6 Z 4, pp. 599∼606

(1)

6 Z 4, pp. 599∼606

t

T Q U M 0 n É ù p § M m® z º X ¢ «ù m Ç } º ¥M ö n Ú Ö «M ï " e

"

k ò 6 B £ · »* å ¤ · T M 4 w H

/ B

N Å Ò@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , / B N Å Ò 314-701

(2010¸ 1 Z 4 14{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 4 Z 4 13{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 6 Z 4 10{ 9 > F S X & ñ )

:

r ½ ¨\ " f H / B N| 9 ½ © è l ^ G ' p" f\ ¦ s 6 x # Ä »l Ó ü t 7 £ x l _ y ô Ç Ø ¦` ¦ 0 AK Ò o s p t

l Z O ` ¦ & h 6 x % i . Ò o s p t H r « Ñ Ä »l Ó ü t 7 £ x l \ ¸Ø ¦ ÷ &l õ ¸Ø ¦ × æ \ ½ + Ë è (charge-coupled device) Â Ò Ã Ì ) a ¦5 Å q B j Ð r « Ñ ³ ð _ % ò © ` ¦ y y O É % ò ¦, s % ò © [ þ t s _

Ã º < Æ& h % o \ ¦ : x K % 3 # Q& . Õ ª õ Ò o s p t H / B N| 9 ½ © è 8 £ x _ y t Â Ò\ " f Ò os ô Ç Â

Òì r \ @ /ô Ç s " é ¶& h & ñ Ð\ ¦ " î S X y Ð# Å Ò% 3 . ÷ r ë ß m Ò o y 6 £ x ñ_ y ¸ü < y t # 3 0

A H F g µ 1 Ï F g (photoluminescence) x 9 À Ó y 6 £ x ñü < ° ú É r É r ñ[ þ t \ q K Õ ª : £ ¤$ í s Ä ºÃ º < Ê` ¦

· ú

¤ .

Ù þ

d # Q: l ^ G ' p" f, Ä »l Ó ü t7 £ x l , y 6 £ x ñ, / B N| 9 ½ © è, Ò o s p t , Ò oy t

Porous Silicon Organic Vapor Sensor Based on the Color-difference Image Technique

Dong Woo Seo · Young You Kim · Ki Won Lee ^∗

Department of Physics, Kongju National University, Gongju 314-701 (Received 14 January, 2010 : revised 13 April, 2010 : accepted 10 June, 2010)

In this paper, the color-difference image technique was applied to detect organic vapors in a porous silicon gas sensor. The color-difference images were produced by applying a mathematical process to pictures of the sample surface taken by a high-speed CCD (charge-coupled device) camera before and during exposure to organic vapors. Those images clearly provided two-dimensional color- difference information that only showed part of the color change in the sensing area of the porous silicon layer. In addition, the sensitivity and the sensing range of the color-difference response signal were superior to those of other signals such as the photoluminescence and the current responses.

PACS numbers: 42.79.Pw, 42.66.Ne

Keywords: Gas sensor, Organic vapor, Response signal, Porous silicon, Color-difference image, Color detec- tion

I. " e Â ] Ø

1956¸ Uhlir Ô ¦ oÃ º èí ß (hydrofluoric acid) 6 xÓ o 5 Å q

\

" f l o < Æ& h ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð / B N| 9 ½ © è\ ¦ þ j í Ð ] j

∗

E-mail: [email protected]

ô Ç s Ê ê [1], 1990¸ Canham É r ü @ # l \ " f s Ó

ü t| 9 ÐÂ Ò' y © ô Ç F g µ 1 Ï F g (photoluminescence, PL) s { 9

#

Qz ` ¦ Ð ¦ % i [2]. Õ ª Ê ê ç ß ] X ;s + þ A Ó ü t| 9 ½ © è

\

" f F g µ 1 Ï F g s { 9 # Q H " é ¶ ` ¦ ½ ©" î l 0 Aô Ç l í

½

¨[ þ t s Ã º' ÷ &% 3 . þ j H \ H / B N| 9 ½ © è\ ¦ Ó ü t ² ú

^

[3, 4], s ¸ x 9 l ^ G ' p" f [5–8] 1 p x Ü ¼ Ð s 6 x l 0 A

-599-

(2)

ô

Ç 6 £ x6 x ½ ¨ Ö ¸ µ 1 Ïy ' ÷ & ¦ e . / B N| 9 ½ © è H é ß 0

AÂ Òx { © ³ ð & h s ∼200m

²

/cm

³

& ñ ¸ Ð B Ä º ß ¼l M :ë H

\

G ' p" f_ y t F « Ñ Ð" f s © & h כ Ü ¼ Ð ¨ î ÷ & ¦ e [9]. t F K t / B N| 9 ½ © è\ ¦ G ' p" f Ð Ö ¸6 x l 0 Aô Ç ½ ¨

\

" f @ / © Ó ü t _ y 6 £ x ñ (response signal) Ð H Å Ò Ð 3

t

s 6 x ÷ &# Q M ® o . / B N| 9 ½ © è 8 £ x É r l ^ x 9 Ó o^ , s

¸ Ó ü t| 9 õ ] X 8 ú ¤ ÷ & 8 £ x _ ì ø Í Ö ¦ o [10–12], l

¸ ¸ o [13,14], F g µ 1 Ï F g _ y © ¸ x 9 4 x Ä ºo s 1 l x [14,15]

&

³ © s è ß . / B N| 9 ½ © è 8 £ x _ ì ø Í Ö ¦ o & ³ ©

É

r y t @ / © Ó ü t| 9 s ¸ ß ¼l \ ¦ ° ú H p [ j/ B N 5 Å q Ü ¼ Ð ¸ [

j ' a & ³ © \ _ K g Ë >È Ò ¦ 6 £ x» ¡ ¤ (condensation) ÷ &l M : ë

H s [11]. Õ ª QÙ ¼ Ð @ / © Ó ü t| 9 õ ] X 8 ú ¤ l õ ] X 8 ú ¤

×

æ \ 8 £ x _ Ï ã J] X Ò ¦ _ s µ 1 ÏÒ q t # ì ø Í Ö ¦ Û ¼& 7 à Ô! 3 _

o\ ¦ l ô Ç . / B N| 9 ½ © è 8 £ x _ l ¸ ¸ o

H @ / © Ó ü t| 9 s ~ Ã Î> h × æd (acceptor center)Ü ¼ Ð 6 x < Ê Ü

¼ Ð+ Ä » î r ì ø Í _ 0 l x ¸ 7 £ x l M :ë H Ü ¼ Ð K $ 3

¦ e [16]. F g µ 1 Ï F g _ â Ä º\ H @ / © Ó ü t| 9 s Ó o^ \

"

f H Ä » © Ã ºü < ' aº s e ¦ l ^ \ " f H 7 £ x l · ú õ ' a º

÷ &# Q y © ¸ o H כ Ü ¼ Ð Ð ¦÷ & ¦ e [17].

ô

Ç¼ # G ' p" f ½ ¨ íl \ H [ j t y 6 £ x ñ × æ \ " f l

¸ ¸ o\ @ /ô Ç y 6 £ x ñ Å Ò Ð 6 x ÷ &# Q M ® o .

Õ

ª Q s ~ ½ ÓZ O É r F G ~ ½ Ód \ É r y ¸_ ¼ # µ

1 ÏÒ q t, F & ³$ í _ Â Ò7 á ¤ s ë H ] j& h Ü ¼ Ð t & h ÷ & ¦ e . F g µ 1 Ï F

g y © ¸ o_ â Ä º\ H f ] X / B N| 9 ½ © è 8 £ x õ Ó ü t o & h ] X

8 ú ¤ \ O s y 6 £ x ñ\ ¦ Ø ¦ ½ + É Ã º e l M :ë H \ ¼ # o t ë

ß É r ~ ½ Ód [ þ t õ q § # y ¸ -Á º . ÷ r ë ß m

r « Ñ ^ _ q ç H| 9 $ í Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ 0 Au \ É r y 6 £ x

ñ_ y © ¸ ¼ # H כ ¸ ë H ] j& h Ü ¼ Ð t & h ÷ & ¦ e .

ì

ø Í Ö ¦ o H F g µ 1 Ï F g ì r$ 3 õ ° ú s " é ¶ y t 0 p x

#

þ j H [ þ t # Q ´ ú §s 6 x ÷ & ¦ e . Õ ª Q @ / © Ó ü t| 9 s e

H l ^ x 9 Ó o^ ì r 0 Al \ " f r « Ñ³ ð _ ì ø Í Ö ¦` ¦ 8 £ ¤& ñ

l 0 Aô Ç 4 ¤ ¸ ú ô Ç © u כ ¹½ ¨ ) a . Õ ªo ¦ 8 £ ¤& ñ õ

Û

¼& 7 à Ô! 3 Ü ¼ Ð Ù ¼ Ð y t ñ_ & ñ | ¾ Ó& h é ß { 9 ° ú כ

`

¦ Ø ¦ H כ s j Ë µ[ þ t . Õ ªA " f @ /Â Òì r _ ½ ¨[ þ t \ " f

H ì ø Í Ö ¦ Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f : £ ¤& ñ © _ 4 x Ä ºo s 1 l x _ & ñ

¸ ∆»\ ¦ y 6 £ x ñ_ ß ¼l Ð" f 6 x ¦ e [10–12].

