KR20180135258A - 복합가스 감지센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합가스 감지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 검출 감도가 향상될 수 있으면서 다중 가스를 동시에 감지가 가능한 복합가스 감지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 복합가스 감지센서는 지지기판; 및 상기 지지기판 상에 배치되는 가스감지 단위셀;을 포함하고, 상기 가스감지 단위셀은, 복수의 전극으로 이루어진 전극층; 및 상기 전극층 상에 복수의 단위 패턴층이 적층되어 형성되며, 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물을 포함할 수 있다.

Description

복합가스 감지센서 및 그 제조방법{Sensor for sensing multi-gas and method for manufacturing the same}
본 발명은 복합가스 감지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 가스를 동시에 감지할 수 있는 복합가스 감지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 가스를 검출할 수 있는 센서는 농업, 축산, 가스누출, 음주확인, 대기오염 감시 등 다양한 산업분야에서 응용되고 있으며, 응용 범위가 날로 확대되어 가고 있다. 특히, 유독가스 누출의 경우에는 급속하게 퍼져 짧은 시간 내에 불특정 다수에게 큰 위험을 끼칠 수 있으므로, 적은 농도에 대해서도 검출이 가능한 고감도 센서에 대한 필요성이 높아지고 있다.
일반적으로 가스 센서는 가스 분자의 흡착에 따라 전기 전도도 또는 전기 저항이 변화하는 특성을 이용하여 가스의 양을 측정한다. 가스 감지소재 중 가스감지용 산화물 반도체는 반응가스에 대하여 우수한 반응성, 안정성, 내구성 및 생산성을 나타내기 때문에 벌크(bulk), 후막, 칩(chip) 및 박막 형태로 연구 및 개발되고 있다. 산화물 반도체 가스센서의 반응가스에 대한 가스감지 특성은 산화물 표면에 반응가스가 흡/탈착시 발생하는 가역적 화학반응에 의하여 반도체 산화물의 전기적 특성이 변화하는 것에 기인한다.
가스 센서의 가스감지 특성 개선은 주로 반응성이 높은 소재 개발과 제조공정의 개선에 집중되고 있다. 그러나 가스 센서는 가스 분자의 흡착에 따라 가스를 감지하므로, 반응성이 아무리 높은 소재라 하더라도 가스 분자가 접촉될 수 있는 면적이 적으면 가스를 감지할 수 없으며, 이로 인해 소재 개발만으로는 가스 센서의 가스 감응도를 향상시키는 데에는 한계가 있다.
또한, 최근에는 많은 종류의 유해가스 및 독성가스가 알려짐에 따라 검출하여야 하는 가스의 종류도 늘어나게 되었으며, 이에 따라 단일의 가스 센서로 다중 가스(multi-gas)를 감지하는 멀티가스 감지(sensing) 기술이 요구되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2006-0109539호
본 발명은 감지소재의 비표면적을 증가시켜 가스 검출 감도를 향상시킬 수 있으면서 다중 가스를 동시에 감지 가능한 복합가스 감지센서 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 복합가스 감지센서는 지지기판; 및 상기 지지기판 상에 배치되는 가스감지 단위셀;을 포함하고, 상기 가스감지 단위셀은, 복수의 전극으로 이루어진 전극층; 및 상기 전극층 상에 복수의 단위 패턴층이 적층되어 형성되며, 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물을 포함할 수 있다.
상기 단위 패턴층은 이격 공간에 의해 서로 이격되는 패턴부를 포함하고, 각 단위 패턴층의 이격 공간은 서로 연통될 수 있다.
상기 가스감지 구조물은 그 내부에 외부에서 유입된 가스가 통과하여 배출되는 가스 유로를 가질 수 있다.
상기 가스감지 단위셀은 복수로 구성되어 적층되며, 복수의 가스감지 단위셀 사이에 형성되는 층간절연층;을 더 포함할 수 있다.
상기 층간절연층은 다공성 구조를 가질 수 있다.
상기 가스감지 단위셀은 복수로 구성되며, 상기 지지기판의 동일면 상에 서로 이격되어 배치될 수 있다.
복수의 가스감지 단위셀 중 적어도 하나는 다른 가스감지 단위셀과 상이한 가스를 감지할 수 있다.
상기 가스감지 단위셀 상에 형성되며, 수분을 흡착시키는 수분흡수층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복합가스 감지센서 제조방법은 지지기판을 마련하는 과정; 및 상기 지지기판 상에 가스감지 단위셀을 형성하는 과정;을 포함하고, 상기 가스감지 단위셀을 형성하는 과정은, 복수의 전극으로 이루어진 전극층을 형성하는 과정; 및 상기 전극층 상에 복수의 단위 패턴층을 적층하여, 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 가스감지 구조물을 형성하는 과정은, 전사 기판 상에 감지소재 패턴을 형성하는 과정; 상기 감지소재 패턴을 상기 지지기판으로 전사하여 상기 전극층 상에 단위 패턴층을 형성하는 과정; 및 상기 단위 패턴층 상에 상기 감지소재 패턴을 전사하여 단위 패턴층을 적층하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 가스감지 구조물을 형성하는 과정은 단위 패턴층의 표면을 후속 처리하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 단위 패턴층은 이격 공간에 의해 서로 이격되는 패턴부를 포함하고, 상기 가스감지 구조물을 형성하는 과정에서는 복수의 단위 패턴층 간에 상기 이격 공간이 서로 연통되도록 단위 패턴층을 적층하여 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물을 형성할 수 있다.
상기 가스감지 단위셀 상에 층간절연층을 형성하는 과정; 및 상기 층간절연층 상에 가스감지 단위셀을 적층하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 층간절연층을 형성하는 과정에서는 단위 절연패턴층을 적층하여 다공성 구조를 갖는 층간절연층을 형성할 수 있다.
상기 가스감지 단위셀을 적층하는 과정에서는 하부의 가스감지 단위셀과 상이한 감지소재로 이루어진 가스감지 단위셀을 적층할 수 있다.
상기 가스감지 단위셀을 형성하는 과정에서는 상기 지지기판의 동일면 상에 서로 이격시켜 복수의 가스감지 단위셀을 형성할 수 있다.
상기 가스감지 단위셀 상에 수분흡수층을 형성하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 복합가스 감지센서는 감지소재로 이루어진 복수의 단위 패턴층이 적층되어 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물이 형성됨으로써, 감지소재의 비표면적이 증가될 수 있고, 이에 따라 가스 검출 감도가 향상될 수 있다. 또한, 단위 패턴층의 적층을 통해 간단하게 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물을 형성할 수 있고, 가스감지 구조물이 다공성 구조일 뿐만 아니라 그 내부에 가스 유로를 가짐으로 인해 가스감지 구조물의 내부에도 가스가 유입될 수 있어 보다 효과적으로 가스를 검출할 수 있다.
