초록 ▼

□ 연구개요
- 본 연구는 다양한 수소센서 활용영역(누설수소 검지/ 변압기 절연유중 수소 검지/ 호기 수소 검지)에 적용하기 위한 것으로서, 기존 상용 수소센서 대비 저온/고습의 극한환경에서도 고감도/고내구성을 갖고 초저가인 수소센서를 개발하고자함.
(1) 최종목표: 나노구조체를 활용한 고성능/고내구성/저가의 다목적 맞춤형 수소센서 개발
(2) 정량적 목표: 감지범위 1ppm ~ 4%, 감지시간 2초(누설수소) 이내, 환경온도 -40 ~ 200 ℃, 환경습도 0 ~ 90 RH%
(3) 정성적 목표 : (가) 금

□ 연구개요
- 본 연구는 다양한 수소센서 활용영역(누설수소 검지/ 변압기 절연유중 수소 검지/ 호기 수소 검지)에 적용하기 위한 것으로서, 기존 상용 수소센서 대비 저온/고습의 극한환경에서도 고감도/고내구성을 갖고 초저가인 수소센서를 개발하고자함.
(1) 최종목표: 나노구조체를 활용한 고성능/고내구성/저가의 다목적 맞춤형 수소센서 개발
(2) 정량적 목표: 감지범위 1ppm ~ 4%, 감지시간 2초(누설수소) 이내, 환경온도 -40 ~ 200 ℃, 환경습도 0 ~ 90 RH%
(3) 정성적 목표 : (가) 금속산화물 기반의 고감도 다차원 나노센서 개발, (나) 공정 최적화에 따른 내구성 및 수명 안정성 확보, (다) 대량생산 제품화 기술 개발

□ 연구 목표대비 연구결과
(가) 공정 조건제어에 따른 고감도 나노센서 개발
● 경사각 회전 증착법을 이용한 고감도 나노로드 센서 개발
● 듀얼이온빔 스퍼터법으로 산소조성 제어를 통한 고감도 산화물반도체 나노센서 개발
● 리튬 이온 주입법으로 나노크랙 형성 제어를 통한 고감도 나노센서 개발
● 과산화수로 표면처리함으로써 산소결핍양 제어를 통한 고감도 나노센서 개발
● 연성기판을 활용한 팔라듐 나노갭 기반 on/off 나노센서 개발: 극저온 환경 작동 수소감지 센서 개발
● 연성/강성기판을 활용한 팔라듐 나노센서 개발: Pd 패턴의 수소 흡·탈착시 면적변화를 전기 용량으로 정밀검지
(나) 공정 조건제어에 따른 성능 최적화 및 내구성 확보
● 환경온도 안정성확보 및 동작온도 감축
: (기판제어) p-type Si 기판적용으로 병렬전도 채널 형성에 의한 환경온도 안정성확보
: (촉매제어) 팔라듐 촉매활용으로 작동온도 감축
● -40 - 200℃ 환경온도 작동 안정성 확보
● 1% 수소농도 2초반응/10초이내 회복속도 확보
● 0.1% 이상 농도구간 수소감지 분간력 확보
● 광대역 (1ppm - 4%) 수소 감지 능력 확보
● 수소 감지 신뢰성 확보 (방해 가스 선택성 / 습도 안정성 / 반복동작 및 장기사용 안정성)
(다) 대량생산 공정 기술 개발
● 병렬 채널 센서 웨이퍼 스케일 제작
● 감지소자/히터 일체형 센서 웨이퍼 스케일 제작
● 감지소자 웨이퍼 스케일 제작
(라) 센서모듈 개발 및 성능평가
● USB 타입 수소센서 모듈 제작 및 성능 평가: H2 1-100ppm 수소감지 확인

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 수소 자동차 및 수소 충전소의 수소누출 점검을 위한 안전 모니터링 시스템으로 활용
● 변압기 내 절연유의 열화 진단 및 실시간 수소발생 모니터링 시스템 상용화
● 비만 및 장 질환 관련 호기 바이오마커(수소)의 고감도 감지를 위한 헬스케어 장치로 활용
● 초고감도 수소센서 개발 주요 핵심 기술 확보에 따른 기존 수소 산업 시장의 확대
● 수소이용 확대에 따른 도시 내 수소 공급 및 이용시설의 안전성 향상에 기여하며, 미래성장 동력인 스마트 수소도시의 수용성 향상 기대
● 사업화를 통해 제품 제조라인을 구축할 경우, R&D 인력을 포함 품질·제조·관리 인력 등의 추가적인 고용창출 기대

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 연구의 최종목표 ... 4
• 다. 연차별 연구내용 ... 4
• 라. 연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (가) 공정 조건제어에 따른 고감도 나노센서 개발 ... 5
• (나) 공정 조건제어에 따른 성능 최적화 및 내구성 확보 ... 9
• (다) 대량생산 공정 기술 개발 ... 13
• (라) 센서 모듈 개발 및 성능 평가 ... 15
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 가. 기술적 측면 ... 17
• 나. 경제·산업적 측면 ... 17
• 다. 사회적 측면 ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 가. 활용분야 ... 17
• 나. 추가연구의 필요성 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 47