KR101702616B1 - 무가열 자기 활성 나노 와이어 가스 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 센서에 관한 것으로, 기판, 상기 기판 상에 배치된 전극, 상기 전극 상에 배치된 복수의 나노 와이어 및 상기 전극에 전류를 공급하는 전원부를 포함하고, 열 에너지 공급부를 포함하지 않으며, 상기 복수의 나노 와이어는 서로 교차하고, 제1 금속 산화물 및 상기 제1 금속 산화물을 둘러싸는 제2 금속 산화물을 포함하는 코어-쉘 구조를 가지고, 그 표면에 나노 입자를 포함한다.

Description

무가열 자기 활성 나노 와이어 가스 센서{Gas Sensor}
본 발명은 가스 센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 금속 산화물을 포함하는 나노 와이어를 포함하는 가스 센서에 관한 것이다.
가스 센서는 건강 관리, 질병 검출, 환경모니터링, 제조 공정 중 오염 물질 제어 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 특히, 건강 관리 및 질병 검출에 있어서, 인간이 호흡 시 날숨에 포함되어 있는 질병과 연관된 화학물질, 즉 바이오마커(bio-marker)를 검출하여 질병을 선제적으로 진단할 수 있는 화학센서에 대한 응용이 확대되고 있다. 예를 들면 톨루엔은 폐암, 아세톤은 당뇨, 벤젠은 백혈병, 일산화탄소는 천식과 깊은 상관성이 있음이 알려지고 있다. 이러한 화학물질이 호흡하는 날숨에 어느 한도 이상 포함되어 있거나, 포함된 양의 변화폭이 어느 한계 이상일 경우 해당 질병과의 관련성을 의심할 수 있다.
이렇나 가스 센서에 사용되는 재료 중에서 산화물 반도체 재료는 안정성과 경제성 측면에서 대단히 유리한 소재이며, 특히 여러 가지 형태의 나노 구조를 채택하여 그 감응성을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 특히 금속 산화물 나노 와이어의 경우 표면적비가 박막 및 덩어리 소재에 비해 현저히 크고, 결정성이 우수하여 가스 감응성이 우수하다.
이러한 나노 와이어를 포함하는 가스 센서의 경우 효과적인 가스분자의 흡탈착에 의한 전자교환을 이루기 위해서는 일정온도 이상의 열에너지가 필요하다. 일반적으로 200 내지 400℃ 범위의 온도를 외부에서 가해주어야 활용 가능한 수준의 저항변화가 발생하는 것으로 알려지고 있다. 이를 위하여 일반적인 가스 센서는 열 에너지를 공급하는 역할을 하는 구성을 포함하고 있다.
아래의 선행기술문헌은 정렬된 금속 산화물 나노 패턴을 포함하는 가스 센서를 개시하고 있다.
한국 특허 공개공보 제10-2014-0103816호
본 발명의 목적은, 소형화가 가능하고, 에너지 소모를 줄일 수 있으며, 가스에 대한 민감도가 높은 가스 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서는, 기판, 상기 기판 상에 배치된 전극, 상기 전극 상에 배치된 복수의 나노 와이어 및 상기 전극에 전류를 공급하는 전원부를 포함하고, 상기 복수의 나노 와이어는 서로 교차하고, 제1 금속 산화물 및 상기 제1 금속 산화물을 둘러싸는 제2 금속 산화물을 포함하는 코어-쉘 구조를 가지고, 그 표면에 나노 입자를 포함한다.
또한, 상기 나노 와이어는 상기 전극으로부터 뻗어 나오도록 형성되고, 상기 나노 입자는 Pt, Au, Pd, Ag 및 CuO 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 나노 입자가 Pt, Au 또는 Pd인 경우 각각 톨루엔, CO, 벤젠에 대하여 선택성을 가질 수 있다. 즉, 상기 가스에 대하여 선택적인 감지가 가능할 수 있다.
본 발명의 가스 센서는 소형화가 가능하고, 에너지 소모를 줄일 수 있으며, 가스에 대한 민감도가 높다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서를 도시한 것이다.
도 2는 도 1을 AA’를 따라 절단한 후 절단면에서 바라본 것을 도시한 것이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 나노 와이어의 단면을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서를 이용하여 톨루엔의 농도를 측정한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서를 이용하여 CO, 톨루엔 및 벤젠에 따른 가스 센서의 응답성을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서를 이용하여 CO의 농도를 측정한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서를 이용하여 CO, 톨루엔 및 벤젠에 따른 가스 센서의 응답성을 도시한 것이다.

