생분해성 플라스틱 기판상에 제작한 인쇄박막 HNS 센서

Abstract

생분해성 플라스틱 기반의 위험유해물질 (Hazardous and Noxious Substances, HNS) 센서 제작을 목표로 인듐 주석 산화물 (Indium Tin Oxide, ITO) 인쇄박막을 제작하고 특성을 조사하였다. 생분해성 플라스틱으로는 polylactic acid (PLA)를 사용하였다. 균질한 인쇄박막 제작을 위한 공정 조건을 최적화하였다. 열처리 조건은 기판의 변형을 방지하기 위해 시차주사열량 분석 (Differential Scanning Calorimetry, DSC) 법을 이용하여 측정된 PLA의 유리전이 온도를 참고하여 결정하였다. 또한 박막의 열처리 공정과 후처리 공정 조건을 최적화하였다. 제작한 센서는 상용 sputtered ITO/Quartz (이하 S-ITO) 시료의 특성과 비교 분석하였다. X-선 회절 분석과 Hall 효과 측정을 통해 구조적 특성과 전기적 특성을 조사하였다. 그 결과 인쇄박막 ITO의 결정립 크기는 37.4 nm로 상용 S-ITO의 결정립 크기 (96.3 nm)에 비해 38% 수준임을 확인하였다. 또한 인쇄박막 ITO의 이동도는 1.43 cm2/Vs, 캐리어농도는 4.35x1018 cm-3 으로 조사되었으며, 결정립 경계 산란 (grain boundary scattering)이 주된 산란 메커니즘으로 확인되었다. S-ITO와 전기적 특성의 차이를 확인하였다. HNS 센서 특성을 조사하기 위해 메탄올을 선택하였다. 상용 S-ITO의 발열을 고려하여 센서는 각각 1 V 외부 전압 하에서 메탄올에 대한 감도 변화 특성을 조사하였다. 그 결과 S-ITO 는 감도 변화가 거의 관찰되지 않은 반면, 인쇄박막 ITO 의 경우 상대적으로 높은 감도가 확보됨을 확인하였다. 감도 차이의 원인은 인쇄박막의 경우 작은 결정립 크기 때문에 넓은 표면적이 확보되기 때문으로 판단하였으며, 이러한 결과를 토대로 인쇄박막 ITO의 HNS 센서 응용이 가