JP6986777B2 - 高感度温度センサ及びその製造方法 - Google Patents

高感度温度センサ及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6986777B2
JP6986777B2 JP2020176323A JP2020176323A JP6986777B2 JP 6986777 B2 JP6986777 B2 JP 6986777B2 JP 2020176323 A JP2020176323 A JP 2020176323A JP 2020176323 A JP2020176323 A JP 2020176323A JP 6986777 B2 JP6986777 B2 JP 6986777B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
temperature sensing
temperature sensor
organic ligand
sensitivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020176323A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021067688A (ja
Inventor
ソンジュ オ
ジュンスン バン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea University Research and Business Foundation
Original Assignee
Korea University Research and Business Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea University Research and Business Foundation filed Critical Korea University Research and Business Foundation
Publication of JP2021067688A publication Critical patent/JP2021067688A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6986777B2 publication Critical patent/JP6986777B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/186—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer using microstructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G01N27/127—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising nanoparticles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

本発明は、高感度温度センサ及びその製造方法に関する。
温度センサは、健康管理モニタリング、家電製品、製造産業及び環境検査といった様々な分野で重要な情報を提供する。このような多くの応用分野において、正確な温度測定が必要である。フレキシブル電子装置への関心が高まるに伴い、着用可能であり、かつ取り付け可能な装置として適用できるフレキシブル材料ベースのセンサの重要性も増加している。
様々な形態の非常に敏感で安定した温度センサを実現するために、新規な材料及び製造工程に関わる調査と共に、様々なタイプのセンサが開発された。具体的には、抵抗型温度センサ、容量性温度センサ、トランジスタベース及びＰＮ接合ベースの温度センサなど、様々な感知メカニズムを有するタイプのセンサが広く研究された。
この中で抵抗型温度センサは、簡単な形状で様々な材料、基板及び製造工程（例：溶液処理された材料、柔軟な基板及び環境に優しい）と互換性を有し、それぞれの製造工程及び簡単なメカニズムで高感度に温度を容易かつ直接に測定できるという理由から最も脚光を浴びている。
抵抗型温度センサの感度は、温度抵抗係数（ＴＣＲ）と関連があるが、ＴＣＲは、温度の変化に対する抵抗の変化の割合として定義される。
温度が変わると、様々な電荷輸送及び散乱メカニズム又は形状の変化により、材料の抵抗も変わることになる。特に、電荷輸送メカニズムは、センサの感度にかなりの影響を及ぼす。
このような抵抗型温度センサの感度を向上させるために様々な方法が研究されたが、例えば、ポリエチレン／ポリエチレンオキシドがあるニッケル微細粒子、またはＰＤＭＳがあるグラフェンナノウォールを用いてＴＣＲを向上させるために、バイポリマー基板の体積熱膨張を用いる技術などがある。
このような従来の研究は、温度の変化により重合体が膨張する際に、活性物質が機械的に変形して電荷輸送挙動が変化し得る。
しかし、現在まで伸縮又は熱膨張ＰＤＭＳにおいてナノ粒子の伝送メカニズムを調査した報告書はほとんどない。これは、ナノ粒子とＰＤＭＳとの間の化学的インターフェースに関する情報が不足し、柔軟なＰＤＭＳにパターニングが可能なナノ粒子薄膜を製造するための開発プロトコルが少ないため、関連研究及び開発が難しいのが現状である。
大韓民国公開特許公報第１０−２０１９−００１０６２号、“フレキシブル電気素子、並びに、これを含む圧力及び温度測定センサ” 米国登録特許公報第１０，０５４，４９６号、“温度検出素子及びこれを用いた温度センサ”
本発明の実施例は、熱によって膨張する膨張基板を含むことによって、外部温度の増加に伴って膨張基板が熱膨張によって面積が広くなることで、温度感知部のクラックの間隔がさらに広がりながら高感度温度センサの抵抗が増加するようになり、高感度温度センサの抵抗の変化を通じて外部温度の変化を敏感に感知できる高感度温度センサ及びその製造方法を提供しようとする。
本発明の実施例によれば、リガンド置換された有機リガンドとフォトレジストとの間に形成された化学的結合によってナノ粒子層上にフォトレジストを塗布できるので、フォトリソグラフィ工程を通じてパターニングが可能な高感度温度センサ及びその製造方法を提供しようとする。
本発明の実施例によれば、外部温度の増加に伴って熱膨張する膨張基板を含むことによって、従来の温度センサよりも高い温度−抵抗係数を有することで外部温度の変化を敏感に感知できる高感度温度センサ及びその製造方法を提供しようとする。
本発明に係る高感度温度センサの製造方法は、膨張基板上に、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第１ナノ粒子層を形成するステップと；前記第１ナノ粒子層の第１有機リガンドを第２有機リガンドで置換して、クラックを含む第１温度感知層を形成するステップと；前記第１温度感知層上にフォトレジストを塗布及びエッチングして、前記第１温度感知層が露出した領域及び前記フォトレジストが残留した領域を形成するステップと；前記第１温度感知層上に、前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第２ナノ粒子層を形成するステップと；前記第２ナノ粒子層の第１有機リガンドを無機リガンドで置換して電極層を形成するステップと；前記第１温度感知層上の前記フォトレジストが残留した領域を除去して、電極及び第１温度感知部を形成するステップと；前記電極及び前記第１温度感知部上に、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第３ナノ粒子層を形成するステップと；前記第３ナノ粒子層の第１有機リガンドを前記第２有機リガンドで置換して、クラックを含む第２温度感知層及び第２温度感知部を形成するステップと；前記第２温度感知部上に保護層を形成するステップと、を含むことを特徴とする。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によれば、前記フォトレジストは、前記第２有機リガンドと化学結合を形成して前記第１温度感知層上に塗布されてもよい。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によれば、前記膨張基板は、外部温度の増加に伴って熱膨張し、前記第１温度感知部及び前記第２温度感知部は、前記クラックの間隔が増加して前記高感度温度センサの抵抗の増加を感知することができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によれば、前記膨張基板はＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）を含むことができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によれば、前記膨張基板は、紫外線−オゾン（ＵＶ−ｏｚｏｎｅ）及びＡＰＴＥＳ（（３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）処理されてもよい。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によれば、前記膨張基板の熱膨張係数は、１．０×１０−４Ｋ−１〜１．０×１０−３Ｋ−１であってもよい。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によれば、前記伝導性ナノ粒子は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、及び鉄（Ｆｅ）のうちの少なくともいずれか１つを含むことができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によれば、前記第１有機リガンドは、ＴＯＰＯ（ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅｏｘｉｄｅ）、オクタデカノール（ｏｃｔａｄｅｃａｎｏｌ）、オレイン酸（ｏｌｅｉｃ ａｃｉｄ）及びオレイルアミン（ｏｌｅｙｌａｍｉｎｅ）のうちの少なくともいずれか１つを含むことができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によれば、前記第２有機リガンドは、ＭＰＡ（３−ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｉｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、ＥＤＴ（１，２−ｅｔｈａｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）、ＥＤＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、ＢＤＴ（ｂｅｎｚｅｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）、ピリジン（ｐｙｒｉｄｉｎｅ）、ＴＧＡ（ｍｅｔｈａｎｅｔｈｉｏｓｕｌｆｏｎｙｌ−ｇａｌａｃｔｏｓｉｄｅ）及びＰＤＴ（ｐｒｏｐａｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）のうちの少なくともいずれか１つを含むことができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によれば、前記無機リガンドは、硫黄イオン（Ｓ２−）、塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−）、チオシアン酸イオン（ＳＣＮ−）、ヨウ素イオン（Ｉ−）、二硫化物イオン（ＨＳ−）、テルルイオン（Ｔｅ２−）、水酸化イオン（ＯＨ−）、四フッ化ホウ酸イオン（ＢＦ４ −）及び六フッ化リン酸イオン（ＰＦ６ −）のうちの少なくともいずれか１つを含むことができる。
