KR102088244B1 - 무전력 화학물질 감지센서 및 센싱방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무전력 화학물질 감지센서 및 센싱방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 무전력 화학물질 감지센서 및 센싱방법은 그래핀, 광흡수층 및 전극이 적층되어 이루어진 감지센서로 빛의 조사로 인해 무전력으로 화학물질을 감지할 수 있는 무전력 화학물질 감지센서 및 센싱방법을 제공한다.

Description

무전력 화학물질 감지센서 및 센싱방법 {Chemical detecting sensor of zero-power and sensing method using the same}
본 발명은 무전력 화학물질 감지센서 및 센싱방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 빛에 반응하여 광전류가 발생할 수 있는 원자층 두께를 가지는 그래핀 기반의 수직 이종접합구조의 소자에서 타켓 물질을 광전류의 변화에 따라 물질을 감지하는 무전력 화학물질 감지센서 및 센싱방법에 관한 것이다.
최근 인간의 생활환경에 존재하는 유해가스 및 대기환경에 대한 관심이 고조되면서 환경유해가스를 감지하거나, 다른 특정 화학물질을 손쉽게 감지할 수 있는 센서의 필요성이 중요하게 인식되고 있다.
또한, 초연결, 초지능을 특징으로 하는 4차 산업혁명의 시대가 도래 하면서 사물의 지능화를 통한 사물인터넷(IoT)의 역할이 중요시 되고 있는 데, 사물인터넷을 위해 정보를 얻는 데 있어 감지센서는 1차적인 역할을 하고 있다.
이러한 감지센서의 중요하게 여기는 사항은 민감도, 선택성, 반응시간, 회복속도 등의 일반적인 성능지수 뿐만 아니라 전력소모도 매우 중요한 부분이다.
한정된 전력용량 내에서 센서에 의한 전력소모를 최소화 하면, 제품의 사용시간을 최대화 할 수 있기 때문에 사물인터넷에 적용하기 위해서는 관련연구가 반드시 진행될 필요가 있다.
하지만 기존의 저항타입 가스센서는 저항변화를 측정하기 위해 구동전압이 인가되어야 하기 때문에 전력소모를 최소화 하는데 한계가 있었다.
이를 해결하기 위해서 전력소모 없이도 작동하여 화학물질을 감지할 수 있는 센서 및 센싱방법에 대한 기술개발이 요구되었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 구동전압 없이도 화학 물질을 감지하여 무전력 동작할 수 있는 감지센서를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 그래핀 표면에 흡착 및 탈착하는 화학 물질에 의한 페르미 에너지준위의 변화로 센서 소자의 광전류량의 변화를 통해 화학 물질을 감지할 수 있는 감지센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 그래핀, 광흡수층 및 전극이 적층되어 이루어진 감지센서로 빛의 조사로 인해 무전력으로 화학물질을 감지할 수 있는 무전력 화학물질 센싱방법을 제공한다.
또한, 상기 그래핀 및 광흡수층의 쇼트키 접합계면에 페르미 에너지 준위 차이에 의해 내부 확산 전위(built-in potential)가 생기고, 광흡수층에 밴드갭 이상의 빛을 조사함으로써 광전류가 발생하고, 화학물질의 존재에 따라 광전류가 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 센싱방법을 제공한다.
또한, 상기 그래핀 표면에 화학물질이 흡착 또는 탈착함에 따라 페르미 에너지준위 변화로 화학물질 존재 유무를 감지하는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 센싱방법을 제공한다.
또한, 화학물질 중 특정 화학물질을 감지하기 위해 그래핀 표면에 촉매 물질들을 형성할 수 있으며, 수소를 감지하기 위해 그래핀 표면에 Pd 또는 Pt를 증착하여 수소 물질 존재여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 센싱방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 그래핀, 광흡수층 및 전극이 적층되어 이루어진 감지센서로, 상기 그래핀 및 광흡수층은 이종접합 구조로 형성된 무전력 화학물질 감지센서를 제공한다.
또한, 상기 광흡수층은 반도체 또는 전이금속 칼코겐 화합물인 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 감지센서를 제공한다.
또한, 상기 반도체는 Si, GaN계 화합물, GaAs계 화합물, Copper indium gallium selenide (CIGS) 계 화합물, 페로브스카이계 화합물, 흑린(black phosphorous) 중 1이상 선택되며, 상기 전이금속 칼코겐 화합물로는 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, SnS2, InSe, In2Se3 , GaS, GaSe, HfS2, HfSe2, ZrS2, ZrSe2, HfSe2 중 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 감지센서를 제공한다.
또한, 화학물질 중 특정 화학물질을 감지하기 위해 그래핀 표면에 촉매물질 들을 형성할 수 있으며, 수소를 감지하기 위해 그래핀 표면에 Pd 또는 Pt를 증착하여 수소 물질 존재여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 감지센서를 제공한다.
또한, 그래핀 표면에 화학물질이 흡착 또는 탈착함에 따라 페르미 에너지준위 변화로 화학물질 존재 유무를 감지하는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 감지센서.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 구동전압 없이 빛에 의해 생성된 광전류의 변화로 화학 물질을 감지하여 무전력 동작할 수 있는 감지센서를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기존의 벌크 반도체가 아닌 수 원자층 두께의 그래핀을 사용하여 특히, 그래핀 표면에 흡,탈착하는 화학 물질에 의한 페르미 에너지준위의 변화로 센서 소자의 광전류량의 변화를 통해 화학 물질을 감지할 수 있는 감지센서를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명을 통해 기존 센서와 다른 새로운 소자 구조, 구동원리 및 측정방법을 제시함으로써 중요한 기술적·산업적 효과를 기대할 수 있다. 구체적으로는 (1) 구동 전압없이 광전류 변화를 통해 센서가 동작시켜 전력소모를 최소화할 수 있고, (2) 다양한 그래핀-반도체 이종접합 구조를 제시함으로써 기술의 활용가능성을 높이며, (3) 원자층 단위의 초박막 구조로 센서의 소형화에도 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지센서의 대략적인 모습을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 감지센서의 작동 및 센싱 메카니즘을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 3의 기체 종류에 따른 광전류의 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1 내지 실시예 3의 시간에 따른 기체 투입 및 광전류 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 4의 감지센서를 이용한 빛 유무에 따른 수소 센싱그래프를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 4의 감지센서를 이용한 수소의 농도에 따른 광전류 변화 그래프를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 명세서에서 표현하는 화학물질은 자연계에 존재하는 기체 또는 액체 물질을 의미한다.
본 발명에 따른 무전력 화학물질 감지센서는 그래핀, 광흡수층 및 전극이 수직으로 적층된 구조로 포함되며, 그래핀 및 광흡수층이 이종접합되어 무전력으로 작동하는 센서이다.
본 발명에 따른 무전력 화학물질 감지센서는 그래핀, 광흡수층 및 전극이 수직으로 적층된 구조로 포함되며, 그래핀 및 광흡수층이 이종접합되어 무전력으로 작동하는 센서이다.
본 발명은 그래핀 하부에 광흡수층이 접합된 이종접합구조로 그래핀과 광흡수층 사이의 계면에서 무전력하에서도 빛을 조사시에 광반응이 일어나 그 변화를 감지하여 화학물질의 존재여부를 감지하는 기술이다.
본 발명의 감지센서는 상기 그래핀 및 광흡수층 사이에 이종접합이 이루어지는 데, 그래핀 - 광흡수층은 (1)그래핀-반도체, (2)그래핀-전이금속 칼코겐 화합물(TMDCs)로 구성될 수 있다.
본 발명의 감지센서 중 그래핀은 화학물질을 흡착 또는 탈착시켜, 그래핀 및 광흡수층과의 계면에서 빛조사시에 광전하가 생성/분리되어 광전류가 흐르게 하는 역할을 한다.
