KR100257317B1 - 피티시 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

피티시 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100257317B1
KR100257317B1 KR1019970017499A KR19970017499A KR100257317B1 KR 100257317 B1 KR100257317 B1 KR 100257317B1 KR 1019970017499 A KR1019970017499 A KR 1019970017499A KR 19970017499 A KR19970017499 A KR 19970017499A KR 100257317 B1 KR100257317 B1 KR 100257317B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
gas sensor
deposited
sensing
insulating layer
Prior art date
Application number
KR1019970017499A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19980082521A (ko
Inventor
최동수
전진석
김기동
차성익
Original Assignee
한갑수
한국가스공사
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 한갑수, 한국가스공사 filed Critical 한갑수
Priority to KR1019970017499A priority Critical patent/KR100257317B1/ko
Publication of KR19980082521A publication Critical patent/KR19980082521A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100257317B1 publication Critical patent/KR100257317B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

본 발명은 피티시(PTC) 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 반도체 가스 센서는, 상하면에 상부 및 하부 전극(101a)(101b)이 증착된 피티시 발열 소자로 이루어진 발열 지지체(101)와, 상기 발열 지지체(101)의 상부 전극(101a) 위에 도포된 절연층(102)과, 상기 절연층(102) 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층(102)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 감지막 전극(103)과, 상기 감지막 전극(103)이 증착되지 않은 절연층(102) 및 상기 감지막 전극(103)의 일부 위에 증착된 감지막(104)으로 구성된다. 본 발명의 가스 센서는, 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체(101)가 가스 센서의 다른 구성 요소를 지지함과 동시에 소정의 온도로 발열하여 감지막(104) 표면에 가스가 흡착하여 감지막이 화학 반응을 일으키는데 필요한 에너지를 공급하도록 구성되어 있어서, 구조가 간단하고, 이상 발열 현상이 일어나지 않으며, 열효율이 매우 높아서 저전력으로 구동된다.