그리고 각각 상이한 감지소재로 이루어진 복수의 가스감지 단위셀을 적층하거나 서로 이격시켜 배치함으로써, 단일의 복합가스 감지센서로 다중 가스를 동시에 감지할 수 있다. 또한, 복수의 가스감지 단위셀을 적층하는 경우에 층간절연층을 통해 각 층의 전류가 서로 통하지 않게 할 수 있고, 층간절연층을 다공성으로 형성하여 각 층간 가스교환이 잘 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 가스감지 단위셀 상에 수분흡수층을 형성하여 수분을 흡착시킴으로써, 감지소재를 수분으로부터 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합가스 감지센서를 나타낸 그림.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 가스감지 단위셀이 적층된 복합가스 감지센서의 변형예를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 가스감지 단위셀이 수평적으로 배열된 복합가스 감지센서의 다른 변형예를 나타낸 그림.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합가스 감지센서 제조방법을 순서적으로 도시한 그림.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스감지 구조물의 형성방법을 나타낸 그림.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합가스 감지센서를 나타낸 그림이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복합가스 감지센서(100)는 지지기판(110); 및 상기 지지기판(110) 상에 배치되는 가스감지 단위셀(120);을 포함할 수 있다.
지지기판(110)은 가스감지 단위셀(120)을 지지하며, 지지기판(110)에는 적어도 하나 이상의 가스감지 단위셀(120)이 배치될 수 있다. 그리고 지지기판(110)은 웨이퍼(예를 들어, 실리콘 웨이퍼 등), 금속 기판(예를 들어, Cu, Al, Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Fe 등의 기판), 플라스틱 기판(예를 들어, PI 필름, PET 필름 등), 유리 기판 등 다양한 소재로 이루어질 수 있고, 폴리이미드(PolyImid; PI) 필름 등의 유연(flexible) 기판일 수도 있다.
가스감지 단위셀(120)은 지지기판(110) 상에 지지되어 배치될 수 있고, 가스 분자의 흡착에 따라 전기 전도도 또는 전기 저항 등의 전기적 특성(또는 전기적 신호의 측정값)이 변화하는 감지소재(12)를 이용하여 가스를 감지할 수 있다. 또한, 가스감지 단위셀(120)은 톨루엔, 아세톤, 에탄올 등의 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs), COx, NOx, SOx, H2S, HF, H2, NH3 등 모든 유해가스 및 독성가스 중 적어도 어느 하나를 검출할 수 있다.
그리고 가스감지 단위셀(120)은 복수의 전극으로 이루어진 전극층(121); 및 상기 전극층(121) 상에 복수의 단위 패턴층(22)이 적층되어 형성되며, 다공성(porous) 구조를 갖는 가스감지 구조물(122)을 포함할 수 있다. 전극층(121)은 복수의 전극으로 이루어질 수 있고, 두 개의 빗살형 전극(Inter Digitated Electrodes; IDE)일 수 있다. 예를 들어, 두 개의 빗살형 전극(IDE)는 서로 대향하여 서로 엇갈리도록 배치될 수 있고, 빗살 간의 간격은 약 20 ~ 200 ㎛일 수 있다. 그리고 전극층(121)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 n-형 산화아연 등으로 형성될 수 있다.
한편, 전극층(121)은 저항 또는 전압 등의 전기적 신호 측정을 위해 각 전극과 연결된 컨택패드(미도시)를 포함할 수도 있는데, 전극층(121)의 형태, 배치 및 빗살 간의 간격은 이에 한정되지 않으며, 가스감지 구조물(122)에서 발생하는 저항 변화를 감지할 수 있는 구조의 범위 내에서 자유롭게 변형할 수 있다.
가스감지 구조물(122)은 다공성 구조를 가질 수 있고, 전극층(121) 상에 복수의 단위 패턴층(22)이 적층되어 형성될 수 있다. 그리고 가스감지 구조물(122)은 감지소재(12)로 이루어질 수 있으며, 감지소재(12)는 금속, 세라믹, 산화물, 반도체 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지소재(12)는 산화 주석(SnOx), 산화 티타늄(TiOx), 산화 아연(ZnOx), 산화 텅스텐(WOx) 등을 포함할 수 있고, 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 산화 질소(NOx), 메탄 가스(CH4) 등을 감지할 수 있다. 그리고 감지소재(12)는 산화주석(SnO2), 산화인듐(In2O3), 산화아연(ZnO), 산화루테늄(RuO2), 산화텅스텐(WO3) 및 AB2O4(스피넬 유형 산화물들)을 포함할 수도 있으나, 이것으로 제한되지 않는 다양한 재료들을 포함할 수 있고, 백금(platinum), 로듐(rhodium), 금(gold) 등과 같은 촉매 재료들이 이용(예를 들어, 산화물들과 혼합)될 수도 있으며, 티타늄 산화물(titanium oxide) 등의 감지(sensing) 및 촉매 속성들의 둘 모두를 가질 수 있는 재료들을 이용할 수도 있다. 한편, 가스감지 구조물(122)이 전도성 폴리머(conducting polymer)로 이루어지는 경우, 감지소재(12)는 임의의 희망하는 도핑(doping)을 갖는 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리디오펜(polythiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리(페닐 빈렌)[poly(phenyl vinlene)] 및 폴리(3,4-에틸렌-디옥시티펜)[poly(3,4-ethylene-dioxythiphene)]을 포함할 수 있으나, 이것으로 제한되지 않는 다양한 재료들로 가스감지 구조물(122)이 이루어질 수 있다.
단위 패턴층(22)은 이격 공간에 의해 서로 이격되는 패턴부를 포함할 수 있으며, 상기 패턴부의 형태는 라인(line), 대시(dash), 닷(dot), 메쉬(mesh), 링(ring), 홀(hole) 등의 형태로 다양할 수 있다. 그리고 단위 패턴층(22)은 복수가 적층되어 가스감지 구조물(122)을 형성할 수 있으며, 동일한 패턴의 단위 패턴층(22)이 적층될 수도 있고, 서로 인접한 단위 패턴층(22) 간에 상이한 패턴(또는 상기 패턴부)이 형성될 수도 있다. 이때, 단위 패턴층(22)이 적층되어 라인과 라인 등의 단일 패턴구조뿐만 아니라 닷과 라인, 라인과 메쉬 등의 이중복합, 라인, 메쉬 및 홀 등의 삼중복합 등의 복합 패턴구조로 가스감지 구조물(122)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 라인 패턴의 단위 패턴층(22)을 복수층(예를 들어, 네 층) 적층할 수 있다. 여기서, 두 번째 적층되는 단위 패턴층(22b)은 전극층(121) 상에 첫 번째로 형성된 단위 패턴층(22a)의 라인 패턴과 상이한 각도의 라인 패턴으로 적층될 수 있고, 세 번째 적층되는 단위 패턴층(22c)은 두 번째 적층된 단위 패턴층(22b)의 라인 패턴과 상이한 각도의 라인 패턴으로 적층될 수 있으며, 다음으로 적층되는 단위 패턴층(22d,…,22n)은 그 이전에 적층된 단위 패턴층(22c,…,22n-1)의 라인 패턴과 상이한 각도의 라인 패턴으로 적층될 수 있다. 이때, 각 단위 패턴층(22)은 0 ~ 180°까지 원하는 각도의 패턴(예를 들어, 라인 패턴)으로 적층할 수 있다. 한편, 서로 인접한 단위 패턴층(22) 간에 라인의 폭, 이격 공간의 폭 등(즉, 패턴의 크기)이 상이할 수도 있다.
