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dc.contributor.advisor 장재은 -
dc.contributor.author Jang, Hyon Woo -
dc.date.accessioned 2020-08-06T06:16:59Z -
dc.date.available 2020-08-06T06:16:59Z -
dc.date.issued 2020 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000333113 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/12180 -
dc.description E-nose, ZnO nanowire, metal oxide semiconductor -
dc.description.abstract Electronic nose (E-nose) is an artificial olfactory system which imitating olfactory system of living or-ganisms like human or insects, has been gradually studied due to its large potentiality on various areas like food industry or diagnosis of disease. Especially, E-nose based on metal oxide semiconductor is widely stud-ied due to its advantages like easy fabrication, low cost and high sensitivity on many harmful, environmen-tal, explosive and toxic gases. However, still they have some limitations like high working temperature due to their activation energy barrier. To achieve high sensitivity and resolution, working temperature above 200℃ was usually required in many studies. Therefore, enhancing sensitivity in room temperature is one of the chal-lenges for metal oxide semiconductor-based E-nose. In the present study, highly sensitive E-nose under room temperature were designed using IGZO and ZnO.
Thin film transistor system was chosen as a base design of E-nose. IGZO and ZnO layer has deposited by sputter and annealed under 300℃ for 1 hour. Gas response of E-nose was measured by shift of transfer curve and two terminal real time resistance measurement. IPA gas was applied on device by N2 gas which has low chemical reactivity. IGZO shows significantly high gas response compares to ZnO due to its difference in physical-chemical structures. And due to their amorphous state, both IGZO and ZnO TFT show poor recov-ery characteristics under room temperature. They showed significantly enhanced recovery characteristic un-der 90℃ which is not appropriate for most of organic materials.
To solve the problems, ZnO nanowire junction-based E-nose was prepared by hydro-thermal synthesiz-ing process. ZnCl and HMTA was used as solution for synthesizing. Solution changing period and synthesiz-ing time was controlled to fabricate various structure of nanowires. They show better gas response than ZnO TFT due to its significantly increased surface to volume ratio. Additionally, they show highly enhanced re-covery characteristic due to their crystal structure. As density of nanowires increase, recovery characteristic of nanowires was weakened. As length of nanowires increases, number of junctions increased, and it leads to enhancement in gas sensitivity. ZnO nanowires shows high sensitivity on Isopropyl alcohol and DI water. Al-so, they show excellent sensitivity on ethyl butyrate, eugenol and decanal which are odorants smells like fruity, clove and orange. E-nose based on ZnO nanowire junction has many advantages such like eco-friendly, bio-compatibility, low working temperature, high sensitivity on various gas and smells, and en-hanced recovery characteristic. Therefore, this E-nose device can be applied to various field such as bio-material enhanced E-nose, wearable E-nose or in implantable type of E-nose.
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dc.description.statementofresponsibility Y -
dc.description.tableofcontents Ⅰ. INTRODUCTION
1.1 Theoretical background 2
1.1.1 Basic sensing mechanism of MOX gas sensor 2
1.1.2 ZnO nanowires 6
1.1.3 E-nose with ZnO nanowires 8
1.1.4 Enhancing gas sensing characteristics 11
IⅠ. METHOD
2.1 Fabrication of MOX TFT gas sensor 14
2.2 Fabrication of ZnO NWs based gas sensor 18
2.3 Configuration of measurement system 22
IIⅠ. RESULT AND DISCUSSION
3.1 3-terminal gas sensing of TFT structure E-nose 23
3.2 2-terminal gas sensing of TFT structure E-nose 28
3.3 Growth of ZnO NWs and their electrical characteristic 30
3.4 Sensing performance of ZnO NWs in various gases 36
3.5 Odorant sensing performance of ZnO NWs based E-nose 39
IV. CONCLUSION 41
REFERENCE
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dc.format.extent 54 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.source /home/dspace/dspace53/upload/200000333113.pdf -
dc.title The study of E-nose based on metal oxide semiconductor -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.200000333113 -
dc.description.alternativeAbstract 전자 코 기술은 사람이나 곤충과 같은 살아있는 유기체의 후각 기관을 모방하는 기술로 식품 산업과 같은 다양한 분야에 널리 이용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 특히, 금속 산화물을 기반으로 하는 전자 코의 경우 높은 민감도와 더불어 제작이 용이하고 저렴하며 대부분의 위험한 독성이나 인화성을 가지는 기체들이 측정 가능하다는 장점으로 인해 널리 연구되고 있다. 하지만 여전히 많은 연구에서 금속 산화물 반도체의 높은 활성화 에너지 장벽에 의해 좋은 반응성을 얻기 위해서는200℃가 넘는 작동온도가 필요하다는 단점을 보여주고 있다. 따라서 본 연구에서는 금속 산화물 반도체중 하나인 IGZO와 산화 아연 나노 와이어를 이용하여 상온에서도 높은 민감도를 가지는 전자 코에 대해 연구하였다.
