KR20080071481A - 가스 감지기 - Google Patents
가스 감지기 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20080071481A KR20080071481A KR1020070130954A KR20070130954A KR20080071481A KR 20080071481 A KR20080071481 A KR 20080071481A KR 1020070130954 A KR1020070130954 A KR 1020070130954A KR 20070130954 A KR20070130954 A KR 20070130954A KR 20080071481 A KR20080071481 A KR 20080071481A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gas
- layer
- gas sensing
- substrate
- sensing layer
- Prior art date
Links
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 291
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims abstract description 117
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 97
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 165
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 30
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 20
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 8
- 239000000470 constituent Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 321
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 37
- 239000002585 base Substances 0.000 description 31
- 239000010408 film Substances 0.000 description 29
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 24
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 17
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 15
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 12
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 12
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001038 basic metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 5
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 4
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 4
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N Methanethiol Chemical compound SC LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- -1 ammonium ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N dichlorosilicon Chemical compound Cl[Si]Cl BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQOXQRCZOLPYPM-UHFFFAOYSA-N dimethyl disulfide Chemical compound CSSC WQOXQRCZOLPYPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N trimethylamine Chemical compound CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- CVNKFOIOZXAFBO-UHFFFAOYSA-J tin(4+);tetrahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Sn+4] CVNKFOIOZXAFBO-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/128—Microapparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4141—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
가스 감지기가, 기판, 기판에 형성되고 피검출 가스 혼합물에서의 특정 가스 성분의 농도 변화에 따라 전기적 특성이 변하는 금속 산화물 반도체를 주요한 구성요소로서 함유하는 가스 감지층, 기판에 배치되고 가스 감지층과 접하는 절연 접착층, 및 가스 감지층의 전기적 특성의 변화를 검출하기 위해 기판에 제공된 검출 전극을 포함하고, 가스 감지층과 대면하는 쪽의 검출 전극의 표면이 가스 감지층과 인접 결합하고 있다.
가스, 감지, 반도체, 산화물, 전극, 검출, 전기, 농도, 성분
Description
본 발명은 금속 산화물 반도체(metal-oxide semiconductor)를 주요한 구성요소로서 포함하는 가스 감지층(gas-sensitive layer)을 갖는 가스 감지기(gas sensor)에 관한 것이다.
백금(Pt) 등과 같은 귀금속을 주석 산화물(Sn02) 등과 같은 금속 산화물 반도체 상에 촉매로서 지지하도록 되어 있고 피검출 가스(gas to be detected)의 변화에 따라 변화하는 반도체의 전기적 특성(예를 들어, 저항)을 이용하여 피검출 가스의 농도를 검출할 수 있는 가스 감지기가 알려져 있다. 그러한 가스 감지기의 가스 감지층은 미심사 일본 특허 공개공보 63-279150호에 개시된 바와 같이 그 제조 과정에서 금속 산화물 반도체 분말을 귀금속 원소를 함유하는 용액 속에 담금으로써 금속 산화물 반도체의 표면에 귀금속을 흩어진 채로 지지한다.
한편, 염기성 금속 산화물을 금속 산화물 반도체 상에 촉매로서 지지하는 가스 감지층이 이용되는 경우에는, 심사된 일본 특허 공개공보 6-27719호에 개시된 바와 같이 황화수소 및 메르캅탄(mercaptan) 등에 의해 유발되는 것으로 여겨지는 다양한 냄새(특히, 악취)에 대한 고도의 가스 민감도를 나타낸다고 알려져 있다. 그러나, 염기성 금속 산화물은 고도의 전기적 저항을 가지므로, 각각의 반도체 입자가 미심사 일본 특허 공개공보 63-279150호에 개시된 바와 같이 염기성 금속 산화물을 촉매로서 지지하는 경우에, 가스 감지층 자체의 전기적 저항이 가스 감지기의 회로 설계에 곤란을 유발할 정도로 높아지게 된다. 그래서, 심사된 일본 특허 공개공보 5-51096호에 개시된 바와 같이, 금속 산화물 반도체 분말로 형성된 가스 감지층을 신터링(sintering)한 후, 신터링된 바디(body)(가스 감지층)의 표면에 염기성 금속 산화물을 지지함으로써, 가스 감지층의 전기적 저항의 증가가 억제될 수 있다.
다른 한편, 가스 감지기의 그러한 가스 감지층은 상온에서는 피검출 가스에 반응하지 않고 가열을 통해 예를 들어 200℃ 내지 400℃로 승온되었을 때만 반응하므로, 가열 저항기를 가스 감지층이 형성되어 있는 반도체 기판 등의 내부에 배치하는 것이 일반적 관행이다. 그러나, 가열 저항기를 이용함으로써 가스 감지기가 고온에서 구동되는 경우에, 가스 감지층과 기판 사이의 열팽창 차이로 인해 그 사이의 계면에서 분리가 일어날 가능성이 있다. 그래서, 높은 신뢰성을 얻기 위해서는, 그러한 가스 감지기는 당연히 가스 감지층과 기판 사이의 기계적 접착 강도를 증가시킬 필요가 있다. 가스 감지층과 기판 사이의 접착층을 형성하기 위한 다양한 제안이 이루어져 있다. 예를 들어, 미심사 일본 특허 공개공보 2001-91486호에 개시된 바와 같은 열팽창을 완화하기 위해 박막(thin film) 저항기인 백금(Pt) 가열기와 그 기부 절연막(basis insulating film) 사이에 하프늄 산화물 층이 형성되 어 있는 열적 감지기, 및 기판 상에 형성된 전극 층이 그 표면 영역을 증가시키기 위한 기복(undulation)들로 형성되어 있고, 또한 미심사 일본 특허 공개공보 9-33470호에 개시된 바와 같이 전기적 도전성을 갖고 연속적으로 변하는 물성을 갖는 기능적으로 경사진 재료가 전극 층과 가스 감지층 사이에 그들간의 열팽창 계수 차이를 완화하기 위한 중간층으로서 끼어 있는 가스 감지기가 제안되어 있다.
미심사 일본 특허 공개공보 2001-91486호에 의해 제안된 열적 감지기는 큰 접촉 영역을 갖는 박막들 사이의 접착 강도를 증가시키기 위해서는 효율적이지만, 후막(thick-film) 가스 감지층과 기판 사이의 접촉 영역은 작으므로 그 사이의 접착 강도를 증가시키기 위해서는 효율적이지 못하다. 또한, 미심사 일본 특허 공개공보 9-33470호에 의해 제안된 가스 감지기는 전극 층의 표면에 기복들을 형성하고 전극 표면 상에 도전성 중간층을 배치함으로써 가스 감지층과 기판 사이에 필요한 접착을 얻을 수 있지만, 검출 전극(detecting electrode)과 가스 감지층 사이의 계면에서 피검출 가스의 반응이 일어나므로 전극 층과 가스 감지층 사이에 형성되어 있고 가스 감지층과 물성이 다른 중간층에 의해 가스 민감도에 악영향이 유발될 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 접착층을 이용함으로써 기판으로부터 가스 감지층이 박리되는 것을 방지하고 가스 민감도에 악영향을 유발함이 없이 가스 농도의 변화를 정확하게 검출할 수 있는 가스 감지기를 제공하려는 것이다.
위 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 양태에 따라, 기판, 기판 상에 형성되고 피검출 가스에서의 특정 가스의 농도 변화에 따라 전기적 특성들이 변하는 금속 산화물 반도체를 주요한 구성요소로서 포함하는 가스 감지층, 기판 상에 제공되어 가스 감지층과 접하고 있는 절연 접착층, 및 가스 감지층의 전기적 특성들의 변화를 검출하기 위해 기판 상에 제공된 검출 전극를 포함하는 가스 감지기가 제공되며, 가스 감지층과 대면하는 쪽의 검출 전극의 표면의 전부가 가스 감지층과 인접 결합(abuttingly engaged)되어 있다.
본 발명의 제2 양태에 따라, 기판과 대면하는 쪽의 검출 전극의 표면은 기판과 인접 결합되어 있다.
본 발명의 제3 양태에 따라, 검출 전극이 접착층과 가스 감지층 사이에 배치되고, 접착층과 대면하는 쪽의 검출 전극의 표면은 접착층과 인접 결합되어 있는 가스 감지기가 제공된다.
본 발명의 제4 양태에 따라, 기판, 기판 상에 형성되고 피검출 가스에서의 특정 가스의 농도 변화에 따라 전기적 특성들이 변하는 금속 산화물 반도체를 주요한 구성요소로서 포함하는 가스 감지층, 기판 상에 제공되어 가스 감지층과 접하고 있는 절연 접착층, 및 가스 감지층의 전기적 특성들의 변화를 검출하기 위해 기판 상에 제공된 검출 전극을 포함하는 가스 감지기가 제공되며, 검출 전극이 접착층과 가스 감지층 사이에 배치되고, 접착층과 대면하는 쪽의 검출 전극의 표면은 검출 전극 및 가스 감지층과 대면하는 쪽의 접착층의 편평하지 않은 제1 표면과 인접 결합되어 있으며, 가스 감지층과 대면하는 쪽의 검출 전극의 표면은 편평하지 않은 제2 표면을 포함하고 가스 감지층과 전부 인접 결합되어 있다.
