KR102325995B1 - Gas sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 금속산화물 시드층; 상기 금속산화물 시드층 상에 배치되는 금속산화물 나노와이어; 및 상기 금속산화물 나노와이어 상에 배치되며, 나노파티클(nanoparticle)을 포함하는 다공성 박막층;을 포함하고, 상기 다공성 박막층은, 상기 다공성 박막층의 외부에 존재하는 가스입자를 선택적으로 통과시키는 복수의 기공을 포함하는 가스 센서를 개시한다.One embodiment of the present invention is a substrate; a metal oxide seed layer disposed on the substrate; a metal oxide nanowire disposed on the metal oxide seed layer; and a porous thin film layer disposed on the metal oxide nanowire, the porous thin film layer including nanoparticles, wherein the porous thin film layer has a plurality of pores for selectively passing gas particles present outside the porous thin film layer Disclosed is a gas sensor comprising a.
Description
본 발명의 실시예들은 가스 센서에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a gas sensor.
가스 센서는 특정 가스를 검출하기 위한 장치로써, 종래에는 주로 독성 가스와 폭발성 가스를 감지하기 위하여 사용되었다. 그러나, 최근에는 건강 관리, 환경 오염 감시, 산업안전, 농업, 국방과 테러 등과 같은 다양한 분야에서 가스를 활용하고 있고, 이에 따라 가스 센서가 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이처럼 가스 센서가 다양한 분야에서 사용됨에 따라, 가스 센서의 우수한 감지 능력과 함께 적용되는 분야에 따라 다양한 형상을 가지는 가스 센서가 요구된다.A gas sensor is a device for detecting a specific gas, and has conventionally been mainly used to detect a toxic gas and an explosive gas. However, recently, gas has been used in various fields such as health care, environmental pollution monitoring, industrial safety, agriculture, national defense and terrorism, and accordingly, gas sensors are used in various fields. As the gas sensor is used in various fields as described above, gas sensors having various shapes according to fields to which the gas sensor is applied together with excellent sensing ability are required.
본 발명에 따른 실시예들은 우수한 감지 능력을 가진 가스 센서에 관한 것이다.Embodiments according to the present invention relate to a gas sensor with excellent sensing capability.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 금속산화물 시드층; 상기 금속산화물 시드층 상에 배치되는 금속산화물 나노와이어; 및 상기 금속산화물 나노와이어 상에 배치되며, 나노파티클(nanoparticle)을 포함하는 다공성 박막층;을 포함하고, 상기 다공성 박막층은, 상기 다공성 박막층의 외부에 존재하는 가스입자를 선택적으로 통과시키는 복수의 기공을 포함할 수 있다.A gas sensor according to an embodiment of the present invention includes: a substrate; a metal oxide seed layer disposed on the substrate; a metal oxide nanowire disposed on the metal oxide seed layer; and a porous thin film layer disposed on the metal oxide nanowire, the porous thin film layer including nanoparticles, wherein the porous thin film layer has a plurality of pores for selectively passing gas particles present outside the porous thin film layer may include
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 나노파티클은 상기 다공성 박막층 내에 분산되어 배치될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the nanoparticles may be dispersed in the porous thin film layer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층은 카본복합체를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the porous thin film layer may include a carbon composite.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층은 제올라이트(zelolite) 및 실리카 겔(silica gel)을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the porous thin film layer may include zeolite and silica gel.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 나노파티클은 세륨산화물(CeO2) 과 망간산화물(MnO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the nanoparticles may include at least one of cerium oxide (CeO 2 ) and manganese oxide (MnO 2 ).
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층은 금속촉매와 금속산화물촉매 중 적어도 하나로 코팅될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the porous thin film layer may be coated with at least one of a metal catalyst and a metal oxide catalyst.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속촉매는 팔라듐(Pd)일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the metal catalyst may be palladium (Pd).
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속산화물촉매는 산화아연(ZnO), 산화구리(CuO), 산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3) 및 산화니켈(NiO) 중 적어도 하나일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the metal oxide catalyst is zinc oxide (ZnO), copper oxide (CuO), titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), and nickel oxide (NiO) ) may be at least one of
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층의 기공의 크기는, 상기 다공성 박막층의 외부에 존재하는 유기 실리콘 입자의 크기보다 작을 수 있다.In an embodiment of the present invention, the size of the pores of the porous thin film layer may be smaller than the size of the organosilicon particles existing outside the porous thin film layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 제작 방법은, 기판 상에 금속산화물 시드층을 형성하는 단계; 증착된 금속산화물 시드층에 금속산화물 나노와이어를 성장시키는 단계; 성장된 금속산화물 나노와이어 상에 나노파티클을 포함하는 다공성 박막층을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 박막층 상에 금속촉매와 금속산화물촉매 중 적어도 하나를 코팅시키는 단계;를 포함하고, 상기 다공성 박막층은, 상기 다공성 박막층의 외부에 존재하는 가스입자를 선택적으로 통과시키는 복수의 기공을 포함할 수 있다.A gas sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention comprises: forming a metal oxide seed layer on a substrate; growing metal oxide nanowires on the deposited metal oxide seed layer; forming a porous thin film layer including nanoparticles on the grown metal oxide nanowires; and coating at least one of a metal catalyst and a metal oxide catalyst on the porous thin film layer, wherein the porous thin film layer includes a plurality of pores for selectively passing gas particles present outside the porous thin film layer can
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계는, 스퍼터링(sputtering) 공정을 이용하여 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of forming the porous thin film layer may be a step of forming the porous thin film layer using a sputtering process.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 나노파티클은 세륨산화물을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the nanoparticles may include cerium oxide.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계는, 질산세륨[Ce(NO3)3]을 이용하여 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of forming the porous thin film layer may be a step of forming the porous thin film layer using cerium nitrate [Ce(NO 3 ) 3 ].
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 나노파티클은 망간산화물을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the nanoparticles may include manganese oxide.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계는, 질산망간[Mn(NO3)2]을 이용하여 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계일 수 있다In an embodiment of the present invention, the step of forming the porous thin film layer may be a step of forming the porous thin film layer using manganese nitrate [Mn(NO 3 ) 2 ]
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계는, 전자빔 증착공정을 이용하여 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of forming the porous thin film layer may be a step of forming the porous thin film layer using an electron beam deposition process.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속촉매를 코팅시키는 단계는, 전자빔 증착공정을 이용하여 상기 금속촉매를 상기 다공성 박막층 상에 코팅시키는 단계일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the coating of the metal catalyst may include coating the metal catalyst on the porous thin film layer using an electron beam deposition process.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 나노파티클은 상기 다공성 박막층 내에 분산되어 배치될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the nanoparticles may be dispersed in the porous thin film layer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층은 카본복합체를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the porous thin film layer may include a carbon composite.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 카본복합체는 제올라이트 및 실리카 겔을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the carbon composite may include zeolite and silica gel.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속촉매는 팔라듐일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the metal catalyst may be palladium.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속산화물촉매는 산화아연(ZnO), 산화구리(CuO), 산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3) 및 산화니켈(NiO) 중 적어도 하나일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the metal oxide catalyst is zinc oxide (ZnO), copper oxide (CuO), titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), and nickel oxide (NiO) ) may be at least one of
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다공성 박막층의 기공의 크기는, 상기 다공성 박막층의 외부에 존재하는 유기 실리콘 입자의 크기보다 작을 수 있다.In an embodiment of the present invention, the size of the pores of the porous thin film layer may be smaller than the size of the organosilicon particles existing outside the porous thin film layer.
본 발명의 실시예에 따른 가스 센서는 가스 센서 외부에 존재하는 가스 입자들을 선택적으로 통과시킴으로써, 유기 실리콘에 의한 가스 센서의 민감도 저하를 방지할 수 있다.The gas sensor according to an embodiment of the present invention selectively passes gas particles existing outside the gas sensor, thereby preventing a decrease in the sensitivity of the gas sensor due to the organic silicon.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 가스 센서의 나노와이어가 배치된 시드층을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 다공성 박막층의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 다공성 박막층의 다른 예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 2의 나노와이어가 배치된 시드층 상에 도 3의 다공성 박막층이 배치된 모습을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 가스 센서가 다공성 박막층의 외부에 존재한 가스 입자들을 선택적으로 통과시키는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 제작 방법의 단계들을 개략적으로 나타낸 순서도이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating a seed layer in which nanowires of the gas sensor of FIG. 1 are disposed.
3 is a perspective view schematically illustrating an example of the porous thin film layer of FIG. 1 .
4 is a perspective view schematically illustrating another example of the porous thin film layer of FIG. 1 .
5 is a perspective view illustrating a state in which the porous thin film layer of FIG. 3 is disposed on the seed layer on which the nanowires of FIG. 2 are disposed.
6 is a cross-sectional view schematically illustrating a state in which the gas sensor of FIG. 1 selectively passes gas particles existing outside the porous thin film layer.
7 is a flowchart schematically illustrating steps of a method for manufacturing a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 각 도면에서, 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, in each drawing, components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description, and the size of each component does not fully reflect the actual size.
각 구성요소의 설명에 있어서, 상(on)에 또는 하(under)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(on)과 하(under)는 직접 또는 다른 구성요소를 개재하여 형성되는 것을 모두 포함하며, 상(on) 및 하(under)에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of each component, in the case where it is described as being formed on or under, both on and under are formed directly or through other components. Including, the standards for the upper (on) and the lower (under) will be described with reference to the drawings.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. do.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 가스 센서의 나노와이어가 배치된 시드층을 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating a gas sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating a seed layer in which nanowires of the gas sensor of FIG. 1 are disposed.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서(100)는 기판(110)과, 기판(110) 상에 배치되는 금속산화물 시드층(120)과, 금속산화물 시드층(120) 상에 배치되는 금속산화물 나노와이어(130)와, 금속산화물 나노와이어(130) 상에 배치되는 다공성 박막층(140)을 포함할 수 있다.1 and 2 , the
기판(110)은 실리콘(Si) 기판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 유리 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylen naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하는 플라스틱 기판 등으로 형성될 수 있다.The
금속산화물 시드층(120)은 기판(110)의 두께보다 얇거나 또는 기판(110)과 동일한 두께를 가질 수 있다. The metal
