KR102480785B1 - 다수의 가스의 농도를 결정하고 경우에 따라 측정하기 위한 센서 장치, 그리고 센서 장치의 제조 방법 - Google Patents

다수의 가스의 농도를 결정하고 경우에 따라 측정하기 위한 센서 장치, 그리고 센서 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 가스의 농도를 결정하고 경우에 따라 측정하기 위한 센서 장치(1)에 관한 것이며, 상기 센서 장치는 매트릭스(3)로 배열되는 전도성 소자들과 복수의 접점(4)을 구비한 센서 구조부(2)를 포함하며, 전도성 소자들은 접점들(4)과 연결되어 있으며, 전도성 소자들은, 가스 혼합물 내에서 2개보다 많은 가스를 서로 별개로 측정하기 위해, 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들에 의해 형성된다. 추가로 본 발명은 상기 센서 장치(1)의 이용에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 다수의 가스의 농도를 결정하고 경우에 따라 측정하기 위한 센서 장치(1)의 제조를 위한 방법에 관한 것이다.

Description

다수의 가스의 농도를 결정하고 경우에 따라 측정하기 위한 센서 장치, 그리고 센서 장치의 제조 방법
본 발명은 다수의 가스의 농도를 결정하고, 경우에 따라 측정하기 위한 센서 장치에 관한 것이며, 상기 센서 장치는 매트릭스로 배열되는 전도성 소자들과 복수의 접점을 구비한 센서 구조부를 포함하며, 전도성 소자들은 접점들과 연결되어 있다.
또한, 본 발명은 상기 센서 장치의 이용에 관한 것이다.
추가로, 본 발명은 다수의 가스의 농도를 결정하고 경우에 따라 측정하기 위한 센서 장치의 제조를 위한 센서 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
가스 센서들은 종래 기술에서 공지되어 있으며, 그리고 기상 물질들을 검출하도록 형성되어 있다. 특히 가스들의 측정을 위해 금속 산화물 센서들이 이용된다. 상기 금속 산화물 센서들은 예컨대 일산화탄소의 검출을 위해 사용된다. 그러나 종래 기술에서 공지된 상기 센서들의 단점은, 상기 센서들이 다수의 가스에 반응할 수 있거나, 또는 2개 이상의 가스 유형을 서로 구별할 수 없다는 점에 있다.
US 2011/0120866 A1호에는, 2개의 가스를 동시에 검출하도록 형성되어 있는 가스 센서가 개시되어 있다. 그러나 상기 가스 센서로도 2개보다 많은 가스 유형을 서로 별개로 측정할 수 없다.
EP 0 527 258 A1호는 가스 혼합물 내의 개별 가스 성분들을 검출하기 위한 가스 센서 어레이를 개시하고 있다. 그러나 상기 가스 센서 어레이는, 2개 이상의 가스가 동시에 결정될 수 있는 방식으로 유연하게 구성될 수 없는데, 그 이유는 가스의 결정이 센서 신호들에서의 계산을 통해 비로소 가능하기 때문이다.
여기서 본 발명이 개시된다. 본 발명의 과제는, 최초에 언급한 유형의 센서 장치에 있어서, 유연하게 구성될 수 있는 상기 센서 장치를 제공하는 것에 있다.
또 다른 목적은, 상기 센서 장치의 이용을 제공하는 것에 있다.
또 다른 목적은, 최초에 언급한 유형의 방법에 있어서, 유연하게 구성될 수 센서 장치를 제조할 수 있게 하는 상기 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라서, 최초에 언급한 유형의 센서 장치의 경우, 전도성 소자들이, 가스 혼합물 내에서 2개보다 많은 가스를 서로 별개로 측정하기 위해, 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들에 의해 형성되는 것을 통해 해결된다.
