KR20100085321A - Gas sensor and the fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A gas sensor and a manufacturing method thereof are provided to accelerate gas diffusion and to increase specific surface area by forming a sensing layer of a porous hemisphere structure using various sizes of colloidal templates as a sacrificial layer. CONSTITUTION: A manufacturing method of a gas sensor is as follows. A sacrificial layer(14) in which sacrificial particles are uniformly dispersed is formed on a sensor substrate(10). Using a sputtering technique, a metal oxide sensing layer(13) which contains catalyst(12) is formed on the sacrificial layer. The metal oxide sensing layer is heat-treated to eliminate the sacrificial layer. A porous metal oxide sensing layer containing catalyst is obtained. A sensor electrode(11) sensing the change of resistance to external gas exposure is formed on the sensor substrate. The average size of the sacrificial particles is in a range of 100nm-10micro.

Description

가스센서 및 그 제조방법{GAS SENSOR AND THE FABRICATION METHOD THEREOF} GAS SENSOR AND THE FABRICATION METHOD THEREOF

본 발명은 가스센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 촉매가 함유된 다공성 구조의 금속산화물 박층을 감지소재로 이용한 가스센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a gas sensor and a method of manufacturing the same using a thin metal oxide layer of a porous structure containing a catalyst as a sensing material.

산화주석(SnO2) 및 산화아연(ZnO)과 같은 금속산화물 반도체를 이용한 센서의 가스감지 과정은 산화물 표면에서 일어나는 기체흡착 및 산화/환원 반응에 의한 비저항의 변화를 측정함으로써 이루어진다. Gas sensing of sensors using metal oxide semiconductors such as tin oxide (SnO 2 ) and zinc oxide (ZnO) is accomplished by measuring the change in resistivity due to gas adsorption and oxidation / reduction reactions occurring on the oxide surface.

이러한 가스센서는 전기신호(전도도)의 변화를 통해 외부 환경가스(H2, O2, CO, NOx, alcohol, SOx, DMMP, 페놀, acetone, formaldehyde 등)의 농도를 손쉽게 알아낼 수 있는 장점을 갖기 때문에 가스누출경보기·화재경보기·알코올검출기·엔진연소가스검지기 등에 널리 사용되고 있다. These gas sensors have the advantage of easily determining the concentration of external environmental gases (H2, O2, CO, NOx, alcohol, SOx, DMMP, phenol, acetone, formaldehyde, etc.) by changing the electrical signal (conductivity). It is widely used in leak detectors, fire alarms, alcohol detectors and engine combustion gas detectors.

반도체식 가스 센서는 대체로 200~500℃에서 동작되기 때문에 저항의 변화를 감지하기 위한 전극(Interdigitated Electrode)과, 감지소자의 온도를 높이기 위한 히터(발열체)를 포함하여 구성된다. Since the semiconductor gas sensor is generally operated at 200 to 500 ° C., the semiconductor gas sensor includes an electrode (Interdigitated Electrode) for detecting a change in resistance, and a heater (heating element) for increasing the temperature of the sensing element.

이러한 가스 센서는 벌크 및 후막의 형태로 소자화 되어 널리 이용이 되고 있으나, 최근들어 소형화, 집적화에 대한 요구가 증대됨에 따라 신속성, 선택성, 민감성, 재현성, 내구성, 저소비전력, 집적화, 어레이화 특성이 더욱 중요하게 요구되고 있다. These gas sensors are widely used in the form of bulk and thick films, but in recent years, as the demand for miniaturization and integration increases, speed, selectivity, sensitivity, reproducibility, durability, low power consumption, integration, and arraying characteristics are further increased. It is importantly required.

특히 고감도의 센서 특성을 얻기 위해서는 가스 확산도(gas diffusivity)를 높이고, 가스-표면 반응면적 (gas-surface reaction area)을 넓혀 주어야 한다. 또한 박막의 경우 감지층과 하부 기판과의 계면에서 발생하는 비활성층의 영향을 최소화 시키는 것이 필요하다. In particular, in order to obtain high-sensitivity sensor characteristics, it is necessary to increase gas diffusivity and widen the gas-surface reaction area. In addition, in the case of the thin film, it is necessary to minimize the influence of the inactive layer generated at the interface between the sensing layer and the lower substrate.

일반적으로 가스감지층에 있어서 기체에 민감한 표면 공핍층 (gas-sensitive surface depletion layer)은 1-10 nm 두께로 형성이 된다. In general, a gas-sensitive surface depletion layer in the gas sensing layer is formed to a thickness of 1-10 nm.

그러나 센서 감지층의 두께가 100 nm 미만으로 얇을 경우, 하부 전극 기판과의 계면 특성에 의해 센서 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. However, when the thickness of the sensor sensing layer is less than 100 nm, there is a problem that the sensor characteristics are degraded due to the interface characteristics with the lower electrode substrate.

또한 반도체 가스센서의 경우 모재료와 촉매를 여러가지로 바꾸거나 조합하여, 고감도 특성을 얻거나, 선택성을 부여하기도 한다. In the case of a semiconductor gas sensor, a high sensitivity or a selectivity may be obtained by changing or combining a parent material and a catalyst in various ways.

따라서 빠른 응답시간과 고감도를 갖는 센서를 만들기 위하여 가스 확산도가 우수한 미세 다공성 구조를 가지면서도 센서 감지층의 비표면적을 크게 증가시키고, 하부 센서 기판과의 계면 특성을 최소화 하면서, 금속촉매가 균일하게 포함된 다공성 박층으로 이루어진 고감도 센서의 개발이 필요하다.Therefore, in order to make a sensor having a fast response time and high sensitivity, it has a microporous structure with excellent gas diffusion and greatly increases the specific surface area of the sensor sensing layer and minimizes the interfacial characteristics with the lower sensor substrate while uniformly including the metal catalyst. There is a need for the development of highly sensitive sensors made of porous thin layers.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 다양한 크기의 콜로이달 템플레이트(colloidal template)를 희생층(sacrificial layer 또는 templating layer)으로 이용하여 다공성 반구체 구조의 감지층(sensing layer)을 구성함으로써, 가스확산이 빠르고 비표면적이 크게 증대된 가스센서 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by using a colloidal template of various sizes as a sacrificial layer or a templating layer to form a sensing layer (sensing layer) of porous hemispherical structure It is an object of the present invention to provide a gas sensor and a method of manufacturing the same, in which gas diffusion is quick and the specific surface area is greatly increased.

또한, 본 발명은 다공성 감지층의 내부 또는 표면에 촉매를 균일하게 형성하여 센서의 감도를 향상시킬 수 있는 가스센서 및 그 제조방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a gas sensor and a method for manufacturing the same, which can improve the sensitivity of the sensor by uniformly forming a catalyst inside or on the surface of the porous sensing layer.

