KR101525102B1 - Micro gas-sonser and for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 가스센서 및 가스센서 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기 환경, 실내 환경을 모니터링하며, 관리하기 위한 마이크로 가스센서 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 마이크로 가스센서는 가스가 접촉하며, 공급된 전류에 의해 발열하는 감지소자, 상기 감지소자의 양 측면에 형성되며, 상기 감지소자로 전류를 공급하는 전극, 상기 감지소자와 전극의 하단에 형성되며, 상기 감지소자가 증착되는 부분은 요철 구조를 갖는 멤브레인 및 상기 멤브레인의 하단에 형성된 기판을 포함하며, 상기 감지소자 요철 구조임을 특징으로 한다.The present invention relates to a micro gas sensor and a method for manufacturing a gas sensor, and more particularly, to a micro gas sensor for monitoring and managing an atmospheric environment and an indoor environment, and a method of manufacturing the micro gas sensor.
To this end, the micro gas sensor of the present invention comprises a sensing element which is in contact with a gas and generates heat by a supplied current, electrodes formed on both sides of the sensing element, electrodes for supplying a current to the sensing element, And the sensing element is deposited on the lower surface of the substrate. The sensing element may include a membrane having a concavo-convex structure and a substrate formed on the lower surface of the membrane.
Description
본 발명은 마이크로 가스센서 및 가스센서 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기 환경, 실내 환경을 모니터링하며, 관리하기 위한 마이크로 가스센서 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a micro gas sensor and a method for manufacturing a gas sensor, and more particularly, to a micro gas sensor for monitoring and managing an atmospheric environment and an indoor environment, and a method of manufacturing the micro gas sensor.
우리의 생활환경에는 대단히 많은 종류의 가스가 존재하고 있어 최근 일반가정, 업소, 공사장에서의 가스사고, 석유콤비나트, 탄광, 화학플랜트 등에서의 폭발사고 및 오염 공해 등의 문제가 잇따르고 있다. 인간의 감각기관으로는 위험 가스의 농도를 정량적으로 판별하거나 가스의 종류를 거의 판별할 수 없다. 이에 대응하기 위해 물질의 물리적 성질 또는 화학적 성질을 이용한 가스 검출센서가 개발되어 가스의 누설탐지, 농도 측정 및 경보 등에 사용되고 있다.There are many kinds of gas in our living environment. Recently, gas accidents in general homes, shops, construction sites, explosion accidents in petroleum combines, mines, chemical plants, and pollution pollution have been continuing. Human sensory organs can not quantitatively determine the concentration of the hazardous gas or can hardly distinguish the type of the gas. In order to cope with this problem, a gas detection sensor using a physical property or a chemical property of a material has been developed and used for leakage detection, concentration measurement, and alarm for gas.
일반적으로 가스 검출센서는 가스분자의 흡착에 따라 전기 전도도 또는 전기 저항이 변화하는 특성을 이용하여 유해가스의 양을 측정한다. 종래 사용되어온 금속 산화물 반도체나 고체 전해질을 사용하는 가스 검출센서의 경우 200도 내지 260도 혹은 그 이상의 온도에서 센서가 동작하며, 유기물질을 사용하는 가스 검출센서는 전기 전도도가 매우 낮아 감도가 떨어진다는 문제점이 있다.Generally, the gas detection sensor measures the amount of noxious gas by using the characteristic that electric conductivity or electric resistance changes according to adsorption of gas molecules. In the case of a gas detection sensor using a conventionally used metal oxide semiconductor or a solid electrolyte, the sensor operates at a temperature of 200 ° C to 260 ° C or higher, and a gas detection sensor using an organic material has a low electrical conductivity, There is a problem.
일반적으로 도시가스 및 버스, 승용차 등 차량용 연료 가스는 메탄이 주성분으로 구성되어 있으며, 이와 같은 가스의 누출을 감지하기 위해서는 접촉 연소식(마이크로) 가스센서를 사용한다. 접촉 연소식 가스센서는 발열체(히터)를 이용하여 촉매물질의 표면 온도가 일정하도록 발열되어야 하며, 이를 위해서는 접촉 연소식 가스센서는 수십 mW ~ 수 W 정도의 전력을 소모한다.Generally, fuel gas for automobiles such as city gas, buses, passenger cars, etc. is composed mainly of methane. In order to detect such gas leakage, a contact combustion micro gas sensor is used. The contact-fired gas sensor needs to generate heat with a heating element (heater) so that the surface temperature of the catalytic material is constant. To this end, the contact-fired gas sensor consumes several tens mW to several W of power.
