Indium-Tin-Oxide 인쇄박막 제작과 위험유해물질 센서 응용에 관한 연구

Abstract

A sensor is a device that converts physical or chemical states of a matter into an electrical signal. Sensor technology can be described as a technology that expands a human sense to a machine. And those information are used valuably in accord with present IT technology.

Sensor technology clearly reveals a tendency of miniaturization, integration, intellectualization, and systematization etc. Furthermore, it has been used extensively from our daily life to marine or space exploration.

However, At the field of application, sensor technology should be improved in many aspects. Moreover, I felt the need to develop environmentally friendly and Low-power sensor is growing. Also, Introduction of new technology is required to take of suitable material in harsh environments. And reliability is inevitable.

In this thesis, I have researched a new hazardous and noxious substances sensor to apply for offshore plants and seacoast.

I considered that higher sensitivity and stability could be acquired by using chemically stable metal oxides. Especially, metal oxide nano particles will be suitable since it provides wide contact surface. In addition, I suggested a print coating technology to fabricate the sensors. Using this method, I have demonstrated the hazardous and noxious substances sensor, and verified the feasibility of the sensors at harsh environments.

In the chapter 1, I described the sensor technology, physical properties of ITO, the importance of hazardous and noxious substances sensor, and the purpose of this dissertation.

In the chapter 2, I described the detail of experiment. A printing technology and the fabrication method were described. It is also described the analysis methods used in this research.

In the chapter 3, I optimized a printing method by printing process conditions , surface treatment and ITO films.

In the chapter 4, I suggested a hazardous and noxious substances sensor using the ITO layer. The sensor was operated at room temperature without additional heating. Also, we observed the ITO sensing properties under wide pH ranges.

In the chapter 5, I verified the reliability of the fabricated ITO sensor, it was carried out discussion of change and its cause of properties.

Finally, all results were summarized and concluded in the chapter 6.

센서는 대상물의 물리 또는 화학적 신호를 전기적인 신호로 대신하거나, 변형시키는 소자이며, 센서기술은 기계장치에 감각기능을 부여하는 기술로 인간의 감각기능을 확장하는 기술이다. 이러한 정보는 현재의 정보통신 기술과 맞물려 유용하게 사용되고 있다.

센서기술은 집적화, 지능화, 시스템화, 소형화 등의 경향이 나타나고 있다. 또한 가정에서부터 산업현장, 해양 및 우주탐사에 이르기 까지 광범위하게 활용되고 있다.

하지만 센서의 보다 폭넓은 활용을 위해서 개선되어야 할 점도 다수 존재한다. 센서의 응용의 관점에서는 집적화, 저전력, 친환경적인 센서의 중요성이 더해가는 상황이다. 이를 위해서는 센서의 신뢰성을 확보하고, 센서의 사용 환경에 알맞은 물질을 활용하는 새로운 기술의 도입이 요구된다.

본 연구에서는 위험유해물질 집적센서의 개발을 위하여 안정된 센서 재료의 선택과 경제적인 제작방법의 검토, 이를 통한 센서 제작 및 성능의 검증에 관하여 연구하였다.

우선 화학적으로 안정적인 금속 산화물 중 나노 입자를 활용하여 접촉 면적을 넓힘으로써 높은 감도와 안정성을 확보할 수 있다고 판단하였다. 또한 금속 산화물 나노 입자를 이용하여 센서를 제작하기 위하여 인쇄공학적 접근법을 제안하였다. 이를 통하여 제작된 센서의 감지 성능과 사용할 환경에 대한 내구성 및 신뢰성에 대하여 검토하여 특수한 환경에서 신호를 검출할 수 있는 센서를 구현하였다.

특히 해양플랜트에서 활용될 수 있는 위험유해물질 센서를 구현할 목적으로 별도의 히터작동 없이 상온에서 폭발성 물질을 검출할 수 있는 기능을 구현하기 위한 감도의 향상과 해양이라는 특수한 환경에서의 신뢰성 있는 신호를 발생시키고 유지하기 위한 방법을 연구하였다.

제1장은 센서기술에 대한 기본적인 내용과 ITO의 물성, 그리고 위험유해물질 센서의 중요성 및 본 연구의 목적에 대하여 설명하였다.

제2장에서는 실험방법 부분으로서, 인쇄공학기술 및 인쇄공학기술을 이용한 ITO박막제작 방법에 대해 서술하고, 본 연구에 사용된 특성 분석 기술에 대해 설명하였다.

제3장에서는 인쇄공학기술로 제작된 ITO 센서의 특성을 개선시키기 위한 최적화에 대하여 고찰하였고, 이를 적용한 인쇄된 ITO 박막의 물성평가 결과에 대해 설명하였다.

제4장에서는 제작된 ITO의 실온에서의 위험유해물질에 대한 센서 성능과 응용에 관하여 고찰하였다.

제5장에서는 제작된 ITO의 신뢰성 및 특성 변화 와 그 원인에 대한 고찰 결과를 설명하였다.

마지막으로 제6장에서는 본 연구에서 얻은 결과를 정리하여 요약 및 결론에 대하여 기술하여, 본 연구에서 목적한 안정성이 높은 위험유해물질 센서를 구현하였으며, 경제적인 방법으로 센서를 제작할 수 있음과, 이러한 센서를 통하여 신뢰성 있는 신호를 발생할 수 있음을 입증하였다.