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전극구조의 나노설계에 의한 반도체 가스센서의 고감도화

전문가 제언: ○ NO2, O3, Cl2, VOCs, H2S, CH3SH 등과 같은 가스는 ppb 수준의 농도가 문제가 되므로 고감도의 가스센서가 필요하다.

○ 반도체 가스 센서의 고감도화는 산화물 반도체의 두 전극 간을 1㎛이하의 나노크기로 작게 하면 전극 갭 사이의 입자수가 매우 작아져 입계저항이 작아지고 상대적으로 계면감도가 커진다.

○ 산화성 가스나 복잡한 분자를 갖는 환원성 가스에 대해서는 마이크로 갭 효과가 나타나나, 간단한 분자를 갖는 환원성 가스(H2S, CO, C3H8)에 대해서는 갭 효과가 나타나지 않는 이유가 잘 설명되지 않고 있다.

○ 전극을 나노수준으로 하기 위해 빗살 간격이 500㎚ 이하인 나노-갭 빗살형 Au전극을 제조하여 이 전극 상에 WO3 박막을 붙여 고감도 NO2 센서를 만든다. 이 센서의 검출 하한은 0.06ppb로 초고감도 센서를 만들 수 있다.

○ 비슷한 국내 연구로는 KIST의 에너지 재료연구단에서 섬유 나노선의 삼차원 네트워크구조를 만들어 NOx와 CO를 각각 0.01ppm과 0.5ppm에서 감지할 수 있으며 사린과 같은 테러용 가스도 8ppm 수준에서 감지할 수 있는 고감도 가스센서가 개발되었다. 일본산업기술 총합연구소(AIST)에서는 Hydroxypropyl Cellulose 수용액에 SWCNT 분말을 첨가하여 만든 SWCNT만의 네트워크 구조인 고감도 가스센서가 만들어졌다. 단, SWCNT가 비싸다는 점고 가스 선택성(NO2 이외의 가스), 응답속도 향상 등의 연구가 필요하다.

○ 본고에서 전극의 나노 -갭 빗살 형 반도체 가스센서를 제조하는 기술이 확립되었으므로 전자빔 묘화법과 사진평판 기술을 사용하여 ppb 수준의 가스감지용 화학센서를 쉽게 만들 수 있게 되었다.

저자: Jun Tamaki
자료유형: 학술정보