KR100609768B1 - 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법 - Google Patents

가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100609768B1
KR100609768B1 KR1020040023616A KR20040023616A KR100609768B1 KR 100609768 B1 KR100609768 B1 KR 100609768B1 KR 1020040023616 A KR1020040023616 A KR 1020040023616A KR 20040023616 A KR20040023616 A KR 20040023616A KR 100609768 B1 KR100609768 B1 KR 100609768B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas sensing
sensing
gas
unit
sensing electrodes
Prior art date
Application number
KR1020040023616A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050098404A (ko
Inventor
정완영
Original Assignee
동서대학교산학협력단
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 동서대학교산학협력단 filed Critical 동서대학교산학협력단
Priority to KR1020040023616A priority Critical patent/KR100609768B1/ko
Publication of KR20050098404A publication Critical patent/KR20050098404A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100609768B1 publication Critical patent/KR100609768B1/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
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G01N21/783—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour for analysing gases
    • 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
    • G01N27/128—Microapparatus
    • 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
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/26—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring pressure differences
    • G01N9/266—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring pressure differences for determining gas density

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 각 디바이스들이 단지 하나의 단일 열 고립 유도영역만을 심플(Simple)하게 공유할 수 있도록 기판의 형상을 개선하고, 이를 통해, 이들을 기판 본체로부터 열 적으로 고립시키기 위한 해당 열 고립 유도영역(트랜치 영역 또는 공동영역)의 점유 규모 축소를 자연스럽게 유도함으로써, 관리자 측에서, 제품의 기구적인 취약성이 확대되는 문제점, 제품의 사이즈가 대폭 커지는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있도록 유도할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 각 단위히터의 형상을 서로 상이한 모양으로 변경하여, 각 단위히터가 동일 값의 전력 공급 상황 하에서도, 서로 상이한 발열량을 자연스럽게 나타낼 수 있도록 하고, 이를 통해, 전체 어레이 운영 절차 내에서, 각 단위히터를 상이한 값의 공급전력으로 운영시킬 필요성을 제거함으로써, 관리자 측에서, 단위히터들의 운영이 복잡해지는 문제점, 단위히터들의 전력 소모량이 증대되는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있도록 유도할 수 있다.

