KR102223959B1 - Pinene gas sensor and sensing method of pinene gas using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전이금속 칼코겐화합물 기반의 피넨 가스 센서를 이용하여 전이금속 칼코겐화합물 표면에 피넨(Pinene) 분자를 흡착시켜 공기 중에 있는 피넨 가스를 실시간으로 감지할 수 있는 센서 및 센싱 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sensor and a sensing method capable of detecting pinene gas in air in real time by adsorbing pinene molecules on the surface of a transition metal chalcogen compound using a transition metal chalcogen compound-based pinene gas sensor. .
Description
전이금속 칼코겐화합물 기반의 피넨 가스 센서를 이용하여 피넨을 센싱하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of sensing pinene using a transition metal chalcogen compound-based pinene gas sensor.
피톤치드는 숲속의 식물들이 만들어 내는 살균성을 가진 모든 물질을 통틀어 지칭하는 것으로, 피톤치드는 심리적인 안정감 이외에도 말초 혈관을 단련시키고 심폐 기능을 강화시킨다. 기관지 천식과 폐결핵 치료, 심장 강화에도 도움이 되며, 피부를 소독하는 약리 작용도 하는 것으로 알려져있다.Phytoncide refers to all substances with bactericidal properties produced by forest plants. In addition to psychological stability, phytoncide strengthens peripheral blood vessels and strengthens cardiorespiratory function. It is known to be helpful in treating bronchial asthma and pulmonary tuberculosis, strengthening the heart, and has a pharmacological action to disinfect the skin.
피톤치드의 주성분은 테르펜(terpene)이라는 물질이며, 이 물질이 숲 속의 향긋한 냄새를 만들어 낸다.The main component of phytoncide is a substance called terpene, and this substance creates a fragrant smell in the forest.
테르펜은 동식물에 널리 분포되어 있는 가연성의 불포화 탄화수소로서, 일반식 (C5H8)n (n≥2)을 갖는 탄수화물 및 이들 유도체의 총칭이며, 분자 내에 이소프렌(C5H8) 단위체의 수에 따라 분류된다. 모노테르펜(C10H16)은 2개, 세스퀴테르펜(C15H24)은 3개, 디테르펜(C20H32)은 4개, 트리테르펜(C30H48)은 6개, 테트라테르펜(C40H64)은 8개의 이소프렌 단위체를 각각 가지고 있다.Terpenes are flammable unsaturated hydrocarbons widely distributed in animals and plants, and are a generic term for carbohydrates and their derivatives having the general formula (C 5 H 8 ) n (n≥2), and the number of isoprene (C 5 H 8 ) units in the molecule Classified according to. Monoterpene (C 10 H 16 ) is 2, sesquiterpene (C 15 H 24 ) is 3, diterpene (C 20 H 32 ) is 4, triterpene (C 30 H 48 ) is 6, tetra Terpene (C 40 H 64 ) has 8 isoprene units each.
이와 같이 테르펜 유도체는 종류가 다양하고 그 성분에 따라서 다른 효과를 나타내며, 이에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다.As described above, there are various types of terpene derivatives and exhibit different effects depending on their components, and various studies have been conducted on this.
이와 더불어 최근에는 건강에 대한 관심이 높아지면서 오염된 환경에서 벗어나서 삼림욕을 즐기고자 하는 인구가 증가하고 있으며, 이에 따라서 숲에서 발생하는 테르펜이 주목을 받고 있다.In addition, in recent years, as interest in health has increased, the number of people who want to enjoy forest bathing outside of a contaminated environment is increasing. Accordingly, terpenes occurring in the forest are attracting attention.
솔잎에 있는 테르펜 성분은 대부분 모노테르펜으로서 휘발성이 높으며, 삼림욕의 대상 물질로 대부분의 인체에 무해하다. 예를 들어, 알파-피넨(α-pinene)은 심리적인 안정감을 주는 것으로 알려져 있으며, 심리적으로 우울하거나 불안한 상태를 안정화시키는 등 인체에 유익한 효과를 주는 것으로 잘 알려져 있다. Most of the terpene components in pine needles are monoterpenes, which are highly volatile, and are harmless to most humans as target substances for forest bathing. For example, alpha-pinene (α-pinene) is known to give a sense of psychological stability, and is well known to have beneficial effects on the human body, such as stabilizing psychologically depressed or anxious states.
