KR20060036576A - Semiconductor type thick film gas sensor device, and apparatus for measuring performance of a gas sensor device - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 반도체식 후막 가스 센서 소자는 기판 전면에 전극 및 감지막으로 이루어지는 센서가 2개 이상 형성되어 센서 어레이를 이루고, 기판 후면에 히터가 형성되어 있으며, 상기 감지막을 구성하는 감지 물질은 산화주석을 포함한다. 또한, 본 발명에 의한 가스 센서 소자의 성능 측정 장치는 4방향 밸브 및 미니 반응조를 포함한다.In the semiconductor thick film gas sensor device according to the present invention, two or more sensors including an electrode and a sensing film are formed on the front of the substrate to form a sensor array, and a heater is formed on the back of the substrate, and the sensing material constituting the sensing film is oxidized. Include comments. Moreover, the performance measuring apparatus of the gas sensor element by this invention contains a 4-way valve and a mini reactor.

상기 반도체식 후막 가스 센서 소자는 각종 가스, 특히 화학 테러에 사용되는 화학 작용제에 대해서 뛰어난 선택성을 가진다. 또한, 상기 가스 센서 소자의 성능 측정 장치는 가스 센서 소자와 측정 가스의 반응 시간을 최소로 한다.The semiconductor thick film gas sensor element has excellent selectivity against various gases, particularly chemical agents used in chemical terrorism. In addition, the performance measuring device of the gas sensor element minimizes the reaction time of the gas sensor element and the measurement gas.

반도체식 후막 가스 센서, 센서 어레이, 산화주석, 알루미나, 산화인듐, 산화아연, 산화지르코늄, 4방향 밸브, 미니 반응조Semiconductor thick film gas sensor, sensor array, tin oxide, alumina, indium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, 4-way valve, mini reactor

Description

반도체식 후막 가스 센서 소자, 및 가스 센서 소자의 성능 측정 장치{Semiconductor type thick film gas sensor device, and apparatus for measuring performance of a gas sensor device}Semiconductor type thick film gas sensor device, and apparatus for measuring performance of a gas sensor device

도 1a 내지 도 1c는 각각 단일 센서 소자의 스크린(screen)되기 전의 앞면, 뒷면, 및 스크린된 후의 앞면을 촬영한 것이다.1A to 1C are photographs of the front side, the back side, and the front side after being screened, respectively, of the single sensor element.

도 2는 센서 소자의 성능을 측정할 수 있는 측정 장치의 모식도이다.2 is a schematic diagram of a measuring device capable of measuring the performance of a sensor element.

도 3a 내지 도 3d는 제작된 단일 센서 소자의 네 가지 화학 작용제 각각에 대한 감도 그래프이다.3A-3D are graphs of sensitivity for each of the four chemical agents of the fabricated single sensor device.

도 4a 내지 도 4c는 네 가지 감지 물질로 조합된 센서어레이(sensor array)의 스크린되기 전의 앞면, 뒷면, 및 스크린된 후의 앞면을 촬영한 것이다.4A-4C are photographs of the front, back, and front of the screen before the screen of the sensor array combined with the four sensing materials.

도 5a 내지 도 5d는 도 4a 내지 도 4c의 센서 어레이의 동작 온도(각각 250, 300, 350, 및 400℃)에 따른 감도 변화 그래프이다.5A to 5D are graphs of sensitivity changes according to operating temperatures (250, 300, 350, and 400 ° C., respectively) of the sensor array of FIGS. 4A to 4C.

도 6a 및 도 6b는 네 가지 화학 작용제의 분류를 위한 주성분 분석 결과 그래프이다.6A and 6B are graphs of principal component analysis results for classification of four chemical agents.

도 7a는 반응 시간을 최소로 줄이기 위해 사용된 센서 소자의 성능 측정 장치를 촬영한 것이다.Figure 7a is a photograph of the performance measurement device of the sensor element used to reduce the reaction time to a minimum.

도 7b는 도 7a를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 7B schematically illustrates FIG. 7A.

도 7c는 도 7a에서 4방향 밸브를 90° 회전시킨 상태를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 7C schematically illustrates a state in which the four-way valve is rotated 90 ° in FIG. 7A.

도 8은 센서 어레이가 본딩(bonding)되어 있는 PCB(인쇄회로기판)를 촬영한 것이다.8 is a photograph of a printed circuit board (PCB) on which a sensor array is bonded.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1: 센서 소자 10: 4방향 밸브 1: sensor element 10: 4-way valve

12: 제1 통로 14: 제2 통로 12: first passage 14: second passage

20: 기준 가스 라인 30: 측정 가스 라인20: reference gas line 30: measurement gas line

40: 측정 라인 50: 벤트(vent) 라인40: measuring line 50: vent line

70: 반응조(chamber) 70: chamber

본 발명은 화학 작용제 등의 검지에 이용되는 반도체식 후막 가스 센서 소자, 및 가스 센서 소자의 성능 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor thick film gas sensor element used for detection of a chemical agent or the like, and an apparatus for measuring the performance of a gas sensor element.

화학 작용제는 유독할 뿐만 아니라 무색이어서 매우 위험하고 치명적이다. 따라서, 인명을 보호하기 위해서는 화학 작용제를 빠르고 정확하게 탐지할 수 있어야 한다. 화학 작용제는 신경, 수포, 질식, 그리고 혈액 작용제의 4가지로 나누어진다. Chemical agents are not only toxic but also colorless, which is very dangerous and deadly. Therefore, to protect human life, chemical agents must be able to be detected quickly and accurately. Chemical agents are divided into four categories: nerves, blisters, choking, and blood agents.

일반적으로, 반도체식 가스 센서는 몇 가지 장점을 가지고 있다. 제조 비용 이 저렴하고, 환경 변화에 안정적이며, 낮은 농도에서도 높은 감도를 나타낸다. 많은 센서들은 다양한 가스에 대하여 비슷한 반응을 나타내기 때문에 선택성에 대한 문제를 가지고 있다. In general, semiconductor gas sensors have several advantages. The manufacturing cost is low, stable to environmental changes, and high sensitivity even at low concentrations. Many sensors have a problem with selectivity because they exhibit similar responses to various gases.

