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이성필,고성택 경북대학교 센서기술연구소 1992 연차보고서 Vol.1992 No.-
산화물 반도체 습도 감지소자 물질인 TiO_2 습도감지 센서와 TiO_2에 V_2O_5, Nb_2O_5및 V_2O_5-Nb_2O_5를 각각 첨가한 TiO_2-V_2O_5, TiO_2-Nb_2O_5, TiO_2-V_2O_5-Nb_2O_5 세라믹 습도센서를 제작하고 첨가량의 변화, 열처리 온도 및 그 시간에 따른 습도감지특성, 동작온도에 따른 특성, 히스테리시스 특성, 장기안정도 및 응답특성을 조사하였으며, XRD (X-Ray Diffraction), SEM(Scanning Electron Microscope), DTA(Differential Thermal Analysis) 및 TG(Thermo-gravimetry)등으로 그 원인을 규명하였다. TiO_2. TiO_2-V_2O_5, TiO_2-Nb_2O_5 and TiO_2-V_2O_5-Nb_2O_5 humidity sensors have been fabricated in the ceramic type and their physical and hygroscopic characteristics have been investigated. The additive materials and sintering conditions affect the humidity sensitivity. XRD patterns, SEM photographs and Thermogravimetry were used for the analysis of crystal structures, surface morphology and weight loss caused by adsorbed water vapour gas. The measurement system have designed, which 48 probes were used in the closed box to test 48 samples simultaneously. TiO_2 humidity sensors showed positive impedance-humidity characteristics and TiO_2-V_2O_5 humidity sensors showed higher sensitivity and lower linearity characteristics then TiO_2 sensors. But TiO_2-Nb_2O_5 sensors had relatively good linearity. In XRD patterns, TiO_2-V_2O_5-Nb_2O_5 humidity sensors showed typical rutile structure. In SEM photographs, the grain size of samples sintered at 1,000℃ and 1,300℃ were about 0.45㎛ and 2㎛, respectively, and the pore size of sample sintered at 1,000℃ were about 0.4㎛. Temperature dependence on the impedance of TiO_2-V_2O_5-Nb_2O_5 ceramic sensors showed negative impedance-humidity characteristics. TiO_2-V_2O_5-Nb_2O_5 humidity sensors had good linearity in the range from 20%RH to 90%Rh and the sensitivity of sensor sintered st 1,000℃ for 1hr was 73% at operating temperature 60℃. Hysteresis of the sensor was less then 3% and sensor exhibited relatively good long-term stability for 60 days. The response time of TiO_2-V_2O_5-Nb_2O_5 humidity sensor was about 4min. for adsorption and about 5min. for desorption at operating temperature 30℃, respectively. And the response time of sensor for operating temperature 60℃ was about 2min. for adsorption and about 4min. for desorption, respectively.
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이성필 慶南大學校 附設 工業技術硏究所 1997 硏究論文集 Vol.14 No.2
습도 측정용 HUSFET(humidity sensitive field effect transistor)와 온도 측정용 다이오드를 같이 한 칩에 내장한 FET형 온 ·습도 멀티센서를 설계하고 그 특성을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 조사하였다. 설계한 FET 형 온 ·습도 멀티센세의 크기는 1.3×1.5 ㎟이며 HUSFET의 게이트 종횡비는 100/20이다. HUSFET은 p-well내에 존재하게 되는데 이는 소자의 전기적 isolation을 위한 것이다. 그리고 게이트 활성영역은 TiO₂/Si₃N₄/ SiO₂로 설계하였다. 시뮬레이션 결과 HUSFET의 문턱전압은 드레인 전압을 3 V로 고정시켰을 때 상대습도가 30%에서 60%, 90%로 증가함에 따라 2.5 V에서 2 V로 감소하였다. 그리고 온도측정용 다이오드의 I-V특성은 약 0.8 V에서 전류가 흐르기 시작하였다. A FET type multi-functional temperature · humidity sensor was designed in one chip and a computer simulation for the sensor was investigated. The size of sensors was 1.3×1.5 ㎟ and the gate area was 100/20. The devices showed typical enhancement characteristics and threshold voltage was about 2.3 V in 60 %RH. It can be seen that the threshold voltages of HUSFET(humidity sensitive field effect transistors)decreased from 2.5 V to 2.0 V according to increasing the relative humidities from 30% to 90%. The simulation was carried out for a series of values of relative ??, which was varied between 123 and 223. The current of diode for temperature sensor began tp flow at 0.8 V.
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이성필,고성택 경북대학교 센서기술연구소 1991 연차보고서 Vol.1991 No.-
본 연구에서는 습도감지소자의 물질 중 이온형의 대표적인 물질인 TiO_2에 V_2O_5를 첨가하여 TiO_2-V_2O_5세라믹 습도센서를 제조하고 V_2O_5함량의 변화, 열처리 온도 및 열처리 시간에 따른 저항-온도 특성 습도감지 특성 및 동작온도에 따른 특성 등을 조사하였으며, XRD와 SEM으로 그 원인을 규명하였다. 제조된 소자의 특성측정을 위해 측정장치를 설계하였다. 밀폐된 상자내에 48개의 시료를 동시에 측정할 수 있도록 probe를 설치하고 소자의 전도도 변화를 알 수 있도록 부하저항을 사용하여 부하저항 양단의 전압의 변화를 A/D converter를 통해서 computer로 분석하였다. XRD분석 결과 열처리된 TiO_2는 전형적인 rutile구조가 나타났으며, SEM사진에서 1,100℃에서 열처리한 소자는 900℃나 1.000℃에서 열처리한 소자에 비해 grain이 커짐을 알 수 있었고 응결(aggregation)현상까지 관찰할 수 있었다. 이때 grain의 크기는 1,000℃에서는 약 0.6㎛, 1,100℃에서는 2㎛ 이상이었다. TiO_2에 V_2O_5의 함량을 변화시켜 가면서 저항-온도 특성을 조사한 결과 V_2O_5의 함량이 증가함에 따라 저항이 감소함을 알 수 있었고, 열처리 온도가 증가함에 따라 저항이 증가하는 현상이 나타났다. V_2O_5를 첨가하지 않고 TiO_2만으로 만든 소자는 낮은 습도영역에서 선형성이 좋아짐을 알 수 있었다. V_2O_5의 함량을 1mol%로 하고 열처리 조건을 1,000℃ 1시간으로 한 소자의 기울기 α는 약 -0.0303으로 나타났다. TiO_2-1mol% V_2O_5습도 감지소자의 SEM사진에서, 1,000℃ 30분동안 열처리한 소자는 기공의 크기가 너무 크고 안으로 갈수록 공간이 넓어지는 전형적인 잉크병(ink bottle)모양을 형성하여 감도가 떨어지는 것을 알 수 있었고, 열처리시간이 길어진 경우(3시간)에는 응결현상이 일어나 표면에 생긴 기공의 크기가 점차 증가함을 알 수 있었다. V_2O_5의 함량이 1mol%, 열처리 조건을 1,000℃ 1시간으로 한 소자의 동작온도에 따른 습도 감지특성에서 동작온도 40℃, 60%RH에서의 감도는 약 95%로 나타났다. 본 연구에서 제작한 TiO_2-V_2O_5 습도 감지소자는 상대습도 20%에서 90%까지 좋은 선형성과 높은 감도를 나타내었다.
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