상기 그래핀은 굉장히 얇은 두께를 가지기 때문에 그래핀 표면에 흡착 또는 탈착된 화학물질에 의해 그래핀의 페르미준위가 바뀌게 되고 이는 그래핀과 광흡수층 사이 계면의 내부 확산 전위(built-in potential)에 영향을 미쳐 광전류량의 변화를 주는 역할을 한다.
한편, 화학물질 중 특정 화학물질을 감지하기 위해 그래핀 표면에 촉매 물질 들을 추가적으로 형성할 수 있다.
그 예로서 수소를 감지하기 위해서는 그래핀 표면에 Pd 또는 Pt를 증착한다.
수소는 극성이 없어 그래핀 표면에 흡착되기가 매우 어렵다. 이를 위해 그래핀 표면에 Pd 또는 Pt를 얇게 증착함으로써 수소가 잘 흡착될 수 있도록 함으로써 화학물 질 중 수소를 감지할 수 있다.
또한, 상기 광흡수층은 밴드갭 이상의 빛 에너지를 주었을 때 전자와 홀을 분리시키는 역할을 한다.
상기 광흡수층은 반도체 또는 전이금속 칼코겐 화합물로 구성될 수 있다.
본 발명에 광흡수층으로 가능한 반도체는 Si, GaN계 화합물, GaAs계 화합물, Copper indium gallium selenide (CIGS) 계 화합물, 페로브스카이계 화합물, 흑린 (black phosphorous) 등을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전이금속 칼코겐 화합물로는 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, SnS2, InSe, In2Se3 , GaS, GaSe, HfS2, HfSe2, ZrS2, ZrSe2, HfSe2 등을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 전극은 감지센서 소자내에서 빛으로부터 발생한 광전류를 이동할 수 있게 하는 역할을 한다.
상기 전극은 금속 또는 그래핀으로 구성될 수 있다. 전극으로 가능한 금속은 일반적으로 전극으로 사용가능한 것을 금속을 이용한데, Au, Ag, Al, Cr, Co, Pd, Pt, Ti, Ta, Cu, Sc, Ni, Mo, Fe 등을 이용할 수 있다. 또한, 금속성의 그래핀으로도 전극을 활용할 수 있다.
상기 전극은 광흡수층 하부에 위치하여 그래핀과 광흡수층 사이에 전기가 통할 수 있도록 한다. 이 경우 빛에 의해 광전류 발생시 그래핀은 전극역할도 할 수 있게 되어 그래핀과 하부 전극사이에서 전기적으로 통할 수 있게 된다.
또한, 추가적으로 상기 전극은 광흡수층 하부 및 광흡수층 상부에 그래핀과 연결되어 형성될 수 있다. 이 경우 광흡수층 상부에 그래핀과 연결되어 있는 전극은 광흡수층과 절연을 위해 광흡수층 상부에 위치한 전극 및 광흡수층 사이에는 절연층이 형성될 수 있다. (도 1 참조)
본 발명에서의 화학물질 감지는 무전력으로 감지센서를 작동시킬 수 있는데, 그래핀과 광흡수층 사이에 계면에서 일어나는 변화를 감지하게 된다.
무전력인 상태에서 그래핀과 광흡수층을 접합시켰을 때 쇼트키 접합계면에 페르미 에너지 준위 차이에 의해 내부 확산 전위(built-in potential)가 생기게 되는 데, 광흡수층에 밴드갭 이상의 빛에너지를 조사하면 광전하가 생성 및 분리되어 광전류가 흐르게 된다.
광전류로 인해 감지센서가 작동하게 되어 그래핀 표면에 화학물질이 흡착하게 되면 그래핀을 p-doped 또는 n-doped 시켜서 그래핀과 광흡수층 사이의 내부 확산 전위(built-in potential)가 바뀌게 되어 광전류량을 변화시키게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 감지센서의 작동 및 센싱 메카니즘을 나타낸 것이다.
그래핀과 광전류층인 반도체 n-Si 사이의 계면사이의 변화를 확인하여 화학물질의 존재 유무를 확인하는 것이 센싱 메카니즘이 된다.
도 2를 참조하면, 그래핀과 n-Si(반도체)를 접합시켰을 때 계면에는 일함수 차이에 의해 내부 확산 전위(built-in potential)가 생기게 되고, n-Si의 밴드갭 이상의 빛에너지를 조사하면 광전하가 생성/분리되어 광전류가 흐르게 된다.
이를 통해, 감지센서 소자가 0V에서도 작동할 수 있게 되는데, 기체 등의 화학물질이 그래핀 표면에 흡착하게 되면 기체의 타입에 따라 그래핀을 p-doped 또는 n-doped 시켜서 그래핀과 n-Si 사이의 내부확산 전위(built-in potential)가 바뀌게 되어 광전류량을 변화시키게 된다.
즉, 그래핀 표면에 p-doped 또는 n-doped 됨에 따라 페르미 에너지준위 변화가 생기게 되고, 광전류량이 증가 또는 감소되는 변화가 생기게 되어 화학물질의 존재여부를 확인할 수 있게 된다.
이후 흡착된 기체 분자가 떨어져 나가게 되면, 그래핀의 일함수는 다시 원래 상태로 돌아오게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
실시예 1
금속성의 성질을 그래핀을 준비하고, 광흡수층으로 n-Si 반도체 물질을 준비하여 이종접합을 실시하였다.
이종접합을 실시하기 위하여 구리 호일 위에 그래핀을 CVD 성장을 시킨다. 이때 2차원으로 얇게 그래핀이 성장하는 데, 그래핀이 성장된 구리호일 상에 PMMA 코팅을 실시한다. 코팅이 완성된 후 구리 호일을 제거하는 데, 암모늄퍼설페이트 용액을 이용하여 구리 호일을 녹여서 제거할 수 있다.
구리호일이 제거되면 PMMA 아래에는 그래핀이 부착되어 있으며, 이를 물에 넣어 띄우고 광흡수층인 n-Si 위에 그래핀이 부착된 PMMA을 위치하도록 하여 n-Si 상에 부착되도록 한다. 이후 PMMA는 아세톤을 이용하여 녹여서 제거한다.
여기에 전극을 부착하는 데, 전극은 Au 전극을 이용하였다.
밀폐된 공간에서 제조된 감지센서에 빛을 조사한 상태에서 dry air를 흘려보낸다. 500초간 dry air를 흘려보낸 후에 이후 500초간 50ppm NH3를 흘려보냈다. 또한 그 이후 다시 500초간 dry air를 흘려보내고, 이후 500초간 50ppm NH3를 흘려보내는 것을 4000초까지 반복하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 실시하되, 화학물질로 NH3 대신 5ppm의 NO2를 이용하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 실시하되,
감지센서 제조시, 그래핀과 n-Si가 접합된 이후에 그래핀 표면에 Pd를 증착하여 감지센서 소자를 제작하였다. 화학물질로는 50ppm의 H2를 이용하였다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 3의 기체 종류에 따른 광전류의 변화를 그래프로 나타낸 것이며, 도 4는 실시예 1 내지 실시예 3의 시간에 따른 기체 투입 및 광전류 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 dry air를 흘려보냈을 때의 광전류량 변화와 화학물질인 NH3, NO2 및 H2를 흘려보냈을 때 광전류변화를 비교한 그래프이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 빛이 조사된 상태에서 dry air를 흘려주며 그래핀/n-Si소자의 전류-전압 특성을 확인했을 때, 0 V에서 광전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다. 이때, 그래핀에 전자를 주는 타입의 NH3 기체를 흘려주는 경우, 그래핀의 일함수가 감소하고 그에 따라 밴드 기울기가 감소하여 광전류량이 감소하게 된다.
반대로, 그래핀에 전자를 받는 타입의 NO2 기체를 흘려주는 경우, 그래핀의 일함수가 증가하고 그에 따라 밴드 기울기가 증가하여 광전류량이 증가하게 된다. 이를 통해 센서가 제안된 구동원리로 동작하는 것을 확인할 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, H2도 그래핀에 전자를 주는 타입으로 H2 기체를 흘려보내는 경우, 그래핀의 일함수가 감소하고 그에 따른 밴드 기울기가 감소하여 광전류량이 감소함을 알 수 있다.
도 4의 (a)는 dry air 및 50ppm NH3을 시간대별로 흘려보냈을 때의 광전류 변화를 나타낸 것이다.
도 4의 (a)를 참조하면, NH3 가스에 의해 상부 그래핀이 P형 도핑 되어 쇼트키 접합의 내부 확산 전위(built-in potential)의 크기가 작아지게 되고 광전류량이 감소하게 된다. 이를 확인함으로써 화학물질의 존재여부를 알 수 있다.
도 4의 (b)는 dry air 및 50ppm H2를 시간대별로 흘려보냈을 때의 광전류 변화를 나타낸 것이다.
도 4의 (b)를 참조하면, H2 가스가 상부 그래핀의 Pd에 흡착되어 Pd-Hx를 형성하게 되고 이에 따라 상부 그래핀이 상대적으로 P형 도핑 되어 쇼트키 접합의 내부 확산 전위(built-in potential)의 크기가 작아지게 되고 광전류량이 감소하게 된다. 이를 확인함으로써 수소의 존재여부를 알 수 있다.
도 4의 (c)는 dry air 및 5ppm NO2를 시간대별로 흘려보냈을 때의 광전류 변화를 나타낸 것이다.
도 4의 (c)를 참조하면, NO2 가스에 의해 상부 그래핀이 N형 도핑 되어 쇼트키 접합의 내부 확산 전위(built-in potential)의 크기가 커지게 되고 광전류량이 증가하게 된다. 이를 확인함으로써 화학물질의 존재여부를 알 수 있다.
실시예 4
수소(H2)의 감지여부를 확인하기 위해 실시예 3과 동일하게 실시(그래핀과 n-Si가 접합된 이후에 그래핀 표면에 Pd를 증착하여 감지센서 소자를 제작)하였으며, H2를 1, 5, 50, 500, 1000ppm의 농도로 흘려보내 이를 센싱하였다.
도 5는 실시예 4의 감지센서를 이용한 빛 유무에 따른 수소 센싱그래프를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 4의 감지센서를 이용한 수소의 농도에 따른 광전류 변화 그래프를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 수소(H2) 1000ppm을 흘려보내고, 빛을 존재할 때와 존재하지 않을 때의 광전류 변화를 나타낸 것인데, 빛이 존재하지 않은 경우(검정색) 0V에서 전류가 흐르지 않기 때문에 수소가 센싱되지 않는다.
반면에 빛이 존재(빨간색)하는 경우에는 빛에 의해 발생한 광전류에 의해 0V에서도 센싱이 가능함을 확인할 수 있다.
도 6을 참조하면, 빛 조사하에서 시간에 따라 수소(H2) 농도를 높여가면서 광전류의 변화를 측정하였다. 1, 5, 50, 500, 1000ppm로 농도 변화를 주었는데, 1 ppm에서도 광전류의 흐름을 파악할 수 있어, 작은 농도에서도 수소를 감지할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 그래핀, 광흡수층 및 전극이 적층되어 이루어진 감지센서로 빛의 조사로 인해 광흡수층에서 광전하가 생성 및 분리되어 광전류가 흐름에 따라 무전력으로 화학물질을 감지하되,
    상기 광흡수층 상부에 배치된 상기 그래핀 표면에 화학물질 흡착 시 상기 그래핀은 p-doped 또는 n-doped 되어, 페르미 에너지 준위가 변화하게 되고,
    상기 그래핀의 페르미 에너지 준위의 변화에 의해 상기 그래핀과 상기 광흡수층 사이 계면의 내부 확산 전위가 변화하게 되고,
    상기 그래핀과 상기 광흡수층 사이 계면의 내부 확산 전위의 변화에 의해 광전류량이 변화되어 화학물질의 존재를 감지할 수 있고,
    상기 그래핀에 전자를 주는 타입의 화학물질이 흡착되면, 상기 그래핀의 일함수가 감소하고 그에 따라 밴드 기울기가 감소하여 광전류량이 감소하고,
    상기 그래핀에 전자를 받는 타입의 화학물질이 흡착되면, 상기 그래핀의 일함수가 증가하고 그에 따른 밴드 기울기가 증가하여 광전류량이 증가하는 무전력 화학물질 센싱방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 및 광흡수층의 쇼트키 접합계면에 페르미 에너지 준위 차이에 의해 내부 확산 전위(built-in potential)가 생기고, 광흡수층에 밴드갭 이상의 빛을 조사함으로써 광전류가 발생하는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 센싱방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    화학물질 중 특정 화학물질을 감지하기 위해 그래핀 표면에 촉매 물질들을 형성할 수 있으며,
    수소를 감지하기 위해 그래핀 표면에 Pd 또는 Pt를 증착하여 수소 물질 존재여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 센싱방법.
  5. 그래핀, 광흡수층 및 전극이 적층되어 이루어진 감지센서로,
    상기 그래핀 및 광흡수층은 이종접합 구조로 형성되며,
    빛의 조사로 인해 광흡수층에서 광전하가 생성 및 분리되어 광전류가 흐름에 따라 무전력으로 화학물질을 감지하되,
    상기 그래핀 및 광흡수층의 쇼트키 접합계면에 페르미 에너지 준위 차이에 의해 내부 확산 전위(built-in potential)가 생기고, 광흡수층에 밴드갭 이상의 빛을 조사함으로써 광전류가 발생하고,
    상기 그래핀의 페르미 에너지 준위의 변화에 의해 상기 그래핀과 상기 광흡수층 사이 계면의 내부 확산 전위가 변화하게 되고,
    상기 광흡수층 상부에 배치된 상기 그래핀 표면에 화학물질이 흡착 또는 탈착함에 따라 페르미 에너지준위 변화로 광전류가 증가 또는 감소함으로써 상기 화학물질을 감지할 수 있고,
    상기 그래핀에 전자를 주는 타입의 화학물질이 흡착되면, 상기 그래핀의 일함수가 감소하고 그에 따라 밴드 기울기가 감소하여 광전류량이 감소하고,
    상기 그래핀에 전자를 받는 타입의 화학물질이 흡착되면, 상기 그래핀의 일함수가 증가하고 그에 따른 밴드 기울기가 증가하여 광전류량이 증가하는 무전력 화학물질 감지센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광흡수층은 반도체 또는 전이금속 칼코겐 화합물인 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 감지센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반도체는 Si, GaN계 화합물, GaAs계 화합물, Copper indium gallium selenide (CIGS) 계 화합물, 페로브스카이계 화합물, 흑린(black phosphorous) 중 1이상 선택되며,
    상기 전이금속 칼코겐 화합물로는 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, SnS2, InSe, In2Se3 , GaS, GaSe, HfS2, HfSe2, ZrS2, ZrSe2, HfSe2 중 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 감지센서.
  8. 제5항에 있어서,
    화학물질 중 특정 화학물질을 감지하기 위해 그래핀 표면에 촉매물질 들을 형성할 수 있으며,
    수소를 감지하기 위해 그래핀 표면에 Pd 또는 Pt를 증착하여 수소 물질 존재여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 무전력 화학물질 감지센서.
  9. 삭제
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