KR100791812B1 - 산화주석 나노선 가스센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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gold catalyst
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박재환
박재관
최영진
권석준
황인성
박정현
박경수
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 산화주석 나노선 가스센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 실리콘 등의 기판 위에 센서 디바이스의 하부 전극 패턴을 제작하는 단계, 산화주석 나노선을 정해진 위치에 합성하기 위해 금(Au) 촉매를 올리는 단계, 산화주석 나노선을 합성하는 단계로 제조하는 산화주석 나노선 가스센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 의하면, 개별적인 고비용의 전자빔 리소그라피 공정을 배제하면서 산화주석 나노선을 기반으로 하는 수십 ~ 수천 개의 소자를 일괄적으로 대량 제작할 수 있고, 저비용 및 단시간에 대량으로 제품을 일괄 제작할 수 있으므로 제품의 상업화가 가능해지는 장점이 있게 된다.
산화주석, 나노선, 가스센서, 백금 전극, 금 촉매층, 절연층, 네트워크 구조, 공중 부양, 감도 향상, 대량 생산, 일괄 제작

Description

산화주석 나노선 가스센서 및 그 제조방법{Tin oxide nanowire-based gas sensor and method for manufacturing the same}
도 1은 기존에 널리 알려진 바 있는 (a) 벌크 형태와 (b) 단일 나노선 형태의 가스센서를 나타낸 모식도,
도 2는 두 백금 전극 사이에 나노선을 배치할 수 있는 여러 가지 형태의 모식도로서, (a) 도면은 본 발명에서 하나의 웨이퍼 위에 반복적으로 형성된 백금 전극 쌍의 구조를 나타낸 도면이고, (b) 도면은 바람직하지 못한 상태의 참고도, (c) 도면과 (d) 도면은 본 발명에 따른 바람직한 가스센서의 나노선 정렬상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에서 백금 전극 사이에 공중에 들뜬 구조로 산화주석 나노선을 정렬한 가스센서의 모식도 및 실제 구현된 나노선의 전자현미경 사진,
도 4는 본 발명에서 백금 전극 사이의 측면으로 산화주석 나노선을 정렬한 가스센서의 모식도,
도 5는 본 발명의 가스센서로 활용하기 위하여 합성된 산화주석 나노선의 전자현미경 사진, X-선 회절 분석 패턴 및 투과 전자 현미경 사진,
도 6은 본 발명에 따라 제조된 나노선 가스센서를 이용하여 측정된 NO2 가스에 대한 가스 감응성, 반응 속도 및 회복 속도 특성을 나타내는 도면,
도 7은 다른 형태의 구조를 갖는 가스센서의 모식도 및 가스 감응특성을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 웨이퍼 12 : 백금 전극 쌍
12a, 12b : 백금 전극 14 : 금 촉매층
15 : 산화주석 나노선 16 : 절연층
본 발명은 산화주석 나노선 가스센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서 디바이스의 하부 전극 패턴을 제작하는 단계, 산화주석 나노선을 정해진 위치에 합성하기 위해 금(Au) 촉매를 정해진 위치에 올리는 단계, 산화주석 나노선을 합성하는 단계로 제조하는 산화주석 나노선 가스센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체형 가스센서는 감응물질의 표면에 가스분자들의 흡/탈착에 의한 저항의 변화를 이용하여 유해가스를 측정하는 원리에 의해 구동된다.
이러한 반도체형 가스 감응물질로는 대표적으로 SnO2, In2O3, ZnO, WO3 등과 같은 금속산화물이 널리 상용화되고 있으며, 특히 SnO2(산화주석)는 환원가스에 의해 큰 감응 특성을 나타내어 가장 널리 사용되고 있는 물질이다[N. Yamazoe, Sens. Actuators B 5, 7 (1991)].
박막이나 벌크에서의 가스센서 특성은 감응물질의 입자 표면과 가스분자의 흡/탈착 과정에 의해 생기는 현상이므로, 입자 크기를 작게 만들어 비표면적을 극대화하거나 Pt, Pd 등의 귀금속을 첨가하여 그 특성을 증가시킨다.
그러나, 이러한 박막이나 벌크에서 입자 크기의 감소는 그 한계가 있으므로, 최근에는 고비표면적, 탁월한 단결정성, 나노 스케일의 크기 등 다양한 물리적, 화학적 특성을 지닌 1차원 나노구조체를 이용한 가스센서 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
첨부한 도 1에 기존의 벌크 형태와 나노선 형태의 가스센서 소자를 비교하여 나타내었다.
도 1에서 좌측의 (a) 도면은 종래에 널리 알려진 바 있는 벌크 형태의 가스센서 소자를 나타낸 것으로서, Si 기판(substrate)(1) 위에 백금(Pt) 전극(2)을 전기적으로 분리되게 소정 간격을 두고 이격시켜 형성한 다음, 양측의 백금 전극(2) 사이에 산화주석 분말의 구조물(3)을 후막 인쇄 공정을 통해 형성하여, 양측의 백금 전극(2)을 산화주석 분말(3)의 구조물이 서로 연결한 구조로 되어 있다.
이러한 벌크 형태의 가스센서 소자는 입자들의 크기가 크고 또한 바탕층을 통한 누설전류 성분이 있어서 감도가 그다지 높지 않다는 단점이 있다.
한편, 우측의 (b) 도면은 나노선(4)을 사용한 가스센서 소자를 나타낸 것으로서, 최근 몇 가지 사례가 보고된 바 있다.
