Low power bridge type micro gas sensors were fabricated by micro machining technology with TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) solution. The sensing devices with different heater materials such as metal and poly-silicon were obtained using CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) compatible process. The tellurium films as a sensing layer were deposited on the micro machined substrate using shadow silicon mask. The low power micro gas sensors showed high sensitivity to NO with high speed. The pure tellurium film used micro gas sensor showed good sensitivity than transition metal (Pt, Ti) used tellurium film.
Gas sensing materials for detecting inflammable gas such as alcohol, propane, acetic acid, carbon monoxide, hydrogen were developed by utiliting $MgO-Cr_2O_3-TiO_2$ system. Between 30$0^{\circ}C$ and 50$0^{\circ}C$, reversible chemisorption becomes dominant and the electrical canduction of P-type semiconductive with the gas chemisorption. The ceramic sensor exhibits a high sensitivity to particular reducing gas such as alcohol, whereas propane and butane have little effect on the resistivity. The time response of adsorption is estimated to be about 20 sec. On the other hand, the desorption process, which corresponds to oxidation due to oxygen adsorption, take more than 60 sec. Thus the ceramic sensor can be used as a alcohol sensor in an ambient aunosphere. As the oxygen concentration is increased from 0.1 to 10 precent($10^3-10^6ppm$), the resistance decreases rapidly but stabilizes at higher concentration.
본 논문에서는 산화주석 기반 반도체식 가스센서의 제조사양을 분석하여 측정회로를 설계하였다. 또한, 실제 가스안전관리 산업현장에서 가스센서를 사용하기 위하여 응답특성시험을 통한 최적 입출력 방정식을 도출하였다. 산화물 반도체 가스센서의 응답특성은 6종의 농도를 가진 표준가스를 제조하여 주입하며 출력전압을 측정을 통해 분석되었다. 각각 농도가 다른 가스의 주입에 대한 센서의 출력 전압의 관계를 룩업 테이블로 생성하였다. 생성된 룩업테이블의 데이터가 등간격이면 근사함수법으로 다항식을 도출할 수 있다. 그래서 5차의 다항식을 정의하고, 그 계수를 최소자승법으로 구하여 센서의 입출력 특성을 대표하는 5차 다항식을 완성하였다. 제안된 5차 다항식이 가스검지기 등에 실제로 적용되기 위해서는 다항식의 역변환이나 사이 값이 추가된 배열형태로 프로그래밍이 다시 생성되어져야 한다. 본 연구에서는 사이 값을 1/5로 세밀하게 구분 및 보간을 계산하여 배열형태로 구현되었다. 제안한 5차 캘리브레이션 교정식의성능은 표준가스를 주입 및 그 농도를 측정했을 때 일차방정식보다 오차가 감소됨을 확인되었다.
We report on the efficient detection of NO gas by an all-oxide semiconductor p-n heterojunction diode structure comprised of n-type zinc oxide (ZnO) nanorods embedded in p-type copper oxide (CuO) thin film. The CuO thin film/ZnO nanorod heterostructure was fabricated by directly sputtering CuO thin film onto a vertically aligned ZnO nanorod array synthesized via a hydrothemal method. The transport behavior and NO gas sensing properties of the fabricated CuO thin film/ZnO nanorod heterostructure were charcterized and revealed that the oxide semiconductor heterojunction exhibited a definite rectifying diode-like behavior at various temperatures ranging from room temperature to $250^{\circ}C$. The NO gas sensing experiment indicated that the CuO thin film/ZnO nanorod heterostructure had a good sensing performance for the efficient detection of NO gas in the range of 2-14 ppm under the conditions of an applied bias of 2 V and a comparatively low operating temperature of $150^{\circ}C$. The NO gas sensing process in the CuO/ZnO p-n heterostructure is discussed in terms of the electronic band structure.
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.
