2012년 구미의 불산 누출사고는 인명 피해는 물론 반경 700미터 이내 지역이 초토화되는 무서운 결과를 가져왔다. 불소와 불산은 철강, 화학, 반도체, 디스플레이 등 다양한 산업 전반의 생산 공정에서 핵심 물질로 활용되고 있지만 대표적인 유독물질이기도 하다.
구미 사고처럼 불소·불산은 누출되자마자 바로 조치해야 확산을 막을 수 있기 때문에 적은 양의 노출도 바로 감지할 수 있는 민감한 센서 개발이 꼭 필요하다. 하지만 지금까지는 수입해서 써야 했고, 비싼 비용 때문에 산업 현장에서 활용하기도 쉽지 않았다.
POSTECH(포항공대, 총장 김도연) 창의IT융합공학과 백창기 교수·김기현 교수·박사과정 조현수 씨는 산업 현장에서 극미량의 불소와 불산 등 유독물질을 감지할 수 있는 열증착 기법을 활용한 원천센서기술을 개발했다. 이 연구는 센서 분야 저명 학술지인 ‘센서와 작동기 B: 화학(Sensors and Actuators B: Chemical)’ 온라인판에 게재됐다.
기존에는 무색무취여서 조기 감지가 쉽지 않은 불소와 불산을 감지하기 위해 다결정 감지막과 산화물 반도체 소자를 활용했다. 하지만 원천 기술 부족으로 핵심 센서의 대부분을 수입하고 있었고 제조공정이 복잡하고 생산비용이 비싸서 가장 필요한 산업 현장에서는 활용하기가 어려웠다.
연구팀은 실리콘 재료를 활용하고 반도체 공정 기술을 이용해 불소·불산 센서를 제작했다. 열증착 기법을 최적화해서 다결정 불소·불산 감지막 (poly LaF3)의 화학적·물리적 성질을 개선해 수중에 존재하는 불소와 불산을 우수한 검출한계(불소:1.9pbb, 불산: 4.5 ppb)로 검출하는 데 성공했다. 이는 기존의 다결정 감지막 기반의 불소센서 대비 검출한계가 약 20배 이상 향상됐다.
이 기술은 실리콘과 반도체 공정 기술을 활용했기 때문에 대량 생산이 쉽고, 0.2mm2의 작은 크기여서 초소형 센서 및 모바일 센서로 개발 가능하다는 장점도 있다. 그뿐만 아니라 불산을 5초 만에 감지할 수 있어서 산업 현장에서 검출 센서로 바로 활용할 수 있을 전망이다.
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