나노선 소자의 경우, 대개 지름이 30 ~ 100 nm인 나노선(4)을 사용하는데, 가스흡착 과정에서 흡착에 의한 공핍층 형성이 나노선의 지름과 비슷한 크기로 일어나게 되어, 결국 큰 가스감응 감도를 나타내게 된다[A. Kolmakov et al. Adv. Mater. 15, 997 (2003), N. Barsan and U. Weimar, J. Electroceram. 7, 143 (2001)].
하지만, 이러한 나노선 기반의 가스센서의 경우는, 소자로 구현하기 위하여, 우선 Si 기판(1) 위에 미세한 단일 나노선(4)을 형성한 뒤, 상기 단일 나노선(4)에 의해 연결되도록 상기 기판(1) 위에 전기적으로 분리된 백금 전극(2)을 부착해야 한다.
여기서, 현미경을 사용하여 미세한 전극(2)을 부착해야 하는데, 특히 기판(1) 위에 단일 나노선(4)에 의해 연결되는 미세한 전극(2)을 부착하기 위해서는 많은 비용과 시간이 소요되는 전자빔 리소그라피(e-beam lithography) 등의 기법이 동원되어야 한다.
더구나, 개별 나노선에 대하여 일일이 전극 부착 작업을 해 주어야 하므로 다중의 소자를 일괄적으로 제작하지 못하는 치명적인 단점이 있다.
이런 이유로 인하여 현재 나노선을 이용한 소자 및 제품들은 거의 개발되지 못하고 있는 상황이며, 도 1의 (b) 도면에 나타낸 단일 나노선을 이용한 구조에 의 하면 고비용으로 인하여 응용 소자 및 제품의 대량 생산은 물론이고 상업화 자체가 절대 불가능한 상황이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 나노선 하나 하나에 대해 개별적으로 실시되는 전자빔 리소그라피 등의 공정 없이, 다중의 소자를 대량으로 일괄 제작할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 고비용의 전자빔 리소그라피 공정을 배제하면서 산화주석 나노선을 기반으로 하는 수십 ~ 수천 개의 소자를 일괄적으로 대량 제작할 수 있고, 저비용 및 단시간에 대량으로 제품을 일괄 제작할 수 있으므로 제품의 상업화가 가능해지는 산화주석 나노선 가스센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 산화주석 가스센서에 있어서, 기판과; 상기 기판 위에 소정 간격을 두고 분리 형성된 두 하부 도전 전극과; 상기 각 전극 위에 적층 형성된 금 촉매층과; 상기 각 전극 위의 금 촉매층에 성장된 산화주석 나노선들과; 전기적 신호 전달을 위하여 상기 각 전극에 연결 설치된 도전 와이어;를 포함하여 구성되고, 상기 두 전극의 금 촉매층 위에 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 두 전극 사이에서 기판과 이격되게 부양된 상태로 양측 상호 간에 엮여져 접촉되는 네트워크 구조 로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서를 제공한다.
여기서, 상기 두 하부 도전 전극은 두께 3000 ~ 8000 Å, 간격 5 ~ 20 마이크로미터로 형성된 백금 전극인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금 촉매층의 두께는 20 ~ 100 Å인 것을 특징으로 한다.
한편, 다른 실시예로서, 본 발명은, 산화주석 가스센서에 있어서, 기판과; 상기 기판 위에 소정 간격을 두고 분리 형성된 두 하부 도전 전극과; 상기 각 전극 위에 적층 형성된 금 촉매층과; 상기 각 금 촉매층 위에 적층 형성된 절연층과; 상기 각 전극 위의 금 촉매층에서 노출된 측면부위에 횡방향으로 성장된 산화주석 나노선들과; 전기적 신호 전달을 위하여 상기 각 전극에 연결 설치된 도전 와이어;를 포함하여 구성되고, 상기 두 전극의 금 촉매층 측면부위에 횡방향으로 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 두 전극 사이에서 기판과 이격되게 부양된 상태로 양측 상호 간에 엮여져 접촉되는 네트워크 구조로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서를 제공한다.
여기서, 상기 두 하부 도전 전극은 두께 3000 ~ 8000 Å, 간격 5 ~ 20 마이크로미터로 형성된 백금 전극인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금 촉매층의 두께는 20 ~ 100 Å인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 절연층은 SiO2, AlN, Si3N4, TiO2층 중에서 선택된 것임을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 산화주석 가스센서의 제조방법에 있어서, 기판 위에 소정 간격으로 분리된 두 하부 도전 전극을 형성하는 단계와; 상기 각 전극 위에 금 촉매층을 적층 형성하는 단계와; 상기 각 전극 위의 금 촉매층에 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계와; 상기 각 전극에 전기적 신호 전달을 위한 도전 와이어를 연결 설치하는 단계;를 포함하고, 상기 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계에서, 두 전극의 금 촉매층 위에 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 두 전극 사이에서 기판과 이격되게 부양된 상태로 양측 상호 간에 엮여져 접촉되는 네트워크 연결 구조가 되도록 성장시키는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 두 하부 도전 전극을 형성하는 단계에서, 상기 전극은 백금을 사용하여 형성하고, 그 두께는 3000 ~ 8000 Å으로 형성하며, 두 전극 사이의 간격은 5 ~ 20 마이크로미터로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금 촉매층은 20 ~ 100 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계에서, 상기 금 촉매층이 활성화된 상태에서 산화주석 나노선들이 효과적으로 합성될 수 있도록, 나노선 합성을 위한 반응로를 20 ~ 40 ℃/min의 승온속도로 반응온도 700 ~ 900 ℃까지 상승시킨 후, 상기 반응온도에서 산소가스를 0.5 ~ 10 sccm, 희석가스인 아르곤(Ar)을 10 ~ 50 sccm 정도로 함께 흘려주면서 10 ~ 30 분 동안 유지시켜 합성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 하부 도전 전극을 형성하는 단계에서 웨이퍼 위에 두 하부 도전 전극을 한 쌍으로 하여 복수개의 전극 쌍을 형성하고, 이후 전극 쌍들에 대하여 상기 금 촉매층을 적층 형성하는 단계, 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계, 도전 와이어를 연결 설치하는 단계를 웨이퍼 단위로 실시한 다음, 웨이퍼 상에 복수개로 일괄 제조한 소자들을 각 소자별로 분리하기 위한 공정을 거쳐 가스센서를 완성하는 것을 특징으로 한다.
