KR20040024134A - 고정밀 정전용량형 습도센서 및 제조방법 - Google Patents

고정밀 정전용량형 습도센서 및 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20040024134A
KR20040024134A KR1020020055652A KR20020055652A KR20040024134A KR 20040024134 A KR20040024134 A KR 20040024134A KR 1020020055652 A KR1020020055652 A KR 1020020055652A KR 20020055652 A KR20020055652 A KR 20020055652A KR 20040024134 A KR20040024134 A KR 20040024134A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
upper electrode
polymer layer
substrate
humidity sensor
forming
Prior art date
Application number
KR1020020055652A
Other languages
English (en)
Inventor
홍진표
김채옥
윤갑수
Original Assignee
학교법인 한양학원
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 학교법인 한양학원 filed Critical 학교법인 한양학원
Priority to KR1020020055652A priority Critical patent/KR20040024134A/ko
Publication of KR20040024134A publication Critical patent/KR20040024134A/ko

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/20Metallic material, boron or silicon on organic substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/226Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/227Sensors changing capacitance upon adsorption or absorption of fluid components, e.g. electrolyte-insulator-semiconductor sensors, MOS capacitors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

본 발명은 종래의 스퍼터링방법이 아닌 기상증착방법을 이용하여 마이크로 크랙을 갖는 상부전극을 형성함으로써 응답특성이 개선된 정전용량형 습도센서 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 상부전극에 소정의 마스크패턴을 이용하여 복수개의 홀이 형성함으로써 폴리머층으로의 원활한 습기침투를 보장하여 우수한 응답특성을 갖는 정전용량 습도센서도 제공하며, 상대적으로 두꺼운 폴리머층을 상부전극의 단자부를 형성할 기판의 위치까지 연장하고, 연장된 폴리머층 상에 상부전극의 단자부를 형성함으로써 종래의 상부전극이 갖는 수직구조에 의한 상부전극과 단자부 사이의 접속불량문제를 완전하게 해소할 수 있다.

Description

고정밀 정전용량형 습도센서 및 제조방법{HIGH-PRECISE CAPACITIVE HUMIDITY SENSOR AND METHODO OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고정밀 정전용량 습도센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기상증착방법을 이용하여 상부전극을 형성함으로써 응답특성이 향상된 고정밀 정전용량 습도센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 습도의 변화를 다른값을 갖는 전기적신호에 기초하여 검출하는 습도센서는 다양한 형태로 존재하며, 근래에는 습도센서는 자동차 및 기타 다른 분야에서 공기 정화 시스템 및 자동 냉난방 시스템의 최적화 제어를 위해 광범위하게 적용되고 있다.
이러한 습도센서로는 그 작동원리에 따라, 다공질세라믹 또는 전해질에서 수분에 의해 변화되는 전도율를 이용하는 저항센서와, 고분자 중합체 등에 수분이 흡착될 때에 발생되는 유전율의 변화를 이용하는 정전용량형 센서로 나뉜다. 저항형 습도센서는 저습도영역 및 고습도영역에서의 측정이 어렵고, 그 출력 또한 비선형이면서, 온도변화에 대한 변화폭이 크고, 수증기, 응결, 소금물 및 화학물질등에 영향을 크게 받으며, 센서에 직류를 인가하면, 감습재료의 전해작용 및 전극재료의 전리현상에 의해 영구적인 특성저하가 발생한다. 하지만, 정전용량형 습도센서는 고분자 재질에 흡착되는 물분자량에 따라 정전용량이 변화하는 원리를 이용하여 제조되는 센서로서, 그 습도측정범위가 1 ~ 100%로 넓고, 선형의 출력을 갖기 때문에 응용 회로가 간소하게 구현될 수 있으며, 측정 및 조절의 영역도 실온뿐만 아니라, 영하 40℃부터 100℃온도 범위에서 별도의 온도보상장치없이 동작 가능하며, 직류에서 작동되므로 마이크로 컴퓨터를 활용한 회로에 적용하기가 쉽다는 잇점이 있다.
특히, 최근에는 이러한 정전용량 습도센서의 제조기술은 반도체공정을 적용하으로써, 저비용화, 고신뢰성 및 높은 재현성을 갖는 우수한 정전용량형 습도센서를 대량생산하는 것을 가능하게 하였다.