이에, 숲에서 발생되는 인체 유익한 가스의 실시간 측정은 숲을 관리하고 숲의 질적 등급 판단에 매우 중요하다. 그러나, 현재는 크로마토그래피를 이용해서 피넨 가스의 유무를 확인할 수 있을 뿐, 공기 중에 있는 피넨을 실시간으로 측정하는 방법이 없어 숲에서 방출되는 피넨 가스를 실시간 측정할 수 있는 센서 개발이 중요하다.Therefore, real-time measurement of human-beneficial gases generated in the forest is very important for managing the forest and determining the quality of the forest. However, at present, it is only possible to check the presence or absence of pinene gas using chromatography, and there is no real-time method of measuring pinene gas in the air, so it is important to develop a sensor capable of measuring the pinene gas emitted from the forest in real time.
본 발명은 전이금속 칼코겐화합물 기반의 피넨 가스 센서를 이용하여 전이금속 칼코겐화합물 표면에 피넨(Pinene) 분자를 흡착시켜 공기 중에 있는 피넨 가스를 실시간으로 감지할 수 있는 센서 및 센싱 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sensor and a sensing method capable of detecting pinene gas in air in real time by adsorbing pinene molecules on the surface of a transition metal chalcogen compound using a transition metal chalcogen compound-based pinene gas sensor. .
상기 과제를 해결하기 위하여,In order to solve the above problem,
본 발명은 일실시예에서, The present invention in one embodiment,
게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성된 채널층; 및 상기 채널층 상에 형성되고, 서로 이격되어 위치하는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하며, 상기 채널층은 일부가 외부로 노출된 센싱 표면을 가지고, 상기 센싱 표면은 피넨(pinene) 가스를 감지하는 피넨 가스 센서를 제공한다.A gate electrode; An insulating layer formed on the gate electrode; A channel layer formed on the insulating layer; And a first electrode and a second electrode formed on the channel layer and spaced apart from each other, wherein the channel layer has a sensing surface partially exposed to the outside, and the sensing surface contains a pinene gas. It provides a pinen gas sensor that detects.
또한, 본 발명은 일실시예에서, In addition, the present invention in one embodiment,
1 전극, 제 2 전극, 게이트 전극, 및 서로 이격되어 위치하는 제 1 전극 및 제 2 전극의 하부에 채널층을 포함하는 가스 센서를 이용하여 피넨을 센싱하는 방법으로서, 채널층이 피넨 가스를 흡착하여 발생하는 센서의 전류 변화를 측정하는 피넨 가스의 센싱 방법을 제공한다.As a method of sensing pinene by using a gas sensor including a first electrode, a second electrode, a gate electrode, and a channel layer under the first electrode and the second electrode that are spaced apart from each other, the channel layer absorbs the pinene gas. It provides a sensing method of a pinene gas that measures a change in current of a sensor that occurs.
본 발명은 전이금속 칼코겐화합물(예를 들어, 이황화몰리브덴) 기반의 피넨 가스 센서를 이용하여 전이금속 칼코겐화합물 표면에 피넨(Pinene) 분자를 흡착시켜 공기 중에 있는 피넨 가스를 실시간으로 감지할 수 있는 센서 및 센싱 방법에 관한 것이다. The present invention uses a transition metal chalcogen compound (for example, molybdenum disulfide)-based pinene gas sensor to adsorb Pinene molecules on the surface of the transition metal chalcogen compound to detect the pinene gas in the air in real time. It relates to a sensor and a sensing method.
본 발명에 따른 피넨 가스 센서를 이용하여 센서의 활성층에 존재하는 전이금속 칼코겐화합물 표면에 피넨 분자의 흡착 시 발생하는 전류변화를 측정하여 공기 중에 있는 피넨 가스의 유무 및 가스량을 실시간으로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 피넨 가스 센싱 방법은 아주 낮은 압력의 피넨 가스도 측정할 수 있는 고감도 실시간 센서 개발이 가능하다.Using the pinene gas sensor according to the present invention, it is possible to measure the presence or absence of the pinene gas in the air and the amount of gas in real time by measuring the current change generated when the pinene molecules are adsorbed on the surface of the transition metal chalcogen compound present in the active layer of the sensor. have. In addition, the pinene gas sensing method according to the present invention enables the development of a high-sensitivity real-time sensor capable of measuring even a very low pressure pinene gas.