IGZO와 산화 아연을 사용하여 박막 트랜지스터를 스퍼터를 활용하여 제작하였고, 전류 소비를 줄이기 위해 300℃에서 1시간 어닐링하였다. 특성곡선의 움직임과 채널 물질의 화학적 반응에 의한 채널 저항의 실시간 변화를 통해 가스를 측정하였다. 이소프로필알콜을 낮은 화학 반응성을 가진 질소 가스를 이용해 전달하였다. 두 종류의 박막 트랜지스터의 가스 반응을 비교하였을 때, IGZO를 이용한 박막 트랜지스터가 채널 물질의 물리 화학적 구조 차이에 의해 더욱 큰 반응성을 나타냈다. 측정 후 복원에 있어서는 IGZO 와 산화 아연 모두 제작 방식에 의한 비결정성 구조에 의해 상온에서는 복원이 되지 않았고 90℃의 온도에서 30분 이상 가열하였을 때 완전히 복원되는 특성을 보였다. 따라서 이는 체내 삽입형이나 생체 분자를 이용한 센서에는 적합하지 않음을 확인했다.
산화 아연 나노 와이어 접합을 이용한 전자 코는 수열합성을 통해 제작되었다. 합성을 위한 수용액을 갈아주는 주기와 전체 합성 시간을 조절하여 다양한 구조의 나노 와이어를 제작하였고 전체적인 부피-면적 비율의 증가로 반응성이 증가하는 것을 확인하였다. 나노 와이어의 밀집도와 전자 코의 측정 후 복원 특성이 반비례 관계에 있음을 확인하였으며 나노 와이어 길이의 증가로 인한 접합 부위의 증가가 전자 코의 반응성에 선형적인 영향을 미침을 확인하였다. 또한, 증류수, 이소프로필알콜 등의 다양한 가스와 과일 향, 정향, 오렌지향 등의 다양한 향을 산화 아연 나노 와이어 접합을 이용한 전자 코로 측정할 수 있음을 확인하였다. 이러한 산화 아연 나노 와이어 접합을 이용한 전자 코의 경우 확인된 반응성과 복원에 대한 장점 외에도 생체 적합성, 환경 친화적이라는 장점이 있어 추후에 생체분자를 이용한 전자코나 체내 삽입형 전자 코 등에 다양하게 활용될 수 있다.
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dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Department of Information and Communication Engineering -
dc.contributor.coadvisor Kwon, Hyuk Jun -
dc.date.awarded 2020/08 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.citation XT.ID장94T 202008 -
dc.date.accepted 7/23/20 -
dc.contributor.alternativeDepartment 정보통신융합전공 -
dc.embargo.liftdate 7/23/20 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Jang, Hyon Woo -
dc.contributor.affiliatedAuthor Jang, Jae Eun -
dc.contributor.affiliatedAuthor Kwon, Hyuk Jun -
dc.contributor.alternativeName 장현우 -
dc.contributor.alternativeName Jang, Jae Eun -
dc.contributor.alternativeName 권혁준 -
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Department of Electrical Engineering and Computer Science Theses Master

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