本発明に係る高感度温度センサは、膨張基板と；前記膨張基板上に形成され、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子によってクラックが形成される第１温度感知部を含む第１温度感知層と；前記第１温度感知層上に互いに離隔して形成され、無機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第１電極及び第２電極と；前記第１電極と第２電極との間に形成され、前記第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子によってクラックが形成される第２温度感知部と；前記第１電極及び前記第２電極上に形成され、前記第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子によってクラックが形成される第２温度感知層と；前記第２温度感知部上に形成される保護層と、を含むことを特徴とする。
本発明の実施例に係る高感度温度センサによれば、前記膨張基板は、外部温度の増加に伴って熱膨張し、前記第１温度感知部及び前記第２温度感知部は、前記クラックの間隔が増加して前記高感度温度センサの抵抗の増加を感知することができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサによれば、前記膨張基板はＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）を含むことができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサによれば、前記膨張基板の熱膨張係数は、１．０×１０−４Ｋ−１〜１．０×１０−３Ｋ−１であってもよい。
本発明の実施例に係る高感度温度センサによれば、前記第１温度感知部及び前記第２温度感知部の温度−抵抗係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＴＣＲ）は、０．０５Ｋ−１〜０．６Ｋ−１であってもよい。
本発明の実施例によれば、熱によって膨張する膨張基板を含むことによって、外部温度の増加に伴って膨張基板が熱膨張によって面積が広くなることで、温度感知部のクラックの間隔がさらに広がりながら高感度温度センサの抵抗が増加するようになり、高感度温度センサの抵抗の変化を通じて外部温度の変化を敏感に感知することができる。
本発明の実施例によれば、リガンド置換された有機リガンドとフォトレジストとの間に形成された化学的結合によってナノ粒子層上にフォトレジストを塗布できるので、フォトリソグラフィ工程を通じてパターニングが可能である。
本発明の実施例によれば、外部温度の増加に伴って熱膨張する膨張基板を含むことによって、従来の温度センサよりも高い温度−抵抗係数を有することで外部温度の変化を敏感に感知することができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサを製造する各工程の具体的な様子を示す断面図である。 本発明の実施例に係る第１有機リガンドを第２有機リガンドで置換した場合、温度の高低による伝導性ナノ粒子間の距離を示す模式図である。 本発明の実施例に係る第１有機リガンドを無機リガンドで置換した場合、温度の高低による伝導性ナノ粒子間の距離を示す模式図である。 本発明の実施例に係るＥＤＴ（１，２−ｅｔｈａｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）で置換されてクラックを含むナノ粒子薄膜のＦＥＭ（ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）シミュレーションを示すイメージである。 本発明の実施例に係るナノ粒子薄膜の断面を示すＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）イメージである。 本発明の実施例に係るナノ粒子薄膜の電荷移動経路を示すイメージである。 図５のナノ粒子薄膜のＦＥＭシミュレーションを示すイメージである。 図５のナノ粒子薄膜の相対的抵抗度に対するＦＥＭシミュレーションを示すイメージである。 本発明の比較例及び実施例に係るナノ粒子薄膜の電圧に対する電流を示すグラフである。 本発明の比較例及び実施例に係るナノ粒子薄膜の温度に対する抵抗の変化を示すグラフである。 本発明の比較例及び実施例に係るナノ粒子薄膜の反復的な温度の変化に対する抵抗の変化を示すグラフである。 本発明の実施例に係る高感度温度センサの電圧に対する電流を示すグラフである。 本発明の実施例に係る高感度温度センサを用いて測定した大気温度を示すグラフである。
以下、添付の図面及び添付の図面に記載された内容を参照して、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明が実施例によって制限又は限定されるものではない。
本明細書で使用された用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、文句で特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、段階以外に一つ以上の他の構成要素、段階の存在または追加を排除しない。
本明細書で使用される「実施例」、「例」、「側面」、「例示」などは、記述された任意の態様（ａｓｐｅｃｔ）又は設計が他の態様又は設計よりも良好であるか、または利点があるものと解釈すべきものではない。
また、「又は」という用語は、排他的論理和「ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ｏｒ」よりは、包含的な論理和「ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ ｏｒ」を意味する。すなわち、特に言及しない限り、または文脈から明らかでない限り、「ｘがａ又はｂを用いる」という表現は、包含的な自然順列（ｎａｔｕｒａｌ ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｓ）のいずれか一つを意味する。
また、本明細書及び特許請求の範囲で使用される単数表現（「ａ」又は「ａｎ」）は、特に言及しない限り、または単数形態に関するものであることが文脈から明らかでない限り、一般的に「一つ以上」を意味するものと解釈しなければならない。
以下の説明で使用される用語は、関連する技術分野で一般的かつ普遍的なものが選択されたが、技術の発達及び／又は変化、慣例、技術者の選好などに応じて他の用語があり得る。したがって、以下の説明で使用される用語は、技術的思想を限定するものと理解されてはならず、実施例を説明するための例示的な用語として理解されなければならない。
また、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、該当する説明部分で詳細にその意味を記載する。したがって、以下の説明で使用される用語は、単純な用語の名称ではなく、その用語が有する意味、及び明細書全般にわたる内容に基づいて理解されなければならない。
他の定義がなければ、本明細書で使用される全ての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に共通に理解される意味として使用され得る。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、明らかに特に定義されていない限り、理想的又は過度に解釈されない。
一方、本発明を説明するにおいて、関連する公知の機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、本明細書で使用される用語（ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ）は、本発明の実施例を適切に表現するために使用された用語であって、これは、使用者、運用者の意図、または本発明の属する分野の慣例などによって変わり得る。したがって、本用語に対する定義は、本明細書全般にわたる内容に基づいて行われるべきである。
本発明に係る高感度温度センサ及びその製造方法は、熱によって膨張する膨張基板上に、鎖の長さが短い有機リガンド又は無機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を塗布して、外部温度の増加に伴って膨張基板が膨張しながら、鎖の長さが短い有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子間の距離が増加して温度を感知できる高感度温度センサを製造することができる方法を提供する。
本発明に係る高感度温度センサは、鎖の長さが短い有機リガンドによって形成されたクラックを用い、外部温度によって膨張基板が膨張しながらクラックの間隔がさらに広がることによって、温度の変化を非常に敏感に感知することができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法は、膨張基板上に、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第１ナノ粒子層を形成するステップ（Ｓ１１０）と、前記第１ナノ粒子層の第１有機リガンドを第２有機リガンドで置換して、クラックを含む第１温度感知層を形成するステップ（Ｓ１２０）と、前記第１温度感知層上にフォトレジストを塗布及びエッチングして、前記第１温度感知層が露出した領域及び前記フォトレジストが残留した領域を形成するステップ（Ｓ１３０）と、前記第１温度感知層上に、前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第２ナノ粒子層を形成するステップ（Ｓ１４０）と、前記第２ナノ粒子層の第１有機リガンドを無機リガンドで置換して電極層を形成するステップ（Ｓ１５０）と、前記第１温度感知層上の前記フォトレジストが残留した領域を除去して電極及び第１温度感知部を形成するステップ（Ｓ１６０）と、前記電極及び前記第１温度感知部上に、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第３ナノ粒子層を形成するステップ（Ｓ１７０）と、前記第３ナノ粒子層の第１有機リガンドを前記第２有機リガンドで置換して、クラックを含む第２温度感知層及び第２温度感知部を形成するステップ（Ｓ１８０）と、前記第２温度感知部上に保護層を形成するステップ（Ｓ１９０）とを含む。
以下、図１Ａ乃至図１Ｊを参照して、本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法及びそれから製造された高感度温度センサについてより詳細に説明する。
図１Ａ乃至図１Ｊは、本発明の実施例に係る高感度温度センサを製造する各工程の具体的な様子を示した断面図である。