Õ

ª Q s Qô Ç ~ ½ Ód _ é ß { 9 ° ú כ Ø ¦ É r ì r$ 3 & h ^ _ Ï

ã J] X Ò ¦ o ç H| 9 ¦ & ñ Ù þ ¡` ¦ â Ä º # QÖ ¼ & ñ ¸ {

© t ë ß , q ç H| 9 ô Ç ² D G è& h o e ` ¦ â Ä º\ H ² D G è

&

h Â Ò0 A_ o & ñ Ð\ ¦ · ú t 3 l w H é ß & h s e .

: r ½ ¨\ " f H 0 A [ j t y 6 £ x: £ ¤$ í × æ \ " f ì ø Í Ö ¦ Û

¼& 7 à Ô! 3 _ o : £ ¤$ í ` ¦ & h F G Ö ¸6 x # Ò o s p t Z O

`

¦ : x K y 6 £ x ñ_ Ø ¦` ¦ r ¸ ¦ Õ ª : £ ¤$ í ` ¦ · ú

Ð ¦ % i . / B N| 9 ½ © è 8 £ x _ ³ ð \ H ~ Ã Ì} _ ¿ ºa ü

< Ï ã J] X Ò ¦ \ _ K ç ß [ O Ò os è ß . ç ß [ O Ò o É r / B N| 9

½

© è Ä »l Ó ü t 7 £ x l ü < ] X 8 ú ¤ ½ + É â Ä º 8 £ x _ F g < Æ& h ¿ ºa (optical thickness) ² ú 4 R > ) a . Õ ª QÙ ¼ Ð 7 £ x l

] X 8 ú ¤ õ ] X 8 ú ¤ × æ s \ ç ß [ O Ò o_ o & ñ ¸\ ¦ r « Ñ

³

ð _ s " é ¶& h s p t Ð F & ³ ¦ s ÐÂ Ò' é ß { 9 ° ú כ

`

¦ Ø ¦ > ÷ & y 6 £ x ñ Ð" f Ö ¸6 x H כ s 0 p x

. Ò o ì r$ 3 Z O É r ª ô Ç ½ ¨ ì r \ " f s 6 x ÷ &# Q M ® o .

@

/³ ð& h Ü ¼ Ð m Ö 0 qz ´o s × ¼ (nickel silicide) ~ Ã Ì} ` ¦ \ P

%

o " f ü @-r -& h ü @ ì rF gF g ¸> (UV-VIS-IR spectrophotometer)\ ¦ s 6 x # Ò o ° ú כ_ o\ ¦ % 3 ¦ s

\ ¦ : x K © o õ & ñ ` ¦ ì r$ 3 ô Ç e [18]. ¢ ¸ô Ç e ¦

Û ¼h Ë : F « Ñ_ \ P ì r K 1 l x õ ø @$ í ¨ î \ " f e ¦ Û ¼ h Ë

:_ \ P o & ³ © \ _ ô Ç Ò o © o\ ¦ © \ O 6 x Ò o ì r$ 3 l

\

¦ : x K 8 £ ¤& ñ ¦ ì r$ 3 ô Ç e [19]. Õ ª Q s ~ ½ ÓZ O [

þ

t É r r « Ñ © _ : £ ¤& ñ ì r$ 3 & h Ü ¼ ÐÂ Ò' é ß { 9 _ Ò o& ñ Ð ë

ß ` ¦ % 3 ¦ Õ ª[ þ t s _ Ò o ° ú כ` ¦ q § H ~ ½ ÓZ O s 6 x

÷

&% 3 . Õ ª Q : r ½ ¨\ " f & h 6 x ½ + É l Z O É r r « Ñ 7 £ x l

\

¸Ø ¦ ÷ & H 1 l x î ß z ´r ç ß Ü ¼ Ð r « Ñ ³ ð _ ç ß [ O Ò o o

% ò

© ` ¦ S \ 1 p q ¦, ¸Ø ¦ \ % 3 # Q l ï r ç ß [ O Ò o % ò © õ _

q §\ ¦ : x K s " é ¶& h Ò o s p t \ ¦ 1 l x r \ % 3 > ) a

. Õ ªo ¦ s Ò o s p t ÐÂ Ò' é ß { 9 ° ú כ_ y t ñ\ ¦

Ø ¦ ô Ç H & h \ " f l > r _ ½ ¨~ ½ ÓZ O õ H s e .

Ø ¦ ) a Ò o y 6 £ x ñ_ y ¸ H F g µ 1 Ï F g x 9 À Ó y 6 £ x

ñü < < Êa q §÷ & ¦ K $ 3 ÷ &% 3 .

II. ÷ m Ç] M ö U ê s0 n É

: r ½ ¨\ " f 6 x ) a é ß { 9 8 £ x / B N| 9 ½ © è H 0.06∼0.12 Ω·cm (100) _ ½ © èl ó ø Í` ¦ 10% Ô ¦ oÃ º è í

ß 6 xÓ o 5 Å q \ " f 5mA/cm

²

_ ª F G í ß o À Óx 9 ¸\ ¦ 500s 1

l

x î ß f Ë 9º ¡ § Ü ¼ Ð+ ] j ÷ &% 3 . ] j ) a r « Ñ_ é ß õ

³

ð ¸_ þ v` ¦ & ³p â (scanning electron microscope, SEM) Ü ¼ Ð ' a ¹ 1 Ïô Ç % ò © ` ¦ Fig. 1 \ ? /% 3 . 8 £ x _ é ß

¿ ºa H 1.54 µm s % 3 Ü ¼ 9, ½ © èY J s \ 10∼20 nm & ñ ¸_ p [ j/ B N[ þ t s ì r í % i . s ü < ° ú s / B N| 9

½

© è H Û ¼ t ü < ° ú É r ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú l M :ë H \ é ß 0 AÂ Òx { ©

³

ð & h s B Ä º ß ¼ .

/ B N| 9 ½ © è 8 £ x õ ] X 8 ú ¤ r ~ ´ " f Ð É r 0 l x ¸\ ¦ ° ú H Ä » l

Ó ü t 7 £ x l _ ] j õ , s 7 £ x l \ ¦ r « Ñ © (sample cham- ber) \ / B N/ å L l 0 Aô Ç © u H Fig. 2 ü < ° ú . N

2

l

^

(99.99%) î r ì ø Í (carrier)l ^ Ð 6 x ÷ &% 3 Ü ¼ 9, î r ì ø Í l

^ \ ¦ Ó o^ Ä »l Ó ü t s [ þ t # Qe H 7 £ x l µ 1 ÏÒ q tl (bubbler) Ð Ä

»{ 9 r ( Ü ¼ Ð+ í o © I _ 7 £ x l \ ¦ ] j % i . s M : 7

£

x l µ 1 ÏÒ q tl Ð Ä »{ 9 ÷ & H î r ì ø Íl ^ _ â ì2 £ §Ò ¦ (flow rate)

(3)

Fig. 1. Cross-section and surface SEM images of the porous silicon layer.

Fig. 2. Schematic diagram of the sensor measurement system.

F

c

\ ¦ ¸] X l 0 AK þ j@ / 200 sccm (standard cubic cen- timeter per minute, cm

³

/min)` ¦ ° ú H MFC

1

(mass flow controller) x 9 þ j@ / 1000 sccm` ¦ ° ú H MFC

2

6 x ÷ &% 3

. ] j ) a í o © I _ Ä »l Ó ü t 7 £ x l H 0 l x ¸ ¸] X ` ¦ 0 AK N

2

l ^ Ð r D ¥ ½ + Ë÷ &% 3 Ü ¼ 9, D ¥ ½ + Ël ^ _ â ì2 £ §Ò ¦ F

d

H MFC

2

\ ¦ 6 x # ¸] X % i . s M : F

^d

F

^c

ü < ´ òÖ ¦& h Ü

¼ Ð D ¥ ½ + Ë÷ & ¸2 ¤ l 0 AK F

^d

_ â ì2 £ §` ¦ ¿ º ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð è

H Ê ê F

^c

ü < ë ß ¸2 ¤ H s × æ D ¥ ½ + Ë~ ½ Ód ` ¦ & h 6 x % i .

