KR102615548B1 - Gas sensor array including a plurality of metal oxide thin films having different oxygen composition ratio, method of manufacturing the same, and method of sensing gas using the same - Google Patents
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Abstract
가스센서 어레이는 기판, 및 상기 기판 상에 형성된 복수의 가스센서를 포함한다. 상기 복수의 가스센서 각각은 한 쌍의 전극 패턴, 및 상기 한 쌍의 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 금속산화물 박막을 포함한다. 상기 복수의 가스센서 중 적어도 하나에 포함된 상기 금속산화물 박막은, 상기 복수의 가스센서 중 다른 하나에 포함된 상기 금속산화물 박막과 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가질 수 있다. 가스센서 어레이에 의하면, 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가지는 금속산화물 박막을 이용하여 가스를 센싱함으로써, 동일 가스에 대해서 정확도가 높은 가스 농도 측정이 가능할 수 있다.The gas sensor array includes a substrate and a plurality of gas sensors formed on the substrate. Each of the plurality of gas sensors includes a pair of electrode patterns and a metal oxide thin film electrically connected to the pair of electrode patterns. The metal oxide thin film included in at least one of the plurality of gas sensors may include the same metal as the metal oxide thin film included in another one of the plurality of gas sensors and may have a different oxygen composition ratio. According to the gas sensor array, gas concentration can be measured with high accuracy for the same gas by sensing gas using a metal oxide thin film containing the same metal and having a different oxygen composition ratio.
Description
본 발명은 가스센서 어레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소 조성비가 다른 복수의 금속산화물 박막을 포함하는 가스센서 어레이, 산소 조성비가 다른 복수의 금속산화물 박막을 포함하는 가스센서 어레이의 제조 방법, 및 산소 조성비가 다른 복수의 금속산화물 박막을 포함하는 가스센서 어레이를 이용한 가스 센싱 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas sensor array, and more specifically, to a gas sensor array comprising a plurality of metal oxide thin films with different oxygen composition ratios, a method of manufacturing a gas sensor array comprising a plurality of metal oxide thin films with different oxygen composition ratios, and It relates to a gas sensing method using a gas sensor array including a plurality of metal oxide thin films with different oxygen composition ratios.
독성 가스나 환경적으로 유해한 가스 등을 감지하는 가스센서는 다양한 분야에 사용되고 있어 이에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 특히 가스 감응 물질로서 금속산화물 박막을 사용하는 반도체식 가스센서의 경우에는 반도체 산업의 발달에 힘입어 다양한 연구들이 진행되고 있다. Gas sensors that detect toxic gases or environmentally harmful gases are used in various fields, and research on them is ongoing. In particular, in the case of semiconductor gas sensors that use metal oxide thin films as gas sensitive materials, various studies are being conducted thanks to the development of the semiconductor industry.
반도체식 가스센서는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 전극, 및 상기 전극 상에 형성된 가스 감지층을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 가스 감지층은 금속산화물 박막으로 구성될 수 있다. 반도체식 가스센서는 금속산화물 박막 표면에서 가스 분자의 흡착 및 산화/환원 반응에 의한 금속산화물 박막의 전기적 저항 변화를 이용하여 가스의 종류나 농도 등을 감지할 수 있다. A semiconductor gas sensor may include a substrate, an electrode formed on the substrate, and a gas sensing layer formed on the electrode. The gas sensing layer may be composed of a metal oxide thin film. Semiconductor-type gas sensors can detect the type or concentration of gas by using changes in electrical resistance of the metal oxide thin film due to adsorption of gas molecules and oxidation/reduction reactions on the surface of the metal oxide thin film.
반도체식 가스센서는 그 동작 원리가 간편하고 부피가 작으며, 제조 비용이 저렴하여 기존의 전기화학식 가스센서 및 광학식 가스센서를 대체할 수 있을 것으로 큰 기대를 모으고 있다. Semiconductor-type gas sensors have a simple operating principle, small volume, and low manufacturing cost, so there is great expectation that they can replace existing electrochemical gas sensors and optical gas sensors.
다만, 기존의 반도체식 가스센서는 단일한 금속산화물 박막으로 구성되어 있으므로, 가스 농도에 대한 정확한 측정이 불가능한 문제가 있다. 또한, 기존의 가스센서 어레이는 복수의 가스센서를 포함하여 가스 농도 측정에 정확도를 높였으나, 서로 다른 종류의 금속산화물 박막으로 구성되어 동일 가스에 대해 일부 가스센서 반응하지 않거나, 전기적 노이즈에 영향을 크게 받는 문제가 있다. 또한, 기존의 가스센서 어레이는 복수의 가스센서를 별개의 공정으로 제조하고 하나의 기판 상에 통합하는 공정 단계가 필요하므로, 제조 공정 상 비용이 증가하는 문제가 있다.However, because existing semiconductor gas sensors are composed of a single metal oxide thin film, there is a problem in that accurate measurement of gas concentration is impossible. In addition, the existing gas sensor array includes multiple gas sensors to increase the accuracy of gas concentration measurement, but it is composed of different types of metal oxide thin films, so some gas sensors do not respond to the same gas or are affected by electrical noise. There is a big problem. In addition, the existing gas sensor array requires a process step to manufacture a plurality of gas sensors in a separate process and integrate them on one substrate, which increases the cost of the manufacturing process.
본 발명의 일 목적은 정확도가 높은 가스 농도 측정이 가능하고, 제조 비용을 감소시킨 가스센서 어레이를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a gas sensor array that can measure gas concentration with high accuracy and reduces manufacturing costs.
본 발명의 다른 목적은 정확도가 높은 가스 농도 측정이 가능하고, 제조 비용을 감소시킨 가스센서 어레이의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gas sensor array that enables high-accuracy gas concentration measurement and reduces manufacturing costs.
본 발명의 다른 목적은 정확도가 높은 가스 농도 측정이 가능하고, 제조 비용을 감소시킨 가스센서 어레이를 이용한 가스 센싱 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a gas sensing method using a gas sensor array that enables highly accurate gas concentration measurement and reduces manufacturing costs.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and may be expanded in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이는 기판, 및 상기 기판 상에 형성된 복수의 가스센서를 포함할 수 있다. 상기 복수의 가스센서 각각은 한 쌍의 전극 패턴, 및 상기 한 쌍의 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 금속산화물 박막을 포함할 수 있다. 상기 복수의 가스센서 중 적어도 하나에 포함된 상기 금속산화물 박막은 상기 복수의 가스센서 중 다른 하나에 포함된 상기 금속산화물 박막과 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가질 수 있다.In order to achieve one object of the present invention, a gas sensor array according to embodiments of the present invention may include a substrate and a plurality of gas sensors formed on the substrate. Each of the plurality of gas sensors may include a pair of electrode patterns and a metal oxide thin film electrically connected to the pair of electrode patterns. The metal oxide thin film included in at least one of the plurality of gas sensors may include the same metal as the metal oxide thin film included in another one of the plurality of gas sensors and may have a different oxygen composition ratio.
