KR102265670B1 - 고감도 온도 센서 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고감도 온도 센서 및 이의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법은 팽창기판 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제1 나노 입자층을 형성하는 단계; 상기 제1 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 제2 유기 리간드로 치환하여 크랙을 포함하는 제1 온도 감지층을 형성하는 단계; 상기 제1 온도 감지층 상에 포토레지스트를 도포 및 식각하여 상기 제1 온도 감지층이 노출된 영역 및 상기 포토레지스트가 잔류한 영역을 형성하는 단계; 상기 제1 온도 감지층 상에 상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제2 나노 입자층을 형성하는 단계; 상기 제2 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 무기 리간드로 치환하여 전극층을 형성하는 단계; 상기 제1 온도 감지층 상의 상기 포토레지스트가 잔류한 영역을 제거하여 전극 및 제1 온도 감지부를 형성하는 단계; 상기 전극 및 상기 제1 온도 감지부 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제3 나노 입자층을 형성하는 단계; 상기 제3 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 상기 제2 유기 리간드로 치환하여 크랙을 포함하는 제2 온도 감지층 및 제2 온도 감지부를 형성하는 단계; 및 상기 제2 온도 감지부 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고감도 온도 센서 및 이의 제조방법{HIGH SENSITIVE TEMPERATURE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 고감도 온도 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
온도 센서는 건강 관리 모니터링, 가전 제품, 제조 산업 및 환경 검사와 같은 다양한 분야에서 중요한 정보를 제공한다. 이러한 많은 응용 분야에서 정확한 온도 측정이 필요하다. 플렉서블 전자 장치에 대한 관심이 높아짐에 따라, 착용 가능하고 부착 가능한 장치로서 적용될 수 있는 플렉서블 재료 기반 센서의 중요성 또한 증가하고 있다.
다양한 형태의 매우 민감하고 안정적인 온도 센서를 실현하기 위해 신규 재료 및 제조 공정과 관련된 조사와 함께 다양한 유형의 센서가 개발되었다. 구체적으로 저항형 온도 센서, 용량성 온도 센서, 트랜지스터 기반 및 PN 접합 기반 온도 센서 등 다양한 감지 메커니즘을 가진 유형의 센서가 널리 연구되었다.
이 중 저항형 온도 센서는 간단한 형상으로 다양한 재료, 기판 및 제조 공정 (예: 용액 처리 된 재료, 유연한 기판 및 환경 친화적)과 호환되고, 각각의 제조 공정 및 간단한 메커니즘으로 고감도로 온도를 쉽고 직접 측정 할 수 있다는 이유로 가장 각광받고 있다.
저항형 온도 센서의 감도는 온도 저항 계수(TCR)와 관련이 있는데, TCR은 온도 변화에 대한 저항 변화의 비율로 정의된다.
온도가 변하면 다양한 전하 수송 및 산란 메커니즘 또는 형상의 변화로 인해 재료의 저항도 변하게 된다. 특히, 전하 수송 메커니즘은 센서의 감도에 상당한 영향을 미친다.
이러한 저항형 온도 센서의 감도를 향상시키기 위해 다양한 방법이 연구되었는데, 예를 들어 폴리에틸렌/폴리에틸렌 옥사이드가 있는 니켈 미세 입자 또는 PDMS가 있는 그래핀 나노 월을 사용하여 TCR을 향상시키기 위해 바이 폴리머 기판의 부피 열팽창을 이용하는 기술 등이 있다.
이러한 종래 연구는 온도 변화로 인해 중합체가 팽창할 때, 활성 물질이 기계적으로 변형되어 전하 수송 거동이 변화될 수 있다.
그러나 현재까지 신축 또는 열팽창 PDMS에서 나노입자의 전송 메커니즘을 조사한 보고서는 거의 없다. 이는 나노 입자와 PDMS 사이의 화학적 인터페이스에 관한 정보가 부족하고, 유연한 PDMS에 패터닝이 가능한 나노 입자 박막을 만들기 위한 개발 프로토콜이 적기 때문에 관련 연구 개발이 어려운 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-001062호, "유연 전기 소자 및 이를 포함하는 압력 및 온도 측정 센서" 미국 등록특허공보 제10,054,496호, "온도 검출 소자 및 이를 이용한 온도 센서"
본 발명의 실시예는 열에 의해 팽창되는 팽창기판을 포함함으로써, 외부 온도의 증가에 따라 팽창기판이 열 팽창에 따라 면적이 넓어지면서 온도 감지부의 크랙 간격이 더 벌어지면서 고감도 온도 센서의 저항이 증가하게 되고, 고감도 온도 센서의 저항 변화를 통해 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있는 고감도 온도 센서 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 리간드 치환된 유기 리간드와 포토레지스트 간에 형성된 화학적 결합에 의해 나노 입자층 상에 포토레지스트를 도포할 수 있어, 포토 리소그래피 공정을 통해 패터닝이 가능한 고감도 온도 센서 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 외부 온도 증가에 따라 열 팽창하는 팽창기판을 포함함으로써, 종래 온도 센서보다 높은 온도-저항 계수를 가져 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있는 고감도 온도 센서 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법은, 팽창기판 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제1 나노 입자층을 형성하는 단계; 상기 제1 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 제2 유기 리간드로 치환하여 크랙을 포함하는 제1 온도 감지층을 형성하는 단계; 상기 제1 온도 감지층 상에 포토레지스트를 도포 및 식각하여 상기 제1 온도 감지층이 노출된 영역 및 상기 포토레지스트가 잔류한 영역을 형성하는 단계; 상기 제1 온도 감지층 상에 상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제2 나노 입자층을 형성하는 단계; 상기 제2 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 무기 리간드로 치환하여 전극층을 형성하는 단계; 상기 제1 온도 감지층 상의 상기 포토레지스트가 잔류한 영역을 제거하여 전극 및 제1 온도 감지부를 형성하는 단계; 상기 전극 및 상기 제1 온도 감지부 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제3 나노 입자층을 형성하는 단계; 상기 제3 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 상기 제2 유기 리간드로 치환하여 크랙을 포함하는 제2 온도 감지층 및 제2 온도 감지부를 형성하는 단계; 및 상기 제2 온도 감지부 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 따르면, 상기 포토레지스트는 상기 제2 유기 리간드와 화학 결합을 형성하여 상기 제1 온도 감지층 상에 도포될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 따르면, 상기 팽창기판은 외부 온도의 증가에 따라 열 팽창되며, 상기 제1 온도 감지부 및 상기 제2 온도 감지부는 상기 크랙의 간격이 증가되어 상기 고감도 온도 센서의 저항 증가를 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 따르면, 상기 팽창기판은 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 따르면, 상기 팽창기판은 자외선-오존(UV-ozone) 및 APTES((3-aminopropyl)triethoxysilane) 처리될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 따르면, 상기 팽창기판의 열 팽창 계수는 1.0x10-4K-1 내지 1.0x10-3K-1일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 따르면, 상기 전도성 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 따르면, 상기 제1 유기 리간드는 TOPO(trioctylphosphineoxide), 옥타데칸올(octadecanol), 올레익산(oleic acid) 및 올레일아민(oleylamine) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 따르면, 상기 제2 유기 리간드는 MPA(3-mercaptopropionic acid), EDT(1,2-ethanedithiol), EDA(ethylenediamine), BDT(benzenedithiol), 