본 발명으로 달성되는 장점은, 특히 센서 구조부의 형성을 통해, 특히 매트릭스로 배열되거나, 또는 매트릭스로서 형성된 전도성 소자들의 형성을 통해, 유연하게 구성될 수 있으면서 가스 혼합물의 2개 이상의 가스를 검출할 수 있거나 측정할 수 있는 센서 장치가 제공된다는 점에서 확인된다. 전도성 소자들은 적어도 2가지 금속 및/또는 금속 산화물로 적어도 부분적으로 형성된다. 본 발명에 따른 센서 장치의 경우, 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로 이루어진 개별 전도성 소자들은, 2개 이상의 상이한 가스를 개별적으로 결정하고 더 나아가 경우에 따라 개별 가스들의 농도를 측정하기 위해, 임의로 외부에서 접점들을 통해 상호 간에 접속될 수 있고 상호 간에 연결될 수 있는 방식으로 매트릭스로 배열되거나 상호 간에 연결된다. 각자의 접점은, 추가적인 결과로서 가스의 존재를 확인할 수 있도록 하기 위해, 적어도 하나의 전도성 소자와 연결된다. 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로 센서 장치의 형성을 통해, 센서 장치는, 상호 간에 접속될 수 있으면서 개별적으로 접점들을 통해 제어될 수 있고 상호 연결될 수 있는 복수의 센서를 형성한다. 센서들은 특히 2개 이상의 전도성 소자 간의 접촉점들 상에 배열된다. 더 나아가, 센서들은 상호 간에 이격되어 배열된다.
특히, 센서 구조부 또는 전도성 소자들은 2가지 금속 및/또는 금속 산화물로 또는 이들에 의해 형성되며, 바람직하게는 구리 산화물 및/또는 아연 산화물 및/또는 주석 산화물로 형성된다. 센서 구조부는 예컨대 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로 구성되어 격자 형태로 배열된 스트랜드들(strand)로 이루어진 매트릭스를 포함한다. 이런 경우, 바람직하게는, 스트랜드들은 상호 간에 대략 수직으로 배열되고 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로 형성된다. 스트랜드들은 교차점들에서 서로 교차하며, 그리고 상기 교차점들에서 상호 간에 연결될 수 있되, 교차점들은 상호 간에 이격되어 배열된다. 2가지 금속 및/또는 금속 산화물의 상기 수직 배열은 예컨대 P-N 접합을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 스트랜드들은 층들 및/또는 나노섬유들로도 형성될 수 있다. 더 나아가, 상이한 접점 요소들 역시도 기판 상에 매트릭스 형태로 배열될 수 있되, 상기 상이한 접점 요소들은 부분적으로 또는 완전하게 상이한 금속 산화물들로 변환될 수 있으면서 격자 형태로 상호 간에 연결된다.
바람직하게는, 매트릭스는 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들을 포함한다. 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들은 특히 스트립 형태로 형성되어 격자 형태로, 또는 행렬 형태로 기판 상에 배열된다. 스트립형 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들의 각각의 단부들 상에는 접점들이 배열되며, 이들 접점을 통해서는 상이하게 형성될 뿐만 아니라 상호 간에 이격되어 배열되는 센서들이 제어될 수 있다. 센서들은 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들의 교차점들 상에, 또는 그들 사이에 형성되되, 교차점들은 상호 간에 이격되어 배열된다. 특히 금속 필름들은 추가적인 결과로 금속 산화물 필름들 및/또는 금속 산화물 나노섬유들이 되도록 산화될 수 있으며, 그럼으로써 금속 필름들에서부터 가스에 민감한 금속 산화물들이 되게 된다. 이 경우, 적합하게는, 금속 필름들의 각자의 행 또는 열은, 예컨대 열 산화를 통해, 상이한 금속 산화물로 변환될 수 있다. 또한, 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들은 나노섬유들의 다발들로서 형성될 수 있다.
바람직하게는, 센서 구조부는 나노섬유들을 포함한다. 이런 경우, 나노섬유들은 금속 매트릭스의 전도성 소자들 상에, 또는 그 사이에 배열되며, 나노섬유들은 전사 공정(transfer process)을 통해 기판 상에 전사되며, 예컨대 기판 상에서 열 산화된다. 나노섬유들은 바람직하게는 금속 산화물들로 형성될 뿐 아니라 예컨대 자신들의 전기 전도도를 통해 가스에 민감하게도 형성되며, 그럼으로써 본원의 센서 장치의 민감도는 추가로 증가되게 된다. 또한, 나노섬유들은 금속 격자 상에서 적합한 금속 필름들의 산화를 통해서도 제조될 수 있다.
