KR100864504B1 - Ｎｄｉｒ 가스 센서용 고감도 적외선 감지 소자 및 그제조방법 - Google Patents
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Abstract
NDIR 가스 센서용 고감도 적외선 감지 소자 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명은, 적어도 그 일면에 형성된 지지층을 갖는 기판; 그리고 상기 지지층상에 형성된 절연층;을 포함하고,
상기 기판 상부에는 요홈이 형성되어 있으며, 상기 요홈 상부에는 감지부와 그 감지부의 양측방으로 감지부를 지지하는 지지부가 형성되어 있으며, 그리고
상기 감지부와 지지부 각각은, 상기 절연층상에 형성된 전극패턴과,
상기 전극패턴 상에 형성된 보호층패턴을 포함하고,
상기 감지부는, 상기 절연층내 지지층상에 형성된 반사층패턴과 상기 보호층 패턴내 절연층상에 형성되어 상기 전극패턴과 연결되도록 구성된 감지층패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자 및, 그 제조방법에 관한 것이다.
NDIR, 가스센서, 적외선, MEMS
Description
도 1은 종래 기술에 따른 파이로일렉트릭형 적외선 감지 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 써모파일형 적외선 감지 소자를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 볼로메타형 적외선 감지 소자를 나타낸 도면으로,
도 3(a)는 종래 몸체미세가공을 이용한 볼로메타형 적외선 감지 소자를, 그리고
도 3(b)는 종래의 표면미세가공을 이용한 볼로메타형 적외선 감지 소자를 나타낸다.
도 4는 도 3(a)의 볼로미터 소자의 지지부, 즉, 지지다리를 나타내는 도면이다.
도 5는 통상의 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하나의 감지 센서를 포함한 감지소자를 나타낸 도면이다.
도 7은 개별의 감지 소자를 N×M으로 병렬배열하여 이루어진 감지소자를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 적외선 감지 소자를 나타낸 평면도이다.
도 8(a)는 본 발명에 따른 적외선 감지 소자를 이루는 센서에 대한 측면도이다.
도 8(b)는 단일 감지 센서를 이용하여 본 발명의 적외선 감지소자를 구현한 경우를 나타내는 측면도이다.
도 8(c)는 개별 감지 센서들을 M×N 병렬연결하여 본 발명의 적외선 감지 소자를 구현한 경우를 나타내는 측면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 적외선 감지 소자의 지지다리의 모습과 지지다리의 구조적, 기계적 특성을 해석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 감지 소자의 제조공정을 나타내는 공정도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
210: 기판 230: 지지층
235: 반사층 패턴 250: 절연층
255: 감지층 패턴 253: 전극패턴
270:보호층 패턴 290:신호전극
본 발명은 비분산 적외선(NDIR:Non-Dispersive infrared, 이하, NDIR이라 함) 방식의 광학식 가스 센서용 적외선 감지 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 볼로메타(bolometer) 형태의 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS:Micro Electro Mechanical System) 구조를 이용한 이산화탄소 가스 센서용 고감도 적외선 감지 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
공기 중 이산화탄소 농도의 증가는 산소 결핍증으로 인한 생명체에 미치는 피해뿐만 아니라, 온실효과에 의해 대기의 온도를 증가시키는 지구 전체적인 문제로 대두 되고 있다. 따라서 국지적인 이산화탄소 농도를 연속적으로 측정하고 그 발생원의 통제와 대처 방안을 강구함으로써, 대기 및 작업환경의 보호와 개선책을 마련하는 일이 시급한 실정이다. 이에 따라 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 장치의 개발이 매우 필요하다.
이러한 이산화탄소를 감지하는 종래기술로서 파이로일렉트릭(pyroelectric) 감지소자를 이용하는 방법이 있다. 도 1은 파이로일렉트릭 감지소자를 이용한 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자 도면이다.
상기 파이로일렉트릭 감지소자의 경우, 세라믹을 사용함으로써 반도체 공정을 이용한 제조이 어려우며, 또한 적외선을 흡수하기 위한 흡수층의 두께가 수 마이크로미터 정도로 두꺼워 열용량이 클 뿐만 아니라 적외선에 대한 감지도가 108정도로 낮은 단점이 있으며, 공정상의 패터닝이 쉽지 않다. 아울러, 계속적으로 적외선에 노출될 경우, 적외선 감지 물질의 초전성이 사라지기 때문에 적외선을 주기적으로 입사시키기 위한 기계적인 초퍼(chopper)를 사용하게 되며, 이로 인해 이산화 탄소 가스 센서의 부피가 커지고 초퍼의 기계적 안정성과 이를 신호 증폭회로에 연동시키는데 매우 어려운 단점이 있다.
또다른 종래기술의 예로서 써모파일(thermopile) 감지소자를 이용하는 방법을 들 수 있다. 도 2는 써모파일 감지소자를 이용한 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자를 나타내는 도면이다. 상기 써모파일 감지소자의 경우, 복수 개의 열전쌍들을 직렬로 연결시켜야 하기 때문에 부피가 크고, 적외선을 흡수하기 위한 흡수층의 두께가 수십 마이크로미터 정도로 매우 두꺼워 열용량이 클 뿐만 아니라 이러한 큰 열용량으로 인해 107~108 정도의 낮은 적외선 감지도를 나타낸다. 또한 주위의 온도변화에 따른 신호의 잡음이 큰 단점이 있다.
또다른 종래기술의 예로서 볼로메타(bolometer)형 적외선 감지소자가 있다. 구체적으로, 도 3(a)는 종래 몸체미세가공을 이용한 볼로메타형 적외선 감지 소자를, 그리고 도 3(b)는 종래 표면미세가공을 이용한 볼로메타형 적외선 감지 소자를 나타낸다. 한편, 도 4는 상기 도 3(a)의 볼로미터 소자의 지지다리를 나타내는 도면이다.
그런데 도 3(a)의 볼로메타 감지소자의 경우, 적외선의 감지도가 108~109정도로 좋지만 몸체미세가공으로 제작되므로 감지막의 부양(floating)을 위한 실리콘 벌크 에칭시 실리콘 기판의 뒷면을 가공하여 제작해야 하므로 공정시간이 긴 단점이 있다. 또한 도 4와 같이 적외선의 수광 면적을 증가시키기 위해 병렬형태로 배열할 경우, 지지다리가 차지하는 면적이 매우 넓어 개별 소자의 부피가 매우 커지는 단점이 있다. 이를 고려하여, 도 3(b)와 같이 부양(floating) 구조의 개별 소자를 표면미세가공기술을 이용하여 M x N으로 배열한 논문이 Texas Instruments사에서 발표되었다. 하지만 표면미세가공으로 제작된 floating 구조의 경우. 희생층을 제거한 후 부양(floating) 구조 자체의 왜곡으로 인해 신호의 잡음이 발생하고 제조공정의 단계가 매우 많고 복잡한 단점이 있다.
따라서 현재 각광받고 있는 우수한 성능의 이산화탄소 가스 센서는 NDIR 방식의 센서이다. NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서는 이산화탄소가 특정 파장의 적외선을 흡수하는 성질을 이용한다. 즉, 이산화탄소의 양이 변화함에 따라 적외선 감지 소자에 입사하는 적외선 양의 변화를 측정함으로써 이산화탄소의 농도를 측정하는 방식이다. 도 5는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서의 개략도이다. 상기 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서(10)는 적외선 발광 램프를 이용한 적외선 발광부(1)와 광 도파로(3) 그리고 적외선을 흡수하는 적외선 감지 소자(5)로 구성된다. 그리고 상기 적외선 감지 소자 전단에는 소망하는 파장(4.6㎛)의 적외선을 필터링하는 적외선 필터(7)가 형성되어 있다. 이러한 구성품들 중에서 이산화탄소 가스 센서의 성능을 향상시키기 위해서는 적외선을 흡수하는 적외선 감지 소자(5)의 성능이 중요하다.
