KR20230008326A - Room temperature operrable semiconductor type gas sensors enabled by illumination of multi spectral ultraviolet illumination - Google Patents

Room temperature operrable semiconductor type gas sensors enabled by illumination of multi spectral ultraviolet illumination Download PDF

Info

Publication number
KR20230008326A
KR20230008326A KR1020210088835A KR20210088835A KR20230008326A KR 20230008326 A KR20230008326 A KR 20230008326A KR 1020210088835 A KR1020210088835 A KR 1020210088835A KR 20210088835 A KR20210088835 A KR 20210088835A KR 20230008326 A KR20230008326 A KR 20230008326A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oxide semiconductor
target gas
ultraviolet irradiation
ultraviolet
room temperature
Prior art date
Application number
KR1020210088835A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102591092B1 (en
Inventor
박성규
장영우
Original Assignee
중앙대학교 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 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 중앙대학교 산학협력단
Priority to KR1020210088835A priority Critical patent/KR102591092B1/en
Publication of KR20230008326A publication Critical patent/KR20230008326A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102591092B1 publication Critical patent/KR102591092B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating 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
    • G01N27/129Diode type sensors, e.g. gas sensitive Schottky diodes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating 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
    • G01N27/125Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector

Abstract

The present invention relates to a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation. According to the present invention, the room temperature driven oxide semiconductor gas sensor overcomes limitation of an existing oxide semiconductor type gas sensor operated by high heat and can be driven at a room temperature using a light energy while ensuring high reactivity and a fast desorption rate. In the prior art, when operating under a light of one wavelength (energy), only one of either high reactivity or a fast surface reaction is secured. In the present invention, both the high reactivity and the fast surface reaction can be secured by applying the wavelength of the light used at an appropriate time. The room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using the multiple ultraviolet irradiation of the present invention comprises: a substrate; a gate electrode; a gate insulating layer; an oxide semiconductor layer; a thin film transistor element; and an ultraviolet irradiation device.

Description

다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서 {ROOM TEMPERATURE OPERRABLE SEMICONDUCTOR TYPE GAS SENSORS ENABLED BY ILLUMINATION OF MULTI SPECTRAL ULTRAVIOLET ILLUMINATION}Room-temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation

본 발명은 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 높은 열에 의해 동작하는 산화물 반도체형 가스센서의 한계를 극복하여 빛 에너지로 상온구동이 가능하며, 동시에 높은 반응성 및 빠른 탈착 속도를 확보할 수 있다. 기존에는 한 가지 파장(에너지)의 빛 아래서 동작할 때, 높은 반응성 또는 빠른 표면 반응 둘 중 한 가지만 확보할 수 있었다면, 본 발명으로 사용하는 빛의 파장을 적절한 시기에 맞춰 인가하여 높은 반응성과 빠른 표면 반응 모두 확보할 수 있다는 장점을 갖는다.The present invention relates to a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation. The present invention overcomes the limitations of existing oxide semiconductor type gas sensors that operate by high heat, enables normal temperature driving with light energy, and at the same time secures high reactivity and fast desorption speed. In the past, when operating under light of one wavelength (energy), only one of either high reactivity or fast surface reaction could be secured. It has the advantage of being able to secure all reactions.

가스 센서는 일상생활 속 많은 장소에서 다양한 용도로 사용된다. 가스 센서는 주로 위험한 가스를 감지해 안전을 지켜주기도 하며 인간의 코를 대신해 여러 가지 편의시설에서 사용되기도 한다. 예를 들어 가스 누출이나 폭발 사고가 일어나기 전에 미리 낮은 농도의 가스를 감지하여 알람이 울리도록 하는 가스 센서들도 있고, 일상생활 속의 편의시설에서는 자동차 내기 외기 순환을 제어하는 센서, 부엌의 배기 팬, 공기청정기 등과 같이 다양한 장소에서 사용된다.Gas sensors are used for various purposes in many places in everyday life. The gas sensor mainly detects dangerous gas to protect safety, and is also used in various convenience facilities instead of the human nose. For example, there are gas sensors that detect low concentrations of gas in advance and trigger an alarm before a gas leak or explosion occurs. It is used in various places such as air purifiers.

이처럼 다양한 상황과 필요에 따라 여러 가지 종류의 가스센서들이 존재하지만 그 중 산화물 반도체형 가스센서는 간단한 공정과정, 저렴한 가격, 넓은 범위의 감지 가능한 가스, 작은 크기 그리고 그에 따른 다양한 응용분야가 있기 때문에 현재 사용 중인 가스센서들 중 가장 활발히 연구되고 있는 센서 중 하나다.There are various types of gas sensors according to various situations and needs, but among them, the oxide semiconductor type gas sensor has a simple process, low price, wide range of detectable gases, small size, and various application fields. It is one of the most actively researched gas sensors among the gas sensors in use.

산화물 반도체형 가스센서의 가스 감지 방식은 센서의 반도체 물질과 공기 중의 검출하고자 하는 가스와의 직접적인 표면 반응으로 인한 반도체 소자의 전기적 특성 변화이기 때문에 센서의 반응성을 높이기 위해서 여러 가지 방향으로 연구가 진행 되고 있다. 그 예시로 반도체 물질을 나노물질을 이용하여 센싱 표면적을 넓히거나, 다양한 측정 기술을 통해 표면 반응을 빠르게 하거나 다양한 도핑 물질들을 사용하는 등이 있다.Since the gas detection method of the oxide semiconductor type gas sensor is a change in the electrical characteristics of the semiconductor element due to the direct surface reaction between the semiconductor material of the sensor and the gas to be detected in the air, research is being conducted in various directions to increase the responsiveness of the sensor. there is. Examples include widening the sensing surface area by using nanomaterials for semiconductor materials, speeding up surface reactions through various measurement techniques, or using various doping materials.

