김익현 교수 연구팀, 세라믹 소재 분야 국제 저명 학술지 Ceramics International 논문 게재
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작성자 최고관리자 댓글 조회 작성일 25-10-19 00:15본문
세라믹 소재 분야 국제학술지 Ceramics International(JCR 상위 7.4%)논문 게재
텅스텐 도핑을 통한 카드뮴 산화물 박막의 광전자 및 가스센싱 성능 향상 입증
충격파및기체역학 실험실의 김익현 교수 연구팀이 Ceramics International 저널에 발표된 "Tunable Optoelectronic and Sensing Properties of Spray-Deposited W-Doped CdO Thin Films" 연구 논문 통해 텅스텐(W) 도핑이 카드뮴 산화물(CdO) 박막의 구조적·광학적·전기적 특성을 정밀하게 제어하고, 이러한 변화를 가스센싱 성능 향상에 적용할 수 있음을 입증하였다.
김익현 교수 연구팀은 스프레이 열분해(Spray Pyrolysis) 공정을 활용해 다양한 농도의 텅스텐을 CdO 박막에 도핑하고, 이때 발생하는 미세구조 및 전하 수송 특성 변화를 체계적으로 분석하였다. X선 회절(XRD) 결과, 모든 시료는 입방정계 구조를 유지하며 도핑 농도에 따라 우선 배향이 (111) 면에서 (200) 면으로 전이되었다. 또한 AFM과 FESEM 분석을 통해 입자 크기가 64–104 nm 범위로 조절되며, 0.25 wt% 도핑 조건에서 가장 우수한 결정성과 균일한 표면 형상이 확인되었다. 광학 특성 분석에서는 광학 밴드갭(Eg)이 2.38 eV에서 2.45 eV로 증가, 평균 투과율이 72%에서 87%로 향상되어 고투명 광전자 소재로서의 응용 가능성을 입증하였다.
홀 효과 측정 결과, 0.25 wt% 도핑 시 전자 이동도 81 cm²/V·s, 비저항 7.01×10⁻³ Ω·cm으로 측정되어 전하 수송 특성이 대폭 향상되었다. 또한 같은 조건에서 Figure of Merit (FOM) 값이 8.73×10⁻³ Ω⁻¹로 최대치를 기록하였다. 특히 1.0 wt% 도핑 CdO 박막은 포름알데히드(Formaldehyde) 가스에 대해 72.83%의 높은 감도를 나타내며, 환경 모니터링 및 VOC 감지 센서로의 응용 가능성을 보였다. 이는 W⁵⁺ 이온 도핑으로 인한 표면 활성 부위 증가와 전자 농도 제어 효과에 기인한다.
김익현 교수는 “텅스텐 도핑을 활용해 CdO 박막의 광학·전기적 특성을 정밀하게 제어할 수 있음을 확인했으며, 이는 차세대 투명 전도성 산화물(TCO) 기반 소자, 광센서, 및 환경 센서 개발에 중요한 기술적 토대를 제공할 수 있다”고 설명했다. 이번 연구는 인도 티야가라자 공과대학의 물리학과 P. Velusamy 교수와 국제공동연구를 통해 수행되었다.