금속산화물 나노와이어(이하 나노와이어)(130)는 금속산화물 시드층(이하 시드층)(120) 상에 복수로 형성될 수 있다. 일 실시예로서, 복수로 형성된 나노와이어(130)는, 도 1에 예시된 바와 같이, 시드층(120)의 표면상에서 수직방향으로 돌출되고, 서로 일정간격 이격된 기둥 형상을 가질 수 있다. 복수의 나노와이어(130)는, 시드층의 일면 상의 중심점을 기준으로 모든 방향에서 대칭되도록 배치될 수 있다. 이러한 나노와이어(130)의 배치에 의해, 가스 센서(100)는 모든 방향에서 균일한 감지 성능을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 다른 실시예로서, 나노와이어(130)들 간의 간격은 일정하지 않을 수도 있다.A plurality of metal oxide nanowires (hereinafter, nanowires) 130 may be formed on the metal oxide seed layer (hereinafter, referred to as seed layer) 120 . As an embodiment, the
나노와이어(130)는 단부가 둥근 형태 또는 직선 형태를 가질 수 있다. 나노와이어(130)의 수평 단면은 원형 또는 다각형일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 나노 와이어는 다양한 형상의 단부 및 수평 단면을 가질 수 있다.The
나노와이어(130)의 길이는 시드층(120)의 두께보다 길도록 형성되며, 모든 나노와이어(130)는 동일한 길이를 가질 수 있다. 나노와이어(130)의 길이는 시드층(120)과 기판(110)의 총 두께 보다 길도록 형성될 수 있다.The length of the
나노와이어(130)는 시드층(120) 상에 성장시키는 공정을 통해 형성될 수 있다. The
다공성 박막층(140)은 이종(異種)소재 기반의 박막 형태의 복합체일 수 있다. 일 실시예로서, 다공성 박막층(140)은 제1 물질로 이루어진 박막층 내에 제2 물질로 이루어진 나노파티클(nanoparticle)(142)을 포함할 수 있다. 나노파티클(142)는 다공성 박막층(140) 내에 분산되어 배치될 수 있으며, 예를 들면, 다공성 박막층(140)의 전체 면적에 걸쳐 균일하게 분산되어 배치될 수 있다. 여기서, 제1 물질은 카본복합체일 수 있으며, 카본복합체는 제올라이트(zeolite) 및 실리카 겔(silica gel)일 수 있다. 제2 물질은 세륨산화물(CeO2)과 망간산화물(MnO2) 중 적어도 하나일 수 있다. The porous
다공성 박막층(140)은 복수의 기공(141)을 포함할 수 있다. 다공성 박막층(140)은, 복수의 기공(141)을 통해 다공성 박막층(140)의 외부에 존재하는 가스입자를 선택적으로 통과시킬 수 있다.The porous
다공성 박막층(140)은 금속촉매와 금속산화물촉매 중 적어도 하나로 코팅될 수 있다. 다공성 박막층(140)을 금속촉매와 금속산화물촉매 중 적어도 하나로 코팅함으로써, 다공성 박막층(140)에 의해 코팅된 감지부 즉, 나노와이어(130) 및 시드층(120)의 민감도 저하를 방지할 수 있다. 이 때, 금속 촉매는 팔라듐(palladium)일 수 있으며, 금속산화물촉매는 산화아연(ZnO), 산화구리(CuO), 산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3) 및 산화니켈(NiO) 중 적어도 하나일 수 있다.The porous
도 3은 도 1의 다공성 박막층의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 4는 도 1의 다공성 박막층의 다른 예를 개략적으로 도시한 사시도이다.3 is a perspective view schematically illustrating an example of the porous thin film layer of FIG. 1 . 4 is a perspective view schematically illustrating another example of the porous thin film layer of FIG. 1 .
다공성 박막층(140)의 복수의 기공(141)은, 다공성 박막층(140)을 관통하는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 복수의 기공(141)은 다공성 박막층(140)의 폭방향에 대해 수직하게 형성되거나, 복수의 기공(141)은 다공성 박막층(140)의 폭방향에 대해 기울어진 형태로 형성될 수 있다. 한편, 다공성 박막층(140)은 그물망 형태의 메쉬(mesh) 구조로 형성될 수 있다. The plurality of
복수의 기공(141)은 도 3에 예시된 바와 같이 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다른 실시예로서, 복수의 기공(141)은 도 4에 예시된 바와 같이, 서로 상이한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 기공(141)의 직경은 모두 동일하거나, 또는 서로 상이한 크기를 가질 수 있다. 단, 이 경우에도, 복수의 기공(141)들의 크기는 유기 실리콘 입자(S)의 크기보다 작아야 함은 물론이다.The plurality of
도 5는 도 2의 나노와이어가 배치된 시드층 상에 다공성 박막층이 배치된 모습을 도시한 사시도이다. 도 6은 도 1의 가스 센서가, 다공성 박막층의 외부에 존재한 가스 입자들을 선택적으로 통과시키는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.5 is a perspective view illustrating a state in which a porous thin film layer is disposed on the seed layer on which the nanowires of FIG. 2 are disposed. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating the gas sensor of FIG. 1 selectively passing gas particles existing outside the porous thin film layer.
도 5 및 도 6을 참조하면, 다공성 박막층(140)은 가스 센서(100)의 외부에 존재하는 여러 종류의 가스 입자들 중 유기 실리콘(S)을 제외하고, 감지하고자 하는 가스 입자만을 선택적으로 통과시킬 수 있다.5 and 6 , the porous
다공성 박막층(140)의 기공(141)의 크기는 유기 실리콘 입자(S)의 크기보다 작을 수 있다. 구체적으로, 다공성 박막층(140)의 기공(141)의 크기는, 다공성 박막층(140)의 외부에 존재하는 감지 대상 가스 입자(O)의 크기보다 크고, 유기 실리콘 입자(S)의 크기보다 작을 수 있다. 이 때, 복수의 기공(141)의 크기는 기공(141)의 직경을 의미하고, 유기 실리콘 입자(S)의 크기는 유기 실리콘 입자(S)의 직경들 중에서 최대 직경을 의미할 수 있다.The size of the
유기 실리콘 입자(S)의 크기보다 작은 크기를 갖는 기공(141) 에 의해, 유기 실리콘(S)이 다공성 박막층(140)을 통과하는 것을 방지하여, 유기 실리콘(S)이 시드층(120) 및 나노와이어(130)에 접근하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 필터를 통과한 유기 실리콘에 의해 가스 센서의 민감도가 저하되는 종래 가스 센서의 문제점을 개선하고, 가스 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.By the
한편, 다공성 박막층(140)의 두께는 시드층(120)의 두께보다 얇을 수 있으며, 예를 들면, 시드층(120)과 기판(110) 중 적어도 하나의 두께보다 얇을 수 있다.Meanwhile, the thickness of the porous
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 제작 방법의 단계들을 개략적으로 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart schematically illustrating steps of a method for manufacturing a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 제작 방법은 먼저, 기판(110) 상에 금속산화물 시드층(120)을 형성한다(S10). 여기서, 금속산화물 시드층(120)은 기판(110) 상에 증착(deposition)에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 일 실시예로서, 금속산화물 시드층(120)은 원자층 증착법 (atomic layer deposition)과 같은 화학기상증착법(chemical vapor deposition) 또는 서퍼트링(sputtering)과 같은 물리기상증착법(physical vapor deposition)을 사용하여, 금속산화물을 직접 코팅하거나 금속 박막을 기상증착한 후, 금속 박막을 산화시켜 금속산화물 시드층(120)을 기판(110) 상에 코팅할 수 있다.Referring to FIG. 7 , in the method of manufacturing a gas sensor according to an embodiment of the present invention, first, a metal
다음, 증착된 금속산화물 시드층(120)에 금속산화물 나노와이어(130)를 형성한다(S20). 여기서, 금속산화물 나노와이어(130)는 금속산화물 시드층(120) 상에 단결정 금속산화물 나노와이어(130)를 성장시키는 공정에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 일 실시예로서, 시드층(120)이 증착된 후, 금속산화물 수용액을 포함하는 압력용기에 넣어 일정 온도 이상 가열하여 시드층(120) 위로 단결정 금속산화물 나노와이어(130)를 성장시킬 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예로서, 시드층(120)과 나노와이어(130)는 일체적으로 형성될 수 있으며, 일 예로 시드층(120)과 나노와이어(130)는, 복수의 나노와이어(130)와 대응하는 형상을 가지는 실리콘 몰드를 사용하여 일시에 형성할 수 있다.Next, a
다음, 성장된 금속산화물 나노와이어(130) 상에 나노파티클(142)을 포함하는 다공성 박막층(140)을 형성한다(S30). 다공성 박막층(140)은, 상기 다공성 박막층(140)의 외부에 존재하는 가스 입자를 선택적으로 통과시키는 복수의 기공(141)을 포함할 수 있다.Next, a porous
일 실시예로, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는 스퍼터링(sputtering) 공정을 이용하여 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는 세륨산화물과 망간산화물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 포함하고, 상기한 세륨산화물과 망간산화물 중 적어도 하나는 스퍼터링 공정을 이용하여 코팅될 수 있다.In one embodiment, the step of forming the porous thin film layer 140 ( S30 ) may be a step of forming the porous
선택적 실시예로서, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는, 질산세륨[Ce(NO3)3]을 이용하여 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는 세륨산화물을 코팅하는 단계를 포함하고, 상기한 세륨산화물은 질산세륨을 이용하여 코팅될 수 있다.As an optional embodiment, the step of forming the porous thin film layer 140 ( S30 ) may be a step of forming the porous
다른 선택적 실시예로서, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는, 질산망간[Mn(NO3)2]을 이용하여 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는 망간산화물을 코팅하는 단계를 포함하고, 상기한 망간산화물은 질산망간을 이용하여 코팅될 수 있다.As another optional embodiment, the step of forming the porous thin film layer 140 ( S30 ) may be a step of forming the porous
또 다른 선택적 실시예로서, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는, 질산세륨 및 질산망간을 이용하여 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는 세륨산화물 및 망간산화물을 코팅하는 단계를 포함하고, 상기한 세륨산화물은 질산세륨을 이용하여, 그리고 상기한 망간산화물은 질산망간을 이용하여 코팅될 수 있다.As another optional embodiment, the step of forming the porous thin film layer 140 ( S30 ) may be a step of forming the porous
또 다른 선택적 실시예로서, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는, 전자빔 증착공정을 이용하여 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 다공성 박막층(140)을 형성하는 단계(S30)는 세륨산화물과 망간산화물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 포함하고, 상기한 세륨산화물과 망간산화물 중 적어도 하나는 전자빔 증착공정을 이용하여 코팅될 수 있다.As another optional embodiment, the step of forming the porous thin film layer 140 ( S30 ) may be a step of forming the porous
일 실시예로서, 다공성 박막층(140) 상에 금속촉매(150)를 코팅시킬 수 있다. 금속촉매(150)를 코팅시키는 단계(S40)는, 전자빔 증착공정을 이용하여 상기 금속촉매(150)를 다공성 박막층(140) 상에 코팅시키는 단계일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기한 금속촉매는 팔라듐 이외의 금속촉매를 포함하고, 전자빔 증착 공정 외의 다른 공정을 이용하여 코팅될 수 있다.As an embodiment, the
다른 실시예로서, 다공성 박막층(140) 상에 금속산화물촉매(150)를 코팅시킬 수 있다. 금속산화물촉매(150)를 코팅시키는 단계(S40)는, 전자빔 증착공정을 이용하여 상기 금속산화물촉매(150)를 다공성 박막층(140) 상에 코팅시키는 단계일 수 있다.As another embodiment, the
또 다른 실시예로서, 다공성 박막층(140) 상에 금속촉매 및 금속산화물촉매를 모두 코팅시킬 수 있다. 금속촉매 및 금속산화물촉매를 코팅시키는 단계(S40)는, 전자빔 증착공정을 이용하여 금속촉매 및 금속산화물촉매를 다공성 박막층(140) 상에 코팅시키는 단계일 수 있다.As another embodiment, both the metal catalyst and the metal oxide catalyst may be coated on the porous
다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 금속촉매는 팔라듐 이외의 금속촉매를 포함할 수 있고, 금속산화물촉매는 산화아연, 산화구리, 산화티타늄, 산화주석, 산화텅스텐 및 산화니켈 이외의 금속산화물촉매를 포함할 수 있다. 또한, 금속촉매와 금속산화물촉매는 전자빔 증착 공정 외의 다른 공정을 이용하여 코팅될 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the metal catalyst may include a metal catalyst other than palladium, and the metal oxide catalyst is a metal oxide other than zinc oxide, copper oxide, titanium oxide, tin oxide, tungsten oxide, and nickel oxide. Catalysts may be included. In addition, the metal catalyst and the metal oxide catalyst may be coated using a process other than the electron beam deposition process.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 가스 센서 및 이의 제작 방법은, 나노와이어 상에 배치된 다공성 박막층 및 금속촉매 또는 금속산화물촉매 코팅층에 의해, 가스 센서의 외부에 존재하는 가스 입자들을 선택적으로 통과시킴으로써,가스 센서의 민감도 및 성능을 향상시킬 수 있다. As described above, the gas sensor and its manufacturing method according to the embodiments of the present invention, by the porous thin film layer and the metal catalyst or metal oxide catalyst coating layer disposed on the nanowire, gas particles existing outside the gas sensor By selectively passing through, the sensitivity and performance of the gas sensor can be improved.
