KR100242792B1 - Semiconductor type gas sensor structure for stabilizing a sensing characteristics and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor type gas sensor structure for stabilizing a sensing characteristics and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
KR100242792B1
KR100242792B1 KR1019970023758A KR19970023758A KR100242792B1 KR 100242792 B1 KR100242792 B1 KR 100242792B1 KR 1019970023758 A KR1019970023758 A KR 1019970023758A KR 19970023758 A KR19970023758 A KR 19970023758A KR 100242792 B1 KR100242792 B1 KR 100242792B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heater
alumina
thin film
gas
sensing
Prior art date
Application number
KR1019970023758A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19990000697A (en
Inventor
김태송
정형진
정종학
Original Assignee
박호군
한국과학기술연구원
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 박호군, 한국과학기술연구원 filed Critical 박호군
Priority to KR1019970023758A priority Critical patent/KR100242792B1/en
Publication of KR19990000697A publication Critical patent/KR19990000697A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100242792B1 publication Critical patent/KR100242792B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating 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
    • G01N27/125Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00Compounds of tungsten
    • C01G41/02Oxides; Hydroxides
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0037NOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02565Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02631Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

본 발명은, 히터의 노출에 따른 에너지 낭비를 막고 측정 부위의 가스 흐름이나 외부 조건에 의존하여 감지막에 전달되는 온도를 일정하게 조절하여 센싱 특성을 안정화시킨 반도체식 가스 센서를 제공하기 위하여, 박막증착용 알루미나 기판 앞면에 소정의 패턴으로 형성되는 백금 박막 전극과; 상기 전극이 형성된 기판의 앞면에 증착되는 NOx가스 감지용 산화텅스텐 박막과; 상기 알루미나 기판 뒷면에 형성되어 상기 감지막 부위의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터와; 상기 알루미나 기판의 뒷면에 형성되는, 상기 히터를 완전히 매몰시켜 상기 히터를 외부에 대하여 방열하기 위한, 알루미나, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 재료로 만들어지는 쉬트;를 포함하는 센싱 특성이 안정화된 반도체식 판상 가스 센서 및 알루미나봉과; 상기 알루미나봉위에 형성되는 히터와; 상기 알루미나봉위에 감겨지는, 상기 히터를 완전히 매몰시켜 상기 히터를 외부에 대하여 방열하기 위한, 알루미나, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 재료로 만들어지는 쉬트와; 상기 쉬트위에 소정의 패턴으로 형성되는 백금 박막 전극과; 상기 전극위에 증착되는 NOx가스 감지용 산화텅스텐 박막;을 포함하는 센싱 특성이 안정화된 반도체식 봉상 가스 센서 및 그의 제조방법을 제공한다.The present invention, in order to provide a semiconductor gas sensor to prevent energy waste due to the exposure of the heater and to stabilize the sensing characteristics by constantly adjusting the temperature delivered to the sensing film depending on the gas flow or external conditions of the measurement site, A platinum thin film electrode formed on a front surface of the alumina substrate for deposition in a predetermined pattern; A tungsten oxide thin film for detecting NO x gas deposited on the front surface of the substrate on which the electrode is formed; A heater formed on a rear surface of the alumina substrate to maintain a constant temperature of the sensing film portion; A sheet made of any one material selected from the group consisting of alumina, mullite, cordierite, magnesia and zirconia, which is formed on the back side of the alumina substrate to completely bury the heater to radiate the heater to the outside. Semiconductor plate-like gas sensor and alumina rod stabilized sensing characteristics, including; A heater formed on the alumina rod; A sheet made of any one material selected from the group consisting of alumina, mullite, cordierite, magnesia and zirconia, for completely immersing the heater wound on the alumina rod and radiating the heater to the outside; A platinum thin film electrode formed on the sheet in a predetermined pattern; It provides a semiconductor rod-shaped gas sensor with a stable sensing characteristics, including; NO x gas detection tungsten oxide thin film deposited on the electrode and a manufacturing method thereof.

