KR20150074586A - Flexible micro gas sensor using nanostructure array and manufacturing method for the same - Google Patents

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양승윤
정진무
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Abstract

Provided is a flexible micro carbon gas sensor using a nanoarrangement structure, which comprises: a flexible substrate; and a carbon layer laminated on the flexible substrate. The carbon layer is a nanoarrangement structure. According to the present invention, the flexible gas sensor utilizes reactivity between a reducing gas and carbon, and a flexible characteristic which carbon has; thereby the flexible gas sensor may be attached to various electronic products without being restricted to variously be applied. Moreover, without the use of a separate heater, the flexible gas sensor can be used at room temperature; thus maximizing miniaturization of a device, maximizing high performance, and maximizing portability.

Description

나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서 및 그 제조방법{Flexible micro gas sensor using nanostructure array and manufacturing method for the same}Technical Field [0001] The present invention relates to a flexible micro carbon gas sensor using a nano array structure and a fabrication method thereof,

본 발명은 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 카본 가스센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소를 나노사이즈로 배열함으로써 ppb 이하의 가스와도 산화 환원을 유도할 수 있고, 접촉 면적을 극대화할 수 있는, 플렉서블 마이크로 카본 가스센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a flexible micro carbon gas sensor using a nano array structure and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to a flexible micro carbon gas sensor using a nano array structure, and more particularly, To a flexible micro carbon gas sensor and a manufacturing method thereof.

일반적으로 산화물반도체 가스센서는,산화물반도체가 가스와 반응하였을 때 생기는 전기 전도도의 변화를 측정하는 방식으로 감지 대상의 가스를 감지하는 센서이다. 이러한 산화물반도체 가스센서는 소형으로 저렴하게 제작될 수 있으며, 감도가 높고 응답속도가 빠를 뿐만 아니라 고온에서의 높은 안정성 등 많은 장점이 있어 광범위하게 사용되고 있다. Generally, an oxide semiconductor gas sensor is a sensor that senses a gas to be detected in such a manner as to measure a change in electrical conductivity that occurs when an oxide semiconductor reacts with a gas. Such an oxide semiconductor gas sensor can be manufactured inexpensively in a small size, has many advantages such as high sensitivity and high response speed as well as high stability at high temperature and is widely used.

하지만, 기존이 산화물 반도체 센서로는 상온에서의 저농도 이산화질소나 에탄올 등을 검출하기 어렵고, 이를 검출하기 위한 센서는 히터에 의한 고온 환경에서 작동하기 때문에 다양한 활용이 제한적이라는 문제가 있다. However, it is difficult to detect low concentration nitrogen dioxide and ethanol at room temperature in the conventional oxide semiconductor sensor, and the sensor for detecting the sensor is operated in a high temperature environment by a heater, so that there is a problem that various applications are limited.

또한, 표면적의 향상과 가스와의 반응성을 극대화시키는 나노구조를 활용한 다양한 가스센서가 개발되었지만(대한민국 공개특허 10-2012-0121511호 참조), 유연성을 갖는 플렉서블 기판에 적용될 수 있는 제조공정은 제한적이다는 문제가 있다. In addition, although various gas sensors utilizing nanostructures that maximize the surface area and reactivity with gas have been developed (see Korean Patent Publication No. 10-2012-0121511), the manufacturing process that can be applied to a flexible substrate having flexibility is limited There is a problem.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 플렉서블 기판에 적용되어, 검출하고자 하는 가스와의 반응성이 극대화된 플렉서블 가스센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다 .Therefore, a problem to be solved by the present invention is to provide a flexible gas sensor which is applied to a flexible substrate and maximizes reactivity with a gas to be detected, and a manufacturing method thereof.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서로서, 플렉서블 기판; 및 상기 플렉서블 기판 상에 적층된 탄소층을 포함하며, 상기 탄소층은 나노배열구조인 것을 특징으로 하는, 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a flexible micro carbon gas sensor using a nano array structure, comprising: a flexible substrate; And a carbon layer laminated on the flexible substrate, wherein the carbon layer is a nano-array structure. The present invention also provides a flexible micro carbon gas sensor using the nano array structure.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 나노배열구조는 나노기공 또는 나노포스트이다. In one embodiment of the invention, the nanostructured structure is a nanopore or nanopost.

