KR102315828B1 - 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 액티브 소재로 이용하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서 - Google Patents

금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 액티브 소재로 이용하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 필름층 소재로 이용하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서에 관한 것이다.

Description

금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 액티브 소재로 이용하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서{A nano chemical sensor for detecting electrostatic capacity change using nano materials having metal or semiconductor property as an active material}
본 발명은 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 액티브 소재로 이용하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서에 관한 것으로써, 안정적인 동작 능력과 ppb 레벨 이하의 우수한 센싱 능력을 갖는 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 액티브 소재로 이용하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서에 관한 것이다.
일반적으로, 기존의 탄소나노튜브 기반 저항변화에 따른 검지형 센서는, 금속성 및 반도체성이 혼합된 재료를 사용하여 액티브 소재의 화학기체 흡탈착에 기인한 전류 및 저항의 변화에 기초하기 때문에 반응 속도가 매우 늦고, 회복 시간 또한 상당히 지연되는 문제점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명에서는 종래의 느린 반응속도 및 회복시간의 문제점을 해결하기 위해서, 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 액티브 소재로 이용하여 종래 기술에 비하여 빠른 반응속도와 회복시간을 얻고자 하였고 본 발명을 완성하게 되었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0065824호
본 발명은, 기존의 검지형 나노화학센서가 갖는 늦은 반응속도 및 회복시간이 지연되는 문제점을 해결하기 위하여, 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 필름층으로 이용함으로써, 화학작용물질 고유의 분극률에 따른 소자의 유전율 변화를 이용하여 신속한 응답성 및 짧은 회복시간을 가질 수 있는 정전용량변화 검지형 나노화학센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
전극;
상기 전극 상부에 형성되는 이산화규소/실리콘 이중층; 및
상기 이산화규소/실리콘 이중층에 도포되는 필름층을 포함하는 나노화학센서로,
상기 전극은 필름층에 소스 전극 및 드레인 전극으로 형성되거나,
상기 필름층에 소스 전극이 형성되고, 상기 이중층 하부에 게이트 전극으로 형성되며,
상기 필름층은 나노 재료로 금속성을 갖는 그래핀인 것을 특징으로 하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서를 제공한다.
본 발명의 나노화학센서는 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 필름층으로 이용하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서로서, 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 필름층으로 이용함으로써, 화학작용물질 고유의 분극률에 따른 소자의 유전율 변화를 이용하여 넓은 범위의 화학종 분석이 가능함과 동시에 신속한 응답성을 가지며 회복 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정전용량변화 검지형 나노화학센서를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예들의 정전용량변화 검지형 나노화학센서를 이용하여 화학센서 측정 시간에 따른 검출 감도를 정전용량의 절대값으로 나타낸 실험 데이터를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은, 기반이 되는 이산화규소/실리콘 이중층; 상기 이산화규소/실리콘 이중층에 도포되는 필름층; 및 상기 이산화규서/실리콘 이중층 및 필름층 중 적어도 어느 하나의 층 일면에 형성되는 전극을 포함하는 나노화학센서로, 상기 전극은 필름층에 소스 전극 및 드레인 전극으로 형성되거나, 상기 필름층에 소스 전극이 형성되고, 상기 이중층 하부에 게이트 전극으로 형성되며, 상기 필름층은 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서에 관한 것이다.
본 발명의 나노화학센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극, 상기 전극에 상부에 형성되는 이산화규소/실리콘 이중층과 상기 이중층에 도포되는 필름층을 포함하고 있다.
본 발명의 나노화학센서는, 상기 필름층 위에 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극, 또는 필름층 위에 형성되는 소스 전극 및 상기 이중층 하부에 형성되는 게이트 전극 사이에 교류전압을 가한 상태에서 타겟으로 하는 화학 기체가 센서의 필름층에 흡착될 때 발생하는 기본적인 잡음 레벨(noise level) 이상의 의미 있는 수준의 정전용량 값의 변화(ΔC/Cbase)를 측정함으로써 화학기체의 성분 및 농도를 측정할 수 있다.
이하, 본 발명의 나노화학센서에 대하여 보다 자세히 설명한다.
이산화규소/실리콘 이중층
상기 이산화규소/실리콘 이중층은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것으로 비정질 실리콘, 단결정 또는 다결정 실리콘, 또는 석영 등이 사용될 수 있으며 상기 이산화규소/실리콘 이중층은 그 아래에 놓일 수 있는 게이트 전극과 상부의 필름층 위에 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 절연체 및 채널의 역할을 한다.
필름층
상기 필름층은 금속성 또는 반도체성을 따로 갖는 나노 재료를 사용함으로써, 기존의 금속성 및 반도체성이 혼합된 재료를 사용하는 것에 비해서 반응속도 및 회복시간을 월등하게 낮출 수 있다.
상기 필름층으로는 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 포함하는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 탄소나노튜브, 그래핀, 나노와이어 및 나노판상구조 소재로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료는 금속성 및 반도체성이 혼합된 재료로부터 특정한 전기적 특성을 가진 재료로 분리된 것일 수 있다.
예를 들면, 탄소나노튜브가 분산된 용액과 Non-ionic Medium Iodixanol 60%(Sigma Aldrich사)의 밀도 차를 이용한 원심분리법(Density Gradient Ultracentrifugation) 또는 겔 크로마토그래피(Gel Chromatography)법을 이용하여, 금속성 및 반도체성이 혼합된 재료를 금속성을 갖는 나노 재료로서 금속성 탄소나노튜브와 반도체성을 갖는 나노 재료로서 반도체성 탄소나노튜브를 분리할 수 있다.
본 발명의 일 예에 의하면, 상기 필름층으로 탄소나노튜브를 사용할 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 직경이 1~2 nm 내외의 속이 비어 있는 3차원 튜브형태의 물질로서 탄소원자들이 sp2 결합을 이루며, 길이 대 직경 비율이 크다는 특징을 가진다.
상기 길이 대 직경 비율은 1000:1 내외일 수 있다.
탄소나노튜브는 그것이 가지는 매우 큰 표면적으로 인해 분자 흡착성이 매우 크며, 또한 상온에서도 여러 가지 기체와 접촉하였을 때 큰 전기적 특성 변화를 가진다.
또한, 탄소나노튜브는 원칙적으로 벌크상태가 아닌 표면원자만을 가지고 있어서 외부 기체의 흡착에 매우 민감한 전기적 반응을 나타낸다. 따라서 화학센서로서 이상적인 소재로 사용된다.
탄소나노튜브로 제조한 필름층은 분자비대칭성(chirality)이나 직경에 무관하고, 근처 주변에서 전계가 급격히 증가하며, 넓은 범위에서 전극 간 전기적 접촉이 가능하게 된다.
따라서, 높은 흡착용량과 함께 상온에서 서로 다른 화학기체들과 접촉 시 큰 전기적 특성 변화를 일으킴에 따라 신속한 응답성 및 짧은 회복시간뿐만 아니라, 넓은 범위의 화학종 분석이 가능하며, 안정적으로 동작하게 된다.
본 발명의 다른 예에 의하면, 상기 필름층으로 그래핀을 사용할 수 있다. 그래핀은 탄소 원자로 이루어져 있으며 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막으로 2차원 평면형태를 가지고 있다. 강도가 강하고 열전도성이 뛰어나다.
상기 그래핀으로 제조한 필름층은 필름층의 두께를 낮춰 제작된 센서의 민감도를 향상시킬 수 있고, 상대적으로 소비전력 값이 작은 소자를 제조할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 또 다른 예에 의하면, 상기 필름층으로 나노와이어 및 나노판상구조 소재를 사용할 수 있다. 상기 탄소나노튜브 이외의 다른 1차원 나노소재인 나노와이어는 직경이 1~100 nm 내외의 속이 꽉 찬 1차원 형태의 물질로서 원래의 벌크상태 물질에 비해 길이 대 직경 비율이 크다는 특징을 가진다.
