100 kGy)를 진행하였으며, 그 결과 감마선 조사 전과 비슷한 성능을 나타냄을 확인하였습니다. 본 연구는 에어로졸 증착 방법으로 산화 갈륨 박막을 제작하는 연구로서, 향후 에어로졸 증착 방법을 이용한 산화 갈륨 박막 활용에 대한 학문적 관심을 불러올 것으로 기대합니다.
more목차
1. 서론 1
2. 이론적 배경 3
2.1 β-Gallium oxide (β-Ga2O3) 3
2.2 Aerosol deposition (AD) 5
3. 실험방법 9
3.1 합성법 9
3.2 소자 제작 및 분석 10
3.3 분석 방법 12
3.3.1 X-ray diffraction (XRD) 12
3.3.2 Scanning electron microscope (SEM) 12
3.3.3 Transmission electron microscopy (TEM) 13
3.3.4 Atomic force microscope (AFM) 13
3.3.5 UV-vis spectrophotometer 14
3.3.6 Line profile 14
4. 결과 및 고찰 15
4.1 분말의 크기 15
4.2 β-Ga2O3 박막의 특성 19
4.3 Photodetector 특성 평가 28
4.4 극한 환경에서의 photodetector 성능 평가 35
5. Conclusion 43
참고 문헌 44
