KR101814287B1 - 암모니아 가스 감지용 트랜지스터 및 이를 이용한 감지센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 암모니아 가스 감지용 트랜지스터 및 이를 이용한 감지센서에 관한 것으로, 기판; 상기 기판 상에 위치한 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 위치한 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상의 전면에 위치하는 유기반도체층; 및 상기 유기반도체층 상에 서로 이격되어 위치하는 소스/드레인 전극을 포함하되, 상기 유기반도체층은 플루오린이 치환된 고분자를 이용하는 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터 및 이를 이용한 감지센서를 제공한다.
Description
본 발명은 암모니아 가스 감지용 트랜지스터 및 이를 이용한 감지센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기반도체층에 암모니아 가스에 민감한 물질을 추가하여 암모니아 가스를 감지할 수 있도록 한 암모니아 가스 감지용 트랜지스터 및 이를 이용한 감지센서에 관한 것이다.
최근 인간의 생활환경에 존재하는 유해가스 및 대기환경에 대한 관심이 고조되면서 환경유해가스를 손쉽게 감지할 수 있는 센서의 필요성이 중요하게 인식되고 있다.
그 중, 암모니아 가스는 생활환경 내 존재하는 인체에 유해한 자극성 악취물질로써, 암모니아의 배출원은 농경지 및 가축사육 등 농업부문 뿐만 아니라, 도시 인근에 위치하고 있는 하수처리장, 차량배기가스 등도 있으며, 대기 중 허용농도가 50ppm으로 제한되어 있다.
특히, 암모니아는 대기 중에서 통상 알칼리성이지만, 대기 중의 질산이나 황산 등과 같은 산성 대기오염물질과 반응하여 입자상 물질인 질산암모늄(NH4NO3), 황산암모늄(NH4HSO4) 등의 생성에 관여한다.
이와 같은 2차 생성 입자상물질은 대부분 미세입자(PM2.5)로서 가시거리를 저하시키고 인간의 호흡기 건강에 잠재적인 악영향을 미치게 된다. 따라서, 암모니아 가스 존재 또는 유출 여부를 빠르게 감지하고 사전에 차단할 수 있는 시설의 개발이 시급하다 할 것이다.
한편, 기존의 암모니아 가스 감지 기술로써 WO3 모물질에 Au가 첨가된 감지물질을 이용하여 저농도의 암모니아 가스를 감지하는 가스센서가 보고된 바 있다(T. Maekawa, K. Tamaki, N. Miura and N. Yamazoe, Chem. lett., p 639-642(1992)). 하지만 산화물기반의 가스센서는 고온에서 가스와 반응하므로 마이크로 크기의 히터가 필수적으로 필요하여 소량화, 경량화 및 고분자같은 플라스틱 기판에 적용하여 유연한 휴대용 가스센서를 구현하는데 어려움이 존재한다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 암모니아 가스 존재 또는 유출 여부를 빠르게 감지하고 사전에 차단할 수 있는 암모니아 가스센서를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 낮은 농도의 암모니아 가스에 대한 검출이 용이한 암모니아 가스센서를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 위치한 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 위치한 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상의 전면에 위치하는 유기반도체층; 및 상기 유기반도체층 상에 서로 이격되어 위치하는 소스/드레인 전극을 포함하되, 상기 유기반도체층은 플루오린이 치환된 고분자를 이용하는 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 플루오린이 치환된 고분자는 폴리 티오펜, 폴리셀레노펜, 폴리 파라페닐렌, 폴리플루오렌, 폴리디켑토파일릴로 파일린, 폴리나프탈렌다이이미드, 폴리아이소인디고 중 1이상 포함되며, 티오펜, 셀레노펜 (selenophene), 파라페닐렌, 플루오렌, 디켑토파일리로 파일린 (diketopyrrolopyrrole), 나프탈렌다이이미드 (naphthalene diimide), 아이소인디고 (isoindigo)의 작용기를 공중합한 고분자 중 1이상 포함된 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 플루오린이 치환된 고분자는 플루오린이 치환된 PDFDT인 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 유기반도체층의 두께는 3~10nm 인 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 게이트 절연막은 유기절연막 또는 무기절연막으로 이루어지되, 상기 유기절연막은 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하며, 상기 무기절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST(barium strontium titanate), PZT(lead zirconate titanate) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하는 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 게이트 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 실버나노와이어(silver nanowire), 갈륨인듐유태틱(gallium indium eutectic), PEDOT:PSS 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 트랜지스터를 이용한 암모니아 가스센서를 제공한다.
