KR102514035B1 - 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 그를 이용하는 센서 감지층 형성 방법 - Google Patents

센서 감지층 전사용 도너 기판 및 그를 이용하는 센서 감지층 형성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102514035B1
KR102514035B1 KR1020160019996A KR20160019996A KR102514035B1 KR 102514035 B1 KR102514035 B1 KR 102514035B1 KR 1020160019996 A KR1020160019996 A KR 1020160019996A KR 20160019996 A KR20160019996 A KR 20160019996A KR 102514035 B1 KR102514035 B1 KR 102514035B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
layer
sensor sensing
zno
sensing layer
Prior art date
Application number
KR1020160019996A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170098081A (ko
Inventor
이성은
이병기
강선길
정건영
Original Assignee
엘지전자 주식회사
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사, 광주과학기술원 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020160019996A priority Critical patent/KR102514035B1/ko
Publication of KR20170098081A publication Critical patent/KR20170098081A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102514035B1 publication Critical patent/KR102514035B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02428—Structure
    • H01L21/0243—Surface structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02606—Nanotubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32134—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by liquid etching only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

본 발명은 ZnO 희생층을 포함하는 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 상기 도너 기판을 이용하는 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법에 관한 것이다.

Description

센서 감지층 전사용 도너 기판 및 그를 이용하는 센서 감지층 형성 방법 {DONOR SUBSTRATE FOR TRANSFERING SENSOR LAYER AND METHOD OF FORMING SENSOR LAYER USING THE SAME}
본 발명은 ZnO 희생층을 포함하는 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 상기 도너 기판을 이용하는 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근 IoT 시대에 적합한 스마트 가스센서에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있는 가운데 가스센서에 대한 고감도화, 저가화, 저소비전력, 고내구성에 대한 수요가 더욱 높아지고 있다. 또한, 다양한 감지재료 (고분자, 금속산화물, 그래핀, 2D 재료 등) 기반의 가스센서의 CMOS 칩 집적화 및 복합센서화에 대한 수요는 더욱 높아질 것으로 예상된다. 아울러 웨어러블 센서가 미래시장에 폭넓게 응용될 것으로 생각되는데 이를 위해서는 디자인이 자유로운 플렉시블 센서에 대한 제조 공정 확보가 필수적이다.
기존의 금속산화물 기반의 가스센서를 제작하기 위한 일반적인 프로세스는 감지재료 페이스트를 제조하고 이를 알루미나 기판이나 실리콘 웨이퍼 기판 위에 형성된 가스 감지전극 위에 스크린 프린팅이나 디스펜싱 방법을 통해 도포하는 것이다. 또한 낮은 점도의 용액을 이용한 스핀코팅과 Lift-off 프로세스를 이용한 방법도 일부 적용되고 있다. 이러한 방법에서는 후속 공정으로 도포된 감지재료 내에 존재하는 유기 바인더 성분을 열분해하고 입자들간의 네트워킹을 만들기 위해서 최소 450도 이상의 고온 열처리 환경이 요구된다. 이때 감지전극의 적층 구조에 따른 구성성분의 열확산이 일어나게 됨과 동시에 MEMS 소자의 경우, 열전도 방지를 위해 형성된 멤브레인 박막에 열적 스트레스가 가해짐에 따라 파손이 발생하기도 한다. 또한 와이어 배선 연결을 위한 금속 패드 재료가 고온 환경에 노출될 경우, 부착력 약화로 인해 금속 패드가 박리되는 문제가 발생하기도 한다. 이로 인해 소자가 열적 스트레스를 받게 되고 소자의 성능이 열화되는 이슈가 발생한다.
CMOS 집적화된 센서에 감지층 형성을 위한 고온 열처리 프로세스 역시 앞서 언급한 직접화된 소자의 열화 문제에 직면하게 된다. 감지층의 성능확보를 위해서는 450도 이상의 고온 열처리가 반드시 필요하지만 집적화된 센서 소자의 열적 안정성을 확보하기 위해서는 열처리 온도에 제약이 존재하는 딜레마에 빠질 수 밖에 없다. 한편 가스센서를 활성화하기 위한 히터를 이용하여 도포된 감지막을 in-suit로 열처리하는 방법도 있으나 이 역시 열처리 온도에 제약이 따르게 된다.
