KR100754410B1 - 가스 센서의 제조방법 - Google Patents

가스 센서의 제조방법 Download PDF

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정명섭
이수석
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삼성전자주식회사
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Abstract

가스 센서의 제조방법이 개시된다. 개시된 가스 센서의 제조방법은 기판 상에 전극들을 형성하는 단계; 특정 가스에 대하여 흡착 선택성을 가지는 금속을 포함하는 금속 리간드(metal ligand)와 탄소나노튜브(CNTs)가 혼합된 페이스트(paste)를 제조하는 단계; 이 페이스트를 전극들을 덮도록 기판 상에 코팅하는 단계; 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의하여 페이스트를 패터닝하는 단계; 및 패터닝된 페이스트 내부에 있는 금속 리간드를 환원(reduction)시키는 단계;를 포함한다.

Description

가스 센서의 제조방법{Method of manufacturing gas sensor}
도 1a 내지 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 가스 센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 개질된 탄소나노튜브와 팔라듐(Pd)의 복합체를 사용한 본 발명에 따른 가스 센서와 개질된 탄소나노튜브만을 사용한 가스 센서의 수소 농도에 따른 컨덕턴스 변화(conductance variation)를 비교하여 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110... 기판 112... 전극
112a... 제1 전극 112b... 제2 전극
120... 패이스트 121... 개질된 탄소나노튜브(modified CNT)
122.. 금속 리간드 123... 금속
본 발명은 가스 센서의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 특정 가스에 대해 흡착 선택성이 있으며 보다 향상된 감도를 가지는 가스 센서를 간단하게 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
과학문명의 발달은 인간의 삶의 질을 향상시킨 것이 사실이나 산업화 진행에 따른 자연 파괴 및 에너지 사용 증가에 의한 환경오염은 그 확산 속도가 빠르고 범위가 넓어 짧은 시간 내에 불특정 다수에게 큰 위해를 끼친다. 따라서, 공기 오염의 원인이 되는 각종 유독가스를 검출하여 정량화할 수 있는 고감도의 신뢰성있는 가스 센서가 절실히 필요하게 되었다. 현재 가스 센서는 산업(공업, 농업, 축산, 사무기기), 민생(조리, 환기), 방범(음주확인), 환경(대기오염감시, 연소제어), 방재(가스누출, 탄광의 산소결핍경보, 화재감시), 의료(혈중가스분석, 마취가스분석) 등과 같은 다양한 분야에 응용되고 있으며, 그 용용범위가 날로 확대되어 가고 있다.
일반적으로, 가스 센서는 가스 분자의 흡착에 따라 전기 전도도 또는 전기 저항이 변화하는 특성을 이용하여 유해 가스의 양을 측정한다. 종래에는 금속 산화물 반도체, 고체 전해질 물질, 기타 유기 물질 등을 이용하여 가스 센서를 제작하였다. 그러나, 금속 산화물 반도체나 고체 전해질을 사용하는 가스 센서의 경우에는 200℃ 내지 600℃ 혹은 그 이상의 온도로 가열을 하여야 센서의 동작이 이루어지고, 유기 물질을 사용하는 가스 센서는 전기 전도도가 매우 낮으며, 특히 카본 블랙(carbon black)과 유기 복합체를 사용하는 가스 센서는 매우 낮은 감도(sensitivity)를 가진다는 문제점이 있다.
이에 대하여, 최근 신소재로 각광 받고 있는 탄소나노튜브(CNTs; carbon nanotubes)는 전자방출특성과 화학적 반응성 등이 매우 우수하여 다양한 산업분야에 응용될 수 있다. 특히 탄소나노튜브는 부피에 비하여 표면적이 매우 큰 물질이 므로 미량의 화학성분의 검출과 수소 저장과 같은 응용분야에 매우 유용하다. 이러한 탄소나노튜브를 이용한 가스 센서는 탄소나노튜브에 흡착되는 가스의 전자 성질(electron property)에 따라 변화되는 전기적 신호(예를 들면, 컨덕턴스(conductance), 저항(resistance) 등)을 측정함으로써 유해 가스를 감지하게 된다. 이러한 탄소나노튜브를 가스 센서에 사용할 경우, 상온에서 센서의 동작이 가능하게 되고, 또한 NH3, NO2 등과 같은 유해가스와 반응시 전기 전도도가 커서 감도가 매우 좋고, 반응 및 응답 속도가 빠르다는 장점이 있다.
