산화물 반도체형 후막 가스 센서의 이산화질소 감지 특성

$NO_{2}$ Sensing Properties of Oxide Semiconductor Thick Films

산화물 반도체를 이용한 후막형 가스센서의 이산화질소에 대한 감지특성을 조사하였다. 기본 감지물질로는 $WO_{3}$, $SnO_{2}$, ZnO를 사용하였고, 여기에 다른 산화물 반도체를 소량 첨가하여 이산화질소에 대한 감지특성을 실험하였다. 동작온도에 따른 후막센서의 감지특성에서 감도, 회복특성을 고려할 때, $WO_{3}$와 $SnO_{2}$계 감지물질은 $300^{\circ}C$, ZnO계 감지물질은 $220{\sim}260^{\circ}C$ 정도의 동작온도에서 최적의 감지특성을 보였다. 그러나, ZnO계 감지물질은 큰 센서저항으로 인해 안정한 신호를 얻을 수 없었다. 오존, 암모니아, 에탄올, 메탄, 일산화탄소/프로판 혼합가스에 대한 선택성 실험에서 $WO_{3}$-ZnO(3 wt.%)와 $SnO_{2}-WO_{3}$(3 wt.%) 후막센서가 가장 우수한 이산화질소 감지특성을 보였다. 또한, 이들 후막센서들은 반복실험 및 농도의존성 실험을 통해서도 우수한 신호재현성을 보였으며 특히, 1 ppm 이하의 이산화질소를 검지, 정량화 할 수 있음을 보여 주었다.

The thick films of oxide semiconductors such as $WO_{3}$, $SnO_{2}$ and ZnO for the $NO_{2}$ detection of sub-ppm range have been prepared and their characteristics were investigated. It is showed that the optimum operating temperatures of the sensors are $300^{\circ}C$ and $220{\sim}260^{\circ}C$ for $WO_{3}$-based and $SnO_{2}$-based thick films, and ZnO-based thick films, respectively. Since the resistance of ZnO-based thick films are extremely high($>10^{6}{\Omega}$), the signal to noise ratio was comparatively low. In order to determine the selectivity, the films are exposed to the interfering gases such as ozone, ammonia, methane and the mixture of carbon monoxide and propane. $WO_{3}$-ZnO(3 wt.%) and $SnO_{2}-WO_{3}$(3 wt.%) thick film sensors show high sensitivity, good selectivity, excellent reproducibility and the linearity of $NO_{2}$ concentration versus sensor resistance. The preliminary results clearly demonstrated that the sensor can be successfully applied for the detection of $NO_{2}$ in sub-ppm range.