또한, 본 발명은 다양한 촉매의 변화를 통해 고감도 센서를 제공할 뿐만아니라 다양한 가스에 대한 선택성을 제공할 수 있는 가스센서 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention has another object to provide a gas sensor and a method of manufacturing the same that can provide not only a high sensitivity sensor through a variety of catalyst changes but also selectivity for various gases.

상기한 목적은 가스센서의 제조방법에 있어서, The above object is a method of manufacturing a gas sensor,

센서 기판 위에 희생입자가 균일하게 분산된 희생입자층을 형성하는 단계;Forming a sacrificial particle layer in which sacrificial particles are uniformly dispersed on the sensor substrate;

상기 희생입자층 위에 스퍼터링 방법을 이용하여 촉매가 포함된 금속산화물 감지층을 형성하는 단계; 및 상기 촉매가 포함된 금속산화물 감지층을 열처리하여 상기 희생입자층을 제거하여 촉매가 포함된 다공성 금속산화물 감지층을 얻는 단 계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법에 의해 달성된다.Forming a metal oxide sensing layer including a catalyst on the sacrificial particle layer using a sputtering method; And removing the sacrificial particle layer by heat-treating the metal oxide sensing layer containing the catalyst to obtain a porous metal oxide sensing layer including the catalyst.

여기서, 상기 희생입자층은 단층 또는 복층으로 형성될 수 있다.Here, the sacrificial particle layer may be formed of a single layer or a plurality of layers.

또한, 상기 촉매 및 금속산화물 감지층은 DC(직류) 및 RF(고주파) 스퍼터링법을 이용하여 동시에 증착되는 것이 바람직하다.In addition, the catalyst and the metal oxide sensing layer is preferably deposited at the same time using DC (direct current) and RF (high frequency) sputtering method.

또한, 상기 촉매 및 금속산화물 감지층은 스퍼터링법을 이용하여 촉매가 포함된 금속산화물의 단일 타겟으로부터 증착되어 얻을 수 있다.In addition, the catalyst and the metal oxide sensing layer may be obtained by being deposited from a single target of a metal oxide containing a catalyst using a sputtering method.

또한, 상기 희생입자층의 형성단계, 상기 촉매가 포함된 금속산화물 감지층의 형성단계 및 상기 열처리 단계를 반복하여 다층 구조의 다공성 금속산화물 감지층을 얻을 수 있다.In addition, the forming of the sacrificial particle layer, the forming of the metal oxide sensing layer including the catalyst, and the heat treatment may be repeated to obtain a porous metal oxide sensing layer having a multilayer structure.

한편, 상기 목적은 상기한 방법으로 제조된 가스센서로서, 상면에 센서 전극이 형성된 센서 기판과, 상기 센서 기판 위에 형성되고 촉매가 포함된 다공성 금속산화물 감지층으로 구성된 것을 특징으로 하는 가스센서에 의해 달성된다.On the other hand, the object is a gas sensor manufactured by the above-described method, by a gas sensor, characterized in that consisting of a sensor substrate having a sensor electrode on the upper surface, and a porous metal oxide sensing layer formed on the sensor substrate and containing a catalyst Is achieved.

여기서, 상기 촉매가 포함된 다공성 금속산화물 감지층은 내부에 반구형의 중공부(hollow hemisphere)가 규칙적으로 배열된 미세 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.Here, the porous metal oxide sensing layer containing the catalyst is characterized in that the hemispherical hollow portion (hollow hemisphere) is a microstructure arranged regularly.

특히, 상기 반구형의 중공부는 평균 직경이 100㎚ ~ 10㎛인 반구형 기공인 것을 특징으로 한다.In particular, the hemispherical hollow portion is characterized in that hemispherical pores having an average diameter of 100nm ~ 10㎛.

또한, 상기 촉매가 포함된 다공성 금속산화물 감지층의 두께는 5㎚ ~ 1 ㎛의 범위 내에 있으며, 중공형 반구체의 바깥면과 안쪽면이 동시에 가스와의 반응에 참여할 수 있기 때문에, 가스 반응특성이 가장 우수한 공핍층의 두께에 해당하는 10~20 nm 의 두께를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the thickness of the porous metal oxide sensing layer containing the catalyst is in the range of 5nm ~ 1 ㎛, gas reaction characteristics because the outer surface and the inner surface of the hollow hemisphere can participate in the reaction with the gas at the same time It is preferable to have the thickness of 10-20 nm corresponding to the thickness of this most excellent depletion layer.

또한, 상기 촉매가 포함된 다공성 금속산화물 박층은 다층 구조를 가질 수 있다.In addition, the thin porous metal oxide layer containing the catalyst may have a multilayer structure.

또한, 상기 촉매는 선택성의 부여를 위해 금속 또는 금속산화물 일 수 있다.In addition, the catalyst may be a metal or a metal oxide for imparting selectivity.

이에 따라 본 발명에 따른 가스센서 및 그 제조방법에 의하면, 다음과 같은 장점이 있다.Accordingly, according to the gas sensor and the manufacturing method according to the present invention, there are the following advantages.

1. 감지층이 마이크로 사이즈의 다공성 반구형 구조체를 형성함으로써, 하부 센서 기판과 상부의 감지층 간의 계면 특성이 최소화된 가스센서를 제조할 수 있다.1. As the sensing layer forms a microsized porous hemispherical structure, it is possible to manufacture a gas sensor having a minimum interface property between the lower sensor substrate and the upper sensing layer.

2. 동시 스퍼터링 방법을 이용하여 촉매가 함유된 다공성 금속산화물 감지층을 형성함으로써, 선택성과 감도가 개선된 가스센서를 구성할 수 있다. 2. By forming a porous metal oxide sensing layer containing a catalyst using a simultaneous sputtering method, it is possible to construct a gas sensor with improved selectivity and sensitivity.

3. 마이크로 사이즈의 반구형 구조체를 가지고 있기 때문에, 표면적이 증대되고, 외부 가스가 쉽게 침투할 수 있어서, 센서의 감도를 향상시킬 수 있다. 3. Since it has a micro-sized hemispherical structure, the surface area is increased, and external gas can easily penetrate, and the sensitivity of the sensor can be improved.