그러나, 탄소나노튜브만을 이용한 가스 센서의 경우에는 특정 가스에 대한 선택성이 부족하다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하고 방안으로서 현재에는 탄소나노튜브에 특정가스에 대한 흡착 선택성(adsorption selectivity)이 가지는 금속을 스퍼터링(sputtering)이나 화학기상증착법(CVD; chemical vapor deposition)에 의하여 증착하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 스퍼터(sputter)나 화학기상증착 장치와 같은 매우 고가의 설비가 필요하게 되며, 그 제조과정도 복잡하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특정 가스에 대해 흡착 선택성이 있으며 보다 향상된 감도를 가지는 가스 센서를 간단하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 가스 센서의 제조방법은,
기판 상에 전극들을 형성하는 단계;
특정 가스에 대하여 흡착 선택성을 가지는 금속을 포함하는 금속 리간드(metal ligand)와 탄소나노튜브(CNTs)가 혼합된 페이스트(paste)를 제조하는 단계;
상기 페이스트를 상기 전극들을 덮도록 상기 기판 상에 코팅하는 단계;
포토리소그라피(photolithography) 공정에 의하여 상기 페이스트를 패터닝하는 단계; 및
상기 패터닝된 페이스트 내부에 있는 금속 리간드를 환원(reduction)시키는 단계;를 포함한다.
상기 페이스트를 제조하는 단계에서, 상기 탄소나노튜브로는 노광(exposure)에 의하여 교차 결합(cross-linking)이 일어날 수 있는 작용기(functional group)를 가지는 개질된 탄소나노튜브(modified CNTs)가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 개질된 탄소나노튜브는 탄소나노튜브의 표면에 있는 카르복실산(carboxylic acid)이 아크릴레이트(acrylate)로 치환됨으로써 제조될 수 있다. 또한, 상기 페이스트에는 trimethoxysilyl methacrylate가 더 포함될 수 있다.
한편, 상기 페이스트를 제조하는 단계에서, 상기 페이스트에는 감광성 포토레지스트가 포함될 수 있다. 여기서, 상기 감광성 포토레지스트는 비노광부가 제거되는 네가티브(negative) 포토레지스트 또는 상기 감광성 포토레지스트는 노광부가 제거되는 포지티브(positive) 포토레지스트가 될 수 있다.
상기 페이스트는 상기 전극들을 노출시키도록 패터닝될 수 있다.
상기 금속 리간드는 열 및 환원제에 의하여 환원될 수 있다. 이 경우, 상기 금속 리간드의 환원은 수소(H2) 및 질소(N2) 분위기에서 상기 패터닝된 페이스트를 소성(baking)시킴으로써 수행될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성을 위하여 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
도 1a 내지 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 가스 센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 1a는 기판 상에 전극들이 형성된 상태를 도시한 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A'선을 따라 본 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 기판(110) 상에 제1 전극(112a)과 제2 전극(112b)을 포함하는 전극들(112)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극(112a,112b)은 예를 들면, 깍지낀 손가락 형상(inter-digitated shape)으로 형성될 수 있다. 그러나, 상기 제1 및 제2 전극(112a,112b)은 이외에도 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(112a,112b)은 기판(110) 상에 전기 전도성이 양호한 금속 물질을 증착한 다음, 이를 소정 형태로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극(112a,112b)은 금(Au), 티타늄(Ti) 등으로 이루어질 수 있으며, 이외에도 다양한 금속으로 이루어질 수 있다.
도 2a는 전극들(112)이 형성된 기판(110) 상에 페이스트(120)가 코팅된 상태를 도시한 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 B-B'선을 따라 본 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 개질된 탄소나노튜브(modified CNTs,121)와 금속 리간드(metal ligand,122)가 혼합된 페이스트를 제조한다. 여기서, 상기 페이스트는 개질된 탄소나노튜브(121)와 금속 리간드(122)를 소정 용매에 균일하게 분산시킴으로써 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 페이스트(120)에는 계면활성제(surfactant), 광 개시제(photo-initiator) 등이 더 포함될 수 있다.