도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서를 이용하여 벤젠의 농도를 측정한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서를 이용하여 CO, 톨루엔 및 벤젠에 따른 가스 센서의 응답성을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.　 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)를 도시한 것이고, 도 2는 도 1을 AA'따라 절단한 후 절단면에서 바라본 것을 도시한 것이고, 도 3은 도 1 및 도 2의 나노 와이어(130)의 단면을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는, 기판(110), 상기 기판(110) 상에 배치된 전극(120), 상기 전극(120) 상에 배치된 복수의 나노 와이어(130) 및 상기 전극(120)에 전류를 공급하는 전원부(140)를 포함한다. 이 때, 상기 복수의 나노 와이어(130)는 서로 교차하고, 제1 금속 산화물(131) 및 상기 제1 금속 산화물(131)을 둘러싸는 제2 금속 산화물(132)을 포함하는 코어-쉘 구조를 가지고, 그 표면에 나노 입자(133)를 포함한다.
기판(110)은 기판(110) 상부에 배치된 전극(120)을 지지하고 절연하는 역할을 할 수 있다. 상기 기판(110)은 특별히 제한 되지 않으며, 실리콘 웨이퍼, 석영 기판(110), 산화물 기판(110) 등일 수 있다.
상기 기판(110) 상에는 전극(120)이 배치된다. 상기 전극(120)은 전원부(140)로부터 공급되는 전류가 흐르는 통로를 형성하며, 상기 전극(120) 상에 배치된 나노 와이어(130)에 전류를 공급하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 나노 와이어(130)를 형성하고 지지하는 역할을 할 수 있다.
상기 전극(120)의 재료는 전자 기기 분야에서 일반적으로 사용되는 도전성 물질일 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 상기 전극(120)은 Au-Pt-Ti가 순차적으로 적층된 형상을 가질 수 있다. 상기 전극(120)의 제조 방법 역시 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 포토리소그래피 공정(photolithography process)에 의해 형성될 수 있다.
상기 기판(110) 및 전극(120) 사이에는 절연층(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 절연층은 전극(120)을 지지하고 절연하는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 전극(120)에 전류를 공급하는 전원부(140)를 포함한다. 상기 전원부(140)를 통해 공급된 전류는 전극(120) 및 나노 와이어(130)를 거쳐 흐를 수 있다. 상기 전류의 흐름에 따라 발생하는 저항 및 그 변화를 측정함으로써 가스의 농도를 측정할 수 있다. 본 발명에서 상기 전원부(140)의 형상 및 원리 등은 특별히 한정되지 않는다.
상기 전극(120) 상에는 복수의 나노 와이어(130)가 배치되며, 상기 복수의 나노 와이어(130)는 적어도 일부분이 서로 교차하고 있다. 또한, 상기 나노 와이어(130)는 제1 금속 산화물(131) 및 상기 제1 금속 산화물(131)을 둘러싸는 제2 금속 산화물(132)을 포함하는 코어-쉘 구조를 가지고, 그 표면에 나노 입자(133)를 포함한다.
금속 산화물을 포함하는 나노 와이어(130)는 박막 형태 또는 덩어리 형태인 것에 비하여 표면적비가 높다. 따라서, 상기 나노 와이어(130)를 포함하는 가스 센서(100)는 측정 대상이 되는 가스에 대한 감응성, 즉 상기 가스에 대한 민감도가 높다.
상기 금속 산화물을 포함하는 나노 와이어(130)를 포함하는 가스 센서(100)가 공기 중의 가스를 검출하는 원리는 아래와 같다.
공기 중의 산소 분자가 나노 와이어(130) 표면에 흡착하면 상기 나노 와이어(130)의 표면의 전자가 상기 산소 분자에 포획되어 상기 나노 와이어(130)의 표면에 전자 공핍층이 형성되어 있을 수 있다.
만일, 산화성 가스 분자가 상기 나노 와이어(130)의 표면에 흡착하면 상기 나노 와이어(130)의 표면의 전자가 상기 산화성 가스 분자에 추가적으로 포획되어 상기 전자 공핍층이 더욱 확장될 수 있다. 이 경우, 상기 나노 와이어(130)의 표면에 형성된 전자 공핍층으로 인하여 상기 나노 와이어(130)의 전기 저항이 증가할 수 있다.
