Abstract
[ $WO_3$ ] and $NiO-WO_3$ thin films were deposited on a Si (100) substrate by using high vacuum thermal evaporation. The effects of various film thicknesses on the surface morphology $WO_3$ and $NiO-WO_3$ thin films were investigated. X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) were employed to characterize the deposited films. The results suggest that as $WO_3$ thin films became thick, their grain grew up to a $0.6{\mu}m$. On the other hand, NiO-doping to $WO_3$ thin films inhibited the grain growth five times less than undoped $WO_3$ thin films. This results show that NiO doping inhibited the grain growing of $WO_3$ thin films. Also, the variation of NOx sensitivity $(R_{NOx}/R_{air})$ to the thickness of $WO_3$ and $NiO-WO_3$ thin films were measured according to the thickness change of thin films and the working temperature of sensor in 5ppm NOx gas. As a result, $NiO-WO_3$ thin films showed more excellent properties than $WO_3$ thin films for NOx sensitivity.
본 연구는 $WO_3$ 박막과 $NiO-WO_3$ 박막을 고진공 저항가열식 thermal evaporation 법으로 (100) n형의 실리콘 단결정 기판 위에 증착시켰고, 막의 결정성 증진을 위하여 공기 중 $500^{\circ}C$에서 30분 동안 열처리하였다. 박막의 결정성 및 결정구조를 분석하기 위해서 X선 회절분석기를 사용하였고, 표면 및 단면 관찰을 위해서는 주사전자현미경을 이용하였다. 그리고 화학 조성 결합에너지는 XPS를 이용하였다. 순수 $WO_3$ 박막의 결정 크기는 $500^{\circ}C$에서 30분 동안 공기중 열처리에 의해서 $0.6{\mu}m$로 성장하였고 $WO_3$ 박막의 두께가 증가할수록 거의 변화 없이 일정하였다. 반면, NiO가 첨가된 $WO_3$ 박막 두께별 결정크기는 각각 $0.12{\mu}m,\;0.28{\mu}m,\;0.32{\mu}m$및 $0.43{\mu}m$로 순수 $WO_3$ 박막에 비해 치밀한 표면을 형성하였고, 최대 5배정도 성장이 억제되었다. 가스감도 측정은 대기 중에서의 센서 저항 값을 기준으로 측정가스 저항 값의 비율 $(R_{NOx}/R_{air})$로 가스감도를 나타내었다. 전기적 성질은 MFC로 NOx가스 5ppm을 일정히 유지시켰고, Multimeter로 계측하여 컴퓨터에 자동 계측되는 시스템을 사용하였다. 순수 $WO_3$박막보다는 $NiO-WO_3$ 박막이 우수한 NOx 감도특성을 보였고 센서의 작동온도는 $250^{\circ}C$에서 우수한 감도를 나타내었다.