본 발명은 또한 상술한 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서의 제조방법으로, 플렉서블 기판상에 탄소층을 적층하는 단계; 상기 적층된 탄소층에 마스크층을 적층한 후, 패터닝하는 단계; 및 상기 탄소층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 탄소 가스센서의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing a flexible micro carbon gas sensor using the above-described nano array structure, comprising: stacking a carbon layer on a flexible substrate; Depositing a mask layer on the stacked carbon layer and patterning the mask layer; And etching the carbon layer. The micro carbon gas sensor according to the present invention comprises:

본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소층을 식각하는 단계에 의하여 상기 탄소층에는 나노기공 또는 나노포스트 구조가 형성된다. In one embodiment of the present invention, the step of etching the carbon layer forms a nanopore or nanopost structure in the carbon layer.

본 발명에 따른 플렉서블 가스센서는, 환원성 가스와 탄소와의 반응성과, 탄소가 가지는 플렉서블 특성을 활용한다. 이로써 다양한 전자제품에 제약없이 부착되어 다양한 응용이 가능하다. 또한, 별도의 히터 사용 없이 상온에서 사용가능하므로, 장치의 소형화, 고성능화, 휴대성이 극대화될 수 있다. The flexible gas sensor according to the present invention utilizes the reactivity of the reducing gas with carbon and the flexible characteristic of carbon. As a result, various applications are possible without restriction to various electronic products. Further, since it can be used at room temperature without using a separate heater, miniaturization, high performance, and portability of the apparatus can be maximized.

도 1 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 5 내지 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서의 제조방법을 설명하는 도면이다.
FIGS. 1 to 4 are views illustrating a method of manufacturing a flexible micro carbon gas sensor using a nano array structure according to an embodiment of the present invention.
5 to 8 are views illustrating a method of manufacturing a flexible micro carbon gas sensor using a nano array structure according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 표시되는 약어는 본 명세서 내에서 별도의 다른 지칭이 없다면 당업계에서 통용되어, 이해되는 수준으로 해석되어야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification. In addition, abbreviations displayed throughout this specification should be interpreted to the extent that they are known and used in the art unless otherwise indicated herein.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 나노배열구조의 마이크로 단위 탄소를 활용한다. 이로써, 환원성 가스와 탄소와의 반응성과, 탄소가 가지는 플렉서블 특성을 활용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서가 제조될 수 있다. In order to solve the above-described problems, the present invention utilizes micro-unit carbon of nanoarray structure. As a result, a flexible micro carbon gas sensor utilizing the reactivity between the reducing gas and the carbon and the flexible characteristic of the carbon can be manufactured.

본 발명의 일 실시예에서 상기 나노배열구조는 에칭 공정 방식에 따라 나노기공(nano-pore) 또는 나노포스트가 될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the nanostructured structure may be a nano-pore or a nanopost according to an etching process.

도 1 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서의 제조방법을 설명하는 도면이다.FIGS. 1 to 4 are views illustrating a method of manufacturing a flexible micro carbon gas sensor using a nano array structure according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 4를 참조하면, 플라스틱 또는 절연층을 가진 얇은 금속층 같은 플렉서블 기판(100)상에 탄소층 (110)을 적층한다. 1 to 4, a carbon layer 110 is laminated on a flexible substrate 100 such as a thin metal layer having a plastic or insulating layer.

이후, 상기 탄소층(110)상에 마스크층(120)이 적층된 후, 패터닝된다. 상기 패터닝을 통하여 마스크층은 나노미터 크기의 개구부(opening)를 가지게 된다. Thereafter, the mask layer 120 is deposited on the carbon layer 110, and then patterned. Through the patterning, the mask layer has a nanometer-sized opening.

상기 공정 진행 후, 상기 개구부(opening)를 통하여 식각공정을 진행하게 되며, 이로써 탄소층(110)에 나노기공(P)의 나노배열구조가 형성된다. After the process, the etching process is performed through the opening, thereby forming a nano array structure of nano pores (P) in the carbon layer 110.

상기 나노배열구조를 가지는 탄소는 가연성 가스 또는 유독가스에 노출되면, 상기 가스가 표면에서의 산화 또는 환원 반응을 발생시키며, 상기 산화 혹은 환원 반응에 의한 표면 전자농도 변화를 통하여 감지신호를 발생시킨다. 즉, 본 발명에서 넓은 표면적을 갖는 탄소가 환원성 가스에 노출되는 경우, 전기저항성이 증가하고, 반대로 산화성 가스에 노출되는 경우, 전기저항성이 감소한다. 따라서, 이러한 전기저항성이 민감도는 상기 탄소 나노배열구조의 표면적에 비례하며, 본 발명의 경우 나노기공 또는 하기 설명되는 나노포스트 구조를 통하여 가스 검출 영역을 극대화시킨다. When the carbon having the nanoarray structure is exposed to a combustible gas or a toxic gas, the gas generates an oxidation or reduction reaction on the surface, and a sensing signal is generated through a change in surface electron concentration due to the oxidation or reduction reaction. That is, in the present invention, when the carbon having a large surface area is exposed to the reducing gas, the electrical resistance is increased, and conversely, when the oxidizing gas is exposed, the electrical resistance is decreased. Therefore, the sensitivity of such electrical resistance is proportional to the surface area of the carbon nanoarray structure, and in the case of the present invention, the gas detection region is maximized through nanopores or the nanopost structure described below.

도 5 내지 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서의 제조방법을 설명하는 도면이다.5 to 8 are views illustrating a method of manufacturing a flexible micro carbon gas sensor using a nano array structure according to another embodiment of the present invention.

도 5 내지 8을 참조하면, 에칭 공정을 달리하여, 패턴된 마스크 아래의 탄소층을 남기고, 나머지 탄소층을 제외하여, 나노 크기의 탄소 기둥(나노포스트)이 형성된다. Referring to FIGS. 5-8, a nano-sized carbon pillar (nano-post) is formed, with the exception of the remaining carbon layer leaving a carbon layer underneath the patterned mask, with different etching processes.

본 발명에 따른 플렉서블 가스센서는, 환원성 가스와 탄소와의 반응성과, 탄소가 가지는 플렉서블 특성을 활용한다. 이로써 다양한 전자제품에 제약없이 부착되어 다양한 응용이 가능하다. 또한, 별도의 히터 사용 없이 상온에서 사용가능하므로, 장치의 소형화, 고성능화, 휴대성이 극대화될 수 있다.The flexible gas sensor according to the present invention utilizes the reactivity of the reducing gas with carbon and the flexible characteristic of carbon. As a result, various applications are possible without restriction to various electronic products. Further, since it can be used at room temperature without using a separate heater, miniaturization, high performance, and portability of the apparatus can be maximized.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (4)

나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서로서,
플렉서블 기판; 및
상기 플렉서블 기판 상에 적층된 탄소층을 포함하며, 상기 탄소층은 나노배열구조인 것을 특징으로 하는, 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서.
As a flexible micro carbon gas sensor using a nano array structure,
A flexible substrate; And
And a carbon layer laminated on the flexible substrate, wherein the carbon layer is a nano array structure.
제 1항에 있어서,
상기 나노배열구조는 나노기공 또는 나노포스트인 것을 특징으로 하는, 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서.
The method according to claim 1,
Wherein the nano array structure is a nanopore or a nanopost. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
제 1항 또는 제 2항에 따른 나노배열구조를 이용한 플렉서블 마이크로 탄소 가스센서의 제조방법으로,
플렉서블 기판상에 탄소층을 적층하는 단계;
상기 적층된 탄소층에 마스크층을 적층한 후, 패터닝하는 단계;
상기 탄소층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 탄소 가스센서의 제조방법.
A manufacturing method of a flexible micro carbon gas sensor using the nano array structure according to claim 1 or 2,
Stacking a carbon layer on the flexible substrate;
Depositing a mask layer on the stacked carbon layer and patterning the mask layer;
And etching the carbon layer. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 3항에 있어서,
상기 탄소층을 식각하는 단계에 의하여 상기 탄소층에는 나노기공 또는 나노포스트 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 탄소 가스센서의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the nano pores or the nanopores are formed in the carbon layer by etching the carbon layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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