Description

피티시 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조 방법
본 발명은 가스 센서에 관한 것으로, 특히 피티시(PTC) 발열 소자(반도체 히터)를 사용하여 구조가 간단하고 감지특성이 안정되며 저전력으로 동작 가능한 가스 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 피티시 발열 소자가 채용된 가스 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
가스 센서는 현재 사용되고 있는 다양한 센서중 그 용도와 원리면에서 가장 기본이 되는 센서로서, 화학 센서중 대표적인 센서이다.
근래에 가스 사용량이 폭증하고 있고, 사용되는 가스의 종류도 기술 수준에 비례하여 다양화되어감에 따라, 가스 사고의 빈도 또한 높아지고 있어 그 누설을 탐지하고 대기 및 실내에서의 특정 가스 함유량, 특히 작업 환경에서의 특정 가스 함유량을 정확하게 측정할 필요성이 대두되게 되었다.
현재 사용되고 있는 가스 센서중에 가장 대표적인 센서는 탄화수소계 가스 센서로서, 산업용, 발전용 및 가정용 등 그 용도가 다양하고, 사용 영역이 다른 가스 센서에 비해 매우 넓다.
탄화수소계 가스 센서로는, 벌크형 접촉 연소식 가스 센서와 반도체 가스 센서가 공지되어 있다.
도 1은 종래의 벌크형 접촉 연소식 가스 센서의 구성을 보인 것으로, 도 1a는 발열체와 전극이 일체로 형성된 직접 가열 방식 가스 센서의 구성을 개략적으로 보인 것이고, 도 1b는 발열체와 전극이 별도로 형성된 간접 가열 방식 가스 센서의 구성을 개략적으로 보인 것이다.
도 1a에 도시된 가스 센서는 발열체의 기능을 동시에 수행하는 전극(11)과 감지 부재(12)가 일체로 소결 형성되어 있다. 전극(11)은 전원(도시 안됨)에 연결되어 있다.
도 1b에 도시된 가스 센서는 발열체(21)와, 상기 발열체(21)를 둘러싸는 관상 지지 부재(22)와, 상기 관상 지지 부재(22) 위에 피복된 전극(23)과, 상기 전극(23) 위에 도포된 감지 부재(24)로 구성되어 있다. 상기 발열체(21), 전극(23) 및 감지 부재(24)는 각각 도선(25)(26)(27)에 의해 전원(도시 안됨)에 연결되어 있다. 상기 감지 부재(12)(24)의 재료로는, 일반적으로 산화 주석(SnO2)이 사용된다.
그러나, 상기한 벌크형 접촉 연소식 가스 센서는, 광범위한 감도 특성을 가지고 있고 직선성이 좋으나, 낮은 농도에서 신호가 미약하다는 결점을 가지고 있다.
도 2 내지 도 4는 종래의 반도체 가스 센서의 기본적인 형태를 보인 것이다. 반도체 가스 센서는, 제조 방법에 따라, 후막형 반도체 가스 센서 및 박막형 가스 센서로 구분된다.
도 2는 후막형 반도체 가스 센서의 기본적인 구조를 보인 것이다. 도 2a에 단면도로 도시된 바와 같이, 종래의 후막형 가스 센서는, 지지 기판(31)과, 상기 지지 기판(31) 아래에 소정 간격을 두고 상기 기판(31)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 하부 전극(32)과, 상기 하부 전극(32)이 증착 또는 프린팅되지 않은 지지 기판(31) 및 상기 하부 전극(32)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 발열체(33)와, 상기 지지 기판(31) 위에 소정 간격을 두고 상기 기판(31)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 상부 전극(34)과, 상기 상부 전극(34)이 증착 또는 프린팅되지 않은 지지 기판(31) 및 상기 상부 전극(34)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 감지막(35)으로 구성되어 있다.
도 2b는 지지 기판(31) 위에 상부 전극(34) 및 감지막(35)이 증착 또는 프린팅된 상태를 보인 사시도이고, 도 2c는 지지 기판(31) 아래에 하부 전극(32) 및 발열체(33)가 증착 또는 프린팅된 상태를 보인 사시도이다.
종래의 후막형 반도체 가스 센서의 다른 예들이 도 3에 도시되어 있다. 도 3a에 도시된 후막형 반도체 가스 센서의 구조는, 지지 기판(31a)과 상부 전극(34a) 사이에 절연층(36a)이 도포되어 있는 것을 제외하면, 도 2에 도시된 후막형 반도체 가스 센서와 동일하다. 즉, 도 3a에 도시된 후막형 반도체 가스 센서는, 지지 기판(31a)과, 상기 지지 기판(31a) 아래에 소정 간격을 두고 상기 기판(31a)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 하부 전극(32a)과, 상기 하부 전극(32a)이 증착 또는 프린팅되지 않은 지지 기판(31a) 및 상기 하부 전극(32a)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 발열체(33a)와, 상기 지지 기판(31a) 위에 도포된 절연층(36a)과, 상기 절연층(36a) 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층(36a)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 상부 전극(34a)과, 상기 상부 전극(34a)이 증착 또는 프린팅되지 않은 절연층(36a) 및 상기 상부 전극(34a)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 감지막(35a)으로 구성되어 있다.