또한, 버스 및 승용차 등 차량의 경우 주행하지 않고, 주차(또는 정차)되어 있을 때에도 메탄가스의 누출을 감지하는 감지 시스템이 항상 작동되어야 하며, 이를 위해서는 주 전원 이외의 감지 시스템으로 전력을 공급하는 배터리(전원장치)가 필요하다.In addition, in the case of vehicles such as buses and passenger cars, a detection system for detecting the leakage of methane gas must be always operated even when the vehicle is parked (or stopped) without driving. For this purpose, (Power supply) is required.
도 1은 종래 일반적인 접촉 연소식 가스센서를 도시하고 있다. 도 1에 도시되어 있는 접촉 연소식 가스센서에 대해 알아보면, 기판의 중심부에 일정공간을 가지는 홈이 형성되어지고, 상기 홈 중앙의 일정 높이에 접촉 연소판이 형성되며, 상기 접촉 연소판의 하측면에 평면상 지그재그형태로 형성된 홈에 삽입되는 히터가 삽입되는 감지소자와; 상기 감지소자와 동일한 형태로 형성되는 보상소자와; 상기 감지소자와 보상소자가 각각 2개이상으로 동일한 소자간에 대칭되어지도록 배치하여 하나의 휘스톤브릿지 회로의 형태로 구성된다.Figure 1 shows a conventional contact-fired gas sensor. 1, a groove having a predetermined space is formed at a central portion of a substrate, a contact combustion plate is formed at a predetermined height of a center of the groove, and a lower surface of the contact combustion plate A sensing element into which a heater inserted in a groove formed in a planar zigzag pattern is inserted; A compensation element formed in the same shape as the sensing element; The sensing element and the compensating element are arranged in the form of one Wheatstone bridge circuit so that two or more sensing elements and a compensating element are symmetrical between the same elements.
하지만, 종래의 가스센서는 멤브레인(일반적으로 두께가 수백 ㎚ ~ 수 ㎛ 범위를 갖는 SiNx박막멤브레인, SiO2 박막멤브레인, 또는 SiO2/SiNx/SiO2 (ONO라고도 함) 박막멤브레인)상에 나노감지재료(나노입자, 나노선, 전도성 고분자, 그래핀산화물 등)를 도포하여 제조하는 경우가 일반적이며, 이와 같은 마이크로 가스 센서의 경우 감지물 도포 방법이 dispensing이나 잉크젯 방법을 사용한다. 하지만, dispensing이나 잉크젯 방법을 사용하는 경우, 일괄공정으로 가스센서를 형성하기 어렵다는 문제점과 노즐이 막히는 문제점이 발생한다.Conventional gas sensors, however, require a membrane (typically a SiN x thin film membrane, SiO 2 thin film, or SiO 2 / SiN x / SiO 2 (also referred to as ONO) (Nanoparticle, nanowire, conductive polymer, graphene oxide, etc.) on the surface of a thin film membrane), and in the case of such a micro gas sensor, the method of dispensing sensing material is dispensing or inkjet method use. However, when dispensing or ink jet method is used, there is a problem that it is difficult to form a gas sensor in a batch process and a nozzle is clogged.
또한 멤브레인 상에 박막감지 재료가 형성된 마이크로 가스센서의 경우 박막자체의 구조로 인해 표면의 굴곡없이 평평하며 이로 인해 감지면적이 크지 않아 감도가 낮다는 단점이 있다.
In the case of a micro gas sensor in which a thin film sensing material is formed on a membrane, the thin film itself has a flat surface without bending due to the structure thereof, which results in a low sensitivity due to a small sensing area.
본 발명이 해결하려는 과제는 박막(마이크로)가스 센서에서 가스의 농도를 감지하는 감도를 증가시키는 방안을 제안함에 있다.A problem to be solved by the present invention is to propose a method of increasing sensitivity to detect the concentration of gas in a thin film (micro) gas sensor.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 기존 나노 감지물 도포 과정에 발생하는 노즐의 막힘 현상을 배제할 수 있는 방안을 제안함에 있다.Another problem to be solved by the present invention is to propose a method for eliminating the clogging phenomenon occurring in the process of applying the conventional nanosensors.
