본 연구 과제에서는 모바일 기기 적용의 고신뢰, 저전력의 초소형 가스 센서 모듈의 제작을 위한 에너지 밴드 및 표면 구조 변경을 수반하는 산화아연 나노물질 기반 이종간 결합 나노소재를 합성하며, 이의 방법론을 제시하고자 한다.(세부목표)- 고효율 고집속 LED 제작: FDTD 시뮬레이션과 ray tracing 시뮬레이션을 통한 520 nm의 녹색 발광 LE...

- ZnO 나노입자 기반의 복합구조 나노 감지재 합성 → 200 ~ 300 ℃ 영역에서 최적의 감응 특성을 나타냄과 동시에 380 nm 영역의 파장을 갖는 UV에 반응하는 반도체 특성을 갖는 ZnO 나노입자의 합성 → 특정 가스에 대한 나노입자의 감지 특성을 향상시키기 위해 산화물 나노입자 기능화한 감지재 형성 → 나노입자 감지재를 활성화하여 가스의 흡착 특성을 향상시킬 수 있도록 noble metal 기능화 - Sensing system 구축 → 온도와 UV 조사를 동시에 컨트롤 할 수 있는 microheater 실장형 interdigital electrode (IDE) 센서 기판을 제작 → 고온의 sensing 환경에서 UV를 조사하며 가스를 검출할 수 있는 system 구축 → 검출 온도와 UV 조사 강도, 파장을 조절할 수 있는 system 구축 → 원활한 sensing measurement가 가능하도록 5채널 이상 동시 센싱이 가능한 system 구축 - UV 조사 유무에 따른 가스 검출 특성 측정 → UV 비조사 환경에서 최적의 검출 특성을 나타내는 가스의 종류와 작동 온도 파악 → 해당 온도에서 UV를 조사했을 때, 최적의 특성을 나타내는 가스의 종류 파악 → 최적의 검출 반응을 나타내는 UV의 파장과 감도를 파악하고 UV 비조사 환경에서의 최적의 가스와의 선택성 측정 ● 상기 연구 개발 단계를 통합하여 본 연구에서는 온도와 자외선 조사를 융복합하여 단일 감지재로 2종 이상의 가스를 감지하는 센서를 제작하고자 함. - 기 발표된 연구에서 자외선 감응형 나노감지재는 고온환경과 자외선 조사 환경 하에서 서로 다른 가스 검출 특성을 나타낸 것으로 확인됨. - 이러한 두 가지 검출 방법을 조합하여 가스를 검출하면, 2종 이상의 상이한 가스의 검출이 가능한 단일 소자 센서를 제작할 수 있을 것으로 판단되나, 아직 이와 같은 연구 결과는 학계에 보고된 바 없음. - 따라서, 본 연구에서는 나노감지재가 최적의 검출 특성을 나타내는 온도를 찾아낸 후, UV 조사 전후의 가스 검출 특성을 연구하고자 함. - 상온 영역의 UV 조사시 UV가 없는 환경에서는 대부분 아무런 가스도 검출되지 않으나, 고온 환경에서는 상온과 달리 UV가 없는 환경에서도 특정 가스가 검출되며, UV 조사시 다른 검출 반응 특성이 나타나게 됨을 예상할 수 있음. - 센서의 작동온도 제어는 안정화시 많은 시간이 소모되나, UV의 경우 1초 이내의 매우 빠른 속도로 안정화가 가능하므로, 최적의 온도 조건에서 UV를 on/off 하며 가스 검출시 2종 이상 가스를 매우 높은 효율로 검출이 가능함. - 또한, 이러한 검출 특성을 극대화하고, 선택성을 높이기 위하여 감지재 표면에 MOS 나노입자와 귀금속 나노입자를 기능화 하였음. ● 본 연구를 위해 우리 연구팀에서는 고온 작동형 센서 감지 소자 및 UV 감응형 센서 감지소자 기술을 이미 확보했고, 이를 측정하기 위한 측정 시스템 역시 구축되어 있으므로, 효율적이고 즉각적인 연구가 가능할 것으로 기대됨. - 현재 ZnO 나노입자 기반 감지재를 통한 고온 센서 및 UV조사 상온 센서에 관한 연구는 상당히 진행되어 선행 연구 결과로서 SCI 논문 (JCR Rank. 상위 10 % 이내)에 게재된 바 있음. - 센서 검출 시스템은 UV 조사형과 고온 검출형 측정 시스템으로 3채널 검출이 가능하도록 제작되어 있으며, 현재 동시 검출이 가능한 5채널 시스템으로 modify중에 있음. - 본 연구팀은 머시닝센터(MCT) 및 3D printer 등을 보유하고 있으며, 이를 통해 다양한 기능이 부여된 시스템을 즉각적으로 구축할 수 있을 것으로 판단됨.

본 과제는 빛 에너지를 통해 활성화되는 세라믹 소재를 사용하여, 상온에서도 여러 종류의 가스를 동시에 감지할 수 있는 고성능 가스센서 기술을 개발하는 연구임. 연구 목표는 신뢰성 있는 UV-LED 기반의 3종 이상 다종가스 감지용 센서 패키지 및 모듈을 제작하고, 감지재 구조 및 UV-LED 특성 최적화를 통해 가스 선택성을 높이는 데 있음. 또한, 간접천이형 감지재 복합구조 센서와 최적화된 Array 소자 및 SoC 소자 제작 및 특성 평가를 포함함. 핵심 연구 내용은 UV-LED 기반 일체형 다종가스 감지 센서 패키지 제작으로 감지 특성과 가스 선택성을 확보하고 신뢰성을 높이는 것임. 이를 위해 반응 가스에 따른 UV-LED 집적 제작 기술과 고감도, 고선택성 자외선 활성화 센서 감지재를 개발하여 sub-ppm 수준의 저농도 가스 감지를 실현함. 더불어, 각 가스별 최적 조건의 Array 소자 및 SoC 소자 제작 기술 개발 및 성능 극대화에 주력함. 기대 효과는 감지재, UV-LED 광학적 특성 및 패키지, AAO 기판 특성 등을 최적화하여 가스센서 성능을 극대화함. 이를 통해 3종 이상의 상온 가스센서 구현 및 신뢰성 확보가 가능하며, 개발된 소자의 패키지 및 모듈 특성 평가에 활용될 것으로 전망됨.