KR100895071B1 - Hydrogen sensor using resistance temperature detector and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 측온저항체를 이용한 수소 누설 검지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 수소가스를 검출하는 접촉 연소식 수소 누설 검지센서에 있어서; SOI 기판과; 상기 SOI 기판의 상,하 양면에 형성된 실리콘 산화막과; 상기 SOI 기판의 상면에 형성된 실리콘 산화막의 상부에 Ti로 형성된 제1접착층과; 상기 제1접착층 상면에 형성된 코일 형상의 백금 히터와; 상기 백금 히터를 완전히 덮도록 백금 히터상에 형성된 제1알루미나 절연막과; 상기 제1알루미나 절연막의 상면에 Ti로 형성된 제2접착층과; 상기 제2접착층의 상면에 백금으로 형성된 측온저항체와; 상기 측온저항체의 상면에 형성된 제2알루미나 절연막과; 상기 제2알루미나 절연막의 상면에 Ti로 형성된 제3접착층과; 상기 제3접착층 상면에 형성된 백금촉매층과; 상기 SOI 기판의 하면에 형성된 실리콘 산화막과 SOI 기판이 건식 에칭되어 형성된 백에칭부를 포함하여 구성된 측온저항체를 이용한 수소 누설 검지센서 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a hydrogen leak detection sensor using a resistance thermometer and a manufacturing method thereof, comprising: a contact combustion type hydrogen leak detection sensor for detecting hydrogen gas; An SOI substrate; Silicon oxide films formed on both upper and lower surfaces of the SOI substrate; A first adhesive layer formed of Ti on the silicon oxide film formed on the top surface of the SOI substrate; A coil-shaped platinum heater formed on an upper surface of the first adhesive layer; A first alumina insulating film formed on the platinum heater so as to completely cover the platinum heater; A second adhesive layer formed of Ti on an upper surface of the first alumina insulating film; A resistance thermometer formed of platinum on an upper surface of the second adhesive layer; A second alumina insulating film formed on an upper surface of the RTD; A third adhesive layer formed of Ti on an upper surface of the second alumina insulating film; A platinum catalyst layer formed on an upper surface of the third adhesive layer; Provided is a hydrogen leakage detection sensor using a RTD including a silicon oxide film formed on a bottom surface of the SOI substrate and a back etching portion formed by dry etching of the SOI substrate, and a method of manufacturing the same.
이에 따라, 본 발명은 측온저항체를 히터와 같이 사용함으로써 히터의 열화로 인한 손상 및 저항의 큰 경시변화 등에 의한 영향없이 수소의 농도를 안정적으로 측정할 수 있고, 또 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술이 적용되므로 낮은 가격으로 대량생산이 가능하며, 저전력 구동 및 소형화가 가능하다.Accordingly, the present invention can be used to measure the concentration of hydrogen stably without affecting damage due to deterioration of the heater and a large change in resistance over time by using the RTD as a heater, and also MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology This makes it possible to mass-produce at a low price, and to enable low power operation and miniaturization.
수소센서, 백금, MEMS, SOI, 접촉 연소식, 촉매, 측온저항체 Hydrogen sensor, platinum, MEMS, SOI, catalytic combustion, catalyst, resistance thermometer
Description
본 발명은 측온저항체를 이용한 수소 누설 검지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측온저항체를 이용하여 히터의 열화로 인한 손상이나 저항의 큰 경시변화 등의 영향없이 수소 농도의 측정이 가능하며, MEMS 공정을 통해 소형화가 가능하고, 고감도, 저전력화할 수 있도록 한 측온저항체를 이용한 수소 누설 검지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen leakage detection sensor using a RTD and a method for manufacturing the same. More specifically, the RTD can be measured without using a RTD without affecting damage caused by deterioration of a heater or large changes in resistance over time. In addition, the present invention relates to a hydrogen leak detection sensor using a resistance thermometer and a method for manufacturing the same, which can be miniaturized through a MEMS process and can be made highly sensitive and low power.
