KR102040216B1 - 나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서 및 가스센서의 제조방법 - Google Patents

나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서 및 가스센서의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서로서, 기판; 상기 기판의 상부 표면에 적층된 전극; 및 상기 전극 위에 형성된 가스 센싱 부재;를 포함하고, 상기 가스 센싱 부재가, 금속 산화물의 나노입자들이 3차원 네트워크 구조로 형성된 나노구조물층; 및 상기 나노구조물층을 구성하는 나노구조물들의 표면에 코팅된 발수코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서가 제공된다.

Description

나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서 및 가스센서의 제조방법 {Gas sensor having nano-wire network structure and method for manufacturing the gas sensor}
본 발명은 가스센서에 관한 발명으로, 보다 상세하게는, 수분의 영향을 최소화하고 타겟 가스의 센싱 정확도를 향상시키기 위해 나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서에 관한 것이다.
금속 산화물 반도체인 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WOx), 산화티타늄(TiO2) 등은 유해한 가스 성분인 CO, O2, NOx 등과 접촉하게 되면 산화물 표면에서 일어나는 기체 흡착 및 산화/환원 반응에 의해 전기 비저항이 변화하게 되며, 현재 널리 사용되고 있는 산화물 반도체 기반 가스 센서는 이러한 특성을 이용하여 유해가스를 검출한다.
도1은 종래기술에 따른 전형적인 가스 센서를 나타내며 도1(a)는 단면을 도1(b)는 평면을 각각 개략적으로 도시하였다. 도시한 종래의 가스 센서는 기판(10)의 상부에 전극(20)이 형성되고 전극(20) 위에 금속 산화물의 가스 센싱 부재(30)가 형성되어 있다.
또한 일반적으로 일산화탄소나 톨루엔, 포름알데히드 등의 유해 가스 검출을 위한 산화주석 기판의 가스센서의 경우 가스센서의 동작온도가 섭씨 250도에서 350도로 알려져 있으며, 따라서 필요에 따라 기판(10)의 아래에 히터(40)가 부착되어 가스 센싱 부재(30)가 상기 동작온도 범위 내에서 동작할 수 있도록 한다.
그런데 이러한 종래 가스 센서는 검출 대상인 타겟 가스 뿐만 아니라 온도와 습도의 영향도 받는다. 즉 온도나 습도의 변화에 따라 가스 센싱 부재의 전기 저항값이 변하기 때문에 온도가 변하거나 습도가 높은 환경에서는 타겟 가스를 정확히 측정할 수 없는 문제가 있다. 히터(40)가 부착된 가스 센서의 경우 히터(40)를 이용해서 가스 센싱 부재(30)를 일정 온도 범위 내로 유지할 수 있다 하더라도 습도의 영향은 여전히 받게 되며, 그러므로 습도가 높은 환경에서 가스 센서의 정확도를 향상시킬 필요성이 존재한다.
특허문헌1: 한국 공개특허 제2014-0024993호 (2014년 3월 4일 공개) 특허문헌2: 한국 공개특허 제2009-0126793호 (2009년 12월 9일 공개)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 습도의 영향을 받지 않고 타겟 가스에 대한 센싱 민감도(sensitivity)를 유지할 수 있는 가스 센서 및 이러한 가스 센서의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서로서, 기판; 상기 기판의 상부 표면에 적층된 전극; 및 상기 전극 위에 형성된 가스 센싱 부재;를 포함하고, 상기 가스 센싱 부재가, 금속 산화물의 나노입자들이 3차원 네트워크 구조로 형성된 나노구조물층; 및 상기 나노구조물층을 구성하는 나노구조물들의 표면에 코팅된 발수코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서를 제조하는 방법으로서, 기판의 상부 표면에 전극을 적층하는 단계; 및 상기 전극 위에 가스 센싱 부재를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 가스 센싱 부재를 형성하는 단계는, 금속 산화물의 나노입자들이 3차원 네트워크 구조로 형성된 나노구조물층을 적층하는 단계, 및 상기 나노구조물층을 구성하는 나노입자들의 표면에 발수성을 갖는 화합물을 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 가스 센싱 부재가 3차원 네트워크 나노구조물층과 나노구조물 표면에 형성된 발수코팅층을 포함하도록 구성됨으로써 가스 센서가 습도의 영향을 받지 않고 타겟 가스를 정확히 측정할 수 있는 이점을 가진다.