상기 NDIR 방식의 센서에서 사용되는 적외선 감지 소자에는 파이로일렉트릭(pyroelectric), 볼로메타(bolometer), 써모파일(thermopile)등의 열형 감지소자 가 사용되고 있다. 이러한 소자들은 입사하는 적외선 열에너지의 양에 따라 변화되는 물질의 물리적 특성을 전기적 신호화하여 적외선을 감지한다. 그러나 이러한 감지소자들도 상술한 바와 같은 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
열용량이 작고 반응속도가 빠르며, 신호 대 잡음(S/N)비가 크고 신뢰성이 뛰어날 뿐만 아니라 기계적 초퍼를 사용하지 않아 제조된 이산화탄소 가스 센서의 부피를 작게 할 수 있으며, 또한 개별 소자를 M ×N 병렬로 배열함으로써 전체 소자의 열용량 증가없이 일정 규격의 센서 내에서 적외선의 수광 면적을 탄력적으로 증가시킬 수 있는 NDIR방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자를 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 적외선 감지소자를 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
적어도 그 일면에 형성된 지지층을 갖는 기판; 그리고
상기 지지층상에 형성된 절연층;을 포함하고,
상기 기판 상부에는 요홈이 형성되어 있으며,
상기 요홈 상부에는 감지부와 그 감지부의 양측방으로 감지부를 지지하는 지지부가 형성되어 있으며, 그리고
상기 감지부와 지지부 각각은,
상기 절연층상에 형성된 전극패턴과,
상기 전극패턴 상에 형성된 보호층패턴을 포함하고,
상기 감지부는,
상기 절연층내 지지층상에 형성된 반사층패턴과 상기 보호층 패턴내 절연층상에 형성되어 상기 전극패턴과 연결되도록 구성된 감지층패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자에 관한 것이다.
또한 본 발명은,
적어도 그 일면에 지지층을 갖는 기판을 마련하는 공정;
상기 지지층 상부 소정의 위치에 통상의 사진식각공정으로 반사층 패턴을 형성하는 공정;
상기 반사층 패턴이 형성된 기판 상부에 절연층을 형성하는 공정;
상기 반사층 패턴을 갖는 절연층 상부에 통상의 사진식각공정으로 감지층 패턴을 형성하는 공정;
상기 감지층 패턴이 형성된 기판 상부 소정의 위치에 통상의 사진식각공정으로 전극패턴을 형성한 후, 열처리하는 공정;
상기 전극패턴이 형성된 기판 상부에 보호층을 형성한 후, 통상의 사진식각공정으로 보호층 패턴을 형성하는 공정; 및
상기 보호층 패턴이 형성된 기판을 에칭함으로써 그 기판 상부에 요홈을 형성하는 공정;을 포함하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자 제조방법에 관한 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하나의 감지 센서를 포함한 감지소자를 나타낸 도면이며, 도 7은 개별의 감지 센서를 N×M으로 병렬배열하여 이루어진 감지소자를 나타내는 평면도이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 감지 소자는 감지부(110)와 지지부(130)를 포함하며, 상기 지지부(130)는 감지부(110)에서 감지한 신호를 기판 상부 측단부에 위치한 신호전극(150)에 전달하는 역할을 하도록 구성되어 있다. 한편, 도 7은 이러한 개별의 감지 센서들이 다수 N×M으로 병렬배열된 경우를 나타내는 사시도로서, 이들 개별 감지 센서들에서 감지된 신호 또한 기판 외측 상단에 위치한 신호전극에 전달되도록 구성되어 있다.
도 8(a)은 이러한 본 발명에 따른 적외선 감지 소자에 대한 측면도이다.
