$MoO_3$를 첨가한 ZnO 박막 센서의 암모니아 가스 검지 특성

Ammonia Gas Sensing Characteristics of ZnO Based Thin Film Sensor Doped with $MoO_3$

감도가 우수하고 동작온도가 낮으며 반응속도가 빠른 암모니아 가스 센서를 제작하기 위해 ZnO에 촉매불순물 $MoO_3$의 첨가비와 박막 성장분위기 가스를 변화시키면서 RF 마그네트론 스펏터링 방법으로 박막을 성장하였다. 전기적 안정성을 향상시키기 위해 성장된 박막들을 aging 하여 센서를 제작한 후 암모니아 가스의 검지 특성을 조사하였다. 촉매불순물을 첨가하거나 산소분위기에서 성장된 박막의 경우 감도가 향상되었으며, 이는 표면 캐리어 농도와 전자이동도의 증가를 나타냈다. ZnO에 $MoO_3$를 무게비로 0.875 wt.% 첨가한 박막으로 제작한 센서가 160 ppm의 암모니아 가스 농도와 $300^{\circ}C$의 동작온도에서 70정도의 최대감도를 보였다. 산소분위기에서 $330^{\circ}C$로 72시간 동안 aging한 박막으로 만든 센서는 감도가 57정도로 감소하였으나, 센서의 동작온도가 $250^{\circ}C$로 낮아졌고, 선형성이 좋았으며 더 안정된 특성을 나타냈다.

Ammonia gas sensors were fabricated with ZnO-based thin films grown by RF-magnetron sputtering method. The films which were doped with $MoO_3$ catalysts of various weight percents were grown in different sputtering gases to fabricate the sensors with a high sensitivity, low working temperature and rapid response time. To improve electrical stability, the films were aged in various conditions. The sensors doped with the catalysts and grown in oxygen sputtering gas showed the improvement of sensitivity. These exhibited the increase of surface carrier concentration and electron mobility. The sensor with 0.875wt.% $MoO_3$ catalysts showed the maximum sensitivity of 70 in ammonia gas concentration of 160 ppm at a working temperature of $300^{\circ}C$. The sensor which is aged at $330^{\circ}C$ for 72hrs in oxygen ambient exhibited tourer sensitivity of 57, but more stable properties, excellent linearity.