KR20130142487A - Gas sensor comprising metal nanonetwork layer - Google Patents

Gas sensor comprising metal nanonetwork layer Download PDF

Info

Publication number
KR20130142487A
KR20130142487A KR1020120065743A KR20120065743A KR20130142487A KR 20130142487 A KR20130142487 A KR 20130142487A KR 1020120065743 A KR1020120065743 A KR 1020120065743A KR 20120065743 A KR20120065743 A KR 20120065743A KR 20130142487 A KR20130142487 A KR 20130142487A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
gas sensor
metal
electrode
Prior art date
Application number
KR1020120065743A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101424867B1 (en
Inventor
장수환
김현웅
Original Assignee
단국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 단국대학교 산학협력단 filed Critical 단국대학교 산학협력단
Priority to KR1020120065743A priority Critical patent/KR101424867B1/en
Publication of KR20130142487A publication Critical patent/KR20130142487A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101424867B1 publication Critical patent/KR101424867B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G01N27/127—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising nanoparticles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—Specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/005—Specially adapted to detect a particular component for H2
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Abstract

The present invention relates to a gas sensor including a metal nanonetwork layer. The gas sensor according to the present invention comprises: a substrate; a semiconductor layer formed on the substrate; a metal nanonetwork layer which is formed on a part of the semiconductor layer and changes the amount of electric charge in the semiconductor layer by reacting with a gas to be detected; a first electrode which is formed on the semiconductor layer on which the metal nanonetwork layer is not formed and separated from the metal nanonetwork layer; and a second gas sensor which is formed on the metal nanonetwork in order to come into contact with a part of the metal nanonetwork layer. The gas sensor according to the present invention uses the metal nanonetwork layer as a gas detecting substance, thereby having a wide area in which the gas sensor comes into contact with a gas to be detected. Therefore, the gas sensor according to the present invention can react with a larger amount of a gas at the same time and change in electrical conductivity increases, as a result, the sensitivity of the gas sensor can be improved.

Description

금속 나노네트워크층을 포함하는 가스 센서{Gas Sensor Comprising Metal Nanonetwork Layer}A gas sensor including a metal nano network layer (Gas Sensor Comprising Metal Nanonetwork Layer)

본 발명은 가스 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속 나노네트워크층을 포함하는 가스 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a gas sensor, and more particularly to a gas sensor comprising a metal nano-network layer.

우리의 생활환경에는 대단히 많은 종류의 위험한 가스가 존재하고 있어 최근 일반가정, 업소, 공사장에서의 가스사고, 석유콤비나트, 탄광, 화학플랜트 등에서의 폭발사고 및 오염 공해 등이 잇따르고 있다. 인간의 감각기관으로는 위험 가스의 농도를 정량하거나 종류를 거의 판별할 수 없다. 이에 대응하기 위해 물질의 물리적, 화학적 성질을 이용한 가스센서가 개발되어 가스누출 경보기, 화재 경보기, 알코올 검출기, 엔진 연소가스 검지기 등에 널리 사용되고 있다.There are many kinds of dangerous gas in our living environment, and gas accidents in general homes, shops and construction sites, explosion accidents in petroleum combinets, coal mines, chemical plants, and pollution pollution are continuing. Human sensory organs can not quantify the concentration of the hazardous gas or can hardly distinguish the type. To cope with this, gas sensors using physical and chemical properties of materials have been developed and widely used for gas leak alarms, smoke alarms, alcohol detectors, and engine combustion gas detectors.

일반적으로 반도체 가스 센서는 센서의 표면에 흡착되는 가스에 의한 전기전도도 변화를 측정하여 가스를 검출한다. 즉, 가스에 의해 반도체 가스 센서의 표면에서 전하량의 변화가 유발되며, 이로 인해 전기전도도가 증가 또는 감소하게 된다. 증가 또는 감소되는 전기전도도를 전기적으로 측정하여 가스의 존부 및 농도를 측정할 수 있는 것이다. 이러한 반도체 가스 센서는 감지할 수 있는 가스의 종류가 다양하고, 센서 제작 및 검출 회로의 구성이 용이하다는 특징을 가지고 있어 그 활용 범위가 점차 확대되고 있다.Generally, a semiconductor gas sensor detects a gas by measuring a change in electrical conductivity caused by a gas adsorbed on a surface of the sensor. That is, the gas causes a change in the amount of charge on the surface of the semiconductor gas sensor, thereby increasing or decreasing the electrical conductivity. The electrical conductivity measured by the electrical conductivity can be measured electrically and measured to determine the presence and concentration of the gas. Such a semiconductor gas sensor has a variety of types of gas that can be detected, and has a feature that the construction of a sensor manufacturing and detection circuit is easy, and its application range is gradually expanded.

상기와 같은 장점에도 불구하고, 상기와 같은 반도체 가스 센서의 센싱 감도를 향상시키기 위한 연구는 여전히 계속되고 있다.
Despite the above advantages, research for improving the sensing sensitivity of the semiconductor gas sensor as described above is still continuing.

본 발명의 목적은 센싱 감도가 향상된 가스 센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a gas sensor with improved sensing sensitivity.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 기판, 상기 기판 상에 형성된 반도체층, 상기 반도체층 상의 일부에 형성되어, 검출 대상 가스와 반응함으로써 상기 반도체층의 전하량을 변화시키는 금속 나노네트워크층, 상기 금속 나노네트워크층이 형성된 부분을 제외한 상기 반도체층 상의 나머지 부분 상에 상기 금속 나노네트워크층과 이격되어 형성되는 제1 전극 및 상기 금속 나노네트워크층의 일부와 접촉되도록 상기 금속 나노네트워크층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하는 가스 센서를 제공한다.In order to accomplish the above object, one aspect of the present invention provides a semiconductor device comprising a substrate, a semiconductor layer formed on the substrate, and a metal nano-network formed on a part of the semiconductor layer, A first electrode formed on the remaining portion of the semiconductor layer except the portion where the metal nano network layer is formed, the first electrode being spaced apart from the metal nano network layer; and a second electrode formed on the metal nano network layer And a second electrode formed on the first electrode.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다른 측면은 기판, 상기 기판 상에 형성된 반도체층, 상기 반도체층 상의 일부에 서로 이격되어 형성된 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 반도체층 상에 형성되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에서 상기 제1 전극 및 제2 전극과 이격배치되어, 검출 대상 가스와 반응함으로써 상기 반도체층의 전하량을 변화시키는 금속 나노네트워크층을 포함하는 가스 센서를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device including a substrate, a semiconductor layer formed on the substrate, a first electrode and a second electrode spaced apart from each other on a part of the semiconductor layer, And a metal nano network layer disposed between the first electrode and the second electrode so as to be spaced apart from the first electrode and the second electrode and changing the amount of charge of the semiconductor layer by reacting with the gas to be detected.

본 발명의 가스 센서는 금속 나노네트워크층을 가스 감응체로 이용하고 있어, 가스 센서가 검출 대상 가스와 접촉하는 면적이 넓은 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 가스 센서는 동시에 보다 많은 양의 가스와 반응할 수 있게 되고, 전기전도도의 변화가 커져서 결과적으로 향상된 가스 센싱 감도를 나타낸다.The gas sensor of the present invention uses a metal nano network layer as a gas sensor and has an advantage that an area in which a gas sensor contacts a detection target gas is wide. Therefore, the gas sensor of the present invention can simultaneously react with a greater amount of gas, and the change in electrical conductivity increases, resulting in improved gas sensing sensitivity.

