KR20060127438A - Optical type gas detector - Google Patents

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KR20060127438A KR1020050048422A KR20050048422A KR20060127438A KR 20060127438 A KR20060127438 A KR 20060127438A KR 1020050048422 A KR1020050048422 A KR 1020050048422A KR 20050048422 A KR20050048422 A KR 20050048422A KR 20060127438 A KR20060127438 A KR 20060127438A
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최진하
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김시동
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주식회사 오토전자
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Abstract

An optical type gas detector and a method of fabricating the same are provided to implement a gas cell by using a semiconductor quartz to form an optical reflective layer, thereby compacting structure of the gas detector. An optical type gas detector includes a light emitting part(11), a first silicon substrate(12), a semiconductor gas cell(13), a second silicon substrate(15), an optical filter part(14), and an optical detection part(16). The light emitting part emits a certain wavelength of light. The first silicon substrate has a first pass part in which the light emitting part is installed. The semiconductor gas cell has a space for passing the light, and an optical reflective layer for reflecting the light. The second silicon substrate has a second pass part. The optical filter part is installed between the second silicon substrate and the semiconductor gas cell to pass the certain wavelength of light only. The optical detection part detects light passed through the optical filter part.

Description

광학형 가스 검출 센서{OPTICAL TYPE GAS DETECTOR}Optical gas detection sensor {OPTICAL TYPE GAS DETECTOR}

도 1 은 종래 광학형 가스 검출 센서의 구성을 개략적으로 도시한다.1 schematically shows a configuration of a conventional optical gas detection sensor.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 광학형 가스 검출 센서의 구조를 개략적으로 도시한다.2 schematically illustrates a structure of an optical gas detection sensor according to an embodiment of the present invention.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 가스셀의 구조를 개략적으로 도시한다.3 schematically illustrates a structure of a semiconductor gas cell according to an embodiment of the present invention.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 광학형 가스 검출 센서 제조과정을 도시한다.4 illustrates a process of manufacturing an optical gas detection sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

<도면부호의 간단한 설명><Brief Description of Drawings>

11:발광부 11a:적외선 발광소자 11b:전극패턴11: light emitting part 11a: infrared light emitting element 11b: electrode pattern

12:제1 실리콘 기판 121:제1 관통부12: first silicon substrate 121: first through portion

13:반도체 가스셀 131:공간부 13: Semiconductor gas cell 131: space part

132:인입부 133:인출부132: inlet 133: outlet

14:광 필터부 14: Light filter part

15:제2 실리콘 기판 151:제2 관통부15: second silicon substrate 151: second through portion

16:광 검출부16: light detector

본 발명은 가스 검출 분야에 관한 것으로, 특히 검출할 가스의 특정 파장 흡수 대역의 광원을 가스셀에 방사하여 상기 가스셀 내의 가스의 농도를 측정하는 광학형 가스 검출 센서에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of gas detection, and more particularly, to an optical gas detection sensor that emits a light source having a specific wavelength absorption band of a gas to be detected to a gas cell to measure the concentration of the gas in the gas cell.

일반적으로 대개의 가스들은 적외선 스펙트럼 내에 특정 파장 흡수 대역을 갖는다. 이러한 가스의 특징을 이용하여 가정, 사무실, 지하철 내에 유해한 가스 예를 들어, 이산화탄소(CO2)를 검출하고 검출된 가스의 농도를 측정하고자 비분산 적외선 방식(NDIR)을 이용한 다양한 가스 센서들이 제시되고 있다. In general, most gases have a specific wavelength absorption band in the infrared spectrum. Various gas sensors using non-dispersive infrared methods (NDIR) have been proposed to detect harmful gases such as carbon dioxide (CO 2 ) in homes, offices, subways and measure the concentration of the detected gases using the characteristics of these gases. have.