4. 마이크로 사이즈의 반구형 구조체의 두께를 스퍼터링 시간을 통해 손쉽게 조절함으로써, 가스센서의 감도 특성이 가장 우수한 공핍층의 두께에 해당하는 가스감지층을 손쉽게 제조할 수 있다.4. By easily adjusting the thickness of the micro-sized hemispherical structure through the sputtering time, it is possible to easily produce a gas sensing layer corresponding to the thickness of the depletion layer having the best sensitivity characteristics of the gas sensor.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서는, 저항의 변화를 측정할 수 있는 전극(11)이 형성된 센서기판(10)과, 센서기판(10) 상에 증착된 촉매(12)를 포함하는 다공성 금속산화물 감지층(13)을 포함한다. 이때, 상기 촉매(12)를 포함하는 다공성 금속산화물 감지층(13)은 센서기판(10) 상에 콜로이달 템플레이팅 방법을 통해 얻어진다. Gas sensor according to an embodiment of the present invention, the porous substrate including a sensor substrate 10 formed with an electrode 11 capable of measuring a change in resistance, and a catalyst 12 deposited on the sensor substrate 10 Metal oxide sensing layer 13 is included. In this case, the porous metal oxide sensing layer 13 including the catalyst 12 is obtained through a colloidal template method on the sensor substrate 10.

상기 센서전극(11)으로 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 은(Ag), 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 스테인리스 스틸(STS), 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), ITO(In doped SnO2)및 FTO(F doped SnO2)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 전극(11)을 사용할 수 있다.Platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir), silver (Ag), ruthenium (Ru), nickel (Ni), stainless steel (STS), and aluminum ( Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), copper (Cu), titanium (Ti), tungsten (W), ITO (In doped SnO 2 ) and FTO (F doped SnO 2 ) One kind or two or more kinds of electrodes 11 can be used.

상기 센서기판(10)으로 바람직하게는 세라믹 기판, 알루미나(Al2O3)기판, 절연층이 증착되어진 실리콘(Si) 기판 및 실리콘옥사이드(SiO2) 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 센서기판(10)은 바람직하게는 센서전극(11)이 인터디지탈 전극(11)(Interdigital Electrode) 형태로 패터닝된 기판을 포함한다.As the sensor substrate 10, a ceramic substrate, an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, a silicon (Si) substrate on which an insulating layer is deposited, a silicon oxide (SiO 2 ) substrate, or the like may be used. In addition, the sensor substrate 10 preferably includes a substrate in which the sensor electrode 11 is patterned in the form of an interdigital electrode 11.

본 발명에 따른 가스센서의 제조방법을 살펴보면, 상기 센서기판(10)이 적어도 두 개가 정렬(array)되고, 상기 적어도 두 개의 센서기판(10) 위에 마이크로 입자 템플레이트(microsphere template) 공정에 의해 구형의 고분자 나노입자를 균일하게 도포하는 단계와, 촉매(12) 타겟과 금속산화물 타겟을 상온에서 동시 스퍼터 링(Co-sputtering) 방법으로 증착하여 촉매(12)를 포함하는 금속산화물 감지층(13)을 형성하는 단계와, 고온 열처리를 거쳐 구형의 고분자 나노입자를 제거하여 금속산화물 감지층(13)에 다공성을 부여하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 촉매(12) 타겟과 금속산화물 타겟을 동시 스퍼터링 하는 방법 대신에 촉매(12)를 포함하는 금속산화물을 단일 타겟으로 하여 스퍼터링 하는 방법을 사용할 수 있다.Looking at the manufacturing method of the gas sensor according to the present invention, at least two of the sensor substrate (10) is arranged (array), the spherical shape of the sphere by a microparticle template (microsphere template) process on the at least two sensor substrate (10) Uniformly applying the polymer nanoparticles, and depositing the catalyst 12 target and the metal oxide target by co-sputtering at a room temperature to form a metal oxide sensing layer 13 including the catalyst 12. Forming and removing spherical polymer nanoparticles through high temperature heat treatment to impart porosity to the metal oxide sensing layer 13. In this case, instead of the method of simultaneously sputtering the catalyst 12 target and the metal oxide target, a method of sputtering using a metal oxide including the catalyst 12 as a single target may be used.

본 발명은 상기 템플레이트로 이용되는 마이크로 입자(이하, "희생입자"와 혼용됨)의 크기 조절을 통해 촉매(12)가 포함된 금속산화물 감지층(13)의 다공성을 구조적으로 조절함으로써, 외부 가스에 대한 감도 및 반응속도, 선택성 등을 조절할 수 있다. 이때, 희생입자의 크기는 직경이 100nm ~ 10μm 인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 100 nm 미만의 경우 균일한 마이크로 입자 분산이 어려우며, 10μm 를 초과하는 경우, 마이크로 입자간의 공간이 커져, 박막 증착시 균일한 감지층(13)의 도포가 어려워지는 문제점이 발생할 수 있다. 특히 얇은 다공성 감지층(13)이 10μm 크기로 존재하는 경우, 박층의 안정성이 떨어지게 되기 때문이다.According to the present invention, by controlling the porosity of the metal oxide sensing layer 13 including the catalyst 12 by controlling the size of the microparticles (hereinafter referred to as “sacrificial particles”) used as the template, the external gas Sensitivity, reaction rate, and selectivity can be adjusted. At this time, the size of the sacrificial particles is preferably 100nm ~ 10μm in diameter. Because, when it is less than 100 nm, it is difficult to uniformly disperse the micro particles, and when it exceeds 10 μm, the space between the micro particles becomes large, so that it may be difficult to apply the uniform sensing layer 13 during thin film deposition. In particular, when the thin porous sensing layer 13 is present in 10μm size, it is because the stability of the thin layer is reduced.

또한, 본 발명은 다공성 금속산화물 감지층(13) 구조의 특성상 가스 확산이 빠르고, 비표면적이 일반 박막층에 비해 크게 증대되어 감도를 향상시킬 수 있다. In addition, in the present invention, the gas diffusion is fast due to the characteristics of the porous metal oxide sensing layer 13, and the specific surface area is greatly increased compared to the general thin film layer, thereby improving sensitivity.

이하, 본 발명의 가스센서의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the gas sensor of the present invention will be described in detail for each step.

1) 희생입자 층의 제조1) Preparation of Sacrificial Particle Layer

전극(11)이 형성된 센서기판(10) 위에 다공성 구조의 금속산화물 감지층(13)을 만들기 위해 먼저 상기 센서기판(10) 위에 희생입자층(14)을 형성하는데, 이 희생입자층(14)을 형성하기 위해 고분자 입자 분산액을 제조한다. In order to make the metal oxide sensing layer 13 having a porous structure on the sensor substrate 10 on which the electrode 11 is formed, first, a sacrificial particle layer 14 is formed on the sensor substrate 10, and the sacrificial particle layer 14 is formed. In order to prepare a polymer particle dispersion.

