▲ 공기 중 음이온검출 나노 반도체 FET 센서 소자.

국내 연구진이 공기 중 음이온을 검출할 수 있는 센서 개발에 성공했다. 새집 증후군 유발 포름알데히드 등 유해가스 검출 등에 적용이 기대된다.

KETI(전자부품연구원, 원장 박청원)가 공기 중의 음이온을 검출하는나노 반도체 FET 센서 및 동작 알고리즘을 세계최초로 개발했다고 지난 9일 밝혔다.

나노 반도체 FET 센서란 실리콘 FET(field effect transistor, 전계효과 트랜지스터)의 채널 두께를 나노미터로 구성하여 센서의 감지능을 극대화한 초소형 반도체 센서이다. 이 센서를 통해 공기중의 음전하를 띈 음이온입자가 FET의 게이트 전극에 흡착되어 그 농도가 검출되는 것이다.

이제까지 공기 중 음이온은 살균, 탈취, 미세먼지 제거 효과가 탁월해 에어컨, 공기청정기, 가습기, 제습기 등 에어가전에 채택이 확산되고 있지만, 음이온 농도를 확인할 수 있는 장비가 고가 (2~300만원)라 음이온 발생기 교체시기 체크는 현실적으로 불가능했다.

연구진은 나노두께의 실리콘 FET 채널 구조를 이용해 나노반도체 FET 센서를 만들었다. 센서의 감도와 안정성을 높여 센싱 게이트 전극의 면적을 키울 수 있어 추가적인 감도 향상이 가능하다.

또한 세계최초로 제어 게이트 전극 전압을 조절해 센서의 동작영역을 설정하고 초기화하는 알고리즘을 적용해 별도의 초기화를 위한 전극구조나 MEMS공정이 필요 없어 제작이 간단하고, 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.

아울러, 소비전력이 수 μW로 매우 낮아 향후 사물인터넷(IoT) 기술과 접목해 다양한 분야에 활용이 가능한 것은 물론 특정 가스분자와 특이적으로 흡착하는 감지물질을 추가로 탑재하면 공기중 음이온 검출 이외에 반도체식 가스센서 로도 응용할 수 있어 유해가스 분야의 신규 시장 창출에 기여할 것으로 기대한다.

KETI 휴먼케어시스템연구센터 이국녕 책임은 “자동차 유해가스나, 포름알데히드, 휘발성유기화합물(VOC) 등과 결합하는 가스감지막 기술을 나노 반도체 FET 센서에 적용해 반도체식 가스센서로 응용해볼 계획”이라 밝혔다.

이어 “현재 공기중 음이온 검출센서 실증 단계를 거쳐, 유해가스 분야 실증 및 사업화를 위해 국내 가스센서 기업과 후속연구를 협의 중에 있다”고 밝혔다.

현재, KETI가 개발한 공기 중 음이온 검출 센서는 IoT 센서로 개발되어, 음이온 발생 상태를 웹사이트를 통해 실시간으로 상시 모니터링이 가능하다. 또한 이 기술은 소형화, 저가격화가 가능해 에어가전 등에 적용되면 일반인들도 쉽게 음이온 발생 여부 및 농도를 확인할 수 있다.