[논문 리뷰] Temperature Sensors based on Semiconducting Oxides: An Overview

B. C. Yadav, Richa Srivastava외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 02. 13.

Electrical and Thermal Properties of Materials참고 문헌 45인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 온도 감지용 반도체 산화물에 대해 검토하며, 화학적 침전법으로 합성된 나노구조 ZnO 및 ZnO-CuO 나노복합체에 중점을 두고 있다. 616 MPa 압력 하에서 제작된 패ل릿은 온도 감도와 활성화 에너지를 측정한 결과 반도체적 거동를 보였으며, 결정립 크기가 각각 45 nm(ZnO) 및 68 nm(ZnO-CuO)인 것으로 나타나, 저항성 온도 감지 응용 분야에서 잠재력을 보이고 있다.

ABSTRACT

Earlier studies show that organic and inorganic semiconducting materials are the most promising materials for use in temperature sensors. In this brief review, attention will be focused on temperature sensors and its applications in various fields. In addition, we have investigated the temperature sensing characteristics of nanostructured ZnO and ZnO-CuO nanocomposite. For this purpose, ZnO and ZnO-CuO nanocomposite were synthesized via chemical precipitation method. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction of sensing materials have also performed. The average crystallite size was 45 and 68 nm for ZnO and ZnO-CuO respectively. The pelletization of the synthesized powder was done using hydraulic pressing machine (MB Instrument, Delhi) under a pressure of 616 MPa at room ambient. This pellet was put within the Ag-Pellet-Ag electrode configuration for temperature sensing. Temperature sensitivities of above semiconducting oxides were calculated. Electrical properties of the materials establish the semiconducting nature of these sensing pellets. In addition, the activation energies of ZnO and ZnO-CuO nanocomposite were estimated.

연구 동기 및 목표

• 나노구조 ZnO 및 ZnO-CuO 나노복합체의 온도 감지 성능을 평가하기 위해.
• 합성된 반도체 산화물 패드의 전기적 및 구조적 특성을 조사하기 위해.
• 감지 응용 분야에서 ZnO 및 ZnO-CuO의 온도 감도와 활성화 에너지를 규명하기 위해.
• 패드 기반 전극 구성을 통해 이러한 재료를 저항성 온도 센서에 활용할 수 있는지 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 화학적 침전법을 사용하여 ZnO 및 ZnO-CuO 나노복합체를 합성하였다.
• 결정립 크기 및 형태를 결정하기 위해 X선 회절(XRD) 및 스캐닝 전자현미경(SEM)을 이용해 재료를 특성화하였다.
• 대기 조건에서 616 MPa 압력으로 수압성 압축을 통해 패드를 제작하였다.
• 전기적 측정을 위해 Ag-패드-Ag 전극 구성을 조립하였다.
• 다양한 온도에서 전기적 저항도 및 온도 감도를 측정하였다.
• 저항도 대 역수 온도의 아레니우스 도표에서 활성화 에너지를 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ZnO 및 ZnO-CuO 나노복합체의 온도 감지 특성은 어떻게 비교되는가?
• RQ2 합성된 ZnO 및 ZnO-CuO 재료의 결정립 크기와 구조적 품질은 무엇인가?
• RQ3 제작된 ZnO 및 ZnO-CuO 패드의 온도 감도는 무엇인가?
• RQ4 ZnO 및 ZnO-CuO 나노복합체에서 전도의 활성화 에너지는 무엇인가?
• RQ5 이 재료들의 반도체적 거동은 저항성 온도 센서에 효과적으로 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 순수 ZnO의 평균 결정립 크기는 45 nm였고, ZnO-CuO 나노복합체의 경우 68 nm였다.
• 전기적 측정 결과, ZnO 및 ZnO-CuO 패드 모두 반도체적 성질을 확인하였다.
• 온도 감도가 정량화되어, 저항성 온도 감지 응용 분야에서 잠재력을 보였다.
• 두 재료 모두 활성화 에너지를 추정하였으며, 전도 메커니즘의 차이를 반영하고 있었다.
• Ag-패드-Ag 구성은 센서 패드의 신뢰성 있는 전기적 특성 분석을 가능하게 하였다.
• 화학적 침전법은 센서 제작에 적합한 나노구조 재료를 성공적으로 생산하였다.