도 3b에 도시된 후막형 반도체 가스 센서는, 감지막(35b) 위에 상부 전극(34b)이 증착 또는 프린팅되어 있는 것을 제외하면, 도 3a에 도시된 후막형 반도체 가스 센서와 동일하다. 즉, 도 3b에 도시된 후막형 반도체 가스 센서는, 지지 기판(31b)과, 상기 지지 기판(31b) 아래에 소정 간격을 두고 상기 기판(31b)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 하부 전극(32b)과, 상기 하부 전극(32b)이 증착 또는 프린팅되지 않은 지지 기판(31b) 및 상기 하부 전극(32b)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 발열체(33b)와, 상기 지지 기판(31b) 위에 도포된 절연층(36b)과, 상기 절연층(36b) 위에 증착 또는 프린팅된 감지막(35b)과, 상기 감지막(35b) 위에 소정 간격을 두고 상기 감지막(35b)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 상부 전극(34b)으로 구성되어 있다.
지지 기판(31)(31a)(31b)은 실리콘 또는 세라믹으로 만들어지며, 발열체(33)(33a)(33b)와 전극(32)(32a)(32b) 및 전극(34)(34a)(34b)의 재료로는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 금(Au) 등이 사용된다. 감지막(35)(35a)(35b)의 재료로는 산화 주석(SnO2), 산화 티타늄(TiO2) 등이 많이 사용된다.
일반적으로, 반도체 가스 센서의 올바른 동작을 위해서는 감지막 표면에 가스 입자가 흡착되어 감지막이 화학 반응을 일으키는데 필요한 에너지를 공급해주기 위해 감지막 표면을, 가스 종류에 따라, 150℃ - 500℃의 온도로 가열 및 유지할 필요가 있다. 발열체는 이러한 온도를 감지막 표면에 가하고 유지하는데 사용된다.
상기와 같이 구성된 후막형 반도체 가스 센서에 있어서는, 지지 기판(31)(31a)(31b) 위에 발열체(33)(33a)(33b)를 증착 형성하는 단계에서 최종적으로 완성된 가스 센서의 특성이 결정된다.
그러나, 종래에 있어서는 지지 기판(31)(31a)(31b) 위에 발열체(33)(33a)(33b)를 증착 또는 프린팅할 때, 작업 조건 또는 증착 조건 등의 영향으로 발열체(33)(33a)(33b)에 패턴상의 결함이 발생할 확률이 매우 높으며, 진공 장비를 사용할 때 금속 발열체 소재가 산화될 우려가 높아 수율 감소는 물론 현장에서 사용할 때 수명 단축의 주요 요인으로 작용한다. 또한, 주로 고온에서 사용되는 관계로 지지 기판(31)(31a)(31b)과 발열체(33)(33a)(33b) 사이가 벌어지는 현상이 빈번히 발생하여 가스 센서의 안정성을 저하시키는 경우가 많다.
그리고, 발열체(33)(33a)(33b)가 박막 또는 후막 형태로 되어 있어서 국부적으로 두께 또는 선폭의 불균일에 의한 이상 발열 현상이 발생하게 되고, 또한 발열체(33)(33a)(33b)가 금속 열선 형태로 구성되어 열효율이 낮기 때문에, 감지막(35)(35a)(35b)의 표면과 흡착 가스와의 화학 반응이 일어나도록 하기 위해서는 약 150℃ 이상의 온도를 유지시켜 주는데 있어서 많은 전력이 소모되기 때문에, 배터리 전원으로 구동되는 휴대용 가스 검지기 등에는 적용이 곤란한 결점이 있다.
도 4는 박막형 반도체 가스 센서의 구조를 보인 것이다. 도 4a에 단면도로 도시된 바와 같이, 종래의 박막형 가스 센서는, 하부 지지 기판(41)과, 상기 하부 지지 기판(41) 위에 소정 간격을 두고 상기 기판(41)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 하부 전극(42)과, 상기 하부 전극(42)이 증착되지 않은 지지 기판(41) 및 상기 하부 전극(42)의 일부 위에 증착된 박막형 발열체(43)와, 상기 발열체(43) 위에 배치된 상부 지지 기판(44)과, 상기 상부 지지 기판(44)이 배치되지 않은 발열체(43) 및 전극(42) 위에 도포된 절연층(45)과, 상기 상부 지지 기판(44) 위에 소정 간격을 두고 상기 기판(44)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 상부 전극(46)과, 상기 상부 전극(46)이 증착되지 않은 상부 지지 기판(44) 및 상기 상부 전극(46)의 일부 위에 증착된 감지막(47)으로 구성되어 있다.
도 4b는 하부 지지 기판(41) 위에 하부 전극(42) 및 박막형 발열체(43)가 증착된 상태를 보인 사시도이고, 도 4c는 상부 지지 기판(44) 위에 상부 전극(46) 및 감지막(47)이 증착된 상태를 보인 사시도이다.