도 8(a)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 감지 소자(200)는, 적어도 그 일면에 형성된 지지층(230)을 갖는 기판(210)과 상기 지지층(230)상에 형성된 절연층(250)을 포함하여 구성된다. 상기 기판(210)으로는 실리콘 기판을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 지지층(230)은 열적고립구조 형성을 위한 것으로, 대략 4000Å 두께의 저응력의 실리콘 질화막임이 바람직하다.
또한 상기 기판(210) 상부에는 요홈(215)이 형성되어 있고, 그 형성된 요홈(215) 상부에는 감지부(A)와 그 감지부(A)를 지지하는 지지부(B)가 형성되어 있다. 상기 감지부(A)는 이산화탄소를 감지하는 역할을 하며, 상기 지지부(B)는 상기 감지부에서 감지된 신호를 도시되지 않은 외부 신호전극에 전달하는 역할을 할 뿐만 아니라, 상기 감지부(A)를 상기 기판의 요홈(215) 상부에서 지지하는 역할을 한다.
본 발명의 감지소자(200)를 이루는 상기 감지부(A)는, 상기 절연층(250)내 지지층(230)상에 형성된 반사층패턴(235)과 상기 절연층(250)상에 형성된 감지층패턴(255)을 포함한다. 이러한 감지층패턴(255)은 감지물질로서 VOx. a-Si, V-W-O등의 물질을 이용함이 바람직하다.
상기 반사층패턴(235)은 상기 지지층(230) 위에서 적외선 반사에 의한 공진효과를 도모하기 위해 형성되는 것으로, 금속 박막으로 형성될 수 있다. 예컨대,대략 1000Å 두께로 증착된 알루미늄 또는 크롬/금으로 형성됨이 바람직하다.
또한 상기 절연층(250)은 상기 반사층패턴(235)과 감지층패턴(255) 사이의 절연과 적외선 공진 작용을 위해 형성하는 것이며, 대략 두께 2000Å의 실리콘 질화막으로 형성됨이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 감지소자(200)를 이루는 상기 감지부(A)와 지지부(B) 각각은 상기 절연층(250)상에 형성된 전극패턴(253)과, 그 전극패턴(253)을 갖는 기판상에 형성된 보호층패턴(270)을 포함한다. 상기 전극패턴(253)은 금속박막의 형 태로서 상기 감지부(A)의 감지층패턴(255)에 연결되어, 그 감지층패턴(255)에서 감지된 적외선 흡수에 관한 신호를 외부 신호전극에 전달하는 역할을 한다.
또한 상기 보호층패턴(270)은 그 하부 적외선 감지 소자를 전체적으로 보호하기 위한 것으로서, 대략 두께 4000Å의 실리콘 질화막으로 형성됨이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 감지소자는 그 상부에 요홈을 갖는 기판 상부에 감지부(A)와 그 감지부(A)를 지지하는 지지부(B)를 포함하며, 바람직하게는 상기 지지부(B)는 지그재그 형태로 구성되는 것이다.
한편 상기와 같이 구성된 본 발명의 적외선 감지 소자는 단일 센서를 이용할 수도 있으며, 다수의 센서들을 병렬연결하여 사용할 수도 있다.
도 8(b)는 단일 센서를 이용하여 적외선 감지소자를 구현한 경우로서, 절연층이 형성된 기판의 상부 양단에 신호전극(290)이 형성되어 있으며, 상기 감지부(A)에서 감지된 신호가 지그재그 구조의 지지부(B)를 통하여 상기 신호전극(290)에 연결되도록 구성됨을 알 수 있다. 이러한 신호전극(290)은 통상의 금속패드로 이루어질 수 있다.
그리고 도 8(c)는 개별 감지 센서들을 M×N 병렬연결하여 적외선 감지 소자를 구성한 경우, 그 병렬연결을 이루는 개별 센서를 나타내는 측면도이다. 도 8(c)와 같이, 이 경우 상기 절연층이 형성된 기판 상부 양단에는 상기 감지부(A)와 지지부(B)와 동일하게 보호층패턴(270)이 형성되어 있으며, 이러한 보호층패턴내 상기 절연층(250)상에 형성된 지지다리, 즉, 지그재그 형태의 전극패턴을 통하여 개 별 센서들이 상호 전기적으로 연결되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 개별센서를 M×N 병렬연결하여 적외선 감지 소자를 구현함으로써 열용량의 증가 없이 적외선의 수광면적을 탄력적으로 증가시킬 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명에 따른 적외선 감지 소자의 지지부를 나타내는 지지다리의 모습과 지지다리의 구조적, 기계적 특성을 해석한 결과를 나타낸 도면이다. 도 9에 나타난 바와 같이, 본 발명의 감지 소자에서는 공중에 부양된 개별 센서들을 지지하기 위한 지지부, 즉, 지지다리를 스프링 모양의 지그재그 형태로 형성함으로써 기계적, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 흡수층의 쳐짐이나 구조의 왜곡으로 인한 특성 저하를 최소화할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 적외선 감지 소자의 제조방법을 설명한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 감지 소자(300)의 제조공정을 나타내는 개략도이다.
도 10(a)에 나타난 바와 같이, 먼저, 적어도 그 일면에 지지층(330)을 갖는 기판(310)을 마련한다. 상기 기판으로는 실리콘기판을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 지지층(330)은 상기 기판(310)의 상,하부에 열적고립구조를 위하여 마련되며, 바람직하게는 저압 화학 증기 증착(LPCVD:Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD:Plasma Enhenced Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 저응력의 실리콘 질화막을 지지층(330)으로 형성하는 것이다.
다음으로, 본 발명에서는 도 10(b)와 같이, 상기 지지층 상부 소정의 위치에 통상의 사진식각공정으로 반사층 패턴(340)을 형성한다. 상기 반사층 패턴(340)은 상기 지지층(330) 위에서 적외선 반사에 의한 공진효과를 위해 형성시킨다. 그리고 상기 반사층 패턴(340)은 통상의 사진식각공정을 이용하여 금속박막을 증착한 후 패턴닝함으로써 형성시킬 수 있다.
그리고 본 발명에서는 도 10(c)와 같이, 상기 반사층 패턴(340)이 형성된 기판상에 절연층(350)을 형성한다. 상기 절연층(350)은 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자가 제조되는 공정 온도 등을 고려하여 LPCVD, PECVD 등으로 증착형성됨이 바람직하며, SiNx로 형성하는 것이 소망스럽다. 이러한 절연층은 상기 형성된 반사층 패턴(340)과 후술하는 감지층 패턴 사이에서 절연 및 적외선 공진 작용을 한다.
이어, 본 발명에서는 도 10(d)와 같이, 상기 절연층(350)이 형성된 기판 소정의 위치, 즉, 상기 반사층 패턴(340)을 갖는 절연층(350)의 상부에 감지층 패턴(360)을 형성한다. 상기 감지층 패턴(360)은 감지물질로서 VOx. a-Si, V-W-O등의 물질을 이용함이 바람직하다. 그리고 이러한 감지층 패턴(360)은 상기 절연층(350)상에 감광성필름을 도포후 노광, 현상함으로써 패턴을 형성하고, 이후 상기 감지물질을 증착형성후 상기 필름을 제거하는 통상의 사진식각공정으로 제조될 수 있다.
그리고 본 발명에서는 도 10(e)와 같이, 상기 감지층 패턴(360)이 형성된 기판 상부에 금속전극패턴(370)을 형성한다. 이러한 전극패턴(370)은 상기 감지층 패턴(360) 상부에만 감광성 필름 패턴을 형성하고, 이후 금속을 증착한후 상기 필름을 제거함으로써 형성할 수 있다. 상기 패턴(370)은 전도성을 갖는 다양한 금속을 증착시켜 형성할 수 있으며, 본 발명에서는 그 금속의 종류 및 조성, 증착방법 등에 제한되는 것은 아니다.