이를 위해 본 발명의 마이크로 가스센서는 가스가 접촉하며, 공급된 전류에 의해 발열하는 감지소자, 상기 감지소자의 양 측면에 형성되며, 상기 감지소자로 전류를 공급하는 전극, 상기 감지소자와 전극의 하단에 형성되며, 상기 감지소자가 증착되는 부분은 요철 구조를 갖는 멤브레인 및 상기 멤브레인의 하단에 형성된 기판을 포함하며, 상기 감지소자 요철 구조임을 특징으로 한다.To this end, the micro gas sensor of the present invention comprises a sensing element which is in contact with a gas and generates heat by a supplied current, electrodes formed on both sides of the sensing element, electrodes for supplying a current to the sensing element, And the sensing element is deposited on the lower surface of the substrate. The sensing element may include a membrane having a concavo-convex structure and a substrate formed on the lower surface of the membrane.
이를 위해 본 발명의 마이크로 가스센서 제조 방법은 실리콘 기판의 상단에에 SiNx, SiO2, SiO2/SiNx/SiO2(ONO) 중 어느 하나를 증착하여 멤브레인을 형성하는 단계, 형성된 상기 멤브레인의 일부를 식각하여 요철 구조를 형성하는 단계, 형성된 상기 요철 구조의 상단에 SnO2, WO2, TiO2, In2O3, CuO와 같은 반도체 세라믹 소자, 전도성 고분자, 그라핀 중 어느 하나를 증착하여 요철 구조 형상을 갖는 감지소자를 형성하는 단계, 증착한 상기 감지소자의 양단에 Cr과 Au으로 구성된 합금 또는 Ti과 Pt로 합금 중 어느 하나의 합금으로 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
To this end, the micro gas sensor production method of the present invention a portion of the membrane formed to form a membrane by depositing any one of SiNx, SiO 2, SiO 2 / SiN x / SiO 2 (ONO) in the top of the silicon substrate, Forming a concave-convex structure by depositing any one of a semiconductor ceramic element such as SnO 2 , WO 2 , TiO 2, In 2 O 3, and CuO, a conductive polymer, and a graphene on the top of the concave- Forming a sensing element having a structural shape, and forming an electrode with an alloy of Cr and Au or an alloy of Ti and Pt at both ends of the deposited sensing element.
본 발명에서 제안하는 가스센서는 멤브레인 영역을 요철구조 영역과 요철구조과 없는 영역으로 구분하며, 요철구조 영역에는 감지물질 박막을 형성하고, 요철구조가 없는 영역에는 히터를 구분하여 형성시킴으로 가스센서의 내구성을 높일 수 있다. In the gas sensor proposed in the present invention, the membrane region is divided into a concavo-convex structure region and a concavo-convex structure-free region, a thin film of sensing material is formed in the concavo-convex structure region and a heater is formed in the region having no concavo- .
또한, 감지물질 박막을 요철구조로 형성시킴으로 감지소자의 표면적을 증가시킴으로써 가스 검출 감도를 높일 수 있으며, 감지물질 박막이 요철구조로 형성됨으로써 표면적으로 증가시켜 멤브레인 층과 접착력을 높일 수 있다.Further, by forming the thin film of sensing material into the concave-convex structure, the sensitivity of gas detection can be increased by increasing the surface area of the sensing element, and the thin film of sensing material can be formed into a concave-convex structure, thereby increasing the surface area thereof and increasing the adhesive force with the membrane layer.
또한, 감지물질 박막과 히터를 분리하여 형성함으로 감지물질 박막의 저항 변화를 측정하기 위한 박막 전극을 히터(발열체)와 같은 평면에 형성할 수 있게 함으로서 공정을 단순화 할 수 있으며, 필요한 경우 마이크로 가스 센서의 작동 시 요철형 감지물질 박막을 직접 발열하도록 하여 감지소재가 발열체, 감지소재, 감지전극의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
In addition, by forming the thin film of the sensing material and the heater separately, the thin film electrode for measuring the resistance change of the thin film of the sensing material can be formed on the same plane as the heater (heating element), thereby simplifying the process. The sensing material can simultaneously perform the role of a heating element, a sensing material, and a sensing electrode.
도 1은 종래 접촉 연소식 가스센서를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 마이크로 가스센서의 평면도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 마이크로 가스센서의 단면도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 마이크로 가스센서를 제조하는 과정을 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 다른 감지물질 박막을 직접 가열 측정하는 방안을 도시하고 있다. 1 shows a conventional contact combustion gas sensor.
2 is a plan view of a micro gas sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a micro gas sensor according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a process of fabricating a micro gas sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a method of directly measuring the temperature of a thin film of sensing material according to an embodiment of the present invention.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
도 2와 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 마이크로 가스센서를 도시하고 있다. 이하 도 2와 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 마이크로 가스센서에 대해 상세하게 알아보기로 한다. 특히 도 2는 마이크로 가스센서를 도시한 평면도이며, 도 3은 단면도이다.2 and 3 illustrate a micro gas sensor according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a micro gas sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a plan view showing a micro gas sensor, and Fig. 3 is a sectional view.
도 2 내지 도 3에 의하면, 마이크로 가스센서는 기판, 온도센서, 전극, 감지소자(감지물질), 멤브레인을 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 마이크로 가스센서에 포함될 수 있음은 자명하다.2 to 3, the micro gas sensor includes a substrate, a temperature sensor, an electrode, a sensing element (sensing material), and a membrane. It goes without saying that other configurations other than the above-described configuration may be included in the micro gas sensor proposed in the present invention.
본 발명은 상술한 목적을 구현하기 위하여 멤브레인 영역 일부에 감지물질 박막이 형성되는 요철구조 영역과 요철구조가 없는 영역으로 구분된다.In order to realize the above-mentioned object, the present invention is divided into a concavo-convex structure area in which a thin film of a sensing material is formed in a part of a membrane area and a concavo-convex structure area.
기판(실리콘 기판, 202)은 LPCVD(저압화학증기증착)공정을 이용하여 상단과 하단에 동시에 SiNx(204)가 수백 ㎚ ~ 수 ㎛ 증착된 실리콘 웨이퍼를 이용한다. 또는 기판(202)은 습식 산화(wet oxidation) 공정이나 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition, 플라즈마화학증기증착) 공정을 이용하여 상단에 SiO2가 수백 ㎚ ~ 수 ㎛ 증착된 실리콘 웨이퍼를 이용한다. 또는 기판(202)은 PECVD 공정을 이용하여 상단에 SiO2/SiNx/SiO2(ONO라 한다)가 수백 ㎚ ~ 수 ㎛ 증착된 실리콘 웨이퍼를 이용한다.The substrate (silicon substrate) 202 is a silicon wafer on which SiNx 204 is deposited several hundreds to several microns at the upper and lower ends simultaneously by using LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) process. Alternatively, the
감지(촉매)소자(208)는 SnO2, WO2, TiO2, In2O3, CuO와 같은 반도체 세라믹 소자, 전도성 고분자, 그라핀 등을 이용한다. 또한, 감지 소자는 상술한 물질 중 적어도 두 개의 물질의 조합으로 사용되기 하며, 감지 소자의 표면에 Pt, Pd 또는 Au 등의 귀금속 물질을 추가하여 박막 공정과 열처리 공정을 통해 수십 ㎚ 크기 이하로 islands 형태로 형성하는 도핑 공정을 통해 감지 능력을 향상시킨다.The sensing (catalytic)
본 발명에서 제안하는 요철구조 영역은 형성되는 감지물질 박막의 표면적으로 증가시켜 가스 검출 감도를 증가시키는 목적으로, 수백 ㎚ ~ 수 ㎛ 범위를 갖는 SiNx 박막 멤브레인, SiO2 박막 멤브레인, 또는 SiO2/SiNx/SiO2(ONO라고도 함)박막 멤브레인을 각각 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 반응이온에칭(Reactive Ion Etching, RIE)공정인 식각공정을 이용하여 초정밀 초미세 요철구조를 형성한다. 이때의 요철 깊이는 수십 ㎚ ~ 수백 ㎚이다. 이와 같이 형성된 요철 표면에 수십 ㎚ ~ 수백 ㎚ 감지박막을 증착, 패터닝하여 감지소자의 표면적을 증가시켜 가스 검출 감도를 향상시킨다. 또한 감지물질 박막(감지소자)이 증착되는 멤브레인 표면 형상을 요철구조 함으로써 감지물질 박막과 멤브레인(또는 감지전극)의 접촉 면적을 증가시켜 감지물질이 제조과정 또는 동작과정에서 멤브레인(또는 감지전극)에서 이탈되는 탈착현상을 방지할 수 있다. For the purpose of increasing the gas detection sensitivity by increasing the surface area of the thin film of sensing material to be formed according to the present invention, a SiN x thin film membrane, a SiO 2 thin film membrane, or a SiO 2 / The ultra-fine ultrafine concave-convex structure is formed by using the reactive ion etching (RIE) process, which is used in a general semiconductor process, for the SiN x / SiO 2 (also referred to as ONO) thin film membrane. The concavity and convex depth here is several tens nm to several hundreds nm. The surface of the sensing element is increased by depositing and patterning a sensing thin film having a thickness of several tens nm to several hundreds nm on the surface of the concavity and convexity thus formed to improve gas detection sensitivity. In addition, by increasing the contact area between the sensing material thin film and the membrane (or the sensing electrode) by forming the surface shape of the membrane on which the sensing material thin film (sensing element) is deposited, the sensing material is separated from the membrane (or sensing electrode) It is possible to prevent the detachment phenomenon from being detached.