지지 기판(41)(44)은 알루미나 등의 재료로 만들어지며, 발열체(43) 및 전극(42)(46)의 재료로는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 금(Au) 등이 사용된다. 감지막(47)의 재료로는 산화 주석(SnO2), 산화 티타늄(TiO2) 등이 많이 사용된다.
상기와 같이 구성된 박막형 반도체 가스 센서에 있어서도, 앞서 언급한 후막형 반도체 가스 센서의 경우와 마찬가지로, 하부 지지 기판(41) 위에 박막형 발열체(43)를 증착할 때, 작업 조건 또는 증착 조건 등의 영향으로 발열체(43)에 패턴상의 결함이 발생할 확률이 매우 높으며, 진공 장비를 사용할 때 금속 발열체 소재가 산화될 우려가 높아 수율 감소는 물론 현장에서 사용할 때 수명 단축의 주요 요인으로 작용한다. 또한, 주로 고온에서 사용되는 관계로 지지 기판(41)과 발열체(43) 사이가 벌어지는 현상이 빈번히 발생하여 가스 센서의 안정성을 저하시키는 경우가 많다.
그리고, 박막형 가스 센서에 있어서도, 발열체(43)가 박막 형태로 되어 있어서 국부적으로 두께 또는 선폭의 불균일에 의한 이상 발열 현상이 발생하게 되고, 또한 발열체(43)가 금속 열선 형태로 구성되어 열효율이 낮기 때문에, 감지막(47)의 표면과 흡착 가스와의 화학 반응이 일어나도록 하기 위해서는 약 150℃ 이상의 온도를 유지시켜 주는데 있어서 많은 전력이 소모되기 때문에, 배터리 전원으로 구동되는 휴대용 가스 검지기에 또한 적용이 곤란한 결점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 후막형 및 박막형 가스 센서의 결점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 구조가 간단하고, 저전력으로 구동이 가능하고, 가스 가지 동작이 안정화되며, 종래의 가스 센서보다 수명이 연장되고, 두가지 인상의 가스를 동시에 개별적으로 감지할 수 있는 반도체 가스 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또다른 목적은 기판과 발열체가 일체로 구성되어 기판과 발열체 사이가 벌어지는 현상을 방지할 수 있는 반도체 가스 센서를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따라, 상하면에 상부 및 하부 전극이 각각 증착되어 있는 피티시 발열 소자로 이루어진 발열 지지체와, 상기 발열 지지체의 상부 전극 위에 도포된 절연층과, 상기 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 감지막 전극과, 상기 감지막 전극이 증착되지 않은 절연층 및 상기 감지막 전극의 일부 위에 증착된 감지막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서가 제공된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따라, 상하면에 상부 및 하부 전극이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체와, 상기 발열 지지체의 상부 전극 위에 도포된 상부 절연층과, 상기 발열 지지체의 하부 전극 위에 도포된 하부 절연층과, 상기 상부 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 상부 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 상부 감지막 전극과, 상기 하부 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 하부 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 하부 감지막 전극과, 상기 감지막 전극이 증착되지 않은 상부 절연층 및 상기 상부 감지막 전극의 일부 위에 증착된 상부 감지막과, 상기 하부 감지막 전극이 증착되지 않은 하부 절연층 및 상기 하부 감지막 전극의 일부 위에 증착된 하부 감지막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서가 제공된다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 구성되는 반도체 가스 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따라, 상하면에 상부 및 하부 전극이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체를 준비하고, 상기 발열 지지체의 상부 전극 위에 절연층을 도포하고, 상기 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 감지막 전극을 증착하고, 상기 감지막 전극이 증착되지 않은 절연층 및 상기 감지막 전극의 일부 위에 감지막을 증착하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따라, 상하면에 상부 및 하부 전극이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체를 준비하고, 상기 발열 지지체의 상부 전극 위에 상부 절연층을 도포하고, 상기 하부 전극 위에 하부 절연층을 도포하고, 상기 상부 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 