현재, 다양한 가스를 분류하기 위해서 촉매를 첨가하거나 센서어레이(sensor array)를 이용하거나 이 두 가지 방법을 조합해서 사용하는 등 여러 가지 방법들이 연구되고 있다. 촉매를 이용하는 방법은 많은 실험을 필요로 하기에 오랜 시간을 요구한다. 그러나, 센서 어레이는 신경 회로망과 통계를 이용하기 때문에 많은 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다. Currently, various methods have been studied such as adding a catalyst, using a sensor array, or a combination of the two to classify various gases. The method using a catalyst requires a long time because many experiments are required. However, the sensor array uses neural networks and statistics, which can save a lot of time.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 화학테러시 해당 화학 작용제를 정확하게 탐지해 냄으로써 인명 피해를 미연에 방지할 수 있도록 하는 선택성이 우수한 가스 센서를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor having excellent selectivity that can accurately prevent the chemical agent during chemical terrorism to prevent human injury.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 반도체식 후막 가스 센서 소자는 기판 전면에 전극 및 감지막으로 이루어지는 센서가 2개 이상 형성되어 센서 어레이를 이루고, 기판 후면에 히터가 형성되어 있으며, 상기 감지막을 구성하는 감지 물질은 산화주석을 포함한다. In order to achieve the above object, in the semiconductor thick film gas sensor device according to the present invention, two or more sensors including an electrode and a sensing film are formed on the front of the substrate to form a sensor array, and a heater is formed on the back of the substrate. The constituent sensing material comprises tin oxide.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가스 센서 소자의 성능 측정 장치는 4개의 개구부를 가지며, 인접한 2개의 개구부 2쌍은 각각 통로로 연결되어 제1 및 제2 통로를 이루는 4방향 밸브; 상기 4방향 밸브로 기준 가스를 유입시키는 기준 가스 라인; 상기 4방향 밸브로 측정 가스를 유입시키는 측정 가스 라인; 상기 기준 가스 또는 상기 측정 가스를 상기 4방향 밸브로부터 반응조로 유입시키는 측정 라인; 상기 기준 가스 또는 상기 측정 가스를 상기 4방향 밸브로부터 외부로 배출시키는 벤트 라인; 상기 기준 가스 또는 상기 측정 가스를 상기 반응조로부터 외부로 배출시키는 배기 라인; 가스 센서 소자와 상기 측정 가스의 반응이 일어나는 반응조; 및 상기 가스 센서 소자에 연결되는 측정부를 포함하며,In order to achieve the above object, the performance measuring apparatus of the gas sensor element according to the present invention has four openings, and two pairs of two adjacent openings are respectively connected by passages to form a first and second passages; A reference gas line for introducing a reference gas into the four-way valve; A measurement gas line for introducing a measurement gas into the four-way valve; A measurement line for introducing the reference gas or the measurement gas into the reactor from the four-way valve; A vent line for discharging the reference gas or the measurement gas to the outside from the four-way valve; An exhaust line for discharging the reference gas or the measurement gas from the reactor to the outside; A reaction tank in which a reaction between a gas sensor element and the measurement gas occurs; And a measurement unit connected to the gas sensor element,

안정화시에는 상기 기준 가스가 상기 기준 가스 라인, 상기 제1 통로, 및 상기 측정 라인을 순차적으로 통과하고, 상기 측정 가스가 상기 측정 가스 라인, 상기 제2 통로, 및 상기 벤트 라인을 순차적으로 통과하도록 상기 4방향 밸브를 위치시키며, During stabilization, the reference gas passes sequentially through the reference gas line, the first passage, and the measurement line, and the measurement gas passes sequentially through the measurement gas line, the second passage, and the vent line. Positioning the four-way valve,

측정시에는 상기 측정 가스가 상기 측정 가스 라인, 상기 제1 통로, 및 상기 측정 라인을 순차적으로 통과하고, 상기 기준 가스가 상기 기준 가스 라인, 상기 제2 통로, 및 상기 벤트 라인을 순차적으로 통과하도록 상기 4방향 밸브를 위치시킨다.In the measurement, the measurement gas passes sequentially through the measurement gas line, the first passage, and the measurement line, and the reference gas passes sequentially through the reference gas line, the second passage, and the vent line. Place the four-way valve.

이하에서 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명자는 먼저, 하기 표 1의 물질들을 사용하여 단일 센서를 가지는 반도체식 후막 센서 소자를 제작하고, 하기 표 2에 나타낸 네 가지 화학 작용제의 유사 가스에 대하여 측정 온도와 가스 농도를 달리하여 그 특성을 살펴보았다. The present inventors first fabricated a semiconductor thick film sensor element having a single sensor using the materials shown in Table 1 below, and then changed the measurement temperature and the gas concentration for the similar gases of the four chemical agents shown in Table 2, and then showed the characteristics thereof. I looked at it.

센서 소자 제작에 사용된 물질들Materials used to fabricate sensor elements 모물질Parent material 첨가 물질Additive material 첨가량(중량%)Addition amount (% by weight) 제조 방법Manufacturing method SnO2 SnO 2 SnO2 SnO 2 α-Al2O3α-Al2O3 4, 12, 204, 12, 20 물리적 혼합법Physical mixing SnO2 SnO 2 In2O3 WO3 In 2 O 3 WO 3 1, 2, 31, 2, 3 물리적 혼합법Physical mixing SnO2 SnO 2 Pt PdPt Pd 1, 2, 31, 2, 3 함침법Impregnation method SnO2 SnO 2 ZnOZnO 1, 2, 3, 4, 51 2 3 4 5 공침법Copulation SnO2 SnO 2 ZrO2 ZrO 2 1, 3, 51, 3, 5 공침법Copulation SnO2 SnO 2 SiO2 TiO2 SiO 2 TiO 2 3, 5, 103, 5, 10 물리적 혼합법Physical mixing

화학 작용제와 그에 대한 유사 가스Chemical Agents and Similar Gases 화학 작용제의 구분Classification of chemical agents 화학 작용제Chemical agent 유사 가스Quasi-gas 혈액 작용제Blood agonists HCNHCN 아세토니트릴Acetonitrile 신경 작용제Nerve agent 타분(tabun)Tabun 디메틸 메틸 포스포네이트Dimethyl methyl phosphonate 질식 작용제Choking agent 포스겐(phosgene)Phosgene 디클로로메탄Dichloromethane 수포 작용제Blister 겨자 가스Mustard gas 디프로필렌글리콜 메틸 에터Dipropylene glycol methyl ether

사용된 측정 가스의 농도를 정확하게 조절하기 위해서, 아세토니트릴(acetonitrile, CH3CN)과 디클로로메탄(dichloromethane, CH2Cl2)은 하기 수학식 1의 안토인(Antoine) 공식을 적용하여 계산하였고, 디메틸 메틸 포스포네이트(dimethyl methyl phosphonate, 이하 "DMMP"라 한다)는 하기 수학식 2를, 디프로필렌글리콜 메틸 에터(dipropyleneglycol methyl ether, 이하 "DPGME"라 한다)는 증기압에 대한 특정값을 사용하여 농도를 구하였다.In order to precisely control the concentration of the measurement gas used, acetonitrile (acetonitrile, CH 3 CN) and dichloromethane (CH 2 Cl 2 ) was calculated by applying the antoine formula of the following equation, Dimethyl methyl phosphonate (hereinafter referred to as "DMMP") is represented by the following equation (2), dipropylene glycol methyl ether (hereinafter referred to as "DPGME") using a specific value for the vapor pressure The concentration was obtained.

