솔젤법(Sol-Gel Process)을 이용한 TiO2 박막제조 및 밴드갭(bandgap)에너지 측정결과

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목차

1. 실험목적

2. 이론적 배경
(1) TiO2 광촉매
(2) Sol-Gel Chemistry
(3) 밴드갭에너지 측정법
3. 실험방법
4. 실험결과
(1) 파장(nm)에 따른 absorbance의 변화 그래프 (UV-Vis)
(2) 측정결과를 conversion하여 TiO2막의 bandgap 설정
(3) 열처리 온도에 따른 bandgap 변화 고찰
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험목적
산화물 반도체 박막 특히 TiO2 박막을 솔젤법으로 제작하고, 밴드갭에너지를 측정한다. 본 강의를 통하여 솔젤화학에 관한 이해를 증진시킴과 동시에 밴드갭에너지 측정원리를 이해하는 것을 목적으로 한다.

2. 이론적 배경
(1) TiO2 광촉매
TiO2 반도체에 빛(자외선)을 조사하면 가전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로의 전자(e-)의 천이가 일어나고 가전자대에는 홀(hole, h+)이 형성된다. 이 전자와 홀은 분말의 표면으로 이동하여 산화․환원반응(redox reaction)을 일으키거나 재결합(recombination)하여 열을 발생시킨다. 전도대의 전자는 산소와 같은 산화제를 환원(O2 + H+ + e- → HO2․)시키고 가전자대의 홀은 환원제를 산화(H2O + h+ → OH․+ H+)시킨다. 특히 위의 과정에서 생성된 홀은 TiO2 표면에 흡착되어 있는 H2O 분자 또는 OH- 이온을 산화시킴으로써 hydroxyl radical(OH․)을 만들고 이때 형성된 OH․는 반응성이 매우 강하여 페놀 등 난분해성 유기물을 산화시켜 분해한다.

TiO2광촉매는 1) 공기정화 2) 수질정화 3)Anti-Bacteria 4)초친수성 등 4가지 작용을 한다. 인간이 숨쉬거나 마실 때에 유입될 수 있는 유해물질 중 중금속을 제외한 거의 모든 유해물질을 TiO2 광촉매를 이용하여 차단할 수 있다.

(2) Sol-Gel Chemistry
솔젤법은 금속유기화합물(알콕사이드)을 전구체로 하고 수화반응을 통하여 침전을 형성시키는 방법으로 다음과 같은 화학 반응으로 나타내어 진다.
Ti(OR)4 + 4H2O → TiO2 + 4ROH + 2H2O
이러한 솔젤법은 전구체의 선택, 수화반응의 속도 및 온도 제어, 침전반응 후의 산이나 염기처리 등의 공정 변수를 조절하여 매우 다양한 형상, 입자 크기 및 상분율을 가지는 고순도의 입자들을 선택적으로 합성할 수 있는 장점을 가지고 있다. 솔젤법을 이해하기 위해서는 다음과 같은 용어에 관하여 숙지하여야 한다.
Sol: 액체상에서 분산되어 있는 콜로이드 현탁액
Gel: 콜로이드 입자, 기체 또는 액체로 이루어진 이차상들의 고체 3차원 네트워크 상태.

참고 자료

(1) “솔젤법 (Sol-Gel Process)을 이용한 TiO2 박막제조 및 밴드갭(bandgap)에너지 측정 print", 국민대학교
(2) 강기성 외, “반도체 공학”, 한올출판사, 1997.
(3) 이승헌 외, “물리전자공학”, 생능출판사, 1994.