도 1 은 종래 비분산 적외선 방식(NDIR)을 이용한 광학형 가스 검출 센서의 구성을 개략적으로 도시한다. 도시한 바와 같이, 종래 광학형 가스 검출 센서(200)는 검출하고자 하는 가스가 잘 흡수하는 특정 파장 대역의 광원을 방사하는 적외선 발광소자(210)와, 상기 적외선 발광소자(210)로부터 방사된 적외선이 통과하는 공간부(221)가 형성되는 가스셀(220)과, 광 필터부(230)와, 광 검출부(240)와, 상기 광 검출부(240)로부터 입력되는 검출신호에 따라 가스 농도를 산출하여 출력하는 가스농도 측정회로부(250)를 포함한다. 여기서, 상기 공간부(221) 일측면에는 각각 외기 가스가 인입되는 인입부(223)와 공간부(221) 내의 가스가 외부로 배출되는 인출부(224)가 형성된다. 또한, 종래 광학형 가스 검출 센서(200)는 적외선 발광소자(210)에서 방사되는 적외선이 가스셀(220) 내의 공간부(221)에 존재하는 가스와 보 다 확실하게 충돌되도록 공간부(221)가 밀착되는 가스셀(220) 내측면에 광 반사막(226)이 형성된다. 1 schematically shows the configuration of an optical gas detection sensor using a conventional non-dispersion infrared method (NDIR). As shown, the conventional optical gas detection sensor 200 is an infrared light emitting device 210 for emitting a light source of a specific wavelength band that is well absorbed by the gas to be detected, and the infrared light emitted from the infrared light emitting device 210 The gas concentration is calculated in accordance with the detection signal input from the gas cell 220, the optical filter unit 230, the optical detector unit 240, and the optical detector unit 240 in which the space portion 221 is formed. It includes a gas concentration measuring circuit unit 250 to output. Here, one side of the space portion 221 is formed with an inlet 223 through which the outside air is introduced and an outlet 224 through which the gas in the space 221 is discharged to the outside. In addition, the conventional optical gas detection sensor 200 is a space portion 221 so that the infrared radiation emitted from the infrared light emitting element 210 collides more securely with the gas present in the space portion 221 in the gas cell 220. The light reflection film 226 is formed on the inner surface of the gas cell 220 which is in close contact with the gas cell 220.

그런데, 종래 광학형 가스 검출 센서는 여러가지 부품들을 일일이 조립하여 제조할 수 밖에 없기 때문에 부품 조립시 불량율이 높아 센서 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 종래 광학형 가스 검출 센서는 제조공정이 복잡하고 센서 제조단가가 비싼 문제점이 있다. 나아가, 종래 광학형 가스 검출 센서에서 광 반사막에 의한 광 반사 횟수를 늘리기 위해서는 가스셀의 길이 구조를 크게 할 수 밖에 없기 때문에 센서의 전체적인 크기가 커져 설치공간을 차지하는 부피 또한 커지는 문제점이 있다.However, the conventional optical gas detection sensor has a problem in that the accuracy of the sensor is lowered due to a high defect rate when assembling parts, because only various components can be assembled and manufactured. In addition, the conventional optical gas detection sensor has a problem that the manufacturing process is complicated and the sensor manufacturing cost is expensive. Furthermore, in order to increase the number of light reflections by the light reflecting film in the conventional optical gas detection sensor, the length structure of the gas cell is inevitably increased, thereby increasing the overall size of the sensor, thereby increasing the volume occupying the installation space.

본 발명은 이 같은 배경에서 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 컴팩트하면서도 가스 검출 정밀도가 높은 광학형 가스 검출 센서를 제공하는 것이다. The present invention has been proposed in this background, and an object of the present invention is to provide an optical gas detection sensor which is compact and has high gas detection accuracy.

본 발명의 부가적인 목적은 센서 제조원가가 저가인 광학형 가스 검출 센서를 제공하는 것이다. It is a further object of the present invention to provide an optical gas detection sensor which is inexpensive to manufacture the sensor.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 광학형 가스 검출 센서는, 특정한 파장 대역의 광원을 방사하는 발광부와, 상기 발광부가 설치되는 제1 관통부가 형성되는 제1 실리콘 기판과, 상기 제1 실리콘 기판과 압착되며 상기 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와 상기 공간부 일측면에 각각 외기 가스가 인입되는 인입부 및 상기 공간부 내 가스가 외부로 인출되는 인출부와 외주면 에 상기 공간부를 투과한 광원을 반사하는 광 반사막이 형성되는 반도체 가스셀과, 상기 반도체 가스셀과 압착되며 광 검출기가 설치되는 제2 관통부가 형성되는 제2 실리콘 기판과, 상기 제2 실리콘 기판과 가스셀 사이에 설치되는 광 필터부와, 상기 광 필터부를 통과한 광원을 검출하는 광 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. An optical gas detection sensor according to an aspect of the present invention for achieving the above object, the first silicon substrate is formed with a light emitting portion for emitting a light source of a specific wavelength band, a first through portion provided with the light emitting portion, A space part through which the light source radiated from the light emitting part passes, an inlet part into which outside gas is introduced into one side of the space part, and an outlet part and an outer circumferential surface of which gas is drawn out to the outside A second silicon substrate having a semiconductor gas cell in which a light reflecting film reflecting the light source passing through the space part is formed, a second through-section formed by pressing the light detector and being fitted with the photodetector, and the second silicon substrate and gas An optical filter unit provided between the cells, and a light detection unit for detecting a light source passing through the optical filter unit.