한편, 다른 실시예로서, 본 발명은, 산화주석 가스센서의 제조방법에 있어서, 기판 위에 소정 간격으로 분리된 두 하부 도전 전극을 형성하는 단계와; 상기 각 전극 위에 금 촉매층을 적층 형성하는 단계와; 상기 각 금 촉매층 위에 절연층을 적층 형성하는 단계와; 상기 각 전극 위의 금 촉매층에서 노출된 측면부위에 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계와; 상기 각 전극에 전기적 신호 전달을 위한 도전 와이어를 연결 설치하는 단계;를 포함하고, 상기 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계에서, 두 전극의 금 촉매층 측면부위에 횡방향으로 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 두 전극 사이에서 기판과 이격되게 부양된 상태로 양측 상호 간에 엮여져 접촉되는 네트워크 연결 구조가 되도록 성장시키는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 두 하부 도전 전극을 형성하는 단계에서, 상기 전극은 백금을 사용하여 형성하고, 그 두께는 3000 ~ 8000 Å으로 형성하며, 두 전극 사이의 간격은 5 ~ 20 마이크로미터로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금 촉매층은 20 ~ 100 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 절연층은 SiO2, AlN, Si3N4, TiO2층 중에서 선택된 것으로 형성하 는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계에서, 상기 금 촉매층이 활성화된 상태에서 산화주석 나노선들이 효과적으로 합성될 수 있도록, 나노선 합성을 위한 반응로는 승온속도를 20 ~ 40 ℃/min로 하여 반응온도 700 ~ 900 ℃까지 상승시킨 후, 상기 반응온도에서 산소가스를 0.5 ~ 10 sccm, 희석가스인 아르곤(Ar)을 10 ~ 50 sccm 정도로 함께 흘려주면서 10 ~ 30 분 동안 유지시켜 합성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 하부 도전 전극을 형성하는 단계에서 웨이퍼 위에 두 하부 도전 전극을 한 쌍으로 하여 복수개의 전극 쌍을 형성하고, 이후 전극 쌍들에 대하여 상기 금 촉매층을 적층 형성하는 단계, 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계, 도전 와이어를 연결 설치하는 단계를 웨이퍼 단위로 실시한 다음, 웨이퍼 상에 복수개로 일괄 제조한 소자들을 각 소자별로 분리하기 위한 공정을 거쳐 가스센서를 완성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법에 관한 것으로서, 저렴한 공정비용으로 나노선 기반의 가스센서를 구현하기 위하여, 종래와 같이 나노선 하나 하나에 대해 개별적으로 실시되는 전자빔 리소그라피(e-beam lithography) 등의 공정 없이, 다중의 소자를 대량으로 일괄 제작할 수 있는 기술을 제시한다.
특히, 본 발명에 의하면, 고비용의 전자빔 리소그라피 공정을 배제하면서 산 화주석 나노선을 기반으로 하는 수십 ~ 수천 개의 소자를 일괄적으로 대량 제작할 수 있고, 저비용 및 단시간에 대량으로 제품을 일괄 제작할 수 있으므로 제품의 상업화가 가능해지는 장점이 있게 된다.
우선, 본 발명에 따른 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법은 크게 센서 디바이스의 백금(Pt)으로 된 하부 전극 패턴을 제작하는 단계, 산화주석 나노선을 정해진 위치에 합성하기 위해 금(Au) 촉매를 올리는 단계, 산화주석 나노선을 합성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
첨부한 도 2는 두 백금 전극 사이에 나노선을 배치할 수 있는 여러 가지 형태의 모식도로서, 전기적으로 분리된 두 개의 전극(12a,12b) 사이에 산화주석 나노선(15)을 성장시킬 수 있는 여러 가지 방법을 나타내었다.
도 2에서, (a) 도면은 본 발명에서 웨이퍼(SiO2/Si 기판)(11) 위에 반복적으로 형성된 백금 전극 쌍(12)의 구조를 나타낸 도면이고, (b) 도면은 바람직하지 못한 나노선 형성을 나타낸 참고도이며, (c) 도면과 (d) 도면은 본 발명에 따른 가스센서의 바람직한 나노선 정렬상태를 나타낸 도면이다.
종래에는 소자를 제작하기 위하여, 기판 위에 나노선을 형성한 뒤, 각각의 나노선에 대하여 전기적으로 분리된 전극을 부착하여야 했는 바, 이러한 전극 부착을 위해서 나노선 하나 하나에 대하여 고비용의 개별적인 리소그라피(전자빔 리소그라피) 공정이 필요하였다.
그러나, 본 발명에서는, 전기적으로 분리된 두 개의 전극을 기판 위에 형성 하기 위하여, 종래와 같이 기판 위에 나노선을 형성한 뒤 나노선 하나 하나에 대해 개별적인 리소그라피를 수행하는 대신에, 도 2의 (a) 도면에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(SiO2/Si 기판)(11) 상에 백금 전극 쌍(12)을 반복적으로 형성한 뒤, 이렇게 형성된 각 백금 전극 쌍(12)에서 전기적으로 분리된 백금 전극(12a,12b) 상측으로 금(Au) 촉매층(14)을 적층 형성하고, 이후 상기 금 촉매층(14) 위에 산화주석 나노선(15)들을 합성(성장)하여 형성시킨다.