만일, 환원성 가스 분자가 상기 나노 와이어(130)의 표면에 흡착하면 산화성 가스 분자가 상기 나노 와이어(130)의 표면에 흡착한 경우와 이와 다른 결과가 발생할 수 있다. 환원성 가스 분자가 상기 나노 와이어(130)의 표면에 흡착하면 산소 분자와 환원성 가스 분자가 서로 반응하여 상기 나노 와이어(130)의 표면에서 떨어져 나갈 수 있다. 따라서, 상기 나노 와이어(130)의 표면에 형성된 전자 공핍층이 축소되어 상기 나노 와이어(130)의 전기 저항이 감소할 수 있다.
이와 같이, 나노 와이어(130)의 표면에 가스 분자가 탈착 및 부착하는 경우 전자 교환이 발생할 수 있다. 이러한 전자 교환이 효과적으로 이루어지기 위해서는 일정 값 이상의 열 에너지가 필요하기 때문에, 일반적으로 가스 농도 측정은 200℃ 내지 400℃의 온도에서 이루어진다.
앞서 설명한 열 에너지를 공급하기 위해, 일반적인 가스 센서의 경우 가스 센서 내에 가열부 또는 발열부 등의 열 에너지 공급부를 포함하고 있다. 열 에너지 공급부란 가스 센서에 열 에너지를 공급하여 내부 온도를 상승시키는 역할을 하는 구성을 의미하며, 나노 와이어를 이용하여 가스 농도를 측정하는 역할을 하기 위해 나노 와이어에 전류 또는 전압을 공급하거나 저항을 측정하기 위한 구성 등을 의미하지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)에 있어서 전원부(140)는 상기 열 에너지 공급부에 해당하지 않는다.
상기 일반적인 가스 센서는 열 에너지 공급에 따른 에너지 소모가 크고 전력소모가 클 수 있으며, 열에너지 공급부를 포함하고 있기 때문에 소형화가 어려울 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는 별도의 열 에너지 공급부를 필요로 하지 않는다. 따라서, 가스 센서(100)의 소형화가 가능하고, 에너지 소모 또는 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 열 에너지 공급부를 포함하고 있지 않음에도 가스에 대한 감응성은 높게 유지될 수 있다. 상기 감응성이란 가스 센서(100)가 특정 가스의 농도 변화를 감지할 수 있는 능력으로 정의될 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)에 포함되는 나노 와이어(130)는 코어-쉘 구조를 가짐으로써, 쉘층에 대응되는 제2 금속 산화물(132) 영역이 일정한 밴드 구조를 형성하게 되고, 이로 인하여 상기 나노 와이어(130)의 전기 저항에 변화가 생기게 된다. 이러한 전기 저항의 변화는 가스, 특히 환원성 가스에 대한 감응성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)에 포함되는 나노 와이어(130)의 교차로 인하여 발생하는 저항열이 일반적인 가스 센서에 포함되는 열 에너지 공급부에 의해 공급되는 열 에너지에 미치지 못하더라도, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는, 상기 나노 와이어(130)가 제1 금속 산화물(131) 및 상기 제1 금속 산화물(131)을 둘러싸는 제2 금속 산화물(132)을 포함함으로써 가스에 대한 감응성이 높기 때문에 가스 농도 측정이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는, 나노 와이어(130)의 표면에 배치된 나노 입자(133)를 포함하고 있기 때문에 가스에 대한 감응성이 보다 높다. 따라서, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는 열 에너지 공급부로부터 별도의 열 에너지를 공급받지 않더라도 가스의 농도 변화를 민감하게 감지할 수 있다.
즉, 나노 와이어(130)의 교차로 인하여 발생하는 저항열이 열 에너지 공급부에 의해 공급되는 열 에너지에 미치지 못하더라도, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는, 상기 나노 와이어(130)가 코어-쉘 구조를 갖고, 그 표면에 배치된 나노 입자(133)를 포함함으로써 가스에 대한 감응성이 높기 때문에 가스 농도 측정이 가능하다.
코어-쉘 구조를 갖지만 그 표면에 나노 입자를 포함하지 않는 나노 와이어를 포함하는 가스 센서의 경우 가스 검출/농도 측정 시 쉘 영역에 완전 공핍층이 형성되어 가스에 대한 감응도가 커질 수 있다. 그러나, 상기 쉘 영역의 두께가 일정값 이상으로 두꺼운 경우 상기 쉘 영역의 일부에만 공핍층이 형성될 수 있으며, 가스에 대한 감응도가 감소할 수 있다.
반면, 코어-쉘 구조를 갖고 그 표면에 나노 입자를 포함하는 나노 와이어(130)를 포함하는 가스 센서(100)의 경우 상기 쉘 영역의 표면에 배치된 나노 입자(133)로 인하여 상기 쉘 영역에는 추가적인 공핍영역이 발생하게 된다. 상기 쉘 영역의 두께가 두꺼워지더라도 상기 추가적인 공핍영역으로 인하여 나노 와이어(130)에서 발생하는 저항은 증가하게 된다. 따라서, 이러한 나노 와이어(130)를 포함하는 가스 센서(100)는 가스에 대한 감응도가 보다 증가하게 된다.
상기 나노 와이어(130)는 상기 전극(120)으로부터 기상법 (vapor growth technique), 혹은 용액법(solution based growth technique)을 이용하여 성장시켜 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 나노 와이어(130)는 상기 전극으로부터 뻗어 나오는 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 나노 와이어(130)는 상기 전극(120)으로부터 수직 방향으로 형성될 수 있다. 상기 나노 와이어(130)가 상기 전극(120)으로부터 뻗어 나오도록 형성됨으로써 상기 나노 와이어(130)가 상호 교차하는 형상을 갖질 수 있다.
이와 같이 나노 와이어(130)의 형상, 구조 및 재료를 한정함으로써 가스 센서(100)의 가스에 대한 감응성을 보다 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는 열 에너지 공급부로부터 별도의 열 에너지를 공급받지 않더라도 가스의 농도 변화를 민감하게 감지할 수 있다.
상기 나노 와이어(130)에 있어서, 상기 제1 금속 산화물(131) 또는 제2 금속 산화물(132)은 Ti. Sn. Zn, Mn, Mg, W, Co, Fe, Ba, In, Zr, Cu, Al, Bi, Pb, Ag, Cd, Y, Mo, Rh, Pd, Sb, Cs, La 및 이들의 조합으로부터 형성된 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 나노 와이어(130)는 상기 제1 금속 산화물(131) 및 제2 금속 산화물(132)의 종류에 따라 p-n 타입의 코어-쉘 구조를 형성하거나 n-n 타입의 코어-쉘 구조를 형성할 수 있다.
상기 나노 와이어(130)의 코어-쉘 구조를 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 코어는 기체-액체-고체(VLS: vapor-liquid-solid) 성장법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 쉘은 원자층증착법(ALD: atomic layer deposition)에 의하여 형성할 수 있다.
상기 나노 입자(133)를 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 방사선 분해법을 이용함으로써 나노 와이어(130) 표면에 나노 입자(133)를 형성할 수 있다.
가스 센서(100)의 가스에 대한 감응성은 나노 와이어(130)의 표면에 배치된 나노 입자(133)의 종류에 따라 감응성이 향상되는 가스가 달라질 수 있다. 상기 나노 입자(133)는 Pt, Au, Pd, Ag 및 CuO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여 상기 나노 와이어(130)의 표면에 배치된 나노 입자(133)에 따른 가스 감응성 변화에 대하여 설명한다.
도 4 내지 도 9에서 사용된 가스 센서(100)는, 나노 와이어(130)가 코어-쉘 구조를 가지고 있으며, 코어를 구성하는 제1 금속 산화물(131)은 SnO2이고 쉘을 구성하는 제2 금속 산화물(132)은 ZnO이다. 또한, 나노 입자(133)는 도 4 및 도 5에서는 Pt, 도 6 및 도 7에서는 Au, 도 8 및 도 9에서는 Pd이다. 가스 센서(100)에 5V의 전압을 인가하였으며, 도 5, 도 7 및 도 9에서 측정 대상인 가스의 농도는 50ppm이다.
도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)를 이용하여 톨루엔(C7H8)의 농도를 측정한 것으로, 톨루엔(C7H8)의 농도를 달리하여 가스 센서(100)의 감응성을 측정한 것이다. 도 4의 그래프에서 수직 축은 반응(Rair/Rgas, 그래프에서는 Ra/Rg로 표현됨)를 측정한 것으로 가스에 대한 감응성을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는 별도의 열 에너지 공급부를 포함하지 않고서도 톨루엔의 농도 변화를 안정적으로 감지할 수 있음을 알 수 있다. 반응(Rair/Rgas)에서 Rair는 가스 센서에 일정한 전압을 인가한 후 공기(air) 상에서의 저항을 측정한 값이고, Rgas는 측정 대상 가스를 투입한 후 저항을 측정한 값이다.