피리딘(pyridine), TGA(methanethiosulfonyl-galactoside) 및 PDT (propanedithiol) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 따르면, 상기 무기 리간드는 황 이온(S2-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 티오시안산 이온(SCN-), 아이오딘 이온(I-), 이황화물 이온(HS-), 텔루륨 이온(Te2-), 수산화 이온(OH-), 사불화붕산 이온(BF4 -) 및 육불화인산 이온(PF6 -) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고감도 온도 센서는, 팽창기판; 상기 팽창기판 상에 형성되고, 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에 의해 크랙이 형성되는 제1 온도 감지부를 포함하는 제1 온도 감지층; 상기 제1 온도 감지층 상에 서로 이격되어 형성되고, 무기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되고, 상기 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에 의해 크랙이 형성되는 제2 온도 감지부; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성되고, 상기 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에 의해 크랙이 형성되는 제2 온도 감지층; 및 상기 제2 온도 감지부 상에 형성되는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서에 따르면, 상기 팽창기판은 외부 온도의 증가에 따라 열 팽창되며, 상기 제1 온도 감지부 및 상기 제2 온도 감지부는 상기 크랙의 간격이 증가되어 상기 고감도 온도 센서의 저항 증가를 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서에 따르면, 상기 팽창기판은 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서에 따르면, 상기 팽창기판의 열 팽창 계수는 1.0x10-4K-1 내지 1.0x10-3K-1일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서에 따르면, 상기 제1 온도 감지부 및 상기 제2 온도 감지부의 온도-저항 계수(temperature coefficient of resistance, TCR)는 0.05K-1 내지 0.6K-1일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열에 의해 팽창되는 팽창기판을 포함함으로써, 외부 온도의 증가에 따라 팽창기판이 열 팽창에 따라 면적이 넓어지면서 온도 감지부의 크랙 간격이 더 벌어지면서 고감도 온도 센서의 저항이 증가하게 되고, 고감도 온도 센서의 저항 변화를 통해 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 리간드 치환된 유기 리간드와 포토레지스트 간에 형성된 화학적 결합에 의해 나노 입자층 상에 포토레지스트를 도포할 수 있어, 포토 리소그래피 공정을 통해 패터닝이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 외부 온도 증가에 따라 열 팽창하는 팽창기판을 포함함으로써, 종래 온도 센서보다 높은 온도-저항 계수를 가져 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있다.
도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서를 제조하는 각 공정의 구체적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 유기 리간드를 제2 유기 리간드로 치환한 경우 온도 고저에 따른 전도성 나노 입자 간 거리를 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 유기 리간드를 무기 리간드로 치환한 경우 온도 고저에 따른 전도성 나노 입자 간 거리를 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 EDT(1,2-ethanedithiol)로 치환되어 크랙을 포함하는 나노 입자 박막의 FEM(finite element method) 시뮬레이션을 도시한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 나노 입자 박막의 단면을 도시한 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 나노 입자 박막의 전하 이동 경로를 도시한 이미지이다.
도 7은 도 5의 나노 입자 박막의 FEM 시뮬레이션을 도시한 이미지이다.
도 8은 도 5의 나노 입자 박막의 상대적 저항도에 대한 FEM 시뮬레이션을 도시한 이미지이다.
도 9는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 나노 입자 박막의 전압 대비 전류를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 나노 입자 박막의 온도 대비 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 나노 입자 박막의 반복적인 온도 변화에 대한 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 전압 대비 전류를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서를 이용하여 측정한 대기 온도를 도시한 그래프이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 고감도 온도 센서 및 이의 제조방법은 열에 의해 팽창되는 팽창기판 상에 사슬 길이가 짧은 유기 리간드 또는 무기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 도포하여, 외부 온도 증가에 따라 팽창기판이 팽창하면서 사슬 길이가 짧은 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자 간 거리가 증가하여 온도를 감지할 수 있는 고감도 온도 센서를 제조할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 고감도 온도 센서는 사슬 길이가 짧은 유기 리간드에 의해 형성된 크랙을 이용하면서, 외부 온도에 의해 팽창기판이 팽창하면서 크랙 간 간격이 더욱 넓어짐에 따라 온도 변화를 매우 민감하게 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법은 팽창기판 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제1 나노 입자층을 형성하는 단계(S110), 상기 제1 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 제2 유기 리간드로 치환하여 크랙을 포함하는 제1 온도 감지층을 형성하는 단계(S120), 상기 제1 온도 감지층 상에 포토레지스트를 도포 및 식각하여 상기 제1 온도 감지층이 노출된 영역 및 상기 포토레지스트가 잔류한 영역을 형성하는 단계(S130), 상기 제1 온도 감지층 상에 상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제2 나노 입자층을 형성하는 단계(S140), 상기 제2 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 무기 리간드로 치환하여 전극층을 형성하는 단계(S150), 상기 제1 온도 감지층 상의 상기 포토레지스트가 잔류한 영역을 제거하여 전극 및 제1 온도 감지부를 형성하는 단계(S160), 상기 전극 및 상기 제1 온도 감지부 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제3 나노 입자층을 형성하는 단계(S170), 상기 제3 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 상기 제2 유기 리간드로 치환하여 크랙을 포함하는 제2 온도 감지층 및 제2 온도 감지부를 형성하는 단계(S180) 및, 상기 제2 온도 감지부 상에 보호층을 형성하는 단계(S190)를 포함한다.
이하, 도 1a 내지 도 1j를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법 및 이로부터 제조된 고감도 온도 센서에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서를 제조하는 각 공정의 구체적인 모습을 도시한 단면도이다.
먼저 도 1a를 참조하면, 상기 단계 S110은 팽창기판(110) 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 도포하여 제1 나노 입자층(120)을 형성한다.
상기 전도성 나노 입자는 전도성 물질을 포함하는 나노미터 크기의 구형 입자일 수 있다.
예를 들어, 상기 전도성 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 구형의 입자일 수 있으며, 전도성을 가지는 물질이라면 상기 물질에 제한되지 않는다.