이와 같이, 가스감지 구조물(122)은 감지소재(12)로 이루어진 상기 패턴부를 포함하는 단위 패턴층(22)이 다양한 각도의 패턴으로 적층될 수 있어 다공성 중에서도 가스감지 및 가스교환 특성이 뛰어난 다공성 구조가 형성될 수 있다.
그리고 각 단위 패턴층(22)의 이격 공간은 서로 연통될 수 있다. 이러한 경우, 서로 연통된 이격 공간을 통해 가스가 가스감지 구조물(122)의 내부를 통과할 수 있고, 가스가 더 넓은 감지소재(12)의 표면에 접촉될 수 있다. 이에 따라 감지소재(12)의 비표면적이 증가될 수 있어 가스감지 단위셀(120)의 가스 검출 감도가 향상될 수 있다. 여기서, 동일한 패턴(또는 상기 패턴부)의 단위 패턴층(22)을 동일한 각도로 적층하여 각 단위 패턴층(22)의 이격 공간이 서로 연통되도록 할 수도 있고, 패턴의 형태, 각도, 크기 등을 조절하여 각 단위 패턴층(22)의 이격 공간이 서로 연통되도록 할 수도 있다. 이때, 패턴의 형태, 각도, 크기 등을 조절하여 원하는 형태와 폭을 갖는 가스 유로를 가스감지 구조물(122)의 내부에 형성할 수 있다.
상기 가스감지 구조물(122)은 그 내부에 외부에서 유입된 가스가 통과하여 배출되는 가스 유로(channel)를 가질 수 있다. 가스감지 구조물(122)은 외부에서 가스가 유입되는 유입구를 포함할 수 있으며, 상기 가스가 상기 유입구를 통해 외부에서 가스감지 구조물(122) 내로 유입될 수 있고, 상기 가스 유로를 따라 흘러갈 수 있다. 여기서, 상기 가스 유로를 통과한 가스는 유출구 등을 통해 다시 외부로 배출될 수 있다. 상기 이격 공간을 포함하는 단위 패턴층(22)을 적층하여 가스감지 구조물(122)이 다공성 구조를 갖게 할 수 있고, 각 단위 패턴층(22)의 이격 공간을 서로 연통시켜 상기 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물(122)의 내부에 상기 가스 유로를 형성할 수 있다. 즉, 가스감지 구조물(122)은 내부에 가스가 통과하는 상기 가스 유로를 갖는 다공성 구조를 가질 수 있다. 여기서, 각 단위 패턴층(22)의 패턴(예를 들어, 형태, 각도, 크기 등)을 조절하여 원하는 상기 가스 유로의 형태와 폭을 얻을 수 있다. 상기 가스 유로를 통해 원활하게 가스가 가스감지 구조물(122)의 내부에 유입될 수 있고, 가스감지 단위셀(120)이 보다 효과적으로 가스를 감지할 수 있다. 즉, 가스감지 구조물(122)의 외측 표면뿐만 아니라 상기 가스 유로의 내측면에서도 가스를 감지할 수 있어 가스를 감지할 수 있는 감지소재(12)의 비표면적이 더욱 증가(또는 최대화)될 수 있고, 이에 따라 가스감지 구조물(122)을 통한 가스 검출 감도가 향상될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 복합가스 감지센서(100)는 복수의 단위 패턴층(22)을 적층하여 가스감지 구조물(122)을 형성함으로써, 감지소재(12)의 비표면적이 증가될 수 있고, 이에 따라 복합가스 감지센서(100)의 가스 검출 감도가 향상될 수 있다. 또한, 단위 패턴층(22)의 적층을 통해 간단하게 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물(122)을 형성할 수 있고, 다공성 구조에 의해 형성된 가스 유로를 통해 가스감지 구조물(122)의 내부에도 가스가 유입될 수 있어 보다 효과적으로 가스를 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 가스감지 단위셀이 적층된 복합가스 감지센서의 변형예를 나타낸 사시도로, 도 2(a)는 복수의 가스감지 단위셀이 적층된 복합가스 감지센서의 결합사시도이고, 도 2(b)는 복수의 가스감지 단위셀이 적층된 복합가스 감지센서의 분해사시도이다.
도 2를 참조하면, 가스감지 단위셀(120)은 복수로 구성되어 적층될 수 있으며, 본 발명에 따른 복합가스 감지센서(100)는 복수의 가스감지 단위셀(120) 사이에 형성되는 층간절연층(130);을 더 포함할 수 있다. 가스감지 단위셀(120)은 복수로 구성될 수 있으며, 수직적으로 적층될 수 있다. 이때, 서로 상이한 감지소재(12)로 이루어진 가스감지 구조물(122)을 각각 포함하는 복수의 가스감지 단위셀(120)을 적층하여 다중 가스(multi-gas)를 동시에 감지할 수 있고, 동일한 감지소재(12)를 포함하는 복수의 가스감지 단위셀(120)을 적층하여 동일한 가스에 반응하는 감지소재(12)의 비표면적을 증가시켜 가스 검출 감도를 향상시킬 수도 있다.
층간절연층(130)은 복수의 가스감지 단위셀(120) 사이사이에 형성될 수 있고, 인접한 두 개의 가스감지 단위셀(120) 사이마다 개재될 수 있다. 그리고 층간절연층(130)은 각 가스감지 단위셀(120) 간에 전류가 서로 통하지 않게 할 수 있으며, 이에 따라 각 가스감지 단위셀(120)마다 각각 전극층(121)을 형성할 수 있어 각 가스감지 단위셀(120)의 가스 감지가 민감해질 수 있다. 또한, 층간절연층(130)은 SiO2, Si3N4, SiOxNy, SiNx 등의 절연 재료로 형성될 수 있고, 약 1 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있으나, 층간절연층(130)의 재료와 두께는 이에 제한되는 것이 아니며, 가스감지 단위셀(120)의 크기와 가스 검출 감도를 고려하여 자유롭게 변경할 수 있다.
그리고 층간절연층(130)은 다공성 구조를 가질 수 있다. 여기서, 층간절연층(130)은 기공(pore)이 인접한 가스감지 단위셀(120)의 상기 가스 유로와 연통되는 다공성 구조를 가질 수 있다. 이러한 경우, 복수의 가스감지 단위셀(120) 간에 가스 유로가 연통될 수 있어 각 가스감지 단위셀(120) 간에 가스교환이 잘 이루어질 수 있다. 이에 따라 복합가스 감지센서(100)를 통해 다중 가스를 감지하는 경우에 복합가스 감지센서(100)로 유입되는 가스가 모든 가스감지 단위셀(120)을 통과할 수 있으며, 이로 인해 다중 가스에 대한 복합가스 감지센서(100)의 가스 검출 감도가 향상될 수 있다.
