가스 감도 10배 이상 높인 초고감도 가스센서 구현 - 가스센서를 기반으로 하는 유해‧위험가스 감지, 음주측정, 인공후각 등 다양한 에너지‧환경 응용 소자의 성능 향상에 기대 -
연구결과 개요
1. 연구배경
ㅇ 산화물 반도체형 가스센서는 소자가 매우 작고 극소량의 감응소재를 이용하여 반복적으로 가스 검지가 가능하여 편리성, 반복성, 고속성 등 가스센서의 필요 특성들을 충족하는 센서이다.
ㅇ 산화물 반도체형 가스센서의 가스감응은 대부분 감응물질의 표면에서 발생하는데 가스감도를 증가시키기 위해서는 입자의 크기를 수-수십 나노미터(nm) 크기로 줄이는 것이 필요하다. 그러나 입자가 작아질 경우 입자 간 응집이 심해져 가스가 응집된 입자들 내부로까지 확산되는데 장시간이 필요하거나 가스확산이 어려워 가스감도가 크게 저하된다.
ㅇ 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 다공성 나노구조체가 가스 확산이 용이한 감응물질로 주목받고 있다. 그러나 학계에 보고되고 있는 다공성 나노 구조체는 기공이 너무 작아 크누센 확산이 저하되거나 기공이 너무 커 비표면적의 증가가 미미하므로 가스감도가 낮은 경우가 대부분이었다.
* 크누센 확산 (Knudsen diffusion) : 기체가 기공을 통과할 때, 기체 분자들이 서로 충돌할 확률보다 기공을 이루는 벽과 충돌할 확률이 더 클 경우를 통칭하는 가스 확산으로 기공의 크기가 2 – 80 nm 일 때 주로 발생함. Knudsen 확산계수(DK)는 기공의 반지름(r)과 온도(T)에 비례하고, 기체의 분자량(M)에 반비례하므로 수 nm크기의 기공에서는 가스의 확산이 제한되는 것으로 알려져 있다.
가스 감도 10배 이상 높인 초고감도 가스센서 구현
대부분 어느 표면에서 산화물 반도체형 가스센서의 가스감응이 야기되니
감응물질