• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.8 no.7
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• pp.1436-1441
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• 2004

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.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.116.1-116.1
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• 2016

반도체 가스센서에서는 가연성 및 탄화수소계 가스를 감지 하기 위해서 $100{\sim}500^{\circ}C$ 이상의 동작온도를 필요로 한며, 이에 따라 반도체식 가스센서의 마이크로 히터 소재는 고온에서 열적 안정성이 있는 소재가 요구된다. 현재 상용화되고 있는 반도체식 가스센서는 실리콘(Silicon) 기반의 MEMS 기술을 이용한 가스센서이며, 구조적으로나 성능적 한계가 드러남에 따라 실리콘 이외의 다양한 재료의 MEMS 응용기술 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 실리콘의 재료적 한계를 극복하기 위해 다공성 알루미늄 산화물(AAO)을 기판으로 사용하여 마이크로 히터를 제작하였다. AAO의 제작에 앞서 CMP, 화학연마, 전해연마를 이용하여 적합한 전처리 공정을 선정하였고, AAO 제작 시 온도, 시간, 전압의 변수를 주어 마이크로 히터 기판에 적합한 공정을 탐색하였다. 마이크로 플랫폼은 MEMS 공정으로 제작되었으며, PR(Photo Resist)을 LPR(Liquid Photo Resist)과 DFR(Dry Film Resist)로 각각 2종 씩 선택하여 AAO에 적합한 제품을 선정하였다. 제작된 마이크로 히터는 $1.8mm{\times}1,8mm$로 소형화 하였고, 열손실의 제어를 위해 열확산 방지층을 추가하였다. 구동 온도, 소비전력, 장시간 구동시 안정성의 측정 및 평가는 적외선 열화상 카메라와 kiethly 2420 source meter를 이용하여 측정하였으며, 열확산 방지층의 유 무에 따른 온도 분포 및 소비전력을 비교평가 하였다. 최종적으로는 현재 사용화 되어있는 가스센서들의 소비전력과 비교 평가 하여 논의 하였다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.11 no.1 s.34
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• pp.40-45
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• 2007

This paper describes NDIR $CO_{2}$ gas sensor that shows the characteristics of temperature compensation. It consists of novel optical cavity that has two elliptical mirrors and a thermopile that includes ASIC chip in the same metal package for the amplification of detector output voltage and temperature sensor. The newly developed sensor module shows high accuracy ($less\;than {\pm}40\;ppm$) throughout the measuring concentration of $CO_{2}$ gas from 0 ppm to 2,000 ppm. After implementing the calculation methods of gas concentration, which is based upon the experimental results, the sensor module shows high accuracy less than ${\pm}5\;ppm$ error throughout the measuring temperature range ($15^{\circ}C\;to\;35$^{\circ}C$) and gas concentrations with self-temperature compensation.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.160-161
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• 2008

$SnO_2$는 n형 반도체로써 3.6 eV의 큰 밴드갭을 가지는 물질로 CO와 NOx 가스에 좋은 감도를 나타내는 것으로 보고되고 있다. 문헌에 따른 일반적인 $SnO_2$ 가스센서는 후막이나 벌크형태로 제작되었다. 근래에는 가스감응체가 $SnO_2$ 나노선 형태인 가스센서가 활발한 연구 중에 있다. 본 논문에서는 기판 위에 서로 분리된 전극 패턴에 Au를 촉매로 하여 네트워크 구조로 된 $SnO_2$ 나노선이 합성되었다. 제작된 가스센서에 Pd 도핑에 따른 영향을 알아보기 위하여 1.8 mM의 Pd 용액 ($PdCl_2{\cdot}xH_2O$ 3 mg + $H_2O$ 10 ml)을 이용하여 센서에 도핑하였다. 측정 시스템에서 $NO_2$ 가스에 대한 센서의 특성을 분석한 결과 도핑하지 않은 $SnO_2$ 센서보다 20%정도의 감도가 개선되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.05c
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• pp.67-70
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• 2003

