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포스텍, 초경량·고감도 불산 검출 센서 개발

불산은 철강과 유리, 디스플레이 등 다양한 산업에 활용된다. 하지만 누출 사고가 발생하면 인체에 치명적 손상을 입혀 죽음의 가스로 불리기도 한다. 미량의 불산이 누출되더라고 이를 실시간 감지할 수 있는 정확한 센서가 필요한 이유다.

포스텍(POSTECH) IT융합공학과·전자전기공학과 백창기 교수, 전자전기공학과 박사과정 곽현탁 씨 연구팀이 매우 적은 양의 불소 화합물도 검출할 수 있는 초경량·고감도 센서를 개발했다.


<백창기 포스텍교수(왼쪽)와 박사과정 곽현탁 씨가 고감도 불산 감지센서를 개발했다.>

현재 산업현장에 주로 사용되는 불산 감지센서는 크기가 매우 크다. 제작 기술도 대부분 해외에 의존하고 있어 현장에 맞는 센서를 설치하기 어렵다. 크기가 작고 가벼우면서도 아주 적은 양의 불산도 감지할 수 있는 센서 제작이 요구된다.


<실리콘 나노시트 FET기반 불산 검출 센서 개념도. 제작한 센서의 광학현미경 및 투과전자현미경 이미지.>

연구팀은 센서의 부피와 무게를 줄이기 위해 10나노미터(㎚) 두께의 실리콘 나노시트를 사용했으며, 반응성이 높은 불화 란탄(Lanthanum Fluoride)을 불소 감지막으로 활용했다. 또 트랜지스터로 불산의 농도를 전기적 신호로 변환시킴으로써 아주 적은 양의 불산도 빠르고 정확하게 감지하는 초경량·고감도 불산 센서를 제작하는 데 성공했다.

시험결과 대기나 수중에서 불산 가스와 용액을 선택적으로 검출하는 데 성공했다. 기존 센서와 비교했을때 가스 형태의 불산을 약 3.3배, 용액 상태의 불산을 약 390배 더 잘 감지했다. 실시간으로 주입되는 불산의 농도를 오차율 5% 이내로 검출했다. 또 연구팀이 개발한 센서를 활용한 모바일 센서 시스템을 구축해 차세대 불산 검출 센서로서의 활용 가능성도 확인했다.

백창기 교수는 “실리콘 반도체 공정기술을 활용, 기존 상용화학센서 대비 초소형, 저비용으로 제작할 수 있다”며 “다양한 유해 화학가스를 검출하는 모바일 시스템을 개발해 우리나라 자체 기술을 적용한 안전 솔루션을 제공하는 것이 목표”라고 밝혔다.

과학기술정보통신부의 ICT명품인재양성사업과 대중소기업농어업협력재단 지원으로 진행된 이번 연구성과는 최근 센서분야 세계 학술지 '센서와 작동기 B:화학' 온라인판에 게재됐다.

포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com