상기 길이 대 직경 비율은 1000:1 내외일 수 있다.
나노와이어는 그것이 가지는 매우 큰 표면적으로 인해 분자 흡착성이 매우 크며, 또한 상온에서도 여러 가지 기체와 접촉하였을 때 자체적으로 고유한 유전율을 가지고 있으므로 큰 정전용량 값 변화를 가질 수 있다. 큰 전기적 특성 변화를 가진다.
상기 그래핀 이외의 다른 2차원 나노소재인 나노판상구조 소재는 원자 1~2개의 두께로 이루어진 얇은 막으로 2차원 평면형태를 가지고 있다. 그것을 구성하고 있는 원자의 종류 및 조합에 따라 전기적으로 금속, 반도체, 절연성을 나타낸다.
상기 나노판상구조 소재로 제조한 필름층은 필름층의 두께를 낮추거나 선택된 소재의 유전율 값에 따라 제작된 센서의 민감도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 필름층은 상기 이산화규소/실리콘 이중층 상에 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료를 포함하는 용액을 떨어뜨리거나, 스핀 코팅(spin coating)함으로써 형성할 수 있다.
전극
전극은 상기 이산화규소/실리콘 이중층 및 필름층 중 적어도 하나의 층 일면에 형성된다.
예를 들면, 상기 필름층에 소스 전극 및 드레인 전극으로 형성되거나, 상기 필름층에 소스 전극이 형성되고, 상기 이중층 하부에 게이트 전극으로 형성될 수 있다. 이때 상기 전극은 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 알루미늄(Al)로 이루어진 금속 소재군으로부터 선택되는 1종 또는 2종인 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 본 발명의 정전용량변화 검지형 나노화학센서는 상기 소스전극 및 게이트 전극, 또는 소스 전극 및 드레인 전극간 정전용량변화 측정방법에 따라 특정한 화학 기체를 측정하는 분해 능력이 약 24 ppb 내지 180 ppb인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또다른 예에 의하면, 본 발명의 나노화학센서의 회복시간은 1초 내지 30분일 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 나노화학센서의 회복시간은 1 내지 5초일 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 나노화학센서는 수초 단위의 빠른 회복시간을 가질 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 및 비교예
실시예 1 및 실시예 2: 금속성 또는 반도체성을 갖는 나노 재료(필름층)를 이용한 나노화학센서의 제조방법
UUNIDYM사의 HIPCO(High-Pressure Carbon monoxide Carbone Nanotubes)와 Sodium Dodecyl Sulfate(Sigma Aldrich사)를 2차 증류수에 넣고 Ultrasonication을 통해 분산시켰다. 겔 크로마토그래피(Gel Chromatography) 법을 통해 금속성탄소나노튜브(실시예 1)와 반도체성 탄소나노튜브(실시예 2)로 분리하였다.
이 후 분리된 각각의 탄소나노튜브에 다음과 같은 추가 절차를 수행하였다.
먼저, 금속성 또는 반도체성 탄소나노튜브를 Ortho-Dichlorobenzene(Sigma Aldrich사)에 넣은 후 Ultrasonication 방법을 통해 분산시킨 후 Isoamyl Nitrite(Sigma Aldrich사)를 넣어서 혼합하였다.
두번째로, P-Toluenesulfonic Acid(Sigma Aldrich사)와 Aniline(Sigma Aldrich사)을 Toluene(Sigma Aldrich사)에 넣고 용매화 시켰다.
세번째로, Hexafluoro Acetone sesquihydrate(Sigma Aldrich사)를 Toluene(Sigma Aldrich사)에 넣고 용매화시켰다. 네번째로, 상기 두번째 단계와 세번째 단계의 혼합물을 서로 반응시키고 재결정법으로 고체화시킨 후, Acetonitrile(Sigma Aldrich사)에 녹이었다.
