KR100792165B1 - Gas sensor and manufactutring method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 가스센서의 단면도1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to the prior art
도 2는 종래기술에 따라 가스 센서가 어레이된 상태를 도시한 개략적인 단면도2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which gas sensors are arrayed according to the prior art
도 3은 본 발명에 따른 가스 센서의 개략적인 단면도3 is a schematic cross-sectional view of a gas sensor according to the present invention;
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 가스 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도4A to 4D are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gas sensor according to the present invention.
도 5a와 5b는 본 발명에 따른 가스 센서의 단일 소자 영역을 도시한 평면도 및 단면도5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view showing a single device region of a gas sensor according to the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 가스 센서에 마이크로 펌프가 장착되어 있는 상태를 도시한 단면도6 is a cross-sectional view showing a state in which a micro pump is mounted on a gas sensor according to another embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 마이크로 펌프가 설치된 기판을 도시한 단면도 7 is a cross-sectional view showing a substrate on which a micropump is installed according to another embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 마이크로 펌프가 설치된 기판을 도시한 평면도8 is a plan view showing a substrate on which a micropump is installed according to another embodiment of the present invention.
도 9a와 9b는 본 발명에 따른 가스 센서의 마이크로 펌프 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도9A and 9B are schematic cross-sectional views for explaining the micropump operation of the gas sensor according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 가스 센서의 제 1 홈 내부에 복수개의 감지막이 위치되어 있는 상태를 도시한 단면도10 is a cross-sectional view showing a state in which a plurality of sensing films are positioned inside a first groove of a gas sensor according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 기판 101,102 : 관통홀100: substrate 101,102: through hole
110,111,112 : 절연막 210,220,230 : 단일소자용 전극110, 111, 112:
211,221 : 감지전극 212,222 : 히터전극211,221 sensing electrode 212,222 heater electrode
300 : 마스크층 311,312 : 개구300: mask layer 311,312: opening
251,252,253 : 감지막 400 : 마이크로 펌프251,252,253: detection membrane 400: micro pump
410 : 하부전극 420 : 압전체410: lower electrode 420: piezoelectric body
430 : 상부전극 510 : 가스 유통 채널430: upper electrode 510: gas distribution channel
521,522 : 홈 521,522: home
본 발명은 가스 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멤브레인(Membrane)을 형성하는 관통홀을 수직하게 형성함으로써 집적도를 향상시킬 수 있고, 마이크로 펌프를 구비하여 가스의 공급을 원활하게 하여 가스 감지 속도를 향상시킬 수 있는 가스 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas sensor and a method for manufacturing the same. More specifically, the integration degree can be improved by vertically forming a through hole forming a membrane, and a micro pump is provided to smoothly supply gas. It relates to a gas sensor and a method of manufacturing the same that can improve the gas detection speed.
현재, 전지구적인 관심사인 환경문제는 그 대상에 따라 대기환경, 수질환경 및 토양환경으로 나누어 볼 수 있다. At present, the environmental problem, which is a global concern, can be divided into air environment, water environment, and soil environment according to the object.
이중, 대기환경문제의 원인이 되고 있는 대기 오염은 단시간 내에 불특정 다수에게 치명적인 위해를 줄 수 있을 뿐만 아니라, 장기적으로 이상 기후 현상의 원인이 되고 있다. Among these, air pollution, which is a cause of air pollution, can cause fatal harm to an unspecified number of people in a short time, as well as cause abnormal weather phenomena in the long term.
따라서, 대기 환경 오염원을 연속적으로 모니터링하여 오염 배출원에 대한 규제를 적극적으로 시행할 필요가 있다. Therefore, it is necessary to actively monitor the air pollution source and to actively regulate the pollution source.
그리고, 다가오는 유비쿼터스 시대에 맞추어 실내 공기 질 또한 중요한 관심사로 생각되고 있어 휴대용 가스센서의 개발이 요구되고 있다.In addition, indoor air quality is also considered to be an important concern in the coming ubiquitous era, and thus the development of a portable gas sensor is required.
이런, 휴대용 가스센서는 전자산업의 발전과 소형화에 힘입어 저전력을 소모하고 작은 크기의 구조를 필요로 하고 있다. Such portable gas sensors require low power consumption and a small size structure due to the development and miniaturization of the electronics industry.
도 1은 종래 기술에 따른 가스센서의 단면도로서, 종래의 가스센서는 중앙 영역에 관통홀(11)이 형성된 실리콘 기판(20)과; 상기 실리콘 기판(20) 상부에 형성된 멤브레인(Membrane)막(30)과; 상기 관통홀(11)이 존재하는 멤브레인막(30) 상부에 형성된 감지 전극(40) 및 히터 전극(50)과; 상기 감지 전극(40) 및 히터 전극(50)을 감싸며, 상기 멤브레인막(30) 상부에 형성된 감지막(60)으로 구성된다.1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to the prior art, which includes a
여기서, 상기 감지막으로 사용되는 금속산화물들은 SnO2, TiO2, WO3, ZnO 등 의 물질들이 모재(母材)로 사용되고 있으며, 모재에 가스 감지의 감도를 높이기 위해 또는 여러 종류의 가스를 측정할 때 선택성을 높이기 위해 Pt, Pd, Au 등과 같은 첨가물들을 첨가하게 된다. Here, the metal oxides used as the sensing film are materials such as SnO 2 , TiO 2 , WO 3 , ZnO, and the like, and in order to increase the sensitivity of gas detection to the base metal or measure various kinds of gases. In order to increase the selectivity, additives such as Pt, Pd, and Au are added.
또한, 감지 전극은 상기 감지막의 전기 저항 변화를 측정하기 위하여 형성된다. In addition, a sensing electrode is formed to measure a change in electrical resistance of the sensing film.
이런, 가스센서는 히터 전극에 의해 일정 온도로 가열된 감지막이 가스에 노출되면 가스가 감지막의 금속산화물에 흡착되어 반응이 이루어져 금속산화물의 저항이 증가 또는 감소하게 된다.When the sensing film heated to a predetermined temperature by the heater electrode is exposed to the gas, the gas sensor may react with the gas by adsorbing to the metal oxide of the sensing film, thereby increasing or decreasing the resistance of the metal oxide.
따라서 가스 흡착에 의해 발생하는 금속산화물의 저항 변화를 감지 전극을 이용하여 측정함으로써 가스의 농도를 측정하게 된다. Therefore, the concentration of the gas is measured by measuring the resistance change of the metal oxide generated by gas adsorption using a sensing electrode.
한편, 맴브레인(Membrane)은 KOH 또는 TMAH(Tetra-methyl ammonium-hydroxide)의 식각용액으로 실리콘 기판을 이방성 습식 식각하면, 실리콘 기판의 배면이 사다리꼴 형상의 캐비티(Cavity) 구조로 제거되어, 실리콘 기판에는 관통홀이 형성되고, 상기 실리콘 기판 상부에 있는 멤브레인막은 관통홀에 의해 부상되어 맴브레인이 형성된다.On the other hand, the membrane (Membrane) is anisotropic wet etching of the silicon substrate with an etching solution of KOH or Tetra-methyl ammonium-hydroxide (TMAH), the back surface of the silicon substrate is removed in a trapezoidal cavity (cavity) structure, the silicon substrate Through-holes are formed, and the membrane film on the silicon substrate is floated by the through-holes to form a membrane.
맴브레인막으로 사용되는 재료로는 이방성 습식 식각시 실리콘보다 식각률이 매우 낮은 실리콘질화막(Si3N4) 또는 실리콘산화질화막(SiONx) 등이 사용되며, 이러한 재료들은 저압화학증기층착(LPCVD) 공정기술을 사용하여 실리콘 기판에 증착되어 사용된다. As the membrane film, silicon nitride film (Si 3 N 4 ) or silicon oxynitride film (SiON x ), which has a much lower etch rate than silicon during anisotropic wet etching, is used. These materials include low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) processes. The technique is used to deposit and deposit on a silicon substrate.
