국내 연구진이 민감도를 10배 높이고 크기는 나노스케일로 줄인 실리콘 수소센서를 개발했다. 칩으로 집적할 수 있어 고성능 수소센서를 모바일 기기에 적용하는 것도 가능해질 것으로 보인다.
KAIST(총장 신성철)는 박인규 기계공학과 교수, 정연석 신소재공학과 교수팀이 폴리스틸렌 구슬의 '자기 조립' 현상을 공정에 활용해 초소형 고성능 수소센서를 개발했다고 4일 밝혔다.
수소센서는 수소 활용이 확대되면서 중요성이 커지고 있지만 소형화가 어려운 것이 단점이다. 센서 성능을 높일수록 공정이 복잡해지고 부피와 소모전력 및 제작비용이 늘어난다.
연구팀은 폴리스틸렌 나노구슬을 이용해 가장 복잡한 기판 형성 공정을 단순화해 이같은 문제를 해결했다. 폴리스틸렌은 스스로 일정한 패턴을 형성하는 자기조립 성질을 지니고 있어 이미 구현한 폴리스틸렌 배열을 기판 위에 올린 뒤 식각하면 손쉽게 그물 모양 패턴 기판을 얻을 수 있다.
여기에 수소에 민감하게 반응하는 팔라듐을 얹어 고성능 센서를 완성했다. 수소와 닿은 팔라듐은 '팔라듐하이드라이드'로 바뀌는데, 이 때 내부 전기 저항의 변화 값을 읽으면 극미량의 수소도 감지할 수 있다.
연구팀은 이 방법으로 선폭이 50나노미터(㎚)보다 작으면서 민감도는 기존보다 10배 높은 센서를 구현했다. 새로운 센서는 0.1%의 수소농도에서 5초만에 10%의 민감도를 보였다. 크기가 작아 구동전력도 훨씬 적다. 칩으로 집적화 하면 얼마든지 모바일 기기에 수소센서 기능을 더할 수 있다.
박인규 교수는 “자연 원리인 '자기 조립' 현상을 이용해 간단하게 나노패턴 수소센서를 구현하고 고성능·초소형화도 이끌 수 있게 됐다”면서 “이 기술은 다양한 화학, 바이오센서는 물론 반도체 공정에도 응용할 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
