KR101776116B1 - A gas sensor having nanoporous structure and a method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스검지층에 외부의 가스가 용이하게 가스검지층의 내부로 깊숙히 들어올 수 있는 열린 기공의 비율이 증대하여 효율이 상승하는 가스센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a gas sensor having a nanoporous structure and a method of manufacturing the same, and more particularly to a gas sensor having a nanoporous structure, and more particularly, And a method of manufacturing the same.
최근에는, 환경, 보건 등의 영역에서 미량의 가스를 선제적으로 검지할 수 있는 초고감도 센서재료의 개발이 매우 중요하며, 이에 관련된 원천기술의 확보가 국내외적으로 중요한 이슈가 되고 있다. 예를 들어, 환원성 기체의 일종인 CO의 경우, 이를 흡입하면 혈액 내에서 카르복시-헤모글로빈을 형성하여 산소 운반을 방해하고 적혈구의 기체 교환 능력을 감소시킴으로써 사망의 원인이 될 수도 있기 때문에, ppb 레벨 내지 수백 ppm 레벨의 극미량 검출이 요구되는 물질로서, CO와 같은 환원성 기체를 검출해낼 수 있는 고감도 센서의 수요가 증가할 것으로 예상되고 있다. In recent years, it is very important to develop ultra sensitive sensor materials that can preliminarily detect minute amounts of gas in the fields of environment, health, etc., and securing the source technology related thereto is becoming an important issue both domestically and internationally. For example, in the case of CO, which is a kind of reducing gas, inhalation thereof may cause death by interfering with oxygen transport by forming carboxy-hemoglobin in the blood and reducing the gas exchange ability of red blood cells, It is expected that a demand for a high sensitivity sensor capable of detecting a reducing gas such as CO as a substance requiring detection of a trace amount at a level of several hundred ppm is expected to increase.
반도체 가스센서는, 반도체가 가스와 반응하였을 때 생기는 전기 전도도의 변화를 측정하는 방식으로 감지 대상의 가스를 감지하는 센서이다. 특히, 나노 구조를 갖는 반도체 가스센서를 이용하면 반도체와 가스의 반응을 극대화할 수 있다. 이는, 나노 구조가 특유의 거대 비표면적을 갖고, 나노 구조를 갖는 가스센서 표면의 공핍층이 수십 나노미터(㎚) 이하인 것과 비교하여 전자의 경로가 수십 나노미터(㎚) 이하이며, 가스센서가 공극률이 큰 나노 구조를 갖는 경우 가스가 안쪽까지 빠르게 확산될 수 있기 때문이다. A semiconductor gas sensor is a sensor that senses a gas to be sensed in such a manner as to measure a change in electrical conductivity that occurs when a semiconductor reacts with a gas. Particularly, by using a semiconductor gas sensor having a nanostructure, the reaction between the semiconductor and the gas can be maximized. This is because the nanostructure has a large specific surface area and the electron path is less than several tens nanometers (nm), compared with the case where the depletion layer on the surface of the gas sensor having the nanostructure is less than several tens nanometers (nm) If the nanostructure has a large porosity, the gas can be rapidly diffused to the inside.
대한민국 등록특허 제10-1372287호(발명의 명칭: 나노튜브 박막 가스 센서 및 그 제조방법, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는, 전극이 형성된 기판을 준비하는 제1단계; 상기 기판의 전극 상에 금속 박막을 증착하는 제2단계; 상기 금속 박막을 양극 산화시켜 금속 산화물 나노튜브를 포함하는 가스 감지막을 형성하는 제3단계; 및 상기 가스 감지막의 표면을 식각하는 제4단계를 포함하는 가스 센서의 제조방법과, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전극; 및 상기 전극 상에 형성된 가스 감지막을 포함하되, 상기 가스 감지막은, 전극 상에 증착된 금속 박막이 양극 산화되어 형성된 금속 산화물 나노튜브를 포함하는 가스 센서를 개시한다. Korean Patent No. 10-1372287 discloses a nanotube thin film gas sensor and a method of manufacturing the same, which are hereinafter referred to as a
상기 종래기술1은, 기판에 금속 박막을 증착에 의해 형성시킨 후, 이러한 금속 박막을 양극 산화시켜 금속 산화물 나노튜브를 생성하여 나노 구조의 가스 감지막를 형성하므로, 가스 감지막에 외부의 가스가 들어올 수 없고 내부에만 존재하는 폐기공의 비율이 증대하여, 가스센서의 효율이 감소한다는 제1문제점을 갖는다. In the
그리고, 상기 종래기술1은, 양극 산화와 표면 시각에 의해 나노 다공성 구조를 생성하므로, 비표면적의 증대에 한계가 있어 고감도 센싱을 할 수 없다는 제2문제점을 갖는다. In addition, the above-mentioned
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 기판; 증착입자의 증착을 통해 상기 기판의 일면에 나노 다공성 구조로 형성되는 가스검지층; 및 상기 기판에 설치되고, 상기 가스검지층과 접촉하는 신호처리전극;을 포함하여 이루어질 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a substrate; A gas sensing layer formed on one surface of the substrate with a nanoporous structure through deposition of the deposition particles; And a signal processing electrode provided on the substrate, the signal processing electrode contacting the gas detection layer.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가스검지층의 비표면적(specific surface area)값은, 5 내지 300 m2/g 일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the specific surface area value of the gas sensing layer may be 5 to 300 m 2 / g.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가스검지층의 밀도비(벌크대비)는, 0.01 내지 40 % 일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the density ratio of the gas sensing layer (in terms of bulk) may be 0.01 to 40%.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가스검지층의 내부는, 상대밀도가 일방향에서 타방향으로 감소 또는 증가하는 밀도구배를 갖을 수 있다. In the embodiment of the present invention, the inside of the gas sensing layer may have a density gradient in which the relative density decreases or increases from one direction to the other.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가스검지층은, 배플(baffle)을 이용한 열증착에 의해 형성될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the gas sensing layer may be formed by thermal evaporation using a baffle.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 배플은, 상기 열증착의 열원에 의해 발생한 열의 복사, 대류 및 전도를 억제하는 기능을 구비할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the baffle may have a function of suppressing radiation, convection, and conduction generated by the heat source of the thermal vapor deposition.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 배플은, 상기 증착입자의 이동을 위해 타공된 홀(hole)이 형성되어 있을 수 있다. In an embodiment of the present invention, the baffle may be formed with a perforated hole for moving the deposition particles.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 배플은, 금속, 합금 및 세라믹 물질로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 형성될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the baffle may be formed of one or more materials selected from the group consisting of a metal, an alloy, and a ceramic material.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 증착의 공정압력은, 0.01 내지 10 Torr일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the process pressure of the deposition may be 0.01 to 10 Torr.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가스검지층은, 금속 또는 금속산화물로 형성되거나, 금속과 금속산화물의 혼합물로 형성될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the gas sensing layer may be formed of a metal or a metal oxide, or may be formed of a mixture of a metal and a metal oxide.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 금속산화물은, 주석(Sn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 리튬(Li), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb), 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg), 규소(Si), 인듐(In), 납(Pb) 및 팔라듐(Pd)의 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the metal oxide may be at least one selected from the group consisting of Sn, Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, (Fe), cobalt (Co), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tungsten (W), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium Li, Al, Al, Sb, Bi, Mg, Si, In, Pb and Pd. It can be more than one material.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 금속은, 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 니켈(Ni), 타이타늄(Ti), 아연(Zn), 납(Pb), 바나듐(V), 코발트(Co), 어븀(Er), 칼슘(Ca), 홀뮴(Ho), 사마륨(Sm), 스칸듐(Sc), 터븀(Tb), 몰리브덴(Mo) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the metal is at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Pd, Al, Cu, Cr, Fe, ), Mn, Ni, Ti, Zn, Pb, V, Cob, Er, Ca, ), Samarium (Sm), scandium (Sc), terbium (Tb), molybdenum (Mo), and platinum (Pt).
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 기판은, 금속, 세라믹, 플라스틱, 종이로 형성되될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the substrate may be formed of metal, ceramic, plastic, or paper.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 기판의 일면에 설치된 히터전극과 상기 신호처리전극에 전류 인가 시, 상기 기판의 온도가 상승할 수 있다. In an embodiment of the present invention, when a current is applied to the heater electrode and the signal processing electrode provided on one surface of the substrate, the temperature of the substrate may rise.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가스검지층은, 직경이1.0 내지 100나노미터(㎚)인 메조포어(mesopore)와 직경이 0.5마이크로미터(㎛) 이상인 매크로포어(macropore)를 동시에 포함하는 네트워크를 구비할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas sensing layer is a network including a mesopore having a diameter of 1.0 to 100 nanometers (nm) and a macropore having a diameter of 0.5 micrometers or more .
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 신호처리전극 및 히터전극이 설치된 기판을 마련하는 단계; (ⅱ) 증착챔버에 상기 기판을 고정시키고, 상기 증착챔버 내부를 진공상태로 만들어주는 단계; (ⅲ) 진공상태인 상기 증착챔버에 공정가스를 주입하여 상기 공정가스가 공정압력을 형성하는 단계; (ⅳ) 상기 기판의 온도를 50℃ 이하로 설정하는 단계; (ⅴ) 상기 증착챔버 내에서, 증착물질이 담긴 증발원(heat source)의 온도를 상승시켜 상기 증착물질의 증기를 형성하는 단계; 및 (ⅵ) 상기 (ⅴ)단계의 생성된 증착입자가 상기 기판 상에 증착되어 가스검지층이 형성되는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a plasma display panel, including: (i) providing a substrate provided with a signal processing electrode and a heater electrode; (Ii) fixing the substrate to a deposition chamber and bringing the inside of the deposition chamber into a vacuum state; (Iii) injecting a process gas into the deposition chamber in a vacuum state to form a process pressure; (Iv) setting the temperature of the substrate to 50 DEG C or lower; (V) in the deposition chamber, raising the temperature of the heat source containing the deposition material to form the vapor of the deposition material; And (vi) depositing the deposited particles on the substrate in the step (v) to form a gas sensing layer. The present invention also provides a method of manufacturing a gas sensor having a nanoporous structure, do.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅱ)단계는, 상기 기판과 상기 증발원 간 소정의 위치에 배플(baffle)을 설치하는 공정을 더 포함할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the step (ii) may further include the step of providing a baffle at a predetermined position between the substrate and the evaporation source.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅴ)단계에서, 상기 기판과 상기 증발원 간 소정의 위치에 형상판이 설치되어, 상기 형상판 타공부의 형상에 따라 상기 기판의 일부위에만 상기 가스검지층이 형성될 수 있다. In the embodiment of the present invention, in the step (v), a shape plate may be provided at a predetermined position between the substrate and the evaporation source, and the gas detection layer may be formed only on a part of the substrate, .
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅵ)단계 이 후, 상기 가스검지층, 상기 기판 또는 상기 신호처리전극을 200 내지 1000도(℃)에서 열처리하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다. In an embodiment of the present invention, the step (vi) may further include a step of heat-treating the gas sensing layer, the substrate, or the signal processing electrode at 200 to 1000 degrees Celsius.
본 발명은, 증착 속도 등의 제어에 의해 나노 구조를 성장시키면서 나노 다공성 구조를 생성하여 가스검지층을 형성하므로, 가스검지층에 외부의 가스가 용이하게 가스검지층의 내부로 깊숙히 들어올 수 있는 열린 기공의 비율이 증대하여, 가스센서의 효율이 상승한다는 제1효과를 갖는다. The present invention forms a nanoporous structure while growing a nanostructure by controlling the deposition rate and the like to form a gas detection layer, so that an open gas can be easily introduced into the gas detection layer, The ratio of the pores increases, and the first effect that the efficiency of the gas sensor increases is obtained.
그리고, 본 발명은, 증착입자 각각이 소정의 시간 동안 순차적으로 증착되어, 나노 구조가 성장하는 방식으로 가스검지층을 형성하므로, 이러한 나노 다공성 구조의 비표면적이 크게 구성되어, 고감도 센싱을 할 수 있다는 제2효과를 갖는다.In the present invention, since the gas sensing layer is formed in such a manner that each of the deposited particles is sequentially deposited for a predetermined time and the nanostructure is grown, the specific surface area of such a nanoporous structure is largely formed, The second effect is obtained.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스센서의 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스검지층 내부의 밀도구배에 대한 모식도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스검지층 제조 시 증착챔버 내부에 대한 모식도이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 배플의 평면도이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 증착챔버 내의 공정압력 조절에 따른 가스검지층의 밀도 변화를 나타낸 그래프이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 가스센서를 이용하여 벤젠(Benzene)에 대해 센싱을 수행한 것에 대한 그래프이다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 가스센서를 이용하여 에탄올(Ethanol)에 대해 센싱을 수행한 것에 대한 그래프이다.
도8은 본 발명의 실시 예에 따른 가스센서를 이용하여 일산화탄소(CO)에 대해 센싱을 수행한 것에 대한 그래프이다.
도9는 본 발명의 [실시 예 1] 및 [실시 예 2]에 따른 가스검지층의 SEM 이미지이다.
도10은 본 발명의 [실시 예 3] 및 [실시 예 4]에 따른 가스검지층의 SEM 이미지이다.
도11은 본 발명의 [실시 예 5] 및 [실시 예 6]에 따른 가스검지층의 SEM 이미지이다.
도12는 본 발명의 [실시 예 1] 및 [실시 예 2]에 따른 가스검지층을 700도에서 1시간 동안 열처리한 후 촬영한 SEM 이미지이다.
도13은 본 발명의 [실시 예 3] 및 [실시 예 4]에 따른 가스검지층을 700도에서 1시간 동안 열처리한 후 촬영한 SEM 이미지이다.
도14는 본 발명의 [실시 예 5] 및 [실시 예 6]에 따른 가스검지층을 700도에서 1시간 동안 열처리한 후 촬영한 SEM 이미지이다.
도15는 본 발명의 [실시 예 1], [실시 예 2], [실시 예 3], [실시 예 4], [실시 예 5] 및 [실시 예 6]에 따른 가스검지층을 열처리하기 전과 700도에서 1시간 동안 열처리한 후에 측정한 비표면적에 대한 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a density gradient inside a gas sensing layer according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of the inside of the deposition chamber in the production of the gas detection layer according to the embodiment of the present invention.
4 is a top view of a baffle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the density change of the gas detection layer according to the process pressure control in the deposition chamber according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the sensing performed on benzene using a gas sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a graph showing a result of sensing for ethanol using a gas sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a graph showing a result of sensing for carbon monoxide (CO) using a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
9 is an SEM image of the gas detection layer according to [Example 1] and [Example 2] of the present invention.
10 is an SEM image of the gas detection layer according to [Example 3] and [Example 4] of the present invention.
11 is an SEM image of the gas detection layer according to [Example 5] and [Example 6] of the present invention.
12 is an SEM image of a gas detection layer according to [Example 1] and [Example 2] of the present invention taken after heat treatment at 700 deg. C for 1 hour.
13 is an SEM image of the gas detection layer according to [Example 3] and [Example 4] of the present invention taken after heat treatment at 700 deg. C for 1 hour.
Fig. 14 is a SEM image of a gas detecting layer according to [Example 5] and [Example 6] of the present invention taken after heat treatment at 700 deg. C for 1 hour.