단원계 및 이원계 촉매를 이용하여 나노 감지 소자를 합성하였고, 이를 이용하여 가연성 후막 가스 센서를 제작, 촉매 시스템에 따른 가스 감지 특성을 비교하였다. 단원계의 경우 Pd 및 Pt를 각각 3wt%로, 이원계의 경우 Pd:Pt 농도를 1:2~2:1wt%로 각각 제어하여 평균 입도가 15 nm 인 $SnO_2$ 나노 분말에 도핑, 감지물질을 합성하였다. 그 후 감지물질을 paste로 만들어 인쇄, 가스센서 제작 후 $450{\sim}600^{\circ}C$의 온도로 열처리하였다. 그 결과 이원계 촉매 시스템을 가진 가스 센서는 시효 시간에 따라 감도 값이 변하는 불안정한 현상을 나타내었다, 그러나 단원계 촉매의 경우 시효 시간이 지나도 감도 값이 안정된 현상을 나타내었다. 특히 3wt% pt를 도핑하여 $500^{\circ}C$에서 열처리한 경우 5시간 시효 후에도 감도 값의 변화 폭이 3.5% 이하의 매우 안정된 특성을 나타내었고 반응 시간도 20초 이하로 매우 빠른 응답 특성을 나타내었다.

• Journal of IKEEE
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• v.23 no.3
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• pp.793-799
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• 2019

In this study, the diffusion process and the thermal energy distribution gradient of the sensor were confirmed by using the finite element analysis program (COMSOL) of the mesh method to analyze the thermal diffusion in the wearable fabric (Nylon) + MWCNT gas sensor. To analyze the diffusion process of thermal energy, the structure of the gas sensor was modeled in a two dimension plane. The proposed modeling was presented with the characteristic value for the component of the sensor, and the gas sensor designed using the mesh finite element method (FEM) was proposed and analyzed by suggesting the one-way partial differential equation in the governing equation to know the degree of thermal energy diffusion and the thermal energy gradient. In addition, the temperature gradient 10[K/mm] of the anode-cathode electrode layer and the gas detection unit was investigated by suggesting the heat velocity transfer equation.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2016.10a
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• pp.145-148
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• 2016

본 논문은 아두이노(Uno R3)와 가스센서(MQ2)를 기반으로 위험상황을 감지하고 가스센서와 스마트폰을 연결하여 위험상황을 보다 빠르게 대처하고자 한다. 위험상황 감지는 가스감지센서를 사용하였으며 이 센서들은 아두아노를 통해 상황을 판별하는 서버와 실시간으로 데이터를 주고받는다. 서버에서 위험상황이 있다고 판단되면 스마트폰에 진동, 얄람, 탈출경로 및 긴급연락 화면을 사용자에게 알린다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.07d
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• pp.2190-2192
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• 2001

가스 배관 진단 시스템은 배관 내부에 삽입되어 배관 내에 주입된 가스에 의해 추진되는 시스템으로 배관의 건설, 유지, 보수, 해체 등의 작업을 위한 여러 정보를 수집한다. 배관 진단을 위한 대표적인 센서로는 배관 내부의 찌그러짐(dent)과 주름(wrinkle)의 형태 및 크기를 측정하는 캘리퍼(caliper) 센서와 배관 외부의 파손을 측정하는 MFL(Magnetic Flus Leakage) 센서 그리고 배관 내의 환경 정보를 측정하기 위한 온도 센서와 압력 센서가 있다. 이러한 센서들로 수집된 정보를 활용하기 위해서는 정확한 위치 정보가 필요하므로 IMU(Inertial Measurement Unit)와 주행 거리계를 사용하는 결합 항법 시스템도 필요하다. 본 논문에서는 가스 배관 진단 시스템을 위한 항법 데이터 저장 시스템을 개발한다. 배관 진단 시스템의 특성상 일반적인 측정 센서는 700Hz 이상의 주기로 측정되고 항법 정보는 100Hz 주기 이상으로 측정되며 배관 내 이동 시간은 2시간에서 24시간 이상으로 다양하므로 많은 데이터를 효율적으로 저장할 수 있어야 한다. 따라서 데이터 저장 장치로는 DAT를 사용하게 되며 많은 센서 데이터를 실시간으로 저장하기 위해서 마스터-슬레이브 구조를 갖는 멀티 프로세서 구성을 이용한 항법 데이터 저장 시스템을 설계 제작하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.40 no.11
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• pp.1073-1077
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• 2003