일 실시예에서, 상기 금속산화물 박막은 금속 박막에 레이저(laser)가 조사되어 상기 금속 박막이 산화되는 레이저 산화 방식으로 형성될 수 있다.In one embodiment, the metal oxide thin film may be formed using a laser oxidation method in which a laser is irradiated to the metal thin film and the metal thin film is oxidized.
일 실시예에서, 상기 복수의 가스센서 중 적어도 하나는 상기 복수의 가스센서 중 다른 하나와 광 세기, 광 조사 시간, 광 파장, 광 형상 중 적어도 하나가 다른 레이저를 이용하여 상기 금속산화물 박막이 형성될 수 있다.In one embodiment, the metal oxide thin film is formed by using a laser in which at least one of the plurality of gas sensors is different from another one of the plurality of gas sensors in at least one of light intensity, light irradiation time, light wavelength, and light shape. It can be.
일 실시예에서, 상기 복수의 가스센서 각각은 동일한 가스에 대해 서로 다른 크기의 전기적 반응을 출력할 수 있다.In one embodiment, each of the plurality of gas sensors may output different magnitudes of electrical response to the same gas.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이의 제조 방법은 기판 상에 복수의 금속 박막을 형성하는 단계, 레이저 산화를 통해 서로 다른 산소 조성비를 가지는 복수의 금속산화물 박막을 형성하는 단계, 및 전극 패턴을 형성하여 복수의 가스센서를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve another object of the present invention, a method of manufacturing a gas sensor array according to embodiments of the present invention includes forming a plurality of metal thin films on a substrate, forming a plurality of metal thin films with different oxygen composition ratios through laser oxidation. It may include forming an oxide thin film and forming an electrode pattern to form a plurality of gas sensors.
일 실시예에서, 상기 레이저 산화를 통해 서로 다른 산소 조성비를 가지는 복수의 금속산화물 박막을 형성하는 단계는 상기 복수의 금속 박막 각각에 광 세기, 광 조사 시간, 광 파장, 광 형상 중 적어도 하나가 다른 레이저를 조사하여 상기 금속산화물 박막을 형성할 수 있다.In one embodiment, the step of forming a plurality of metal oxide thin films having different oxygen composition ratios through laser oxidation includes at least one of light intensity, light irradiation time, light wavelength, and light shape being different in each of the plurality of metal thin films. The metal oxide thin film can be formed by irradiating a laser.
일 실시예에서, 상기 복수의 가스센서 각각은 동일한 가스에 대해 서로 다른 크기의 전기적 반응을 출력할 수 있다.In one embodiment, each of the plurality of gas sensors may output different magnitudes of electrical responses to the same gas.
일 실시예에서, 상기 기판은 폴리에틸렌 나프타레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(Polyimide) 중 적어도 하나를 포함하는 유연 기판일 수 있다.In one embodiment, the substrate may be a flexible substrate containing at least one of polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, and polyimide.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이를 이용한 가스 센싱 방법은 복수의 가스센서 각각이 동일한 가스에 대해 전기적 반응을 출력하는 단계, 상기 전기적 반응에 기초하여 가스 농도 별 반응성 기울기를 계산하는 단계, 상기 반응성 기울기를 이용하여 가스 농도 지표를 생성하는 단계, 및 가스 환경에서, 상기 가스 농도 지표를 이용하여 가스 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 복수의 가스센서 중 적어도 하나에 포함된 금속산화물 박막은 상기 복수의 가스센서 중 다른 하나에 포함된 금속산화물 박막과 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가질 수 있다.In order to achieve another object of the present invention, a gas sensing method using a gas sensor array according to embodiments of the present invention includes the steps of each of a plurality of gas sensors outputting an electrical response to the same gas, and based on the electrical response It may include calculating a reactivity slope for each gas concentration, generating a gas concentration indicator using the reactivity slope, and measuring gas concentration in a gas environment using the gas concentration indicator. The metal oxide thin film included in at least one of the plurality of gas sensors may contain the same metal as the metal oxide thin film included in another one of the plurality of gas sensors and may have a different oxygen composition ratio.
일 실시예에서, 상기 반응성 기울기는 동일한 가스에 대한 상기 복수의 가스센서 각각의 상기 전기적 반응 중, 가장 큰 상기 전기적 반응과 가장 작은 상기 전기적 반응의 차이 값에 비례할 수 있다.In one embodiment, the reactivity slope may be proportional to the difference between the largest and smallest electrical responses among the electrical responses of each of the plurality of gas sensors to the same gas.
일 실시예에서, 상기 가스 농도 지표는 가스 농도 별 상기 반응성 기울기를 정량화하고, 상기 반응성 기울기에 따른 가스 농도를 비선형적으로 그래프화하여 생성될 수 있다.In one embodiment, the gas concentration indicator may be generated by quantifying the reactivity slope for each gas concentration and non-linearly graphing the gas concentration according to the reactivity slope.
본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이, 및 가스센서 어레이를 이용한 가스 센싱 방법에 의하면, 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가지는 금속산화물 박막을 이용하여 가스를 센싱함으로써, 동일 가스에 대해서 정확도가 높은 가스 농도 측정이 가능할 수 있다.According to the gas sensor array and the gas sensing method using the gas sensor array according to embodiments of the present invention, by sensing gas using a metal oxide thin film containing the same metal and having a different oxygen composition ratio, High-accuracy gas concentration measurement may be possible.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이의 제조 방법에 의하면, 레이저 산화를 이용하여 복수의 가스센서를 하나의 기판 상에서 제조할 수 있으므로, 가스센서 어레이의 제조 비용이 감소할 수 있다.In addition, according to the method of manufacturing a gas sensor array according to embodiments of the present invention, a plurality of gas sensors can be manufactured on one substrate using laser oxidation, so the manufacturing cost of the gas sensor array can be reduced.
다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects described above, and may be expanded in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 반도체형 가스센서의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 반도체형 가스센서의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 2의 제조 방법에서 금속 박막을 산화시켜 금속산화물 박막을 형성하는 단계의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 제조 방법에서 기판 상에 복수의 금속 박막을 형성하는 단계의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4의 제조 방법에서 레이저 산화를 통해 서로 다른 산소 조성비를 가지는 복수의 금속산화물 박막을 형성하는 단계의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4의 제조 방법에 따른 산소 조성비가 서로 다른 복수의 가스센서를 포함하는 가스센서 어레이의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이를 이용하여 가스를 센싱하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 가스 농도 별 복수의 가스센서 어레이의 전기적 반응을 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 9의 그래프에서 가스 농도 별 반응성 기울기를 정량화한 도표이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 가스 농도 지표의 일 예시를 나타내는 그래프이다.1 is a diagram showing an example of a semiconductor type gas sensor.
FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor gas sensor of FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the step of forming a metal oxide thin film by oxidizing a metal thin film in the manufacturing method of FIG. 2.