따라서, 장기 안정성이 우수한 금속산화물 재료를 기반으로 하는 경우 저온의 감지층 형성 방법이 반드시 필요하다. 따라서 상기의 단점을 일시에 제거할 수 있고 저온, 고생산성 구현이 가능한 획기적인 방안이 절실하다.
본 발명의 목적은 ZnO 희생층을 포함하는 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 상기 도너 기판을 이용하는 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 감지층 전사용 도너 기판은 재료기판 상에 위치하는 ZnO 희생층; 및 상기 ZnO 희생층 상의 센서 감지층을 포함한다.
상기 ZnO 희생층은 나노로드 형태일 수 있다.
상기 ZnO 희생층은 0.5 내지 5 ㎛ 두께일 수 있다.
상기 센서 감지층은 패턴화된 것일 수 있다.
상기 센서 감지층은 산화주석 (SnO2), 산화텅스텐 (WO3), 산화인듐 (In2O3), 산화니켈 (NiOx) 나노입자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.
상기 나노입자는 Pd, Ni, Pt, Rh, Cu, Ru로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 금속 촉매가 도핑된 것일 수 있다.
상기 재료기판은 투명한 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법은 (i) 상기 기재된 센서 감지층 전사용 도너 기판을 준비하는 단계; (ii) 제2 재료기판 상에 위치하는 감지전극 및 상기 감지전극 상의 접착층을 포함하는 억셉터 기판을 준비하는 단계; (iii) 상기 도너 기판의 센서 감지층을 상기 억셉터 기판의 접착층과 대면하게 위치시키는 단계; (iv) 상기 센서 감지층을 상기 접착층으로 전사시키는 단계; 및 (v) 상기 ZnO 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 단계 (iv)는 0.5 내지 2.5 kg/cm2 압력 하, 50 내지 250도 온도 하에서 이루어질 수 있다.
상기 단계 (v)는 산 용액을 이용한 에칭 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 산 용액은 염산 또는 아세트산 용액일 수 있다.
상기 접착층은 은 페이스트 (Ag Epoxy Paste), 이방성 전도성 페이스트 (Anisotropic Conductive Paste) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
도너 기판의 상기 센서 감지층 및 억셉터 기판의 상기 감지전극 및 접착층은 상호 상응하도록 패턴화될 수 있다.
상기 방법은 동일하거나 상이한 2 이상의 센서 감지층을 동시에 형성하는 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
일 구현예에 있어서, 본 발명은 재료기판 상에 위치하는 ZnO 희생층; 및 상기 ZnO 희생층 상의 센서 감지층을 포함하는 센서 감지층 전사용 도너 기판을 제공한다.
가스센서는 센싱부로서 대상 가스를 검출할 수 있는 센서 감지층을 필요로 하고 이를 적절한 재료기판 위에 형성된 감지전극 위에 형성시켜야 한다.
본 발명에서는 최종적으로 감지전극 위에 감지층을 형성시키기 위한 방법으로서 도너 기판과 억셉터 기판을 이용하는 2 기판 시스템을 채용하고 있는 바 이들과 기본 기재가 되는 기판을 구별하기 위하여 기본 기재가 되는 기판을 재료기판이라고 언급하고자 한다. 또한, 도너 기판의 재료기판과 억셉터 기판의 재료기판을 구별하기 위하여, 억셉터 기판의 재료기판은 제2 재료기판이라고 언급하고자 한다.
본 발명에서 사용되는 재료기판은 ZnO 희생층을 기판 상에 형성할 수 있는 것이면 제한 없이 사용할 수 있다. 특정 구현예에 있어서, 상기 재료기판은 딱딱한 재질의 기판 또는 부드러운 재질의 기판일 수 있으며, 딱딱한 재질은 수정, 실리콘, 사파이어 또는 유리 (quartz) 기판 등일 수 있고, 부드러운 재질로는 PDMS (Polydimethylsiloxane) 기판, PET (Polyethylene Teraphthalate) 기판, PC (Polycarbonate) 기판, PES (Polyether Sulfone) 기판, PI (Polyimide) 기판, 폴리노르보넨 (Polynorbonene) 기판 또는 PEN(Polyethylene Naphthalate) 기판 등 을 들 수 있다.
특정 구현예에 있어서, 상기 재료기판은 투명한 것일 수 있는데, 이는 도너 기판과 억셉터 기판은 후술할 바 패턴화된 것일 수 있고, 이들 도너 및 억셉터 기판을 맞춤 정렬시키기 위하여는 도너 기판이 투명한 것이 양호하기 때문이다. 투명한 도너 기판을 이용하여 양 기판은 얼라인 키 (align key)를 형성하게 된다.
따라서, 특정 구현예에 있어서, 상기 재료기판은 좋기로는 투명한 유리 또는 사파이어 기판일 수 있다.
본 발명의 도너 기판을 준비하기 위해서는 재료기판에 ZnO 희생층을 형성하여야 한다. 상기 희생층을 형성하기 위한 방법으로는 제한이 없으나, 특정 구현예에 있어서, 이는 재료기판 상에 졸-겔법으로 ZnO 시드를 형성하고 ZnO 전구체가 녹아있는 용매상에서 수열합성법으로 ZnO 나노 구조체를 결정성장 시키는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 수열합성법을 이용하여 상기 ZnO 시드로부터 ZnO 나노 구조체를 결정성장 시키는 단계는 상기 ZnO 시드가 형성된 재료기판을 수열합성 용액에 침지하여 이루어질 수 있다.
상기 수열합성 용액은 물, 상기 물과 반응하여 아연 이온을 공급하는 아연 이온 공급원 및 상기 물과 반응하여 수산화 이온을 공급하는 수산화이온 공급원을 포함할 수 있다. 상기 아연 이온 공급원은 아세트산 아연 (Zinc acetate : Zn(O2CCH3)2), 질산 아연 (Zinc nitrate : Zn(NO3)2), 황산 아연 (Zinc sulfate : ZnSO4) 및 염화 아연 (Zinc Chloride : ZnCl2) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 수산화 이온 공급원은 헥사메틸렌테트라아민 (hexamethytetramine)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 수열합성법은 상압, 50℃ 내지 100℃의 온도 범위 하에서, 1 시간 내지 2 시간 동안 수행될 수 있다. 한편, 상기 수열합성 용액은, ZnO 입자가 지나치게 과성장되는 것을 방지하기 위하여 과성장 억제제, 예컨대 폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine; PEI)과 같은 아민기를 함유하는 양이온성 폴리머를 포함할 수 있다.
특정 구현예에 있어서, 상기와 같이 성장된 ZnO 나노 구조체는 나노로드의 형태일 수 있고, 그에 따라 결과적으로 상기 ZnO 희생층은 나노로드 형태일 수 있다.
특정 구현예에 있어서, 상기 ZnO 나노로드 결정의 높이, 즉 ZnO 희생층의 두께는 0.5 내지 5 ㎛로 적절하게 조절할 수 있으며, 좋기로는 0.8 내지 2.5 ㎛, 더욱 1 내지 1.5 ㎛일 수 있다. 높이가 너무 짧을 경우 효과적인 희생층 역할이 어려울 수 있으며 너무 긴 경우, 결정 성장에 소요되는 시간이 늘어나 공정상 단점이 될 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 센서 감지층 전사용 도너 기판을 제공하기 위하여는, 상기와 같이 ZnO 나노로드가 형성된 기판에, 집적화 센서 어레이의 감지전극 위에 형성할 감지층과 상응하는 동일한 면적과 패턴으로 감지재료 페이스트를 스크린 프린팅이나 디스펜싱 공정을 통해 도포하고, 450 내지 700℃에서 열처리를 통해 완전하게 경화된 감지층을 형성한다.
본 발명에 따르면, 최종적으로 감지층은 억셉터 기판 상에 형성되는 것이지만, 이 형성 과정이 도너 기판과 억셉터 기판의 2 기판 시스템을 이용하는 공정에 의하고, 감지층은 도너 기판 상에서 완전히 경화된 상태로 형성되어 억셉터 기판 상으로 전사되게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면 감지재료가 원하는 물성을 획득하기 위하여 반드시 필요한 고온 열처리 공정 (예컨대, 450℃ 이상)은 집적화 센서 어레이가 형성되어 센서를 구성하게 될 억셉터 기판과 별개의 도너 기판 상에서만 이루어지므로, 억셉터 기판은 고온 환경에 노출되지 않고도 원하는 감지층을 포함할 수 있게 된다는 점에서 유리하다.
특정 구현예에 있어서, 도너 기판상의 상기 센서 감지층은 패턴화된 것일 수 있다. 상기 ZnO 나노 구조체, 예컨대 나노로드는 ZnO 시드들로부터 성장하여 형성되므로 상기 ZnO 시드를 패턴화하여 형성시키고 그 배열을 따라 나노로드가 수직하게 성장하게 되면, 원하는 패턴을 갖는 센서 감지층을 획득할 수 있다. 도너 기판 상에 센서 감지층을 상기와 같이 패턴화하고, 후술할 바와 같이 억셉터 기판 상에 상기 센서 감지층과 상응하는 패턴의 감지전극을 형성시킨 후, 양 기판을 정렬시켜 감지층을 감지전극 위로 전사함으로써 최종적으로 원하는 패턴을 갖는 센서 감지층이 억셉터 기판 상에서 집적 어레이를 구성할 수 있게 된다. 이러한 양 기판의 정렬을 용이하게 하기 위하여 도너 기판은 투명 기판인 것이 양호함을 상술한 바 있다.
본 발명에서 제공하는 ZnO 희생층을 포함하는 도너 기판은 감지층으로서 금속산화물 또는 유/무기 컴포지트와 같은 다양한 감지재료 페이스트와 결합하여 사용될 수 있으며, 웨이퍼 스케일로 이용될 수 있다는 장점을 갖는다. 즉, 본 발명에 따른 도너 기판을 이용하면 현장에서 허용하는 한 대면적의 전사가 가능하고, 하나의 도너 기판 상에 하나 이상의 센서 감지층을 형성하여 전사할 수도 있고, 상기 하나 이상의 센서 감지층은 동일하거나 상이한 것일 수 있으므로 최종적으로 얻어질 센서의 종류와 무관하게 다수의 센서 감지층을 동시 제공할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명에 있어서, 센서 감지층의 성분은 검출하고자 하는 가스의 종류에 따라 변화시킬 수 있고, 이에 대한 선택은 이 기술 분야에 잘 알려져 있다.
특정 구현예에 있어서, 상기 센서 감지층은 산화주석 (SnO2), 산화텅스텐 (WO3), 산화인듐 (In2O3), 산화니켈 (NiOx) 나노입자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함할 수 있고, 상기 나노입자는 Pd, Ni, Pt, Rh, Cu, Ru로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 금속 촉매가 도핑된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 일 구현예에 있어서, 본 발명은 (i) 상기 기재된 센서 감지층 전사용 도너 기판을 준비하는 단계; (ii) 제2 재료기판 상에 위치하는 감지전극 및 상기 감지전극 상의 접착층을 포함하는 억셉터 기판을 준비하는 단계; (iii) 상기 도너 기판의 센서 감지층을 상기 억셉터 기판의 접착층과 대면하게 위치시키는 단계; (iv) 상기 센서 감지층을 상기 접착층으로 전사시키는 단계; 및 (v) 상기 ZnO 희생층을 제거하는 단계를 포함하는, 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 센서 감지층 형성 방법의 진행을 위해서는, 센서 감지층이 형성된 도너 기판과, 집적화 센서 및 감지전극이 형성된 억셉터 기판이 필요하다. 상기 본 발명의 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법이 수행된 후 최종적으로 억셉터 기판은, 예컨대 저항 측정용 감지전극이 형성된 기판; 및 상기 감지전극 위에 형성된 센서 감지층을 포함하고, 궁극적으로 가스센서 소자로 포함되게 된다.
가스센서에 있어서, 감지전극은 검출하고자 하는 가스의 농도 변화에 따라 저항의 변화를 감지할 수 있다. 상기 검출 대상 가스로는 NO2, HCl, CO, 아세톤, 암모니아 등과 같은 가스를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
감지전극은 백금, 금, 팔라듐, 이리듐, 은, 루테늄, 니켈, 스테인리스 스틸 (STS), 알루미늄, 몰리브데늄, 크롬, 구리, 티타늄, 텅스텐, ITO (In doped SnO2), 및 FTO (F doped SnO2) 중 하나 이상이 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 재료기판으로는 세라믹 기판, 알루미나 기판, 절연층이 증착된 실리콘 기판, 실리콘 옥사이드 기판 등 가스센서의 재료기판이 될 수 있는 것이라면 제한없이 이용할 수 있다.
센서 감지층은 센서 기판 (즉, 억셉터 기판), 좋기로는 감지전극 위에 형성된다.
감지전극은 억셉터 기판의 재료기판 (즉, 제2 재료기판) 상에 이 기술 분야에 공지된 방법, 예컨대 기판 상의 잉크 도포법, 예컨대 드랍법, 스핀코팅 또는 도말법 등을 통하여 형성될 수 있으나, 이들 방법에 제한되는 것은 아니고 가스센서의 감지전극으로서 기판 상에 패턴화될 수 있는 어떠한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
상기 전극 잉크는 무기물 또는 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 상기 무기물은 Ag, Mg, Au, Al. Pr, Pd 또는 Ni일 수 있으며, 상기 전도성 고분자는 PEDOT-PSS (poly(3,4-ethlyenedioxythiophene/poly(4-styrenesulfonate)), POMeOPT (poly(3-(2'-methoxy-5'-octyphenyl)thiophene)) 또는 폴리아릴린 (polyaniline)일 수 있다.
상기 전극 잉크는 상기 무기물 또는 전도성 고분자에 용매를 혼합하여 제조할 수 있다.
한편, 상기 감지전극 상에는 접착층을 포함시킬 필요가 있다. 본 발명의 방법에 따라 도너 기판에서 억셉터 기판으로 센서 감지층을 전사시키기 위해서는 감지전극 위로 도너 기판상에 형성된 센서 감지층을 이동시켜야 하는데, 감지전극과 같은 금속 표면 위에 센서 감지층을 이루고 있는 성분인 금속 산화물이 직접 계면 접합을 형성하기는 어렵기 때문에 접착력을 주기 위한 적절한 계면이 필요하기 때문이다. 이 계면은 도너 기판으로부터 억셉터 기판으로의 센서 감지층 전사시 접착 에너지를 조절하는 수단이 된다. 또한, 본 발명에서 상기 접착층은 상기 센서 감지층의 부착과 더불어 전극과 감지층간의 전도성을 부여하는 역할을 해야 되므로 상대적으로 저온, 저압에서 상기의 기능을 구현하면서도, ZnO 희생층을 포함하는 도너 기판으로부터 적정 온도 및 압력 조건하에서 효율적으로 센서 감지층 전사를 유도할 수 있는 것들로 선택되어야 한다.
그에 따라 특정 구현예에 있어서, 본 발명에서 이용되는 상기 접착층은 일반적으로 저온에서 소성이 가능한 은 페이스트 (Ag Epoxy Paste) 또는 이방성 전도성 페이스트 (Anisotropic Conductive Paste) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 이방성 전도성 페이스트는 고분자 바인더에 도전입자가 분산된 형태로 구성되어 있으며 온도와 압력을 인가할 경우, 도전입자들이 성장하여 전극간 접촉을 형성하는 특성을 가지고 있다.
특정 구현예에 있어서, 상기 접착층은 상기 전도성 금속 페이스트가 감지전극의 표면에만 코팅된 것일 수 있고, 코팅되는 금속 페이스트는 상온 내지 50도 사이의 저온에서 용매를 휘발시켜 건조되면, 접착층을 형성하게 된다.
상술한 바 본 발명에 있어서, 도너 기판은 ZnO 희생층 및 상기 ZnO 희생층 상의 센서 감지층을 포함하고, 억셉터 기판은 감지전극 및 상기 감지전극 상의 접착층을 포함한다. 또한 본 발명의 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법에서는, 상기 도너 기판의 최상층인 센서 감지층과 상기 억셉터 기판의 최상층인 접착층을 대면시켜 합착 공정을 통해 센서 감지층의 전사가 이루어지게 된다. 이러한 도너 기판 내에 ZnO 희생층이 존재한다는 기술 구성과 억셉터 기판에 접착층이 존재한다는 기술 구성이 조합된 결과 이 합착 과정은 비교적 마일드한 조건하에서 수행될 수 있다. 그 결과, 특정 구현예에 있어서, 상기 단계 (iv)는 0.5 내지 2.5 kg/cm2 압력 하, 50 내지 250℃ 온도 하에서 이루어질 수 있다. 좋기로는 상기 단계 (iv)는 0.8 내지 2 kg/cm2 압력, 더 좋기로는 1 내지 1.5 kg/cm2 압력 하에서 이루어질 수 있다. 압력이 너무 낮을 경우 효과적인 접착력이 형성되지 않고 너무 높을 경우 웨이퍼가 파손될 수 있기 때문이다. 좋기로는 상기 단계 (iv)는 80 내지 200℃ 온도 하에서, 더 90 내지 150℃ 온도 하에서 이루어질 수 있다. 온도가 너무 낮을 경우 경화가 불완전하게 일어날 수 있으며 너무 높을 경우 열 손상이 가해질 수 있다. 이렇게, 최종적으로 가스센서에 포함되게 되는 억셉터 기판은 저온의 열처리만을 겪게 되므로, 고온 환경에 노출되지 않고 원하는 물성의 센서 감지층을 획득하게 된다.
상기 단계 (v)는 ZnO 희생층을 제거할 수 있는 어떠한 방법을 통하여라도 이루어질 수 있다.
따라서, 특정 구현예에 있어서 상기 단계 (v)는, 산 용액을 이용한 에칭 공정으로 이루어질 수 있다. 산 용액은 0.5 M 이하의 묽은 농도를 갖는 강산 용액이거나, 약산 용액일 수 있으며, 좋기로는 상기 산 용액은 아세트산 용액 또는 0.5 M 염산 용액일 수 있다. 즉, 이 단계에서 합착된 도너 기판과 억셉터 기판은 산 용액에 침지되고, 희생층인 ZnO 나노로드가 에칭되면서 양 기판이 분리되게 된다.
상술한 바, 특정 구현예에 있어서, 상기 본 발명의 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법에 있어서, 도너 기판의 상기 센서 감지층 및 억셉터 기판의 상기 감지전극 및 접착층은 상호 상응하도록 패턴화될 수 있다. 면적 및 구조적으로 상호 상응하도록 패턴화된 결과 도너 기판과 억셉터 기판은 상호 정확하게 정렬된 상태로 감지층 표면과 전도성 금속 페이스트를 함유하는 접착층 간 합착을 형성한다.
특정 구현예에 있어서, 상기 방법은 동일하거나 상이한 2 이상의 센서 감지층을 동시에 형성하는 것일 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 ZnO 희생층을 포함하는 도너 기판 및 이를 이용한 센서 감지층 형성(전사) 방법에 따르면, 센서 기판 (억셉터 기판)은 저온 공정만을 거치게 되므로, 이러한 직접적으로 웨이퍼 스케일로 이용될 수 있다는 장점을 갖는다. 즉, 전사하고자 하는 센서 감지층의 개수와 종류에 대한 제한이 거의 없으며, 현장에서 허용하는 한 다량, 다수 종의 감지층 일시 전사가 가능하다.
본 발명의 ZnO 희생층을 포함하는 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 상기 도너 기판을 이용하는 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법은 고감도 가스센서 제작을 위한 저온, 고생산성 구현이 가능한 웨이퍼 스케일 감지층 전사를 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면 특히, ZnO 희생층을 적용하여 저온 프로세스에서 센서 감지층을 일시에 전사시킬 수 있으므로 센서 소자의 고온 노출에 따른 열적 스트레스를 최소화하면서도 고생산성 구현이 가능하다. 또한, 도너 기판의 ZnO 희생층과 억셉터 기판의 접착층의 조합에 의하여 센서 감지층을 전사시키기 위한 온도 및 압력을 획기적으로 낮추었으며, 2 기판 시스템을 통하여 도너 기판과 억셉터 기판에의 사전 작업에 있어서 상호 제한이 적은 특징이 있다. 또한, 종래에 사용하던 방법에 비해 간단하고 쉽기 때문에 재현성이 좋을 뿐만 아니라 대면적, 감지층 또는 기판의 종류 및 개수를 불문하고 전사가 가능하여 산업적 이용 가능성이 큰 특징이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법을 모식화한 모식도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 : 알루미나 기판 (실리콘 웨이퍼) 상 SnO 2 센서 감지층 형성
도너 기판을 제작하기 위하여 먼저 투명한 웨이퍼 기판에 졸-겔 방법으로 ZnO 시드층을 형성하고 (Zn(NO3)2·6H2O) 용액상의 수열합성법을 통해 ZnO 나노로드를 성장시켜 희생층을 형성한다. 형성된 희생층 위에 SnO2 입자로 구성된 감지재료 페이스트를 스크린 프린팅 또는 디스펜싱 방법으로 프린팅 한 후, 500℃에서 2시간 동안 열처리를 통해 유기 바인더 성분을 제거하여 금속산화물 센서 감지층을 제작한다. 억셉터 기판은 알루미나 기판 또는 실리콘 웨이퍼상에 반도체 프로세스를 통해 센싱소자가 형성된 기판을 활용한다. Pt로 구성된 감지전극과 감지재료층 간에 접착력과 전기전도성을 주기 위해 은 나노입자가 분산된 은 페이스트 또는 이방성 전도성 페이스트 (Anisotropic Conductive Paste)을 활용하여 감지전극 표면에만 선택적으로 박막을 형성한다. 감지층을 전사하기 위해 도너 기판과 억셉터 기판을 상하로 정렬하여 감지전극 위에 감지층이 배열되도록 하여 온도와 압력을 가하기 위한 합착 장비에 장착한다. 접착층이 형성되도록 90도에서 1kg/cm2의 압력으로 1 시간 유지 시킨다. 최종적으로 도너 기판을 제거하기 위하여 0.5 M 이하의 묽은 염산 용액에 합착된 웨이퍼를 투입하여 희생층으로 형성된 ZnO 나노로드를 제거한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. (i) 재료기판 상에 위치하는 ZnO 희생층 및 상기 ZnO 희생층 상의 센서 감지층을 포함하는 센서 감지층 전사용 도너 기판을 준비하는 단계;
    (ii) 제2 재료기판 상에 위치하는 감지전극 및 상기 감지전극 상의 접착층을 포함하는 억셉터 기판을 준비하는 단계;
    (iii) 상기 도너 기판의 센서 감지층을 상기 억셉터 기판의 접착층과 대면하게 위치시키는 단계;
    (iv) 상기 센서 감지층을 상기 접착층으로 전사시키는 단계; 및
    (v) 상기 ZnO 희생층을 제거하는 단계
    를 포함하고,
    상기 단계 (iv)는 0.5 내지 2.5 kg/cm2 압력 하, 섭씨 50도 내지 250도 온도 하에서 이루어지는 것인 억셉터 기판 상에 센서 감지층을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 ZnO 희생층은 나노로드 형태인 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 ZnO 희생층은 0.5 내지 5 ㎛ 두께인 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 센서 감지층은 패턴화된 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 센서 감지층은 산화주석 (SnO2), 산화텅스텐 (WO3), 산화인듐 (In2O3), 산화니켈 (NiOx) 나노입자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함하는 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 나노입자는 Pd, Ni, Pt, Rh, Cu, Ru로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 금속 촉매가 도핑된 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 재료기판은 투명한 것인 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 단계 (iv)는 상기 접착층이 형성되도록 섭씨 90도에서 1kg/cm2 압력으로 1시간 유지시키고, 상기 단계 (v)는 상기 도너 기판을 제거하기 위하여 0.5 M 이하의 염산 용액에 합착된 웨이퍼를 투입하여 상기 희생층으로 형성된 ZnO 나노로드를 제거하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 단계 (v)는 산 용액을 이용한 에칭 공정으로 이루어지는 것인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 산 용액은 염산 또는 아세트산 용액인 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 접착층은 은 페이스트 (Ag Epoxy Paste), 이방성 전도성 페이스트 (Anisotropic Conductive Paste) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 도너 기판의 상기 센서 감지층 및 억셉터 기판의 상기 감지전극 및 접착층은 상호 상응하도록 패턴화된 것인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 방법은 동일하거나 상이한 2 이상의 센서 감지층을 동시에 형성하는 것인 방법.
KR1020160019996A 2016-02-19 2016-02-19 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 그를 이용하는 센서 감지층 형성 방법 KR102514035B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160019996A KR102514035B1 (ko) 2016-02-19 2016-02-19 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 그를 이용하는 센서 감지층 형성 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160019996A KR102514035B1 (ko) 2016-02-19 2016-02-19 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 그를 이용하는 센서 감지층 형성 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170098081A KR20170098081A (ko) 2017-08-29
KR102514035B1 true KR102514035B1 (ko) 2023-03-24

Family

ID=59759952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160019996A KR102514035B1 (ko) 2016-02-19 2016-02-19 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 그를 이용하는 센서 감지층 형성 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102514035B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007006001A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 共振器およびこれを用いたフィルタ回路の製造方法
KR101168059B1 (ko) 2009-03-12 2012-07-24 한국이엔에쓰 주식회사 휘발성 염기질소 가스 측정을 위한 가스센서 및 그 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19549147C2 (de) * 1995-12-29 1998-06-04 Siemens Ag Gassensor
KR101011717B1 (ko) * 2008-09-01 2011-01-28 삼성전기주식회사 플렉서블 염료감응형 태양전지의 전극과 그 제조방법 및플렉서블 염료감응형 태양전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007006001A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 共振器およびこれを用いたフィルタ回路の製造方法
KR101168059B1 (ko) 2009-03-12 2012-07-24 한국이엔에쓰 주식회사 휘발성 염기질소 가스 측정을 위한 가스센서 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170098081A (ko) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wen et al. Piezotronic effect in flexible thin‐film based devices
CN103302910B (zh) 一种生物可降解的柔性导电基板及其制备方法
CN109520411B (zh) 基于预拉伸的石墨烯柔性应变传感器及其制备方法
CN103871548B (zh) 一种柔性透明薄膜电极及其制作方法
US9826636B2 (en) Transparent electrode and manufacturing method thereof
CN102656702B (zh) 包含石墨烯基层的电子装置和/或其制造方法
CN109580723B (zh) 一种柔性湿度传感器的制备方法及产品
EP3169464B1 (en) Method for the preparation of a transparent and conductive auto-supported silver nanowire film and applications thereof
KR20100072220A (ko) 중합체―임베드된 반도체 로드 어레이
Wang et al. Stretchable platinum network‐based transparent electrodes for highly sensitive wearable electronics
Duan et al. Fabrication of flexible Al-doped ZnO films via sol–gel method
WO2014088403A1 (en) A resistive gas sensor device
CN103579415A (zh) 一种氧化锌纳米线阵列紫外光电探测器的制备方法
CN109661043B (zh) 一种可变色柔性加热复合薄膜
CN103424441B (zh) 制备于柔度可控基底上的连通性可调的钯基氢气传感器及其制作方法
Tang et al. Preparation of silver nanowire/AZO composite film as a transparent conductive material
CN108305705B (zh) 石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用
KR102514035B1 (ko) 센서 감지층 전사용 도너 기판 및 그를 이용하는 센서 감지층 형성 방법
Eshkeiti et al. A stretchable and wearable printed sensor for human body motion monitoring
Wang et al. Electrospun assembly: A nondestructive nanofabrication for transparent photosensors
CN105698978A (zh) 一种pmma膜制备方法及pmma膜电阻式柔性压力传感器
CN105136869A (zh) 聚苯胺/氧化铁纳米复合电阻型材料传感器及其制备方法
KR102456377B1 (ko) 가스센서의 제조 방법
EP2851967B1 (en) Method for forming transparent electrode and semiconductor device manufactured using same
KR101468491B1 (ko) 나노와이어 그리드 구조 및 이의 형성방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant