표면탄성파를 이용한 아황산 가스센서 개발에 관한 연구

The Study on development of a SAW SO$_2$ gas sensor

아황산가스를 감지하기 위해 새로운 CdS 무기박막을 이용한 표면탄성파 센서를 구현하였다. LiTaO$_3$ 단결정 압전기판에 중심주파수 54MHz인 두 개의 SAW 소자 및 발진기를 제작하였으며 아황산가스가 흡착, 탈착할 수 있는 감지막을 지연선 상에 증착시키고 다른 변수로부터의 반응을 보상하기 위해 이중지연선 구조로 제작하였다. CdS 박막은 초음파 노즐을 이용하여 분무 열분해법을 이용하여 증착하였다. 실험결과 표면탄성파 센서는 아황산가스의 농도를 0.25 ppm 까지 검출할 수 있으며 20 ppm 이내의 안정도 및 5분 이내의 빠른 반응시간을 보였다. 또 가스감응 실험의 반복을 통해 센서의 반복성을 확인함으로써 본 연구에서 개발한 센서가 이황산가스 감지용 센서로 사용될 수 있음을 확인하였다. 향후 계획으로 CdS 박막 증착시에 적절한 원소를 첨가하여 박막의 반응성을 증가시키며 또한 표면탄성파 소자의 중심주파수를 증가시켜 센서의 가스감응성을 높이고자 하였다.

A new type SO$_2$ gas sensor with a particular inorganic thin film on SAW devices was developed. The sensor consisted of twin SAW oscillators of the center frequency of 54 MHz fabricated on the LiTaO$_3$ piezoelectric single crystal. One delay line of the sensor was coated with a CdS thin film that selectively adsorbed and desorbed SO$_2$, while the other was uncoated for use as a stable reference. Deposition of the CdS thin film was carried out by the spray pyrolysis method using an ultrasonic nozzle. The sensor could measure the concentration in air less than 0.25 parts per million of SO$_2$. Stability of the sensor turned out to be as good as less than 20ppm, recovery time after each measurement was as short as 5 minutes. Repeatability of the measurement was confirmed through so many reiterated experiments. Hence, the SAW sensor developed through this work showed promising performance as a microsensing tool of SO$_2$. Further work required to improve the performance of the sensor includes enhancement of the reactivity of the CdS thin film with SO$_2$ through appropriate dopant addition, an increase of the center frequency of the SAW device.