본 실시예에서는 희생입자로 800 nm 크기의 폴리메틸메싸크릴레이트(PMMA)를 이용한다. 용매속에 PMMA 2wt%를 첨가하고, 30분간 초음파 분산처리를 진행한다.In this embodiment, polymethylmethacrylate (PMMA) of 800 nm size is used as the sacrificial particles. 2 wt% of PMMA was added to the solvent, followed by ultrasonic dispersion for 30 minutes.

상기 용매로 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, IPA, 디메틸포름아마이드(dimethylformamide; DMF), 아세톤, 데트라하이드로퓨란, 톨루엔, 물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. As the solvent, one selected from the group consisting of ethanol, methanol, propanol, butanol, IPA, dimethylformamide (DMF), acetone, detrahydrofuran, toluene, water, and mixtures thereof may be used. However, the present invention is not limited thereto.

희생입자 및 용매의 비율에 있어서, 고분자 입자가 균일하게 용매속에 분산될 수 있는 함량이면 특정 범위에 제약을 두지는 않는다. 바람직하게는 희생입자가 용매 대비 0.5 ~ 10 wt%의 범위에서 분산용액을 제조할 수 있다. 도 2는 센서기판(10)위에 균일하게 분산된 PMMA 희생입자층(14)의 주사전자현미경 사진을 보여준다.In the ratio of the sacrificial particles and the solvent, the polymer particles are not limited in a specific range as long as they can be uniformly dispersed in the solvent. Preferably, the sacrificial particles may prepare a dispersion solution in the range of 0.5 to 10 wt% with respect to the solvent. 2 shows a scanning electron micrograph of the PMMA sacrificial particle layer 14 uniformly dispersed on the sensor substrate 10.

PMMA가 포함된 분산액을 스포이드를 이용하여 센서 전극(11)이 형성된 기판(10)위에 분산을 시키고, 24 시간 건조시켜 희생입자층(14)을 형성한다. 희생입자층(14)의 형성은 분산액의 드롭(drop) 방식 뿐만아니라, 스핀코팅법으로도 제조가 가능하다.The dispersion containing PMMA is dispersed on the substrate 10 on which the sensor electrode 11 is formed using an eyedropper, and dried for 24 hours to form the sacrificial particle layer 14. Formation of the sacrificial particle layer 14 can be prepared not only by the drop method of the dispersion (drop), but also by the spin coating method.

본 발명의 일 실시예에 따른 분산용액의 조성 및 제조방법을 살펴보면, 희생입자로서 1-2 μm 크기를 갖는 폴리스타이렌 입자와, 희생입자의 분산을 도와주는 계면활성제로서 Polyethylene glycol tert-octylphenyl ether t-Octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X-100)와, 용매로서 에탄올로 조성되고, 폴리스타이렌 : Triton X-100 : 에탄올의 무게비가 0.05~0.1 : 0.001~0.001 : 1이 되도록 혼합하고 희생입자를 분산시킨다. 그리고, 상기 고분자 희생입자 분산용액을 2000 rpm에서 15분간 원심분리하고, 상층액을 제거한 후 에탄올 입자 분산액(21 wt%)을 제조한다. Looking at the composition and preparation method of the dispersion solution according to an embodiment of the present invention, the polystyrene particles having a size of 1-2 μm as the sacrificial particles, and the polyethylene glycol tert-octylphenyl ether t- as a surfactant to help the dispersion of the sacrificial particles It is composed of Octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X-100) and ethanol as a solvent, and mixed so that the weight ratio of polystyrene: Triton X-100: ethanol is 0.05 to 0.1: 0.001 to 0.001: 1, and the sacrificial particles are dispersed. Then, the polymer sacrificial particle dispersion solution was centrifuged at 2000 rpm for 15 minutes, the supernatant was removed, and ethanol particle dispersion (21 wt%) was prepared.

그 다음, 희생입자 분산액을 2000 rpm ~ 4000 rpm, 20 s ~ 40 s 조건에서 단층으로 스핀코팅한다. 다만, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않으며, 희생입자층(14)이 복층이 되도록 스핀코팅할 수도 있다. Then, the sacrificial particle dispersion is spin-coated into a monolayer at 2000 rpm to 4000 rpm and 20 s to 40 s. However, the content of the present invention is not limited thereto, and the sacrificial particle layer 14 may be spin-coated so as to be a multilayer.

상기 희생입자로는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메싸크릴레이트(PMMA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스타이렌-코-아크릴로나이트릴(poly(strene-co-acrylonitrile)(SAN)), 라텍스(latex), 폴리염화비닐리덴-코-염화비닐(poly(vinylidene chloride-co-vinyl chloride)), 폴리부타디엔(poly(butadiene)), 폴리불화비닐리덴(poly(vinylidene fluoride)(PVDF)) 등의 고분자가 사용될 수 있다. The sacrificial particles include polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene-co-acrylonitrile (poly (strene-co-acrylonitrile) (SAN)), latex ( latex), polyvinylidene chloride-co-vinyl chloride (poly (vinylidene chloride-co-vinyl chloride)), polybutadiene (poly (butadiene)), polyvinylidene fluoride (polyVinyl fluoride (PVDF)) Polymers can be used.

2) 촉매(12)가 포함된 금속산화물 박층의 제조2) Preparation of Thin Metal Oxide Layer Containing Catalyst 12

폴리스타이렌(PS)이나 폴리메틸메싸크릴레이트(PMMA)와 같은 희생입자를 분산시켜 형성된 희생입자층(14) 위에 2개 이상의 타겟으로부터 동시 스퍼터링 방법 또는 촉매(12)가 함유된 금속산화물의 단일 타겟으로부터 스퍼터링 방법을 이용하여 촉매(12)가 함유된 금속산화물 감지층(13)을 증착한다. Simultaneous sputtering from two or more targets on a sacrificial particle layer 14 formed by dispersing sacrificial particles such as polystyrene (PS) or polymethylmethacrylate (PMMA) or sputtering from a single target of a metal oxide containing catalyst 12 The metal oxide sensing layer 13 containing the catalyst 12 is deposited using the method.

이때 금속산화물은 SnO2, TiO2, ZnO, VO2, In2O3, NiO, MoO3, SrTiO3, Fe2O3, WO3 및 CuO 등의 소재를 포함하며, 촉매(12)는 Pt, Pd, Ni, Cu 등을 포함한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. In this case, the metal oxide includes materials such as SnO 2 , TiO 2 , ZnO, VO 2 , In 2 O 3 , NiO, MoO 3 , SrTiO 3 , Fe 2 O 3 , WO 3 and CuO, and the catalyst 12 is Pt , Pd, Ni, Cu and the like. However, the present invention is not limited thereto.