é

ß { 9 D ¥ ½ + Ë\ q K s × æ D ¥ ½ + Ë ~ ½ Ód s r « Ñ\ ² ú ÷ & H 7 £ x l

0 l x ¸_ ç H| 9 $ í ` ¦ a % ~ > ô Ç H כ É r s p Ð ¦ ) a e

[20]. 7 £ x l µ 1 ÏÒ q tl \ " f ] j ) a 7 £ x l C ' a _ U ´s \ _

K r « Ñ © t ¸² ú H X < o H t r ç ß x 9 s

Table 1. Experimental conditions to generate six differ- ent concentrations of organic vapor.

Carrier flow Dilution flow Total flow rate F

c

rate F

d

rate F

c

+F

d

(sccm) (sccm) (sccm)

25 275 300

50 250 300

100 200 300

150 150 300

200 100 300

300 0 300

Ð ô Ç z ´+ « > ¸ \ ¦ þ j è o l 0 AK r « Ñ © ü < þ j@ / ô

Ç î r / B M \ _ " t Y U ¸s × ¼ 3~ ½ Ó ¾ Ó ì Á Ú Ô (solenoid three- way valve)\ ¦ [ O u % i . s \ ¦ : x K r « Ñ © 5 Å q Ü ¼ Ð 7

£

x l _ Ä »{ 9 s 9 כ ¹ t · ú §` ¦ M :\ H 7 £ x l \ ¦ ü @Â Ò Ð ~ ½ Ó Ø

¦ r v ¦, Ä »{ 9 s 9 כ ¹½ + É M : 7 £ ¤ r Ä »{ 9 ÷ & ¸2 ¤ r Û ¼% 7 s

½

¨$ í ÷ &% 3 . y 6 £ x ñ 8 £ ¤& ñ õ 8 £ ¤& ñ Ê ê\ r « Ñ ©

?

/Â Ò_ ¨ 8 â ` ¦ L : F M s Ä »t l 0 AK MFC

^1,2

ü < H Z > ¸

Ð ± ú ÐÕ ª Ä »| ¾ Ó> Ð ¸] X ÷ & H Z > ¸_ purge ` ¦ ½ ¨

$ í

% i . Purge l ^ _ â ì2 £ §Ò ¦ É r F

p

=2000sccm Ü ¼ Ð ¦

&

ñ % i .

r

« Ñ © H 7.0 cm

³

& ñ ¸_ ? /Â Ò / B N ç ß ` ¦ t 9 s / B N ç

ß î ß \ r « Ñ [ O u ÷ &% 3 . Õ ªo ¦ r « Ñ © _ © é ß É r Ã

º& ñ ó ø Í (quartz plate)` ¦ Â Ò Ã Ì # r « Ñ ³ ð ` ¦ Ã ºf ~ ½ Ó ¾ Ó

\

" f ' a ¹ 1 Ï½ + É Ã º e ¸2 ¤ % i .

Table 1 É r " f Ð É r 0 l x ¸\ ¦ ° ú H Ä »l Ó ü t 7 £ x l \ ¦ ] j

l 0 Aô Ç î r ì ø Í x 9 D ¥ ½ + Ë l ^ _ â ì2 £ §Ò ¦ ½ ¨$ í ` ¦ · p .

y

¸| _ â Ä º ^ â ì2 £ §Ò ¦ (total flow rate) F

c

+F

_d

H 300 sccm Ü ¼ Ð ¦& ñ % i . Õ ª QÙ ¼ Ð F

^c

° ú כ_ 7 £ x H r

«

Ñü < ] X 8 ú ¤ H Ä »l Ó ü t 7 £ x l _ 0 l x ¸ 7 £ x H כ s 9, F

c

=300 sccm _ â Ä º\ H F

d

=0 s Ù ¼ Ð í o7 £ x l r « Ñ ü

< ] X 8 ú ¤ > ) a .

r

« Ñ ³ ð _ z ´r ç ß ç ß [ O Ò o % ò © ` ¦ % 3 l 0 AK þ j@ / 208 á ÔY Ue (frame)/s ` ¦ ° ú H 24bit ( Q B j (ALLIED Pike, F-032C) r « Ñ © © é ß \ [ O u ÷ &% 3 . Õ ªo ¦

%

3 # Q % ò © É r X <s ' Ã º| 9 © u (National Instruments, PCIe-8255R)\ ¦ : x K ( É Ó' Ð ² ú ÷ &% 3 . s M : B j

_ y Ð& ñ (gamma correction) É r 1.0 s & h 6 x ÷ &% 3 .

B j s p t G ' p" f_ í o\ _ ô Ç Ò o& ñ Ð < Hz ´` ¦ ~ ½ Ó t

l 0 AK RGB y Û ¼ ÐÕ ªÏ þ ` ¦ Å Òr " f í o o è (pixel) t · ú § ¸2 ¤ ¸" î y © ¸\ ¦ ¸& ñ % i . ¸

"

î É r FML27EX ¦Å Ò + þ AF gÏ þ á Ô (27W, high frequency fluorescent lamp)\ ¦ 6 x % i ¦, DC/AC ! Q' \ ¦ © Ã Ì

# §À Ó " é ¶ \ _ ô Ç % ò © ¸ ú 6 £ §` ¦ þ j è o % i . ( É Ó

(4)

'

Ð ² ú ) a ç ß [ O Ò o RGB % ò © X <s ' H LabView Vision

< ÊÃ º\ ¦ : x K z ´r ç ß Ü ¼ Ð CIE L

^∗

a

^∗

b

^∗

Ò o/ B N ç ß Ü ¼ Ð ¨ 8 ÷ &

%

3 . CIE L

^∗

a

^∗

b

^∗

Ò o / B N ç ß É r 1976¸ ² D G ] j ¸" î l ½ ¨ (CIE)

\

" f Ò o_ s \ ¦ & ñ | ¾ Ó o ¸2 ¤ ½ ©& ñ ô Ç כ s . s H Ò o

`

¦ 8 £ ¤& ñ H X < e # Q õ < Æ x 9 í ß \ O ì r \ © Ð¼ # & h Ü ¼

Ð 6 x ÷ & H Ò o / B N ç ß Ü ¼ Ð _ Ò o É r _ ý a³ ð ° ú כ Ü

¼ Ð" f ³ ð & ³ ) a . Ò o H Ã º < Æ& h Ã ºu Ð" f Ò o_ s

H ¿ º Ò oý a³ ð s _ o \ K { © ô Ç . { 9 ^ & h Ü ¼ Ð

o ° ú כs ß ¼ Ò o H כ s ¦ o ° ú כs Ü ¼ Ò o

H . ë ß { 9 ¿ º Ò oý a³ ð 1 l x{ 9 o ° ú כs 0s Ù ¼

Ð 1 l x{ 9 ô Ç Ò o\ K { © ô Ç . l ï r s ÷ & H _ Ò o ý a³ ð

\

¦ L

^∗1

, a

^∗1

, b

^∗1

¦ q § ÷ & H Ò o_ ý a³ ð\ ¦ L

^∗2

, a

^∗2

, b

^∗2

½ + É M : ¿ º Ò o_ s H A _ d ` ¦ : x K > í ß

½

+ É Ã º e [21].

∆E

^∗

= (∆L

^∗2

+ ∆a

^∗2

+ ∆b

^∗2

)

^1/2

(1)

#

l " f L

^∗

É r " î ¸(lightness)s ¦, a

^∗

H red/magenta ü <

green, b

^∗

H yellow ü < blue s \ " f_ ý a³ ð ° ú כs .

: r ½ ¨\ " f l ï r % ò © É r r « Ñ\ F

^p

=2000 sccm N

2

l

^

â ìØ Ô H 1 l x î ß O É % ò ) a % ò © Ü ¼ Ð % i Ü ¼ 9, Ä »l Ó ü t 7 £ x l

\ ¸Ø ¦ ÷ & H 1 l x î ß % 3 # Qt H r « Ñ_ z ´r ç ß ç ß [ O Ò o

o % ò © [ þ t` ¦ q §% ò © Ü ¼ Ð ç ß Å Ò % i . Õ ªo ¦ l ï r % ò

© õ q § % ò © s _ y y _ @ /6 £ x o è\ @ /K d (1)` ¦ s

6 x # Ò o ° ú כ[ þ t` ¦ ½ ¨ ¦ s \ ¦ s " é ¶ Ò o s p t

Ð F & ³ % i . ¢ ¸ô Ç y Ò o s p t á ÔY Ue { © é ß { 9 _ @ /

³

ð y t ° ú כ` ¦ % 3 l 0 AK y á ÔY Ue ` ¦ ½ ¨$ í H Ò o ° ú כ (raw data)[ þ t _ ¨ î ç H ° ú כ` ¦ ½ ¨ ¦ s \ ¦ & ñ | ¾ Ó& h Ò o y 6

£ x ñ Ð % o % i .

