플라즈마를 이용한 ZnO의 합성과 질소 도핑에 관한 연구 :A Study on the Synthesis of ZnO and Nitrogen Doping Using Plasma

이우영

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 이우영 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 정구환

발행연도: 2022

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수28

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2022

플라즈마를 이용한 ZnO의 합성과 질소 도핑에 관한 연구

이우영 협동과정 2022.01 학위논문

2021

플라즈마를 이용한 ZnO 나노와이어의 질소 도핑과 광 센싱 특성 연구

이우영 , 이병주 , 조성일 외 2명 한국진공학회 학술발표회초록집 2021.02 학술대회자료

2019

대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 ZnO의 합성과 in-situ 질소 도핑

이우영 , 이병주 , 조성일 외 2명 한국표면공학회 학술발표회 초록집 2019.11 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

ZnO는 넓은 밴드 갭(3.4eV)과 n-type 반도체 특성을 갖는 물질로, 도핑을 통해 p-type 반도체 특성을 구현하게 되면 센서 및 광촉매 재료로서의 효율을 증대시킬 수 있어 도핑에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 일반적으로 p-type 반도체 특성을 위한 도핑 원소로는 N, Li, P, Sb 등의 원소들이 이용되며, 이 중 질소는 산소와 유사한 이온 반경을 가져 도핑에 용이하다는 이점이 있다. 질소 도핑의 방법으로는 대표적으로 이온 주입법, 펄스 레이저 증착법, 화학기상수송법 등이 보고되었다. 그중 플라즈마는 내부에 존재하는 활성화된 이온들로 인해 상온에서 도핑을 할 수 있는 장점이 있으며, 평행평판 전극의 직류 플라즈마는 음극에서 이온들을 가속화하여 효율적인 도핑이 가능하다.
본 연구의 대상 물질인 ZnO는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마 시스템을 이용하여 합성된 나노로드 형태의 ZnO를 사용하였다. ZnO는 플라즈마 인가전력과 수분의 공급량에 따라 나노로드의 직경과 길이가 상이하게 확인되었다. 도핑에 사용된 평행평판 형태의 직류 플라즈마 시스템의 전극은 직경 7 cm, 전극간 거리 3 cm로 구성되었으며, ZnO 기판으로 이온들의 가속을 극대화하기 위하여 기판이 위치하는 하부 전극을 cathode로 설정하였다. 질소 도핑 공정은 압력 0.7 Torr의 질소 분위기에서 플라즈마 파워를 8-20 W, 처리시간을 1-50 min으로 변경하여 도핑의 정도를 확인하였다. 플라즈마 처리 된 ZnO의 형상 및 도핑의 정도는 SEM, XRD, Raman 분광법으로 확인하였다. 질소 도핑된 ZnO의 광학적 특성평가는 PL과 광 센싱 특성 분석을 진행하였다. 플라즈마 인가전력 및 처리시간에 따른 ZnO의 도핑레벨을 확인하고 이에 따른 가시광 영역 및 자외선 영역에서의 광 센싱 특성을 확인하고자 하였다.
대기압 마이크로웨이브 플라즈마로 합성된 ZnO는 플라즈마 인가전력과 수분의 공급량에 따라 나노로드의 직경과 길이가 상이하였다. ZnO의 질소 도핑을 시도한 결과, 플라즈마 인가전력 및 처리시간이 증가함에 따라 ZnO nanorod가 휘어지는 현상을 확인할 수 있었다. 또한 최적의 도핑조건을 도출하고, 질소의 도핑레벨은 2.08 eV에서 확인하였다. 도핑에 따른 가시광 영역 및 자외선 영역에서의 광 센싱 특성을 확인하였다. 도핑을 통해 가시광 영역에서의 광 센싱 특성 향상을 보여주었다.
직류 플라즈마를 이용하여 질소 도핑 된 ZnO는 가시광 영역에서의 높은 센싱 특성을 보여주어 가시광 영역에서의 광센서로의 응용 가능성이 높으며 태양전지, 광촉매 및 물 분해와 같은 다른 응용 분야로의 적용도 기대할 수 있다.