다섯번째로 상기 첫번째 단계와 네번째 단계의 반응물을 서로 반응시킨 후 Filtration을 하고 건조시켜 얻어낸 결정을 N-dimethylformamide(Sigma Aldrich사)에 분산시켜 마지막으로 p-hexafluoroisopropanol phenyl(HFIPPH)로 표면 기능화된 탄소나노튜브를 합성하였다.
이산화규소/실리콘 이중층 기판 위에 AZ-1512(AZ Electronic Materials사)을 Spin Coating하여 감광막을 고르게 도포하였고 Hotplate로 Soft Baking을 실시하였다. 감광막을 도포한 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 Interdigitated Pattern의 Photomask로 Masking을 한 후에 Mask Aligner로 노광시킨 후, 노광된 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 AZ-500 MIF(AZ Electronic Materials사)에 넣어 현상하였다. 현상이 끝난 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 E-Beam Evaporator를 이용해 Titanium과 Gold를 전극으로 증착시켰다. 전극을 증착한 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 Acetone에 넣어 Lift-Off를 하여 불필요한 감광막을 모두 제거하였다.
최종적으로 p-hexafluoroisopropanol phenyl(HFIPPH)로 표면 기능화된, 금속성 또는 반도체성 탄소나노튜브 용액을 Interdigitated Pattern의 Titanium/Gold 전극이 증착된 이산화규소/실리콘 이중층 기판 위에 Spin Coating하여 도포하고 건조 시킨 후 2차 증류수로 세척하여 기판 위에 있는 SDS를 모두 제거하였다. 마지막으로 Furnace를 이용해 Argon Gas 분위기에서 Annealing을 하여, 금속성 탄소나노튜브를 포함하는 필름층이 형성된 나노화학센서(실시예 1)와 반도체성 탄소나노튜브를 포함하는 필름층이 형성된 나노화학센서(실시예 2)를 제조하였다.
실시예 3. 금속성을 갖는 그래핀을 이용한 나노화학센서의 제조방법
Copper foil, 0.025mm (0.001in) thick, annealed, uncoated, 99.8% (metals basis)(Alfa aesar사)를 Furnace에 넣고 Argon, Hydrogen, Methane Gas를 적정 비율로 섞어 보내며 가열시키는 Chemical Vapor Deposition 방법으로 그래핀을 성장시켰다. 그래핀이 성장된 Copper Foil 위에 Poly Methyl Methacrylate(Sigma Aldrich사)를 Spin Coating한 뒤 Baking을 하였다. 성장된 그래핀 위에 Poly Methyl Methacrylate(Sigma Aldrich사)가 코팅된 Copper Foil을 Ammonium Persulfate ACS reagent, ≥98.%(Sigma Aldrich사)를 2차 증류수에 넣어 용매화 시킨 용액에 띄워 Copper Foil을 녹이었다. Copper Foil이 녹아 Poly Methyl Methacrylate(Sigma Aldrich사)만 코팅되어 있는 그래핀을 건져내어 2차 증류수 위에 띄워 놓았다.
그 후, 이산화규소/실리콘 이중층 기판 위에 AZ-1512(AZ Electronic Materials사)을 Spin Coating하여 감광막을 고르게 도포하였고, Hotplate로 Soft Baking을 하였다. 감광막을 도포한 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 Interdigitated Pattern의 Photomask로 Masking을 한 후에 Mask Aligner로 노광하였다. 그 후, 노광된 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 AZ-500 MIF(AZ Electronic Materials사)에 넣어 현상하였다. 현상이 끝난 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 E-Beam Evaporator를 이용해 Titanium과 Gold를 전극으로 증착시켰다. 전극을 증착시킨 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 Acetone에 넣어 Lift-Off를 하여 불필요한 감광막을 모두 제거하였다.