도 5는 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)를 이용하여 5V, 50ppm 조건에서 CO, 톨루엔 및 벤젠에 따른 가스 센서(100)의 응답성을 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, CO 및 벤젠(C6H6)에 대하여 민감하게 반응하지 못하지만 톨루엔(C7H8)에 대하여 민감하게 반응함을 알 수 있다. 즉, 나노 입자(133)가 Pt인 경우, 가스 센서(100)는 별도의 열 에너지 공급부를 포함하지 않고서도 톨루엔(C7H8)의 농도 변화에 대하여 민감하게 반응함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)를 이용하여 CO의 농도를 측정한 것으로, CO의 농도를 달리하여 가스 센서(100)의 감응성을 측정한 것이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는 별도의 열 에너지 공급부를 포함하지 않고서도 CO의 농도 변화를 안정적으로 감지할 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)를 이용하여 5V, 50ppm 조건에서 CO, 톨루엔 및 벤젠에 따른 가스 센서(100)의 응답성을 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, 벤젠(C6H6) 및 톨루엔(C7H8)에 대하여 민감하게 반응하지 못하지만 CO에 대하여 민감하게 반응함을 알 수 있다. 즉, 나노 입자(133)가 Au인 경우, 가스 센서(100)는 별도의 열 에너지 공급부를 포함하지 않고서도 CO의 농도 변화에 대하여 민감하게 반응함을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)를 이용하여 벤젠(C6H6)의 농도를 측정한 것으로, 벤젠(C6H6)의 농도를 달리하여 가스 센서(100)의 감응성을 측정한 것이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)는 별도의 열 에너지 공급부를 포함하지 않고서도 벤젠의 농도 변화를 안정적으로 감지할 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)를 이용하여 5V, 50ppm 조건에서 CO, 톨루엔 및 벤젠에 따른 가스 센서(100)의 응답성을 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, CO 및 톨루엔(C7H8)에 대하여 민감하게 반응하지 못하지만 벤젠(C6H6)에 대하여 민감하게 반응함을 알 수 있다. 즉, 나노 입자(133)가 Pd인 경우, 가스 센서(100)는 별도의 열 에너지 공급부를 포함하지 않고서도 벤젠(C6H6)의 농도 변화에 대하여 민감하게 반응함을 알 수 있다.
이하 본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)의 제조 방법을 설명한다. 다만, 아래 설명하는 제조 방법은 일 실시 예에 해당하는 것이므로, 본 발명이 여기에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예를 따르는 가스 센서(100)를 제조하기 위해 우선 기판(110)을 준비한다. 상기 기판(110)은 실리콘 웨이퍼, 석영 기판(110), 산화물 기판(110) 등일 수 있다.
다음으로 상기 기판(110) 상에 절연층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 기판(110) 및 절연층은 기판(110) 상에 형성되는 전극(120)을 지지하고 상호간에 절연하는 역할을 한다. 상기 절연층은 실리콘 옥사이드, 실리콘 다이옥사이드, 질화 실리콘, 폴리머 등일 수 있다.
다음으로 상기 기판(110) 상에 전극(120)을 형성할 수 있다. 상기 전극(120)은 당해 기술분야에서 일반적으로 사용하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면 포토리소그래피 공정(photolithography process)에 의해 형성될 수 있다. 상기 전극(120)은 특별히 제한되지 않지만, Au-Pt-Ti가 순차적으로 적층된 형상을 가질 수 있다. 이 때 각 층의 두께는 필요에 따라 조절될 수 있다.
다음으로 상기 전극(120) 상에 나노 와이어(130)를 형성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 나노 와이어(130)는 기체-액체-고체(VLS: vapor-liquid-solid) 성장법에 의해 형성할 수 있다. 이 때, 상기 나노 와이어(130)가 서로 교차하는 교차점(junction point)이 충분히 생성될 수 있도록 공정 조건을 조절할 필요가 있다. 상기 나노 와이어(130)는 제1 금속 산화물(131) 및 상기 제1 금속 산화물(131)을 둘러싸는 제2 금속 산화물(132)을 포함하는 코어-쉘 구조를 가진다. 이 때, 코어는 기체-액체-고체(VLS: vapor-liquid-solid) 성장법에 의해 형성할 수 있고, 쉘은 원자층증착법(ALD: atomic layer deposition)에 의하여 형성할 수 있다.