한편, 층간절연층(130)은 가스감지 구조물(122)과 마찬가지로 절연 재료로 이루어진 단위 절연패턴층을 적층하여 형성할 수 있고, 상기 단위 절연패턴층의 적층에 의해 다공성 구조가 형성될 수 있다. 이러한 경우, 간단하게 다공성 구조를 갖는 층간절연층(130)을 형성할 수 있고, 층간절연층(130)의 기공을 인접한 가스감지 단위셀(120)의 상기 가스 유로와 연통되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 가스감지 단위셀이 수평적으로 배열된 복합가스 감지센서의 다른 변형예를 나타낸 그림으로, 도 3(a)는 복수의 가스감지 단위셀이 수평적으로 배열된 복합가스 감지센서의 사시도이고, 도 3(b)는 가스감지 단위셀의 배열방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 가스감지 단위셀(120)은 복수로 구성될 수 있으며, 지지기판(110) 상(또는 상기 지지기판의 동일면 상)에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 가스감지 단위셀(120)은 높이에 관계없이 수평적으로 배열될 수 있으며, 지지기판(110)의 동일면에 서로 이격되어 배치될 수 있고, 상기 동일면은 높이에 관계없이 연속적인 면(또는 연속면)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 복수의 가스감지 단위셀(120)은 2차원적(또는 가로와 세로)으로 배열될 수 있고, 어레이(array)를 이룰 수 있다. 여기서, 상기 어레이 각각에는 단일의 가스감지 단위셀(120)이 배치될 수도 있고, 적층된 복수의 가스감지 단위셀(120)이 배치될 수도 있다. 즉, 단일의 가스감지 단위셀(120)을 수평적으로 배열할 수도 있고, 적층된 복수의 가스감지 단위셀(120)을 수평적으로 배열할 수도 있다. 이때, 상기 어레이의 각 위치(또는 좌표)에 배치되는 가스감지 단위셀(120)의 수는 상이할 수도 있고, 모두 동일할 수도 있다. 또한, 서로 상이한 감지소재(12)로 이루어진 가스감지 구조물(122)을 각각 포함하는 복수의 가스감지 단위셀(120)을 수평적으로 서로 이격 배치하여 다중 가스를 동시에 감지할 수도 있고, 동일한 감지소재(12)를 포함하는 복수의 가스감지 단위셀(120)을 수평적으로 서로 이격 배치하여 동일한 가스에 반응하는 감지소재(12)의 비표면적을 증가시켜 가스 검출 감도를 향상시킬 수도 있다.
복수의 가스감지 단위셀(120) 중 적어도 하나(120′)는 다른 가스감지 단위셀(120)과 상이한 가스를 감지할 수 있다. 즉, 적층되거나 이격되어 배치된 복수의 가스감지 단위셀(120)을 통해 다중 가스를 동시에 감지할 수 있다. 상기 적어도 하나(120′)는 다른 가스감지 단위셀(120)과 상이한 감지소재(12)로 이루어질 수 있고, 서로 다른 감지소재(12)에 의해 상이한 가스를 감지할 수 있다.
그리고 도 3(b)와 같이, 각각 상이한 감지소재(12)로 이루어진 복수의 가스감지 단위셀(120)을 n개 적층하고 수평적으로 m행(가로)과 l열(세로) 배열(m×l 배열)하게 되면, 다수(즉, l×m×n 개)의 가스를 동시에 감지할 수 있으며, 다수의 가스를 검출할 수 있는 복합가스 감지센서(100)의 부피를 줄일 수 있고, 복수의 가스감지 단위셀(120)의 적층과 배열을 알맞게 조절하여 복합가스 감지센서(100)의 부피를 최소화할 수도 있다.
본 발명에 따른 복합가스 감지센서(100)는 상기 가스감지 단위셀(120) 상에 형성되며, 수분을 흡착시키는 수분흡수층(미도시);을 더 포함할 수 있다. 수분흡수층(미도시)은 가스감지 단위셀(120) 상에 형성될 수 있고, 가스감지 단위셀(120)를 피복할 수 있으며, 수분을 흡착시킬 수 있다. 상기 수분흡수층(미도시)은 각 가스감지 단위셀(120)마다 각각 형성될 수 있고, 수분을 흡착시켜 감지소재(12)로 이루어진 가스감지 구조물(122)을 수분으로부터 보호할 수 있다. 그리고 상기 수분흡수층(미도시)은 알루미나(Al2O3), 실리카(Silica) 계열의 물질, 제올라이트(zeolite) 등의 수분을 잘 흡착하는 소재로 형성될 수 있고, 복수의 가스감지 단위셀(120) 간의 원활한 가스교환을 위해 다공성 구조를 가질 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합가스 감지센서 제조방법을 순서적으로 도시한 그림이다.
도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합가스 감지센서 제조방법을 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 복합가스 감지센서와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복합가스 감지센서 제조방법은 지지기판(110)을 마련하는 과정(S100); 및 상기 지지기판(110) 상에 가스감지 단위셀(120)을 형성하는 과정(S200);을 포함할 수 있다.
먼저, 지지기판(110)을 마련한다(S100). 지지기판(110)은 가스감지 단위셀(120)을 지지하며, 지지기판(110)에는 적어도 하나 이상의 가스감지 단위셀(120)이 배치될 수 있다.
다음으로, 상기 지지기판(110) 상에 가스감지 단위셀(120)을 형성한다(S200). 가스감지 단위셀(120)은 지지기판(110) 상에 지지되어 배치될 수 있고, 가스 분자의 흡착에 따라 전기 전도도 또는 전기 저항이 변화하는 감지소재(12)를 이용하여 가스를 감지할 수 있다.
상기 가스감지 단위셀(120)을 형성하는 과정(S200)은 복수의 전극으로 이루어진 전극층(121)을 형성하는 과정(S210); 및 상기 전극층(121) 상에 단위 패턴층(22)을 적층하여 가스감지 구조물(122)을 형성하는 과정(S220)을 포함할 수 있다.
상기 지지기판(110) 상에 복수의 전극으로 이루어진 전극층(121)을 형성할 수 있다(S210). 전극층(121)은 복수의 전극으로 이루어질 수 있고, 두 개의 빗살형 전극(IDE)일 수 있다. 예를 들어, 두 개의 빗살형 전극(IDE)는 서로 대향하여 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다.
그리고 상기 전극층(121) 상에 단위 패턴층(22)을 적층하여 가스감지 구조물(122)을 형성할 수 있다(S220). 가스감지 구조물(122)은 다공성 구조를 가질 수 있고, 전극층(121) 상에 복수의 단위 패턴층(22)이 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 가스감지 구조물(122)은 감지소재(12)로 이루어질 수 있으며, 감지소재(12)는 금속, 세라믹, 산화물, 반도체 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지소재(12)는 산화 주석, 산화 티타늄, 산화 아연, 산화 텅스텐 등을 포함할 수 있고, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산화 질소, 메탄 가스 등을 감지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스감지 구조물의 형성방법을 나타낸 그림으로, 도 5(a)는 패턴 전사를 순서적으로 나타낸 그림이고, 도 5(b)는 패턴 전사를 이용한 단위 패턴층의 적층을 순서적으로 나타낸 그림이다.