이때, 스퍼터링 시간과 RF 파워(W)를 조절함으로써 촉매(12)의 함량 및 금속산화물 박막의 두께 및 표면 형상(morphology)을 조절할 수 있고, 상기 금속산화물 감지층(13)의 두께는 10nm~1㎛의 범위로 조절되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 감지층의 두께가 10nm 미만인 경우에는 기계적인 안정성이 저하되고, 1㎛를 초과하는 경우에는 감도가 저하되기 때문이다.In this case, by adjusting the sputtering time and the RF power (W), the content of the catalyst 12 and the thickness and surface morphology of the metal oxide thin film can be controlled, and the thickness of the metal oxide sensing layer 13 is 10 nm to 1. It is preferable to adjust to the range of micrometer. This is because when the thickness of the sensing layer is less than 10 nm, the mechanical stability is lowered, and when the thickness of the sensing layer exceeds 1 μm, the sensitivity is lowered.

희생입자는 원형의 고분자로 유리전이온도 및 녹는점(melting temperature)이 낮기 때문에, 금속산화물 박막 증착 후 450℃ 고온열처리를 통하여 희생입자층(14)을 제거할 수 있다.Since the sacrificial particles are circular polymers and have low glass transition temperature and melting temperature, the sacrificial particles layer 14 may be removed by heat treatment at 450 ° C. after the metal oxide thin film is deposited.

3) 후열처리 단계3) Post heat treatment step

이어서, 상기 제조된 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)을 300℃~800℃의 온도에서 열처리를 실시한다. 이 후열처리 과정을 통해 고분자 희생입자층(14)을 제거하고, 상온에서 증착된 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)을 결정화 시켜, 전기전도 특성을 개선시켜주는 역할을 한다. Subsequently, the porous metal oxide sensing layer 13 including the prepared catalyst 12 is heat-treated at a temperature of 300 ° C to 800 ° C. The post sacrificial process removes the polymer sacrificial particle layer 14 and crystallizes the porous metal oxide sensing layer 13 including the catalyst 12 deposited at room temperature, thereby improving electrical conductivity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 박층으로 이루어진 가스센서의 구조를 개략적으로 도시한 단면도로서, 최종적으로 후열처리 과정을 거친 감지층은 도 1에서처럼 촉매(12)가 다공성 금속산화물 박층 표면에 도포되어 있는 구조를 보여준다. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a gas sensor consisting of a thin layer of porous metal oxide containing a catalyst 12 according to an embodiment of the present invention. (12) shows the structure applied to the surface of the porous metal oxide thin layer.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.  Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1 : Pt 촉매(12)가 포함된 다공성 ZnO 감지층의 제조 Example 1 Preparation of Porous ZnO Sensing Layer Containing Pt Catalyst 12

희생입자 분산 용액을 제조하기 위해, 본 실시예에서는 직경 800 nm의 PMMA 구형 고분자를 물과 에탄올 혼합 용액에 2 wt% 첨가하고, 30분간 초음파 처리를 통해 분산시켰다. 상기의 PMMA 희생입자층(14)을 센서 전극(11)이 형성된 기판(10)위에 마이크로피펫을 이용하여 분산시키고, 24 시간 대기중에서 건조시켰다. In order to prepare a sacrificial particle dispersion solution, in this embodiment, 2 wt% of a PMMA spherical polymer having a diameter of 800 nm was added to a water and ethanol mixed solution, and dispersed by sonication for 30 minutes. The PMMA sacrificial particle layer 14 was dispersed using a micropipette on the substrate 10 on which the sensor electrode 11 was formed, and dried in an air for 24 hours.

이때 센서 전극(11)은 IDE(Interdegitated Electrode, 16 fingers, 8 mm long and 200 μm wide, spaced 200 μm apart) 구조로 구성되며, 전극 물질로는 200 nm 두께의 Au를 이용하였고, 하부 Al2O3 기판(10)과의 접착 특성을 좋게 하기 위해 50 nm 두께의 Ti 층을 접착층으로 이용하였다. At this time, the sensor electrode 11 is composed of an IDE (Interdegitated Electrode, 16 fingers, 8 mm long and 200 μm wide, spaced 200 μm apart) structure, using a 200 nm thick Au as the electrode material, the lower Al 2 O A 50 nm thick Ti layer was used as the adhesive layer in order to improve the adhesiveness with the 3 substrate 10.

Pt 촉매(12)가 함유된 ZnO 박막을 얻기 위해서, 본 실시예에서는 동시 스퍼터링 방법을 이용하였다. 도 3은 Pt 타겟과 ZnO 타겟으로부터 제조된 동시 스퍼터링 과정의 이미지를 보여준다. 스퍼터링은 3 inch 타겟을 이용하였으며, 증착 과정에서 고분자 희생층의 분해를 방지하기 위해서 상온에서 이루어진다. 공정압력은 10 mTorr, Pt와 ZnO의 RF(고주파) 전력은 50W, 110W 였다. Ar 가스를 20 sccm의 속도로 흘려 주었으며, 23 분 동안 증착을 진행하였다. 이때 Pt의 함유량은 Pt의 증착 시간을 변화시켜가면서 조절하였다.In order to obtain a ZnO thin film containing the Pt catalyst 12, a simultaneous sputtering method was used in this embodiment. 3 shows an image of a simultaneous sputtering process made from a Pt target and a ZnO target. Sputtering was used for 3 inch target, and is performed at room temperature to prevent decomposition of the polymer sacrificial layer during the deposition process. The process pressure was 10 mTorr, and the RF (high frequency) power of Pt and ZnO was 50W and 110W. Ar gas was flowed at a rate of 20 sccm, and deposition was performed for 23 minutes. At this time, the content of Pt was adjusted while changing the deposition time of Pt.

동시 스퍼터링을 통해 Pt 함유된 다공성 ZnO 감지층을 형성한 후에, 희생 입자층을 제거하고, Pt 촉매(12)가 표면에 잘 분포될 수 있도록 550℃에서 후열처리를 진행하였다. 도 4는 Pt 촉매(12)가 포함된 ZnO 다공성 박층의 주사전자현미경 사진(x 30,000 배율)을 보여준다. 다공성 ZnO 반구체 구조 표면에 Pt 촉매(12) 입자가 육각형(hexagonal) 모양으로 밀집되어 있는 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있다. After forming the Pt-containing porous ZnO sensing layer through simultaneous sputtering, the sacrificial particle layer was removed and the post-heat treatment was performed at 550 ° C. so that the Pt catalyst 12 was well distributed on the surface. 4 shows a scanning electron micrograph (x 30,000 magnification) of a thin ZnO porous layer containing Pt catalyst 12. On the surface of the porous ZnO hemisphere structure, it can be seen that the Pt catalyst 12 particles have a hexagonal structure.

도 5는 Pt 촉매(12)가 포함된 ZnO 다공성 박층의 확대된 주사전자현미경 (x 100,000 배율)이미지로서 Pt 촉매(12)가 잘 분포되어져 있음을 알 수 있다. 본 발명에 의해 제조된 반구형 구조체는 마이크로 단위의 다공성 구조를 제공함으로써, 외부 유해가스가 용이하게 침투하여 감도 특성이 우수한 가스센서를 제조할 수 있게 된다. FIG. 5 shows an enlarged scanning electron microscope (x 100,000 magnification) image of the ZnO porous thin layer containing the Pt catalyst 12 and shows that the Pt catalyst 12 is well distributed. The hemispherical structure produced according to the present invention provides a porous structure in micro units, thereby making it easy to penetrate external noxious gas, thereby producing a gas sensor having excellent sensitivity characteristics.

도 6은 Pt 촉매(12)와 ZnO 금속산화물의 결정화 정도를 확인하기 위해 상기 금속산화물 감지층(13)을 750℃까지 온도를 높여서 후열처리 한 후에, X-선 회절 분석 결과를 보여준다. 도 6에 도시한 바와 같이 2-theta 각도에 따라 Pt와 ZnO의 결정 피크(peak)가 뚜렷이 관찰되는 것으로 보아 Pt 상과 ZnO 상이 잘 형성되어져 있음을 알 수 있다. 이때 각각의 상의 비율(함유량)은 스퍼터링 시간과 RF 파워를 조절하여 제어할 수 있다.6 shows the results of X-ray diffraction analysis after post-heating the metal oxide sensing layer 13 by increasing the temperature to 750 ° C. to confirm the crystallization degree of the Pt catalyst 12 and the ZnO metal oxide. As shown in FIG. 6, the crystal peaks of Pt and ZnO are clearly observed according to the 2-theta angle, indicating that the Pt phase and the ZnO phase are well formed. At this time, the ratio (content) of each phase can be controlled by adjusting the sputtering time and the RF power.

실시예 2 : Pt 촉매(12)가 포함된 다공성 SnO2 감지층의 제조 Example 2 Preparation of Porous SnO 2 Sensing Layer Containing Pt Catalyst 12

상기 실시예 1과 동일한 과정을 거치되, ZnO 대신 SnO2 타겟을 이용하여 동시 스퍼터링 방법으로 Pt 촉매(12)가 포함된 다공성 SnO2 박층을 제조하였다. 도 7은 Pt 촉매(12)가 포함된 SnO2 다공성 박층을 550℃에서 후열처리 후에 관찰된 주사전자현미경 사진(x 50,000 배율)을 보여준다. Through the same process as in Example 1, using a SnO 2 target instead of ZnO to prepare a porous SnO 2 thin layer containing a Pt catalyst 12 by the simultaneous sputtering method. FIG. 7 shows a scanning electron micrograph (x 50,000 magnification) of the SnO 2 porous thin layer containing the Pt catalyst 12 after post-heat treatment at 550 ° C. FIG.

속이 비어 있는 반구체 구조의 SnO2 감지층 위에 Pt 촉매(12)가 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있다. 도 8은 Pt 촉매(12)와 SnO2 금속산화물의 결정화 정도를 확인하기 위해 상기 SnO2 감지층을 750℃까지 온도를 높여서 후열처리 한 후에, X-선 회절 분석 결과를 보여준다. 2-theta 각도에 따라 Pt와 SnO2 의 결정피크가 다르게 나타나는 것으로 보아 Pt 상과 SnO2 상이 잘 형성되어져 있음을 알 수 있다. 이때 각각의 상의 비율(함유량)은 스퍼터링 시간과 RF 파워를 조절하여 제어할 수 있다.It can be seen that the Pt catalyst 12 is uniformly distributed on the SnO 2 sensing layer having an empty hemispherical structure. Figure 8 shows the X-ray diffraction analysis after the post-heat treatment of the SnO 2 sensing layer by raising the temperature to 750 ℃ to determine the crystallization degree of the Pt catalyst 12 and SnO 2 metal oxide. The crystal peaks of Pt and SnO 2 appear differently according to the 2-theta angle, indicating that the Pt phase and SnO 2 phase are well formed. At this time, the ratio (content) of each phase can be controlled by adjusting the sputtering time and the RF power.

실시예 3 : NiO 촉매(12)가 포함된 다공성 ZnO 감지층의 제조 Example 3 Preparation of Porous ZnO Sensing Layer Containing NiO Catalyst 12

상기 실시예 1과 동일한 과정을 거치되, Pt 대신 NiO 타겟을 이용하여 동시 스퍼터링 방법으로 NiO 촉매(12)가 포함된 다공성 ZnO 감지층을 제조하였다. 800 nm의 크기를 가진 PMMA의 분산, NiO 와 ZnO의 동시 스퍼터링 증착, 후열처리 공정을 통해서 NiO 촉매(12)가 포함된 다공성 ZnO 나노입자 감지층을 제조할 수 있다. 도 9는 NiO 촉매(12)가 포함된 ZnO 다공성 박층의 주사전자현미경 사진(x 50,000 배율)을 보여준다. 금속 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물과는 달리, NiO와 ZnO는 둘다 금속산화물이므로, 다공성 반구 구조 표면에 미세한 나노입자들이 돌출된 구조를 형성하고 있지는 않지만, ZnO와 NiO가 균일하게 분포되어 있어서, 선택성 및 감도 특성의 개선을 유도할 수 있다. After the same process as in Example 1, a porous ZnO sensing layer including the NiO catalyst 12 was prepared by a simultaneous sputtering method using a NiO target instead of Pt. The porous ZnO nanoparticle sensing layer containing the NiO catalyst 12 can be prepared by dispersion of PMMA having a size of 800 nm, simultaneous sputtering deposition of NiO and ZnO, and a post-heat treatment process. 9 shows a scanning electron micrograph (x 50,000 magnification) of a thin ZnO porous layer containing NiO catalyst 12. Unlike the porous metal oxide containing the metal catalyst 12, since both NiO and ZnO are metal oxides, although the nano nanoparticles do not form a protruding structure on the surface of the porous hemisphere, the ZnO and NiO are uniformly distributed. Thus, improvement of selectivity and sensitivity characteristics can be induced.

이러한 결과로부터 NiO 또한 촉매(12)로 활용될 수 있다. 상기 공정은 NiO 세라믹 타겟 대신 Ni 금속 타겟을 촉매(12)로 이용하여 제조함으로써, 표면 구조를 조절하는 것 또한 가능하다. From these results, NiO can also be utilized as catalyst 12. It is also possible to control the surface structure by manufacturing the Ni metal target as the catalyst 12 instead of the NiO ceramic target.