하지만 산화물 반도체형 가스센서는 앞서 언급한 연구가 진행 되었음에도 기본적으로 높은 온도(200~300˚C)에서 동작한다는 점에 의해 웨어러블 디바이스 또는 다양한 센서들이 한 어레이에 모여 있는 멀티센서 시스템에 적용하기 힘들다는 한계가 있다. However, oxide semiconductor type gas sensors are difficult to apply to wearable devices or multi-sensor systems in which various sensors are gathered in one array due to the fact that they basically operate at high temperatures (200 ~ 300˚C) despite the aforementioned research. There are limits.

본 발명은 검출 대상 가스를 검출하는 산화물 반도체형 가스센서를 제공하고, 열을 대신해 각각 다른 파장의 UV-LED 조사를 통해 상온구동이 가능하며 기존의 한 가지 파장의 빛을 조사 했을 때에 비해 센싱 특성 개선할 수 있다. 이러한 UV-LED 파장 조절 방법은 본 발명에서 이용한 가스 센서 뿐만 아니라, 빛 에너지를 통해 동작하는 모든 반도체형 가스센서에 적용 가능할 것으로 기대되며, 고성능의 상온구동 가스센서를 통해 웨어러블 디바이스 또는 다중센서 시스템에 적용할 수 있음에 그 목적이 있다.The present invention provides an oxide semiconductor type gas sensor that detects a detection target gas, and can operate at room temperature through UV-LED irradiation of different wavelengths instead of heat, and has sensing characteristics compared to conventional irradiation of light of one wavelength. can be improved This UV-LED wavelength control method is expected to be applicable not only to the gas sensor used in the present invention, but also to all semiconductor-type gas sensors that operate through light energy, and can be applied to wearable devices or multi-sensor systems through high-performance room temperature gas sensors. Its purpose is that it can be applied.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서는, 기판; 상기 기판 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상의 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상의 산화물 반도체층; 상기 산화물 반도체층 상에 서로 이격되어 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는, 박막 트랜지스터 소자; 및 자외선 조사 장치를 포함하고, 상기 박막 트랜지스터 소자에 의해 검출하고자 하는 대상 가스를 검출하게 되며, 상기 대상 가스는 상기 산화물 반도체층과의 표면 흡착 또는 탈착 반응을 가속화하는 고유의 임계 자외선 에너지 세기를 갖고 있고, 상기 자외선 조사 장치는 상기 박막 트랜지스터 소자에 대상 가스를 흡착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하고, 상기 박막 트랜지스터 소자에서 대상 가스를 탈착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사한다.A room-temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation according to an embodiment of the present invention includes a substrate; a gate electrode on the substrate; a gate insulating layer on the gate electrode; an oxide semiconductor layer on the gate insulating layer; a thin film transistor element including a source electrode and a drain electrode disposed spaced apart from each other on the oxide semiconductor layer; and an ultraviolet irradiation device, wherein a target gas to be detected is detected by the thin film transistor element, and the target gas has a unique critical ultraviolet energy intensity that accelerates a surface adsorption or desorption reaction with the oxide semiconductor layer. In the step of adsorbing the target gas to the thin film transistor element, the ultraviolet irradiation device irradiates ultraviolet light having an energy intensity lower than a threshold ultraviolet energy intensity, and in the step of desorbing the target gas from the thin film transistor element, the ultraviolet light having an energy intensity lower than a threshold ultraviolet energy intensity Irradiate high energy intensity ultraviolet rays.

상기 자외선 조사 장치는 2개 이상이다.The ultraviolet irradiation device is two or more.

상기 박막 트랜지스터 소자에 대상 가스를 흡착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하여 대상 가스와 상기 산화물 반도체층 간의 표면 반응을 높여 검출 민감도를 향상시킨다.In the step of adsorbing the target gas to the thin film transistor element, detection sensitivity is improved by irradiating ultraviolet light having an energy intensity lower than a critical ultraviolet energy intensity to increase a surface reaction between the target gas and the oxide semiconductor layer.

상기 박막 트랜지스터 소자에서 대상 가스를 탈착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사하여 대상 가스의 탈착 반응을 활성화하여 다시 대상 가스의 검출이 가능한 상태로 되돌린다.In the step of desorbing the target gas from the thin film transistor device, ultraviolet light having an energy intensity higher than a critical ultraviolet energy intensity is irradiated to activate a desorption reaction of the target gas and return the target gas to a detectable state.

상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 인터디지테이티드 형태(interdigitated pattern; IDE pattern)를 가짐으로써 대상 가스와 금속 산화물 반도체 간의 표면 반응을 위한 접촉 면적을 넓힌다.The source electrode and the drain electrode have an interdigitated pattern (IDE pattern) to increase a contact area for a surface reaction between the target gas and the metal oxide semiconductor.

상기 자외선 조사 장치는 아두이노(arduino) 프로그램에 의해 제어된다.The ultraviolet irradiation device is controlled by an Arduino program.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서를 이용한 대상 가스의 검출 방법은, 기판; 상기 기판 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상의 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상의 산화물 반도체층; 상기 산화물 반도체층 상에 서로 이격되어 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는, 대상 가스를 검출하기 위한 박막 트랜지스터 소자; 및 자외선 조사 장치를 준비하는 단계; 대상 가스를 흡착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하는 단계; 및 대상 가스를 탈착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사하는 단계를 포함하고, 상기 대상 가스는 상기 산화물 반도체층과의 표면 흡착 또는 탈착 반응을 가속화하는 고유의 임계 자외선 에너지 세기를 갖고 있다.A method for detecting a target gas using a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation according to an embodiment of the present invention includes a substrate; a gate electrode on the substrate; a gate insulating layer on the gate electrode; an oxide semiconductor layer on the gate insulating layer; a thin film transistor element for detecting a target gas, including a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the oxide semiconductor layer; and preparing an ultraviolet irradiation device; The step of adsorbing the target gas may include irradiating ultraviolet light having an energy intensity lower than a critical ultraviolet energy intensity; and the step of desorbing the target gas includes irradiating ultraviolet light having an energy intensity higher than a critical ultraviolet energy intensity, wherein the target gas has a unique critical ultraviolet energy intensity that accelerates a surface adsorption or desorption reaction with the oxide semiconductor layer. has

상기 자외선 조사 장치는 2개 이상이다.The ultraviolet irradiation device is two or more.