본 발명에 따른 암모니아 가스 감지용 트랜지스터 및 이를 이용한 감지센서는 낮은 농도의 암모니아 가스에 대한 검출이 가능하다.
또한 여러 가지 화학물 중 특정 물질인 암모니아 가스에 대한 선택적 감도를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 암모니아 가스 감지용 트랜지스터 및 이를 이용한 감지센서는 소재자체의 연성으로 인해서 향후 구부지거나, 늘어나는 소자를 제조 할 수 있어 접거나 구부릴 수 있는 플렉시블한 가스 센서의 구현이 가능하며 또한 인체 또는 의류에 부착이 가능한 웨어러블 센서로 적용이 가능하다.
또한 본 발명에 따른 암모니아 가스 감지용 트랜지스터 및 이를 이용한 감지센서는 인쇄공정이 가능하여 기존의 센서 제조 단가를 낮추어서 보다 가격경쟁력이 향상을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조 공정도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 구조 및 가스센서를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 트랜지스터가 암모니아 가스를 감지하는 원리를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 트랜지스터에서 암모니아가스에 노출되기 전과 후의 X-ray photoelectron spectroscopy를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1 ~ 실시예 3의 트랜지스터를 이용하여 암모니아 가스를 감지한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 4의 트랜지스터를 이용하여 암모니아를 측정한 가스센서의 특징을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 구조 및 가스센서를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 트랜지스터가 암모니아 가스를 감지하는 원리를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 트랜지스터에서 암모니아가스에 노출되기 전과 후의 X-ray photoelectron spectroscopy를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1 ~ 실시예 3의 트랜지스터를 이용하여 암모니아 가스를 감지한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 4의 트랜지스터를 이용하여 암모니아를 측정한 가스센서의 특징을 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명에 사용되는 트랜지스터는 BGTC(Bottom Gate Top Contact)구조에 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 BGBC (Bottom gate bottom contact) 구조 등에서도 적용될 수 있다.
도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조 공정도를 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터의 구조 및 가스센서를 나타낸 것이다.
바텀 형태의 박막트랜지스터는 기판을 제공하고, 상기 기판 상에 게이트전극을 형성하고, 게이트 전극상에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 유기반도체층을 형성하며, 유기반도체층 상에 서로 이격되게 소스/드레인 전극을 형성하는 단계로 구성된다.
도 1을 참조하면, 기판을 제공하고, 상기 기판 상의 일부에 게이트 전극을 형성한다.
상기 기판은 n-형이나 p-형으로 도핑된 실리콘 웨이퍼, 유리기판, 폴리에테르술폰(polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르 이미드 (polyetherimide), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이드 (polyethyeleneterepthalate), 폴리에틸렌 나프탈렌 (polyethylene naphthalate) 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 플라스틱 필름과 인듐틴옥사이드 (indium tin oxide) 가 코팅된 유리기판 및 플라스틱 필름을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 게이트 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 실버나노와이어(silver nanowire), 갈륨인듐유태틱(gallium indium eutectic), PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(-styrene sulfonic acid) 중에서 선택되는 어느 하나로 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극은 위 물질들을 잉크로 사용하여 잉크젯 프린팅 또는 스프레이 등의 인쇄공정을 이용하여 게이트 전극을 제조할 수 있다. 이러한 인쇄공정을 통해서 게이트 전극을 형성하며 진공공정을 배제할 수 있어서 제조비용의 절감효과를 기대할 수 있다.
상기 게이트 전극을 포함하는 기판 상의 전면에 걸쳐서 게이트 절연막을 형성할 수 있다.
상기 게이트 절연막은 유기절연막 또는 무기절연막의 단일막 또는 다층막으로 포함되거나 유-무기 하이브리드 막으로 포함된다. 상기 유기절연막으로는 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용한다. 상기 무기절연막으로는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST(barium strontium titanate), PZT(lead zirconate titanate) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용한다.
상기 게이트 절연막 상부에는 유기반도체층을 형성할 수 있다.
