KR102192200B1 - 표면 플라즈몬 공명을 이용한 가스센서 패키지 및 그를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
표면 플라즈몬 공명을 이용한 가스센서 패키지 및 그를 제조하는 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 가스 내 특정 성분의 양을 센싱하는 가스센서 패키지에 있어서, 기 설정된 파장 대역의 광을 조사하는 광원; 상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 광원 상에 도포된 전극; 상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 전극의 상부 또는 상기 전극의 사이에 도포되며, 상기 특정 성분을 센싱하여 상기 전극 간의 저항값을 가변시키는 센싱물질; 및 상기 전극 상부에 도포되며, 상기 기 설정된 파장 대역의 광과 상호 작용하여 플라즈몬 공명을 발생시키는 금속 나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 가스 내 특정 성분의 양을 센싱하는 가스센서 패키지에 있어서, 기 설정된 파장 대역의 광을 조사하는 광원; 상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 광원 상에 도포된 전극; 상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 전극의 상부 또는 상기 전극의 사이에 도포되며, 상기 특정 성분을 센싱하여 상기 전극 간의 저항값을 가변시키는 센싱물질; 및 상기 전극 상부에 도포되며, 상기 기 설정된 파장 대역의 광과 상호 작용하여 플라즈몬 공명을 발생시키는 금속 나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지를 제공한다.
Description
본 발명은 표면 플라즈몬 공명을 이용한 가스센서 패키지 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
가스센서는 대기 중 특정 기체 성분을 검출한다. 특정 기체 성분은 주로 인체에 유해한 기체 성분으로서, VOC(Volatile Organic Compounds), 포름 알데히드 또는 톨루엔 등이 포함된다.
이러한 기체 성분을 검출하기 위한 가스센서로서, 종래에는 다음과 같은 가스센서 패키지가 사용되었다. 종래의 가스센서 패키지는 특정 기체 성분을 센싱하기 위한 센싱물질 및 센싱물질을 활성화하기 위한 히터를 포함하였다. 여기서, 센싱물질이 특정 기체성분을 센싱하기 위해서는 활성화가 되어야 하는데, 종래의 가스센서 패키지는 센싱물질을 활성화시키기 위해 히터를 이용하였다. 종래의 가스센서 패키지는 히터를 이용하여 센싱물질의 온도를 상승시킴으로써, 센싱물질을 활성화시켜 특정 기체성분을 센싱하였다.
그러나 종래의 가스센서 패키지 내에 히터를 포함해야 하므로, 부피가 커지는 불편이 존재한다. 또한, 가스센서 패키지 내 센싱물질이 활성화되기 위해서는 가열되어야 하는 점에서, 상온의 환경에서 바로 사용되지 못하고 일정시간 가열되어야만 사용될 수 있는 불편이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 금속 나노 입자층의 표면 플라즈몬 공명을 이용하여, 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 가스센서 패키지 및 그를 제조하는 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 가스 내 특정 성분의 양을 센싱하는 가스센서 패키지에 있어서, 기 설정된 파장 대역의 광을 조사하는 광원; 상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 광원 상에 도포된 전극; 상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 전극의 상부 또는 상기 전극의 사이에 도포되며, 상기 특정 성분을 센싱하여 상기 전극 간의 저항값을 가변시키는 센싱물질; 및 상기 전극 상부에 도포되며, 상기 기 설정된 파장 대역의 광과 상호 작용하여 플라즈몬 공명을 발생시키는 금속 나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광원은, LED 플립칩으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 전극은, 상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 광원 내 포함된 사파이어 기판 상에 각각 도포되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광원은, 자외선 파장대역의 광을 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 센싱물질은, 산화아연(ZnO), 산화 티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 센싱물질은, 상기 광원이 조사하는 광을 수광함으로써, 상기 특정 성분을 센싱하기 위해 활성화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 금속 나노 입자는, 자외선 파장대역의 광을 방출하는 금속 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 기 설정된 파장 대역의 광을 조사하는 광원을 이용해 가스 내 특정 성분의 양을 센싱하는 가스센서 패키지를 제조하는 방법에 있어서, 상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 광원 상에 전극을 도포하는 제1 도포과정; 상기 전극의 상부에 금속 나노 입자를 도포하는 제2 도포과정; 및 상기 금속 나노 입자의 상부 또는 상기 전극과 상기 금속 나노 입자 사이에 상기 가스 내 특정 성분을 센싱하는 센싱물질을 도포하는 제3 도포과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광원은, LED 플립칩으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광원은, 자외선 파장대역의 광을 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 센싱물질은, 산화아연(ZnO), 산화 티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 센싱물질은, 상기 광원이 조사하는 광을 수광함으로써, 상기 특정 성분을 센싱하기 위해 활성화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 금속 나노 입자는, 자외선 파장대역의 광을 방출하는 금속 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 금속 나노 입자층의 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 센싱 감도를 향상시킴으로써, 광 손실이 감소되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 패키지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 복수의 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 패키지를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 13은 본발명의 제7 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서 패키지를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 금속 나노 입자가 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제8 실시예에 따른 금속 나노 입자가 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스센서 패키지를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 복수의 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 패키지를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 13은 본발명의 제7 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서 패키지를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 금속 나노 입자가 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제8 실시예에 따른 금속 나노 입자가 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스센서 패키지를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 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 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 패키지의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 패키지(100)는 광원(110) 및 가스센서(160)를 포함한다.