도1은 종래기술에 따른 가스센서를 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서의 사시도,
도3은 일 실시예에 따른 가스센서를 제조하는 방법의 흐름도,
도4 및 도5는 일 실시예에 따른 가스센서의 측면도,
도6 및 도7은 일 실시예에 따른 발수성 화합물의 발수 특성을 설명하기 위한 도면,
도8은 일 실시예에 따른 가스 센싱 부재의 주사전자현미경(SEM) 사진,
도9는 발수 코팅된 금속산화물의 수분에 대한 영향을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도10 및 도11은 발수 코팅층의 유무에 따른 일산화탄소 가스 센싱 결과를 설명하기 위한 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서의 도면에 있어서, 구성요소들의 길이, 두께, 넓이 등의 수치는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장하여 표시될 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서의 사시도이다. 도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 가스센서는 기판(100), 기판(100)의 상부 표면에 적층된 전극(200), 및 전극(200) 위에 형성된 가스 센싱 부재(300)를 포함할 수 있다. 도면에 도시하지 않았지만 기판(100)의 하부 표면에 히터(도시 생략)가 부착될 수 있다.
기판(100)은 종래의 가스센서에서 일반적으로 사용되는 기판의 재질이 그대로 사용될 수 있으며 기판(100)의 형상이나 두께 등은 본 발명의 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다.
일 실시예에서 기판(100)은 열전도율이 좋고 전기절연성이 있는 Si, SiO2, Al2O3, Si3N4, BaTiO3, ZnO, NiO, 및 TiO2 중 적어도 하나의 재질로 형성될 수 있다.
전극(200)은 기판(100)의 상부에 적층되며, 예컨대 도1의 종래의 가스센서와 같이 전극(200)의 평면 형상은 구체적 실시 형태에 따라 특정 형태를 갖도록 설계될 수 있다. 전극(200)은 전기전도성이 우수한 금속 등의 재질로 형성될 수 있다.
일 실시예에서 가스 센싱 부재(300)는 예컨대 CO, O2, NOx 등의 유해한 가스를 감지할 수 있는 센싱 부재로서, 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WOx), 산화티타늄(TiO2) 등의 금속 산화물 반도체(이하 "금속 산화물" 또는 "반도체 산화물"이라고도 칭함)로 형성될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서 가스 센싱 부재(300)는 금속 산화물의 나노입자들이 3차원 네트워크 구조로 형성된 나노구조물층으로 형성된다. 즉 도2에 도식적으로 나타내었듯이, 나노구조물층이 금속 산화물의 나노 구조물들이 3차원적으로 연결된 네트워크 구조체로 이루어진다. 도2의 바람직한 실시예에 따른 나노구조물층 구성에 따르면, 막대형 또는 다지형(多指形) 의 나노입자들이 전극(200)의 상부 표면에서 상방향으로 뻗어있고 또한 이 나노입자들 사이를 막대형 또는 다지형의 또다른 나노입자들이 연결하도록 형성된다. 막대형 또는 다지형의 나노입자들은 전극(200)의 상부에서 수직이나 수평 또는 다양한 각도로 경사져서 형성되며 이러한 나노입자들이 서로 물리적으로 언결됨으로써 나노구조물층이 나노입자들의 3차원 네트워크 구조를 가진다. 이러한 네트워크 구조에 따르면 나노구조물층을 구성하는 금속 산화물의 표면적이 평면 구조에 비해 훨씬 크기 때문에 타겟 가스(즉 가스센서가 감지하고자 하는 목표가 되는 가스)의 가스 입자와 상대적으로 많이 결합할 수 있는 이점이 있다.
일 실시예에 이러한 나노구조물층의 가스 센싱 부재(300)의 두께는 수십 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터가 될 수 있으며 구체적 실시 형태에 따라 나노구조물층의 두께가 달라질 수 있음은 물론이다.
