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가스센서기술 혁신방향

전문가 제언: ○ 최근 도시가스 사용양의 증가, 자동차와 산업체에서 배출되는 유해가스의 환경오염 문제 등으로 고감도의 가스센서 사용이 증가일로에 있다. 그러나 정확한 센서특성을 모르고 사용하게 되면 고가의 제품이 제 기능을 발휘하지 못하는 폐단이 있다. 선진국에서는 벌크형 센서보다는 소형화된 다기능성이며 복합적인 마이크로센서 분야에 집중 투자를 하고 있는바 우리도 이런 경향을 참조해야 할 것이다.

○ 가스센서는 검출원리에 따라 반도체형, 고체전해질형, 전기화학형, 접촉연소형 등으로 분류할 수 있다. 반도체형 가스센서는 반도체 표면에 가스가 접촉했을 때 일어나는 전기저항과 일함수 등의 변화를 이용해 특정의 화학적 성분을 검출한다. 세라믹반도체 중 전기전도도가 크고 융점이 높아서 사용온도 영역에서 열적으로 안정한 성질을 가진 반도체가 센서에 이용되고 있다. 반도체 가스센서는 가연성가스에 응답을 나타내어 감지되는 가스의 종류가 많고, 센서제작이 용이하고 검출회로 구성이 간단하다는 장점이 있으나, 목표가스만을 감지하는 선택성이 좋은 가스센서에 대해서는 아직 더 추가 연구가 필요한 실정이다.

○ 반도체형 중에서 SnO₂센서의 센싱성질(감도, 선택성 및 재현성 등)은 미세결정 크기 및 비표면적에 달려있다. 센싱 메커니즘은 반도체 산화물 표면반응에 관련되고, 공기 중에서 분자산소는 작동온도에 따라 표면에 O₂-, O- 또는 O₂2-형으로 화학흡착하고 있다. 산화물의 표면으로부터 전자가 감손되어 전기전도도가 감소한다. 환원가스(CO 및 CH₄등)에 노출되면 화학흡착된 산소분자 종은 환원가스와 반응하여 전자는 전도띠에 재진입하게 되고 따라서 전기전도도가 재고된다.

○ SnO₂성질은 제조공정의 많은 요소에 의존함으로 감도를 증진하기 위한 미세결정입자 크기 및 비표면적 등을 확보할 수 있는 공정변수 조절기술이 필요하다. CO 및 CH₄사이의 교차민감성은 동일한 환원성질을 가져 선택성이 부족한 문제를 야기하고, 이를 해결하기 위한 기술을 찾아야 한다. 이제까지 사용되는 거의 모든 SnO₂나노결정 제조법은 고 에너지 투입공정이기 때문에 저비용의 마이크로파 가열과 같은 새로운 공정개발이 필요하다.

저자: Noboru Yamazoe
자료유형: 학술정보