Description

센싱 특성이 안정화된 반도체식 가스 센서 및 그의 제조방법{SEMICONDUCTOR TYPE GAS SENSOR STRUCTURE FOR STABILIZING A SENSING CHARACTERISTICS AND ITS MANUFACTURING METHOD}Semiconductor gas sensor with stable sensing characteristics and its manufacturing method {SEMICONDUCTOR TYPE GAS SENSOR STRUCTURE FOR STABILIZING A SENSING CHARACTERISTICS AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 반도체식 가스 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 센서의제조에 필수적으로 사용되는 히터의 노출에 따른 에너지 낭비를 막고 측정 부위의 가스 흐름이나 외부 조건에 의존하여 감지막에 전달되는 온도를 일정하게 조절하여 센싱 특성을 안정화시킨 반도체식 가스 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor gas sensor, and more particularly, to prevent energy waste due to exposure of a heater, which is essential for the manufacture of a gas sensor, and a temperature transmitted to a sensing film depending on gas flow or external conditions at a measurement site. The present invention relates to a semiconductor gas sensor having a constant adjustment to stabilize sensing characteristics.

반도체식 가스 센서는 기존에 전기화학센서(Electrochemical Sensor), 질량 분광계(Mass Spectrometry) 등의 고가의 장비를 이용하여 분석하는 방법과는 달리 산화물 반도체 박막을 이용하여 측정 가스와 이 반도체막과 접촉시 표면에서 발생하는 가스 흡착에 의한 전자의 수수 과정에서 야기되는 저항의 변화를 이용한 것으로 내구성이 뛰어나고, 운반이 가능하여 센서의 소형화를 이룩할 수 있는 장점을 갖는 센서이다.The semiconductor gas sensor, unlike the conventional method of analyzing using expensive equipment such as an electrochemical sensor and mass spectrometry, uses an oxide semiconductor thin film to contact the measurement gas with the semiconductor film. It is a sensor that has a durability that is excellent in durability and can be transported to achieve miniaturization of the sensor by using a change of resistance caused in the process of electron transfer due to gas adsorption generated on the surface.

그러나 이 센서는 이와 같은 저항의 변화를 최대한 이용하기 위하여 가스 흡착 효율을 최적화함이 필요하다. 이에 따라 감지부가 적정 온도를 유지할 수 있도록 하여야 하며 이를 위하여 감지막이 위치하는 부위 주위에 다양한 방법으로 히터를 설치하여 가열하고 있다.However, this sensor needs to optimize the gas adsorption efficiency in order to take full advantage of this change in resistance. Accordingly, the sensing unit must maintain the proper temperature. For this purpose, heaters are installed and heated in various ways around the area where the sensing film is located.

그러나, 상기 반도체식 가스 센서의 장점의 하나인 소형화를 이용한 휴대형 가스 센싱 시스템을 제작할 경우, 이러한 가열이 바테리의 수명에 영향을 미치기 때문에 가능한 한 방출 열량을 최소화하여야 할 필요성이 있다. 또한 자동차 배기 가스와 같은 가스의 흐름이 있는 부위에서 정밀한 가스량을 측정하기 위하여는 가스 흐름에 따른 센서 온도의 변동이 최대의 문제이다.However, when manufacturing a portable gas sensing system using miniaturization, which is one of the advantages of the semiconductor gas sensor, it is necessary to minimize the amount of heat emitted as much as possible because such heating affects the life of the battery. In addition, in order to accurately measure the amount of gas in a gas flow area such as automobile exhaust gas, the variation of the sensor temperature according to the gas flow is the biggest problem.

본 발명은 이러한 가스의 흐름에 의한 센싱막의 온도 변화를 막고 아울러 온도의 감소 폭을 줄임으로써 결과적으로 열손실량을 줄여 휴대형 센서로서 문제가 되는 바테리의 수명을 연장할 수 있는 새로운 형태의 센서 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a new type of sensor structure that can prevent the temperature change of the sensing film caused by the flow of gas and at the same time reduce the decrease in temperature, thereby reducing the heat loss and extending the life of the battery, which is a problem as a portable sensor. It aims to do it.

도 1a, 1b 및 1c는 각각 반도체식 가스 센서 중 하나인 NOx가스 감지 소자의 형상을 나타내는 것으로, 도 1a는 기존의 비 매몰형 센서 구조를 보여주고, 도 1b는 매몰형 평판 센서 구조를 보여주고, 도 1c는 매몰형 봉상 센서 구조를 보여준다.Figures 1a, 1b and 1c shows the shape of the NO x gas sensing element, one of the semiconductor gas sensor, respectively, Figure 1a shows a conventional non-embedded sensor structure, Figure 1b shows a buried flat sensor structure 1C shows a buried rod-shaped sensor structure.

도 2는 반도체식 가스센서 중 하나인 NOx가스 감지소자에 있어서 자동차 배기 가스 흐름의 영향하에서 노출형 히터를 가지는 종래 기술에 의한 센서 및 매몰형 히터를 가지는 본 발명에 따른 센서의 시간에 따른 온도의 변화를 보여준다.2 is a time-dependent temperature of a sensor according to the present invention having a sensor and an investment heater according to the prior art having an exposed heater under the influence of a vehicle exhaust gas flow in the NO x gas sensing element of one of the semiconductor gas sensor Shows the change.

도 3a 및 3b는 각각 NOx가스 농도의 변화에 따른 감도의 변화를 나타낸 것으로, 도 3a는 노출형 히터를 가지는 종래 기술에 의한 센서에서 NOx가스 농도에 따른 감도의 변화를 보여주고, 도 3b는 매몰형 히터를 가지는 본 발명에 따른 센서에서 NOx가스 농도에 따른 감도의 변화를 보여준다.3A and 3B show a change in sensitivity according to a change in NO x gas concentration, respectively, and FIG. 3A shows a change in sensitivity according to NO x gas concentration in a sensor according to the related art having an exposed heater, and FIG. 3B. Shows the change of sensitivity according to the NO x gas concentration in the sensor according to the present invention having an investment heater.

본 발명은 박막증착용 알루미나 기판 앞면에 소정의 패턴으로 형성되는 백금 박막 전극과; 상기 전극이 형성된 기판의 앞면에 증착되는 NOx가스 감지용 산화텅스텐 박막과; 상기 알루미나 기판 뒷면에 형성되어 상기 감지막 부위의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터와; 상기 알루미나 기판의 뒷면에 형성되는, 상기 히터를 완전히 매몰시켜 상기 히터를 외부에 대하여 방열하기 위한, 알루미나, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 재료로 만들어지는 쉬트;를 포함하는 센싱 특성이 안정화된 반도체식 판상 가스 센서를 제공한다.The present invention includes a platinum thin film electrode formed in a predetermined pattern on the front surface of the thin film deposition alumina substrate; A tungsten oxide thin film for detecting NO x gas deposited on the front surface of the substrate on which the electrode is formed; A heater formed on a rear surface of the alumina substrate to maintain a constant temperature of the sensing film portion; A sheet made of any one material selected from the group consisting of alumina, mullite, cordierite, magnesia and zirconia, which is formed on the back side of the alumina substrate to completely bury the heater to radiate the heater to the outside. It provides a semiconductor plate gas sensor stabilized sensing characteristics including;

또한, 본 발명은 알루미나봉과; 상기 알루미나봉위에 형성되는 히터와; 상기 알루미나봉위에 감겨지는, 상기 히터를 완전히 매몰시켜 상기 히터를 외부에 대하여 방열하기 위한, 알루미나, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 재료로 만들어지는 쉬트와; 상기 쉬트위에 소정의 패턴으로 형성되는 백금 박막 전극과; 상기 전극위에 증착되는 NOx가스 감지용 산화텅스텐 박막;을 포함하는 센싱 특성이 안정화된 반도체식 봉상 가스 센서를 제공한다.In addition, the present invention is an alumina rod; A heater formed on the alumina rod; A sheet made of any one material selected from the group consisting of alumina, mullite, cordierite, magnesia and zirconia, for completely immersing the heater wound on the alumina rod and radiating the heater to the outside; A platinum thin film electrode formed on the sheet in a predetermined pattern; It provides a semiconductor rod-shaped gas sensor is stabilized sensing characteristics, including; tungsten oxide thin film for sensing NO x gas deposited on the electrode.

또한, 본 발명은 알루미나, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아 및 지르코니아로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 재료로 세라믹 그린 쉬트를 얻고; 상기 세라믹 그린 쉬트 위에 히터를 형성하고; 상기 히터가 형성된 세라믹 그린 쉬트 위에 또 다른 세라믹 그린 쉬트를 적층함으로써 히터를 매몰시킨 후 상기 그린 쉬트를 동시 소성하고; 얻어진 히터가 매몰된 기판 위에 소정 패턴의 백금박막전극 및 NOx가스 감지용 산화텅스텐 박막을 증착하는; 센싱 특성이 안정화된 반도체식 판상 가스 센서의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a ceramic green sheet with any one material selected from the group consisting of alumina, mullite, cordierite, magnesia and zirconia; Forming a heater on the ceramic green sheet; Burying the heater by laminating another ceramic green sheet on the ceramic green sheet on which the heater is formed and simultaneously firing the green sheet; Depositing a platinum thin film electrode of a predetermined pattern and a tungsten oxide thin film for detecting NO x gas on a substrate in which the obtained heater is buried; Provided is a method of manufacturing a semiconductor plate gas sensor with stable sensing characteristics.

이하에서 상술한 반도체식 가스 센서를 첨부한 도면 및 바람직한 실시예를 근거로 하여 NOx가스 센서를 중심으로 설명한다.Hereinafter, the NO x gas sensor will be described based on the accompanying drawings and preferred embodiments of the semiconductor gas sensor.

도 1a는 기존에 사용되던 센서의 형태를 보여주는 것으로, 알루미나 기판(1) 앞, 뒷면에 히터(4)와 감지막(3)을 증착한 것으로 하부의 히터(4)가 공기중에 노출되어 있거나 고온용 알루미나 접착제(5) 등으로 얇게 스프레이 코팅되어 방열이 일어나기 쉬운 형태이다. 즉, 종래에는 하부의 히터가 공기에 노출되거나, 코팅이 행해지더라도 방열이 그 주된 목적이었던 것이 아니라 절연이 그 주된 목적이었다.FIG. 1A illustrates a shape of a sensor used in the related art, in which a heater 4 and a sensing film 3 are deposited on the front and rear surfaces of an alumina substrate 1, and the lower heater 4 is exposed to air or has a high temperature. It is thinly spray-coated with the alumina adhesive 5 for the purpose, and is easy to radiate heat. That is, in the past, even if the lower heater was exposed to air or coating was performed, heat dissipation was not the main purpose, but insulation was the main purpose.

반면에, 도 1b 및 1c에 나타난 본 발명에 따른 바람직한 실시예 중의 하나인 판상 내지 봉상 센서의 경우, 전술한 문제점을 해결하기 위해 상기 히터(4)가 완전히 매몰되어 방열 효과가 향상될 수 있도록 한다. 즉, 판상 형태의 센서는 두겹의 알루미나 판(1, 6) 사이에 히터(4) 패턴이 들어가도록 이루어지며, 봉상 형태의 센서에서는 알루미나 봉(10)과 상기 봉에 감겨있는 알루미나 쉬트(6) 사이에 히터(4) 페턴이 들어가게 된다.On the other hand, in the case of the plate-shaped or rod-shaped sensor, which is one of the preferred embodiments according to the present invention shown in FIGS. 1B and 1C, the heater 4 is completely buried so as to improve the heat dissipation effect. . That is, the plate-shaped sensor is made so that the heater 4 pattern is entered between the two layers of alumina plates 1 and 6, and in the rod-shaped sensor, the alumina sheet 10 and the alumina sheet 6 wound on the rod are formed. The heater 4 pattern enters in between.

방열 및 절연 재료로는 이미 잘 알려진 바 대로 알루미나 (Al2O3), 뮬라이트 (mulite), 코디에라이트 (cordierite), 마그네시아 (MgO) 및 지르코니아(ZrO2) 등이 사용될 수 있다. 여기에서는 알루미나를 그 한 예로써 설명하고자 한다.As well known heat dissipation and insulating material, alumina (Al 2 O 3 ), mullite, cordierite, magnesia (MgO) and zirconia (ZrO 2 ) and the like may be used. Here, alumina will be described as an example.

히터 재료로는 종래에는 팔라듐(Pd)/은(Ag) 또는 백금(Pt)/금(Au) 페이스트를 사용하였으나, 본 발명에서는 상기 재료의 페이스트는 물론 텅스텐(W) 페이스트도 사용될 수 있다.Palladium (Pd) / silver (Ag) or platinum (Pt) / gold (Au) paste has been conventionally used as the heater material. In the present invention, tungsten (W) paste may be used as well as the paste of the material.

종래에는 상기 히터의 방열 및 절연의 목적으로 형성되었던 코팅층이 전술한 바와 같이 얇거나 또는 아예 없어서 상기 히터가 대기 중에 쉽게 노출되었다. 따라서, 텅스텐이 히터 재료로 사용되는 경우, 대기 분위기하에서 산화되어 히터 성능이 저하되는 문제점이 있었기 때문에 고가의 상기 팔라듐/은 또는 백금/금 페이스트가 히터 재료로 사용되었으나, 본 발명에서는 히터가 완전히 매몰되므로 산화의 위험성이 없어지므로 가격적으로 훨씬 저렴한 텅스텐이 히터 재료로 사용될 수 있다.Conventionally, the coating layer, which was formed for the purpose of heat dissipation and insulation of the heater, was thin or absent as described above, so that the heater was easily exposed to the atmosphere. Therefore, when tungsten is used as the heater material, the expensive palladium / silver or platinum / gold paste was used as the heater material because it was oxidized in an air atmosphere and the heater performance was lowered. However, in the present invention, the heater is completely buried. This eliminates the risk of oxidation, so that much cheaper tungsten can be used as the heater material.

실시예Example

상술한 매몰형 히터를 가지는 센서의 제작 방법은 각각 다음과 같다.The manufacturing method of the sensor which has the above-mentioned investment heater is as follows.

매몰형 히터를 가지는 판상의 센서에서는 먼저 적정 조성의 알루미나 페이스트를 제조함이 중요하다. 알루미나 페이스트는 60% 이상의 알루미나 파우더(AKP 30)와 0.1 wt% 이상의 SiO2, CaO파우더와 함께 바인더로서 PVB 79를 10% 내외, DBP(Diebutyl Putalate) 10% 내외를 첨가한후 MEK(Methyl Ethyl Keton)과 에타놀(ethanol)의 비가 60:40인 용매를 첨가하여 48시간 볼 밀링하여 점도 10,000pcs정도가 되는 페이스트를 제조한 후 데시케이터 내에서 스터러로 믹싱을 하면서 용매를 증발시켜 점도 15,000-18,000cps가 되도록 만든 후 닥터 블레이드 법(Doctor Blade Method)을 사용하여 두께 1mm정도의 그린 쉬트를 만든다. 이 그린 쉬트를 상온에서 1일 정도 건조시킨후 W 페이스트를 스크린 프린팅법으로 인쇄하여 히터를 형성하고, 다른 쉬트를 겹쳐 히터가 매몰되도록 한 후 보다 타이트한 접착을 위하여 정압 프레싱(isostatic pressing)하고 소결하였다. 이때 약 1200-1500℃의 온도에서 소결하기 전, 후에 백금 전극과 감지막을 형성할 수도 있다. 또한 정확한 온도 조절을 위하여 미세 열전대를 감지막 주위에 부착할 수도 있다.In a plate-shaped sensor having an investment heater, it is important to first prepare an alumina paste having an appropriate composition. Alumina paste is mixed with 60% or more of alumina powder (AKP 30), 0.1 wt% or more of SiO 2 , CaO powder and 10% of PVB 79 as binder, and 10% of DBP (Diebutyl Putalate) and MEK (Methyl Ethyl Keton) ) And ball ethanol was added to a solvent with a ratio of 60:40 and ball milled for 48 hours to produce a paste with a viscosity of about 10,000 pcs, followed by mixing with a stirrer in a desiccator to evaporate the solvent to a viscosity of 15,000- After making it to 18,000cps, the doctor blade method is used to make a green sheet about 1mm thick. After drying the green sheet for about 1 day at room temperature, the W paste was printed by screen printing to form a heater, and the other sheets were overlapped to allow the heater to be buried, followed by isostatic pressing and sintering for tighter adhesion. . In this case, before and after sintering at a temperature of about 1200-1500 ° C., a platinum electrode and a sensing film may be formed. In addition, a fine thermocouple may be attached around the sensing film for accurate temperature control.

매몰형 히터를 가지는 봉상의 센서에서는, 봉 주위에 감을 쉬트의 제작은 앞에 설명한 방법과 동일하다. 쉬트의 앞, 뒷면에 히터로서 W 페이스트를 패턴에 따라 프린팅한 후 같은 재질의 봉에 히터가 매몰되도록 감는다. 감은 후 보다 타이트한 접착을 위하여 정압 프레싱(isostatic pressing)을 가하고, 1200-1500℃의 온도에서 소결한다. 이때 사용한 봉은 직경 5-10mm 전, 후의 크기로 압출(extruding)하거나 혹은 슬립 캐스팅(slip casting)하여 제조하였다. 쉬트 형태의 센서 구조와 마찬가지로 미세 열전대를 부착할 수 있으며, 감지막의 증착은 소결 전, 후에 가능하다.In the rod-shaped sensor having an investment heater, the fabrication of the sheet wound around the rod is the same as the method described above. W paste is printed on the front and the back of the sheet as a heater, and then the heater is wound in a rod of the same material. After winding, isostatic pressing is applied for tighter adhesion and sintered at a temperature of 1200-1500 ° C. At this time, the rod used was manufactured by extruding or slip casting to a size of 5-10 mm before and after. As with the sheet-like sensor structure, a fine thermocouple may be attached, and the deposition of the sensing film may be performed before and after sintering.

히터가 노출되었을 때 열 손실량을 조사하기 위하여 기존 센서와 본 발명의 바람직한 실시예 중의 하나인 봉상 센서를 자동차 배기 가스 배출구에 삽입한 후 배기 가스 흐름에 의하여 감소되는 온도를 측정한 결과를 도 2에 나타내었다. 그림에서 알 수 있는 바와 같이 봉상 센서의 온도 감소 정도는 기존의 센서에 비하여 37% 정도의 감소에 불과한 값만을 보여 온도 감소를 상당량 줄일 수 있음을 알 수 있다.In order to investigate the heat loss when the heater is exposed, the result of measuring the temperature reduced by the exhaust gas flow after inserting the existing sensor and a rod-shaped sensor, which is one of the preferred embodiments of the present invention, into the vehicle exhaust port is shown in FIG. 2. Indicated. As can be seen from the figure, the temperature reduction degree of the rod-shaped sensor is only 37% lower than the conventional sensor, showing that the temperature reduction can be significantly reduced.

매몰형 히터를 가지는 반도체식 가스 센서 및 노출형 히터를 가지는 반도체식 가스에서의 NOx가스 농도에 대한 감도의 변화를 비교 설명하면 다음과 같다.The change in sensitivity with respect to the NO x gas concentration in the semiconductor gas sensor having an embedded heater and the semiconductor gas having an exposure heater will be described as follows.

본 실시예에서는 두 타입 모두 박막형 감지막으로 WO3막을 DC 스퍼터링법으로 증착하였다. 이 막은 약 3000Å의 두께로 텅스텐 메탈 타겟을 사용하고 약 20%의 산소 분위기에서 기판 온도를 500℃로 유지한 상태에서 DC 스퍼터링법으로 증착한 후 600℃의 온도에서 후열처리하였다.In this embodiment it was deposited with two types of all thin-film sensing film WO 3 film by DC sputtering. The film was deposited by a DC sputtering method using a tungsten metal target with a thickness of about 3000 kPa, and the substrate temperature was maintained at 500 ° C. in an oxygen atmosphere of about 20%, followed by post-heat treatment at a temperature of 600 ° C.

도 3a는 종래 기술에 의한 노출형 히터를 가지는 평판형 센서의 경우에 NOx가스 농도에 대한 감도의 변화를 나타낸 것이고, 도 3b는 본 발명에 따른 매몰형 히터를 가지는 봉상 센서의 NOx가스 농도에 대한 감도의 변화를 나타낸 것이다. 두 경우 모두 5ppm일 때 170 이상의 우수한 감도를 보이나, 매몰형이 보다 우수한 감도를 나타냄을 보여준다.Figure 3a shows a change in sensitivity to the NO x gas concentration in the case of a flat plate type sensor having an exposure heater according to the prior art, Figure 3b shows the NO x gas concentration of the rod-shaped sensor having a buried heater according to the present invention The change in sensitivity is shown. Both cases show excellent sensitivity of 170 or more at 5 ppm, but the investment type shows better sensitivity.

본 발명에 의하여 반도체식 가스 센서의 방출 열량을 최소화하여 에너지 낭비를 막을 수 있음과 동시에 휴대형 센서에서 문제시되는 바테리의 수명을 향상시킬 수 있으며, 가스의 흐름이 있는 부위에서 정밀한 가스량의 측정이 가능해져 센싱 특성이 안정화된 반도체식 가스 센서가 제공될 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent energy waste by minimizing the amount of heat emitted by the semiconductor gas sensor and to improve the life of the battery, which is a problem in the portable sensor, and to accurately measure the amount of gas at a gas flow part. A semiconductor gas sensor with stable sensing characteristics may be provided.

Claims (3)

박막증착용 알루미나 기판 앞면에 소정의 패턴으로 형성되는 백금 박막 전극과; 상기 전극이 형성된 기판의 앞면에 증착되는 NOx가스 감지용 산화텅스텐 박막과; 상기 알루미나 기판 뒷면에 형성되어 상기 감지막 부위의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터와; 상기 알루미나 기판의 뒷면에 형성되는, 상기 히터를 완전히 매몰시켜 상기 히터를 외부로부터 방열하기 위한, 알루미나, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 재료로 만들어지는 쉬트;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 센싱 특성이 안정화된 반도체식 판상 가스 센서.A platinum thin film electrode formed in a predetermined pattern on the front surface of the thin film deposition alumina substrate; A tungsten oxide thin film for detecting NO x gas deposited on the front surface of the substrate on which the electrode is formed; A heater formed on a rear surface of the alumina substrate to maintain a constant temperature of the sensing film portion; A sheet made of any one material selected from the group consisting of alumina, mullite, cordierite, magnesia and zirconia, which is formed on the back side of the alumina substrate to completely bury the heater to radiate the heater from the outside; Semiconductor plate gas sensor stabilized sensing characteristics, characterized in that consisting of. 알루미나봉과; 상기 알루미나봉위에 형성되는 히터와; 상기 알루미나봉위에 감겨지는, 상기 히터를 완전히 매몰시켜 상기 히터를 외부로부터 방열하기 위한, 알루미나, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 재료로 만들어지는 쉬트와; 상기 쉬트위에 소정의 패턴으로 형성되는 백금 박막 전극과; 상기 전극위에 증착되는 NOx가스 감지용 산화텅스텐 박막;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 센싱 특성이 안정화된 반도체식 봉상 가스 센서.Alumina rods; A heater formed on the alumina rod; A sheet made of any one material selected from the group consisting of alumina, mullite, cordierite, magnesia and zirconia, for completely immersing the heater wound on the alumina rod to radiate the heater from the outside; A platinum thin film electrode formed on the sheet in a predetermined pattern; And a tungsten oxide thin film for sensing NO x gas deposited on the electrode. 알루미나, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아 및 지르코니아로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 재료로 세라믹 그린 쉬트를 얻고;Obtaining a ceramic green sheet with any material selected from the group consisting of alumina, mullite, cordierite, magnesia and zirconia; 상기 세라믹 그린 쉬트 위에 히터를 형성하고;Forming a heater on the ceramic green sheet; 상기 히터가 형성된 세라믹 그린 쉬트 위에 또 다른 세라믹 그린 쉬트를 적층함으로써 히터를 매몰시킨 후 상기 그린 쉬트를 동시 소성하고;Burying the heater by laminating another ceramic green sheet on the ceramic green sheet on which the heater is formed and simultaneously firing the green sheet; 얻어진 히터가 매몰된 기판 위에 소정 패턴의 백금박막전극 및 NOx가스 감지용 산화텅스텐 박막을 증착하는; 것을 특징으로 하는 센싱 특성이 안정화된 반도체식 판상 가스 센서의 제조방법.Depositing a platinum thin film electrode of a predetermined pattern and a tungsten oxide thin film for detecting NO x gas on a substrate in which the obtained heater is buried; A method of manufacturing a semiconductor plate gas sensor, characterized in that the sensing characteristics are stabilized.
KR1019970023758A 1997-06-10 1997-06-10 Semiconductor type gas sensor structure for stabilizing a sensing characteristics and its manufacturing method KR100242792B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970023758A KR100242792B1 (en) 1997-06-10 1997-06-10 Semiconductor type gas sensor structure for stabilizing a sensing characteristics and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970023758A KR100242792B1 (en) 1997-06-10 1997-06-10 Semiconductor type gas sensor structure for stabilizing a sensing characteristics and its manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990000697A KR19990000697A (en) 1999-01-15
KR100242792B1 true KR100242792B1 (en) 2000-03-02

Family

ID=19509006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970023758A KR100242792B1 (en) 1997-06-10 1997-06-10 Semiconductor type gas sensor structure for stabilizing a sensing characteristics and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100242792B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62115354A (en) * 1985-11-15 1987-05-27 Hitachi Ltd Oxygen sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62115354A (en) * 1985-11-15 1987-05-27 Hitachi Ltd Oxygen sensor

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990000697A (en) 1999-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0437944B2 (en)
JPH09329578A (en) Nox sensor
JP2006337384A (en) Oxygen sensor
JP4583187B2 (en) Ceramic heater element and detection element using the same
KR100242792B1 (en) Semiconductor type gas sensor structure for stabilizing a sensing characteristics and its manufacturing method
JP3668050B2 (en) Heater integrated oxygen sensor and manufacturing method thereof
JP3572241B2 (en) Air-fuel ratio sensor element
JP2003344348A (en) Oxygen sensor element
KR102568419B1 (en) Limiting current type oxygen sensor and method of manufacturing the same
JP3860768B2 (en) Oxygen sensor element
JP2612584B2 (en) Manufacturing method of oxygen detection element
JP3748408B2 (en) Oxygen sensor and manufacturing method thereof
JP4113479B2 (en) Oxygen sensor element
JP2001041922A (en) Oxygen sensor element integrated with heater
JPH0412421B2 (en)
JP3850286B2 (en) Oxygen sensor
JP3987708B2 (en) Theoretical air-fuel ratio sensor element
JP3694618B2 (en) Heater integrated oxygen sensor element
JP2005005057A (en) Ceramic heater and ceramic heater structural body
JP2003227810A (en) Oxygen sensor element
JP2001013101A (en) Heater integrated oxygen sensor element and its manufacture
JP4540222B2 (en) Oxygen sensor and manufacturing method thereof
JP2917633B2 (en) Oxygen concentration sensor
JP2003004696A (en) Air/fuel ratio sensor element
JP2002296225A (en) Heater-integrated type oxygen sensor element

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20071113

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee