Ga-doped ZnO-$SnO_2$ (ZSGO) films were deposited by rf magnetron sputtering and their structural and electrical properties were investigated. In order to fabricate the target for sputtering, the mixture of ZnO, $SnO_2$ (1:1 weight ratio) and $Ga_2O_3$ (3.0 wt%) powder was calcined at $800^{\circ}C$ for 1 h. The substrate temperature was varied from room temperature to $300^{\circ}C$. The crystallographic properties and the surface morphologies of the films were studied by X-ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The optical transmittances of the films were measured and the optical energy band gaps were obtained from the absorption coefficients. The resistivity variation with substrate temperature was measured. Auger electron spectroscopy was employed to find the atomic ratio of Zn, Sn, Ga and O in the film deposited at room temperature. ZSGO films exhibited the optical transmittance in the visible region of more than 80% and resistivity higher than $10\;{\Omega}cm$.
$WO_3$-doped $SnO_2$ thin films were prepared in a solution-deposition method and their gas-sensing characteristics were investigated. The doping of $WO_3$ to $SnO_2$ increased the response ($R_a/R_g,\;R_a$: resistance in air, $R_g$: resistance in gas) to $H_2$ substantially. Moreover, the $R_a/R_g$ value of 10 ppm CO increased to 5.65, whereas that of $NO_2$ did not change by a significant amount. The enhanced response to $H_2$ and the selective detection of CO in the presence of $NO_2$ were explained in relation to the change in the surface reaction by the addition of $WO_3$. The $WO_3$-doped $SnO_2$ sensor can be used with the application of a $H_2$ sensor for vehicles that utilize fuel cells and as an air quality sensor to detect CO-containing exhaust gases emitted from gasoline engines.
주성분 분석 및 역전달 인공 신경망의 패턴 인식 기법과 산화물 반도체 가스센서 어레이를 사용한 소형 전자코 시스템을 제작하여 그 특성을 평가하였다. 센서 어레이로서 Pd가 첨가된 $WO_{3}$, Pt가 첨가된 $SnO_{2}$, $TiO_{2}-Sb_{2}O_{5}-Pd$가 첨가된 $SnO_{2}$, $TiO_{2}-Sb_{2}O_{5}-Pd$가 첨가된 후 Pd 코팅층이 형성된 $SnO_{2}$, $Al_{2}O_{3}$가 첨가된 ZnO 및 $PdCl_{2}$가 첨가된 $SnO_{2}$ 등의 6가지 조성의 감지재료가 사용되었다. 전자코 시스템 하드웨어는 CPU로서 16bit의 Intel 80c196kc, 시스템 동작 프로그램의 저장을 위한 EPROM, 인공 신경망의 최적화된 가중치의 다운로딩을 위한 EEPROM, 가스농도의 결과 표시를 위한 LCD 등으로 구성하였다. 시스템의 성능 평가를 위해 자동차에서 배출되는 환경오염 물질인 CO/HC 가스(CO 0%/HC 0 ppm 에서 CO 7.6%/HC 400 ppm 까지 범위의 26가지 CO/HC 혼합가스 패턴)에 대한 인식 실험 결과 우수한 특성을 얻을 수 있었다.
Sol-gel dip coating법으로 soda lime glass 기판 위에 ATO(antimony-doped tin oxide) 투명전도막을 제조할 때, 기판 위에 형성된 $SiO_2$ barrier 층 및 $N_2$ gas annealing 에 따른 광투과율 및 전기적 특성에 대한 효과를 정량적으로 측정하고, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 통해 고찰하였다. $SiO_2$ barrier층을 갖는 glass 기판 위에 코팅된400 nm 두께의 ATO 박막을 질소분위기에서 annealing한 결과, 광 투과율은 84%그리고 전기저항은 약 $5.0\times 10^{-3}\Omega \textrm{cm}$로 측정되었다 XPS 분석결과 이러한 우수한 전기전도성은 $SiO_2$ buffer층이 glass 기판으로부터 Na 이온의 확산을 막아 ATO막 내에 $Na_2SnO_3$ 및 SnO와 같은 2차상 불순물의 형성을 억제하여 막 내부의 Sb의 농도 및 $Sb^{5+}/Sb^{3+}$ 비를 증가시키고, $N_2$ annealing은 $Sb^{5+}$ 도 환원시키지만 $Sn^{4+}$를 환원시키는 효과가 크게 작용하였기 때문으로 사료된다.
Journal of information and communication convergence engineering
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제4권1호
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pp.18-22
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2006
A small-sized gas identification system has been fabricated and characterized using an integrated gas sensor array and artificial neural-network. The sensor array consists of four thick-film oxide semiconductor gas sensors whose sensing layers are $In_{2}O_{3}-Sb_{2}O_{5}-Pd-doped\;SnO_2$ + Pd-coated layer, $La_{2}O_{5}-PdCl_{2}-doped\;SnO_2,\;WO_{3}-doped\;SnO_{2}$ + Pt-coated layer and $ThO_{2}-V_{2}O_{5}-PdCl_{2}\;doped\;SnO_{2}$. The small-sized gas identification instrument is composed of a GMS 81504 containing an internal ROM (4k bytes), a RAM (128 bytes) and four-channel AD converter as MPU, LEDs for displaying alarm conditions for three gases (liquefied petroleum gas: LPG, liquefied natural gas: LNG and carbon monoxide: CO) and interface circuits for them. The instrument has been used to identify alarm conditions for three gases among the real circumstances and the identification has been successfully demonstrated.
CO 기체 감지 특성을 향상시키기 위해서 3 mol% ZnO를 첨가한 $SnO_2$와 3mol% $SnO_2$를 첨가한 ZnO의 적층 형태를 변화시켜 연구하였다. 적층 구조는 단일층, 복층, 그리고 이종층 구조로 후막 인쇄법을 사용하여 제작하였다. $SnO_2$-ZnO계에서 제 2상은 발견되지 않았다. 전도성은 $SnO_2$에 ZnO를 첨가하면 감소하고, ZnO에 $SnO_2$를 첨가하면 증가하였다. 측정 온도증가와 CO 기체 유입으로 전도성은 증가하였다. 단층 및 복층의 후막센서 구조의 감도 향상은 없었으나, $SnO_2$ 3ZnO-ZnO $3SnO_2$/substrate 구조의 이종층 센서의 감도는 향상되었다. 센서 구조에 관계없이 I-V 변화는 모두 직선성을 나타내서 Ohmic 접합 특성을 이루고 있었다.
Samples of Ta-doped in $In_2O_3-ZnO-SnO_2$(IZTO) with a doping level up to 4wt% were sintered at $1600^{\circ}C$ in $O_2$. The crystal phase of the samples was identified by an X-ray diffraction experiment. apparent density and porosity with sintered temperature from $1500^{\circ}C$ to $1640^{\circ}C$ are mesured by archimedes method. For each sample, the specific resistivity was determined. samples of sintered at $1600^{\circ}C$ had the highest density and lowest porousity and The Ta 0.25-wt%-doped IZTO ceramics had the lowest resistivity.
Sn $O_2$ 가스센서는 낮은 농도의 가연성 가스 및 유독 가스를 표면 저항의 변화로부터 탐지할 수 있으나, 가스 선택성이 부족하다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해서는 가스반응기구의 규명과 같은 기초이론 연구와 함께 선택성이 우수한 센서재료의 개발 및 적절한 신호처리방법의 적용이 필요하다. 본 논문에서는 Sn $O_2$ 표면에서 일어나는 에탄올 (C$_2$$H_{5}$OH)과 아세토니트릴($CH_3$CN)의 촉매산화반응을 가스크로마토그래피 분석을 통해 확인하였다. PdCl$_2$가 첨가된 Sn $O_2$ 센서는 에탄올과 아세토니트릴에 대하여 높은 감도를 보였고, 반면에 La$_2$$O_3$가 첨가된 Sn $O_2$ 센서는 에탄올에 대해서는 높은 감도를, 그리고 아세토니트릴에 대해서는 낮은 감도를 보였다. 이들 두 센서재료 개발 및 패턴인식기법적용을 통하여 아세토니트릴에 대한 선택성을 크게 증가시킬 수 있었다. 아세토니트릴에 대한 최소 탐지농도는, 공기 중에서는 15 ppm이었고, 다른 방해가스와 함께 존재할 경우에는 20 ppm에서 100 ppm 정도로 나타났다.
$SnO_2$의 물성을 $Fe_2O_3$ 첨가량, 산소분압, CO 기체농도, 그리고 온도의 함수로서 관찰하였다. 시편은 후막인쇄 기법으로 알루미나 기판 위에 제조하였다. $700^{\circ}C$/6h 소성한 시편들의 $Fe_2O_3$첨가량에 따른 미세구조와 입자분포의 차이는 거의 없었다. $Fe_2O_3$를 첨가하지 않은 $SnO_2$의 전기적 성질은 소성온도가 낮은 경우와 산소분압이 낮은 경우에 전도성이 높게 측정되었다. $Fe_2O_3$를 첨가한 $SnO_2$의 전도성은 측정온도 증가로 증가하지만 $Fe_2O_3$ 첨가량 증가로 전도성은 감소하였다. 산소분압 의존성은 $Fe_2O_3$ 첨가로 감소하였다. CO 가스에 대한 기체 센서 특성 중 감도는 $350^{\circ}C$, 0.1 mol% $Fe_2O_3$를 첨가한 경우에 가장 높았고, 재현성 및 응답성도 양호하게 나타났다.
SnO2가 첨가된 In2O3(ITO) sputtering 타켓은 넓은 파장영역에서의 투광성과 높은 전기전도도의 특성 때문에 여러 종류의 평판형 디스플레이 제품에 사용되고 있다. 사용된 In2O3와 SnO2 분말은 높은 순도의 금속을 사용하였으며, 공질법을 이용하여 분말을 제조하였으며, 혼합된 In2O3-SnO2 분말은 하소조건과 소결조건에 따라 특성을 평가 하였다. 본 연구의 목적인 ITO sprttering 타켓의 SnO2 분산조건은 하소 온도가 증가함에 따라 분산성이 뛰어났으며, 조사된 30wt% 에서 5wt%로 SnO2의 함량이 감소함에 따라 분산성은 향상되었다. 이러한 결과들로부터 ITO 타켓 밀도와 SnO2의 분산성은 1150C 이상에서 휘발하는 SnO2의 량에 의해 크게 영향을 받는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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