Gas identification techniques using pattern recognition methods were developed from four micro-electronic gas sensors for noxious gas mixture analysis. The target gases for the air quality monitoring inside vehicles were two exhaust gases, carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx), and two odor gases, ammonia (NH3) and formaldehyde (HCHO). Four MEMS gas sensors with sensing materials of Pd-SnO2 for CO, In2O3 for NOX, Ru-WO3 for NH3, and hybridized SnO2-ZnO material for HCHO were fabricated. In six binary mixed gas systems with oxidizing and reducing gases, the gas sensing behaviors and the sensor responses of these methods were examined for the discrimination of gas species. The gas sensitivity data was extracted and their patterns were determined using principal component analysis (PCA) techniques. The PCA plot results showed good separation among the mixed gas systems, suggesting that the gas mixture tests for noxious gases and their mixtures could be well classified and discriminated changes.
Chemical sensors have attracted much attention due to their various applications such as agriculture product, cosmetic and pharmaceutical components and clinical control. A conventional chemical and biological sensor is consists of fluorescent dye, optical light sources, and photodetector to quantify the extent of concentration. Such complicated system leads to rising cost and slow response time. Until now, the most contemporary thin film transistors (TFTs) are used in the field of flat panel display technology for switching device. Some papers have reported that an interesting alternative to flat panel display technology is chemical sensor technology. Recent advances in chemical detection study for using TFTs, benefits from overwhelming progress made in organic thin film transistors (OTFTs) electronic, have been studied alternative to current optical detection system. However numerous problems still remain especially the long-term stability and lack of reliability. On the other hand, the utilization of metal oxide transistor technology in chemical sensors is substantially promising owing to many advantages such as outstanding electrical performance, flexible device, and transparency. The top-gate structure transistor indicated long-term atmosphere stability and reliability because insulator layer is deposited on the top of semiconductor layer, as an effective mechanical and chemical protection. We report on the fabrication of InGaZnO TFTs with silver nanowire as the top gate electrode for the aim of chemical materials detection by monitoring change of electrical properties. We demonstrated that the improved sensitivity characteristics are related to the employment of a unique combination of nano materials. The silver nanowire top-gate InGaZnO TFTs used in this study features the following advantages: i) high sensitivity, ii) long-term stability in atmosphere and buffer solution iii) no necessary additional electrode and iv) simple fabrication process by spray.
Recoverable oil 농도별 처리에 따른 MOS(metal oxide sensor) 전자코를 이용한 향기 패턴 분석 결과 오일 함량이 증가함에 따라 제 1 주성분 값의 분포가 $0.05{\sim}-0.1$ 부근으로 이동하는 경향을 나타내었으며, 주성분 분석의 discrimination index가 89로서 첨가 농도에 따른 향기 패턴이 명확히 구별되고 있는 것으로 나타났다. 저장기간에 따른 향미 변화는 거의 없었으며 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 저장기간에 따른 recoverable oil 잔존량을 분석한 결과 $0.01\%$와 $0.03\%$의 경우 14일까지는 완만한 감소를 나타냈으며, 21일까지는 거의 변화가 없었으나 $0.05\%$의 경우 7일까지 급격히 감소되어지고 21일까지 완만한 감소를 나타내었다. 저장기간에 따른 총체적 관능검사 결과 $0.03\%$ 처리구의 경우 0일차부터 14일차까지 거의 변화가 없었으며, 14일차 이후 급격한 감소를 나타내었다. 오렌지 풍미에 대한 관능검사 결과에서도 $0.03\%$ 처리구의 경우 14일째까지 거의 변화가 없었으나 14일째 이후 급격한 감소를 나타내었다.
In this paper, we propose a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) binary image sensor with a gate/body-tied (GBT) PMOSFET-type photodetector for high-speed operation. The GBT photodetector of an active pixel sensor (APS) consists of a floating gate ($n^+$-polysilicon) tied to the body (n-well) of the PMOSFET. The p-n junction photodiode that is used in a conventional APS has a good dynamic range but low photosensitivity. On the other hand, a high-gain GBT photodetector has a high level of photosensitivity but a narrow dynamic range. In addition, the pixel size of the GBT photodetector APS is less than that of the conventional photodiode APS because of its use of a PMOSFET-type photodetector, enabling increased image resolution. A CMOS binary image sensor can be designed with simple circuits, as a complex analog to digital converter (ADC) is not required for binary processing. Because of this feature, the binary image sensor has low power consumption and high speed, with the ability to switch back and forth between a binary mode and an analog mode. The proposed CMOS binary image sensor was simulated and designed using a standard CMOS $0.18{\mu}m$ process.
Among various types of harmful gases, hydrogen sulfide is a strong toxic gas that is mainly generated during spillage and wastewater treatment at industrial sites. Hydrogen sulfide can irritate the conjunctiva even at low concentrations of less than 10 ppm, cause coughing, paralysis of smell and respiratory failure at a concentration of 100 ppm, and coma and permanent brain loss at concentrations above 1000 ppm. Therefore, rapid detection of hydrogen sulfide among harmful gases is extremely important for our safety, health, and comfortable living environment. Most hydrogen sulfide gas sensors that have been reported are electrical resistive metal oxide-based semiconductor gas sensors that are easy to manufacture and mass-produce and have the advantage of high sensitivity; however, they have low gas selectivity. In contrast, the electrochemical sensor measures the concentration of hydrogen sulfide using an electrochemical reaction between hydrogen sulfide, an electrode, and an electrolyte. Electrochemical sensors have various advantages, including sensitivity, selectivity, fast response time, and the ability to measure room temperature. However, most electrochemical hydrogen sulfide gas sensors depend on imports. Although domestic technologies and products exist, more research is required on their long-term stability and reliability. Therefore, this study includes the processes from electrode material synthesis to sensor fabrication and characteristic evaluation, and introduces the sensor structure design and material selection to improve the sensitivity and selectivity of the sensor. A sensor case was fabricated using a 3D printer, and an Ag reference electrode, and a Pt counter electrode were deposited and applied to a Polytetrafluoroethylene (PTFE) filter using PVD. The working electrode was also deposited on a PTFE filter using vacuum filtration, and an electrochemical hydrogen sulfide gas sensor capable of measuring concentrations as low as 0.6 ppm was developed.