도 5를 참조하면, 상기 가스감지 구조물(122)을 형성하는 과정(S220)은 전사 기판(10) 상에 감지소재(12) 패턴을 형성하는 과정(S221); 상기 감지소재(12) 패턴을 상기 지지기판(110)으로 전사하여 상기 전극층(121) 상에 단위 패턴층(22)을 형성하는 과정(S222); 및 상기 단위 패턴층(22) 상에 상기 감지소재(12) 패턴을 전사하여 단위 패턴층(22)을 적층(또는 반복 적층)하는 과정(S223)을 포함할 수 있다.
전사 기판(10) 상에 감지소재(12) 패턴을 형성할 수 있다(S221). 여기서, 전사 기판(10)은 단일 구성으로 이루어질 수도 있고, 접착 필름(11)과 복제(Replica) 패턴을 포함할 수도 있다. 이때, 전사 기판(10)에 형성된 돌출부 등의 마스터 패턴(master pattern)을 이용하여 감지소재(12) 패턴을 형성할 수도 있고, 마스터 패턴에 의해 제조된 복제 패턴으로서 돌출부가 형성된 전사 기판(10)에 감지소재(12) 패턴을 형성할 수도 있으며, 면상(또는 판상)을 갖는 접착 필름(11) 등의 전사 기판(10) 상에 패턴 증착, 리프트 오프(lift-off) 등으로 감지소재(12)를 패터닝(patterning)하여 감지소재(12) 패턴을 형성할 수도 있다.
그리고 상기 감지소재(12) 패턴을 상기 지지기판(110)으로 전사하여 상기 전극층(121) 상에 단위 패턴층(22)을 형성할 수 있다(S222). 감지소재(12) 패턴을 지지기판(110)으로 전사함으로써, 간단하게 전극층(121) 상에 단위 패턴층(22)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 돌출부 등이 형성된 마스터 패턴을 이용하여 전사 기판(10) 상에 감지소재(12) 패턴을 형성할 수 있고, 감지소재(12) 패턴을 지지기판(110)으로 전사하여 전극층(121) 상에 단위 패턴층(22)을 적층할 수 있다. 상기 마스터 패턴의 제작은 광리소그래피(optical lithography) 공정, 블록공중합체 자기조립 공정 등을 활용하여 제조할 수 있다. 상기 마스터 패턴은 사이즈와 종류가 다양할 수 있으며, 패턴의 형태(또는 모양)도 라인 패턴, 대시 패턴, 홀 패턴, 닷 패턴, 메쉬 패턴, 링 패턴 등의 원하는 어떠한 형태로도 제작할 수 있다. 그리고 상기 마스터 패턴은 복제 패턴을 만들기 위해서 사용될 수 있으며, 이는 소모품이 아닌 반영구적으로 반복 사용이 가능한 형태일 수 있다. 상기 복제 패턴을 만들기 위한 소재는 주로 폴리머류를 사용할 수 있으며, 하나의 호모 폴리머뿐만 아니라 두 가지 이상의 호모 폴리머 적층 또는 혼합, 블록공중합고분자, 전도성 고분자를 비롯한 스핀 코팅(spin coating)이 가능한 모든 물질을 포함할 수 있다.
그리고 상기 복제 패턴 등의 전사 기판(10)에 감지소재(12) 패턴을 형성하기 위해 전사 기판(10) 상에 감지소재(12)를 증착할 수 있으며, 감지소재(12)의 증착방법은 감지소재(12)를 증발 또는 스퍼터링(Sputtering)시켜 전사 기판(10) 위에 증착시키는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition; PVD) 등의 모든 물리적인 증착방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 열을 이용하여 증착시키고자 하는 물질을 히터 위에 얹은 상태에서 열을 가해주며 증착할 물질을 증발시켜 증착하는 열증착법(Thermal evaporation), 열증착법과 동일한 원리이며 열 대신 전자빔을 사용하는 전자빔증착법(E-beam evaporation) 및 높은 에너지의 입자들을 증착하고자하는 물질 타겟에 물리적으로 전류를 가해주어 타겟 표면에서 원자를 방출시켜 원하는 전사 기판(10) 위에 박막을 형성하는 스퍼터링법(Sputtering)을 포함할 수 있다. 여기서, 증착되는 감지소재(12)의 종류는 금속, 세라믹, 산화물, 반도체 등 가스 분자의 흡착에 따라 전기적 특성이 변화하여 가스를 감지할 수 있는 모든 물질을 포함할 수 있다.
한편, 돌출부를 포함하는 돌출 패턴이 형성된 전사 기판(10)의 경우에는 스퍼터링 등의 방향성을 갖는 증착방법을 이용하여 경사각 증착(Oblique angle deposition) 등의 각도조절증착방식(Angle Deposition)으로 전사 기판(10) 중 상기 돌출부 상에 감지소재(12)를 증착할 수 있다. 감지소재(12) 패턴을 전사하여 정확한 패턴의 단위 패턴층(22)을 형성하기 위해서는 전사 기판(10) 중 상기 돌출부 상에만 감지소재(12)가 증착되어야만 하며, 이러한 경우에만 정확한 감지소재(12) 패턴을 얻을 수 있고, 정확한 패턴의 단위 패턴층(22)을 형성할 수 있다. 만약 증착 각도를 조절하지 않고 증착을 실시하게 되면, 상기 돌출부뿐만 아니라 상기 돌출부 사이의 홈에도 증착되어 정확한 패턴을 얻을 수 없게 된다. 예를 들어, 라인 패턴의 경우, 증착 각도를 정확히 조절하지 않고 증착을 실시한다면, 라인 패턴으로 돌출된 돌출부에만 증착되어야 할 감지소재(12)가 상기 돌출부(또는 라인) 사이의 홈에도 증착이 되어 패턴부가 이격 공간에 의해 서로 이격된 정확한 패턴을 얻지 못하게 되고, 상기 패턴부가 서로 연결되어 상기 이격 공간이 없어지거나 감지소재(12) 패턴에 수직 방향으로 연장되는 부분이 생겨 단위 패턴층(22)의 평탄도가 저하될 뿐만 아니라 단위 패턴층(22)을 적층하지 못할 수도 있다. 이로 인해 상기 돌출부 상에만 감지소재(12)를 증착할 수 있는 증착 각도로 조절하여 상기 돌출부 상에 감지소재(12)를 증착할 수 있으며, 상기 돌출부 상에만 감지소재(12)를 증착할 수 있는 증착 각도는 증착 각도를 조절하면서 증착해보는 등 실험적으로 얻어질 수 있고, 상기 돌출부(또는 돌출 패턴)의 형상에 따라 상기 돌출부 상에만 감지소재(12)를 증착할 수 있는 증착 각도가 달라질 수 있다. 또한, 리소그래피 등의 공정을 통하여 만들어진 상기 마스터 패턴으로부터 무한 반복하여 복제 패턴을 만들 수 있고, 상기 마스터 패턴의 종류는 닷, 라인, 메쉬, 홀, 링, 대시 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.