본 발명에 의해 제조된 반구형 구조체는 마이크로 단위의 다공성 구조를 제공함으로써, 외부 유해가스가 용이하게 침투하여 감도 특성이 우수한 가스센서를 제조할 수 있게 된다. 도 10은 NiO 촉매(12)와 ZnO 금속산화물의 결정화 정도를 확인하기 위해 상기의 박층을 750℃까지 온도를 높여서 후열처리 한 후에, X-선 회절 분석 결과를 보여준다. 도시한 바와 같이 NiO 상과 ZnO 상이 잘 형성되어져 있음을 알 수 있다. 이때 각각의 상의 비율(함유량)은 스퍼터링 시간과 RF 파워를 조절하여 제어할 수 있다.The hemispherical structure produced according to the present invention provides a porous structure in micro units, thereby making it easy to penetrate external noxious gas, thereby producing a gas sensor having excellent sensitivity characteristics. Figure 10 shows the X-ray diffraction analysis after the post-heat treatment of the thin layer by raising the temperature to 750 ℃ to determine the degree of crystallization of the NiO catalyst 12 and ZnO metal oxide. As shown, it can be seen that the NiO phase and the ZnO phase are well formed. At this time, the ratio (content) of each phase can be controlled by adjusting the sputtering time and the RF power.

본 발명에 따른 촉매가 함유된 금속산화물 반구형 구조체를 가스센서 감지층(13)으로 이용하여 외부 환경가스(수소, 산소, CO, NOx, alcohol, SOx, DMMP, 페놀, acetone, formaldehyde 등)를 검출하는 가스센서로 이용할 수 있다.Detection of external environmental gases (hydrogen, oxygen, CO, NOx, alcohol, SOx, DMMP, phenol, acetone, formaldehyde, etc.) using the metal oxide hemispherical structure containing the catalyst according to the present invention as the gas sensor sensing layer 13 It can be used as a gas sensor.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상 을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be implemented without departing from the spirit.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스센서의 제조공정도,1 is a manufacturing process diagram of a gas sensor according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 센서기판 위에 균일하게 분산된 PMMA 희생입자층의 주사전자현미경 사진,2 is a scanning electron micrograph of a PMMA sacrificial particle layer uniformly dispersed on a sensor substrate according to the present invention;

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 촉매금속 및 금속산화물의 동시 스퍼터링 사진,3 is a photograph of simultaneous sputtering of a catalytic metal and a metal oxide according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 Pt-ZnO 다공성 구조의 표면주사전자현미경 사진,Figure 4 is a surface scanning electron micrograph of a Pt-ZnO porous structure according to an embodiment of the present invention,

도 5는 도 4를 확대한 표면주사전자현미경 사진,FIG. 5 is a surface scanning electron microscope photograph of FIG.

도 6은 도 4에서 다공성 구조의 X-선 회절 결과, 촉매와 금속산화물의 결정화 정도를 확인하기 위한 그래프,6 is a graph for confirming the crystallization degree of the catalyst and the metal oxide as a result of X-ray diffraction of the porous structure in FIG. 4,

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Pt-SnO2 다공성 구조의 표면주사전자현미경 사진,7 is a surface scanning electron micrograph of a Pt-SnO 2 porous structure according to another embodiment of the present invention,

도 8은 도 7에서 다공성 구조의 X-선 회절 결과, 촉매와 금속산화물의 결정화 정도를 확인하기 위한 그래프,8 is a graph for confirming the crystallization degree of the catalyst and the metal oxide as a result of X-ray diffraction of the porous structure in FIG.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 NiO-ZnO의 다공성 구조의 표면주사전자현미경 사진,9 is a surface scanning electron micrograph of the porous structure of NiO-ZnO according to another embodiment of the present invention,

도 10은 도 9에서 다공성 구조의 X-선 회절 결과, 촉매와 금속산화물의 결정화 정도를 확인하기 위한 그래프,10 is a graph for confirming the crystallization degree of the catalyst and the metal oxide as a result of X-ray diffraction of the porous structure in FIG. 9,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 기판 11 : 전극10 substrate 11 electrode

12 : 촉매 13 : 금속산화물 감지층12 catalyst 13 metal oxide sensing layer

14 : 희생입자층14: sacrificial particle layer

Claims (19)

가스센서의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the gas sensor, 센서 기판(10) 위에 희생입자가 균일하게 분산된 희생입자층(14)을 형성하는 단계;Forming a sacrificial particle layer 14 in which sacrificial particles are uniformly dispersed on the sensor substrate 10; 상기 희생입자층(14) 위에 스퍼터링 방법을 이용하여 촉매(12)가 포함된 금속산화물 감지층(13)을 형성하는 단계; 및Forming a metal oxide sensing layer (13) including a catalyst (12) on the sacrificial particle layer (14) by a sputtering method; And 상기 촉매(12)가 포함된 금속산화물 감지층(13)을 열처리하여 상기 희생입자층(14)을 제거하여 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)을 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.Heat treating the metal oxide sensing layer 13 including the catalyst 12 to remove the sacrificial particle layer 14 to obtain a porous metal oxide sensing layer 13 including the catalyst 12. Method for producing a gas sensor characterized in that. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 센서 기판(10) 위에는 외부 가스 노출에 대해서 저항의 변화를 감지할 수 있는 센서 전극(11)이 형성된 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.Method for manufacturing a gas sensor, characterized in that the sensor electrode (11) formed on the sensor substrate (10) to detect a change in resistance with respect to external gas exposure. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 희생입자의 평균 크기는 100㎚ ~ 10㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.The average size of the sacrificial particles is a manufacturing method of a gas sensor, characterized in that in the range of 100nm ~ 10㎛. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 희생입자는 구형의 고분자 유기입자인 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.The sacrificial particles are spherical polymer organic particles, characterized in that the manufacturing method of the gas sensor. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 구형의 고분자 유기입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메싸크릴레이트(PMMA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리부타디엔(poly(butadiene)), 폴리스타이렌-코-아크릴로나이트릴(poly(strene-co-acrylonitrile)(SAN)), 폴리염화비닐리덴-코-염화비닐(poly(vinylidene chloride-co-vinyl chloride)), 라텍스(latex), 폴리불화비닐리덴(poly(vinylidene fluoride)(PVDF)) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.The spherical polymer organic particles may be polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polybutadiene (poly (butadiene)), polystyrene-co-acrylonitrile (poly (strene-) co-acrylonitrile (SAN)), polyvinylidene chloride-co-vinyl chloride (poly (vinylidene chloride-co-vinyl chloride)), latex (latex), poly (vinylidene fluoride) (PVDF) Method of manufacturing a gas sensor, characterized in that any one selected. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 희생입자층(14)은 단층 또는 복층으로 형성된 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.The sacrificial particle layer (14) is a manufacturing method of a gas sensor, characterized in that formed in a single layer or multiple layers. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)은 스퍼터링법을 이용하여 복수의 타겟으로부터 증착되는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.Method for producing a gas sensor, characterized in that the porous metal oxide sensing layer (13) containing the catalyst (12) is deposited from a plurality of targets using a sputtering method. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)은 촉매(12)가 포함된 금속산화물의 단일 타겟으로부터 증착된 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.Method for producing a gas sensor, characterized in that the porous metal oxide sensing layer (13) containing the catalyst (12) is deposited from a single target of the metal oxide containing the catalyst (12). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 열처리 후에 얻어지는 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)의 두께는 10㎚ ~ 1 ㎛의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.Method for producing a gas sensor, characterized in that the thickness of the porous metal oxide sensing layer (13) containing the catalyst (12) obtained after the heat treatment is in the range of 10nm ~ 1㎛. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 희생입자층(14)의 형성단계와, 상기 촉매(12)가 포함된 금속산화물 감지층(13)의 형성단계 및 상기 열처리 단계를 반복하여 다층 구조의 촉매(12)가 포 함된 금속산화물 감지층(13)을 얻는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.Repeating the formation of the sacrificial particle layer 14, the formation of the metal oxide sensing layer 13 including the catalyst 12, and the heat treatment step are repeated to include the metal oxide sensing layer including the catalyst 12 having a multilayer structure. (13) obtaining a gas sensor. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 열처리는 300 ~ 800℃에서 10분 ~ 2시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.The heat treatment is a manufacturing method of a gas sensor, characterized in that for 10 minutes to 2 hours at 300 ~ 800 ℃. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 촉매(12)는 Pt, Pd, Ni, Cu, Fe 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.The catalyst (12) is a method of manufacturing a gas sensor, characterized in that any one selected from Pt, Pd, Ni, Cu, Fe. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 금속산화물은 SnO2, TiO2, ZnO, VO2, In2O3, NiO, MoO3, SrTiO3, Fe2O3, WO3 및 CuO 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.The metal oxide is at least one selected from SnO 2 , TiO 2 , ZnO, VO 2 , In 2 O 3 , NiO, MoO 3 , SrTiO 3 , Fe 2 O 3 , WO 3 and CuO Way. 가스센서에 있어서,In the gas sensor, 상면에 센서 전극(11)이 형성된 센서 기판(10)과, 상기 센서 기판(10) 위에 형성되고 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)으로 구성된 것을 특징으로 하는 가스센서.A gas sensor comprising a sensor substrate (10) having a sensor electrode (11) formed on an upper surface thereof, and a porous metal oxide sensing layer (13) formed on the sensor substrate (10) and containing a catalyst (12). 청구항 14에 있어서, 상기 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)은 중공형의 반구체가 규칙적으로 배열된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스센서.The gas sensor according to claim 14, wherein the porous metal oxide sensing layer (13) including the catalyst (12) has a structure in which hollow hemispheres are regularly arranged. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 중공형의 반구체는 내부에 평균 직경이 100㎚ ~ 10㎛인 반구형 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서.The hollow hemispherical body is a gas sensor, characterized in that it comprises a hemispherical pores having an average diameter of 100nm ~ 10㎛. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13) 두께는 10㎚ ~ 1 ㎛의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가스센서.Gas sensor, characterized in that the thickness of the porous metal oxide sensing layer (13) containing the catalyst (12) is in the range of 10nm ~ 1㎛. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)은 단층 또는 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가스센서.Gas sensor, characterized in that the porous metal oxide sensing layer (13) containing the catalyst (12) has a single layer or a multilayer structure. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 촉매(12)가 포함된 다공성 금속산화물 감지층(13)의 내부 또는 표면에 촉매(12)가 균일하게 분산된 것을 특징으로 하는 가스센서.Gas sensor, characterized in that the catalyst (12) is uniformly dispersed inside or on the surface of the porous metal oxide sensing layer (13) containing the catalyst (12).
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101220887B1 (en) * 2010-08-13 2013-01-11 한국과학기술연구원 Gas sensor comprising metallic catalyst nanoparticles and preparation method thereof
KR101350376B1 (en) * 2010-09-29 2014-01-16 세종대학교산학협력단 Three dimensional porous structure, producing method of the same, and uses of the same
KR101362481B1 (en) * 2012-04-04 2014-02-12 한국과학기술원 Gas sensing layer with complex hierarchical structure, gas sensor comprising the same and method for fabricating the same
WO2014044835A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Heinreich-Heine Universität Düsseldorf Sensor arrangement and method for producing a sensor arrangement
KR20140118021A (en) * 2013-03-27 2014-10-08 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 Hydrogen gas sensor and method for manufacturing the same
KR20200024503A (en) * 2018-08-28 2020-03-09 울산과학기술원 Transparent gas sensor comprising free-standing nanofibers and fabrication method thereof

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210231625A1 (en) * 2018-06-07 2021-07-29 Bar-Ilan University Hydrogen sensors from organometallic precursors
KR20240072651A (en) 2022-11-17 2024-05-24 고려대학교 산학협력단 Gas sensors for detecting volatile aromatic compounds and its manufacturing method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002107322A (en) 2000-09-28 2002-04-10 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas-sensitive laminate and its manufacturing method, and gas sensor
JP2005098844A (en) * 2003-09-25 2005-04-14 Tdk Corp Gas sensor and its manufacturing method

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101220887B1 (en) * 2010-08-13 2013-01-11 한국과학기술연구원 Gas sensor comprising metallic catalyst nanoparticles and preparation method thereof
KR101350376B1 (en) * 2010-09-29 2014-01-16 세종대학교산학협력단 Three dimensional porous structure, producing method of the same, and uses of the same
KR101362481B1 (en) * 2012-04-04 2014-02-12 한국과학기술원 Gas sensing layer with complex hierarchical structure, gas sensor comprising the same and method for fabricating the same
WO2014044835A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Heinreich-Heine Universität Düsseldorf Sensor arrangement and method for producing a sensor arrangement
KR20140118021A (en) * 2013-03-27 2014-10-08 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 Hydrogen gas sensor and method for manufacturing the same
KR20200024503A (en) * 2018-08-28 2020-03-09 울산과학기술원 Transparent gas sensor comprising free-standing nanofibers and fabrication method thereof

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