KR20050001577A - Micro gas sensor with micro pillar structure and the fabricating method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유독성, 폭발성 가스를 포함하여 직·간접적으로 피해를 줄 수 있는 가스들을 조기에 감지하여 신속히 대처할 수 있게 하고, 산업, 환경, 방재, 의료 분야에서 적용할 수 있는 기술로서 반도체 미세가공기술을 이용한 고효율의 미세기둥 구조를 이용한 반도체식 마이크로 가스센서에 관한 것이다.The present invention enables the early detection and rapid response of gases that can cause direct or indirect damage, including toxic and explosive gases, and can be applied in industrial, environmental, disaster prevention, and medical fields. The present invention relates to a semiconductor type micro gas sensor using a high-efficiency micropillar structure.
산업사회가 고도화됨에 따라 생산 현장에서부터 일반 가정에 이르기까지 각종 가스의 사용이 증가하고 그 종류도 날로 다양해지고 있다. 또한, 산업 현장에서 여러 종류의 가스가 발생되고 있어 보다 효율적인 가스 활용문제와 이에 따른 안전 관리가 심각한 문제로 대두되고 있다. 따라서 수 십년 동안 가스센서의 구조는 지속적으로 발전되어 왔는데 이는 주로 생산 공정과 밀접한 관계가 있는 센서 업체 중심으로 개발되어 왔다. 가스센서는 전위, 전류, 공진주파수, 전기전도도, 열량, 온도, 굴절률, 광파장등의 물리량 변화를 매개로 가스를 감지하는 물리적 소자와 화학반응, 화학적 흡착 등에 의해 가스를 검지하는 화학적 소자로 대별된다.As the industrial society is advanced, the use of various gases from production sites to general households is increasing, and the types thereof are increasing day by day. In addition, various types of gas are generated in the industrial field, and more efficient gas utilization problems and safety management are emerging as serious problems. Therefore, for decades, the structure of gas sensors has been continuously developed, mainly developed by sensor companies that are closely related to the production process. Gas sensors are roughly classified into physical devices that detect gases through physical quantities such as potential, current, resonant frequency, electrical conductivity, heat quantity, temperature, refractive index, and optical wavelength, and chemical devices that detect gas by chemical reaction and chemical adsorption. .
화학적 소자의 대표적인 구조는 가스의 산화반응에 의해 발생하는 반응열에 의해 백금선 코일의 전기적인 저항변화를 측정하는 접촉연소식과 가스의 화학적 흡·탈착으로 전기적인 저항변화를 측정하는 반도체식이 있다.Representative structures of chemical devices include a contact combustion method for measuring the electrical resistance change of the platinum wire coil by the reaction heat generated by the oxidation reaction of the gas and a semiconductor formula for measuring the electrical resistance change by the chemical adsorption / desorption of the gas.
이는 감지막의 형태에 따라 벌크형, 튜브형, 후막형 등으로 나누어지는데 벌크형 구조는 코일 형태의 귀금속을 이용하여 히터와 전극을 감지물질 사이에 형성한 것으로써 제조 공정상 양산성이 떨어지며, 가스를 감지하게 되면 센서 저항값이 감소하여 자기 발열 문제가 발생하는 환원성 가스에는 부적합하다. 또한, 히터가 튜브 내에 코일 형태로 장착되고 튜브 외면에 전극과 감지막이 형성되는 튜브형 구조 또한 벌크형과 같은 문제점을 지니고 있다. 그리고 스크린 프린트법을 이용한 평면 후막형 가스센서는 대량생산이 가능하나 센서 동작을 위한 소비 전력이 크고 센서의 장기 안정성에 문제가 발생되고 있다. 따라서 현재 사용되고 있는 가스센서의 문제점을 보완하고자 하는 노력과 관심이 높아지고 있다.It is divided into bulk type, tube type, and thick film type according to the shape of the sensing film. The bulk structure is formed by using a coil-shaped precious metal between the heater and the electrode between the sensing materials. If the resistance of the sensor decreases, it is not suitable for the reducing gas which causes the self-heating problem. In addition, the tubular structure in which the heater is mounted in the form of a coil in the tube and the electrode and the sensing film are formed on the outer surface of the tube also has the same problems as the bulk type. In addition, the flat thick film type gas sensor using the screen printing method can be mass-produced, but the power consumption for the sensor operation is large and problems with the long-term stability of the sensor are occurring. Therefore, efforts and interests to compensate for the problems of the current gas sensor are increasing.
이에 반해, 실리콘 기판위에 가스센서를 구현하는 마이크로 가스센서는 대량생산이 가능하고, 센서 동작을 위한 소비전력이 적고, 낮은 가격으로 제조가 가능하기 때문에 많은 관심이 집중되고 있다. 특히 산화물 반도체를 이용하는 가스센서는 충분한 감도와 빠른 반응속도를 얻기 위해 100∼500℃의 고온에서 동작되고 있다. 그러므로 가스센서는 내장히터를 필요로 하게 된다. 실리콘 기판을 이용하여 제작되는 마이크로 가스센서는 가스 감지막인 산화물 반도체를 가열하기 위해 미세히터판을 포함하고 있다. 미세히터판은 일반적으로 백금이나 니켈을 진공증착하여 형성한다. 미세히터판에서 소비되는 전력을 감소시키기 위해 실리콘 기판위의 미세히터판을 반도체 미세가공기술을 이용하여 주변부보다 얇게 하여 이 부분의 열용량을 적게하여 미세히터판을 동작시키는데 필요한 전력을 감소시키고, 주변부와의 열적 차단을 위해 열적 격리가 되도록 설계·제작하여 외부로 열이 이동하는 것을 감소시키게 된다.On the other hand, a micro gas sensor that implements a gas sensor on a silicon substrate is attracting much attention because it can be mass-produced, has low power consumption for the sensor operation, and can be manufactured at a low price. In particular, gas sensors using oxide semiconductors are operated at high temperatures of 100 to 500 ° C. in order to obtain sufficient sensitivity and fast reaction speeds. Therefore, the gas sensor needs a built-in heater. A micro gas sensor manufactured using a silicon substrate includes a micro heater plate for heating an oxide semiconductor, which is a gas sensing film. The fine heater plate is generally formed by vacuum deposition of platinum or nickel. To reduce the power consumed by the microheater plate, the microheater plate on the silicon substrate is made thinner than the periphery using semiconductor micromachining technology to reduce the heat capacity of this area, thereby reducing the power required to operate the microheater plate. It is designed and manufactured to be thermally isolated to thermally cut off the heat, thereby reducing heat transfer to the outside.
그러나, 종래의 마이크로 가스센서의 경우 미세히터판을 SiO2, Si3N4, SiO2-Si3N4-SiO2와 같은 절연층위에 형성하기때문에 이로써 발생하는 절연층과 히터재료와의 열팽창율 차이와 자체 열적 스트레스로 인하여 미세히터판이 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.However, in the case of the conventional micro gas sensor, since the fine heater plate is formed on the insulating layer such as SiO 2 , Si 3 N 4 , SiO 2 -Si 3 N 4 -SiO 2 , thermal expansion between the insulating layer and the heater material generated thereby Due to the difference in rate and its own thermal stress, there was a problem that the fine heater plate is easily broken.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 실리콘 기판을 부분적으로 식각하여 미세기둥을 형성하고 미세기둥 위에 미세히터판과 미세전극판을 브릿지 형태로 형성한 후에 가스감지막을 미세전극판과 미세히터판위에 형성함으로써 센서 소비전력을 극소화하고 공정을 단순화하여 향상된 양산성 및 경제성을 구현한 마이크로 가스센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, a part of the silicon substrate is etched to form a micropillar and a gas heater film after forming a fine heater plate and a fine electrode plate in the form of a bridge on the micropillar The present invention provides a micro gas sensor and a method of manufacturing the same, which are formed on the micro electrode plate and the micro heater plate to minimize sensor power consumption and simplify the process, thereby realizing improved mass production and economic efficiency.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라서 기둥구조의 미세히터판을 가지는 마이크로 가스센서의 감지막이 형성되기 전의 구조를 나타내는 사시도.1 is a perspective view illustrating a structure before a sensing film of a micro gas sensor having a micro heater plate having a columnar structure is formed according to an embodiment of the present invention.
도 2는 동 사시도2 is a perspective view of the same
도 3은 도 1에 도시된 마이크로 가스센서에 감지막이 형성된 구조를 나타내는 사시도.3 is a perspective view illustrating a structure in which a sensing film is formed in the micro gas sensor illustrated in FIG. 1.
도 4는 도 1에 도시된 마이크로 가스센서를 A-A'선으로 자른 단면을 통하여 본 발명의 일실시예에 의한 마이크로 가스센서의 제조공정을 설명한 설명도.4 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of a micro gas sensor according to an embodiment of the present invention through a cross section taken along line AA ′ of the micro gas sensor illustrated in FIG. 1;
도 5와 도 6은 본 발명에 의한 마이크로 가스센서의 변형된 실시예를 나타내는 평면도.5 and 6 are a plan view showing a modified embodiment of the micro gas sensor according to the present invention.
상기한 바와 같은 목적은, 실리콘 기판을 부분적으로 식각하여 미세히터판, 미세전극판 및 전극패드를 지지하는 미세기둥과;The object as described above, the micro-columns for partially etching the silicon substrate to support the micro heater plate, the micro electrode plate and the electrode pad;
상기 미세기둥 표면에 형성되어 센서의 오 동작을 막기 위한 절연층과;An insulating layer formed on the surface of the micropillar to prevent a malfunction of the sensor;
상기 미세기둥 상에 형성되어 가스 감지시 감지막에서의 화학적 반응에 의한 감지막의 저항변화 신호를 얻을 수 있는 미세전극판과;A microelectrode plate formed on the microcolumns to obtain a resistance change signal of the sensing film due to a chemical reaction in the sensing film during gas sensing;
상기 미세기둥 상에 형성되어 특정 온도를 얻을 수 있는 미세히터판과;A micro heater plate formed on the micro pillars to obtain a specific temperature;
상기 미세히터판 상에 형성되어 가스와 화학적으로 반응하여 전기적 저항이 변화하는 감지막을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세기둥 구조를 갖는 마이크로 가스센서에 의하여 달성될 수 있다.It can be achieved by a micro gas sensor having a micro-pillar structure is formed on the fine heater plate and comprises a sensing film that is chemically reacted with the gas to change the electrical resistance.
상기한 바와 같은 목적은, <100> 방향성을 가진 N형 실리콘 기판에 절연층을 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 전기로(Electric Furnace)를 이용하여 일정두께로 성장시키고 이를 패터닝하는 단계와;As described above, the method comprises the steps of: growing and patterning an insulating layer on a N-type silicon substrate having a <100> directionality to a predetermined thickness by using chemical vapor deposition or an electric furnace;
상기 N형 실리콘 기판 표면에 포토레지스트를 스핀코팅한 후 전극 패드, 미세히터판, 미세전극판의 패턴 부분만 노광하여 패터닝하는 단계와;Spin-coating a photoresist on a surface of the N-type silicon substrate and exposing and patterning only a pattern portion of an electrode pad, a micro heater plate, and a micro electrode plate;
상기 패터닝된 표면에 타이타늄(Ti)과 금(Au)을 증착한 후 리프트 오프하고니켈(Ni)을 전해 도금법으로 도금하여 전극패드, 미세히터판, 미세전극판을 형성하는 단계와;Depositing titanium (Ti) and gold (Au) on the patterned surface and then lifting it off and plating nickel (Ni) by electroplating to form an electrode pad, a micro heater plate, and a micro electrode plate;
상기 N형 실리콘 기판의 상부면 및 하부면을 습식식각하여 미세기둥을 형성하는 단계와;Wet etching the upper and lower surfaces of the N-type silicon substrate to form a micropillar;
상기 미세히터판과 미세전극판 상부에 스크린 프린트 기법으로 감지막을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기둥 구조를 갖는 마이크로 가스센서의 제조방법에 의하여 달성될 수 있다.It can be achieved by a method of manufacturing a micro gas sensor having a micro-pillar structure comprising the step of applying a sensing film on the micro heater plate and the micro electrode plate by a screen printing technique.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 미세기둥 구조를 갖는 마이크로 가스센서의 구조를 보이고 있다. 본 발명에 따른 미세기둥 구조를 갖는 마이크로 가스센서는 실리콘 기판(101)을 부분적으로 식각하여 6개의 실리콘 미세기둥(102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f)을 형성하고 상기 실리콘 미세기둥(102) 위에 굴절패턴의 미세히터판(105)과 II자형 패턴의 미세전극판(106)을 브릿지 형태로 형성한 후 상기 미세전극판(106)과 미세히터판(105)위에 감지막(201)이 형성된다.1 to 3 show the structure of a micro gas sensor having a micropillar structure according to the present invention. The micro gas sensor having a micropillar structure according to the present invention forms six silicon micropillars 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, and 102f by partially etching the silicon substrate 101 and the silicon micropillars 102. After forming the refraction pattern micro heater plate 105 and the II-shaped pattern micro electrode plate 106 in the form of a bridge, the sensing film 201 is formed on the micro electrode plate 106 and the micro heater plate 105. Is formed.
상기 실리콘 미세기둥(102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f)은 소비 전력을 최소화하기 위하여 상기 미세히터판(105), 상기 미세전극판(106) 및 전극패드(104a, 104b, 104c)를 지지하는 구조로 된다. 상기 실리콘 미세기둥(102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f)의 재료로서 갈륨아세나이드(GaAs), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 글라스(glass) 등이 사용될 수 있다. 상기 실리콘 미세기둥(502a, 502b, 502c, 502d, 502e, 502f) 의 형태는 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등의 다양한 모양으로 제작될 수 있으며, 높이와 넓이에도 변화를 줄 수 있다.The silicon micro pillars 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, and 102f may include the microheater plate 105, the microelectrode plate 106, and the electrode pads 104a, 104b, 104c in order to minimize power consumption. It becomes a supporting structure. Gallium arsenide (GaAs), silicon carbide (SiC), silicon (Si), glass, and the like may be used as the material of the silicon micropillars 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, and 102f. The silicon micropillars 502a, 502b, 502c, 502d, 502e, and 502f may be manufactured in various shapes such as circles, triangles, squares, pentagons, hexagons, and octagons, and may change in height and width. .
상기 미세히터판(105)과 상기 미세전극판(106) 및 상기 전극 패드(104a, 104b, 104c)의 하부면은 실리콘 기판(101)을 통해서 누설되는 전류와 각각의 상기 전극패드(104a, 104b, 104c) 간에 절연을 위해서 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(Si3N4)과 같은 절연층(103)이 위치된다.The microheater plate 105, the microelectrode plate 106, and lower surfaces of the electrode pads 104a, 104b, and 104c have a current leaking through the silicon substrate 101 and respective electrode pads 104a and 104b. , An insulating layer 103 such as a silicon oxide film (SiO 2 ) and a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is positioned to insulate the substrate 104c.
도 3은 도 1 및 도 2의 구조에 감지막(201)을 스크린프린트하여 벌크화된 구조를 도시한다. 특정 가스와 감지막(201)의 반응을 설명하면 다음과 같다. 전원을 미세히터판(105)에 인가하면 미세히터판(105)을 형성하는 금속층의 두께와 길이에 따른 저항에 의해서 발열하게 되는데 이러한 열의 발생은 미세히터판(105)의 온도를 특정 온도까지 상승을 유도한다. 그러면 미세히터판(105) 위에 형성된 감지막(201)의 온도 또한 동반 상승하여 유입되는 가스에 대해서 화학적 흡·탈착 반응을 원활하게 이루어지게끔 하며, 그로 인해 감지막(201)의 저항 변화가 발생하게 되는데, 이 저항 변화를 미세전극판(106)에서 측정하게 된다.3 illustrates a structure bulked by screen-printing the sensing film 201 in the structures of FIGS. 1 and 2. The reaction between the specific gas and the sensing film 201 is as follows. When power is applied to the micro heater plate 105, heat is generated by resistance according to the thickness and length of the metal layer forming the micro heater plate 105. The generation of this heat raises the temperature of the micro heater plate 105 to a specific temperature. Induce. Then, the temperature of the sensing film 201 formed on the fine heater plate 105 is also increased to facilitate the chemical adsorption / desorption reaction with respect to the inflowing gas, thereby causing a change in resistance of the sensing film 201. This resistance change is measured in the microelectrode plate 106.
도 4의 (a) 내지 (f)는 도 1을 A-A' 선으로 자른 단면을 통하여 본 발명 실시예의 제조공정을 순차적으로 도시한 것이다. 실리콘 기판(101)은 소자 제작 후 최종 전극부분에 와이어 본딩 또는 리드 접합에 있어서 전도성 은(Ag) 에폭시를 사용한다. 그때 오옴성 접합(Ohmic Junction)을 얻기 위해서 <100> 방향성을 가진 N형을 사용한다. 140∼145㎛ 높이의 실리콘 미세기둥(102) 위에 실리콘 기판과의 절연 및 누설 전류 차단을 위해서 절연층(103)을 성장시켰고, 산화반응이 적고 전기전도도가 높은 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au)과 같은 귀금속 재료로 되는 전극패드(104)가 형성된다. 그리고, 미세히터판(105)과 미세전극판(106)은 전극 패드(104a, 104b, 104c)와 동일한 귀금속으로 증착 후 중금속 니켈 또는 귀금속 백금으로 도금된다.4 (a) to (f) sequentially illustrate the manufacturing process of the embodiment of the present invention through a cross section taken along the line A-A 'of FIG. The silicon substrate 101 uses conductive silver (Ag) epoxy in wire bonding or lead bonding to the final electrode portion after device fabrication. At that time, the N-type with <100> directivity is used to obtain Ohmic junction. The insulating layer 103 was grown on the silicon micropillar 102 having a height of 140 to 145 μm to insulate the silicon substrate and to prevent leakage current, and palladium (Pd) and platinum (Pt) having low oxidation reaction and high electrical conductivity. , An electrode pad 104 made of a precious metal material such as gold (Au) is formed. The fine heater plate 105 and the fine electrode plate 106 are plated with heavy metal nickel or precious metal platinum after being deposited with the same precious metal as the electrode pads 104a, 104b, 104c.
먼저 도 4(a)에 도시된 바와 같이, <100> 방향성을 가진 N형 실리콘 기판(101)에 절연층(103)을 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 전기로(Electric Furnace)를 이용하여 1㎛ 두께로 성장시킨다.First, as shown in FIG. 4A, the insulating layer 103 is formed on an N-type silicon substrate 101 having a <100> orientation by using chemical vapor deposition or an electric furnace. Grown to 1 μm thick.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기둥(102)의 형성을 위해 절연층 식각 용액인 BOE(Bufferd Oxide Etching)를 이용하여 절연층(103)을 패터닝한다.As shown in FIG. 4B, the insulating layer 103 is patterned by using buffered oxide etching (BOE), which is an insulating layer etching solution, to form the silicon pillars 102.
도 4(c)에 도시된 바와 같이, 전극 패드(104), 미세히터판(105), 미세전극판(106)의 금속 증착을 위해서 스핀 코터(Spin Coater)를 이용하여 포토레지스트 AZ 1512를 코팅한다. 그리고 전극 패드(104), 미세히터판(105), 미세전극판(106)의 패턴 부분만 노광하여 AZ 300 용액을 사용하여 포토레지스트를 제거하면 미세히터판 및 미세전극판 부분 외의 포토레지스트(401)만 실리콘 기판(101)상에 존재하게 된다.As shown in FIG. 4C, the photoresist AZ 1512 is coated by using a spin coater for metal deposition of the electrode pad 104, the micro heater plate 105, and the micro electrode plate 106. do. When the photoresist is removed using the AZ 300 solution by exposing only the pattern portions of the electrode pad 104, the micro heater plate 105, and the micro electrode plate 106, the photoresist 401 other than the micro heater plate and the micro electrode plate portion is removed. ) Is only present on the silicon substrate 101.
도 4(d)에 도시된 바와 같이, E빔 또는 스퍼터 장비를 이용하여 전극 패드(104), 미세히터판(105), 미세전극판(106)의 패턴 부분에 타이타늄(Ti)과 금(Au)을 증착하고 리프트 오프(lift off) 방식으로 패턴 이외의 증착된 금속을 제거한다. 타이타늄(Ti)은 금(Au)의 증착을 위해 시드(seed)층으로 사용되며, 타이타늄(Ti)의 증착 두께는 200Å이고 금(Au)은 500Å의 두께로 증착한다. 그리고, 전극 패드(104)를 제외한 미세히터판(105) 및 미세전극판(106)의 패턴 부분에 열적 스트레스와 감도를 보강하기 위해서 니켈(Ni)을 3∼4㎛ 두께로 도금한다. 이때, 전극 패드(104)의 두께는 700Å이며, 미세히터판(105)의 전극패드(104a, 104c)의 넓이는 60×80㎛2, 미세전극판(106)의 전극패드(104b)의 넓이는 130×20㎛2이다. 그리고, 미세히터판(105), 미세전극판(106)의 패턴의 폭은 20㎛이고, 미세히터판(105), 미세전극판(106) 간의 거리는 10㎛로 설계된다.As shown in FIG. 4 (d), titanium (Ti) and gold (Au) are formed on the pattern portions of the electrode pad 104, the fine heater plate 105, and the fine electrode plate 106 using an E-beam or sputtering equipment. ) And remove the deposited metal other than the pattern in a lift off manner. Titanium (Ti) is used as a seed layer for the deposition of gold (Au), the deposition thickness of titanium (Ti) is 200 Å and gold (Au) is deposited to a thickness of 500 Å. Nickel (Ni) is plated to a thickness of 3 to 4 μm to reinforce thermal stress and sensitivity on the pattern portions of the fine heater plate 105 and the fine electrode plate 106 except for the electrode pad 104. At this time, the thickness of the electrode pad 104 is 700 mm, the width of the electrode pads 104a and 104c of the fine heater plate 105 is 60 × 80 μm 2 , and the width of the electrode pad 104b of the fine electrode plate 106. Is 130 × 20 μm 2 . The widths of the patterns of the fine heater plate 105 and the fine electrode plate 106 are 20 μm, and the distance between the fine heater plate 105 and the fine electrode plate 106 is 10 μm.
도 4(e)에 도시된 바와 같이, 실리콘 미세기둥(102)의 형성을 위해 KOH를 사용하여 습식식각하면, 실리콘 기판(101) 상부면과 하부면이 140∼145㎛ 식각되어진다. 따라서 초기 500㎛의 실리콘 기판의 두께는 210∼220㎛의 두께를 가지게 된다.As shown in FIG. 4E, when the wet etching is performed using KOH to form the silicon micropillar 102, the upper and lower surfaces of the silicon substrate 101 are etched 140 to 145 μm. Therefore, the thickness of the initial silicon substrate of 500㎛ has a thickness of 210 ~ 220㎛.
마지막으로, 도 4(f)에 도시된 바와 같이, 도 4(a) 내지 4(e)까지의 공정으로 제작된 소자에 스크린 프린트 기법으로 감지막(201)을 최종 도포한다. 이때 상기 감지막(201)의 물질은 H2나 CH4와 같은 폭발성 가스, 또는 CO, NOx, NH3, SO2등 유독성 가스에 민감하게 반응하는 물질로서 SnO2, In2O3, ZnO를 사용한다.Finally, as shown in FIG. 4 (f), the sensing film 201 is finally applied to the device fabricated by the process of FIGS. 4 (a) to 4 (e) by screen printing. In this case, the material of the sensing film 201 is a material that reacts sensitively to an explosive gas such as H 2 or CH 4 , or a toxic gas such as CO, NO x , NH 3 , SO 2, and SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO. Use
도 5 및 도 6은 본 발명의 마이크로 가스센서에 있어서 주요 부분인 미세히터판과 미세전극판 및 실리콘 미세기둥을 변형한 다른 실시예를 도시한다.5 and 6 show another embodiment in which the micro heater plate, the micro electrode plate, and the silicon micro pillars, which are main parts of the micro gas sensor of the present invention, are modified.
도 5에 도시된 실시예에 있어서는, 4 개의 실리콘 미세기둥(202a, 202b, 202c, 202d) 위에 브릿지 형태로 굴절 패턴의 미세히터판(205)과 II자형 패턴의 미세전극판(206)이 위치하며, 이 실시예에 있어서는 미세히터판(205)의 상측부를 지지하는 실리콘 미세기둥(202a)이 하나로 구성되는 것이 특징이다. 감지막(201)은 미세히터판(205)과 미세전극판(206)의 상부에 형성되어진다.In the embodiment shown in FIG. 5, the microheater plate 205 of the refractive pattern and the microelectrode plate 206 of the II-shaped pattern are positioned on the four silicon micropillars 202a, 202b, 202c, and 202d in the form of a bridge. In this embodiment, the silicon microcolumns 202a for supporting the upper portion of the microheater plate 205 are characterized by one. The sensing film 201 is formed on the micro heater plate 205 and the micro electrode plate 206.
도 6에 도시된 실시예에 있어서는, 미세히터판(305)이 U자형 패턴인 것을 제외하고는 도 5의 실시예와 동일하다. 미세히터판(305)이 실리콘 미세기둥(302a, 302b, 302d)에 의해 지지되고 미세전극판(306)은 그 전극패드가 실리콘 미세기둥(302c)에 의해 지지된다. 이 실시예에서는 미세히터판(305)과 II자형 패턴의 미세전극판(306)의 상부에 감지막(201)이 형성되어진다.In the embodiment shown in Fig. 6, except that the fine heater plate 305 is a U-shaped pattern is the same as the embodiment of Fig. The fine heater plate 305 is supported by the silicon micropillars 302a, 302b, and 302d, and the electrode pad 306 of the microelectrode plate 306 is supported by the silicon micropillars 302c. In this embodiment, the sensing film 201 is formed on the micro heater plate 305 and the micro electrode plate 306 of the II-shaped pattern.
상기한 바와 같이, 본 발명의 미세기둥 구조를 갖는 마이크로 가스센서의 구조 및 제조방법에 의하면, 최적의 구동으로 빠른 응답속도와 저 소비 전력 및 특정 온도에서 가스를 선택하여 감지할 수 있는 선택성에 관한 성능을 향상시키고, 센서의 수명 연장과 신뢰성 및 양산성을 확보할 수 있다.As described above, according to the structure and manufacturing method of the micro gas sensor having the micropillar structure of the present invention, the optimum response is related to the fast response speed, low power consumption, and selectivity for selecting and detecting gas at a specific temperature. It can improve the performance, prolong the life of the sensor and ensure the reliability and mass production.
이러한 본 발명의 미세기둥 구조를 갖는 마이크로 가스센서는 H2나 CH4와 같은 폭발성 가스, CO, NOx, NH3, SO2등 유독성 가스를 조기에 감지하여 신속히 사고에 대응하고, 습도, 연기, 알코올 및 악취성 가스를 환경적 제어를 통해서 생활의 불편 요소를 사전에 제거하며, 산업, 민생, 환경, 방재, 의료 분야에서 쉽게 적용할 수 있다.The micro gas sensor having a micropillar structure of the present invention detects toxic gases such as H 2 or CH 4 and CO, NO x , NH 3 , and SO 2 at an early stage, and responds to an accident quickly. In addition, alcohol and odorous gases are removed in advance through environmental control and can be easily applied in industrial, public welfare, environment, disaster prevention and medical fields.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, these modifications, changes, etc. should be seen as belonging to the claims. .
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