다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서에 금속박막층과 오믹컨택층이 추가적으로 포함된 가스 센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서에 금속박막층과 오믹컨택층이 추가적으로 포함된 가스 센서의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실험예 <1-1>에서 제조한 쇼트키 다이오드 타입의 가스 센서 소자의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실험예 <1-1>에서 제조한 가스 센서의 금속 나노네트워크층을 TEM으로 촬영한 사진이다.
도 7은 쇼트키 다이오드 타입의 가스 센서 소자에서 금속 나노네트워크층의 유무에 따른 전류의 변화를 나타낸 그래프로서, (a)는 금속 나노네트워크층이 포함된 가스 센서의 전류량 변화를 나타낸 것이고, (b)는 금속 나노네트워크층이 포함되지 않은 가스 센서의 전류량 변화를 나타낸 것이며, (c)는 두 가스 센서에서의 전류 변화량을 %로 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실험예 <2-1>에서 제조한 금속반도체 전계효과 트랜지스터 타입의 가스 센서 소자의 단면도이다.
도 9는 금속반도체 전계효과 트랜지스터 타입의 가스 센서 소자에서 금속 나노네트워크층의 유무에 따른 전류의 변화량을 비교한 그래프로서, (a)는 금속 나노네트워크층이 포함된 가스 센서의 전류량 변화를 나타낸 것이고, (b)는 금속 나노네트워크층이 포함되지 않은 가스 센서의 전류량 변화를 나타낸 것이다.1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a gas sensor including a metal thin film layer and an ohmic contact layer in addition to the gas sensor according to the first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a second embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a gas sensor including a metal thin film layer and an ohmic contact layer in addition to the gas sensor according to the second embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a Schottky diode type gas sensor element manufactured in Experimental Example <1-1> of the present invention.
6 is a TEM photograph of a metal nano network layer of the gas sensor manufactured in Experimental Example 1-1 of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a change in current according to presence or absence of a metal nano-network layer in a Schottky diode type gas sensor element, wherein (a) shows a change in current amount of a gas sensor including a metal nano- ) Shows the change in the current amount of the gas sensor not including the metal nano network layer, and (c) shows the change in the current change in the two gas sensors in%.
8 is a cross-sectional view of the gas sensor device of the metal semiconductor field-effect transistor type manufactured in Experimental Example <2-1> of the present invention.
FIG. 9 is a graph comparing a change amount of a current according to the presence or absence of a metal nano network layer in a gas sensor element of a metal semiconductor field effect transistor type, wherein (a) shows a change in current amount of a gas sensor including a metal nano network layer (b) shows the change in the amount of current of the gas sensor not including the metal nano-network layer.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 실시예들에 한정되지 아니하고, 다른 균등물 또는 대체물을 포함하는 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms, including other equivalents or substitutes.

본 명세서에서 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 위쪽, 상(부), 상면 등의 방향적인 표현은 아래쪽, 하(부), 하면 등의 의미로 이해될 수 있다. 즉, 공간적인 방향의 표현은 상대적인 방향으로 이해되어야 하며, 절대적인 방향을 의미하는 것처럼 한정적으로 이해되어서는 안 된다.Where a layer is referred to herein as "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. In addition, in the present specification, the directional expression of the upper portion, the upper portion, and the upper surface may be understood as the meaning of the lower portion, the lower portion, the lower surface, and the like. That is, the expression of the spatial direction should be understood in a relative direction, and it should not be construed as definitively as an absolute direction.

본 명세서에서 "제1", "제2", 또는 "제3"는 구성요소들에 어떠한 한정을 가하려는 것은 아니며, 다만 구성요소들을 구별하기 위한 용어로서 이해되어야 할 것이다.In this specification, the "first", "second", or "third" is not intended to limit any of the components, but should be understood as a term for distinguishing the components.

또한, 본 명세서에서 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타내며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
Further, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification, and in the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be made. Will be omitted.

제1 실시예 - 쇼트키 다이오드 타입의 가스 센서Example 1 - Schottky diode type gas sensor

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 가스 센서는 기판(10), 반도체층(20), 금속 나노네트워크층(30), 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)에 상기 반도체층(20)이 적층되고, 상기 반도체층(20) 상에 금속 나노네트워크층(30)과 제1 전극(40)이 서로 이격되어 형성되며, 상기 금속 나노네트워크층(30) 상의 일부에 제2 전극(50)이 형성된다. 상기 금속 나노네트워크층(30)은 상기 반도체층(20) 상에서 쇼트키 장벽(Schottky barrier)을 형성한다. 따라서, 상기 반도체층(20)과 상기 금속 나노네트워크층(30)은 쇼트키 다이오드를 형성한다. 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)을 통해 상기 쇼트키 다이오드에 소정 크기 이상의 바이어스가 인가되면, 상기 반도체층(20)에 전류가 흐를 수 있게 된다. 상기 쇼트키 다이오드에 검출 대상 가스가 노출되면, 상기 쇼트키 다이오드를 구성하는 금속 나노네트워크층(30)이 검출 대상 가스 분자와 반응을 일으켜 상기 반도체층(20)의 표면 전하량을 변화시킨다. 상기와 같은 반도체층(20)의 표면 전하량 변화에 의해 상기 쇼트키 다이오드에 흐르는 전류량이 변하게 되고, 상기 전류량의 변화를 측정함으로써 검출 대상 가스를 센싱(sensing)할 수 있다. Referring to FIG. 1, the gas sensor of the present invention includes a substrate 10, a semiconductor layer 20, a metal nano network layer 30, a first electrode 40, and a second electrode 50. 1, the semiconductor layer 20 is laminated on the substrate 10, and the metal nano-network layer 30 and the first electrode 40 are separated from each other on the semiconductor layer 20 And a second electrode 50 is formed on a part of the metal nano-network layer 30. The metal nano-network layer 30 forms a Schottky barrier on the semiconductor layer 20. Accordingly, the semiconductor layer 20 and the metal nano-network layer 30 form a Schottky diode. When a bias of a predetermined magnitude or more is applied to the Schottky diode through the first electrode 40 and the second electrode 50, a current can flow through the semiconductor layer 20. When the detection target gas is exposed to the Schottky diode, the metal nano network layer 30 constituting the Schottky diode reacts with the detection target gas molecules to change the surface charge amount of the semiconductor layer 20. [ The amount of the electric current flowing through the Schottky diode is changed by the surface charge amount change of the semiconductor layer 20 as described above, and the detection target gas can be sensed by measuring the change of the electric current amount.

상기 기판(10)은 가스 센서의 지지체가 되는 것으로, 종래의 반도체 공정이 이루어지는 다양한 상용의 웨이퍼일 수 있다. 특히, 상기 기판(10)은 실리콘 기판 등과 같은 반도체 기판 또는 SOI 기판, 사파이어 기판 또는 금속 산화물 기판 등과 같은 절연 기판일 수 있다.The substrate 10 serves as a support for a gas sensor and may be a variety of commercially available wafers in which a conventional semiconductor process is performed. In particular, the substrate 10 may be a semiconductor substrate such as a silicon substrate or an insulating substrate such as an SOI substrate, a sapphire substrate, or a metal oxide substrate.

상기 반도체층(20)은 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)을 통해 외부에서 인가되는 소정 크기 이상의 바이어스에 의해 전도성 채널이 형성되는 층으로서, 상기 반도체층(20)은 단층 또는 복층으로 구성될 수 있다.The semiconductor layer 20 is a layer in which a conductive channel is formed by a bias of a predetermined magnitude or more applied from the outside through the first electrode 40 and the second electrode 50. The semiconductor layer 20 is a single layer or a multi- It can be composed of multiple layers.