도 1은 본 발명에 따른 피넨 가스 센서의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 피넨 가스 센서의 모식도이다
도 3은 본 발명의 실시예에 있어서, (a)는 피넨 분자 흡착 전 이황화몰리브덴의 밴드 구조이며, (b)는 피넨 분자 흡착 후 이황화몰리브덴의 밴드 구조이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서, 피넨 분자가 이황화몰리브덴에 흡착되어 전자가 이동을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 있어서, 드레인 전압에 따른 피넨 분자의 흡착 전후 전압-전류(I-V) 곡선이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 있어서, 게이트 전압에 따른 피넨 분자의 흡착 전후 전압-전류(I-V) 곡선이다.1 is a schematic diagram of a pinene gas sensor according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a pinene gas sensor manufactured according to an embodiment of the present invention
3 shows a band structure of molybdenum disulfide before adsorption of pinene molecules, and (b) shows a band structure of molybdenum disulfide after adsorption of pinene molecules.
FIG. 4 shows electron transfer by adsorbing pinene molecules to molybdenum disulfide in an embodiment of the present invention.
5 is a voltage-current (IV) curve before and after adsorption of pinene molecules according to a drain voltage in an embodiment of the present invention.
6 is a voltage-current (IV) curve before and after adsorption of pinene molecules according to a gate voltage in an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.
본 발명에서, "피넨(pinene)"이란, 화학식 C10H16으로, 테르펜계 탄화수소의 하나로서, 분자량은 136.2이고, α-피넨과 β-피넨이 공존하는 것을 의미한다. 피넨은 천연으로 널리 존재하며, 소나무과의 정유(精油)인 테레빈유(油)의 주성분으로, 그 구조식은 하기와 같다:In the present invention, "pinene" refers to the formula C 10 H 16 , one of terpene-based hydrocarbons, having a molecular weight of 136.2, and means that α-pinene and β-pinene coexist. Pinene is widely present in nature and is the main component of turpentine, an essential oil of the pine family, and its structural formula is as follows:
(구조식 1)(Structural Formula 1)
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
숲에서 발생되는 피넨 가스는 인체에 유익한 효과를 주는 것으로 잘 알려져 있다. 숲에서 발생되는 인체 유익한 가스의 실시간 측정은 숲을 관리하고 숲의 질적 등급 판단에 매우 중요하다. 현재 공기 중에 있는 피넨 가스를 실시간으로 측정하는 방법이 없어 실시간 가스 측정기 개발 시 상당한 경제적 파급효과가 있을 것으로 기대된다. 따라서 숲에서 방출되는 가스를 실시간 측정할 수 있는 센서 개발이 중요하다.Pinen gas generated from forests is well known to have beneficial effects on the human body. Real-time measurement of beneficial gases generated in forests is very important for managing forests and determining the quality of forests. Currently, there is no way to measure the pinene gas in the air in real time, so it is expected that there will be significant economic ripple effects when developing a real-time gas meter. Therefore, it is important to develop a sensor that can measure the gas emitted from the forest in real time.
이에, 본 발명은 전이금속 칼코겐화합물(예를 들어, 이황화몰리브덴) 기반의 피넨 가스 센서를 이용하여 전이금속 칼코겐화합물 표면에 피넨(Pinene) 분자를 흡착시켜 공기 중에 있는 피넨 가스를 실시간으로 감지할 수 있는 센서 및 센싱 방법을 제공한다. Accordingly, the present invention uses a transition metal chalcogen compound (for example, molybdenum disulfide)-based pinene gas sensor to adsorb Pinene molecules on the surface of the transition metal chalcogen compound to detect the pinene gas in the air in real time. It provides sensors and sensing methods that can be used.
구체적으로, 본 발명은 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성된 채널층; 및 상기 채널층 상에 형성되고, 서로 이격되어 위치하는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하며, 상기 채널층은 일부가 외부로 노출된 센싱 표면을 가지고, 상기 센싱 표면은 피넨(pinene) 가스를 감지하는 피넨 가스 센서를 제공한다.Specifically, the present invention is a gate electrode; An insulating layer formed on the gate electrode; A channel layer formed on the insulating layer; And a first electrode and a second electrode formed on the channel layer and spaced apart from each other, wherein the channel layer has a sensing surface partially exposed to the outside, and the sensing surface contains a pinene gas. It provides a pinen gas sensor that detects.
도 1은 본 발명에 따른 피넨 가스 센서의 모식도를 나타낸 것이다. 1 is a schematic diagram of a pinene gas sensor according to the present invention.
본 발명에 따른 피넨 가스 센서는 전이금속 칼코겐화합물 기반 트랜지스터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 피넨 가스 센서(100)는 게이트 전극(15), 상기 게이트 전극(15) 상에 형성된 절연층(14), 상기 절연층(14) 상에 형성된 채널층(13), 상기 채널층(13) 상에 제 1 영역에 형성된 제 1 전극(11) 및 상기 제 1 영역과 이격된 제 2 영역 상에 형성된 제 2 전극(12)을 포함한다.The pinene gas sensor according to the present invention may include a transition metal chalcogen compound-based transistor. Specifically, the
상기 채널층은 (13)은 전이금속 칼코겐화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 채널층은 전이금속 칼코겐화합물을 포함하는 나노시트 형태일 수 있다.The channel layer (13) may include a transition metal chalcogen compound. For example, the channel layer may be in the form of a nanosheet containing a transition metal chalcogen compound.
상기 채널층은 1 내지 10 층으로 적층되어 형성된 것일 수 있고, 예를 들어, 1 내지 10 층, 1 내지 8 층, 1 내지 6 층, 1 내지 4 층, 1 내지 2 층, 2 내지 10 층, 또는 5 내지 10 층으로 적층되어 형성된 것일 수 있다. The channel layer may be formed by stacking 1 to 10 layers, for example, 1 to 10 layers, 1 to 8 layers, 1 to 6 layers, 1 to 4 layers, 1 to 2 layers, 2 to 10 layers, Alternatively, it may be formed by stacking 5 to 10 layers.
상기 전이금속 칼코겐화합물은 Mo, W, Sn, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있다.The transition metal chalcogen compounds are Mo, W, Sn, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd , Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn, and combinations thereof. .
상기 전이금속 칼코겐화합물은 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, SnS2, SnSe2, SnTe2 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있다.The transition metal chalcogen compound may include those selected from MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , SnS 2 , SnSe 2 , SnTe 2 and combinations thereof.
상기 채널층은 일부가 외부로 노출된 센싱 표면을 가지며, 상기 센싱 표면은 피넨 가스를 감지할 수 있다.The channel layer has a sensing surface partially exposed to the outside, and the sensing surface may sense the pinene gas.
상기 피넨은 α-피넨(α-pinene) 또는 β-피넨(β-pinene)을 포함할 수 있다.The pinene may include α-pinene or β-pinene.
상기 게이트 전극은 반도체 물질, 금속, 전도성 고분자, 탄소물질 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있다.The gate electrode may include one selected from the group consisting of a semiconductor material, a metal, a conductive polymer, a carbon material, and combinations thereof.
상기 반도체 물질은 Si, Ge, As, Te, SiGe, GaAs, AlGaAs, GeTe, SnTe, GeSe 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있다. The semiconductor material may be selected from the group consisting of Si, Ge, As, Te, SiGe, GaAs, AlGaAs, GeTe, SnTe, GeSe, and combinations thereof.
상기 금속은 Al, Pt, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있다.The metals are Al, Pt, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta , W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn, and combinations thereof.
상기 전도성 고분자는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) (PEDOT), 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 폴리스티렌 설포네이트 (PEDOT:PSS), 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리사이오펜, 폴리아닐린, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리풀러렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있다.The conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS), polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, It may include a material selected from the group consisting of polyaniline, polyphenylene, polyphenylene sulfide, polyfullerene, and combinations thereof.
상기 탄소물질은 탄소나노튜브, 그래핀, 풀러렌, 카본나노섬유 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 탄소물질을 포함하는 것일 수 있다.The carbon material may include a carbon material selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphene, fullerene, carbon nanofibers, and combinations thereof.
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 각각 독립적으로 금속, 전도성 고분자, 탄소물질 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있다. The first electrode and the second electrode may each independently include a material selected from the group consisting of a metal, a conductive polymer, a carbon material, and combinations thereof.
