Characteristics of TMA Gas Detection of a ZnO Thin Films by Annealing

열처리에 따른 ZnO 박막의 TMA 가스 검지 특성

ZnO thin-film sensors were fabricated by RF magnetron sputtering method. The composition of the device material was 4 wt. % $Al_{2}O_{3}$, 1 wt. % $TiO_{2}$ and 0.2 wt. % $V_{2}O_{5}$ on the basis of ZnO material for developing the high sensitive TMA gas sensor which have an appropriate resistivity and the stability for practical use. They were also grown on the $SiO_{2}/Si$ substrates heated at $250^{\circ}C$ under a pure oxygen pressure of about 10 mTorr with a power of about 80 watts for 10 minutes. So as to enhance the stability of the resistivity, the thin films were annealed from $400^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$. The sensors made with the thin film which were annealed at $700^{\circ}C$ for 60 minutes in pure oxygen gas exhibited a good sensing properties for TMA gas. The thin film grown at this condition showed the maximum sensitivity of 550 in TMA gas concentration of 160 ppm, and exhibited a good stability and excellent linearity.

적당한 크기의 저항률을 가지며 안정된 고감도 가스 센서 개발을 위해 ZnO를 기본물질로 하여 $Al_{2}O_{3}$를 4wt. %, $TiO_{2}$를 1wt. % 및 $V_{2}O_{5}$를 0.2 wt. %의 비율로 첨가시켜 타겟을 제작하여 RF 마그네트론 스퍼터링법 으로 ZnO 박막을 성장시켰다. 기판은 $SiO_{2}/Si$를 사용하였고, 박막의 부착이 좋도록 기판온도는 $250^{\circ}C$로 유지시켰으며, 10 mTorr의 산소분위기에서 약 80 W의 RF power로 10분간 박막을 성장시켰다. 보다 안정된 고감도의 박막을 제작하기 위해 $400^{\circ}C-800^{\circ}C$까지 열처리 한 결과, 산소분위기에서 $700^{\circ}C$로 60분 동안 열처리를 한 박막이 기타 다른 가스류(類)보다 TMA 가스에 대해 좋은 감지 특성을 나타냈으며 TMA 가스 농도 160 ppm에서 최대 550의 감도를 보였고, 안정성 및 선형성이 우수하였다.