본 실시예에서는 노광(exposure)에 의하여 교차 결합(cross-linking)이 일어날 수 있는 작용기(functional group), 예를 들면 아크릴레이트(acrylate)를 가지는 개질된 탄소나노튜브(121)가 사용된다. 이와 같은 개질된 탄소나노튜브(121)는 개질되지 않은 탄소나노튜브의 표면에 존재하는 카르복실산(carboxylic acid)을 아크릴레이트(acrylate)로 치환함으로써 제조될 수 있다. 구체적으로, 탄소나노튜브의 개질은 아래와 같은 반응식에 의하여 수행될 수 있다.
Figure 112006063175439-pat00001
상기한 반응식을 참조하면, 탄소나노튜브의 표면에 노출된 카르복실산(carboxylic acid)은 예를 들면, (C2H5)3N 및 DMF의 존재 하에 아크릴레이트 모노머(acrylate monomer)와 반응하여 아크릴레이트로 치환될 수 있다.
이와 같이 개질된 탄소나노튜브(121)의 표면에 존재하는 아크릴레이트는 노광에서 광 개시제에 의하여 서로 교차 결합을 하게 된다. 여기서, 상기 광 개시제는 자외선으로부터 에너지를 흡수하여 상기 아크릴레이트의 교차 결합 반응을 개시시키는 역할을 한다. 한편, 상기 페이스트(120) 내에는 개질된 탄소나노튜브(121)와 기판(110) 사이의 결합 특성을 향상시키기 위한 물질로 예를 들면, trimethoxysilyl methacrylate가 더 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 특정 가스들에 대하여 흡착 선택성(adsorption selectivity)를 가지는 금속을 포함하는 금속 리간드(122)가 사용된다. 일반적으로, 금속에 따라 선택적으로 흡착될 수 있는 특정 가스들이 존재한다. 구체적으로 예를 들면, 디클로로에틸렌(dichloroethylene), 아세트산(acetic acid), 프로판산(propanoic acid) 등으로 이루어진 가스는 은(Ag)에 흡착될 수 있으며, 에틸렌(ethylene), 벤젠(benzene), 시클로핵산(cyclohexane) 등으로 이루어진 가스는 이리듐(Ir)에 흡착될 수 있다. 또한, 메탄(methane), 포름산(formic acid) 등으로 이루어진 가스는 몰리브덴(Mo)에 흡착될 수 있으며, 메탄(methane), 메탄올(methanol), 벤젠(benzene) 등으로 이루어진 가스는 니켈(Ni)에 흡착될 수 있다. 그리고, 벤젠, 아세틸렌(acetylene), 에틸렌(ethylene), 메탄올(methanol), 벤젠(benzene)+일산화탄소(CO), 메탄(methane) 등으로 이루어진 가스는 팔라듐(Pd)에 흡착될 수 있으며, 아닐린(aniline), 암모니아(ammonia), 시아노벤젠(cyanobenzene), m-크실렌(m-xylene), 나프탈렌(naphthalene), N-부틸벤젠(N-butylbenzene), 아세토니트릴(acetonitrile) 등으로 이루어진 가스는 백금(Pt)에 흡착될 수 있다. 그리고, 이외에도 특정 가스들에 대한 흡착 선택성을 가지는 금속들이 다양하게 존재할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 금속에 따라 특정 가스들이 선택적으로 흡착되는 특성을 이용하여 가스 센서를 제조하게 된다. 즉, 개질된 탄소나노튜브(121)와 혼합되는 금속 리간드(122)에는 전술한 바와 같은 특정 가스들에 대한 흡착 선택성을 가지는 금속이 포함되게 된다.
이어서, 상기와 같이 제조된 페이스트(120)를 전극들(112)이 형성된 기판(110) 상에 코팅한다. 여기서, 상기 페이스트(120)는 전극들(112)을 덮도록 코팅된다. 이러한 페이스트(120)는 예를 들면 스핀 코팅(spin coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)에 의하여 기판(110) 상에 코팅될 수 있다. 한편, 페이스트(120)의 코팅은 전술한 방법에 한정되는 것은 아니며, 이외의 다른 코팅 방법이 사용되는 것도 가능하다.
