Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering (한국정보통신학회논문지)

The Korea Institute of Information and Commucation Engineering (한국정보통신학회)
권호 표지

Abnormal current-voltage characteristics of $SnO_2$ oxide semiconductor and their application to gas sensors

$SnO_2$ 산화물 반도체의 비정상적 전류 - 전압 특성과 가스센서로의 응용

  • 이규정 (아주자동차대학 인터넷정보계열) ;
  • 윤호군 (목원대학교 컴퓨터교육과) ;
  • 허창우 (목원대학교 IT공학과)
  • Published : 2004.11.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Abnormal current-voltage characteristics of an oxide semiconductor have been investigated and a novel method of detecting reducing gases utilizing self-heating mechanism of sensing layer without an additional heater has been developed. Planar-type sensors based on WO3-doped SnO2 were fabricated using a screen-printing technique. The applied voltage across the sensing layer caused heating of the sensing layer and the current abruptly varied upon exposure to a gas mostly as a result of surface reactions. A unique and fascinating aspect of the gas sensing scheme is that no additional heater is necessary for detection. The new sensing method has been applied to C2H5OH gas in this preliminary work.

산화물 반도체의 비정상적 전류-전압 특성을 조사하였고, 그 전류-전압 특성을 산화물 반도체 가스센서에 적용하여 히터없이 감지막의 자기발열 메커니즘에 의해 환원성 가스를 검지하는 새로운 방법을 제시하였다. 평면 구조의 후막 가스센서는 WO3가 도핑된 SnO2 산화물 반도체를 이용하여 스크린 프린팅 방법으로 제조하였다. 감지막에 공급된 전압은 감지막의 발열을 초래하고 이 센서에 가스가 노출될 경우, 가스 감지막 표면의 재 반응에 의하여 전류는 급격히 변화하고 이로써 가스를 검지 할 수 있게 되었다. 이 가스 검지 구조의 가장 특이하고 매력적인 면은 검지를 위해 모든 산화물 반도체 가스센서가 가지고 있어야 하는 히터가 필요 없다는 것이다. 이 새로운 감지 방법을 C2H5OH 가스검지에 적용시켜 보았다.

Keywords

References

  1. T. Seiyama, A. Kato, K. Fujiishi and M.Nagatani, 'A new detector for gaseouscomponents using semiconductive thinfilms,' Anal. Chem., vol. 34, pp. 1502-1503,1962 https://doi.org/10.1021/ac60191a001
  2. 김영해, '가스센서와 그 응용-원리, 제법에서응용 시스템까지,' 기전연구사, pp. 8-17,1990
  3. M. Egashira, Y. Shimizu and Y. Takao,'Trimethylamine Sensor Based on Semiconductive Metal Oxide for Detection of Fish Freshness,' Sensors and Actuators, B1, pp. 108-112, 1990
  4. 이규정, 양태규, 허창우, "$C_3H_8$ 가스 검지용Sn$O_2$ 후막 가스센서 어레이의 제조 및 특성연구,' 대한전자공학회논문지 제 38권, TE편,제 3호, pp. 227-232, 2001
  5. 이규정, 류광렬, 허창우, '산화물 반도체 박막가스센서 어레이의 제조 및 수율 개선,' 한국해양정보통신학회논문지 제 6권, 제 2호, pp.315-322, 2002
  6. P. T. Moseley, 'Materials selection forsemiconductor gas sensors,' Sens. ActuatorsB, vol 6, pp. 149-156, 1992 https://doi.org/10.1016/0925-4005(92)80047-2
  7. G. Gopel and K. D. Schierbaum, in G.Gopel, J. Hesse and J. N. Zemel(ed-),Sensors, A Comprehensive Survey, vol. 2,VCH, Weinheim, p. 430, 1991
  8. K. D. Schierbaum, U. K. Kirner, J. F. Geigerand W. Gopel, 'Schottky-barrier andconductivity gas sensors based uponPd/SnO2 and Pt/Ti02,' Sens. Actuators B,vol. 4, pp. 87-94, 1991 https://doi.org/10.1016/0925-4005(91)80181-I
  9. B. G. Streetman, Solid State ElectronicDevices, 2nd edn., Prentice-Hall, EnglewoodCliffs, p. 187, 1980
  10. J. F. McAleer, P. T. Moseley, J. O. W.Norris and D. E. Williams, 'Tin dioxidegas sensors,' J. Chem. Soc., Faraday Trans.1, vol. 83, pp. 1323-1346, 1987 https://doi.org/10.1039/f19878301323
  11. G. Heiland, 'Homogeneous semiconductinggas sensor,' Sens. Actuators B, vol. 2, pp.343-361, 1982
  12. K. D. Schierbaum, U. Weimar and W.Gopel, 'Comparison of ceramic, thick-filmand thin-film chemical sensors based uponSnO2,' Sens. Actuators B, vol. 7, pp.709-716, 1992 https://doi.org/10.1016/0925-4005(92)80390-J
  13. Z. Chen, F. Kong, Z. Zhang, K. Koumotoand H. Yanagida, 'Temperature effect ofthe semiconducting gas sensor,'Yokyo-Kyokai-Shi, vol. 93, pp. 618-621,1985 https://doi.org/10.2109/jcersj1950.93.1082_618