상기 절연층은 h-BN, 금속 산화물, 반도체 산화물 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있다.The insulating layer may include a material selected from the group consisting of h-BN, metal oxide, semiconductor oxide, and combinations thereof.
상기 금속 산화물은 Al, Pt, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있다.The metal oxides are Al, Pt, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, It may include a metal selected from the group consisting of Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn, and combinations thereof. .
상기 금속 산화물은 Al2O3, HfO2, TiO2, SnO2, ZnO, Nb2O5, Ta2O5, WO3, W2O5, In2O3, Nd2O3, PbO, CdO, NB2O5, TiSrO3 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있다.The metal oxides are Al 2 O 3 , HfO 2 , TiO 2 , SnO 2 , ZnO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , WO 3 , W 2 O 5 , In 2 O 3 , Nd 2 O 3 , PbO, It may include a metal oxide selected from the group consisting of CdO, NB 2 O 5 , TiSrO 3 and combinations thereof.
상기 반도체 산화물은 실리콘 산화물, 비소 산화물, 게르마늄 산화물, 갈륨 산화물 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 반도체 산화물을 포함하는 것일 수 있다. The semiconductor oxide may include a semiconductor oxide selected from the group consisting of silicon oxide, arsenic oxide, germanium oxide, gallium oxide, and combinations thereof.
상기 절연층은 상기 게이트 전극의 산화물인 것일 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극이 Si일 때, 절연층은 SiO2인 것일 수 있다. 또는, 게이트 전극이 Al일 때, 절연층은 Al2O3인 것일 수 있다.The insulating layer may be an oxide of the gate electrode. For example, when the gate electrode is Si, the insulating layer may be SiO 2. Alternatively, when the gate electrode is Al, the insulating layer may be Al 2 O 3 .
또한, 1 전극, 제 2 전극, 게이트 전극, 및 서로 이격되어 위치하는 제 1 전극 및 제 2 전극의 하부에 채널층을 포함하는 가스 센서를 이용하여 피넨을 센싱하는 방법으로서, 채널층이 피넨 가스를 흡착하여 발생하는 센서의 전류 변화를 측정하는 피넨 가스의 센싱 방법을 제공한다.In addition, as a method of sensing pinene by using a gas sensor including a first electrode, a second electrode, a gate electrode, and a channel layer under the first and second electrodes spaced apart from each other, the channel layer is It provides a sensing method of a pinene gas that measures a change in current of a sensor generated by adsorption.
본 발명은 상기 피넨 가스 센서를 이용하여 센서의 활성층에 존재하는 전이금속 칼코겐화합물 표면에 피넨 분자의 흡착 시 발생하는 전류변화를 측정하여 공기 중에 있는 피넨 가스의 유무 및 가스량을 실시간으로 측정할 수 있다. 또한, 상기 가스 센싱 방법은 아주 낮은 압력의 피넨 가스도 측정할 수 있는 고감도 실시간 센서 개발이 가능하다.The present invention uses the pinene gas sensor to measure the current change that occurs when the pinene molecules are adsorbed on the surface of the transition metal chalcogen compound present in the active layer of the sensor, so that the presence or absence of the pinene gas in the air and the amount of gas can be measured in real time. have. In addition, the gas sensing method makes it possible to develop a high-sensitivity real-time sensor capable of measuring even a very low pressure of a pinene gas.
상기 피넨 가스의 센싱 방법은, 상기 채널층의 전이금속 칼코겐화합물의 노출된 부분에 공기 중의 피넨 분자가 흡착하여 상호작용을 하며, 상기 상호작용으로 전자가 피넨 분자에서 전이금속 칼코겐화합물 표면으로 이동하여 피넨 분자가 센싱될 수 있다. In the sensing method of the pinene gas, pinene molecules in the air are adsorbed to the exposed portion of the transition metal chalcogen compound of the channel layer to interact, and electrons are transferred from the pinene molecule to the surface of the transition metal chalcogen compound by the interaction. By moving, the pinene molecules can be sensed.
상기 피넨 가스 센서의 채널층은 피넨 가스 흡착하여 전류 변화를 일으키고, 피넨 가스의 센싱 후 피넨 가스량을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 피넨 가스량은 피넨 가스 센서의 활성층인 전이금속 칼코겐화합물에 흡착되는 피넨 가스의 양을 측정하는 것일 수 있다.The channel layer of the pinene gas sensor may be characterized in that the pinene gas is adsorbed to cause a current change, and the amount of the pinene gas is measured after sensing the pinene gas. For example, the amount of the pinene gas may be a measure of the amount of the pinene gas adsorbed to the transition metal chalcogen compound, which is the active layer of the pinene gas sensor.
상기 전이금속 칼코겐화합물은 Mo, W, Sn, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있다.The transition metal chalcogen compounds are Mo, W, Sn, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd , Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn, and combinations thereof. .
상기 전이금속 칼코겐화합물은 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, SnS2, SnSe2, SnTe2 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전이금속 칼코겐화합물은 이황화몰리브덴(MoS2)을 포함할 수 있다. The transition metal chalcogen compound may include those selected from MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , SnS 2 , SnSe 2 , SnTe 2 and combinations thereof. Specifically, the transition metal chalcogen compound may include molybdenum disulfide (MoS 2 ).
상기 피넨은 α-피넨 또는 β-피넨을 포함할 수 있다.The pinene may include α-pinene or β-pinene.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the examples presented below.
[[ 실시예Example ]]
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 피넨 기체의 센싱을 위한 트랜지스터의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a transistor for sensing a pinene gas according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
먼저, 게이트 전극인 알루미늄 기판 상에 n-type 도핑된 Si층 240 nm를 형성한 후, SiO2 절연층 260 nm를 열산화(Thermal oxidation) 방식으로 형성하였다. 상기 SiO2 절연층 상에 화학기상증착법으로 성장시킨 MoS2 채널층을 전사하였다. 상기 MoS2 채널층 상에 리소그래피를 이용한 패터닝으로 Pt를 증착하여 전극을 형성하였으며, 상기 전극은 제 1 전극과 제 2 전극으로서 상기 MoS2 채널층 상에 이격되어 형성하였다. 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 각각 독립적으로 소스 전극 또는 드레인 전극으로서 작용한다.First, an n-type doped Si layer of 240 nm was formed on an aluminum substrate as a gate electrode, and then a SiO 2 insulating layer of 260 nm was formed by a thermal oxidation method. The MoS 2 channel layer grown by chemical vapor deposition was transferred onto the SiO 2 insulating layer. An electrode was formed by depositing Pt on the MoS 2 channel layer by patterning using lithography, and the electrodes were formed as a first electrode and a second electrode to be spaced apart on the MoS 2 channel layer. The first electrode and the second electrode each independently function as a source electrode or a drain electrode.
도 3 내지 도 6은 상기 피넨 기체의 센싱을 위한 트랜지스터를 이용하여, 이황화몰리브덴과 피넨의 전자적인 구조와 자기적인 상호작용을 확인하기 위해 밀도범함수 이론(Density Function Theory)법과 반도체 시뮬레이션을 조합하여 얻은 결과이다. 구체적으로, 밀도범함수 이론을 이용하여 밴드갭 및 전자 양공 이동도(electron hole mobility)를 계산하여 수득된 결과값을 이용하여 반도체 시뮬레이션을 수행하여 I-V 곡선을 계산하여 나타내었다. 도 3의 (a)는 피넨 분자 흡착 전 이황화몰리브덴의 밴드 구조이며, (b)는 피넨 분자 흡착 후 이황화몰리브덴의 밴드 구조이다.3 to 6 show a combination of a density function theory method and a semiconductor simulation to confirm the electronic structure and magnetic interaction of molybdenum disulfide and pinene using a transistor for sensing the pinene gas. This is the result obtained. Specifically, a semiconductor simulation was performed using the results obtained by calculating the band gap and electron hole mobility using the density functional theory, and the I-V curve was calculated and shown. 3A is a band structure of molybdenum disulfide before adsorption of pinene molecules, and (b) is a band structure of molybdenum disulfide after adsorption of pinene molecules.
도 4는 피넨 분자가 이황화몰리브덴에 흡착되어 전자가 이동하는 것을 모식도로 나타낸 것이다. 피넨 분자와 이황화몰리브덴의 상호작용으로 전자가 피넨 분자에서 이황화몰리브덴의 표면으로 이동하여 피넨 분자가 센싱된다.Figure 4 is a schematic diagram showing that the pinene molecules are adsorbed on molybdenum disulfide and electrons are transferred. Due to the interaction of the pinene molecule and molybdenum disulfide, electrons move from the pinene molecule to the surface of molybdenum disulfide, and the pinene molecule is sensed.
도 5는 드레인 전압에 따른 피넨 분자의 흡착 전후 전압-전류(I-V) 곡선을 나타낸 것이다. 드레인 전압에 대한 I-V 곡선은 드레인-소스 전압을 증가시킨다. 피넨 가스의 흡착 전과 후의 상태는 큰 차이가 있음을 확인할 수 있다.5 shows a voltage-current (I-V) curve before and after adsorption of pinene molecules according to a drain voltage. The I-V curve for the drain voltage increases the drain-source voltage. It can be seen that there is a large difference between the states before and after the absorption of the pinene gas.
도 6은 게이트 전압에 따른 피넨 분자의 흡착 전후 전압-전류(I-V) 곡선이다. 게이트 전압에 대한 I-V 곡선은 드레인-소스 전압을 증가시킨다.6 is a voltage-current (I-V) curve before and after adsorption of pinene molecules according to the gate voltage. The I-V curve for the gate voltage increases the drain-source voltage.
100: 피넨 가스 센서
11: 제 1 전극
12: 제 2 전극
13: 채널층
14: 절연층
15: 게이트 전극100: pinen gas sensor
11: first electrode
12: second electrode
13: channel layer
14: insulating layer
15: gate electrode
Claims (9)
상기 채널층은 전이금속 칼코겐화합물을 포함하고,
채널층이 피넨 가스를 흡착하여 전자가 피넨 분자에서 전이금속 칼코겐화합물 표면으로 이동하여 발생하는 센서의 전류 변화를 측정하는 피넨 가스의 센싱 방법.
A method of sensing a pinene gas using a gas sensor including a first electrode, a second electrode, a gate electrode, and a channel layer under the first electrode and the second electrode spaced apart from each other,
The channel layer contains a transition metal chalcogen compound,
The sensing method of the pinene gas in which the channel layer absorbs the pinene gas and the electrons move from the pinene molecule to the surface of the transition metal chalcogen compound to measure the current change of the sensor.
상기 가스센서는,
게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 형성된 절연층;
상기 절연층 상에 형성된 채널층; 및
상기 채널층 상에 형성되고, 서로 이격되어 위치하는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하며,
상기 채널층은 일부가 외부로 노출된 센싱 표면을 가지고, 상기 센싱 표면은 피넨(pinene) 가스를 감지하는 것인 피넨 가스의 센싱 방법.
The method of claim 1,
The gas sensor,
A gate electrode;
An insulating layer formed on the gate electrode;
A channel layer formed on the insulating layer; And
And a first electrode and a second electrode formed on the channel layer and spaced apart from each other,
The channel layer has a sensing surface partially exposed to the outside, and the sensing surface senses a pinene gas.
상기 전이금속 칼코겐화합물은 Mo, W, Sn, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 피넨 가스의 센싱 방법.
The method of claim 1,
The transition metal chalcogen compounds are Mo, W, Sn, Cu, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Y, Zr, Nb, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd , Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn, and pinene gas containing a metal selected from the group consisting of combinations thereof Sensing method.
상기 전이금속 칼코겐화합물은 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, SnS2, SnSe2, SnTe2 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 피넨 가스의 센싱 방법.
The method of claim 1,
The transition metal chalcogen compound is a pinene gas containing a metal selected from the group consisting of MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , SnS 2 , SnSe 2 , SnTe 2 and combinations thereof Sensing method.
상기 게이트 전극은 반도체 물질, 금속, 전도성 고분자, 탄소물질 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 피넨 가스의 센싱 방법.
The method of claim 1,
The gate electrode is a method of sensing a pinene gas, comprising selected from the group consisting of a semiconductor material, a metal, a conductive polymer, a carbon material, and combinations thereof.
상기 피넨은 α-피넨 또는 β-피넨을 포함하는 피넨 가스의 센싱 방법.
The method of claim 1,
The pinene is a method of sensing a pinene gas containing α-pinene or β-pinene.
피넨 가스의 센싱 후 피넨 가스량을 측정하는 것을 특징으로 하는 피넨 가스의 센싱 방법.
The method of claim 1,
A method of sensing a pinene gas, comprising measuring an amount of the pinene gas after sensing the pinene gas.
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