상기 각 백금 전극 쌍(12)에서 나노선(15)들이 일괄적으로 정렬되게 하기 위해서는 금(Au) 촉매를 이용하는 것이 효과적이다.
산화주석 나노선의 경우는 금 촉매를 20 ~ 100Å 정도의 두께로 형성하여 주면 촉매가 있는 위치에서만 나노선이 형성되는 것이 주지의 사실로 알려져 있다 [D. Calestani et al. J. Cryst. Growth 275, 2083 (2005), M. H. Huang, Adv. Master. 13, 113 (2001)].
즉, 금 촉매층(14)에서만 산화주석 나노선(15)이 성장하게 되는 것이다.
그래서, 도 2의 (b) 도면과 같이 두 개의 백금 전극(12a,12b)의 윗 부분 뿐만 아니라 양쪽 전극 사이의 공간 부분까지 전체적으로 금 촉매층(14)을 20Å 정도의 두께로 형성하여 나노선(15)을 합성하면 도면에서 보는 바와 같이 나노선(15)이 백금 전극(12a,12b) 위와 백금 전극(12a,12b) 사이에 골고루 형성이 된다.
이 경우에는 백금 전극(12a,12b)과 성장된 산화주석 나노선(15) 사이에 얇은 비정질의 박막층(13)이 형성되는데, 이로 인해 가스 감응 감도가 크게 낮아지는 문 제가 있다.
따라서, 바닥층의 효과를 제거하기 위해서는 도 2의 (c) 도면과 같이 나노선(15)을 통해서만 전기전도가 이루어지도록 하여야 나노선의 우수한 가스 감응 특성을 효과적으로 발현케 할 수 있다.
도 2의 (c) 도면에 나타낸 구조를 구현하기 위한 공정은 다음과 같이 진행된다.
먼저, 웨이퍼(SiO2/Si 기판)(11) 위에 복수개의 백금 전극 쌍(12)을 포토 리소그라피(photo lithography) 공정과 리프트오프(lift-off) 공정을 이용하여 형성하였다(전극 패턴 형성).
각 백금 전극 쌍(12)을 구성하는 두 백금 전극(12a,12b)은 전기적으로 분리되게, 즉 웨이퍼(11) 상에서 소정 간격을 두고 이격되게 분리 형성된다.
상기 백금 전극(12a,12b)의 두께는 3000 ~ 8000 Å 정도로 하며, 각 백금 전극 쌍(12)에서 전극(12a,12b) 사이의 간격은 5 ~ 20 마이크로미터가 되도록 하는 것이 바람직하며, 예컨대 10 마이크로미터의 간격을 두고 이격되도록 두 전극을 형성하는 것이 가능하다.
상기 두 백금 전극(12a,12b) 사이의 간격을 5 ~ 20 마이크로미터로 하는 것이 중요한데, 5 마이크로미터 미만으로 하면 전극이 구조적으로 분리되어 형성되는 것 자체가 어려우며, 20 마이크로미터를 초과하여 전극을 형성하면 나노선들이 서로 네트워크로 연결되지 아니한다.
5 ~ 20 마이크로미터의 범위 내에서 간격을 작게 할수록 나노선들이 많이 연결되게 되어 센서의 저항치는 내려가고 간격을 넓게 할수록 나노선들이 적게 연결되게 되어 센서의 저항치는 올라가게 된다.
즉, 전극사이 간격의 조절을 통해 순수 공기 중에서 센서가 갖는 기본 저항값을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 각 백금 전극(12a,12b)에는 이온 스퍼터링 공정에 의해 금 촉매층(14)을 적층 형성한다.
이때, 금 촉매층(14)은 각 백금 전극(12a,12b)의 윗 부분에만 형성한다.
그리고, 금 촉매층(14)은 두께 20 ~ 100 Å로 형성하는 것이 바람직하며, 20 Å 미만으로 형성할 경우에는 촉매의 기능을 제대로 하지 못하게 되어 바람직하지 않으며, 100 Å을 초과하여 형성할 경우에는 금이 불필요하게 나노선 주위로 달라붙게 되어 가스 감응 감도가 저하되는 문제가 있어 바람직하지 않다.
도 2의 (c) 도면에서, 산화주석 나노선(15)은 금 촉매층(14)에서만 성장된다.
예를 들면, Si 전구체는 기판 표면 위의 금속(Au, Pt, Al 등) 촉매에 흡착되어 합금체를 형성하고, 계속되는 기체의 공급으로 인해 과포화, 핵생성, 재석출 과정을 거쳐 나노선이 성장한다.
따라서, 나노선의 끝부분에는 금속-전구체의 합금체로 보이는 구형이 존재하며, 이로부터 합성된 나노선이 공지의 기체-액체-고체(VLS;Vaper-Liquid-Solid) 기구에 의해 금 촉매층에서만 성장된다.
특히, 상기 두 백금 전극(12a,12b) 사이의 간격으로 인하여, 각 백금 전극 쌍(12)에서 각 백금 전극(12a,12b)의 금 촉매층(14) 위에 성장된 양측의 산화주석 나노선(15)들은 전극 사이에서 부양된 상태로 양측이 상호 접촉된 상태의 구조, 즉 네트워크 연결된 구조로 합성이 이루어진다.
즉, 양측 전극(12a,12b)의 산화주석 나노선(15)이 공중 부양된 상태에서 상호 간에 엮여져 있는 네트워크 연결 구조가 되는 것이다.