상기 반도체층(20)이 단층으로 형성되는 경우, 상기 반도체층(20)은 Si, Ge과 같은 순물질 반도체 또는 GaN, AlGaN, InGaN, ZnO 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 계열의 화합물 반도체 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 구성될 수 있다.When the semiconductor layer 20 is formed as a single layer, the semiconductor layer 20 may be formed of a material semiconductor such as Si or Ge or a III-V or II-VI compound semiconductor such as GaN, AlGaN, InGaN, ZnO, Or a combination thereof.

상기 반도체층(20)이 복층으로 형성되는 경우, 상기 반도체층(20)은 제1 반도체층(21) 및 제2 반도체층(23)이 순차적층되어 구성될 수 있다. 상기 제1 반도체층(21)과 제2 반도체층(23)은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 계열의 화합물 반도체일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 제1 반도체층(21)과 제2 반도체층(23)은 AlN, GaN, GaAs, ZnO 등과 같은 이원소화합물 반도체 또는 AlGaN, InGaN, ZnMgO, ZnCdO 등과 같은 삼원소화합물 반도체 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 구성될 수 있고, 상기 제1 반도체층(21)과 제2 반도체층(23)은 밴드갭이 서로 다른 물질로 구성된다. 특히, 상기 제2 반도체층(23)은 상기 제1 반도체층(21)에 비하여 밴드갭이 더 큰 물질로 구성되는 것이 바람직하고, 일 예로서, 상기 제1 반도체층(21)은 GaN, 상기 제2 반도체층은 AlGaN으로 구성될 수 있다. 상기와 같이 서로 다른 밴드갭을 갖는 제1 및 제2 반도체층(21, 23)이 이종접합되어 반도체층(20)을 형성하는 경우, 상기 제1 및 제2 반도체층(21, 23) 사이의 밴드갭 불연속성(bandgap discontinuity)에 의해 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 제2 반도체층으로부터 제1 반도체층으로 자유 전자가 확산된다. 상기와 같이 확산된 자유 전자는 상기 제1 및 제2 반도체층(21, 23)의 계면에 축적되어 2차원 전자가스(2 Dimensional Electron Gas, 2DEG)를 형성한다. 상기 2차원 전자가스는 전도성 채널로서 역할을 수행함으로써 전자의 이동속도나 전력밀도 등 쇼트키 다이오드의 소자 특성을 향상시킨다. 따라서, 상기 금속 나노네트워크층(30)과 검출 대상 가스 분자의 반응에 의해 전류량이 보다 민감하게 변하게 되고, 결과적으로 검출 대상 가스의 센싱 감도가 향상된다. When the semiconductor layer 20 is formed in a multi-layered structure, the semiconductor layer 20 may include a first semiconductor layer 21 and a second semiconductor layer 23 sequentially layered. The first semiconductor layer 21 and the second semiconductor layer 23 may be group III-V or II-VI compound semiconductors. More preferably, the first semiconductor layer 21 and the second semiconductor layer 23 are formed of the elemental compound semiconductor such as AlN, GaN, GaAs, ZnO or the like or a compound semiconductor such as AlGaN, InGaN, ZnMgO, ZnCdO, And the first semiconductor layer 21 and the second semiconductor layer 23 are made of materials having different band gaps. In particular, the second semiconductor layer 23 is preferably made of a material having a larger bandgap than the first semiconductor layer 21. For example, the first semiconductor layer 21 may be made of GaN, The second semiconductor layer may be composed of AlGaN. In the case where the first and second semiconductor layers 21 and 23 having different band gaps are bonded to each other as described above to form the semiconductor layer 20, Free electrons are diffused from the second semiconductor layer having a relatively large bandgap to the first semiconductor layer by bandgap discontinuity. The free electrons thus diffused are accumulated in the interface between the first and second semiconductor layers 21 and 23 to form a two dimensional electron gas (2DEG). The two-dimensional electron gas acts as a conductive channel, thereby improving the device characteristics of the Schottky diode, such as electron movement speed and power density. Therefore, the amount of current is more sensitively changed by the reaction between the metal nano network layer 30 and the detection target gas molecules, and consequently, the sensing sensitivity of the detection target gas is improved.

상기 금속 나노네트워크층(30)은 상기 반도체층(20)과 쇼트키 접합되어 쇼트키 다이오드를 형성함과 동시에, 검출 대상 가스와 반응을 일으켜 상기 반도체층(20)의 표면 전하에 형향을 줌으로써 상기 반도체층(20)을 통해 흐르는 전류량을 변화시키는 층이다. 따라서, 상기 금속 나노네트워크층(30)은 검출 대상 가스와 반응을 일으킬 수 있는 금속으로 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 금속 나노네트워크층(30)은 Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru, In 등의 촉매 금속, 더욱 바람직하게는 Pt, Pd, Au, Ag으로 구성될 수 있다. 상기 금속 나노네트워크층(30)을 구성하는 촉매 금속의 종류는 검출 대상 가스의 종류에 따라 당업자가 적절히 선택할 수 있고, 복수 개의 가스를 센싱하기 위해 두 종류 이상의 촉매 금속으로 구성될 수도 있다. 일 예로서 검출 대상 가스의 종류가 수소인 경우 상기 금속 나노네트워크층(30)은 Pt로 구성될 수 있고, 검출 대상 가스의 종류가 CH4인 경우 상기 금속 나노네트워크층(30)은 Ru로 구성될 수 있으며, 검출 대상 가스의 종류가 CO인 경우 상기 금속 나노네트워크층(30)은 Au로 구성될 수 있다. The metal nano-network layer 30 is Schottky-coupled with the semiconductor layer 20 to form a Schottky diode. The metal nano-network layer 30 reacts with a detection target gas to form a surface charge on the semiconductor layer 20, And the amount of current flowing through the semiconductor layer 20 is changed. Therefore, it is preferable that the metal nano-network layer 30 is composed of a metal capable of reacting with a gas to be detected. In particular, the metal nano network layer 30 may be formed of a catalyst metal such as Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, , Au, and Ag. The kind of the catalyst metal constituting the metal nano network layer 30 may be appropriately selected by a person skilled in the art depending on the kind of gas to be detected and may be composed of two or more types of catalytic metals for sensing a plurality of gases. As an example, when the kind of gas to be detected is hydrogen, the metal nano-network layer 30 may be composed of Pt, and when the kind of gas to be detected is CH 4 , the metal nano- And when the kind of gas to be detected is CO, the metal nano network layer 30 may be composed of Au.