이상에서는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.In the above, the embodiments shown in the drawings have been described with reference to, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 가스 센서
110: 기판
120: 시드층
130: 나노와이어
140: 다공성 박막층
141: 기공
142: 나노파티클
150: 금속촉매/금속산화물촉매
O: 감지 대상 가스 입자
S: 유기 실리콘100: gas sensor
110: substrate
120: seed layer
130: nanowire
140: porous thin film layer
141: Qigong
142: nanoparticles
150: metal catalyst / metal oxide catalyst
O: gas particle to be detected
S: organic silicon
Claims (23)
상기 기판 상에 배치되는 금속산화물 시드층;
상기 금속산화물 시드층 상에 배치되는 금속산화물 나노와이어; 및
상기 금속산화물 나노와이어 상에 배치되며, 나노파티클(nanoparticle)을 포함하는 다공성 박막층;을 포함하고,
상기 다공성 박막층은, 상기 다공성 박막층의 외부에 존재하는 가스입자를 선택적으로 통과시키고, 금속촉매와 금속산화물촉매 중 적어도 하나로 코팅되는 복수의 기공을 포함하고,
상기 복수의 기공의 크기는, 상기 다공성 박막층의 외부에 존재하는 유기 실리콘 입자의 크기보다 작은, 가스 센서.Board;
a metal oxide seed layer disposed on the substrate;
a metal oxide nanowire disposed on the metal oxide seed layer; and
and a porous thin film layer disposed on the metal oxide nanowire, the porous thin film layer including nanoparticles;
The porous thin film layer selectively passes gas particles existing outside the porous thin film layer, and includes a plurality of pores coated with at least one of a metal catalyst and a metal oxide catalyst,
The size of the plurality of pores is smaller than the size of the organosilicon particles existing outside the porous thin film layer, the gas sensor.
상기 나노파티클은 상기 다공성 박막층 내에 분산되어 배치되는, 가스센서.According to claim 1,
The nanoparticles are dispersed in the porous thin film layer, the gas sensor.
상기 다공성 박막층은 카본복합체를 포함하는, 가스 센서.According to claim 1,
The porous thin film layer comprises a carbon composite, gas sensor.
상기 카본복합체는 제올라이트(zelolite) 및 실리카 겔(silica gel)을 포함하는, 가스 센서.4. The method of claim 3,
The carbon composite comprises a zeolite (zelolite) and silica gel (silica gel), a gas sensor.
상기 나노파티클은 세륨산화물(CeO2)과 망간산화물(MnO2) 중 적어도 하나를 포함하는, 가스 센서.3. The method of claim 2,
The nanoparticles include at least one of cerium oxide (CeO 2 ) and manganese oxide (MnO 2 ), a gas sensor.
상기 금속촉매는 팔라듐(Pd)인, 가스 센서.According to claim 1,
The metal catalyst is palladium (Pd), gas sensor.
상기 금속산화물촉매는 산화아연(ZnO), 산화구리(CuO), 산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3) 및 산화니켈(NiO) 중 적어도 하나인, 가스 센서.According to claim 1,
The metal oxide catalyst is at least one of zinc oxide (ZnO), copper oxide (CuO), titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), and nickel oxide (NiO), a gas sensor .
상기 금속산화물 시드층 상에 금속산화물 나노와이어를 형성하는 단계;
상기 금속산화물 나노와이어 상에 나노파티클을 포함하는 다공성 박막층을 형성하는 단계; 및
상기 다공성 박막층 상에 금속촉매와 금속산화물촉매 중 적어도 하나를 코팅시키는 단계;를 포함하고,
상기 다공성 박막층은, 상기 다공성 박막층의 외부에 존재하는 가스 입자를 선택적으로 통과시키는 복수의 기공을 포함하고,
상기 복수의 기공의 크기는, 상기 다공성 박막층의 외부에 존재하는 유기 실리콘 입자의 크기보다 작은, 가스 센서 제작 방법.forming a metal oxide seed layer on the substrate;
forming a metal oxide nanowire on the metal oxide seed layer;
forming a porous thin film layer including nanoparticles on the metal oxide nanowire; and
Including; coating at least one of a metal catalyst and a metal oxide catalyst on the porous thin film layer;
The porous thin film layer includes a plurality of pores for selectively passing gas particles present outside the porous thin film layer,
The size of the plurality of pores is smaller than the size of the organosilicon particles existing outside the porous thin film layer, gas sensor manufacturing method.
상기 다공성 박막층을 형성하는 단계는, 스퍼터링(sputtering) 공정을 이용하여 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계인, 가스 센서 제작 방법.11. The method of claim 10,
The forming of the porous thin film layer is a step of forming the porous thin film layer using a sputtering process, a gas sensor manufacturing method.
상기 나노파티클은 세륨산화물을 포함하는, 가스 센서 제작 방법.11. The method of claim 10,
The nanoparticles include a cerium oxide, gas sensor manufacturing method.
상기 다공성 박막층을 형성하는 단계는, 질산세륨[Ce(NO3)3]을 이용하여 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계인, 가스 센서 제작 방법13. The method of claim 12,
The step of forming the porous thin film layer is a step of forming the porous thin film layer using cerium nitrate [Ce(NO 3 ) 3 ], a gas sensor manufacturing method
상기 나노파티클은 망간산화물을 포함하는, 가스 센서 제작 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the nanoparticles include manganese oxide, a gas sensor manufacturing method.
상기 다공성 박막층을 형성하는 단계는, 질산망간[Mn(NO3)2]을 이용하여 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계인, 가스 센서 제작 방법15. The method of claim 14,
The step of forming the porous thin film layer is a step of forming the porous thin film layer using manganese nitrate [Mn(NO 3 ) 2 ], a gas sensor manufacturing method
상기 다공성 박막층을 형성하는 단계는, 전자빔 증착공정을 이용하여 상기 다공성 박막층을 형성하는 단계인, 가스 센서 제작 방법.11. The method of claim 10,
The forming of the porous thin film layer is a step of forming the porous thin film layer using an electron beam deposition process, a gas sensor manufacturing method.
상기 금속촉매를 코팅시키는 단계는, 전자빔 증착공정을 이용하여 상기 금속촉매를 상기 다공성 박막층 상에 코팅시키는 단계인, 가스 센서 제작 방법.11. The method of claim 10,
The step of coating the metal catalyst is a step of coating the metal catalyst on the porous thin film layer using an electron beam deposition process.
상기 나노파티클은 상기 다공성 박막층 내에 분산되어 배치되는, 가스센서 제작 방법.11. The method of claim 10,
The nanoparticles are dispersed in the porous thin film layer, the gas sensor manufacturing method.
상기 다공성 박막층은 카본복합체를 포함하는, 가스 센서 제작 방법.11. The method of claim 10,
The porous thin film layer comprises a carbon composite, gas sensor manufacturing method.
상기 카본복합체는 제올라이트 및 실리카 겔을 포함하는, 가스 센서 제작 방법.20. The method of claim 19,
The carbon composite comprises a zeolite and silica gel, a gas sensor manufacturing method.
상기 금속촉매는 팔라듐인, 가스 센서 제작 방법.11. The method of claim 10,
The metal catalyst is palladium, a gas sensor manufacturing method.
상기 금속산화물촉매는 산화아연(ZnO), 산화구리(CuO), 산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3) 및 산화니켈(NiO) 중 적어도 하나인, 가스 센서 제작 방법.11. The method of claim 10,
The metal oxide catalyst is at least one of zinc oxide (ZnO), copper oxide (CuO), titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), and nickel oxide (NiO), a gas sensor production method.
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