화학센서용 다공성 ${\gamma}-Fe_2O_3$ 박막 제조

Fabrication of ${\gamma}-Fe_2O_3$ Thin Film for Chemical Sensor Application

PECVD법을 이용하여 $Al_2O_3$ 기판위에 증착된 $Fe_3O_4$박막의 상전이를 통하여 ${\gamma}-Fe_2O_3$ 박막을 제조하였다. ${\gamma}-Fe_2O_3$ 박막의 상전이는 주로 증착온도와 $Fe_3O_4$의 산화과정에 의해 유도되었다. $Fe_3O_4$ 상은 $200{\sim}300^{\circ}C$의 증착온도에서 in-situ로 얻을 수 있었다. 증착온도에 따른 상변화는 없었으며 $250^{\circ}C$에서 증착된 $Fe_3O_4$상이 가장 안정된 상을 나타내었다. ${\gamma}-Fe_3O_3$ 상은 $280{\sim}300^{\circ}C$의 온도범위에서 $Fe_3O_3$ 상을 산화시켜 유도하였다. $Fe_3O_4$ 상과 ${\gamma}-Fe_2O_3$ 상은 같은 spinel구조를 가지고 있으며 공존상으로서 존재함을 알 수 있었다. 또한, $Al_2O_3$에 산화된 ${\gamma}-Fe_2O_3$ 박막은 다공성의 미세구조를 나타내었다.

${\gamma}-Fe_2O_3$ thin films on $Al_2O_3$ substrate were prepared by the oxidation of $Fe_3O_4$ thin films processed by PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) technique. The phase transformation of ${\gamma}-Fe_2O_3$ thin films was mainly controlled by the substrate temperature and oxidation process of $Fe_3O_4$ phase. $Fe_3O_4$ phase was obtained at the deposition temperature of $200{\sim}300^{\circ}C$. $Fe_3O_4$ phase could be transformed into ${\gamma}-Fe_2O_3$ phase under controlled oxidation at $280{\sim}300^{\circ}C$. $Fe_3O_4$ and ${\gamma}-Fe_2O_3$ obtained by oxidation of $Fe_3O_4$ phase had the same spinel structure and were coexisted. The oxidized ${\gamma}-Fe_2O_3$ thin film on $Al_2O_3$ substrate showed a porous island structure.