| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2021년 가을 (11/24 ~ 11/26, 경주 라한호텔) |
| 권호 | 27권 2호 |
| 발표분야 | E. 환경/센서 재료 분과 |
| 제목 | 광범위한 수소 농도 및 온∙습도 조건에서 작동하는 수소 가스 센서용 마이크로 Pt히터 구조 최적화 연구 |
| 초록 | 반도체식 수소가스 센서는 표면에서 가스의 흡착 및 반응의 결과로 전기전도도가 변하며 안정적인 작동을 위해서는 센서 작동 온도의 정확한 제어가 필요하다. 수소 감지 센서의 정확한 온도 제어를 위해 마이크로 플래티늄(Pt) 히터층을 고려하였다. Pt는 우수한 열 응답성과 선형의 온도 의존성을 나타내는 저항을 가지고 있기 때문에 일반적으로 히터 재료로 선택된다. 또한 Pt는 산소와 잘 결합하지 않기 때문에 산화를 통한 부식을 차단하여 장기적인 안정성을 유지할 수 있다. Pt는 팔라듐(Pd)과 같이 촉매로써 뛰어난 수소 흡착 및 분리 특성을 보인다. 따라서, Pt히터층이 수소에 반응하지 않도록 보호막을 제작하였다. 제작방법으로는 E-beam evaporator를 이용하여 SiO2기판에 촉매 금속의 안정적인 온도를 제어하기 위한 Pt히터 층을 증착, PEALD와 RF Magnetron sputtering을 이용하여 H2의 침투에 의한 Pt의 오작동을 방지하는 배리어 층 Al2O3, Si3N4층을 증착 되도록 한다. 배리어 층 위로 E-beam evaporator를 이용하여 H2 해리반응을 위한 촉매 금속인 Pd-Ni을 샌드위치 타입의 다층박막 형태로 증착 되도록 한다. Pd-Ni 센서는 25-100’C, 0-80RH의 온습도 조건에서 N2 gas로 희석된 25ppm ~ 100%의 광범위 수소 농도에서 측정하였다. 제작된 수소센서는 Pt 히터층의 역할로 인하여 주변의 다양한 온습도 환경에서도 baseline 및 측정 신호가 안정적으로 유지되며 5초 이내 수소를 검지하는 우수한 성능을 보여주었다. 이는 히터층으로 상승한 촉매층의 온도가 수소 흡탈착 반응에너지의 변화를 주어 응답속도를 상승시킨 것으로 사료된다. 그리고 다양한 타입으로 제작된 Pt 히터층의 구조 및 길이 변화에 따라서 최적화된 히터 구조를 연구하였다. |
| 저자 | 박치완1, 한승익2, 서형탁2 |
| 소속 | 1수원대, 2아주대 |
| 키워드 | 마이크로 Pt 히터; 수소 가스 센서; 광범위 수소 농도; Pd-Ni |
