$In_2O_3$ 계 산화물 반도체형 후막 오존 가스센서의 제조

Fabrication of $In_2O_3$-based oxide semiconductor thick film ozene gas sensor

In\sub 2\O\sub 3\ 계 산화물 반도체형 후막센서의 ppb 범위의 오존에 대한 감지특성을 살펴보았다. In\sub 2\O\sub 감지막은 오존에 감도가 상당히 높았지만 안정된 신호를 얻을 수 없었다. In\sub 2\O\sub에 3wt.% 의 Fe\sub 2\O\sub 3\를 첨가한 경우에는, 순수한 In\sub 2\O\sub 와 비교할 때 응답 시간과 감도에 있어서 감지 특성의 향상이 관찰되었지만, 센서 신호가 시간에 따라 계속 증가되는 경향은 크게 개선되지 않았다. 그러나 In\sub 2\O\sub:Fe\sub 2\O\sub 3\ 혼합 분말의 열처리는 감도가 감소하기는 하였지만 센서의 오존 응답 및 회복 특성을 증진시켰다. 특히 1300℃ 정도의 고온에서 혼합 분말을 열처리 하여 제조한 감지막은 감도의 감소는 있었지만 550℃ 의 측정 온도에서 빠른 응답 및 회복 특성과 센서 신호가 최대값으로 빠르게 수렴함을 확인할 수 있었다. 또한 이들 센서는 오존에 대해 센서 신호의 선형적인 농도 의존성을 나타내었으며, 반복 실험을 행할 때 센서 신호의 재현성을 보여주었다. 따라서 본 연구에서 제조한 후 막 가스센서를 사용하여 ppb 범위의 오존 농도를 신뢰성있게 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다.

$In_2O_3$-based thick films for the ozone detection of ppb range have been investigated. The $In_2O_3$ sensing layer is quite sensitive to ozone, but the saturated stable sensitivity cannot be obtained at the ozone exposure of 100 ppb for 5 min. The addition of $Fe_2O_3$ into $In_2O_3$ indicates some improvement in response time and sensitivity, but it seems the improvement is not good enough for real applications. Firing of $In_2O_3$:$Fe_2O_3$ powder induces remarkable improvement in response and recovery, although the sensitivity decrease. The sensing layer fired at $1300^{\circ}C$ and operated $550^{\circ}C$ shows excellent properties of fast response time, saturated stable sensitivity and rapid recovery characteristics to 100 ppb ozone exposure for 5 min. Especially, it shows the reproducibility of the sensor signal for repeated measurements and the linearity between the ozone concentration and the sensor resistance. The preliminary results clearly demonstrated that the sensor can be successfully applied for the ozone detection of ppb range.