그 다음 상기 단위 패턴층(22) 상에 상기 감지소재(12) 패턴을 전사하여 단위 패턴층(22)을 적층할 수 있다(S223). 단위 패턴층(22) 상에 단위 패턴층(22)을 적층하여 가스감지 구조물(122)을 형성할 수 있으며, 상기 단위 패턴층(22)을 형성하는 과정(S222)과 동일하게 감지소재(12) 패턴을 지지기판(110)으로 전사하여 단위 패턴층(22) 상에 단위 패턴층(22)을 형성함으로써, 복수의 단위 패턴층(22)을 적층할 수 있다. 여기서, 감지소재(12) 패턴 중 단위 패턴층(22)의 패턴(즉, 패턴부)과 적어도 일부가 접촉(또는 연결)되는 패턴만 하부의 단위 패턴층(22) 상에 적층될 수 있다. 그리고 상기 단위 패턴층(22)을 적층하는 과정(S223)을 반복(또는 반복 수행)할 수 있으며, 원하는 횟수(예를 들어, n 번)만큼 반복하여 원하는 층수(예를 들어, n+1 층) 또는 높이의 가스감지 구조물(122)을 형성할 수 있다.
상기 가스감지 구조물(122)을 형성하는 과정(S220)은 단위 패턴층(22)의 표면을 후속 처리하는 과정(S224)을 더 포함할 수 있다.
한편, 단위 패턴층(22)의 표면을 후속 처리할 수 있다(S224). 상기 단위 패턴층(22)을 형성하는 과정(S222) 또는 상기 단위 패턴층(22)을 적층하는 과정(S223) 이후에는 단위 패턴층(22)의 표면을 후속 처리할 수 있다. 감지소재(12) 패턴을 지지기판(110)으로 전사하면서 감지소재(12) 외의 잔류물(residue)이 단위 패턴층(22)의 표면에 잔류할 수 있는데, 단위 패턴층(22)의 표면에 플라즈마 처리 및 열처리 등의 후속 처리를 실시하여 상기 잔류물을 제거할 수 있다. 이에 따라 동일한 가스감지 구조물(122)의 구조에서 가스와 접촉할 수 있는 감지소재(12)의 접촉 표면(또는 접촉 면적)이 최대화될 수 있다.
상기 단위 패턴층(22)은 이격 공간에 의해 서로 이격되는 패턴부를 포함할 수 있고, 상기 가스감지 구조물(122)을 형성하는 과정(S220)에서는 복수의 단위 패턴층(22) 간에 상기 이격 공간이 서로 연통되도록 단위 패턴층(22)을 적층하여 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물(122)을 형성할 수 있다. 단위 패턴층(22)은 이격 공간에 의해 서로 이격되는 패턴부를 포함할 수 있다. 상기 패턴부의 형태는 라인, 대시, 닷, 메쉬, 링, 홀 등의 형태로 다양할 수 있다. 여기서, 상기 패턴부는 상부 단위 패턴층(22)의 패턴부를 지지하는 역할을 할 수도 있으며, 상부에 적층되는 단위 패턴층(22)은 감지소재(12) 패턴이 전사되면서 상기 패턴부(즉, 하부 단위 패턴층의 패턴부)와 적어도 일부가 접촉되는 패턴(또는 패턴부)만 형성될 수 있다.
상기 단위 패턴층(22)을 적층하는 과정(S223)에서는 복수의 단위 패턴층(22) 간에 상기 이격 공간이 서로 연통되도록 단위 패턴층(22)을 적층할 수 있다. 이러한 경우, 서로 연통된 이격 공간을 통해 가스가 가스감지 구조물(122)의 내부를 통과할 수 있고, 가스가 더 넓은 감지소재(12)의 표면에 접촉될 수 있다. 이에 따라 감지소재(12)의 비표면적이 증가될 수 있어 가스감지 단위셀(120)의 가스 검출 감도가 향상될 수 있다. 여기서, 동일한 패턴(또는 상기 패턴부)의 단위 패턴층(22)을 동일한 각도로 적층하여 각 단위 패턴층(22)의 이격 공간이 서로 연통되도록 할 수도 있고, 패턴의 형태, 각도, 크기 등을 조절하여 각 단위 패턴층(22)의 이격 공간이 서로 연통되도록 할 수도 있다. 이때, 패턴의 형태, 각도, 크기 등을 조절하여 원하는 형태와 폭을 갖는 가스 유로를 가스감지 구조물(122)의 내부에 형성할 수 있다.
그리고 상기 가스감지 구조물(122)을 형성하는 과정(S220)에서는 상기 이격 공간이 서로 연통된 복수의 단위 패턴층(22)을 적층하여 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물(122)을 형성할 수 있다. 이와 같이, 복수의 단위 패턴층(22)을 적층함으로써, 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물(122)을 간단하게 형성할 수 있다. 가스감지 구조물(122)은 내부에 가스가 통과하는 가스 유로를 갖는 다공성 구조를 가질 수 있으며, 상기 가스 유로를 통해 원활하게 가스가 가스감지 구조물(122)의 내부에 유입될 수 있고, 가스감지 단위셀(120)이 보다 효과적으로 가스를 감지할 수 있다.
감지소재(12) 패턴을 전사하여 복수의 단위 패턴층(22)을 적층하는 경우, 쉽고 빠르게 복수의 단위 패턴층(22)을 적층할 수 있을 뿐만 아니라 라인, 대시, 닷, 메쉬, 링, 홀 등 원하는 패턴의 단위 패턴층(22)을 용이하게 적층(또는 형성)할 수 있다. 여기서, 마스터 패턴을 이용할 경우에는 일정한 패턴의 단위 패턴층(22)을 원하는 수량만큼 용이하게 적층할 수도 있다. 또한, 상기 패턴부의 크기, 이격 공간의 폭 등을 용이하게 조절할 수 있고, 약 10 ㎚ ~ 5 ㎛의 작은 크기를 갖는 패턴(또는 상기 패턴부와 이격 공간)을 형성할 수 있으며, 이에 따라 가스감지 구조물(122)의 부피를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 복합가스 감지센서(100)의 전체적인 부피를 줄일 수도 있다. 그리고 감지소재(12) 패턴을 전사하여 복수의 단위 패턴층(22)을 적층하게 되면, 단위 패턴층(22)의 이격 공간을 그대로 유지하면서 그 상부에 단위 패턴층(22)을 형성(또는 적층)할 수 있고, 이에 따라 상기 이격 공간이 연통되어 형성된 가스 유로를 갖는 다공성 구조의 가스감지 구조물(122)을 형성할 수 있다. 따라서, 감지소재(12) 패턴을 전사하여 복수의 단위 패턴층(22)을 적층함으로써, 간단하게 상기 가스 유로를 갖는 다공성 구조의 가스감지 구조물(122)을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 복합가스 감지센서 제조방법은 상기 가스감지 단위셀(120) 상에 층간절연층(130)을 형성하는 과정(S300); 및 상기 층간절연층(130) 상에 가스감지 단위셀(120)을 적층하는 과정(S400);을 더 포함할 수 있다.
그 다음 상기 가스감지 단위셀(120) 상에 층간절연층(130)을 형성한다(S300). 층간절연층(130)은 가스감지 단위셀(120) 상에 형성될 수 있으며, 복수의 가스감지 단위셀(120) 사이사이에 형성될 수 있고, 인접한 두 개의 가스감지 단위셀(120) 사이마다 개재될 수 있다. 그리고 층간절연층(130)은 각 가스감지 단위셀(120) 간에 전류가 서로 통하지 않게 할 수 있으며, 이에 따라 각 가스감지 단위셀(120)마다 각각 전극층(121)을 형성할 수 있어 각 가스감지 단위셀(120)의 가스 감지가 민감해질 수 있다. 또한, 층간절연층(130)은 SiO2, Si3N4, SiOxNy, SiNx 등의 절연 재료로 형성될 수 있고, 약 1 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있으나, 층간절연층(130)의 재료와 두께는 이에 제한되는 것이 아니며, 가스감지 단위셀(120)의 크기와 가스 검출 감도를 고려하여 자유롭게 변경할 수 있다.
그리고 상기 층간절연층(130) 상에 가스감지 단위셀(120)을 적층한다(S400). 가스감지 단위셀(120)은 복수로 구성될 수 있으며, 수직적으로 적층될 수 있다. 여기서, 층간절연층(130) 상에 전극층(121)을 형성할 수 있다(S210). 이때, 서로 상이한 감지소재(12)로 이루어진 가스감지 구조물(122)을 각각 포함하는 복수의 가스감지 단위셀(120)을 적층하여 다중 가스를 동시에 감지할 수 있고, 동일한 감지소재(12)를 포함하는 복수의 가스감지 단위셀(120)을 적층하여 동일한 가스에 반응하는 감지소재(12)의 비표면적을 증가시켜 가스 검출 감도를 향상시킬 수도 있다.
또한, 상기 가스감지 단위셀(120)을 적층하는 과정(S400)을 반복할 수 있으며, 원하는 횟수(예를 들어, n 번)만큼 반복하여 원하는 층수(예를 들어, n+1 층) 또는 높이의 복합가스 감지센서(100)를 제조할 수 있고, 원하는 수(예를 들어, n+1 개)의 가스를 감지할 수도 있다. 이때, 복수의 가스감지 단위셀(120) 사이사이에 층간절연층(130)이 개재될 수 있다.
상기 층간절연층(130)을 형성하는 과정(S300)에서는 단위 절연패턴층을 적층하여 다공성 구조를 갖는 층간절연층(130)을 형성할 수 있다. 층간절연층(130)은 다공성 구조를 가질 수 있다. 여기서, 층간절연층(130)은 기공(pore)이 인접한 가스감지 단위셀(120)의 상기 가스 유로와 연통되는 다공성 구조를 가질 수 있다. 이러한 경우, 복수의 가스감지 단위셀(120) 간에 가스 유로가 연통될 수 있어 각 가스감지 단위셀(120) 간에 가스교환이 잘 이루어질 수 있다. 이에 따라 복합가스 감지센서(100)를 통해 다중 가스를 감지하는 경우에 복합가스 감지센서(100)로 유입되는 가스가 모든 가스감지 단위셀(120)을 통과할 수 있으며, 이로 인해 다중 가스에 대한 복합가스 감지센서(100)의 가스 검출 감도가 향상될 수 있다.
여기서, 층간절연층(130)은 가스감지 구조물(122)과 마찬가지로 절연 재료로 이루어진 단위 절연패턴층을 적층하여 형성할 수 있고, 상기 단위 절연패턴층의 적층에 의해 다공성 구조가 형성될 수 있다. 이러한 경우, 간단하게 다공성 구조를 갖는 층간절연층(130)을 형성할 수 있고, 층간절연층(130)의 기공을 인접한 가스감지 단위셀(120)의 상기 가스 유로와 연통되도록 할 수 있다.
상기 가스감지 단위셀(120)을 적층하는 과정(S400)에서는 하부의 가스감지 단위셀(120)과 상이한 감지소재(12)로 이루어진 가스감지 단위셀(120′)을 적층할 수 있다. 각각 상이한 감지소재(12)로 이루어진 가스감지 구조물(122)을 각각 포함하는 복수의 가스감지 단위셀(120)을 적층하여 다중 가스를 동시에 감지할 수 있다. 그리고 복수의 가스감지 단위셀(120)을 수직적으로 적층하므로, 다중 가스를 검출할 수 있는 복합가스 감지센서(100)의 면적(또는 수평 면적)을 줄일 수 있다.
상기 가스감지 단위셀을 형성하는 과정(S200)에서는 상기 지지기판(110) 상(또는 상기 지지기판의 동일면 상)에 서로 이격시켜 복수의 가스감지 단위셀(120)을 형성할 수 있다. 가스감지 단위셀(120)은 높이에 관계없이 수평적으로 배열될 수 있으며, 지지기판(110)의 동일면에 서로 이격되어 배치될 수 있고, 상기 동일면은 높이에 관계없이 연속적인 면을 의미할 수 있다. 예를 들어, 복수의 가스감지 단위셀(120)은 2차원적(또는 가로와 세로)으로 배열될 수 있고, 어레이(array)를 이룰 수 있다. 여기서, 상기 어레이 각각에는 단일의 가스감지 단위셀(120)이 배치될 수도 있고, 적층된 복수의 가스감지 단위셀(120)이 배치될 수도 있다. 즉, 단일의 가스감지 단위셀(120)을 수평적으로 배열할 수도 있고, 적층된 복수의 가스감지 단위셀(120)을 수평적으로 배열할 수도 있다. 이때, 상기 어레이의 각 위치(또는 좌표)에 배치되는 가스감지 단위셀(120)의 수는 상이할 수도 있고, 모두 동일할 수도 있다. 또한, 서로 상이한 감지소재(12)로 이루어진 가스감지 구조물(122)을 각각 포함하는 복수의 가스감지 단위셀(120)을 수평적으로 서로 이격 배치하여 다중 가스를 동시에 감지할 수도 있고, 동일한 감지소재(12)를 포함하는 복수의 가스감지 단위셀(120)을 수평적으로 서로 이격 배치하여 동일한 가스에 반응하는 감지소재(12)의 비표면적을 증가시켜 가스 검출 감도를 향상시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 복합가스 감지센서 제조방법은 상기 가스감지 단위셀(120) 상에 수분흡수층(미도시)을 형성하는 과정(S500);을 더 포함할 수 있다.
그 다음 상기 가스감지 단위셀(120) 상에 수분흡수층(미도시)을 형성한다(S500). 수분흡수층(미도시)은 가스감지 단위셀(120) 상에 형성될 수 있고, 가스감지 단위셀(120)를 피복할 수 있으며, 수분을 흡착시킬 수 있다. 상기 수분흡수층(미도시)은 각 가스감지 단위셀(120)마다 각각 형성될 수 있고, 수분을 흡착시켜 감지소재(12)로 이루어진 가스감지 구조물(122)을 수분으로부터 보호할 수 있다. 그리고 상기 수분흡수층(미도시)은 알루미나(Al2O3), 실리카(Silica) 계열의 물질, 제올라이트(zeolite) 등의 수분을 잘 흡착하는 소재로 형성될 수 있고, 복수의 가스감지 단위셀(120) 간의 원활한 가스교환을 위해 다공성 구조를 가질 수도 있다.
이처럼, 본 발명에서는 감지소재로 이루어진 복수의 단위 패턴층이 적층되어 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물이 형성됨으로써, 감지소재의 비표면적이 증가될 수 있고, 이에 따라 가스 검출 감도가 향상될 수 있다. 또한, 단위 패턴층의 적층을 통해 간단하게 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물을 형성할 수 있고, 가스감지 구조물이 다공성 구조일 뿐만 아니라 그 내부에 가스 유로를 가짐으로 인해 가스감지 구조물의 내부에도 가스가 유입될 수 있어 보다 효과적으로 가스를 검출할 수 있다. 그리고 각각 상이한 감지소재로 이루어진 복수의 가스감지 단위셀을 적층하거나 서로 이격시켜 배치함으로써, 단일의 복합가스 감지센서로 다중 가스를 동시에 감지할 수 있다. 또한, 복수의 가스감지 단위셀을 적층하는 경우에 층간절연층을 통해 각 층의 전류가 서로 통하지 않게 할 수 있고, 층간절연층을 다공성으로 형성하여 각 층간 가스교환이 잘 이루어지도록 할 수 있다. 한편, 가스감지 단위셀 상에 수분흡수층을 형성하여 수분을 흡착시킴으로써, 감지소재를 수분으로부터 보호할 수 있다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상에”라는 의미는 위치에 관계없이 표면에 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 위치상 상부(위쪽) 또는 하부(아래쪽)에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 그 면적에 관계없이 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다. 예를 들어, “지지기판 상에”는 지지기판의 표면(상부면 또는 하부면)이 될 수도 있고, 지지기판의 표면에 증착된 막(또는 층)의 표면이 될 수도 있다. 또한, “~ 상부(또는 하부)”의 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부(또는 하부)에 위치하는 경우를 포함하며, 그 면적에 관계없이 높이가 더 높은 곳(또는 낮은 곳)에 위치하면 족하고, 위치상 위쪽(또는 아래쪽)에 있거나 상부면(또는 하부면)에 직접 접촉해 있다는 의미로 사용하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 전사 기판 11 : 접착 필름
12 : 감지소재 20 : 전선
22 : 단위 패턴층 100 : 복합가스 감지센서
110 : 지지기판 120 : 가스감지 단위셀
121 : 전극층 122 : 가스감지 구조물
130 : 층간절연층

Claims (17)

  1. 지지기판; 및
    상기 지지기판 상에 배치되는 가스감지 단위셀;을 포함하고,
    상기 가스감지 단위셀은,
    복수의 전극으로 이루어진 전극층; 및
    상기 전극층 상에 복수의 단위 패턴층이 적층되어 형성되며, 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물을 포함하는 복합가스 감지센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 패턴층은 이격 공간에 의해 서로 이격되는 패턴부를 포함하고,
    각 단위 패턴층의 이격 공간은 서로 연통되는 복합가스 감지센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스감지 구조물은 그 내부에 외부에서 유입된 가스가 통과하여 배출되는 가스 유로를 갖는 복합가스 감지센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스감지 단위셀은 복수로 구성되어 적층되며,
    복수의 가스감지 단위셀 사이에 형성되는 층간절연층;을 더 포함하는 복합가스 감지센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 층간절연층은 다공성 구조를 갖는 복합가스 감지센서.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스감지 단위셀은 복수로 구성되며, 상기 지지기판의 동일면 상에 서로 이격되어 배치되는 복합가스 감지센서.
  7. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    복수의 가스감지 단위셀 중 적어도 하나는 다른 가스감지 단위셀과 상이한 가스를 감지하는 복합가스 감지센서.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스감지 단위셀 상에 형성되며, 수분을 흡착시키는 수분흡수층;을 더 포함하는 복합가스 감지센서.
  9. 지지기판을 마련하는 과정; 및
    상기 지지기판 상에 가스감지 단위셀을 형성하는 과정;을 포함하고,
    상기 가스감지 단위셀을 형성하는 과정은,
    복수의 전극으로 이루어진 전극층을 형성하는 과정; 및
    상기 전극층 상에 복수의 단위 패턴층을 적층하여, 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물을 형성하는 과정을 포함하는 복합가스 감지센서 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스감지 구조물을 형성하는 과정은,
    전사 기판 상에 감지소재 패턴을 형성하는 과정;
    상기 감지소재 패턴을 상기 지지기판으로 전사하여 상기 전극층 상에 단위 패턴층을 형성하는 과정; 및
    상기 단위 패턴층 상에 상기 감지소재 패턴을 전사하여 단위 패턴층을 적층하는 과정을 포함하는 복합가스 감지센서 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가스감지 구조물을 형성하는 과정은 단위 패턴층의 표면을 후속 처리하는 과정을 더 포함하는 복합가스 감지센서 제조방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 단위 패턴층은 이격 공간에 의해 서로 이격되는 패턴부를 포함하고,
    상기 가스감지 구조물을 형성하는 과정에서는 복수의 단위 패턴층 간에 상기 이격 공간이 서로 연통되도록 단위 패턴층을 적층하여 다공성 구조를 갖는 가스감지 구조물을 형성하는 복합가스 감지센서 제조방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스감지 단위셀 상에 층간절연층을 형성하는 과정; 및
    상기 층간절연층 상에 가스감지 단위셀을 적층하는 과정;을 더 포함하는 복합가스 감지센서 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 층간절연층을 형성하는 과정에서는 단위 절연패턴층을 적층하여 다공성 구조를 갖는 층간절연층을 형성하는 복합가스 감지센서 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 가스감지 단위셀을 적층하는 과정에서는 하부의 가스감지 단위셀과 상이한 감지소재로 이루어진 가스감지 단위셀을 적층하는 복합가스 감지센서 제조방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스감지 단위셀을 형성하는 과정에서는 상기 지지기판의 동일면 상에 서로 이격시켜 복수의 가스감지 단위셀을 형성하는 복합가스 감지센서 제조방법.
  17. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스감지 단위셀 상에 수분흡수층을 형성하는 과정;을 더 포함하는 복합가스 감지센서 제조방법.
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