도1은 일반적인 정전용량형 습도센서의 형태를 도시한다. 도1을 참조하면, 기판(11), 그 기판(11)상에 형성된 하부전극(13), 그 하부전극(13)상에 차례로 형성된 절연막(15)과 폴리머층(16)을 포함하는 센싱부 및 상기 센싱부의 폴리머층(16) 상에 형성된 상부전극(18)으로 이루어진다. 상기 상하부전극(13,18)의 일측단부는 기판 상에 연장되어 상기 습도센서에 감지된 신호를 요구하는 외부회로에 연결하기 위한 단자부(13a,13b)를 형성한다. 이러한 구조에서 상부전극(18)은 센싱부, 특히 폴리머층(16)으로 습기 침투가 용이하도록 얇은 두께로 형성되어야 한다. 상기 상부전극과 함께 하부전극은 일반적인 스퍼터링공정을 이용하여 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈-크롬(Ni-Cr)합금으로 형성된다. 하지만, 스퍼터링공정에 의해 형성된 상부전극은 그 박막구조가 치밀하여 습도침투를 충분히 보장하기 어렵다는 문제가 있다. 결국, 이러한 문제는 응답속도 및 신뢰성 저하의 문제를 야기한다.
또한, 도1에 도시된 종래의 정전용량형 습도센서에서는, 그 자체구조에 의해 필연적으로 상부전극과 그 단자부의 연결부가 손상되기 쉽다. 이러한 문제에 대해 살펴보면, 상기 센싱부는 원하는 감도의 정전용량변화값을 얻기 위해, 유전성을 갖는 절연막(15)과 폴리머층(16)을 적절한 두께로 형성되는데, 그 두께가 일반적으로 절연막(15)은 약 1000Å정도이며, 폴리머층은 수㎛정도이다. 이에 비해, 앞서 설명된 상부전극(18)은 1000Å이하, 바람직하게는 100Å정도의 두께로 형성된다. 따라서, 도1에 도시된 바와 같이, 상부전극(18)은 기판(11) 상으로 연장되어 단자부(18a)를 형성하기 위해서는, 센싱부측벽을 따라 계단모양으로 형성될 수 밖에 없다. 이 경우에, 상부전극(18)은 측벽부근에서 균열이 발생되고, 결국 접속불량으로 인해 치명적인 불량을 야기할 수 있다.
이와 같이, 당 기술분야에서는 응답특성 및 신뢰성을 우수한 새로운 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법이 요구되어 왔으며, 나아가 상부전극의 구조적인 불량원인이 제거할 수 있는 새로운 정전용량형 습도센서가 강하게 요구되어 왔다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 그 목적은 종래의 스퍼터링방법이 아닌 기상증착방법을 이용하여 마이크로 크랙을 갖는 상부전극을 형성함으로써 응답특성이 개선된 정전용량형 습도센서의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상부전극에 소정의 마스크패턴을 이용하여 복수개의 홀이 형성함으로써 폴리머층으로의 원활한 습기침투를 보장하여 우수한 응답특성을 갖는 정전용량 습도센서를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상대적으로 두꺼운 폴리머층을 상부전극의 단자부를 형성할 기판의 위치까지 연장하고, 연장된 폴리머층 상에 상부전극의 단자부를 형성함으로써 실질적으로 동일한 평면상에 구현하고, 이로써 종래의 측벽구조에 의한 상부전극과 단자부의 접속불량문제를 해소한 새로운 정전용량 습도센서를 제공하는데도 있다.
도1은 통상적인 정전용량형 습도센서의 구조를 나타내는 개략사시도이다.
도2a 내지 도2d는 본 발명에 따른 정전용량형 습도센서의 제조방법을 설명하기 위한 각 단계별 공정단면도이다.
도3는 본 발명에 따른 기상증착방법에 의해 제조된 상부전극을 갖는 습도센서의 평면사진이다.
도4a 및 도4b는 각각 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 정전용량형 습도센서의 응답특성 및 습도에 따른 정전용량변화를 나타내는 그래프이다.
도5는 본 발명의 일실시형태에 따른 정전용량형 습도센서의 개략사시도이다.