일반적으로 화석연료의 전망은 밝지 않다. 2003년, 영국 정유회사 브리티시페트롤리엄(BP)은 화석연료의 가채 매장량이 원유는 40년, 천연가스는 62년, 석탄은 216년을 쓸 만큼 남아 있다고 분석했다. 하지만 중국, 인도와 같은 거대 에너지 소비국의 등장으로 이 보다는 더 짧아질거라 예상된다. 이에 화석연료를 수소에너지로 대체하려는 연구가 세계적으로 이루어지고 있다.In general, the outlook for fossil fuels is not bright. In 2003, British refinery British Petroleum (BP) estimated that fossil fuel reserves remained 40 years of crude oil, 62 years of natural gas and 216 years of coal. But with the advent of big energy consumers like China and India, it is expected to be shorter. Therefore, research to replace fossil fuels with hydrogen energy is being conducted worldwide.
이에 따른 에너지 수급 문제에 대한 대체 에너지원으로 각광 받고 있는 것이 수소에너지이다.Hydrogen energy is receiving attention as an alternative energy source for the energy supply and demand problem.
수소는 청정 에너지원으로서 세계적으로 연구가 이루어지고 있고, 현재 연료 전지, 내연기관 등 여러분야에서 활용되고 있으며, 수년 내로 연료전지 자동차, 발전동력 등의 분야에서 소비가 확대될 것으로 예상된다.Hydrogen is being researched worldwide as a clean energy source, and is currently being used in fuel cells and internal combustion engines. It is expected that consumption will increase in the fields of fuel cell vehicles and power generation power generation in the coming years.
그러나, 수소는 인화점이 높고, 일정 농도 이상이 되면 폭발하는 성질이 있어 이를 다루는 과정에서 수소의 누설 여부를 감지할 수 있는 수소센서의 필요성이 중요시되고 있다.However, since hydrogen has a high flash point and explodes when it is above a certain concentration, the need for a hydrogen sensor that can detect the leakage of hydrogen in the process of dealing with it is important.
예컨대, 연료전지는 수소와 산소의 화학반응을 통해 전기를 생성하지만 수소의 폭발범위가 4~75%로 매우 넓고, 대기상에서 0.02mJ만의 에너지로도 점화가 되기 때문에 연료전지를 사용하는데 있어 폭발위험은 매우 큰 문제, 또 확산 계수가 매우 높아 대부분의 소재를 통하여 쉽게 확산되어 특정 용기에 가둬 두는 것이 매우 어렵다는 문제 등으로 인해 경우에 따라서는 대략 1000ppm~4%의 수소농도까지 감지할 수 있는 수소 누설 검지센서가 반드시 요구되어야 하는 실정에 있다.For example, fuel cells generate electricity through the chemical reaction between hydrogen and oxygen, but the explosion range of hydrogen is 4 ~ 75%, and the ignition is possible even with energy of 0.02mJ in the atmosphere. Is a very big problem, and the diffusion coefficient is so high that it can easily diffuse through most materials, making it difficult to trap in a specific container. In some cases, it can detect hydrogen concentrations of about 1000 ppm to 4%. Detecting sensors are required.
현재 개시된 수소 누설 검지센서는 후막이나 박막형 재료를 이용하는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)와, MISFET(Metal Insulator Semiconductor FET) 등의 반도체 제조기술을 이용하여 제조하고 있어 소비전력이 적고, 소형화가 용이하다는 장점이 있기는 하지만 장기간 사용시 히터의 열화 및 크랙에 의한 저항변화 및 손상에 대한 결점을 가지고 있다, 즉, 히터는 극세 배선의 얇은 백금막이고 막 두께가 얇은 대신 폭이 넓기 때문에 특정 부분에서 전류의 집중현상이 일어나기 쉬워 국소적인 발열에 의한 고온 산화, 크랙 등의 문제를 야기시켜 결국 히터의 저항변화와 손상을 초래하여 센서의 수명을 단축시키는 단점이 있었다.Currently disclosed hydrogen leakage detection sensor is manufactured by using semiconductor manufacturing technology such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) and MISFET (Metal Insulator Semiconductor FET) using thick film or thin film material, so it has low power consumption and easy to miniaturize. Although there is a defect in the resistance change and damage caused by the deterioration and crack of the heater in a long time use, that is, the heater is a thin platinum film of the fine wiring and the film thickness is wide instead of thin so that the concentration of current in a certain part Phenomena tend to occur, causing problems such as high temperature oxidation and cracks due to local heat generation, which in turn causes a resistance change and damage of the heater, thereby shortening the life of the sensor.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 수소 누설 검지센서, 특히 접촉 연소식 수소센서를 소형화하고, 이에 따른 구동 소비전력도 낮추면서 히터를 이용한 수소 반응분위기와 백금족 촉매를 활용하되 검지부에 히터와 측온저항체를 별도로 구성함으로써 히터의 열화 및 손상을 방지하여 센서의 수명을 연장하고, 보다 고감도의 수소 누설 검지센서 및 그 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and has been created to solve this problem. The hydrogen leakage detection sensor, in particular, a contact combustion type hydrogen sensor, can be miniaturized, and the driving reaction power can be lowered. The main purpose is to extend the life of the sensor by preventing the deterioration and damage of the heater by using the atmosphere and the platinum group catalyst, but by separately configuring the heater and the RTD in the detection unit, and to provide a more sensitive hydrogen leakage detection sensor and its manufacturing method. have.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 수소가스를 검출하는 접촉 연소식 수소 누설 검지센서에 있어서; SOI 기판과; 상기 SOI 기판의 상,하 양면에 형성된 실리콘 산화막과; 상기 SOI 기판의 상면에 형성된 실리콘 산화막의 상부에 Ti로 형성된 제1접착층과; 상기 제1접착층 상면에 형성된 코일 형상의 백금 히터와; 상기 백금 히터를 완전히 덮도록 백금 히터상에 형성된 제1알루미나 절연막과; 상기 제1알루미나 절연막의 상면에 Ti로 형성된 제2접착층과; 상기 제2접착층의 상면에 백금으로 형성된 측온저항체와; 상기 측온저항체의 상면에 형성된 제2알루미나 절연막과; 상기 제2알루미나 절연막의 상면에 Ti로 형성된 제3접착층과; 상기 제3접착층 상면에 형성된 백금촉매층과; 상기 SOI 기판의 하면에 형성된 실리콘 산화막과 SOI 기판이 건식 에칭되어 형성된 백에칭부를 포함하여 구성된 측온저항체를 이용한 수소 누설 검지센서를 제공한다.The present invention provides a contact combustion type hydrogen leakage detection sensor for detecting hydrogen gas in order to achieve the above technical problem; An SOI substrate; Silicon oxide films formed on both upper and lower surfaces of the SOI substrate; A first adhesive layer formed of Ti on the silicon oxide film formed on the top surface of the SOI substrate; A coil-shaped platinum heater formed on an upper surface of the first adhesive layer; A first alumina insulating film formed on the platinum heater so as to completely cover the platinum heater; A second adhesive layer formed of Ti on an upper surface of the first alumina insulating film; A resistance thermometer formed of platinum on an upper surface of the second adhesive layer; A second alumina insulating film formed on an upper surface of the RTD; A third adhesive layer formed of Ti on an upper surface of the second alumina insulating film; A platinum catalyst layer formed on an upper surface of the third adhesive layer; Provided is a hydrogen leakage detection sensor using a resistance thermometer including a silicon oxide film formed on the bottom surface of the SOI substrate and a back etching portion formed by dry etching the SOI substrate.
이때, 상기 백금 히터와 측온저항체에는 1개의 검지소자와 3개의 보상소자가 대칭되도록 형성되고, 각 소자에는 2개씩 총 16개의 패드가 형성되는 것에도 그 특징이 있다.At this time, one detector element and three compensation elements are formed in the platinum heater and the RTD so as to be symmetrical, and a total of 16 pads are formed in each of the two elements.
또한, 상기 실리콘 산화막은 4000-6000Å의 두께로 형성되고, 상기 제1,2,3접착층은 100-300Å의 두께로 형성되며, 상기 백금 히터는 1000-3000Å의 두께로 형성되고, 상기 제1,2알루미나 절연막은 2500-5000Å의 두께로 형성되며, 상기 측온저항체는 500-1500Å의 두께로 형성되고, 상기 백금촉매층은 200-700Å의 두께로 형성되는 것에도 그 특징이 있다.In addition, the silicon oxide film is formed to a thickness of 4000-6000Å, the first, 2, 3 adhesive layer is formed to a thickness of 100-300Å, the platinum heater is formed to a thickness of 1000-3000Å, the first, The alumina insulating film is formed to a thickness of 2500-5000Å, the RTD is formed to a thickness of 500-1500Å, and the platinum catalyst layer is characterized in that it is formed to a thickness of 200-700Å.