상기 금속 나노네트워크층(30)은 상기 반도체층(20) 상에서 나노와이어 또는 나노로드들이 집합체를 이루어 서로 불규칙적으로 연결된 네트워크 구조로 형성된다. 상기와 같이 네트워크 형태로 형성된 촉매 금속은 종래 박막형의 촉매 금속에 비하여 검출 대상 가스와 접촉하는 표면적이 더 넓어지게 된다. 따라서, 상기 촉매 금속이 더욱 많은 양의 검출 대상 가스와 반응할 수 있게 되고, 결과적으로 검출 대상 가스의 센싱 감도가 향상된다. 상기 촉매 금속은 공지된 다양한 방법에 따라 나노와이어 네트워크 형태로 형성될 수 있고, 그 형성 방법은 촉매 금속의 종류에 따라 당업자가 적절하게 선택할 수 있다. 일 예로서, 상기 촉매 금속이 Pt인 경우, 상기 금속 나노네트워크층(30)은 Song 등(Nano Letters 2007; 7(12); 3650-3655) 문헌에 공지된 방법으로 제조한 Pt 나노네트워크 용액을 상기 반도체층(20) 상에 스핀 코팅함으로써 형성될 수 있다.The metal nano-network layer 30 is formed in a network structure in which nanowires or nano rods are aggregated on the semiconductor layer 20 irregularly. As described above, the catalytic metal formed in the network form has a wider surface area in contact with the detection target gas than the conventional thin film catalytic metal. Therefore, the catalyst metal can react with a larger amount of the detection target gas, and as a result, the sensing sensitivity of the detection target gas is improved. The catalyst metal may be formed in the form of a nanowire network according to various known methods, and the forming method thereof may be appropriately selected by those skilled in the art depending on the kind of the catalyst metal. As an example, when the catalyst metal is Pt, the metal nano network layer 30 may be a Pt nano network solution prepared by a method known in the literature such as Song et al. (Nano Letters 2007; 7 (12): 3650-3655) And then spin-coating the semiconductor layer 20.

상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)은 상기 쇼트키 다이오드에 바이어스를 인가하기 위한 전극이다. 상기 제1 전극(40)은 상기 반도체층(20) 상의 일부에서 상기 금속 나노네트워크층(30)과 서로 이격되어 형성된다. 또한, 상기 제2 전극(50)은 상기 금속 나노네트워크층(30)의 상부면이 검출 대상 가스 분자와 접촉할 수 있도록 상기 금속 나노네트워크층(30)의 상부면 일부와 접촉되도록 상기 금속 나노네트워크층(30) 상에 형성된다. 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)은 Pt, Pd, Ag, Au, Ni, Ti, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 합금으로 구성될 수 있다.The first electrode 40 and the second electrode 50 are electrodes for applying a bias to the Schottky diode. The first electrode 40 is formed on a portion of the semiconductor layer 20 apart from the metal nano-network layer 30. The second electrode 50 may be disposed on the upper surface of the metal nano network layer 30 such that the upper surface of the metal nano network layer 30 may contact the molecules of the detection target gas. Layer 30 as shown in FIG. The first electrode 40 and the second electrode 50 may be formed of any one or two selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Au, Ni, Ti, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Or more.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서에 금속박막층과 오믹컨택층이 추가적으로 포함된 가스 센서의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a gas sensor including a metal thin film layer and an ohmic contact layer in addition to the gas sensor according to the first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서는 금속박막층(60) 또는 오믹컨택층(70)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the gas sensor according to the first embodiment of the present invention may further include a metal thin film layer 60 or an ohmic contact layer 70.

상기 금속박막층(60)은 상기 반도체층(20)과 상기 금속 나노네트워크층(30) 사이에 개재되고, 상기 반도체층(20) 상에서 상기 제1 전극(40)과 이격되어 형성된다. 상기 금속박막층(60)이 추가적으로 포함되는 경우, 상기 금촉박막층(60)이 상기 반도체층(20)과 쇼트키 접합되어 쇼트키 다이오드를 형성하고, 상기 금속 나노네트워크층(30)은 검출 대상 가스 분자와의 반응을 촉매하는 역할을 한다.The metal thin film layer 60 is interposed between the semiconductor layer 20 and the metal nano network layer 30 and spaced apart from the first electrode 40 on the semiconductor layer 20. When the metal thin film layer 60 is additionally included, the metal thin film layer 60 is Schottky-bonded to the semiconductor layer 20 to form a Schottky diode. The metal nano- And the like.

상기 금속박막층(60)은 상기 금속 나노네트워크층(30)과 같이 Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru, In 등의 촉매 금속으로 형성될 수 있다. 상기 금속박막층(60)이 상기와 같은 촉매 금속으로 구성되는 경우, 상기 금속박막층(60)은 쇼트키 다이오드를 형성하는 역할과, 검출 대상 가스와 반응을 일으켜 상기 반도체층(20)을 통해 흐르는 전류량을 변화시키는 역할을 동시에 수행하게 된다. 특히, 상기 금속 나노네트워크층(30)과 상기 금속박막층(60)이 모두 검출 대상 가스와 반응을 일으킬 수 있게 되기 때문에 검출 대상 가스가 반응을 일으킬 수 있는 촉매 금속이 검출 대상 가스와 접촉하는 표면적은 더욱 넓어지게 되어 검출 대상 가스의 센싱 감도 또한 더욱 향상된다. 따라서, 상기 금속박막층(60)를 구성하는 금속의 종류는 검출 대상 가스의 종류에 따라 적절히 선택되어야 하고, 특히 상기 금속 나노네트워크층(30)을 구성하는 촉매 금속과 동종의 촉매 금속으로 구성될 수도 있다.The metal thin film layer 60 may be formed of a catalytic metal such as Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru or In. When the metal thin film layer 60 is formed of the catalytic metal as described above, the metal thin film layer 60 functions to form a Schottky diode and react with the detection target gas to increase the amount of current flowing through the semiconductor layer 20 As well as the role of change. In particular, since the metal nano network layer 30 and the metal thin film layer 60 can both react with the detection target gas, the surface area at which the detection target gas contacts the detection target gas, The sensing sensitivity of the detection target gas is further improved. Therefore, the kind of the metal constituting the metal thin film layer 60 should be appropriately selected depending on the kind of gas to be detected, and in particular, it may be composed of the same kind of catalyst metal as the catalyst metal constituting the metal nano- have.

상기 오믹컨택층(70)은 상기 반도체층(20)과 상기 제1 전극(40) 간의 접촉에 의하여 발생할 수 있는 쇼트키 장벽을 완화시키기 위한 층이다. 따라서, 상기 오믹컨택층(70)은 상기 반도체층(20)과 상기 제1 전극(40) 사이에 개재되고, 상기 반도체층(20) 상에서 상기 금속 나노네트워크층(30) 및 상기 금속박막층(60)과 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.
The ohmic contact layer 70 is a layer for mitigating a Schottky barrier that may be generated by the contact between the semiconductor layer 20 and the first electrode 40. The ohmic contact layer 70 is interposed between the semiconductor layer 20 and the first electrode 40 and the ohmic contact layer 70 is formed on the semiconductor nano network layer 30 and the metal thin film layer 60 As shown in FIG.

제2 실시예 - 금속반도체 전계효과 트랜지스터 타입의 가스 센서Second Embodiment-Metal-Semiconductor Field Effect Transistor-Type Gas Sensor

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a second embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 가스 센서는 기판(10), 반도체층(20), 금속 나노네트워크층(30), 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)에 상기 반도체층(20)이 적층되고, 상기 반도체층(20) 상에 제1 전극(40)과 제2 전극(50)이 서로 이격되어 대향배치되며, 상기 제1 전극(40)과 제2 전극(50)의 사이에서 상기 두 전극(40, 50)과 서로 이격되도록 금속 나노네트워크층(30)이 형성된다. 상기 금속 나노네트워크층(30)은 상기 반도체층(20) 상에서 쇼트키 장벽(Schottky barrier)을 형성하도록 접합되고, 일종의 케이트 전극으로 작용한다. 따라서, 상기 반도체층(20) 및 상기 금속 나노네트워크층(30)은 상기 반도체층(20) 상에서 대향배치된 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)과 함께 금속반도체 전계효과 트랜지스터를 형성한다. 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)을 통해 상기 금속반도체 전계효과 트랜지스터에 소정 크기 이상의 바이어스가 인가된 상태에서, 검출 대상 가스에 상기 금속반도체 전계효과 트랜지스터가 노출되면 전류가 유도된다. 즉, 게이트 전극으로서 역할을 수행하는 상기 금속 나노네트워크층(30)이 상기 검출 대상 가스 분자와 일으키는 반응에 의해 상기 반도체층(20)의 표면 전하량이 변화한다. 상기와 같은 반도체층(20)의 표면 전하량 변화에 의하여 상기 반도체층(20)에 전도성 채널의 전류량 변화가 일어난다. 상기 전류량의 변화를 측정함으로써 검출 대상 가스를 센싱(sensing)할 수 있다. Referring to FIG. 3, the gas sensor of the present invention includes a substrate 10, a semiconductor layer 20, a metal nano-network layer 30, a first electrode 40, and a second electrode 50. 3, the semiconductor layer 20 is laminated on the substrate 10, and the first electrode 40 and the second electrode 50 are separated from each other on the semiconductor layer 20, And a metal nano network layer 30 is formed between the first electrode 40 and the second electrode 50 so as to be spaced apart from the two electrodes 40 and 50. The metal nanonetwork layer 30 is bonded to form a Schottky barrier on the semiconductor layer 20 and serves as a kind of gate electrode. The semiconductor layer 20 and the metal nano network layer 30 may be formed of a metal semiconductor field effect transistor together with the first electrode 40 and the second electrode 50 disposed on the semiconductor layer 20 . A current is induced when the metal-semiconductor field-effect transistor is exposed to a detection target gas with a bias applied to the metal-semiconductor field-effect transistor through the first electrode 40 and the second electrode 50, . That is, the surface charge amount of the semiconductor layer 20 changes due to the reaction of the metal nano network layer 30 serving as the gate electrode with the detection target gas molecules. The change in the amount of surface charge of the semiconductor layer 20 causes a change in the amount of current of the conductive channel in the semiconductor layer 20. It is possible to sense the gas to be detected by measuring the change in the amount of current.

상기 기판(10) 및 반도체층(20)에 관한 설명은 상기 실시예 1의 도 1에 관한 설명에서 설명된 바와 동일하므로, 상기 실시예 1에서의 설명을 원용한다.The description of the substrate 10 and the semiconductor layer 20 is the same as that described in the first embodiment of the present invention with reference to FIG.

상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)은 상기 금속반도체 전계효과 트랜지스터에 바이어스를 인가하기 위해 소스(source) 또는 드레인(drain)으로서 역할을 하는 전극이다. 상기 제1 전극(40)과 제2 전극(50)은 인가되는 바이어스의 방향에 따라 각각 소스(source) 또는 드레인(drain)으로서의 역할이 결정되고, 상기 반도체층(20) 상의 일부에서 서로 이격되어 형성된다. 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)은 Pt, Pd, Ag, Au, Ni, Ti, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 합금으로 구성될 수 있다.The first electrode 40 and the second electrode 50 are electrodes that serve as a source or a drain for applying a bias to the metal semiconductor field-effect transistor. Each of the first electrode 40 and the second electrode 50 is determined as a source or a drain depending on the direction of a bias applied thereto and is spaced apart from a part of the semiconductor layer 20 . The first electrode 40 and the second electrode 50 may be formed of any one or two selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Au, Ni, Ti, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Or more.

상기 금속 나노네트워크층(30)은 상기 반도체층(20)과 쇼트키 접합되어 금속반도체 전계효과 트랜지스터의 게이트 전극을 형성함과 동시에, 검출 대상 가스와 반응을 일으켜 상기 반도체층(20)의 전도성 채널에 표면 전햐량 변화에 따른 전류량의 변화를 유도하는 층이다. 따라서, 상기 금속 나노네트워크층(30)은 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50) 사이에서 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)과 이격배치되고, 검출 대상 가스와 반응을 일으킬 수 있는 촉매 금속으로 구성되는 것이 바람직하다. The metal nano-network layer 30 is Schottky-bonded to the semiconductor layer 20 to form a gate electrode of the metal-semiconductor field-effect transistor, and reacts with a detection target gas to form a conductive channel Which induces a change in the amount of current in accordance with the change in surface tension. Therefore, the metal nano network layer 30 is spaced apart from the first electrode 40 and the second electrode 50 between the first electrode 40 and the second electrode 50, It is preferable that it is composed of a catalytic metal capable of causing a reaction.

상기 촉매 금속은 상기 반도체층(20) 상에서 나노와이어 또는 나노로드들이 집합체를 이루어 서로 불규칙적으로 연결된 네트워크 구조로 형성된다. 상기와 같이 네트워크 형태로 형성된 촉매 금속은 종래 박막형의 촉매 금속에 비하여 검출 대상 가스와 접촉하는 표면적이 더 넓어지게 된다. 따라서, 상기 촉매 금속이 더욱 많은 양의 검출 대상 가스와 반응할 수 있게 되고, 결과적으로 검출 대상 가스의 센싱 감도가 향상된다.The catalyst metal is formed in a network structure in which nanowires or nano rods are aggregated on the semiconductor layer 20 irregularly. As described above, the catalytic metal formed in the network form has a wider surface area in contact with the detection target gas than the conventional thin film catalytic metal. Therefore, the catalyst metal can react with a larger amount of the detection target gas, and as a result, the sensing sensitivity of the detection target gas is improved.

이외에, 상기 금속 나노네트워크층(30)의 조성, 형태 및 형성 방법에 관해서는 상기 실시예 1의 도 1에 관한 설명에서 설명된 바와 동일하므로, 상기 실시예 1에서의 설명을 원용한다.In addition, the composition, shape, and formation method of the metal nano-network layer 30 are the same as those described in the description of Fig. 1 of the first embodiment, and therefore, the description of the first embodiment will be used.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서에 금속박막층과 오믹컨택층이 추가적으로 포함된 가스 센서의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a gas sensor including a metal thin film layer and an ohmic contact layer in addition to the gas sensor according to the second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서는 금속박막층(60) 또는 오믹컨택층(70)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the gas sensor according to the first embodiment of the present invention may further include a metal thin film layer 60 or an ohmic contact layer 70.

상기 금속박막층(60)은 상기 반도체층(20)과 상기 금속 나노네트워크층(30) 사이에 개재되고, 상기 반도체층(20) 상에서 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)과 이격되어 형성된다. 상기 금속박막층(60)이 추가적으로 포함되는 경우, 상기 금촉박막층(60)이 상기 반도체층(20)과 쇼트키 접합되어 게이트로서 역할을 하고, 상기 금속 나노네트워크층(30)은 검출 대상 가스 분자와의 반응을 촉매하는 역할을 한다.The metal thin film layer 60 is interposed between the semiconductor layer 20 and the metal nano network layer 30 and is spaced apart from the first electrode 40 and the second electrode 50 on the semiconductor layer 20. [ Respectively. When the metal thin film layer 60 is additionally included, the metal thin film layer 60 is Schottky-bonded to the semiconductor layer 20 to serve as a gate, and the metal nano- And the like.

이외에, 상기 금속박막층(60)의 조성 및 역할에 관해서는 상기 실시예 1의 도 2에 관한 설명에서 설명된 바와 동일하므로, 상기 실시예 1에서의 설명을 원용한다.In addition, the composition and the role of the metal thin film layer 60 are the same as those described in the description of FIG. 2 of Embodiment 1, and therefore the description of Embodiment 1 is used.