상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 인터디지테이티드 형태(IDE pattern)를 가짐으로써 대상 가스와 금속 산화물 반도체 간의 표면 반응을 위한 접촉 면적을 넓힌다.The source electrode and the drain electrode have an IDE pattern, thereby increasing a contact area for a surface reaction between the target gas and the metal oxide semiconductor.

상기 자외선 조사 장치는 아두이노 프로그램에 의해 제어된다.The UV irradiation device is controlled by an Arduino program.

본 발명에서 제시하고자 하는 기술은 열에너지의 도움 없이 UV-LED의 적절한 조사로 상온구동 가능하면서 동시에 높은 민감도(sensitivity) 및 빠른 표면 반응을 지닌 산화물 반도체형 가스센서이다. 열 에너지의 작용이 없기 때문에 웨어러블 디바이스 시스템에 적용할 수 있고, 또한, 여러 가지 센서들이 한 곳에 모인 다중 센서 시스템에 활용 가능성을 내포한다. The technology to be presented in the present invention is an oxide semiconductor type gas sensor that can be driven at room temperature with proper irradiation of UV-LED without the help of thermal energy and has high sensitivity and fast surface reaction. Since there is no action of thermal energy, it can be applied to a wearable device system, and also implies the possibility of utilization in a multi-sensor system in which various sensors are gathered in one place.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 소자의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서를 이용한 대상 가스의 검출 방법의 순서도를 도시한다.
도 3은 두 가지 UV-LED 조건 아래 반도체 산화막 표면에서의 가스 반응을 나타내었다.
도 4 및 도 5는 기존의 한 가지 파장의 빛 아래에서의 가스 반응을 도시한다.
도 6 및 도 7은 본 발명으로 인한 가스센서의 특성 및 실시간 가스 반응을 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
1 shows a perspective view of a thin film transistor device according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart of a method for detecting a target gas using a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet rays according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the gas reaction on the surface of the semiconductor oxide film under two UV-LED conditions.
4 and 5 show a gas reaction under a conventional light of one wavelength.
6 and 7 show the characteristics and real-time gas response of the gas sensor according to the present invention.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numbers are used throughout the drawings to indicate like elements. In this specification for purposes of explanation, various descriptions are presented to provide an understanding of the present invention. However, it is apparent that these embodiments may be practiced without this specific description. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or steps However, it should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.

종래의 UV 빛으로 동작하는 산화물 반도체형 가스센서는 강한 에너지의 빛에서는 빠른 표면 흡/탈착 반응을 갖지만 센서의 response 값이 떨어진다는 문제점을 갖는다. 반대로 빛의 에너지가 낮을 때는 response 값은 높지만 표면 반응이 느려, 최적의 조건이라고 보기 힘들다. 이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명은, 흡착 단계에서는 긴 파장(낮은 에너지)의 빛을 인가하여 높은 response 값을 확보하며, 탈착 단계에서는 낮은 파장(높은 에너지)의 빛을 인가하여 탈착 반응을 활성화하여 센서의 performance를 높인다.Conventional oxide semiconductor type gas sensors that operate with UV light have a fast surface adsorption/desorption reaction in strong energy light, but have a problem in that the response value of the sensor is lowered. Conversely, when the light energy is low, the response value is high, but the surface reaction is slow, so it is difficult to see it as an optimal condition. In the present invention to solve this problem, in the adsorption step, a high response value is obtained by applying light of a long wavelength (low energy), and in the desorption step, light of a low wavelength (high energy) is applied to activate the desorption reaction. improve sensor performance.

본 발명으로 인가하는 빛의 파장을 조절하여 산화물 반도체형 가스센서의 반응성 및 표면 반응 속도를 높여 기존의 한가지 파장의 빛을 이용한 산화물 반도체형 가스센서의 한계점을 극복하여 센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 빛 에너지를 이용한 기존의 모든 산화물 반도체형 가스센서에 적용할 수 있어 상온 구동이 필수인 웨어러블 헬스케어 시스템 등의 응용에 큰 도움이 될 수 있다.By adjusting the wavelength of light applied by the present invention, the reactivity and surface reaction speed of the oxide semiconductor gas sensor can be increased, and the performance of the sensor can be greatly improved by overcoming the limitations of the existing oxide semiconductor type gas sensor using light of one wavelength. there is. In addition, since it can be applied to all existing oxide semiconductor gas sensors using light energy, it can be of great help in applications such as wearable healthcare systems that require room temperature operation.

본 발명은 산화물 반도체를 센싱 물질로 이용한 산화물 반도체형 가스센서를 기본으로, UV-LED를 이용하여 상온에서 센서를 구동시키고, 더 나아가 빛의 파장을 조절하여 센서 특성을 개선하는 방법에 관한 것이다. 발명 단계로 우선 소자는 스퍼터링을 통한 TFT 구조이며 센서 표면 위에 각각 다른 파장의 UV-LED를 배치하여 추가적인 열 에너지원 없이 상온에서 구동 가능하게 한다. 그리고 이후에 목표 가스를 흡착할 때는 긴 파장(낮은 에너지)의 UV-LED를, 그리고 탈착 시에는 짧은 파장(높은 에너지)를 조사하여 높은 반응성 및 빠른 탈착율을 확보하는 단계로 이루어진다.The present invention relates to a method for improving sensor characteristics by driving the sensor at room temperature using a UV-LED and further adjusting the wavelength of light based on an oxide semiconductor type gas sensor using an oxide semiconductor as a sensing material. As an inventive step, the first element is a TFT structure through sputtering, and by arranging UV-LEDs of different wavelengths on the sensor surface, it can be driven at room temperature without an additional heat energy source. Then, when the target gas is adsorbed, long wavelength (low energy) UV-LED is irradiated, and when desorption, short wavelength (high energy) is irradiated to secure high reactivity and fast desorption rate.

