Two-dimensional (2D) materials are widely used in gas sensing application due to their special intrinsic property, which are high surface to volume ratio, easy chip fabrication, room temperature operation, and adjustable band gap to more sensitive from bulk to atomic thin layer. In addition, they have special active sites such as vacancy, defect and edges structure and their functional groups can be changed to show different sensing behavior. Especially, MXene, emerging new 2d material shows outstanding gas sensing performance with high signal to noise ratio than other 2d materials. We controlled the interface of Ti$_3$C$_2$ MXene and semiconductor TiO$_2$ inducing the inter-flake Schottky barrier which affects sensitivity to toxic oxidizing gas. We achieved 13.7 times enhanced gas sensing performance for Ti$_3$C$_2$/TiO$_2$ composite gas sensor than pristine Ti$_3$C$_2$ MXene. And also, the fabrication of ultrathin film is important to increase gas sensing performance, however, it is not easy to make sub 10 nm film with simple steps. The spin coating method is suitable for ultrathin film fabrication, but high concentration solution is needed. MXene unlike other 2d materials, as following by synthetic protocol, we can obtain high concentration over 2 mg/mL which utilize sensor chip fabrication by spin coating method. We managed the thickness of Mo$_2$C MXene from 5 nm to 700 nm and organic intercalant molecule existence demonstrating the variety of gas sensing performance form n-type, p-type, and conductor in a single channel. Our results provide new approaches for enhancing gas sensing performance in sensitivity and selectivity dramatically
이차원 물질은 높은 부피 대비 넓은 표면적, 전자 소재 제작의 용이성, 상온 구동 가능, 원자수준으로 얇게 제작할 수록 밴드갭이 조절할 수 있는 고유의 특징 덕분에 가스 센서 연구에 많이 사용되고 있습니다. 또한, 이차원 물질의 공극, 인위적인 손상 구조 및 엣지 구조와 다양한 작용기로 센싱 특성을 변화시킬수 있습니다. 특히 멕신은 새롭게 부상하고 있는 물질로 노이즈 대비 높은 신호 크기로 다른 이차원 물질과 차별점을 가지고 있습니다. 본 논문에서는 Ti$_3$C$_2$ MXene과 TiO$_2$ 반도체 물질의 계면구조를 조절하여 플레이크 내부 수준에서 숏키 베리어를 유도하여 유독한 가스에 대한 민감도를 높였습니다. 약 13.7배 이상의 성능 향상을 기존 멕신에 비교하여 달성하였습니다. 또한 굉장히 얇은 필름을 제작하는 것은 가스 센서 성능향상에 중요한데 10 nm 보다 낮은 필름을 손쉽게 제작하는 것은 쉽지 않습니다. 스핀 코팅 공법이 좋으나 이를 위해서는 고농도 용액이 필요합니다. 멕신은 다른 이차원 물질과 달리 합성 과정을 진행하기만 해도 쉽게 2 mg/mL 이상의 고농도 용액을 얻을 수 있으면 이를 활용하여 센서제작을 할 수 있습니다. 본 논문에서는 두께 조절을 통해 5 nm 부터 700 nm까지 필름을 제작하고 층간삽입물질의 유무에 따라 다양한 센서 반응인 n type, p type, conductor 세가지 반응을 한 채널에서 확인하였습니다. 본 결과는 민감도 및 선택성에 있어 가스 센서 성능 향상을 위한 새로운 접근법을 제시합니다.