도6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 정전용량형 습도센서의 개략사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
51,61: 기판53,63: 하부전극
53a,63a: 하부전극 단자부55,65: 절연막
56,66: 폴리머층58,68: 상부전극
58a,68a: 상부전극 단자부h: 구형 기공
ℓ: 라인형 기공
상술한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 일실시형태는, 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계와, 상기 하부전극 상에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막 상에 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 폴리머층 상에 기상증착방법을 이용하여 적어도 일부에 마이크로 크랙이 형성된 상부전극을 형성하는 단계로 이루어진 정전용량형 습도센서 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 상부전극을 형성하는 단계을 상기 폴리머층 상에 스퍼터링방법을 이용하여 제1 전극을 형성하고, 이어 상기 제1 전극 상에 기상증착방법을 이용하여 마이크로 크랙이 형성된 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부전극을 형성하는데 사용되는 기상증착방법에서 상부전극을형성하는 물질을 증발시키는데 사용되는 전류를 180A ∼ 240A범위로 제어하는 것이 바람직하다.
나아가, 바람직하게는, 상기 상부전극을 형성한 후에, 상기 상부전극에 복수개의 기공을 형성하여 습기침투를 보다 용이하게 허용할 수 있다. 여기서 사용되는 절연막은 산화막이며, 상기 상부전극 및/또는 상기 하부전극은 Ni, Cr 또는 Ni-Cr합금으로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시형태는, 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계와, 상기 하부전극 상에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막 상에 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 폴리머층 상에 상부전극을 형성하는 단계와, 상기 상부전극에 복수개의 기공을 형성하는 단계를 포함하는 정전용량형 습도센서 제조방법을 제공한다. 이 때에, 상기 복수개의 기공은 적용형태에 따라 실질적으로 구형인 홀 또는 라인형 구조로 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 제1영역과 제2영역으로 이루어진 상면을 갖는 기판과, 상기 기판의 제1 영역에 형성되어 상기 기판의 제2 영역에 형성된 제1 단자부와 연결된 하부전극과, 상기 하부전극 상에 형성된 절연막과, 상기 절연막 상에 형성된 폴리머층과, 상기 폴리머층 상에 형성되어 상기 기판의 제2 영역에 형성된 제2 단자부와 연결되며, 복수개의 기공이 형성된 상부전극을 포함하는 정전용량 습도센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태는, 제1영역과 제2영역으로 이루어진 상면을 갖는 기판과, 상기 기판의 제1 영역에 형성되어 상기 기판의 제2 영역에 형성된 제1 단자부를 연결된 하부전극과, 상기 하부전극 상에 형성된 절연막과, 상기 절연막 상에 형성되어 상기 기판의 제2 영역까지 연장된 폴리머층과, 상기 하부전극 상에 형성된 폴리머층 상면에 형성되어 상기 기판의 제2 영역 상에 연장된 폴리머층 상면에 형성된 제2 단자부와 연결된 상부전극을 포함하는 정전용량형 습도센서를 제공할 수 있다.
나아가, 본 실시형태에 따른 상부전극에 복수개의 기공을 형성하여 습기침투를 보다 원활하게 허용할 수도 있다..
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도2a 내지 도2d는 각각 본 발명의 정전용량형 습도센서의 제조방법을 설명하기 위한 각 단계별 공정단면도을 도시한다.
도2a를 참조하면, 우선, 실리콘 또는 글래스재질의 기판(21)을 마련하고, 그 기판(21) 상에 스퍼터링방법에 의해 하부전극(23)을 형성한다. 하부전극(23)은 Ni, Cr 또는 Ni-Cr합금으로 구성될 수 있으며, 그 두께는 약 1000Å범위로 형성하는 것이 바람직하다. 도2a에 도시된 하부전극(23)의 우측부분은 패터닝되어, 도1와 같이 단자부를 형성한다.
이어, 도2b와 같이, 기판(21)상에 마련된 하부전극(23)상에 절연막(25)을 형성한다. 상기 절연막(25)은 통상의 산화막 또는 질화막으로 구성될 수 있으며, 그 두께는 정전용량변화비의 설계에 따라 상이할 수 있으나, 약 1000Å으로 형성될 수 있다. 상기 절연막(25)은 후속공정에서 형성될 폴리머층(도2c의 26)을 위한 버퍼층의 역할을 하는 동시에 일정한 유전율을 갖고 있어, 그 폴리머층과 함께 정전용량변화를 유도하는 센싱부역할을 담당한다.
다음으로, 도2c와 같이, 상기 절연막(25) 상에 폴리머층(26)을 형성한다. 상기 폴리머층(26)은 폴리이미드계 물질로 이루어지지만, 그 적용형태에 따라 다른 전기적 특성의 폴리머물질을 사용할 수도 있다. 이러한 폴리머층(26)은 필요한 폴리머물질을 절연막상에 도포하고 일정한 온도(예, 약 150∼300℃)에서 경화시킴으로써 약 1㎛정도로 형성하는 것이 바람직하다.
끝으로, 도2d와 같이, 상기 폴리머층(26) 상에 기상증착방법을 이용하여 상부전극(28)을 형성한다. 본 단계에서 사용되는 기상증착방법에 따르면, 우선 챔버 내에 위치한 보트에 전자저울로 측정된 전극물질(예, Ni, Cr 또는 Ni-Cr합금)을 탑재한 후에 셔터의 위치를 보트위에 이동시키고, 챔버내의 진공도를 10-5∼10-8로 유지하면서, 전류를 순차적으로 인가한다. 이 때에 전류공급은 낮은 전류값에서 보트에 가해지는 전류의 값을 안정화시킨 후에 약 100A의 전류를 인가하고, 전류의 값이 180A부터는 셔터의 위치를 보트에서 이격시키면서 1분정도까지 전극물질을 증착한다.
그 결과, 도2d에서 형성된 상부전극은 도3에 도시된 바와 같이 복잡한 구조로 마이크로크랙이 형성된다. 이러한 마이크로크랙에 의해 상부전극을 통해 대기중 수분이 원활하게 폴리머층에 제공될 수 있다. 여기서, 마이크로 크랙의 구조 및 그 분포수는 실시되는 기상증착시간에 따라서 조절이 가능하며, 그 전류의 크기에도 영향을 받는다. 이는 고진공에서 형성하므로, 공급되는 전류 등에 따라 전극 분자의 평균자유경로(mean free path)이 변화하기 때문이다. 결과적으로 상부전극의 마이크로 크랙구조 및 분포수를 변화시킬 수 있다.
이와 같이, 정전용량형 습도센서에서 상부전극을 기상증착방법으로 형성하여 마이크로 크랙이 형성한 경우에는, 대기 중 습기가 원활하게 폴리머층에 제공되므로, 습도변화에 따라 민감하고 신속하게 반응할 수 있다. 도4a는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 정전용량형 습도센서의 응답특성을 나타내는 그래프이다. 도4a를 참조하면, 본 발명에 따른 정전용량 습도센서와 종래의 정전용량형 습도센서의 응답특성을 비교할 수 있다. 본 발명에 따른 정전용량 습도센서는 상부전극의 두께에 따라 8초정도의 일정한 응답속도특성을 갖는 반면에, 종래의 정전용량형 습도센서는 15초 정도에 불과하다.
한편, 도4b를 참조하면, 본 발명에 따른 정전용량형 습도센서의 다른 개선된 특성을 알 수 있다. 도4b는 25℃에서의 상대습도변화에 따른 정전용량의 변화를 나타내는 그래프로서, 습도변화의 검출에 대한 신뢰성을 나타낸다고 할 수 있다. 즉, 도4b의 그래프에서 습도변화에 따라 정전용량의 선형적인 특성을 유지할 때에 그 습도변화에 대한 검출값을 신뢰할 수 있다. 본 발명에 따른 정전용량형 습도센서는 상대습도가 10%에서 90%까지의 광범위한 영역에서 선형적 특성을 유지하는 것으로 도시된다. 이와 같이, 본 발명에서는, 마이크로크랙이 형성된 상부전극을 이용하더라도, 신뢰성있는 검출값을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 마이크로크랙에 의해 상부전극의 기계적 내구성이 약해지는 것을 방지하기 위해서, 스퍼터링방법과 기상증착방법을 혼용하여 2개의 단계로 형성할 수 있다. 우선, 원하는 상부전극의 두께보다 얇은 제1 전극을 종래의 스퍼터링방법을 이용하여 형성한 후에, 본 발명에 따른 기상증착방법을 이용하여 마이크로 크랙구조를 갖는 제2 전극을 형성하여 상부전극을 완성할 수 있다. 이를 통해, 치밀한 구조를 갖는 제1 전극의 기계적 특성의 장점과 마이크로크랙이 형성된 제2 전극의 습기투과성의 장점을 결합하여 안정된 기계적인 특성을 가지면서도, 원하는 응답속도특성을 만족하는 정전용량형 습도센서를 제조할 수도 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 상부전극에 복수개의 기공을 형성함으로써 습기가 원활하게 폴리머층에 제공시켜 센서의 응답속도특성을 획기적으로 개선하는 방안을 제공할 수 있다. 본 실시형태의 일예가 도5에 도시되어 있다. 도5를 참조하면, 정전용량형 습도센서는 기판(51)과 그 기판(51)상에 형성된 하부전극(53)과, 그 하부전극(53)상에 형성된 절연막(55)과, 그 절연막(55)상에 형성된 폴리머층(56) 그리고, 그 폴리머층(56) 상에 형성된 상부전극(58)으로 구성된다.
또한, 도1과 같이 상기 상부전극(53)과 하부전극(58)은 각각 기판(51) 일측 상면에 단자부(53a,58a)를 구비한다. 특히, 본 실시형태에서는 상부전극(58)에 복수개의 홀(h)을 형성함으로써 습기가 폴리머층(56)에 도달할 수 있는 통로를 제공한다. 이러한 홀은 상부전극을 형성한 후에 포토리소그래피공정을 적용하여 용이하게 형성할 수 있으며, 그 수와 배열은 사용자의 요구에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이와 같이, 센서의 응답속도특성을 개선하기 위해, 상부전극에 형성되는 기공구조는 구형인 홀형태로 한정되지 않으며, 다양한 형태로 구현될 수 있다. 도6은 이러한 일예로서, 복수개의 라인형 기공(ℓ)으로 나란히 배열된 형태를 예시하고 있다.
한편, 종래의 정전용량형 습도센서의 문제점 중 하나는 상대적으로 두꺼운 폴리머층으로 인해, 폴리머층 상면의 상부전극과 그로부터 연장된 기판 상의 단자부 사이가 수직구조를 형성하여, 쉽게 단락될 수 있다는 것이다. 통상의 정전용량형 습도센서는 폴리머층이 대개 상하부전극에 비해 약 10배이상의 두께를 갖기 때문에 폴리머층 상에 형성되는 상부전극이 기판 상에 형성된 단자와 연결되기 위해서는, 도1과 도5에 예시된 바와 같이 단락되기 쉬운 수직구조를 갖는다. 이러한 문제는 결국 상부전극과 단자부를 단락시켜 치명적인 제품불량의 원인이 되어 왔다.
본 발명자는 이러한 문제를 해결하기 위해서, 폴리머층을 상부전극의 단자부가 형성될 기판 상면영역까지 연장하여 형성하고, 그 연장된 폴리머층부분에 상부전극의 단자부를 형성함으로써 실질적으로 동일한 평면상에 구현하는 방법을 안출하였다.
이러한 실시형태에 따른 정전용량형 습도센서는 도6에 도시되어 있다. 도6을 참조하면, 도5와 같이 기판(61) 상에 단자부(63a)를 갖는 하부전극(63)이 형성되고, 상기 하부전극(63) 상에 절연막(65)이 형성된다. 이어, 폴리머층형성단계에서, 폴리머층(66)이 기판 상에 상부전극의 단자부(68a)가 위치할 영역까지 부분적으로 연장되도록 형성한다. 이와 같이 형성된 폴리머층(66) 상에 상부전극(68)과 단자부(68a)를 폴리머층(66)에 함께 형성한다. 이 때에 상부전극의 단자부(63a)는 기판(61) 상으로 연장된 폴리머층부분에 형성한다. 결과적으로 상부전극(63)과 단자부(63a)는 단락되기 수직구조없이 거의 수평인 폴리머층(66) 상면에 형성될 수 있다. 따라서, 도6에 도시된 정전용량형 습도센서는 상부전극(68)과 그 단자부(68a)사이에 발생되는 구조적인 결함문제를 완전하게 해결할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 정전용량형 습도센서 및 제조방법은 응답속도특성 및 신뢰성측면에서 센서특성을 획기적으로 향상할 뿐만 아니라, 간소한 제조방법으로 제조비용 및 시간을 절감할 수 있으며, 특히 폴리머층의 형태를 개선하여 상부전극과 그 단자부사이의 단락문제를 해결함으로써 구조적인 불량원인을 해소할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계;
    상기 하부전극 상에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막 상에 폴리머층을 형성하는 단계; 및,
    상기 폴리머층 상에 기상증착방법을 이용하여 적어도 일부에 마이크로 크랙이 형성된 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 정전용량형 습도센서 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극을 형성하는 단계는,
    상기 폴리머층 상에 스퍼터링방법을 이용하여 제1 전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 전극 상에 기상증착방법을 이용하여 마이크로 크랙이 형성된 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 정전용량형 습도센서 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극을 형성하는데 사용되는 기상증착방법에서 상부전극을 형성하는 물질을 증발시키는데 사용되는 전류는 180A ∼ 240A범위인 것을 특징으로 하는 정전용량형 습도센서 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극을 형성한 후에, 상기 상부전극에 복수개의 기공을 형성하는 단계를 더 포함하는 정전용량형 습도센서 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연막은 산화막인 것을 특징으로 하는 정전용량형 습도센서 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극 및/또는 상기 하부전극은 Ni, Cr 및 Ni-Cr합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량형 습도센서 제조방법.
  7. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계;
    상기 하부전극 상에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막 상에 폴리머층을 형성하는 단계;
    상기 폴리머층 상에 상부전극을 형성하는 단계; 및,
    상기 상부전극에 복수개의 기공을 형성하는 단계를 포함하는 정전용량형 습도센서 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수개의 기공은 실질적으로 구형인 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 습도센서 제조방법
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수개의 기공은 라인형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량형 습도센서 제조방법.
  10. 제1영역과 제2영역으로 이루어진 상면을 갖는 기판;
    상기 기판의 제1 영역에 형성되어 상기 기판의 제2 영역에 형성된 제1 단자부와 연결된 하부전극;
    상기 하부전극 상에 형성된 절연막;
    상기 절연막 상에 형성된 폴리머층; 및,
    상기 폴리머층 상에 형성되어 상기 기판의 제2 영역에 형성된 제2 단자부와 연결되며, 복수개의 기공이 형성된 상부전극을 포함하는 정전용량 습도센서.
  11. 제1영역과 제2영역으로 이루어진 상면을 갖는 기판;
    상기 기판의 제1 영역에 형성되어 상기 기판의 제2 영역에 형성된 제1 단자부를 연결된 하부전극;
    상기 하부전극 상에 형성된 절연막;
    상기 절연막 상에 형성되어 상기 기판의 제2 영역까지 연장된 폴리머층;
    상기 하부전극 상에 형성된 폴리머층 상면에 형성되어 상기 기판의 제2 영역 상에 연장된 폴리머층 상면에 형성된 제2 단자부와 연결된 상부전극을 포함하는 정전용량형 습도센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상부전극은 복수개의 기공이 형성된 것을 특징으로 하는 정전용량형 습도센서.
KR1020020055652A 2002-09-13 2002-09-13 고정밀 정전용량형 습도센서 및 제조방법 KR20040024134A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020055652A KR20040024134A (ko) 2002-09-13 2002-09-13 고정밀 정전용량형 습도센서 및 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020055652A KR20040024134A (ko) 2002-09-13 2002-09-13 고정밀 정전용량형 습도센서 및 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040024134A true KR20040024134A (ko) 2004-03-20

Family

ID=37327407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020055652A KR20040024134A (ko) 2002-09-13 2002-09-13 고정밀 정전용량형 습도센서 및 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20040024134A (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100676088B1 (ko) * 2005-03-23 2007-02-01 (주)에스와이하이테크 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법
KR100727674B1 (ko) * 2006-01-03 2007-06-13 한양대학교 산학협력단 고정밀 정전용량형 습도센서 제조방법
KR100780825B1 (ko) * 2005-05-07 2007-11-29 이진민 용량형 습도센서 및 그 제조방법
KR100817731B1 (ko) * 2006-10-09 2008-03-31 쌍신전자통신주식회사 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법
WO2010030162A3 (en) * 2008-09-10 2010-05-14 Mimos Berhad Improved capacitive sensor and method for making the same
KR100965835B1 (ko) * 2007-09-18 2010-06-28 전자부품연구원 용량형 고분자 습도센서 및 그 제조방법
KR101495666B1 (ko) * 2013-04-18 2015-02-26 인하대학교 산학협력단 다공성 형태의 감습구멍을 갖는 정전용량형 습도센서
KR20160048257A (ko) * 2014-10-23 2016-05-04 매그나칩 반도체 유한회사 Cmos 습도 센서 및 그 제조 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940002635A (ko) * 1992-07-02 1994-02-17 알.비.레비 액정표시용 굴절 거울
WO1999035488A1 (fr) * 1997-12-31 1999-07-15 Jean Desarnaud Capteurs capacitifs de mesure d'humidite et procede de fabrication de tels capteurs
KR100225788B1 (ko) * 1996-06-07 1999-10-15 손병기 습도감지 전계효과트랜지스터 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940002635A (ko) * 1992-07-02 1994-02-17 알.비.레비 액정표시용 굴절 거울
KR100225788B1 (ko) * 1996-06-07 1999-10-15 손병기 습도감지 전계효과트랜지스터 및 그 제조방법
WO1999035488A1 (fr) * 1997-12-31 1999-07-15 Jean Desarnaud Capteurs capacitifs de mesure d'humidite et procede de fabrication de tels capteurs

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
한양대학교 물리학과 대학원, 강민영, 2002.06. 실험방법(25~35쪽) *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100676088B1 (ko) * 2005-03-23 2007-02-01 (주)에스와이하이테크 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법
KR100780825B1 (ko) * 2005-05-07 2007-11-29 이진민 용량형 습도센서 및 그 제조방법
KR100727674B1 (ko) * 2006-01-03 2007-06-13 한양대학교 산학협력단 고정밀 정전용량형 습도센서 제조방법
KR100817731B1 (ko) * 2006-10-09 2008-03-31 쌍신전자통신주식회사 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법
KR100965835B1 (ko) * 2007-09-18 2010-06-28 전자부품연구원 용량형 고분자 습도센서 및 그 제조방법
WO2010030162A3 (en) * 2008-09-10 2010-05-14 Mimos Berhad Improved capacitive sensor and method for making the same
KR101495666B1 (ko) * 2013-04-18 2015-02-26 인하대학교 산학협력단 다공성 형태의 감습구멍을 갖는 정전용량형 습도센서
KR20160048257A (ko) * 2014-10-23 2016-05-04 매그나칩 반도체 유한회사 Cmos 습도 센서 및 그 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101093612B1 (ko) 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법
CN100420021C (zh) 基于聚合物材料的单片集成温度、湿度、压力传感器芯片
FI84862B (fi) Kapacitiv fuktighetsgivarkonstruktion och foerfarande foer framstaellning daerav.
US6222376B1 (en) Capacitive moisture detector and method of making the same
JP2017523436A (ja) 多物理量測定に用いられるセンサチップとその製造方法
JPH0512661B2 (ko)
KR101367887B1 (ko) 정전용량형 습도센서
TW200819727A (en) A resistive-type humidity sensing structure with micro-bridge format and a method therefor
US20190391103A1 (en) Method for manufacturing a relative humidity sensor and relative humidity sensor
TW200839231A (en) Sensor device
KR20040024134A (ko) 고정밀 정전용량형 습도센서 및 제조방법
JPH03167464A (ja) 感湿素子の製造方法
US8033178B2 (en) Pressure-measuring cell
CN115266848A (zh) 一种多通道气体传感器及其制备方法
JPH02150754A (ja) 感応素子の製造方法
KR100727674B1 (ko) 고정밀 정전용량형 습도센서 제조방법
JP3047137B2 (ja) 湿度センサの製造方法
KR100817731B1 (ko) 정전용량형 습도센서 및 그 제조방법
JPS6358249A (ja) 湿度検知素子
JPH06118045A (ja) 湿度センサ
KR100396656B1 (ko) 마이크로 절대 습도 센서 제조 방법
CN113804726B (zh) 用于露点测量的振动-测温复合型谐振感湿芯片的制作方法
JP2002328110A (ja) 静電容量センサ
KR100329807B1 (ko) 반도체식 가스 센서의 전극 구조
KR20060098107A (ko) 용량형 습도센서

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E601 Decision to refuse application