Figure 112004048926838-PAT00001
Figure 112004048926838-PAT00001

Figure 112004048926838-PAT00002
Figure 112004048926838-PAT00002

DPGME의 경우는 온도가 20℃와 25℃에서 각각 0.3mmHg와 0.5mmHg의 증기압을 가진다. 여기서, P(mmHg)는 증기압을 의미하고 상수 A, B, C는 특정한 값이다. 그리고 T(K)는 포화 온도를 나타낸다. 상기 수학식 1과 수학식 2에서 알 수 있듯이 포화 온도를 변화시킴에 따라서 원하는 가스의 농도를 조절할 수 있다. 하기 표 3에서는 안토인 공식(수학식 1)에 대한 상수값을 보여주고 있다. 여기서, 사용 온도 범위는 이 공식에서 실제 사용가능한 온도의 범위를 의미한다. DPGME has vapor pressures of 0.3mmHg and 0.5mmHg at 20 ° C and 25 ° C, respectively. Here, P (mmHg) means vapor pressure and constants A, B and C are specific values. And T (K) represents the saturation temperature. As can be seen in Equations 1 and 2, the desired gas concentration can be adjusted by changing the saturation temperature. Table 3 below shows constant values for the antoin formula (Equation 1). Here, the use temperature range means the range of temperatures that can be actually used in this formula.

수학식 1의 상수값Constant Value of Equation 1 아세토니트릴Acetonitrile 디클로로메탄Dichloromethane 사용 온도 범위(K)Operating temperature range (K) 280∼300280 to 300 -40∼40-40 to 40 AA 5.932965.93296 4.536914.53691 BB 2345.8292345.829 1327.0161327.016 CC 43.81543.815 -20.474-20.474

네 가지 화학 작용제의 유사 가스에 대한 측정 결과로부터, 네 가지의 물질을 선택하여 센서 어레이를 제작하였다. 이와 같이 4개의 센서를 가지는 센서 어레이가 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 2개 이상의 센서를 가지는 센서 어레이도 가능하다. From the measurement results for the analogous gases of the four chemical agents, four materials were selected to construct a sensor array. As described above, although a sensor array having four sensors is preferable, the present invention is not limited thereto, and a sensor array having two or more sensors is also possible.

제작된 센서 어레이는 동작 온도별, 측정 가스 종류별로 측정이 이루어졌다. 센서 어레이를 통하여 우수한 감도, 안정성, 및 선택성의 결과를 얻었다. 센서 어레이는 주성분 분석(principal component analysis) 통계 방식을 이용하여 분류하였다.The fabricated sensor array was measured by operating temperature and by type of measurement gas. Excellent sensitivity, stability, and selectivity were obtained through the sensor array. Sensor arrays were classified using principal component analysis statistical methods.

감도(sensitivity)는 하기 수학식 3을 이용하여 구하였다. 여기서 Ra는 공기중의 센서의 저항을 말하며, Rg는 측정 가스 존재하의 센서의 저항을 말한다. 즉, 측정 가스가 존재하지 않을 때와 존재할 때의 비를 감도라고 정의한다.Sensitivity was calculated using the following equation. Where R a is the resistance of the sensor in the air, and R g is the resistance of the sensor in the presence of the measurement gas. In other words, the ratio between the absence and the measurement gas is defined as the sensitivity.

Figure 112004048926838-PAT00003
Figure 112004048926838-PAT00003

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail.

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 산화주석만을 감지 물질로 하거나, 산화주석에 촉매를 첨가하여 감지 물질을 제조하였다. 그 제조 방법에는 3가지가 있다. As shown in Table 1 above, only the tin oxide was used as a sensing material, or a sensing material was prepared by adding a catalyst to the tin oxide. There are three types of manufacturing methods.

첫번째는, 산화주석(SnO2) 모물질에 백금(Pt) 및/또는 팔라듐(Pd)을 촉매로 사용하여 함침법(impregnation method)을 이용하여 제조하는 것이다. 이 때 촉매의 첨가량을 4, 12, 20중량%로 하였으나, 이에 한정되지 않고 1 내지 20중량% 정도이면 바람직하다. First, tin oxide (SnO 2 ) is prepared by using an impregnation method using platinum (Pt) and / or palladium (Pd) as a catalyst. At this time, the addition amount of the catalyst was 4, 12, 20% by weight, but not limited to this, it is preferable that it is about 1 to 20% by weight.

두번째는, 산화주석 모물질에, 알루미나(Al2O3), 산화인듐(In2O3 ), 산화텅스텐(WO3), 실리카(SiO2), 및 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 촉매로 하여 물리적 혼합법(physical mixing method)(볼-밀링법)으로 혼합하여 제조하였다. 알루미나를 촉매로 하는 경우 그 첨가량은 1 내지 20중량%가 바람직하며, 그 중 4, 12, 20중량%를 택하여 제조하였다. 산화인듐이나 산화텅스텐을 촉매로 하는 경우 그 첨가량은 1 내지 3중량%가 바람직하며, 그 중 1, 2, 3중량%를 택하여 제조하였다. 실리카나 산화티타늄을 촉매로 하는 경우 그 첨가량은 3 내지 10중량%가 바람직하며, 그 중 3, 5, 10중량%를 택하여 제조하였다.Second, in the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), silica (SiO 2 ), and titanium oxide (TiO 2 ) At least one selected as a catalyst was prepared by mixing by a physical mixing method (ball-milling method). When using alumina as a catalyst, the addition amount is preferably 1 to 20% by weight, of which 4, 12, 20% by weight were selected. In the case of using indium oxide or tungsten oxide as the catalyst, the addition amount is preferably 1 to 3% by weight, of which 1, 2, and 3% by weight were selected. In the case of using silica or titanium oxide as a catalyst, the addition amount is preferably 3 to 10% by weight, of which 3, 5, and 10% by weight are selected.

마지막으로, 산화아연(ZnO) 및/또는 산화지르코늄(ZrO2)을 촉매로 하여 모물질인 산화주석과 공침법(coprecipitation)을 이용하여 제조하였다. 이 때, 산화아연을 촉매로 하는 경우 그 첨가량은 1 내지 5중량%가 바람직하며, 그 중 1, 2, 3, 4, 5중량%를 택하여 제조하였다. 산화지르코늄을 촉매로 하는 경우 그 첨가량은 0.5 내지 5중량%가 바람직하며, 그 중 1, 3, 5중량%를 택하여 제조하였다. Finally, zinc oxide (ZnO) and / or zirconium oxide (ZrO 2 ) was used as a catalyst to prepare tin oxide and coprecipitation. At this time, in the case of using zinc oxide as a catalyst, the addition amount is preferably 1 to 5% by weight, of which 1, 2, 3, 4, 5% by weight was selected. When using zirconium oxide as a catalyst, the addition amount is preferably 0.5 to 5% by weight, of which 1, 3, 5% by weight were selected.