The Sn $O_2$-based gas sensors can detect inflammable and toxic gases of low concentration by the modulation of surface resistance, but they lack in selectivity on the whole. To give selectivity to the Sn $O_2$-based gas sensors, studies on the sensing mechanism, selective gas sensing materials and signal processing techniques are demanded. Ethanol (C$_2$ $H_{5}$OH) and acetonitrile ($CH_3$CN) were confirmed to undergo catalytic oxidation on Sn $O_2$ by gas chromatography. PdCl$_2$-doped Sn $O_2$ showed excellent sensitivity to ethanol and acetonitrile, while La$_2$ $O_3$-doped Sn $O_2$ showed excellent sensitivity to ethanol, but poor sensitivity to acetonitrile. Using these two sensors and pattern recognition, the selectivity to acetonitrile is greatly enhanced. The minimum detection level of acetonitrile was 15 ppm in air and 20 to 100 ppm when exposed to interfering gases together with acetonitrile.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.136-136
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• 2003

카본나노튜브는 상용되는 기존의 센서에 비해 표면적이 넓어 감도가 놀고 응답속도가 빠르다. 또한 나노 스케일의 크기를 가지므로 고직접화를 실현할 수 있으며 기능복구성이 뛰어나 상온동작을 통한 저전력화가 가능하다. 본 실험에서는 아크방전법으로 합성한 카본나노튜브를 가스센서로 제작하여 상온에서 NH$_3$, NO 가스와의 반응 특성을 평가하였다. 또한 origin soot와 이를 정제한 purified CNT를 SEM(주사전자현미경), TEM(투과전자현미경), Raman scattering spectroscopy(라만 산란 분광기)를 통해 재료적 특성을 조사하고 이를 가스 감응 곡선과 연관하여 비교, 분석하였다. 전극에 CNT막을 형성시키기 위해 3g의 N,N dimethylformamide 용액에 CNT 10mg을 분산시킨 후 2시간동안 초음파 처리하였다. 이 용액을 mask를 이용해 전극 위에 막을 형성시킨 후 20$0^{\circ}C$에서 열처리하였다. 이렇게 제조된 origin soot와 purified CNT센서는 flow system을 이용하여 측정하였고 $N_2$분위기 하에서 센서를 안정화시킨 후 측정가스와의 반응을 살펴보았다 센서의 반응속도, 회복속도, 감도 등의 측정결과 origin soot는 NH$_3$ 25ppm에서 20%, purified CNT는 1%의 감도를 보여 20배 높은 감도를 보았다. NO 25ppm의 경우에도 origin soot가 8%, purified CNT는 0.8%의 감도를 보여 10배 높은 감도를 보였다. 이는 탄소입자가 많은 origin soot가 purified CNT 보다 표면적이 넓어 보다 많은 가스 흡착 싸이트를 가지기 때문이다. 하지만 origin soot는 반응시간과 회복속도가 Purified CNT 보다 2배 이상 느려 표면적 증가에 따른 가스 흡착과 탈착 능력이 떨어짐을 알 수 있었다. 또한 CNT와 가스사이의 전하 이동 방향에 따라 NH$_3$는 양의 감도를 NO는 음의 감도를 보였다 이는 전하의 이동 방향에 따라 전하와 캐리어 사이의 결합 및 해리가 일어나게 되고 결국 카본나노튜브 내의 캐리어 수를 증감시킴에 따라 나타나는 현상이다. 이러한 가스의 감도는 농도에 따라 증가하였으며 origin soot를 이용하여 1ppm이하의 NH$_3$ 가스를 검출할 수 있었다.