한편, 이러한 전극패턴(370)은 상기 감지층 패턴(360)의 양측방에서 연결되어 그 감지층 패턴(360)에서 감지된 신호를 외부로 전달하는 역할을 한다. 이때, 하나의 감지센서를 이용하는 본 발명의 감지 소자를 제조하는 경우, 도 10(f)와 같이, 기판의 상부 양단부에 신호전극으로 이용할 수 있는 신호전극 패턴(375)을 형성하며, 상기 전극패턴(370)은 상기 신호전극 패턴(375)과 연결된다. 그러나 다수의 센서들이 N×M 병렬연결하여 감지 소자를 제조하는 경우, 그 내부를 이루는 단위 개별 센서들에 대해서는 신호전극 패턴 제조가 필요하지 않음은 자명하며, 이때에는 개별 센서들간 상술한 전극패턴에 의해 상호 연결된다.
이어, 본 발명에서는 상기 전극패턴(370)이 형성된 기판을 열처리하는데, 이러한 열처리에 상기 형성된 감지층 패턴(360)의 상부가 산화처리된다. 이러한 산화처리에 의해 상기 감지층 패턴(360)을 이루는 물질이 비정질화되어 보다 우수한 적외선 감지능을 나타낼 수 있다. 본 발명은 상기 열처리온도에 제한되는 것은 아니며, 예컨대 대략 300℃ 정도로 열처리함이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에서는 도 10(h)와 같이, 상기 감지층 패턴(360)과 전극패턴(370)이 형성된 기판 상부에 보호층 패턴(390)을 형성한다. 상기 보호층 패턴(390)은 후속하는 실리콘 벌크 에칭 공정에서 상기 제조된 적외선 감지소자를 보호하기 위한 층이다. 이러한 보호층 패턴(390)은 LPCVD,PECVD법 등을 이용하여 실리콘 질화막을 증착하여 형성함이 바람직하다. 그리고 상기 보호층패턴(390)은 통상의 사진식각공정을 통하여 유효하게 제조할 수 있다.
한편, 이때, 기판 상부 양단부에 신호전극 패턴(375)을 가지는 경우에는 그 신호전극 패턴(375)상의 보호층은 도 10(f)와 같이 먼저 개방(opening)한다. 이후, 도 10(g)와 같이, SiN 보호층 패턴(390)을 형성한다.
상기와 같은 보호층패턴(390)의 형성으로 감지부(A)와 상기 감지부(A)를 지지하는 지지부(B)가 형성됨을 알 수 있으며, 이러한 지지부(B)는 지그재그 패턴의 지지다리로 형성되어 외부의 신호전극 또는 다른 개별 센서의 전극패턴과 연결되도록 구성할 수 있다.
이어, 본 발명에서는 도 10(h)와 같이, 상기 보호층 패턴(390)이 형성된 기판을 벌크 습식 에칭함으로써 상기 기판 상부에 요홈(H)을 형성한다. 상기 습식에칭제로는 KOH가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 요홈(H)은 그 상부에 형성된 적외선 흡수소자에 대하여 열적 고립구조를 형성함으로써 보다 우수한 이산화탄소 가스 감지용 적외선 감지 소자를 얻을 수 있도록 하여 준다.