Fig. 15 is a graph showing the relationship between the gas detection layer according to Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Example 5 and Example 6 of the present invention before heat treatment And a specific surface area measured after heat treatment at 700 ° C for 1 hour.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" (connected, connected, coupled) with another part, it is not only the case where it is "directly connected" "Is included. Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스센서의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
도1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서는, 기판(20); 증착입자의 증착을 통해 기판(20)의 일면에 나노 다공성 구조로 형성되는 가스검지층(10); 및 기판(20)에 설치되고, 가스검지층(10)과 접촉하는 신호처리전극(30);을 포함하여 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 1, the gas sensor having the nanoporous structure of the present invention includes a
이 때, 가스검지층(10)과 신호처리전극(30)에 전류를 인가하여 가스 센싱을 수행할 수 있다. 구체적으로, 가스가 접촉되지 않은 상태에서 전류를 인가했을 때 가스검지층(10)의 저항 값과 가스가 접촉한 상태에서 전류를 인가했을 때 가스검지층(10)의 저항 값을 비교하여, 해당 저항 값의 변화를 통해 가스 센싱 여부를 판단할 수 있다. 즉, 가스검지층(10)을 형성하는 나노 다공성 구조에 가스 분자가 침투하기 전과 침투한 후의 저항 값을 비교하여, 각각의 상황에 대한 저항 값의 차이를 센싱하는 것일 수 있다. At this time, a current can be applied to the
가스검지층(10)은, 배플(baffle)(51)을 이용한 열증착에 의해 형성될 수 있다.The
배플(51)은, 열증착의 열원에 의해 발생한 열의 복사, 대류 및 전도를 억제하는 기능을 구비할 수 있다.The
배플(51)에 대한 상세한 사항은 후단에서 설명하기로 한다. Details of the
가스검지층(10)의 비표면적(specific surface area)값은, 5 내지 300 m2/g 일 수 있다. The specific surface area value of the
가스검지층(10)의 비표면적 값이 5 m2/g 미만이면, 가스검지층(10)의 나노 다공성 구조 조직이 치밀하게 되어, 가스 분자가 가스검지층(10)의 나노 다공성 구조 내부로 깊숙히 침투하지 못하는 경우에 대한 비율이 증대하므로, 가스센서의 감도 및 효율이 저하될 수 있다. 그리고, 가스검지층(10)의 비표면적 값이 300 m2/g 초과이면, 가스검지층(10)의 나노 다공성 구조의 나노입자 간 안정적인 결합력이 확보되지 않아 내구성이 감소할 수 있고, 큰 비표면적에 비해 나노입자들이 뭉쳐있는 부위가 증가하여 가스 분자의 이동 경로가 제한되므로 가스센서의 감도 및 효율이 저하될 수 있다. If the specific surface area of the
가스검지층(10)의 밀도비(벌크대비)는, 0.01 내지 40 %일 수 있다.The density ratio (in terms of bulk) of the
가스검지층(10)의 밀도비가 0.01% 미만이면, 가스검지층(10)과 기판(20)의 접착성 등과 관련된 가스센서의 성능이 열악해질 수 있다. 그리고, 가스검지층(10)의 밀도비가 40% 초과이면, 가스검지층(10)의 비표면적 값이 급격히 저하되어, 가스검지층(10)의 나노 다공성 구조 조직이 치밀하게 되어, 가스 분자가 가스검지층(10)의 나노 다공성 구조 내부로 깊숙히 침투하지 못하는 경우에 대한 비율이 증대하므로, 가스센서의 감도 및 효율이 저하될 수 있다.If the density ratio of the
가스검지층(10)의 비표면적 값 또는 가스검지층(10)의 밀도비를 제어하여, 가스의 종류에 적합하게 가스검지층(10)을 제조함으로써, 가스의 종류에 대한 가스센서의 효율을 최적화할 수 있다. By controlling the specific surface area value of the
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스검지층(10) 내부의 밀도구배에 대한 모식도이다. (도2의 (a)는, 기판(20)과 접촉하는 가스검지층(10)의 일측으로부터 외부방향의 타측으로 밀도가 감소하게 밀도구배가 형성된 상태에 대한 것이고, 도2의 (b)는, 기판(20)과 접촉하는 가스검지층(10)의 일측으로부터 외부방향의 타측으로 밀도가 증가하게 밀도구배가 형성된 상태에 대한 것이다.)2 is a schematic diagram of a density gradient inside the
가스검지층(10)의 내부는, 상대밀도가 일방향에서 타방향으로 감소 또는 증가하는 밀도구배를 갖을 수 있다.The inside of the
이는, 증착챔버(52) 내부의 공정가스종류, 공정압력, 기판(20)의 온도, 기판(20)과 증발원(53) 간의 거리 및 증착입자의 가열온도 중 어느 하나 이상을 시간에 따라 조절하여 증착입자의 에너지 및 크기를 변화시켜 수행될 수 있다. This can be achieved by adjusting at least one of the type of process gas inside the
여기에서의 밀도는, 가스검지층(10)에 구비된 나노 다공성 구조의 분포밀도이며, 정량적으로는 벌크(bulk) 소재의 밀도대비 나노 다공성 구조의 상대밀도로 표시할 수 있다. Here, the density is the distribution density of the nanoporous structure provided in the
기공도가 크면, 상대밀도가 낮은 것이므로, 기판(20)과 가스검지층(10) 간의 접촉면적이 감소하게 되어 상대적으로 약한 결합관계가 형성되어, 상호 박리 내지 분리가 일어날 가능성이 크다고 볼 수 있다. 이러한 구성은, 가스검지층(10)의 사용으로 표면적을 증가시켜 감도를 개선하기 위해 이용될 수 있다. If the porosity is large, the relative density is low, so that the contact area between the
기공도가 낮으면, 상대밀도가 높은 것이라 할 수 있고, 기판(20)과 가스검지층(10) 간의 접촉 면적이 증가하게 되어, 상대적으로 강한 결합관계가 형성되며, 상호 박리가 일어날 가능성이 작아 접착력(cohesive force)이 커질 수 있다. 이러한 구성은, 기판(20)과 가스검지층(10)의 결합력과 관련된 가스센서의 내구성 향상에 이용될 수 있다. When the porosity is low, the relative density is high and the contact area between the
가스검지층(10)은, 금속 또는 금속산화물로 형성되거나, 금속과 금속산화물의 혼합물로 형성될 수 있다.The
여기서, 금속산화물은, 주석(Sn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 리튬(Li), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb), 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg), 규소(Si), 인듐(In), 납(Pb) 및 팔라듐(Pd)의 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재일 수 있다.The metal oxide may be at least one selected from the group consisting of Sn, Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, (Ag), gold (Au), platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium (Ru), lithium (Li), aluminum (Al), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tungsten , An oxide of antimony (Sb), bismuth (Bi), magnesium (Mg), silicon (Si), indium (In), lead (Pb) and palladium (Pd).
또한, 금속은, 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 니켈(Ni), 타이타늄(Ti), 아연(Zn), 납(Pb), 바나듐(V), 코발트(Co), 어븀(Er), 칼슘(Ca), 홀뮴(Ho), 사마륨(Sm), 스칸듐(Sc), 터븀(Tb), 몰리브덴(Mo) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재일 수 있다. The metal may be at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Pd, Al, Cu, Cr, Fe, Mg, (Ni), Ti, Zn, Pb, V, Co, Er, Ca, May be at least one material selected from the group consisting of scandium (Sc), terbium (Tb), molybdenum (Mo), and platinum (Pt).