상기 오믹컨택층(70)은 상기 반도체층(20)과 상기 제1 전극(40) 및 제2 전극(50) 간의 접촉에 의하여 발생할 수 있는 쇼트키 장벽을 완화시키기 위한 층이다. 따라서, 상기 오믹컨택층(70)은 상기 반도체층(20)과 상기 제1 전극(40) 사이 또는 상기 반도체층(20)과 상기 제2 전극(50) 사이에 개재되고, 상기 반도체층(20) 상에서 상기 금속 나노네트워크층(30) 및 상기 금속박막층(60)과 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.
The ohmic contact layer 70 is a layer for alleviating a Schottky barrier which may be caused by the contact between the semiconductor layer 20 and the first and second electrodes 40 and 50. The ohmic contact layer 70 is interposed between the semiconductor layer 20 and the first electrode 40 or between the semiconductor layer 20 and the second electrode 50 and the semiconductor layer 20 The metal nano network layer 30 and the metal thin film layer 60 may be spaced apart from each other.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred examples for the understanding of the present invention will be described. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples.

<실험예 1> 쇼트키 다이오드 타입의 가스 센서의 민감도 비교<Experimental Example 1> Sensitivity comparison of a gas sensor of a Schottky diode type

<1-1> 금속 나노네트워크층을 포함하는 가스센서의 제조&Lt; 1-1 > Fabrication of a gas sensor including a metal nano network layer

Al2O3 기판 상에 MOCVD 방법으로 2 ㎛ 두께의 제1 반도체층(GaN) 및 35 ㎚ 두께의 제2 반도체층(Al0.3Ga0.7N)을 증착시킨 후, 상기 제2 반도체층 상의 일부에 제1 전극(Ti/Al/Ni/Au)을 형성한 다음, 상기 제2 반도체층 상의 나머지 일부에 상기 제1 전극과 절연되도록 10 ㎚ 두께의 금속박막층(Pt)을 증착시켰다. 상기 금속박막층 상에 Song 등(Nano Letters 2007; 7(12); 3650-3655) 문헌과 같은 방법으로 제조한 Pt 나노네트워크가 포함된 용액을 스핀 코팅함으로써 금속 나노네트워크층(Pt)을 형성하였다. 상기 금속 나노네트워크층 상에 제2 전극(Ti/Au)을 증착시킴으로써 도 5와 같은 구조의 쇼트키 다이오드 타입의 가스 센서 소자를 완성하였다.A first semiconductor layer (GaN) having a thickness of 2 탆 and a second semiconductor layer (Al 0.3 Ga 0.7 N) having a thickness of 35 nm are deposited on the Al 2 O 3 substrate by MOCVD, A metal thin film layer (Pt) having a thickness of 10 nm was deposited on the remaining part of the second semiconductor layer so as to be insulated from the first electrode (Ti / Al / Ni / Au). A metal nano network layer (Pt) was formed on the metal thin film layer by spin coating a solution containing a Pt nano network manufactured by the same method as Song et al. (Nano Letters 2007; 7 (12); 3650-3655). A second electrode (Ti / Au) was deposited on the metal nano network layer to complete a Schottky diode type gas sensor element having a structure as shown in FIG.

<1-2> 금속 나노네트워크층을 포함하지 않는 가스센서의 제조&Lt; 1-2 > Fabrication of gas sensor not including metal nano network layer

상기 실험예 <1-1>에서 제조한 바와 동일한 방법으로 가스 센서를 제조하되, 금속 나노네트워크층을 형성하지 않고, 상기 금속박막층(Pt) 상에 바로 제2 전극(Ti/Au)을 증착시켜 가스 센서 소자를 완성하였다.A second electrode (Ti / Au) was deposited on the metal thin film layer (Pt) without forming a metal nano network layer by the same method as that of the experiment example <1-1> Thereby completing the gas sensor element.

<1-3> 금속 나노네트워크층의 관찰<1-3> Observation of metallic nano-network layer

상기 실험예 <1-1>에서 제조한 가스 센서 소자의 금속 나노네트워크층을 TEM으로 관찰하였다.The metal nano network layer of the gas sensor element manufactured in Experimental Example <1-1> was observed by TEM.

그 결과, 도 6과 같은 Pt가 나노와이어 네트워크 구조로 금속 나노네트워크층을 형성하고 있음을 확인하였다.As a result, it was confirmed that the Pt as shown in FIG. 6 forms a metal nano network layer with a nanowire network structure.

<1-4> 수소 가스에 대한 민감도 측정<1-4> Sensitivity to hydrogen gas

상기 실험예 <1-1> 및 <1-2>에서 제조한 가스 센서 소자를 각각 질소 가스 또는 4 %의 수소 가스가 포함된 질소 가스에 노출시켜 전류의 변화를 측정하였다.The gas sensor devices manufactured in Experimental Examples <1-1> and <1-2> were exposed to nitrogen gas or nitrogen gas containing 4% hydrogen gas, respectively, to measure changes in current.

그 결과, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 1 V의 정바이어스를 인가한 경우, 실험예 <1-2>의 가스 센서 소자에서는 4 %의 수소 가스로 인해 5.3 × 104 %의 전류 변화가 측정된 반면, 실험예 <1-1>의 가스 센서 소자에서는 4 %의 수소 가스로 인해 2.3 × 107 %의 전류 변화가 측정되었다. As a result, the cost, case of applying the positive bias of 1 V, in Experimental Example <1-2> 4% 5.3 × 10 4% due to hydrogen gas of the gas sensor element as shown in Figure 7 (c) The current change was measured. On the other hand, in the gas sensor element of Experimental Example <1-1>, a current change of 2.3 × 10 7 % was measured due to 4% hydrogen gas.

상기와 같은 결과로부터, 금속 나노네트워크층에 의해 수소 가스에 대한 민감도가 현저히 향상됨을 알 수 있다.
From the above results, it can be seen that the sensitivity to hydrogen gas is significantly improved by the metal nano network layer.

<실험예 2> 금속반도체 전계효과 트랜지스터 타입의 가스 센서의 민감도 비교Experimental Example 2: Sensitivity comparison of a metal semiconductor field effect transistor type gas sensor

<2-1> 금속 나노네트워크층을 포함하는 가스센서의 제조&Lt; 2-1 > Fabrication of a gas sensor including a metal nano network layer

Al2O3 기판 상에 MOCVD 방법으로 2 ㎛ 두께의 제1 반도체층(GaN) 및 35 ㎚ 두께의 제2 반도체층(Al0.3Ga0.7N)을 증착시킨 후, 상기 제2 반도체층 상의 일부에 제1 전극(Ti/Al/Ni/Au) 및 제2 전극(Ti/Al/Ni/Au)이 서로 이격되도록 형성하였다. 상기 제2 반도체층에 Song 등(Nano Letters 2007; 7(12); 3650-3655) 문헌과 같은 방법으로 제조한 Pt 나노네트워크가 포함된 용액을 스핀 코팅함으로써 금속 나노네트워크층(Pt)을 형성함으로써 도 8과 같은 구조의 금속반도체 전계효과 트랜지스터 타입의 가스 센서 소자를 완성하였다.A first semiconductor layer (GaN) having a thickness of 2 탆 and a second semiconductor layer (Al 0.3 Ga 0.7 N) having a thickness of 35 nm are deposited on the Al 2 O 3 substrate by MOCVD, The first electrode (Ti / Al / Ni / Au) and the second electrode (Ti / Al / Ni / Au) were formed to be spaced apart from each other. A metal nano network layer (Pt) is formed by spin coating a solution containing a Pt nano network manufactured by a method such as Song et al. (Nano Letters 2007; 7 (12); 3650-3655) A metal-semiconductor field-effect transistor type gas sensor element having the structure as shown in FIG. 8 was completed.