또한, 본 발명에서 제안하는 감지소자(208)는 발열체 기능도 동시에 수행할 수 있다. 즉, 기존 가스센서의 경우 가스를 가지는 감지소자와 감지소자가 일정한 온도를 유지하도록 발열하는 발열 부분이 분리되어 있었으나, 본 발명은 가스를 감지하는 부분과 발열하는 부분을 하나로 형성함으로써 제조가 간단하며, 이로 인해 제조비용 역시 절감된다. In addition, the
제조된 감지소자(208)의 그 양 끝단에 전극(210)을 형성한다. 전극(210)의 재질은 Cr/Au 로 형성된 합금 또는 Ti/Pt로 형성된 합금이다.
본 발명에서 제안하는 마이크로 가스센서는 감지소자(208) 주변에 Pt 또는 Au 박막을 형성하여 식각 패터닝하여 발열체나 온도센서를 형성한다.In the micro gas sensor proposed in the present invention, a Pt or Au thin film is formed around the
즉, 요철구조가 없는 영역에는 감지물질 박막이 가스와 원활하게 표면 반응할 수 있도록 일정한 온도까지 가열하기 위해 백금(Pt) 박막 히터를 형성한다. 요철구조가 없는 영역에 박막 히터를 형성함으로써 요철 구조가 없는 평평한 구조의 박막 히터 패턴을 형성할 수 있게 함으로써 높은 온도로 가열되는 박막 히터에 가해지는 열팽창에 의한 열 스트레스를 최소화할 수 있게 함으로써 히터의 내구성을 높일 수 있다. That is, in the region where there is no concavo-convex structure, a platinum (Pt) thin film heater is formed so as to heat the sensing material thin film to a constant temperature so as to smoothly react with the gas. It is possible to form a thin film heater pattern having a flat structure without a concavo-convex structure by forming a thin film heater in a region having no concavo-convex structure, thereby minimizing thermal stress due to thermal expansion applied to a thin film heater heated to a high temperature, Durability can be increased.
또한, 기판의 하부 일부가 KOH 또는 TMAH를 이용한 습식 식각공정 및 Si Deep RIE 식각공정에 의해 완전히 제거된 케비티(cavity)를 생성하여 요철구조 영역 상부에 감지물질 박막과 요철구조가 없는 영역 상부에 히터가 존재하는 멤브레인 영역을 형성한다. 멤브레인의 형성은 발열체의 열효율을 높이는 역할을 한다.Also, a part of the substrate is completely removed by a wet etching process using KOH or TMAH and a Si Deep RIE etching process, and a sensing material thin film is formed on the upper surface of the concave and convex structure region, Thereby forming a membrane region in which the heater is present. The formation of the membrane serves to increase the thermal efficiency of the heating element.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 마이크로 가스센서를 제작하는 과정을 도시한 흐름도이다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명에서 제안하는 마이크로 가스센서를 제작하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.4 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a micro gas sensor according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the process of fabricating the micro gas sensor proposed in the present invention will be described in detail with reference to FIG.
S400단계는 실리콘 기판의 상단에 SiNx(박막층)를 증착한다. SiNx를 LPCVD 공정을 이용하여 수백㎚ ~ 수㎛(바랍직하게는 0.2㎛ 내지 2㎛) 증착된 실리콘 기판을 사용한다.In step S400, SiNx (thin film layer) is deposited on the top of the silicon substrate. SiNx is deposited on a silicon substrate deposited by several hundreds nm to several mu m (preferably, 0.2 to 2 mu m) using an LPCVD process.
S402단계는 반도체 공정을 이용하여 Photoresist patterning(PR) 한 후에, 요철이 격자 모양 등으로 생기도록 Reactive Ion Etching(RIE)공정을 이용하여 식각하는데 이때의 식각 깊이는 수십 ㎚ ~ 수백 ㎚(바람직하게는 0.02㎛ 내지 1.5㎛)이다.In step S402, after performing photoresist patterning (PR) using a semiconductor process, etching is performed using a reactive ion etching (RIE) process so that the irregularities are formed in a lattice pattern or the like. In this case, the etch depth is preferably several tens nm to several hundreds nm 0.02 mu m to 1.5 mu m).
S404단계는 요철이 형성된 SiNx의 상단에 감지소자를 증착한다. 감지소자는 SnO2, WO2, TiO2, In2O3, CuO와 같은 반도체 세라믹 소자 또는 전도성 고분자, 그라핀 등을 이용하며, 공정 및 열처리를 통해 수십 kΩ ~ 수십 MΩ 범위 내의 저항값을 갖도록 한다. 증착은 요철 부분을 전부 덮도록 하며, 이후 주변 부위는 식각함으로써 상술한 바와 같이 요철 형상의 감지 영역을 형성한다.In step S404, a sensing element is deposited on the upper surface of the SiNx having irregularities. The sensing element is made of a semiconductor ceramic element such as SnO 2 , WO 2 , TiO 2, In 2 O 3, CuO, or a conductive polymer or graphene, and has a resistance value in the range of tens kΩ to several tens of MΩ through processing and heat treatment. do. Deposition covers the irregularities entirely, and then the surrounding area is etched to form the irregularly shaped sensing area as described above.
본 발명은 감지소자의 그 양 끝단에 전극을 형성한다. 전극의 재질은 Cr/Au 합금 또는 Ti/Pt 합금으로 형성된다. 또한, 감지소자의 주변에 Pt 또는 Au 박막을 형성한 후 식각 패터닝하여 발열체(히터)나 온도센서를 형성한다.The present invention forms electrodes at both ends of the sensing element. The material of the electrode is formed of Cr / Au alloy or Ti / Pt alloy. Further, a Pt or Au thin film is formed around the sensing element, and then etched and patterned to form a heating element (heater) or a temperature sensor.
S406단계는 감지소자의 배면에 멤브레인을 형성한다. 즉, 기판의 하부 일부가 KOH 또는 TMAH를 이용한 습식 식각공정 및 Si Deep RIE 식각공정에 의해 완전히 제거된 캐비티(cavity)를 생성하여 요철구조 영역 상부에 감지물질 박막과 요철구조가 없는 영역 상부에 히터가 존재하는 멤브레인 영역을 형성한다. Step S406 forms a membrane on the back surface of the sensing element. That is, a part of the lower part of the substrate is completely removed by a wet etching process using KOH or TMAH and a Si deep RIE etching process, and a sensing material thin film is formed on the upper part of the concave and convex structure area, Lt; / RTI > is present.
한편, 동일 구조의 마이크로 가스센서의 동작 방법은 경우에 따라 도 5와 같이 상기의 마이크로 가스센서의 감지물질 측정 전극에 정전류 전원을 인가하여 감지물질 박막을 직접 가열시키고 동일 감지물질 측정 전극을 통해 감지물질 박막 양단에 발생한 전압 변화를 측정한 후, V(전압)=I(전류) x R(저항) 수식을 적용하여 감지물질 박막의 저항 변화를 측정할 수 있으며, 이때 감지물질 박막 주변에 형성된 박막 히터를 감지물질 박막의 온도 변화를 측정하기 위한 온도센서로 사용할 수 있다.In the case of the micro gas sensor having the same structure, as shown in FIG. 5, the micro gas sensor is operated by directly applying a constant current power to the sensing material measuring electrode of the micro gas sensor to directly heat the sensing material thin film, The resistance change of the sensing material thin film can be measured by applying the formula of V (voltage) = I (current) x R (resistance) after measuring the voltage change occurring at both ends of the thin film, The heater can be used as a temperature sensor for measuring the temperature change of the sensing material thin film.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention .
200: 마이크로 가스센서 202: 실리콘 기판
204: SiNx 증착층(멤브레인)멤브레인 208: 감지소자(감지물질)
210: 전극 212: 히터(온도 센서) 200: micro gas sensor 202: silicon substrate
204: SiNx deposition layer (membrane) membrane 208: sensing element (sensing material)
210: electrode 212: heater (temperature sensor)
Claims (6)
상기 요철구조 영역 상에 형성되어 가스와 접촉하며 공급되는 전류에 의해 발열하는 감지소자;
상기 요철구조가 없는 영역 상에 형성된 박막 히터;
상기 감지소자의 양단에 형성되어 있으며, 상기 감지소자로 상기 전류를 공급하는 전극;을 포함하고,
상기 요철구조 영역이 형성되어 있는 멤브레인의 하부에 위치하는 기판은 제거되어 캐비티(cavity)가 형성되고,
상기 감지소자는 상기 멤브레인의 요철구조에 대응하는 요철구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 마이크로 가스센서.A membrane formed on the substrate, the membrane having a concavo-convex structure region and a region having no concavo-convex structure;
A sensing element formed on the concavoconvex structure region and generating heat by current supplied in contact with the gas;
A thin film heater formed on the region having no concavo-convex structure;
And an electrode formed on both ends of the sensing element and supplying the current to the sensing element,
The substrate located below the membrane on which the concavoconvex structure region is formed is removed to form a cavity,
Wherein the sensing element has a concavo-convex structure corresponding to the concavo-convex structure of the membrane.
The sensor according to claim 1, wherein the sensing element is formed of any one of a semiconductor ceramic element such as SnO 2 , WO 2 , TiO 2, In 2 O 3, and CuO, a conductive polymer, and a graphene, Alloy or an alloy composed of Ti and Pt.
The method of claim 2 wherein the material for the membrane is a micro gas sensor according to claim any one of SiNx, SiO 2, SiO 2 / SiN x / SiO 2 (ONO).
4. The micro-gas sensor according to claim 3, wherein a current is supplied to the electrode, and the type and concentration of the contacting gas are measured using a change in voltage generated by the gas contacting the sensing element.
형성된 상기 멤브레인의 일부를 식각하여 요철 구조를 형성하는 단계;
형성된 상기 요철 구조의 상단에 SnO2, WO2, TiO2, In2O3, CuO와 같은 반도체 세라믹 소자, 전도성 고분자, 그라핀 중 어느 하나를 증착하여 요철 구조 형상을 갖는 감지소자를 형성하는 단계;
증착한 상기 감지소자의 양단에 Cr과 Au으로 구성된 합금 또는 Ti과 Pt로 합금 중 어느 하나의 합금으로 전극을 형성하는 단계; 및
상기 요철구조가 형성되어 있는 멤브레인의 하부에 위치하는 기판을 제거하여 캐비티(cavity)를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 감지소자를 형성하는 단계는,
상기 감지소자와 일정 거리 이격된 위치에 Pt 또는 Au 박막을 형성한 후 식각 패터닝하여 발열체(히터)나 온도센서를 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 마이크로 가스센서 제조 방법.
Depositing to form a membrane of any one of the top of the silicon substrate SiNx, SiO 2, SiO 2 / SiN x / SiO 2 (ONO);
Etching a part of the formed membrane to form a concavo-convex structure;
Depositing any one of a semiconductor ceramic element such as SnO 2 , WO 2 , TiO 2, In 2 O 3, and CuO, a conductive polymer, and graphene on the top of the concavo-convex structure to form a sensing element having a concavo- ;
Forming electrodes on both ends of the deposited sensing element by using an alloy of Cr and Au or an alloy of Ti and Pt as an alloy; And
And forming a cavity by removing a substrate located under the membrane on which the concavo-convex structure is formed,
Wherein forming the sensing element comprises:
Forming a Pt or Au thin film at a position spaced apart from the sensing element by a predetermined distance, and etching and patterning the Pt or Au thin film to form a heating element (heater) or a temperature sensor.
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