본 발명의 제5 양태에 따라, 기판상의 가스 감지층과 접착층 사이의 접촉 표면의 돌출 영역이 기판상의 접착층 및 검출 전극과의 가스 감지층의 접촉 표면의 돌출 영역의 50% 이상인 가스 감지기가 제공된다.
본 발명의 제6 양태에 따라, 기판이 두께 방향으로 관통하여 연장되는 개구부(opening portion)가 형성된 반도체 베이스 플레이트, 반도체 베이스 플레이트 상에 형성되어 개구부에 대응하는 위치에 있는 격벽부를 갖는 절연층들, 절연층들의 격벽부 상에 형성된 가열 저항기, 및 가열 저항기를 덮도록 절연층 상에 형성된 보호층을 포함하고, 검출 전극, 접착층 및 가스 감지층이 기판의 보호층 상에 형성된 가스 감지기가 제공된다.
본 발명의 제7 양태에 따라, 한 쌍의 검출 전극들이 제공되고, 접착층이 한 쌍의 검출 전극들 사이의 영역에 형성된 가스 감지기가 제공된다.
금속 산화물 반도체를 포함하는 가스 감지층을 주요한 구성요소로서 갖는 가스 감지기에서, 검출 전극과 가스 감지층 사이의 계면에서 일어나는 가스 반응은 가스 검출에 대해 비교적 큰 영향력을 가지므로 계면에 도전성 재료(다시 말해서, 가스 활성 재료(gas-active material))를 배치하지 않는 것이 바람직하다. 다른 한편, 절연 재료로 이루어진 접착층이 기판 및 기판 상에 제공된 검출 전극 상에 형성되면, 가스 감지층과 검출 전극 사이의 전기적 접속이 얻어질 수 없다. 그래서, 본 발명의 제1 양태에 따른 가스 감지기에서, 가스 감지층과 대면하는 쪽의 검출 전극의 표면의 전부는 가스 감지층과 인접 결합하게 되고, 접착층은 가스 감지층의 전기적 도전성에 영향력을 갖지 않는 절연 재료로 형성된다. 이에 의해, 기판과 가스 감지층 사이의 접착이 효율적으로 증가되고 특정 가스에 대한 양호한 가스 민감도를 얻을 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 가스 감지기의 경우에, 가스 감지층으로 흐르게 되는 전류 또는 거기에 인가되는 전압이 더 작아지거나 또는 낮아질지라도 특정 가스의 농도 변화가 충분히 검출될 수 있으며, 가스 감지기의 회로가 용이하게 설계되거나 또는 저가로 제조될 수 있는 2차 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명의 제2 양태에 따른 가스 감지기에 의해, 검출 전극은 기판 및 가스 감지층 모두와 인접 결합되도록 구성되어 검출 전극이 접착층을 덮지는 않지만 접착층과 동일한 레벨에 있게 형성되게 한다. 이에 의해, 본 발명의 제1 양태에 따른 효과를 얻으면서도, 검출 전극이 접착층을 덮도록 제공되고 가스 감지층은 검출 전극과 접하도록 형성되는 경우에 비해 접착층 형성 양을 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제3 양태에 따른 가스 감지기에 의해, 검출 전극의 기판 쪽 표면은 접착층과 인접 결합되며, 그럼으로써 본 발명의 제1 양태에 의한 효과 외에, 가스 감지층과 기판 사이의 접착뿐만 아니라, 검출 전극과 기판 사이의 접착도 얻어지게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제4 양태에 따른 가스 감지기에 의해, 검출 전극의 기판 쪽 표면은 접착층과 인접 결합되며, 그럼으로써 가스 검출 전극과 기판 사이의 접착뿐만 아니라, 검출 전극과 기판 사이의 접착도 얻어지게 할 수 있다. 가스 감지기는 가스 감지층과 대면하는 쪽의 검출 전극의 표면이 모두 가스 감지층과 인접 결합되고, 접착층은 가스 감지층의 전기 전도에 영향을 유발하지 않는 절연 재료로 형성되도록 구성되기도 한다. 이에 의해, 종래 기술에 의해 실현될 수 없었던 효과, 즉 기판과 가스 감지층 사이의 접착을 더 강하게 하면서 특정 가스에 대한 양호한 가스 민감도가 얻어질 수 있다. 또한, 검출 전극은 가스 감지층에 대면하는 쪽에 제2 기복화 표면(undulated surface)을 갖고, 가스 감지층은 검출 전극과 대면하는 쪽에 검출 전극의 제2 기복화 표면의 기복에 알맞은 기복이 있는 표면을 갖는다. 이런 이유로, 검출 전극과 가스 감지층 사이의 인접 결합(abutting engagement)을 위한 표면 영역이 그 인접 결합 표면이 편평한 경우에 비해 증가되며, 그러므로 검출 전극과 가스 감지층 사이의 접착이 제2 기복화 표면의 앵커 효과(anchor effect)에 의해 더 개선될 수 있다. 또한, 검출 전극의 기판 쪽 표면은 접착층의 제1 기복화 표면의 기복들에 알맞도록 기복되어 있다. 제1 기복화 표면의 앵커 효과에 의해 검출 전극과 기판 사이의 접착뿐만 아니라, 가스 감지층과 기판 사이의 접착도 확실할 수 있도록 검출 전극은 그 기복화 표면이 접착층의 제1 기복화 표면과 인접 결합된다. 또한, 본 발명의 가스 감지기는 가스 감지층으로 흐르게 되는 전류 또는 거기에 가해진 전압이 더 작아질지라도 특정 가스의 농도 변화를 충분히 검출할 수 있고, 가스 감지기를 위한 회로 설계가 저비용으로 수월하게 이루어질 수 있는 부차적인 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명의 제5 양태에 따른 가스 감지기에 의해, 본 발명의 제1 내지 제4 양태들에 의해 생성되는 효과들 중 하나에 더하여, 가스 감지층과 접착층 사이의 접촉 표면의 돌출 영역(projected area)(이하, “제1 돌출 영역”이라고 지칭됨)이 접착층 및 검출 전극과의 가스 감지층의 접촉 표면의 돌출 영역(이하, “제2 돌출 영역”이라고 지칭됨)의 50%와 동등하거나 또는 초과한다. 제1 돌출 영역은 가스 감지층과 접착층 사이의 접촉 영역과 포지티브 관계(positive relationship)를 갖고, 그 접촉 영역의 실제적인 측정이 어렵다. 마찬가지로, 제2 돌출 영역은 접착층 및 검출 전극과의 가스 감지층의 접촉 영역과 포지티브 관계를 갖고, 그 접 촉 영역의 실제적인 측정이 어렵다. 따라서, 전술한 구조에 의해, 기판과 가스 감지층 사이의 접착이 더 확실하게 얻어질 수 있다. 또한, 제1 돌출 영역이 제2 돌출 영역의 50%와 동등하거나 또는 초과하는 구조에 의해, 제2 돌출 영역에 대한 가스 감지층과 검출 전극 사이의 접촉 표면의 돌출 영역(이하, “제3 돌출 영역”이라고 지칭됨)의 비율이 억제될 수 있다. 제3 돌출 영역은 가스 감지층과 검출 전극 사이의 접촉 영역과 포지티브 관계를 가지며, 그 접촉 영역의 실제적인 측정이 어렵다. 즉, 본 발명에 따르면, 촉매로서 작용하는 검출 전극과 가스 감지층 사이의 접촉 영역이 억제된다. 이런 이유로, 검출 전극은 피검출 가스 혼합물에서 특정한 표적 가스가 아닌 비표적 가스들로 인한 가스 감지층의 전기적 특성들의 변화를 검출하기가 어렵고, 따라서, 특정 가스의 농도 변화가 만족스럽게 검출될 수 있는 부차적인 효과를 얻을 수 있다. 한편, 제2 돌출 영역은 가스 감지층 쪽으로부터 기판상의 접착층과 가스 감지층 사이의 접촉 표면의 돌출 영역 및 가스 감지층 쪽으로부터 기판상의 검출 전극과 가스 감지층 사이의 접촉 표면의 돌출 영역으로 이루어져 있으므로, 제1 돌출 영역 및 제3 돌출 영역은 제2 돌출 영역을 만든다.
본 발명의 제6 양태에 따른 가스 감지기에 의해, 본 발명의 제1 내지 제5 양태들에 의해 생성된 효과들 중 하나에 더하여, 가열 저항기에 대면하도록 보호층 상에 가스 감지층이 형성된다. 가열 저항기는 반도체 베이스 플레이트에 형성된 개구에 대해 위치적으로 대응하도록 형성되며, 그럼으로써 가스 감지층을 효율적으로 가열하고 활성화할 수 있고, 따라서 가스 감지층이 특정 가스의 농도 변화를 만족스럽게 검출할 수 있게 한다.
도 1 내지 5를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지기가 설명될 것이다. 한편, 도 2에서의 상하 방향이 가스 감지기의 수직 방향으로 간주되고, 도 1 내지 5에서의 좌우 방향이 감지기의 좌우 방향으로 간주된다.
가스 감지기(1)는 도 1에 보이듯이 평면도에서 길이 2.6㎜ 및 폭 2㎜의 직사각형이며, 도 2에 보이듯이 실리콘 또는 반도체 베이스 플레이트(2)의 상면에 절연층(3)이 형성되고, 접착층(7) 및 가스 감지층(4)은 절연층(3)의 상면에 형성되지만, 가열 저항기(5)는 절연층(3)의 내부에 매립되게 구성된다. 가스 감지층(4)은 가스 혼합물에서의 특정 가스 성분에 응답하여 저항 값이 변하는 성질을 갖는다. 이와 관련하여, 가스 감지기(1)에는 0.2wt%의 산화칼슘을 함유하는 이산화주석으로 된 가스 감지층(4)이 촉매로서 제공되어 암모니아(NH3), 황화수소(H2S), 이황화메틸((CH3)2S2), 메틸 메르캅탄(CH3SH) 및 트리메틸아민((CH3)3N) 등과 같은 특정 가스 성분을 검출하기에 적합하다. 한편, 여기에서 사용되는 “검출하다”라는 용어는 특정 가스 성분이 피검출 가스 혼합물에 존재하는지를 검출할 뿐만 아니라 특정 가스 성분의 농도 변화를 검출하는 것을 포괄할 것을 의도한다. 또한, 실리콘 베이스 플레이트(2)는 본 발명을 정의하기 위해 사용된 “반도체 베이스 플레이트”에 대응하는 것이며, 실리콘 베이스 플레이트(2)의 조립체, 절연 다층 필름(3) 및 절연 다층 필름(230)은 본 발명을 정의하기 위해 사용된 “기판”에 대응한다. 이하, 가스 감지기(1)의 구조가 설명될 것이다.
실리콘 베이스 플레이트(2)는 일반적으로 실리콘으로 이루어지고 정해진 두께를 갖는 편평한 또는 평평한 판의 형태이다. 또한, 도 2에 보이듯이, 실리콘 베이스 플레이트(2)는 두께 방향으로 관통하여 연장되는 개구부(21)가 형성되도록 부분적으로 제거된다. 절연 다층 필름(230)도 절연층(31)이 부분적으로 노출되어 격벽부(39)로서 작용하도록 부분적으로 제거된다. 즉, 가스 감지기(1)에서, 개구부(21)를 갖는 실리콘 베이스 플레이트(2), 절연 다층 필름(3) 및 절연 다층 필름(230)은 다이어프램(diaphragm) 구조를 갖는 기판(15)을 이룬다. 개구부(21)는 평면도에서 볼 때 절연층(33 및 34) 내에 매립된 가열 저항기(5)에 대해 위치적으로 대응하도록 형성된다.
절연 다층 필름(3)은 전술한 절연층(31), 절연층(32), 전술한 절연층(33, 34)들 및 실리콘 베이스 플레이트(2)의 상면에 형성되어 있는 보호층(35)으로 이루어진다. 실리콘 베이스 플레이트(2) 상에 형성된 절연층(31)은 정해진 두께를 갖고 하면이 실리콘 베이스 플레이트(2)의 개구부(21)에 대해 부분적으로 노출된 실리콘 옥사이드(Si02) 필름이다. 또한, 절연층(31)의 상면에 형성된 절연층(32)은 실리콘 니트라이드(Si3N4) 필름이고, 절연층(32)의 상면에 형성된 절연층(33)은 실리콘 옥사이드(Si02) 필름이다. 절연층(33)의 상면에는 전술한 가열 저항기(5), 가열 저항기(5)에 전류를 공급하기 위한 리드부(12)들 및 절연층(34)이 형성되어 있다. 절연층(34)은 정해진 두께를 갖는 실리콘 옥사이드(Si02) 필름이다. 절연 층(34)의 상면에는 정해진 두께를 갖는 실리콘 니트라이드(Si3N4) 필름으로 된 보호층(35)이 형성되어 있다. 보호층(35)은 가열 층(5) 및 가열 층(5)에 전류를 공급하는 리드부(12)들을 덮도록 배치됨으로써 그것들이 오염 및 손상되는 것을 방지한다.
실리콘 베이스 플레이트(2)의 하면에 형성된 절연층(231)은 정해진 두께를 갖는 실리콘 옥사이드(SiO2) 필름이며, 절연층(231)의 하면에 형성된 절연층(232)은 정해진 두께를 갖는 실리콘 니트라이드(Si3N4) 필름이다. 실리콘 베이스 플레이트(2)의 하면에 형성된 절연층(231 및 232)들은 절연 다층 필름(230)을 이룬다.
가열 저항기(5)는 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 실리콘 베이스 플레이트(2)의 개구부(21)의 상부에 대응하는 위치에서 절연층(33 및 34)들 사이에 형성되며, 평면도에서 볼 때 나선형을 갖는다. 또한, 가열 저항기(5)에 전류를 공급하기 위해 접속된 리드부(12)들이 절연층(33 및 34)들의 내부에 매립되어 있다. 도 4에 보이듯이, 리드부(12)들의 말단에는 외부 회로와 접속하기 위한 가열 저항기 접점(9)들이 형성되어 있다. 가열 저항기(5) 및 리드부(12)는 백금(Pt) 층 및 탄탈륨(Ta) 층으로 된 이층 구조를 갖는다. 또한, 가열 저항기 접점(9)은 백금(Pt) 층 및 탄탈륨 층으로 된 추출 전극(extraction electrode)(91) 및 추출 전극(91)의 표면에 형성되고 금(Au)으로 된 접촉 패드(92)를 갖도록 구성된다. 한편, 가스 감지기(1)에는 2쌍의 가열 저항기 접점(9)들이 제공되어 있다.
보호층(35)의 상면에는 검출 전극(6)들이 검출 전극(6)들에 전류를 공급하기 위한 가열 저항기(5) 및 리드부(10)(도 4 참조)들 위에 배치되도록 형성되어 있으며, 즉 검출 전극(6)들 및 리드부(10)들이 실리콘 베이스 플레이트(2)와 평행한 동일한 평면에 형성되어 있다. 검출 전극(6) 및 리드부(10)는 추출 전극(91)과 마찬가지로 보호층(35) 상에 형성된 탄탈륨(Ta) 층 및 탄탈륨 층 상에 형성된 백금(Pt) 층으로 이루어진다. 또한, 도 4에 보이듯이, 각각의 리드부(10)의 선단에서 그 상면에는 외부 회로와의 접속을 위한 금속 산화물 반도체 접점(8)을 이루도록 금(Au)으로 된 접촉 패드(11)가 형성되어 있다. 한편, 가스 감지기(1)에는 도 1 내지 4에 보이듯이 한 쌍의 금속 산화물 반도체 접점(8)들이 제공되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 검출 전극(6)은 평면도에서 볼 때 빗살 형상이며, 가스 감지층(4)의 전기적 특성들의 변화를 검출하기 위한 한 쌍의 검출 전극(6)들이 제공되어 있다. 도 2에 보이듯이, 가스 감지층(4)과 대면하는 쪽의 각각의 검출 전극(6)의 표면(61)은 모두 가스 감지층(4)과 인접 결합되어 가스 감지층(4) 및 검출 전극(6)이 서로 전기적으로 접속되게 한다. 이러한 방식으로 가스 감지층(4)이 각각의 검출 전극(6)의 표면(61)의 전부와 접하고 있으므로, 가스 감지층(4)과 각각의 검출 전극(6)의 사이의 계면에서의 가스 반응은 접착층(7)을 포함하는 다른 부재들에 의해 결코 방해받지 않는다. 또한, 가스 감지층(4)은 신속하고 바람직하게 활성화되도록 가열 저항기(5)에 의해 가열되므로, 이러한 점에서 가스 감지기(1)의 가스 민감도가 향상될 수 있다. 다른 한편, 보호층(35)과 대면하는 쪽의 각각의 검출 전극(6)의 표면(62)은 보호층(35)과 인접 결합된다. 또한, 각각의 검출 전극(6)의 표면(61)을 벗겨낸 위치의 각각의 검출 전극(6)의 둘레에는 기판(15)과 가스 감지층(4) 사이의 접착을 향상시키고 가스 감지층(4)이 기판(15)으로부터 박리되는 것을 방지하는 접착층(7)이 제공된다.
접착층(7)은 기판(15)과 가스 감지층(4) 사이의 접착을 개선하기 위해 제공되며 다수의 절연 금속 산화물 입자들이 응축된 구조를 갖는다. 이런 이유로, 접착층(7) 자체의 표면이 거칠게 기복을 이루어 거친 기복화 표면의 앵커 효과에 의해 후막 상태의 기판(15) 상에 형성된 가스 감지층(4)과의 접착을 향상시킨다. 한편, 접착층(7)은 예를 들어 절연 금속 산화물 입자들이 확산되어 있는 졸 용액(sol solution)을 도포하고 도포된 졸(sol)이 고화되도록 가열함으로써 얻어질 수 있다.
접착층(7)은 도 5의 수평 단면에서 보이듯이 한 쌍의 빗살 형상 검출 전극(6)들 사이의 영역에 형성되며 각각의 전극(6)의 둘레와 접하도록 되어 있다. 다른 한편, 도 2의 수직 단면에서 보이듯이, 접착층(7)은 각각의 검출 전극(6)과 가스 감지층(4) 사이에는 형성되지 않지만 가스 감지층(4)과 대면하는 쪽의 각각의 검출 전극(6)의 표면(61)은 모두 가스 감지층(4)과 인접 결합된다. 그러한 구조에 의해, 접착층(7)은 각각의 검출 전극(6)과 가스 감지층(4) 사이의 계면에서 일어나는 가스 반응에 아무런 영향을 주지 않지만 기판(15)과 가스 감지층(4) 사이의 접착을 개선한다. 또한, 흔히 가스 감지층(4)의 외측 에지(edge)에서 가스 감지층(4)의 박리가 시작되므로, 이 실시예에서는 접착층(7)이 상면에서 가스 감지층(4)의 외측 에지와 인접 결합되며, 따라서 가스 감지층(4)의 외측 에지가 기판(15)으로부터 박리되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 접착층(7)은 각각의 검출 전극(6)과 가스 감지층(4) 사이의 계면에서 의 가스 반응에 아무런 영향도 유발하지 않도록 알루미나(Al203) 및 실리카(Si02) 등과 같은 절연 금속 산화물로 이루어진다. 한편, 각각의 검출 전극(6)과 가스 감지층(4) 사이의 접합을 개선하기 위해서는, 접착층(7)의 두께가 각각의 검출 전극(6)의 두께보다 작은 것이 바람직하다. 그러한 구조는 접착층(7)이 더 얇아질 수 있게 하고, 또한, 가스 감지층(4)과 대면하는 쪽의 각각의 검출 전극(6)의 표면(61)이 접착층(7)의 상면 위에 확실하게 노출되게 할 수 있으며, 따라서 표면(61) 전체가 가스 감지층(4)과 확실하게 인접 결합될 수 있게 한다.
[예 1]
전술한 바와 같이 구성된 가스 감지기(1)는 다음의 생산 과정에 따라 생산된다. 한편, 생산 과정의 도중에서의 가스 감지기(1)의 중간 생성물은 기판이라고 지칭된다. 또한, 설명을 위해 과정 단계명에 붙여진 괄호 안의 번호는 과정 단계들이 실행되어야 할 순서를 나타낸다. 예를 들어, “(1) 실리콘 베이스 플레이트(2)의 헹굼(rinsing)”은 처음으로 실행될 과정 단계를 나타낸다.
(1) 실리콘 베이스 플레이트(2)의 헹굼
우선, 실리콘 베이스 플레이트(2)가 헹굼액 속에 잠기어 헹굼 처리된다.
(2) 절연층(31 및 231)들의 형성
100㎚의 두께를 갖는 실리콘 옥사이드(Si203) 필름으로 각각 이루어진 절연층(31 및 231)들을 각각의 실리콘 베이스 플레이트(2)의 양면(상면 및 하면)에 각각 형성하기 위해 실리콘 베이스 플레이트(2)가 가열 처리 노(furnace) 속에 넣어 져서 열 산화 처리되었다.
(3) 절연층(32 및 232)들의 형성
그 후, 디클로로실란(SiH2Cl2) 및 암모니아(NH3)를 소스 가스로서 이용하는 LP-CVD에 의해, 200㎚의 두께를 갖는 실리콘 니트라이드(Si3N4) 필름으로 각각 이루어진 절연층(32, 232)들이 절연층(31 및 231)들의 표면에 각각 형성되었다.
(4) 절연층(33)의 형성
그 후, 테트라에톡시실란(TEOS) 및 산소(02)를 소스 가스로서 이용하는 플라즈마 CVD에 의해, 100㎚의 두께를 갖는 실리콘 옥사이드(Si02) 필름으로 이루어진 절연층(33)이 절연층(32)의 표면에 형성되었다.
(5) 가열 저항기(5) 및 리드부(12)들의 형성
그 후, DC 스퍼터링(sputtering) 장치에 의해, 20㎚의 두께를 갖는 탄탈륨(Ta) 층이 절연층(33)의 표면에 형성되었고, 220㎚의 두께를 갖는 백금(Pt) 층이 탄탈륨 층 상에 형성되었다. 스퍼터링 후, 포토리소그라피(photolithography)에 의해 레지스트(resist)가 패터닝되었고, 가열 저항기(5) 및 리드부(12)들의 패턴들이 습식 에칭 처리에 의해 형성되었다.
(6) 절연층(34)의 형성
그 후, 과정 단계 (4)와 유사하게, 테트라에톡시실란(TEOS) 및 산소(02)를 소스 가스로서 이용하는 플라즈마 CVD에 의해, 100㎚의 두께를 갖는 실리콘 옥사이 드(Si02) 필름으로 이루어진 절연층(34)이 가열 저항기(5) 및 리드부(12)들의 표면에 형성되었다. 이러한 방식으로 가열 저항기(5) 및 리드부(12)들은 100㎚의 두께를 갖는 절연층(34) 내에 매립되었다.
(7) 보호층(35)의 형성
또한, 과정 단계 (3)과 유사하게, 디클로로실란(SiH2Cl2) 및 암모니아(NH3)를 소스 가스로서 이용하는 LP-CVD에 의해, 200㎚의 두께를 갖는 실리콘 니트라이드(Si3N4) 필름으로 이루어진 보호층(35)이 절연층(34)의 상면에 형성되었다.
(8) 가열 저항기 접점(9)들 개구들의 형성
그 후, 포토리소그라피에 의해 레지스트가 패터닝되고, 보호층(35) 및 절연층(34)이 건식 에칭 방법으로 에칭되어 가열 저항기 접점(9)들이 형성되어야 할 부분들에서의 개구들을 형성하고, 그럼으로써 리드부(12)들의 말단이 부분적으로 노출되게 했다.
(9) 검출 전극(6)들, 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 형성
그 후, DC 스퍼터링 장치에 의해, 20㎚의 두께를 갖는 탄탈륨(Ta) 층이 보호층(35)의 표면에 형성되었고, 40㎚의 두께를 갖는 백금(Pt) 층이 탄탈륨 층의 표면에 형성되었다. 스퍼터링 후, 포토리소그라피에 의해 레지스트가 패터닝되고, 빗살 형상 검출 전극(6)들, 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 패턴들이 습식 에칭 처리에 의해 형성되었다.
(10) 접착층(7)의 형성
보호층(35) 상에, 그리고 빗살 형상 검출 전극(6)들의 사이 및 둘레에 졸 용액 층이 형성되었고, 그것은 가열 후에 접착층(7)으로 형성되었다. 한편, 졸 용액 층은 10㎚ 내지 20㎚ 범위의 입자 크기를 갖는 알루미나 입자들을 함유하는 졸 용액을 정해진 점도를 갖도록 조절하고, 잉크젯(inkjet) 방법에 의해 졸 용액을 보호층(35) 상에 도포한 후 건조시킴으로써 형성되었다.
(11) 접촉 패드(11 및 92)들의 형성
그 후, DC 스퍼터링 장치에 의해, 전극들이 형성된 기판의 표면 상에 400㎚의 두께를 갖는 금(Au) 층이 형성되었다. 스퍼터링 후, 포토리소그라피에 의해 레지스트가 패터닝되고, 접촉 패드(11 및 92)들이 습식 에칭 처리에 의해 형성되었다.
(12) 개구부(21)의 형성
그 후, 포토리소그라피에 의해 레지스트가 패터닝되었고, 마스크로 이용된 절연 필름이 건식 에칭 처리에 의해 형성되었다. 그 후, 실리콘 베이스 플레이트(2)가 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH) 용액 속에 잠기어 비등방성 에칭되어 가열 저항기(5)에 대해 위치적으로 대응하고 격벽부(39)로서 작용하는 부분의 절연층(31)을 노출하게 하는 방식으로 개구부(21)를 형성했다.
(13) 가스 감지층(4)의 형성
또한, 주석 산화물을 주요한 구성요소로서 함유하고 산화칼슘이 첨가된 산화물 반도체 반죽(paste)이 졸 용액 층 및 각각의 검출 전극(6)의 표면에 후막 프린팅(thick film printing)으로 도포되어 30㎚의 두께를 갖는 반죽 층을 형성하였다. 한편, 산화물 반도체 반죽은 다음의 과정에 의해 마련되었다. 우선, 염화주석(SnCl2)이 순수한 물에 첨가되어 충분히 저어지고, 이어서 암모니아수(ammonia water)를 적하 첨가(dropwise addition)하여 수산화주석(tin hydroxide)을 침전시켰다. 그 후, 침전된 분말이 순수한 물로 여러 번 세척되어 암모늄 이온 및 염소 이온을 제거하고 건조되었다. 건조 후, 침전된 분말 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 순수한 물속에 확산되어 충분히 저어진 후 건조되었다. 이 사례에서, 수산화칼슘은 산화칼슘(CaO)의 항으로 계산했을 때 0.2 중량%의 양으로 첨가되었다. 건조 후, 수산화칼슘이 첨가된 침전된 분말은 800℃에서 5시간 동안 가열되었고, 그렇게 얻어진 5g의 분말이 그라인딩 밀(grinding mill)로 한 시간 동안 갈아졌다. 그 후, 분말에 유기 용매가 첨가되었고 그라인딩 밀(포트 밀(pot mill)일 수 있음)로 4시간 동안 갈아졌다. 그 후, 그렇게 갈아진 분말에 접합제(binder) 및 점도 조절제가 첨가되었고 4시간 동안 더 갈아져서 25℃에서 140 Pa·s의 점도의 반죽을 형성하였다.
(14) 기판의 가열
기판이 가열 처리 노 속에 넣어져서 650℃에서 한 시간 동안 가열되어 접착층(7) 및 가스 감지층(4)이 형성된 기판이 얻어졌다.
(15) 기판의 절단
기판이 다이싱 톱(dicing saw)을 이용하여 절단되어 평면도에서 볼 때 2.6㎜ × 2㎜의 크기를 갖는 가스 감지기(1)가 얻어졌다.
그 후, 전술한 생산 과정에 따른 가스 감지기의 생산에 의한 본 발명의 효과를 알아보기 위해, 다음의 두가지 유형의 평가 및 검사가 실행되었다.
[평가 1]
절연 알루미나(Al2O3)로 이루어진 접착층(7)을 갖는 한 예의 가스 감지기(1), 및 접착층(7)의 재료를 제외하고는 가스 감지기(1)와 동일한 구조를 갖는 비교예가 준비되고 특정 가스 성분에 대한 민감도에 관해 평가되었다. 비교예의 접착층은 산화물 반도체가 가스 감지층(4)의 주요한 구성요소로서 작용하고 촉매로서 작용하는 산화칼슘을 함유하지 않은 주석 산화물(Sn02)로 이루어졌다.
평가 테스트는 아래의 순서로 수행되었다. 우선, 25℃의 온도 및 40% RH의 상대 습도을 갖고 20.9 vol%의 산소(02)와 잔부의 질소(N2)로 된 조성을 갖는 혼합 가스를 기본 가스(base gas)로서 이용하고, 기본 가스의 분위기에서 각각의 가스 감지기의 기본 가스 저항(Rair)이 측정되었다. 측정할 때 가열 저항기(5)의 온도는 350℃로 조절되었다. 기본 가스 저항의 측정 후, 특정한 피검출 가스로서 작용한 5ppm의 암모니아(NH3)가 기본 가스와 혼합되었고, 혼합한지 5초 후, 각각의 가스 감지기의 전기적 저항 값(Rgas)이 측정되었다. 기본 가스 저항 값과 전기적 저항 값 사이의 비율(Rgas/Rair)은 가스 민감도로서 계산되고 결정되었다.
평가 1의 결과가 도 6의 그래프에 도시되어 있다. 그래프로부터, 두 가지 예 모두 0.95 미만의 가스 민감도를 가짐을 나타내고, 그것은 두 가지 예 모두 실 제적인 사용에서 어떤 문제도 일으키지 않음을 의미한다. 그러나, 이 실시예에 따른 가스 감지기(1)의 가스 민감도는 0.67인 반면에, 비교예의 가스 민감도는 0.94이므로, 이 실시예의 가스 감지기(1)가 비교예에 비해 훨씬 양호한 민감도를 보인다고 인정된다. 이로부터, 접착층이 절연 금속 산화물로 이루어졌던 이 실시예의 예가 접착층이 피검출 가스에 함유된 특정 가스 성분과 반응 작용할 수 있는 재료로 이루어진 비교예에 비해 더 양호한 가스 민감도를 가지므로 접착층의 재료가 검출 전극과 가스 감지층 사이의 계면에서의 반응에 비교적 큰 영향을 유발함을 암시한다.
[평가 2]
그 후, 특정한 표적 가스 성분이 아닌 다른 비표적 가스 성분들에 관해 예 1의 민감도 특성들이 평가되었다. 평가는 아래의 순서로 수행되었다. 우선, 전술한 평가 1과 유사하게, 기본 가스 분위기에서의 기본 가스 저항(Rair)이 측정되었다. 그리고, 기본 가스 저항의 측정 후, 특정 가스 성분으로서 이용된 암모니아가 아닌 1ppm의 이산화질소(NO2)가 비표적 가스 성분으로서 기본 가스와 혼합되었고, 혼합한지 10초 후 가스 감지기(1)의 전기적 저항(Rgas ’)이 측정되었다. 그 후, 기본 가스 저항과 측정된 전기적 저항 사이의 비율(Rgas ’/Rair)이 비표적 가스 특성으로서 계산되고 결정되었다. 비표적 가스 특성은 특정 가스 성분의 농도 변화의 검출의 정확도가 비율(Rgas ’/Rair)의 증가에 따라 감소됨을 나타내는 표시로서 작용한 다. 일반적으로, 가스 감지기의 실제적인 사용의 관점에서 볼 때 비표적 가스 특성이 1.9 이하이면 양호하고 1.5 이하이면 더욱 양호한 것으로 간주된다.
촉매로서 작동하는 각각의 검출 전극(6)과 가스 감지층(4) 사이의 접촉 영역의 비율이 낮은 것이 비표적 가스 특성을 억제함에 있어서 효과적이라는 것이 본 발명자들이 수행한 다양한 실험들에 의해 새롭게 확인되었다. 좀더 자세하게는, 제1 돌출 영역이 제2 돌출 영역의 50% 이상인 것을 보장하면서도 가스 감지층과 검출 전극 사이의 접촉 영역의 비율을 작게 유지하는 것이 비표적 가스 특성을 억제하기에 효과적이라는 것이 실험들에 의해 암시되었다. 예를 들어, 가스 감지기(1)가, 제1 돌출 영역이 150,000㎛2이고 제2 돌출 영역이 250,000㎛2이며, 그러므로 제1 돌출 영역이 제2 돌출 영역의 60%이도록 생산된 경우에, 비표적 가스 특성은 1.33이었다. 비표적 가스 특성을 나타내는 1.33의 비율이 실제적인 사용에서 특히 바람직한 것으로 간주되었던 1.5보다 작았으므로, 비표적 가스 특성이 만족스럽게 억제되었음을 확인할 수 있었다. 한편, 제2 돌출 영역에 대한 제1 돌출 영역의 비율의 상한은 가스 감지기에 의해 검출될 특정 가스의 최소 농도 변화가 측정될 수 있는지에 기반하여 100% 미만의 값으로 설정된다.
이와 관련하여, 제1 돌출 영역이 제2 돌출 영역의 50% 이상인 것을 보장하기 위하여, 전술한 가스 감지기(1)의 생산 과정에서의 조건을 아래와 같이 결정하면 충분할 것이다. 이하, 평가 2에서 제1 돌출 영역이 제2 돌출 영역의 60% 이상인 경우를 예로 취함으로써, 생산 과정을 위한 조건들이 설명될 것이다. “(9) 검출 전극(6)들, 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 형성”에서, 각각의 검출 전극(6)은 가스 감지층(4) 쪽으로부터 기판 상으로 한 쌍의 검출 전극(6)들을 돌출시킴으로써 얻어지는 돌출 영역(제3 돌출 영역)이 10000㎛2이도록 형성되었다. 또한, “(10) 접착층(7)의 형성”에서, 접착층(7)은 평면도에서 보아 전극(6)들과 함께 기판 상으로 돌출될 때 접착층(7)이 가스 감지층(4)의 영역 내에 포함된 경우에 접착층(7) 만의 돌출 영역이 150,000㎛2이도록 형성되었다. 또한, “(13) 가스 감지층(4)의 형성”에서, 가스 감지층(4)은 가스 감지층(4)이 접착층(7) 및 검출 전극(6)과 접촉되는 접촉 표면에서 가스 감지층(4) 쪽으로부터 기판상으로의 돌출 영역(제2 돌출 영역)이 250,000㎛2이도록 형성되었다. 이에 의해, 평가 2에서, 가스 감지기(1)는 제1 돌출 표면이 제2 돌출 표면의 50% 이상(150,000㎛2/250,000㎛2 × 100 = 60%)이도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 이 실시예의 가스 감지기(1)에서, 가스 감지층(4)의 전자 전달에 아무런 영향도 유발하지 않는 절연 재료로 된 접착층(7)이 기판(15)과 가스 감지층(4) 사이에 형성되며, 가스 감지층(4)과 대면하는 쪽의 검출 전극(6)의 표면(61)의 전부를 인접하게 결합함으로써 검출 전극(6)과 가스 감지층(4) 사이의 접촉 영역을 안전하게 한다. 따라서, 이 실시예의 가스 감지기에 의하면, 기판(15)과 가스 감지층(4) 사이의 접착을 개선하면서 양호한 가스 민감도를 얻을 수 있는 것이, 즉 종래 기술에 의해 얻어질 수 없는 효과가 얻어지는 것이 가능해진다. 또 한, 가스 감지층(4)에 가해지는 전류 또는 전압이 더 작아지더라도 특정 가스 성분의 농도 변화가 충분히 검출될 수 있으므로, 가스 감지기 회로의 설계가 용이하고 저렴하게 얻어질 수 있는 부차적인 효과가 있다. 또한, 가열 저항기(5)는 실리콘 베이스 플레이트(2)에 형성된 개구부(21)에 대응하는 위치에 형성되며, 가스 감지층(4)을 효율적으로 가열하고 활성화하여 피검출 가스 혼합물에서의 특정 가스 성분의 농도 변화를 만족스럽게 검출하는 것이 가능해진다.
한편, 본 발명은 전술한 실시예로 제한되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 그에 대한 다양한 변화가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(15)의 부분을 이루는 실리콘 베이스 플레이트(2)는 실리콘으로 만들어질지라도, 알루미나(Al2O3) 또는 반도체 재료로 만들어질 수도 있다. 또한, 생산된 가스 감지기(1)의 평면도는 직사각형으로 제한되지 않고 다각형 또는 원일 수 있으며, 가스 감지기(1)는 구성요소들의 크기, 두께 및 배열의 측면에서 전술한 실시예에 제한되지 않는다.
또한, 가스 감지기(1)의 생산 방법은 예 1로 제한되지 않으며 그에 대한 다양한 변화가 만들어질 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예의 “(10) 접착층(7)의 형성”에서 접착층(7)에 형성될 졸 용액 층은 잉크젯 방법에 의해 형성되지만, 딥 코팅(dip coating) 방법, 전기이동(electrophoresis) 방법, 액체 층 이송(liquid layer transport) 방법, 분무(mist) 방법, 스크린 프린팅(screen printing) 방법 및 스핀 코팅(spin coating) 방법 등과 같은 다른 방법에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 검출 전극(6), 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 형성 후에 접착층(7)이 형성되는 것으로 설명되었지만, 그 전에 형성될 수도 있다. 그러한 경우에, 접착층(7)에 형성될 졸 용액 층은, 예를 들어, 보호층(35) 상에 형성되며, 그 후, 검출 전극(6), 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들이 형성될 졸 용액 층의 부분들이 에칭 등에 의해 제거되고나서, 그렇게 졸 용액 층이 제거된 부분들에 검출 전극(6), 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들이 형성된다.
또한, 전술한 실시예에서는 접착층(7)이 가스 감지층(4)보다 더 작은 두께를 갖도록 구성되지만, 이것은 제한적인 것이 아니며, 가스 감지층과 대면하는 쪽(4)의 검출 전극(6)의 표면(61)의 전부가 가스 감지층(4)과 인접 결합되면 충분할 것이다. 또한, 전술한 실시예에서는 접착층(7)이 두개의 영역들, 즉 한 쌍의 빗살 형상의 검출 전극(6)들 사이의 영역 및 검출 전극(6)들의 주변 둘레의 영역에 구성되지만, 가스 감지층(4)과 기판(15) 사이의 접착을 보장하도록 그러한 영역들 중 단지 하나에서만 형성될 수도 있다.
또한, 전술한 실시예에서는 가스 감지층(4)과 검출 전극(6) 사이의 비율적 접촉 영역이 제1 돌출 영역이 제2 돌출 영역의 50% 이상이 되는 것을 보장하도록 억제되었지만, 이것은 제한적인 것이 아니다. 제2 돌출 영역에 대한 제1 돌출 영역의 비율은 가스 민감도, 비표적 가스 특성 등에 따라 적절히 설정될 수 있다.
또한, 절연층(3)은 다층 구조를 갖도록 실리콘 옥사이드 및 실리콘 니트라이드로 이루어지지만, 단층 구조를 갖도록 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트라이드로 이루어질 수도 있다. 또한, 이 실시예에서는 가열 저항기(5)가 절연층(33 및 34) 내에 매립되지만, 이것은 제한적인 것이 아니다. 예를 들어, 가열 저항기(5)는 절연층(32) 내에만 매립될 수도 있다.
또한, 금속 산화물 반도체인 주석 산화물이 가스 감지층(4)의 주요한 구성요소를 위해 이용되지만, 그 대신에 산화아연(ZnO), 산화니켈(NiO), 산화티타늄(Ti02) 및 산화바나듐(V02) 등과 같은 다른 금속 산화물 반도체들이 이용될 수도 있다. 또한, 금속 산화물 반도체에 첨가될 염기성 금속 산화물로서 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 및 베릴륨(Be) 등과 같은 알칼린 토금속 산화물, 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs) 등과 같은 알칼리 금속 산화물, 및 스칸듐(Sc), 이트륨(Y) 및 기타의 란타노이드(lanthanoids) 원소 등과 같은 희토류 산화물이 이용될 수도 있다.
한편, 전술한 실시예는 기판(15)과 대면하는 쪽의 검출 전극(6)의 표면이 보호층(35)과 인접 결합되도록 구성된다. 이 구조는 기판(15)과 검출 전극(6) 사이의 접착을 개선하면서 접착층(7)의 형성 양을 감소시키는 장점을 갖지만, 기판(15)과 검출 전극(6) 사이의 접촉 영역이 클 때는 기판(15)과 검출 전극(6) 사이의 접착이 개선될 수 없는 경우를 유발할 수도 있다. 그래서, 접착층은 도 7에 도시된 제1 변경 실시예처럼 구성될 수도 있다. 이하, 도 7를 참고하여, 제1 변경 실시예에 따라 접착층(7)이 검출 전극(6)의 하면에 형성된 가스 감지기(101)가 설명될 것이다. 한편, 가스 감지기(101)의 구조는 접착층을 제외하고는 전술한 실시예와 유사하므로, 간결성을 위해 그 유사 부분들의 설명은 생략된다. 또한, 도 7의 상하 방향 및 좌우 방향은 감지기(101)의 수직 방향 및 좌우 방향인 것으로 각각 간주된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 변경 실시예에 따른 가스 감지기(101)에서, 가스 감지층(104)과 대면하는 쪽의 검출 전극(106)들의 표면(161)의 전부가 가스 감지층(104)과 인접 결합된다. 다른 한편, 기판(15)과 대면하는 쪽의 검출 전극(106)의 표면(162), 즉, 접착층(107)과 대면하는 표면(162)은 접착층(107)과 인접 결합된다. 이 구조에 의해, 검출 전극(106)과 보호층(35) 사이의 접착이 개선된다. 또한, 제1 변경 실시예에서는 기판(15)의 부분을 이루는 보호층(35)과 접착층(107) 사이의 접촉 표면 영역이 증가되므로, 접착층(107)과 보호층(35)이 더 확실하게 접착된다. 따라서, 예를 들어, 기판(15)과 검출 전극(106) 사이의 접촉 표면 영역이 커질지라도, 기판(15)과 검출 전극(6) 사이의 접착이 개선될 수 있고 기판(15)으로부터의 가스 감지층(104)의 박리가 방지될 수 있다.
그리고, 제1 변경 실시예의 생산 방법이 예 2로서 설명될 것이다. 제1 변경 실시예의 생산 방법은 “(9) 검출 전극(6), 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 형성” 및 “(10) 접착층(7)의 형성”에서 전술한 예 1과 다르다. 예 1의 과정 단계들과 유사한 과정 단계들의 설명은 생략되고, 이하에서는 예 1과 다른 과정 단계들의 설명만 행해질 것이다.
[예 2]
(9) 접착층(107)의 형성
가열 후 접착층(107)으로 형성될 졸 용액 층이 스핀 코팅 방법에 의해 가열 저항기(5) 및 개구부(21)에 대응하는 위치에서 보호층의 상면에 형성되어 건조되었다. 그 후, 검출 전극(106)들이 형성될 위치들에서 오목 부분들을 형성하도록 졸 용액 층이 에칭에 의해 부분적으로 제거되었다.
(10) 검출 전극(106), 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 형성
그 후, DC 스퍼터링 장치를 이용함으로써, 에칭에 의해 접착층(107)을 부분적으로 제거함으로써 형성된 오목 부분들 및 보호층(35)의 표면 상에 20㎚ 두께의 탄탈륨 층이 형성되었고, 탄탈륨 층의 표면 상에 40㎚ 두께의 백금 층이 더 형성되었다. 스퍼터링 후, 포토리소그라피에 의해 레지스트가 패터닝되었고, 습식 에칭 처리에 의해 빗살 형상 검출 전극(106)들, 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 패턴들이 형성되었다.
한편, 전술한 실시예 및 제1 변경 실시예에서, 검출 전극 및 가스 감지층은 서로 직접 결합된다. 가스 감지층과 검출 전극 사이의 접촉 표면 영역이 큰 경우 등에는, 기판과 검출 전극 사이의 접착이 개선되지 않는 경우가 발생할 수도 있다. 그래서, 제2 변경 실시예에서처럼, 가스 감지기가 접착층과 가스 감지층 사이에 검출 전극이 형성되고, 접착층이 검출 전극 및 가스 감지층과 대면하는 쪽에서 제1 기복화 표면을 가지며, 검출 전극은 가스 감지층과 대면하는 쪽에서 제2 기복화 표면을 갖도록 구성될 수도 있다. 이하, 제2 변경 실시예에 따른 가스 감지기(201)가 도 8 및 9를 참고하여 설명될 것이다. 한편, 도 8 및 9의 상하 방향 및 좌우 방향은 가스 감지기(201)의 수직 방향 및 좌우 방향인 것으로 각각 간주된다.
도 8 및 9에서, 제2 변경 실시예에 따른 가스 감지기(201)의 구조는 접착 층(207), 검출 전극(206) 및 가스 감지층(204)의 구조들을 제외하고는 전술한 예들의 구조와 유사하다. 따라서, 전술한 실시예의 구조와 유사한 구조의 설명은 생략되고, 이하에서는 전술한 실시예와 다른 접착층(207), 검출 전극(206) 및 가스 감지층(204)의 구조들의 설명만 행해질 것이다.
도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 제2 변경 실시예에 따른 가스 감지기(201)의 접착층(207)은 가스 감지층(204) 및 검출 전극(206)과 대면하는 쪽에 제1 거친 기복화 표면(271)을 갖는다. 접착층(207)은 기판(15)과 가스 감지층(204) 사이의 접착을 개선하는 층으로서 작용하며 다수의 절연 금속 산화물 입자들이 응축된 구조를 갖는다. 제2 변경 실시예에서는, 접착층(207)의 표면이 거칠게 기복되어 있으므로, 접착층(207)은 전술한 제1 기복화 표면(271)의 앵커 효과에 의해 후막 상태인 기판(15) 상에 형성된 가스 감지층(204)과의 접착을 효과적으로 향상시킨다. 한편, 접착층(207)은 예를 들어, 절연 금속 산화물 입자들이 확산되어 있는 졸 용액을 도포하고 도포된 졸이 고화되도록 가열함으로써 얻어질 수 있다.
검출 전극(206)은 기판(15) 쪽, 즉 접착층(207)과 대면하는 쪽에 접착층(207)의 제1 기복화 표면(271)의 기복들과 알맞게 결합될 수 있는 기복들을 갖는 거친 기복화 표면(261)을 가지며 기복화 표면(261)에서 접착층(207)의 제1 기복화 표면(271)과 인접 결합된다. 그러한 제2 변경 실시예에서 기판(15)의 일부를 이루는 가스 감지층(204) 및 검출 전극(206)과의 접착층(207)의 인접 결합을 위한 표면 영역이 전술한 실시예들에 비해 증대되므로, 접착층(207)은 가스 감지층(204) 및 검출 전극(206)과 더 확실하게 접착된다. 따라서, 예를 들어, 기판(15)과 검출 전 극(206) 사이의 접촉 표면 영역이 큰 경우에도, 기판(15)과 검출 전극(206) 사이의 확실한 접착이 얻어질 수 있고, 기판(15)으로부터의 가스 감지층(204)의 박리가 방지될 수 있다.
또한, 검출 전극(206)은 가스 감지층(204)과 대면하는 쪽에 제2 거친 기복화 표면(262)을 갖는다. 다른 한편, 검출 전극(206)과 인접 결합하기 위한 가스 감지층(204)의 표면(241)은 검출 전극(206)의 제2 기복화 표면(262)의 기복들과 알맞게 결합될 수 있는 기복들을 갖도록 거칠게 기복되어 있다. 또한, 검출 전극(206)은 가스 감지층(204) 쪽 표면의 전부에서, 즉, 제2 기복화 표면(262)에서 가스 감지층(204)의 표면(241)과 인접 결합된다. 이런 이유로, 검출 전극(206)과 가스 감지층(204) 사이의 접촉 표면 영역이 가스 감지층(204)과 대면하는 쪽의 검출 전극(206)의 표면이 편평한 경우에 비해 증가되고, 그래서 제2 기복화 표면(262)의 앵커 효과에 의해 검출 전극(206)과 가스 감지층(204) 사이의 접착을 개선할 수 있게 된다. 따라서, 예를 들어, 가스 감지층(204)과 검출 전극(206) 사이의 접촉 표면 영역이 큰 경우일지라도, 기판(15)으로부터의 가스 감지층(204)의 박리가 확실하게 방지될 수 있다. 한편, 제2 기복화 표면(262)을 갖는 검출 전극(206)은 예를 들어, 제1 기복화 표면(271)을 갖는 접착층(207)의 표면에 도전성 금속층을 스퍼터링함으로써 얻어질 수 있다. 또한, 제2 기복화 표면은 검출 전극이 형성된 후, 가스 감지층과 대면하는 쪽의 검출 전극의 표면에 대해 기복들을 형성하기 위한 기계적 표면 처리를 함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 제2 변경 실시예에 따른 가스 감지기(201)를 위한 생산 방법이 예 3 으로서 설명될 것이다. 제2 변경 실시예에 따른 가스 감지기(201)를 위한 생산 방법은 “(8) 가열 저항기 접점(9)들을 위한 개구들의 형성”, “(9) 검출 전극(6), 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 형성”, “(10) 접착층(7)의 형성” 및 “(13) 가스 감지층(4)의 형성”을 제외하고는 전술한 예 1에 대한 과정 단계들의 상세사항 및 순서와 실질적으로 유사하다. 그래서, 간결성을 위해 예 1의 단계들과 유사한 단계들의 설명은 생략되고, 예 1의 단계들과 다른 단계들의 설명만 행해질 것이다.
[예 3]
(8) 접착층(207)의 형성
보호층(35)의 상면 및 가열 저항기(5) 및 개구부(21)에 대응하는 위치에서 스퍼터링함으로써 정해진 두께를 갖고 표면에 기복들을 갖는 알루미늄 필름이 형성되고, 산화에 의해 알루미늄 옥사이드 필름으로 형성된다. 이 단계에 의해, 표면이 거칠게 기복되어 있는 접착층(207)이 형성된다.
(9) 가열 저항기 접점(9)들을 위한 개구들의 형성
그리고, 포토리소그라피에 의해 레지스트가 패터닝되고, 가열 저항기 접점(9)들이 형성될 위치들에 개구들을 형성하기 위해 상면에 접착층(207)이 형성된 보호층(35) 및 절연층(34)이 건식 에칭 방법에 의해 에칭되며, 그럼으로써 리드부(12)들의 말단들이 외부에 부분적으로 노출한다.
(10) 검출 전극(206), 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 형성
그 후, DC 스퍼터링 장치를 이용하여, 접착층(207) 및 보호층(35)의 표면에 20㎚ 두께의 탄탈륨 층이 형성되며, 탄탈륨 층의 표면에 40㎚ 두께의 백금 층이 더 형성된다. 스퍼터링 후, 포토리소그라피에 의해 레지스트가 패터닝되고, 빗살 형상 검출 전극(206), 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 패턴들이 습식 에칭 처리에 의해 형성된다. 이 과정에 의해, “(8) 접착층(207)의 형성” 단계에서 형성되는 접착층(207)의 기복화 표면을 유발하는 것으로부터, 상면에 기복들을 갖는, 즉, 제2 기복화 표면(262)을 갖는 검출 전극(206)이 형성된다.
(13) 가스 감지층(204)의 형성
또한, 주석 산화물을 주요한 구성요소로서 함유하고 산화칼슘이 첨가된 산화물 반도체 반죽이 후막 프린팅에 의해 검출 전극(206) 및 접착층(207)의 표면들에 도포되어 30㎛의 두께를 갖는 반죽 층을 형성한다. 이 사례에서, 검출 전극(206)과 인접 결합하기 위한 가스 감지층(204)의 표면(241)은 “(10) 검출 전극(206), 리드부(10) 및 추출 전극(91)의 형성” 단계에서 형성된 검출 전극(262)의 제2 기복화 표면(262)의 기복들과 알맞게 결합되는 기복들이 형성되었다. 한편, 예 1의 과정과 동일한 과정에 의해 산화물 반도체 반죽이 준비되었다.
그 후, 전술한 생산 과정에 따라 생산된 가스 감지기(201)의 구조의 검사를 위해, 검출 전극(206)의 제2 기복화 표면(262) 및 제2 기복화 표면(262)과 가스 감지층(204)의 표면(242) 사이의 인접 표면이 스캐닝 전자 현미경을 이용하여 10,000배 확대됨으로써 확인되었다. 도 10은 검출 전극(206)의 형성 직후(가스 감지층(204)의 형성 전) 스캐닝 전자 현미경을 이용하여 10,000배 확대된 검출 전극(206)의 사진이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 전술한 생산 과정에 따라 형성된 검출 전극(206)의 가스 감지층(204) 쪽 표면에 다수의 금속 입자들의 응축에 의해 형성된 제2 기복화 표면(262)이 제공되었다. 제2 기복화 표면(262)은 “(8) 접착층(207)의 형성” 단계에서 형성된 접착층(207)의 기복화 표면의 유발로부터 형성된 기복화 표면이다. 다른 한편, 도 11은 스캐닝 전자 현미경을 이용하여 검출 전극(206)과 가스 감지층(204) 사이의 인접 결합 표면의 확대 사진이다. 도 11의 사진에서, 비교적 큰 입자들로 이루어지고 사진의 아랫 부분에 있는 층은 검출 전극(206)이며, 비교적 작은 입자들로 이루어지고 사진의 윗 부분에 있는 층은 가스 감지층(204)이다. 검출 전극(206)과의 인접 결합을 위한 쪽의 가스 감지층(204)의 표면(241)이 검출 전극(206)의 제2 기복화 표면(262)의 기복들에 알맞게 결합되는 기복화 표면으로 형성되었음이 확인되었다. 도 10 및 11로부터, 제2 변경 실시예에 따른 가스 감지기(201)에서의 검출 전극(206)과 가스 감지층(204) 사이의 접촉 표면 영역이 가스 감지층(204)과 대면하는 쪽의 검출 전극(206)의 표면이 편평한 경우에 비해 증가되었음이 확인되었다.
한편, 전술한 제2 변경 실시예에서는 “(2) 절연층(31, 231)들의 형성” 단계가 절연층(31, 231)들을 형성하도록 수행되지만, 이 단계가 생략될 수 있고, 실리콘 니트라이드(Si3N4) 필름으로 이루어진 절연층(32, 232)들이 실리콘 베이스 플레이트(2)의 양쪽에 각각 형성될 수 있다. 또한, 생산 과정 단계들의 순서가 필요에 따라 변경될 수 있고, 예를 들어, “(9) 가열 저항기 접점(9)들의 개구들의 형성” 단계가 “(10) 검출 전극(206), 리드부(10)들 및 추출 전극(91)들의 형성” 단계 후에 수행될 수 있다.
일본 특허 출원 제2006-168144호(2006년 6월 16일에 출원됨), 제2007-19115호(2007년 1월 30일에 출원됨) 및 제2007-159924호(2007년 6월 18일에 출원됨)의 전체 내용은 본 명세서에 참조 인용되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지기의 평면도.
도 2는 도 1의 선 II-II를 따라 취한 단면도.
도 3은 도 1의 가스 감지기의 가열 저항기의 확대된 평면도.
도 4는 도 1의 선 IV-IV를 따라 취한 단면도.
도 5는 도 2의 선 V-V를 따라 취한 확대 단면도.
도 6은 평가 1의 결과를 도시한 바 그래프.
도 7은 도 2와 유사하지만 제1 변경 실시예를 도시하는 도면.
도 8은 도 2와 유사하지만 제2 변경 실시예를 도시하는 도면.
도 9는 도 8의 일부(240)의 확대도.
도 10은 검출 전극(260)이 형성된 직후에 스캐닝 전자 현미경으로 촬영한 검출 전극(260)의 제2 기복화 표면(262)의 사진을 나타내는 도면.
도 11은 스캐닝 전자 현미경으로 촬영한 검출 전극(206)과 가스 감지층(204) 사이의 인접 결합면의 사진.
Claims (10)
- 가스 감지기로서,기판;상기 기판상에 형성되고 피검출 가스에서의 특정 가스 성분의 농도 변화에 따라 전기적 특성이 변하는 금속 산화물 반도체를 주요한 구성요소로서 함유하는 가스 감지층;상기 기판상에 제공되고 상기 가스 감지층과 접하는 절연 접착층; 및상기 기판상에 제공되어 상기 가스 감지층의 상기 전기적 특성의 변화를 검출하는 검출 전극을 포함하며,상기 가스 감지층과 대면하는 쪽의 상기 검출 전극의 표면은 상기 가스 감지층과 인접 결합되는 가스 감지기.
- 제1항에 있어서,상기 기판과 대면하는 쪽의 상기 검출 전극의 표면은 상기 기판과 인접 결합되는 가스 감지기.
- 제1항에 있어서,상기 검출 전극은 상기 접착층과 상기 가스 감지층 사이에 배치되고, 상기 접착층과 대면하는 쪽의 상기 검출 전극의 표면은 상기 접착층과 인접 결합되는 가 스 감지기.
- 제1항에 있어서,상기 기판상의 상기 가스 감지층과 상기 접착층 사이의 접촉 표면의 돌출 영역은 상기 기판상의 상기 접착층 및 상기 검출 전극과의 상기 가스 감지층의 접촉 표면의 돌출 영역의 50%와 동등하거나 또는 초과하는 가스 감지기.
- 제1항에 있어서,상기 기판은, 두께 방향으로 관통하여 연장하는 개구부가 형성된 반도체 베이스 플레이트, 상기 반도체 베이스 플레이트 상에 형성되어 상기 개구부에 대응하는 위치에 격벽부를 갖는 절연층들, 상기 절연층들의 상기 격벽부 상에 형성된 가열 저항기, 및 상기 가열 저항기를 덮도록 상기 절연층들 상에 형성된 보호층을 포함하며,상기 검출 전극, 상기 접착층 및 상기 가스 감지층은 상기 기판의 상기 보호층 상에 형성되는 가스 감지기.
- 제1항에 있어서,한 쌍의 검출 전극들이 제공되고, 상기 접착층은 상기 한 쌍의 검출 전극들 사이의 영역에 형성되는 가스 감지기.
- 가스 감지기로서,기판;상기 기판상에 형성되고 피검출 가스 혼합물의 특정 가스 성분의 농도 변화에 따라 전기적 특성이 변하는 금속 산화물 반도체를 주요한 구성요소로서 함유하는 가스 감지층;상기 가스 감지층의 상기 전기적 특성의 변화를 검출하기 위해 상기 기판 상에 제공된 검출 전극; 및상기 기판상에 제공되고 상기 가스 감지층과 접하는 절연 접착층을 포함하며,상기 검출 전극은 상기 접착층과 상기 가스 감지층 사이에 배치되고,상기 접착층과 대면하는 쪽의 상기 검출 전극의 표면은 상기 검출 전극 및 상기 가스 감지층과 대면하는 쪽의 상기 접착층의 제1 기복화 표면(first undulated surface)과 인접 결합되고,상기 가스 감지층과 대면하는 쪽의 상기 검출 전극의 표면은 제2 기복화 표면을 포함하고 상기 가스 감지층과 전체적으로 인접 결합되는 가스 감지기.
- 제7항에 있어서,상기 기판상의 상기 가스 감지층과 상기 접착층 사이의 접촉 표면의 돌출 영역은 상기 기판상의 상기 접착층 및 상기 검출 전극과의 상기 가스 감지층의 접촉 표면의 돌출 영역의 50%와 동등하거나 또는 초과하는 가스 감지기.
- 제7항에 있어서,상기 기판은, 두께 방향으로 관통하여 연장하는 개구부가 형성된 반도체 베이스 플레이트, 상기 반도체 베이스 플레이트에 형성되어 상기 개구부에 대응하는 위치에 격벽부를 갖는 절연층들, 상기 절연층들의 상기 격벽부 상에 형성된 가열 저항기, 및 상기 가열 저항기를 덮도록 상기 절연층들 상에 형성된 보호층을 포함하며,상기 검출 전극, 상기 접착층 및 상기 가스 감지층은 상기 기판의 상기 보호층 상에 형성되는 가스 감지기.
- 제7항에 있어서,한 쌍의 검출 전극들이 제공되고, 상기 접착층은 상기 한 쌍의 검출 전극들 사이의 영역에 형성되는 가스 감지기.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2007-00019115 | 2007-01-30 | ||
| JP2007019115 | 2007-01-30 | ||
| JPJP-P-2007-00159924 | 2007-06-18 | ||
| JP2007159924A JP5021377B2 (ja) | 2006-06-16 | 2007-06-18 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20080071481A true KR20080071481A (ko) | 2008-08-04 |
Family
ID=39882239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070130954A KR20080071481A (ko) | 2007-01-30 | 2007-12-14 | 가스 감지기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20080071481A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101301983B1 (ko) * | 2012-01-26 | 2013-08-30 | 동의대학교 산학협력단 | 트리메틸아민 가스센서 및 이의 제조방법 |
-
2007
- 2007-12-14 KR KR1020070130954A patent/KR20080071481A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101301983B1 (ko) * | 2012-01-26 | 2013-08-30 | 동의대학교 산학협력단 | 트리메틸아민 가스센서 및 이의 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5161210B2 (ja) | ガスセンサ | |
| KR101202933B1 (ko) | 가스센서 | |
| KR100895361B1 (ko) | 가스센서 | |
| EP1953539B1 (en) | Gas sensor | |
| US20070062812A1 (en) | Gas sensor and method for the production thereof | |
| JP5021377B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JP4168035B2 (ja) | 白金抵抗体式温度センサ | |
| JP2008209390A5 (ko) | ||
| WO2009145373A1 (en) | Packaging substrate and gas sensing device having the same, and method for manufacturing the same | |
| JP4283188B2 (ja) | ガスセンサ及びその製造方法 | |
| KR20080071481A (ko) | 가스 감지기 | |
| JP2007139669A (ja) | ガスセンサ | |
| JP5134490B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JP2004037180A (ja) | 集積化センサ装置 | |
| JP2005030907A (ja) | ガスセンサ | |
| JP2006317155A (ja) | ガスセンサおよびその製造方法 | |
| JP2008275603A (ja) | ガスセンサ | |
| JP2008309556A (ja) | ガスセンサ | |
| JP2007333676A (ja) | ガスセンサの製造方法 | |
| JP2009002802A (ja) | 被水センサおよび結露センサ | |
| JPH04127048A (ja) | 複合型ガス検知素子 | |
| KR20100122994A (ko) | 습도센서 및 그 제조방법 | |
| JP5209690B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JP2010276451A (ja) | ガスセンサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |