KR20100060532A - 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
소형의 방사선 센서를 반도체 기술을 이용하여 제작하고, 동시에 가스 촉매금속을 이용하여 전위차를 통하여 가스인 수소의 농도를 측정할 수 있는 반도체 센서 기술을 이용한 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법이 제시된다. 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 일 측면 상에 형성된 제1 전극, 상기 반도체 기판의 타 측면 상에 형성된 절연체인 산화막, 상기 산화막 상에 형성된 가스 흡착금속으로 구성된 촉매금속전극, 및 상기 반도체 기판의 타 측면 상에 형성된 제2 전극을 포함하고, 상기 반도체 기판으로 입사한 방사선 강도에 비례하는 전기적 신호가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 의해 생성되어 방사선 강도를 측정하고, 상기 촉매금속전극에 흡착된 가스에 비례하는 전위차가 상기 산화막에 발생함으로써 가스 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법에 의하면, 방사선과 수소를 동시에 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 센서의 소형화가 가능하여 설치공간을 절약할 수 있는 효과가 있다.
방사선, 가스, 수소, 측정, 백금, MOS, MOSFET
Description
본 발명은 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 방사선 센서를 반도체 기술을 이용하여 제작하고, 동시에 가스 촉매금속을 이용하여 전위차를 통하여 가스인 수소의 농도를 측정할 수 있는 반도체 센서 기술을 이용하여 방사선과 수소를 동시에 측정하는 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
핵폭발 시 순간적으로 방출되는 다량의 에너지가 목적하는 바에 따라 서서히 방출되도록 조절함으로써 핵에너지를 실생활에서 활용할 수 있으며, 원자력 발전에서는 이를 이용하여 열에너지를 동력으로 사용한다.
원자력 발전에 사용되는 원자로는 연쇄핵분열반응의 결과 순간적으로 방출되는 다량의 질량결손에너지가 방출되도록 연쇄반응을 제어하여 핵분열에서 발생하는 열에너지를 동력으로 사용하도록 하는 장치이다. 보통의 화력로가 물질의 연소열을 이용하는데 반해 원자로는 핵분열반응의 결과 발생하는 질량결손(質量缺損) 에너지를 이용하는 점에서 차이가 있다.
그런데, 이러한 원자로 내에서 핵분열이 일어나면, 다량의 에너지가 방출됨과 동시에 방사선이 발생하게 된다. 이러한 방사선은 원자로 내부의 구조물을 취화 시킨다.
또한, 고온으로 동작하는 원자로에서는 방사선과 더불어 감속재인 중수나 경수의 분해로 인한 수소가 발생하게 되며, 이러한 수소 또한 원자로 내부의 구조물을 취화 시키게 된다.
따라서, 원자로 내부에서 방사선과 수소를 측정하여 그 세기나 농도를 파악하는 것은 매우 중요하다. 그런데, 종래에는 방사선을 측정하기 위한 검출장치와 수소를 측정하기 위한 검출장치를 각각 원자로 내에 설치하여야 하기 때문에, 설치 공간이 커진다는 문제가 있었다.
뿐만 아니라, 방사선 검출장치와 수소 검출장치를 별도로 제작하여야 하기 때문에, 이는 제조 비용 증가와 제조 단계의 복잡화를 초래하였다.
따라서, 본 발명의 목적은, 방사선과 가스인 수소를 동시에 측정할 수 있는 반도체 기반의 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은, 방사선 및 가스인 수소를 하나의 센서에 의해 모두 측정할 수 있도록 하여 장치의 소형화를 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 용이하게 제조 가능한 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 촉매금속전극에서 검출하고자 하는 가스의 종류에 반응하는 촉매금속을 선택적으로 결합함으로써, 다양한 가스의 농도를 측정할 수 있는 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 일 측면 상에 형성된 제1 전극, 상기 반도체 기판의 타 측면 상에 형성된 절연체인 산화막, 상기 산화막 상에 형성된 가스 흡착금속으로 구성된 촉매금속전극, 및 상기 반도체 기판의 타 측면 상에 형성된 제2 전극을 포함하고, 상기 반도체 기판으로 입사한 방사선 강도에 비례하는 전기적 신호가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 의해 생성되어 방사선 강도를 측정하고, 상기 촉매금속전극에 흡착된 가스에 비례하는 전위차가 상기 산화막에 발생함으로써 가스 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매금속전극에 흡착되는 가스는 수소일 수 있다. 이를 위해, 상기 촉매금속전극의 가스 흡착금속은 백금 또는 팔라듐 중 어느 하나일 수 있다.