We report the effect of the fabric of the surface microstructure on the CO gas sensing properties of $SnO_2$ thin films deposited on self-assembled Au nanodots ($SnO_2$/Au) that were formed on $SiO_2/Si$ substrates. We characterized structural and morphological properties, comparing them to those of $SnO_2$ thin films deposited directly onto $SiO_2/Si$ substrates. We observed a significant enhancement of CO gas sensing properties in the $SnO_2$/Au gas sensors, specifically exhibiting a high maximum response at $200^{\circ}C$ and quite a low detection limit of 1 ppm level in dry air. In particular, the response of the $SnO_2/Au$ gas sensor was found to reach the maximum value of 32.5 at $200^{\circ}C$, which is roughly 27 times higher than the response (~1.2) of the $SnO_2$ gas sensor obtained at the same operating temperature of $200^{\circ}C$. Furthermore, the $SnO_2/Au$ gas sensors displayed very fast response and recovery behaviors. The observed enhancement in the CO gas sensing properties of the $SnO_2/Au$ sensors is mainly ascribed to the formation of a nanostructured morphology in the active $SnO_2$ layer having a high specific surface-reaction area by the insertion of a nanodot form of Au nucleation layer.
The potential application of ultrafine cerium oxide (ceria, $CeO_2$) as an oxygen gas sensor has been investigated. Ceria was synthesized by a thermochemical process: first, a precursor powder was prepared by spray drying cerium-nitrate solution. Heat treatment in air was then performed to evaporate the volatile components in the precursor, thereby forming nanostructured $CeO_2$ having a size of approximately 20 nm and specific surface area of 100 $m^2/g$. After sintering with loosely compacted samples, hydrogen-reduction heat treatment was performed at 773K to increase the degree of non-stoichiometry, x, in $CeO_{2-x}$. In this manner, the electrical conductivity and oxygen-response ability could be enhanced by increasing the number of oxygen vacancies. After the hydrogen reduction at 773K, $CeO_{1.5}$ was obtained with nearly the same initial crystalline size and surface. The response time $t_{90}$ measured at room temperature was extremely short at 4 s as compared to 14 s for normally sintered $CeO_2$. We believe that this hydrogen-reduced ceria can perform capably as a high-performance oxygen sensor with good response abilities even at room temperature.
$TiO_2,\;ZrO_2$, and $SiO_2$ were added in the concentration of 1 - 3 wt.% to improve long-term stability for the $SnO2$ thick film gas sensor. Short-term sensor resistances up to 90 h were measured to investigate the stabilization time of initial resistance in air. Long-term resistance drifts in air and in gas to 5000 ppm methane for the sensors annealed at $750^{\circ}C$ for 1 h and continuously heated at an operating temperature of $400^{\circ}C$ were also measured up to 90 days at an interval of 1 day. The long-term drifts in methane sensitivity for the three metal oxide-doped $SnO2$ sensors are closely related to methane sensitivity level, catalytic activity, and long-term drift in sensor resistance in air. Those stabilities are mainly discussed in terms of oxidation state and catalytic activity.
A sensor array (35mm'! in diaphragm dimension) of 12 sensing elements with different operating temperatures was optimized with respect to thermal operation. This sensor array with single heater on a glass diaphragm over back-etched silicon bulk realizes a novel concept of a sensor array: an way of sensor elements operated at different temperatures can yield more information than single measurement. The proposed micro sensor array could provide well-integrated way structure because it has only single heater at the center of the diaphragm and used the various sensing properties of two kinds of metal oxide layers with various operating temperatures.
The accurate detection of environmental and biomarker gas species has attracted increasing attention due to their broad applications, such as air quality monitoring, disease diagnosis, and explosive chemicals detection. To accurately detect target gas species using chemiresistive gas sensors, using nanocatalysts on semiconducting metal oxides (SMOs) is considered the most promising approach. This review summarizes recent studies on methods for nanocatalysts functionalization on SMOs to achieve the highly selective gas sensors. To this end, we discuss various nanocatalyst decorated metal oxide-based chemiresistive gas sensors and provide an insight to construct highly accurate gas sensors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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