이렇게 준비된 감지물질(분말)을 순차적으로 건조, 하소(calcination), 스크린-프린팅(screen printing), 및 열처리시켜 감지막을 형성하였다. 이에 대한 바람직한 공정예를 설명하면, 먼저 상기 감지 물질을 110℃에서 한 시간 동안 건조시킨 후, 전기로를 이용하여 600℃에서 한 시간 동안 하소하였다. 이렇게 준비된 분말을 이용하여 알루미나 기판 위에 스크린-프린팅법으로 감지막을 형성하고, 700℃에서 1시간 동안 열처리하였다. The sensing material (powder) thus prepared was sequentially dried, calcined, calculated, screen printed, and heat treated to form a sensing film. To describe a preferred process for this, first the sensing material was dried at 110 ℃ for one hour, and then calcined for one hour at 600 ℃ using an electric furnace. Using the powder thus prepared, a sensing film was formed on the alumina substrate by screen-printing, and heat-treated at 700 ° C. for 1 hour.

도 1a 내지 도 1c는 위의 방식으로 제작된 센서 소자의 실제 사진이다. 도 1a는 감지 저항을 읽기 위한 백금(Pt) 전극이 도포된 센서 소자의 전면이고, 도 1b는 센서 소자의 동작 온도를 조절하기 위한 히터가 설치된 센서 소자의 후면이며, 도 1c는 화학 작용제의 유사 가스를 검지할 감지 물질이 도포된 센서 소자의 전면이다. 1A-1C are actual photographs of sensor elements fabricated in the above manner. FIG. 1A is a front side of a sensor element coated with a platinum (Pt) electrode for reading a sense resistor, FIG. 1B is a rear side of a sensor element with a heater for adjusting the operating temperature of the sensor element, and FIG. 1C is similar to a chemical agent. It is the front surface of the sensor element coated with a sensing material to detect gas.

알루미나 기판 전면의 백금 전극은 직류스퍼터(DC sputter)를 이용하여 1000Å의 두께로 형성되었고, 후면의 히터는 백금페이스트(Pt paste)를 이용하여 스크린-프린팅법으로 후막을 형성하였다. 그런 후에 전기로에서 850℃로 10분간 경화하였다. 히터의 저항은 고정된 저항으로서 10Ω으로 하였고, 전극은 인터디지트(inter-digit, IDT) 구조로 설계하였다. 모든 센서 소자들은 400℃에서 3일 동안 안정화 시간을 가진 후에 측정하였다. 센서 소자의 전체 크기는 7mm× 10mm× 0.6mm이고, 감지막의 크기는 6mm× 4mm로 제작되었다.The platinum electrode on the front surface of the alumina substrate was formed to have a thickness of 1000 직류 using a DC sputter, and the heater on the rear side formed a thick film by screen-printing using platinum paste. Thereafter, curing was performed at 850 ° C. for 10 minutes in an electric furnace. The resistance of the heater was set to 10Ω as a fixed resistance, and the electrode was designed in an inter-digit (IDT) structure. All sensor elements were measured after stabilization time at 400 ° C. for 3 days. The overall sensor element size was 7mm x 10mm x 0.6mm, and the size of the sensing film was 6mm x 4mm.

도 2에 화학 작용제 검출을 위한 측정 장치에 대한 모식도를 나타내었다. 가스의 양은 질량유량계(mass flow controller)(22, 32)를 이용하여 조절하였다. 반응조(70) 속의 측정 가스 농도는 반응가스(reaction gas)(34)의 양과 기준가스(reference gas)의 양을 조절하여 얻었다. 흐르는 가스의 전체 양은 분당 1000ml로 일정하게 유지하였다. 온도조절기(circulator)(33)를 이용하여 포화 온도를 일정하게 조절하였다. 측정 가스의 반응에 대한 감지막 저항의 변화는 데이터획득보드(data acquisition board: 미국 NI사 제품, 모델명 E6024)(80)를 이용하여 실시간으로 저장하였다. 데이터 획득 보드는 아날로그 신호를 16채널에서 초당 500,000의 샘플링을 통하여 동시에 받아들일 수 있는 장비이다. 미설명 도면 부호 1은 센서 소자, 20은 기준 가스 라인, 24는 공기 탱크, 30은 측정 가스 라인, 31은 포화장치(saturator), 40은 측정 라인, 60은 배기 라인, 62는 후드(hood), 90은 전원을 나타낸다.The schematic diagram of the measuring apparatus for detecting a chemical agent is shown in FIG. The amount of gas was controlled using mass flow controllers 22 and 32. The measurement gas concentration in the reactor 70 was obtained by adjusting the amount of the reaction gas 34 and the amount of the reference gas. The total amount of flowing gas was kept constant at 1000 ml per minute. The temperature controller (circulator) (33) was used to constantly adjust the saturation temperature. The change of the sensor resistance to the reaction of the measurement gas was stored in real time using a data acquisition board (model NI E6024, model 80). The data acquisition board is a device that can simultaneously accept analog signals through sampling of 500,000 per second on 16 channels. Reference numeral 1 denotes a sensor element, 20 reference gas line, 24 air tank, 30 measurement gas line, 31 saturator, 40 measurement line, 60 exhaust line, 62 hood , 90 represents a power supply.

제작된 센서 소자의 네 가지 측정 가스에 대한 응답 특성 결과를 도 3a 내지 도 3d에 나타내었다. 도 3a는 DMMP에 대한 반응 결과이고, 도 3b는 DPGME에 대한 결과이며, 도 3c는 아세토니트릴에 대한 결과이고, 마지막 도 3d는 디클로로메탄에 대한 결과이다. 네 가지 가스에 대한 응답 특성은 각각 다른 측정 온도와 가스 농도에 대하여 실험하였다. 도 3a 내지 도 3d는 각각의 측정 가스의 농도를 0.5ppm으로, 센서 소자의 동작 온도를 300℃로 고정하여 얻어진 결과이다. 측정 당시의 혼합 가스(측정 가스)의 습도는 40%였다. 대부분의 센서 소자들은 화학 작용제에 대하여 50% 이상의 높은 감도를 나타내었다. 반복성 실험에서도 3% 이내의 오차를 나타내는 좋은 결과를 얻었다. 각 센서 소자에 대한 모든 데이터들 중에서 중요한 의미를 가지는 데이터만 도 3a 내지 도 3d에 표시하였다. 여기서, 각 도면의 x축 상의 중량% 다음의 약자 P, C, I는 각각 물리적 혼합(Physical mixing), 공침(Coprecipitation), 함침(Impregnation)을 의미하며, 이하 같다.Results of response characteristics of the four sensor gases of the fabricated sensor element are shown in FIGS. 3A to 3D. FIG. 3a is the result of reaction for DMMP, FIG. 3b is the result for DPGME, FIG. 3c is the result for acetonitrile, and FIG. 3d is the result for dichloromethane. Response characteristics for the four gases were tested for different measurement temperatures and gas concentrations. 3A to 3D show the results obtained by fixing the operating temperature of the sensor element at 300 ppm and the concentration of each measurement gas at 0.5 ppm. The humidity of the mixed gas (measurement gas) at the time of measurement was 40%. Most sensor elements exhibited a high sensitivity of 50% or higher for chemical agents. In the repeatability experiments, a good result showing an error within 3% was obtained. Of all the data for each sensor element, only data having an important meaning is shown in FIGS. 3A to 3D. Here, the abbreviations P, C, and I after weight percent on the x-axis of each figure mean physical mixing, coprecipitation, and impregnation, respectively.