まず、図１Ａを参照すると、前記ステップＳ１１０は、膨張基板１１０上に、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む溶液を塗布して、第１ナノ粒子層１２０を形成する。
前記伝導性ナノ粒子は、伝導性物質を含むナノメートルサイズの球状粒子であってもよい。
例えば、前記伝導性ナノ粒子は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、及び鉄（Ｆｅ）のうちの少なくともいずれか１つを含む球状の粒子であってもよく、伝導性を有する物質であれば、前記物質に制限されない。
前記第１有機リガンドは、前記第２有機リガンドよりも鎖の長さが長いリガンドであって、実施例に応じて８個〜１８個の炭素鎖を含むことができる。
例えば、前記第１有機リガンドは、ＴＯＰＯ（ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅｏｘｉｄｅ）、オクタデカノール（ｏｃｔａｄｅｃａｎｏｌ）、オレイン酸（ｏｌｅｉｃ ａｃｉｄ）及びオレイルアミン（ｏｌｅｙｌａｍｉｎｅ）のうちの少なくともいずれか１つを含むことができる。
前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子は、伝導性ナノ粒子に含まれた伝導性物質に対する前駆体と前記第１有機リガンドとを混合した後、脱気、加熱、冷却のような過程を経て合成され得る。
実施例に応じて、硝酸銀（ＡｇＮＯ３）、オレイルアミン、オレイン酸を混合した後、脱気、加熱、冷却のような過程を経て、オレイルアミン及びオレイン酸で囲まれた銀ナノ粒子を合成することができ、前記例示に制限されるものではない。
前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む、前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を分散させる溶媒を含む溶液であってもよい。
前記第１リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を分散させる溶媒は、実施例に応じて、オクタン（ｏｃｔａｎｅ）、ヘキサン（ｈｅｘａｎｅ）、及びトルエン（ｔｏｌｕｅｎｅ）のうちの少なくともいずれか１つであってもよく、無極性溶媒であれば前記物質に制限されるものではない。
実施例に応じて、前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む溶液は、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、ウルトラスプレーコーティング（ｕｌｔｒａ−ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、電気紡糸コーティング、スロットダイコーティング（ｓｌｏｔ ｄｉｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、グラビアコーティング（ｇｒａｖｕｒｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、バーコーティング（ｂａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、ロールコーティング（ｒｏｌｌ ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）、シアーコーティング（ｓｈｅａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーンプリンティング（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、インクジェットプリンティング（ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）及びノズルプリンティング（ｎｏｚｚｌｅ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）のいずれか１つの方法により基板１１０上に塗布されてもよい。
実施例に応じて、ステップＳ１１０は、前記第１リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む溶液を膨張基板１１０上に塗布した後、追加で乾燥過程を行って前記第１ナノ粒子層１２０を形成することができる。
または、実施例に応じて、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子は、膨張基板１１０上にスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、同時蒸発法（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、プラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）、電子ビーム蒸着（ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、ＲＦスパッタリング（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、マグネトロンスパッタリング（ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、真空蒸着（ｖａｃｕｕｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び化学的蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のいずれか１つの方法により蒸着されて第１ナノ粒子層１２０を形成することができる。
膨張基板１１０は、熱によって膨張するものであって、曲げることができる柔軟（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基板とは異なり、柔軟でありながらも、熱によって膨張（ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ）して、外部温度が増加するに伴って膨張基板１１０の面積が広くなり得る。
膨張基板１１０は、外部温度が増加するに伴って膨張し、膨張基板１１０上に形成された第１温度感知部及び第２温度感知部のクラックの間隔を増加させて高感度温度センサの抵抗が増加することによって、高感度温度センサの抵抗の変化量を通じて外部温度の変化を敏感に感知することができる。このような膨張基板１１０を用いた高感度温度センサの原理は、後述する高感度温度センサの説明を通じて詳細に説明する。
膨張基板１１０は、熱膨張係数が大きい物質を含むことで、外部温度の変化に対する敏感度が大きいので、外部温度の増加に伴う熱膨張を通じて温度の変化を敏感に感知することができる。
実施例に応じて、膨張基板１１０は、１．０×１０−４Ｋ−１〜１．０×１０−３Ｋ−１の熱膨張係数を有する物質を含むことができる。
熱膨張係数が１．０×１０−４Ｋ−１未満である場合、外部温度を敏感に感知するほど膨張基板が十分に膨張しないことがある。
例えば、熱膨張係数が約１．０×１０−６Ｋ−１であるＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）は、熱によって十分に膨張しないので、外部温度を敏感に感知することができないが、熱膨張係数が約１．０×１０−４Ｋ−１であるＰＵ（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）は、外部温度によってよく膨張して、外部温度を敏感に感知することができる。
これによって、膨張基板１１０は、具体的にＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、エコフレックス（Ｅｃｏｆｌｅｘ）及びヒドロゲルのうちの少なくともいずれか１つを含むことができ、熱膨張係数が１．０×１０−４Ｋ−１以上である高分子であれば、前記物質に制限されない。
ＰＤＭＳは、熱膨張係数が３．２×１０−４Ｋ−１として比較的大きい膨張係数を有するので、膨張基板１１０に含まれる物質として好ましい。
実施例に応じて、前記ステップＳ１１０の前に、膨張基板１１０を紫外線−オゾン（ＵＶ−ｏｚｏｎｅ）及びＡＰＴＥＳ（（３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）処理して自己組織化単分子膜（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成することができる。
紫外線−オゾン処理は、膨張基板１１０の表面の不純物を除去し、ＡＰＴＥＳとの結合力の向上のための過程であって、膨張基板１１０の表面にヒドロキシ基（−ＯＨ）を形成してＡＰＴＥＳ分子と結合することができる。
ＡＰＴＥＳ処理は、紫外線−オゾン処理された膨張基板１１０上にアミン基（−ＮＨ２）を形成して、最終的に自己組織化単分子膜を形成する過程であって、膨張基板１１０上に形成される第１ナノ粒子層１２０の伝導性ナノ粒子を前記アミン基と化学的に結合させることができる。
これによって、第１ナノ粒子層１２０の伝導性ナノ粒子と膨張基板１１０との接着力を向上させることができる。
紫外線−オゾン処理及びＡＰＴＥＳ処理は、具体的に、膨張基板１１０の表面を紫外線−オゾン処理した後、ＡＰＴＥＳ溶液をスピンコーティングして膨張基板１１０の表面に自己組織化単分子膜を形成することができ、自己組織化単分子膜に含まれたＡＰＴＥＳのアミン基が、膨張基板１１０と第１ナノ粒子層１２０との接着性を向上させることができる。
図１Ｂを参照すると、ステップＳ１２０は、第１ナノ粒子層が形成された膨張基板１１０を第２有機リガンド溶液に浸漬して、前記第１有機リガンドを前記第２有機リガンドで置換する。
前記第２有機リガンド溶液は、第２有機リガンドを含む溶液である。前記第２有機リガンドは、前記第１有機リガンドよりも鎖の長さが短いリガンドであって、実施例に応じて、１個〜３個の炭素鎖を含む有機リガンドであってもよい。
例えば、前記第２有機リガンドは、ＭＰＡ（３−ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｉｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、ＥＤＴ（１，２−ｅｔｈａｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）及びＥＤＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）のうちの少なくともいずれか１つを含むことができ、前記物質に制限されるものではない。
ステップＳ１２０は、前記第１ナノ粒子層の伝導性ナノ粒子を取り囲み、鎖の長さが長い第１有機リガンドが、鎖の長さが短い前記第２有機リガンドで置換されることで、鎖の長さが短くなった空間の分だけクラック（図示せず）が形成され得る。
これによって、ステップＳ１２０は、前記第１有機リガンドを前記第２有機リガンドで置換する工程を通じて、クラックを含む第１温度感知層１２１を形成することができ、第１温度感知層１２１は、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含むことができる。
図１Ｃを参照すると、ステップＳ１３０は、まず、第１温度感知層１２１上にフォトレジスト１３０を塗布する。
一般に膨張基板１１０をなし得る実施例の一つであるＰＤＭＳは、安定性が非常に高い物質であるため、ＰＤＭＳ物質上に追加の工程が不可能である。
すなわち、ＰＤＭＳの高い安定性によって膨張基板１１０上にフォトレジスト１３０のコーティングが不可能であるので、フォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程も不可能である。
しかし、本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法は、膨張基板１１０上に、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第１温度感知層１２１を形成することによって、第２有機リガンドとフォトレジスト１３０との間に化学的結合（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ）を形成することができる。
これによって、ステップＳ１３０は、従来とは異なり、第２有機リガンドを含む第１温度感知層１２１上にフォトレジスト１３０を塗布できるので、フォトリソグラフィ工程を行うことができる。
実施例に応じて、フォトレジスト１３０は、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、ウルトラスプレーコーティング（ｕｌｔｒａ−ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、電気紡糸コーティング、スロットダイコーティング（ｓｌｏｔ ｄｉｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、グラビアコーティング（ｇｒａｖｕｒｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、バーコーティング（ｂａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、ロールコーティング（ｒｏｌｌ ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）、シアーコーティング（ｓｈｅａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーンプリンティング（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、インクジェットプリンティング（ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）及びノズルプリンティング（ｎｏｚｚｌｅ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）のいずれか１つの方法により第１温度感知層１２１上に塗布することができる。
図１Ｄを参照すると、前記ステップＳ１３０は、第１温度感知層１２１上にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ工程を通じてフォトレジストをエッチングして、第１温度感知層が露出した領域１３１及びフォトレジストが残留した領域１３２を形成することができる。
具体的には、ステップＳ１３０は、パターンマスクを介してフォトレジストの一部をエッチングして、エッチングされた領域を介して第１温度感知層１２１の一部を露出させることができる。
フォトリソグラフィ工程は、当業者に広く知られた技術であるので、詳細な説明は省略する。
ステップＳ１３０は、第１ナノ粒子層上にフォトレジストを塗布し、フォトレジストの一部をエッチングして、第１温度感知層が露出した領域１３１及びフォトレジストが残留した領域１３２を形成することによって、段層が生じ得る。
図１Ｅを参照すると、ステップＳ１４０は、前記ステップＳ１３０によって露出した第１温度感知層１２１及び残留したフォトレジスト１３３上に、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む溶液を塗布して第２ナノ粒子層１４０を形成する。
第２ナノ粒子層１４０をなす第１有機リガンド及び伝導性ナノ粒子についての説明は、図１Ａを通じて説明したので、重複説明は省略する。
実施例に応じて、前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む溶液は、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、ウルトラスプレーコーティング（ｕｌｔｒａ−ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、電気紡糸コーティング、スロットダイコーティング（ｓｌｏｔ ｄｉｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、グラビアコーティング（ｇｒａｖｕｒｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、バーコーティング（ｂａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、ロールコーティング（ｒｏｌｌ ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）、シアーコーティング（ｓｈｅａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーンプリンティング（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、インクジェットプリンティング（ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）及びノズルプリンティング（ｎｏｚｚｌｅ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）のいずれか１つの方法により、露出した第１温度感知層１２１及び残留したフォトレジスト１３３上に塗布され得る。
実施例に応じて、ステップＳ１４０は、前記第１リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む溶液を、露出した第１温度感知層１２１及び残留したフォトレジスト１３３上に塗布した後、追加で乾燥過程を行って第２ナノ粒子層１４０を形成することができる。
または、実施例に応じて、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子は、露出した第１温度感知層１２１及び残留したフォトレジスト１３３上に、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、同時蒸発法（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、プラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）、電子ビーム蒸着（ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、ＲＦスパッタリング（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、マグネトロンスパッタリング（ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、真空蒸着（ｖａｃｕｕｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び化学的蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のいずれか１つの方法により蒸着されて第２ナノ粒子層１４０を形成することができる。
ステップＳ１４０は、前記ステップＳ１３０によって露出した第１温度感知層１２１と残留したフォトレジスト１３３による段層構造により、第２ナノ粒子層１４０も段層で形成することができる。
図１Ｆを参照すると、ステップＳ１５０は、第２ナノ粒子層が形成された膨張基板１１０を無機リガンド溶液に浸漬して、第２ナノ粒子層に含まれた第１有機リガンドを無機リガンドで置換する。
前記無機リガンド溶液は、無機リガンドを含む溶液である。前記無機リガンドは、前記第１有機リガンド及び前記第２有機リガンドよりも鎖の長さが非常に短いリガンドであり得る。
実施例に応じて、前記無機リガンドは、硫黄イオン（Ｓ２−）、塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−）、チオシアン酸イオン（ＳＣＮ−）、ヨウ素イオン（Ｉ−）、二硫化物イオン（ＨＳ−）、テルルイオン（Ｔｅ２−）、水酸化イオン（ＯＨ−）、四フッ化ホウ酸イオン（ＢＦ４ −）及び六フッ化リン酸イオン（ＰＦ６ −）のうちの少なくともいずれか１つを含むことができるが、前記物質に制限されるものではない。
実施例に応じて、前記無機リガンドは臭素イオン（Ｂｒ−）であってもよく、これによって、前記無機リガンド溶液は、臭素イオンを含むＴＢＡＢ（ｔｅｔｒａ−ｎ−ｂｕｔｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ）であってもよい。
ステップＳ１５０は、前記第２ナノ粒子層の伝導性ナノ粒子を取り囲み、鎖の長さが長い第１有機リガンドを、前記無機リガンドで置換することで、鎖の長さが短くなった空間の分だけクラック（図示せず）を形成することができる。
しかし、無機リガンドは長さが非常に短いため、無機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子同士が接触し得るので、第１温度感知層１２１よりも少ない数のクラックを含むことができ、伝導性ナノ粒子同士の接触により、第２有機リガンドを含む第１温度感知層１２１に比べて伝導性が高い。
したがって、ステップＳ１５０は、前記第１有機リガンドを前記無機リガンドで置換する工程を通じて、第１温度感知層１２１よりも伝導性が高い電極層１４１を形成することができ、電極層１４１は、無機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含むことができる。
併せて、ステップＳ１５０は、前記ステップＳ１３０によって露出した第１温度感知層１２１及び残留したフォトレジスト１３３上に電極層１４１を形成することができる。
図１Ｇを参照すると、ステップＳ１６０は、第１温度感知層１２１上の前記フォトレジストが残留した領域に形成されたフォトレジストと、残留したフォトレジスト上に形成された電極層とを除去して、第１温度感知部１６０を形成することができる。
また、ステップＳ１６０は、残留したフォトレジストと、残留したフォトレジスト上に形成された電極層とを除去することで、第１温度感知層１２１上に互いに離隔した電極１５１，１５２を形成することができる。
第１温度感知部１６０は、第１温度感知層１２１上に電極１５１，１５２が形成された領域以外の領域であって、互いに離隔して形成された第１電極１５１と第２電極１５２との間に露出した第１温度感知層１２１である。
図１Ｈを参照すると、ステップＳ１７０は、電極１５１，１５２及び第１温度感知部上に、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む溶液を塗布して、第３ナノ粒子層１７０を形成する。
前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子は、前記ステップＳ１１０で説明したので、重複説明は省略する。