ZnO is a material with a wide band gap (3.4 eV) and n-type semiconductor characteristics, and if p-type semiconductor characteristics are implemented through doping, efficiency as a sensor and a photocatalytic material may be increased, and thus, research on doping is being conducted a lot. In general, elements such as N, Li, P, and Sb are used as doping elements for p-type semiconductor properties, among which nitrogen has an ionic radius similar to oxygen and thus is easy to dope. Typical nitrogen doping methods include ion implantation, pulse laser deposition, and chemical vapor transportation. Among them, plasma can be doped at room temperature due to the formed ions present therein, and the DC plasma of the parallel plate electrode can be efficiently doped by accelerating ions at an anode.
ZnO, the target substance of this study, used ZnO in the form of a nanorod synthesized using an atmospheric pressure microwave plasma system. ZnO was confirmed to have different diameters and lengths of the nanorods depending on the plasma applied power and the amount of moisture supplied. An electrode of the DC plasma system in the form of a parallel plate used for doping had a diameter of 7 cm and a distance between electrodes of 3 cm, and a lower electrode where a substrate is located was set to a cathode to maximize acceleration of ions to a ZnO substrate. In the nitrogen doping process, the degree of doping was confirmed by changing the plasma power to 8-20 W and the processing time to 1-50 min in a nitrogen atmosphere with a pressure of 0.7 Torr. The shape and degree of doping of the plasma-treated ZnO were confirmed by SEM, XRD, and Raman spectroscopy. The optical characteristics of nitrogen-doped ZnO were evaluated by PL and photo-sensing characteristics. The doping level of ZnO according to plasma applied power and processing time was checked, and accordingly, optical sensing characteristics in the visible light region and the ultraviolet region were confirmed.
ZnO synthesized with atmospheric pressure microwave plasma had different diameters and lengths of nanorods depending on the plasma applied power and the amount of moisture supplied. As a result of attempting nitrogen doping of ZnO, it was confirmed that ZnO nano-rod bends as the plasma applied power and processing time increase. In addition, the optimal doping condition was derived, and the doping level of nitrogen was confirmed at 2.08 eV. The optical sensing characteristics in the visible light region and the ultraviolet region according to doping were confirmed. It was shown that the optical sensing characteristics in the visible light region were improved through doping.
Nitrogen-doped ZnO using DC plasma shows high sensing characteristics in visible light area and thus is highly applicable to optical sensors in visible light area and could be expected to be applied to other application fields, such as solar cell, photocatalyst, water decomposition, etc.

#ZnO #대기압마이크로웨이브플라즈마 #질소 도핑 #직류플라즈마 #광센서

Ⅰ. 서론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목적 2
Ⅱ. 이론적 배경 3
1. ZnO 3
1) 구조적 특성 3
2) 전기적 특성 6
3) 광학적 특성 7
2. ZnO의 합성 방법 9
3. ZnO의 질소 도핑 방법 14
1) 직류 플라즈마의 구조 14
2) 공정용 직류 플라즈마의 구조 17
3) 직류 플라즈마 내 전압분포 18
Ⅲ. 실험 방법 20
1. ZnO의 합성 20
1) 합성 기판 준비 20
2) ZnO의 합성 공정 20
2. 직류 플라즈마 시스템을 이용한 질소 도핑 22
3. ZnO의 분석 24
1) ZnO의 물성 분석 24
2) ZnO의 광학적 특성 분석 25
Ⅳ. 실험 결과 및 고찰 30
1. 공정 변수에 따른 ZnO의 합성 경향 30
1) ZnO의 형상 확인 30
2) ZnO 나노로드의 합성 메커니즘 확인 33
2. ZnO 나노로드의 질소 도핑 35
1) 질소 도핑 된 ZnO의 도핑 정도 확인 35
2) 질소 도핑 된 ZnO의 광학적 특성 평가 38
3) 질소 도핑 된 ZnO의 형상 및 구조 확인 40
4) 질소 도핑 된 ZnO의 광센싱 특성 평가 46
5) ZnO의 형상변화에 따른 표면결합 확인 50
Ⅴ. 결론 52
□ 참고문헌 55
□ Abstract 57

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)