한편, 도 2의 (d) 도면은 (c) 도면에 나타낸 구조로부터 변형된 형태의 구조를 나타내고 있으며, 금 촉매층(14) 위에 절연층(clad layer)(16)을 형성함으로써 가스 감응에 기여하지 않는 불필요한 나노선 성장을 억제하는 방법을 나타내었다.
도 2의 (d) 도면에 나타낸 바와 같이, 금 촉매층(14) 위에 절연층(16)이 적층 형성되고, 이후 산화주석 나노선(15)을 성장시키는 바, 금 촉매층(14)의 노출된 측면부위에만 횡방향으로 산화주석 나노선(15)이 성장되어, 결국 양측 전극(12a,12b)의 산화주석 나노선(15)이 상호 간에 엮여져 있는 네트워크 연결 구조가 된다.
상기 절연층(16)으로는 SiO2, AlN, Si3N4, TiO2 등의 층이 적층 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 웨이퍼(1) 위에 여러 개의 백금 전극 쌍(12)을 포토 리소그라피(photo lithography) 공정과 리프트오프(lift-off) 공정을 이용하여 형성하고, 이후 금 촉매층(14)을 각 백금 전극(12a,12b) 위에 이온 스퍼터링 공정을 이용하여 적층 형성한 뒤, 산화주석 나노선(15)을 합성하는 과정으로 제조(선택적으로, 상기 산화주석 나노선의 합성 전에 상기 절연층을 적층 형성할 수 있음)함으로써, 대량의 소자를 일괄적으로 제작할 수 있는 장점이 있게 된다.
본 발명의 소자에서는 백금 전극(12a,12b) 위에 금 촉매층(14)을 적층하고 상기 금 촉매층(14)에 산화주석 나노선(15)들을 합성함으로써 금 촉매층(14)의 상면에서 상방향으로 성장된 산화주석 나노선(15)들이 웨이퍼 기판(11)과 이격된 상태이면서 전극(12a,12b) 사이에서 부양된 상태로 엮여져 네트워크 연결 구조를 형성하거나, 상기 금 촉매층(14) 위에 절연층(16)을 적층한 뒤 상기 금 촉매층(14)에 산화주석 나노선(15)들을 합성함으로써 금 촉매층(14)의 측면에서 횡방향으로 성장된 산화주석 나노선(15)들이 웨이퍼 기판(11)과는 이격된 상태이면서 전극(12a,12b) 사이에서 부양된 상태로 엮여져 네트워크 연결 구조를 형성하게 된다.
첨부한 도 3은 백금 전극 사이에 공중에 들뜬 구조로 산화주석 나노선을 정렬한 가스센서의 모식도 및 실제 구현된 나노선의 전자현미경 사진으로서, 전자현미경 사진은 도 2의 (c) 도면에 나타낸 구조를 따라 구현한 실제 산화주석 나노선 센서의 사진이다.
기판(substrate) 및 백금 전극(Pt) 등의 바닥층에 산화주석 나노선 또는 산화주석 박막의 형성 없이, 금 촉매층(Au) 위에 형성된 산화주석 나노선들이 공중으로만 네트워크로 연결된 형태를 보여주고 있다.
여기서, 네트워크로 연결된 형태란 각 백금 전극(Pt) 위의 금 촉매층(Au)에 각각 형성된 양측의 산화주석 나노선들, 즉 각 전극쪽의 나노선들이 상호 간에 접촉된 상태로 엮여진 상태를 말한다.
도면을 참조하면, 좌측의 백금 전극 위 금 촉매층에 형성된 산화주석 나노선들이 우측의 백금 전극 위 금 촉매층에 형성된 산화주석 나노선들과 접촉된 상태로 엮여져 네트워크로 연결됨을 볼 수 있다.
상기와 같이 산화주석 나노구조체를 형성한 상태에서 양측의 전극에 전기적 신호 전달을 위한 도전 와이어, 예를 들면 백금 와이어(Pt wire)를 연결하여 설치하면 가스센서의 기본 구성이 완성된다.
한편, 첨부한 도 4에는 도 2의 (d) 도면에 나타낸 구조를 따라 구현된 실제 산화주석 나노선 센서의 사진을 나타내었다.
기판 및 백금 전극 등의 바닥층에 산화주석 나노선 또는 산화주석 박막의 형성 없이, 노출된 금 촉매층(Au)의 측면에서 횡방향으로 성장한 산화주석 나노선들이 공중으로만 네트워크로 연결된 형태를 보여주고 있다.
상기와 같이 절연층을 적층 형성한 후 산화주석 나노선을 합성하게 되면, 양 전극쪽의 산화주석 나노선들이 상호 간에 잘 연결될 수 있고, 횡방향으로 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 보다 쉽게 엮여지면서 네트워크 연결을 형성할 수 있게 된다.
상기와 같이 절연층을 적층 형성한 후 산화주석 나노선을 합성하게 되면, 양 전극쪽의 산화주석 나노선들이 상호 간에 잘 연결될 수 있고, 횡방향으로 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 보다 쉽게 엮여지면서 네트워크 연결을 형성할 수 있게 된다.
또한 상하방향으로 얇은 두께의 나노선 네트워크 층이 형성되므로 반응속도가 좀더 빠르다는 장점이 있다.
이와 같이 산화주석 나노구조체를 형성한 상태에서 양측의 전극(Pt)에 전기적 신호 전달을 위한 백금 와이어(Pt wire)를 연결하여 설치하면 가스센서의 기본 구성이 완성된다.
도 3과 도 4에 나타낸 백금 와이어의 연결을 위해서는 기판 위에 형성된 백금 전극 패턴 위에 금 페이스트를 이용해 백금 와이어를 연결한 후, RTA(rapidly thermal annealing) 장비를 사용하여 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 700 ℃로 2시간 열처리한다.