특히 바람직하게는, 접점 요소들, 특히 금속 및/또는 금속 산화물 접점 요소들이 제공되되, 나노섬유들은 접점 요소들 사이에 배열된다. 바람직하게는, 각각 2개의 나노섬유는, 제2 나노섬유가 제1 나노섬유에 대해 45°와 135° 사이의 각도로, 특히 바람직하게는 그에 대해 대략 수직으로 정렬되도록 상호 간에 상대적으로 배향된다. 그 결과, 나노섬유들과 연결된 접점 요소들은 격자를 형성하되, 바람직하게는 나노섬유들의 다발들이 제공된다. 접점 요소들은 바람직하게는 대략 직사각형으로, 특히 정사각형으로 형성되어 기판 상에 행렬 형태로 배열된다. 이를 통해 형성되는 매트릭스의 외부 접점 요소들은 각각 하나의 접점과 연결된다. 접점 요소들은 곧바로 기판 상에서 성장할 수 있거나, 또는 상기 기판 상에 증착될 수 있다. 또한, 접점 요소들 및/또는 나노섬유들은 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로 형성될 수 있다.
바람직하게는 나노섬유들은 도핑된다. 따라서, 금속 및/또는 금속 산화물로 이루어진 각각의 나노섬유들을 상이한 가스들에 대해 민감하게 하거나 상이하게 민감하게 하기 위해, 이종 원자들(foreign atom)이 상기 나노섬유들 내로 삽입된다.
추가로 적합하게는, 센서 구조부는, 센서들을 상이하게 민감화하기 위해, 나노입자들을 포함한다. 그 결과, 센서 구조부는 상이하게 기능화될 수 있다. 나노입자들을 통해, 센서 구조부 내에 형성된 센서들에 상이한 특성들 및/또는 민감도들이 할당될 수 있으며, 그럼으로써 추가적인 결과로 가스 혼합물 내에서 2개 이상의 가스가 서로 별개로, 또는 개별적으로 신뢰성 있게 측정될 수 있게 된다. 그 결과, 특정 가스들에 대한 민감도 조절을 위한 서로 다른 매개변수 범위가 생긴다. 나노입자들은 특히 센서 구조부의 매트릭스 상에 인쇄될 수 있다. 센서 구조부 또는 매트릭스의 상이한 전도성 소자들은 바람직하게는 다양하거나 상이한 나노입자들에 의해 도핑된다. 그러나 동일한 나노입자들 역시도 제공될 수 있다.
바람직하게는, 매트릭스 내에 배열된 전도성 소자들은 적어도 부분적으로 주석 산화물 및/또는 아연 산화물로, 그리고 적어도 부분적으로 구리 산화물로 형성되되, 예컨대 주석 산화물 및/또는 아연 산화물은 n 도핑되고 구리 산화물은 p 도핑된다. 그 결과, 전자 공여체들은 주석 산화물 및/또는 아연 산화물 내로 주입되고 전자 수용체들은 구리 산화물 내로 주입된다. 금속 산화물의 진성 도핑(intrinsic doping)은 추가적인 도핑을 통해 전도될 수 있다. 또한, 전도성 소자들은 적어도 부분적으로 다른 금속 산화물로 형성될 수 있다. 매트릭스 내에 배열된 전도성 소자들은 예컨대 금속 필름들 및/또는 상이한 금속 산화물들로 이루어진 금속 산화물 필름들을 포함한다. 그 대안으로, 전도성 소자들은 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로 이루어진 접점 요소들을 포함할 수 있으며, 이들 접점 요소는 예컨대 나노섬유들을 통해 상호 간에 연결된다. 또한, 전도성 소자들은, 격자 형태로 상호 간에 상대적으로 배열되어 있는 나노섬유들도 포함할 수 있다. 도핑된 주석 산화물 및/또는 아연 산화물과 도핑된 구리 산화물로 이루어진 매트릭스, 또는 매트릭스 내에 배열된 전도성 소자들은 상호 간에 연결될 수 있으며, 그럼으로써 다이오드가 형성되게 된다. 그 결과, 개별 센서들을 상호 간에 접속하고 상호 간에 연결하는 가능성에 추가로, 전류가 일측 방향으로 방해 없이 흐르고 타측 방향으로는 차단되는 효과 역시도 달성된다.
목적에 적합하게는, 매트릭스는 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들을 포함하는 것인 센서 장치의 경우, 상호 간에 대략 수직으로 배열되는 금속 필름들 간의 교차점에서 도핑이 상이하게 이루어진 영역들 간의 접합이 형성된다. P-N 접합 또는 N-P 접합이 형성될 수 있다. 매트릭스 상호 연결을 통해, N-P-N 접합 또는 P-N-P 접합 역시도 생성될 수 있으며, 그럼으로써 트랜지스터가 형성되게 된다. 다시 말해, 도핑이 상이하게 이루어진 영역들 간의 상이한 접합들을 자유롭게 이용할 수 있다. 금속 필름들은 상이한 금속 산화물들을 포함하거나, 또는 상이한 금속 산화물들을 갖는 다발 형태의 나노섬유들을 포함하는 스트랜드들로서 형성되거나, 또는 금속 산화물 필름들로 변환되되, 금속 산화물 필름들은 상이하게 도핑된다.
추가로 바람직하게는, 본원의 센서 장치는 유연하게 구성될 수 있다. 본원의 센서 장치는 상호 간에 이격된 복수의 센서를 형성하되, 바람직하게는 각자의 센서는 상이한 가스에 민감화(sensibilization)되거나 반응한다. 개별 접점들이 어떻게 접속(tapping)되는지에 따라서, 상이한 가스들이 검출될 수 있고, 측정될 수 있다. 유연하면서도 개별적으로 구성될 수 있는 센서 장치는 예컨대 스마트 센서로서 사용될 수 있다. 상기 스마트 센서는 특히 건물 제어에서, 또는 공기조화 시스템의 제어 시 이용될 수 있다.
추가로 정해진 가스들의 측정을 위해 본원의 센서 장치를 민감화할 수 있도록 하기 위해, 바람직하게는 센서 장치는, 센서 장치 자신이 정의된 온도로 조정되게 하거나 정의된 온도 주기에 종속되게 하기 위해, 가열 장치 및/또는 냉각 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 센서 장치의 이용은 바람직하게는 상이한 가스들의 동시 결정을 위해 수행된다.
또 다른 목적은, 최초에 언급한 유형의 방법이 하기 단계들을 포함할 때 달성된다.
- 기판을 제공하는 단계;
- 매트릭스로 배열된 전도성 소자들과 복수의 접점을 포함하는 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로 이루어진 센서 구조부를 기판 상에 적층하는 단계; 및
- 센서 구조부 내에 형성된 센서들을 기능화하는 단계.
본원의 방법으로 달성되는 장점은, 특히 매트릭스로 배열된 전도성 소자들과 복수의 접점을 포함하는 센서 구조부를 적층하는 단계와 센서 구조부의 구조화하는 단계의 조합이 가스 혼합물 내 2개 이상의 가스의 개별적인 측정을 위한 센서 장치의 제조를 허용한다는 점에서 확인된다. 본 발명에 따른 방법을 통해 제조되는 센서 장치의 경우, 하나의 매트릭스 내에서 상호 간에 이격된 개별 센서들은, 임의로 외부에서 상호 간에 제어되고 상호 연결될 수 있는 방식으로 상호 간에 접속될 수 있다. 특히 다양한 유형들의 센서들이 상호 간에 접속되고 상호 간에 연결될 수 있으며, 그럼으로써 가스 혼합물 내에서 2개보다 많은 상이한 가스가 검출되고 개별적으로 측정될 수 있게 된다.
센서 구조부 또는 매트릭스는 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로, 예컨대 구리 산화물 및/또는 아연 산화물 및/또는 주석 산화물로 형성된다. 특히 센서 구조부는 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로 구성되어 격자 형태로 배열된 스트랜드들로 형성된다. 이런 경우, 바람직하게는, 스트랜드들은 상호 간에 대략 수직으로 배열된다. 추가로 바람직하게는, 스트랜드들은 상이한 금속 산화물들로 제조된다. 스트랜드들은 바람직하게는 나노섬유들로도 형성될 수 있다. 더 나아가, 접점 요소들 역시도 기판 상에 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 상기 접점 요소들은 상이한 금속 산화물들로 형성되고 격자 형태로 상호 간에 연결될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 센서 구조부는 n 도핑된 주석 산화물 및/또는 아연 산화물로, 그리고 p 도핑된 구리 산화물로 형성될 수 있다. 이를 위해, 전자 공여체들은 주석 산화물 및/또는 아연 산화물 내로 주입되고 전자 수용체들은 구리 산화물 내로 주입된다. 센서 구조부의 매트릭스는 예컨대 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로 이루어진 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들을 포함한다. 매트릭스의 예컨대 도핑된 아연 산화물 및/또는 주석 산화물 및 도핑된 구리 산화물로 이루어진 매트릭스 또는 요소들은 상호 간에, 또는 상하 간에 상호 연결될 수 있으며, 그럼으로써 다이오드가 형성되게 된다. 그 결과, 개별 센서들을 상호 간에 접속하고 상호 간에 연결하는 가능성에 추가로, 전류가 일측 방향으로 방해 없이 흐르고, 타측 방향으로는 차단되는 효과 역시도 달성된다.
바람직하게는, 센서 구조부는 나노입자들에 의해 기능화된다. 기능화는 민감화를 통해 수행될 수 있되, 나노입자들은 특히 센서 구조부의 매트릭스 상에 적층되며, 특히 예컨대 잉크젯 인쇄기로 인쇄된다. 그 결과, 센서 구조부는 상이하게 기능화될 수 있다. 나노입자들을 통해, 형성된 센서들에는 상이한 특성들 및/또는 민감도들이 할당되며, 그럼으로써 추가적인 결과로서 2개 이상의 가스가 서로 별개로 신뢰성 있게 측정될 수 있게 된다. 그에 따라, 특정 가스들에 대한 민감도를 조절할 수 있는 서로 다른 매개변수 범위가 생긴다. 센서 구조부 또는 매트릭스의 상이한 요소들은 바람직하게는 다양한 나노입자들에 의해 민감화되거나 또는 도핑된다. 그러나 단일 유형의 나노입자들도 센서 구조부의 민감화를 위해 이용될 수 있다.
또한, 기능화는 종래 도핑을 통해 수행될 수 있다. 종래 도핑 외에도, 그 대안으로, 또는 그에 추가로, 상이한 가스들에 대해 센서 구조부의 요소들을 더 민감하게 하기 위해, 다른 이종 원자들 또는 나노입자들, 예컨대 팔라듐, 백금 등과 같은 귀금속들 역시도 상기 센서 구조부의 요소들 내에 매립되거나 적층될 수 있다.
바람직하게는, 매트릭스 내에 배열되는 접점 요소들, 특히 금속 및/또는 금속 산화물 접점 요소들 사이에서 나노섬유들은 기판 상에 산화된다. 접점 요소들은 곧바로 기판 상에서 성장하거나, 또는 기판 상에, 예컨대 증착을 통해 적층된다. 나노섬유들은 상호 간에 대략 수직으로 접점 요소들 사이에서 기판 상에 열 산화된다. 나노섬유들과 연결된 접점 요소들을 통해 격자가 형성되되, 나노섬유들의 다발들이 제공된다. 접점 요소들은 바람직하게는 대략 직사각형으로, 특히 정사각형으로 형성되고 기판 상에 매트릭스 형태로 배열된다. 이를 통해 형성된 매트릭스의 외부 접점 요소들은 각각 하나의 접점과 연결된다. 그 대안으로, 나노섬유들은 기판 상에 인쇄될 수도 있다.
바람직하게는, 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들은 기판 상에 증착될 수 있다. 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들은 특히 스트립 형태로 형성되어 격자 형태로, 또는 매트릭스 형태로 기판 상에 증착된다. 스트립형 금속 필름들의 각각의 단부들 상에는 접점들이 배열되며, 이들 접점을 통해서는 상이하게 형성된 센서들이 제어될 수 있다. 센서들은 전도성 소자들의 교차점들 상에, 그리고/또는 그들 사이에 형성되되, 교차점들은 센서 구조부 상에 상호 간에 이격되어 배열된다. 적합하게는, 하나의 행 또는 열의 전도성 소자들은 적어도 부분적으로 상이한 금속 산화물들로 형성된다. 또한, 적합하게는, 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들은 나노섬유들의 다발들로서 형성될 수 있다.
또 다른 특징들, 장점들 및 작용들은 하기에서 설명되는 실시예들에서 분명하게 제시된다. 이와 관련하여 참조되는 도면들에는 하기와 같은 도들이 도시되어 있다.
도 1a는 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 1b는 2개의 접점의 상호 연결을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 또 다른 본 발명에 따른 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 또 다른 본 발명에 따른 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 접점 요소들의 사진이다.
도 6은 접점 요소들의 또 다른 사진이다.
도 7은 접점 요소들의 또 다른 사진이다.
도 8은 접점 요소들의 또 다른 사진이다.
도 9는 접점 요소들의 2차원 연결의 사진이다.
도 1a에는, 본 발명에 따른 센서 장치(1)를 위한 센서 구조부(2)가 도시되어 있다. 센서 구조부(2)는 매트릭스(3)로 배열된 전도성 소자들과, 예컨대 은 또는 티타늄으로 형성되는 복수의 접점(4)을 포함한다. 도 1a에는, 매트릭스(3)는 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들(5)을 포함하거나, 또는 매트릭스(3)는 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들(5)로 형성된다. 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들(5)은 격자 형태로 배열되되, 각자의 금속 필름 및/또는 금속 산화물 필름(5)의 2개의 단부 상에는 접점들(4)이 제공되거나, 또는 이 접점들은 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들(5)로서 형성되는 전도성 소자들과 연결된다.
도 1b에는, 노드점(51) 상의 N-P 접합을 이용한 2개의 접점(4)의 상호 연결의 예가 도시되어 있다.
센서 구조부(2) 또는 전도성 소자들은 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들에 의해 형성되며, 예컨대 구리 산화물 및/또는 아연 산화물 및/또는 주석 산화물로 형성된다. 접점들(4)은 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들(5)을 통해 상호 간에 연결되되, 접점들(4)은 임의로 상호 간에 접속될 수 있거나 상호 연결될 수 있으며, 그럼으로써 추가적인 결과로서 2개보다 더 많은 가스가 측정될 수 있게 된다.
도 2에는, 본 발명에 따른 센서 장치(1)가 도시되어 있다. 상기 센서 장치는 매트릭스(3)로 배열된 전도성 소자들과, 기판(9) 상에 배치된 복수의 접점(4)을 구비한 센서 구조부(2)를 포함한다. 센서 구조부(2)는 도 1a에 따른 센서 구조부(2)에 상응한다. 전도성 소자들은 다시금 격자 형태로 배열되는 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들(5)로 형성된다. 더 나아가, 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들(5)은 나노입자들(8)에 의해 민감화된다.
도 3에는, 센서 구조부(2)를 포함한 또 다른 본 발명에 따른 센서 장치(1)가 도시되어 있으며, 여기서 센서 구조부는 금속들 및/또는 금속 산화물들로 형성되어 매트릭스(3)로 배열된 전도성 소자들 및 접점들(4)을 포함한다. 매트릭스(3)는 상이한 금속 필름들 및/또는 금속 산화물 필름들(5)로 이루어진 접점 요소들(7)을 포함하며, 이 접점 요소들은 금속 산화물 나노섬유들(6)을 통해 상호 간에 연결되어 있다. 나노섬유들(6)은 나노입자들(8)에 의해 민감화되거나 기능화된다. 접점 요소들(7)은 기판(9) 상에 직접적으로 배열되며, 그에 반해 나노섬유들(6)은 기판(9) 또는 웨이퍼 상에 산화된다.
또 다른 본 발명에 따른 센서 장치(1)는 도 4에 도시되어 있다. 상기 센서 장치(1)는 실질적으로 도 3에 따른 센서 장치(1)에 상응한다. 여기서 접점 요소들(7)은 기판(9) 상에 적층되고 나노섬유들(6)은 접점 요소들(7) 사이에서 이들 접점 요소를 서로 연결하면서 기판(9) 상에 인쇄된다.