도 2는 종래기술에 따라 가스 센서가 어레이된 상태를 도시한 개략적인 단면도로서, 도 1의 구조에서, 멤브레인막(30) 상부에 복수개의 감지막(61,62)이 형성되어 있고, 이 감지막(61,62)은 감지 전극과 히터 전극을 감싸고 있고, 상기 감지막(61,62)에 대응되는 실리콘 기판(20)에는 관통홀(11a,11b)이 형성되어 있다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which gas sensors are arrayed according to the related art. In the structure of FIG. 1, a plurality of
전술된 바와 같이, 상기 관통홀(11a,11b)은 이방성 습식 식각하여 형성됨으로, 사다리꼴 형상으로 형성되는데, 이러한 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(11a,11b)에는 멤브레인막(30)을 부상시키기 위한 역할을 수행하지 않는 불필요한 'A','B','C','D' 영역이 존재하게 되어, 집적도를 향상시키는데 한계가 있다.As described above, the through
또한, 실리콘 이방성 습식식각으로 사다리꼴 형상의 관통홀을 형성하는데 대략 10시간 정도의 장시간이 소요되며, 이방성 습식식각 제조 공정상 하나의 가스센서 소자의 파손에 의해 주변 가스센서 소자의 파손이 쉽게 발생된다. In addition, it takes a long time of about 10 hours to form a trapezoidal through hole by silicon anisotropic wet etching, and breakage of a gas sensor element is easily caused by breakage of one gas sensor element in an anisotropic wet etching manufacturing process. .
그리고, 종래의 이방성 습식 식각 방식으로는 윗면에서 보았을 때 사각형 또는 다각형 형태의 얇은 맴브레인이 형성되며, 이와 같은 맴브레인이 높은 동작 온도에서 연속적으로 사용되게 되면 다각형 형태의 맴브레인 모서리 부분에 집중적으로 열응력을 받게 됨으로써 구조적으로 취약해 질 수 있는 문제점이 있다. In addition, in the conventional anisotropic wet etching method, a thin membrane of a rectangular or polygonal shape is formed when viewed from the top, and when such a membrane is continuously used at a high operating temperature, the thermal stress is concentrated on the edge of the polygonal membrane. There is a problem that can be structurally vulnerable.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 멤브레인(Membrane)을 형성하는 관통홀을 수직하게 형성함으로써 집적도를 향상시킬 수 있고, 마이크 로 펌프를 구비하여 가스의 공급을 원활하게 하여 가스 감지 속도를 향상시킬 수 있는 가스 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the problems described above, the present invention can improve the degree of integration by vertically forming a through hole forming a membrane, and is provided with a micro pump to facilitate the supply of gas to speed gas detection. An object of the present invention is to provide a gas sensor and a method of manufacturing the same.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 1 양태(樣態)는, A first preferred aspect for achieving the above objects of the present invention is
기판과; A substrate;
상기 기판 상부에 형성된 절연막과; An insulating film formed on the substrate;
상기 절연막 상부에 형성되고, 감지 전극과 히터 전극으로 각각 이루어진 복수개의 단일 소자용 전극과; A plurality of single element electrodes formed on the insulating film, each of which comprises a sensing electrode and a heater electrode;
상기 단일 소자용 전극들을 각각 감싸며, 상기 절연막 상부에 형성된 복수개의 감지막과; A plurality of sensing films surrounding the single device electrodes and formed on the insulating film;
상기 감지막에 대응하는 상기 기판 영역에 형성되며, 상기 절연막 하부를 노출시키고, 상기 절연막에 수직한 측벽을 갖는 복수개의 관통홀로 구성된 가스 센서가 제공된다.A gas sensor is formed in the substrate region corresponding to the sensing film, and is formed of a plurality of through holes exposing a lower portion of the insulating film and having sidewalls perpendicular to the insulating film.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 2 양태(樣態)는, A second preferred aspect for achieving the above objects of the present invention is
기판과; A substrate;
상기 기판 상부에 형성된 절연막과; An insulating film formed on the substrate;
상기 절연막 상부에 형성된 감지 전극 및 히터 전극과; A sensing electrode and a heater electrode formed on the insulating film;
상기 감지 전극 및 히터 전극을 감싸며, 상기 절연막 상부에 형성된 감지막과; A sensing film surrounding the sensing electrode and the heater electrode and formed on the insulating film;
상기 감지막에 대응하는 상기 기판 영역에 형성되며, 상기 절연막 하부를 노출시키는 관통홀과; A through hole formed in the substrate region corresponding to the sensing layer and exposing a lower portion of the insulating layer;
상기 절연막에 접합되어 있고, 일측에서 타측으로 연결되어 있는 가스 유통 채널이 하부면에 형성되어 있고, 상기 가스 유통 채널에 연결되어 있는 제 1과 2 홈이 하부면에 형성되어 있고, 상기 제 1 홈 내부에 감지막이 위치되어 있는 커버용 기판과; A gas distribution channel joined to the insulating film and connected from one side to the other side is formed in the lower surface, and first and second grooves connected to the gas distribution channel are formed in the lower surface, and the first groove is formed. A cover substrate having a sensing film positioned therein;
상기 제 2 홈에 대응되는 커버용 기판 상부면에 형성되어 있는 마이크로 펌프로 구성된 가스 센서가 제공된다.There is provided a gas sensor comprising a micropump formed on an upper surface of a cover substrate corresponding to the second groove.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 3 양태(樣態)는, A third preferred aspect for achieving the above objects of the present invention is
기판 상부에 제 1 절연막과 제 2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계와;Sequentially forming a first insulating film and a second insulating film on the substrate;
상기 기판 상부에 감지 전극과 히터 전극으로 이루어진 단일 소자용 전극을 복수개 형성하는 단계와;Forming a plurality of electrodes for a single element including a sensing electrode and a heater electrode on the substrate;
상기 제 2 절연막 상부에 상기 단일 소자용 전극들을 각각 감싸는 복수개의 감지막을 형성하는 단계와;Forming a plurality of sensing layers respectively surrounding the single device electrodes on the second insulating layer;
상기 복수개의 감지막 각각에 대응하는 개구가 형성된 마스크층을 상기 기판 하부에 형성하는 단계와;Forming a mask layer having an opening corresponding to each of the plurality of sensing layers under the substrate;
상기 마스크층으로 마스킹하여 상기 기판을 식각하여, 상기 제 1 절연막 하부가 노출되는 복수개의 관통홀을 상기 기판에 형성하는 단계와;Masking the substrate with the mask layer to etch the substrate to form a plurality of through holes in the substrate to expose the lower portion of the first insulating layer;
상기 마스크층을 제거하는 단계로 이루어진 가스 센서의 제조 방법이 제공된 다.There is provided a method of manufacturing a gas sensor comprising the step of removing the mask layer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 가스 센서의 개략적인 단면도로서, 기판(100)과; 상기 기판(100) 상부에 형성된 절연막(110)과; 상기 절연막(110) 상부에 형성되고, 감지 전극과 히터 전극으로 각각 이루어진 복수개의 단일 소자용 전극(210,220)과; 상기 단일 소자용 전극(210,220)들을 각각 감싸며, 상기 절연막(110) 상부에 형성된 복수개의 감지막(251,252)과; 상기 감지막(251,252)에 대응하는 상기 기판(100) 영역에 형성되며, 상기 절연막(110) 하부를 노출시키고, 상기 절연막(110)에 수직한 측벽을 갖는 복수개의 관통홀(101,102)로 구성된다.3 is a schematic cross-sectional view of a gas sensor according to the present invention, comprising: a
여기서, 상기 단일 소자용 전극(210,220)은 하나의 감지막에서 가스를 감지하기 위하여 필요로 하는 전극으로 정의된다.Here, the
이로써, 본 발명의 가스 센서는 절연막(110)에 수직한 측벽을 갖는 관통홀(101,102)을 형성하여, 어레이된 가스 센서의 집적도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the gas sensor of the present invention has the advantage of forming through
그러므로, 단위 면적당 보다 많은 가스센서를 어레이시킬 수 있는 것이다.Therefore, more gas sensors can be arrayed per unit area.
여기서, 상기 기판(100)은 실리콘 기판이고, 상기 절연막(110)은 후술되는 제조 방법에 의하여, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 적층시킨 구조로 형성하는 것이 바람직하다.Here, the
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 가스 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 먼저, 도 4a와 같이, 기판(100) 상부에 제 1 절연막(111)과 제 2 절연막(112)을 순차적으로 형성한다.4A to 4D are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gas sensor according to the present invention. First, as shown in FIG. 4A, a first
여기서, 상기 기판(100) 상부에는 단일 물질로 이루어진 절연막을 형성하여도 된다.Here, an insulating film made of a single material may be formed on the
그리고, 상기 기판(100)은 실리콘 기판이고, 상기 제 1 절연막(111)은 실리콘 산화막이며, 상기 제 2 절연막(112)은 실리콘 질화막이 바람직하다.The
이때, 실리콘 기판에 LPCVD 증착 또는 실리콘 습식 열산화 공정을 이용하여 실리콘 산화막을 약 2000~5000Å 정도 형성하고, 상기 실리콘 산화막 상부에 LPCVD 증착 공정으로 실리콘 질화막을 1~2㎛ 두께로 증착한다. At this time, a silicon oxide film is formed on the silicon substrate by using a LPCVD deposition or a silicon wet thermal oxidation process, and a silicon nitride film is deposited to a thickness of 1 to 2 μm by an LPCVD deposition process on the silicon oxide film.
그 후, 상기 기판(100) 상부에 감지 전극과 히터 전극으로 이루어진 단일 소자용 전극(210,220)을 복수개 형성한다.(도 4b)Thereafter, a plurality of
여기서, 상기 단일 소자용 전극(210,220)은 각각 감지 전극(211,221)과 히터 전극(212,222)을 구비하고 있다.Here, the
연이어, 상기 제 2 절연막(112) 상부에 상기 단일 소자용 전극(210,220)들을 각각 감싸는 복수개의 감지막(251,252)을 형성한다.(도 4c)Subsequently, a plurality of sensing
계속하여, 상기 복수개의 감지막(251,252) 각각에 대응하는 개구(311,312)가 형성된 마스크층(300)을 상기 기판(100) 하부에 형성한다.(도 4d)Subsequently, a
이어서, 상기 마스크층(300)으로 마스킹하여 상기 기판(100)을 식각하여, 상 기 제 1 절연막(111) 하부가 노출되는 복수개의 관통홀(101,102)을 상기 기판(100)에 형성한다.(도 4e)Subsequently, the
여기서, 상기 기판(100)이 실리콘 기판이고, 상기 제 1 절연막(111)이 실리콘 산화막이며, 상기 제 2 절연막(112)이 실리콘 질화막이면, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE)기술을 이용하여 실리콘 배면을 실리콘 산화막이 있는 곳까지 수직으로 식각한다. Here, if the
이때, 상기 실리콘과 실리콘 산화막의 식각률 차이는 100:1 이상으로 실리콘 산화막의 식각률이 낮기 때문에 실리콘산화막은 실리콘질화막의 식각 방지막으로 충분히 사용할 수 있게 된다. At this time, since the etching rate of the silicon oxide film is 100: 1 or more and the etching rate of the silicon oxide film is low, the silicon oxide film can be sufficiently used as an etching prevention film of the silicon nitride film.
마지막으로, 상기 마스크층(300)을 제거한다.(도 4f)Finally, the
도 5a와 5b는 본 발명에 따른 가스 센서의 단일 소자 영역을 도시한 평면도 및 단면도로서, 먼저, 도 5a에서, 절연막(110) 상부에는 감지 전극(211)과 히터 전극(212)이 형성되어 있고, 상기 감지 전극(211)과 히터 전극(212)을 감싸는 감지막(251)이 절연막(110) 상부에 형성되어 있다.5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view showing a single element region of a gas sensor according to the present invention. First, in FIG. 5A, a
이때, 도 5b와 같이, 상기 감지막(251) 하부에 위치하고 있는 기판(100)의 영역에는 관통홀(101)이 형성되어 있고, 상기 관통홀(101)에 대응되는 절연막(110) 영역은 멤브레인이 된다.In this case, as shown in FIG. 5B, a through
그리고, 도 5a의 원형의 점선 내측이 멤브레인이며, 멤브레인의 형상은 열응력을 균일하게 주변으로 분산시키기 위하여 원형으로 제작하는 것이 바람직하다.In addition, the inside of the circular dotted line of FIG. 5A is a membrane, and the shape of the membrane is preferably manufactured in a circle in order to uniformly disperse thermal stress to the periphery.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 가스 센서에 마이크로 펌프가 장착되 어 있는 상태를 도시한 단면도로서, 본 발명의 다른 실시예의 가스 센서에서는 감지막으로 가스의 공급을 원활하게 하도록, 마이크로 펌프를 설치하는 것이다.6 is a cross-sectional view showing a state in which a micro pump is mounted to a gas sensor according to another embodiment of the present invention. In the gas sensor according to another embodiment of the present invention, the micro pump may be configured to smoothly supply gas to a sensing film. To install.
이 가스 센서는 기판(100)과; 상기 기판(100) 상부에 형성된 절연막(110)과; 상기 절연막(110) 상부에 형성된 감지 전극(211) 및 히터 전극(212)과; 상기 감지 전극(211) 및 히터 전극(212)을 감싸며, 상기 절연막(110) 상부에 형성된 감지막(251)과; 상기 감지막(251)에 대응하는 상기 기판(100) 영역에 형성되며, 상기 절연막(110) 하부를 노출시키는 관통홀(101)과; 상기 절연막(110)에 접합되어 있고, 일측에서 타측으로 연결되어 있는 가스 유통 채널(510)이 하부면에 형성되어 있고, 상기 가스 유통 채널(510)에 연결되어 있는 제 1과 2 홈(521,522)이 하부면에 형성되어 있고, 상기 제 1 홈(521) 내부에 감지막(251)이 위치되어 있는 커버용 기판(500)과; 상기 제 2 홈(522)에 대응되는 커버용 기판(500) 상부면에 형성되어 있는 마이크로 펌프(400)로 구성된다.The gas sensor includes a
여기서, 상기 관통홀(101)은 상기 절연막(110)에 수직한 측벽을 갖는 것이 바람직하다.Here, the through
그리고, 상기 제 1과 2 홈(521,522)은 상기 가스 유통 채널(510)보다 더 오목한 것이며, 상기 기판(100)과 상기 커버용 기판(500)이 접합된 상태에서 상기 제 1과 2 홈(521,522)은 상기 가스 유통 채널(510)로만 가스 유통된다.The first and
더 세부적으로, 상기 마이크로 펌프(400)가 형성된 커버용 기판(500)의 하부면에는 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 커버용 기판(500)의 일측에서 타측으로 연결되어 있는 가스 유통 채널(510)과; 상기 가스 유통 채널(510)에 연결되어 있는 제 1과 2 홈(521,522)이 형성되어 있다.More specifically, as shown in FIGS. 7 and 8, the lower surface of the
그리고, 상기 제 2 홈(522)에 대응되는 커버용 기판(500) 상부면에는 마이크로 펌프(400)가 형성되어 있다.In addition, a
상기 마이크로 펌프(400)는 하부전극(410), 압전체(420)와 상부전극(430)이 순차적으로 적층되어 형성된 것이다.The
즉, 상기 하부 및 상부전극(410,430)을 통하여, 상기 압전체(420)에 교류를 인가하여, 압전체(420)의 수축 및 팽창으로 마이크로 펌프(400)는 가스의 펌핑(Pumping) 공정을 수행한다.That is, by applying alternating current to the
이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 홈(522)과 제 1 홈(521)에 연결되어 있는 가스 유통 채널(510)은 제 2 홈(522) 방향에서 제 1 홈(521) 방향으로 채널 폭이 점점 넓어지는 것이 바람직하다.In this case, as shown in FIG. 8, the
이렇게 채널홈 폭이 한쪽은 좁고 다른 한쪽으로 점차 넓어지는 구조를 갖으면, 마이크로 펌프의 펌핑 작용 중, 제 2 홈(522)이 마이크로 펌프에 의해 팽창일때 가스가 제 2 홈(521)으로 흡입되는 순 가스량을 증가시킬 수 있고, 제 2 홈(522)이 마이크로 펌프에 의해 수축될 때 제 1 홈(521)으로 배출되는 순 가스량을 증가시킬 수 있게 된다. 이로써 제 1 홈(521)에 위치한 센서쪽으로 외부 가스를 흡입하여 신속히 공급할 수 있게 된다.If the channel groove width is narrow in one side and gradually widened to the other side, gas is sucked into the
그러므로, 본 발명의 가스 센서는 마이크로 압전 펌프를 구비하여 가스의 공급 및 배출 속도가 증가되어, 가스 감지 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Therefore, the gas sensor of the present invention is provided with a micro piezoelectric pump to increase the supply and discharge speed of the gas, there is an advantage that can improve the gas detection speed.
도 9a와 9b는 본 발명에 따른 가스 센서의 마이크로 펌프 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 마이크로 펌프(400)의 압전체(420)에 교류를 인가하면, 교류의 + 성분과 - 성분에 따라 압전체(420)는 수축 및 팽창을 반복하게 되어, 마이크로 펌프(400)는 제 2 홈(522)으로 가스가 흡입되고, 배출되는 펌핑 공정을 반복적으로 수행한다.9A and 9B are schematic cross-sectional views for explaining the micropump operation of the gas sensor according to the present invention. When an alternating current is applied to the
즉, 도 9a와 같이, 압전체(420)의 수축 작용으로, 마이크로 펌프가 형성되어 있는 커버용 기판(500) 영역이 상부로 올라가서 외부의 가스가 가스 유통 채널(510)을 통하여, 제 2 홈(522)으로 흡입된다.That is, as shown in FIG. 9A, due to the contracting action of the
그리고, 도 9b에 도시된 바와 같이, 압전체(420)가 팽창하면, 마이크로 펌프가 형성되어 있는 커버용 기판(500) 영역이 하부로 내려가서 가스가 제 2 홈(522)의 가스가 제 1 홈으로 배출시킨다.As shown in FIG. 9B, when the
도 10은 본 발명에 따른 가스 센서의 제 1 홈 내부에 복수개의 감지막이 위치되어 있는 상태를 도시한 단면도로서, 즉, 이 가스 센서는 도 6의 가스 센서 구조에서, 감지 전극 및 히터 전극으로 이루어진 복수개의 단일 소자용 전극(210,220,230)이 절연막(110) 상부에 형성되어 있으며; 상기 복수개의 단일 소자용 전극(210,220,230) 각각을 감싸며 상기 절연막(110) 상부에 형성된 복수개의 감지막(251,252,253)이 형성되어 있고; 상기 복수개의 감지막(251,252,253)은 제 1 홈(521) 내부에 위치되어 있다.FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a state in which a plurality of sensing films are positioned inside a first groove of a gas sensor according to the present invention, that is, the gas sensor includes a sensing electrode and a heater electrode in the gas sensor structure of FIG. 6. A plurality of
그러므로, 감지막을 어레이시킨 가스 센서에도 마이크로 펌프를 설치할 수 있는 것이다.Therefore, a micropump can also be installed in the gas sensor which arrayed the sensing film.
상기 복수개의 단일 소자용 전극(210,220,230)은 감지 전극(211,221,231) 및 히터 전극(212,222,232)으로 이루어진다. The plurality of
결과적으로, 상기 감지 전극(211,221,231) 및 히터 전극(212,222,232)을 감싸고 있는 감지막은 복수개이다.As a result, there are a plurality of sensing layers surrounding the
그리고, 방법상으로, 도 4f의 공정이 완료된 후, 도 7과 같은 커버용 기판을 도 4f의 절연막 상부에 접합시키면, 도 10과 같은 가스 센서가 제조된다.Then, after the process of FIG. 4F is completed, the cover substrate shown in FIG. 7 is bonded to the upper portion of the insulating film of FIG. 4F.
이때, 커버용 기판의 제 1 홈 내부에 복수개의 감지막이 위치되도록 한다. In this case, the plurality of sensing films is positioned inside the first groove of the cover substrate.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 멤브레인에 수직한 측벽을 갖는 관통홀을 형성하여, 어레이된 가스 센서의 집적도를 향상시킬 수 있어, 단위 면적당 보다 많은 가스센서를 어레이시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention can form a through hole having sidewalls perpendicular to the membrane, thereby improving the degree of integration of the arrayed gas sensors, thereby having the effect of arranging more gas sensors per unit area.
본 발명은 마이크로 압전 펌프를 구비하여 가스의 공급 및 배출 속도가 증가되어, 가스 감지 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention is equipped with a micro piezoelectric pump to increase the supply and discharge speed of the gas, there is an effect that can improve the gas detection speed.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101525102B1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-06-03 | 전자부품연구원 | Micro gas-sonser and for manufacturing same |
CN111007109A (en) * | 2019-12-24 | 2020-04-14 | 华中科技大学 | Gradient microporous filtration gas sensor and preparation method thereof |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020060713A (en) * | 1999-10-20 | 2002-07-18 | 덴턴 마이클 | Method and device for pumping oxygen into a gas sensor |
JP2003065990A (en) | 2001-08-27 | 2003-03-05 | Denso Corp | Gas sensor and its fabricating method |
JP2003172720A (en) | 2001-12-07 | 2003-06-20 | Figaro Eng Inc | Gas sensor and manufacturing method therefor |
JP2003279523A (en) | 2002-03-26 | 2003-10-02 | Fuji Electric Co Ltd | Membrane gas sensor |
JP2004317496A (en) | 2003-03-31 | 2004-11-11 | Ngk Insulators Ltd | Gas sensor |
KR20050051884A (en) * | 2003-11-28 | 2005-06-02 | 주식회사 오토전자 | Micro gas sensor array and method for manufacturing the sensor |
KR20060009559A (en) * | 2004-07-26 | 2006-02-01 | 전자부품연구원 | Gas sensor and method for fabricating the same |
-
2006
- 2006-06-30 KR KR1020060060952A patent/KR100792165B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020060713A (en) * | 1999-10-20 | 2002-07-18 | 덴턴 마이클 | Method and device for pumping oxygen into a gas sensor |
JP2003065990A (en) | 2001-08-27 | 2003-03-05 | Denso Corp | Gas sensor and its fabricating method |
JP2003172720A (en) | 2001-12-07 | 2003-06-20 | Figaro Eng Inc | Gas sensor and manufacturing method therefor |
JP2003279523A (en) | 2002-03-26 | 2003-10-02 | Fuji Electric Co Ltd | Membrane gas sensor |
JP2004317496A (en) | 2003-03-31 | 2004-11-11 | Ngk Insulators Ltd | Gas sensor |
KR20050051884A (en) * | 2003-11-28 | 2005-06-02 | 주식회사 오토전자 | Micro gas sensor array and method for manufacturing the sensor |
KR20060009559A (en) * | 2004-07-26 | 2006-02-01 | 전자부품연구원 | Gas sensor and method for fabricating the same |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101525102B1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-06-03 | 전자부품연구원 | Micro gas-sonser and for manufacturing same |
CN111007109A (en) * | 2019-12-24 | 2020-04-14 | 华中科技大学 | Gradient microporous filtration gas sensor and preparation method thereof |
CN111007109B (en) * | 2019-12-24 | 2021-05-18 | 华中科技大学 | Gradient microporous filtration gas sensor and preparation method thereof |
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