도 3a는 기판(110) 상에 코팅된 페이스트(120)가 패터닝된 상태를 도시한 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 C-C'선을 따라 본 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 먼저 프리베이크(prebake) 과정을 통하여 기판(110) 상에 코팅된 페이스트(120) 중 휘발성 물질을 제거한다. 그리고, 포토리소 그라피(photolithography) 공정에 의하여 상기 기판(110) 상에 코팅된 페이스트(120)를 소정 형태로 패터닝한다. 여기서, 상기 페이스트(120)는 전극들(112)을 노출시키도록 패터닝될 수 있다. 이러한 패터닝에 의하여 상기 페이스트(120)는 제1 전극(112a)과 제2 전극(112b) 사이에만 남게 된다. 구체적으로, 먼저, 페이스트(120)가 코팅된 기판(110)의 상부에 소정 패턴이 형성된 포토마스크(미도시)를 마련한 다음, 상기 포토마스크를 통하여 페이스트(120)에 노광(exposure)을 실시한다. 이때, 페이스트(120) 중 노광된 부분에서는 개질된 탄소나노튜브(121)의 아크릴레이트가 서로 교차결합을 하게 된다. 다음으로, 현상액으로 노광되지 않은 페이스트(120)를 제거하게 된다. 이와 같이, 기판(110) 상에 전극들(112)을 덮도록 코팅된 페이스트(120)를 패터닝하게 되면 가스 흡착 면적이 크게 증가하게 되므로, 가스 센서의 감도가 더욱 향상될 수 있다.
도 4a는 패터닝된 페이스트(120) 내부의 금속 리간드(122)를 환원(reduction)시킨 상태를 도시한 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 D-D'선을 따라본 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 패터닝된 페이스트(120) 내부에 있는 금속 리간드(122)를 금속(123)으로 환원시키게 되면 본 발명의 실시예에 따른 가스 센서가 완성된다. 이러한 금속 리간드(122)의 환원은 열 및 환원제를 이용하여 수행될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 금속 리간드(122)는 상기 페이스트(120)를 수소(H2) 및 질소(N2) 분위기에서 소정 온도로 소성(baking)함으로써 환원될 수 있다. 이와 같이, 금속 리간드(122)를 환원시키게 되면, 페이스트(120)의 내부에는 특정 가스들에 대한 흡착 선택성을 가지는 금속(123)과 탄소나노튜브(121)의 복합체(complex)가 존재하게 된다.
<실험예 1 : 가스 센서의 제작>
특정 가스들에 대하여 흡착 선택성을 가지는 금속, 예를 들면 팔라듐(Pd)을 포함하는 금속 리간드로서 PdCl2 0.006g/ml를 사용하였으며, 탄소나노튜브로서 표면이 개질된 단일벽 나노튜브(SWNT; single-walled nanotubes) 0.012g/ml를 사용하였다. 그리고, 이러한 PdCl2와 개질된 탄소나노튜브를 DMF(N,N-dimethylformamide) 용매 내에 1:1의 혼합 비율(mixing ratio)로 초음파(sonication)를 이용하여 혼합하였다. 그리고, 이렇게 혼합되어 만들어진 페이스트를 스핀 코팅(spin coating)방식을 이용하여 전극들이 형성된 기판 상에 코팅하였다. 이어서, 기판 상에 코팅된 페이스트를 노광 및 현상을 통하여 패터닝하였다. 그리고, 이렇게 패터닝된 페이스트를 수소(H2) 및 질소(N2) 분위기에서 대략 250℃로 4시간 정도 소성(baking)시켰다. 이 과정을 통하여, 페이스트 내부에는 금속 리간드인 PdCl2가 환원됨으로써 개질된 탄소나노튜브와 팔라듐(Pd)의 복합체가 형성되었다.