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바람직한 일 실시예에서 나노구조물층을 형성하는 각 나노구조물의 표면에 발수코팅층이 형성된다. 일 실시예에서 발수코팅층은 발수성 화합물을 코팅함으로써 형성할 수 있다. 예를 들어 발수성 화합물로서 발수성을 갖는 실란계 화합물을 사용할 수 있다. 실란계 화합물로서 예컨대 PFOTS (1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilane), FOTS (1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorosilane), OTS (Octadecyltrichlorosilane), TPS (Trimethoxy(propyl)silane), DDMS (Dimethyl Dichlorosilane), CMS(Chlorotrimethylsilane) 등의 화합물 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용할 수 있다.
경우에 따라 가스센서의 동작 조건이 고온의 환경(예컨대 섭씨 300도)일 수 있으며, 이러한 고온 환경에서도 발수코팅층이 나노구조물층에 안정적으로 코팅되어 발수 특성을 나타내어야 한다. 본 발명자의 실험에 따르면 다양한 실란계 화합물 중 예컨대 PFOTS, FOTS 또는 TPS가 고온에서도 안정적으로 발수 특성을 가짐을 확인하였고, 따라서 PFOTS, FOTS 및 TPS로 이루어진 화합물로 발수코팅을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
도3은 상술한 일 실시예에 따른 가스센서를 제조하는 예시적 방법의 흐름도이다.
도면을 참조하면, 우선 단계(S110)에서 기판(100)의 상부 표면에 전극(200)을 형성한다. 일 실시예에서 기판(100)은 열전도율이 좋고 전기절연성이 있는 Si, SiO2, Al2O3, Si3N4, BaTiO3, ZnO, NiO, 및 TiO2 중 적어도 하나의 재질로 형성될 수 있고, 전극(200)은 전기전도성이 우수한 금속 등의 재질로 형성될 수 있다.
기판(100) 위에 전극(200)을 형성하는 방법은 공지의 적층방법 또는 코팅방법 중 하나가 사용될 수 있다. 예를 들어 바 코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 프린팅법, 닥터 블레이드 코팅(doctor blade coating), 슬롯 다이코팅(slot die coating), 스핀코팅(spin coating), 드랍 코팅(drop coating), 열 증착(thermal evaporation), 전자선 증착, 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 공지의 적층 또는 코팅 방법 중 어느 하나의 방법이 사용될 수 있다.
다음으로 단계(S120)에서 전극(200) 위에 3차원 네트워크 구조를 갖는 가스 센싱 부재(300)를 형성한다. 이를 위해, 일 실시예에서 우선 전극(200) 위에 나노구조물층(310)을 형성하고 그 후 나노구조물들의 표면에 발수코팅층(320)을 형성할 수 있다.
이와 관련하여 도4는 전극(200) 위에 나노구조물층(310)을 형성했을 때의 모습을 도식적으로 나타내고 도5는 나노구조물들의 표면에 발수코팅층(320)을 형성했을 때의 모습을 나타낸다.
일 실시예에서 나노구조물들은 금속 산화물로 형성될 수 있다. 예를 들어 금속 산화물로서 Sn, Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Pt, Ir, Ru, Li, Al, Sb, Bi, Mg, Si, In, 및 Pd의 산화물 중에서 선택되는 하나 이상의 금속 산화물로서 형성될 수 있다.
도4에 도식적으로 나타내었듯이 금속 산화물의 나노구조물들의 3차원 네트워크 구조는 예컨대 나노 구조물들이 전극(200) 상부에서 수직이나 수평 방향으로 또는 다양한 각도로 비스듬히 뻗으면서 나노구조물들끼리 서로 연결되는 3차원 구조를 가진다. 도시한 실시예에서는 나노구조물로서 막대 형상인 나노구조물을 예시하였지만 대안적으로 나노구조물이 구형, 막대형, 사지상형(tetrapod), 또는 다지형(多指形) 중 하나 이상의 형상을 가질 수 있다.
전극(200) 위에 이러한 3차원 네트워크 구조의 나노구조물층(310)을 형성하기 위해 공지의 적층 또는 코팅 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어 템플레이트(template)를 이용하는 템플레이트법, 입자 자체 내에 기공이나 공간을 갖는 입자들을 뿌려서 나노입자층을 형성하는 입자 코팅법, 금속 리간드인 알킬 그룹 및 용매의 증발에 의해 기공 형성하는 솔젤법 등을 사용할 수 있다.