검출하고자 하는 대상 가스는 산화물 반도체층과의 표면 흡착 또는 탈착 반응을 가속화하는 고유의 임계 자외선 에너지 세기를 갖는다. 이러한 고유의 임계 자외선 에너지 세기는 대상 가스의 결합 에너지 등을 고려하여 대상 가스 별로 결정되는 것이며, 본 발명에서는 미리 검출하고자 하는 대상 가스의 임계 자외선 에너지 세기 정보를 갖고, 이러한 정보에 기초하여 자외선 조사 장치를 제어하여 목표 가스를 흡착할 때는 낮은 에너지 자외선을 조사하고, 탈착시에는 높은 에너지의 자외선을 조사할 수 있게 되는 것이다.A target gas to be detected has a unique critical ultraviolet energy intensity that accelerates a surface adsorption or desorption reaction with the oxide semiconductor layer. This unique critical ultraviolet energy intensity is determined for each target gas in consideration of the binding energy of the target gas, etc., and in the present invention, the threshold ultraviolet energy intensity information of the target gas to be detected in advance is provided, and the ultraviolet irradiation device is based on this information is controlled to irradiate low-energy ultraviolet rays when adsorbing the target gas, and irradiate high-energy ultraviolet rays when desorbing the target gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서는, 박막 트랜지스터 소자; 및 자외선 조사 장치를 포함한다.A room-temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation according to an embodiment of the present invention includes a thin film transistor element; and an ultraviolet irradiation device.

박막 트랜지스터 소자는 기판; 상기 기판 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상의 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상의 산화물 반도체층; 상기 산화물 반도체층 상에 서로 이격되어 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 소자의 사시도를 도시한다. 박막 트랜지스터 소자는 도 1과 같이 바텀 게이트 박막 트랜지스터 구조를 이용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 후술하는 것과 같이 소스 전극 및 드레인 전극을 인터디지테이티드 형태를 갖도록 배치함으로써 검출 대상 가스와 효과적인 표면 반응을 위해 접촉 면적을 넓힐 수 있는 구조를 만들 수 있기 때문이다.The thin film transistor device may include a substrate; a gate electrode on the substrate; a gate insulating layer on the gate electrode; an oxide semiconductor layer on the gate insulating layer; A source electrode and a drain electrode are spaced apart from each other and disposed on the oxide semiconductor layer. 1 shows a perspective view of a thin film transistor device according to an embodiment of the present invention. The thin film transistor element preferably uses a bottom gate thin film transistor structure as shown in FIG. 1 . This is because, as will be described later, by arranging the source electrode and the drain electrode to have an interdigitated shape, a structure capable of widening the contact area for an effective surface reaction with a gas to be detected can be made.

게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극은 전극 물질로 이용 가능한 것이면 무엇이든 가능하며 이에 대한 특별한 제한은 없다.The gate electrode, the source electrode, and the drain electrode may be any material that can be used as an electrode material, and there is no particular limitation thereon.

게이트 절연층은 알루미늄 산화막이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.An aluminum oxide film may be used as the gate insulating layer, but is not limited thereto.

산화물 반도체는 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide) 중 어느 하나가 이용될 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.As the oxide semiconductor, any one of IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide), GZO (Gallium Zinc Oxide), IGO (Indium Gallium Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), and ITO (Indium Tin Oxide) is used. It may be, but is not necessarily limited thereto.

소스 전극 및 드레인 전극은 인터디지테이티드 형태(interdigitated pattern; IDE pattern)를 가짐으로써 대상 가스와 금속 산화물 반도체 간의 표면 반응을 위한 접촉 면적을 넓히는데 이용되어 반응 민감도를 높일 수 있다.The source electrode and the drain electrode may have an interdigitated pattern (IDE pattern), thereby increasing a contact area for a surface reaction between a target gas and a metal oxide semiconductor, thereby increasing reaction sensitivity.

자외선 조사 장치는 자외선을 조사하는 장치로써, UV-LED 자외선을 조사할 수 있다. 자외선 조사 장치는 자외선의 세기(파장)를 변경시킬 수 있는 조사 장치가 1개가 배치될 수도 있고, 2개 이상의 서로 상이한 세기의 자외선을 조사하는 자외선 조사 장치가 배치될 수도 있다.The ultraviolet irradiation device is a device for irradiating ultraviolet rays, and may irradiate UV-LED ultraviolet rays. One UV irradiation device capable of changing the intensity (wavelength) of ultraviolet light may be disposed, or two or more ultraviolet irradiation devices may be disposed that emit ultraviolet rays having different intensities.

자외선 조사 장치는 자외선의 세기, 자외선 광원과 박막 트랜지스터 소자 사이의 거리, 자외선 조사 면적 등을 제어하여 조사할 수 있으며, 이러한 제어는 아두이노(arduino) 프로그램에 의해 제어될 수 있다. 또한, 랩뷰 프로그램에 의해 제어될 수도 있다.The UV irradiation device may irradiate by controlling the intensity of the UV light, the distance between the UV light source and the thin film transistor element, the UV irradiation area, and the like, and such control may be controlled by an Arduino program. Also, it can be controlled by the LabVIEW program.