<실험예 2 : 가스의 측정>
실험예 1에 따라 제작된 개질된 탄소나노튜브와 팔라듐(Pd)의 복합체를 포함하는 가스 센서와 개질된 탄소나노튜브만을 포함하는 가스 센서를 이용하여 팔라듐(Pd)과 특이적으로 반응하는 수소(hydrogen) 가스의 농도에 따른 컨덕턴스 변 화(conductace variation, ΔG = [G(hydrogen)-G(air)]/G(air))를 각각 측정하였다. 여기서, 사용되는 수소의 농도는 각각 250ppm, 500ppm, 1250ppm, 5000ppm으로 하였으며, 컨덕던스 변화는 상온에서 측정되었다.
이러한 실험을 통하여 측정된 결과가 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 수소 농도를 달리하면서 개질된 탄소나노튜브만을 이용한 가스 센서의 컨덕턴스 변화와 실험예 1에 따라 제작된 개질된 탄소나노튜브(modified CNT)와 팔라듐(Pd)의 복합체를 이용한 가스 센서의 컨덕턴스 변화를 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 수소의 농도가 250ppm, 500ppm, 1250ppm, 5000ppm 으로 증가함에 따라, 개질된 탄소나노튜브만을 이용한 가스 센서의 컨덕턴스 변화는 각각 0.01, 0.00, 0.01, 0.01을 나타내었으며, 개질된 탄소나노튜브와 팔라듐(Pd) 복합체를 이용한 가스 센서의 컨덕턴스 변화는 각각 0.01, 0.04, 0.06, 0.07을 나타내었다. 이와 같이, 개질된 탄소나노튜브만을 이용한 가스 센서에서는 수소의 농도가 증가하여도 컨덕턴스 변화가 거의 없지만, 본 실시예에 따라 제작된 개질된 탄소나노튜브와 팔라듐(Pd)의 복합체를 이용한 가스 센서에서는 수소의 농도가 증가함에 따라 컨덕턴스 변화가 증대하게 된다. 이러한 실험 결과로부터 개질된 탄소나노튜브만을 이용하는 가스 센서의 경우에는 수소 가스에 대한 선택성이 없지만, 개질된 탄소나노튜브와 팔라듐(Pd)의 복합체를 이용한 가스 센서의 경우에는 수소 가스에 대한 선택성이 있음을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 따라 제조된 가스 센서는 개질된 탄소나노튜브와 특정 가스들에 대하여 흡착 선택성을 가지는 금속의 복합체를 이용함으로써 개질된 탄소나노튜브만을 이용하는 가스 센서와는 달리 특정 가스들에 대한 선택성을 가질 수 있다. 또한, 개질된 탄소나노튜브와 금속의 복합체가 페이스트의 패터닝에 의하여 전극들 사이에만 형성되므로, 가스 흡착 면적이 증가하여 가스 센서의 감도가 더욱 향상될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는 노광에 의하여 교차 결합이 일어날 수 있는 작용기를 가지는 개질된 탄소나노튜브 자체가 가교제(cross-linking agent)로 사용되므로, 폴리머를 가교제로 사용하여 발생할 수 있는 고온의 소성 공정이 필요하지 않으며, 또한 페이스트를 제조하는데 있어 불순물의 사용을 최소화함으로써 센서의 감지막 내에 남아있는 불순물을 최소로 줄일 수 있다.
한편, 이상의 실시예에서는 개질된 탄소나노튜브를 이용하여 가스 센서를 제조하는 경우에 대해서 설명되었으나, 아래와 같이 개질되지 않은 탄소나노튜브를 이용하여 가스 센서를 제조하는 경우도 가능하다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서의 제조방법을 설명하기로 한다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면들은 도 1a 내지 도 4b와 유사하므로 이에 대한 도시는 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 먼저, 개질되지 않은 탄소나노튜브, 특정 가스들에 대하여 흡착 선택성을 가지는 금속 리간드 및 감광성 포토레지스트를 소정 용매 내에 균일하게 분산시켜 페이스트를 제조한다. 여기서, 상기 금속 리간드에 대해서는 전술한 실시예에서 상세하게 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 그리고, 상기 감광성 포토레지스트는 비노광부가 현상액에 의하여 제거되는 네가티 브 포토레지스트(negative photoresist)가 되거나 노광부가 현상액에 의하여 제거되는 포지티브 포토레지스(positive photoresist)가 될 수 있다.