본 발명에 따른 센서 장치(1)의 모든 실시 변형예에서, 매트릭스(3)의 전도성 소자들은 적어도 부분적으로 상이한 금속들 및/또는 금속 산화물들로, 예컨대 구리 산화물 및/또는 아연 산화물 및/또는 주석 산화물로 형성된다. 이에 추가로, 센서 구조부(2)의 전도성 소자들은 n 도핑되고, 그리고/또는 p 도핑될 수 있다.
도 5, 6, 7 및 8에는, 주사 전자 현미경으로 촬영된, 나노섬유들(6)을 포함한 접점 요소들(7)의 사진이 각각 도시되어 있다. 나노섬유들(6)은 상기 매트릭스(3)의 제조 시 접점 요소들(7) 사이에서 열 산화되며, 그에 반해 접점 요소들(7)은 곧바로 기판(9) 상에 적층되며, 예컨대 증착, 인쇄, 스퍼터링 또는 전기분해로 적층된다. 도 5 내지 도 7에는, 나노섬유들(6) 또는 매트릭스(3)를 통한 접점 요소들(7)의 매트릭스 상호 연결이 도시되어 있으며, 그에 반해 도 8에는 나노섬유들(6)을 통한 접점 요소들(7)의 깔끔한 연결이 도시되어 있다. 상기 사진들은 단지 예시적인 것일 뿐인데, 그 이유는 나노섬유들(6)이 여기서 각각 단지 하나의 금속 산화물로만 형성되기 때문이다(도 5, 6 및 7에서는 구리 산화물; 도 8에서는 아연 산화물). 본 발명에 따른 센서 장치(1)의 경우, 매트릭스(3)는, 가스 혼합물의 2개 이상의 가스를 결정하고 측정할 수 있도록 하기 위해, 상이한 금속 산화물들로 형성된다.
도 9에는, 주사 전자 현미경으로 촬영된, 접점 요소들(7)의 2차원 연결의 사진이 도시되어 있다. 센서 장치(1)의 캐리어는 예컨대 센서 장치(1)가 정의된 온도로 조정되게 하거나, 또는 정의된 온도 주기에 종속되게 할 수 있는 마이크로 가열판일 수 있다.
다수의 가스의 결정을 위한 센서 장치(1)의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법의 경우, 기판(9)이 제공되며, 이 기판 상에는 전도성 소자들로 이루어진 매트릭스(3) 및 복수의 접점(4)을 포함하는 센서 구조부(2)가 적층된다. 그 다음 단계에서, 센서 구조부(2)는 특히 나노입자들(8)에 의해 다수의 가스에 대해 민감화된다.
본 발명으로 이어진 연구는 연구지원 계약(Grant Agreement) 제611887호 하에 유럽연합의 제7차 프레임워크 프로그램(Seventh Framework Program)(FP7/ 2007 ~ 2013)의 후원을 받았다.

Claims (15)

  1. 다수의 가스의 농도를 결정하기 위한 센서 장치(1)로서, 상기 센서 장치는 매트릭스(3)로 배열된 전도성 소자들과 복수의 접점(4)을 구비한 센서 구조부(2)를 포함하며, 상기 센서 구조부(2)는 기판 상에 적층되고, 전도성 소자들은 접점들(4)과 연결되어 있는 것인, 상기 센서 장치에 있어서,
    상기 전도성 소자들은 상이한 금속들 및 금속 산화물들 중 둘 이상에 의해 형성되며, 그리고 가스 혼합물 내에서 2개보다 많은 가스를 서로 별개로 측정하기 위해, 상기 전도성 소자들은, 임의로 외부에서 상기 접점들을 통해 상호 간에 접속될 수 있고 상호 간에 연결될 수 있는 방식으로 배열되고,
    상기 센서 구조부(2)는 나노섬유들(6)을 포함하고,
    접점 요소들(7)이 제공되되, 산화에 의해 상기 기판(9) 위에 형성되는 상기 나노섬유들(6)이 상기 접점 요소들(7) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스(3)는 금속 필름들 및 금속 산화물 필름들(5) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접점 요소들(7)이 금속 및 금속 산화물 접점 요소들(7) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 나노섬유들(6)은 도핑되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 센서 구조부(2)는, 센서들을 서로 상이한 가스에 민감화하기 위해, 나노입자들(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스(3) 내에 배열된 상기 전도성 소자들은 적어도 부분적으로 주석 산화물 또는 아연 산화물로, 그리고 적어도 부분적으로 구리 산화물로 형성되되, 주석 산화물 또는 아연 산화물은 n 도핑되고 구리 산화물은 p 도핑되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스(3)는 금속 필름들 및 금속 산화물 필름들(5) 중 하나 이상을 포함하며, 그리고 상호 간에 수직으로 배열되는 금속 필름들 및 금속 산화물 필름들(5) 중 하나 이상 사이의 교차점에서 도핑이 상이하게 이루어진 영역들 간의 접합이 형성되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서 장치(1)는 상호 간에 이격된 복수의 센서를 형성하되, 각자의 센서는 상이한 가스에 민감화되거나 반응하며, 그럼으로써 상기 센서 장치(1)는 유연하게 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서 장치(1)는, 상기 센서 장치(1)가 정의된 온도로 조정되게 하거나, 정의된 온도 주기를 따르게 하기 위해, 가열 장치 및 냉각 장치 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  11. 상이한 가스들의 동시 결정을 위해 제1항에 따르는 센서 장치(1)를 이용하는 방법.
  12. 다수의 가스의 농도를 결정하기 위한, 제1항에 따른 센서 장치(1)의 제조를 위한 센서 장치의 제조 방법에 있어서,
    - 기판(9)을 제공하는 단계;
    - 매트릭스(3)로 배열된 전도성 소자들과 복수의 접점(4)을 포함하는 상이한 금속들 및 금속 산화물들 중 둘 이상으로 이루어진 센서 구조부(2)를 상기 기판(9) 상에 적층하는 단계;
    - 상기 센서 구조부(2) 내에 형성된 센서들을 기능화하는 단계; 및
    - 상호 간에 연결된 복수의 센서를 접속함으로써 상기 센서들이 임의로 외부에서 상호 간에 제어되고 상호 연결될 수 있게 하는 단계;를 포함하고,
    접점 요소들(7)이 제공되되, 산화에 의해 상기 기판(9) 위에 형성되는 나노섬유들(6)이 상기 접점 요소들(7) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 센서 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센서 구조부(2)는 나노입자들(8)에 의해 기능화되는 것을 특징으로 하는 센서 장치의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 접점 요소들(7)이 금속 및 금속 산화물 접점 요소들(7) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 센서 장치의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    금속 필름들 및 금속 산화물 필름들(5) 중 하나 이상은 상기 기판(9) 상에 적층되는 것을 특징으로 하는 센서 장치의 제조 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018220607A1 (de) * 2018-11-29 2020-06-04 Robert Bosch Gmbh Gassensorvorrichtung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und zu ihrem Betrieb

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2527340A (en) 2014-06-19 2015-12-23 Applied Nanodetectors Ltd Gas sensors and gas sensor arrays
US20160223490A1 (en) 2013-10-09 2016-08-04 Nokia Technologies Oy An apparatus and associated methods for analyte detection

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5766347A (en) * 1980-10-09 1982-04-22 Hitachi Ltd Detector for mixture gas
JPH07294470A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Sogo Keibi Hosho Co Ltd 半導体繊維ガスセンサ
DE4423289C1 (de) * 1994-07-02 1995-11-02 Karlsruhe Forschzent Gassensor für reduzierende oder oxidierende Gase
KR100812357B1 (ko) * 2005-12-23 2008-03-11 한국과학기술연구원 초고감도 금속산화물 가스센서 및 그 제조방법
US20090101501A1 (en) * 2007-10-17 2009-04-23 Tao Xiao-Ming Room temperature gas sensors
KR101283685B1 (ko) 2009-11-23 2013-07-08 한국전자통신연구원 환경가스 센서 및 그의 제조방법
JP5766347B2 (ja) 2012-03-19 2015-08-19 三菱電機株式会社 半導体モジュール及びその製造方法
MY177552A (en) * 2012-12-07 2020-09-18 Mimos Berhad A method of fabricating a resistive gas sensor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160223490A1 (en) 2013-10-09 2016-08-04 Nokia Technologies Oy An apparatus and associated methods for analyte detection
GB2527340A (en) 2014-06-19 2015-12-23 Applied Nanodetectors Ltd Gas sensors and gas sensor arrays

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