본 발명의 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서는 박막 트랜지스터 소자에 의해 검출하고자 하는 대상 가스를 검출하게 되며, 이 경우 대상 가스는 위에서 언급한 것처럼 상기 산화물 반도체층과의 표면 흡착 또는 탈착 반응을 가속화하는 고유의 임계 자외선 에너지 세기를 갖고 있다.The room-temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation of the present invention detects a target gas to be detected by a thin film transistor device, and in this case, the target gas reacts with surface adsorption or desorption with the oxide semiconductor layer as described above. It has a unique critical ultraviolet energy intensity that accelerates the

종래 기술에서는 이러한 임계 자외선 에너지 세기에 대한 고려 없이 강한 에너지의 빛에서는 빠른 표면 흡/탈착 반응을 갖지만 센서의 response 값이 떨어진다는 문제점을 갖고 있었고, 반대로 빛의 에너지가 낮을 때는 response 값은 높지만 표면 반응이 느리다는 문제점을 갖고 있었다.In the prior art, there was a problem that the response value of the sensor was lowered despite having a fast surface adsorption/desorption reaction in light of strong energy without considering the critical ultraviolet energy intensity, and on the contrary, when the light energy was low, the response value was high but the surface reaction I had the problem of being slow.

본 발명에서는 이러한 임계 자외선 에너지 세기를 이용해 최적의 센서 민감도 및 탈착도를 제어하는 내용을 개시하며, 이러한 제어는 자외선 조사 장치를 이용해 인가되는 자외선의 세기를 제어함으로써 달성하였다.The present invention discloses the content of controlling the optimal sensor sensitivity and desorption by using the critical ultraviolet energy intensity, and this control was achieved by controlling the intensity of the applied ultraviolet light using an ultraviolet irradiation device.

본 발명에서 자외선 조사 장치는 박막 트랜지스터 소자에 대상 가스를 흡착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하고, 박막 트랜지스터 소자에서 대상 가스를 탈착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사한다.In the present invention, the ultraviolet irradiation device irradiates ultraviolet rays having an energy intensity lower than the critical ultraviolet energy intensity in the step of adsorbing the target gas to the thin film transistor element, and irradiates ultraviolet rays with energy intensity higher than the threshold ultraviolet energy intensity in the step of desorbing the target gas from the thin film transistor element. Irradiate high-intensity ultraviolet rays.

박막 트랜지스터 소자에 대상 가스를 흡착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하여 대상 가스와 상기 산화물 반도체층 간의 표면 반응을 높여 검출 민감도를 향상시키고, 박막 트랜지스터 소자에서 대상 가스를 탈착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사하여 대상 가스의 탈착 반응을 활성화하여 다시 대상 가스의 검출이 가능한 상태로 되돌리는 것이다. In the step of adsorbing the target gas to the thin film transistor element, ultraviolet rays having an energy intensity lower than the critical ultraviolet energy intensity are irradiated to increase the surface reaction between the target gas and the oxide semiconductor layer to improve detection sensitivity, and to desorb the target gas from the thin film transistor element. In the step of irradiating ultraviolet light with an energy intensity higher than the critical ultraviolet energy intensity to activate the desorption reaction of the target gas, the target gas is returned to a detectable state.

정리하면, 이러한 조사되는 자외선의 세기를 제어함으로써 흡착 단계에서는 긴 파장(낮은 에너지)의 빛을 인가하여 높은 response 값을 확보하며, 탈착 단계에서는 낮은 파장(높은 에너지)의 빛을 인가하여 탈착 반응을 활성화하여 센서의 performance를 높인다. 따라서, 본 발명으로 사용하는 빛의 파장을 적절한 시기에 맞춰 인가하여 높은 반응성과 빠른 표면 반응 모두 확보할 수 있다는 장점을 갖는다.In summary, by controlling the intensity of the irradiated ultraviolet rays, a high response value is obtained by applying long wavelength (low energy) light in the adsorption step, and a desorption reaction is performed by applying low wavelength (high energy) light in the desorption step. Activate it to improve sensor performance. Therefore, it has the advantage that both high reactivity and fast surface reaction can be secured by applying the wavelength of light used in the present invention at an appropriate time.

지금까지 본 발명의 실시예에 따른 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서에 대해 설명하였으며, 이하에서는 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서를 이용한 대상 가스의 검출 방법에 대해 설명하도록 하겠다. 위에서 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 반복 설명을 생략하도록 하겠다.So far, a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet rays according to an embodiment of the present invention has been described, and hereinafter, a method for detecting a target gas using a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet rays will be described. . Repeated descriptions of parts overlapping with those described above will be omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서를 이용한 대상 가스의 검출 방법의 순서도를 도시한다.2 is a flow chart of a method for detecting a target gas using a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet rays according to an embodiment of the present invention.

도 2에서 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서를 이용한 대상 가스의 검출 방법은, 대상 가스를 검출하기 위한 박막 트랜지스터 소자; 및 자외선 조사 장치를 준비하는 단계(S 210); 대상 가스를 흡착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하는 단계(S 220); 및 대상 가스를 탈착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사하는 단계(S 230)를 포함한다.As shown in FIG. 2 , a method for detecting a target gas using a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet rays according to an embodiment of the present invention includes a thin film transistor element for detecting the target gas; and preparing an ultraviolet irradiation device (S 210); In the step of adsorbing the target gas, irradiating ultraviolet light having an energy intensity lower than the critical ultraviolet energy intensity (S220); and in the step of desorbing the target gas, irradiating ultraviolet light having an energy intensity higher than a critical ultraviolet energy intensity (S230).

S 210 단계에서는 박막 트랜지스터 소자; 및 자외선 조사 장치를 준비한다.In step S210, the thin film transistor device; and an ultraviolet irradiation device.

S 220 단계에서는 대상 가스를 흡착시키는 경우이므로 검출하고자 하는 대상 가스의 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하여 반응 민감도를 높인다.In step S220, since the target gas is adsorbed, reaction sensitivity is increased by irradiating ultraviolet light having an energy intensity lower than the critical ultraviolet energy intensity of the target gas to be detected.

S 230 단계에서는 대상 가스를 탈착시키는 경우이므로 대상 가스의 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사하여 탈착율을 높임으로써 다음 가스 유입 순환을 빠르게 할 수 있다.In step S230, since the target gas is desorbed, the next gas inflow cycle can be accelerated by irradiating ultraviolet rays having an energy intensity higher than the critical ultraviolet energy intensity of the target gas to increase the desorption rate.

상기 자외선 조사 장치는 2개 이상일 수 있다.The number of ultraviolet irradiation devices may be two or more.

상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 인터디지테이티드 형태(IDE pattern)를 가짐으로써 대상 가스와 금속 산화물 반도체 간의 표면 반응을 위한 접촉 면적을 넓힐 수 있다.Since the source electrode and the drain electrode have an IDE pattern, a contact area for a surface reaction between the target gas and the metal oxide semiconductor may be increased.

상기 자외선 조사 장치는 아두이노 프로그램에 의해 제어될 수 있다.The ultraviolet irradiation device may be controlled by an Arduino program.

이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the content of the present invention will be further described with specific examples.

본 발명에서 사용한 산화물 반도체형 가스 센서는 바텀 게이트 박막 트랜지스터 구조를 기본으로 하였다. 기판은 봉규산염 유리 기판위에 50nm의 크롬을 증착시킨 후 사진 식각을 이용하여 게이트 전극을 미세 패턴하였다. 전극이 형성된 기판 상단부에는 원자층 증착법을 통해 약 50nm 두께의 알루미늄 산화막을 증착하여 게이트 절연막을 형성하였다. 이후에 스퍼터링 장비를 통해 20nm 두께의 인듐-갈륨-아연 산화물 박막을 형성하여 섭씨 300℃의 상압 조건에서 열처리를 진행하였다. 형성된 인듐-갈륨-아연 산화막은 사진식각을 통해 일정한 간격의 인터디지테이티드(깍지형 구조)(W/L : 1000/30㎛)를 형성하였다. 이와 같은 깍지형 구조는 감지하고자 하는 가스와의 효과적인 표면반응을 위해 접촉 면적을 넓히기 위해 사용되었다. 마지막으로 리프트오프 공정을 통해 인듐-아연 산화물 전극을 증착 및 패턴하여 박막 트랜지스터를 완성하였다. The oxide semiconductor type gas sensor used in the present invention is based on a bottom gate thin film transistor structure. After depositing 50 nm of chromium on the borosilicate glass substrate, the gate electrode was finely patterned using photolithography. A gate insulating film was formed by depositing an aluminum oxide film having a thickness of about 50 nm through an atomic layer deposition method on the upper portion of the substrate where the electrode was formed. Thereafter, a 20 nm thick indium-gallium-zinc oxide thin film was formed using sputtering equipment, and heat treatment was performed under normal pressure conditions of 300°C. The formed indium-gallium-zinc oxide film formed interdigitated (interdigitated structure) (W/L: 1000/30 μm) at regular intervals through photolithography. Such an interdigitated structure was used to widen the contact area for effective surface reaction with the gas to be sensed. Finally, the thin film transistor was completed by depositing and patterning an indium-zinc oxide electrode through a lift-off process.

위와 같이 완성된 트랜지스터형 가스센서를 목표 가스인 이산화질소를 감지하기 위해 가스 챔버에 배치한 후 소자 위 0.5cm 거리에 405nm(작은 에너지)와 365nm(큰 에너지) 파장의 UV-LED를 배치하였다. UV-LED는 아두이노를 통해 전압을 공급하고 가스 센싱 시 기본적으로 405nm 파장의 background UV-LED(UVBKG)를 조사하며 탈착 시에 5초 동안 365nm 파장의 탈착 triggering UV-LED(UVTRG)를 추가적으로 조사하여 순간적인 표면 가스 입자 탈착을 진행한다. 탈착율을 높임으로써 다음 가스 유입 순환을 빠르게 대비할 수 있어 가스센서의 중요한 요소로 작용한다. UV LED의 강도는 UV-Optometer를 사용하여 2mW cm-2로 조정되었다.The transistor type gas sensor completed as above was placed in a gas chamber to detect the target gas, nitrogen dioxide, and UV-LEDs with wavelengths of 405 nm (small energy) and 365 nm (large energy) were placed at a distance of 0.5 cm above the device. UV-LED supplies voltage through Arduino, basically irradiates 405nm wavelength background UV-LED (UV BKG ) when sensing gas, and triggers desorption triggering UV-LED (UV TRG ) with 365nm wavelength for 5 seconds when detaching. Further investigation proceeds with instantaneous surface gas particle desorption. By increasing the desorption rate, it is possible to quickly prepare for the next gas inflow cycle, which acts as an important element of the gas sensor. The intensity of the UV LED was adjusted to 2mW cm -2 using a UV-Optometer.

도 3은 두 가지 UV-LED 조건 아래 반도체 산화막 표면에서의 가스 반응을 나타내었다. UV-LED에 의해 IGZO 박막내의 전자-정공 쌍이 생성되어 이산화질소와 반응해 표면에 흡착시키고, 탈착 단계에서는 더욱 강한 빛에너지에 의해 표면에 흡착되어 있던 가스가 다시 공기 중으로 탈착하게 된다. 탈착율을 높임으로써 다음 가스 유입 순환을 빠르게 대비할 수 있어 가스센서의 중요한 요소로 작용한다. 도 4 및 도 5는 기존의 한 가지 파장의 빛 아래에서의 가스 반응을 도시하고, 도 6 및 7은 본 발명으로 인한 가스센서의 특성 및 실시간 가스 반응을 도시한다. 도 6 및 7에서 보는 것처럼 본 발명으로 인한 가스센서의 특성 및 실시간 가스 반응은, 도 4 및 도 5의 기존의 한 가지 파장의 빛 아래서의 가스 반응과 비교하여 특성이 개선되었음을 확인할 수 있다.Figure 3 shows the gas reaction on the surface of the semiconductor oxide film under two UV-LED conditions. Electron-hole pairs in the IGZO thin film are generated by UV-LED and react with nitrogen dioxide to be adsorbed on the surface. In the desorption step, the gas adsorbed on the surface is desorbed into the air again by stronger light energy. By increasing the desorption rate, it is possible to quickly prepare for the next gas inflow cycle, which acts as an important element of the gas sensor. 4 and 5 show a gas response under a conventional one-wavelength light, and FIGS. 6 and 7 show the characteristics and real-time gas response of the gas sensor according to the present invention. As shown in FIGS. 6 and 7, it can be confirmed that the characteristics and real-time gas response of the gas sensor according to the present invention are improved compared to the conventional gas response under one wavelength of light in FIGS. 4 and 5.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.