다음으로 Poly Methyl Methacrylate(Sigma Aldrich사)만 코팅되어 있는 그래핀을 Interdigitated Pattern의 Titanium/Gold 전극이 증착된 이산화규소/실리콘 이중층 기판으로 2차 증류수에서 건져내어 전사하였다. 그래핀이 전사된 기판을 건조시킨 후에 Acetone에 넣어서 그래핀 위에 코팅된 Poly Methyl Methacrylate(Sigma Aldrich사)를 모두 제거하고 다시 건조시키는 과정을 거쳐서 그래핀이 도포된 이산화규소/실리콘 이중층 기판 구조를 완성하였다. 최종적으로 검지하고자 하는 화학기체 Dimethyl methylphosphonate (DMMP)를 선택적으로 탐지할 수 있는 유기분자 물질인 2-(4-Aminophenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol(Sigma Aldrich 사)를 그래핀이 도포된 이산화규소/실리콘 이중층 기판 위에 Spin Coating하여 나노화학센서를 제조하였다.
비교예 1.
이산화규소/실리콘 이중층 기판 위에 AZ-1512(AZ Electronic Materials사)를 Spin Coating하여 감광막을 고르게 도포하였고, Hotplate로 Soft Baking을 하였다. 감광막을 도포한 이산화규소층 기판을 Interdigitated Pattern의 Photomask로 Masking을 한 후에 Mask Aligner로 노광하였다. 노광된 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 AZ-500 MIF(AZ Electronic Materials사)에 넣어 현상하였다. 현상이 끝난 이산화규소층 기판을 E-Beam Evaporator를 이용해 Titanium(Ti)과 Gold(Au)를 전극으로 증착시켰다. 전극을 증착시킨 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 Acetone에 넣어 Lift-Off를 하여 불필요한 감광막을 모두 제거하여 나노화학센서를 제조하였다.
비교예 2. 금속성 및 반도체성이 혼합된 탄소나노튜브를 이용한 나노화학센서의 제조방법
첫번째로, UNIDYM사의 HIPCO(High-Pressure Carbon monoxide Carbone Nanotubes)를 구매하여 계면활성제의 일종인 Sodium dodecyl sulfate(Sigma Aldrich사, 이하 SDS)와 함께 증류수에 넣고 Ultrasonication 방법을 통해 다발 형태로 존재하는 HIPCO 고체를 물에 분산시켰다. 그 후 SDS와 함께 물에 분산된 HIPCO 용액을 초고속원심분리법(Ultracentrifugation)을 이용해 상등액(decant)만 취하여 HIPCO가 물에 개별적으로 매우 잘 분산된 HIPCO 용액만 얻어냈다.
이 후 분산된HIPCO탄소나노튜브를 Ortho-Dichlorobenzene(Sigma Aldrich사)에 넣은 후 Ultrasonication 방법을 통해 분산시킨 후 Isoamyl Nitrite(Sigma Aldrich사)를 넣어서 혼합하였다.
두번째로, P-Toluenesulfonic Acid(Sigma Aldrich사)와 Aniline(Sigma Aldrich사)을 Toluene(Sigma Aldrich사)에 넣고 용매화 시켰다.
세번째로, Hexafluoro Acetone sesquihydrate(Sigma Aldrich사)를 Toluene(Sigma Aldrich사)에 넣고 용매화시켰다. 네번째로, 상기 두번째 단계와 세번째 단계의 혼합물을 서로 반응시키고 재결정법으로 고체화시킨 후, Acetonitrile(Sigma Aldrich사)에 녹이었다.
다섯번째로 상기 첫번째 단계와 네번째 단계의 반응물을 서로 반응시킨 후 Filtration을 하고 건조시켜 얻어낸 결정을 N-dimethylformamide(Sigma Aldrich사)에 분산시켜 마지막으로 p-hexafluoroisopropanol phenyl(HFIPPH)로 표면 기능화된 탄소나노튜브를 합성하였다.
