전북대학교 김기현 교수와 김현규 박사과정생이 실리콘 반도체 공정기술을 활용해 저가로 대량생산이 가능한 고민감도 암모니아 가스센서 원천기술을 개발했다고 밝혔다. 

이번 연구는 계기&계측 분야 상위 1% 저널인 『Sensors and Actuators B-Chemical』에 게재됐다.

이에 따르면 암모니아(NH3) 가스를 실시간으로 모니터링할 수 있는 센서 기술에 대한 수요가 증가하고 있지만 기존에 활용되고 있는 전기화학식 센서는 생산 비용이 비싸고 높은 전력을 소모한다. 또 부피가 너무 커서 다양한 장소에서 모니터링용으로 활용하기가 어려웠다.

이에 연구팀은 기존 센서의 문제점 해결을 위해 실리콘 반도체 기반 고민감도 암모니아 센서 기술을 개발했다. 그러나 실리콘 반도체 기반 저항 변화식 가스 센서 역시 경제성은 우수하지만 상대적으로 낮은 검출 민감도와 검출 선택성의 한계로 상용화에 걸림돌로 지적돼 왔다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 반도체 산업에서 널리 활용되고 있는 pn접합 다이오드 구조에 마이크로 필라 어레이 구조를 접목, 카르복실화된 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT-COOH)를 융합해 암모니아 검출 민감도와 검출 선택성을 획기적으로 향상시키고 습도 변화에도 안정적인 출력을 보이는 센서를 개발한 것.

이 기술은 실리콘 반도체 공정 기술을 활용해 대량 생산이 쉽고, 소형화 및 저전력 구동이 가능하다는 장점이 있다. 이에 소형 센서로 개발할 수 있으며 암모니아를 1분 이내에 감지할 수 있어 농축산 현장에서 검출 센서로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구를 주도한 김기현 교수는 “이번에 개발된 센서 기술은 실리콘 반도체 기술을 활용해 제작할 수 있어 상용화 가능성이 매우 높다”며 “농축산 분야뿐만 아니라 환경 모니터링과 산업 안전 분야에서도 활용가치가 매우 크다”고 말했다.

/장은성 기자