実施例に応じて、前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む溶液は、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、ウルトラスプレーコーティング（ｕｌｔｒａ−ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、電気紡糸コーティング、スロットダイコーティング（ｓｌｏｔ ｄｉｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、グラビアコーティング（ｇｒａｖｕｒｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、バーコーティング（ｂａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、ロールコーティング（ｒｏｌｌ ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）、シアーコーティング（ｓｈｅａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーンプリンティング（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、インクジェットプリンティング（ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）及びノズルプリンティング（ｎｏｚｚｌｅ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）のいずれか１つの方法により電極１５１，１５２及び第１温度感知部上に塗布することができる。
実施例に応じて、ステップＳ１７０は、前記第１リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む溶液を、電極１５１，１５２及び第１温度感知部上に塗布した後、追加で乾燥過程を行って第３ナノ粒子層１７０を形成することができる。
または、実施例に応じて、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子は、電極１５１，１５２及び第１温度感知部上に、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、同時蒸発法（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、プラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）、電子ビーム蒸着（ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、ＲＦスパッタリング（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、マグネトロンスパッタリング（ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、真空蒸着（ｖａｃｕｕｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び化学的蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のいずれか１つの方法により蒸着されて第３ナノ粒子層１７０を形成することができる。
ステップＳ１７０は、前記ステップＳ１６０により互いに離隔して形成された第１電極１５１及び第２電極１５２によって段層構造をなすことで、第３ナノ粒子層１７０も段層で形成することができる。
図１Ｉを参照すると、ステップＳ１８０は、第３ナノ粒子層が形成された膨張基板１１０を第２有機リガンド溶液に浸漬して、第３ナノ粒子層の第１有機リガンドを第２有機リガンドで置換する。
前記第２有機リガンド溶液及び第２有機リガンドは前記ステップＳ１２０で説明したので、重複説明は省略する。
ステップＳ１８０は、第３ナノ粒子層の伝導性ナノ粒子を取り囲み、鎖の長さが長い第１有機リガンドが、鎖の長さが短い前記第２有機リガンドで置換されることで、鎖の長さが短くなった空間の分だけクラック（図示せず）を形成することができる。
これによって、ステップＳ１８０は、前記第１有機リガンドを前記第２有機リガンドで置換する工程を通じて、電極１５１，１５２上に、クラックを含む第２温度感知層１７１を形成することができ、第１温度感知部上に、クラックを含む第２温度感知部１８０を形成することができる。
このとき、第２温度感知層１７１及び第２温度感知部１８０は、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含むことができる。
実施例に応じて、本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法は、ステップＳ１７０及びステップＳ１８０を繰り返して行うことで、少なくとも２つ以上の温度感知部を形成することができ、少なくとも２つ以上の温度感知部を介して、高感度温度センサの温度感知能力を向上させることができる。
図１Ｊを参照すると、ステップＳ１９０は、封止（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）過程を通じて第２温度感知部１８０上に保護層１９０を形成することによって、高感度温度センサ１００を製造することができる。
保護層１９０は、第２温度感知部１８０上に形成されることで、第１温度感知部１６０、第２温度感知部１８０及び電極を含む高感度温度センサ１００を物理的及び化学的汚染から保護することができる。
実施例に応じて、保護層１９０は、膨張基板１１０と同じ物質を含むことで、外部温度の増加に伴って膨張基板１１０が膨張しながら保護層１９０と膨張基板１１０との間の熱膨張係数の差による剥離の危険性を最小化することができる。
例えば、保護層１９０は、封止過程を通じて液状のＰＤＭＳで形成することができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によって製造された高感度温度センサは、熱によって膨張する膨張基板を含むことによって、外部温度の増加に伴って膨張基板が熱膨張によって面積が広くなることで、第１温度感知部及び第２温度感知部に含まれたクラックの間隔がさらに広がりながら高感度温度センサの抵抗が増加するようになり、高感度温度センサの抵抗の変化を通じて外部温度の変化を敏感に感知することができる。
このとき、第１温度感知層における第１電極及び第２電極と当接した領域と第２温度感知層とは、膨張基板の熱膨張による影響をほとんど受けない第１電極及び第２電極と接触しているため、第１温度感知部及び第２温度感知部よりも、温度を感知する能力、すなわち、膨張基板の熱膨張によってクラックの間隔が広がって抵抗が増加することによって外部温度の変化を感知できる能力が相対的に低い。
したがって、本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によって製造された高感度温度センサは、第１温度感知部及び第２温度感知部が、膨張基板の熱膨張によってクラックの間隔が広がることによって抵抗が急激に増加して、外部温度の変化を敏感に感知することができる。
膨張基板は、外部温度の増加に伴って全ての方向に熱膨張し、膨張基板上に形成される第１温度感知部及び第２温度感知部は、膨張基板と同一の熱膨張係数を有することができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法によって製造された高感度温度センサは、外部温度が増加しながら膨張基板が熱膨張する際に、第１温度感知部及び第２温度感知部に含まれたクラックにストレーンが集中することで、前記クラックに熱膨張現象が集中し、外部温度の変化を非常に敏感に感知することができる。
また、本発明の実施例に係る高感度温度センサの製造方法は、第１ナノ粒子層の第２有機リガンドとフォトレジストとの間に形成された化学的結合によって第１ナノ粒子層上にフォトレジストを塗布できるので、ＰＤＭＳ基板上にフォトレジストを塗布できない従来技術とは異なり、フォトリソグラフィ工程を通じてパターニングが可能である。
再び図１Ｊを参照すると、本発明の高感度温度センサの製造方法によって製造された高感度温度センサ１００は、膨張基板１１０と、膨張基板１１０上に形成され、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子によってクラックが形成される第１温度感知部１６０を含む第１温度感知層１２１と、第１温度感知層１２１上に互いに離隔して形成され、無機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第１電極１５１及び第２電極１５２と、第１電極１５１と第２電極１５２との間に形成され、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子によってクラックが形成される第２温度感知部１８０と、第１電極１５１及び第２電極１５２上に形成され、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子によってクラックが形成される第２温度感知層１７１と、第２温度感知部１８０上に形成される保護層１９０と、を含む。
このとき、本発明の実施例に係る高感度温度センサ１００は、上述した高感度温度センサ１００の製造方法の構成要素を含むので、重複説明は省略する。
膨張基板１１０は、外部温度の増加に伴って全ての方向に熱膨張し、膨張基板１１０上に形成される第１温度感知部１６０及び第２温度感知部１８０は、膨張基板１１０と同一の熱膨張係数を有することができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサ１００は、外部温度が増加しながら膨張基板１１０が熱膨張する際に、第１温度感知部１６０及び第２温度感知部１８０に含まれたクラックにストレーンが集中することで、前記クラックに熱膨張現象が集中し、外部温度の変化を非常に敏感に感知することができる。
膨張基板１１０は、外部温度の増加に伴って熱膨張し、膨張基板１１０の熱膨張係数は、１．０×１０−４Ｋ−１〜１．０×１０−３Ｋ−１であってもよい。
第１温度感知部１６０及び第２温度感知部１８０は、膨張基板１１０の外部温度の増加に伴う熱膨張によってクラックの間隔が増加して、本発明の実施例に係る高感度温度センサ１００の抵抗が増加し、高感度温度センサ１００の抵抗の増加から外部温度の変化を感知することができる。
また、本発明の実施例に係る高感度温度センサ１００は、単一の温度感知部を含むものではなく、第１温度感知部１６０及び第２温度感知部１８０を含むことによって、外部温度の増加に伴う温度の変化をより敏感に感知することができる。
実施例に応じて、本発明の実施例に係る高感度温度センサ１００は、第１温度感知部１６０及び第２温度感知部１８０が繰り返して形成されることで、少なくとも２つ以上の温度感知部を含むことができる。
図２は、本発明の実施例に係る第１有機リガンドを第２有機リガンドで置換した場合、温度の高低による伝導性ナノ粒子間の距離を示した模式図である。
図２を参照すると、第１温度感知部及び第２温度感知部に含まれた、第２有機リガンド２２０で取り囲まれた伝導性ナノ粒子２１０が膨張基板上に形成された場合、第１有機リガンドが第２有機リガンド２２０で置換されることで、伝導性ナノ粒子２１０の間にクラックが形成され得る。
膨張基板上に第２有機リガンド２２０で取り囲まれた伝導性ナノ粒子２１０は、低い温度から高い温度に外部温度が増加すると、膨張基板が熱膨張しながらクラックの間隔が増加するようになり、これによって、電荷移動経路が遮断されて抵抗度が増加するようになる。
したがって、本発明の実施例に係る高感度温度センサは、外部温度の増加に伴って膨張基板が熱膨張しながら、第１温度感知部及び第２温度感知部に含まれたクラックの間隔が増加することで、抵抗が増加するようになり、抵抗の変化から、外部温度が増加したことを感知することができる。
図３は、本発明の実施例に係る第１有機リガンドを無機リガンドで置換した場合、温度の高低による伝導性ナノ粒子間の距離を示した模式図である。
図３を参照すると、第１電極及び第２電極に含まれた、無機リガンド２３０で取り囲まれた伝導性ナノ粒子２１０が膨張基板上に形成された場合、低い温度から高い温度に外部温度の増加に伴って膨張基板が熱膨張しても、伝導性ナノ粒子２１０間の距離がほとんど変わらないことを確認することができる。
第１電極及び第２電極に含まれた、無機リガンド２３０で取り囲まれた伝導性ナノ粒子２１０は、長さが非常に短い無機リガンド２３０によってクラックがほとんど形成されず、伝導性ナノ粒子２１０同士が接触し得るので、電荷移動経路がよく形成され得、これによって電気的特性を有することができる。
また、無機リガンド２３０は、実施例に応じて、臭素イオンのようなアニオンであってもよいところ、アニオンの電気的特性によって、無機リガンド２３０で取り囲まれた伝導性ナノ粒子２１０は、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子２１０よりも電気的特性が強い。
したがって、無機リガンド２３０で取り囲まれた伝導性ナノ粒子２１０は、電気的特性によって第１電極及び第２電極に使用され得、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子２１０は、クラックによって電荷移動経路がよく生成されないので、第１温度感知部及び第２温度感知部に使用され得る。
まとめると、本発明の実施例に係る高感度温度センサは、熱によって膨張する膨張基板、及び、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第１温度感知部及び第２温度感知部のクラックによって、外部温度の増加を感知することができる。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの敏感度は、温度−抵抗係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＴＣＲ）と関連がある。
本発明の実施例に係る高感度温度センサは、第１温度感知部及び第２温度感知部によって外部温度の増加を感知できるので、本発明の実施例に係る高感度温度センサの敏感度は、第１温度感知部及び第２温度感知部の温度−抵抗係数と関連があるといえる。
温度−抵抗係数は、温度変化量に対する抵抗変化量の比として定義することができ、同じ外部温度の変化量に対して高感度温度センサの抵抗の変化量が大きいほど、温度−抵抗係数の値が大きく、これは、外部温度の変化を敏感に感知するということを意味する。
本発明の実施例に係る高感度温度センサの第１温度感知部及び第２温度感知部の温度−抵抗係数は、０．０５Ｋ−１〜０．６Ｋ−１であってもよい。
まとめると、本発明の実施例に係る高感度温度センサは、外部温度の増加に伴って熱膨張する膨張基板が第１温度感知部及び第２温度感知部のクラックの間隔を増加させて、抵抗が増加することによって、外部温度の変化を感知することができる。
このような本発明の実施例に係る高感度温度センサは、外部温度の増加に伴って熱膨張する膨張基板を含むことによって、従来の温度センサよりも高い温度−抵抗係数を有することで、外部温度の変化を敏感に感知することができる。
以下、本発明の高感度温度センサを実施例及び比較例によって製造した後、高感度温度センサの特性及び温度感知効果に対する特性の評価を行った。
以下の特性の評価では、膨張基板の熱膨張による抵抗の変化及びクラックに印加されたストレーンを評価するために、膨張基板上に第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含むナノ粒子薄膜を実施例として製造し、外部温度の変化による抵抗の変化及び外部温度変化の感知の正確性を評価するために、高感度温度センサを実施例として製造した。
物質
硝酸銀（ＡｇＮＯ３、９９．９＋％）は、アルファエイサー社（Ａｌｆａ Ａｅｓｅｒ，Ｃｏ．）から購入した。
オレイルアミン（ＯＡｍ、７０％）、オレイン酸（ＯＡ、９０％）、ＥＤＴ（≧９８％）、ＴＢＡＢ（≧９９．０％）、ＡＰＴＥＳ（ＡＰ．９９％）、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン（ＭＰＴＳ、９５％）、トルエン（９９．８％）、アセトン（≧９９．５％）、アセトニトリル（９９．８％）、イソプロパノール（ＩＰＡ、９９．５％）、メタノール（９９．８％）、エタノール（≧９９．５％）、ヘキサン（９５％）及びオクタン（９９＋％）は、シグマアルドリッチ社（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｃｏ．）から購入した。
ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）は、ダウコーニング社（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から購買した。
銀（Ａｇ）ペースト（モデル番号１６０４０−３０）は、テッドペッラ社（Ｔｅｄ Ｐｅｌｌａ）から購入した。
実施例
［実施例１］
１．銀ナノ粒子の合成
硝酸銀３．４ｇ、オレイルアミン１０．０ｍＬ及びオレイン酸９０．０ｍＬを２００ｍＬの３口フラスコに入れ、混合した後、７０℃で１時間脱気させた。
脱気工程後、反応容器に窒素ガスを充填し、１０分当たり１０℃の昇温速度で１８０℃まで加熱した。
混合物が１８０℃に到達した後、混合物を大気中で室温に冷却させた。
冷却された混合物にトルエン９０ｍＬ及びエタノール１５０ｍＬを添加した後、遠心分離を通じて、合成された銀ナノ粒子（Ａｇ ＮＣ）を収得した。
以降、収得した銀ナノ粒子をヘキサンに分散させ、脱気させた後、２００ｍｇ／ｍＬの濃度でオクタンに再分散させて、第１有機リガンドで取り囲まれた銀ナノ粒子溶液を製造した。
２．基板の準備
ＰＤＭＳ基板を３０分間紫外線−オゾン処理して洗浄し、表面にヒドロキシ基（−ＯＨ）を形成した。
以降、紫外線−オゾン処理されたＰＤＭＳ基板上にＡＰＴＥＳ溶液を塗布した後、１秒以内に３，０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングして、ＰＤＭＳ基板に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を形成した。
３．ナノ粒子薄膜の製造
合成した銀ナノ粒子溶液を、１０００ｒｐｍで３０秒間、ＰＤＭＳ基板上にスピンコーティングした。
合成した銀ナノ粒子の有機リガンドを置換するために、ＥＤＴに１分間浸漬してリガンドの交換を行って、ナノ粒子薄膜を製造した。
［比較例１］
ＰＤＭＳ基板の代わりにガラス基板を使用した以外は、前記実施例１と同様の方法でナノ粒子薄膜を製造した。
［実施例２］
前記実施例１に係るナノ粒子薄膜である第１ナノ粒子層上にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ工程を通じてフォトレジストの一部をエッチングした。
以降、合成された銀ナノ粒子溶液を、１０００ｒｐｍで３０秒間、その上にスピンコーティングした後、ＴＢＡＢ溶液に３分間浸漬して電極層を製造した後、残留するフォトレジストを除去して、電極及び第１温度感知部を形成した。
以降、その上に、合成された銀ナノ粒子溶液を１０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした後、ＥＤＴ溶液に１分間浸漬してリガンド置換工程を行った後、ＰＤＭＳで封止処理して保護層を形成することによって、高感度温度センサを製造した。
特性の評価
図４は、本発明の実施例に係るＥＤＴ（１，２−ｅｔｈａｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）で置換されてクラックを含むナノ粒子薄膜のＦＥＭ（ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）シミュレーションを示したイメージである。
図４は、直交方向にクラックを有する実施例１のナノ粒子薄膜がＰＤＭＳ基板上に形成された状態で、外部温度の変化が２９８Ｋから２９９Ｋに上昇する際に、クラックの構造の変化を観察した結果である。
図４を参照すると、外部温度が上昇するに伴い、ＰＤＭＳ基板は全ての方向に熱膨張して、前記実施例１のナノ粒子薄膜に変形を引き起こすことを確認することができる。
特に、前記実施例１のナノ粒子薄膜に含まれたクラックに最も高い変形が集中していることを確認することができる。（図４の赤色の表示）
これは、銀ナノ粒子とＰＤＭＳ基板との間に熱膨張係数（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ、ＴＥＣ）が互いに異なるためである。
すなわち、外部温度が増加してＰＤＭＳ基板が熱膨張すると、ＰＤＭＳ基板のストレーンは実施例１のナノ粒子薄膜のクラック界面に集中し、クラックの間隔が広がるようになり、これは、クラックにおいて電荷の挙動を大きく変化させ、抵抗が変わるようになる。
図５は、本発明の実施例に係るナノ粒子薄膜の断面を示したＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）イメージである。
図５を参照すると、実施例１のナノ粒子薄膜に形成されたクラックは、有限な長さを有することを確認することができる。
図６は、本発明の実施例に係るナノ粒子薄膜の電荷移動経路を示したイメージである。
このとき、図６に示された矢印の厚さは、電荷移動の程度を示す。
図６を参照すると、前記実施例１のナノ粒子薄膜は、上から下に向かうほど幅が狭くなるクラックが形成されたことを確認することができる。
前記実施例１のナノ粒子薄膜に形成されたクラックにおいて幅が最も広い部分は、クラックの間隔が広すぎるため、電荷の移動が難しいことを確認することができる。（最も上の矢印）
図６に示された中間位置の矢印は、前記実施例１のクラックの間隔が比較的狭いので、電荷の移動が多少行われることを示す。
また、図６に示された最も下に位置した矢印は、クラックがほとんど形成されていない部分であって、電荷の移動が非常に円滑に行われることを示す。
図７は、図５のナノ粒子薄膜のＦＥＭシミュレーションを示したイメージである。
図７を参照すると、前記実施例１のナノ粒子薄膜に形成されたクラックは、クラックの間隔が広い部分であるほど、外部温度が１Ｋずつ増加するに伴ってストレーンが集中したことを確認することができる。
クラックの間隔が比較的狭いナノクラックの場合には、間隔が広いクラックに比べてストレーンが少なく集中したことを確認することができる。
図８は、図５のナノ粒子薄膜の相対的抵抗度に対するＦＥＭシミュレーションを示したイメージである。
図８を参照すると、前記実施例１のナノ粒子薄膜のクラックの間隔が広いほど高い抵抗を有することを確認することができる。
これによって、クラックの間隔が広いほど電荷の移動が難しくなり、高い抵抗を有することがわかる。
また、前記実施例１のクラックの間隔が狭くなるほど低い抵抗を有することを確認することができ、これは、クラックの間隔が広いときよりも電荷の移動が容易であるので、低い抵抗を有することを意味する。
図９は、本発明の比較例及び実施例に係るナノ粒子薄膜の電圧に対する電流を示したグラフである。
図９は、比較例１及び実施例１のナノ粒子薄膜に対して、外部温度３０℃及び５０℃のそれぞれで電圧に対する電流を測定した結果を示したグラフである。
図９を参照すると、前記実施例１のナノ粒子薄膜に対して、５０℃（ＰＤＭＳ−ＥＤＴ５０）での電圧に対する電流（即ち、抵抗の逆数）は、３０℃（ＰＤＭＳ−ＥＤＴ３０）での抵抗の逆数よりも約１，１１３％増加したことを確認することができる。
反面、前記比較例１のナノ粒子薄膜に対して、３０℃（Ｇｌａｓｓ−ＥＤＴ３０）及び５０℃（Ｇｌａｓｓ−ＥＤＴ５０）での抵抗の逆数値はほとんど差がないことからみて、外部温度の増加に伴って前記比較例１の抵抗が変化していないことを確認することができる。
これによって、本発明の実施例に係る高感度温度センサは、膨張基板を使用することによって外部温度の変化を敏感に感知できることがわかる。
図１０は、本発明の比較例及び実施例に係るナノ粒子薄膜の温度に対する抵抗の変化を示したグラフである。
図１０は、前記比較例１及び実施例１の５Ｋずつの外部温度の変化による抵抗の変化率を示したものであり、プロットされたグラフの傾きを通じてＴＣＲを算出することができる。
図１０を参照すると、前記実施例１（ＰＤＭＳ）は、外部温度が増加するほど抵抗の変化率が急激に増加するが、前記比較例１（Ｇｌａｓｓ）は、抵抗の変化がほとんどないことを確認することができる。
前記実施例１のＴＣＲを計算した結果、４．８４×１０−１±３．９５×１０−２Ｋ−１であって、前記比較例１のＴＣＲである−１．８５×１０−３±１．３０×１０−４Ｋ−１よりも非常に大きい値を有することを確認することができる。
したがって、本発明の実施例に係る高感度温度センサのＴＣＲは非常に大きい値を有するため、外部温度の変化に対する感知能力に優れる。
図１１は、本発明の比較例及び実施例に係るナノ粒子薄膜の反復的な温度の変化に対する抵抗の変化を示したグラフである。
図１１は、前記比較例１及び実施例１のナノ粒子薄膜に対して、３０３Ｋから３２３Ｋまで外部温度を反復的に増加及び減少を繰り返すときの抵抗の変化率を示したグラフである。
図１１を参照すると、前記実施例１（ＰＤＭＳ−ＥＤＴ）の抵抗は、外部温度３２３Ｋで１０．４２ほど大きく増加する反面、前記比較例１（Ｇｌａｓｓ−ＥＤＴ）の抵抗は０．０３だけ増加することを確認することができる。
これによって、本発明の実施例に係る高感度温度センサは、膨張基板を使用することによって外部温度の変化を敏感に感知できるだけでなく、反復的な外部温度の変化にも一定の抵抗変化パターンを示すことで、耐久性及び信頼性に優れる。
図１２は、本発明の実施例に係る高感度温度センサの電圧に対する電流を示したグラフである。
図１２を参照すると、前記実施例２の高感度温度センサに対して、外部温度５０℃（ＰＤＭＳ−ＥＤＴ５０）での電圧に対する電流（即ち、抵抗の逆数）は、３０℃（ＰＤＭＳ−ＥＤＴ３０）での抵抗の逆数値よりも著しく小さいことを確認することができる。
したがって、前記実施例２の高感度温度センサは、外部温度が増加するに伴って抵抗度が増加することを確認することができる。
これによって、本発明の実施例に係る高感度温度センサは、前記実施例１の抵抗の変化の態様と同じ態様を有し、外部温度の変化を敏感に感知することがわかる。
図１３は、本発明の実施例に係る高感度温度センサを用いて測定した大気温度を示したグラフである。
図１３は、前記実施例２の高感度温度センサを窓際に取り付けた後、一日の温度を測定した結果を示したグラフであり、前記実施例２の高感度温度センサの抵抗を、２０１８年５月２５日午後２時と午後１０時、２０１８年５月２８日午後３時に測定した後、温度に変換した。
図１３を参照すると、前記実施例２の高感度温度センサによって測定された外部温度は、それぞれ２９８Ｋ、２９３Ｋ及び３０２Ｋであって、韓国気象庁から提供された実際の気温と一致することを確認することができる。
したがって、本発明の実施例に係る高感度温度センサは、外部温度の変化を敏感に感知するだけでなく、抵抗の変化による外部温度の変化を正確に感知することができる。
以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者なら、このような記載から様々な修正及び変形が可能である。したがって、本発明の範囲は説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。
１００ 高感度温度センサ
１１０ 膨張基板
１２０ 第１ナノ粒子層
１２１ 第１温度感知層
１３０ フォトレジスト
１３１ 第１温度感知層が露出した領域
１３２ フォトレジストが残留した領域
１３３ 残留したフォトレジスト
１４０ 第２ナノ粒子層
１４１ 電極層
１５１ 第１電極
１５２ 第２電極
１６０ 第１温度感知部
１７０ 第３ナノ粒子層
１７１ 第２温度感知層
１８０ 第２温度感知部
１９０ 保護層
２１０ 伝導性ナノ粒子
２２０ 第２有機リガンド
２３０ 無機リガンド

Claims (15)

  1. 膨張基板上に、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第１ナノ粒子層を形成するステップと、
    前記第１ナノ粒子層の第１有機リガンドを第２有機リガンドで置換して、クラックを含む第１温度感知層を形成するステップと、
    前記第１温度感知層上にフォトレジストを塗布及びエッチングして、前記第１温度感知層が露出した領域及び前記フォトレジストが残留した領域を形成するステップと、
    前記第１温度感知層上に、前記第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第２ナノ粒子層を形成するステップと、
    前記第２ナノ粒子層の第１有機リガンドを無機リガンドで置換して電極層を形成するステップと、
    前記第１温度感知層上の前記フォトレジストが残留した領域を除去して、電極及び第１温度感知部を形成するステップと、
    前記電極及び前記第１温度感知部上に、第１有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第３ナノ粒子層を形成するステップと、
    前記第３ナノ粒子層の第１有機リガンドを前記第２有機リガンドで置換して、クラックを含む第２温度感知層及び第２温度感知部を形成するステップと、
    前記第２温度感知部上に保護層を形成するステップと、を含むことを特徴とする、高感度温度センサの製造方法。
  2. 前記フォトレジストは、前記第２有機リガンドと化学結合を形成して前記第１温度感知層上に塗布されることを特徴とする、請求項１に記載の高感度温度センサの製造方法。
  3. 前記膨張基板は、外部温度の増加に伴って熱膨張し、
    前記第１温度感知部及び前記第２温度感知部は、前記クラックの間隔が増加して前記高感度温度センサの抵抗の増加を感知することを特徴とする、請求項１に記載の高感度温度センサの製造方法。
  4. 前記膨張基板はＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高感度温度センサの製造方法。
  5. 前記膨張基板は、紫外線−オゾン（ＵＶ−ｏｚｏｎｅ）及びＡＰＴＥＳ（（３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）処理されることを特徴とする、請求項１に記載の高感度温度センサの製造方法。
  6. 前記膨張基板の熱膨張係数は、１．０×１０−４Ｋ−１〜１．０×１０−３Ｋ−１であることを特徴とする、請求項１に記載の高感度温度センサの製造方法。
  7. 前記伝導性ナノ粒子は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、及び鉄（Ｆｅ）のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の高感度温度センサの製造方法。
  8. 前記第１有機リガンドは、ＴＯＰＯ（ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅｏｘｉｄｅ）、オクタデカノール（ｏｃｔａｄｅｃａｎｏｌ）、オレイン酸（ｏｌｅｉｃ ａｃｉｄ）及びオレイルアミン（ｏｌｅｙｌａｍｉｎｅ）のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の高感度温度センサの製造方法。
  9. 前記第２有機リガンドは、ＭＰＡ（３−ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｉｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、ＥＤＴ（１，２−ｅｔｈａｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）、ＥＤＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、ＢＤＴ（ｂｅｎｚｅｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）、ピリジン（ｐｙｒｉｄｉｎｅ）、ＴＧＡ（ｍｅｔｈａｎｅｔｈｉｏｓｕｌｆｏｎｙｌ−ｇａｌａｃｔｏｓｉｄｅ）及びＰＤＴ（ｐｒｏｐａｎｅｄｉｔｈｉｏｌ）のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の高感度温度センサの製造方法。
  10. 前記無機リガンドは、硫黄イオン（Ｓ２−）、塩素イオン（Ｃｌ−）、臭素イオン（Ｂｒ−）、チオシアン酸イオン（ＳＣＮ−）、ヨウ素イオン（Ｉ−）、二硫化物イオン（ＨＳ−）、テルルイオン（Ｔｅ２−）、水酸化イオン（ＯＨ−）、四フッ化ホウ酸イオン（ＢＦ４ −）及び六フッ化リン酸イオン（ＰＦ６ −）のうちの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の高感度温度センサの製造方法。
  11. 膨張基板と、
    前記膨張基板上に形成され、第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子によってクラックが形成される第１温度感知部を含む第１温度感知層と、
    前記第１温度感知層上に互いに離隔して形成され、無機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子を含む第１電極及び第２電極と、
    前記第１電極と第２電極との間に形成され、前記第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子によってクラックが形成される第２温度感知部と、
    前記第１電極及び前記第２電極上に形成され、前記第２有機リガンドで取り囲まれた伝導性ナノ粒子によってクラックが形成される第２温度感知層と、
    前記第２温度感知部上に形成される保護層と、を含むことを特徴とする、高感度温度センサ。
  12. 前記膨張基板は、外部温度の増加に伴って熱膨張し、
    前記第１温度感知部及び前記第２温度感知部は、前記クラックの間隔が増加して前記高感度温度センサの抵抗の増加を感知することを特徴とする、請求項１１に記載の高感度温度センサ。
  13. 前記膨張基板はＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の高感度温度センサ。
  14. 前記膨張基板の熱膨張係数は、１．０×１０−４Ｋ−１〜１．０×１０−３Ｋ−１であることを特徴とする、請求項１１に記載の高感度温度センサ。
  15. 前記第１温度感知部及び前記第２温度感知部の温度−抵抗係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＴＣＲ）は、０．０５Ｋ−１〜０．６Ｋ−１であることを特徴とする、請求項１１に記載の高感度温度センサ。
JP2020176323A 2019-10-21 2020-10-20 高感度温度センサ及びその製造方法 Active JP6986777B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190130796A KR102265670B1 (ko) 2019-10-21 2019-10-21 고감도 온도 센서 및 이의 제조방법
KR10-2019-0130796 2019-10-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021067688A JP2021067688A (ja) 2021-04-30
JP6986777B2 true JP6986777B2 (ja) 2021-12-22

Family

ID=73005367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020176323A Active JP6986777B2 (ja) 2019-10-21 2020-10-20 高感度温度センサ及びその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11788901B2 (ja)
EP (1) EP3812725A3 (ja)
JP (1) JP6986777B2 (ja)
KR (1) KR102265670B1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102638262B1 (ko) * 2021-08-24 2024-02-19 고려대학교 산학협력단 기능성 포토레지스트 및 이를 이용한 나노 입자 박막의 패터닝 방법
DE102024123954A1 (de) * 2024-05-31 2025-12-04 digid GmbH Sensorarray und Herstellungsverfahren des Sensorarrays

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52152272A (en) * 1976-06-11 1977-12-17 Tokai Rika Co Ltd Selffheated temperature resistance convertor
JP5399730B2 (ja) * 2009-02-12 2014-01-29 株式会社Ｋｅｌｋ センサ付き基板およびセンサ付き基板の製造方法
US9460824B2 (en) * 2014-04-23 2016-10-04 Xerox Corporation Stretchable conductive film based on silver nanoparticles
JP6799908B2 (ja) * 2015-10-15 2020-12-16 ニッタ株式会社 感温素子
KR102381654B1 (ko) 2015-03-23 2022-04-04 삼성디스플레이 주식회사 온도 검출 소자 및 이를 이용한 온도 센서
KR20190001062A (ko) 2017-06-26 2019-01-04 현대중공업 주식회사 래싱 브릿지용 보강 플레이트 구조물
KR101989245B1 (ko) * 2017-11-14 2019-09-30 고려대학교 산학협력단 온도센서 및 그 제조방법
KR102757497B1 (ko) * 2019-07-17 2025-01-21 한국전력공사 온도 측정 장치 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP3812725A2 (en) 2021-04-28
US11788901B2 (en) 2023-10-17
EP3812725A3 (en) 2021-05-19
US20210116310A1 (en) 2021-04-22
KR102265670B1 (ko) 2021-06-17
KR20210047115A (ko) 2021-04-29
JP2021067688A (ja) 2021-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bang et al. Highly sensitive temperature sensor: Ligand‐treated Ag nanocrystal thin films on PDMS with thermal expansion strategy
Park et al. Material approaches to stretchable strain sensors
Oren et al. High‐resolution patterning and transferring of graphene‐based nanomaterials onto tape toward roll‐to‐roll production of tape‐based wearable sensors
Gong et al. Local crack‐programmed gold nanowire electronic skin tattoos for in‐plane multisensor integration
Huang et al. Highly sensitive strain sensors based on molecules–gold nanoparticles networks for high‐resolution human pulse analysis
Joh et al. Engineering the charge transport of Ag nanocrystals for highly accurate, wearable temperature sensors through all‐solution processes
Jang et al. A high aspect ratio serpentine structure for use as a strain‐insensitive, stretchable transparent conductor
Baëtens et al. Cracking effects in squashable and stretchable thin metal films on PDMS for flexible microsystems and electronics
Marin et al. Graphene–metal composite sensors with near-zero temperature coefficient of resistance
Segev‐Bar et al. Multi‐Parametric Sensing Platforms Based on Nanoparticles
US20100132476A1 (en) Strain sensor
Lee et al. Engineering surface ligands of nanocrystals to design high performance strain sensor arrays through solution processes
KR101990193B1 (ko) 스트레인 게이지 및 그 제조방법
Du et al. Strain‐induced band‐gap tuning of 2D‐SnSSe flakes for application in flexible sensors
Nesser et al. Towards wireless highly sensitive capacitive strain sensors based on gold colloidal nanoparticles
EP2067532A1 (en) A method of producing a nanoparticle film on a substrate
Kang et al. Stretchable and flexible snake skin patterned electrodes for wearable electronics inspired by kirigami structure
Akhtar et al. Stretchable sensor made of MWCNT/ZnO nanohybrid particles in PDMS
KR101989245B1 (ko) 온도센서 및 그 제조방법
JP2021067688A (ja) 高感度温度センサ及びその製造方法
Kanaparthi et al. Solvent-free fabrication of paper based all-carbon disposable multifunctional sensors and passive electronic circuits
Karmakar et al. Cross-talk immunity of PEDOT: PSS pressure sensing arrays with gold nanoparticle incorporation
Van Toan et al. Micro-fabricated presure sensor using 50 nm-thick of Pd-based metallic glass freestanding membrane
KR102714839B1 (ko) 스트레인 센서 및 이의 제조방법
Zhao et al. Schottky contacts regularized linear regression for signal inconsistency circumvent in resistive gas micro‐nanosensors

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201020

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211013

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211102

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211122

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6986777

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250