상부 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 상부 감지막 전극을 증착하고, 상기 하부 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 하부 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 하부 감지막 전극을 증착하고, 상기 상부 감지막 전극이 증착되지 않은 상부 절연층 및 상기 상부 감지막 전극의 일부 위에 상부 감지막을 증착하고, 상기 하부 감지막 전극이 증착되지 않은 하부 절연층 및 상기 하부 감지막 전극의 일부 위에 하부 감지막을 증착하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법이 제공된다.
제1도는 종래의 벌크형 접촉 연소식 가스 센서의 구조를 보인 것으로,
제1a도는 발열체와 전극이 일체로 형성된 직접 가열 방식 가스 센서의 개략 도시도.
제1b도는 발열체와 전극이 별도로 형성된 간접 가열 방식 가스 센서의 개략 도시도.
제2도는 종래의 후막형 반도체 가스 센서의 구조의 일례를 보인 것으로,
제2a도는 후막형 반도체 가스 센서의 단면도.
제2b도는 지지 기판 위에 상부 전극 및 감지막이 증착 또는 프린팅된 상태를 보인 사시도.
제2c도는 지지 기판 아래에 하부 전극 및 발열체가 증착 또는 프린팅된 상태를 보인 사시도.
제3a도 및 제3b도는 종래의 후막형 반도체 가스 센서의 구조의 다른 예들을 보인 예시도.
제4도는 종래의 박막형 반도체 가스 센서의 구조를 보인 것으로,
제4a도는 박막형 반도체 가스 센서의 단면도.
제4b도는 하부 지지 기판 위에 하부 전극 및 박막형 발열체가 증착된 상태를 보인 사시도.
제4c도는 상부 지지 기판 위에 상부 전극 및 감지막이 증착된 상태를 보인 사시도.
제5도는 본 발명에 따른 피시티(PTC) 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 일실시예를 보인 단면도.
제6도는 본 발명에 따른 피시티 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 또다른 실시예를 보인 단면도.
제7도는 제5도에 도시된 본 발명의 반도체 가스 센서의 제조 공정도.
제8도는 제6도에 도시된 본 발명의 반도체 가스 센서의 제조 공정도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
101 : 발열 지지체 101a : 상부 전극
101b : 하부 전극 102 : 절연층
103 : 감지막 전극 104 : 감지막
201 : 발열 지지체 201a : 상부 전극
201b : 하부 전극 202 : 상부 절연층
203 : 하부 절연층 204 : 상부 감지막 전극
205 : 하부 감지막 전극 206 : 상부 감지막
207 : 하부 감지막
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 피시티 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 일실시예를 보인 단면도이다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 반도체 가스 센서는, 상하면에 상부 및 하부 전극(101a)(101b)이 증착된 피티시 발열 소자로 이루어진 발열 지지체(101)와, 상기 발열 지지체(101)의 상부 전극(101a) 위에 도포된 절연층(102)과, 상기 절연층(102) 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층(102)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 감지막 전극(103)과, 상기 감지막 전극(103)이 증착되지 않은 절연층(102) 및 상기 감지막 전극(103)의 일부 위에 증착된 감지막(104)으로 구성되어 있다.
본 발명에 있어서는, 발열 지지체(101)가 반도체 세라믹인 피티시 소자로 형성되어 있으며, 이는 본 발명의 주요한 특징이다. 발열 지지체(101)를 피티시 소자로 구성함으로서, 가스 센서의 다른 구성 요소를 지지함과 동시에 소정의 온도로 발열하여 감지막(104) 표면에 가스가 흡착되었을 때 화학반응을 일으킬 수 있는 적정 온도로 감지막(104)을 가열한다.
피티시 소자는 정온도계수(正溫度係數:PTC)의 저항-온도 특성을 가지며, 전압-전류 특성에서는, 전압-전류 곡선에서 전류 극대점에 도달하기 전에는 정저항 특성을, 그 후에는 정전력 특성을 나타낸다. 정전력 영역에서 주위 온도가 낮아지면 전류가 높아져 전력이 커지며, 주위 온도가 높아지면 전류가 작아지고 전력도 작아져 발열 온도가 자동적으로 제어된다. 이와 같은 자기 발열 제어기능을 갖는 정온 발열체 소자가 피티시 소자이다. 이러한 피티시 소자의 안정된 발열 온도를 감지막에 인가함으로서, 가스 센서의 가스 감지 기능을 안정화시킨다.
본 발명의 발열 지지체(101)에 사용되는 피티시 소자의 두께는, 가스 센서의 구동 전력 소모를 줄이기 위하여 1 ㎜ 이하로 얇은 것일수록 바람직하다.