이 같은 양상에 따른 광학형 가스 검출 센서는 웨이퍼(wafer) 및 반도체형 쿼츠(quartz)에 MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술을 적용하여 제조한 부품들로 구현됨으로써, 센서의 제조원가를 낮출 수 있고 한번의 제조공정을 통해 가스 센서를 대량으로 제조할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 광학형 가스 검출 센서는 반도체 가스셀의 공간부 내부에 의한 광 반사와 광 반사막에 의한 광 반사에 의해 공간부 내부에 존재하는 검출 가스와의 충돌 확률을 높일 수 있어 가스 검출을 수 ppm 정도까지 정확하게 측정할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 광학형 가스 검출 센서는 가스 검출 센서의 구조가 컴팩트해지는 장점이 있다. The optical gas detection sensor according to this aspect is realized by using components manufactured by applying MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology to wafer and semiconductor quartz, so that the manufacturing cost of the sensor can be lowered. Through the manufacturing process of the gas sensor can be manufactured in large quantities. In addition, the optical gas detection sensor according to the present invention can increase the probability of collision between the detection gas existing in the space portion by the light reflection by the inside of the space portion of the semiconductor gas cell and the light reflection by the light reflecting film to detect the gas. Can be measured accurately up to several ppm. In addition, the optical gas detection sensor according to the present invention has the advantage that the structure of the gas detection sensor is compact.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 후술하는 실시예를 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and further aspects of the present invention will become apparent from the following examples. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 광학형 가스 검출 센서의 구조를 개략적으로 도시한다. 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 광학형 가스 검출 센서(10)는 발광부(11)와, 제1 실리콘 기판(12)과, 반도체 가스셀(13)과, 광 필터부(14)와, 제 2 실리콘 기판(15)과, 광 검출부(16)를 포함한다. 본 발명의 특징적인 양상에 따라 바람직하게는, 상기 제1 실리콘 기판(12)과, 반도체 가스셀(13)과, 광 필터부(14)와, 제2 실리콘 기판(15)는 모두 반도체 웨이퍼(wafer)로 형성된다. 2 schematically illustrates a structure of an optical gas detection sensor according to an embodiment of the present invention. As shown, the optical gas detection sensor 10 according to the present embodiment includes a light emitting unit 11, a first silicon substrate 12, a semiconductor gas cell 13, an optical filter unit 14, and the like. And a second silicon substrate 15 and a light detector 16. According to a characteristic aspect of the present invention, preferably, the first silicon substrate 12, the semiconductor gas cell 13, the optical filter unit 14, and the second silicon substrate 15 are all semiconductor wafers ( wafer).

발광부(11)는 검출하고자 하는 가스가 잘 흡수하는 특정 파장 대역의 광원을 방사하는 것으로, 일 실시예에 있어서 적외선 발광소자(11a)와, 상기 적외선 발광소자(11a)의 구동을 위한 전류가 통전되는 전극 패턴(11b)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 적외선 발광소자(11a)는 텅스텐, 클로버 등으로 구현된 소자일 수 있다.The light emitting unit 11 emits a light source having a specific wavelength band which is well absorbed by the gas to be detected. In one embodiment, the light emitting unit 11a and a current for driving the infrared light emitting element 11a The electrode pattern 11b which is energized is included. In one embodiment, the infrared light emitting device 11a may be a device implemented with tungsten, clover, or the like.

제1 실리콘 기판(12)에는 상기 발광부(11)가 설치되는 제1 관통부(121)가 형성된다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 관통부(121)는 제1 실리콘 기판(12)에 KOH 또는 TMAH 산용액으로 이방성 식각 처리하여 이방성 다이아프레임 구조, 즉 발광부(11)가 장착된 상부에서 하부로 일정한 각도로 기울어진 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 발광부(11)로부터 방사되는 광원이 실리콘 기판에 반사되거나 흡수되는 등의 영향을 받지 않고 반도체 가스셀(13)로 골고루 입사될 수 있는 것이다. The first through part 121 in which the light emitting part 11 is installed is formed on the first silicon substrate 12. In an exemplary embodiment, the first through part 121 is anisotropically etched with KOH or TMAH acid solution to the first silicon substrate 12 to form an anisotropic diaphragm structure, that is, an upper part of the lower part in which the light emitting part 11 is mounted. It is characterized in that it is formed in a shape inclined at a constant angle. Accordingly, the light source radiated from the light emitting part 11 may be incident evenly into the semiconductor gas cell 13 without being affected by the reflection or absorption of the silicon substrate.

반도체 가스셀(13)은 상기 제1 실리콘 기판(12)과 압착되며 상기 발광부(11)로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부(131)와 상기 공간부(131) 일측면에 각각 외기 가스가 인입되는 인입부(132) 및 상기 공간부(131) 내 가스가 외부로 인출되는 인출부(133)가 형성된다. 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 가스셀(13)은 반도체형 쿼츠(quartz)로 구현되며, 상기 공간부(131)는 반도체형 쿼츠(quartz)에 MEMS 기술 을 사용하여 원통형 혹은 다각형 모양으로 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 반도체 가스셀(13)은 그 외주면에 상기 공간부(131)를 투과한 광원을 반사하는 광 반사막(도시하지 않음)이 형성된다. 이에 따라 본 발명에 따른 반도체 가스셀은 원통형 혹은 다각형 모양의 공간부(131)와 가스셀 외주면에 형성된 광 반사막 구조로 광 반사 횟수를 높여 줌으로써, 가스 검출을 수 ppm 정도까지 정확하게 측정할 수 있는 것이다. 나아가 센서의 크기를 좌우하는 반도체 가스셀(13)의 크기를 최대한 작게 제조할 수 있어 가스 검출 센서의 구조가 컴팩트해지는 것이다. The semiconductor gas cell 13 is compressed to the first silicon substrate 12 and outside air is formed on one side of the space 131 and one side of the space 131 through which the light source radiated from the light emitting unit 11 passes. An inlet 132 to be drawn in and an outlet 133 in which the gas in the space 131 is drawn out are formed. In one embodiment, the semiconductor gas cell 13 is implemented in a semiconductor quartz, the space 131 is formed in a cylindrical or polygonal shape using MEMS technology in the semiconductor quartz (quartz). Can be. In a preferred embodiment, the semiconductor gas cell 13 has a light reflecting film (not shown) reflecting a light source passing through the space portion 131 on its outer circumferential surface. Accordingly, the semiconductor gas cell according to the present invention increases the number of times of light reflection by the cylindrical or polygonal space portion 131 and the light reflecting film structure formed on the outer circumferential surface of the gas cell, so that gas detection can be accurately measured up to several ppm. . Furthermore, the size of the semiconductor gas cell 13 that influences the size of the sensor can be made as small as possible, thereby making the structure of the gas detection sensor compact.

광 필터부(14)는 제2 실리콘 기판(15)과 반도체 가스셀(13) 사이에 설치되어 특정한 파장 대역의 광원만을 통과시킨다. 일 실시예에 있어서, 상기 광 필터부(14)는 광학재료 또는 유리기판에 굴절율이 서로 다른 물질들을 교대로 증착시켜서 사용자가 원하는 파장 대역은 투과시키고 나머지는 반사시키도록 구현된다. The optical filter unit 14 is provided between the second silicon substrate 15 and the semiconductor gas cell 13 to pass only a light source having a specific wavelength band. In one embodiment, the optical filter unit 14 is implemented by alternately depositing materials having different refractive indices on an optical material or a glass substrate to transmit a wavelength band desired by the user and reflect the rest.

제2 실리콘 기판(15)은 광 검출부(16)가 설치되는 제2 관통부(151)가 형성된다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 관통부(151)는 제2 실리콘 기판에 KOH 또는 TMAH 산용액으로 이방성 식각 처리하여 이방성 다이아프레임 구조로 형성될 수 있다. The second silicon substrate 15 is formed with a second through part 151 in which the light detector 16 is installed. In one embodiment, the second through part 151 may be formed in an anisotropic diaphragm structure by anisotropically etching the second silicon substrate with KOH or TMAH acid solution.

광 검출부(16)는 광 필터부(14)를 통과한 광원을 검출한다. 일 실시예에 있어서, 상기 광 검출부(16)는 일반적으로 공지된 써모파일(Thermo pile), 볼로미터(Bolometer), 파이로 전기(Phyro electric) 등으로 구현될 수 있다. The light detector 16 detects a light source that has passed through the light filter 14. In one embodiment, the light detector 16 may be embodied by generally known thermo piles, bolometers, pyro electrics, and the like.

도면에는 도시되지 않았지만 본 발명에 따른 광학형 가스 검출 센서는 상기 광 검출부(16)로부터 입력되는 검출신호에 따라 가스 농도를 산출하여 출력하는 가 스농도 측정부를 일체화하여 포함할 수 있다. Although not shown in the drawings, the optical gas detection sensor according to the present invention may include a gas concentration measurement unit integrally calculating and outputting a gas concentration according to a detection signal input from the light detector 16.

바람직한 실시예에 있어서, 도시한 바와 같이 반도체 가스셀(13)의 공간부(131)와 대응되는 제1, 제2 실리콘 기판(12, 15)의 제1, 제2 관통부(121, 151)는 그 크기가 상기 공간부(131)의 지름보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 발광부(11)로부터 방사되는 광원이 반도체 가스셀(13) 내부로 모두 입사될 수 있는 것이다.In a preferred embodiment, the first and second through parts 121 and 151 of the first and second silicon substrates 12 and 15 corresponding to the space parts 131 of the semiconductor gas cell 13 are illustrated as shown. Is characterized in that the size is formed larger than the diameter of the space 131. Accordingly, all of the light sources emitted from the light emitter 11 may enter the semiconductor gas cell 13.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 가스셀의 구조를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 반도체 가스셀(25)은 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부(251a)와 상기 공간부(251a) 일측면에 외기 가스가 인입되는 인입부(251b)가 형성되는 제1 반도체 가스셀(251)과, 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부(252a)와 상기 공간부(252a) 일측면에 공간부(252a) 내 가스가 외부로 인출되는 인출부(252b)가 형성되는 제2 반도체 가스셀(252)을 포함할 수 있다. 일반적으로 반도체 웨이퍼(wafer)는 크기가 4인치 혹은 8인치이 나아가 16인치가 될 수 있고, 두께는 수 mm 정도이다. 이에 제1,제2 반도체 가스셀(251, 252)을 반도체 웨이퍼(wafer)로 제조하여 센서에 적치(積置)하더라도 본 발명의 광학형 반도체 가스 센서는 여전히 컴팩트한 사이즈를 유지하게 되는 것이다. 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 광학형 가스 검출 센서는 공간부만 형성된 반도체 가스셀을 제1,제2 반도체 가스셀(251, 252) 사이에 적치(積置)하여 제조할 수 있다. 3 schematically illustrates a structure of a semiconductor gas cell according to an embodiment of the present invention. As illustrated, the semiconductor gas cell 25 according to the present exemplary embodiment includes a space part 251 a through which a light source radiated from the light emitting part passes, and an inlet part 251 b through which outside air is introduced into one side of the space part 251 a. Is formed, the first semiconductor gas cell 251 and the space portion 252a through which the light source radiated from the light emitting portion passes, and the withdrawal from which gas in the space portion 252a is drawn out to one side of the space portion 252a It may include a second semiconductor gas cell 252 in which the portion 252b is formed. In general, semiconductor wafers can be 4 inches or 8 inches in size and 16 inches in thickness, and are several millimeters thick. Accordingly, even when the first and second semiconductor gas cells 251 and 252 are manufactured by using a semiconductor wafer and placed in a sensor, the optical semiconductor gas sensor of the present invention still maintains a compact size. In one embodiment, the optical gas detection sensor according to the present invention may be manufactured by placing a semiconductor gas cell having only a space portion between the first and second semiconductor gas cells 251 and 252.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 광학형 가스 검출 센서 제조과정을 도시 한다. 본 실시예에 따른 광학형 가스 검출 센서 제조방법은 발광부가 설치되는 제1 관통부가 형성된 제1 실리콘 기판 웨이퍼와, 상기 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와 상기 공간부 일측면에 각각 외기 가스가 인입되는 인입부 및 상기 공간부 내 가스가 외부로 인출되는 인출부가 형성된 반도체 가스셀 웨이퍼와, 광 필터부 웨이퍼와, 광 검출기가 설치되는 제2 관통부가 형성된 제2 실리콘 기판 웨이퍼를 순차적으로 적치(積置)하는 단계와, 상기 적치(積置)된 웨이퍼들을 압착시키는 단계와, 상기 압착된 웨이퍼들을 절단하는 단계와, 상기 반도체 가스셀 외주면에 광 반사막을 형성하는 단계를 포함한다.4 illustrates a process of manufacturing an optical gas detection sensor according to an exemplary embodiment of the present invention. In the method for manufacturing an optical gas detection sensor according to the present embodiment, a first silicon substrate wafer having a first through part provided with a light emitting part, a space through which a light source radiated from the light emitting part passes, and an outside air are respectively provided on one side of the space. A semiconductor gas cell wafer having a lead-in portion into which gas is drawn in and a lead-out portion from which gas in the space is drawn out to the outside, an optical filter unit wafer, and a second silicon substrate wafer having a second through portion provided with the light detector are sequentially formed Depositing, compressing the stacked wafers, cutting the compressed wafers, and forming a light reflecting film on an outer circumferential surface of the semiconductor gas cell.

일 실시예에 있어서, 각 웨이퍼를 순차적으로 적치(積置)하는 단계는 예컨대, 본드 얼라인너(Bond Aligner)와 같이 웨이퍼-웨이퍼 또는 웨이퍼-유리의 적치가 가능한 장비를 이용하여 제1, 제2 실리콘 기판 웨이퍼의 제1, 제2 관통부와 반도체 가스셀의 공간부가 정확히 정렬되도록 적치(積置)하는 것이다. 일 실시예에 있어서, 각 웨이퍼를 순차적으로 적치(積置)하는 단계는 이방성 식각 처리되어 이방성 다이아프레임 구조로 제1, 제2 관통부가 형성된 제1, 제2 실리콘 기판 웨이퍼를 적치(積置)하는 것이다. 일 실시예에 있어서, 각 웨이퍼를 순차적으로 적치(積置)하는 단계는 상기 반도체 가스셀의 공간부와 대응되는 제1, 제2 관통부의 크기가 상기 공간부의 크기보다 크게 형성된 반도체 가스셀 웨이퍼와 제1, 제2 실리콘 기판 웨이퍼를 적치(積置)하는 것이다. 일 실시예에 있어서, 각 웨이퍼를 순차적으로 적치(積置)하는 단계는 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와 상기 공간부 일측면에 외기 가스가 인입되는 인입부가 형성된 제1 반도체 가스셀 웨이퍼 와, 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와 상기 공간부 일측면에 공간부 내 가스가 외부로 인출되는 인출부가 형성된 제2 반도체 가스셀 웨이퍼를 적치(積置)하는 것이다.In one embodiment, the step of sequentially stacking each wafer may be performed using a device capable of stacking a wafer-wafer or wafer-glass, for example, a bond aligner. The first and second penetrating portions of the silicon substrate wafer and the space portions of the semiconductor gas cells are stacked so that they are aligned correctly. In one embodiment, the step of sequentially depositing each wafer is anisotropically etched to deposit the first and second silicon substrate wafers having the first and second through-holes formed in an anisotropic diaphragm structure. It is. In one embodiment, the step of sequentially depositing each wafer may include a semiconductor gas cell wafer having a size of the first and second through portions corresponding to the space portion of the semiconductor gas cell being larger than the size of the space portion; The first and second silicon substrate wafers are stacked. In one embodiment, the step of sequentially depositing each wafer may include a first semiconductor gas cell in which a space through which a light source radiated from the light emitter passes and a lead in which outside air is introduced into one side of the space are formed. The wafer, the space portion through which the light source radiated from the light emitting portion passes, and the second semiconductor gas cell wafer are formed on one side of the space portion, the lead portion in which gas in the space portion is drawn out.

상기 적치(積置)된 웨이퍼들을 압착시키는 단계는 일 실시예에 있어서, 일반적으로 공지된 열압착(thermocompression bonding) 또는 초음파 접착(ultrasonic bonding) 방식이 사용된다. 상기 압착된 웨이퍼들을 절단하는 단계는 일반적으로 공지된 반도체 웨이퍼(wafer)를 절단하는 절단기를 사용하여 절단한다. 상기 반도체 가스셀 외주면에 광 반사막을 형성하는 단계는 일 실시예에 있어서, 알루미늄 (Aluminum), 금(Gold), 그 밖에 다른 금속 재료와 같이 반사가 잘 되는 금속을 이용하여 도금이나 스프레이 방법을 이용하여 광 반사막을 형성할 수 있다. In the compressing of the stacked wafers, in one embodiment, generally known thermocompression bonding or ultrasonic bonding is used. Cutting the compacted wafers is generally cut using a cutter that cuts known semiconductor wafers. The forming of the light reflection film on the outer circumferential surface of the semiconductor gas cell may be performed by plating or spraying using a metal that is well reflected, such as aluminum, gold, and other metal materials. The light reflecting film can be formed.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광학형 가스 검출 센서는 웨이퍼(wafer) 및 반도체형 쿼츠(quartz)에 MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술을 적용하여 제조한 부품들로 구현됨으로써, 가스 검출을 수 ppm 정도까지 정확하게 측정할 수 있는 유용한 효과가 있다. As described above, the optical gas detection sensor according to the present invention is implemented with components manufactured by applying MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology to wafers and semiconductor quartz, so that gas detection can be performed by several ppm. There is a useful effect that can be accurately measured to the extent.

또한, 본 발명에 따른 광학형 가스 검출 센서는 광 반사막에 의한 광 반사 횟수를 늘리기 위해 가스셀을 반도체형 쿼츠(quartz)로 구현하고, 그 외주면에 가스셀의 공간부를 투과한 광원을 반사하는 광 반사막을 형성함으로써, 광학형 가스 검출 센서의 구조가 컴팩트해지는 장점이 있다. In addition, the optical gas detection sensor according to the present invention implements a gas cell in a semiconductor quartz (quartz) to increase the number of times the light reflection by the light reflection film, the light reflecting the light source transmitted through the space portion of the gas cell on the outer peripheral surface By forming the reflecting film, there is an advantage that the structure of the optical gas detection sensor becomes compact.

또한, 본 발명에 따른 광학형 가스 검출 센서는 비교적 저가의 웨이퍼 (wafer) 및 반도체형 쿼츠(quartz)를 재료로 제조되기에 센서의 제조원가를 낮출 수 있는 유용한 효과가 있다. In addition, the optical gas detection sensor according to the present invention has a useful effect of lowering the manufacturing cost of the sensor because it is made of a relatively low-cost wafer and semiconductor quartz (quartz) material.

또한, 본 발명에 따른 광학형 가스 검출 센서는 이방성 식각 처리와 MEMS기술을 통해 각 센서 구성들이 형성된 웨이퍼(wafer) 및 반도체형 쿼츠(quartz)들을 적치(積置), 압착, 절단 및 광 반사막 형성하는 간단한 작업으로 완성됨으로써, 제조공정이 간단해지고 웨이퍼(wafer) 수준에서 센서를 제조하기에 센서의 대량생산이 가능한 유용한 효과가 있다. In addition, the optical gas detection sensor according to the present invention, by the anisotropic etching process and MEMS technology, the wafer (wafer) and semiconductor quartz (quartz) formed each sensor configuration is deposited, pressed, cut and formed a light reflecting film By completing a simple operation, the manufacturing process is simplified, and there is a useful effect that the mass production of the sensor is possible for manufacturing the sensor at the wafer level.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다라는 것은 명백하다. 따라서, 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, it should be interpreted by the claims described to include many such variations.

Claims (9)

특정한 파장 대역의 광원을 방사하는 발광부와; A light emitting unit emitting a light source having a specific wavelength band; 상기 발광부가 설치되는 제1 관통부가 형성되는 제1 실리콘 기판과; A first silicon substrate having a first through part provided with the light emitting part; 상기 제1 실리콘 기판 하부에 위치되며 상기 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와, 상기 공간부 일측면에 각각 외기 가스가 인입되는 인입부 및 상기 공간부 내 가스가 외부로 인출되는 인출부와, 외주면에 상기 공간부를 투과한 광원을 반사하는 광 반사막이 형성되는 반도체 가스셀과;Located in the lower portion of the first silicon substrate, a space portion through which the light source radiated from the light emitting portion passes, a lead portion into which outside air is introduced into one side of the space portion, and a lead portion drawn out of the gas in the space portion And a semiconductor gas cell formed on an outer circumferential surface thereof, the light reflecting film reflecting a light source passing through the space part; 상기 반도체 가스셀 하부에 위치되며 광 검출기가 설치되는 제2 관통부가 형성되는 제2 실리콘 기판과; A second silicon substrate positioned below the semiconductor gas cell and having a second through part formed therein, the photo detector being installed; 상기 제2 실리콘 기판과 반도체 가스셀 사이에 설치되어 특정한 파장 대역의 광원만을 통과시키는 광 필터부와;An optical filter unit disposed between the second silicon substrate and the semiconductor gas cell to allow only a light source having a specific wavelength band to pass therethrough; 상기 광 필터부를 통과한 광원을 검출하는 광 검출부; A light detector detecting a light source passing through the light filter; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학형 가스 검출 센서.Optical gas detection sensor comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 제1, 제2 관통부는 각각 제1, 제2 실리콘 기판에 이방성 식각 처리하여 이방성 다이아프레임 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학형 가스 검출 센서.The optical gas detection sensor of claim 1, wherein the first and second through-holes are anisotropically etched on the first and second silicon substrates to form an anisotropic diaphragm structure. 제 2 항에 있어서, 상기 반도체 가스셀의 공간부와 대응되는 제1, 제2 실리 콘 기판의 제1, 제2 관통부는 그 크기가 상기 공간부의 지름보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 광학형 가스 검출 센서.3. The optical gas of claim 2, wherein the first and second through parts of the first and second silicon substrates corresponding to the space parts of the semiconductor gas cell are larger than the diameter of the space part. Detection sensor. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서, 상기 반도체 가스셀이 :The method of claim 1, wherein the semiconductor gas cell comprises: 상기 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와, 상기 공간부 일측면에 외기 가스가 인입되는 인입부가 형성되는 제1 반도체 가스셀과;A first semiconductor gas cell having a space portion through which the light source radiated from the light emitting portion passes, and an inlet portion through which outside air is introduced into one side of the space portion; 상기 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와, 상기 공간부 일측면에 공간부 내 가스가 외부로 인출되는 인출부가 형성되는 제2 반도체 가스셀;A second semiconductor gas cell having a space portion through which the light source radiated from the light emitting portion passes and a withdrawal portion through which gas in the space portion is drawn out to one side of the space portion; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학형 가스 검출 센서.Optical gas detection sensor comprising a. 제 4 항에 있어서, 상기 광학형 가스 검출 센서가 :The method of claim 4, wherein the optical gas detection sensor is: 상기 광 검출부로부터 입력되는 검출신호에 따라 가스 농도를 산출하여 출력하는 가스농도 측정부;A gas concentration measuring unit for calculating and outputting a gas concentration according to a detection signal input from the light detector; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학형 가스 검출 센서.Optical gas detection sensor further comprises. 광학형 가스 검출 센서 제조방법에 있어서, 상기 방법이 :In the optical gas detection sensor manufacturing method, the method is: a)발광부가 설치되는 제1 관통부가 형성된 제1 실리콘 기판 웨이퍼와, 상기 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와 상기 공간부 일측면에 각각 외기 가스가 인입되는 인입부 및 상기 공간부 내 가스가 외부로 인출되는 인출부가 형성된 반도체 가스셀 웨이퍼와, 광 필터부 웨이퍼와, 광 검출기가 설치되는 제2 관통 부가 형성된 제2 실리콘 기판 웨이퍼를 순차적으로 적치(積置)하는 단계와;a) a first silicon substrate wafer having a first through portion provided with a light emitting portion, a space through which a light source radiated from the light emitting portion passes, and an inlet portion into which outside gas is introduced into one side of the space portion, and in the space portion Sequentially depositing a semiconductor gas cell wafer having a lead-out portion through which gas is drawn out, an optical filter unit wafer, and a second silicon substrate wafer on which a second penetration portion in which a photo detector is provided is formed; b)상기 적치(積置)된 웨이퍼들을 압착하는 단계와;b) pressing the stacked wafers; c)상기 압착된 웨이퍼들을 절단하는 단계와;c) cutting the compressed wafers; d)상기 반도체 가스셀 외주면에 광 반사막을 형성하는 단계;d) forming a light reflection film on an outer circumferential surface of the semiconductor gas cell; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학형 가스 검출 센서 제조방법.Optical gas detection sensor manufacturing method comprising a. 제 6 항에 있어서, 상기 a) 단계가:The method of claim 6, wherein step a) comprises: 이방성 식각 처리되어 이방성 다이아프레임 구조로 제1, 제2 관통부가 형성된 제1, 제2 실리콘 기판 웨이퍼를 적치(積置)하는 단계인 것을 특징으로 하는 광학형 가스 검출 센서 제조방법.And depositing the first and second silicon substrate wafers having the first and second through portions formed by the anisotropic etching process to form an anisotropic diaphragm structure. 제 7 항에 있어서, 상기 a) 단계가:8. The method of claim 7, wherein step a) comprises: 상기 반도체 가스셀의 공간부와 대응되는 제1, 제2 관통부의 크기가 상기 공간부의 크기보다 크게 형성된 반도체 가스셀 웨이퍼와 제1, 제2 실리콘 기판 웨이퍼를 적치(積置)하는 단계인 것을 특징으로 하는 광학형 가스 검출 센서 제조방법.And stacking the semiconductor gas cell wafer and the first and second silicon substrate wafers having the size of the first and second through portions corresponding to the space portion of the semiconductor gas cell being larger than the size of the space portion. An optical gas detection sensor manufacturing method. 제 6 항 내지 제 8 항에 있어서, 상기 a) 단계가:The method of claim 6, wherein step a) comprises: 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와 상기 공간부 일측면에 외기 가스가 인입되는 인입부가 형성된 제1 반도체 가스셀 웨이퍼와, 발광부로부터 방사된 광원이 통과하는 공간부와 상기 공간부 일측면에 공간부 내 가스가 외부로 인출 되는 인출부가 형성된 제2 반도체 가스셀 웨이퍼를 적치(積置)하는 단계인 것을 특징으로 하는 광학형 가스 검출 센서 제조방법.A first semiconductor gas cell wafer having a space portion through which a light source radiated from the light emitting portion passes and a lead portion into which outside air is introduced into one side of the space portion, a space portion through which the light source radiated from the light emitting portion passes, and the space portion And depositing a second semiconductor gas cell wafer having a lead-out portion in which gas in the space portion is drawn out to the side.
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