Description

가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법{Device array for sensing a gas or gas mixture and fabrication method of the same}
도 1a 및 도 1b는 종래의 제 1 기술에 따른 가스 감지 디바이스 어레이를 도시한 예시도.
도 2a 및 도 2b는 종래의 제 2 기술에 따른 가스 감지 디바이스 어레이를 도시한 예시도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이를 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위히터들의 형상을 개념적으로 도시한 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이의 동작을 개념적으로 설명하기 위한 예시도.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지막을 개념적으로 도시한 예시도.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레 이의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지막을 개념적으로 도시한 예시도.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이를 도시한 예시도.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위히터들의 형상을 개념적으로 도시한 예시도.
도 15 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이의 동작을 개념적으로 설명하기 위한 예시도.
도 16a 내지 도 16i는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지막을 개념적으로 도시한 예시도.
도 18a 내지 도 18d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지막을 개념적으로 도시한 예시도.
도 20a 내지 도 20e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도.
본 발명은 특정 가스의 존재유무나 그 량을 판별해주는 가스 감지 디바이스 어레이에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 열 고립 유도영역의 구조, 단위히터들의 형상 등을 개선하여, 관리자 측에서 예컨대, 제품 운용효율이 향상되는 효과, 전력 소모량이 현저히 줄어드는 효과, 제품의 기구적인 안정성이 크게 증대되는 효과, 제품의 사이즈가 대폭 줄어드는 효과 등을 손쉽게 향유할 수 있도록 유도할 수 있는 가스 감지 디바이스 어레이에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 가스 감지 디바이스 어레이를 제조하기 위한 가스 감지 디바이스 어레이 제조방법에 관한 것이다.
최근, 가스센서를 이용한 응용기술이 예컨대, 환경 모니터링 분야, 가전제품 분야, 자동차용 센서분야, 공정제어 분야, 마이크로 분석 시스템 분야 등으로 폭 넓게 확대되면서, 가스의 존재유무와 그 량을 감지해내는 가스 감지 디바이스 어레이 또한 빠른 발전을 거듭하고 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 가스 감지 디바이스 어레이, 예컨대, 다이아프램형(Diaphragm-type) 가스 감지 디바이스 어레이(100)는 실리콘 재질의 기판(1)과, 이 기판(1)의 상부에 일렬로 배열된 가스 감지 디바이스들(10,20,30)의 조합으로 이루어진다.
이 경우, 각 가스 감지 디바이스들(10,20,30)의 형성위치에 대응되는 기판(1)의 후면은 일정 깊이로 파여져 일련의 트랜치 영역(1a,1b,1c:Trench area)을 형성하게 되며, 이러한 이방성 에칭에 의한 트랜치 영역(1a,1b,1c)의 형성으로 인해, 각 가스 감지 디바이스들(10,20,30)은 기판(1) 본체로부터 열 적으로 고립되는 구조를 안정적으로 취할 수 있게 된다.
이때, 이방성 에칭된 트랜치 영역(1a,1b,1c)을 토대로 하여, 기판(1) 본체로부터 열적으로 고립된 각 가스 감지 디바이스(10,20,30)는 기판(1) 상에 일렬로 배열된 감지전극(16,26,36:Sensing electrode)들과, 이 감지전극(16,26,36)들 상에 각기 도포된 가스 감지막(17,27,37)과, 각 감지전극(16,26,36)들의 하부에서, 해당 감지전극(16,26,36)과 일대일 대응되는 단위히터(13,23,33:Heater unit)들이 조합된 구성을 취하게 된다. 이 경우, 각 단위히터(13,23,33)들은 절연층(2)을 토대로 하여, 기판(1)과 전기적으로 절연되며, 각 감지전극(16,26,36)들은 절연층(2)을 토대로 하여, 각 단위히터(13,23,33)들과 전기적으로 절연된다.
이 상황에서, 각 감지전극들(16,26,36)은 와이어(31)와의 접속을 통해, 감지전극 패턴(15,25,35)의 저항 변화 시그널을 외부로 출력하는 본딩패드 패턴(14,24,34) 및 앞의 가스 감지막들(17,27,37)과 물리적으로 접촉된 상태에서, 해당 가스 감지막들(17,27,37)의 화학적인 반응 상황에 따라, 그 저항이 실질적으로 변화하는 감지전극 패턴(15,25,35)이 조합된 구성을 취하게 되며, 각 단위히터들(13,23,33)은 와이어(41)와의 접속을 통해, 외부 전압을 입력받는 본딩패드 패턴(11,21,31) 및 앞의 외부 전압에 의해 발생된 열을 주변으로 실질 전달하는 히팅 패턴(12,22,32)이 조합된 구성을 취하게 된다.
이러한 구조를 취하는 종래의 다이아프램형 가스 감지 디바이스 어레이 체제 하에서, 외부로부터 전력이 공급되면, 그 여파로, 단위히터(13,23,33)는 예컨대, 100℃~500℃ 정도의 열을 방출하게 되며, 그 여파로 각 감지전극(16,26,36)들 및 각 가스 감지막(17,27,37)들은 소정의 동작온도로 빠르게 승온될 수 있게 된다.
이처럼, 각 가스 감지막들(17,27,37)이 승온된 상황에서, 각 가스 감지막들(17,27,37)의 주변으로 일련의 가스가 인입되면, 이 가스는 빠르게 각 가스 감지막들(17,27,37)에 흡착되어 이온화되는 반응을 보이게 되며, 그 여파로 각 가스 감지막들(17,27,37)에서 전자의 농도분포가 변화하는 과정을 겪게 된다.
이 상황에서, 각 가스 감지막들(17,27,37)과 물리적으로 접촉된 감지전극들(16,26,36)은 각 가스 감지막들(17,27,37)의 전자 농도분포 변화에 맞추어, 자신의 저항이 변화되는 과정을 자연스럽게 겪게 되며, 이러한 저항 변화를 겪는 즉시, 일련의 저항 변화 신호를 외부의 정보처리장치(도시 안됨)로 출력하는 절차를 진행하게 되고, 결국, 관리자 측에서는 가스의 상태(가스의 종류, 가스의 량 등)를 손쉽게 분류·체크할 수 있게 된다.
한편, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 다른 유형에 따른 가스 감지 디바이스 어레이, 예컨대, 부유형(Suspended-type) 가스 감지 디바이스 어레이(110)는 실리콘 재질의 기판(101)과, 이 기판(101)의 상부에 일렬로 배열된 가스 감지 디바이스들(50,60,70)이 조합된 구성을 취한다.
이 경우, 각 가스 감지 디바이스들(50,60,70)의 형성위치에 대응되는 기판(101)의 내면은 식각 윈도우(101a)를 매개로 폭 넓게 패여 일련의 공동영역(101b:Cavity area)을 형성하게 되며, 이러한 공동영역(101b)의 형성으로 인해, 각 가스 감지 디바이스들(50,60,70)은 기판(101) 본체로부터 열 적으로 고립되는 구조를 안정적으로 취할 수 있게 된다.
이때, 공동영역(101b)을 토대로 하여, 기판(101) 본체로부터 열적으로 고립된 각 가스 감지 디바이스(50,60,70)는 앞의 경우와 유사하게, 기판(101) 상에 일렬로 배열된 감지전극(56,66,76)들과, 이 감지전극(56,66,76)들 상에 각기 도포된 가스 감지막(57,67,77)과, 각 감지전극(56,66,76)들의 하부에서, 해당 감지전극(56,66,76)과 일대일 대응되는 단위히터(53,63,73)들이 조합된 구성을 취하게 된다.
이 경우, 각 단위히터(53,63,73)들은 절연층(102)을 토대로 하여, 기판(101)과 전기적으로 절연되며, 각 감지전극(56,66,76)들은 절연층(102)을 토대로 하여, 각 단위히터(53,63,73)들과 전기적으로 절연된다. 이 상황에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 절연층(102)의 저부에는 앞서 언급한 공동영역(101b)의 형성과 동시에 패터닝되어, 각 부유형 구조물들을 안정적으로 지탱하는 역할을 수행하는 기저층(104,105)이 추가 배치된다.
여기서, 각 감지전극들(56,66,76)은 와이어(81)와의 접속을 통해, 감지전극 패턴(55,65,75)의 저항 변화 시그널을 외부로 출력하는 본딩패드 패턴(54,64,74) 및 앞의 가스 감지막들(57,67,77)과 물리적으로 접촉된 상태에서, 해당 가스 감지막들(57,67,77)의 화학적인 반응 상황에 따라, 그 저항이 실질적으로 변화하는 감지전극 패턴(55,65,75)이 조합된 구성을 취하게 되며, 각 단위히터들(53,63,73)은 와이어(91)와의 접속을 통해, 외부 전압을 입력받는 본딩패드 패턴(51,61,71) 및 앞의 외부 전압에 의해 발생된 열을 주변으로 실질 전달하는 히팅 패턴(52,62,72)이 조합된 구성을 취하게 된다.
이러한 구조를 취하는 종래의 부유형 가스 감지 디바이스 어레이 체제 하에서, 외부로부터 전력이 공급되면, 그 여파로, 단위히터(53,63,73)는 예컨대, 100℃~500℃ 정도의 열을 방출하게 되며, 그 여파로, 각 감지전극들(56,66,76) 및 각 가스 감지막들(57,67,77)은 소정의 동작온도로 빠르게 승온될 수 있게 된다.
이처럼, 각 가스 감지막들(57,67,77)이 승온된 상황에서, 각 가스 감지막들(57,67,77)의 주변으로 일련의 가스가 인입되면, 이 가스는 빠르게 각 가스 감지막들(57,67,77)에 흡착되어 이온화되는 반응을 보이게 되며, 그 여파로 각 가스 감지막들(57,67,77)은 감지막내에서의 전자농도의 분포가 변화되는 과정을 겪게 된다.
물론, 이 상황에서, 각 가스 감지막들(57,67,77)과 물리적으로 접촉된 각 감지전극들은 각 가스 감지막들에서의 전자의 농도 변화에 맞추어, 자신의 저항이 변화되는 과정을 겪게 되며, 이러한 저항 변화를 겪는 즉시, 일련의 저항 변화 신호를 외부의 정보처리장치(도시 안됨)로 출력하게 되고, 결국, 관리자 측에서는 가스의 상태(가스의 종류, 가스의 량 등)를 손쉽게 분류·체크할 수 있게 된다.
이러한 종래의 기술에 따른 여러 유형의 가스 감지 디바이스 어레이 체제 하에서, 앞서 언급한 바와 같이, 각 가스 감지 디바이스들의 형성위치에 대응되는 기판의 후면에는 각 가스 감지 디바이스들을 기판 본체로부터 열 적으로 고립시키기 위한 다수의 개별 트랜치 영역(공동영역)이 에칭에 의해 형성된다.
