KR100751527B1 - Metal oxide nanowire by n2 treatment and metal catalyst and manufacturing method at the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 산화물 나노와이어 센서의 제조공정을 나타낸 도면이고,1 is a view showing a manufacturing process of a metal oxide nanowire sensor according to a preferred embodiment of the present invention,
도 2는 A 센서와 B 센서에 대하여, 350℃에서 1ppm의 H2S에 대한 센서 감도(Sensitivity) 특성을 나타낸 도면이고,FIG. 2 is a diagram illustrating sensor sensitivity characteristics of H 2 S of 1 ppm at 350 ° C. for A and B sensors.
도 3은 상기 A 센서와 B 센서에 대하여, 350℃에서 5ppm의 CO에 대한 센서 감도 특성을 나타낸 도면이고,3 is a diagram showing sensor sensitivity characteristics for 5 ppm of CO at 350 ° C. for the A and B sensors.
도 4는 상기 A 센서와 B 센서에 대하여, 350℃에서 5ppm의 NH3에 대한 센서 감도 특성을 나타낸 도면이고,4 is a diagram illustrating sensor sensitivity characteristics of NH 3 of 5 ppm at 350 ° C. for the A and B sensors.
도 5는 본 발명에 따른 C 센서(나노와이어 SnO2)에서 금속 Sn 나노와이어의 성장 과정을 나타낸 도면이고,5 is a view showing a growth process of metal Sn nanowires in a C sensor (nanowire SnO 2 ) according to the present invention,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 C 센서에서 몇가지 예의 질소 분위기에서 성장 온도에 따른 성장 형태를 나타낸 도면이고,6a to 6c is a view showing the growth pattern according to the growth temperature in the nitrogen atmosphere of some examples in the C sensor according to the present invention,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 C 센서의 직경을 나타낸 도면이고,7a and 7b is a view showing the diameter of the C sensor according to the present invention,
도 8, 도 9 및 도 10은 각각, 황화수소, 암모니아, 일산화탄소에 대한 각 센서들의 반응 특성을 비교한 그래프이다.8, 9 and 10 are graphs comparing the reaction characteristics of the sensors for hydrogen sulfide, ammonia and carbon monoxide, respectively.
본 발명은 나노와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질소 처리와 금속 촉매를 이용한 금속 산화물 나노와이어 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to nanowires, and more particularly, to a metal oxide nanowire using a nitrogen treatment and a metal catalyst and a method of manufacturing the same.
일반적으로 금속 산화물 나노와이어(nano-wire)는 넓은 비표면적과 높은 기공도를 가짐으로써 높은 값의 가스 감응 특성을 보인다.In general, metal oxide nano-wires have a high specific gas area because of their large specific surface area and high porosity.
즉, 금속 산화물 나노와이어는 와이어 표면에서뿐만 아니라 네트워크를 이루고 있는 접촉점에서도 전기 전도도의 변화가 일어나게 되고, 이 변화 값이 곧 가스 감도로 이어지므로, 기존의 후막 혹은 박막 센서에 비해 감도가 높아 센서로서의 응용 연구가 활발히 진행되고 있다.That is, the metal oxide nanowires have a change in electrical conductivity not only at the surface of the wire but also at the contact points of the network, and the change value leads directly to gas sensitivity, so the sensitivity of the metal oxide nanowire is higher than that of a conventional thick film or thin film sensor. Research is actively underway.
이에 금속 산화물 나노와이어는 가스 센서 외에 테라비트급 차세대 저장장치, 나노 전자소자, 나노 광소자, 차세대 연료전지 등으로 응용력이 뛰어나 이 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, metal oxide nanowires are being actively researched in this field because of their excellent application to terabit-class next-generation storage devices, nanoelectronic devices, nano-optical devices, and next-generation fuel cells in addition to gas sensors.
하지만, 기존의 금속 산화물 나노와이어 센서의 제조는 고진공 상태에서의 화학 기상 증착법(CVD)이나 레이저 장비를 이용한 방법 등으로 이루어져, 제조 공정상 소자의 단가가 높고, 수율도 낮으며, 제조시 안전 사고의 위험 등이 따르는 등의 단점이 있다.However, the conventional metal oxide nanowire sensor is manufactured by chemical vapor deposition (CVD) or laser equipment in a high vacuum state, so that the cost of the device is high, the yield is low, and the safety accident during manufacturing is achieved. There are disadvantages such as the risks of being followed.
또한, 제작 공정이 복잡하고, 저농도의 가스에 대해서는 감응 특성이 나빠 신뢰성 있는 데이터를 얻기에 어려움이 따르는 문제점이 있다.In addition, there is a problem in that the manufacturing process is complicated, and the low concentration of gas is poor in response characteristics, making it difficult to obtain reliable data.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 나노와이어의 제조시 열산화 처리 전에 질소분위기의 열처리 공정을 행하여 센서의 감도 특성을 향상시킬 수 있는 나노와이어 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems described above, to provide a nanowire and a method of manufacturing the same to improve the sensitivity characteristics of the sensor by performing a heat treatment process of the nitrogen atmosphere before the thermal oxidation treatment in the manufacture of the nanowire. For the purpose of
또한, 기판상의 금속에 타 금속촉매를 덧 증착시키는 공정을 행하여 센서의 감도 특성 및 반응 속도를 향상시킬 수 있는 나노와이어 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a nanowire and a method of manufacturing the same, which perform a process of depositing another metal catalyst on a metal on a substrate to improve a sensitivity characteristic and a reaction speed of a sensor.
또한, 기판상에 금속층 또는 타 금속촉매의 증착시 열증착법에 의해 증착함으로써, 제작공정을 단순화시킨 나노와이어 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a nanowire and a method for manufacturing the same, which are simplified by a thermal evaporation method during the deposition of a metal layer or another metal catalyst on a substrate.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 기판상에 금속을 증착시키는 단계와, 상기 기판상에 금속 증착 후, 금속 촉매를 상기 금속층 위에 증착시키는 단계와, 상기 금속 촉매 증착 후에 질소 분위기의 열처리를 하여 나노와이어를 성장시키는 단계와, 상기 질소 분위기의 열처리 후 산소 분위기의 열처리를 하는 단계를 포함하는 나노와이어의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, according to one aspect of the invention, the step of depositing a metal on a substrate, after the deposition of metal on the substrate, the deposition of a metal catalyst on the metal layer, and after the metal catalyst deposition It provides a nanowire manufacturing method comprising the step of growing a nanowire by heat treatment in a nitrogen atmosphere, and the heat treatment of an oxygen atmosphere after the heat treatment of the nitrogen atmosphere.
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또한, 상기 금속은 주석(Sn), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 혹은 인듐(In) 중의 어느 하나이고, 상기 금속 촉매는 니켈, 텅스텐, 구리, 철 중의 어느 하나를 이용하고, 상기 금속 또는 금속 촉매는 열증착법에 의해 증착되며, 상기 질소 분위기의 열처리는 500℃ ~ 800℃의 온도 범위에서 1 ~ 5시간 열처리하고, 상기 산소 분위기의 열처리는 600℃ ~ 800℃의 온도범위에서 2 ~ 3시간 열처리하는 것을 특징으로 한다.The metal may be any one of tin (Sn), tungsten (W), titanium (Ti), or indium (In), and the metal catalyst may be any one of nickel, tungsten, copper, and iron. Alternatively, the metal catalyst is deposited by thermal evaporation, the heat treatment in the nitrogen atmosphere is heat treated for 1 to 5 hours in the temperature range of 500 ℃ to 800 ℃, the heat treatment in the oxygen atmosphere is 2 ~ in the temperature range of 600 ℃ ~ 800 ℃ It is characterized by heat treatment for 3 hours.
또한, 상기 나노와이어는 H2S, NH3, CO, Hydro.Carbon 등의 유해 가스를 감지하는 가스 센서에 적용되는 것을 특징으로 한다.In addition, the nanowire is characterized in that it is applied to a gas sensor for detecting harmful gases such as H 2 S, NH 3 , CO, Hydro.Carbon.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 나노와이어에 있어서, 기판상에 증착되는 금속층과, 상기 금속층 상에 덧 증착되는 금속 촉매층을 포함하고; 질소 분위기의 열처리를 하여 나노와이어를 성장시키고, 이후 산소 분위기의 열처리를 하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노와이어를 제공한다.According to another aspect of the present invention, a nanowire, comprising: a metal layer deposited on a substrate, and a metal catalyst layer further deposited on the metal layer; The nanowires are grown by heat treatment in a nitrogen atmosphere, and then, the metal oxide nanowires are characterized in that heat treatment is performed in an oxygen atmosphere.
또한, 상기 금속은 주석(Sn), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 혹은 인듐(In) 중의 어느 하나이고, 상기 금속 촉매는 니켈, 텅스텐, 구리, 철 중의 어느 하나를 이용하고, 상기 나노와이어는 H2S, NH3, CO, Hydro.Carbon 등의 유해 가스를 감지하는 가스 센서에 적용되는 것을 특징으로 한다.The metal may be any one of tin (Sn), tungsten (W), titanium (Ti), or indium (In), and the metal catalyst may be any one of nickel, tungsten, copper, and iron. The wire is characterized in that it is applied to a gas sensor for detecting harmful gases such as H 2 S, NH 3 , CO, Hydro.Carbon.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SnO2계 나노와이어 센서의 제조공정을 나타낸 도면이다.1 is a view illustrating a manufacturing process of a SnO 2 based nanowire sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저, 열증착법을 이용해 금속을 알루미나 기판 위에 증착시킨다(S110). 상기 금속층은 약 1,000 Å ~ 10,000 Å의 두께로 증착시키는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, first, a metal is deposited on an alumina substrate using thermal deposition (S110). The metal layer is preferably deposited to a thickness of about 1,000 kPa ~ 10,000 kPa.
여기서, 상기 증착되는 금속은 주석(Sn), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 혹은 인듐(In) 등이 사용될 수 있으나, 이하에서는 주석(Sn)을 증착한 SnO2계 나노와이어 센서 위주로 설명한다..Here, the deposited metal may include tin (Sn), tungsten (W), titanium (Ti), or indium (In), but the following description will focus on SnO 2 based nanowire sensors on which tin (Sn) is deposited. do..
이후, 수평 관상로에서 질소 분위기의 열처리를 하여 주석 나노와이어를 성장시킨다(S130). 이때, 상기 열처리 온도에 따라 주석 나노와이어의 성장하는 정도가 달라지는데, 질소 분위기에서 500℃ ~ 800℃의 온도 범위에서 1 ~ 5시간 열처리하는 것이 바람직하다. 따라서, 가장 최적의 감도를 나타낼 수 있는 나노 와이어 제조 온도를 결정하여 센서 저항을 결정할 수 있게 된다.Then, the tin nanowires are grown by heat treatment in a nitrogen atmosphere in a horizontal tubular furnace (S130). At this time, the growth degree of the tin nanowires varies depending on the heat treatment temperature, it is preferable to heat treatment for 1 to 5 hours in a temperature range of 500 ℃ to 800 ℃ in a nitrogen atmosphere. Therefore, the sensor resistance can be determined by determining the nanowire fabrication temperature that can exhibit the most optimal sensitivity.
이후, 산소분위기의 열처리를 통해(Oxidation in O2), 금속 산화물 나노와이어 센서(SnO2계 나노와이어 센서)를 제조한다(S140). 이때, 상기 산소 분위기 산화시, 2 ~3 시간 동안 600℃ ~ 800℃의 온도범위에서 열처리하는 것이 바람직하다.Then, through the heat treatment of the oxygen atmosphere (Oxidation in O 2 ), to prepare a metal oxide nanowire sensor (SnO 2 -based nanowire sensor) (S140). At this time, during the oxygen atmosphere oxidation, it is preferable to heat treatment at a temperature range of 600 ℃ ~ 800 ℃ for 2 to 3 hours.
여기서, 상기 알루미나 기판상에 주석층 증착 후, 금속 촉매(니켈, 텅스텐, 구리, 철 등)를 상기 주석층 위에 덧 증착시키는 과정(S120)이 더 추가될 수 있다. 이때, 상기 질소 분위기의 열처리 공정시 주석이 녹아서 니켈 등의 금속이 피복되는 나노와이어 형태로 성장시키는데, 상기 주석층 상에 피복되는 금속 촉매 니켈 등은 약 10Å ~ 100 Å의 두께로 증착시키는 것이 바람직하다. 이를 통해, 금속 촉매(니켈, 텅스텐, 구리, 철 등)를 사용하여 나노 와이어의 직경 성장을 제한할 수 있으며, 감응 특성도 향상시킬 수 있다.Here, after depositing a tin layer on the alumina substrate, a process of additionally depositing a metal catalyst (nickel, tungsten, copper, iron, etc.) on the tin layer (S120) may be further added. At this time, during the heat treatment process of the nitrogen atmosphere, the tin is melted and grown in the form of nanowires in which a metal such as nickel is coated, and the metal catalyst nickel or the like coated on the tin layer is preferably deposited at a thickness of about 10 kPa to 100 kPa. Do. Through this, metal catalysts (nickel, tungsten, copper, iron, etc.) may be used to limit the diameter growth of the nanowires, and the sensitivity may also be improved.
여기서, 본 발명에 따른 금속 산화물 나노와이어 센서는, 금속 촉매의 증착 공정 없이 질소 분위기의 열처리 및 산소 분위기의 열처리를 행하여 제조된 센서(S120 공정 생략, 이하, B 센서라 함)와, 상기 S110 공정 내지 상기 S140 공정을 모두 수행하여 제조된 센서(이하, C 센서라 함)로 구별할 수 있다.Here, the metal oxide nanowire sensor according to the present invention is a sensor manufactured by performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere and an oxygen atmosphere without a metal catalyst deposition process (S120 process omitted, hereinafter referred to as B sensor), and the S110 process To S140 may be distinguished from a sensor manufactured by performing all of the processes (hereinafter, referred to as a C sensor).
이하에서, 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 상기 B 센서 및 C 센서를, 기존의 금속촉매의 증착 공정 및 질소 분위기의 열처리 공정 없이(S120 및 S130 단계 생략) 열산화 처리만 하여 제조한 센서(이하, A 센서)와 특성을 비교하여 설명한다.Hereinafter, the B sensor and the C sensor according to a preferred embodiment of the present invention, a sensor manufactured by thermal oxidation treatment only without the conventional metal catalyst deposition process and the heat treatment process of nitrogen atmosphere (steps S120 and S130 are omitted) And A sensor) to compare the characteristics.
도 2는 상기 A 센서와 B 센서에 대하여, 350℃에서 1ppm의 H2S에 대한 센서 감도(Sensitivity) 특성을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating sensor sensitivity characteristics of H 2 S of 1 ppm at 350 ° C. for the A and B sensors.
도 2에 도시된 바와 같이, A 센서는 40% 감도를 보여주나, B 센서는 60% 감도로, B 센서가 A 센서보다 더 향상된 감도 특성을 보여준다.As shown in FIG. 2, the A sensor shows 40% sensitivity, but the B sensor shows 60% sensitivity, and the B sensor shows better sensitivity characteristics than the A sensor.
여기서, 감도(Sensitivity) S는 다음과 같이 정의된다.Here, Sensitivity S is defined as follows.
S(%)=[(Ra - Rg)/Ra ] × 100, 여기서 Ra 및 Rg는 각각 공기에서의 전기 저항 및 시험 가스에서의 전기 저항을 나타낸 것이다.S (%) = [(Ra − Rg) / Ra] × 100 where Ra and Rg represent the electrical resistance in air and the electrical resistance in test gas, respectively.
도 3은 상기 A 센서와 B 센서에 대하여, 350℃에서 5ppm의 CO에 대한 센서 감도(Sensitivity) 특성을 나타낸 도면이고, 도 4는 상기 A 센서와 B 센서에 대하여, 350℃에서 5ppm의 NH3에 대한 센서 감도(Sensitivity) 특성을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating sensor sensitivity characteristics for 5 ppm of CO at 350 ° C. for the A and B sensors, and FIG. 4 is 5 ppm of NH 3 at 350 ° C. for the A and B sensors. A diagram showing sensor sensitivity characteristics with respect to.
도 3 및 도 4를 참조하면, H2S에 비교하면 보다 낮은 범위 내의 감도 차이를 갖지만, 여전히 B 센서가 A 센서보다 더 향상된 감도 특성을 보여준다.Referring to Figures 3 and 4, compared to H 2 S has a sensitivity difference in the lower range, but still B sensor shows a more improved sensitivity characteristics than the A sensor.
따라서, 질소 분위기 열처리 공정을 행한 경우가 이를 행하지 않은 경우보다 센서의 감도 특성이 향상됨을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the sensitivity characteristic of the sensor is improved when the nitrogen atmosphere heat treatment step is performed than when the nitrogen atmosphere heat treatment step is not performed.
도 5는 본 발명에 따른 C 센서(나노와이어 SnO2)에서 Sn 나노와이어의 성장 과정을 나타낸 도면으로, 0.005g의 금속 Ni이 알루미나 기판상의 주석층 상에 열증착법(thermal evaporation)에 의해 증착되는데, 가령, 100sccm 질소 가스 분위기에서 3시간 동안 가열된 경우의 주석 나노와이어 성장과정을 나타낸 것이다. 5 is a diagram illustrating a growth process of Sn nanowires in a C sensor (nanowire SnO 2 ) according to the present invention, in which 0.005 g of metal Ni is deposited by thermal evaporation on a tin layer on an alumina substrate. For example, it shows the growth process of the tin nanowires when heated for 3 hours in a 100 sccm nitrogen gas atmosphere.
도 5에 도시된 바와 같이, 주석 원자는 해리된 수소 원자를 따라 녹여진 Ni/Sn 상으로 합병되고, 농도 경사(concentration gradient)의 영향하에서 액체-고체 인터페이스(liquid-solid interface)로 확산한다. 이때, 상기 액체-고체 인터페이스상에서 부가된 주석 원자의 결정이 나노와이어 성장을 유도한다.As shown in FIG. 5, the tin atoms merge into the dissolved Ni / Sn phase along the dissociated hydrogen atoms and diffuse to the liquid-solid interface under the influence of the concentration gradient. At this time, crystals of added tin atoms on the liquid-solid interface induce nanowire growth.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 C 센서에서 몇가지 예의 질소 분위기의 성장 온도에 따른 성장 형태를 나타낸 도면이다.6A to 6C are diagrams showing growth patterns according to growth temperatures of some examples of nitrogen atmospheres in the C sensor according to the present invention.
도 6a는 성장 온도 500℃에서의 주석층 상의 Ni(금속 촉매)의 성장을 보여주며, 도 6b는 성장 온도 600℃에서 성장한 주석 나노와이어의 이미지로서 부분적으로 Ni이 피복되는 것을 보여주며, 도 6c는 성장 온도 700℃에서 성장한 주석 나노와이어의 이미지를 나타낸 것으로 도 6b보다는 성장 밀도가 낮지만 양호한 성장 특성을 보여준다.FIG. 6A shows the growth of Ni (metal catalyst) on the tin layer at a growth temperature of 500 ° C., FIG. 6B shows the Ni coating partially, as an image of the tin nanowires grown at a growth temperature of 600 ° C., FIG. 6C Shows an image of tin nanowires grown at a growth temperature of 700 ° C., which shows lower growth density than that of FIG. 6B, but shows good growth characteristics.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 C 센서의 직경을 나타낸 것으로, 각각 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 이미지와 TEM(Transmission Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것이다.7A and 7B illustrate the diameters of the C sensor according to the present invention, and show a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) image and a transmission electron microscope (TEM) image, respectively.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 C 센서(SnO2 나노와이어)의 직경은 약 35nm 임을 보여주며, 이는 C 센서의 감도가 A 및 B 센서보다 더 좋음을 의미하며, 나노와이어 네트워크의 컨택(contacts)과 그 전기적 속성이 더 향상된 감도에 영향을 미치는 것으로 보인다.As shown in FIGS. 7A and 7B, the diameter of the C sensor (SnO 2 nanowire) is about 35 nm, which means that the sensitivity of the C sensor is better than that of the A and B sensors. Contacts and their electrical properties appear to affect the improved sensitivity.
도 7b의 TEM 이미지에서 대나무 접점(bamboo joints)은 주석 나노와이어가 성장할 때 주석 확산의 증거를 보여준다.Bamboo joints in the TEM image of FIG. 7B show evidence of tin diffusion as the tin nanowires grow.
이하에서 본 발명에 따른 나노와이어 소자(C 센서)를 고정 저항과 한 쌍으로 직렬 연결한 저항분배기 형태의 회로에 전압을 인가하여, 측정대상 가스와의 흡착에 의한 저항변화를 전압의 형태로 측정하여 가스의 흡착을 검지한다. 이때, 센서 뒷면의 히터에 전압을 인가하여 일정 온도의 동작 온도를 부여하고, 공기 분위기에서 전기적 신호를 안정하게 한 후, 각각 황화수소(H2S), 암모니아(NH3), 일산화탄 소(CO) 등의 가스에 대해 감응 특성을 조사한다.Hereinafter, a voltage is applied to a circuit of a resistor divider type in which a nanowire device (C sensor) according to the present invention is connected in series with a fixed resistor in pairs to measure resistance change due to adsorption with a gas to be measured in the form of voltage. Adsorption of gas is detected. At this time, applying a voltage to the heater on the back of the sensor to give a constant operating temperature, and stabilize the electrical signal in the air atmosphere, hydrogen sulfide (H 2 S), ammonia (NH 3 ), carbon monoxide (CO) respectively Investigate the response characteristics of the gas.
도 8, 도 9 및 도 10은 각각, 황화수소, 암모니아, 일산화탄소에 대한 각 센서들의 반응 특성을 비교한 그래프이며, 기존 방식으로 제조된 후막 센서, 박막 센서(A, B 센서)와, 금속 산화물 나노와이어 센서(C 센서)를 측정 챔버 내에 함께 연결하여, 상대적인 감응 특성 및 반응 시간을 비교 측정하여 나타낸 것이다.8, 9 and 10 are graphs comparing the reaction characteristics of the respective sensors with respect to hydrogen sulfide, ammonia and carbon monoxide, respectively. Thick film sensors, thin film sensors (A and B sensors), and metal oxide nanoparticles prepared by conventional methods The wire sensors (C sensors) are connected together in the measurement chamber to compare and measure the relative sensitivity and response time.
도 8은 본 발명에 따른 C 센서에 대하여, 350℃에서 500ppb의 H2S에 대한 센서 감도(Sensitivity) 특성을 B 센서와 비교하여 나타낸 도면이다.8 is a view illustrating the sensor sensitivity characteristic of the C sensor according to the present invention with respect to H 2 S of 500 ppb at 350 ° C. compared with the B sensor.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 C 센서는 약 50% 감도를 보여주나, B 센서는 약 20% 감도로, C 센서가 B 센서보다 2.5 배 더 향상된 감도 특성을 보여준다.As shown in FIG. 8, the C sensor shows about 50% sensitivity, but the B sensor shows about 20% sensitivity, and the C sensor shows 2.5 times more sensitivity than the B sensor.
도 9는 본 발명에 따른 C 센서에 대하여, 350℃에서 1ppm의 NH3에 대한 센서 감도(Sensitivity) 특성을 기존의 후막 센서(thick SnO2 센서), 박막의 A, B 센서와 비교하여 나타낸 도면이다.9 is a C sensor according to the present invention, the sensor sensitivity (sensitivity) characteristics for the NH 3 of 1 ppm at 350 ℃ compared to the conventional thick SnO 2 sensor (thick SnO 2 sensor), a diagram showing the thin film A, B sensors to be.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 후막 센서, 박막의 A, B 센서는 모두 유사한 감도 특성을 보여주고, 본 발명에 따른 C 센서는 이들 센서에 비하여 더 향상된 감도 특성을 보여준다.As shown in FIG. 9, the thick film sensor and the thin film A and B sensors all exhibit similar sensitivity characteristics, and the C sensor according to the present invention exhibits more improved sensitivity characteristics than these sensors.
도 10는 본 발명에 따른 C 센서에 대하여, 350℃에서 10ppm의 CO에 대한 센서 감도(Sensitivity) 특성을 기존의 후막 센서, 박막의 B 센서와 비교하여 나타낸 도면이다.10 is a C sensor according to the present invention, the sensor sensitivity (sensitivity) characteristics for CO of 10ppm at 350 ℃ compared with the conventional thick film sensor, a thin film B sensor.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 후막 센서, 박막의 B 센서는 모두 유사한 감도 특성을 보여주고, 본 발명에 따른 C 센서는 이들 센서에 비하여 더 향상된 감도 특성을 보여준다.As shown in FIG. 10, both the thick film sensor and the B sensor of the thin film show similar sensitivity characteristics, and the C sensor according to the present invention shows more improved sensitivity characteristics than these sensors.
따라서, 금속촉매를 상기 금속층상에 증착하여 질소 분위기 열처리 공정을 행한 경우가 상기 금속촉매를 증착하지 않은 경우보다 센서의 감도 특성이 향상됨을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the sensitivity of the sensor is improved when the metal catalyst is deposited on the metal layer and the nitrogen atmosphere heat treatment process is performed than when the metal catalyst is not deposited.
이와 같이, 본 발명에 따른 금속 산화물 나노와이어 센서(C 센서)는 가스 탈착이 나노 와이어의 표면과 와이어 간의 접촉 부분에서 이루어지므로, 기존의 후막, 박막 SnO2 센서에 비해 전기 신호의 변화값이 크므로, 감응 특성이 좋을 뿐만 아니라 연속 측정 시 소모되는 시간도 현저히 단축할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 나노와이어 센서는 기존의 후막, 박막 SnO2 센서에 비해 높은 감응 특성과 빠른 반응 시간을 보인다.As such, in the metal oxide nanowire sensor (C sensor) according to the present invention, since gas desorption is performed at the contact portion between the surface of the nanowire and the wire, the conventional thick film, thin film SnO 2 Since the change of the electrical signal is larger than that of the sensor, the response characteristics are not only good, but the time consumed in the continuous measurement can be significantly reduced. That is, the nanowire sensor according to the present invention exhibits a high response characteristic and a fast response time compared to conventional thick film and thin film SnO 2 sensors.
또한, 본 발명에 따른 금속 산화물 나노와이어 센서(C 센서)는 500 ppb(H2S), 1 ppm(NH3), 1 ppm(CO) 이상의 유해 가스를 검지할 수 있으며, 상기 나노와이어 직경 35nm 까지 구현할 수 있다.In addition, the metal oxide nanowire sensor (C sensor) according to the present invention can detect harmful gases of 500 ppb (H 2 S), 1 ppm (NH 3 ), 1 ppm (CO) or more, the nanowire diameter 35nm Can be implemented.
이상에서 본 발명에 따른 금속 산화물 나노와이어 센서의 제조공정에 대한 바람직한 실시예를 살펴보았으나, 상기 금속층, 금속촉매층의 증착공정은 열증착법에 한정되는 것은 아니며, 스퍼터링(Sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 레이저분자빔증착법(L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법(PLD, Pulsed Laser Deposition) 등의 PVD(Physical Vapor Deposition) 방법이 사용될 수 있다.Although a preferred embodiment of the manufacturing process of the metal oxide nanowire sensor according to the present invention has been described above, the deposition process of the metal layer and the metal catalyst layer is not limited to a thermal deposition method, sputtering, electron beam deposition (E). Physical vapor deposition (PVD) methods such as -beam evaporation, laser molecular beam deposition (L-MBE), and pulsed laser deposition (PLD) may be used.
또한, 본 발명에 따른 금속 산화물 나노와이어 센서의 기판으로는 알루미나 기판외에 사파이어 기판, 실리콘 기판(SiO2) 등이 사용될 수 있다.In addition, a sapphire substrate, a silicon substrate (SiO 2 ), etc. may be used as the substrate of the metal oxide nanowire sensor according to the present invention.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 금속 산화물 나노와이어 및 그 제조방법은 고진공의 분위기가 요구되는 기존의 화학 기상 증착법이나 레이저 증착법과는 달리, 열증착법과 간단한 N2 열처리 방법으로 금속 산화물 나노 와이어를 제조하여 제작 공정이 보다 간단하여 제조 단가를 낮출 수 있다.As described above, the metal oxide nanowires according to the present invention and the manufacturing method thereof are different from the conventional chemical vapor deposition or laser deposition methods requiring a high vacuum atmosphere, and the metal oxide nanowires by thermal deposition and simple N 2 heat treatment. By manufacturing the manufacturing process is simpler it is possible to lower the manufacturing cost.
또한, 금속을 촉매로 사용하기 때문에 나노 사이즈 직경의 와이어를 고르게 얻을 수 있으며, 나노와이어 센서를 연속해서 제작할 수 있다.In addition, since a metal is used as a catalyst, a wire having a nano size diameter can be obtained evenly, and nanowire sensors can be continuously produced.
이를 통해, 기존의 센서에 비해 높은 감도 특성을 가질수 있으며 그 반응 속도도 빨라 향상된 수준의 나노와이어 센서를 제공할 수 있다.Through this, it is possible to have a high sensitivity characteristics compared to the conventional sensor and to provide an improved level of nanowire sensor with a fast response speed.
또한, 다른 센서들에 비해 모물질의 장기 안정도가 뛰어나 오랜 시간이 지나 도 신뢰성 있는 데이터 값을 얻을 수 있다.In addition, the long-term stability of the parent material is superior to that of other sensors, resulting in reliable data values over long periods of time.
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