이어서, 상기와 같이 제조된 페이스트를 기판 상에 전극들을 덮도록 코팅한 다음, 상기 페이스트를 포토리소그라피 공정에 의하여 노광, 현상함으로써 소정 형태로 패터닝한다. 여기서, 상기 페이스트는 전극들을 노출시키도록 패터닝될 수 있다.
그리고, 패터닝된 페이스트 내부에 있는 금속 리간드를 열 및 환원제를 이용하여 금속으로 환원시키게 되면 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서가 완성된다. 여기서, 상기 금속 리간드는 상기 페이스트를 수소(H2) 및 질소(N2) 분위기에서 소정 온도로 소성(baking)함으로써 환원될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 금속 리간드와 탄소나노튜브가 혼합된 페이스트를 이용하여 가스 센서를 제조하므로 종래 스퍼터링(sputtering) 이나 화학기상증착법(CVD)에 의하여 가스 센서를 제조하는 경우에 비하여 훨씬 간단한 공정으로 가스 센서를 제조할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따라 제조된 가스 센서는 탄소나노튜브 뿐만아니라 특정 가스들에 대한 흡착 선택성을 가지는 금속을 포함하므로, 종래 탄소나노튜브만을 이용한 가스 센서와는 달리 특정 가스들에 대한 선택성을 가질 수 있다.
셋째, 탄소나노튜브와 금속의 복합체가 페이스트의 패터닝에 의하여 전극들 사이에만 형성되므로, 가스 흡착 면적이 증가하여 가스 센서의 감도가 더욱 향상될 수 있다.
넷째, 탄소나노튜브로서 노광에 의하여 교차 결합이 일어날 수 있는 작용기를 가지는 개질된 탄소나노튜브가 사용되는 경우에는 고온의 소성 공정이 필요하지 않으며, 또한 페이스트를 제조하는데 있어 불순물의 사용을 최소화함으로써 센서의 감지막 내에 남아있는 불순물을 최소로 줄일 수 있다.

Claims (12)

  1. 기판 상에 전극들을 형성하는 단계;
    특정 가스에 대하여 흡착 선택성을 가지는 금속을 포함하는 금속 리간드(metal ligand)와 탄소나노튜브(CNTs)가 혼합된 페이스트(paste)를 제조하는 단계;
    상기 페이스트를 상기 전극들을 덮도록 상기 기판 상에 코팅하는 단계;
    포토리소그라피(photolithography) 공정에 의하여 상기 페이스트를 패터닝하는 단계; 및
    상기 패터닝된 페이스트 내부에 있는 금속 리간드를 환원(reduction)시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이스트를 제조하는 단계에서, 상기 탄소나노튜브로는 노광(exposure)에 의하여 교차 결합(cross-linking)이 일어날 수 있는 작용기(functional group)를 가지는 개질된 탄소나노튜브(modified CNTs)가 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 개질된 탄소나노튜브는 탄소나노튜브의 표면에 있는 카르복실 산(carboxylic acid)이 아크릴레이트(acrylate)로 치환됨으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 페이스트에는 trimethoxysilyl methacrylate가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이스트를 제조하는 단계에서, 상기 페이스트에는 감광성 포토레지스트가 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감광성 포토레지스트는 비노광부가 현상액에 의하여 제거되는 네가티브(negative) 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 감광성 포토레지스트는 노광부가 현상액에 의하여 제거되는 포지티브(positive) 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이스트는 스핀 코팅(spin coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating)에 의하여 상기 기판 상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이스트는 상기 전극들을 노출시키도록 패터닝되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 리간드는 열 및 환원제에 의하여 환원되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속 리간드의 환원은 수소(H2) 및 질소(N2) 분위기에서 상기 패터닝된 페이스트를 소성(baking)시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극들은 서로 깍지낀 손가락 형상(inter-digitated shape)으로 형성되 는 제1 및 제2 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160016088A (ko) * 2014-08-04 2016-02-15 한국세라믹기술원 고감도 및 빠른 반응속도를 갖는 독성가스 검출을 위한 전기화학센서 및 그 제조방법
KR101922187B1 (ko) * 2017-03-13 2018-11-26 한국과학기술연구원 가스센서용 감지물질 및 그 제조방법, 그리고 상기 감지물질을 포함하는 가스센서 및 그 제조방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8052855B2 (en) * 2006-05-11 2011-11-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Carbon nanotube gas sensor and method of manufacturing the same
KR100723429B1 (ko) * 2006-07-31 2007-05-30 삼성전자주식회사 금속 리간드와 탄소나노튜브를 이용한 가스 센서의제조방법
EP2745102B1 (en) * 2011-08-19 2020-10-07 Northeastern University Chemical sensor based on highly organized single walled carbon nanotube networks
WO2019036722A1 (en) 2017-08-18 2019-02-21 Northeastern University METHOD FOR PRODUCING TETRATENITE AND SYSTEM THEREOF
JP6786471B2 (ja) * 2017-12-15 2020-11-18 キヤノン株式会社 還元性ガスセンサ

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020003464A (ko) * 2000-07-04 2002-01-12 이정욱 탄소나노튜브를 이용한 가스센서 및 그의 제조 방법
US20040104129A1 (en) 2002-11-27 2004-06-03 Gang Gu Nanotube chemical sensor based on work function of electrodes
KR20060031375A (ko) * 2004-10-08 2006-04-12 부산대학교 산학협력단 탄소나노튜브의 표면 개질방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5322602A (en) * 1993-01-28 1994-06-21 Teledyne Industries, Inc. Gas sensors
US5605612A (en) * 1993-11-11 1997-02-25 Goldstar Electron Co., Ltd. Gas sensor and manufacturing method of the same
US6137107A (en) * 1996-08-30 2000-10-24 Raytheon Company Thermal detector with inter-digitated thin film electrodes and method
DE69724990T2 (de) * 1996-11-19 2004-07-22 Farfield Sensors Ltd. Chemischer sensor
US6346136B1 (en) * 2000-03-31 2002-02-12 Ping Chen Process for forming metal nanoparticles and fibers
US6811457B2 (en) * 2002-02-09 2004-11-02 Industrial Technology Research Institute Cathode plate of a carbon nano tube field emission display and its fabrication method
KR100513727B1 (ko) * 2003-02-12 2005-09-08 삼성에스디아이 주식회사 전계방출소자의 제조방법
CN100585772C (zh) * 2003-07-08 2010-01-27 纳幕尔杜邦公司 采用接触印刷用厚膜膏填塞孔或槽的方法
US7053532B2 (en) * 2003-12-18 2006-05-30 Palo Alto Research Center Incorporated Radially poled piezoelectric diaphragm structures
US20070212290A1 (en) * 2005-11-08 2007-09-13 The Regents Of The University Of California Preparation of pile of carbon nanotubes and fiber therefrom

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020003464A (ko) * 2000-07-04 2002-01-12 이정욱 탄소나노튜브를 이용한 가스센서 및 그의 제조 방법
US20040104129A1 (en) 2002-11-27 2004-06-03 Gang Gu Nanotube chemical sensor based on work function of electrodes
KR20060031375A (ko) * 2004-10-08 2006-04-12 부산대학교 산학협력단 탄소나노튜브의 표면 개질방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160016088A (ko) * 2014-08-04 2016-02-15 한국세라믹기술원 고감도 및 빠른 반응속도를 갖는 독성가스 검출을 위한 전기화학센서 및 그 제조방법
KR101660301B1 (ko) 2014-08-04 2016-09-27 한국세라믹기술원 고감도 및 빠른 반응속도를 갖는 독성가스 검출을 위한 전기화학센서 및 그 제조방법
KR101922187B1 (ko) * 2017-03-13 2018-11-26 한국과학기술연구원 가스센서용 감지물질 및 그 제조방법, 그리고 상기 감지물질을 포함하는 가스센서 및 그 제조방법
US10870737B2 (en) 2017-03-13 2020-12-22 Korea Institute Of Science And Technology Sensing material for gas sensors, method of fabricating the sensing material, gas sensor including the sensing material and method of fabricating the gas sensor

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