광원(110)은 기 설정된 파장대역의 광을 가스센서(160)로 조사한다.
광원(110)은 기 설정된 파장대역의 광을 생성하여 일방향으로 조사한다. 전극(125a, 125b)은 외부로부터 서브마운트(Submount, 120)를 거쳐 전원을 인가받아, P 타입 질화물계 반도체층(130)과 N 타입 질화물계 반도체층(140)에 전원을 인가한다. 전원이 P 타입 질화물계 반도체층(130)과 N 타입 질화물계 반도체층(140)에 각각 인가되며, 활성층(135)에서 기 설정된 파장대역의 광이 생성된다. 활성층(135)에서 발생하는 광은 상부(+z축) 및 하부(-z축) 모두로 조사된다. P 타입 질화물계 반도체층(130)은 상단 또는 하단에 광 반사층 물질을 포함함으로써, 활성층(135)에서 발생하는 광이 모두 상부로 조사되도록 한다. 이처럼 생성된 광은 기판(145)을 거쳐 가스센서(160)로 조사된다. 기판(145)은 사파이어로 구현될 수 있으며, 이에 활성층(135)에서 조사된 광을 통과시켜 가스센서(160)로 조사되도록 한다.
광원(110)은 기 설정된 파장대역의 광을 조사하는 LED 플립칩 구조로 형성될 수 있다. 광원(110)은 LED 플립칩 구조로 형성됨에 따라, 충분한 양의 광을 가스센서(160)로 조사하여, 가스센서를 활성화시킬 수 있다.
가스센서(160)는 광원(110)으로부터 광을 조사받아 활성화되며, 가스센서(160)를 통과하는 기체 내 특정 성분을 센싱한다.
가스센서(160)는 광원(110)이 광을 조사하는 방향으로 광원(110) 상에 도포된다. 즉, 가스센서(160)는 기판(145)에 대해 N 타입 질화물계 반도체층(140)이 성장된 방향(-z축)의 반대 방향에 도포된다. 즉, 가스센서(160)와 광원(110)이 서로 이격된 채로 배치되어 동작하는 것이 아니라, 가스센서(160)와 광원(110)이 하나의 장치와 같이 패키지를 구성함으로써, 부피가 최소화될 수 있는 장점이 있다.
가스센서(160)는 전극(170) 및 센싱물질(180)을 포함한다.
전극(170)은 광원(110)이 광을 조사하는 방향(+z축)으로 광원(110) 상에 도포된다. 전극(170)은 별도의 도선(미도시) 또는 비아(Via, 미도시)를 이용하여 서브마운트(120)를 거쳐 외부장치(예를 들어, 센싱값을 분석하는 장치, 미도시)와 연결된다. 전극(170)은 광원(110)의 기판(145) 상에 도포되어, 외부장치(미도시)가 센싱물질(180)의 센싱에 의해 변화되는 저항값을 감지할 수 있도록 한다. 외부장치가 전극(170)을 이용해 저항값을 감지함으로써, 센싱물질(180)의 센싱값을 인지할 수 있다.
전극(170)은 기판(145) 상에 다양한 모양이나 사이즈로 도포될 수 있다. 다만, 전극(170)은 광원(110)이 조사하는 광을 막는 레이어이기 때문에 센싱물질의 센싱효율을 상승시키기 위해 최소화될 필요가 있다. 그러나 전극(170)이 무분별하게 최소화될 경우, 외부장치가 저항값을 측정하기 곤란해지는 문제가 있다. 또한, 전극(170)간 거리가 너무 멀어질 경우, 저항값의 측정이 곤란해지거나 저항값이 작아지는 우려가 존재한다. 따라서, 전극(170)이 도포되는 형상이나 밀도가 상당히 중요하다. 전극(170)이 도포되는 모양은 도 5 내지 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
전극(170)은 금, 은, 알루미늄 등 금속 성분으로 구현될 수도 있으나, 전술한 바와 같이 광원(110)이 조사하는 광의 차단율을 최소화하기 위해, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명전극으로 구현될 수도 있다. 특히, 전극(170)이 투명전극으로 구현될 경우, 광원(110)에서 조사되는 광이 온전히 센싱물질(180)로 도달할 수 있다.
전극(170)은 기판(145) 상에 단독으로 도포될 수도 있으나, 추가적으로 전극을 기판(145) 상에 고정시키는 패드(미도시)가 추가적으로 함께 도포될 수도 있다.
또한, 전극(170)은 다양한 방법(예를 들어, 인쇄전자 기법, 스퍼터링 등)으로 기판(145) 상에 도포되어 형성될 수도 있고, 기판(145) 상에 패터닝되어 형성될 수도 있다.
센싱물질(180)은 가스센서(160)를 통과하는 기체 내 특정 성분을 센싱한다.
센싱물질(180)은 가스센서(160)를 통과하는 기체 내에서 VOC(Volatile Organic Compounds), 포름 알데히드, 톨루엔, 일산화탄소(CO), 질소 산화물(NOX) 또는 황화수소(H2S)등 주로 인체에 유해한 성분을 센싱한다. 또는, 센싱물질(180)은 기체 내에서 에탄올 등의 알코올 성분을 센싱할 수 있다. 각각을 검출하기 위해, 센싱물질(180)은 산화아연(ZnO), 산화 티타늄(TiO2), 산화 주석(SnO2) 또는 산화인듐(In2O3) 등으로 구현될 수 있다. 센싱물질(180)이 전술한 성분 중 어느 하나의 물질로 구현되거나, 복수의 물질이 센싱물질(180) 내 다양한 비율로 포함됨으로써, 센싱물질(180)이 검출할 수 있는 성분이 다양해질 수 있다.
센싱물질(180)은 광원(110)이 광을 조사하는 방향(+z축)으로 전극(170)의 상부(+z축) 또는 전극(170)의 사이에 도포될 수 있다. 센싱물질(180)은 전극(170)의 상부(+z축) 또는 전극(170)의 사이 공간(즉, 기판(145)의 상부)에 도포된다. 도 1에는 센싱물질(180)이 입자 형태로 도포된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 나노 와이어 또는 나노 필름 형태의 캐스팅, 프린팅 또는 스퍼터링(Sputtering) 등 다양한 방법으로 도포될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광원(110) 내 기판(145)은 x축 방향으로 기 설정된 간격마다 z축으로 돌출된 돌출부(210)를 구비할 수 있다. 또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 광원(110) 내 기판(145)은 x축 및 y축 각 방향으로 기 설정된 간격마다 z축으로 돌출된 돌출부(210)를 구비할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 센싱물질(180)은 돌출부(210) 상과 돌출부(210) 사이의 공간(220)에 도포될 수도 있고, 나노 두께의 필름 형태로 캐스팅되어 돌출부(210) 상에만 도포될 수도 있다.
이처럼, 기판(145)이 돌출부(210)를 구비함으로써, 다음과 같은 효과를 가질 수 있다. 광원(110)에서 조사되는 광은 센싱물질(180)로 충분히 도달해야 한다. 특히, 센싱물질(180)에서도 가스센서(160)를 통과하는 기체와 접촉면적이 가장 큰 최상부(z축)에 광이 충분히 도달해야 한다. 그러나 센싱물질(180)이 일정한 면적을 갖도록 도포되어 있음에 따라, 센싱물질(180)의 최상부에 충분히 광이 도달하지 못할 우려가 존재한다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 기판(145)은 돌출부(210)를 구비한다. 광원(110)으로부터 조사된 광은 기판(145)을 통과하여 센싱물질(180)로 도달하게 되는데, 기판(145)으로 입사된 광은 돌출부(210)를 지나며 돌출부의 최상부(z축)나 최상부 주변에서 센싱물질(180)로 방사된다. 센싱물질(180)로 도달할 광이 센싱물질(180)의 최하부에서부터 입사되는 것이 아니라, 돌출부(210)를 거치며, 센싱물질(180)의 중간층 또는 최상부 근처에서 센싱물질(180)로 방사되기 때문에, 충분한 양의 광이 센싱물질(180)의 최상부로 도달할 수 있게 된다.
도 2 내지 도 3에는 돌출부(210)가 y축 방향으로 길게 돌출되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, x축 방향으로 긴 모양으로 돌출될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전극(170a, 170b)는 각각 나선형태로 구현되어, 기판(145) 상에 도포될 수 있다. 각 전극(170a, 170b)이 나선형태로 구현되어 기판(145) 상에 도포됨으로써, 각 전극(170a, 170b) 간에 가까운 거리를 유지하면서, 광원(110)으로부터 조사되는 광이 차단되는 면적을 최소화할 수 있다.
또한, 센싱물질은 각 전극(170a, 170b)의 상부에 도포될 수도 있고, 각 전극(170a, 170b)의 사이의 기판(145) 상에 도포될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각 전극(170a, 170b)은 x축 및 y축으로 돌출된 모양으로 구현되어, 기판(145) 상에 도포될 수 있다. 특히, 이러한 모양의 전극은 기판(145)이 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 돌출부(210)를 구비하는 경우에 보다 적절하게 도포될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 기판을 x축 방향(도 6에 도시된 점선 방향)으로의 단면도를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 센싱물질(180)은 각 전극(170a, 170b)의 상부나 각 전극(170a, 170b)의 사이의 기판 상에 도포될수 있다.
또한, 각 전극(170a, 170b)은 최외곽을 제외하고는 돌출부(210) 상에 도포되어 있으며, 각 전극(170a, 170b) 간의 거리를 최소화함으로써, 외부장치(미도시)가 정확한 센싱값을 확인할 수 있도록 한다.
각 전극(170a, 170b)은 기판(145) 상에서 일정부분의 면적을 차지하고 있기 때문에, 광원(110)으로부터 조사되는 광을 일정 부분 차단할 수 있다. 그러나 기판(145)은 돌출부(210)를 구비할 수 있으며, 광이 돌출부(210)로부터 방사되기 때문에, 전극에 의해 광이 차단되는 효과를 최대한 상쇄할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각 전극(170a, 170b)은 x축으로 돌출된 모양으로 구현되어, 기판(145) 상에 도포될 수 있다. 도 6 및 7에 도시된 전극과 마찬가지로, 이러한 모양의 전극은 기판(145)이 돌출부(210)를 구비하는 경우에 보다 적절하게 도포될 수 있다. 특히, 돌출부(210)가 x축 방향으로 길게 돌출되어 있을 경우 보다 적절히 도포될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 센싱물질(180)은 각 전극(170a, 170b)의 상부나 각 전극(170a, 170b)의 사이의 기판 상에 도포될수 있다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 복수의 전극이 도포된 광원 내 기판의 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 각 전극이 기판(145) 상의 서로 다른 구역에 도포될 수 있다.
이때, 서로 다른 구역에 도포된 각 전극 상에 각각 서로 다른 센싱물질이 도포될 수 있다. 예를 들어, 좌측 상단 구역에는 포름 알데히드를 감지하는 센싱물질이, 좌측 하단 구역에는 VOC를 감지하는 센싱물질이, 우측 상단 구역에는 톨루엔을 감지하는 센싱물질이, 우측 하단 구역에는 질소 산화물을 감지하는 센싱물질이 도포될 수 있다. 각 구역에 도포된 각 센싱물질은 서로 다른 성분을 센싱할 수 있으며, 이에 따라, 각 구역은 센싱물질에 의해 서로 다른 저항값이 센싱될 수 있다. 이에 따라, 제6 실시예에 따른 가스센서 패키지는 일시에 복수의 가스 성분을 센싱할 수 있는 장점이 존재한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 패키지를 제조하는방법을 도시한 순서도이다.
광이 조사되는 방향으로 광원(110) 상에 전극(170)을 도포한다(S1110). 전극(170)는 광원(110)의 기판(145) 상에 도포되며, 기판(145)에 대해 N타입 질화물계 반도체층(140)이 성장된 방향(-z축)의 반대 방향에 도포된다.
전극(170)의 상부 또는 전극(170)의 사이에 센싱 물질(180)을 도포한다(S1120). 전극(170)이 도포된 후, 센싱 물질(180)은 전극(170)의 상부 또는 전극(170) 사이의 기판(145) 상에 도포된다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 사시도이고, 도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전극과 센싱물질이 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 광원(110) 내 기판(145)은 반사홈(1210)을 구비할 수 있다. 반사홈(1210)은 광원(110)으로부터 일방향(+z축)으로 조사된 기 설정된 파장대역의 광을 기 설정된 방향으로 반사시킴으로써, 광을 외부로 빠져나가지 않게 하고 온전히 센싱물질(180)로 조사될 수 있도록 한다. 반사홈(1210)은 +z축 방향으로 개방되어 있고 하부(-z축)면이 평평한 역피라미드(또는, 사각뿔) 형태의 홈 형상으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, +z축 방향으로 개방되어 있는 육면체 또는 반구 형태의 홈 형상으로 구현될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 기판(145)은 사파이어로 구성될 수 있으며, 이에 따라, MEMS(Microelectromechanical Systems)와 같은 초정밀 식각장치(미도시)에 의해 기판(145)이 식각됨으로써, 광원(110) 내 기판(145)은 반사홈(1210)을 구비할 수 있다.
반사홈(1210)은 센싱물질 배치부(1212) 및 광 산란부(1214)를 포함한다.
센싱물질 배치부(1212)의 +z축 방향으로 센싱물질(180)이 도포된다. 센싱물질 배치부(1212)는 반사홈(1210)의 하부(-z축)면으로써, 기판(145)의 최상부(+z축)와 수평을 이루는 사다리꼴 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 사각형 또는 원형으로 구성될 수도 있다.
광원(110)으로부터 기 설정된 파장대역의 광이 일방향(+z축)으로 조사되면, 광 산란부(1214)는 광을 기 설정된 방향으로 반사시킨다. 광 산란부(1214)가 광을 기 설정된 방향으로 반사시킴에 따라, 광은 외부로 빠져나가지 않고 온전히 센싱물질(180)로 조사될 수 있다. 광 산란부(1214)는 ±x축 및 ±y축 방향으로 기 설정된 기울기를 갖는 경사면의 형태로 구성될 수 있다. 광 산란부(1214)는 표면에 기 설정된 형태의 패턴을 구비할 수 있으며, 기 설정된 형태의 패턴을 이용하여 광원(110)으로부터 조사된 광을 센싱물질(180)로 더욱 효과적으로 반사시킬 수 있다. 이러한 기 설정된 형태의 패턴은 마이크로 단위 이하의 크기를 갖는 도트(Dot), 삼각뿔, 오목렌즈, 볼록렌즈 또는 격자 등의 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 광을 효과적으로 반사시킬 수 있는 형태라면, 어떠한 형태로 구현되어도 무방하다.
각 전극(170a, 170b)은 센싱물질(180)이 도포된 방향(+z축)의 반대 방향(-z축) 즉, 센싱물질 배치부(1212)의 상부(+z축)에 도포되어, 광 산란부(1214)의 일면을 지나, 기판(145) 상에 일정부분 도포될 수 있다. 각 전극(170a, 170b)은 기판(145) 상에서 일정부분의 면적을 차지하고 있기 때문에, 광원(110)으로부터 조사되는 광을 일정 부분 차단할 수 있다. 그러나 기판(145)은 반사홈(1210)을 구비할 수 있으며, 광이 반사홈(1210)으로부터 방사되기 때문에, 전극에 의해 광이 차단되는 효과를 최대한 상쇄할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 광원(110)으로부터 기 설정된 파장대역의 광이 일방향(+z축)으로 조사되면, 광은 기판(145)을 거쳐 센싱물질(180)로 조사된다. 이때, 광은 광 산란부(1214)에 의해 센싱물질(180)이 위치한 방향으로 반사된다.
기판(145)이 광 산란부(1214)를 구비함으로써, 다음과 같은 효과를 가질 수 있다. 전술한 대로, 광원(110)에서 조사되는 광은 센싱물질(180)로 충분히 도달해야 하는데, 특히, 센싱물질(180)에서도 가스센서(160)를 통과하는 기체와 접촉면이 가장 큰 최상부(+z축)에 광이 충분히 도달해야 한다. 그러나 센싱물질(180)이 일정한 면적을 갖도록 도포되어 있음에 따라, 센싱물질(180)의 최상부에 충분히 광이 도달하지 못할 우려가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 기판(145)은 광 산란부(1214)를 구비한다. 광원(110)으로부터 조사된 광은 기판(145)을 통과하여 센싱물질(180)로 도달하게 되는데, 기판(145)으로 입사된 광은 광 산란부(1214)를 지나 센싱물질(180)로 방사된다. 센싱물질(180)로 도달할 광이 센싱물질(180)의 최하부에서 입사되는 것뿐만 아니라, 광 산란부(1214)를 거치며, 센싱물질(180)의 중간층 또는 최상부 근처에서 센싱물질(180)로 방사되기 때문에, 충분한 양의 광이 센싱물질(180)의 최상부로 도달할 수 있게 된다.
여기서, 광 산란부(1214)가 기 설정된 형태의 패턴을 구비할 경우, 광은 센싱물질(180)로 더욱 잘 방사될 수 있다. 이는, 광이 광 산란부(1214)를 통과하면서 기 설정된 형태의 패턴과 충돌함에 따라, 광이 사방으로 퍼지는 산란현상이 더욱 효과적으로 발생하기 때문이다. 즉, 센싱물질(180)의 중간층 또는 최상부 근처에서 센싱물질(180)로 방사되는 광의 양이 증가하기 때문에, 더 많은 양의 광이 센싱물질(180)의 최상부로 도달할 수 있게 된다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서 패키지를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
광원(110) 상에 기 설정된 형태를 갖는 반사홈(1210)을 식각한다(S1410). 반사홈(1210)은 광원(110) 내 기판(145) 상에 구비될 수 있으며, 센싱물질(180)이 배치되는 센싱물질 배치부(1212) 및 광원(110)으로부터 일방향(+z축)으로 조사된 광을 센싱물질(180)로 반사시키는 광 산란부(1214)를 포함한다.
광이 조사되는 방향으로 광원(110) 상에 각 전극(170a, b)을 도포한다(S1420). 각 전극(170a, b)은 광원(110)의 기판(145) 상에 도포되며, 기판(145)에 대해 센싱물질(180)이 도포되는 방향(+z축)의 반대 방향에도 일부분 도포된다.
반사홈(1210)에 센싱물질(180)을 도포한다(S1430). 전극(170a, b)이 도포된 후, 센싱물질(180)은 센싱물질 배치부(1212)의 상부(+z축)에 도포된다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 금속 나노 입자가 도포된 광원 내 기판의 사시도이고, 도 16은 본 발명의 제8 실시예에 따른 금속 나노 입자가 도포된 광원 내 기판의 단면도이다.
도 15 및 16에 도시된 바와 같이, 전극(170)의 상부(+z축)(즉, 기판(145)의 상부)에는 금속 나노 입자(1510)가 도포될 수 있다. 광원(110)으로부터 일방향(+z축)으로 조사된 기 설정된 파장대역의 광은 센싱물질(180)로 충분히 도달해야 한다. 그러나 센싱물질(180)이 일정한 면적을 갖도록 도포되어 있음에 따라, 센싱물질(180)의 최상부에 광이 충분히 도달하지 못할 우려가 존재한다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 기판(145) 상에는 금속 나노 입자(1510)가 구비될 수 있다.
금속 나노 입자(1510)는 내부에 존재하는 수많은 자유전자에 의해 금속 원자에 속박되지 않고, 외부의 특정 자극에 쉽게 감응할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 광원(110)으로부터 일방향(+z축)으로 조사된 기 설정된 파장대역의 광은 전자기장을 갖고 있으며, 도체인 금속 나노 입자(1510)의 표면과 유전체인 전극(170) 사이에 이러한 광이 입사되면, 전자기장에는 공명이 발생하게 된다. 이때, 금속 나노 입자(1510)의 표면에 존재하는 자유전자는 집단적으로 진동하게 되는데, 이러한 현상을 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR)이라고 하며, 나노미터(㎚) 크기의 금속 구조에서 발생한 표면 플라즈몬을 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)이라고 한다. 이와 같은 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 금속 나노 입자(1510)는 광원(110)으로부터 일방향(+z축)으로 조사된 기 설정된 파장대역의 광을 흡수하거나 산란시킨다. 금속 나노 입자(1510)가 광을 흡수하거나 산란시킴에 따라, 금속 나노 입자(1510) 표면에 존재하는 광이 갖는 전자기장의 세기는 증폭된다. 금속 나노 입자(1510)에 의해 전자기장의 세기가 증폭된 광이 센싱물질(180)로 방사됨으로써, 센싱물질(180)의 감도가 향상된다. 이에, 센싱물질(180)은 저온의 환경에서도 짧은 시간 내에 가스를 감지할 수 있다. 여기서, 센싱물질(180)은 금속 나노 입자(1510)의 상부(+z축)에 도포되거나 전극(170)과 금속 나노 입자(1510)의 사이에 도포될 수도 있다.
표면 플라즈몬 공명은 금속 나노 입자(1510)의 종류, 모양 및 크기에 따라 금속 나노 입자(1510)가 광을 흡수하거나 산란시키는 정도가 달라질 수 있으며, 금속 나노 입자(1510)의 종류, 모양 및 크기는 제조방법에 의해 제어될 수 있다. 금속 나노 입자(1510)의 제조과정은 다음과 같다.
기판(145)의 상부(+z축)에는 약 3~10㎚의 두께를 갖는 박막층(미도시)이 증착된다. 박막층(미도시)은 기판(145)의 상부(+z축)에 형성시키고자 하는 금속 나노 입자(1510)와 동일한 물질로 구성된다. 이에 따라, 박막층(미도시)은 자외선(UV) 영역의 파장을 갖는 빛을 방출하는 Al 또는 Ag로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 박막층(미도시)은 스퍼터링(Sputtering) 방식 또는 전자빔 진공 증착(Electron-beam Evaporation) 방식에 의해 증착될 수 있다. 이때, 박막층(미도시)은 전극(170) 부분에만 증착되는데, 이에 따라, 금속 나노 입자(1510)는 전극(170) 부분에만 도포된 형상으로 구현될 수 있다.
기판(145)의 상부에 증착된 박막층(미도시)은 RTA(Rapid Thermal Annealing, 또는, 급속 열처리) 방식에 의해 열처리된다. 박막층(미도시)이 Al로 구성된 경우, 박막층(미도시)은 약 600℃ 이상의 온도로 열처리되며, 박막층(미도시)이 Ag로 구성된 경우, 박막층(미도시)은 200℃ 이상의 온도에서 열처리될 수 있다. 박막층(미도시)에 열이 가해짐에 따라, 박막층(미도시)은 금속 나노 입자(1510)로 변형된다. 금속 나노 입자(1510)의 크기는 약 30~50㎚ 정도로 구성될 수 있으나, 기판(145)의 상부(+z축)에 증착된 박막층(미도시)의 두께 및 박막층(미도시)으로 가해지는 열처리 온도에 따라 달라질 수 있다. 이러한 과정에 의해 형성된 금속 나노 입자(1510)는 기판(145)의 상부(+z축)에 비주기적인 형태로 배열되나, 나노구체 리소그래피(Nanosphere Lithography) 공정 등에 의해 기 설정된 간격을 갖는 단일층의 형태로도 구성될 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스센서 패키지를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
광이 조사되는 방향으로 광원(110) 상에 각 전극(170)을 도포한다(S1710). 전극(170)은 광원(110)의 기판(145) 상에 도포되며, 기판(145)에 대해 센싱물질(180)이 도포되는 방향(+z축)의 반대 방향에도 일부분 도포된다.
전극(170)의 상부에 금속 나노 입자(1510)를 도포한다(S1720). 전극(170)이 도포된 기판(145)의 상부(+z축)에 금속 나노 입자(1510)가 도포되며, 금속 나노 입자(1510)는 전극(170) 부분에만 도포된다.
금속 나노 입자(1510)의 상부 또는 전극(170)과 금속 나노 입자(1510) 사이에 센싱물질(180)을 도포한다(S1730). 전극(170)이 도포된 후, 센싱 물질(180)은 금속 나노 입자(1510)의 상부 또는 전극(170)과 금속 나노 입자(1510) 사이의 기판(145) 상에 도포된다.
도 11, 14 및 17에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 11, 14 및 17에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 11, 14 및 17은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 11, 14 및 17에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 가스센서 패키지
110: 광원
120: 서브 마운트
125a, 125b, 170, 170a, 170b: 전극
130: P 타입 질화물계 반도체층
135: 활성층
140: N 타입 질화물계 반도체층
145: 기판
160: 가스센서
180: 센싱 물질
210: 돌출부
220: 돌출부 사이의 공간
1210: 반사홈
1212: 센싱물질 배치부
1214: 광 산란부
1510: 금속 나노 입자
110: 광원
120: 서브 마운트
125a, 125b, 170, 170a, 170b: 전극
130: P 타입 질화물계 반도체층
135: 활성층
140: N 타입 질화물계 반도체층
145: 기판
160: 가스센서
180: 센싱 물질
210: 돌출부
220: 돌출부 사이의 공간
1210: 반사홈
1212: 센싱물질 배치부
1214: 광 산란부
1510: 금속 나노 입자
Claims (13)
- 가스 내 특정 성분의 양을 센싱하는 가스센서 패키지에 있어서,
기 설정된 파장 대역의 광을 조사하는 광원;
상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 광원 상에 도포된 전극;
상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 전극의 상부 또는 상기 전극의 사이에 도포되며, 상기 특정 성분을 센싱하여 상기 전극 간의 저항값을 가변시키는 센싱물질; 및
상기 전극 상부에 도포되며, 상기 기 설정된 파장 대역의 광과 상호 작용하여 플라즈몬 공명을 발생시키는 금속 나노 입자를 포함하되,
상기 광원은 P 타입 질화물계 반도체층, N 타입 질화물계 반도체층, 상기 P 타입 질화물계 반도체층과 상기 N 타입 질화물계 반도체층으로의 전원 인가로 기 설정된 파장대역의 광이 생성되는 활성층 및 상기 N 타입 질화물계 반도체층 상에 성장된 기판을 포함하고,
상기 전극은 외부로부터 전원을 인가받아 상기 P 타입 질화물계 반도체층과 상기 N 타입 질화물계 반도체층에 전원을 인가하고, 상기 기판 상의 서로 다른 구역에 도포되어, 각각의 전극 상에 각각 서로 다른 센싱물질이 도포되며,
상기 기판은 기 설정된 간격마다 상기 활성층에서 광이 조사되는 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부 상에 상기 전극이 도포되고,
상기 센싱물질은 상기 돌출부 상과 상기 돌출부 사이의 공간에 도포되어, 상기 기판으로 입사된 광이 상기 돌출부를 지나며 상기 센싱물질의 기 설정된 부분에서 상기 센싱물질로 방사되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 광원은,
LED 플립칩으로 구현되는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 전극은,
상기 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 광원 내 포함된 사파이어 기판 상에 각각 도포되는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 광원은,
자외선 파장대역의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 센싱물질은,
산화아연(ZnO), 산화 티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 센싱물질은,
상기 광원이 조사하는 광을 수광함으로써, 상기 특정 성분을 센싱하기 위해 활성화되는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는,
자외선 파장대역의 광을 방출하는 금속 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지. - 기 설정된 파장 대역의 광을 조사하는 광원을 이용해 가스 내 특정 성분의 양을 센싱하는 가스센서 패키지를 제조하는 방법에 있어서,
P 타입 질화물계 반도체층, N 타입 질화물계 반도체층, 상기 P 타입 질화물계 반도체층과 상기 N 타입 질화물계 반도체층으로의 전원 인가로 기 설정된 파장대역의 광이 생성되는 활성층 및 상기 N 타입 질화물계 반도체층 상에 성장된 기판을 포함하는 광원이 광을 조사하는 방향으로 상기 광원 내 기판 상에 전극을 각각 도포하는 제1 도포과정;
상기 전극의 상부에 금속 나노 입자를 도포하는 제2 도포과정; 및
상기 금속 나노 입자의 상부 또는 상기 전극과 상기 금속 나노 입자 사이에 상기 가스 내 특정 성분을 센싱하는 센싱물질을 도포하는 제3 도포과정을 포함하되,
상기 제1 도포 과정은, 상기 기판에 기 설정된 간격마다 상기 활성층에서 광이 조사되는 방향으로 돌출된 돌출부를 형성하고, 상기 돌출부 상에 상기 전극을 도포하며, 상기 돌출부 상과 상기 돌출부 사이의 공간에 상기 센싱 물질을 도포하여 상기 기판으로 입사된 광이 상기 돌출부를 지나며 상기 센싱물질의 기 설정된 부분에서 상기 센싱물질로 방사되도록 하는 과정을 더 포함하고,
상기 전극은 외부로부터 전원을 인가받아 상기 P 타입 질화물계 반도체층과 상기 N 타입 질화물계 반도체층에 전원을 인가하여 상기 활성층에서 기 설정된 파장 대역의 광이 생성되도록 하고, 상기 기판 상의 서로 다른 구역에 도포되면, 상기 제3 도포 과정은 서로 다른 구역에 도포된 각 전극 상에 각각 서로 다른 센싱 물질이 도포되어 서로 다른 성분을 센싱하도록 하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 광원은,
LED 플립칩으로 구현되는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 광원은,
자외선 파장대역의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 센싱물질은,
산화아연(ZnO), 산화 티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 센싱물질은,
상기 광원이 조사하는 광을 수광함으로써, 상기 특정 성분을 센싱하기 위해 활성화되는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는,
자외선 파장대역의 광을 방출하는 금속 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지 제조방법.
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| KR1020190027992A KR102192200B1 (ko) | 2019-03-12 | 2019-03-12 | 표면 플라즈몬 공명을 이용한 가스센서 패키지 및 그를 제조하는 방법 |
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| KR1020190027992A KR102192200B1 (ko) | 2019-03-12 | 2019-03-12 | 표면 플라즈몬 공명을 이용한 가스센서 패키지 및 그를 제조하는 방법 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014190912A (ja) | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Seiko Epson Corp | 検出装置及び電子機器 |
| KR101672143B1 (ko) | 2015-09-25 | 2016-11-03 | 아주대학교산학협력단 | 불소계 가스 감지 장치 및 이의 제조방법 |
| KR101903147B1 (ko) | 2017-06-16 | 2018-10-01 | 연세대학교 산학협력단 | 전이금속 칼코겐화합물 기반 향상된 반응성을 가지는 가스센서 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101145133B1 (ko) * | 2009-11-17 | 2012-05-14 | 한국과학기술원 | 금속 나노입자 전자 이동을 이용한 플라즈몬 센서 및 그 제조 방법 |
| KR102301672B1 (ko) * | 2014-12-11 | 2021-09-14 | 엘지이노텍 주식회사 | 가스 센서 및 이를 포함하는 가스 검출 장치 |
| KR20180064110A (ko) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법 및 감지 장치 |
| KR20180067361A (ko) * | 2016-12-12 | 2018-06-20 | 엘지이노텍 주식회사 | 가스 센서, 가스 센서 제조방법 및 가스 감지 장치 |
| KR20180067362A (ko) * | 2016-12-12 | 2018-06-20 | 엘지이노텍 주식회사 | 가스 센서, 가스 센서 제조방법 및 가스 감지 장치 |
-
2019
- 2019-03-12 KR KR1020190027992A patent/KR102192200B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014190912A (ja) | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Seiko Epson Corp | 検出装置及び電子機器 |
| KR101672143B1 (ko) | 2015-09-25 | 2016-11-03 | 아주대학교산학협력단 | 불소계 가스 감지 장치 및 이의 제조방법 |
| KR101903147B1 (ko) | 2017-06-16 | 2018-10-01 | 연세대학교 산학협력단 | 전이금속 칼코겐화합물 기반 향상된 반응성을 가지는 가스센서 |
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|---|---|
| KR20200109031A (ko) | 2020-09-22 |
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