그러나 바람직한 일 실시예에서 열증착법(thermal evaporation)을 사용함으로써 도시한 것과 같이 3차원 네트워크 구조를 갖는 나노구조물층(310)을 형성할 수 있다. 열증착법을 사용하는 경우, 전극(200)이 적층된 기판(100)을 챔버 내에 넣고, 소정 온도의 진공 상태에서 전극(200) 위에 금속 산화물을 형성할 수 있다. 이 때 챔버 내의 온도, 압력, 시료(즉 금속 산화물) 공급 속도를 조절하여 증착 속도를 조절하며 도4와 같은 3차원 네트워크 나노구조물층(310)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서 이러한 열증착법에 의해 전극(200) 위에 나노구조물층(310)을 대략 수십 내지 수백 마이크로미터 두께로 형성할 수 있다.
다시 도3과 도5를 참조하면, 전극(200) 위에 나노구조물층(310)을 형성한 후 단계(S130)에서 나노구조물 표면에 발수코팅층(320)을 형성한다. 즉 이 단계(S130)에서 나노구조물층(310)을 구성하는 나노와이어들의 표면에 발수성을 갖는 화합물을 코팅한다. 일 실시예에서 발수성 화합물로서 예컨대 PFOTS, FOTS, OTS, TPS, DDMS, CMS 등의 실란계 화합물 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 고온 환경에서의 안정적인 센서 성능을 나타낼 수 있는 실란계 화합물을 사용할 수 있으며, 이 경우 예컨대 PFOTS, FOTS 또는 TPS를 사용할 수 있다.
이와 관련하여 도6 및 도7은 여러 발수성 화합물의 발수 특성을 설명하기 위한 도면으로, 가스 센싱 부재(300) 위에 발수성을 갖는 다양한 실란계 화합물들을 1uL, 10uL, 100uL 양만큼 코팅하여 발수 특성을 실험한 그래프이다. 도6을 참조하면 PFOTS, FOTS, OTS, TPS, DDMS 등의 실란계 화합물이 네트워크 나노구조물의 표면에서 접촉각 150도 이상의 초발수 특성을 보여주며, 따라서 이러한 실란계 화합물로 발수코팅층(320)을 형성할 수 있음을 알 수 있다.
도7은 가스센서의 작동온도인 섭씨 300도에서 초발수 특성을 유지하는지 여부를 확인한 실험으로, 도7은 PFOTS로 발수코팅 하였을 때의 접촉각 그래프(검은색) 및 300도까지 열처리 처리후의 접촉각 그래프(붉은색)를 각각 나타낸다. 실험결과 5개의 실란화합물 중 PFOTS, FOTS, 및 TPS가 가스센서의 작동온도인 고온에서도 발수 특성을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
다시 도3을 참조하면, 단계(S130)에서 나노구조물들의 표면 위에 발수 코팅층을 형성하기 위해 공지의 코팅 방법이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 자기조립 단분자막(Self-Assembled Monolayer; SAM) 방식에 의해 발수코팅층을 형성할 수 있다. 자기조립 단분자막(SAM) 방식은 코팅 대상물(본 발명의 경우 나노구조물들)의 표면에 단위분자들이 분자간의 상호작용을 통하여 자발적으로 조립되어 특정한 구조물이 만들어지는 현상을 이용하여 자발적이고 규칙적으로 정렬된 유기 단분자 박막("자기조립 단분자막")을 형성하는 방법으로, 본 발명의 실시예에서는 발수성의 실란계 화합물을 전구체(precursor)로 사용하여 나노구조물들의 표면 위에 증기기상증착방법(vapor deposition method)을 이용하여 자기조립단분자막(SAM)을 증착시킬 수 있다.
도8은 상술한 방법에 따라 형성된 가스 센싱 부재(300)의 주사전자현미경(SEM) 사진으로, 열증착법에 의해 형성되고 PFOTS의 발수코팅층을 갖는 나노구조물층(310)의 단면(위쪽 사진)과 표면(아래쪽 사진)을 나타낸다. 사진에서 알 수 있듯이 금속 산화물의 나노구조물들이 3차원적으로 네트워크 구조체를 형성하며 수십 내지 100 마이크로미터 두께로 나노입자층을 형성한 것을 알 수 있다.
