원자층 증착법을 이용한 이차원 전자층 전자 소자 개발

Abstract

현재 산업에서 쓰이는 주 에너지원은 화석연료이다. 화석연료가 주 에너지원으로 쓰이면서 대두되는 문제점은 단연 지구 온난화 문제이다. 따라서, 세계는 지구 온난화에 대한 여러가지 해결책을 제시하고 있다. 국제에너지기구(IEA) 보고서에서는 전기에너지 절약(38%), 재생에너지 보급(30%) 등을 통하여 이산화탄소를 저감할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 하지만, 재생에너지의 보급은 공급량이 일정하지 않는 문제가 있다. 따라서, 환경에 영향을 주지 않으며 단위 무게 당 가장 높은 에너지 밀도를 가지고 있는 수소를 에너지원으로 사용하는 수소 산업이 주목 받고 있다. 전 세계에서 수소를 사용하는 양은 년에 약 5000만 톤이다. 미래 수소는 자동차 연료, 연료전지의 발전, 수소로 이산화탄소를 제거하는 산업 등에서 두각을 드러낼 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 유럽의 에너지 정책 중심은 수소 정책이며, 국내에서는 수소 경제 로드맵을 발표하여 2040년까지 세계 최고 수소경제 선진국도약을 목표로 설정하였다. 수소 에너지에 대한 기대가 커지고, 수소산업에 대한 관심이 높아질수록 수소를 감지할 수 있는 수소 센서는 필수이다. 수소는 4-75% 농도의 넓은 범위에서 폭발하는 성질이 있고, 수소 가스의 무색, 무취 특성은 인간의 감각으로 감지하기에 불가능하다. 이에 따라, 수소의 생산, 보관, 사용 과정에서 수소의 누출을 방지하고 감지할 수 있는 센서가 반드시 필요하다. 수소센서는 미량의 수소 농도 측정이 가능해야 하며, 빠른 감지 성능을 가져야한다. 현재 사용되는 수소센서는 대부분 센서의 성능향상을 위해 외부적으로 온도를 올려 사용해야하는 단점이 있다. 본 연구에서는 대표적인 수소 감지 물질인 Pt를 전자빔 증착법으로 증착하고 ZnO를 원자층 증착법으로 증착하여 AlGaN/GaN 소자 위에 게이트 전극으로 활용함으로써 가스 센서를 제작하여 이러한 단점을 해결하고자 했다. 연구 결과 상온에서 빠르고(<40 s) 수소 가스 농도의 감지 범위가 넓으며(5ppm-1%) 센서의 감도가 매우 높은(~106%) 센서 개발에 성공하였다.