이산화규소/실리콘 이중층 기판 위에 AZ-1512(AZ Electronic Materials사)를 Spin Coating하여 감광막을 고르게 도포하였고, Hotplate로 Soft Baking을 하였다. 감광막을 도포한 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 Interdigitated Pattern의 Photomask로 Masking을 한 후에 Mask Aligner로 노광하였다. 노광된 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 AZ-500 MIF(AZ Electronic Materials사)에 넣어 현상하였다. 현상이 끝난 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 E-Beam Evaporator를 이용해 Titanium(Ti)과 Gold(Au)를 전극으로 증착시켰다. 전극을 증착시킨 이산화규소/실리콘 이중층 기판을 Acetone에 넣어 Lift-Off를 하여 불필요한 감광막을 모두 제거하였다.
최종적으로 검지하고자 하는 화학기체 Dimethyl methylphosphonate (DMMP)를 선택적으로 탐지할 수 있는 p-hexafluoroisopropanol phenyl(HFIPPH)로 표면 기능화된 탄소나노튜브 용액을 Interdigitated Pattern의 Titanium/Gold 전극이 증착된 이산화규소/실리콘 이중층 기판 위에 Spin Coating하여 도포하고 Furnace를 이용해 Argon Gas 분위기에서 Annealing을 하였다. 이로써 최종적으로 금속성 및 반도체성이 혼합된 탄소나노튜브를 이용한 나노화학센서를 제조하였다.
실험예 1. 화학기체 검출 능력 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 나노화학센서를 이용하여 화학기체 검출 능력을 측정하였다. 구체적인 측정 방법으로 교류 전압과 주파수를 각각 0.1 Vpp, 30 kHz 인가하면서 타겟으로 하는 화학 가스가 제조한 나노화학센서에 흡착됨에 따른 정전용량변화를 전기화학 계측기(Ivium Technologies 사, 모델명: CompactStat)계측기를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1 및 도 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
DMMP 주입 전 Base 값 대비 주입 후 정전용량변화 값(%) @DMMP 100 ppb 5.2 10.8 13.3 0 2.5
상기 표 1에서 확인되듯이, 실시예 1 내지 3의 화학나노센서를 이용하면, 비교예 1및 2의 화학나노센서에 비해 정전용량 변화값이 높게 나타나며, 화학기체에 대한 민감도(반응도)가 높아 우수한 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 타겟 화학기체에 대한 센서에서 나온 신호가 센서의 기본 base 잡음(noise) 보다 높으면 일단 어떤 의미 있는 값이라고 할 수 있으며, 이에 따라 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise ratio)가 다른 센서에 비해서 상대적으로 높으면 높을수록 좋은 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 화학나노센서는 본 발명의 필름층을 포함하지 않는 비교예 1과 금속성 및 반도체성이 혼합된 재료를 사용한 비교예 2에 비해 센서의 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 1 및 2와 비교예 2를 비교하면, 같은 탄소나노튜브를 사용하더라도 금속성 또는 반도체성의 하나의 전기적 특성을 갖는 나노재료를 사용한 본원 실시예 1 및 2의 화학나노센서가 금속성 및 반도체성을 모두 갖는 탄소나노튜브를 사용한 비교예 2의 화학나노센서에 비해 DMMP화학 기체를 센싱하는데 더 우수한 능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (7)

  1. 기반이 되는 이산화규소/실리콘 이중층;
    상기 이산화규소/실리콘 이중층에 도포되는 필름층; 및
    상기 이산화규소/실리콘 이중층 및 필름층 중 적어도 어느 하나의 층 일면에 형성되는 전극을 포함하는 나노화학센서로,
    상기 전극은 필름층에 소스 전극 및 드레인 전극으로 형성되거나,
    상기 필름층에 소스 전극이 형성되고, 상기 이중층 하부에 게이트 전극으로 형성되며,
    상기 필름층은 금속성을 갖는 그래핀이고,
    상기 전극은 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 알루미늄(Al)로 이루어진 금속 소재군으로부터 선택되는 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 정전용량변화 검지형 나노화학센서는 화학기체로 DMMP(Dimethyl methylphosphonate)를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 정전용량변화 검지형 나노화학센서는 100 ppb 농도의 화학기체를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량변화 검지형 나노화학센서.
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