Claims (10)

기판; 상기 기판 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상의 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상의 산화물 반도체층; 상기 산화물 반도체층 상에 서로 이격되어 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는, 박막 트랜지스터 소자; 및
자외선 조사 장치를 포함하고,
상기 박막 트랜지스터 소자에 의해 검출하고자 하는 대상 가스를 검출하게 되며,
상기 대상 가스는 상기 산화물 반도체층과의 표면 흡착 또는 탈착 반응을 가속화하는 고유의 임계 자외선 에너지 세기를 갖고 있고,
상기 자외선 조사 장치는 상기 박막 트랜지스터 소자에 대상 가스를 흡착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하고, 상기 박막 트랜지스터 소자에서 대상 가스를 탈착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사하는,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서.
Board; a gate electrode on the substrate; a gate insulating layer on the gate electrode; an oxide semiconductor layer on the gate insulating layer; a thin film transistor element including a source electrode and a drain electrode disposed spaced apart from each other on the oxide semiconductor layer; and
Including an ultraviolet irradiation device,
The target gas to be detected is detected by the thin film transistor element,
The target gas has a unique critical ultraviolet energy intensity that accelerates a surface adsorption or desorption reaction with the oxide semiconductor layer,
In the step of adsorbing the target gas to the thin film transistor element, the ultraviolet irradiation device irradiates ultraviolet light having an energy intensity lower than the critical ultraviolet energy intensity, and in the step of desorbing the target gas from the thin film transistor element, the ultraviolet light having an energy intensity higher than the threshold ultraviolet energy intensity is irradiated. irradiated with ultra-violet rays,
Room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
제 1 항에 있어서,
상기 자외선 조사 장치는 2개 이상인,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서.
According to claim 1,
The ultraviolet irradiation device is two or more,
Room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
제 1 항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터 소자에 대상 가스를 흡착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하여 대상 가스와 상기 산화물 반도체층 간의 표면 반응을 높여 검출 민감도를 향상시키는,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서.
According to claim 1,
In the step of adsorbing the target gas to the thin film transistor element, ultraviolet rays having an energy intensity lower than the critical ultraviolet energy intensity are irradiated to increase a surface reaction between the target gas and the oxide semiconductor layer to improve detection sensitivity.
Room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
제 1 항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터 소자에서 대상 가스를 탈착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사하여 대상 가스의 탈착 반응을 활성화하여 다시 대상 가스의 검출이 가능한 상태로 되돌리는,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서.
According to claim 1,
In the step of desorbing the target gas from the thin film transistor device, ultraviolet rays having an energy intensity higher than the threshold ultraviolet energy intensity are irradiated to activate the desorption reaction of the target gas to return the target gas to a detectable state,
Room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
제 1 항에 있어서,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 인터디지테이티드 형태(interdigitated pattern; IDE pattern)를 가짐으로써 대상 가스와 금속 산화물 반도체 간의 표면 반응을 위한 접촉 면적을 넓히는,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서.
According to claim 1,
The source electrode and the drain electrode have an interdigitated pattern (IDE pattern) to widen the contact area for surface reaction between the target gas and the metal oxide semiconductor,
Room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
제 1 항에 있어서,
상기 자외선 조사 장치는 아두이노(arduino) 프로그램에 의해 제어되는,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서.
According to claim 1,
The ultraviolet irradiation device is controlled by an Arduino program,
Room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
기판; 상기 기판 상의 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상의 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상의 산화물 반도체층; 상기 산화물 반도체층 상에 서로 이격되어 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는, 대상 가스를 검출하기 위한 박막 트랜지스터 소자; 및 자외선 조사 장치를 준비하는 단계;
대상 가스를 흡착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 낮은 에너지 세기의 자외선을 조사하는 단계; 및
대상 가스를 탈착시키는 단계에서는 임계 자외선 에너지 세기보다 높은 에너지 세기의 자외선을 조사하는 단계를 포함하고,
상기 대상 가스는 상기 산화물 반도체층과의 표면 흡착 또는 탈착 반응을 가속화하는 고유의 임계 자외선 에너지 세기를 갖고 있는,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서를 이용한 대상 가스의 검출 방법.
Board; a gate electrode on the substrate; a gate insulating layer on the gate electrode; an oxide semiconductor layer on the gate insulating layer; a thin film transistor element for detecting a target gas, including a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the oxide semiconductor layer; and preparing an ultraviolet irradiation device;
The step of adsorbing the target gas may include irradiating ultraviolet light having an energy intensity lower than a critical ultraviolet energy intensity; and
The step of desorbing the target gas includes irradiating ultraviolet light with an energy intensity higher than the critical ultraviolet energy intensity,
The target gas has a unique critical ultraviolet energy intensity that accelerates a surface adsorption or desorption reaction with the oxide semiconductor layer,
A method for detecting a target gas using a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
제 7 항에 있어서,
상기 자외선 조사 장치는 2개 이상인,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서를 이용한 대상 가스의 검출 방법.
According to claim 7,
The ultraviolet irradiation device is two or more,
A method for detecting a target gas using a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
제 7 항에 있어서,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 인터디지테이티드 형태(IDE pattern)를 가짐으로써 대상 가스와 금속 산화물 반도체 간의 표면 반응을 위한 접촉 면적을 넓히는,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서를 이용한 대상 가스의 검출 방법.
According to claim 7,
The source electrode and the drain electrode have an interdigitated form (IDE pattern) to widen the contact area for surface reaction between the target gas and the metal oxide semiconductor,
A method for detecting a target gas using a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
제 7 항에 있어서,
상기 자외선 조사 장치는 아두이노 프로그램에 의해 제어되는,
다중 자외선 조사를 이용한 상온 구동 산화물 반도체 가스 센서를 이용한 대상 가스의 검출 방법.
According to claim 7,
The ultraviolet irradiation device is controlled by an Arduino program,
A method for detecting a target gas using a room temperature driven oxide semiconductor gas sensor using multiple ultraviolet irradiation.
KR1020210088835A 2021-07-07 2021-07-07 Room temperature operrable semiconductor type gas sensors enabled by illumination of multi spectral ultraviolet illumination KR102591092B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210088835A KR102591092B1 (en) 2021-07-07 2021-07-07 Room temperature operrable semiconductor type gas sensors enabled by illumination of multi spectral ultraviolet illumination

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210088835A KR102591092B1 (en) 2021-07-07 2021-07-07 Room temperature operrable semiconductor type gas sensors enabled by illumination of multi spectral ultraviolet illumination

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230008326A true KR20230008326A (en) 2023-01-16
KR102591092B1 KR102591092B1 (en) 2023-10-17

Family

ID=85110071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210088835A KR102591092B1 (en) 2021-07-07 2021-07-07 Room temperature operrable semiconductor type gas sensors enabled by illumination of multi spectral ultraviolet illumination

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102591092B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100895258B1 (en) * 2007-06-29 2009-04-29 연세대학교 산학협력단 Carbon Nanotube Based Gas Sensor and Operating Method Thereof
KR20180064110A (en) * 2016-12-05 2018-06-14 엘지이노텍 주식회사 Semiconductor sensor, menufacturing method for the semiconductor sensor and sensing device
KR101942174B1 (en) * 2017-02-09 2019-01-25 한밭대학교 산학협력단 Gas detection sensor using complex perovskite oxide and its fabrication method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100895258B1 (en) * 2007-06-29 2009-04-29 연세대학교 산학협력단 Carbon Nanotube Based Gas Sensor and Operating Method Thereof
KR20180064110A (en) * 2016-12-05 2018-06-14 엘지이노텍 주식회사 Semiconductor sensor, menufacturing method for the semiconductor sensor and sensing device
KR101942174B1 (en) * 2017-02-09 2019-01-25 한밭대학교 산학협력단 Gas detection sensor using complex perovskite oxide and its fabrication method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jun Min Suh, et al. Mater Adv, 2021, 2, pp827-844.* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102591092B1 (en) 2023-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gu et al. Visible-light activated room temperature NO2 sensing of SnS2 nanosheets based chemiresistive sensors
Ko et al. Recovery improvement for large-area tungsten diselenide gas sensors
Kim et al. Toward adequate operation of amorphous oxide thin-film transistors for low-concentration gas detection
Kang et al. Light-assisted recovery of reacted MoS2 for reversible NO2 sensing at room temperature
Duy et al. Flexible transparent reduced graphene oxide sensor coupled with organic dye molecules for rapid dual‐mode ammonia gas detection
Park et al. UV-enhanced NO2 gas sensing properties of SnO2-core/ZnO-shell nanowires at room temperature
Xu et al. Light-activated gas sensing activity of ZnO nanotetrapods enhanced by plasmonic resonant energy from Au nanoparticles
Mirza et al. Response enhancement mechanism of NO2 gas sensing in ultrathin pentacene field-effect transistors
Khan et al. Nanojunction effects in multiple ZnO nanowire gas sensor
Chen et al. Gas sensing properties of indium–gallium–zinc–oxide gas sensors in different light intensity
Li et al. Enhancement of photoresponse and UV-assisted gas sensing with Au decorated ZnO nanofibers
Sui et al. Room-temperature ozone sensing capability of IGZO-decorated amorphous Ga2O3 films
US20100001211A1 (en) Method and apparatus for enhancing detection characteristics of a chemical sensor system
Liu et al. Low bias photoelectrocatalytic (PEC) performance for organic vapour degradation using TiO2/WO3 nanocomposite
Cai et al. Room temperature detection of NO2 gas under UV irradiation based on Au nanoparticle-decorated porous ZnO nanowires
Jeng et al. A dynamic equilibrium method for the SnO2-based ozone sensors using UV-LED continuous irradiation
Zhu et al. Room-temperature self-powered ethanol sensor based on the piezo-surface coupling effect of heterostructured α-Fe2O3/ZnO nanowires
Wu et al. Improving the sensitive and selective of trace amount ozone sensor on Indium-Gallium-Zinc Oxide thin film by ultraviolet irradiation
Becker et al. Ozone detection using low-power-consumption metal–oxide gas sensors
Jang et al. Improved dynamic responses of room-temperature operable field-effect-transistor gas sensors enabled by programmable multi-spectral ultraviolet illumination
EP3827251A1 (en) Top gate thin film transistor gas sensor
KR102591092B1 (en) Room temperature operrable semiconductor type gas sensors enabled by illumination of multi spectral ultraviolet illumination
Sihar et al. Ultraviolet light-assisted copper oxide nanowires hydrogen gas sensor
Chen et al. Study of a platinum nanoparticle (Pt NP)/amorphous In-Ga-Zn-O (A-IGZO) thin-film-based ammonia gas sensor
Maier et al. Room-temperature dosimeter-type gas sensors with periodic reset

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant