전북대 서은지 석사, 초고감도 암모니아 센서 개발

전북대학교 전자정보공학부 서은지 석사과정생이 상온에서도 극미량의 암모니아를 검출할 수 있는 고성능 반도체 센서를 개발했다.

전북대는 서은지 석사과정생이 김기현 교수의 지도를 받아 수행한 암모니아 가스센서 연구가 센서 분야 국제학술지 『ACS Sensors』에 게재됐다고 19일 밝혔다.

연구팀은 실리콘 기반 p-n 접합 다이오드에 단일벽 탄소나노튜브와 금 나노입자, 산화아연을 결합한 이종접합 구조의 센서를 구현했다. 기존 금속산화물 센서가 높은 작동 온도와 전력 소모로 현장 적용에 제약을 받았던 점을 개선한 것이 특징이다.

개발된 센서는 상온에서 30ppm 농도의 암모니아에 1,128%의 높은 감응도를 보였으며, 69ppb 수준의 초저농도 암모니아까지 검출했다. 습도가 높은 환경에서도 안정적인 성능을 유지해 실제 현장 적용 가능성도 확인했다.

연구팀은 탄소나노튜브 표면의 기능화와 금 나노입자의 촉매 효과, 산화아연과의 이종접합을 통해 센서 성능을 높였다. 

또 반도체 소자 시뮬레이션인 TCAD를 활용해 물질 간 계면에서 발생하는 전하 이동과 에너지 장벽 변화가 감도 향상의 핵심 원리임을 규명했다.

이번 센서는 저전력 구동과 반도체 공정 기반 제작이 가능해 축산악취 감지와 스마트 축사, 산업안전, 스마트팩토리, 사물인터넷 환경센서 등에 활용될 것으로 기대된다.

김기현 교수는 “축산악취와 환경관리, 산업안전 분야에 활용할 수 있는 스마트 센서로 발전시켜 지역 센서반도체 산업 경쟁력 강화에 기여하겠다”고 말했다. 송주연 기자