그러나, 이러한 트랜치 영역(공동영역)은 각 가스 감지 디바이스들을 열 적으로 고립시켜, 이들의 기능향상을 유도하는 순기능을 수행하기는 하지만, 역으로, 어레이의 기구적인 안정성이 전체적으로 취약해지는 불필요한 악성 요인은 물론, 어레이의 전체적인 사이즈가 전체적으로 커지는 불필요한 악성 요인으로 작용하기 때문에, 종래의 체제 하에서, 별도의 조치가 취해지지 않는 한, 가스 감지 디바이스 어레이는 자신의 기구적인 안정성이 크게 취약해지는 심각한 문제점은 물론, 자신의 사이즈가 대폭 커지는 심각한 문제점을 어쩔 수 없이 감수할 수밖에 없게 된다.
더욱이, 종래의 각 단위히터들은 모두 동일한 형상을 이루고 있기 때문에, 종래의 체제 하에서, 각 가스 감지막들의 동작 온도를 서로 상이하게 상승시키고자 하는 경우, 관리자 측에서는 각 단위히터들로 상이한 전압을 가하여, 이들을 서로 다른 온도로 가열시키는 절차를 복잡하게 진행시킬 수밖에 없게 됨으로써, 전체적인 어레이의 운영이 어려워지는 문제점, 전력 소모량이 각 단위히터들의 수에 비례하여, 대폭 증가되는 문제점 또한 어쩔 수 없이 감수할 수밖에 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 각 디바이스들이 단지 하나의 단일 열 고립 유도영역만을 심플(Simple)하게 공유할 수 있도록 기판의 형상을 개선하고, 이를 통해, 이들을 기판 본체로부터 열 적으로 고립시키기 위한 해당 열 고립 유도영역(트랜치 영역 또는 공동영역)의 점유 규모 축소를 자연스럽게 유도함으로써, 관리자 측에 서, 제품의 기구적인 취약성이 확대되는 문제점, 제품의 사이즈가 대폭 커지는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있도록 유도하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 각 단위히터의 형상을 서로 상이한 모양으로 변경하여, 각 단위히터가 동일 값의 전력 공급 상황 하에서도, 서로 상이한 발열량을 자연스럽게 나타낼 수 있도록 하고, 이를 통해, 전체 어레이 운영 절차 내에서, 각 단위히터를 상이한 값의 공급전력으로 운영시킬 필요성을 제거함으로써, 관리자 측에서, 단위히터들의 운영이 복잡해지는 문제점, 단위히터들의 전력 소모량이 증대되는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있도록 유도하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전면에 제 1 절연층이 도포된 기판과, 상기 제 1 절연층의 상부에 뉘어져 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 각기 상이한 모양을 형성하며, 동일한 값의 외부 전압에 의해 가열되면서, 서로 다른 발열량을 나타내는 다수의 단위히터들과, 상기 단위히터들을 커버하는 제 2 절연층과, 상기 제 2 절연층 상에 배치되어, 상기 단위히터들과 절연되며, 상기 단위히터들을 열원(Heating source)으로 하여, 상기 각 단위히터들의 발열에 따라, 각 영역 별로 서로 다른 승온 상태를 나타내고, 해당 승온 상황에서, 주변의 가스를 흡착하여, 상기 각 영역 별로 서로 다른 화학 반응을 일으키는 가스 감지막과, 상기 가스 감지막과 물리적으로 접촉된 상태에서, 상기 제 2 절연층에 의해 상기 단위히터들과 절연되며, 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 복수로 연속 배열되고, 상기 각 단위히터들의 발열에 따라, 상이한 값으로 승온되며, 해당 승온 상황에서, 상기 가스 감지막의 화학 반응에 따라, 각기 서로 다른 저항 변화를 나타내고, 해당 저항 변화를 정보처리 장치로 개별 출력하는 감지전극들과, 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들에 대응되는 기판의 저부를 일괄 점유하면서, 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들을 한꺼번에 열 적으로 고립시키는 단일 열 고립 유도영역의 조합으로 이루어지는 기체 감지 디바이스 어레이를 개시한다.
또한, 본 발명에서는 기판의 전면에 제 1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 절연층의 상부에, 한쪽 끝 단위히터에서 다른 한쪽 끝 단위히터 측으로 갈수록 간격이 넓어지는 서로 상이한 모양의 구불구불한 외곽라인을 가지면서, 동일한 값의 외부 전압에 의해 가열되어도, 서로 다른 발열량을 나타낼 수 있는 다수의 단위히터들을 개별 형성하는 단계와, 상기 단위히터들의 상부에 제 2 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 절연층의 상부에 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 일렬로 늘어선 감지전극들을 형성하는 단계와, 상기 단위히터들 및 감지전극들에 대응되는 기판의 저부에 상기 단위히터들 및 감지전극들을 한꺼번에 열 적으로 고립시키기 위한 단일 열 고립 유도영역을 형성하는 단계와, 상기 감지전극들의 상부에 가스 감지막을 형성하는 단계의 조합으로 이루어지는 가스 감지 디바이스 어레이 제조방법을 개시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 감지 디바이스 어레이(200)는 전면에 제 1 절연층(202)이 도포된 기판(201)과, 제 1 절연층(202)의 상부에 뉘어져 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 각기 상이한 모양을 형성하며, 동일한 값의 외부 전압에 의해 가열되면서, 서로 다른 발열량을 나타내는 단위히터들(210)과, 단위히터들(210)을 커버하는 제 2 절연층(203)과, 제 2 절연층(203) 상에 배치되어, 단위히터들(210)과 절연되며, 단위히터들(210)을 열원으로 하여, 단위히터들(210)의 발열에 따라, 각 영역 별로 서로 다른 승온 상태를 나타내고, 해당 승온 상황에서, 주변의 기체를 흡착하여, 각 영역 별로 서로 다른 화학 반응, 예컨대, 전자 농도 분포 변화를 일으키는 가스 감지막(230)과, 가스 감지막(230)과 물리적으로 접촉된 상태에서, 제 2 절연층(203)에 의해 단위히터들(210)과 절연되며, 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 복수로 연속 배열되고, 단위히터들(210)의 발열에 따라, 상이한 값으로 승온되며, 해당 승온 상황에서, 가스 감지막(230)의 화학 반응, 예컨대, 전자 농도 분포 변화에 따라, 각기 서로 다른 저항 변화를 나타내고, 해당 저항 변화를 정보처리 장치로 개별 출력하는 감지전극들(220)의 조합으로 이루어진다.
이 경우, 상황에 따라, 감지전극들(220)의 주변에는 독립된 단위패턴을 이루면서, 기판(201) 위치에 따른 온도(예컨대, 감지막의 동작 온도)를 감지하기 위한 온도 감지전극(도시 안됨)들이 추가 형성될 수도 있다.
이때, 바람직하게, 앞의 가스 감지막(230)은 단일 종류의 재질을 갖으면서, 감지전극들(220)을 한꺼번에 일괄 커버하는 구조를 형성한다. 이 경우, 가스 감지막(230)은 상황에 따라, SnO2, WO3, ZnO, TiO2 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
여기서, 앞의 기판(201)은 예컨대, Si 재질로 이루어지며, 앞의 단위히터들(210), 감지전극들(220)은 예컨대, 2000Å~5000Å 정도의 두께를 갖는 Pt 재질로 이루어진다. 이에 더하여, 앞의 제 1 절연층(202)은 예컨대, 1400Å~1600Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 레이어 및 2900Å~3100Å 정도의 두께를 갖는 SiO2 레이어의 조합으로 이루어지며, 제 2 절연층(203)은 예컨대, 2000Å~10000Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 레이어로 이루어진다.
이때, 단위히터들(210)의 재질로는 앞의 Pt 재질뿐만 아니라, 상황에 따라, 다결정 실리콘 재질, 고농도 n형 불순물이 첨가된 n+ 저항체 재질, 고농도 p형 불순물이 첨가된 p+ 저항체 재질 등이 탄력적으로 선택될 수 있다.
또한, 상황에 따라, 앞의 각 감지전극들(220) 및 단위히터들(210)의 저부에는 예컨대, Ti 재질을 갖으면서, 100Å~500Å 정도의 두께를 유지하는 접촉패턴들이 더 형성될 수도 있다. 이 경우, 접촉패턴들은 예컨대, 각 감지전극들(220) 및 단위히터들(210)와 동일한 형상을 유지하면서, 단위히터들(210)와 제 1 절연층(202) 사이의 접착력을 강화하는 역할, 각 감지전극들(220)과 제 2 절연층(203) 사이의 접착력을 강화하는 역할 등을 추가 수행할 수 있게 된다.
이 상황에서, 도면에 도시된 바와 같이, 각 감지전극들(220)은 와이어(242)와의 접속을 통해, 감지전극 패턴(222)의 저항 변화 시그널을 외부로 출력하는 본딩패드 패턴(221) 및 앞의 가스 감지막들(230)과 물리적으로 접촉된 상태에서, 해당 가스 감지막들(230)의 화학적인 반응 상황, 예를 들어, 전자 농도의 분포 변화상황에 따라, 그 저항이 실질적으로 변화하는 감지전극 패턴(222)이 조합된 구성을 취하게 되며, 단위히터들(210)은 와이어(241)와의 접속을 통해, 외부 전압을 입력받는 본딩패드 패턴(211) 및 앞의 외부 전압에 의해 발생된 열을 주변으로 실질 전달하는 히팅 패턴(212)이 조합된 구성을 취하게 된다.
이 경우, 감지전극들(220)의 감지전극 패턴(222)은 자신의 저항 변화 능력이 극대화될 수 있도록 서로 마주보는 손가락 형태의 외곽라인을 형성하게 되며, 단위히터들(210)의 히팅 패턴(212)은 자신의 발열 능력이 극대화될 수 있도록 구불구불한 외곽라인을 형성하게 된다.
여기서, 앞의 단위히터들(210), 가스 감지막(230) 및 감지전극들(220)에 대응되는 기판(201)의 저부에는 해당 영역을 일괄 점유하면서, 앞의 단위히터들(210), 가스 감지막(230) 및 감지전극들(220)을 한꺼번에 열 적으로 고립시키는 단일 열 고립 유도영역이 형성된다.
이 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 열 고립 유도영역으로는 바람직하게, 단위히터들(210) 및 감지전극(220)들의 형성위치에 대응되는 기판(201)의 후면에서 이방성 에칭에 의해 일정 깊이, 예컨대, 앞의 제 1 절연층(202)이 노출될 정도의 깊이로 파여져 형성된 트랜치 영역(201a)이 선택될 수 있다.
이 상황에서, 단위히터들(210) 및 감지전극들(220)을 지지하는 제 1 및 제 2 절연층(202,203)은 트렌치 영역(201a)의 형성에 의해 기판(201) 본체로부터 자연스럽게 분리되어, 일련의 다이아프램 구조를 형성할 수 있게 되며, 그 여파로, 단위히터들(210) 및 감지전극들(220) 역시, 기판(201) 본체로부터 열 적으로 자연스럽게 고립될 수 있게 된다.
이처럼, 본 발명의 실시 하에서, 각 단위히터들(210), 감지전극들(220)은 종래와 달리, 단지 하나의 단일 열 고립 유도영역(트랜치 영역)만을 심플하게 공유하기 때문에, 본 발명의 체제 하에서, 각 단위히터들(210), 감지전극들(220)을 기판(201) 본체로부터 열 적으로 고립시키기 위한 해당 열 고립 유도영역(트랜치 영역)의 점유 규모는 자연스럽게 축소될 수 있게 되며, 결국, 본 발명이 구현되는 경우, 관리자 측에서는 제품의 기구적인 취약성이 확대되는 문제점, 제품의 사이즈가 대폭 커지는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있게 된다.
이때, 기판(201)의 후면에도, 기판(201)의 전면과 유사하게, 예컨대, 1400Å~1600Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 레이어 및 2900Å~3100Å 정도의 두께를 갖는 SiO2 레이어가 조합된 후면 절연층(204)이 추가로 형성되는 바, 이러한 후면 절연층(204)은 앞서 언급한 트랜치 영역(201a)이 형성될 때, 그 식각 충격으로부터 기판(201) 본체의 나머지 영역을 안정적으로 보호하는 역할을 수행한다.
여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 단위히터들(210)의 히팅 패턴(212)은 구불구불한 외곽라인을 형성하되, 바람직하게, 한쪽 끝(S)의 단위히터에서, 나머지 다른 한쪽 끝(F)의 단위히터 측으로 갈수록 그 간격(d)이 넓어지는 특징을 나타낸다.
물론, 이 상황에서, 와이어(241)를 통해 본딩패드 패턴(211) 측으로 외부 전압이 인가되는 경우, 각 단위히터들은 한쪽 끝(S)의 단위히터로부터 나머지 다른 한쪽 끝(F)의 단위히터 측으로 갈수록 발열량이 적어지는 본 발명 고유의 특징을 자연스럽게 나타낼 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 체제 하에서, 외부로부터 전력이 공급되면, 그 여파로, 단위히터들(210)은 예컨대, 100℃~500℃ 정도의 열을 각 단위히터별로 방출하게 되며, 그 여파로 각 감지전극(220)들 및 가스 감지막(230)은 소정의 동작온도로 빠르게 승온될 수 있게 된다.
이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 단위히터들(210)은 한쪽 끝(S)의 단위히터에서, 나머지 다른 한쪽 끝(F)의 단위히터 측으로 갈수록 히팅 패턴(212)의 간격이 넓어지는 특징을 나타내어, 한쪽 끝(S)의 단위히터로부터 나머지 다른 한쪽 끝(F)의 단위히터 측으로 갈수록 적은 열을 발산하기 때문에, 단위히터들(210)을 열원으로 하는 각 감지전극들(220)은 종래와 달리, 각 단위히터들(210) 측으로 동일한 값의 전력이 공급된 상황 하에서도, 각 위치별 감지전극 패턴들(222a,222b,222c,222d)이 서로 다른 승온 상태를 나타내는 효과를 손쉽게 획득할 수 있게 되며, 가스 감지막(230) 역시, 각 단위히터들(210) 측으로 동일한 값의 전력이 공급된 상황 하에서도, 자신의 각 영역(230a,230b,230c,230d)별로 서로 다른 승온 상태가 나타나는 효과를 손쉽게 획득할 수 있게 된다.
이처럼, 가스 감지막(230)이 자신의 각 영역(230a,230b,230c,230d)별로 상이하게 승온된 상황에서, 가스 감지막(230)의 주변으로 일련의 가스가 인입되면, 이 가스는 빠르게 가스 감지막(230)에 흡착되어 이온화되는 반응을 보이게 되며, 그 여파로 가스 감지막(230)은 감지막내의 전자농도의 분포가 각 영역별(230a,230b,230c,230d)로 상이하게 변화되는 과정을 겪게 된다.
이 상황에서, 가스 감지막(230)과 물리적으로 접촉된 감지전극들(220)은 가 스 감지막(230)의 화학적인 성분 변화, 예를 들어, 전자 농도의 분포 변화에 맞추어, 각자의 저항이 변화되는 과정을 자연스럽게 겪게 되며, 이러한 저항 변화를 겪는 즉시, 일련의 저항 변화 신호를 외부의 정보처리장치로 개별 출력하는 절차를 진행하게 되고, 결국, 관리자 측에서는 가스의 상태(가스의 종류, 가스의 량 등)를 손쉽게 분류·체크할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 각 단위히터들(210)의 형상을 서로 상이한 모양으로 변경하여, 각 단위히터들(210)이 동일 값의 전력 공급 상황 하에서도, 서로 상이한 발열량을 자연스럽게 나타낼 수 있도록 유도하기 때문에, 본 발명의 체제 하에서, 각 단위히터들(310)을 상이한 값의 공급전력으로 운영시킬 필요성은 효과적으로 제거될 수 있게 되며, 결국, 본 발명이 구현되는 경우, 관리자 측에서는 단위히터들(210)의 운영이 복잡해지는 문제점, 단위히터들(210)의 전력 소모량이 증대되는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있게 된다.
이하, 상술한 구성을 취하는 가스 감지 디바이스 어레이의 제조방법을 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에서는 도 7a에 도시된 바와 같이, 예컨대, Si 재질의 기판(201)을 세척 및 경면 처리한 후, 이 기판(201)의 전·후면을 타겟으로 하여, 예컨대, 저압 화학기상증착 공정, 대기압 화학기상증착 공정 등을 순차적으로 진행함으로써, 기판(201)의 전·후면에 제 1 절연층(202) 및 후면 절연층(204)을 형성한다. 이 경우, 제 1 절연층(202) 및 후면 절연층(204)은 1400Å~1600Å 정도의 두 께를 갖는 Si3N4 레이어 및 2900Å~3100Å 정도의 두께를 갖는 SiO2 레이어가 조합된 구성을 취한다.
그 다음에, 본 발명에서는 도 7b에 도시된 바와 같이, 예컨대, 알에프 마그네트론 스퍼터링 공정(RF magnetron sputtering process), 패턴 마스킹 공정(Pattern masking process) 등을 연속적으로 진행함으로써, 제 1 절연층(202)의 상부에 한쪽 끝의 단위히터에서 다른 한쪽 끝의 단위히터 측으로 갈수록 간격이 넓어지는 구불구불한 외곽라인을 갖는 단위히터들(210)을 개별 형성한다.
이 경우, 단위히터들(210)은 예컨대, 2000Å~5000Å 정도의 두께를 갖는 Pt 재질로 이루어진다. 물론, 이 상황에서, 단위히터들(210)의 저부에는 Ti 재질을 갖으면서, 100Å~500Å 정도의 두께를 유지하는 접촉패턴들(210a)이 더 형성될 수도 있다.
이어, 본 발명에서는 도 7c에 도시된 바와 같이, 일련의 저압 화학기상증착 공정, 대기압 화학기상증착 공정 등을 선택적으로 진행함으로써, 단위히터들(210)을 포함하는 제 1 절연층(202)의 상부에 제 2 절연층(203)을 형성한다. 이 경우, 제 2 절연층(203)은 예컨대, 2000Å~10000Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 레이어로 이루어진다.
그 다음에, 본 발명에서는 일련의 마스킹 공정을 진행하여, 제 2 절연층(203)의 일부를 제거하고, 이를 통해, 단위히터들(210)의 본딩패드 패턴(211)을 노출시킨다.
계속해서, 본 발명에서는 도 7d에 도시된 바와 같이, 예컨대, 알에프 마그네트론 스퍼터링 공정, 패턴 마스킹 공정 등을 연속적으로 진행함으로써, 단위히터들(210)에 대응되는 제 2 절연층(203)의 상부에 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 일렬로 늘어선 감지전극들(220)을 형성한다.
이 경우, 감지전극들(220)은 예컨대, 2000Å~5000Å 정도의 두께를 갖는 Pt 재질로 이루어진다. 물론, 이 상황에서도, 감지전극들(220)의 저부에는 Ti 재질을 갖으면서, 100Å~500Å 정도의 두께를 유지하는 접촉패턴들이 더 형성될 수 있다.
이때, 상황에 따라, 제 2 절연층(203)의 상부에는 기판(201) 근처의 특정 부분의 온도(예컨대, 감지막이 위차하는 부분의 온도)를 감지하기 위한 온도 감지전극들이 앞의 감지전극들(220)의 형성과 동시에 형성될 수도 있다.
상술한 절차를 통해, 제 2 절연층(203)의 상부에 감지전극들(220)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 7e에 도시된 바와 같이, 기판(201)의 후면에 형성된 후면 절연층(204)을 타겟으로 하여, 예컨대, 일련의 반응성 이온에칭 공정을 35분~45분 정도 진행시킴으로써, 후면 절연층(204)의 일부를 식각·제거한다.
이어, 본 발명에서는 기판(201)의 후면에 잔류하는 후면 절연층(204)을 마스크로 하여, 해당 후면을 예컨대, 제 1 절연층(202)이 노출될 정도의 깊이로 이방성 습식 식각하고, 이를 통해, 단위히터들(210) 및 감지전극(220)들의 형성위치에 대응되는 기판(201)의 후면에 트랜치 영역(201a)을 정의한다. 이 경우, 트랜치 영역(201a)은 예컨대, KOH 용액을 통해 식각·정의된다.
이후, 본 발명에서는 도 7f에 도시된 바와 같이, 일련의 증착공정을 진행시켜, 감지전극들(220)이 일괄 커버되도록 제 2 절연층(203)의 상부에 가스 감지원료 막, 예컨대, SnO2막, WO3막, ZnO막, TiO2막 중의 어느 하나를 선택적으로 형성한 다음, 이 가스 감지원료막을 예컨대, 500℃~700℃ 정도의 온도에서, 30분~90분 동안 열처리시킴으로써, 해당 가스 감지원료막을 물리적/화학적으로 안정화시키고, 이를 통해, 감지전극들(220)과 물리적으로 접촉되는 최종의 가스 감지막(230)을 제조 완료한다.
결국, 앞의 절차가 모두 마무리되면, 각 디바이스들이 단지 하나의 단일 열 고립 유도영역만을 심플하게 공유함과 아울러, 서로 상이한 모양의 단위히터들(210)을 구비하는 본 발명 고유의 가스 감지 디바이스 어레이가 얻어지게 되며, 이를 통해, 관리자 측에서는 예컨대, 제품 운용효율이 향상되는 효과, 전력 소모량이 현저히 줄어드는 효과, 제품의 기구적인 안정성이 크게 증대되는 효과, 제품의 사이즈가 대폭 줄어드는 효과 등을 손쉽게 향유할 수 있게 된다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예 하에서, 앞서 언급한 가스 감지막은 감지전극들(220)을 한꺼번에 일괄 커버하는 구조에서, 예컨대, 감지전극들을 개별적으로 분할 커버하는 구조로 그 형태를 달리할 수도 있다.
이 경우, 각 감지전극들(220)을 개별적으로 분할 커버하는 각 가스 감지막들(231,232,233,234)은 바람직하게, 서로 다른 여러 종류의 재질을 독립적으로 갖게 된다. 예를 들어, 가스 감지막(231)은 SnO2 재질을 갖게 되며, 가스 감지막(232)은 WO3 재질을 갖게 되고, 가스 감지막(233)은 ZnO 재질을 갖게 되며, 가스 감지막(234)은 TiO2 재질을 갖는 것이다.
이처럼, 각 감지전극들(220)을 개별적으로 분할 커버하는 각 가스 감지막들(231,232,233,234)이 서로 다른 여러 종류의 재질을 독립적으로 갖게 되는 경우, 최종 완성되는 가스 감지 디바이스 어레이(200)는 해당 가스 감지막들(231,232,233,234)을 좀더 다양한 동작 유형으로 운영할 수 있게 되며, 그 결과, 좀더 정교한 가스감지 특성을 자연스럽게 보유할 수 있게 된다.
이러한 감지전극 개별 커버형 가스 감지막들(231,232,233,234)을 형성하기 위하여 본 발명에서는 우선, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같은 공정 절차를 위 설명과 같이 순차적으로 진행함으로써, 트랜치 영역(201a), 제 1 및 제 2 절연층(202,203), 단위히터들(210), 감지전극들(220) 등의 요소들을 두루 갖춘 구조물을 도 9a에 도시된 바와 같이, 제조한다.
이어, 본 발명에서는 도 9b 내지 도 9e에 도시된 바와 같이, 일련의 막형성공정 및 패턴 마스킹 공정을 독립적으로 진행하여, 감지전극들(220)을 개별적으로 분할 커버하는 서로 다른 재질의 가스 감지원료막 패턴들을 복수개 형성한 다음, 예컨대, 금속마스크를 사용하여, 이 가스 감지원료막 패턴들을 예컨대, 500℃~700℃ 정도의 온도에서, 30분~90분 동안 열처리시킴으로써, 해당 가스 감지원료막 패턴들을 물리적/화학적으로 안정화시키고, 이를 통해, 감지전극들(220)과 물리적으로 접촉되는 최종의 가스 감지막들(231,232,233,234)을 제조 완료한다.
다른 한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예 하에서, 앞서 언급한 가스 감지막은 증착공정/패턴 마스킹 공정에서 벗어나, 졸 또는 현탁액 타입의 가스 감지원료액 형태로 감지전극들을 개별 커버하는 구조를 취할 수도 있다. 물론, 이 경우에도, 각 감지전극들을 개별적으로 분할 커버하는 각 가스 감지막들(235,236,237,238)은 바람직하게, 서로 다른 여러 종류의 재질을 독립적으로 갖게 된다.
이때, 각 가스 감지막들(235,236,237,238)은 앞서 언급한 SnO2 재질, WO3 재질, ZnO 재질, TiO2 재질은 물론, 이들의 혼합재질, 각 재질에 소량의 Pt, Pd 등이 혼합된 재질 또는 각 재질에 Al2O3, SiO2 등의 접합 촉진용 바인더가 혼합된 재질 등을 탄력적으로 이룰 수 있다.
여기서, 만약, 별도의 조치 없이, 졸 또는 현탁액 타입의 가스 감지원료액을 감지전극들(220)의 상부에 그대로 도포하는 경우, 해당 가스 감지원료액이 무정형으로 퍼지는 문제점이 야기될 수 있다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 미리 차단하기 위하여, 제 2 절연층(203)의 상부에 감지전극들(220)을 선택 노출시키는 제 3 절연층(205)을 추가 배치하고, 이 제 3 절연층(205)의 오픈 영역을 통해, 가스 감지원료액이 무정형으로 퍼지는 문제점을 미리 차단시킨다.
물론, 이러한 본 발명의 다른 실시예 체제 하에서도, 각 감지전극들(220)을 개별적으로 분할 커버하는 각 가스 감지막들(235,236,237,238)은 서로 다른 여러 종류의 재질을 독립적으로 갖게 되기 때문에, 최종 완성되는 가스 감지 디바이스 어레이(200)는 해당 가스 감지막들(235,236,237,238)을 좀더 다양한 동작 유형으로 운영할 수 있게 되며, 그 결과, 좀더 정교한 가스감지 특성을 자연스럽게 보유할 수 있게 된다.
이러한 감지전극 개별 커버형 가스 감지막들(235,236,237,238)을 형성하기 위하여 본 발명에서는 우선, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같은 공정 절차를 위 설명과 같이 순차적으로 진행함으로써, 트랜치 영역(201a), 제 1 및 제 2 절연층(202,203), 단위히터들(210), 감지전극들(220) 등의 요소들을 두루 갖춘 구조물을 도 11a에 도시된 바와 같이, 제조한다.
이어, 본 발명에서는 도 11b에 도시된 바와 같이, 일련의 저압 화학기상증착 공정, 대기압 화학기상증착 공정 등을 선택적으로 진행함으로써, 감지전극들(220)을 포함하는 제 2 절연층(203)의 상부에 제 3 절연층(205)을 형성한다. 이 경우, 제 3 절연층(205)은 예컨대, 1000Å~10000Å 정도의 두께를 갖는 SiO2 레이어로 이루어진다.
그 다음에, 일련의 마스킹 공정을 진행하여, 제 3 절연층(205)의 일부를 제거하고, 이를 통해, 단위히터들(210)의 본딩패드 패턴(211) 및 감지전극들(220)의 표면 일부를 노출시킨다.
이후, 도 11c 내지 도 11f에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 예컨대, 스포이드 등의 치구를 사용하여 졸 또는 현탁액 타입의 가스 감지원료액을 제 3 절연층(205)의 오픈 부위로 떨어뜨리는 절차를 독립적으로 진행하여, 각 감지전극들을 개별적으로 분할 커버하는 서로 다른 재질의 가스 감지원료액들을 복수개 형성한 다음, 이 가스 감지원료액들을 예컨대, 500℃~700℃ 정도의 온도에서, 30분~90분 동안 열처리시킴으로써, 해당 가스 감지원료액들을 물리적/화학적으로 안정화시키고, 이를 통해, 감지전극들(220)과 물리적으로 접촉되는 최종의 가스 감지막들(235,236,237,238)을 제조 완료한다.
한편, 상술한 바와 같은 본 발명 고유의 메카니즘은 예컨대, 부유형 가스 감지 디바이스 어레이 체제 하에서도 효과적으로 구현될 수 있다.
이 경우, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 가스 감지 디바이스 어레이는 전면에 제 1 절연층(302)이 도포된 기판(301)과, 제 1 절연층(302)의 상부에 뉘어져 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 각기 상이한 모양을 형성하며, 동일한 값의 외부 전압에 의해 가열되면서, 서로 다른 발열량을 나타내는 단위히터들(310)과, 단위히터들(310)을 커버하는 제 2 절연층(303)과, 제 2 절연층(303) 상에 배치되어, 단위히터들(310)과 절연되며, 단위히터들(310)을 열원으로 하여, 단위히터들(310)의 발열에 따라, 각 영역 별로 서로 다른 승온 상태를 나타내고, 해당 승온 상황에서, 주변의 가스를 흡착하여, 각 영역 별로 서로 다른 화학 반응, 예를 들어, 전자 농도의 분포 변화를 일으키는 가스 감지막(330)과, 가스 감지막(330)과 물리적으로 접촉된 상태에서, 제 2 절연층(302)에 의해 단위히터들(310)와 절연되며, 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 복수로 연속 배열되고, 단위히터들(310)의 발열에 따라, 상이한 값으로 승온되며, 해당 승온 상황에서, 가스 감지막(230)의 화학 반응, 예를 들어, 전자 농도의 분포 변화에 따라, 각기 서로 다른 저항 변화를 나타내고, 해당 저항 변화를 정보처리 장치로 개별 출력하는 감지전극들(320)의 조합으로 이루어진다.
이 경우에도, 상황에 따라, 감지전극들(320)의 주변에는 독립된 단위패턴을 이루면서, 기판 근처의 온도(예컨대, 감지막의 동작온도)를 감지하기 위한 온도 감지전극(도시 안됨)들이 추가 형성될 수도 있다.
이때, 바람직하게, 앞의 가스 감지막(330)은 단일 종류의 재질을 갖으면서, 감지전극들(320)을 한꺼번에 일괄 커버하는 구조를 형성한다. 이 경우에도, 가스 감지막(330)은 상황에 따라, SnO2, WO3, ZnO, TiO2 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
여기서, 앞의 기판(301)은 예컨대, n- 타입의 Si 재질로 이루어지며, 앞의 단위히터들(310), 감지전극들(320)은 예컨대, Pt 재질로 이루어진다. 이에 더하여, 앞의 제 1 절연층(302)은 예컨대, Si3N4 레이어로 이루어지며, 제 2 절연층(303)은 예컨대, SiO2 레이어로 이루어진다.
이때, 단위히터들(310)의 재질로는 상술한 Pt 재질뿐만 아니라, 상황에 따라, 다결정 실리콘 재질, 고농도 n형 불순물이 첨가된 n+ 저항체 재질, 고농도 p형 불순물이 첨가된 p+ 저항체 재질 등이 탄력적으로 선택될 수 있다.
또한, 상황에 따라, 앞의 각 감지전극들(320) 및 단위히터들(310)의 저부에는 예컨대, Ti 재질을 갖는 접촉패턴들이 더 형성될 수도 있다. 이 경우에도, 접촉패턴들은 예컨대, 각 감지전극들(320) 및 단위히터들(310)와 동일한 형상을 유지하면서, 단위히터들(310)와 제 1 절연층(302) 사이의 접착력을 강화하는 역할, 각 감지전극들(320)과 제 2 절연층(303) 사이의 접착력을 강화하는 역할 등을 추가 수행할 수 있게 된다.
이 상황에서, 도면에 도시된 바와 같이, 각 감지전극들(320)은 와이어(342)와의 접속을 통해, 감지전극 패턴(321)의 저항 변화 시그널을 외부로 출력하는 본딩패드 패턴(322) 및 앞의 가스 감지막들(330)과 물리적으로 접촉된 상태에서, 해당 가스 감지막들(330)의 화학적인 반응 상황, 예를 들어, 전자 농도의 분포 변화상황에 따라, 그 저항이 실질적으로 변화하는 감지전극 패턴(322)이 조합된 구성을 취하게 되며, 단위히터들(310)는 와이어(341)와의 접속을 통해, 외부 전압을 입력받는 본딩패드 패턴(311) 및 앞의 외부 전압에 의해 발생된 열을 주변으로 실질 전달하는 히팅 패턴(312)이 조합된 구성을 취하게 된다.
이 경우, 감지전극들(320)의 감지전극 패턴(322)은 자신의 저항 변화 능력이 극대화될 수 있도록 서로 마주보는 손가락 형태의 외곽라인을 형성하게 되며, 단위히터들(310)의 히팅 패턴(312)은 자신의 발열 능력이 극대화될 수 있도록 구불구불한 외곽라인을 형성하게 된다.
여기서, 앞의 단위히터들(310), 가스 감지막(330) 및 감지전극들(320)에 대응되는 기판(201)의 저부에는 해당 영역을 일괄 점유하면서, 앞의 단위히터들(310), 가스 감지막(330) 및 감지전극들(320)을 한꺼번에 열 적으로 고립시키는 단일 열 고립 유도영역이 형성된다.
이 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 열 고립 유도영역으로는 바람직하게, 기판(301)의 전면의 식각 윈도우(301a)를 매개로 폭 넓게 패여, 기판(301) 내부를 빈 공간 상태로 일부 점유하는 공동영역(301b)이 선택될 수 있다.
이 상황에서, 단위히터들(310) 및 감지전극들(320)을 지지하는 제 1 및 제 2 절연층(302,303)은 기판(301) 본체로부터 자연스럽게 분리되어, 일련의 부유 구조(Suspending structure)를 형성할 수 있게 되며, 그 여파로, 단위히터들(310) 및 감지전극들(320) 역시, 기판(301) 본체로부터 열 적으로 자연스럽게 고립될 수 있게 된다.
이처럼, 본 발명의 실시 하에서, 각 단위히터들(310), 감지전극들(320)은 종래와 달리, 단지 하나의 단일 열 고립 유도영역(트랜치 영역)만을 심플하게 공유하기 때문에, 본 발명의 체제 하에서, 각 단위히터들(210), 감지전극들(220)을 기판(201) 본체로부터 열 적으로 고립시키기 위한 해당 열 고립 유도영역(공동영역)의 점유 규모는 자연스럽게 축소될 수 있게 되며, 결국, 본 발명이 구현되는 경우, 관리자 측에서는 제품의 기구적인 취약성이 확대되는 문제점, 제품의 사이즈가 대폭 커지는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있게 된다.
이 상황에서, 도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 절연층(302)의 저부에는 앞서 언급한 공동영역(301b)의 형성과 동시에 패터닝되어, 각 부유형 구조물들을 안정적으로 지탱하는 역할을 수행하는 기저층(306)이 추가 배치된다. 이 경우, 기저층(306)은 예컨대, 18㎛~22㎛ 정도의 두께를 갖는 n+ Si 레이어(304) 및 1㎛~2㎛ 정도의 두께를 갖는 n- Si 레이어(305)로 이루어진다.
여기서, 도 14에 도시된 바와 같이, 각 단위히터들(310)의 히팅 패턴(312)은 구불구불한 외곽라인을 형성하되, 바람직하게, 한쪽 끝(S)의 단위히터에서, 나머지 다른 한쪽 끝(F)의 단위히터 측으로 갈수록 그 간격(d)이 넓어지는 특징을 나타낸다. 물론, 이 상황에서, 와이어(341)를 통해 본딩패드 패턴(311) 측으로 외부 전압이 인가되는 경우, 각 단위히터들(310)은 한쪽 끝(S)의 단위히터로부터 나머지 다른 한쪽 끝(F)의 단위히터 측으로 갈수록 발열량이 적어지는 본 발명 고유의 특징을 자연스럽게 나타낼 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 체제 하에서, 외부로부터 전력이 공급되면, 그 여파로, 각터들(310)은 예컨대, 100℃~500℃ 정도의 열을 각 단위히터별로 방출하게 되며, 그 여파로 각 감지전극(320)들 및 가스 감지막(330)은 소정의 동작온도로 빠르게 승온될 수 있게 된다.
이때, 도 15에 도시된 바와 같이, 단위히터들(310)의 히팅 패턴(312)은 한쪽 끝(S)의 단위히터에서, 나머지 다른 한쪽 끝(F)의 단위히터 측으로 갈수록 그 간격이 넓어지는 특징을 나타내어, 한쪽 끝(S)의 단위히터로부터 나머지 다른 한쪽 끝(F)의 단위히터 측으로 갈수록 적은 열을 발산하기 때문에, 단위히터들(310)을 열원으로 하는 각 감지전극들(320)은 종래와 달리, 각 단위히터들(310) 측으로 동일한 값의 전력이 공급된 상황 하에서도, 각 위치별 감지전극 패턴들(322a,322b,322c)이 서로 다른 승온 상태를 나타내는 효과를 손쉽게 획득할 수 있게 되며, 가스 감지막(330) 역시, 각 단위히터들(310) 측으로 동일한 값의 전력이 공급된 상황 하에서도, 자신의 각 영역(330a,330b,330c)별로 서로 다른 승온 상태가 나타나는 효과를 손쉽게 획득할 수 있게 된다.
이처럼, 가스 감지막(330)이 자신의 각 영역(330a,330b,330c)별로 상이하게 승온된 상황에서, 가스 감지막(330)의 주변으로 일련의 가스, 예컨대, 가스가 인입되면, 이 가스는 빠르게 가스 감지막(330)에 흡착되어 이온화되는 반응을 보이게 되며, 그 여파로 가스 감지막(330)에서의 전자농도의 분포가 영역 별(330a,330b,330c)로 상이하게 변화되는 과정을 겪게 된다.
이 상황에서, 가스 감지막(330)과 물리적으로 접촉된 감지전극들(320)은 가스 감지막(330)의 전자농도 변화에 맞추어, 각자의 저항이 변화되는 과정을 자연스럽게 겪게 되며, 이러한 저항 변화를 겪는 즉시, 일련의 저항 변화 신호를 외부의 정보처리장치로 개별 출력하는 절차를 진행하게 되고, 결국, 관리자 측에서는 가스의 상태(가스의 종류, 가스의 량 등)를 손쉽게 분류·체크할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예 체제 하에서도, 앞의 실시예와 마찬가지로, 각 단위히터들(310)의 형상을 서로 상이한 모양으로 변경하여, 각 단위히터들(310)이 동일 값의 전력 공급 상황 하에서도, 서로 상이한 발열량을 자연스럽게 나타낼 수 있도록 유도하기 때문에, 본 발명의 체제 하에서, 각 단위히터들(310)을 상이한 값의 공급전력으로 운영시킬 필요성은 효과적으로 제거될 수 있게 되며, 결국, 본 발명이 구현되는 경우, 관리자 측에서는 단위히터들(310)의 운영이 복잡해지는 문제점, 단위히터들(310)의 전력 소모량이 증대되는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있게 된다.
이하, 상술한 구성을 취하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 디바이스 어레이의 제조방법을 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에서는 도 16a에 도시된 바와 같이, n- Si 재질의 기판(301) 후면에 저항성 접촉을 형성한 후, 일련의 증착공정, 이온주입공정 등을 순차적으로 진행함으로써, 기판(301)의 전면에 기저층(306), 제 1 절연층(302) 등을 형성한다. 이 경우, 기저층(306)은 예컨대, 18㎛~22㎛ 정도의 두께를 갖는 n+ Si 레이어(304) 및 1㎛~2㎛ 정도의 두께를 갖는 n Si 레이어(305)로 이루어진다.
이어, 본 발명에서는 일련의 반응성 이온 에칭 공정을 진행시켜, 제 1 절연층(302) 및 기저층(306)의 일부를 제거하고, 이를 통해, n+ Si 레이어(304)의 일부를 노출시키는 식각 윈도우(301a)를 형성한다.
계속해서, 본 발명에서는 도 16b에 도시된 바와 같이, 예컨대, 11%~14% 정도의 HF 용액을 이용한 양극산화 공정을 실온의 온도 조건 및 0.2V~0.5V 전압 조건 하에, 35분~45분 동안 진행시켜, 식각 윈도우(301a)에 의해 노출된 n+ Si 레이어(304)를 다공질화시키고, 이를 통해, n+ Si 레이어(304)의 일부를 다공질 실리콘층(307)으로 변형시킨다.
그 다음에, 본 발명에서는 도 16c에 도시된 바와 같이, 예컨대, 알에프 마그네트론 스퍼터링 공정, 패턴 마스킹 공정 등을 연속적으로 진행함으로써, 제 1 절연층(302)의 상부에 한쪽 끝의 단위히터에서 다른 한쪽 끝의 단위히터 측으로 갈수록 간격이 넓어지는 구불구불한 외곽라인을 갖는 단위히터들(310)을 개별 형성한다. 물론, 이 상황에서, 단위히터들(310)의 저부에는 Ti 재질을 갖으면서, 100Å~500Å 정도의 두께를 유지하는 접촉패턴들이 더 형성될 수도 있다.
이어, 본 발명에서는 도 16d에 도시된 바와 같이, 일련의 저압 화학기상증착 공정, 대기압 화학기상증착 공정 등을 선택적으로 진행함으로써, 단위히터들(310)을 포함하는 제 1 절연층(302)의 상부에 제 2 절연층(303)을 형성한다. 이 경우, 제 2 절연층(303)은 예컨대, 550nm~650nm 정도의 두께를 갖는 SiO2 레이어로 이루어진다.
계속해서, 본 발명에서는 도 16e에 도시된 바와 같이, 예컨대, 알에프 마그네트론 스퍼터링 공정, 패턴 마스킹 공정 등을 연속적으로 진행함으로써, 단위히터들(310)에 대응되는 제 2 절연층(303)의 상부에 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 일렬로 늘어선 감지전극들(320)을 형성한다. 물론, 이 상황에서도, 감지전극들(320)의 저부에는 Ti 재질을 갖으면서, 100Å~500Å 정도의 두께를 유지하는 접촉패턴들이 더 형성될 수 있다.
이때, 상황에 따라, 제 2 절연층(303)의 상부에는 기판(301) 근처의 온도(예컨대, 감지막의 온도)를 감지하기 위한 온도 감지전극들이 앞의 감지전극들의 형성과 동시에 형성될 수도 있다.
그 다음에, 일련의 식각용액, 예컨대, BHF 용액을 사용한 식각공정을 진행하여, 제 2 절연층(303)의 일부를 제거하고, 이를 통해, 도 16f에 도시된 바와 같이, 단위히터들(310)의 본딩패드 패턴(311)을 노출시킨다.
상술한 절차를 통해, 제 2 절연층(303)의 상부에 감지전극들(320)이 형성 완료되면, 본 발명에서는 도 16g에 도시된 바와 같이, 일련의 식각용액, 예컨대, 4wt%~6wt% 정도의 NaOH 용액을 기판(301) 전면의 식각 윈도우(301a)를 매개로 투입하여, 앞서 언급한 다공질 실리콘층(307)을 제거하고, 이를 통해, 단위히터들(310) 및 감지전극(320)들의 형성위치에 대응되는 기판(301)의 내부를 빈 공간 상태로 일부 점유하는 공동영역(301b)을 정의한다.
이후, 본 발명에서는 도 16h 및 도 16i에 도시된 바와 같이, 단위히터들(310)의 본딩 패드 패턴(311)을 와이어(341)를 통해 외부와 연결시킨 다음, 일련의 증착공정을 진행시켜, 감지전극들(320)이 일괄 커버되도록 제 2 절연층(303)의 상부에 가스 감지원료막, 예컨대, SnO2막, WO3막, ZnO막, TiO2막 중의 어느 하나를 선택적으로 형성하고, 이어, 이 가스 감지원료막을 예컨대, 500℃~700℃ 정도의 온도에서, 30분~90분 동안 열처리시킴으로써, 감지전극들(320)과 물리적으로 접촉되는 최종의 가스 감지막(330)을 제조 완료한다.
결국, 앞의 절차가 모두 마무리되면, 각 디바이스들이 단지 하나의 단일 열 고립 유도영역만을 심플하게 공유함과 아울러, 서로 상이한 모양의 단위히터들(210)을 구비하는 본 발명 고유의 가스 감지 디바이스 어레이가 얻어지게 되며, 이를 통해, 관리자 측에서는 예컨대, 제품 운용효율이 향상되는 효과, 전력 소모량이 현저히 줄어드는 효과, 제품의 기구적인 안정성이 크게 증대되는 효과, 제품의 사이즈가 대폭 줄어드는 효과 등을 손쉽게 향유할 수 있게 된다.
한편, 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예 하에서, 앞서 언급한 가스 감지막은 감지전극들을 한꺼번에 일괄 커버하는 구조에서, 예컨대, 감지전극들을 개별적으로 분할 커버하는 구조로 그 형태를 달리할 수도 있다.
이 경우, 각 감지전극들(320)을 개별적으로 분할 커버하는 각 가스 감지막들(331,332,333)은 바람직하게, 서로 다른 여러 종류의 재질을 독립적으로 갖게 된다.
이처럼, 각 감지전극들(320)을 개별적으로 분할 커버하는 각 가스 감지막들(331,332,333)이 서로 다른 여러 종류의 재질을 독립적으로 갖게 되는 경 우, 최종 완성되는 가스 감지 디바이스 어레이(300)는 해당 가스 감지막들(331,332,333)을 좀더 다양한 동작 유형으로 운영할 수 있게 되며, 그 결과, 좀더 정교한 가스감지 특성을 자연스럽게 보유할 수 있게 된다.
이러한 감지전극 개별 커버형 가스 감지막들(331,332,333)을 형성하기 위하여 본 발명에서는 우선, 도 16a 내지 도 16h에 도시된 바와 같은 공정 절차를 위 설명과 같이 순차적으로 진행함으로써, 공동영역(301b), 제 1 및 제 2 절연층(302,303), 단위히터들(310), 감지전극들(320) 등의 요소들을 두루 갖춘 구조물을 도 18a에 도시된 바와 같이, 제조한다.
이어, 본 발명에서는 도 18b 내지 도 18d에 도시된 바와 같이, 일련의 증착공정 및 패턴 마스킹 공정을 독립적으로 진행하여, 감지전극들(320)을 개별적으로 분할 커버하는 서로 다른 재질의 가스 감지원료막 패턴들을 복수개 형성한 다음, 이 가스 감지원료막 패턴들을 예컨대, 500℃~700℃ 정도의 온도에서, 30분~90분 동안 열처리시킴으로써, 해당 가스 감지원료막 패턴들을 물리적/화학적으로 안정화시키고, 이를 통해, 감지전극들과 물리적으로 접촉되는 최종의 가스 감지막들(331,332,333)을 제조 완료한다.
다른 한편, 도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예 하에서, 앞서 언급한 가스 감지막은 증착공정/패턴 마스킹 공정에서 벗어나, 졸 또는 현탁액 타입의 가스 감지원료액 형태로 감지전극들을 개별 커버하는 구조를 취할 수도 있다. 물론, 이 경우에도, 각 감지전극들을 개별적으로 분할 커버하는 각 가스 감지막들(334,335,336)은 바람직하게, 서로 다른 여러 종류의 재질을 독립적으로 갖 게 된다.
이때, 각 가스 감지막들(334,335,336)은 앞서 언급한 실시예와 마찬가지로, SnO2 재질, WO3 재질, ZnO 재질, TiO2 재질은 물론, 이들의 혼합재질, 각 재질에 소량의 Pt, Pd 등이 혼합된 재질 또는 각 재질에 Al2O3, SiO2 등의 접합 촉진용 바인더가 혼합된 재질 등을 탄력적으로 이룰 수 있다.
이 경우에도, 만약, 별도의 조치 없이, 졸 또는 현탁액 타입의 가스 감지원료액을 감지전극들(320)의 상부에 그대로 도포하는 경우, 해당 가스 감지원료액이 무정형으로 퍼지는 문제점이 야기될 수 있기 때문에, 본 발명에서는 제 2 절연층(302)의 상부에 감지전극들(320)을 선택 노출시키는 제 3 절연층(308)을 추가 배치하고, 이 제 3 절연층(308)의 오픈 영역을 통해, 가스 감지원료액이 무정형으로 퍼지는 문제점을 미리 차단시킨다.
물론, 이러한 본 발명의 다른 실시예 체제 하에서도, 각 감지전극들(320)을 개별적으로 분할 커버하는 각 가스 감지막들(334,335,336)은 서로 다른 여러 종류의 재질을 독립적으로 갖게 되기 때문에, 최종 완성되는 가스 감지 디바이스 어레이(300)는 해당 가스 감지막들(334,335,336)을 좀더 다양한 동작 유형으로 운영할 수 있게 되며, 그 결과, 좀더 정교한 가스 특성을 자연스럽게 보유할 수 있게 된다.
이러한 감지전극 개별 커버형 가스 감지막들(334,335,336)을 형성하기 위하여 본 발명에서는 우선, 도 16a 내지 도 16h에 도시된 바와 같은 공정 절차를 위 설명과 같이 순차적으로 진행함으로써, 공동영역(301b), 제 1 및 제 2 절연층(302,303), 단위히터들(310), 감지전극들(320) 등의 요소들을 갖춘 구조물을 도 20a에 도시된 바와 같이, 제조한다.
이어, 본 발명에서는 도 20b에 도시된 바와 같이, 일련의 저압 화학기상증착 공정, 대기압 화학기상증착 공정 등을 선택적으로 진행함으로써, 감지전극들(320)을 포함하는 제 2 절연층(303)의 상부에 제 3 절연층(308)을 형성한다. 이 경우, 제 3 절연층(308)은 예컨대, 1000Å~10000Å 정도의 두께를 갖는 SiO2 레이어로 이루어진다.
그 다음에, 일련의 마스킹 공정을 진행하여, 제 3 절연층(308)의 일부를 제거하고, 이를 통해, 단위히터들(310)의 본딩패드 패턴(311) 및 감지전극들(320)의 표면 일부를 노출시킨다.
이후, 도 20c 내지 도 20e에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 예컨대, 스포이드 등의 치구를 사용하여 졸 또는 현탁액 타입의 가스 감지원료액을 제 3 절연층(308)의 오픈 부위로 떨어뜨리는 절차를 독립적으로 진행하여, 각 감지전극들(320)을 개별적으로 분할 커버하는 서로 다른 재질의 가스 감지원료액들을 복수개 형성한 다음, 이 가스 감지원료액들을 예컨대, 500℃~700℃ 정도의 온도에서, 30분~90분 동안 열처리시킴으로써, 해당 가스 감지원료액들을 물리적/화학적으로 안정화시키고, 이를 통해, 감지전극들(320)과 물리적으로 접촉되는 최종의 가스 감지막들(334,335,336)을 제조 완료한다.
앞서 언급한 바와 같은 본 발명은 상황에 따라 다양한 변형을 이룰 수 있다.
예를 들어, 관리자 측에서는 상황에 따라, 본 발명의 가스 감지 디바이스 어레이를 액체 감지 분야에 탄력적으로 응용할 수도 있다.
물론, 이러한 경우에도, 본 발명의 기본 사상에는 전혀 변함이 없으며, 결국, 관리자 측에서는 그에 따른 다양한 효과를 변함 없이 향유할 수 있게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 각 디바이스들이 단지 하나의 단일 열 고립 유도영역만을 심플하게 공유할 수 있도록 기판의 형상을 개선하고, 이를 통해, 이들을 기판 본체로부터 열 적으로 고립시키기 위한 해당 열 고립 유도영역(트랜치 영역 또는 공동영역)의 점유 규모 축소를 자연스럽게 유도함으로써, 관리자 측에서, 제품의 기구적인 취약성이 확대되는 문제점, 제품의 사이즈가 대폭 커지는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있도록 유도할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 각 단위히터의 형상을 서로 상이한 모양으로 변경하여, 각 단위히터가 동일 값의 전력 공급 상황 하에서도, 서로 상이한 발열량을 자연스럽게 나타낼 수 있도록 하고, 이를 통해, 전체 어레이 운영 절차 내에서, 각 단위히터를 상이한 값의 공급전력으로 운영시킬 필요성을 제거함으로써, 관리자 측에서, 단위히터들의 운영이 복잡해지는 문제점, 단위히터들의 전력 소모량이 증대되는 문제점 등을 손쉽게 피할 수 있도록 유도할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 전면에 제 1 절연층이 도포된 기판과;
    상기 제 1 절연층의 상부에 뉘어져 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 각기 상이한 모양을 형성하며, 동일한 값의 외부 전압에 의해 가열되면서, 서로 다른 발열량을 나타내는 다수의 단위히터들과;
    상기 단위히터들을 커버하는 제 2 절연층과;
    상기 제 2 절연층 상에 배치되어, 상기 단위히터들과 절연되며, 상기 단위히터들을 열원(Heating source)으로 하여, 상기 각 단위히터들의 발열에 따라, 각 영역 별로 서로 다른 승온 상태를 나타내고, 해당 승온 상황에서, 주변의 가스를 흡착하여, 상기 각 영역 별로 서로 다른 화학 반응을 일으키는 가스 감지막과;
    상기 가스 감지막과 물리적으로 접촉된 상태에서, 상기 제 2 절연층에 의해 상기 단위히터들과 절연되며, 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 복수로 연속 배열되고, 상기 각 단위히터들의 발열에 따라, 상이한 값으로 승온되며, 해당 승온 상황에서, 상기 가스 감지막의 화학 반응에 따라, 각기 서로 다른 저항 변화를 나타내고, 해당 저항 변화를 정보처리 장치로 개별 출력하는 감지전극들과;
    상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들에 대응되는 기판의 저부를 일괄 점유하면서, 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들을 한꺼번에 열 적으로 고립시키는 단일 열 고립 유도영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위히터들은 한쪽 끝 단위히터에서 다른 한쪽 끝 단위히터 측으로 갈수록 간격이 넓어지는 구불구불한 외곽라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 감지막은 단일 종류의 재질을 갖으면서, 상기 감지전극들을 일괄적으로 커버하는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 감지막은 서로 다른 여러 종류의 재질을 독립적으로 갖으면서, 상기 감지전극들을 개별적으로 분할 커버하는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단일 열 고립 유도영역은 상기 기판의 후면으로부터 전면 방향으로 소정 깊이 패여, 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들을 열 적으로 고립시키는 트랜치 영역(Trench area)인 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단일 열 고립 유도영역은 상기 기판의 내부를 빈 공간 상태로 일부 점유하면서, 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들의 기저를 부유(Suspending)시켜, 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들을 열 적으로 고립시키는 공동영역(Cavity area)인 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이.
  7. 기판의 전면에 제 1 절연층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 절연층의 상부에, 한쪽 끝 단위히터에서 다른 한쪽 끝 단위히터 측으로 갈수록 간격이 넓어지는 서로 상이한 모양의 구불구불한 외곽라인을 가지면서, 동일한 값의 외부 전압에 의해 가열되어도, 서로 다른 발열량을 나타낼 수 있는 다수의 단위히터들을 개별 형성하는 단계와;
    상기 단위히터들의 상부에 제 2 절연층을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 절연층의 상부에 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 일렬로 늘어선 감지전극들을 형성하는 단계와;
    상기 단위히터들 및 감지전극들에 대응되는 기판의 저부에 상기 단위히터들 및 감지전극들을 한꺼번에 열 적으로 고립시키기 위한 단일 열 고립 유도영역을 형성하는 단계와;
    상기 감지전극들의 상부에 가스 감지막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 가스 감지막을 형성하는 단계는 상기 감지전극들이 일괄 커버되도록 상기 제 2 절연층의 상부에 가스 감지원료막을 형성하는 단계와;
    상기 가스 감지원료막을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 가스 감지막을 형성하는 단계는 상기 감지전극들 각각에 대해, 소정의 가스 감지원료막 형성 절차 및 패터닝 절차를 독립적으로 진행하여, 상기 감지전극들을 개별적으로 분할 커버하는 복수의 가스 감지원료막 패턴들을 형성하는 단계와;
    상기 가스 감지원료막 패턴들을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 가스 감지막을 형성하는 단계는 상기 감지전극들이 각기 부분 노출되도록 상기 제 2 절연층의 상부에 제 3 절연층을 형성하는 단계와;
    상기 감지전극들의 각 노출영역에 가스 감지원료액을 선택적으로 떨어뜨려 상기 감지전극들의 상부에 상기 가스 감지원료액을 도포하는 단계와;
    상기 각 감지전극들에 도포된 가스 감지원료액을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 단일 열 고립 유도영역을 형성하는 단계는 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들이 열 적으로 고립될 수 있도록 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들의 형성위치에 대응되는 상기 기판의 후면을 일정 깊이 파는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 단일 열 고립 유도영역을 형성하는 단계는 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들이 열 적으로 고립될 수 있도록 상기 단위히터들, 가스 감지막 및 감지전극들의 기저를 빈 공간 상태로 선택 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 감지 디바이스 어레이 제조방법.
KR1020040023616A 2004-04-07 2004-04-07 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법 KR100609768B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040023616A KR100609768B1 (ko) 2004-04-07 2004-04-07 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040023616A KR100609768B1 (ko) 2004-04-07 2004-04-07 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050098404A KR20050098404A (ko) 2005-10-12
KR100609768B1 true KR100609768B1 (ko) 2006-08-08

Family

ID=37277864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040023616A KR100609768B1 (ko) 2004-04-07 2004-04-07 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100609768B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4102216A4 (en) * 2020-04-10 2023-08-23 China Petroleum & Chemical Corporation MULTI-DIMENSIONAL MULTI-PARAMETER GAS SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF AND GAS DETECTION METHOD

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4102216A4 (en) * 2020-04-10 2023-08-23 China Petroleum & Chemical Corporation MULTI-DIMENSIONAL MULTI-PARAMETER GAS SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF AND GAS DETECTION METHOD

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050098404A (ko) 2005-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8293556B2 (en) Fabricating method for micro gas sensor and the same
KR100812996B1 (ko) 마이크로 가스 센서 및 그 제조방법
KR101094870B1 (ko) 습도 센서 및 이의 제조 방법
US6896780B2 (en) Microelectrode, microelectrode array and method for manufacturing the microelectrode
CN105940295B (zh) 具有悬浮结构的半导体传感器及其制造方法
CN105900236B (zh) 金属氧化物半导体传感器和使用原子层沉积形成金属氧化物半导体传感器的方法
CN107381495B (zh) 一种mems微热板及其制造方法
JP4590764B2 (ja) ガスセンサ及びその製造方法
KR100609764B1 (ko) 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법
KR100529233B1 (ko) 센서 및 그 제조 방법
KR100609768B1 (ko) 가스 감지 디바이스 어레이 및 그 제조방법
EP3241019B1 (en) Fabrication method for a nanostructured lanthanum oxide humidity sensor and corresponding sensor device
WO2017044267A1 (en) Gas sensor platform and the method of making the same
CN103864006B (zh) 通过引入碳阻挡减小mems静摩擦
KR100451084B1 (ko) 탄소나노튜브 가스센서의 제조방법
KR20060094664A (ko) 브릿지 구조를 갖는 가스 검지용 단일칩 가스센서 및 그 제조방법
KR101992022B1 (ko) 반도체식 가스센서
KR100880044B1 (ko) 다기능 미소기전집적시스템 센서의 제조방법
KR20080052249A (ko) 금속산화물 반도체 화학센서 및 이의 제조 방법
KR100325631B1 (ko) 평면형 마이크로 가스센서 및 그 제조방법
KR20190014981A (ko) 마이크로 가스센서 어레이 및 그 제조방법
KR20050076101A (ko) 마이크로 캐비티 상에 형성한 다중가스 검지용 단일칩가스센서 및 그 제조방법
KR200408169Y1 (ko) 브릿지 구조를 갖는 가스 검지용 단일칩 가스센서
KR100636400B1 (ko) 가스 감지 디바이스의 제조방법
JP5278086B2 (ja) 薄膜ガスセンサおよびその製造方法

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: 20130628

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140627

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150623

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160621

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170704

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180725

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190701

Year of fee payment: 14