도 3a 내지 도 3d에서 보듯이, 감지 물질로서 산화주석이 단독으로 사용된 경우보다는 산화주석에 금속이나 금속 산화물이 첨가된 경우가 더욱 높은 감도를 보였다. 이것은 촉매(금속이나 금속 산화물)가 센서의 표면에 더욱 더 많은 활성화된 자리(site)를 만들어서 많은 흡착이 일어난 결과이다. DMMP와 DPGME는 알루미 나(Al2O3), 산화인듐(In2O3), 산화아연(ZnO), 산화아연(ZrO 2)의 네 가지 물질에 대부분 높은 감도를 나타내었다. 아세토니트릴과 디클로로메탄은 산화아연(ZnO)과 산화지르코늄(ZrO2)에 대하여 좋은 감도를 나타내었다. 하지만 알루미나(Al2O3 )와 산화인듐(In2O3)에는 반응이 좋지 않았다. 이상의 결과로부터 센서 어레이로 사용되어질 네 가지의 물질을 선택하였다. 선택된 물질들은 각각 4중량%-알루미나, 2중량%-산화인듐, 2중량%-산화아연, 1중량%-산화지르코늄이다.As shown in FIGS. 3A to 3D, the case where the metal or the metal oxide was added to the tin oxide showed higher sensitivity than when the tin oxide was used alone as the sensing material. This is the result of a lot of adsorption, with the catalyst (metal or metal oxide) creating even more active sites on the surface of the sensor. DMMP and DPGME showed high sensitivity to most of four materials: alumina (Al 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), and zinc oxide (ZrO 2 ). Acetonitrile and dichloromethane showed good sensitivity to zinc oxide (ZnO) and zirconium oxide (ZrO 2 ). However, the reaction was not good for alumina (Al 2 O 3 ) and indium oxide (In 2 O 3 ). From the above results, four materials to be used as the sensor array were selected. Materials selected are 4% by weight alumina, 2% by weight indium oxide, 2% by weight zinc oxide, 1% by weight zirconium oxide.

도 4a는 감지 저항을 읽기 위한 백금(Pt) 전극이 도포된 센서 소자의 전면, 도 4b는 센서 소자의 동작 온도를 조절하기 위한 히터가 설치된 센서 소자의 후면, 도 4c는 화학 작용제의 유사 가스를 검지할 감지 물질이 도포된 센서 소자의 전면을 촬영한 사진이다. 센서 어레이의 전면에는 네 쌍의 전극이 형성되며, 후면에는 10Ω의 저항을 가지는 히터가 형성된다. 제작된 센서 소자의 전체 크기는 10mm× 10mm× 0.25mm이며 감지막의 크기는 2mm× 2mm였다. 총 소비 전력은 300℃의 동작 온도에서 2W였고, 개별 센서에 대한 소비 전력은 대략 500mW였다. 4A is a front view of a sensor element coated with a platinum (Pt) electrode for reading a sense resistor, FIG. 4B is a rear view of a sensor element installed with a heater for adjusting an operating temperature of the sensor element, and FIG. 4C is a gas similar to that of a chemical agent. A photograph of the front surface of a sensor element coated with a sensing material to be detected. Four pairs of electrodes are formed on the front side of the sensor array, and a heater having a resistance of 10Ω is formed on the back side. The overall size of the fabricated sensor element was 10mm × 10mm × 0.25mm and the size of the sensing film was 2mm × 2mm. The total power consumption was 2W at an operating temperature of 300 ° C., and the power consumption for the individual sensor was approximately 500mW.

도 5a 내지 도 5d는 제작한 센서 어레이의 동작 온도(각각 250, 300, 350, 400℃)에 따른 네 가지 측정 가스의 감도 그래프이다. 가스 주입 농도는 0.5ppm으로 일정하게 하였다. 동작 온도의 변화에 따라 반응 그래프가 달라짐을 알 수 있다. 5A to 5D are graphs of sensitivity of four measurement gases according to operating temperatures (250, 300, 350, and 400 ° C, respectively) of the fabricated sensor array. The gas injection concentration was constant at 0.5 ppm. It can be seen that the reaction graph changes according to the change in operating temperature.

도 6a 및 도 6b는 센서 어레이에 의해 측정된 데이터를 이용하여 네 가지 측정 가스의 분류를 위하여 주성분분석(principal component analysis)을 수행한 결 과이다. 데이터 분류를 위해서 사용하는 방법으로 신경 회로망 방식과 통계 방식이 있다. 주성분 분석은 그 중 통계 방식에 속한다. 센서 어레이를 통하여 수집할 수 있는 데이터의 종류는 많이 있다. 예를 들어, 반응 시간에 대한 데이터, 반응가스(측정가스) 종류에 대한 데이터, 감지 물질에 대한 데이터, 반응가스(측정가스) 농도에 대한 데이터, 동작 온도에 대한 데이터 등 많은 데이터가 존재하는 데, 이런 데이터 모두를 사용하여 그래프로 그리게 되면 많은 차원으로 그래프를 그리게 되므로 한눈에 데이터를 정리하기가 쉽지 않다. 주성분 분석은 여러 개의 의미있는 데이터 중에서 사용자가 원하는 결과를 얻기 위해서 가장 큰 의미를 가지는 2개 혹은 3개의 데이터를 추출하여 2차원이나 3차원으로 그래프를 그려줌으로써, 그림을 통하여 쉽게 분류를 해주는 통계 방식이다. 주성분 분석은 화학 작용제의 분류에 적합한 방법으로 알려져 있다. 6A and 6B show a result of performing principal component analysis for classification of four measurement gases using data measured by a sensor array. The methods used for data classification are neural network method and statistical method. Principal component analysis belongs to the statistical method. There are many types of data that can be collected through the sensor array. For example, there are many data such as data on reaction time, data on reaction gas (measuring gas) type, data on sensing substances, data on reaction gas (measuring gas) concentration, and data on operating temperature. If you draw a graph using all of this data, you will draw a graph with many dimensions, so it is not easy to organize the data at a glance. Principal component analysis is a statistical method that easily classifies through pictures by drawing two or three data with the most significant meaning in order to get the desired result among multiple meaningful data to be. Principal component analysis is known as a suitable method for the classification of chemical agents.

본 발명의 일실시예에 의한 센서 소자에 대해서, 도면 6a 및 도 6b에서처럼 측정 가스의 종류와 농도, 감지 물질의 종류, 동작 온도 등의 데이터를 사용하여 주성분 분석을 수행함으로써 2차원으로 그래프를 그려보았다. 도 6a에서는 다양한 측정 가스의 분류에 대하여 나타내었다. 사용한 측정 가스는 네 가지 화학 작용제와 유독 가스인 일산화탄소(CO), 휘발성 가스인 메탄(CH4), 부탄(C4H10 ), 수소(H2)였다. 이 그래프의 결과는 세 번의 반복 실험에 의한 것으로서, 이에 따라 각 측정 가스에 대한 그래프상의 표시 부분이 세 개씩 나타나 있다. 도 6b는 네 가지 화학 작용제만에 대한 분류 결과를 나타낸 것이다. 도 6a 및 도 6b에서 측정 가스명 다 음의 숫자는 측정 가스의 농도를 의미하고, 제1 주성분(first principal component)의 값이 매우 큰 것은 x축이 포함하는 내용이 y축의 내용보다 더 큰 의미를 표시하는 것을 나타낸다. 도 6a에서 볼 수 있듯이, 센서 어레이를 사용함으로써 네 가지 화학 작용제 뿐만 아니라 타 가스에 대해서도 분류가 가능함을 알 수 있다.For the sensor element according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6A and 6B, a graph is plotted in two dimensions by performing principal component analysis using data such as the type and concentration of the measurement gas, the type of the sensing substance, and the operating temperature. saw. 6A shows the classification of various measurement gases. The measurement gases used were four chemical agents, toxic gases carbon monoxide (CO), volatile gases methane (CH 4 ), butane (C 4 H 10 ), and hydrogen (H 2 ). The result of this graph is the result of three repeated experiments, whereby three display portions on the graph for each measurement gas are shown. 6B shows the classification results for only four chemical agents. 6A and 6B, the next number after the measurement gas name means the concentration of the measurement gas, and the very large value of the first principal component means that the content of the x-axis is greater than the content of the y-axis. Indicates to display. As can be seen in Figure 6a, by using the sensor array it can be seen that not only four chemical agents but also other gases can be classified.

도 7a는 본 발명의 일실시예에 의한, 반응 시간을 최소로 줄이기 위해 사용된 가스 센서 소자의 성능 측정 장치를 촬영한 것이고, 도 7b는 도 7a를 개략적으로 도시한 것이며, 도 7c는 도 7a에서 4방향 밸브(10)를 90°회전시킨 상태를 개략적으로 도시한 것이다. FIG. 7A is a photograph of a performance measuring device of a gas sensor element used to reduce a reaction time according to an embodiment of the present invention. FIG. 7B schematically illustrates FIG. 7A, and FIG. 7C is FIG. 7A. Figure 4 schematically shows a state in which the four-way valve 10 rotated by 90 °.

공기질량유량계(air mass flow controller)(22, 32) 2개를 이용하여 동일한 양, 즉 분당 1000cc의 기준 가스를 흘려준다. 위의 공기 질량 유량계(22, 32)는 센서 소자의 초기 안정화를 위해서 사용되는 기준 가스의 유량을 조절하여 준다. 아래쪽의 공기 질량 유량계(32)는 측정 가스의 농도를 조절하기 위해서 입력시켜 주는 캐리어(carrier) 유량계이다. 측정 가스의 농도는 아래쪽의 공기 질량 유량계(32)와 중간의 화학작용제유량계(chemical working agent mass flow controller) (37)를 이용하여 조절된다. Two air mass flow controllers (22, 32) are used to flow the same amount, that is, 1000 cc of reference gas per minute. The air mass flow meters 22 and 32 above adjust the flow rate of the reference gas used for the initial stabilization of the sensor element. The lower air mass flow meter 32 is a carrier flow meter that is input to adjust the concentration of the measurement gas. The concentration of the measurement gas is controlled using an air mass flow meter 32 at the bottom and a chemical working agent mass flow controller 37 at the middle.

실험은 다음과 같이 이루어진다. 먼저, 센서 소자의 안정화를 위해서 위쪽 공기 질량 유량계(22), 기준가스(공기) 라인(20), 4방향 밸브(10)의 제1 통로(12), 및 측정 라인(40)을 순차적으로 통과하여 공기(기준가스)만이 반응조(70)로 유입되고 배기 라인(60)을 통하여 배출된다(도 7b 참조). 4방향 밸브(10)는 4개의 개구부 를 가지는데, 두 개의 개구부는 가스가 유입되는 곳이고, 다른 두 개의 개구부는 가스가 유출되는 곳이며, 인접한 2개의 개구부 2쌍은 각각 통로로 연결되어 제1 및 제2 통로(12, 14)를 이룬다. 이에 따라 안정화시에는 위쪽 공기 질량 유량계(22)를 통하여 반응조(70) 속으로 공기만 유입되고, 측정 농도가 조절된 측정 가스는 측정 가스 라인(30), 4방향 밸브(10)의 제2 통로(14), 및 벤트 라인(vent line)(50)을 순차적으로 통과하여 반응조(70)를 통하지 않고 바깥쪽으로 유출된다(도 7b 참조). The experiment is carried out as follows. First, in order to stabilize the sensor element, the upper air mass flow meter 22, the reference gas (air) line 20, the first passage 12 of the four-way valve 10, and the measurement line 40 are sequentially passed. Therefore, only air (reference gas) flows into the reaction tank 70 and is discharged through the exhaust line 60 (see FIG. 7B). The four-way valve 10 has four openings, two openings are where the gas is introduced, the other two openings are where the gas is flowing, and two pairs of two adjacent openings are each connected by a passage. It forms the first and second passages 12, 14. Accordingly, when stabilizing, only air flows into the reaction tank 70 through the upper air mass flow meter 22, and the measurement gas whose measured concentration is adjusted is the second passage of the measurement gas line 30 and the four-way valve 10. 14 and the vent line 50 sequentially pass outward through the reactor 70 (see FIG. 7B).

이렇게 안정화를 기다린 후 측정시에 4방향 밸브(10)를 90°회전시키면, 측정 농도가 조절된 측정 가스가 측정 라인(40)을 통하여 반응조(70)로 유입된다(도 7c 참조). 반대로 위쪽 공기 질량 유량계(22)를 통하여 들어오는 공기는 벤트 라인(50)을 통하여 바깥쪽으로 유출된다. 그 후 측정 가스에 대한 감응이 이루어진 다음, 즉 측정 가스의 감응이 포화 상태에 이른 후, 4방향 밸브(10)를 다시 90°회전시켜 위쪽 공기 질량 유량계(22)를 통하여 공기만을 유입시킴으로써, 처음 단계로 돌아갈 수 있다. After waiting for stabilization in this manner, when the four-way valve 10 is rotated by 90 ° at the time of measurement, the measurement gas whose measurement concentration is adjusted is introduced into the reactor 70 through the measurement line 40 (see FIG. 7C). In contrast, air entering through the upper air mass flow meter 22 flows outward through the vent line 50. Then, after the response to the measurement gas has been made, that is, the response of the measurement gas reaches saturation, the four-way valve 10 is rotated 90 ° again to introduce only air through the upper air mass flow meter 22. You can go back to step

4방향 밸브(10)를 사용함으로써 굉장히 빠른 반응 속도를 예상할 수 있다. 반응 속도를 빠르게 하기 위해서는 측정 가스가 유입되는 시간을 줄여야 하며, 반응조(70)의 용량도 최소한(70 내지 90cc 정도)으로 줄여야 한다. 본 실험에서는 4방향 밸브(10)를 사용하고 80cc 반응조를 특수 제작함으로써, 20초 미만이라는 반응 시간을 얻을 수 있었다. By using the four-way valve 10 can be expected very fast reaction speed. In order to increase the reaction rate, the time for introducing the measurement gas should be reduced, and the capacity of the reaction tank 70 should be reduced to the minimum (about 70 to 90 cc). In this experiment, the reaction time of less than 20 seconds was obtained by using a four-way valve 10 and specially manufacturing an 80cc reactor.

위에서 설명한 가스 센서 소자의 성능 측정 장치는 본 발명에 의한 반도체식 후막 가스 센서 소자뿐만 아니라, 반응조에서 측정 가스와 가스 센서 소자의 반응 에 의한 데이터를 수집하는 다른 가스 센서 소자에도 적용될 수 있다. The apparatus for measuring the performance of the gas sensor element described above can be applied not only to the semiconductor thick film gas sensor element according to the present invention but also to other gas sensor elements for collecting data by the reaction of the gas and the gas sensor element in the reactor.

도 8은 본 발명의 일실시예에 의한, 실제 제작된 센서 어레이의 본딩된 사진이다. 이 센서 어레이를 미니 반응조 안에 넣고 전술한 실험을 수행하였다.8 is a bonded photograph of an actual fabricated sensor array according to an embodiment of the present invention. This sensor array was placed in a mini reactor and the experiments described above were performed.

본 발명자는 화학 테러시 발생할 수 있는 화학 작용제를 실시간 모니터링할 수 있는 센서 소자를 산화주석을 모물질로 하여 제작하였다. 단일 센서를 가지는 반도체식 가스 센서 소자의 단점인 선택성 문제를 해결하기 위해, 각 화학 작용제에 민감한 감지 물질을 선정하여 센서 어레이로 구성하고, 구성된 센서 어레이를 이용하여 각 화학 작용제의 유사가스에 대해서 측정 가스별, 동작 온도별, 첨가 물질의 첨가량별로 감지막의 저항을 측정하였다. 그 후 얻어진 데이터를 바탕으로 주성분 분석을 통하여 각 화학 작용제의 분류를 행하였다. 그 결과 후막으로 제작되어 높은 감도를 보였고, 반도체식 가스센서의 단점인 선택성 문제도 해결할 수 있었다. The present inventors fabricated a sensor element capable of real-time monitoring of chemical agents that may occur during chemical terrorism using tin oxide as a parent material. In order to solve the selectivity problem, which is a disadvantage of the semiconductor gas sensor device having a single sensor, a sensing material sensitive to each chemical agent is selected and configured as a sensor array, and the similar sensor of each chemical agent is measured using the configured sensor array. The resistance of the sensing film was measured by gas, by operating temperature, and by the amount of the added substance. Based on the data obtained thereafter, each chemical agent was classified through principal component analysis. As a result, it was manufactured with a thick film and showed high sensitivity, and solved the selectivity problem which is a disadvantage of the semiconductor gas sensor.

제작된 센서 어레이와 주성분 분석 방법을 이용한 가스 검지 시스템을 구축함으로써, 테러에 사용된 화학 작용제의 종류 및 그 구체적인 물질을 정량적으로 빠르게 검출하고, 그 물질에 상응하는 조치를 취함에 따라, 인명 피해를 최소한으로 줄일 수 있게 된다. 특히, 중요한 테러 발생 지역에 센서를 미리 배치해 두고, 실시간 원격 모니터링을 통하여 테러에 의해서 발생할 수 있는 피해를 미연에 방지하고, 나아가서 화학 테러의 위협으로부터 안전을 보장받을 수 있을 것이다. By establishing a gas detection system using the fabricated sensor array and principal component analysis method, it is possible to quickly and quantitatively detect the types of chemical agents used in terrorism and their specific substances, and to take actions corresponding to those substances, thereby preventing human injury. This can be reduced to a minimum. In particular, sensors may be placed in important terror-producing areas in advance, and real-time remote monitoring will prevent damage caused by terrorism in advance, further securing safety from the threat of chemical terrorism.

본 발명에 의한 반도체식 후막 가스 센서 소자는 각종 가스, 특히 화학 테러 에 사용되는 화학 작용제에 대해서 뛰어난 선택성을 가진다.The semiconductor thick film gas sensor element according to the present invention has excellent selectivity against various gases, especially chemical agents used in chemical terrorism.

본 발명에 의한 가스 센서 소자의 성능 측정 장치는 가스 센서 소자와 측정 가스의 반응 시간을 최소로 한다.The performance measuring device of the gas sensor element according to the present invention minimizes the reaction time between the gas sensor element and the measurement gas.

이상에서 살펴본 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.












Although the present invention described above has been described in detail only with respect to the specific examples described, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes are possible within the technical spirit of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims. will be.












