본 연구에서는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)공정을 이용하여, 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2) 가스검출을 위한 가스센서를 제작하고 그 특성을 분석하였다. 가스감지물질로는 SnO2를 이용하였으며, 스퍼터링을 이용한 박막과 전기방사방법을 이용한 ...
본 연구에서는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)공정을 이용하여, 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2) 가스검출을 위한 가스센서를 제작하고 그 특성을 분석하였다. 가스감지물질로는 SnO2를 이용하였으며, 스퍼터링을 이용한 박막과 전기방사방법을 이용한 나노섬유의 두 가지 형태로 증착하였다. 스퍼터링의 경우, 600Å와 3000Å의 두 가지 두께를 가진 센서를 제작하였으며, 나노섬유 역시, 2회 방사 및 5회 방사된 두 가지 두께의 센서를 제작하였다.
전체적으로 제작된 소자는 각각 400, 500, 600℃에서 열처리하였으며, 600℃ 온도에서 열처리된 것이 표면거칠기 및 특성이 가장 우수하게 나타나는 것을 확인하였다. 소자의 동작온도는 온도가 증가할수록 감도가 증가하여, 300℃에서 가장 좋은 감도를 나타내었다.
제작된 소자를 이용하여 CO가스를 측정하는 경우, 환원반응을 나타내고 있다. 스퍼터링방법으로 제작된 소자는 600Å두께에서, 26.76의 감도를 가지며, 3000Å 두께의 7.49에 비해 3배 이상 큰 감도를 가진다. 이러한 부분은 두께가 두꺼울수록 가스가 감지물질 내부로 들어가는데 어려움이 발생하기 때문으로 판단된다. 나노섬유의 경우에도 같은 효과가 발생하였다. 반응속도는 조밀하게 생성된 스퍼터링 박막에 비해 나노섬유센서가 더 우수하였으며, 나노섬유 사이에 공간이 많아 빠른 속도가 나타나는 것으로 생각된다. CO가스의 농도를 10~30ppm으로 변화시켜 주입하였을 때, 스퍼터링센서와 나노섬유센서 모두 가스농도에 따라 저항값의 변화가 나타남을 확인하였다. 이러한 결과로부터 다양한 가스농도에서의 가스검출이 가능할 것으로 판단된다.
NO2의 경우, 스퍼터링 및 나노섬유 모두, 산화성 감지 특성을 보임을 확인하였다. 가스의 선택성에 있어서 환원성가스 CO와 산화성가스 NO2의 구분은 확실한 것으로 판단된다. 또한, 농도를 100, 1000ppm으로 변경하면서 측정한 결과, 저항변화가 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 따라서 가스 농도에 따른 센서로서의 사용이 가능함을 확인하였다.
본 연구에서는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)공정을 이용하여, 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2) 가스검출을 위한 가스센서를 제작하고 그 특성을 분석하였다. 가스감지물질로는 SnO2를 이용하였으며, 스퍼터링을 이용한 박막과 전기방사방법을 이용한 나노섬유의 두 가지 형태로 증착하였다. 스퍼터링의 경우, 600Å와 3000Å의 두 가지 두께를 가진 센서를 제작하였으며, 나노섬유 역시, 2회 방사 및 5회 방사된 두 가지 두께의 센서를 제작하였다.
전체적으로 제작된 소자는 각각 400, 500, 600℃에서 열처리하였으며, 600℃ 온도에서 열처리된 것이 표면거칠기 및 특성이 가장 우수하게 나타나는 것을 확인하였다. 소자의 동작온도는 온도가 증가할수록 감도가 증가하여, 300℃에서 가장 좋은 감도를 나타내었다.