상기 반도체 기판은 탄화물 또는 질화물계 반도체로 구성되어, 고온에서도 사용할 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 반도체 기판과 접하고, 상기 산화막에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 기판은 MOS형 반도체 기판 또는 MOSFET형 반도체 기판일 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서 제조방법은 반도체 기판을 제공하는 단계, 상기 반도체 기판의 일 측면 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 타 측면 상에 절연체인 산화막을 형성하는 단계, 상기 산화막 상에 가스 흡착금속으로 구성된 촉매금속전극을 형성하는 단계, 및 상기 반도체 기판의 타 측면 상에 상기 반도체 기판과 접촉하게 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서 제조방법에서, 상기 촉매금속전극의 가스 흡착금속은 백금 또는 팔라듐 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 반도체 기판은 탄화물 또는 질화물계 반도체로 형성하여, 고온에서도 안정적으로 사용되도록 할 수 있다.
상기 반도체 기판은 MOS형 반도체 기판으로 형성하건, MOSFET형 반도체 기판으로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법에 의하면, 탄화물 또는 질화물계 반도체 기반으로 방사선 및 가스 동시 측정센서를 제조하여, 고온에서도 안정적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법에 의하면, 하나의 센서에 의해 방사선 및 가스를 동시에 측정할 수 있어 장치를 소형화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법에 의하면, 반도체 기판을 방사선 측정 및 가스 측정 모두에 공통적으로 이용될 수 있도록 제조함으로써, 제조 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 구조의 복잡화를 피할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법에 의하면, 검출하고자 하는 가스와 촉매반응을 일으키는 촉매금속을 촉매금속전극에 선택적으로 결합함으로써, 다양한 가스의 농도를 선택적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법에 의하면, 상기 센서는 반도체 기술을 기반으로 제조되므로 대량 생산이 가능한 효과가 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서의 구조도로서, MOS(metal oxide semiconductor)형 반도체 기판이 사용된 경우의 구조도이다. 도 2는 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서의 구조도로서, MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)형 반도체 기판이 사용된 경우의 구조도이다.
도 1 및 2를 참조하여, 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)는 반도체 기판(100), 제1 금속전극(200), 산화막(300), 촉매금속전극(400) 및 제2 금속전극(500)을 포함한다.
반도체 기판(100)은 고온에서도 안정적으로 사용할 수 있는 탄화물 또는 질화물계 반도체이다. 반도체 기판(100)은 MOS형 반도체 기판(도 1), 또는 MOSFET형 반도체 기판(도 2)으로 형성될 수 있다.
상기 반도체 기판(100)의 일 측면에는(도 1에서 하부), 제1 전극(200)이 배치된다. 반도체 기판(100)의 타 측면에는(도 1에서 상부), 산화막(300), 촉매금속전극(400) 및 제2 금속전극(500)이 형성된다.
산화막(300)은 반도체 기판(100) 상에 형성된 절연체 층으로서, 반도체 기판(100)과 촉매금속전극(400) 사이에 전류가 흐르는 것을 방지하고, 전위차를 형성하도록 한다.
촉매금속전극(400)은 상기 산화막(300) 상에 형성된다. 촉매금속전극은 측정하고자 하는 가스를 흡착하는 흡착금속으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 검출하고자 하는 가스를 수소를 예로 들어 설명하며, 이러한 수소의 검출을 위해 촉매금속전극(400)의 가스 흡착금속은 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)일 수 있다.
다른 가스의 검출을 위해서는, 측정하고자 하는 가스와 촉매반응이 잘 일어나는 가스 흡착금속을 선택하여 촉매금속전극(400)을 구성할 수 있다. 다른 종류의 가스 검출을 위해 다른 가스 흡착금속을 포함하는 촉매금속전극(400)으로 교체할 경우에는, 기존의 촉매금속전극(400)을 분리해 낸 후 교체하고자 하는 촉매금속전극(400)을 결합한다. 이에 의해, 기존의 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)를 모두 교체하지 않은 채 촉매금속전극(400)만을 교체함으로써, 다른 종류의 가스 측정이 가능하게 된다.
제2 전극(500)은 반도체 기판(100)의 상부에 형성되며, 반도체 기판(100)과 접촉한다. 제2 전극(500)의 측면은 산화막(300)에 의해 둘러싸여 있다. 이에 의해, 반도체 기판(100)의 상부는 산화막(300) 또는 제2 기판(500)에 의해 덮이는 형상을 가지게 된다.
산화막(300)이 제2 전극(500) 둘레를 둘러싸는 것에 의해, 반도체 기판(100)에서 발생한 전류가 누설되는 것을 방지한다. 즉, 산화막(300)은 누설전류가 발생하지 않도록 한다.
제1 전극(200), 제2 전극(500) 또는 촉매금속전극(400)에는 전선이 연결되어, 전기적 신호를 제어부 또는 디스플레이부(미도시)로 전달하여 측정된 방사선 강도나 가스 농도를 표시할 수 있도록 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)의 동작 방식에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 방사선 및 가스 측정 시, 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)의 전기적 이온과 전자 분포 상태도로서, MOS형 반도체 기판이 사용된 경우의 상태도이다.
반도체 기판(100), 제1 전극(200) 및 제2 전극(500)으로 이루어진 부분(이하, '방사선 센서부'라 함)에서는 방사선의 강도를 측정하고, 반도체 기판(100), 제2 전극(200), 산화막(300) 및 촉매금속전극(400)으로 구성된 부분(이하, '가스 센서부'라 함)에서는 가스의 농도를 측정한다.
방사선 센서부는 다음과 같이 동작한다. 도 3을 참고하여, 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)의 반도체 기판(100) 영역으로 방사선이 입사하면, 방사선에 의해 여기된 전하 운반자는 제1 전극(200)과 제2 전극(500) 간에 인가된 전기장에 의해 분리되어, 방사선 강도에 비례하는 전기적 신호로 변환된다.
상기 전기적 신호는 증폭기, 아날로그 디지털 변환기, 마이크로 프로세스 등을 포함하는 제어부(미도시)에 의해 증폭, 변환 등의 과정을 거쳐 디스플레이부(미도시)에 해당 측정 결과가 표시된다.
가스 센서부는 다음과 같이 동작한다. 도 3을 참조하여, 예를 들어 백금으로 구성되는 촉매금속전극(400), 산화막(300), 및 반도체 기판(100)으로 이루어진 수직 구조 상태에서, 수소가 백금으로 이루어진 촉매금속전극(400)에 흡착하게 된다.
촉매금속전극(400)의 표면에 흡착된 수소는 빠르게 촉매금속전극(400)의 내부를 관통하여 산화막(300)의 경계에 도달하게 된다. 이 때, 산화막(300)의 반대편에 위치한 반도체 기판(100)의 상부에 형성된 전자에 의해 전위차가 형성된다.
상기 전위차는 흡착된 수소에 비례하여 발생하므로, 이러한 전위차를 측정하여 수소의 농도를 측정할 수 있다.
상기 전위차에 의한 전기적 신호는, 방사선 센서부에서의 전기적 신호와 마찬가지의 방식으로, 제어부와 디스플레이부(미도시)에 의해 측정 결과가 표시될 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)는 방사선 센서부와 가스 센서부에 반도체 기판(100)이 공유되어 구성되어 있으므로, 센서의 크기를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라, 제작이 용이하다는 장점을 가진다.
또한, 방사선과 가스를 동시에 측정하는데 있어서, 반도체 기술을 이용하여 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)를 제조하므로, 대량으로 생산할 수 있는 이점이 있고, 탄화물 및 질화물계 반도체를 이용하므로 고온의 원자로에서도 안정적으로 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)는 방사선과 가스의 동시 측정이 중요시되는 차세대 원자로, 수소 생산로 등에 시용될 수 있을 것으로 기대된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)의 제조방법에 대해 설명한다. 도 4는 이러한 제조방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하여, 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)를 제조하기 위해, 반도체 기판(100)을 제공한 후, 반도체 기판(10)의 하면에 제1 전극(200)을 형성한다(S610, S620).
이어서, 반도체 기판(100)의 상면에는 산화막(300)을 형성하고, 산화막(300)의 상부에는 촉매금속전극(400)을 형성하여, 가스의 농도를 측정하는 가스 센서부를 형성한다(S630, S640).
반도체 기판(100)의 상면 중 일부에는 제2 전극(500)이 반도체 기판(100)과 접촉하도록 형성하여, 방사선 센서부를 형성한다(S650).
본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서(10)의 제조방법은 방사선과 가스를 동시에 측정할 수 있는 센서의 구조를 비교적 용이하게 제조할 수 있다는 장점을 가진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1은 MOS형 반도체 기판이 사용된 경우의 방사선 및 가스 동시 측정센서의 구조도이다;
도 2는 MOSFET형 반도체 기판이 사용된 경우의 방사선 및 가스 동시 측정센서의 구조도이다;
도 3은 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서의 전기적 이온과 전자 분포 상태도이다;
도 4는 본 발명에 따른 방사선 및 가스 동시 측정센서의 제조방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 방사선 및 가스 동시 측정센서
100 : 반도체 기판 200 : 제1 전극
300 : 산화막 400 : 촉매금속전극
500 : 제2 전극
Claims (12)
- 반도체 기판;상기 반도체 기판의 일 측면 상에 형성된 제1 전극;상기 반도체 기판의 타 측면 상에 형성된, 절연체인 산화막;상기 산화막 상에 형성된, 가스 흡착금속으로 구성된 촉매금속전극; 및상기 반도체 기판의 타 측면 상에 형성된 제2 전극;을 포함하고, 상기 반도체 기판으로 입사한 방사선 강도에 비례하는 전기적 신호가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 의해 생성되어 방사선 강도를 측정하고, 상기 촉매금속전극에 흡착된 가스에 비례하는 전위차가 상기 산화막에 발생함으로써 가스 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 촉매금속전극에 흡착되는 가스는 수소인 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 촉매금속전극의 가스 흡착금속은 백금 또는 팔라듐 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 반도체 기판은 탄화물 또는 질화물계 반도체인 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2 전극은 상기 반도체 기판과 접하고, 상기 산화막에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체 기판은 MOS형 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체 기판은 MOSFET형 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서.
- 반도체 기판을 제공하는 단계;상기 반도체 기판의 일 측면 상에 제1 전극을 형성하는 단계;상기 반도체 기판의 타 측면 상에 절연체인 산화막을 형성하는 단계;상기 산화막 상에 가스 흡착금속으로 구성된 촉매금속전극을 형성하는 단계; 및상기 반도체 기판의 타 측면 상에, 상기 반도체 기판과 접촉하게 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 방사선 및 가스 동시 측정센서 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 촉매금속전극의 가스 흡착금속은 백금 또는 팔라듐 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 반도체 기판은 탄화물 또는 질화물계 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서 제조 방법.
- 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체 기판은 MOS형 반도체 기판으로 형성하는 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서 제조 방법.
- 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체 기판은 MOSFET형 반도체 기판으로 형성하는 것을 특징으로 하는 방사선 및 가스 동시 측정센서 제조 방법.
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020080119159A KR101052164B1 (ko) | 2008-11-27 | 2008-11-27 | 방사선 및 가스 동시 측정센서 및 이의 제조방법 |
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