기판(20)은, 금속, 세라믹, 플라스틱, 종이로 형성될 수 있다.The
구체적으로, 기판(20)은, 철(Fe), 니켈(Ni), 아연(Zn), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 단일금속이나 이들이 포함된 합금으로 제조될 수 있다. Specifically, the
또는, 기판(20)은, 알루미나 또는 실리콘과 같은 세라믹으로 제조될 수 있다.Alternatively, the
또는, 기판(20)은, PI(polyimide), PET(Polyethylene phthalate), PEN(poly(oxyethyleneoxycarbonylnaphthalene-2,6-diylcarbonyl), PES(polyether sulfone) 등의 플라스틱 또는 종이로 제조될 수 있다. Alternatively, the
기판(20)의 일면에 설치된 히터전극(40)과 신호처리전극(30)에 전류 인가 시, 기판(20)의 온도가 상승할 수 있다. The temperature of the
히터전극(40)은, 도1에서 보는 바와 같이, 신호처리전극(30)이 설치된 면에 대응되는 기판(20)의 면에 부착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)를 이용한 가스센서에서는, 가스검지층(10)의 온도를 올리기 위해 히터전극(40)에 주입되는 전력량 감소가 특히 중요할 수 있다. 따라서, 기판(20)으로 방출되는 열을 최소화하기 위해, 기판(20)의 일부위를 깍아내고, 절연층(SiOx 혹은 SiNx)을 형성한 뒤에, 그 위에 가스검지층(10), 신호처리전극(30), 히터전극(40)을 형성할 수 있다. In a gas sensor using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), it may be particularly important to reduce the amount of power injected into the
기판(20)의 온도 상승 시, 기판(20)과 접촉하여 형성된 가스검지층(10)의 온도가 상승되고, 가스검지층(10)의 나노 다공성 구조 내부에 침투한 가스 분자가 열에너지를 공급 받아 휘발될 수 있다. 이에 따라, 가스검지층(10)은, 감도가 개선되거나, 가스 센싱 이전의 상태로 회복되는 시간을 단축시킬 수 있어, 가스센서의 효율을 상승시킬 수 있다. When the temperature of the
가스검지층(10)은, 직경이1.0 내지 100나노미터(㎚)인 메조포어(mesopore)와 직경이 0.5마이크로미터(㎛) 이상인 매크로포어(macropore)를 동시에 포함하는 네트워크를 구비할 수 있다. The
이하, 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a gas sensor having a nanoporous structure will be described.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스검지층(10) 제조 시 증착챔버(52) 내부에 대한 모식도이고, 도4는 본 발명의 실시 예에 따른 배플(51)의 평면도이다.FIG. 3 is a schematic view of the inside of the
도3에서 보는 바와 같이, 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서의 제조장치는, 진공상태가 가능한 증착챔버(52), 증착물질에 열에너지를 공급하는 증발원(53), 기판(20)이 고정 및 냉각되는 냉각부(54), 증발원(53)과 기판(20) 사이에 위치하는 배플(51) 및 배기구(55)를 포함하여 이루어질 수 있다. 3, the apparatus for manufacturing a gas sensor having a nanoporous structure includes a
첫째 단계에서, 신호처리전극(30) 및 히터전극(40)이 설치된 기판(20)을 마련할 수 있다. In the first step, the
여기서, 신호처리전극(30) 또는 히터전극(40)은 물리기상증착(PVD) 등의 진공증착이나 잉크젯, 스크린 프린팅 등의 인쇄방법을 사용하여 기판(20)에 형성될 수 있다. 또한, 패턴을 형성하기 위하여 추가적으로 photolithogragpy공정을 사용할 수 있다.Here, the
둘째 단계에서, 증착챔버(52)에 기판(20)을 고정시키고, 증착챔버(52) 내부를 진공상태로 만들어줄 수 있다. In the second step, the
여기서, 기판(20)과 증발원(53) 간 소정의 위치에 배플(baffle)(51)을 설치하는 공정을 더 포함할 수 있다. Here, the method may further include the step of providing a
배플(51)에 의해, 증착입자는 일정한 경로를 따라 순차적으로 기판(20)에 증착되므로, 나노 구조가 성장하는 방식에 의해 나노 다공성 구조를 생성하여 본 발명의 가스검지층(10)을 형성할 수 있다. Since the deposition particles are sequentially deposited on the
도4에서 보는 바와 같이, 배플(51)은, 증착입자의 이동을 위해 타공된 홀(hole)이 형성되어 있을 수 있다. 일정한 간격으로 타공된 홀을 통과하여 기판(20) 표면으로 이동하는 증착입자는, 기판(20)의 표면에 일정한 두께를 형성하고 균일하게 분포하면서 증착될 수 있다. As shown in FIG. 4, the
홀은, 원 또는 다각형의 형상일 수 있으며, 위치별 균일도 개선을 위하여 원의 형상이 바람직할 수 있다. The holes may be in the form of a circle or a polygon, and the shape of the circle may be preferred for uniformity in position.
배플(51)은, 복수 개의 층으로 형성될 수 있다. 또한, 증착챔버(52)에 배플(51)을 복수 개 설치할 수 있다. 이에 따라, 기판(20)에 증착되는 증착입자의 흐름을 제어할 수 있다. The
배플(51)은, 금속, 합금 및 세라믹 물질로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 형성될 수 있다.The
구체적으로, 배플(51)은, 철(Fe), 타이타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 베릴륨(Be), 납(Pb), 주석(Sn), 규소(Si), 크롬(Cr), 아연(Zn), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 배플(51)은, 알루미나, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드 및 지르코니아로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 세라믹 물질로 형성될 수 있다. Specifically, the
셋째 단계에서, 진공상태인 증착챔버(52)에 공정가스를 주입하여 공정가스가 공정압력을 형성할 수 있다. In the third step, a process gas may be injected into the
증착의 공정압력은, 0.01 내지 10 Torr일 수 있다.The process pressure of the deposition may be 0.01 to 10 Torr.
공정압력이 0.01 Torr 미만이면, 박막이 치밀하게 형성되어 박막에 포어(기공)가 형성되지 않을 수 있고, 10 Torr 초과이면, 가스검지층(10)의 나노 다공성 구조의 균일도를 유지하기 힘들 수 있다. 10 Torr 초과의 공정압력 하에서는 증착입자가 기판(20)에 도달할 때까지 지나치게 많은 충돌을 겪을 수 있기 때문이다.If the process pressure is less than 0.01 Torr, the thin film may be densely formed and pores may not be formed in the thin film. If the process pressure is more than 10 Torr, it may be difficult to maintain the uniformity of the nanoporous structure of the
공정가스로는, 불활성 기체로서의 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 라돈(Rn) 중 선택되는 하나 이상의 기체를 선택할 수 있으나, 증착입자와 반응하지 아니하는 기체라면 이에 한정하지 않는다. 특히 형성하고자 하는 가스검지층(10)이 산화물인 경우, 산화상태의 안정성 확보를 위해 상기된 불활성기체 이외에 산소를 더 사용할 수 있으며, 이 때, 산소는 불활성기체의 일부 또는 전부를 대체할 수 있으며, 산소와 불활성기체와의 혼합비율은, 후술할 메조포어 구조를 균일하게 형성하기 위해 실험적으로 결정할 수 있다.As the process gas, at least one gas selected from among argon (Ar), nitrogen (N 2 ), helium (He), neon (Ne), krypton (Kr), xenon (Xe) and radon But it is not limited thereto as long as it is a gas that does not react with the deposition particles. In particular, when the
이러한 공정가스의 종류도 밀도구배를 형성하기 위한 공정변수의 하나가 될 수 있다. 공정가스의 종류에 따라, 기체분자 입자 크기가 상이하고, 이에 따라 증착입자가 충돌할 수 있는 확률 및 충돌 후 에너지 변화 등이 상이할 수 있고, 또한, 공정 가스가 갖는 열전도율도 상이하기 때문이다. 또한, 특히 산소 등을 공정가스로 이용하는 경우, 원료물질과 반응한다는 사실도 고려할 수 있다. This kind of process gas can also be one of the process parameters for forming the density gradient. The gas molecule particle size differs depending on the kind of the process gas, so that the probability that the particles collide with each other and the energy change after the collision may differ, and the thermal conductivity of the process gas also differs. In addition, when oxygen or the like is used as the process gas, the reaction with the raw material may be considered.
넷째 단계에서, 기판(20)의 온도를 50℃ 이하로 설정할 수 있다.In the fourth step, the temperature of the
기판(20) 상 형성된 가스검지층(10)의 균일도를 향상시키기 위해 기판(20)의 온도는 균일하게 유지해야 할 필요가 있다. 기판(20) 온도가 50℃ 보다 높은 경우, 증착되는 물질에 필요이상의 에너지를 제공하게 되어, 열린 기공이 감소하고 입자사이즈가 증가하며, 구현하고자 하는 다공성 나노구조에 대비하여 지나치게 치밀한 박막이 형성될 가능성이 있다. In order to improve the uniformity of the
여기서, 기판(20)은 냉각부(54)에 밀착되게 고정되어 증착이 수행될 수 있다.Here, the
냉각부(54)는 냉각수의 투입과 배출에 의해 기판(20)을 냉각시켜주며, 기판(20)의 전체 면적이 균일한 온도로 유지되도록 할 수 있다.The
다섯째 단계에서, 증착챔버(52) 내에서, 증착물질이 담긴 증발원(heat source)(53)의 온도를 상승시켜 증착물질의 증기를 형성할 수 있다.In the fifth step, in the
이 때, 기판(20)과 증발원(53) 간 소정의 위치에 형상판(미도시)이 설치되어, 형상판(미도시) 타공부의 형상에 따라 기판(20)의 일부위에만 가스검지층(10)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 다양한 형상의 가스검지층(10)을 형성할 수 있다.At this time, a shape plate (not shown) is provided at a predetermined position between the
증착입자의 흐름이 증발원(53)으로부터 증착챔버(52)의 일면 방향으로 형성되도록 증착챔버(52)의 일면에 배기구(55)가 구비될 수 있다. An
여섯째 단계에서, 다섯째 단계의 생성된 증착입자가 기판(20) 상에 증착되어 가스검지층(10)이 형성될 수 있다. In the sixth stage, the resultant deposited particles of the fifth stage may be deposited on the
여기서, 증착입자의 증착속도는 0.01 내지 10 마이크로미터/분(㎛/min) 일 수 있다. 증착입자의 증착속도가 0.01 마이크로미터/분(㎛/min) 미만이면, 생산성이 너무 낮아진다는 단점이 있으며, 10 마이크로미터/분(㎛/min) 초과이면, 원료물질을 증발시키기 위해 필요이상의 파워를 인가해야 하며, 형성된 나노구조가 열로 인해 손상될 수 있다.Here, the deposition rate of the deposited particles may be 0.01 to 10 micrometers / minute (mu m / min). If the deposition rate of the deposited particles is less than 0.01 micrometers / minute (mu m / min), the productivity is too low. If it exceeds 10 micrometers / minute (mu m / min) And the formed nanostructure may be damaged due to heat.
여섯째 단계 이 후, 가스검지층(10), 기판(20) 또는 신호처리전극(30)을 200 내지 1000도(℃)에서 열처리하는 단계를 더 수행될 수 있다. After the sixth step, the
열처리는 가스검지층(10), 기판(20) 또는 신호처리전극(30)의 내구성 향상을 위해 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed to improve the durability of the
열처리 온도가 200 도(℃) 미만인 경우, 열처리 효과가 기준치에 미치지 못해 가스검지층(10), 기판(20) 또는 신호처리전극(30)의 내구성 향상 정도가 낮을 수 있다. 그리고, 열처리 온도가 1000 도(℃) 초과인 경우, 가스검지층(10)을 형성하는 나노 다공성 구조의 나노 입자 크기가 증가하여 기공 비율이 낮아지므로, 가스센서의 효율이 감소할 수 있다. If the heat treatment temperature is less than 200 degrees Celsius, the heat treatment effect does not reach the reference value, and the durability improvement of the
이하, 본 발명의 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서에 대한 실시 예 및 실험 예에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments and experimental examples of a gas sensor having a nanoporous structure according to the present invention will be described.
[실시 예 1][Example 1]
실리콘질화막(SiNx)/실리콘(CuSi)으로 형성된 기판(20)에 플래티늄(Pt)과 타이타늄(Ti)의 합금으로 형성된 신호처리전극(30)을 lift-off 방식으로 형성시켰고, 가스검지층(10) 형성 소재로는 이산화주석(SnO2)을 선택하였다. 그리고, 증착챔버(52)에는 배플(51)과 형상판을 설치하였다. 그리고, 신호처리전극(30)이 형성된 기판(20)의 일면이 증발원(53)을 향하며, 기판(20)의 일면에 대응되는 기판(20)의 타면이 냉각부(54)에 접촉하도록 기판(20)을 설치하였다. 그 후, 공정압력은 0.05 Torr로 설정하고, 공정가스로 아르곤(Ar)가스를 주입하며, 냉각부(54)의 온도를 3℃로 하여 증착을 수행하였다. 증착시간은 50분이었다. 이에 따라, 기판(20) 및 신호처리전극(30)에 접촉되며 나노 다공성 구조를 구비한 가스검지층(10)이 형성되었다. 이후, 700도의 air 분위기 하에서 1시간 동안 열처리를 수행하였다.A
[실시 예 2][Example 2]
증착챔버(52) 내 공정압력을 0.2 Torr로 설정하였다. 그리고, 나머지 조건은 [실시 예 1]의 조건과 동일하게 설정하였다. The process pressure in the
[실시 예 3][Example 3]
증착챔버(52) 내 공정압력을 0.5 Torr로 설정하였다. 그리고, 나머지 조건은 [실시 예 1]의 조건과 동일하게 설정하였다.The process pressure in the
[실시 예 4][Example 4]
증착챔버(52) 내 공정압력을 1 Torr로 설정하였다. 그리고, 나머지 조건은 [실시 예 1]의 조건과 동일하게 설정하였다.The process pressure in the
[실시 예 5][Example 5]
증착챔버(52) 내 공정압력을 2 Torr로 설정하였다. 그리고, 나머지 조건은 [실시 예 1]의 조건과 동일하게 설정하였다.The process pressure in the
[실시 예 6][Example 6]
증착챔버(52) 내 공정압력을 5 Torr로 설정하였다. 그리고, 나머지 조건은 [실시 예 1]의 조건과 동일하게 설정하였다. The process pressure in the
[실험 예 1-1][Experimental Example 1-1]
[실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서를 마련하였다. 그 후, [실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서, [실시 예 4], [실시 예 5] 및 [실시 예 6]의 가스센서의 온도를 300℃로 올리고, 20ppm의 벤젠(Benzene)에 대하여 가스 센싱을 수행하였다. A gas sensor of Example 1, a gas sensor of Example 2, a gas sensor of Example 3, and a gas sensor of Example 4 were provided. Thereafter, the gas sensor of Example 1, the gas sensor of Example 2, the gas sensor of Example 3, the gas sensor of Example 4, the Example 5, and the Example 6, Was raised to 300 DEG C, and gas sensing was performed on 20 ppm of benzene.
[실험 예 1-2][Experimental Example 1-2]
[실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서를 마련하였다. 그 후, [실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4], [실시 예 5] 및 [실시 예 6]의 가스센서의 온도를 400℃로 올리고, 20ppm의 벤젠(Benzene)에 대하여 가스 센싱을 수행하였다.A gas sensor of Example 1, a gas sensor of Example 2, a gas sensor of Example 3, and a gas sensor of Example 4 were provided. Thereafter, the gas sensor of Example 1, the gas sensor of Example 2, the gas sensor of Example 3, and the gas sensor of Example 4, Example 5, and Example 6, Was raised to 400 DEG C, and gas sensing was performed on 20 ppm of benzene.
[실험 예 1-3][Experimental Example 1-3]
[실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서를 마련하였다. 그 후, [실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4], [실시 예 5] 및 [실시 예 6]의 가스센서의 온도를 500℃로 올리고, 20ppm의 벤젠(Benzene)에 대하여 가스 센싱을 수행하였다. A gas sensor of Example 1, a gas sensor of Example 2, a gas sensor of Example 3, and a gas sensor of Example 4 were provided. Thereafter, the gas sensor of Example 1, the gas sensor of Example 2, the gas sensor of Example 3, and the gas sensor of Example 4, Example 5, and Example 6, Was raised to 500 DEG C, and gas sensing was performed on 20 ppm of benzene.
[실험 예 2-1][Experimental Example 2-1]
[실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서를 마련하였다. 그 후, [실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4], [실시 예 5] 및 [실시 예 6]의 가스센서의 온도를 300℃로 올리고, 20ppm의 에탄올(Ethanol)에 대하여 가스 센싱을 수행하였다.A gas sensor of Example 1, a gas sensor of Example 2, a gas sensor of Example 3, and a gas sensor of Example 4 were provided. Thereafter, the gas sensor of Example 1, the gas sensor of Example 2, the gas sensor of Example 3, and the gas sensor of Example 4, Example 5, and Example 6, Was raised to 300 DEG C, and gas sensing was performed on 20 ppm of ethanol (Ethanol).
[실험 예 2-2][Experimental Example 2-2]
[실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서를 마련하였다. 그 후, [실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4], [실시 예 5] 및 [실시 예 6]의 가스센서의 온도를 400℃로 올리고, 20ppm의 에탄올(Ethanol)에 대하여 가스 센싱을 수행하였다.A gas sensor of Example 1, a gas sensor of Example 2, a gas sensor of Example 3, and a gas sensor of Example 4 were provided. Thereafter, the gas sensor of Example 1, the gas sensor of Example 2, the gas sensor of Example 3, and the gas sensor of Example 4, Example 5, and Example 6, Was raised to 400 DEG C, and gas sensing was performed on 20 ppm of ethanol (Ethanol).
[실험 예 2-3][Experimental Example 2-3]
[실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서를 마련하였다. 그 후, [실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4], [실시 예 5] 및 [실시 예 6]의 가스센서의 온도를 500℃로 올리고, 20ppm의 에탄올(Ethanol)에 대하여 가스 센싱을 수행하였다.A gas sensor of Example 1, a gas sensor of Example 2, a gas sensor of Example 3, and a gas sensor of Example 4 were provided. Thereafter, the gas sensor of Example 1, the gas sensor of Example 2, the gas sensor of Example 3, and the gas sensor of Example 4, Example 5, and Example 6, Was raised to 500 DEG C, and gas sensing was performed on 20 ppm of ethanol (Ethanol).