상기 제1 유기 리간드는 상기 제2 유기 리간드보다 사슬 길이가 긴 리간드로, 실시예에 따라서 8개 내지 18개의 탄소 사슬을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 유기 리간드는 TOPO(trioctylphosphineoxide), 옥타데칸올(octadecanol), 올레익산(oleic acid) 및 올레일아민(oleylamine) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자는 전도성 나노 입자에 포함된 전도성 물질에 대한 전구체와 상기 제1 유기 리간드를 혼합한 후 탈기, 가열, 냉각과 같은 과정을 거쳐 합성될 수 있다.
실시예에 따라서, 질산은(AgNO3), 올레일아민, 올레익산을 혼합한 후 탈기, 가열, 냉각과 같은 과정을 거쳐 올레일아민 및 올레익산으로 둘러싸인 은 나노 입자를 합성할 수 있으며, 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 분산시키는 용매를 포함하는 용액일 수 있다.
상기 제1 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 분산시키는 용매는 실시예에 따라서 옥탄(octane), 헥산(hexane), 톨루엔(toluene) 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 무극성 용매라면 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액은 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 중 어느 하나의 방법으로 팽창기판(110) 상에 도포될 수 있다.
실시예에 따라서, 단계 S110은 상기 제1 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 팽창기판(110) 상에 도포한 후 추가로 건조 과정을 수행하여 상기 제1 나노 입자층(120)을 형성할 수 있다.
또는 실시예에 따라서, 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자는 팽창기판(110) 상에 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation), 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD), 전자빔증착(e-beam evaporation), RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 진공증착(vacuum deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 중 어느 하나의 방법으로 증착되어 제1 나노 입자층(120)을 형성할 수 있다.
팽창기판(110)은 열에 의해 팽창되는 것으로서, 구부릴 수 있는 유연(flexible) 기판과 달리, 유연하면서도 열에 의해 팽창(stretchable)되어 외부 온도가 증가함에 따라 팽창기판(110)의 면적이 넓어질 수 있다.
팽창기판(110)은 외부 온도가 증가함에 따라 팽창되어 팽창기판(110) 상에 형성된 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부의 크랙의 간격을 증가시켜 고감도 온도 센서의 저항이 증가됨으로써 고감도 온도 센서의 저항 변화량을 통해 외부 온도의 변화를 민감하게 감지할 수 있다. 이러한 팽창기판(110)을 이용한 고감도 온도 센서의 원리는 후술할 고감도 온도 센서의 설명을 통해 자세히 설명하도록 한다.
팽창기판(110)은 열 팽창 계수가 큰 물질을 포함하여, 외부 온도 변화에 대한 민감도가 커서 외부 온도 증가에 따른 열 팽창을 통해 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있다.
실시예에 따라서, 팽창기판(110)은 1.0x10-4K-1 내지 1.0x10-3K-1의 열 팽창 계수를 가지는 물질을 포함할 수 있다.
열 팽창 계수가 1.0x10-4K-1 미만이면 외부 온도를 민감하게 감지할 정도로 팽창기판이 충분히 팽창되지 않을 수 있다.
예를 들어, 열 팽창 계수가 약 1.0x10-6K-1인 PET(polyethylene terephthalate)는 열에 의해 충분히 팽창되지 않아 외부 온도를 민감하게 감지할 수 없으나, 열 팽창 계수가 약 1.0x10-4K-1 정도인 PU(polyurethane)는 외부 온도에 의해 잘 팽창되어 외부 온도를 민감하게 감지할 수 있다.
이에 따라, 팽창기판(110)은 구체적으로 PDMS(polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex) 및 하이드로겔 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 열 팽창 계수가 1.0x10-4K-1 이상인 고분자라면 상기 물질에 제한되지 않는다.
PDMS는 열 팽창 계수가 3.2x10-4K-1로 비교적 큰 팽창 계수를 가지므로 팽창기판(110)에 포함되는 물질로 바람직하다.
실시예에 따라서, 상기 단계 S110 이전에 팽창기판(110)을 자외선-오존(UV-ozone) 및 APTES((3-aminopropyl)triethoxysilane) 처리하여 자기조립 단분자막(self-assembled monolayer)을 형성할 수 있다.
자외선-오존 처리는 팽창기판(110) 표면의 불순물을 제거하고 APTES와의 결합력 향상을 위한 과정으로, 팽창기판(110) 표면에 하이드록시기(-OH)를 형성하여 APTES 분자와 결합할 수 있다.
APTES 처리는 자외선-오존 처리된 팽창기판(110) 상에 아민기(-NH2)를 형성하여 최종적으로 자기조립 단분자막을 형성하는 과정으로, 팽창기판(110) 상에 형성되는 제1 나노 입자층(120)의 전도성 나노 입자를 상기 아민기와 화학적으로 결합시킬 수 있다.
이에 따라, 제1 나노 입자층(120)의 전도성 나노 입자와 팽창기판(110) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
자외선-오존 처리 및 APTES 처리는 구체적으로 팽창기판(110)의 표면을 자외선-오존 처리한 후 APTES 용액을 스핀 코팅하여 팽창기판(110)의 표면에 자기조립 단분자막을 형성할 수 있으며, 자기조립 단분자막에 포함된 APTES의 아민기가 팽창기판(110)과 제1 나노 입자층(120) 간의 접착성을 향상시킬 수 있다.
도 1b를 참조하면, 단계 S120은 제1 나노 입자층이 형성된 팽창기판(110)을 제2 유기 리간드 용액에 담지하여 상기 제1 유기 리간드를 상기 제2 유기 리간드로 치환한다.
상기 제2 유기 리간드 용액은 제2 유기 리간드를 포함하는 용액이다. 상기 제2 유기 리간드는 상기 제1 유기 리간드보다 사슬 길이가 짧은 리간드로, 실시예에 따라서 1개 내지 3개의 탄소 사슬을 포함하는 유기 리간드일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 유기 리간드는 MPA(3-mercaptopropionic acid), EDT(1,2-ethanedithiol) 및 EDA(ethylenediamine) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
단계 S120은 상기 제1 나노 입자층의 전도성 나노 입자를 둘러싸며 사슬 길이가 긴 제1 유기 리간드가 사슬 길이가 짧은 상기 제2 유기 리간드로 치환되면서 사슬 길이가 짧아진 공간만큼 크랙(미도시)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 단계 S120은 상기 제1 유기 리간드를 상기 제2 유기 리간드로 치환하는 공정을 통해 크랙을 포함하는 제1 온도 감지층(121)을 형성할 수 있으며, 제1 온도 감지층(121)은 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 단계 S130은 먼저 제1 온도 감지층(121) 상에 포토레지스트(130)를 도포한다.
일반적으로 팽창기판(110)을 이룰 수 있는 실시예 중 하나인 PDMS는 안정성이 매우 높은 물질이기 때문에 PDMS 물질 상에 추가 공정이 불가능하다.