/ B N| 9 ½ © è 8 £ x _ À Ó y 6 £ x ñ\ ¦ 8 £ ¤& ñ l 0 AK " é ¶ /

B

N/ å L l (Agilent, E3634A)\ ¦ 6 x # r « Ñ\ 5.0 V_ { 9

&

ñ ô Ç f À Ó · ú ` ¦ ô Ç Ê ê n t _ O Y O w p ' (National Instruments, PXI-4072) Ð 5.6 ms ç ß Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ % i .

F G É r / B N| 9 ½ © è 8 £ x _ ³ ð õ ½ © èl ó ø Í\ É r ] X Ã Ì] j (silver adhesive)\ ¦ 6 x # % i .

F

g µ 1 Ï F g y 6 £ x ñ\ ¦ % 3 l 0 AK © 477 nm\ ¦ ° ú H Ø

Ô 4 H s : r Y Us $ (OMNICHROM, 543-AP-A01) # l

F g " é ¶ Ü ¼ Ð 6 x ÷ &% 3 . r « Ñ ÐÂ Ò' ~ ½ ÓØ ¦ ) a F g µ 1 Ï F g É r 2 > h_ & ³p â 6 x @ /Ó ü tE $ Ý ¼\ ¦ 6 x # | 9 F g ÷ &% 3 . Õ ªo

¦ ¢ ¸ É r B j (Sony, XC-HR50)\ ¦ : x K | 9 F g ) a F g µ

1 Ï F g` ¦ O É % ò ¦ % ò © ì r$ 3 ` ¦ z ´r < ÊÜ ¼ Ð" f y © ¸ o

\

¦ 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e % 3 . s M : X <s ' Ã º| 9 © u H National Instruments _ PCI-1410` ¦ s 6 x % i ¦ 20 á ÔY Ue /s_ 5 Å q

¸ Ð Ã º| 9 % i .

Fig. 3. Surface photographs and color-difference images of porous silicon exposed to ethanol vapor that is gener- ated by nitrogen carrier gas flows of (a) 0 sccm, (b) 150 sccm, and (c) 300 sccm.

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

Figure 3 É r ¦5 Å q B j Ð O É % ò ) a r « Ñ ³ ð _ ç ß [ O Ò

o % ò © õ F & ³ ) a Ò o s p t [ þ t` ¦ · p כ s . Fig.

3(a) H F

p

=2000 sccm N

2

l ^ r « Ñ\ ] X 8 ú ¤ H 1 l x î ß

%

3 # Q ç ß [ O Ò o % ò © s . Õ ªa Ë >õ ° ú s / B N| 9 ½ © è 8 £ x _

³

ð \ " f 8 £ x _ ¿ ºa \ _ ô Ç ç ß [ O Á º] (\ ¦ ' a ¹ 1 Ï ½ + É Ã º e

. Fig. 3(a´) H Fig. 3(a) ü < l ï r% ò © (2000 sccm N

2

l

^ \ " f " f Ð É r í H ç ß \ O É % ò ) a % ò © ) s \ % 3

#

Q Ò o s p t s . { © y ¿ º % ò © s \ H Ä »l Ó

ü

t 7 £ x l r « Ñ\ ¸Ø ¦ ÷ &t · ú § ¤l M :ë H \ Ò o_ s

\ O

# Q Ò o s p t H É rÒ oÜ ¼ Ð ³ ð & ³÷ &% 3 . ë ß { 9 ¿ º % ò

© s \ Ò o_ s ¸F K s ¸ e > ÷ & s p t \

"

f µ 1 ß É r Â Òì r s ' a ¹ 1 Ï÷ &# Q ô Ç . Fig. 3(b) H F

c

=150 sccm õ F

d

=150 sccm{ 9 M : \ ò ø Í` ¦ (ethanol) 7 £ x l ì r 0 A l

\ " f O É % ò ) a r « Ñ ³ ð \ " f_ ç ß [ O Ò o % ò © s . Õ ªo

¦ Fig. 3(b´) H Fig. 3(b) ü < l ï r% ò © s \ % 3 # Q Ò o

s p t s . Fig. 3(a´)ü < H Ø Ô> " é ¶+ þ A ¸+ þ A_ µ 1 ß É r Á

º] ([ þ t s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 . Õ ªa Ë >\ " f µ 1 ß É r Â Òì r É r Ò os ´ ú §s

ô Ç Â Òì r` ¦ ? / ¦ © @ /& h Ü ¼ Ð # Q¿ ºî r Â Òì r É r & h >

ô Ç Â Òì r` ¦ · p . Fig. 3(a)\ ¦ l ï r% ò © s ¦ ç ß Å Ò

% i ` ¦ M :(l ï r% ò © õ Ò o s \ O Ü ¼Ù ¼ Ð) Fig. 3(b)ü <

q

§ ç ß [ O Ò o_ o & ñ ¸\ ¦ ¹ ¢ ¤ î ß Ü ¼ Ð _ ½ ¨Z > ½ + É

(5)

Fig. 4. Comparison of the response signals acquired by three different detection methods.

Ã

º \ O Ü ¼ , 3(b´)_ Ò o s p t \ " f H " î S X y Õ ª s \ ¦

<

É ÊÑ þ _ " î Ü ¼ Ð ' a ¹ 1 Ï½ + É Ã º e .

Figure 3(c), (c´) H 1 l x{ 9 ô Ç ~ ½ Ód Ü ¼ Ð F

^c

=300sccm, F

_d

=0sccm{ 9 M : % 3 # Q ç ß [ O Ò o % ò © x 9 Ò o s p t s

. Õ ªa Ë >\ " fü < ° ú s Fig. 3(c´) H Fig. 3(b´) _ Ò o s p

t \ q K B Ä º µ 1 ß & 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . s כ É r Ä »l Ó

ü

t 7 £ x l _ 0 l x ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ r « Ñ ³ ð _ ç ß [ O Ò o o

ß ¼> { 9 # Qz ` ¦ _ p ô Ç . Õ ª QÙ ¼ Ð s Qô Ç Ò o s p t

_ µ 1 ßl o & ñ ¸\ ¦ & ñ | ¾ Ó o < ÊÜ ¼ Ð+ " f Ð É r 0 l x ¸

\

¦ ° ú H Ä »l Ó ü t 7 £ x l \ " f y 6 £ x & ñ ¸\ ¦ ¨ î H כ s

0 p x .

Figure 4 H \ ò ø Í` ¦ 7 £ x l \ @ /ô Ç / B N| 9 ½ © è G ' p" f_ Ò o

y 6 £ x ñü < F g µ 1 Ï F g y 6 £ x ñ, À Ó y 6 £ x ñ_ õ

\

¦ q §ô Ç כ s . \ ò ø Í` ¦ 7 £ x l H Å Òl & h Ü ¼ Ð Õ ªa Ë >\ ³ ð r

ô Ç F

_c

_ â ì2 £ §Ò ¦ \ 3ì r 1 l x î ß r « Ñ\ f Ë 9t ¦ 3ì r 1

l

x î ß É r F

p

=2000 sccm N

2

l ^ f Ë 9& . Fig. 4(a) H Ò

o ñ\ @ /ô Ç כ Ü ¼ Ð, s ñ H y í H ç ß \ % 3 # Q Ò o

s p t á ÔY Ue \ " f raw X <s ' _ ¨ î ç H ° ú כÜ ¼ ÐÂ Ò' ½ ¨ K

& . Õ ªa Ë >õ ° ú s F

c

â ì2 £ §Ò ¦ s 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤, 7 £ ¤ \ ò ø Í

`

¦ 7 £ x l _ 0 l x ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ Ò o ñ_ © @ / o y ©

¸ & h & h 7 £ x < Ê` ¦ ^ ¦ Ã º e . 7 £ ¤ F

c

=25 sccm \ " f 300

% & ñ ¸_ © @ / o y © ¸ í o \ ò ø Í` ¦ 7 £ x l (F

c

=300 sccm) \ " f H 1100 % t 7 £ x % i . s \ q K 4(b)\

"

f Ðs H F g µ 1 Ï F g y 6 £ x ñ_ â Ä º F

^c

=100 sccm Â Ò'

"

î S X ô Ç y t ñ l r ¦, 0 l x ¸ 7 £ x ½ + É Ã

º2 ¤ 7 £ x # í o7 £ x l © I \ " f -30 % & ñ ¸_ © @ /

o y © ¸\ ¦ Ð% i . # l " f 6 £ § _ Â Ò ñ H F g µ 1 Ï F g _ y © ¸

\

ò ø Í` ¦ 7 £ x l \ ¸Ø ¦ ÷ & H 1 l x î ß y è÷ &% 3 6 £ §` ¦ > p w ô Ç . À

Ó y 6 £ x ñ\ ¦ ? / H 4(c) _ â Ä º\ H \ ò ø Í` ¦ 7 £ x l

\

@ /ô Ç " î S X ô Ç y 6 £ x ñ % 3 # Qt t · ú § ¤ . : r 7 Hë H

\

" f ] jr t H · ú § ¤Ü ¼ [ j : r õ B jò ø Í` ¦ 7 £ x l _ â Ä

º F

c

=150 sccm s © \ " f À Ó y 6 £ x ñ l H

% i Ü ¼ ñ Ë ¨ï r y 7 £ x l ë ß ½ + É ÷ r Ò o ü < F g µ 1 Ï F

g y 6 £ x ñü < ° ú s 7 £ x l _ Ä »Á º\ É r " î S X ô Ç ½ ¨ì r É r

'

a ¹ 1 Ï÷ &t · ú § ¤ .

s

© _ õ \ ¦ כ ¹ , : r ½ ¨\ " f 6 x ô Ç / B N| 9

½

© è G ' p" f_ \ ò ø Í` ¦ 7 £ x l \ @ /ô Ç y 6 £ x : £ ¤$ í \ " f F g µ 1 Ï F g

É

r y 6 £ x: £ ¤$ í s l H t ë ß þ j@ / -30 % s ? / Ð y

¸ B Ä º Ü ¼ 9, À Ó ñ H : £ ¤$ í s B Ä º å Ô H

כ

` ¦ · ú Ã º e % 3 . ÷ r ë ß m 7 £ x l _ 0 l x ¸\ É r y t

# 3 0 A ¸ F g µ 1 Ï F g É r í o7 £ x l ÐÂ Ò' F

c

=100 sccm t ,

À Ó ñ H { 9 Â Ò 7 £ x l \ " f F

c

=150 sccm t a % v

É

r 0 l x ¸ y t # 3 0 A\ ¦ Ð% i . s \ q K Ò o ñ H

É

r ¿ º y 6 £ x ñ Ð y ¸ í o7 £ x l ì r 0 Al \ " f 110 0% & ñ ¸ Ð Z 41 p x y Ä ºÃ º½ + É ÷ r ë ß m F

c

=25 sccm \ " f

6 £ x : £ ¤$ í s e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 . s H F

c

=25 sccm Ð

8 ± ú É r 0 l x ¸_ \ ò ø Í` ¦ 7 £ x l ì r 0 Al \ " f ¸ ´ òõ & h Ü ¼

è_ Ä »l Ó ü t 7 £ x l y 6 £ x : £ ¤$ í ½ ¨\ " f Ò o s p t Z O s B

Ä º Ä »6 x > 6 x| ¨ c Ã º e 6 £ §` ¦ > p w ô Ç .

: r ½ ¨\ " f H \ ò ø Í` ¦÷ r ë ß m B jò ø Í` ¦ (methanol), s

èá Ô Ðó ø Í` ¦ (isopropanol), [ j : r (acetone), { 9 E $ (xylene) \ @ /K " f ¸ z ´+ « > % i Ü ¼ 9, Õ ª õ \ ¦ F

c

_ < Ê Ã

º Ð" f Fig. 5\ ? /% 3 . Fig. 5(a) H Ò o y 6 £ x

ñ\ ¦, 5(b) H F g µ 1 Ï F g y 6 £ x ñ_ y ¸\ @ /ô Ç õ s

r$ 3 t · ú § ¤ . Ò o ñ\ " f B jò ø Í` ¦ 7 £ x l H É r Ä » l

ø Í` ¦, [ j : r 7 £ x l H Ä » ô Ç y ¸\ ¦ Í Ç x . s õ H Ä

»l Ó ü t 7 £ x l _ ì r | ¾ Ó s \ Õ ª " é ¶ s e H כ Ü ¼ Ð Ð

#

. y Ä »l Ó ü t 7 £ x l _ ì r | ¾ Ó É r B jò ø Í` ¦ _ â Ä º 32.04 g/mol, \ ò ø Í` ¦ É r 46.07 g/mol, [ j : r É r 58.08 g/mol, s

èá Ô Ðó ø Í` ¦ É r 60.10 g/mol, { 9 E $ É r 106.16 g/mol Ð" f

(6)

Fig. 5. Color-difference and PL quenching response sig- nals of porous silicon to different organic vapors as a function of carrier flow rate.

F

_c

=200 sccm` ¦ l ï r Ü ¼ Ð Ð ì r | ¾ Ós 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ Ò o

° ú כs ß ¼> z ` ¦ · ú Ã º e .

: r ½ ¨\ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç Ò o y 6 £ x ñ H ì ø Í6 £ x r ç ß (reac- tion time) õ r4 ¤ r ç ß (recovery time)s B Ä º Ø Ô ¦

% i

& h s . ÷ r ë ß m : r ½ ¨\ " f 6 x ô Ç 5t Ä »l Ó ü t 7

£

x l \ @ /K ¸¿ º ì ø Í6 £ x` ¦ Ð% i . s Qô Ç : £ ¤$ í É r / B N| 9

½

Ó ü t o f ¨ Ã Ì{ 9 M : [ O " î s 0 p x . Ó ü t o f ¨ Ã Ì É r ì r

> r H X <, s j Ë µ É r ì r | ¾ Ós 9 þ t Ã º2 ¤ & t > ) a . Õ ª Q Ù

¼ Ð ~ 1 > Ó ü t o f ¨ Ã Ì÷ &# Q Ò o ñ H ° ú כ` ¦ ° ú > ÷ &

H כ Ü ¼ Ð K $ 3 ) a .

Figure 5 \ " f : £ ¤ s ô Ç & h É r { 9 E $ 7 £ x l \ @ /ô Ç y 6 £ x: £ ¤

$ í

Ü ¼ Ð, F

^c

=200 sccm t H É r Ä »l Ó ü t 7 £ x l ü < q 5 p w

>

_ + þ A& h Ü ¼ Ð 7 £ x , F

^c

=300 sccm \ " f ¸y

{ 9 E $ 7 £ x l _ s Qô Ç : £ ¤ s $ í _ " é ¶ ` ¦ · ú Ðl 0 AK Fig. 6(a) H F

c

=200 õ 300 sccm\ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç Ò o y 6 £ x

ñ\ ¦ Ð כ s . Õ ªa Ë >õ ° ú s F

c

=200 sccm t H

Fig. 6. Dynamic response of porous silicon sensor ex- posed to xylene vapor that is generated by nitrogen car- rier gas flows of 200sccm and 300sccm.

{ 9

ì ø Í& h + þ AI _ y 6 £ x ñ % 3 # Q& Ü ¼ , 300 sccm\ " f

H Ò o ñ íl \ 1100 % t 7 £ x ¸y 9 300 % t / å L y y è÷ &% 3 . Õ ªo ¦ { 9 E $ 7 £ x l \ ¦ = å S

¦ N

2

l ^ \ ¦ r f Ë 9Å Ò ± ú Ðî r 4 x Ä ºo \ ¦ + þ A$ í ô Ç Ê

ê l $ & h Ü ¼ Ð r4 ¤ ÷ & H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . Ð s

7 £ x l _ q + þ A$ í ` ¦ ß ¼> H " é ¶ s .

s

Å

q Ü ¼ Ð Ä »{ 9 ÷ & " f É r Ä »l Ó ü t 7 £ x l [ þ t \ q K 8 £ x _ F g

< Æ& h ¿ ºa nd\ ¦ / å L y 7 £ x r v l M :ë H Ü ¼ Ð K $ 3 ) a .

#

l " f n É r 8 £ x _ Ï ã J] X Ò ¦ s ¦ d H Ó ü t o & h ¿ ºa (physical thickness) s . · û ª É r ~ Ã Ì} \ _ ô Ç ç ß [ O ¸| \ " f l ó ø Í Ð

|

É r 2ndcosθ=mλ s . # l " f m É r ª _ & ñ Ã ºs ¦, λ H

~

½ Ó ¾ Ó\ " f y n Cs { 9 ô Ç cosθ=1s ÷ &Ù ¼ Ð 2nd=m» ¸

|

j/ B N 5 Å q \ 6 £ x» ¡ ¤H d Ü ¼ Ð+ 8 £ x _ F g < Æ& h ¿ ºa 7 £ x # m ° ú כs © λ_ ª _ & ñ Ã ºC ¸| ` ¦ ë ß 7 á ¤ ½ + É M : 1 l x { 9

s

(7)

y

6 £ x ñ H s ¸| ` ¦ ë ß 7 á ¤ H í H ç ß y è > ) a . s ü

Ð" f ~ Ã Î [ þ t # ½ + É כ Ü ¼ Ð « Ñ ) a . s M : É r Ä »l Ó ü t 7

£

ã J] X Ò ¦ s 1.360, B jò ø Í` ¦ 1.331, [ j : r 1.359, s èá Ô Ðó ø Í

`

ß 7 á ¤ ½ + É & ñ ¸ Ð Õ ªo ß ¼t · ú §l M :ë H Ü ¼ Ð K $ 3 ½ + É Ã º e .

ô

g < Æ& h ¿ ºa _ o Ø Ôt · ú § É r s Ä » (¢ ¸ H F

c

=300 sccm \ " f ñ_ ß ¼l % 6 £ § Â Ò' > t · ú § ¦

"

f" fy 7 £ x Ù þ ¡ y è H s Ä ») [ O " î ÷ &# Q ô Ç .

Õ

ß 5 Å q ¸ Ø Ôt · ú §l M :ë H Ü ¼ Ð « Ñ ) a . 7 £ ¤ { 9 E $ 7 £ x l

H É r Ä »l Ó ü t 7 £ x l \ q K ì r | ¾ Ós B Ä º ß ¼l M :ë H

\

`

ß 1 l x î ß & h & h Ü ¼ Ð 7 £ x > ) a . Õ ªA " f 7 £ x l ü <_ ] X 8

ú

¤ íl \ H Ò o ñ 7 £ x > ÷ & 9 · ú ¡\ " f [ O " î ô Ç ç

ß [ O ¸| s ë ß 7 á ¤ ÷ & H í H ç ß Ò o ñ H y è > ÷ & H

כ

"

f 7 £ x l H 6 fµ 1 Ï > ÷ &Ù ¼ Ð F g < Æ& h ¿ ºa H ì ø Í@ / Ð / å L y

y è l r ô Ç . Õ ª QÙ ¼ Ð Ò o ñ H Õ ª 1 l x î ß _

oü < H ì ø Í@ / Ð > ÷ &# Q ] X 8 ú ¤ íl \ + þ A$ í ) a 4 x Ä

ºo ü < q 5 p w ô Ç Z } s _ ± ú Ðî r 4 x Ä ºo \ ¦ + þ A$ í ¦ l

$

& h Ü ¼ Ð r4 ¤ ÷ & H כ s .

s

^c

=300 sccm \ " f ] X 8 ú ¤ íl \ H -35 % _ y 6 £ x ñ\ ¦ Ð Ê ê o ; ¤ s Ë ¨ï r y × ¦ # Q[ þ t

¸ H Ä »l Ó ü t 7 £ x l Ä »{ 9 ÷ & y è H כ s S X z ´K Ð

\

9 7 £ x H כ Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ | ¨ c Ã º e . Õ ª s Ä » H ~ ½ ÓØ ¦

)

^ G ' p" f ½ ¨\ " f 8 £ x _ F g < Æ& h ¿ ºa o\ _ ô Ç ñ _

.

IV. + s Ç Â ] Ø

6 £ x: £ ¤$ í ½ ¨\ e # Q Ò o s p t l Z O ` ¦ ¸{ 9 ¦ Õ ª

$ í

0 p x` ¦ ¸ % i . ¢ ¸ô Ç Ò o y 6 £ x ñ_ y ¸\ ¦ ¨ î

¦ F g µ 1 Ï F g, À Ó y 6 £ x ñü < q § % i . Õ ª õ Ò

¼ Ð Z 41 p x > Ä ºÃ º % i Ü ¼ 9, V , É r 0 l x ¸ # 3 0 A\ " f ¸ y 6

£ x ñ\ ¦ ? /% 3 . s כ É r Ò o s p t l Z O s D h Ð î

r y 6 £ x ñ_ ô Ç 7 á x À Ó Ð" f ´ òõ & h Ü ¼ Ð & h 6 x| ¨ c Ã º e 6 £ §

`

¦ > p w ô Ç . ¢ ¸ô Ç Ò o s p t ] j l Õ ü t É r r « Ñ\ " f Ò o _

o & ñ ¸ ¢ ¸ H o ) a Â Òì r ë ß _ & ñ x 9 ô Ç ó ø Í1 l q s 9 כ ¹ ô

Ç É r # Q ½ ¨ ì r \ " f ¸ & h F G Ö ¸6 x ½ + É Ã º e ` ¦ כ Ü

\

¦ s 6 x ô Ç G ' p" f ½ ¨\ " f 8 £ x _ F g < Æ& h ¿ ºa o Ð ô Ç y

P

c p 8 ý ò k >

s

7 Hë H É r 2007¸ & ñ Â Ò ( §¹ ¢ ¤ & h " é ¶ Â Ò)_ F " é ¶ Ü ¼ Ð ô

Ç² D G < ÆÕ ü t < É ª F é ß _ t " é ¶` ¦ ~ Ã Î Ã º' ) a ½ ¨e (KRF- 2007-331-D00245).

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] A. Uhlir, Bell Syst. Tech. J. 35, 333 (1956).

[2] L. T. Canham, Appl. Phys. Lett. 57, 1046 (1990).

[3] L. Vaccari, D. Canton, N. Zaffaroni, R. Villa, M.

Tormen and E. D. Fabrizio, Microelectron. Eng. 83, 1598 (2006).

[4] E. Tasciotti, X. Liu, R. Bhavane, K. Plant, A. D.

Leonard, B. K. Price, M. M. Cheng, P. Decuzzi, J.

M. Tour, F. Robertson and M. Ferrari, Nature Nan- otechnology 3, 151 (2008).

[5] K. Q. Peng, X. Wang and S. T. Lee, Appl. Phys.

Lett. 95, 243112 (2009).

[6] G. Recio-S´ anchez, M. Manso, V. Torres-Costa, D.

Gallach and R. J. Martin-Palma, Proc. SPIE. 7404, 74040N (2009).

[7] S. J. Kim and S. H. Lee, J. Korean Phys. Soc. 44, 167 (2004).

[8] Y. Y. Kim, H. J. Kim, H. Cheng, J. H. Jang and K.

W. Lee, Sae Mulli 59, 372 (2009).

(8)

[9] L. Canham, Properties of porous silicon (INSPEC, London, 1997), Chap. 2.

[10] P. A. Snow, E. K. Squire, P. St. J. Russell and L. T.

Canham, J. Appl. Phys. 86, 1781 (1999).

[11] M. S. Salem, M. J. Sailor, K. Fukami, T. Sakka and Y. H. Ogata, J. Appl. Phys. 103, 083516 (2008).

[12] M. S. Salem, M. J. Sailor, F. A. Harraz, T. Sakka and Y. H. Ogata, J. Appl. Phys. 100, 083520 (2006).

[13] C. Baratto, E. Comini, G. Faglia, G. Sberveglieri, G.

Di Francia, F. De Filippo, V. La Ferrara, L. Quer- cia and L. Lancellotti, Sens. Actuators B. 65, 257 (2000).

[14] C. Barrato, G. Faglia, G. Sberveglieri, Z. Gaburro, L. Pancheri, C. Oton and L. Pavesi, Sensors 2, 121 (2002).

[15] W. J. Salcedo, F. J. R. Fernandez and J. C. Rubim, Spectrochim. Acta Part A. 60, 1065 (2004).

[16] L. Pancheri, C. J. Oton, Z. Gaburro, G. Soncini and L. Pavesi, Sens. Actuators B. 89, 237 (2003).

[17] T. Chvojka, V. Vrkoslav, I. Jel´ınek, J. Jind˘ rich, M.

Lorenc and J. Dian, Sens. Actuators B. 100, 246 (2004).

[18] Y. S. Jung, O. S. Song, D. J. Kim, Y. Y. Choi and C. J. Kim, J. Kor. Inst. Surf. Eng. 38, 44 (2005).

[19] C. G. Im, J. Y. Kim and S. H. Kim, Polymer (Korea) 29, 508 (2005).

[20] Y. S. Kim, S. C. Ha, H. S. Yang and Y. T. Kim, Sens. Actuators B. 122, 211 (2007).

[21] National Instruments, NI vision concepts manual

(National Instruments, Austin, 2005), Chap. 15.

6 Z 4, pp. 599∼606

6 Z 4, pp. 599∼606

t

   T Q U  M 0 n É ù p § M   m® z º  X ¢   «ù m Ç } º  ¥M ö n Ú  Ö «M   ï " e

"

k ò 6 B­ £ ·  »* å ­ ¤ · T M 4 w H

/ B

N Å Ò@ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ , / B N Å Ò 314-701

(2010¸  1 Z 4 14{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2010¸  4 Z 4 13{ 9  Ã º& ñ  : r ~ Ã Î6 £ §, 2010¸  6 Z 4 10{ 9  > F  S X & ñ )

 :

r   ½ ¨\ " f  H / B N| 9 ½ © è l ^  G ' p" f\  ¦ s 6 x #  Ä »l Ó ü t 7 £ x l _    y  ô  Ç   Ø  ¦`  ¦ 0 AK  Ò  o  s p  t

 Ã º < Æ& h   % o \  ¦ :  x K  % 3 # Q&   . Õ ª   õ  Ò  o  s p t   H / B N| 9 ½ © è 8 £ x _  y  t Â Ò\ " f Ò  os    ô  Ç Â

Òì  r \  @ /ô  Ç s  " é ¶& h & ñ  Ð\  ¦ " î S X  y   Ð# Å Ò% 3  . ÷  r ë ß   m   Ò  o  y  6 £ x   ñ_    y   ¸ü < y  t  # 3  0

A  H F g µ 1 Ï F g (photoluminescence) x 9   À Ó y  6 £ x   ñü < ° ú  É r  É r   ñ[ þ t \  q K  Õ ª : £ ¤$ í s  Ä ºÃ º < Ê`  ¦

· ú

  ¤ .