Figure 4 is a flowchart showing a method of manufacturing a gas sensor array according to embodiments of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of forming a plurality of metal thin films on a substrate in the manufacturing method of FIG. 4.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the step of forming a plurality of metal oxide thin films having different oxygen composition ratios through laser oxidation in the manufacturing method of FIG. 4.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a gas sensor array including a plurality of gas sensors with different oxygen composition ratios according to the manufacturing method of FIG. 4.
Figure 8 is a flowchart showing a method for sensing gas using a gas sensor array according to embodiments of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the electrical response of a plurality of gas sensor arrays according to gas concentration.
Figure 10 is a chart quantifying the reactivity slope by gas concentration in the graph of Figure 9.
Figure 11 is a graph showing an example of a gas concentration indicator according to embodiments of the present invention.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of this document are described with reference to the attached drawings.
실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The examples and terms used herein are not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutes for the examples.
하기에서 다양한 실시예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of various embodiments, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the invention, the detailed description will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms described below are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B” or “at least one of A and/or B” may include all possible combinations of the items listed together.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as “first,” “second,” “first,” or “second,” can modify the corresponding components regardless of order or importance and are used to distinguish one component from another. It is only used and does not limit the corresponding components.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When a component (e.g., a first) component is said to be "connected (functionally or communicatively)" or "connected" to another (e.g., second) component, it means that the component is connected to the other component. It may be connected directly to an element or may be connected through another component (e.g., a third component).
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.In this specification, “configured to” means “suitable for,” “having the ability to,” or “changed to,” depending on the situation, for example, in terms of hardware or software. ," can be used interchangeably with "made to," "capable of," or "designed to."
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” working with other devices or components.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "processor configured (or set) to perform A, B, and C" refers to a processor dedicated to performing the operations (e.g., an embedded processor), or by executing one or more software programs stored on a memory device. , may refer to a general-purpose processor (e.g., CPU or application processor) capable of performing the corresponding operations.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Additionally, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.
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.That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.
상술한 구체적인 실시예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the above-described specific embodiments, components included in the invention are expressed in singular or plural numbers depending on the specific embodiment presented.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, the singular or plural expressions are selected to suit the presented situation for convenience of explanation, and the above-described embodiments are not limited to singular or plural components, and even if the components expressed in plural are composed of singular or , Even components expressed as singular may be composed of plural elements.
한편, 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, in the description of the invention, specific embodiments have been described, but of course, various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea implied by the various embodiments.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the claims described below as well as equivalents to these claims.
도 1은 반도체형 가스센서의 일 예시를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 반도체형 가스센서의 제조 방법을 나타내는 순서도이며, 도 3은 도 2의 제조 방법에서 금속 박막(MTF)을 산화시켜 금속산화물 박막(300)을 형성하는 단계의 일 예시를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing an example of a semiconductor-type gas sensor, FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing method of the semiconductor-type gas sensor of FIG. 1, and FIG. 3 is a flow chart showing a method of manufacturing the semiconductor-type gas sensor of FIG. 2 by oxidizing a metal thin film (MTF). This is a diagram showing an example of the step of forming the metal oxide thin film 300.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 가스센서 어레이(10)에 포함된 가스센서는 반도체형 가스센서일 수 있다. 반도체형 가스센서는 기판(100)과, 기판(100) 상에 형성된 전극, 및 상기 전극 상에 형성된 가스 감지층을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to Figures 1 and 2, the gas sensor included in the gas sensor array 10 of the present invention may be a semiconductor type gas sensor. A semiconductor-type gas sensor may include a substrate 100, an electrode formed on the substrate 100, and a gas sensing layer formed on the electrode.
가스 감지층은 금속산화물 박막(300)으로 구성될 수 있다. 반도체형 가스센서는 금속산화물 박막(300) 표면에서 가스 분자의 흡착 및 산화/환원 반응에 의한 금속산화물 박막(300)의 전기적 저항 변화를 이용하여 가스의 종류나 농도 등을 감지할 수 있다. The gas sensing layer may be composed of a metal oxide thin film 300. A semiconductor-type gas sensor can detect the type or concentration of gas by using changes in electrical resistance of the metal oxide thin film 300 due to adsorption of gas molecules and oxidation/reduction reactions on the surface of the metal oxide thin film 300.
도 1에서 보듯이, 같이 가스센서는 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 가스센서는 한 쌍의 전극 패턴(200), 및 상기 한 쌍의 전극 패턴(200)과 전기적으로 연결되는 금속산화물 박막(300)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, a gas sensor may be formed on the substrate 100. The gas sensor may include a pair of electrode patterns 200 and a metal oxide thin film 300 electrically connected to the pair of electrode patterns 200.
가스센서는 기판(100) 상에 금속 박막(MTF)을 형성하는 단계(S10), 금속 박막(MTF)을 산화시켜 금속산화물 박막(300)을 형성하는 단계(S20), 및 기판(1000) 상에 한 쌍의 전극 패턴(200)을 형성하는 단계(S30)를 통해 제조될 수 있다.The gas sensor includes forming a metal thin film (MTF) on the substrate 100 (S10), oxidizing the metal thin film (MTF) to form a metal oxide thin film 300 (S20), and forming a metal oxide thin film 300 on the substrate 1000. It can be manufactured through a step (S30) of forming a pair of electrode patterns 200.
종래의 반도체식 가스센서는 단일한 금속산화물 박막(300)으로 구성되어 있으므로, 가스 농도에 대한 정확한 측정이 불가능한 문제가 있었다. Since the conventional semiconductor gas sensor consists of a single metal oxide thin film 300, there was a problem in that accurate measurement of gas concentration was impossible.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 종래의 가스센서 어레이(10)는 복수의 가스센서를 포함하여 가스 농도 측정에 정확도를 높였으나, 복수의 가스센서 각각이 서로 다른 종류의 금속산화물 박막(300)으로 구성되어 동일 가스에 대해 일부 가스센서 반응하지 않거나, 전기적 노이즈에 영향을 크게 받는 문제가 있었다.In order to solve this problem, the conventional gas sensor array 10 includes a plurality of gas sensors to increase accuracy in measuring gas concentration, but each of the plurality of gas sensors uses a different type of metal oxide thin film 300. There was a problem that some gas sensors did not respond to the same gas or were greatly affected by electrical noise.
또한, 기존의 가스센서 어레이(10)는 복수의 가스센서를 별개의 공정으로 제조하고 하나의 기판(100) 상에 통합하는 공정 단계가 필요하므로, 제조 공정 상 비용이 증가하는 문제가 있다.In addition, the existing gas sensor array 10 requires a process step to manufacture a plurality of gas sensors in a separate process and integrate them on one substrate 100, so there is a problem of increased manufacturing process costs.
도 3에서 보듯이, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체형 가스센서는 금속 박막(MTF)을 산화시켜 금속산화물 박막(300)을 형성하는 단계(S20)에서, 레이저를 이용한 레이저 산화 공정을 통해 제조될 수 있다.As shown in Figure 3, the semiconductor-type gas sensor according to embodiments of the present invention is oxidized by oxidizing a metal thin film (MTF) to form a metal oxide thin film 300 (S20) through a laser oxidation process using a laser. can be manufactured.
금속 박막(MTF)을 산화시켜 금속산화물 박막(300)을 형성하는 단계(S30)에서 레이저 산화를 이용하는 경우, 형성되는 금속산화물 박막(300)의 산소 조성비를 조절할 수 있다.When laser oxidation is used in the step (S30) of oxidizing the metal thin film (MTF) to form the metal oxide thin film 300, the oxygen composition ratio of the formed metal oxide thin film 300 can be adjusted.
레이저는 열에너지가 국소적으로 집중되는 특성을 가지므로, 레이저 산화 공정 중, 레이저를 적절히 제어하는 경우, 단일 기판(100) 내에서 다양한 조건의 금속산화물 박막(300)이 생성될 수 있다.Since the laser has the characteristic of concentrating heat energy locally, when the laser is appropriately controlled during the laser oxidation process, the metal oxide thin film 300 under various conditions can be created within the single substrate 100.
예를 들어, 금속산화물 박막(300)을 형성하는 단계(S20)에서, 레이저의 광 세기, 레이저의 광 조사 시간, 레이저의 광 파장, 레이저의 광 형상 중 적어도 하나를 변경함으로써, 단일한 기판(100) 내에서 다양한 산소 조성비를 가지는 금속산화물 박막(300)이 생성될 수 있다.For example, in the step S20 of forming the metal oxide thin film 300, a single substrate ( 100), a metal oxide thin film 300 having various oxygen composition ratios can be created.
또한, 레이저 산화를 이용하는 경우, 가스센서 어레이의 기판(100)에 유연 기판을 사용할 수 있다. 레이저는 열에너지가 국소적으로 제공되므로, 레이저 산화 공정 시, 기판(100)에 열적 손상을 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이(10)는 상대적으로 열적 손상에 약한 유연 기판을 기판(100)으로 사용할 수 있다.Additionally, when using laser oxidation, a flexible substrate can be used as the substrate 100 of the gas sensor array. Since the laser provides thermal energy locally, thermal damage to the substrate 100 can be minimized during the laser oxidation process. Therefore, the gas sensor array 10 according to embodiments of the present invention can use a flexible substrate that is relatively vulnerable to thermal damage as the substrate 100.
예를 들어, 기판(100)은 탄소 복합체로 구성되어 구부러짐 또는 휘어짐에 강점이 있는 유연 기판일 수 있다. 기판(100)은 폴리에틸렌 나프타레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(Polyimide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the substrate 100 may be a flexible substrate made of carbon composite and strong in bending or bending. The substrate 100 may include at least one of polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, and polyimide.
본 발명에 의하면, 가스센서 어레이(10)는 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가지는 금속산화물 박막(300)을 포함할 수 있다. 가스센서 어레이(10)는 다양한 산소 조성비를 가지는 금속산화물 박막(300)을 이용하여 가스를 센싱함으로써, 동일 가스에 대해서 정확도가 높은 가스 농도 측정을 할 수 있다.According to the present invention, the gas sensor array 10 may include a metal oxide thin film 300 containing the same metal and having different oxygen composition ratios. The gas sensor array 10 can measure gas concentration with high accuracy for the same gas by sensing gas using the metal oxide thin film 300 having various oxygen composition ratios.
이하, 도 4 내지 7을 통해, 다양한 산소 조성비를 가지는 금속산화물 박막(300)을 포함하는 가스센서 어레이(10)에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, through FIGS. 4 to 7, the gas sensor array 10 including the metal oxide thin film 300 having various oxygen composition ratios will be described in detail.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이(10)의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5는 도 4의 제조 방법에서 기판(100) 상에 복수의 금속 박막(MTF)을 형성하는 단계의 일 예시를 나타내는 도면이며, 도 6은 도 4의 제조 방법에서 레이저 산화를 통해 서로 다른 산소 조성비를 가지는 복수의 금속산화물 박막(300)을 형성하는 단계의 일 예시를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 4의 제조 방법에 따른 산소 조성비가 서로 다른 복수의 가스센서를 포함하는 가스센서 어레이(10)의 일 예시를 나타내는 도면이다.Figure 4 is a flow chart showing a manufacturing method of the gas sensor array 10 according to embodiments of the present invention, and Figure 5 is a flowchart of forming a plurality of metal thin films (MTF) on the substrate 100 in the manufacturing method of Figure 4. It is a diagram showing an example of the step, and FIG. 6 is a diagram showing an example of the step of forming a plurality of metal oxide thin films 300 having different oxygen composition ratios through laser oxidation in the manufacturing method of FIG. 4, and FIG. 7 is a diagram showing an example of a gas sensor array 10 including a plurality of gas sensors with different oxygen composition ratios according to the manufacturing method of FIG. 4.
본 발명의 가스센서 어레이(10)는 기판(100), 및 기판(100) 상에 형성된 복수의 가스센서를 포함할 수 있다. 복수의 가스센서 각각은 한 쌍의 전극 패턴(200) 및 한 쌍의 전극 패턴(200)과 전기적으로 연결되는 금속산화물 박막(300)을 포함할 수 있다.The gas sensor array 10 of the present invention may include a substrate 100 and a plurality of gas sensors formed on the substrate 100. Each of the plurality of gas sensors may include a pair of electrode patterns 200 and a metal oxide thin film 300 electrically connected to the pair of electrode patterns 200.
상기 복수의 가스센서 중 적어도 하나에 포함된 금속산화물 박막(300)은, 상기 복수의 가스센서 중 다른 하나에 포함된 상기 금속산화물 박막(300)과 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가질 수 있다.The metal oxide thin film 300 included in at least one of the plurality of gas sensors may include the same metal as the metal oxide thin film 300 included in another one of the plurality of gas sensors and may have a different oxygen composition ratio. there is.
본 발명의 가스센서 어레이(10)는 기판(100) 상에 복수의 금속 박막(MTF)을 형성(S100)하고, 레이저 산화를 통해 서로 다른 산소 조성비를 가지는 복수의 금속산화물 박막(300)을 형성(S200)하며, 기판 상에 한 쌍의 전극 패턴(200)을 형성하여 복수의 가스센서를 형성(S300)하는 공정 단계를 통해 제조될 수 있다.The gas sensor array 10 of the present invention forms a plurality of metal thin films (MTF) on the substrate 100 (S100), and forms a plurality of metal oxide thin films 300 with different oxygen composition ratios through laser oxidation. (S200), and can be manufactured through a process step of forming a pair of electrode patterns 200 on a substrate to form a plurality of gas sensors (S300).
일 실시예에서, 가스센서 어레이(10)는 복수의 금속 박막(MTF)을 형성(S100)하는 공정 단계를 통해 제조될 수 있다. 복수의 금속 박막(MTF) 각각은 산화 과정을 통해 가스 감지층으로 동작할 수 있다.In one embodiment, the gas sensor array 10 may be manufactured through a process step of forming a plurality of metal thin films (MTFs) (S100). Each of the plurality of metal thin films (MTFs) can operate as a gas-sensing layer through an oxidation process.
도 5에서 보듯이, 복수의 금속 박막(MTF)을 형성(S100)하는 공정 단계에서, 복수의 금속 박막(MTF)이 기판(100) 상에 형성될 수 있다. As shown in FIG. 5, in the process step of forming a plurality of metal thin films (MTF) (S100), a plurality of metal thin films (MTF) may be formed on the substrate 100.
복수의 금속 박막(MTF) 각각은 동일한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 박막(MTF) 각각은 아연(Zn)으로 구성될 수 있다. 다른 예를 들어, 금속 박막(MTF) 각각은 구리(Cu) 로 구성될 수 있다. 다른 예를 들어, 금속 박막(MTF) 각각은 티타늄(Ti)으로 구성될 수 있다.Each of the plurality of metal thin films (MTFs) may include the same metal. For example, each metal thin film (MTF) may be composed of zinc (Zn). For another example, each metal thin film (MTF) may be composed of copper (Cu). For another example, each metal thin film (MTF) may be made of titanium (Ti).
다만, 상기 금속 물질들은 금속 박막(MTF)의 일 예시일 뿐, 금속 박막(MTF)의 소재를 한정하는 것은 아니며, 금속 박막(MTF)은 주석(Sn), 텅스텐(W), 인듐(In) 등 다양한 금속 물질로 구성될 수 있다.However, the above metal materials are only examples of the metal thin film (MTF) and do not limit the material of the metal thin film (MTF), and the metal thin film (MTF) includes tin (Sn), tungsten (W), and indium (In). It may be composed of various metal materials, such as:
일 실시예에서, 가스센서 어레이(10)는 레이저 산화를 통해 서로 다른 산소 조성비를 가지는 복수의 금속산화물 박막(300)을 형성(S300)하는 공정 단계를 통해 제조될 수 있다. 즉, 가스센서의 금속산화물 박막(300)은 금속 박막(MTF)에 레이저(laser)가 조사되어 상기 금속 박막(MTF)이 산화되는 레이저 산화 방식으로 형성될 수 있다.In one embodiment, the gas sensor array 10 may be manufactured through a process step of forming (S300) a plurality of metal oxide thin films 300 having different oxygen composition ratios through laser oxidation. That is, the metal oxide thin film 300 of the gas sensor may be formed by a laser oxidation method in which the metal thin film (MTF) is oxidized by irradiating a laser to the metal thin film (MTF).
한편, 레이저 산화를 이용하는 경우, 가스센서 어레이의 기판(100)에 유연 기판을 사용할 수 있다. 레이저는 열에너지가 국소적으로 제공되므로, 레이저 산화 공정 시, 기판(100)에 열적 손상을 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이(10)는 상대적으로 열적 손상에 약한 유연 기판을 기판(100)으로 사용할 수 있다.Meanwhile, when using laser oxidation, a flexible substrate can be used as the substrate 100 of the gas sensor array. Since the laser provides thermal energy locally, thermal damage to the substrate 100 can be minimized during the laser oxidation process. Therefore, the gas sensor array 10 according to embodiments of the present invention can use a flexible substrate that is relatively vulnerable to thermal damage as the substrate 100.
예를 들어, 기판(100)은 폴리에틸렌 나프타레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(Polyimide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the substrate 100 may include at least one of polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, and polyimide.
도 6에서 보듯이, 기판(100) 상에 서로 다른 산소 조성비를 가지는 복수의 금속산화물 박막(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f)이 형성될 수 있다. 각각의 가스센서의 금속 박막(MTF) 산화 공정에는 다른 종류의 레이저가 사용될 수 있다.As shown in FIG. 6, a plurality of metal oxide thin films 300a, 300b, 300c, 300d, 300e, and 300f having different oxygen composition ratios may be formed on the substrate 100. Different types of lasers may be used for the metal thin film (MTF) oxidation process of each gas sensor.
구체적으로, 복수의 가스센서 각각의 금속 박막(MTF) 산화 공정에는, 레이저의 광 세기, 레이저의 광 조사 시간, 레이저의 광 파장, 레이저의 광 형상 중 적어도 하나가 다른 레이저가 사용될 수 있다.Specifically, in the metal thin film (MTF) oxidation process of each of the plurality of gas sensors, lasers that are different in at least one of the light intensity of the laser, the light irradiation time of the laser, the light wavelength of the laser, and the shape of the laser light may be used.
실시예에 따라, 금속 박막(MTF) 산화 공정에 이용되는 레이저는 연속파 레이저일 수 있다. 연속파 레이저는 녹색광(532nm) 영역의 파장에서 0.7W 내지 1.7W 세기로 금속 박막(MTF)에 조사될 수 있다.Depending on the embodiment, the laser used in the metal thin film (MTF) oxidation process may be a continuous wave laser. A continuous wave laser can be irradiated to a metal thin film (MTF) at an intensity of 0.7W to 1.7W at a wavelength in the green light (532nm) range.
실시예에 따라, 금속 박막(MTF) 산화 공정에 이용되는 레이저는 펄스파 레이저일 수 있다. 펄스파 레이저는 UV광(355nm) 영역의 파장에서 펄스 레이트(pulse rate) 70kHz로 금속 박막(MTF)에 조사될 수 있다.Depending on the embodiment, the laser used in the metal thin film (MTF) oxidation process may be a pulsed wave laser. A pulsed laser can be irradiated to a metal thin film (MTF) at a pulse rate of 70 kHz at a wavelength in the UV light (355 nm) region.
예를 들어, 금속 박막(MTF) 산화 공정에서, 복수의 금속 박막(MTF) 각각에 레이저의 광 세기, 레이저의 광 조사 시간, 레이저의 광 파장, 레이저의 광 형상 중 적어도 하나가 다른 제1 내지 제6 레이저(Laser1, Laser2, Laser3, Laser4, Laser5 Laser6)가 조사될 수 있다.For example, in a metal thin film (MTF) oxidation process, each of a plurality of metal thin films (MTF) has at least one of the first to different laser light intensity, laser light irradiation time, laser light wavelength, and laser light shape. A sixth laser (Laser1, Laser2, Laser3, Laser4, Laser5 and Laser6) may be irradiated.
일 실시예에서, 가스센서 어레이(10)는 기판(100) 상에 한 쌍의 전극 패턴(200)을 형성하여 복수의 가스센서를 형성(S300)하는 공정 단계를 통해 제조될 수 있다. In one embodiment, the gas sensor array 10 may be manufactured through a process step of forming a plurality of gas sensors by forming a pair of electrode patterns 200 on the substrate 100 (S300).
한 쌍의 전극 패턴(200)은 전도성을 띤 물질로서 금속, 금속산화물, 고분자 등과 같은 공지의 물질이 적용될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 전극 패턴(200)은 백금으로 형성될 수 있다. The pair of electrode patterns 200 is a conductive material, and known materials such as metal, metal oxide, polymer, etc. may be used. For example, the pair of electrode patterns 200 may be formed of platinum.
한 쌍의 전극 패턴(200)은 기판(100) 상에 빗 형태(comb-like)로 패터닝되어 형성될 수 있다. 또한, 한 쌍의 전극 패턴(200)은 기판(100) 깍지형(interdigitated)으로 패터닝되어 형성될 수 있다. 즉, 한 쌍의 전극 패턴(200)은 서로 물리적으로 격리되도록 패터닝될 수 있다. A pair of electrode patterns 200 may be formed on the substrate 100 by patterning them in a comb-like shape. Additionally, the pair of electrode patterns 200 may be formed by patterning the substrate 100 in an interdigitated shape. That is, a pair of electrode patterns 200 may be patterned to be physically isolated from each other.
도시되지는 않았지만, 기판(100)과 한 쌍의 전극 패턴(200) 사이에 전기적 절연을 위한 절연막이 형성될 수 있다.Although not shown, an insulating film for electrical insulation may be formed between the substrate 100 and the pair of electrode patterns 200.
금속산화물 박막(300)과 한 쌍의 전극 패턴(200)이 전기적으로 연결됨으로써, 금속산화물 박막-한 쌍의 전극 패턴 구조는 하나의 가스센서로 동작할 수 있다.By electrically connecting the metal oxide thin film 300 and the pair of electrode patterns 200, the metal oxide thin film-pair electrode pattern structure can operate as a single gas sensor.
한 쌍의 전극 패턴(200)은 외부 전원으로부터 전원을 인가받고, 전극 패턴 사이에 전기적 전위를 발생시킬 수 있다. 전극 패턴 사이에 전기적 전위가 발생하는 경우, 복수의 가스센서 각각은 특정 가스에 전기적으로 반응할 수 있다.A pair of electrode patterns 200 may receive power from an external power source and generate electrical potential between the electrode patterns. When an electrical potential occurs between electrode patterns, each of the plurality of gas sensors may electrically respond to a specific gas.
도 7에서 보듯이, 레이저 산화를 통해, 기판(100) 상에 서로 다른 산소 조성비를 가지는 제1 내지 제6 가스센서(GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6)가 형성될 수 있다. 복수의 가스센서 각각은 동일한 가스에 대해 서로 다른 크기의 전기적 반응을 출력할 수 있다.As shown in FIG. 7, first to sixth gas sensors (GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6) having different oxygen composition ratios can be formed on the substrate 100 through laser oxidation. Each of the plurality of gas sensors can output different magnitudes of electrical response to the same gas.
예를 들어, 제1 내지 제6 가스센서(GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6) 각각은 동일한 가스에 대해 서로 다른 크기의 전기적 반응을 출력할 수 있다.For example, each of the first to sixth gas sensors (GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, and GS6) may output different magnitudes of electrical responses to the same gas.
이와 같이, 가스센서 어레이(10)는 다양한 산소 조성비를 가지는 금속산화물 박막(300)을 이용하여 가스를 센싱함으로써, 동일 가스에 대해서 정확도가 높은 가스 농도 측정을 할 수 있다.In this way, the gas sensor array 10 can measure the gas concentration of the same gas with high accuracy by sensing gas using the metal oxide thin film 300 having various oxygen composition ratios.
또한, 본 발명의 가스센서 어레이(10)의 제조 방법에 의하면, 레이저 산화를 이용하여 복수의 가스센서를 하나의 기판(100) 상에서 단일 공정으로 제조할 수 있으므로, 가스센서 어레이(10)의 제조 비용이 감소할 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the gas sensor array 10 of the present invention, a plurality of gas sensors can be manufactured in a single process on one substrate 100 using laser oxidation, so the manufacturing of the gas sensor array 10 Costs may decrease.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이(10)를 이용하여 가스를 센싱하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 9는 가스 농도 별 복수의 가스센서 어레이(10)의 전기적 반응을 나타내는 그래프이며, 도 10은 도 9의 그래프에서 가스 농도 별 반응성 기울기를 정량화한 도표이고, 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 가스 농도 지표의 일 예시를 나타내는 그래프이다.Figure 8 is a flowchart showing a method of sensing gas using the gas sensor array 10 according to embodiments of the present invention, and Figure 9 is a graph showing the electrical response of a plurality of gas sensor arrays 10 for each gas concentration. 10 is a chart quantifying the reactivity slope for each gas concentration in the graph of FIG. 9, and FIG. 11 is a graph showing an example of a gas concentration index according to embodiments of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 가스센서 어레이(10)를 이용한 가스 센싱 방법은 복수의 가스센서 각각이 동일한 가스에 대한 전기적 반응을 출력(S1000)하고, 전기적 반응에 기초하여 가스 농도별 반응성 기울기를 측정(S2000)하며, 반응성 기울기를 이용하여 가스 농도 지표를 생성(S3000)하고, 가스 환경에서, 가스 농도 지표를 이용하여 가스 농도를 계산(S4000)할 수 있다.Referring to FIG. 8, in the gas sensing method using the gas sensor array 10 according to embodiments of the present invention, each of a plurality of gas sensors outputs an electrical response to the same gas (S1000), and based on the electrical response, The reactivity slope for each gas concentration can be measured (S2000), a gas concentration indicator can be generated using the reactivity slope (S3000), and in a gas environment, the gas concentration can be calculated using the gas concentration indicator (S4000).
도 7 내지 9를 참조하면, 가스센서 어레이(10)는 복수의 가스센서를 포함할 수 있다. 복수의 가스센서 중 적어도 하나에 포함된 금속산화물 박막(300)은 복수의 가스센서 중 다른 하나에 포함된 금속산화물 박막(300)과 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가질 수 있다.Referring to FIGS. 7 to 9, the gas sensor array 10 may include a plurality of gas sensors. The metal oxide thin film 300 included in at least one of the plurality of gas sensors may contain the same metal as the metal oxide thin film 300 included in another one of the plurality of gas sensors and may have a different oxygen composition ratio.
예를 들어, 가스센서 어레이(10)는 제1 내지 제6 가스센서(GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제6 가스센서(GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6)에 포함된 금속산화물 박막(300)들은 서로 다른 산소 조성비를 가질 수 있다. For example, the gas sensor array 10 may include first to sixth gas sensors (GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, and GS6). The metal oxide thin films 300 included in the first to sixth gas sensors (GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, and GS6) may have different oxygen composition ratios.
제1 가스센서(GS1)에서 제6 가스센서(GS6)로 갈수록, 금속산화물 박막(300)의 산소 조성비가 높을 수 있다. 제1 내지 제6 가스 센서(GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6)는 금속산화물 박막(300)의 산소 조성비가 다르므로, 동일한 가스에 대해 서로 다른 크기의 전기적 반응을 출력할 수 있다.As the oxygen composition ratio of the metal oxide thin film 300 increases from the first gas sensor GS1 to the sixth gas sensor GS6, the oxygen composition ratio may increase. Since the first to sixth gas sensors (GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6) have different oxygen composition ratios of the metal oxide thin film 300, they can output different magnitudes of electrical responses to the same gas.
일 실시예에서, 가스센서 어레이(10)를 이용한 가스 센싱 방법은 복수의 가스센서 각각이 동일한 가스에 대한 전기적 반응을 출력(S1000)하고, 전기적 반응에 기초하여 가스 농도별 반응성 기울기를 측정(S2000)할 수 있다. In one embodiment, a gas sensing method using the gas sensor array 10 has a plurality of gas sensors each output an electrical response to the same gas (S1000) and measure a reactivity slope for each gas concentration based on the electrical response (S2000). )can do.
도 9에서 보듯이, 반응성 기울기는 동일한 가스에 대한 상기 복수의 가스센서 각각의 상기 전기적 반응 중, 가장 큰 상기 전기적 반응과 가장 작은 상기 전기적 반응의 차이 값에 비례할 수 있다. As shown in FIG. 9, the reactivity slope may be proportional to the difference between the largest and smallest electrical responses among the electrical responses of each of the plurality of gas sensors to the same gas.
예를 들어, 반응성 기울기는 제1 가스센서(GS1)의 전기적 반응과 제6 가스센서(GS6)의 전기적 반응의 차이 값에 비례할 수 있다.For example, the reactivity slope may be proportional to the difference between the electrical response of the first gas sensor GS1 and the sixth gas sensor GS6.
예를 들어, 가스 농도가 5ppm인 경우(Case1), 반응성 기울기는 5일 수 있다. 예를 들어, 가스 농도가 10ppm인 경우(Case2), 반응성 기울기는 4일 수 있다. 예를 들어, 가스 농도가 20ppm인 경우(Case3), 반응성 기울기는 3일 수 있다. 예를 들어, 가스 농도가 30ppm인 경우(Case4), 반응성 기울기는 2일 수 있다.For example, if the gas concentration is 5 ppm (Case 1), the reactivity slope may be 5. For example, if the gas concentration is 10 ppm (Case 2), the reactivity slope may be 4. For example, if the gas concentration is 20 ppm (Case 3), the reactivity slope may be 3. For example, if the gas concentration is 30 ppm (Case 4), the reactivity slope may be 2.
일 실시예에서, 가스센서 어레이(10)를 이용한 가스 센싱 방법은 반응성 기울기를 이용하여 가스 농도 지표를 생성(S3000)할 수 있다. 가스 농도 지표는 가스 농도 별 상기 반응성 기울기를 정량화하고, 상기 반응성 기울기에 따른 가스 농도를 비선형적으로 그래프화하여 생성될 수 있다.In one embodiment, the gas sensing method using the gas sensor array 10 may generate a gas concentration index (S3000) using a reactivity gradient. The gas concentration index can be generated by quantifying the reactivity slope for each gas concentration and non-linearly graphing the gas concentration according to the reactivity slope.
예를 들어, 가스센서 어레이(10)를 이용한 가스 센싱 방법은 도 10과 같이, 가스 농도에 대응되는 반응성 기울기를 정량화 및 데이터화 할 수 있다. 또한, 가스센서 어레이(10)를 이용한 가스 센싱 방법은 도 11과 같이, 반응성 기울기에 따른 가스 농도를 비선형적으로 그래프화하여 가스 농도 지표를 생성할 수 있다.For example, the gas sensing method using the gas sensor array 10 can quantify and dataize the reactivity slope corresponding to the gas concentration, as shown in FIG. 10. In addition, the gas sensing method using the gas sensor array 10 can generate a gas concentration index by non-linearly graphing the gas concentration according to the reactivity slope, as shown in FIG. 11.
일 실시예에서, 가스센서 어레이(10)를 이용한 가스 센싱 방법은 가스 환경에서, 가스 농도 지표를 이용하여 가스 농도를 계산(S4000)할 수 있다. 예를 들어, 가스 환경에서, 가스센서 어레이(10)에서 출력된 전기적 반응에 따른 반응성 기울기가 4인 경우, 가스 농도가 10ppm인 것으로 계산할 수 있다. 예를 들어, 가스 환경에서, 가스센서 어레이(10)에서 출력된 전기적 반응에 따른 반응성 기울기가 3인 경우, 가스 농도가 20ppm인 것으로 계산할 수 있다.In one embodiment, the gas sensing method using the gas sensor array 10 may calculate gas concentration (S4000) using a gas concentration indicator in a gas environment. For example, in a gas environment, if the reactivity slope according to the electrical response output from the gas sensor array 10 is 4, the gas concentration can be calculated to be 10 ppm. For example, in a gas environment, if the reactivity slope according to the electrical response output from the gas sensor array 10 is 3, the gas concentration can be calculated to be 20 ppm.
비선형적으로 그래프화된 가스 농도 지표를 사용하여 가스 농도를 계산하는 경우, 가스 농도를 계산하는데 필요한 로드가 최소화되고, 전기적 노이즈에 의한 계산 오류가 감소할 수 있다. When calculating gas concentration using a non-linearly graphed gas concentration indicator, the load required to calculate gas concentration can be minimized and calculation errors due to electrical noise can be reduced.
이와 같이, 본 발명의 가스센서 어레이(10)를 이용한 가스 센싱 방법은 다양한 산소 조성비를 가지는 금속산화물 박막(300)을 이용하여 가스를 센싱함으로써, 동일 가스에 대해서 정확도가 높은 가스 농도 측정을 할 수 있다.As such, the gas sensing method using the gas sensor array 10 of the present invention senses gas using the metal oxide thin film 300 having various oxygen composition ratios, thereby enabling highly accurate gas concentration measurement for the same gas. there is.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art will be able to make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.
본 발명은 가스센서 및 이를 포함하는 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 금속산화물 박막을 포함하는 반도체형 가스센서, 이를 포함하는 가스 누출경보기, 화재경보기, 알코올검출기, 엔진연소가스 검지장치, 공기청정기 등에 적용될 수 있다.The present invention can be applied to gas sensors and electronic devices including them. For example, the present invention can be applied to a semiconductor-type gas sensor containing a metal oxide thin film, a gas leak alarm containing the same, a fire alarm, an alcohol detector, an engine combustion gas detection device, an air purifier, etc.
이상에서는 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to exemplary embodiments, those skilled in the art can vary the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be modified and changed.
10: 가스센서 어레이
100: 기판
200: 한 쌍의 전극 패턴
MTF: 금속 박막
300: 금속산화물 박막
GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6: 복수의 가스센서10: Gas sensor array
100: substrate
200: A pair of electrode patterns
MTF: Metal thin film
300: Metal oxide thin film
GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6: Multiple gas sensors
Claims (11)
기판; 및
상기 기판 상에 형성된 복수의 가스센서를 포함하고,
상기 복수의 가스센서 각각은,
한 쌍의 전극 패턴; 및
상기 한 쌍의 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 금속산화물 박막을 포함하고,
상기 금속산화물 박막은,
금속 박막에 레이저(laser)가 조사되어 상기 금속 박막이 산화되는 레이저 산화 방식으로 형성되고,
상기 복수의 가스센서 중 적어도 하나에 포함된 상기 금속산화물 박막은, 상기 복수의 가스센서 중 다른 하나에 포함된 상기 금속산화물 박막과 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가지며,
상기 반응성 기울기는,
상기 복수의 가스센서 각각으로부터 출력되는 상기 동일한 가스에 대한 서로 다른 전기적 반응 중 가장 큰 전기적 반응과 가장 작은 전기적 반응의 차이 값에 비례하는 것을 특징으로 하는,
가스센서 어레이. In the gas sensor array that generates a gas concentration index for the same gas based on the reactivity slope for the same gas,
Board; and
It includes a plurality of gas sensors formed on the substrate,
Each of the plurality of gas sensors,
A pair of electrode patterns; and
Comprising a metal oxide thin film electrically connected to the pair of electrode patterns,
The metal oxide thin film is,
It is formed by a laser oxidation method in which a laser is irradiated to a metal thin film and the metal thin film is oxidized,
The metal oxide thin film included in at least one of the plurality of gas sensors includes the same metal as the metal oxide thin film included in another one of the plurality of gas sensors and has a different oxygen composition ratio,
The reactivity slope is,
Characterized in that it is proportional to the difference between the largest and smallest electrical responses among the different electrical responses to the same gas output from each of the plurality of gas sensors,
Gas sensor array.
상기 복수의 가스센서 중 적어도 하나는,
상기 복수의 가스센서 중 다른 하나와 광 세기, 광 조사 시간, 광 파장, 광 형상 중 적어도 하나가 다른 레이저를 이용하여 상기 금속산화물 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는,
가스센서 어레이.According to paragraph 1,
At least one of the plurality of gas sensors,
Characterized in that the metal oxide thin film is formed using a laser that is different from another one of the plurality of gas sensors in at least one of light intensity, light irradiation time, light wavelength, and light shape,
Gas sensor array.
상기 복수의 가스센서 각각은 동일한 가스에 대해 서로 다른 크기의 전기적 반응을 출력하는 것을 특징으로 하는,
가스센서 어레이.According to paragraph 1,
Characterized in that each of the plurality of gas sensors outputs electrical responses of different magnitudes to the same gas,
Gas sensor array.
상기 기판은,
폴리에틸렌 나프타레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(Polyimide) 중 적어도 하나를 포함하는 유연 기판인 것을 특징으로 하는,
가스센서 어레이.According to paragraph 1,
The substrate is,
Characterized in that it is a flexible substrate containing at least one of polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, and polyimide,
Gas sensor array.
기판 상에 복수의 금속 박막을 형성하는 단계;
복수의 금속 박막에 레이저(laser)가 조사되어 상기 복수의 금속 박막이 산화되는 레이저 산화 방식을 통해 서로 다른 산소 조성비를 가지는 복수의 금속산화물 박막을 형성하는 단계; 및
전극 패턴을 형성하여 복수의 가스센서를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 반응성 기울기는,
상기 복수의 가스센서 각각으로부터 출력되는 상기 동일한 가스에 대한 서로 다른 전기적 반응 중 가장 큰 전기적 반응과 가장 작은 전기적 반응의 차이 값에 비례하는,
가스센서 어레이의 제조 방법.In the method of manufacturing a gas sensor array that generates a gas concentration index for the same gas based on the reactivity slope for the same gas,
Forming a plurality of metal thin films on a substrate;
Forming a plurality of metal oxide thin films having different oxygen composition ratios through a laser oxidation method in which a laser is irradiated to a plurality of metal thin films to oxidize the plurality of metal thin films; and
It includes forming a plurality of gas sensors by forming an electrode pattern,
The reactivity slope is,
Proportional to the difference between the largest and smallest electrical responses among different electrical responses to the same gas output from each of the plurality of gas sensors,
Method for manufacturing a gas sensor array.
상기 레이저 산화를 통해 서로 다른 산소 조성비를 가지는 복수의 금속산화물 박막을 형성하는 단계는,
상기 복수의 금속 박막 각각에 광 세기, 광 조사 시간, 광 파장, 광 형상 중 적어도 하나가 다른 레이저를 조사하여 상기 금속산화물 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는,
가스센서 어레이의 제조 방법.According to clause 6,
The step of forming a plurality of metal oxide thin films having different oxygen composition ratios through laser oxidation is,
Characterized in that the metal oxide thin film is formed by irradiating each of the plurality of metal thin films with a laser that is different in at least one of light intensity, light irradiation time, light wavelength, and light shape.
Method for manufacturing a gas sensor array.
상기 서로 다른 전기적 반응에 기초하여 가스 농도 별 반응성 기울기를 계산하는 단계;
상기 반응성 기울기를 이용하여 가스 농도 지표를 생성하는 단계; 및
가스 환경에서, 상기 가스 농도 지표를 이용하여 가스 농도를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 가스센서 중 적어도 하나에 포함된 상기 금속산화물 박막은, 상기 복수의 가스센서 중 다른 하나에 포함된 상기 금속산화물 박막과 동일한 금속을 포함하고, 다른 산소 조성비를 가지며,
상기 반응성 기울기는,
상기 서로 다른 전기적 반응 중 가장 큰 전기적 반응과 가장 작은 전기적 반응의 차이 값에 비례하는 것을 특징으로 하는,
가스센서 어레이를 이용한 가스 센싱 방법.Each of a plurality of gas sensors including a metal oxide thin film formed by a laser oxidation method in which a laser is irradiated to the metal thin film to oxidize the metal thin film, outputting different electrical responses to the same gas;
calculating a reactivity slope for each gas concentration based on the different electrical reactions;
generating a gas concentration index using the reactivity slope; and
In a gas environment, measuring gas concentration using the gas concentration indicator,
The metal oxide thin film included in at least one of the plurality of gas sensors includes the same metal as the metal oxide thin film included in another one of the plurality of gas sensors and has a different oxygen composition ratio,
The reactivity slope is,
Characterized in that it is proportional to the difference between the largest and smallest electrical reactions among the different electrical reactions,
Gas sensing method using a gas sensor array.
상기 가스 농도 지표는,
가스 농도 별 상기 반응성 기울기를 정량화하고, 상기 반응성 기울기에 따른 가스 농도를 비선형적으로 그래프화하여 생성되는 것을 특징으로 하는,
가스센서 어레이를 이용한 가스 센싱 방법.According to clause 9,
The gas concentration indicator is,
Characterized in that it is generated by quantifying the reactivity slope for each gas concentration and non-linearly graphing the gas concentration according to the reactivity slope.
Gas sensing method using a gas sensor array.
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