다시 도3을 참조하면, 이상과 같이 나노구조물층(310)과 발수코팅층(320)으로 구성된 가스 센싱 부재(300)를 전극(200) 위에 형성한 후, 추가 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어 필요에 따라 히터(도시 생략)를 기판(100)의 하부 표면에 부착할 수 있다. 대안적으로, 히터를 기판(100)에 부착하는 공정은 상술한 단계 중 기판의 상부표면에 전극을 형성하는 단계(S110)의 전 후 중 어느 시점에서 수행되는 것이 바람직하다.
이제 도9 내지 도11를 참조하여 본 발명에 따른 가스 센싱 부재(300)의 기술적 효과를 설명하기로 한다.
도9는 발수 코팅된 금속산화물의 수분에 대한 영향을 실험한 결과를 나타내는 도면으로서, 산화주석(SnO2) 반도체 산화물의 나노구조물층(310) 위에 PFOTS를 코팅한 가스 센싱 부재(300)의 수분 영향을 나타낸다.
도9에서 검은색 그래프는 80%의 상대습도 환경에서 발수코팅을 하지 않은 가스 센싱 부재의 시간에 따른 저항값 변화를 나타내며, 가스 센싱 부재가 수분과 접촉하면서 전기저항이 급격히 낮아지는 것을 알 수 있다. 즉 종래의 가스 센싱 부재는 수분의 영향을 많이 받으며 타겟 가스의 농도를 정확히 측정하지 못함을 알 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예에 따라 PFOTS로 코팅한 경우(빨간색 그래프) 가스 센싱 부재가 수분과 접촉하더라도 전기저항의 감소량이 크지 않았고, 발수코팅을 하지 않은 가스 센서와 비교하여 습기의 영향이 각각 80% (PFOTS) 감소하였다. 즉 본 발명에 따른 가스 센싱 부재는 종래 대비 수분의 영향을 현저히 덜 받으며 타겟 가스 농도를 정확히 측정할 수 있음을 알 수 있다.
도10 및 도11은 발수 코팅층의 유무에 따른 일산화탄소 가스의 센싱 결과를 나타내는 도면으로, 섭씨 300도의 작동 온도하에서 건조한 분위기(Ar 300 sccm, RH: 0%) 및 습윤한 분위기(RH: 100 %)에서의 일산화탄소를 5 sccm 씩 증가시키며 25 sccm까지 일정량 주입하였을 때의 실험 결과를 나타낸다.
이러한 실험 환경에서 도10은 발수코팅층이 없는 가스 센싱 부재의 실험 결과로서, 건조 분위기의 경우(검은색 그래프) 시간이 지남에 따라 가스 센싱 부재가 일산화탄소를 검출하여 전기저항값이 감소하였다가 일산화탄소 주입이 중지되면 저항값이 다시 증가함을 알 수 있다. 그러나 습도가 높은 분위기에서는 붉은색 그래프와 같이 가스 센싱 부재가 수분의 영향으로 인해 전기저항값이 더 많이 감소하였다. 즉 발수코팅층이 없기 때문에 가스 센싱 부재가 타겟 가스 뿐만 아니라 수분까지도 감지하게 되어 일산화탄소 농도를 정확히 검출하지 못한다.
도11은 도10과 동일한 환경에서 본 발명에 따라 PFOTS 발수코팅층이 형성된 가스 센싱 부재(300)를 실험한 결과로서, 검은색 그래프는 건조한 분위기 및 붉은색 그래프는 습윤한 분위기에서의 시간에 따른 전기저항값 변화를 각각 나타낸다.
도면에서 검은색 그래프와 붉은색 그래프가 유사한 변화량을 보여주는 것에서 알 수 있듯이 일산화탄소의 검출에 따른 전기저항값 변화가 습도의 높음이나 낮음에 거의 영향이 없으며, 따라서 본 발명에 따른 나노구조물층(310)과 발수코팅층(320)으로 이루어진 가스 센싱 부재(300)는 습도의 영향을 받지 않고 타겟 가스에 대한 센싱 민감도(sensitivity)를 유지할 수 있음을 알 수 있다.
이러한 방법은 기존의 다른 기술들이 가스검지층이 아닌 추가적인 층에 발수코팅을 통하여 수분에 대한 영향을 줄이고자 한 방법과는 달리 가스 검지층에 직접적으로 발수층을 유도하여 추가적인 층이나 필터 없이 안정적인 수분에 대한 영향을 줄이는 기술로써 보다 단순하며 높은 정확도를 가지는 가스센서를 구현할 수 있는 장점을 가진다.
이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 기판
200: 전극
300: 가스 센싱 부재
310: 나노구조물층
320: 발수코팅층

Claims (14)

  1. 나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서로서,
    기판(100);
    상기 기판의 상부 표면에 적층된 전극(200); 및
    상기 전극 위에 형성된 가스 센싱 부재(300);를 포함하고,
    상기 가스 센싱 부재가, 적어도 한 종류의 가스와 접촉시 전기 비저항이 변하는 특성을 갖는 금속 산화물의 나노입자들이 3차원 네트워크 구조로 형성된 수십 마이크로미터 내지 100 마이크로미터 두께의 나노구조물층(310); 및 상기 나노구조물층을 구성하는 나노입자들의 표면에 코팅된 발수코팅층(320);을 포함하고,
    상기 나노구조물층을 열증착법에 의해 형성하여, 막대형 또는 다지형의 나노입자들이 상기 전극의 표면에서 상방향으로 뻗어있고 또한 이 나노입자들 사이를 막대형 또는 다지형의 또다른 나노입자들이 연결하도록 형성함으로써 상기 나노구조물층이 나노입자들의 3차원 네트워크 구조를 가지며,
    상기 발수코팅층이 발수성을 갖는 실란계 화합물인 PFOTS (1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilane), FOTS (1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorosilane) 및 TPS (Trimethoxy(propyl)silane) 중 적어도 하나로 이루어지되, 기상증착방법에 의한 자기조립단분자막(SAM)으로 형성된 것을 특징으로 하는 가스센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판이 Si, SiO2, Al2O3, Si3N4, BaTiO3, ZnO, NiO, 및 TiO2중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발수코팅층이 상기 PFOTS, FOTS, 또는 TPS로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 하부 표면에 부착된 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  8. 나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서를 제조하는 방법으로서,
    기판(100)의 상부 표면에 전극(200)을 적층하는 단계; 및
    상기 전극 위에 가스 센싱 부재(300)를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 가스 센싱 부재를 형성하는 단계는,
    적어도 한 종류의 가스와 접촉시 전기 비저항이 변하는 특성을 갖는 금속 산화물의 나노입자들이 3차원 네트워크 구조로 형성된 수십 마이크로미터 내지 100 마이크로미터 두께의 나노구조물층(310)을 적층하는 단계, 및 상기 나노구조물층을 구성하는 나노입자들의 표면에 발수성을 갖는 발수코팅층을 코팅하는 단계;를 포함하고,
    상기 나노구조물층을 열증착법에 의해 형성하여, 막대형 또는 다지형의 나노입자들이 상기 전극의 표면에서 상방향으로 뻗어있고 또한 이 나노입자들 사이를 막대형 또는 다지형의 또다른 나노입자들이 연결하도록 형성함으로써 상기 나노구조물층이 나노입자들의 3차원 네트워크 구조를 가지며,
    상기 발수코팅층이 발수성을 갖는 실란계 화합물인 PFOTS (1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilane), FOTS (1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorosilane) 및 TPS (Trimethoxy(propyl)silane) 중 적어도 하나로 이루어지되, 기상증착방법에 의한 자기조립단분자막(SAM)으로 형성된 것을 특징으로 하는 가스센서 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판이 Si, SiO2, Al2O3, Si3N4, BaTiO3, ZnO, NiO, 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 발수코팅층이 상기 PFOTS, FOTS, 또는 TPS로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스센서 제조방법.
  13. 삭제
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판의 하부 표면에 히터를 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 제조방법.
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