제작된 소자를 이용하여 CO가스를 측정하는 경우, 환원반응을 나타내고 있다. 스퍼터링방법으로 제작된 소자는 600Å두께에서, 26.76의 감도를 가지며, 3000Å 두께의 7.49에 비해 3배 이상 큰 감도를 가진다. 이러한 부분은 두께가 두꺼울수록 가스가 감지물질 내부로 들어가는데 어려움이 발생하기 때문으로 판단된다. 나노섬유의 경우에도 같은 효과가 발생하였다. 반응속도는 조밀하게 생성된 스퍼터링 박막에 비해 나노섬유센서가 더 우수하였으며, 나노섬유 사이에 공간이 많아 빠른 속도가 나타나는 것으로 생각된다. CO가스의 농도를 10~30ppm으로 변화시켜 주입하였을 때, 스퍼터링센서와 나노섬유센서 모두 가스농도에 따라 저항값의 변화가 나타남을 확인하였다. 이러한 결과로부터 다양한 가스농도에서의 가스검출이 가능할 것으로 판단된다.
NO2의 경우, 스퍼터링 및 나노섬유 모두, 산화성 감지 특성을 보임을 확인하였다. 가스의 선택성에 있어서 환원성가스 CO와 산화성가스 NO2의 구분은 확실한 것으로 판단된다. 또한, 농도를 100, 1000ppm으로 변경하면서 측정한 결과, 저항변화가 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 따라서 가스 농도에 따른 센서로서의 사용이 가능함을 확인하였다.
In this paper, we fabricated and evaluated the SnO2-based gas sensor for detection of CO and NO2. The SnO2 is deposited as a thin film using sputtering and nano-fibers using electrospinning method. In the case of sputtering, two types of SnO2 are formed with 600Å and 3000Å thicknesses, and the senso...
In this paper, we fabricated and evaluated the SnO2-based gas sensor for detection of CO and NO2. The SnO2 is deposited as a thin film using sputtering and nano-fibers using electrospinning method. In the case of sputtering, two types of SnO2 are formed with 600Å and 3000Å thicknesses, and the sensor with nano-fibers has also two different thicknesses.
The fabricated devices are thermally treated in 400℃, 500℃, and 600℃. Among those, the device with 600℃ treatment shows the best properties including surface roughness. The working temperature is also investigated, where 300℃ shows the maximum sensitivity.
In the CO gas detection, the sensor shows the reduction behavior. The sputtering-based sensor represents the sensitivity, 26.76 at 600Å-thick case, which is three times larger than that in 3000Å case. It is thought that as the thickness becomes larger, the gas has more difficulties in getting into the SnO2 layer. The nano-fiber-based sensor shows the same behavior. Moreover, since the nano-fibers have more space and the detection gases rapidly diffuses into the layers, the nano-fiber-based sensor shows the shorter response time. Both sensors detect the variation of gas concentration.
During NO2 detection, the sensor shows the oxidation behavior. Therefore, the fabricated sensors have the selectivity considering the reduction behavior of the CO detection. Both sensors can detect the variation of gas concentration like CO. From those results, the fabricated sensors can be used for the detection of CO and NO2.
In this paper, we fabricated and evaluated the SnO2-based gas sensor for detection of CO and NO2. The SnO2 is deposited as a thin film using sputtering and nano-fibers using electrospinning method. In the case of sputtering, two types of SnO2 are formed with 600Å and 3000Å thicknesses, and the sensor with nano-fibers has also two different thicknesses.
The fabricated devices are thermally treated in 400℃, 500℃, and 600℃. Among those, the device with 600℃ treatment shows the best properties including surface roughness. The working temperature is also investigated, where 300℃ shows the maximum sensitivity.
In the CO gas detection, the sensor shows the reduction behavior. The sputtering-based sensor represents the sensitivity, 26.76 at 600Å-thick case, which is three times larger than that in 3000Å case. It is thought that as the thickness becomes larger, the gas has more difficulties in getting into the SnO2 layer. The nano-fiber-based sensor shows the same behavior. Moreover, since the nano-fibers have more space and the detection gases rapidly diffuses into the layers, the nano-fiber-based sensor shows the shorter response time. Both sensors detect the variation of gas concentration.
During NO2 detection, the sensor shows the oxidation behavior. Therefore, the fabricated sensors have the selectivity considering the reduction behavior of the CO detection. Both sensors can detect the variation of gas concentration like CO. From those results, the fabricated sensors can be used for the detection of CO and NO2.
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