즉, PDMS의 높은 안정성에 의해 팽창기판(110) 상에 포토레지스트(130) 코팅이 불가능하여 포토 리소그래피(photo lithography) 공정 역시 불가능하다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법은 팽창기판(110) 상에 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제1 온도 감지층(121)을 형성함으로써, 제2 유기 리간드와 포토레지스트(130) 간에 화학적 결합(chemical bonding)을 형성할 수 있다.
이에 따라, 단계 S130은 기존과 달리 제2 유기 리간드를 포함하는 제1 온도 감지층(121) 상에 포토레지스트(130)를 도포할 수 있어 포토 리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
실시예에 따라서, 포토레지스트(130)는 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 중 어느 하나의 방법으로 제1 온도 감지층(121) 상에 도포될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 상기 단계 S130은 제1 온도 감지층(121) 상에 포토레지스트를 도포한 후 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트를 식각하여 제1 온도 감지층이 노출된 영역(131)과 포토레지스트가 잔류한 영역(132)을 형성할 수 있다.
구체적으로, 단계 S130은 패턴 마스크를 통해 포토레지스트 일부를 식각하여, 식각된 영역을 통해 제1 온도 감지층(121) 일부를 노출시킬 수 있다.
포토리소그래피 공정은 당업자에게 널리 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
단계 S130은 제1 나노 입자층 상에 포토레지스트를 도포하고 포토레지스트 일부를 식각하여 제1 온도 감지층이 노출된 영역(131)과 포토레지스트가 잔류한 영역(132)을 형성함에 따라 단층이 생길 수 있다.
도 1e를 참조하면, 단계 S140은 상기 단계 S130에 의해 노출된 제1 온도 감지층(121) 및 잔류한 포토레지스트(133) 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 도포하여 제2 나노 입자층(140)을 형성한다.
제2 나노 입자층(140)을 이루는 제1 유기 리간드 및 전도성 나노 입자에 대한 설명은 도 1a를 통해 설명하였으므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
실시예에 따라서, 상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액은 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 중 어느 하나의 방법으로 노출된 제1 온도 감지층(121) 및 잔류한 포토레지스트(133) 상에 도포될 수 있다.
실시예에 따라서, 단계 S140은 상기 제1 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 노출된 제1 온도 감지층(121) 및 잔류한 포토레지스트(133) 상에 도포한 후 추가로 건조 과정을 수행하여 제2 나노 입자층(140)을 형성할 수 있다.
또는 실시예에 따라서, 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자는 노출된 제1 온도 감지층(121) 및 잔류한 포토레지스트(133) 상에 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation), 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD), 전자빔증착(e-beam evaporation), RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 진공증착(vacuum deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 중 어느 하나의 방법으로 증착되어 제2 나노 입자층(140)을 형성할 수 있다.
단계 S140은 상기 단계 S130에 의해 노출된 제1 온도 감지층(121)과 잔류한 포토레지스트(133)로 인한 단층 구조로 인해 제2 나노 입자층(140) 역시 단층으로 형성할 수 있다.
도 1f를 참조하면, 단계 S150은 제2 나노 입자층이 형성된 팽창기판(110)을 무기 리간드 용액에 담지하여 제2 나노 입자층에 포함된 제1 유기 리간드를 무기 리간드로 치환한다.
상기 무기 리간드 용액은 무기 리간드를 포함하는 용액이다. 상기 무기 리간드는 상기 제1 유기 리간드 및 상기 제2 유기 리간드보다 사슬 길이가 매우 짧은 리간드일 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 무기 리간드는 황 이온(S2-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 티오시안산 이온(SCN-), 아이오딘 이온(I-), 이황화물 이온(HS-), 텔루륨 이온(Te2-), 수산화 이온(OH-), 사불화붕산 이온(BF4 -) 및 육불화인산 이온(PF6 -) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 상기 무기 리간드는 브롬 이온(Br-)일 수 있으며, 이에 따라 상기 무기 리간드 용액은 브롬 이온을 포함하는 TBAB(tetra-n-butylammonium bromide)일 수 있다.
단계 S150은 상기 제2 나노 입자층의 전도성 나노 입자를 둘러싸며 사슬 길이가 긴 제1 유기 리간드를 상기 무기 리간드로 치환하면서 사슬 길이가 짧아진 공간만큼 크랙(미도시)을 형성할 수 있다.
그러나, 무기 리간드는 길이가 매우 짧기 때문에 무기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자끼리 접촉할 수 있어 제1 온도 감지층(121)보다 더 적은 수의 크랙을 포함할 수 있으며, 전도성 나노 입자끼리의 접촉으로 인해 제2 유기 리간드를 포함하는 제1 온도 감지층(121)에 비해 전도성이 높다.
따라서, 단계 S150은 상기 제1 유기 리간드를 상기 무기 리간드로 치환하는 공정을 통해 제1 온도 감지층(121)보다 전도성이 높은 전극층(141)을 형성할 수 있으며, 전극층(141)은 무기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함할 수 있다.
아울러, 단계 S150은 상기 단계 S130에 의해 노출된 제1 온도 감지층(121)과 잔류한 포토레지스트(133) 상에 전극층(141)을 형성할 수 있다.
도 1g를 참조하면, 단계 S160은 제1 온도 감지층(121) 상의 상기 포토레지스트가 잔류한 영역에 형성된 포토레지스트와, 잔류한 포토레지스트 상에 형성된 전극층을 제거하여 제1 온도 감지부(160)를 형성할 수 있다.
또한, 단계 S160은 잔류한 포토레지스트와, 잔류한 포토레지스트 상에 형성된 전극층을 제거하면서, 제1 온도 감지층(121) 상에 서로 이격된 전극(151, 152)을 형성할 수 있다.
제1 온도 감지부(160)는 제1 온도 감지층(121) 상에 전극(151, 152)이 형성된 영역 이외의 영역으로, 서로 이격 형성된 제1 전극(151) 및 제2 전극(152) 사이에 노출된 제1 온도 감지층(121)이다.
도 1h를 참조하면, 단계 S170은 전극(151, 152) 및 제1 온도 감지부 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 도포하여 제3 나노 입자층(170)을 형성한다.
상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자는 상기 단계 S110에서 설명하였으므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
실시예에 따라서, 상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액은 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 중 어느 하나의 방법으로 전극(151, 152) 및 제1 온도 감지부 상에 도포될 수 있다.
실시예에 따라서, 단계 S170은 상기 제1 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 용액을 전극(151, 152) 및 제1 온도 감지부 상에 도포한 후 추가로 건조 과정을 수행하여 제3 나노 입자층(170)을 형성할 수 있다.
또는 실시예에 따라서, 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자는 전극(151, 152) 및 제1 온도 감지부 상에 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation), 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD), 전자빔증착(e-beam evaporation), RF 스퍼터링(Radio Frequency sputtering), 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 진공증착(vacuum deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition) 중 어느 하나의 방법으로 증착되어 제3 나노 입자층(170)을 형성할 수 있다.
단계 S170은 상기 단계 S160에 의해 서로 이격 형성된 제1 전극(151) 및 제2 전극(152)에 의해 단층 구조를 이루어 제3 나노 입자층(170) 역시 단층으로 형성할 수 있다.
도 1i를 참조하면, 단계 S180은 제3 나노 입자층이 형성된 팽창기판(110)을 제2 유기 리간드 용액에 담지하여 제3 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 제2 유기 리간드로 치환한다.
상기 제2 유기 리간드 용액 및 제2 유기 리간드는 상기 단계 S120에서 설명하였으므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
단계 S180은 제3 나노 입자층의 전도성 나노 입자를 둘러싸며 사슬 길이가 긴 제1 유기 리간드가 사슬 길이가 짧은 상기 제2 유기 리간드로 치환되면서 사슬 길이가 짧아진 공간만큼 크랙(미도시)을 형성할 수 있다.
이에 따라, 단계 S180은 상기 제1 유기 리간드를 상기 제2 유기 리간드로 치환하는 공정을 통해 전극(151, 152) 상에 크랙을 포함하는 제2 온도 감지층(171)을 형성할 수 있으며, 제1 온도 감지부 상에 크랙을 포함하는 제2 온도 감지부(180)를 형성할 수 있다.
이때, 제2 온도 감지층(171) 및 제2 온도 감지부(180)는 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법은 단계 S170 및 단계 S180을 반복적으로 수행하여 적어도 둘 이상의 온도 감지부를 형성할 수 있으며, 적어도 둘 이상의 온도 감지부를 통해 고감도 온도 센서의 온도 감지 능력을 향상시킬 수 있다.
도 1j를 참조하면, 단계 S190은 봉지(encapsulation) 과정을 통해 제2 온도 감지부(180) 상에 보호층(190)을 형성함으로써 고감도 온도 센서(100)를 제조할 수 있다.
보호층(190)은 제2 온도 감지부(180) 상에 형성되어 제1 온도 감지부(160), 제2 온도 감지부(180) 및 전극을 포함하는 고감도 온도 센서(100)를 물리적 및 화학적 오염으로부터 보호할 수 있다.
실시예에 따라서, 보호층(190)은 팽창기판(110)과 동일한 물질을 포함하여, 외부 온도 증가에 따라 팽창기판(110)이 팽창하면서 보호층(190)과 팽창기판(110) 사이의 열 팽창 계수 차이에 의한 박리 위험성을 최소화할 수 있다.
예를 들어, 보호층(190)은 봉지 과정을 통해 액상의 PDMS로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 의해 제조된 고감도 온도 센서는 열에 의해 팽창되는 팽창기판을 포함함으로써, 외부 온도의 증가에 따라 팽창기판이 열 팽창에 따라 면적이 넓어지면서 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부에 포함된 크랙 간격이 더 벌어지면서 고감도 온도 센서의 저항이 증가하게 되고, 고감도 온도 센서의 저항 변화를 통해 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있다.
이때, 제1 온도 감지층이 제1 전극 및 제2 전극과 맞닿은 영역과 제2 온도 감지층은 팽창기판의 열 팽창에 의한 영향을 거의 받지 않는 제1 전극 및 제2 전극과 접촉하고 있기 때문에 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부보다 온도를 감지하는 능력, 즉 팽창기판의 열 팽창에 의해 크랙이 벌어져 저항이 증가함에 따라 외부 온도 변화를 감지할 수 있는 능력이 상대적으로 낮다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 의해 제조된 고감도 온도 센서는 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부가 팽창기판의 열 팽창에 의해 크랙 간격이 벌어짐에 따라 저항이 급격히 증가하여 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있다.
팽창기판은 외부 온도 증가에 따라 모든 방향으로 열 팽창되며, 팽창기판 상에 형성되는 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부는 팽창기판과 동일한 열 팽창 계수를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법에 의해 제조된 고감도 온도 센서는 외부 온도가 증가하면서 팽창기판이 열 팽창할 시 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부에 포함된 크랙에 스트레인이 집중되면서 상기 크랙에 열 팽창 현상이 집중되어 외부 온도 변화를 매우 민감하게 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제조방법은 제1 나노 입자층의 제2 유기 리간드와 포토레지스트 간에 형성된 화학적 결합에 의해 제1 나노 입자층 상에 포토레지스트를 도포할 수 있어, PDMS 기판 상에 포토레지스트를 도포할 수 없는 기존 기술과 달리 포토 리소그래피 공정을 통해 패터닝이 가능하다.
다시 도 1j를 참조하면, 본 발명의 고감도 온도 센서의 제조방법에 의해 제조된 고감도 온도 센서(100)는 팽창기판(110), 팽창기판(110) 상에 형성되고, 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에 의해 크랙이 형성되는 제1 온도 감지부(160)를 포함하는 제1 온도 감지층(121), 제1 온도 감지층(121) 상에 서로 이격되어 형성되고, 무기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제1 전극(151) 및 제2 전극(152), 제1 전극(151) 및 제2 전극(152) 사이에 형성되고, 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에 의해 크랙이 형성되는 제2 온도 감지부(180), 제1 전극(151) 및 제2 전극(152) 상에 형성되고, 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에 의해 크랙이 형성되는 제2 온도 감지층(171) 및, 제2 온도 감지부(180) 상에 형성되는 보호층(190)을 포함한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서(100)는 상술한 고감도 온도 센서(100)의 제조방법의 구성요소를 포함하므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
팽창기판(110)은 외부 온도 증가에 따라 모든 방향으로 열 팽창되며, 팽창기판(110) 상에 형성되는 제1 온도 감지부(160) 및 제2 온도 감지부(180)는 팽창기판(110)과 동일한 열 팽창 계수를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서(100)는 외부 온도가 증가하면서 팽창기판(110)이 열 팽창할 시 제1 온도 감지부(160) 및 제2 온도 감지부(180)에 포함된 크랙에 스트레인이 집중되면서 상기 크랙에 열 팽창 현상이 집중되어 외부 온도 변화를 매우 민감하게 감지할 수 있다.
팽창기판(110)은 외부 온도의 증가에 따라 열 팽창되며, 팽창기판(110)의 열 팽창 계수는 1.0x10-4K-1 내지 1.0x10-3K-1일 수 있다.
제1 온도 감지부(160) 및 제2 온도 감지부(180)는 팽창기판(110)의 외부 온도 증가에 따른 열 팽창에 의해 크랙의 간격이 증가되어 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서(100)의 저항이 증가하고, 고감도 온도 센서(100)의 저항 증가로부터 외부 온도 변화를 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서(100)는 단일의 온도 감지부를 포함하는 것이 아닌 제1 온도 감지부(160) 및 제2 온도 감지부(180)를 포함함으로써, 외부 온도 증가에 따른 온도 변화를 보다 민감하게 감지할 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서(100)는 제1 온도 감지부(160) 및 제2 온도 감지부(180)가 반복적으로 형성되어, 적어도 둘 이상의 온도 감지부를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 유기 리간드를 제2 유기 리간드로 치환한 경우 온도 고저에 따른 전도성 나노 입자 간 거리를 도시한 모식도이다.
도 2를 참조하면, 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부에 포함된 제2 유기 리간드(220)로 둘러싸인 전도성 나노 입자(210)가 팽창 기판 상에 형성된 경우, 제1 유기 리간드가 제2 유기 리간드(220)로 치환되면서 전도성 나노 입자(210) 사이에 크랙이 형성될 수 있다.
팽창기판 상에 제2 유기 리간드(220)로 둘러싸인 전도성 나노 입자(210)는 낮은 온도에서 높은 온도로 외부 온도가 증가하면 팽창기판이 열 팽창되면서 크랙의 간격이 증가하게 되고, 이에 따라 전하 이동 경로가 차단되면서 저항도가 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서는 외부 온도 증가에 따라 팽창기판이 열 팽창되면서 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부에 포함된 크랙 간격이 증가하면서 저항이 증가하게 되고, 저항 변화로부터 외부 온도가 증가한 것을 감지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 유기 리간드를 무기 리간드로 치환한 경우 온도 고저에 따른 전도성 나노 입자 간 거리를 도시한 모식도이다.
도 3을 참조하면, 제1 전극 및 제2 전극에 포함된 무기 리간드(230)로 둘러싸인 전도성 나노 입자(210)가 팽창기판 상에 형성된 경우, 낮은 온도에서 높은 온도로 외부 온도 증가에 따라 팽창기판이 열 팽창되어도 전도성 나노 입자(210) 간 거리가 거의 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.
제1 전극 및 제2 전극에 포함된 무기 리간드(230)로 둘러싸인 전도성 나노 입자(210)는 길이가 매우 짧은 무기 리간드(230)에 의해 크랙이 거의 형성되지 않고 전도성 나노 입자(210)끼리 접촉될 수 있어 전하 이동 경로가 잘 형성될 수 있고, 이에 따라 전기적 특성을 가질 수 있다.
또한, 무기 리간드(230)는 실시예에 따라서 브롬 이온과 같은 음이온일 수 있는 바, 음이온의 전기적 특성에 의해 무기 리간드(230)로 둘러싸인 전도성 나노 입자(210)는 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자(210)보다 전기적 특성이 강하다.
따라서, 무기 리간드(230)로 둘러싸인 전도성 나노 입자(210)는 전기적 특성에 의해 제1 전극 및 제2 전극으로 사용될 수 있고, 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자(210)는 크랙에 의해 전하 이동 경로가 잘 생성되지 않아 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부로 사용될 수 있다.
정리하자면, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서는 열에 팽창하는 팽창기판과 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부의 크랙에 의해 외부 온도의 증가를 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 민감도는 온도-저항 계수(temperature coefficient of resistance, TCR)와 관련 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서는 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부에 의해 외부 온도 증가를 감지할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 민감도는 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부의 온도-저항 계수와 관련 있다고 할 수 있다.
온도-저항 계수는 온도 변화량 대비 저항 변화량의 비로 정의할 수 있으며, 동일한 외부 온도 변화량에 대하여 고감도 온도 센서의 저항 변화량이 클수록 온도-저항 계수 값이 크며, 이는 외부 온도 변화를 민감하게 감지한다는 것을 말한다.
본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부의 온도-저항 계수는 0.05K-1 내지 0.6K-1일 수 있다.
정리하자면, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서는 외부 온도 증가에 따라 열 팽창하는 팽창기판이 제1 온도 감지부 및 제2 온도 감지부의 크랙 간격을 증가시켜 저항이 증가됨에 따라 외부 온도 변화를 감지할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서는 외부 온도 증가에 따라 열 팽창하는 팽창기판을 포함함으로써, 종래 온도 센서보다 높은 온도-저항 계수를 가져 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있다.
이하, 본 발명의 고감도 온도 센서를 실시예 및 비교예에 따라 제조한 후 고감도 온도 센서의 특성 및 온도 감지 효과에 대한 특성 평가를 진행하였다.
아래의 특성 평가에서는 팽창기판의 열 팽창에 따른 저항 변화와 크랙에 인가된 스트레인을 평가하기 위하여 팽창기판 상에 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 나노 입자 박막을 실시예로 제조하였으며, 외부 온도 변화에 따른 저항 변화 및 외부 온도 변화 감지 정확성을 평가하기 위해 고감도 온도 센서를 실시예로 제조하였다.
물질
질산은(AgNO3, 99.9+%)은 알파 에이사 사(Alfa Aeser, Co.)에서 구입하였다.
올레일아민(OAm, 70%), 올레익산(OA, 90%), EDT(≥98%), TBAB(≥99.0%), APTES(AP. 99%), (3-메르캅토프로필)트리메톡시실란(MPTS, 95%), 톨루엔(99.8%), 아세톤(≥9.5%), 아세토니트릴(99.8%), 이소프로판올(IPA, 99.5%), 메탄올(99.8%), 에탄올(≥9.5%), 헥산(95%) 및 옥탄(99+%)은 시그마-알드리치 사(Sigma-Aldrich, Co.)로부터 구입하였다.
폴리디메틸실록산(PDMS)은 다우 코닝 사(Dow Corning Corporation)에서 구매하였다.
은(Ag) 페이스트(모델 번호 16040-30)는 테드 펠라 사(Ted Pella)에서 구입하였다.
실시예
[실시예 1]
1. 은 나노 입자 합성
질산은 3.4g, 올레일아민 10.0mL 및 올레익산 90.0mL를 200mL의 3구 플라스크에 넣어 혼합한 후 70℃에서 1시간 동안 탈기시켰다.
탈기 공정 후, 반응 용기에 질소 가스를 채우고 10분 당 10℃의 승온 속도로 180℃까지 가열하였다.
혼합물이 180℃에 도달한 후 혼합물을 대기 중에 실온으로 냉각시켰다.
냉각된 혼합물에 톨루엔 90mL 및 에탄올 150mL을 첨가 한 후 원심 분리를 통해 합성된 은 나노 입자(Ag NC)를 수득 하였다.
이후 수득한 은 나노 입자를 헥산에 분산시키고 탈기시킨 다음, 200 mg/mL의 농도로 옥탄에 재분산시켜 제1 유기 리간드로 둘러싸인 은 나노 입자 용액을 제조하였다.
2. 기판 준비
PDMS 기판을 30분 동안 자외선-오존 처리하여 세정하고 표면에 하이드록시기(-OH)를 형성하였다.
이후, 자외선-오존 처리된 PDMS 기판 상에 APTES 용액을 도포한 후 1초 내로 3,000rpm으로 30초 동안 스핀 코팅하여 PDMS 기판에 자기조립 단분자막(SAM)을 형성하였다.
3. 나노 입자 박막 제조
합성한 은 나노 입자 용액을 1000rpm으로 30초 동안 PDMS 기판 상에 스핀 코팅하였다.
합성한 은 나노 입자의 유기 리간드를 치환하기 위해 EDT에 1분 동안 담지하여 리간드 교환을 수행하여 나노 입자 박막을 제조하였다.
[비교예 1]
PDMS 기판 대신 유리 기판을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1]과 동일한 방법으로 나노 입자 박막을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 [실시예 1]에 따른 나노 입자 박막인 제1 나노 입자층 상에 포토레지스트를 도포한 후 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 일부를 식각하였다.
이후, 합성된 은 나노 입자 용액을 1000rpm으로 30초 동안 그 위에 스핀 코팅한 후 TBAB 용액에 3분 동안 담지하여 전극층을 제조한 다음 잔류하는 포토레지스트를 제거하여 전극과 제1 온도 감지부를 형성하였다.
이후, 그 위에 합성된 은 나노 입자 용액을 1000rpm으로 30초 동안 그 위에 스핀 코팅한 후 EDT 용액에 1분 동안 담지하여 리간드 치환 공정을 수행한 후, PDMS로 봉지 처리하여 보호층을 형성함으로써 고감도 온도 센서를 제조하였다.
특성 평가
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 EDT(1,2-ethanedithiol)로 치환되어 크랙을 포함하는 나노 입자 박막의 FEM(finite element method) 시뮬레이션을 도시한 이미지이다.
도 4는 직교 방향으로 크랙을 가지는 실시예 1의 나노 입자 박막이 PDMS 기판 상에 형성된 상태에서 외부 온도 변화가 298K에서 299K로 상승할 시 크랙 구조 변화를 관찰한 결과이다.
도 4를 참조하면, 외부 온도가 상승함에 따라 PDMS 기판은 모든 방향으로 열 팽창하여 상기 실시예 1의 나노 입자 박막에 변형을 일으키는 것을 확인할 수 있다.
특히, 상기 실시예 1의 나노 입자 박막에 포함된 크랙에 가장 높은 변형이 집중되어 있는 것을 확인할 수 있다. (도 4의 빨간색 표시)
이는 은 나노 입자와 PDMS 기판 간에 열 팽창 계수(thermal expansion coefficient, TEC)가 서로 상이하기 때문이다.
즉, 외부 온도가 증가하고 PDMS 기판이 열 팽창하면 PDMS 기판의 스트레인은 실시예 1의 나노 입자 박막의 크랙 계면에 집중되어 크랙의 간격이 벌어지게 되고, 이는 크랙에서 전하의 거동을 크게 변화시켜 저항이 변하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 나노 입자 박막의 단면을 도시한 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
도 5를 참조하면, 실시예 1의 나노 입자 박막에 형성된 크랙은 유한한 길이를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 나노 입자 박막의 전하 이동 경로를 도시한 이미지이다.
이때, 도 6에 도시된 화살표의 두께는 전하 이동 정도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 상기 실시예 1의 나노 입자 박막은 위에서 아래로 향할수록 폭이 좁아지는 크랙이 형성된 것을 확인할 수 있다.
상기 실시예 1의 나노 입자 박막에 형성된 크랙 중 폭이 가장 넓은 부분은 크랙 간 간격이 너무 넓어 전하 이동이 어려운 것을 확인할 수 있다. (가장 위의 화살표)
도 6에 도시된 중간 위치의 화살표는 상기 실시예 1의 크랙 간격이 비교적 좁아 전하 이동이 다소 이루어지는 것을 나타낸다.
또한, 도 6에 도시된 가장 아래에 위치한 화살표는 크랙이 거의 형성되지 않은 부분으로 전하 이동이 매우 원활히 이루어짐을 보여준다.
도 7은 도 5의 나노 입자 박막의 FEM 시뮬레이션을 도시한 이미지이다.
도 7을 참조하면, 상기 실시예 1의 나노 입자 박막에 형성된 크랙은 크랙의 간격이 넓은 부분일수록 외부 온도가 1K씩 증가함에 따라 스트레인이 집중된 것을 확인할 수 있다.
크랙의 간격이 비교적 좁은 나노 크랙의 경우에는 간격이 넓은 크랙에 비하여 스트레인이 덜 집중된 것을 확인할 수 있다.
도 8은 도 5의 나노 입자 박막의 상대적 저항도에 대한 FEM 시뮬레이션을 도시한 이미지이다.
도 8을 참조하면, 상기 실시예 1의 나노 입자 박막의 크랙 간격이 넓을수록 높은 저항을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 크랙의 간격이 넓을수록 전하 이동이 어려워져 높은 저항을 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1의 크랙의 간격이 좁아질수록 낮은 저항을 가지는 것을 확인할 수 있으며, 이는 크랙의 간격이 넓을 때보다 전하 이동이 수월하여 낮은 저항을 가지는 것을 의미한다.
도 9는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 나노 입자 박막의 전압 대비 전류를 도시한 그래프이다.
도 9는 비교예 1 및 실시예 1의 나노 입자 박막에 대하여 외부 온도 각각 30℃ 및 50℃에서 전압 대비 전류를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 상기 실시예 1의 나노 입자 박막에 대하여 50℃(PDMS-EDT 50)에서의 전압 대비 전류(즉, 저항의 역수)는 30℃(PDMS-EDT 30)에서의 저항 역수보다 약 1,113% 증가한 것을 확인할 수 있다.
반면, 상기 비교예 1의 나노 입자 박막에 대하여 30℃(Glass-EDT 30) 및 50℃(Glass-EDT 50)에서의 저항 역수 값은 거의 차이가 없는 것으로 보아, 외부 온도 증가에 따라 상기 비교예 1의 저항이 변화하지 않은 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서는 팽창기판을 사용함으로써 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 나노 입자 박막의 온도 대비 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 상기 비교예 1 및 실시예 1의 5K씩 외부 온도 변화에 따른 저항 변화율을 도시한 것이며, 플로팅된 그래프의 기울기를 통해 TCR을 산출할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 실시예 1(PDMS)은 외부 온도가 증가할수록 저항 변화율이 급격히 증가하나, 상기 비교예 1(Glass)은 저항 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.
상기 실시예 1의 TCR을 계산한 결과, 4.84Х10-1±3.95Х10-2 K-1로, 상기 비교예 1의 TCR인 -1.85Х10-3±1.30Х10-4 K-1보다 매우 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 TCR은 매우 큰 값을 가지기 때문에 외부 온도 변화에 대한 감지 능력이 뛰어나다.
도 11은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 나노 입자 박막의 반복적인 온도 변화에 대한 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 11은 상기 비교예 1 및 실시예 1의 나노 입자 박막에 대하여 303K에서 323K까지 외부 온도를 반복적으로 증가 및 감소를 반복할 시 저항 변화율을 도시한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 상기 실시예 1(PDMS-EDT)의 저항은 외부 온도 323K에서 10.42만큼 크게 증가하는 반면, 상기 비교예 1(Glass-EDT)의 저항은 0.03만 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서는 팽창기판을 사용함으로써 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 수 있을 뿐 아니라, 반복적인 외부 온도 변화에도 일정한 저항 변화 패턴을 보여 내구성 및 신뢰성이 우수하다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서의 전압 대비 전류를 도시한 그래프이다.
도 12를 참조하면, 상기 실시예 2의 고감도 온도 센서에 대하여 외부 온도가 50℃(PDMS-EDT 50)에서의 전압 대비 전류(즉, 저항의 역수)는 30℃(PDMS-EDT 30)에서의 저항 역수 값보다 현저히 작은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 실시예 2의 고감도 온도 센서는 외부 온도가 증가함에 따라 저항도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서는 상기 실시예 1의 저항 변화 양상과 동일한 양상을 가지며, 외부 온도 변화를 민감하게 감지하는 것을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서를 이용하여 측정한 대기 온도를 도시한 그래프이다.
도 13은 상기 실시예 2의 고감도 온도 센서를 창가에 부착한 후 일일 온도를 측정한 결과를 도시한 그래프이며, 상기 실시예 2의 고감도 온도 센서의 저항을 2018년 5월 5일 오후 2시와 오후 10시, 2018년 5월 28일 오후 3시일 때 측정한 후 온도로 변환하였다.
도 13을 참조하면, 상기 실시예 2의 고감도 온도 센서에 의해 측정된 외부 온도는 각각 298K, 293K 및 302K로 한국 기상청에서 제공한 실제 기온과 일치하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 온도 센서는 외부 온도 변화를 민감하게 감지할 뿐 아니라, 저항 변화에 따른 외부 온도 변화를 정확히 감지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 고감도 온도 센서
110: 팽창기판
120: 제1 나노 입자층
121: 제1 온도 감지층
130: 포토레지스트
131: 제1 온도 감지층이 노출된 영역
132: 포토레지스트가 잔류한 영역
133: 잔류한 포토레지스트
140: 제2 나노 입자층
141: 전극층
151: 제1 전극
152: 제2 전극
160: 제1 온도 감지부
170: 제3 나노 입자층
171: 제2 온도 감지층
180: 제2 온도 감지부
190: 보호층
210: 전도성 나노 입자
220: 제2 유기 리간드
230: 무기 리간드

Claims (15)

  1. 팽창기판 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제1 나노 입자층을 형성하는 단계;
    상기 제1 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 제2 유기 리간드로 치환하여 크랙을 포함하는 제1 온도 감지층을 형성하는 단계;
    상기 제1 온도 감지층 상에 포토레지스트를 도포 및 식각하여 상기 제1 온도 감지층이 노출된 영역 및 상기 포토레지스트가 잔류한 영역을 형성하는 단계;
    상기 제1 온도 감지층 상에 상기 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제2 나노 입자층을 형성하는 단계;
    상기 제2 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 무기 리간드로 치환하여 전극층을 형성하는 단계;
    상기 제1 온도 감지층 상의 상기 포토레지스트가 잔류한 영역을 제거하여 전극 및 제1 온도 감지부를 형성하는 단계;
    상기 전극 및 상기 제1 온도 감지부 상에 제1 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제3 나노 입자층을 형성하는 단계;
    상기 제3 나노 입자층의 제1 유기 리간드를 상기 제2 유기 리간드로 치환하여 크랙을 포함하는 제2 온도 감지층 및 제2 온도 감지부를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 온도 감지부 상에 보호층을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트는 상기 제2 유기 리간드와 화학 결합을 형성하여 상기 제1 온도 감지층 상에 도포되는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 팽창기판은 외부 온도의 증가에 따라 열 팽창되며,
    상기 제1 온도 감지부 및 상기 제2 온도 감지부는 상기 크랙의 간격이 증가되어 상기 고감도 온도 센서의 저항 증가를 감지하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 팽창기판은 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 팽창기판은 자외선-오존(UV-ozone) 및 APTES((3-aminopropyl)triethoxysilane) 처리되는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 팽창기판의 열 팽창 계수는 1.0x10-4K-1 내지 1.0x10-3K-1인 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유기 리간드는 TOPO(trioctylphosphineoxide), 옥타데칸올(octadecanol), 올레익산(oleic acid) 및 올레일아민(oleylamine) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유기 리간드는 MPA(3-mercaptopropionic acid), EDT(1,2-ethanedithiol), EDA(ethylenediamine), BDT(benzenedithiol), 피리딘(pyridine), TGA(methanethiosulfonyl-galactoside) 및 PDT (propanedithiol) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 무기 리간드는 황 이온(S2-), 염소 이온(Cl-), 브롬 이온(Br-), 티오시안산 이온(SCN-), 아이오딘 이온(I-), 이황화물 이온(HS-), 텔루륨 이온(Te2-), 수산화 이온(OH-), 사불화붕산 이온(BF4 -) 및 육불화인산 이온(PF6 -) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서의 제조방법.
  11. 팽창기판;
    상기 팽창기판 상에 형성되고, 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에 의해 크랙이 형성되는 제1 온도 감지부를 포함하는 제1 온도 감지층;
    상기 제1 온도 감지층 상에 서로 이격되어 형성되고, 무기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자를 포함하는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성되고, 상기 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에 의해 크랙이 형성되는 제2 온도 감지부;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성되고, 상기 제2 유기 리간드로 둘러싸인 전도성 나노 입자에 의해 크랙이 형성되는 제2 온도 감지층; 및
    상기 제2 온도 감지부 상에 형성되는 보호층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 팽창기판은 외부 온도의 증가에 따라 열 팽창되며,
    상기 제1 온도 감지부 및 상기 제2 온도 감지부는 상기 크랙의 간격이 증가되어 상기 고감도 온도 센서의 저항 증가를 감지하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 팽창기판은 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 팽창기판의 열 팽창 계수는 1.0x10-4K-1 내지 1.0x10-3K-1인 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 온도 감지부 및 상기 제2 온도 감지부의 온도-저항 계수(temperature coefficient of resistance, TCR)는 0.05K-1 내지 0.6K-1인 것을 특징으로 하는 고감도 온도 센서.
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