The accurate detection of hydrogen gas molecules is considered to be important for industrial safety. However, the selective detection of the gas using semiconductive metal oxides (SMOs)-based sensors is challenging. Here, we describe the fabrication of H2 sensors in which a nanocellulose/graphene oxide (GO) hybrid membrane is attached to SnO2 nanosheets (NSs). One-dimensional (1D) nanocellulose fibrils are attached to the surface of GO NSs (GONC membrane) by mixing GO and nanocellulose in a solution. The as-prepared GONC membrane is employed as a sacrificial template for SnO2 NSs as well as a molecular sieving membrane for selective H2 filtration. The combination of GONC membrane and SnO2 NSs showed substantial selectivity to hydrogen gas (Rair / Rgas > 10 @ 0.8 % H2, 100 ℃) with noise level responses to interfering gases (H2S, CO, CH3COCH3, C2H5OH, and NO2). These remarkable sensing results are attributed mainly to the molecular sieving effect of the GONC membrane. These results can facilitate the development of a highly selective H2 detector using SMO sensors.
We present an easy method of preparing two-dimensional (2D) periodic hollow tin oxide ($SnO_2$) hemisphere array gas sensors using polystyrene (PS) spheres as a template. The structures were fabricated by the sputter deposition of thin tin (Sn) metal over an array of PS spheres on a planar substrate followed by calcination at an elevated temperature to oxidize Sn to $SnO_2$ while removing the PS template cores. The $SnO_2$ hemisphere array structures were examined by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The structures were calcined at various temperatures and their sensing properties were examined with varying operation temperatures and concentrations of nitric oxide (NO) gas. Their gas-sensing properties were investigated by measuring the electrical resistances in air and the target gases. The measurements were conducted at different NO concentrations and substrate temperatures. A minimum detection limit of 30 ppb, showing a sensitivity of S = 1.6, was observed for NO gas at an operation temperature of $150^{\circ}C$ for a sample having an Sn metal layer thickness corresponding to 30 sec sputtering time and calcined at $600^{\circ}C$ for 2 hr in air. We proved that high porosity in a hollow $SnO_2$ hemisphere structure allows easy diffusion of the target gas molecules. The results confirm that a 2D hollow $SnO_2$ hemisphere array structure of micronmeter sizes can be a good structural morphology for high sensitivity gas sensors.
반도체 센서(p-MOSFET)가 이온화 방사선에 노출되면 산화층내에 전자-정공이 생성되고, 이들 중에서 이동도가 낮은 정공은 이동중 산화층내에 트랩(trap)되어 센서의 출력 특성을 변화시킨다. 본 논문에서는 p-MOSFET를 방사선 누적선량 모니터링 센서로 활용하기 위해 국산 및 일산의 상용 p-MOSFET를 Co-60 $\gamma$선원을 갖춘 고준위 조사시설에서 조사한 후 출력특성의 변화를 분석하였다. 방사선 조사실험 결과 p-MOSFET는 조사된 누적 방사선량에 비례하여 문턱전압(threshold voltage, $V_T$)이 변화됨과 이 변화에는 선형적 특성을 지님을 알 수 있었다. 본 논문의 결과를 통하여 저가의 상용 p-MOSFET를 이용한 우수한 성능의 방사선 누적선량 모니터링 센서를 개발할 수 있음을 확인하였다.
We fabricated the electrolyte-dielectric-metal (EDM) sensor on the base of AAO (anodic aluminum oxide) template with variation of the anodizing temperature. When a surface is immersed or created in an aqueous solution, a discontinuity is formed at the interface where such physicochemical variables as electrical potential and electrolyte concentration change significantly from the aqueous phase to another phase. Because of the different chemical potentials between the two phases, charge separation often occurs at the interfacial region [1]. This interfacial region, togeter with the charged surface, is usually known as the electrical double layer (EDL) [2]. The structural and electrochemical properties of AAO sensor were investigated for applications in capacitive pH sensors. To change the thickness of the AAO template, the anodizing temperature was varied from $5^{\circ}C$ to $20^{\circ}C$, the thickness of the AAO template invreased from 300 nm to 477 nm. The pH sensitivity of sensors with the anodizing temperature of $20^{\circ}C$ showed the highest value of 56.4 mV/pH in the pH range of 3 to 11. The EDM sensor with the anodizing temperature of $20^{\circ}C$ exhibited the best long-term stability of 0.037 mV/h.
We developed a high-performance methane gas sensor based on a $SnO_2$ hollow hemisphere array structure of nano-thickness. The sensor structures were fabricated by sputter deposition of Sn metal over an array of polystyrene spheres distributed on a planar substrate, followed by an oxidation process to oxidize the Sn to $SnO_2$ while removing the polystyrene template cores. The surface morphology and structural properties were examined by scanning electron microscopy. An optimization of the structure for methane sensing was also carried out. The effects of oxidation temperature, film thickness, gold doping, and morphology were examined. An impressive response of ~220% was observed for a 200 ppm concentration of $CH_4$ gas at an operating temperature of $400^{\circ}C$ for a sample fabricated by 30 sec sputtering of Sn, and oxidation at $800^{\circ}C$ for 2 hr in air. This high response was enabled by the open structure of the hemisphere array thin films.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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