아울러, 본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 수소 누설 검지센서를 제조하는 방법에 있어서; SOI 기판을 구비한 후 그 상,하 양면에 건식 산화방식으로 SiO2를 증착하여 4000-6000Å의 두께로 실리콘 산화막을 형성하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 형성된 실리콘 산화막중 SOI 기판 상면에 형성된 것 위에 Ti로 제1접착층을 100-300Å의 두께로 형성하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 형성된 제1접착층 위에 백금 히터를 증착하고 리프트오프법을 이용하여 코일 형태로 패터닝하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 패터닝된 백금 히터가 묻히도록 Al2O3를 2500-5000Å의 두께로 스퍼터링하여 제1알루미나 절연막을 증착하고 패터닝하는 제4단계와; 상기 제4단계에서 패터닝된 알루미나 절연막 위에 Ti로 제2접착층을 100-300Å의 두께로 형성하는 제5단계와; 상기 제5단계에서 형성된 제2접착층 위에 백금 소재로 측온저항체를 500~1500Å의 두께로 증착하고, 상기 백금 히터와 동일 형상이 지만 서로 엇갈리도록 패터닝하는 제6단계와; 상기 제6단계에서 형성된 측온저항체 위에 제2알루미나 절연막을 2500-5000Å의 두께로 스퍼터링하여 증착하고 패터닝하는 제7단계와; 상기 제7단계에서 형성된 제2알루미나 절연막 위에 Ti로 제3접착층을 100-300Å의 두께로 형성하는 제8단계와; 상기 제8단계에서 형성된 제3접착층 위에 백금촉매층을 200-700Å의 두께로 형성한 다음 리프트오프법으로 패터닝하는 제9단계와; 상기 제9단계후 수소센서의 뒷면을 이루는 실리콘 산화막과 SOI 기판을 드라이에칭하여 식각하는 제10단계로 이루어지는 측온저항체를 이용한 수소 누설 검지센서 제조방법도 제공한다.In addition, the present invention, in order to achieve the above technical problem, a method for manufacturing a hydrogen leakage detection sensor; A first step of forming a silicon oxide film having a thickness of 4000-6000Å by depositing SiO 2 on both sides of the SOI substrate by dry oxidation on top and bottom thereof; A second step of forming a first adhesive layer with a thickness of 100-300 GPa over Ti formed on the top surface of the SOI substrate among the silicon oxide films formed in the first step; A third step of depositing a platinum heater on the first adhesive layer formed in the second step and patterning the coil in a coil form using a lift-off method; A fourth step of depositing and patterning a first alumina insulating film by sputtering Al 2 O 3 to a thickness of 2500-5000 kPa so that the platinum heater patterned in the third step is buried; A fifth step of forming a second adhesive layer with a thickness of 100-300 GPa on Ti on the alumina insulating film patterned in the fourth step; A sixth step of depositing a resistance thermometer with a thickness of 500 to 1500 kW on a second adhesive layer formed in the fifth step, and patterning the same as the platinum heater but staggering from each other; A seventh step of depositing and patterning a second alumina insulating film having a thickness of 2500-5000 kV over the RTD formed in the sixth step; An eighth step of forming a third adhesive layer with a thickness of 100-300 GPa over Ti on the second alumina insulating film formed in the seventh step; A ninth step of forming a platinum catalyst layer on the third adhesive layer formed in the eighth step to a thickness of 200-700 Å and then patterning by a lift-off method; After the ninth step, there is also provided a method of manufacturing a hydrogen leakage detection sensor using a RTD comprising a tenth step of etching and etching the silicon oxide film forming the back surface of the hydrogen sensor and the SOI substrate.
본 발명은 측온저항체를 히터와 같이 사용함으로써 히터의 열화로 인한 손상 및 저항의 큰 경시변화 등에 의한 영향없이 수소의 농도를 안정적으로 측정할 수 있고, 또 MEMS 기술이 적용되므로 낮은 가격으로 대량생산이 가능하며, 저전력 구동 및 소형화가 가능하다.The present invention can stably measure the concentration of hydrogen without damage caused by deterioration of the heater and large time-varying change in resistance by using the RTD together with the heater. It is possible to drive low power and miniaturization.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 접촉 연소식 수소 누설 검지센서의 기본구성을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 접촉 연소식 수소 누설 검지센서의 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 접촉 연소식 수소 누설 검지센서의 제조공정을 보인 공정도이다.1 is a cross-sectional view showing a basic configuration of a contact combustion type hydrogen leakage detection sensor according to the present invention, Figure 2 is a plan view of a contact combustion type hydrogen leakage detection sensor according to the present invention, Figure 3 is a contact combustion type according to the present invention It is a process chart which shows the manufacturing process of a hydrogen leakage detection sensor.
먼저, 본 발명에 따른 접촉 연소식 수소 누설 검지센서는 검지부에 히터와 측온저항체를 별도로 갖추도록 하여 손상되기 쉽고 경시변화가 큰 히터의 영향없이 측온저항체에 의하여 수소의 농도를 측정할 수 있도록 한 것이다.First, the contact combustion type hydrogen leakage detection sensor according to the present invention is provided with a heater and a RTD separately in a detection unit so that the concentration of hydrogen can be measured by the RTD without the influence of a heater that is easily damaged and has a large change over time. .
이를 위해, 본 발명은 기판(Substrate)으로 SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼를 사용하고, 이 기판상에 초기 산화막을 입힌후 히터를 형성하며, 히터와 측온저항체 사이에 절연막을 배치하는데, 이 절연막은 히터와 측온저항체 사이의 전기적 간섭을 차단하는 동시에 열전도가 우수해야 하므로 알루미나, 질화알루미늄 등이 사용됨이 바람직하다.To this end, the present invention uses a silicon on insulator (SOI) wafer as a substrate, forms an heater after applying an initial oxide film on the substrate, and arranges an insulating film between the heater and the RTD. It is preferable to use alumina, aluminum nitride, or the like because it should be excellent in thermal conductivity while blocking electrical interference between the heater and the RTD.
그리고, 백금을 이용하여 측온저항체를 코일 형상으로 형성한 후 다시 절연막을 배치하고, 그 위에 백금촉매막을 형성한 다음 최종적으로 센서의 뒷면을 드라이 에칭하는 것에 의해 수소센서가 구성될 수 있다.The hydrogen sensor may be configured by forming an RTD in a coil shape using platinum and then again placing an insulating film, forming a platinum catalyst film thereon, and finally dry etching the rear surface of the sensor.
본 발명의 바람직한 실시예는 도 1의 예시와 같이, SOI 기판(100)이 마련되고, 상기 SOI 기판(100)의 상,하면 양측에는 절연체(SiO2)가 도포되어 실리콘 산화막(200)이 형성된다.In an exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, an
이때, 상기 실리콘 산화막(200)은 본 발명 수소센서의 지지대 역할 뿐만 아니라 히터나 촉매에서부터 나오는 열이 외부로 분산되는 것을 방지하는 역할을 하기도 한다.In this case, the
그리고, 백금 히터(400)를 형성하기 위해 Ti를 사용하여 제1접착층(300)이 형성되는데, 상기 제1접착층(300)은 상기 실리콘 산화막(200)과 백금 히터(400)의 접착성을 높여주기 위한 것이다.In addition, a first
여기에서, Ti와 Pt를 차례로 스퍼터링하여 형성한 다음 리프트오프(Lift-off)법으로 백금 히터(400)를 패터닝하며, 상기 백금 히터(400)의 전기적 간섭을 차단하기 위해 제1알루미나 절연막(500)을 사용하여 상기 백금 히터(400)를 완전히 덮어줌이 바람직하다.Here, Ti and Pt are sequentially formed by sputtering, and then the
또한, 상기 백금 히터(400)는 코일 형태로 형성됨이 바람직하다.In addition, the
이때, 상기 제1알루미나 절연막(500)의 두께는 공정시 촉매와 히터가 쇼트(short)되지 않도록 충분한 두께를 가져야 하지만 너무 두꺼우면 센서의 감도를 떨어뜨리므로 공정 장치 및 환경에 따라 다르지만 히터 두께의 150% 정도가 바람직하다.At this time, the thickness of the first alumina
이어, 측온저항체(610)가 형성되는데, 상기 측온저항체(610)는 백금으로 형성됨이 바람직하며, 부착성 향상을 위해 Ti를 주성분으로 하는 제2접착층(600)을 상기 제1알루미나 절연막(500) 위에 미리 증착됨이 바람직하다.Subsequently, a
그리고, 측온저항체(610) 위에 제2알루미나 절연막(630)이 다시 형성된다.Then, the second alumina
이후, 촉매층이 형성되게 되는데 바람직하기로는 백금촉매층(700)을 형성함이 좋고, 이때 또한 Ti를 사용하여 제3접착층(630)을 형성함으로써 백금촉매층(700)과 제2알루미나 절연막(620) 사이의 접착력을 높이도록 함이 더욱 바람직하다.Subsequently, the catalyst layer is formed, and preferably, the
여기에서, 수소센서의 4개 소자중 하나의 소자에 해당하는 면적에만 백금촉매층(700)을 형성하도록 하여 검지소자와 보상소자로 구분 지을 수도 있을 것이다.Here, the
마지막으로, 센서의 열적 효율 및 분포를 향상시키기 위해 건식(Dry etching)으로 SOI 기판(100)의 뒷면을 식각하여 백에칭부(800)를 형성함으로써 본 발명 수소 누설 검지센서가 완성된다.Finally, the hydrogen leakage detection sensor of the present invention is completed by forming the
예컨대, 도 2는 본 발명의 접촉 연소식 수소 누설 검지센서의 평면도로서, 센서의 신호는 외부시스템에서 브릿지 회로를 이용하여 출력을 얻기 때문에 센서는 서로 대칭되게 1개의 검지소자(DE)와 3개의 보상소자(CE)로 구성될 수 있다.For example, Figure 2 is a plan view of the contact combustion hydrogen leakage detection sensor of the present invention, since the sensor signal is output by using a bridge circuit in an external system, the sensor is symmetrical to each other and one detection element (DE) and three It may be composed of a compensation element (CE).
이는 각자 서로 개방되어 있어 하나의 소자에 2개의 패드(P), 즉 히터와 측온저항체 각각에 대해 각 8개의 패드(P)로 구성될 수 있으므로 총 16개이며, 패드(P)의 간격은 일정하게 유지되도록 하여 서로에 대한 간섭을 최소화하고, 측온저항체의 경우 휘스톤 브리지 회로를 이용하여 수소 농도에 대한 전기적 신호를 얻을 수 있으며, 히터의 경우는 각 패드(P)가 노출되어 있으므로 상황에 따라 능동적인 회로적용이 가능하게 된다.They are open to each other and can be composed of two pads (P) in each element, that is, eight pads (P) for each of the heater and the resistance thermometer. To minimize interference with each other, and in the case of RTD, the Wheatstone bridge circuit can be used to obtain an electrical signal for hydrogen concentration. In the case of the heater, each pad (P) is exposed. Active circuit application is possible.
이하, 본 발명에 따른 측온저항체를 이용한 수소 누설 검지센서의 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 예를 들어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing a hydrogen leak detection sensor using the RTD according to the present invention will be described in more detail with reference to the following.
도 3에서와 같이, 앞서 설명하였듯이 먼저, SOI 기판(100)을 구비한 상태에서 이의 상,하 양면에 건식(Dry) 산화방식으로 SiO2를 증착하여 4000-6000Å의 두께로 실리콘 산화막(200)을 형성하고, 리프트오프(Lift-off)법을 이용하여 백금 히터(400)를 형성하기 위해 Ti로 제1접착층(300)을 형성한 후 백금 히터(400)를 증착하게 된다.As shown in FIG. 3, as described above, in the state in which the
이때, 상기 제1접착층(300)은 100-300Å의 두께가 바람직하고, 백금 히터(400)는 상기 제1접착층(300) 위에 1000-3000Å의 두께로 에바포레이터(Evaporator)를 사용하여 증착하고, 리프트오프법으로 백금 히터(400)를 코일 형태로 패터닝한다.In this case, the thickness of the first
이후, 백금 히터(400)의 전기적 간섭을 차단하기 위해 백금 히터(400)를 제1알루미나 절연막(500)으로 증착하여 리프트오프법으로 패터닝하게 되는데 이 경우 Al2O3를 2500-5000Å의 두께로 스퍼터링하여 증착함이 바람직하다.Then, in order to prevent electrical interference of the
아울러, 상기 제1알루미나 절연막(500)의 패터닝은 백금히터(400)의 패드(P)만 외부로 노출되도록 함이 바람직하다.In addition, the patterning of the first alumina
그리고, 측온저항체(610)를 형성하기 위해 상기 제1알루미나 절연막(500)의 상면에 상기 제1접착층(300)과 동일소재와 동일두께로 제2접착층(600)을 미리 형성한 다음 상기 측온저항체(610)를 형성함이 바람직하다.In order to form the
이때, 상기 측온저항체(610)는 백금이 사용됨이 좋고, 또한 상기 백금 히터(400)와 동일 형상인 코일 형태로 패터닝됨이 바람직하다.At this time, the
이렇게 하여, 측온저항체(610)가 형성되며, 그 위에 차례로 제2알루미나 절연막(620)과 Ti 소재의 제3접착층(630)을 증착하게 된다.In this way, the
여기에서, 상기 제2알루미나 절연막(620)도 상기 제1알루미나 절연막(500)과 같이 측온저항체(610)를 덮는 형태로 리프트오프 방법을 이용하여 형성됨이 바람직하다.Here, the second
이어, 촉매막 형성을 위해 역시 백금을 증착하여 백금촉매층(700)을 200-700Å 형성한 다음 패터닝하게 되는데 이때, 접착력 증대를 위해 백금촉매층(700)을 에바포레이터로 증착하여 적층하기 전에 앞서 설명하였듯이, Ti를 이용하여 제3접착층(630)이 상기 제2알루미나 절연막(620)의 상부에 상기 제1접착층(300)과 동일 두께로 미리 형성됨이 바람직하며, 백금촉매층(700)의 패터닝도 역시 리프트오프(Lift-off)법을 사용해 실시함이 바람직하다.Subsequently, platinum is also deposited to form a
마지막으로, 백금촉매층(700) 형성 이후 수소센서의 뒷면 식각은 드라이에칭(dry etching)으로 처리하여 열분포 및 효율에 효과적이도록 함이 특히 바람직하다.Lastly, after the
이와 같은 방법으로 제조되는 수소센서의 구조는 용이하게 구현 가능하며, 대량 생산도 가능하므로 비용을 크게 낮출 수 있는 이점이 있다.The structure of the hydrogen sensor manufactured in this way can be easily implemented, and mass production is also possible, which has the advantage of significantly lowering the cost.
도 1은 본 발명에 따른 접촉 연소식 수소 누설 검지센서의 기본구성을 보인 단면도,1 is a cross-sectional view showing the basic configuration of the contact combustion hydrogen leakage detection sensor according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 접촉 연소식 수소 누설 검지센서의 예시적인 평면도,2 is an exemplary plan view of a contact combustion hydrogen leak detection sensor according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 접촉 연소식 수소 누설 검지센서의 제조방법을 보인 공정도.Figure 3 is a process diagram showing a method of manufacturing a contact combustion hydrogen leakage detection sensor according to the present invention.
♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧♧ description of the symbols for the main parts of the drawing ♧
100....SOI(Silicon On Insulator) 200....실리콘 산화막Silicon On Insulator (SOI) 200 ... Silicon Oxide
300....제1접착층 400....백금 히터300 .... First
500....제1알루미나 절연막 600....제2접착층500 .... first
610....측온저항체 620....제2알루미나 절연막610 ....
630....제3접착층 700....백금촉매층630 ... 3rd
800....백에칭부800 .... back etching
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JP2003279522A (en) | 2002-03-20 | 2003-10-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Gaseous hydrogen detecting apparatus and its manufacturing method |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002328109A (en) | 2001-05-02 | 2002-11-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Element for detecting hydrogen gas, and method of manufacturing the same |
JP2003279522A (en) | 2002-03-20 | 2003-10-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Gaseous hydrogen detecting apparatus and its manufacturing method |
JP2005315700A (en) | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Alps Electric Co Ltd | Hydrogen sensor and detection method of hydrogen |
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