[실험 예 3-1][Experimental Example 3-1]
[실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서를 마련하였다. 그 후, [실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서의 온도를 300℃로 올리고, 20ppm의 일산화탄소(CO)에 대하여 가스 센싱을 수행하였다.A gas sensor of Example 1, a gas sensor of Example 2, a gas sensor of Example 3, and a gas sensor of Example 4 were provided. Thereafter, the temperature of the gas sensor of Example 1, the gas sensor of Example 2, the gas sensor of Example 3, and the gas sensor of Example 4 was raised to 300 ° C, and 20 ppm of carbon monoxide ( CO) were subjected to gas sensing.
[실험 예 3-2][Experimental Example 3-2]
[실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서를 마련하였다. 그 후, [실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서의 온도를 400℃로 올리고, 20ppm의 일산화탄소(CO)에 대하여 가스 센싱을 수행하였다.A gas sensor of Example 1, a gas sensor of Example 2, a gas sensor of Example 3, and a gas sensor of Example 4 were provided. Thereafter, the temperature of the gas sensor of Example 1, the gas sensor of Example 2, the gas sensor of Example 3, and the gas sensor of Example 4 was raised to 400 ° C, and 20 ppm of carbon monoxide ( CO) were subjected to gas sensing.
[실험 예 3-3][Experimental Example 3-3]
[실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서를 마련하였다. 그 후, [실시 예 1]의 가스센서, [실시 예 2]의 가스센서, [실시 예 3]의 가스센서 및 [실시 예 4]의 가스센서의 온도를 500℃로 올리고, 20ppm의 일산화탄소(CO)에 대하여 가스 센싱을 수행하였다.A gas sensor of Example 1, a gas sensor of Example 2, a gas sensor of Example 3, and a gas sensor of Example 4 were provided. Thereafter, the temperature of the gas sensor of Example 1, the gas sensor of Example 2, the gas sensor of Example 3, and the gas sensor of Example 4 was raised to 500 ° C, and 20 ppm of carbon monoxide CO) were subjected to gas sensing.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 증착챔버(52) 내의 공정압력 조절에 따른 가스검지층(10)의 밀도 변화를 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing the density change of the
도5에서, 밀도는 가스검지층(10)의 밀도(Density)를 의미하고, 벌크밀도는 동일한 소재가 일반적인 상태인 경우 동일한 부피에 대한 밀도를 의미하고, 밀도비(Density Ratio)는 밀도/벌크밀도를 의미한다. 5, the density means the density of the
도5에서 보는 바와 같이, 각각의 실시 예에서 가스검지층(10)은 대부분 기공으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 공정조건 중 공정압력이 증가할수록 밀도비가 감소하여, 가스검지층(10)의 밀도가 감소함을 알 수 있었다.As shown in FIG. 5, it can be seen that the
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 가스센서를 이용하여 벤젠(Benzene)에 대해 센싱을 수행한 것에 대한 그래프이고, 도7은 본 발명의 실시 예에 따른 가스센서를 이용하여 에탄올(Ethanol)에 대해 센싱을 수행한 것에 대한 그래프이며, 도8은 본 발명의 실시 예에 따른 가스센서를 이용하여 일산화탄소(CO)에 대해 센싱을 수행한 것에 대한 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing a result of sensing for benzene using a gas sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 8 is a graph showing a result of sensing for carbon monoxide (CO) using a gas sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.
각 그래프에서, Ra는, 공기 중 상태에서의 가스검지층(10) 저항을 의미하고, Rg는, 가스가 투입된 후의 가스검지층(10) 저항을 의미한다. 그리고, 가스에 대한 센싱의 민감도(Sensitivity)는 Ra/Rg로 나타내어질 수 있다. In each graph, Ra means the resistance of the
도6의 (a)는, 벤젠(Benzene)에 대한 센싱의 민감도(Sensitivity)에 관한 그래프이고, 도6의 (b)는, 벤젠(Benzene)에 대한 반응 시간(Response Time)에 관한 그래프이다. 6A is a graph showing the sensitivity of sensing for benzene and FIG. 6B is a graph showing the response time for benzene. FIG.
도6의 (a)에서 300℃ 그래프는 [실험 예 1-1]에 대한 그래프이고, 도6의 (a)에서 400℃ 그래프는 [실험 예 1-2]에 대한 그래프이며, 도6의 (a)에서 500℃ 그래프는 [실험 예 1-3]에 대한 그래프이다. 6A is a graph of [Experimental Example 1-1], and a graph of 400 DEG C of FIG. 6A is a graph of [Experimental Example 1-2] The graph of a) at 500 ° C is a graph of [Experimental Example 1-3].
도6에서 보는 바와 같이, 공정조건 중 공정압력이 증가할수록 벤젠(Benzene)에 대한 센싱의 민감도(Sensitivity)가 대체적으로 증가함을 확인할 수 있었다. 그리고, 이와 반비례적으로, 공정조건 중 공정압력이 증가할수록 벤젠(Benzene)에 대한 센싱의 반응 시간(Response Time)이 감소함을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 6, as the process pressure in the process conditions increases, the sensitivity of the sensing for benzene generally increases. And, inversely, it was confirmed that as the process pressure increases in the process conditions, the response time of the sensing for benzene decreases.
이는, 공정압력이 증가함에 따라 비표면적의 감소 대비 기공 비율의 증가가 커서, 가스가 용이하게 가스검지층(10)의 내부로 깊숙히 들어올 수 있는 열린 기공의 비율이 증가하게 되어 센싱의 민감도(Sensitivity)가 증가하고 센싱의 반응 시간(Response Time)이 감소하는 것 때문일 수 있다. 그러나, 공정압력이 2 Torr이상으로 높아지면, 열린기공의 비율은 거의 일정하나 비표면적이 감소하여, 센싱의 민감도(Sensitivity)가 감소하고 센싱의 반응 시간(Response Time)이 증가하는 것 때문일 수 있다. This is because, as the process pressure is increased, the increase of the specific surface area and the increase of the pore ratio are so large that the ratio of open pores that gas can easily enter deeply into the
도7의 (a)는, 에탄올(Ethanol)에 대한 센싱의 민감도(Sensitivity)에 관한 그래프이고, 도7의 (b)는, 에탄올(Ethanol)에 대한 반응 시간(Response Time)에 관한 그래프이다.FIG. 7A is a graph showing sensitivity of sensing with respect to ethanol, and FIG. 7B is a graph showing response time with respect to ethanol.
도7의 (a)에서 300℃ 그래프는 [실험 예 2-1]에 대한 그래프이고, 도7의 (a)에서 400℃ 그래프는 [실험 예 2-2]에 대한 그래프이며, 도7의 (a)에서 500℃ 그래프는 [실험 예 2-3]에 대한 그래프이다.7A is a graph of [Experimental Example 2-1], and a graph of 400 DEG C of FIG. 7A is a graph of [Experimental Example 2-2] The graph of 500 ° C in a) is a graph of [Experimental Example 2-3].
도7에서 보는 바와 같이, 공정조건 중 공정압력이 증가할수록 에탄올(Ethanol)에 대한 센싱의 민감도(Sensitivity)가 대체적으로 증가함을 확인할 수 있었다. 그리고, 이와 반비례적으로, 공정조건 중 공정압력이 증가할수록 에탄올(Ethanol)에 대한 센싱의 반응 시간(Response Time)이 감소함을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 7, it can be seen that as the process pressure increases in the process conditions, the sensitivity of the sensing to ethanol increases substantially. And, inversely, it was confirmed that as the process pressure increases in process conditions, the response time of sensing for ethanol decreases.
이는, 공정압력이 증가함에 따라 비표면적의 감소 대비 기공 비율의 증가가 커서, 가스가 용이하게 가스검지층(10)의 내부로 깊숙히 들어올 수 있는 열린 기공의 비율이 증가하게 되어 센싱의 민감도(Sensitivity)가 증가하고 센싱의 반응 시간(Response Time)이 감소하는 것 때문일 수 있다. 그러나 공정압력이 2 Torr이상으로 높아지면 열린기공의 비율은 거의 일정하나, 비표면적이 감소하여 센싱의 민감도(Sensitivity)가 감소하고 센싱의 반응 시간(Response Time)이 증가하는 것 때문일 수 있다. This is because, as the process pressure is increased, the increase of the specific surface area and the increase of the pore ratio are so large that the ratio of open pores that gas can easily enter deeply into the
도8의 (a)는, 일산화탄소(CO)에 대한 센싱의 민감도(Sensitivity)에 관한 그래프이고, 도8의 (b)는, 일산화탄소(CO)에 대한 반응 시간(Response Time)에 관한 그래프이다. FIG. 8A is a graph showing sensitivity of sensing for carbon monoxide (CO), and FIG. 8B is a graph showing a response time for carbon monoxide (CO).
도8의 (a)에서 300℃ 그래프는 [실험 예 3-1]에 대한 그래프이고, 도8의 (a)에서 400℃ 그래프는 [실험 예 3-2]에 대한 그래프이며, 도8의 (a)에서 500℃ 그래프는 [실험 예 3-3]에 대한 그래프이다. 8A is a graph of [Experimental Example 3-1], and a graph of 400 DEG C of FIG. 8A is a graph of [Experimental Example 3-2] The graph of a) at 500 ° C is a graph of [Experimental Example 3-3].
도8에서 보는 바와 같이, 공정조건 중 공정압력이 증가할수록 일산화탄소(CO)에 대한 센싱의 민감도(Sensitivity)가 대체적으로 증가함을 확인할 수 있었다. 그리고, 공정조건 중 공정압력이 증가 시, 일산화탄소(CO)에 대한 센싱의 반응 시간(Response Time)이 변화함을 확인할 수 있었다. 이는, 벤젠(Benzene) 또는 에탄올(Ethanol)에 대한 그래프와는 다른 경향을 보여주는 것으로써, 일산화탄소(CO)에 대한 가스센서의 용도에 따라, 민감도와 반응 시간을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. As shown in FIG. 8, it can be seen that the sensitivity of sensing for carbon monoxide (CO) generally increases with increasing process pressure in process conditions. Also, it was confirmed that the response time of the sensing for carbon monoxide (CO) changes when the process pressure is increased in the process conditions. This shows a tendency different from the graph for benzene or ethanol, so that sensitivity and response time can be appropriately selected depending on the use of the gas sensor for carbon monoxide (CO).
이는, 공정압력이 증가함에 따라 비표면적의 감소 대비 기공 비율의 증가가 커서, 가스가 용이하게 가스검지층(10)의 내부로 깊숙히 들어올 수 있는 열린 기공의 비율이 증가하게 되어 센싱의 민감도(Sensitivity)가 증가하고 센싱의 반응 시간(Response Time)이 감소하는 것 때문일 수 있다. This is because, as the process pressure is increased, the increase of the specific surface area and the increase of the pore ratio are so large that the ratio of open pores that gas can easily enter deeply into the
도6, 도7 및 도8에서 보는 바와 같이, 공정압력, 열처리 온도 등을 제어하여, 가스센서의 민감도(Sensitivity)와 반응 시간(Response Time)을 조절할 수 있어, 가스의 종류와 가스센서의 용도에 따라, 적절한 민감도 또는 반응 시간을 선택하여 가스센서를 제조할 수 있다. 6, FIG. 7, and FIG. 8, it is possible to control the sensitivity and the response time of the gas sensor by controlling the process pressure, the heat treatment temperature, and the like, , The gas sensor can be manufactured by selecting an appropriate sensitivity or reaction time.
도9는 본 발명의 [실시 예 1] 및 [실시 예 2]에 따른 가스검지층(10)의 SEM 이미지이고, 도10은 본 발명의 [실시 예 3] 및 [실시 예 4]에 따른 가스검지층(10)의 SEM 이미지이며, 도11은 본 발명의 [실시 예 5] 및 [실시 예 6]에 따른 가스검지층(10)의 SEM 이미지이다. (도9의 (a): [실시 예 1], 도9의 (b): [실시 예 2], 도10의 (a): [실시 예 3], 도10의 (b): [실시 예 4], 도11의 (a): [실시 예 5], 도11의 (b): [실시 예 6])Fig. 9 is an SEM image of the
도9, 도10 및 도11에서 보는 바와 같이, 증착 공정압력이 증가할수록, 증착에 의해 형성된 가스검지층(10)의 나노 다공성 구조에서 기공의 비율이 증가함을 확인할 수 있었다. As shown in FIGS. 9, 10 and 11, it can be seen that as the deposition process pressure increases, the ratio of pores increases in the nanoporous structure of the
도12는 본 발명의 [실시 예 1] 및 [실시 예 2]에 따른 가스검지층(10)을 700도에서 1시간 동안 열처리한 후 촬영한 SEM 이미지이고, 도13은 본 발명의 [실시 예 3] 및 [실시 예 4]에 따른 가스검지층(10)을 700도에서 1시간 동안 열처리한 후 촬영한 SEM 이미지이며, 도14는 본 발명의 [실시 예 5] 및 [실시 예 6]에 따른 가스검지층(10)을 700도에서 1시간 동안 열처리한 후 촬영한 SEM 이미지이다. (도12의 (a): [실시 예 1], 도12의 (b): [실시 예 2], 도13의 (a): [실시 예 3], 도13의 (b): [실시 예 4], 도14의 (a): [실시 예 5], 도14의 (b): [실시 예 6]) FIG. 12 is an SEM image taken after heat treatment of the
도12, 도13 및 도14에서 보는 바와 같이, 증착 공정압력이 증가할수록, 증착에 의해 형성된 가스검지층(10)의 나노 다공성 구조에서 기공의 비율이 증가함을 확인할 수 있었다. 그리고, 열처리에 의해 증착입자 간 결합이 선명하게 보여, 나노 다공성 구조의 내구성이 향상됨을 확인할 수 있었다. 12, 13 and 14, it can be seen that as the deposition process pressure increases, the ratio of pores in the nanoporous structure of the
도15는 본 발명의 [실시 예 1], [실시 예 2], [실시 예 3], [실시 예 4], [실시 예 5] 및 [실시 예 6]에 따른 가스검지층을 열처리하기 전과 700도에서 1시간 동안 열처리한 후에 측정한 비표면적에 대한 그래프이다.Fig. 15 is a graph showing the relationship between the gas detection layer according to Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Example 5 and Example 6 of the present invention before heat treatment And a specific surface area measured after heat treatment at 700 ° C for 1 hour.
도15에서 보는 바와 같이, 열처리를 수행하는 경우, 비표면적의 감소 비율은 큰 반면, 공정압력이 증가할수록 비표면적이 증가한다. 즉, 공정압력이 증가함에 따라 비표면적의 감소 대비 기공 비율의 증가가 커서, 가스가 용이하게 가스검지층(10)의 내부로 깊숙히 들어올 수 있는 열린 기공의 비율이 증가하게 됨을 확인할 수 있었다. 그러나, 공정압력이 2 Torr이상으로 높아지면 열린기공의 비율은 거의 일정하나, 비표면적이 감소함을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 15, when the heat treatment is performed, the specific surface area decreases proportionally, while the specific surface area increases as the process pressure increases. That is, as the process pressure is increased, the increase of the specific surface area and the increase of the pore ratio are large, and it is confirmed that the ratio of the open pores that can easily penetrate into the
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
10 : 가스검지층
20 : 기판
30 : 신호처리전극
40 : 히터전극
51 : 배플
52 : 증착챔버
53 : 증발원
54 : 냉각부
55 : 배기구 10: gas detection layer
20: substrate
30: Signal processing electrode
40: heater electrode
51: Baffle
52: deposition chamber
53: Evaporation source
54:
55: Exhaust
Claims (19)
기판;
증착입자의 증착을 통해 상기 기판의 일면에 나노 다공성 구조로 형성되고, 내부의 일방향에서 타방향으로 상대밀도 차이에 의해 밀도구배가 형성되는 가스검지층;
상기 기판에 설치되고, 상기 가스검지층과 접촉하는 신호처리전극; 및
상기 가스검지층과 상기 신호처리전극으로부터 상기 기판으로 방출되는 열을 최소화하기 위해, 상기 가스검지층과 상기 기판 사이 또는 상기 신호처리전극과 상기 기판 사이에 형성되는 절연층;
을 포함하고,
상기 절연층은, 산화규소 또는 질화규소로 형성되며, 상기 기판의 일부위를 절삭하여 형성된 상기 기판의 절삭 부위에 위치하고,
증착챔버 내부에서 공정압력을 시간에 따라 변화시켜 상기 증착입자의 에너지와 크기를 변화시킴으로써, 상기 가스검지층 내부에서 밀도구배를 형성하며,
상기 가스검지층 내부의 밀도구배에 있어서, 상기 공정압력을 시간에 따라 점진적으로 증가 또는 감소시켜, 상기 가스검지층 두께의 바깥방향으로 상대밀도를 연속적으로 증가 또는 감소시킴으로써, 상기 가스검지층을 형성하고,
상기 가스검지층 내부의 밀도구배에 의해, 상기 기판과 상기 가스검지층 사이의 접착력을 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
In a gas sensor having a nanoporous structure,
Board;
A gas sensing layer formed in a nano-porous structure on one surface of the substrate through deposition of evaporated particles and having a density gradient formed by a relative density difference in one direction from one direction inside;
A signal processing electrode provided on the substrate and in contact with the gas detection layer; And
An insulating layer formed between the gas sensing layer and the substrate or between the signal processing electrode and the substrate to minimize heat emitted from the gas sensing layer and the signal processing electrode to the substrate;
/ RTI >
Wherein the insulating layer is formed of silicon oxide or silicon nitride and is located at a cutting position of the substrate formed by cutting a part of the substrate,
A density gradient is formed inside the gas sensing layer by changing the energy and size of the deposition particles by changing the process pressure in the deposition chamber with time,
The gas sensing layer is formed by gradually increasing or decreasing the process pressure in the density gradient inside the gas sensing layer so that the relative density is continuously increased or decreased in the outward direction of the thickness of the gas sensing layer and,
Wherein the adhesion between the substrate and the gas sensing layer is increased or decreased by a density gradient in the gas sensing layer.
상기 가스검지층의 비표면적(specific surface area)값은, 5 내지 300 m2/g 인 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method according to claim 1,
Wherein the gas sensing layer has a specific surface area of 5 to 300 m < 2 > / g.
상기 가스검지층의 밀도비(벌크대비)는, 0.01 내지 40 % 인 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method according to claim 1,
Wherein the gas sensing layer has a density ratio (in terms of bulk) of 0.01 to 40%.
상기 가스검지층은, 배플(baffle)을 이용한 열증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method according to claim 1,
Wherein the gas sensing layer is formed by thermal evaporation using a baffle.
상기 배플은, 상기 열증착의 열원에 의해 발생한 열의 복사, 대류 및 전도를 억제하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method of claim 5,
Wherein the baffle has a function of suppressing radiation, convection and conduction of heat generated by the heat source of the thermal vapor deposition.
상기 배플은, 상기 증착입자의 이동을 위해 타공된 홀(hole)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method of claim 5,
Wherein the baffle is formed with a perforated hole for movement of the deposition particles.
상기 배플은, 금속, 합금 및 세라믹 물질로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method of claim 5,
Wherein the baffle is formed of at least one material selected from the group consisting of a metal, an alloy, and a ceramic material.
상기 증착의 공정압력은, 0.01 내지 10 Torr인 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method according to claim 1,
Wherein the process pressure of the deposition is in the range of 0.01 to 10 Torr.
상기 가스검지층은, 금속 또는 금속산화물로 형성되거나, 금속과 금속산화물의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method according to claim 1,
Wherein the gas sensing layer is formed of a metal or a metal oxide or is formed of a mixture of a metal and a metal oxide.
상기 금속산화물은, 주석(Sn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 리튬(Li), 알루미늄(Al), 안티몬(Sb), 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg), 규소(Si), 인듐(In), 납(Pb) 및 팔라듐(Pd)의 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재인 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method of claim 10,
The metal oxide may be at least one selected from the group consisting of Sn, Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, (Ag), gold (Au), platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium (Ru), lithium (Li), aluminum (Al) And at least one material selected from the group consisting of oxides of antimony (Sb), bismuth (Bi), magnesium (Mg), silicon (Si), indium (In), lead (Pb) and palladium (Pd) A gas sensor comprising a nanoporous structure.
상기 금속은, 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 니켈(Ni), 타이타늄(Ti), 아연(Zn), 납(Pb), 바나듐(V), 코발트(Co), 어븀(Er), 칼슘(Ca), 홀뮴(Ho), 사마륨(Sm), 스칸듐(Sc), 터븀(Tb), 몰리브덴(Mo) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재인 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method of claim 10,
The metal may be at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Pd, Al, Cu, Cr, Fe, Mg, (Ni), Ti, Zn, Pb, V, Cb, Er, Ca, Hol, Wherein the at least one material is at least one material selected from the group consisting of Sc, Tb, Mo, and Pt.
상기 기판은, 금속, 세라믹, 플라스틱, 종이로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate is formed of a metal, ceramic, plastic, or paper.
상기 기판의 일면에 설치된 히터전극과 상기 신호처리전극에 전류 인가 시, 상기 기판의 온도가 상승하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method according to claim 1,
Wherein a temperature of the substrate is increased when a current is applied to the heater electrode and the signal processing electrode provided on one surface of the substrate.
상기 가스검지층은, 직경이1.0 내지 100나노미터(㎚)인 메조포어(mesopore)와 직경이 0.5마이크로미터(㎛) 이상인 매크로포어(macropore)를 동시에 포함하는 네트워크를 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서.
The method according to claim 1,
Characterized in that the gas sensing layer comprises a network which simultaneously comprises a mesopore with a diameter of 1.0 to 100 nanometers and a macropore with a diameter of 0.5 micrometers or more. A gas sensor comprising a porous structure.
(ⅰ) 상기 신호처리전극 및 히터전극이 설치된 상기 기판을 마련하는 단계;
(ⅱ) 상기 증착챔버에 상기 기판을 고정시키고, 상기 증착챔버 내부를 진공상태로 만들어주는 단계;
(ⅲ) 진공상태인 상기 증착챔버에 공정가스를 주입하여 상기 공정가스가 공정압력을 형성하는 단계;
(ⅳ) 상기 기판의 온도를 50℃ 이하로 설정하는 단계;
(ⅴ) 상기 증착챔버 내에서, 증착물질이 담긴 증발원(heat source)의 온도를 상승시켜 상기 증착물질의 증기를 형성하는 단계; 및
(ⅵ) 상기 (ⅴ)단계의 생성된 상기 증착입자가 상기 기판 상에 증착되어 상기 가스검지층이 형성되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서의 제조방법.
A method of manufacturing a gas sensor having a nanoporous structure according to claim 1,
(I) providing the substrate provided with the signal processing electrode and the heater electrode;
(Ii) fixing the substrate to the deposition chamber and bringing the inside of the deposition chamber into a vacuum state;
(Iii) injecting a process gas into the deposition chamber in a vacuum state to form a process pressure;
(Iv) setting the temperature of the substrate to 50 DEG C or lower;
(V) in the deposition chamber, raising the temperature of the heat source containing the deposition material to form the vapor of the deposition material; And
(Vi) depositing the deposited particles generated in step (v) on the substrate to form the gas sensing layer;
The method of claim 1, wherein the nanoporous structure comprises a nanoporous structure.
상기 (ⅱ)단계는, 상기 기판과 상기 증발원 간 소정의 위치에 배플(baffle)을 설치하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서의 제조방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the step (ii) further comprises the step of providing a baffle at a predetermined position between the substrate and the evaporation source.
상기 (ⅴ)단계에서, 상기 기판과 상기 증발원 간 소정의 위치에 형상판이 설치되어, 상기 형상판 타공부의 형상에 따라 상기 기판의 일부위에만 상기 가스검지층이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서의 제조방법.
18. The method of claim 16,
Wherein the gas sensing layer is formed only on a part of the substrate according to the shape of the shape plate ridge in the step (v), wherein a shape plate is provided at a predetermined position between the substrate and the evaporation source, Wherein the gas sensor has a structure.
상기 (ⅵ)단계 이 후, 상기 가스검지층, 상기 기판 또는 상기 신호처리전극을 200 내지 1000도(℃)에서 열처리하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 구조를 구비하는 가스센서의 제조방법. 18. The method of claim 16,
Further comprising the step of heat-treating the gas sensing layer, the substrate or the signal processing electrode at a temperature of 200 to 1000 degrees Celsius after the step (vi) Gt;
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