그리고, 상기와 같이 하나의 웨이퍼 상에 복수개로 일괄 제조한 소자들을 각 소자별로 분리하기 위한 공정 및 통상의 후속공정을 거쳐 각각의 가스센서를 완성하게 된다.
이와 같이 웨이퍼 위에 두 백금 전극을 한 쌍으로 하는 복수개의 백금 전극 쌍을 형성하고, 이후 백금 전극 쌍들에 대하여 금 촉매층을 적층 형성하는 단계, 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계, 와이어를 연결 설치하는 단계를 웨이퍼 단위로 실시한 다음, 웨이퍼 상에 복수개로 일괄 제조한 소자들을 각 소자별로 분리하기 위한 공정을 거쳐 가스센서를 완성하게 되며, 이러한 과정을 통해 가스센서를 대량으로 제조할 수 있게 된다.
첨부한 도 5에는 가스센서로 활용하기 위하여 합성된 산화주석 나노선의 전자현미경 사진 및 X-선 회절 분석을 나타내었다.
먼저, 산화주석 나노선의 합성방법은 다음과 같다.
산화주석 나노구조체의 합성은 200 mesh 이하의 크기를 가지는 금속 주석 분말을 사용하는데, 우선 주석 분말을 알루미나 보트에 적정량을 채운 후, 이를 반응관 중앙에 위치시키고, 이후 제작된 전극 패턴을 반응로의 끝 쪽에 위치시킨다.
금 촉매가 활성화되고 나노선들이 효과적으로 합성될 수 있도록 하기 위하여, 반응로는 20 ~ 40 ℃/min의 승온속도로 반응온도 700 ~ 900 ℃까지 상승시킨 후, 반응온도에서 산소가스를 0.5 ~ 10 sccm, 희석가스인 아르곤(Ar)을 10 ~ 50 sccm 정도로 함께 흘려주면서 10 ~ 30 분 동안 유지시켜 산화주석 나노선을 합성한 다.
이때, 반응관 내의 전체 압력은 로터리 펌프를 사용하여 대략적으로 1 ~ 5 Torr로 유지한다.
그리고, 도 5의 전자현미경 사진을 통해 나타낸 바와 같이 산화주석 나노선의 지름은 대략 50 ~ 100 nm 정도로 하며, 그 길이는 수십 마이크로미터로 한다.
X-선 회절 분석 및 고분해능 전자현미경 분석 결과, 산화주석 나노선은 전형적인 정방정계(tetragonal) 결정 구조를 가지는 단결정임을 확인할 수 있다.
첨부한 도 6에는 제작된 산화주석 나노선 센서의 NO2 가스 감응 특성을 나타내었는 바, 먼저 전기적 신호 전달을 위한 백금 와이어를 설치하기 위하여 기판 위에 형성된 백금 전극 패턴 위에 금 페이스트를 이용해 백금 와이어를 연결한 후, RTA(rapidly thermal annealing) 장비를 사용하여 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 700 ℃로 2시간 열처리하였다.
이와 같이 제작된 산화주석 나노구조체의 가스센서 특성을 측정하기 위하여 반응로에 넣고 공기를 불어 넣어 일정 시간 동안 안정화시켰다.
가스센서의 측정온도는 25 ℃, 100 ℃, 200 ℃, 300 ℃로 단계별로 승온하여 각각의 온도에서 가스의 농도를 변화시켜 가스센서 특성을 평가하였다.
도 6에는 200 ℃에서 측정한 NO2 가스에 대한 네트워크된 산화주석 나노선 가스센서의 특성을 나타내었다.
센서에서의 감도 S(= Rg/Ra)는 공기 분위기하에 반응 후 저항값(Rg)을 초기저 항값(Ra)으로 나눈 값으로 나타내었으며, 응답 및 회복시간은 초기저항값(Ra)에서 반응 후 저항값을 뺀 90% 지점에서의 시간 범위로 계산하였다.
반응온도가 200 ℃인 경우 180 이상의 우수한 가스센서 특성을 나타내었다.
이때, 90% 반응속도 및 회복속도는 각각 50초와 20초로 측정되었다.
또한 가스의 농도가 0.5 ~ 5 ppm으로 증가할수록 감도가 높아졌으며, 이러한 결과는 기존에 보고된 산화주선 나노선 가스센서에 비해서 향상된 결과이다[E. Comini et al. Appl. Phys. Lett. 81, 1869 (2002)].
몇 가지 다른 온도와 다른 조건에서 측정된 가스 감응 특성을 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.
Figure 112006047480968-pat00001
상기 표 1은 가스 종류 및 온도에 따른 네트워크 나노선의 가스 감응 특성을 나타낸 것으로, 이와 같이 본 발명에서 구현한 네트워크되고 공중에 부양된 산화주석 나노선 가스센서의 가스 감응성이 우수한 특성을 가지는 이유는 크게 세 가지 측면에서 생각해 볼 수 있다.
첫째, 산화주석 나노선이 가지는 형상의 장점 및 단결정성이다.
본 발명의 가스센서에서 산화주석 나노선의 지름은 50 ~ 100 nm로서, 가스흡착 과정에서 흡착에 의한 공핍층 형성이 나노선의 지름과 비슷한 크기로 일어나게 되어, 결국 큰 가스 감응 감도를 나타내게 된다.
또한 나노선이 결함이 거의 없는 우수한 단결정성이므로, 고저항층인 입계(grain boundary)의 존재가 없어, 전류의 흐름에 의한 손실이 거의 없다.
둘째, 본 발명에서 구현된 나노구조체 가스센서는 나노선과 나노선이 서로 네트워크 구조로 연결된 형태를 가지므로, 사이의 연결부위에 전위 장벽층 (potential barrier) 가스 흡착에 따라 이러한 전위 장벽층의 크기가 변화되게 된다.
결국, 나노선의 가스 감응 효과와 전위장벽의 가스 감응 효과가 중첩되어 더 향상된 가스 감응 특성을 나타내게 된다.
셋째, 나노선들이 두 전극 사이에서 공중에 부양되고 성긴 구조를 하고 있기 때문에 NO2 가스 입자들의 확산이 잘 일어나고, 따라서 빠른 반응속도 및 회복속도를 나타내는 것으로 판단된다.
첨부한 도 7은 다른 형태의 구조체로 제작된 가스센서의 가스 감응 특성을 나타낸 것으로서, 백금 전극 사이에 나노선들이 분포하는 구조의 가스센서 및 벌크 형태로 제작된 기존 산화주석 가스센서의 경우 본 발명에 비해 감도도 낮고 반응속도도 떨어지는 것을 볼 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 산화주석 나노선을 구현함에 있어서 종래에 필수적으로 사용하였던 고비용의 전자빔 리소그라피 공정을 배제하고, 다중의 소자를 일괄 제작할 수 있는 공정기술을 제시하였다.
특히, 나노선 하나 하나에 대한 개별적인 전자빔 리소그라피 등의 공정이 없이 수십 ~ 수천 개의 가스센서 소자를 일괄제작하는 것이 가능하다.
따라서, 매우 저렴한 공정비용으로 나노선 기반의 가스센서를 구현하는 것이 가능하다.
더 나아가 본 발명의 나노선 가스센서는 기존의 벌크 형태, 박막 형태의 산화주석 가스센서에 비해 향상된 감도와 응답 특성을 보여준다.
따라서, 이러한 산화주석 나노선을 이용한 가스센서의 제작은 제품의 저가격화, 소형 경량화, 유해가스의 감지특성 향상 등의 특징을 갖는 우수한 반도체형 가스센서 생산에 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
상기한 본 발명의 가스센서는 감도가 우수하고 반응속도가 빨라서 자동차의 배기가스인 NOx 감지용 센서로 사용 가능하며, 이 외에도 다양한 배기가스 정화장치나 공해방지를 위한 각종 장치 및 시설에 가스감지를 위한 센서로서 널리 활용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 산화주석 가스센서에 있어서,
    기판과;
    상기 기판 위에 서로 간격을 두고 분리 형성된 두 하부 도전 전극과;
    상기 각 전극 위에 적층 형성된 금 촉매층과;
    상기 각 전극 위의 금 촉매층에 성장된 산화주석 나노선들과;
    전기적 신호 전달을 위하여 상기 각 전극에 연결 설치된 도전 와이어;
    를 포함하여 구성되고, 상기 두 전극의 금 촉매층 위에 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 두 전극 사이에서 기판과 이격되게 부양된 상태로 양측 상호 간에 엮여져 접촉되는 네트워크 구조로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 두 하부 도전 전극은 두께 3000 ~ 8000 Å, 간격 5 ~ 20 마이크로미터로 형성된 백금 전극인 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금 촉매층의 두께는 20 ~ 100 Å인 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서.
  4. 산화주석 가스센서에 있어서,
    기판과;
    상기 기판 위에 서로 간격을 두고 분리 형성된 두 하부 도전 전극과;
    상기 각 전극 위에 적층 형성된 금 촉매층과;
    상기 각 금 촉매층 위에 적층 형성된 절연층과;
    상기 각 전극 위의 금 촉매층에서 노출된 측면부위에 횡방향으로 성장된 산화주석 나노선들과;
    전기적 신호 전달을 위하여 상기 각 전극에 연결 설치된 도전 와이어;
    를 포함하여 구성되고, 상기 두 전극의 금 촉매층 측면부위에 횡방향으로 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 두 전극 사이에서 기판과 이격되게 부양된 상태로 양측 상호 간에 엮여져 접촉되는 네트워크 구조로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 두 하부 도전 전극은 두께 3000 ~ 8000 Å, 간격 5 ~ 20 마이크로미터 로 형성된 백금 전극인 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 금 촉매층의 두께는 20 ~ 100 Å인 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2, AlN, Si3N4, TiO2층 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서.
  8. 산화주석 가스센서의 제조방법에 있어서,
    기판 위에 서로 간격을 두고 분리된 두 하부 도전 전극을 형성하는 단계와;
    상기 각 전극 위에 금 촉매층을 적층 형성하는 단계와;
    상기 각 전극 위의 금 촉매층에 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계와;
    상기 각 전극에 전기적 신호 전달을 위한 도전 와이어를 연결 설치하는 단계;
    를 포함하고, 상기 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계에서, 두 전극의 금 촉매층 위에 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 두 전극 사이에서 기판과 이격되게 부양된 상태로 양측 상호 간에 엮여져 접촉되는 네트워크 연결 구조가 되도록 성장시키는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 두 하부 도전 전극을 형성하는 단계에서, 상기 전극은 백금을 사용하여 형성하고, 그 두께는 3000 ~ 8000 Å으로 형성하며, 두 전극 사이의 간격은 5 ~ 20 마이크로미터로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 금 촉매층은 20 ~ 100 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계에서, 상기 금 촉매층이 활성화된 상태에서 산화주석 나노선들이 합성될 수 있도록, 나노선 합성을 위한 반응로를 20 ~ 40 ℃/min의 승온속도로 반응온도 700 ~ 900 ℃까지 상승시킨 후, 상기 반응온도에서 산소가스를 0.5 ~ 10 sccm, 희석가스인 아르곤(Ar)을 10 ~ 50 sccm 정도로 함께 흘려주면서 10 ~ 30 분 동안 유지시켜 합성하는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 하부 도전 전극을 형성하는 단계에서 웨이퍼 위에 두 하부 도전 전극을 한 쌍으로 하여 복수개의 전극 쌍을 형성하고, 이후 전극 쌍들에 대하여 상기 금 촉매층을 적층 형성하는 단계, 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계, 도전 와이어를 연결 설치하는 단계를 웨이퍼 단위로 실시한 다음, 웨이퍼 상에 복수개로 일괄 제조한 소자들을 각 소자별로 분리하기 위한 공정을 거쳐 가스센서를 완성하는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법.
  13. 산화주석 가스센서의 제조방법에 있어서,
    기판 위에 서로 간격을 두고 분리된 두 하부 도전 전극을 형성하는 단계와;
    상기 각 전극 위에 금 촉매층을 적층 형성하는 단계와;
    상기 각 금 촉매층 위에 절연층을 적층 형성하는 단계와;
    상기 각 전극 위의 금 촉매층에서 노출된 측면부위에 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계와;
    상기 각 전극에 전기적 신호 전달을 위한 도전 와이어를 연결 설치하는 단계;
    를 포함하고, 상기 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계에서, 두 전극의 금 촉매층 측면부위에 횡방향으로 성장된 양측의 산화주석 나노선들이 두 전극 사이에서 기판과 이격되게 부양된 상태로 양측 상호 간에 엮여져 접촉되는 네트워크 연결 구조가 되도록 성장시키는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 두 하부 도전 전극을 형성하는 단계에서, 상기 전극은 백금을 사용하여 형성하고, 그 두께는 3000 ~ 8000 Å으로 형성하며, 두 전극 사이의 간격은 5 ~ 20 마이크로미터로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 금 촉매층은 20 ~ 100 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화 주석 나노선 가스센서.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2, AlN,Si3N4, TiO2 층 중에 선택된 것으로 형성하는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계에서, 상기 금 촉매층이 활성화된 상태에서 산화주석 나노선들이 합성될 수 있도록, 나노선 합성을 위한 반응로는 승온속도를 20 ~ 40 ℃/min로 하여 반응온도 700 ~ 900 ℃까지 상승시킨 후, 상기 반응온도에서 산소가스를 0.5 ~ 10 sccm, 희석가스인 아르곤(Ar)을 10 ~ 50 sccm 정도로 함께 흘려주면서 10 ~ 30 분 동안 유지시켜 합성하는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 하부 도전 전극을 형성하는 단계에서 웨이퍼 위에 두 하부 도전 전극을 한 쌍으로 하여 복수개의 전극 쌍을 형성하고, 이후 전극 쌍들에 대하여 상기 금 촉매층을 적층 형성하는 단계, 산화주석 나노선들을 성장시키는 단계, 도전 와이어를 연결 설치하는 단계를 웨이퍼 단위로 실시한 다음, 웨이퍼 상에 복수개로 일괄 제조한 소자들을 각 소자별로 분리하기 위한 공정을 거쳐 가스센서를 완성하는 것을 특징으로 하는 산화주석 나노선 가스센서의 제조방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101003649B1 (ko) 2008-09-12 2010-12-23 인하대학교 산학협력단 금속 산화물 나노선 센서 및 그 제조방법
KR101299079B1 (ko) * 2011-09-15 2013-08-27 인하대학교 산학협력단 Ｖ형 트렌치 적용 나노선 센서
CN111116232A (zh) * 2019-12-13 2020-05-08 苏州麦茂思传感技术有限公司 一种甲醛气体传感器敏感材料的合成方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07190979A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Riken Corp 湿度センサ
JPH10246714A (ja) 1997-03-04 1998-09-14 F I S Kk ガスセンサ材料
KR20020003464A (ko) * 2000-07-04 2002-01-12 이정욱 탄소나노튜브를 이용한 가스센서 및 그의 제조 방법
JP2002286673A (ja) 2001-03-28 2002-10-03 Denso Corp ガスセンサ及びその製造方法
JP2005134251A (ja) 2003-10-30 2005-05-26 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 薄膜ガスセンサ
KR20060076859A (ko) * 2004-12-29 2006-07-05 학교법인고려중앙학원 네트워크 형태로 연결된 반도체 나노선을 이용한 가스센서제작방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07190979A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Riken Corp 湿度センサ
JPH10246714A (ja) 1997-03-04 1998-09-14 F I S Kk ガスセンサ材料
KR20020003464A (ko) * 2000-07-04 2002-01-12 이정욱 탄소나노튜브를 이용한 가스센서 및 그의 제조 방법
JP2002286673A (ja) 2001-03-28 2002-10-03 Denso Corp ガスセンサ及びその製造方法
JP2005134251A (ja) 2003-10-30 2005-05-26 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 薄膜ガスセンサ
KR20060076859A (ko) * 2004-12-29 2006-07-05 학교법인고려중앙학원 네트워크 형태로 연결된 반도체 나노선을 이용한 가스센서제작방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101003649B1 (ko) 2008-09-12 2010-12-23 인하대학교 산학협력단 금속 산화물 나노선 센서 및 그 제조방법
KR101299079B1 (ko) * 2011-09-15 2013-08-27 인하대학교 산학협력단 Ｖ형 트렌치 적용 나노선 센서
CN111116232A (zh) * 2019-12-13 2020-05-08 苏州麦茂思传感技术有限公司 一种甲醛气体传感器敏感材料的合成方法

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