Ù þ

d  # Q: l ^ G ' p" f, Ä »l Ó ü t7 £ x l , y  6 £ x  ñ, / B N| 9 ½ © è, Ò  o s p t , Ò  oy  t 

Porous Silicon Organic Vapor Sensor Based on the Color-difference Image Technique

Dong Woo Seo · Young You Kim · Ki Won Lee ∗

Department of Physics, Kongju National University, Gongju 314-701 (Received 14 January, 2010 : revised 13 April, 2010 : accepted 10 June, 2010)

PACS numbers: 42.79.Pw, 42.66.Ne

Keywords: Gas sensor, Organic vapor, Response signal, Porous silicon, Color-difference image, Color detec- tion

I. " e Â ] Ø

1956¸  Uhlir Ô  ¦ oÃ º èí ß  (hydrofluoric acid) 6 xÓ  o 5 Å q

\

" f   l  o < Æ& h   ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð / B N| 9  ½ © è\  ¦ þ j í Ð ] j

E-mail: [email protected]





ô  Ç s Ê ê [1], 1990¸  Canham É r  ü @  # l  \ " f s  Ó

ü t| 9  ÐÂ Ò'  y © ô  Ç F g µ 1 Ï F g (photoluminescence, PL) s  { 9 

#

Qz  `  ¦  Ð ¦ % i   [2]. Õ ª Ê ê ç ß ] X   ;s + þ A Ó ü t| 9   ½ © è

\

" f F g µ 1 Ï F g s  { 9 # Q   H " é ¶   `  ¦ ½ ©" î l  0 Aô  Ç l  í  

½

¨[ þ t s  Ã º'  ÷ &% 3  . þ j   H \   H / B N| 9  ½ © è\  ¦   Ó ü t  ² ú 

^

 [3, 4],  s  ¸ x 9 l ^ G ' p" f [5–8] 1 p x Ü ¼ Ð s 6 x l  0 A

-599-

ô

 Ç 6 £ x6 x  ½ ¨  Ö ¸ µ 1 Ïy    '  ÷ & ¦ e   . / B N| 9 ½ © è  H é ß  0

AÂ Òx { ©  ³ ð  & h s  ∼200m

/cm

& ñ  ¸ Ð B Ä º ß ¼l  M :ë  H

\

 G ' p" f_  y  t F « Ñ Ð" f s  © & h    כ Ü ¼ Ð ¨ î ÷ & ¦ e    [9]. t F K  t  / B N| 9 ½ © è\  ¦ G ' p" f Ð  Ö ¸6 x l  0 Aô  Ç   ½ ¨

\

" f @ / © Ó ü t _  y  6 £ x  ñ (response signal) Ð  H Å Ò Ð 3

t

 s 6 x ÷ &# Q M ® o . / B N| 9 ½ © è 8 £ x É r l ^  x 9 Ó  o^ ,   s

 ¸ Ó ü t| 9 õ  ] X 8 ú ¤ ÷ &  8 £ x _  ì ø Í Ö  ¦   o [10–12],   l  



¸ ¸   o [13,14], F g µ 1 Ï F g _  y ©  ¸ x 9 4  x Ä ºo  s 1 l x [14,15]



&

³ © s   è ß  . / B N| 9  ½ © è 8 £ x _  ì ø Í Ö  ¦   o  & ³ © 

 É

r y  t  @ / © Ó ü t| 9 s   ¸ ß ¼l \  ¦ ° ú   H p [ j/ B N 5 Å q Ü ¼ Ð  ¸ [

j  ' a & ³ © \  _ K  g Ë >È Ò  ¦ 6 £ x» ¡ ¤ (condensation) ÷ &l  M : ë

 H s   [11]. Õ ª QÙ ¼ Ð @ / © Ó ü t| 9 õ  ] X 8 ú ¤ l    õ  ] X 8 ú ¤

×

 æ \  8 £ x _  Ï ã J] X Ò  ¦ _  s  µ 1 ÏÒ q t #  ì ø Í Ö  ¦ Û ¼& 7 à Ô! 3  _

   o\  ¦  l ô  Ç . / B N| 9 ½ © è 8 £ x _    l    ¸ ¸   o



 H @ / © Ó ü t| 9 s  ~ Ã Î> h ×  æd   (acceptor center)Ü ¼ Ð   6 x  < Ê Ü

¼ Ð+   Ä » î  r ì ø Í _  0 l x  ¸ 7 £ x  l  M :ë  H Ü ¼ Ð K $ 3

 ¦ e    [16]. F g µ 1 Ï F g _   â Ä º\   H @ / © Ó ü t| 9 s  Ó  o^ \ 

"

f  H Ä »   © Ã ºü <  ' aº  s  e   ¦ l ^ \ " f  H 7 £ x l · ú õ   ' a º

 ÷ &# Q y ©  ¸  o     H  כ Ü ¼ Ð  Ð ¦÷ & ¦ e    [17].

ô

 Ç¼ # G ' p" f   ½ ¨  íl \   H [ j t  y  6 £ x  ñ ×  æ \ " f   l

   ¸ ¸   o\  @ /ô  Ç y  6 £ x   ñ Å Ò Ð  6 x ÷ &# Q M ® o .

Õ

ª Q  s  ~ ½ ÓZ O  É r   F G     ~ ½ Ód  \    É r   y   ¸_  ¼ #  µ

1 ÏÒ q t, F  & ³$ í _  Â Ò7 á ¤ s  ë  H ] j& h Ü ¼ Ð t & h ÷ & ¦ e   . F g µ 1 Ï F

g y ©  ¸  o_   â Ä º\   H f  ] X  / B N| 9 ½ © è 8 £ x õ  Ó ü t o & h ] X

8 ú ¤ \ O s  y  6 £ x   ñ\  ¦   Ø  ¦ ½ + É Ã º e  l  M :ë  H \  ¼ # o  t  ë

T Q U M 0 n É ù p § M m® z º X ¢ «ù m Ç } º ¥M ö n Ú Ö «M ï " e

k ò 6 B £ · »* å ¤ · T M 4 w H

N Å Ò@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , / B N Å Ò 314-701

(2010¸ 1 Z 4 14{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 4 Z 4 13{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2010¸ 6 Z 4 10{ 9 > F S X & ñ )

:

r ½ ¨\ " f H / B N| 9 ½ © è l ^ G ' p" f\ ¦ s 6 x # Ä »l Ó ü t 7 £ x l _ y ô Ç Ø ¦` ¦ 0 AK Ò o s p t

Ã º < Æ& h % o \ ¦ : x K % 3 # Q& . Õ ª õ Ò o s p t H / B N| 9 ½ © è 8 £ x _ y t Â Ò\ " f Ò os ô Ç Â

Òì r \ @ /ô Ç s " é ¶& h & ñ Ð\ ¦ " î S X y Ð# Å Ò% 3 . ÷ r ë ß m Ò o y 6 £ x ñ_ y ¸ü < y t # 3 0

A H F g µ 1 Ï F g (photoluminescence) x 9 À Ó y 6 £ x ñü < ° ú É r É r ñ[ þ t \ q K Õ ª : £ ¤$ í s Ä ºÃ º < Ê` ¦

¤ .

d # Q: l ^ G ' p" f, Ä »l Ó ü t7 £ x l , y 6 £ x ñ, / B N| 9 ½ © è, Ò o s p t , Ò oy t

Dong Woo Seo · Young You Kim · Ki Won Lee ^∗

1956¸ Uhlir Ô ¦ oÃ º èí ß (hydrofluoric acid) 6 xÓ o 5 Å q

" f l o < Æ& h ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð / B N| 9 ½ © è\ ¦ þ j í Ð ] j

ô Ç s Ê ê [1], 1990¸ Canham É r ü @ # l \ " f s Ó

ü t| 9 ÐÂ Ò' y © ô Ç F g µ 1 Ï F g (photoluminescence, PL) s { 9

Qz ` ¦ Ð ¦ % i [2]. Õ ª Ê ê ç ß ] X ;s + þ A Ó ü t| 9 ½ © è

" f F g µ 1 Ï F g s { 9 # Q H " é ¶ ` ¦ ½ ©" î l 0 Aô Ç l í

¨[ þ t s Ã º' ÷ &% 3 . þ j H \ H / B N| 9 ½ © è\ ¦ Ó ü t ² ú

[3, 4], s ¸ x 9 l ^ G ' p" f [5–8] 1 p x Ü ¼ Ð s 6 x l 0 A

Ç 6 £ x6 x ½ ¨ Ö ¸ µ 1 Ïy ' ÷ & ¦ e . / B N| 9 ½ © è H é ß 0

AÂ Òx { © ³ ð & h s ∼200m

& ñ ¸ Ð B Ä º ß ¼l M :ë H

G ' p" f_ y t F « Ñ Ð" f s © & h כ Ü ¼ Ð ¨ î ÷ & ¦ e [9]. t F K t / B N| 9 ½ © è\ ¦ G ' p" f Ð Ö ¸6 x l 0 Aô Ç ½ ¨

" f @ / © Ó ü t _ y 6 £ x ñ (response signal) Ð H Å Ò Ð 3

s 6 x ÷ &# Q M ® o . / B N| 9 ½ © è 8 £ x É r l ^ x 9 Ó o^ , s

¸ Ó ü t| 9 õ ] X 8 ú ¤ ÷ & 8 £ x _ ì ø Í Ö ¦ o [10–12], l

¸ ¸ o [13,14], F g µ 1 Ï F g _ y © ¸ x 9 4 x Ä ºo s 1 l x [14,15]

³ © s è ß . / B N| 9 ½ © è 8 £ x _ ì ø Í Ö ¦ o & ³ ©

É

r y t @ / © Ó ü t| 9 s ¸ ß ¼l \ ¦ ° ú H p [ j/ B N 5 Å q Ü ¼ Ð ¸ [

j ' a & ³ © \ _ K g Ë >È Ò ¦ 6 £ x» ¡ ¤ (condensation) ÷ &l M : ë

H s [11]. Õ ª QÙ ¼ Ð @ / © Ó ü t| 9 õ ] X 8 ú ¤ l õ ] X 8 ú ¤

æ \ 8 £ x _ Ï ã J] X Ò ¦ _ s µ 1 ÏÒ q t # ì ø Í Ö ¦ Û ¼& 7 à Ô! 3 _

o\ ¦ l ô Ç . / B N| 9 ½ © è 8 £ x _ l ¸ ¸ o

H @ / © Ó ü t| 9 s ~ Ã Î> h × æd (acceptor center)Ü ¼ Ð 6 x < Ê Ü

¼ Ð+ Ä » î r ì ø Í _ 0 l x ¸ 7 £ x l M :ë H Ü ¼ Ð K $ 3

¦ e [16]. F g µ 1 Ï F g _ â Ä º\ H @ / © Ó ü t| 9 s Ó o^ \

f H Ä » © Ã ºü < ' aº s e ¦ l ^ \ " f H 7 £ x l · ú õ ' a º

÷ &# Q y © ¸ o H כ Ü ¼ Ð Ð ¦÷ & ¦ e [17].

Ç¼ # G ' p" f ½ ¨ íl \ H [ j t y 6 £ x ñ × æ \ " f l

¸ ¸ o\ @ /ô Ç y 6 £ x ñ Å Ò Ð 6 x ÷ &# Q M ® o .

ª Q s ~ ½ ÓZ O É r F G ~ ½ Ód \ É r y ¸_ ¼ # µ

1 ÏÒ q t, F & ³$ í _ Â Ò7 á ¤ s ë H ] j& h Ü ¼ Ð t & h ÷ & ¦ e . F g µ 1 Ï F

g y © ¸ o_ â Ä º\ H f ] X / B N| 9 ½ © è 8 £ x õ Ó ü t o & h ] X

8 ú ¤ \ O s y 6 £ x ñ\ ¦ Ø ¦ ½ + É Ã º e l M :ë H \ ¼ # o t ë

ß É r ~ ½ Ód [ þ t õ q § # y ¸ -Á º . ÷ r ë ß m

r « Ñ ^ _ q ç H| 9 $ í Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ 0 Au \ É r y 6 £ x

ñ_ y © ¸ ¼ # H כ ¸ ë H ] j& h Ü ¼ Ð t & h ÷ & ¦ e .

ø Í Ö ¦ o H F g µ 1 Ï F g ì r$ 3 õ ° ú s " é ¶ y t 0 p x

þ j H [ þ t # Q ´ ú §s 6 x ÷ & ¦ e . Õ ª Q @ / © Ó ü t| 9 s e

H l ^ x 9 Ó o^ ì r 0 Al \ " f r « Ñ³ ð _ ì ø Í Ö ¦` ¦ 8 £ ¤& ñ

l 0 Aô Ç 4 ¤ ¸ ú ô Ç © u כ ¹½ ¨ ) a . Õ ªo ¦ 8 £ ¤& ñ õ

¼& 7 à Ô! 3 Ü ¼ Ð Ù ¼ Ð y t ñ_ & ñ | ¾ Ó& h é ß { 9 ° ú כ

¦ Ø ¦ H כ s j Ë µ[ þ t . Õ ªA " f @ /Â Òì r _ ½ ¨[ þ t \ " f

H ì ø Í Ö ¦ Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f : £ ¤& ñ © _ 4 x Ä ºo s 1 l x _ & ñ

¸ ∆»\ ¦ y 6 £ x ñ_ ß ¼l Ð" f 6 x ¦ e [10–12].

ª Q s Qô Ç ~ ½ Ód _ é ß { 9 ° ú כ Ø ¦ É r ì r$ 3 & h ^ _ Ï

ã J] X Ò ¦ o ç H| 9 ¦ & ñ Ù þ ¡` ¦ â Ä º # QÖ ¼ & ñ ¸ {

© t ë ß , q ç H| 9 ô Ç ² D G è& h o e ` ¦ â Ä º\ H ² D G è

h Â Ò0 A_ o & ñ Ð\ ¦ · ú t 3 l w H é ß & h s e .

: r ½ ¨\ " f H 0 A [ j t y 6 £ x: £ ¤$ í × æ \ " f ì ø Í Ö ¦ Û

¼& 7 à Ô! 3 _ o : £ ¤$ í ` ¦ & h F G Ö ¸6 x # Ò o s p t Z O

¦ : x K y 6 £ x ñ_ Ø ¦` ¦ r ¸ ¦ Õ ª : £ ¤$ í ` ¦ · ú

Ð ¦ % i . / B N| 9 ½ © è 8 £ x _ ³ ð \ H ~ Ã Ì} _ ¿ ºa ü

< Ï ã J] X Ò ¦ \ _ K ç ß [ O Ò os è ß . ç ß [ O Ò o É r / B N| 9

© è Ä »l Ó ü t 7 £ x l ü < ] X 8 ú ¤ ½ + É â Ä º 8 £ x _ F g < Æ& h ¿ ºa (optical thickness) ² ú 4 R > ) a . Õ ª QÙ ¼ Ð 7 £ x l

] X 8 ú ¤ õ ] X 8 ú ¤ × æ s \ ç ß [ O Ò o_ o & ñ ¸\ ¦ r « Ñ

ð _ s " é ¶& h s p t Ð F & ³ ¦ s ÐÂ Ò' é ß { 9 ° ú כ

¦ Ø ¦ > ÷ & y 6 £ x ñ Ð" f Ö ¸6 x H כ s 0 p x

. Ò o ì r$ 3 Z O É r ª ô Ç ½ ¨ ì r \ " f s 6 x ÷ &# Q M ® o .

/³ ð& h Ü ¼ Ð m Ö 0 qz ´o s × ¼ (nickel silicide) ~ Ã Ì} ` ¦ \ P

o " f ü @-r -& h ü @ ì rF gF g ¸> (UV-VIS-IR spectrophotometer)\ ¦ s 6 x # Ò o ° ú כ_ o\ ¦ % 3 ¦ s

\ ¦ : x K © o õ & ñ ` ¦ ì r$ 3 ô Ç e [18]. ¢ ¸ô Ç e ¦

Û ¼h Ë : F « Ñ_ \ P ì r K 1 l x õ ø @$ í ¨ î \ " f e ¦ Û ¼ h Ë

:_ \ P o & ³ © \ _ ô Ç Ò o © o\ ¦ © \ O 6 x Ò o ì r$ 3 l

¦ : x K 8 £ ¤& ñ ¦ ì r$ 3 ô Ç e [19]. Õ ª Q s ~ ½ ÓZ O [

t É r r « Ñ © _ : £ ¤& ñ ì r$ 3 & h Ü ¼ ÐÂ Ò' é ß { 9 _ Ò o& ñ Ð ë

ß ` ¦ % 3 ¦ Õ ª[ þ t s _ Ò o ° ú כ` ¦ q § H ~ ½ ÓZ O s 6 x

&% 3 . Õ ª Q : r ½ ¨\ " f & h 6 x ½ + É l Z O É r r « Ñ 7 £ x l