상술한 제조공정으로 제조된 본 발명의 이산화탄소 가스 센스용 감지 소자는 MEMS 공정을 이용함으로 그 제조가 간단하며 일괄 생산이 가능하고 재연성이 높고 대량생산이 가능하다. 또한 고수율로 센서를 대량 생산 가능함으로써 제조 원가가 저렴한 광학식 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자를 효과적으로 제공할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 본 발명은 그 일실시예를 근거하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 첨부된 특허청구범위에 속하는 기술적 범위내에서 당업자에게 다양한 개조 및 변형이 가능하며, 이러한 개조 등이 특허청구범위 범위내라면 모두 본 발명의 권리범위에 속함은 이해되어야 할 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 센서를 제작함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 얇은 적외선 흡수층을 사용함으로 적외선의 감도가 좋고, 반응속도가 빠르며,
둘째, MXN으로 흡수층 구조를 병렬 배열함으로써 열용량은 증가시키지 않으면서 적외선의 수광 면적은 증가시켰으며,
셋째, 부양된 흡수층을 위한 지지부, 즉, 지지다리를 스프링 구조로 형성함으로써 소자의 구조적, 기계적 안정성을 향상시켰고,
넷째, 지그재그 형태의 지지부, 즉 지지다리 구조로 인해 길이가 긴 지지다리에도 불구하고 흡수층의 병렬 배열이 가능하며,
다섯째, 실리콘 기판의 하부를 벌크 에칭하지 않고, 실리콘 기판의 상부를 벌크 에칭함으로써 공정시간을 단축했고,
여섯째, MEMS 몸체미세가공방법으로 제작되어 제작이 간편하고, 센서의 크기를 작게 할 수 있으며, 대량생산이 가능하다.
Claims (12)
- 적어도 그 일면에 형성된 지지층을 갖는 기판; 그리고상기 지지층상에 형성된 절연층;을 포함하고,상기 기판 상부에는 요홈이 형성되어 있으며,상기 요홈 상부에는 감지부와 그 감지부의 양측방으로 감지부를 지지하는 지지부가 형성되어 있으며, 그리고상기 감지부와 지지부 각각은,상기 절연층상에 형성된 전극패턴과,상기 전극패턴 상에 형성된 보호층패턴을 포함하고,상기 감지부는,상기 절연층내 지지층상에 형성된 반사층패턴, 그리고 상기 보호층 패턴내 절연층상에 형성되어 상기 전극패턴과 연결되도록 구성된 감지층패턴을 포함하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 기판 상부 양단에 신호전극이 형성되어 있으며, 그리고 상기 지지부의 전극패턴이 상기 신호전극에 연결되어 있음을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기와 같이 구성된 감지 소자들을 M×N으로 병렬 연결되 어있음을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 지지부는 그 지지다리가 지그재그 구조임을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 지지층은 저응력 실리콘 질화막으로 이루어짐을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 반사층 패턴은 알루미늄 또는 크롬/금으로 이루어짐을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 절연층은 실리콘 질화막으로 이루어짐을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 감지층 패턴은 VOx, a-Si, V-W-O중 선택된 하나의 물질의 적외선 감지막으로 이루어짐을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 보호층 패턴은 실리콘 질화막으로 이루어짐을 특징으 로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자.
- 적어도 그 일면에 지지층을 갖는 기판을 마련하는 공정;상기 지지층 상부 소정의 위치에 통상의 사진식각공정으로 반사층 패턴을 형성하는 공정;상기 반사층 패턴이 형성된 기판 상부에 절연층을 형성하는 공정;상기 반사층 패턴을 갖는 절연층 상부에 통상의 사진식각공정으로 감지층 패턴을 형성하는 공정;상기 감지층 패턴이 형성된 기판 상부 소정의 위치에 통상의 사진식각공정으로 전극패턴을 형성한 후, 열처리하는 공정;상기 전극패턴이 형성된 기판 상부에 보호층을 형성한 후, 통상의 사진식각공정으로 보호층 패턴을 형성하는 공정; 및상기 보호층 패턴이 형성된 기판을 에칭함으로써 그 기판 상부에 요홈을 형성하는 공정;을 포함하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 기판의 에칭은 KOH 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 지지층과 보호층 각각은 LPCVD와 PECVD법 중 선택된 하나의 방법을 이용하여 증착 형성됨을 특징으로 하는 NDIR 방식의 이산화탄소 가스 센서용 적외선 감지 소자 제조방법.
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