상기 유기반도체층은 플루오린(F)가 치환된 공액고분자를 반도체층으로 이용하여 암모니아 감지용 가스센서를 제공하는데 있다. 공액고분자의 구체적인 예로는 폴리 티오펜, 폴리셀레노펜, 폴리 파라페닐렌, 폴리플루오렌, 폴리디켑토파일릴로 파일린, 폴리나프탈렌다이이미드, 폴리아이소인디고 중 1이상 포함된 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터를 제공한다. 또한 티오펜, 셀레노펜 (selenophene), 파라페닐렌, 플루오렌, 디켑토파일리로 파일린 (diketopyrrolopyrrole), 나프탈렌다이이미드 (naphthalene diimide), 아이소인디고 (isoindigo)의 작용기를 공중합한 고분자 등이 있으며, 이에 F가 치환된 형태로 고분자가 사용된다. (플루오린으로 치환된 공액고분자라 함은 공액고분자에 존재하는 수소(H)원소가 플루오린으로 치환된 것을 의미한다)
구체적으로 fluorinated PDFDT(difluorobenzothiadiazole-dithienosilole copolymer)가 포함된 반도체층으로 구성되는 트랜지스터를 이용한 암모니아 감지용 가스센서를 제공하는데 있다.
공액고분자(반도체고분자)에 F이 있게 되면 암모니아 감지특성이 F가 없는 물질에 비해서 좋아지는 특징이 있다.
상기 유기반도체층은 스핀코팅, 바코팅, 스프레이(Spray), 잉크젯(Inkjet), 플렉소그라피(Flexography), 스크린(Screen), Dip-Coating 및 Gravure 등의 방법을 통해 게이트 절연막 위에 형성될 수 있다. 유기반도체층 형성 후 반도체 결정성 및 안정성 등의 소자 성능을 향상시키기 위해 열처리나 광학적 노출(exposure) 등을 시행할 수 있다.
특히, 본 발명의 트랜지스터에서 유기반도체층은 스핀코팅, 바코팅을 이용하여 ultra-thin 구조의 유기반도체층을 형성할 수 있다.
또한, 유기반도체층의 두께는 3 ~ 10nm의 두께로 형성할 수 있으며, 이에 따라서 투명도도 우수하여 85~90%의 투명도를 유지할 수 있다.
또한, 이렇게 매우 얇은 구조로 형성됨에 따라 플렉시블한 가스 센서의 구현이 가능하며 또한 인체 또는 의류에 부착이 가능한 웨어러블 센서로의 구현이 가능하다.
또한, 상기 유기반도체층 상에 서로 이격되게 소스/드레인 전극을 형성할 수 있다.
상기 소스/드레인 전극은 Au, Al, Ag, Mg, Ca, Yb, Cs-ITO 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 단일층으로 형성될 수 있으며, 기판과의 접착성을 향상시키기 위하여 Ti, Cr 또는 Ni과 같은 접착 금속층을 더욱 포함하여 다중층으로 형성될 수 있다. 또한 그라핀(graphene), 카본나노튜브(CNT), PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(-styrene sulfonic acid) 전도성 고분자 실버나노와이어(silver nanowire) 등을 이용하여 기존의 금속보다 탄성에 더욱 유연한 소자를 제조할 수 있으며 위 물질들을 잉크로 사용하여 잉크젯 프린팅 또는 스프레이 등의 인쇄공정을 이용하여 소스/드레인 전극을 제조할 수 있다. 이러한 인쇄공정을 통해서 소스/드레인 전극을 형성하며 진공공정을 배제할 수 있어서 제조비용의 절감효과를 기대할 수 있다.
위와 같은 구조로 트랜지스터를 제조할 수 있으며, 이를 바탕으로 암모니아 가스를 감지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 트랜지스터가 암모니아 가스를 감지하는 원리를 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 트랜지스터에서 암모니아가스에 노출되기 전과 후의 X-ray photoelectron spectroscopy를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 암모니아 가스가 유기반도체층에 흡착되면 상기한 유기반도체 물질과 물리적 혹은 화학적인 반응을 형성하여 유기반도체의 전기적 특성을 변화시켜서 이러한 전기적 특성의 변화가 제조된 트랜지스터의 드레인 전류의 변화를 유도하는 원리로 가스를 감지한다. 암모니아 가스가 반도체층에 흡착될 때 가능한 물리적 반응은 극성인 암모니아의 쌍극자모멘트로 인해서 반도체층의 캐패시턴스를 변화시키는 것이다. 화학적인 반응으로는 암모니아의 질소원자와 유기반도체의 수소분자간의 수소결합이나 유기반도체의 플루오린 같은 특정 원자와 암모니아의 수소분자간 수소결합이 대표적인 것이다. 본 발명에서는 특히 플루오린이 치환된 유기반도체의 경우 플루오린과 암모니아 가스의 수소 사이의 수소결합을 유도하여 이러한 결합으로 유도된 유기반도체의 전기적 특성변화가 보다 민감한 암모니아가스의 감지가 가능하게 한다.
또한, 도 4를 참조하면, before는 암모니아 가스에 노출하기 전이며, after는 암모니아 1ppm에 노출한 결과로써, 암모니아(NH3)의 수소와 고분자의 F 사이에 수소결합에 의해서 N peak과 F peak의 이동이 일어난다. 이는 암모니아가 F와 수소결합을 형성한다는 증거이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 자세히 설명한다.
실시예 1
박막트랜지스터
제조
박막트랜지스터를 제조하는 데 있어, 기판을 준비하고 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성시킨 후, 게이트 전극을 포함하여 기판 상에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 유기반도체층을 형성하며, 유기반도체층 상에 서로 이격되게 소스/드레인 전극을 형성하는 박막트랜지스터를 제조하였다. (BGTC 구조로 제조)
상기 유기반도체층은 F가 치환된 PDFDT를 이용하여 스핀코팅을 실시하여 형성하였다.
유기반도체층은 스핀코팅으로 형성하였으며, 유기반도체층의 두께는 8.0nm로 하여 형성하였다.
또한, 기판은 PI 기판을 이용하였으며, 기판 상에 인쇄 공정을 통해서 게이트 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하였으며, 소스/드레인 전극을 형성하였다. 소스/드레인 전극은 Au 로 형성하였으며, 게이트 절연막으로는 PI, 게이트 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하여 박막트랜지스터를 완성하였다.
실시예
2
실시예 1과 동일하게 실시하되,
유기반도체층은 바코팅으로 형성하였으며, 유기반도체층의 두께는 8.6nm로 하여 형성하였다.
실시예
3
실시예 1과 동일하게 실시하되,
유기반도체층은 바코팅으로 형성하였으며, 유기반도체층의 두께는 3.8nm로 하여 형성하였다.
실시예
4
실시예 2과 동일하게 실시하되,
BGBC(bottom gate bottom contact) 제조를 위해,
기판 상에 게이트 전극을 형성시킨 후, 게이트 전극을 포함하여 기판 상에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상의 일부에 소스/드레인 전극을 형성하고, 소스/드레인 전극을 포함한 게이트 절연막 상에 유기반도체층을 바코팅으로 형성하였으며, 유기반도체층의 두께는 8.6nm로 하여 형성하였다.
도 5는 실시예 1 ~ 실시예 3의 트랜지스터를 이용하여 암모니아 가스를 감지한 결과를 나타낸 그래프이다.
암모니아 가스 농도를 각각 10ppm, 5ppm, 1ppm으로 하고 게이트 전압을 -5V, -20V로 하여 전류응답을 측정하였다.
도 5를 참조하면, F가 치환된 고분자만을 사용해서 감지 암모니아 가스를 감지하였는 데, 일반적으로 10 ppm이 통상 감지가능한 최저 농도이지만 실시예 1 ~ 실시예 3을 통해 측정한 가스센서는 1 ppm 까지 감지가 가능함을 알 수 있다. 실제 F가 치환된 물질의 경우 암모니아 가스에 노출시키면 F와 암모니아 가스분자의 수소 사이에서 수소결합이 형성되어 이로 인해 유기반도체의 밴드갭 내에 전자나 정공을 가두는 트랩이 형성되고, 이로 인해서 암모니아 가스를 고민감도로 감지하게 된다.
실시예 1 내지 실시예 3으로 제조된 센서를 시간에 따라 암모니아 가스의 주입과 제거를 반복하면서 전류응답을 측정하였는 데, 암모니아가 1ppm 일 경우에도 민감도가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 1의 경우 1ppm(도 5의 i)하에서 민감도가 7.8%(VG=-5V), 7.1% (VG=-20V)로 민감도가 좋음을 알 수 있다.
도 6은 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 4의 트랜지스터를 이용하여 암모니아를 측정한 가스센서의 특징을 나타낸 그래프이다.
도 6의 a는 실시예 2(바코팅, 반도체층 두께 8.6nm)인 센서를 암모니아 1000ppm에 노출하였을 때 특성을 나타낸 것이고, 도 6의 b는 실시예 1(스핀코팅, 반도체층 두께 8.0nm)인 센서를 암모니아 1000ppm에 노출하였을 때 특성을 나타낸 것이다.
최초 공기만을 주입후 22.5분이 지난 이후에 암모니아 가스를 1000ppm 주입하고, 82.5분동안 변화를 관찰한 것이다. 이때 감지시간은 측정하는 측정챔버의 용량에 따라 다르다. 본 측정에서는 10L 부피의 측정 챔버를 사용하였다. 측정챔버의 부피를 줄이면 좀더 빠른 감지시간이 가능하다
바코팅한 실시예 1의 센서가 스핀코팅한 실시예 2에 비해 높은 on-current 수준과 낮은 turn-on voltage 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 실시예 1의 경우Von=18.3V이며, 실시예 2의 경우 Von=14.0V이다
또한, 도 6의 c는 실시예 1 및 실시예 2의 가스센서 전류 on 상태일 때이며, 도 6의 d는 전류 off 상태를 나타낸 것이다. 이를 통해 실시예 1와 실시예 2의 센서에 대한 민감도를 알 수 있다.
암모니아 가스에 트랜지스터를 노출했을 때 드레인 전류가 줄어들게 되는 데, 원래값에서 줄어든 값을 계산하면 민감도를 측정할 수 있다. 여기서 드레인 전류가 줄어들게 되는 것은 트랩(TRAP)이 형성되어서 전자가 정공을 가두게 되어 전류가 줄어들게 된다.
또한, 도 6의 e 및 f는 BGTC와 BGBC의 센서를 비교하기 위해서 실시예 2 및 실시예 4의 센서를 1000ppm의 암모니아에 VD=-5V로 하였을 때의 특성을 나타낸 것이다. 또한, 도 6의 g는 BGTC와 BGBC 구조의 센서에 대한 민감도(sensitivity)를 비교하기 위해 실시예 1, 실시예 2, 실시예 4의 민감도를 실험한 그래프이다. 이를 통해 BGBC 구조가 좀 더 민감도가 좋음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
Claims (7)
- 기판;
상기 기판 상에 위치한 게이트 전극;
상기 게이트 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 위치한 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상의 전면에 위치하는 유기반도체층; 및
상기 유기반도체층 상에 서로 이격되어 위치하는 소스 및 드레인 전극을 포함하되,
상기 유기반도체층은 플루오린이 치환된 고분자를 이용하는 것을 특징으로 하는
암모니아 가스 감지용 트랜지스터.
- 제1항에 있어서,
상기 플루오린이 치환된 고분자는 고분자에 포함된 수소(H) 원소가 플루오린 원소로 치환된 것으로,
폴리 티오펜, 폴리셀레노펜, 폴리 파라페닐렌, 폴리플루오렌, 폴리디켑토파일릴로 파일린, 폴리나프탈렌다이이미드, 폴리아이소인디고 중 1이상이 포함되거나 또는 셀레노펜 (selenophene)의 작용기, 파라페닐렌의 작용기, 플루오렌의 작용기, 디켑토파일리로 파일린 (diketopyrrolopyrrole)의 작용기, 나프탈렌다이이미드 (naphthalene diimide)의 작용기, 아이소인디고 (isoindigo)의 작용기를 공중합한 고분자 중 1 이상 포함된 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터.
- 제1항에 있어서,
상기 플루오린이 치환된 고분자는 플루오린이 치환된 PDFDT(difluorobenzothiadiazole-dithienosilole copolymer) 인 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터. - 제1항에 있어서,
상기 유기반도체층의 두께는 3~10nm 인 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터.
- 제1항에 있어서,
상기 게이트 절연막은 유기절연막 또는 무기절연막으로 이루어지되,
상기 유기절연막은 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하며,
상기 무기절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST(barium strontium titanate), PZT(lead zirconate titanate) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하는 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터.
- 제1항에 있어서,
상기 게이트 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 실버나노와이어(silver nanowire), 갈륨인듐유태틱(gallium indium eutectic), PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(-styrene sulfonic acid) 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 암모니아 가스 감지용 트랜지스터.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한항에 따른 트랜지스터를 이용한 암모니아 가스센서.
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2016
- 2016-08-09 KR KR1020160101089A patent/KR101814287B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 신을용 외., "웨어러블 유기화학센서 기술 동향 및 전망", 방송과 미디어, 제20권, 제2호, pp.45-53, 2015.04. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170131155A (ko) | 2017-11-29 |
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