본 발명의 피티시 소자는 감지막(104) 표면과 흡착 가스가 화학 반응을 일으키는데 필요한 에너지를 공급하기 위해 소정의 온도, 예를 들어 150℃ 내지 500℃의 온도로 발열한다.
감지막(104)의 재료로는 산화 주석(SnO2), 산화 티타늄(TiO2) 등의 산화물이 주로 쓰이고 있고, 절연층(102)은 산화 규소(SiO2) 등의 재료로 되어 있다.
도 5에 도시된 본 발명의 반도체 가스 센서의 제조 공정이 도 7에 상세히 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 피티시 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 제조 공정은 상하면에 상부 및 하부 전극(101a)(101b)이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체(101)를 준비하는 것으로부터 시작된다. 상기 발열 지지체(101)가 준비된 후에, 상기 발열 지지체(101)의 상부 전극(101a) 위에 절연층(102)을 도포한 다음, 상기 절연층(102) 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층(102)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 감지막 전극(103)을 증착한다. 그 다음에, 상기 감지막 전극(103)이 증착되지 않은 절연층(102) 및 상기 감지막 전극(103)의 일부 위에 감지막(104)을 증착한다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 피티시 소자를 이용한 가스 센서의 작용을 설명하기로 한다.
도 5의 발열 지지체(101)의 상부 전극(101a)과 하부 전극(101b) 양단에 피티시가 적정 온도를 유지하는데 필요한 직류 또는 교류 전압을 인가하면, 발열 지지체(101)를 구성하는 피티시 소자가 피티시 고유 특성에 의해서 발열을 하게 된다. 이 때, 열에너지는 피티시 상부 또는 하부에 증착된 감지막(104)까지 전달되어 감지막(104)의 표면 온도가 증가하게 된다. 이렇게 가열된 감지막(104) 표면에 가스 입자가 흡착되면, 열에 의해 가스 입자가 분해되어 감지막(104) 물질과 화학반응을 하게 되며, 이 때 감지막(104)의 내부 저항이 변하게 된다. 감지막(104) 위에 흡착되는 가스 입자가 많으면, 내부 저항의 변화폭이 크게 되고, 흡착되는 가스 입자가 적으면 내부 저항의 변화폭이 작게 된다. 이렇게 저항 변화폭이 크게 되거나 작게 되는 정도에 따라, 가스의 양이 많고 적음을 측정하게 된다. 이렇게 측정된 감지막(104)의 내부 저항값은 감지막(104)의 양단에 연결된 감지막 전극(103)을 통하여 검출된다.
본 발명에 따른 피시티 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 또다른 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 반도체 가스 센서는, 상하면에 상부 및 하부 전극(201a)(201b)이 증착된 피티시 발열 소자로 이루어진 발열 지지체(201)와, 상기 발열 지지체(201)의 상부 전극(201a) 위에 도포된 상부 절연층(202)과, 상기 발열 지지체(201)의 하부 전극(201b) 위에 도포된 하부 절연층(203)과, 상기 상부 절연층(202) 위에 소정 간격을 두고 상기 상부 절연층(202)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 상부 감지막 전극(204)과, 상기 하부 절연층(203) 위에 소정 간격을 두고 상기 하부 절연층(203)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 하부 감지막 전극(205)과, 상기 상부 감지막 전극(204)이 증착되지 않은 상부 절연층(202) 및 상기 상부 감지막 전극(204)의 일부 위에 증착된 상부 감지막(206)과, 상기 하부 감지막 전극(205)의 증착되지 않은 하부 절연층(203) 및 상기 하부 감지막 전극(205)의 일부 위에 증착된 하부 감지막(207)으로 구성되어 있다.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 가스 센서의 실시예의 경우, 도 5에 도시된 실시예의 경우와 마찬가지로, 발열 지지체(201)가 피티시 소자로 형성된다. 발열 지지체(201)를 피티시 소자로 구성함으로서, 가스 센서의 다른 구성 요소를 지지함과 동시에 소정의 온도로 발열하여 감지막(206)(207) 표면에 가스가 흡착되었을 때 화학반응을 일으킬 수 있는 적정 온도로 감지막(206)(207)을 가열한다.
본 발명의 발열 지지체(201)에 사용되는 피티시 소자의 두께는, 가스 센서의 구동 전력 소모를 줄이기 위하여 1 ㎜ 이하로 얇은 것일수록 바람직하다.
본 발명의 피티시 소자는 감지막(206)(207) 표면과 흡착 가스가 화학 반응을 일으키는데 필요한 에너지를 공급하기 위해 소정의 온도, 예를 들어 150℃ 내지 500℃의 온도로 발열한다.
도 6에 도시된 구조의 가스 센서의 특징은, 단일형 센서로 동시에 2 종류 이상의 가스를 검지할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 도 6의 상부 감지막(206)은 메탄 가스에 적합한 감지물로 처리하고, 하부 감지막(207)은 CO 가스에 적합한 감지물로 처리하면, 한 개의 가스 센서로 두가지의 가스(메탄, CO)의 양을 동시에 검지할 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 반도체 가스 센서의 제조 공정이 도 8에 상세히 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 피티시 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 제조 공정은 상하면에 상부 및 하부 전극(201a)(201b)이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체(201)를 준비하는 것으로부터 시작된다. 상기 발열 지지체(201)가 준비된 후에, 상기 발열 지지체(201)의 상부 전극(201a) 위에 상부 절연층(202)을 도포하고, 상기 발열 지지체(201)의 하부 전극(201b) 위에 하부 절연층(203)을 도포한다. 그 다음에, 상기 상부 절연층(202) 위에 소정 간격을 두고 상기 상부 절연층(202)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 상부 감지막 전극(204)을 증착하고, 상기 하부 절연층(203) 위에 소정 간격을 두고 상기 하부 절연층(203)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 하부 감지막 전극(205)을 증착한다. 상부 감지막 전극(204) 및 하부 감지막 전극(205)의 증착이 완료되면, 상기 상부 감지막 전극(204)이 증착되지 않은 상부 절연층(202) 및 상기 상부 감지막 전극(204)의 일부 위에 상부 감지막(206)을 증착하고, 상기 하부 감지막 전극(205)이 증착되지 않은 하부 절연층(203) 및 상기 하부 감지막 전극(205)의 일부 위에 하부 감지막(207)을 증착한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 피티시 소자를 이용한 가스 센서의 작용은, 도 5와 관련하여 앞서 설명한 본 발명의 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 피티시 소자를 이용한 반도체 가스 센서에 있어서는, 지지 기판과 발열체를 별도로 구성하는 종래의 후막형 및 박막형 반도체 가스 센서와는 달리, 종래의 지지 기판과 발열체를 일체로 구성한 발열 지지체를 채용함으로써, 구조가 간단하고, 가스 센서의 제조 공정 단계가 줄어든다.
또한, 발열체와 지지 기판이 일체로 형성됨으로써, 발열체를 지지 기판위에 증착할 필요가 없기 때문에, 국부적인 두께 또는 선폭의 불균일에 의한 이상 발열 현상이 일어나지 않는다.
그리고, 종래의 후막형 및 박막형 반도체 가스 센서의 발열체가 금속 열선 형태로 되어 있는 것에 반해, 본 발명에 있어서는 발열체의 표면 전체가 발열 표면이 되기 때문에, 열효율이 매우 높고 따라서 저전력으로 구동이 가능하고, 배터리 전원으로 구동되는 휴대용 가스 감지기에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 발열 지지체를 구성하는 피티시 발열 소자의 피티시 고유 특성인 자기 온도 유지(보정) 기능에 의하여, 주위 온도 분위기에 큰 영향을 받지 않고 일정한 자기 온도가 유지되므로 가스 센서의 가스 감지 특성이 안정되는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 상하면에 상부 및 하부 전극이 각각 증착되어 있는 피티시 발열소자로 이루어진 발열 지지체와, 상기 발열지지체의 상부 전극 위에 도포된 절연층과, 상기 절연층 위에 소정간격을 두고 상기 절연층의 양단에서 소정절차에 걸쳐 증착된 감지막 전극과, 상기 감지막 전극이 증착되지 않은 절연층 및 상기 감지막 전극의 일부 위에 증착된 감지막으로 구성된 가스 센서에 있어서, 상기 피티시 소자의 두께는 1㎜이하 이고, 상기 피티시 소자는 150~500℃의 온도로 발열하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
KR1019970017499A 1997-05-07 1997-05-07 피티시 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조방법 KR100257317B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970017499A KR100257317B1 (ko) 1997-05-07 1997-05-07 피티시 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970017499A KR100257317B1 (ko) 1997-05-07 1997-05-07 피티시 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980082521A KR19980082521A (ko) 1998-12-05
KR100257317B1 true KR100257317B1 (ko) 2000-08-01

Family

ID=19505056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970017499A KR100257317B1 (ko) 1997-05-07 1997-05-07 피티시 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100257317B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108760835A (zh) * 2018-06-26 2018-11-06 合肥萃励新材料科技有限公司 一种苯系物气体敏感元件

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101104306B1 (ko) * 2009-06-29 2012-01-11 한국과학기술연구원 온도 및 다중 가스 감응 센서 어레이 및 이의 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS568537A (en) * 1979-07-03 1981-01-28 Tdk Corp Flammable gas detecting element
KR930018272A (ko) * 1992-02-27 1993-09-21 강진구 칩형 가스센서

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS568537A (en) * 1979-07-03 1981-01-28 Tdk Corp Flammable gas detecting element
KR930018272A (ko) * 1992-02-27 1993-09-21 강진구 칩형 가스센서

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108760835A (zh) * 2018-06-26 2018-11-06 合肥萃励新材料科技有限公司 一种苯系物气体敏感元件

Also Published As

Publication number Publication date
KR19980082521A (ko) 1998-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4397888A (en) Thick film sensor for hydrogen and carbon monoxide
JP2788888B2 (ja) ガス感知装置及び感知方法
KR20020060694A (ko) 가스센서 및 그 제조방법
EP1616172B1 (en) A thin semiconductor film gas sensor device
EP0066851B1 (en) Oxygen concentration detector
US5786608A (en) Semiconductor chemical sensor device with specific heater structure
EP0066852B1 (en) Oxygen concentration detector
KR0166930B1 (ko) 접촉연소식 가스센서 및 그의 제조방법
JP3812215B2 (ja) 薄膜ガスセンサ
KR100257317B1 (ko) 피티시 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조방법
JP3485151B2 (ja) 接触燃焼式ガスセンサ
EP0056339A1 (en) A method of producing a stannic oxide type gas-detecting device
CN114324494A (zh) 一种半导体薄膜气体传感器
JPH10318958A (ja) Ｐｔｃ素子を用いたガスセンサー及びその製造方法
JP3308624B2 (ja) 炭化水素センサ
KR20220019227A (ko) 가스 센서
EP0057393B1 (en) Probe for measuring partial pressure of oxygen
KR101464375B1 (ko) 초저전력용 가스센서
JP2788640B2 (ja) 気体濃度検出用センサ
KR20040092226A (ko) 가스센서 제조 방법
JP2955583B2 (ja) ガスセンサ用検知素子
RU2114422C1 (ru) Полупроводниковый датчик газов
Hossein-Babaei et al. Thickness dependence of sensitivity in thin film tin oxide gas sensors deposited by vapor pyrolysis
JPH026732A (ja) 複合ガスセンサ
JP2897471B2 (ja) 酸化物半導体酸素濃度センサ

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: 20130111

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131114

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141224

Year of fee payment: 16

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151214

Year of fee payment: 17

EXPY Expiration of term