상기 코어를 형성하는 공정은 일 예로 다음과 같을 수 있다. 주석 파우더(Aldrich, 99.9%)를 수평 석영튜브 반응로(quartz tube furnace)에 넣고 반응로의 압력을 1x10-3 torr로 설정한다. 상기 반응로 내부로 질소 300 sccm 및 산소 10 sccm을 주입한 후 900℃에서 15분 동안 가열함으로써 코어를 형성할 수 있다.
상기 쉘을 형성하는 공정은 일 예로 다음과 같을 수 있다. 전구체 용액을 준비한다. 상기 전구체 용액은 디에틸 아연(Zn(C2H5)2, DEZn) 및 물을 포함할 수 있다. 상기 전구체 용액을 반응기에 주입하고 상기 반응기는 온도 150℃, 압력 0.3 torr로 설정한다. 상기 전구체 용액에 앞서 형성한 코어가 형성된 기판(110)을 침지하고 원자층증착법을 실시 한다. 이 때 형성되는 쉘의 두께는 5 내지 80nm일 수 있다.
다음으로 상기 나노 와이어(130) 표면에 나노 입자(133)를 형성한다. 우선 전구체 용액을 준비 한다. 상기 전구체 용액은 탈 이온수(DI Water) 94 vol%, 2-프로판올 6 vol%의 혼합 용매에 헥사클로로 백금(Ⅳ)산 수화물(Hydrogen hexachloroplatinate(IV) hydrate) 1.0 Mm을 넣어 형성할 수 있다. 앞서 형성한 코어-쉘 구조를 갖는 나노 와이어(130)가 형성된 기판(110)을 상기 전구체 용액에 침하고 방사선을 조사한다. 상기 방사선은 10 kGy/h에서 2시간 동안 조사할 수 있다.
다음으로, 상기 기판(110)을 500℃에서 1시간 동안 열처리하여 용매를 건조시키고 나노 와이어(130) 표면에 형성된 나노 입자(133)를 산화시킬 수 있다.
그 밖에 가스 센서를 제조 하기 위한 일반적인 공정, 예를 들면 전극에 전원부를 연결하는 공정 등이 추가 될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 가스 센서
110: 기판
120: 전극
130: 나노 와이어
131: 제1 금속 산화물
132: 제2 금속 산화물
133: 나노 입자
140: 전원부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 전극;
    상기 전극 상에 배치된 복수의 나노 와이어; 및
    상기 전극에 전류를 공급하는 전원부;를 포함하고,
    상기 복수의 나노 와이어는 서로 교차하고, 제1 금속 산화물 및 상기 제1 금속 산화물을 둘러싸는 제2 금속 산화물을 포함하는 코어-쉘 구조를 가지고, 그 표면에 Pt 나노 입자를 포함하는. 톨루엔을 선택적으로 감지하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  5. 삭제
  6. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 전극;
    상기 전극 상에 배치된 복수의 나노 와이어; 및
    상기 전극에 전류를 공급하는 전원부;를 포함하고,
    상기 복수의 나노 와이어는 서로 교차하고, 제1 금속 산화물 및 상기 제1 금속 산화물을 둘러싸는 제2 금속 산화물을 포함하는 코어-쉘 구조를 가지고, 그 표면에 Au 나노 입자를 포함하는. CO를 선택적으로 감지하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  7. 삭제
  8. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 전극;
    상기 전극 상에 배치된 복수의 나노 와이어; 및
    상기 전극에 전류를 공급하는 전원부;를 포함하고,
    상기 복수의 나노 와이어는 서로 교차하고, 제1 금속 산화물 및 상기 제1 금속 산화물을 둘러싸는 제2 금속 산화물을 포함하는 코어-쉘 구조를 가지고, 그 표면에 Pd 나노 입자를 포함하는, 벤젠을 선택적으로 감지하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  9. 제4항, 제6항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 센서는 열 에너지 공급부를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  10. 제4항, 제6항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 상기 전극으로부터 뻗어 나오도록 형성된 가스 센서.
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