Claims (14)

기판 전면에 전극 및 감지막으로 이루어지는 센서가 2개 이상 형성되어 센서 어레이를 이루고, 기판 후면에 히터가 형성되어 있으며,At least two sensors consisting of an electrode and a sensing film formed on the front surface of the substrate to form a sensor array, a heater is formed on the back of the substrate, 상기 감지막을 구성하는 감지 물질은 산화주석을 포함하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.And a sensing material constituting the sensing film comprises tin oxide. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감지 물질은 알루미나, 산화인듐, 산화텅스텐, 백금, 팔라듐, 산화아연, 산화지르코늄, 실리카, 및 산화티타늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.The sensing material further comprises at least one selected from the group consisting of alumina, indium oxide, tungsten oxide, platinum, palladium, zinc oxide, zirconium oxide, silica, and titanium oxide. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 감지 물질에 대해서 알루미나의 함량이 1 내지 20중량%, 산화인듐 및/또는 산화텅스텐의 함량이 1 내지 3중량%, 백금 및/또는 팔라듐의 함량이 1 내지 3중량%, 산화아연의 함량이 1 내지 5중량%, 산화지르코늄의 함량이 0.5 내지 5중량%, 실리카 및/또는 산화티타늄의 함량이 3 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.The content of the sensing material is 1 to 20% by weight of alumina, 1 to 3% by weight of indium oxide and / or tungsten oxide, 1 to 3% by weight of platinum and / or palladium, and content of zinc oxide. A semiconductor thick film gas sensor device, characterized in that 1 to 5% by weight, the content of zirconium oxide is 0.5 to 5% by weight, and the content of silica and / or titanium oxide is 3 to 10% by weight. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 센서가 4개이고, 그에 대한 4개의 감지막은 각각 알루미나, 산화인듐, 산화아연, 산화지르코늄을 하나씩 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.And four sensors, and four sensing films each include alumina, indium oxide, zinc oxide, and zirconium oxide. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 감지 물질에 대해서 알루미나의 함량이 4중량%, 산화인듐의 함량이 2중량%, 산화아연의 함량이 2중량%, 산화지르코늄의 함량이 1중량%인 것을 특징으로 하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.The semiconductor thick film gas sensor device, characterized in that the content of the alumina is 4% by weight, the content of indium oxide is 2% by weight, the content of zinc oxide is 2% by weight, the content of zirconium oxide is 1% by weight. . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터의 저항이 10Ω인 것을 특징으로 하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.A semiconductor thick film gas sensor element, characterized in that the resistance of the heater is 10Ω. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 감지 물질이 산화주석과, 백금 및/또는 팔라듐을 포함하는 경우, 상기 감지 물질은 함침법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.If the sensing material comprises tin oxide, platinum and / or palladium, the sensing material is manufactured by an impregnation method. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 감지 물질이 산화주석과, 알루미나, 산화인듐, 산화텅스텐, 실리카, 및 산화티타늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 경우, 상기 감지 물질은 물리적 혼합법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.If the sensing material comprises tin oxide and at least one selected from the group consisting of alumina, indium oxide, tungsten oxide, silica, and titanium oxide, the sensing material is a semiconductor formula, characterized in that the manufacturing by physical mixing Thick film gas sensor element. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 감지 물질이 산화주석과, 산화아연 및/또는 산화지르코늄을 포함하는 경우, 상기 감지 물질은 공침법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.If the sensing material comprises tin oxide, zinc oxide and / or zirconium oxide, the sensing material is manufactured by a coprecipitation method. 제7항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 9, 상기 제조된 감지 물질을 순차적으로 건조, 하소, 스크린-프린팅, 및 열처리시켜 상기 감지막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체식 후막 가스 센서 소자.And forming the sensing film by sequentially drying, calcining, screen-printing, and heat-treating the manufactured sensing material. 4개의 개구부를 가지며, 인접한 2개의 개구부 2쌍은 각각 통로로 연결되어 제1 및 제2 통로를 이루는 4방향 밸브;A four-way valve having four openings, two pairs of two adjacent openings each connected by a passage to form a first and a second passage; 상기 4방향 밸브로 기준 가스를 유입시키는 기준 가스 라인;A reference gas line for introducing a reference gas into the four-way valve; 상기 4방향 밸브로 측정 가스를 유입시키는 측정 가스 라인;A measurement gas line for introducing a measurement gas into the four-way valve; 상기 기준 가스 또는 상기 측정 가스를 상기 4방향 밸브로부터 반응조로 유입시키는 측정 라인;A measurement line for introducing the reference gas or the measurement gas into the reactor from the four-way valve; 상기 기준 가스 또는 상기 측정 가스를 상기 4방향 밸브로부터 외부로 배출 시키는 벤트 라인; A vent line for discharging the reference gas or the measurement gas to the outside from the four-way valve; 상기 기준 가스 또는 상기 측정 가스를 상기 반응조로부터 외부로 배출시키는 배기 라인; An exhaust line for discharging the reference gas or the measurement gas from the reactor to the outside; 가스 센서 소자와 상기 측정 가스의 반응이 일어나는 반응조; 및A reaction tank in which a reaction between a gas sensor element and the measurement gas occurs; And 상기 가스 센서 소자에 연결되는 측정부;A measuring unit connected to the gas sensor element; 를 포함하며,Including; 안정화시에는 상기 기준 가스가 상기 기준 가스 라인, 상기 제1 통로, 및 상기 측정 라인을 순차적으로 통과하고, 상기 측정 가스가 상기 측정 가스 라인, 상기 제2 통로, 및 상기 벤트 라인을 순차적으로 통과하도록 상기 4방향 밸브를 위치시키며,During stabilization, the reference gas passes sequentially through the reference gas line, the first passage, and the measurement line, and the measurement gas passes sequentially through the measurement gas line, the second passage, and the vent line. Positioning the four-way valve, 측정시에는 상기 측정 가스가 상기 측정 가스 라인, 상기 제1 통로, 및 상기 측정 라인을 순차적으로 통과하고, 상기 기준 가스가 상기 기준 가스 라인, 상기 제2 통로, 및 상기 벤트 라인을 순차적으로 통과하도록 상기 4방향 밸브를 위치시키는 가스 센서 소자의 성능 측정 장치.In the measurement, the measurement gas passes sequentially through the measurement gas line, the first passage, and the measurement line, and the reference gas passes sequentially through the reference gas line, the second passage, and the vent line. Performance measuring device of the gas sensor element for positioning the four-way valve. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 가스 센서 소자의 성능 측정은 상기 측정 가스의 반응에 대한 감지막의 저항을 측정하는 것임을 특징으로 하는 가스 센서 소자의 성능 측정 장치.Performance measurement of the gas sensor element is a performance measurement device of the gas sensor element, characterized in that for measuring the resistance of the sensing film to the reaction of the measurement gas. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 가스 센서 소자는 반도체식 후막 가스 센서 소자인 것을 특징으로 하는 가스 센서 소자의 성능 측정 장치.The gas sensor element is a performance measuring device of the gas sensor element, characterized in that the semiconductor thick film gas sensor element. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 11 to 13, 상기 반응조의 용량은 80cc인 것을 특징으로 하는 가스 센서 소자의 성능 측정 장치.The capacity of the reactor is 80cc performance measurement apparatus of the gas sensor element.
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