<2-2> 금속 나노네트워크층을 포함하지 않는 가스센서의 제조&Lt; 2-2 > Fabrication of gas sensor not including metal nano network layer

상기 실험예 <2-1>에서 제조한 바와 동일한 방법으로 가스 센서를 제조하되, 금속 나노네트워크층을 형성하지 않고, 제2 반도체층 상의 제1 전극 및 제2 전극 사이에 상기 두 전극과 절연되도록 금속박막층(Pt) 만을 증착시켜 가스 센서 소자를 완성하였다.A gas sensor was fabricated in the same manner as in the Experimental Example <2-1> except that a metal nano-network layer was not formed, and between the first electrode and the second electrode on the second semiconductor layer, Only the metal thin film layer (Pt) was deposited to complete the gas sensor element.

<2-3> 수소 가스에 대한 민감도 측정<2-3> Sensitivity measurement for hydrogen gas

상기 실험예 <2-1> 및 <2-2>에서 제조한 가스 센서 소자에 바이어스를 인가하고, 각기 다른 농도의 수소 가스에 노출시켜 전류의 변화를 측정하였다.Bias was applied to the gas sensor devices manufactured in Experimental Examples <2-1> and <2-2>, and the change in current was measured by exposing the gas sensor devices to different concentrations of hydrogen gas.

그 결과, 도 10에 도시된 바와 같이, 실험예 <2-2>의 가스 센서 소자에서는 금속박막층(Pt)에 인가된 바이어스에 따른 수소 가스 노출 전후에 전류의 변화가 거의 관찰되지 않은 반면, 실험예 <2-1>의 가스 센서 소자에서는 금속나노네트워크층(Pt)에 인가된 바이어스에 따른 수소 가스 노출 전후에 전류의 변화가 뚜렷하게 관찰되었다.As a result, as shown in FIG. 10, in the gas sensor element of Experimental Example <2-2>, almost no change of current was observed before and after the hydrogen gas exposure according to the bias applied to the metal thin film layer Pt, In the gas sensor device of Example <2-1>, the change of current was observed before and after the exposure of the hydrogen gas according to the bias applied to the metal nano network layer (Pt).

상기와 같은 결과로부터, 금속 나노네트워크층에 의해 수소 가스에 대한 민감도가 현저히 향상됨을 알 수 있다.
From the above results, it can be seen that the sensitivity to hydrogen gas is significantly improved by the metal nano network layer.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기와 같은 특정 실시예에만 한정되지 아니하며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
In the above described exemplary embodiments of the present invention by way of example, the scope of the present invention is not limited only to the specific embodiments as described above, those skilled in the art to the scope described in the claims of the present invention It will be possible to change accordingly.

Figure pat00001
Figure pat00001

Claims (15)

기판;
상기 기판 상에 형성된 반도체층;
상기 반도체층 상의 일부에 형성되어, 검출 대상 가스와 반응함으로써 상기 반도체층의 전하량을 변화시키는 금속 나노네트워크층;
상기 금속 나노네트워크층이 형성된 부분을 제외한 상기 반도체층 상의 나머지 부분 상에 상기 금속 나노네트워크층과 이격되어 형성되는 제1 전극; 및
상기 금속 나노네트워크층의 일부와 접촉되도록 상기 금속 나노네트워크층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하는 가스 센서.Board;
A semiconductor layer formed on the substrate;
A metal nano-network layer formed on a part of the semiconductor layer to change the amount of charge of the semiconductor layer by reacting with the gas to be detected;
A first electrode spaced apart from the metal nano-network layer on a remaining portion of the semiconductor layer except a portion where the metal nano-network layer is formed; And
And a second electrode formed on the metal nanonetwork layer to be in contact with a portion of the metal nanonetwork layer. 제1항에 있어서, 상기 반도체층은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 계열의 화합물 반도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서. The gas sensor according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of a III-V or II-VI group compound semiconductor. 제1항에 있어서, 상기 반도체층은 상기 기판 상에 순차적층된 제1 반도체층 및 제2 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.The gas sensor according to claim 1, wherein the semiconductor layer includes a first semiconductor layer and a second semiconductor layer that are sequentially layered on the substrate. 제3항에 있어서, 상기 제1 반도체층은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 계열의 화합물 반도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서. The gas sensor according to claim 3, wherein the first semiconductor layer is composed of a III-V or II-VI group compound semiconductor. 제3항에 있어서, 상기 제2 반도체층은 상기 제1 반도체층보다 밴드갭이 더 큰 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 계열의 화합물 반도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서. The gas sensor according to claim 3, wherein the second semiconductor layer is composed of a III-V or II-VI group compound semiconductor having a bandgap larger than that of the first semiconductor layer. 제1항에 있어서, 상기 금속 나노네트워크층은 나노와이어 또는 나노로드들이 상기 반도체층 상에서 집합체를 이루어 서로 불규칙적으로 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 센서.The gas sensor of claim 1, wherein the metal nanonetwork layer has a structure in which nanowires or nanorods are aggregated on the semiconductor layer and irregularly connected to each other. 제1항에 있어서, 상기 금속 나노네트워크층은 Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru 및 In로 구성되는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.The method of claim 1, wherein the metal nano network layer comprises one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Alloy. &Lt; / RTI &gt; 제1항에 있어서, 상기 반도체층과 상기 금속 나노네트워크층 사이에 개재되는 금속박막층을 더 포함하고, 상기 금속층은 상기 반도체층 상에서 상기 제1 전극과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서. The gas sensor of claim 1, further comprising a metal thin film layer interposed between the semiconductor layer and the metal nanonetwork layer, wherein the metal layer is spaced apart from the first electrode on the semiconductor layer. 제8항에 있어서, 상기 금속박막층은 상기 Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru 및 In로 구성되는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.The method of claim 8, wherein the metal thin film layer is one or more alloys selected from the group consisting of Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru and In Gas sensor, characterized in that consisting of. 기판;
상기 기판 상에 형성된 반도체층;
상기 반도체층 상의 일부에 서로 이격되어 형성된 제1 전극 및 제2 전극; 및
상기 반도체층 상에 형성되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에서 상기 제1 전극 및 제2 전극과 이격배치되어, 검출 대상 가스와 반응함으로써 상기 반도체층의 전하량을 변화시키는 금속 나노네트워크층을 포함하는 가스 센서.Board;
A semiconductor layer formed on the substrate;
A first electrode and a second electrode formed on a part of the semiconductor layer so as to be spaced apart from each other; And
A metal nanonetwork layer formed on the semiconductor layer and spaced apart from the first electrode and the second electrode between the first electrode and the second electrode to react with a gas to be detected to change the amount of charge in the semiconductor layer. Gas sensor containing. 제10항에 있어서, 상기 반도체층은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 계열의 화합물 반도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서. 11. The gas sensor according to claim 10, wherein the semiconductor layer is made of a III-V or II-VI series compound semiconductor. 제10항에 있어서, 상기 반도체층은 상기 기판 상에 순차적층된 제1 반도체층 및 제2 반도체층을 포함하고,
상기 제1 반도체층은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 계열의 화합물 반도체로 구성되고, 상기 제2 반도체층은 상기 제1 반도체층보다 밴드갭이 더 큰 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 계열의 화합물 반도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서. 11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the semiconductor layer includes a first semiconductor layer and a second semiconductor layer which are sequentially layered on the substrate,
Wherein the first semiconductor layer is made of a III-V or II-VI compound semiconductor and the second semiconductor layer is a III-V or II-VI family semiconductor having a larger bandgap than the first semiconductor layer Of the compound semiconductor. 제10항에 있어서, 상기 금속 나노네트워크층은 나노와이어 또는 나노로드들이 상기 반도체층 상에서 집합체를 이루어 서로 불규칙적으로 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 센서.The gas sensor of claim 10, wherein the metal nanonetwork layer has a structure in which nanowires or nanorods are aggregated on the semiconductor layer and irregularly connected to each other. 제10항에 있어서, 상기 금속 나노네트워크층은 Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru 및 In로 구성되는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.The method of claim 10, wherein the metal nano network layer comprises one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Alloy. &Lt; / RTI &gt; 제10항에 있어서, 상기 반도체층과 상기 금속 나노네트워크층 사이에 개재되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극과 이격되어 형성되는 금속박막층을 더 포함하고,
상기 금속박막층은 Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Ru 및 In로 구성되는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
The method of claim 10, further comprising a metal thin film layer interposed between the semiconductor layer and the metal nano network layer, the metal thin film layer being formed apart from the first electrode and the second electrode,
Wherein the metal thin film layer is composed of one or more alloys selected from the group consisting of Pt, Pd, Au, Ag, Ti, Ni, Rh, Cr, Al, Cu, Sn, Mo, Gas sensor.
KR1020120065743A 2012-06-19 2012-06-19 Gas Sensor Comprising Metal Nanonetwork Layer KR101424867B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120065743A KR101424867B1 (en) 2012-06-19 2012-06-19 Gas Sensor Comprising Metal Nanonetwork Layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120065743A KR101424867B1 (en) 2012-06-19 2012-06-19 Gas Sensor Comprising Metal Nanonetwork Layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130142487A true KR20130142487A (en) 2013-12-30
KR101424867B1 KR101424867B1 (en) 2014-08-13

Family

ID=49986069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120065743A KR101424867B1 (en) 2012-06-19 2012-06-19 Gas Sensor Comprising Metal Nanonetwork Layer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101424867B1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101503438B1 (en) * 2014-02-24 2015-03-18 연세대학교 산학협력단 Method for fabricating gas sensor and gas sensor fabricated by using the same
KR101638501B1 (en) * 2015-03-24 2016-07-11 한국과학기술연구원 pH sensor and method for fabricating the same
KR101689739B1 (en) * 2015-09-18 2016-12-26 울산과학기술원 Smart case comprising drinking measurable biosensor
US9781838B2 (en) 2014-02-24 2017-10-03 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Gas sensor and method of manufacturing the same
KR20170143162A (en) * 2016-06-21 2017-12-29 단국대학교 산학협력단 Hydrogen gas sensor of using etching and Method of manufacturing the same
KR20180126228A (en) * 2017-05-17 2018-11-27 성균관대학교산학협력단 Schottky contact diode gas sensor using hybrid structure comprising metal oxide nanorods and reduced graphene oxides, and method of manufacturing thereof
KR102352010B1 (en) * 2020-09-04 2022-01-14 단국대학교 산학협력단 Hydrogen Sensor and Method of operating the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101902382B1 (en) 2016-11-22 2018-10-01 한국과학기술원 Electrochemical sensor including 3-dimensional nano-patterned electrode

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110088456A1 (en) * 2009-10-16 2011-04-21 Fan Ren Normalized hydrogen sensing and methods of fabricating a normalized hydrogen sensor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101503438B1 (en) * 2014-02-24 2015-03-18 연세대학교 산학협력단 Method for fabricating gas sensor and gas sensor fabricated by using the same
US9781838B2 (en) 2014-02-24 2017-10-03 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Gas sensor and method of manufacturing the same
KR101638501B1 (en) * 2015-03-24 2016-07-11 한국과학기술연구원 pH sensor and method for fabricating the same
KR101689739B1 (en) * 2015-09-18 2016-12-26 울산과학기술원 Smart case comprising drinking measurable biosensor
KR20170143162A (en) * 2016-06-21 2017-12-29 단국대학교 산학협력단 Hydrogen gas sensor of using etching and Method of manufacturing the same
KR20180126228A (en) * 2017-05-17 2018-11-27 성균관대학교산학협력단 Schottky contact diode gas sensor using hybrid structure comprising metal oxide nanorods and reduced graphene oxides, and method of manufacturing thereof
KR102352010B1 (en) * 2020-09-04 2022-01-14 단국대학교 산학협력단 Hydrogen Sensor and Method of operating the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101424867B1 (en) 2014-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101424867B1 (en) Gas Sensor Comprising Metal Nanonetwork Layer
CN105424780B (en) A kind of gallium nitride sensor, preparation method and multisensor syste
Sharma et al. Recent advances on H2 sensor technologies based on MOX and FET devices: A review
Speckbacher et al. Direct measurements of Fermi level pinning at the surface of intrinsically n-type InGaAs nanowires
Wright et al. Hydrogen sensing with Pt-functionalized GaN nanowires
EP2623968B1 (en) Gas sensor comprising a gate structure with capacitively coupled platinum crystal grains
CN109682863B (en) TMDCs-SFOI heterojunction-based gas sensor and preparation method thereof
KR101957018B1 (en) Schottky contact diode gas sensor using hybrid structure comprising metal oxide nanorods and reduced graphene oxides, and method of manufacturing thereof
Lee et al. Sensing mechanisms of Pt/β-Ga2O3/GaN hydrogen sensor diodes
Cheng et al. Characterizing individual SnO2 nanobelt field-effect transistors and their intrinsic responses to hydrogen and ambient gases
Sharma et al. High-resolution AlGaN/GaN HEMT-based electrochemical sensor for biomedical applications
Zhong et al. Comparative study of Schottky diode type hydrogen sensors based on a honeycomb GaN nanonetwork and on a planar GaN film
Zhang et al. Optimization of gate geometry towards high-sensitivity AlGaN/GaN pH sensor
WO2016143053A1 (en) Gas sensor and sensor device
Ranjan et al. AlGaN/GaN HEMT-based high-sensitive NO2 gas sensors
CN105301061A (en) Self-assembled latticed alpha-MoO3 nanoribbon gas-sensitive sensor
Schäfer et al. Electrical transport properties of Ge-doped GaN nanowires
Kang et al. High-performance electrically transduced hazardous gas sensors based on low-dimensional nanomaterials
Fobelets et al. Ammonia sensing using arrays of silicon nanowires and graphene
Qiu et al. Ultrasensitive gas sensor developed from SnS/TiO2-based memristor for dilute methanol detection at room temperature
Hsu et al. Hydrogen-sensing properties of a Pd/AlGaN/GaN-based field-effect transistor under a nitrogen ambience
Salehi et al. Highly sensitive humidity sensor using Pd/porous GaAs Schottky contact
Tsai et al. Comprehensive study on hydrogen sensing properties of a Pd–AlGaN-based Schottky diode
RU133312U1 (en) GAS SENSOR BASED ON HYBRID NANOMATERIALS
Lee et al. Hydrogen sensing performances of Pt/i-ZnO/GaN metal–insulator–semiconductor diodes

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170629

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180702

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190702

Year of fee payment: 6