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논문 상세정보

가연성 가스 인식을 위한 $SnO_2$계열의 박막 가스센서

$SnO_2$-based thin film gas sensors in array for recognizing inflammable gases

초록

가연성 가스의 검지 및 인식을 위하여, SnO$_2$계열의 4가지 종류의 박막을 형성하였다. 감지막 형성을 위하여, Sn, Pt/Sn, Au/Sn 그리고 Pt, Au/Sn 막을 Sn의 열증착과 귀금속의 스퍼터링으로 증착하였다. 증착된 박막들을 $700^{\circ}C$ 정도에서 2 시간 열산화시켜 $SnO_2$계열의 감지막을 형성하였다. 제작된 박막은 tetragonal구조의 $SnO_2$이었고, 가스 흡착을 위한 가스 흡착점과 기공도를 많이 갖고 있었다. 스퍼터로 형성된 박막보다 열산화법으로 형성된 박막이 고감도를 보였다. 제작 박막들은 작업환경기준치정도의 저농도에서 측정 가연성 가스(부탄, 프로판, LPG, 일산화탄소)에 대해 고감도와 재현성을 나타내었다. 특히, 백금(30 $\AA$)을 첨가한 박막이 LPG와 부탄 가스에 대해, 순수 열산화된 $SnO_2$ 박막이 프로판과 일산화탄소에 대하여 가장 고감도를 나타내었다. 이들 센서들의 각 가스별로 차별화된 감도패턴을 이용하여 주성분 분석 기법을 통해 환경기준치(LEL, TLV) 범위에서 부탄, 프로판, LPG, 일산화탄소와 같은 가연성 가스의 종류 인식 및 정량을 인식할 수 있었다.

Abstract

Highly-porous $SnO_2$thin films were prepared for recognizing and detecting of the inflammable gases, like butane, propane, LPG, carbon monoxide. To obtain sensing films, Sn, Pt/Sn, Au/Sn, and Pt,Au/Sn films were deposited employing a thermal evaporator for Sn film and a sputter for novel metals of Pt or/and Au. These films were annealed for 2 h at $700^{\circ}C$ to form $SnO_2$-based thin films. The films showed the tetragonal structure and also exhibited many defects and porosity, which could give high sensitivity to thin films. The thin films showed high sensitivity and reproductivity to the tested gases(butane, propane, LPG, and carbon monoxide) to even to low gas concentrations in range of workplace environmental standards. Especially, Pt/$SnO_2$film showed the highest sensitivity to butane, LPG, and carbon monoxide. And pure $SnO_2$ film manifested the highest sensitivity to propane. By using the sensing patterns from the films, we could reliably recognize the kinds and the quantities of the tested inflammable gases within the range of the threshold limit values(TLV) and the lower explosion limit(LEL) through the principal component analysis(PCA).

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