KR20210137369A - Humidity sensor and button device including the same - Google Patents

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Abstract

Provided is a button device including a humidity sensor. More specifically, the button device includes; a substrate having a plurality of sensing regions; a housing disposed on the substrate and separating a first sensing region of the plurality of sensing regions from other sensing regions; a porous structure within the housing; first and second electrodes disposed on the porous structure and electrically connected to the porous structure; and a temperature sensor disposed adjacent to the first sensing region to sense the temperature of the first sensing region, wherein the porous structure includes a body in which through-holes are formed and an air gap in the body. Accordingly, the measurement sensitivity of the humidity sensor may be improved.

Description

습도 센서 및 그를 포함하는 버튼 장치{Humidity sensor and button device including the same}Humidity sensor and button device including the same

본 발명은 습도 센서 및 그를 포함하는 버튼 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 구조체를 포함하는 습도 센서 및 그를 포함하는 버튼 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a humidity sensor and a button device including the same, and more particularly, to a humidity sensor including a porous structure and a button device including the same.

습도 센서는 전기저항 방식과 정전용량 방식으로 나눌 수 있다. 전기저항 방식은 한 쌍의 전극 사이에 공기 중의 수증기를 흡수하는 물질을 배치하여, 수증기를 흡수하는 정도에 따라 달라지는 물질의 저항값을 측정하여 상대 습도를 계산한다. 정전용량 방식은 수증기를 흡수하는 정도에 따라 달라지는 물질의 유전율을 측정하여 상대 습도를 계산한다. 전기저항 방식은 정전용량 방식에 비해 구조가 단순하고 대량생산이 가능하나 낮은 상대습도에서의 민감도 및 반응성이 다소 떨어진다는 단점이 있다.The humidity sensor can be divided into an electrical resistance type and a capacitive type. In the electrical resistance method, a material that absorbs water vapor in the air is placed between a pair of electrodes, and the resistance value of the material that varies depending on the degree of absorption of water vapor is measured to calculate the relative humidity. The capacitive method calculates the relative humidity by measuring the dielectric constant of a material that varies depending on the degree of absorption of water vapor. Compared to the capacitive method, the electrical resistance method has a simpler structure and can be mass-produced, but has a disadvantage in that the sensitivity and reactivity at low relative humidity are somewhat inferior.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 측정 감도가 향상된 습도 센서를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a humidity sensor with improved measurement sensitivity.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 높은 정확성을 갖고, 비접촉식으로 조작이 가능한 버튼 장치를 제공하는 것에 있다.Another object to be solved by the present invention is to provide a button device that has high accuracy and can be operated in a non-contact manner.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 실시예들에 따른 버튼 장치는 복수의 센싱 영역들을 갖는 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 상기 복수의 센싱 영역들 중 제1 센싱 영역을 다른 센싱 영역들과 분리하는 하우징; 상기 하우징들 내의 다공성 구조체; 상기 다공성 구조체 상에 제공되며, 상기 다공성 구조체와 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 제1 센싱 영역과 인접하게 배치되어 상기 제1 센싱 영역의 온도를 감지하는 온도 센서를 포함하되, 상기 다공성 구조체는 관통홀들이 형성된 바디 및 상기 바디 내의 에어갭을 포함할 수 있다. A button device according to embodiments of the present invention includes a substrate having a plurality of sensing regions; a housing disposed on the substrate and configured to separate a first sensing region among the plurality of sensing regions from other sensing regions; a porous structure in the housings; a first electrode and a second electrode provided on the porous structure and electrically connected to the porous structure; and a temperature sensor disposed adjacent to the first sensing region to sense a temperature of the first sensing region, wherein the porous structure may include a body in which through-holes are formed and an air gap in the body.

실시예들에 따르면, 상기 바디는 그래핀, 전이금속 칼코겐 화합물, 멕신(MXene) 중 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments, the body may include one of graphene, a transition metal chalcogen compound, and MXene.

실시예들에 따르면, 상기 관통홀들은 상기 기판의 상면과 수직한 방향으로 상기 바디를 관통할 수 있다.In some embodiments, the through-holes may pass through the body in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate.

실시예들에 따르면, 관통 홀들의 최대 폭은 20nm 내지 300nm의 범위를 가질 수 있다.According to embodiments, the maximum width of the through holes may be in a range of 20 nm to 300 nm.

실시예들에 따르면, 상기 에어갭을 가로질러 상기 바디의 내측벽들을 연결하는 브릿지를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, a bridge may further include a bridge connecting inner walls of the body across the air gap.

실시예들에 따르면, 상기 바디는 서로 마주하는 제1 내측벽 및 제2 내측벽을 갖고, 상기 제1 내측벽으로부터 상기 제2 내측벽을 향하여 돌출된 돌출패턴을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the body may further include a protrusion pattern having a first inner wall and a second inner wall facing each other, and protruding from the first inner wall toward the second inner wall.

본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서는 기판; 상기 기판 상에 제공되는 다공성 구조체; 및 상기 다공성 구조체 상에 제공되며, 상기 다공성 구조체와 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하되, 상기 다공성 구조체는 관통 홀들이 형성된 바디 및 상기 바디 내의 에어갭을 포함하고, 상기 바디는 그래핀, 전이금속 칼코겐 화합물, 멕신(MXene) 등 2차원 물질을 포함하고, 상기 관통 홀들의 최대 폭들은 20nm 이상 300nm 이하일 수 있다. A humidity sensor according to embodiments of the present invention includes a substrate; a porous structure provided on the substrate; and a first electrode and a second electrode provided on the porous structure and electrically connected to the porous structure, wherein the porous structure includes a body having through-holes formed therein and an air gap in the body, and the body is It includes a two-dimensional material such as a pin, a transition metal chalcogen compound, and MXene, and the maximum widths of the through holes may be 20 nm or more and 300 nm or less.

실시예들에 따르면, 상기 관통홀들은 상기 기판의 상면과 수직한 방향으로 상기 바디를 관통할 수 있다.In some embodiments, the through-holes may pass through the body in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate.

실시예들에 따르면, 상기 에어갭을 가로질러 상기 바디의 내측벽들을 연결하는 브릿지를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, a bridge may further include a bridge connecting inner walls of the body across the air gap.

실시예들에 따르면, 상기 바디는 서로 마주하는 제1 내측벽 및 제2 내측벽을 갖고,According to embodiments, the body has a first inner wall and a second inner wall facing each other,

상기 제1 내측벽으로부터 상기 제2 내측벽을 향하여 돌출된 돌출패턴을 더 포함할 수 있다.It may further include a protrusion pattern protruding from the first inner wall toward the second inner wall.

본 발명에 따른 습도 센서는 다공성 구조체를 포함할 수 있다. 다공성 구조체는 복수의 홀들을 포함하여 비표면적이 높을 수 있다. 다공성 구조체는 그래핀, 전이금속 칼코겐 화합물, 멕신(MXene) 등 2차원 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 습도 센서의 측정 감도가 향상될 수 있다. The humidity sensor according to the present invention may include a porous structure. The porous structure may include a plurality of holes to have a high specific surface area. The porous structure may include a two-dimensional material such as graphene, a transition metal chalcogen compound, or MXene. Accordingly, the measurement sensitivity of the humidity sensor may be improved.

본 발명에 따른 버튼 장치는 습도 센서를 포함함에 따라, 비접촉식의 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다.As the button device according to the present invention includes a humidity sensor, it is possible to provide a non-contact user interface.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 자른 단면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서를 설명하기 위한 확대 단면도들로, 도 3의 AA 부분에 대응된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서를 설명하기 위한 단면도들로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선에 대응된다.
도 6a 및 도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 6b 및 도 8b는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로, 각각 도 6a 및 도 8a의 I~I'선을 따라 절취한 단면도들이다.
도 7 및 도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서의 센싱 민감도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 버튼 장치를 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 버튼 장치를 나타낸 단면도이다.
1 is a plan view illustrating a humidity sensor according to embodiments of the present invention.
2 is a perspective view illustrating a humidity sensor according to embodiments of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line I-I' of FIG. 1 .
4A and 4B are enlarged cross-sectional views for explaining a humidity sensor according to embodiments of the present invention, and correspond to a portion AA of FIG. 3 .
5A and 5B are cross-sectional views for explaining a humidity sensor according to embodiments of the present invention, and correspond to line I-I' of FIG. 1 .
6A and 8A are plan views illustrating a method of manufacturing a humidity sensor according to embodiments of the present invention.
6B and 8B are views for explaining a method of manufacturing a humidity sensor according to embodiments of the present invention, and are cross-sectional views taken along line I to I' of FIGS. 6A and 8A, respectively.
7 and 9 to 11 are views for explaining a method of manufacturing a humidity sensor according to embodiments of the present invention.
12 is a graph showing the sensing sensitivity of the humidity sensor according to embodiments of the present invention.
13 is a perspective view illustrating a button device according to embodiments of the present invention.
14 is a cross-sectional view illustrating a button device according to embodiments of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprises' and/or 'comprising' refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or devices mentioned. or addition is not excluded.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.Further, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or plan views, which are ideal illustrative views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the form of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in the form generated according to the manufacturing process. For example, the etched region shown at a right angle may be rounded or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have a schematic nature, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate specific shapes of regions of the device and not to limit the scope of the invention.

이하, 본 발명의 개념에 따른 습도 센서를 설명한다. Hereinafter, a humidity sensor according to the concept of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서를 도시한 평면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 자른 단면이다.1 is a plan view illustrating a humidity sensor according to embodiments of the present invention. 2 is a perspective view illustrating a humidity sensor according to embodiments of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along line I-I' of FIG. 1 .

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 습도 센서는 기판(10), 제1 전극(20), 제2 전극(30), 및 다공성 구조체(40)를 포함할 수 있다.1 to 3 , the humidity sensor according to an embodiment of the present invention may include a substrate 10 , a first electrode 20 , a second electrode 30 , and a porous structure 40 . .

기판(10)이 제공될 수 있다. 기판(10)은 평평한 상면(10a)을 가질 수 있다. 기판(10)은 실리콘 기판 또는 고분자를 포함하는 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는 PET(Polyethylene terephthalate), PC(Polycarbonate) 및/또는 PEN(Polyethylene naphthalate)일 수 있다. 제1 방향(D1)은 기판(10)의 상면(10a)과 평행한 방향일 수 있다. 제2 방향(D2)은 기판(10)의 상면(10a)과 평행하되, 상기 제1 방향(D1)과 수직인 방향일 수 있다. 제3 방향(D3)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 수직한 방향일 수 있다.A substrate 10 may be provided. The substrate 10 may have a flat upper surface 10a. The substrate 10 may be a silicon substrate or a substrate including a polymer. For example, the polymer may be polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), and/or polyethylene naphthalate (PEN). The first direction D1 may be a direction parallel to the upper surface 10a of the substrate 10 . The second direction D2 may be parallel to the upper surface 10a of the substrate 10 , but may be perpendicular to the first direction D1 . The third direction D3 may be a direction perpendicular to the first direction D1 and the second direction D2 .

기판(10)의 상면(10a) 상에 다공성 구조체(40)가 제공될 수 있다. 다공성 구조체(40)는 다공성 구조체(40)를 관통하는 복수의 제1 관통 홀들(HL)을 가질 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 관통 홀들(HL1)은 평면적 관점에서 원형의 형태일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 제1 관통 홀들(HL1)은, 평면적 관점에서, 타원형, 사각형, 삼각형, 또는 육각형의 형태일 수 있다. 제1 관통 홀들(HL1)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배열될 수 있다. 제1 관통 홀들(HL1)은 제3 방향(D3)으로 다공성 구조체(40)를 관통할 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 관통 홀(HL1)은 기판(10)의 상면으로부터, 제1 및 제2 전극(20, 30)의 하면에 이르기까지 일정한 제1 방향(D1)으로의 두께를 가질 수 있다. 제1 관통 홀들(HL1)은 다공성 구조체(40)의 비표면적을 향상시킬 수 있다. 따라서, 다공성 구조체(40)의 공기 중 수분 흡착 능력을 향상시킬 수 있다.The porous structure 40 may be provided on the upper surface 10a of the substrate 10 . The porous structure 40 may have a plurality of first through holes HL penetrating the porous structure 40 . In some embodiments, the first through holes HL1 may have a circular shape in a plan view. According to other embodiments, the first through holes HL1 may have an elliptical, quadrangular, triangular, or hexagonal shape in a plan view. The first through holes HL1 may be arranged to be spaced apart from each other in the first direction D1 and the second direction D2 . The first through holes HL1 may pass through the porous structure 40 in the third direction D3 . In some embodiments, the first through hole HL1 may have a constant thickness in the first direction D1 from the upper surface of the substrate 10 to the lower surfaces of the first and second electrodes 20 and 30 . can The first through holes HL1 may improve the specific surface area of the porous structure 40 . Accordingly, the ability to adsorb moisture in the air of the porous structure 40 may be improved.

제1 관통 홀들(HL1) 각각의 최대 폭(W1)은 20nm 내지 300nm의 범위를 가질 수 있다. 제1 관통 홀들(HL1)의 최대 폭(W1)이 20nm 이하일 경우, 제1 관통 홀들(HL1)이 과도하게 밀집되어 공기 중의 수분이 제대로 흡착되지 않을 수 있다. 반면, 제1 관통 홀들(HL1)의 최대 폭(W1)이 300nm 이상일 경우, 제1 관통 홀들(HL1) 내부로 공기 중의 물 분자가 원활하게 이동할 수 있지만, 비표면적이 상대적으로 감소하여 센싱 감도가 저하될 수 있다. The maximum width W1 of each of the first through holes HL1 may be in a range of 20 nm to 300 nm. When the maximum width W1 of the first through-holes HL1 is 20 nm or less, the first through-holes HL1 are excessively dense and moisture in the air may not be properly adsorbed. On the other hand, when the maximum width W1 of the first through-holes HL1 is 300 nm or more, water molecules in the air can move smoothly into the first through-holes HL1, but the specific surface area is relatively reduced, so that the sensing sensitivity is decreased. may be lowered.

구체적으로, 다공성 구조체(40)는 바디(43) 및 바디(43) 내의 에어 갭(AG)을 가질 수 있다. 바디(43)는 2차원 물질(two-dimensional materials)로서, 그래핀(Graphene), 전이금속 칼코겐 화합물(Transition Metal Dichalcogenide, TMDC), 멕신(MXene) 중 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전이금속 칼코겐 화합물은, 예컨대, 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀렌화몰리브덴(MoSe2), 이텔루륨화몰리브덴(MoTe2), 이황화텅스텐(WS2), 및/또는 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 등을 포함할 수 있다. 멕신(MXene)은 전이금속 카바이드를 지칭하며, 타이타늄카바이드(Ti3C2) 등을 포함할 수 있다. 바디(43)의 높이(H1, 즉, 다공성 구조체(40)의 높이)는 10um 내지 50um의 범위를 가질 수 있다. Specifically, the porous structure 40 may have a body 43 and an air gap AG in the body 43 . The body 43 is a two-dimensional material, and may include one of graphene, a transition metal chalcogenide (TMDC), and MXene. For example, the transition metal chalcogen compound is, for example, molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), molybdenum iteluride (MoTe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), and/or this tungsten selenide (WSe 2 ), and the like. MXene refers to a transition metal carbide, and may include titanium carbide (Ti 3 C 2 ) and the like. The height of the body 43 (H1, that is, the height of the porous structure 40) may have a range of 10um to 50um.

에어 갭(AG)은 바디(43)에 의해 둘러싸일 수 있다. 즉, 에어 갭(AG)은 바디(43)의 내측면들에 의해 정의될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 관통 홀들(HL1)의 사이에서, 에어 갭(AG)은 제3 방향(D3)으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 에어 갭(AG)을 둘러싸는 바디(43)의 측벽들은 일정한 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 에어 갭(AG)을 사이에 두고 제1 방향(D1)으로 대향하는 바디(43)의 두 측벽들은 동일한 서로 동일한 제1 방향(D1)의 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 에어 갭(AG)을 사이에 두고 제3 방향(D3)으로 대향하는 바디(43) 상부벽 및 하부벽은 서로 동일한 제3 방향(D3)의 두께를 가질 수 있다. 에어 갭(AG)은 후술할 다공성 멤브레인(41)이 제거된 후 비어있는 공간일 수 있다. The air gap AG may be surrounded by the body 43 . That is, the air gap AG may be defined by inner surfaces of the body 43 . 3 , between the plurality of first through holes HL1 , the air gap AG may extend in the third direction D3 . The sidewalls of the body 43 surrounding the air gap AG may have a constant thickness. For example, two sidewalls of the body 43 facing in the first direction D1 with the air gap AG interposed therebetween may have the same thickness in the first direction D1 . For example, an upper wall and a lower wall of the body 43 facing in the third direction D3 with the air gap AG interposed therebetween may have the same thickness in the third direction D3 . The air gap AG may be an empty space after the porous membrane 41 to be described later is removed.

제1 전극(20) 및 제2 전극(30)이 다공성 구조체(40) 상에 제공될 수 있다. 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)은 도전성 물질로서, 예컨대, 금속을 포함할 수 있다. 상기 금속은 구리(Cu) 및/또는 금(Au)을 포함할 수 있다. 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)은 애노드 및 캐소드 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(20)이 애노드인 경우, 제2 전극(30)은 캐소드일 수 있고, 제1 전극(20)이 캐소드인 경우, 제2 전극(30)은 애노드일 수 있다. 제1 전극(20)은 제1 부분(21), 제2 부분(23), 및 복수 개의 제3 부분들(25)을 포함할 수 있다. 제1 전극(20)의 제1 부분(21)은 외부 소자와 연결되는 부분일 수 있다. 예컨대, 제1 전극(20)의 제1 부분(21)은 습도 센서(100)를 외부의 전류측정장치와 연결하기 위한 패드 부분일 수 있다. 제1 전극(20)의 제2 부분(23)은 제1 전극(20)의 제1 부분(21)과 연결되어 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제1 전극(20)의 제3 부분들(25) 각각은 제1 전극(20)의 제2 부분(23)으로부터 제1 방향(D1)으로 연장되어, 다공성 멤브레인(41)의 상면 상에 제공될 수 있다. 제1 전극(20)의 제3 부분들(25)의 각각은 제2 전극(30)을 향하여 연장될 수 있다. 제1 전극(20)의 제3 부분들(25)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.The first electrode 20 and the second electrode 30 may be provided on the porous structure 40 . The first electrode 20 and the second electrode 30 may include, for example, a metal as a conductive material. The metal may include copper (Cu) and/or gold (Au). The first electrode 20 and the second electrode 30 may be any one of an anode and a cathode. For example, when the first electrode 20 is an anode, the second electrode 30 may be a cathode, and when the first electrode 20 is a cathode, the second electrode 30 may be an anode. The first electrode 20 may include a first portion 21 , a second portion 23 , and a plurality of third portions 25 . The first portion 21 of the first electrode 20 may be a portion connected to an external device. For example, the first portion 21 of the first electrode 20 may be a pad portion for connecting the humidity sensor 100 to an external current measuring device. The second portion 23 of the first electrode 20 may be connected to the first portion 21 of the first electrode 20 to extend in the second direction D2 . Each of the third portions 25 of the first electrode 20 extends in the first direction D1 from the second portion 23 of the first electrode 20 and is provided on the upper surface of the porous membrane 41 . can be Each of the third portions 25 of the first electrode 20 may extend toward the second electrode 30 . The third portions 25 of the first electrode 20 may be disposed to be spaced apart from each other in the second direction D2 .

제2 전극(30)은 제1 부분(31), 제2 부분(33), 및 제3 부분들(35)을 포함할 수 있다. 제2 전극(30)의 제1 부분(31)은 외부소자와 제2 전극(30)을 연결하기 위한 부분일 수 있다. 예컨대, 제2 전극(30)의 제1 부분(31)은 외부의 전류측정장치와 연결 되는 패드 부분일 수 있다. 제2 전극(30)의 제2 부분(33)은 제2 전극(30)의 제1 부분(31)과 연결되어 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제2 전극(30)의 제3 부분들(35) 각각은 제2 전극(30)의 제2 부분(33)으로부터 제1 방향(D1)으로 연장되어, 다공성 멤브레인(41)의 상면 상에 제공될 수 있다. 제2 전극(30)의 제3 부분들(35)의 각각은 제1 전극(20)을 향하여 연장될 수 있다. 제2 전극(30)의 제3 부분들(35)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 전극(30)의 제3 부분들(35) 각각은 제1 전극(20)의 제3 부분들(25) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 전극(30)의 제3 부분들(35) 및 제1 전극(20)의 제3 부분들(25)은 제2 방향(D2)으로 서로 교대로 배치될 수 있다.The second electrode 30 may include a first portion 31 , a second portion 33 , and third portions 35 . The first portion 31 of the second electrode 30 may be a portion for connecting an external device and the second electrode 30 . For example, the first portion 31 of the second electrode 30 may be a pad portion connected to an external current measuring device. The second portion 33 of the second electrode 30 may be connected to the first portion 31 of the second electrode 30 to extend in the second direction D2 . Each of the third portions 35 of the second electrode 30 extends from the second portion 33 of the second electrode 30 in the first direction D1 and is provided on the upper surface of the porous membrane 41 . can be Each of the third portions 35 of the second electrode 30 may extend toward the first electrode 20 . The third portions 35 of the second electrode 30 may be disposed to be spaced apart from each other in the second direction D2 . Each of the third portions 35 of the second electrode 30 may be disposed between the third portions 25 of the first electrode 20 . Accordingly, the third portions 35 of the second electrode 30 and the third portions 25 of the first electrode 20 may be alternately disposed in the second direction D2 .

외부소자로부터 제1 전극(20)으로 입력된 전류는 상기 다공성 구조체(40)를 통과하여 제2 전극(30)을 통해 다시 외부소자로 출력될 수 있다. 다공성 구조체(40)의 바디(43)는 공기 중의 물 분자를 흡착할 수 있다. 이에 따라, 다공성 구조체(40)의 저항값이 달라질 수 있다. 다공성 구조체(40)의 저항값이 달라지는 경우, 제1 전극(20) 및 제2 전극(30) 사이의 전류값이 달라지므로, 외부의 전류측정장치를 통해 상기 전류값을 측정하여 습도를 측정할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는, 다공성 구조체가 복수의 관통 홀들(H)을 포함하여, 다공성 구조체(40)의 비표면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 다공성 구조체(40)의 바디(43)가 넓은 면적으로 공기 중의 물 분자를 보다 효과적으로 흡착하여 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. The current input from the external device to the first electrode 20 may pass through the porous structure 40 and be output to the external device again through the second electrode 30 . The body 43 of the porous structure 40 may adsorb water molecules in the air. Accordingly, the resistance value of the porous structure 40 may vary. When the resistance value of the porous structure 40 is changed, the current value between the first electrode 20 and the second electrode 30 is different, so the humidity can be measured by measuring the current value through an external current measuring device. can In the humidity sensor according to an embodiment of the present invention, the porous structure may include a plurality of through holes (H) to increase the specific surface area of the porous structure 40 . Accordingly, the body 43 of the porous structure 40 more effectively adsorbs water molecules in the air over a large area, thereby improving the sensing sensitivity.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서를 설명하기 위한 확대 단면도들로, 도 3의 AA 부분에 대응된다.4A and 4B are enlarged cross-sectional views for explaining a humidity sensor according to embodiments of the present invention, and correspond to a portion AA of FIG. 3 .

도 3 및 도 4a를 참조하면, 다공성 구조체(40)는 브릿지(BD)를 포함할 수 있다. 브릿지(BD)는 제1 방향(D1)으로 연장되어 바디(43)를 지지할 수 있다. 3 and 4A , the porous structure 40 may include a bridge BD. The bridge BD may extend in the first direction D1 to support the body 43 .

구체적으로, 바디(43)는 에어갭(AG)을 사이에 두고 서로 마주하는 제1 내측면(43sa) 및 제2 내측면(43sb)을 포함할 수 있다. 브릿지(BD)는 에어 갭(AG)을 가로질러 제1 내측면(43sa)과 제2 내측면(43sb)을 연결할 수 있다. 실시예들에 따르면, 브릿지(BD)는 제1 내측면(43sa) 및 제2 내측면(43sb)과 멀어질수록 좁은 두께를 가질 수 있다. 브릿지(BD)는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 브릿지(BD)는, 예컨대, 알루미늄 산화물(aluminum oxide)을 포함할 수 있다.Specifically, the body 43 may include a first inner surface 43sa and a second inner surface 43sb facing each other with the air gap AG interposed therebetween. The bridge BD may cross the air gap AG to connect the first inner surface 43sa and the second inner surface 43sb. In some embodiments, the bridge BD may have a narrower thickness as it moves away from the first inner surface 43sa and the second inner surface 43sb. The bridge BD may include a metal oxide. The bridge BD may include, for example, aluminum oxide.

실시예들에 따르면, 바디(43) 에어 갭(AG)을 사이에 두고 제1 방향(D1)으로 마주하는 두 측벽들을 가질 수 있다. 두 측벽들의 각각의 제1 방향(D1)의 두께는 에어 갭(AG)의 제1 방향(D1)의 폭에 비해 작을 수 있다. In some embodiments, the body 43 may have two sidewalls facing in the first direction D1 with the air gap AG interposed therebetween. A thickness of each of the two sidewalls in the first direction D1 may be smaller than a width of the air gap AG in the first direction D1 .

도 3 및 도 4b를 참조하면, 다공성 구조체(40)는 돌출부들(PP)을 포함할 수 있다. 돌출부(PP)는 제1 내측면(43sa)으로부터 제2 내측면(43sb)을 향해 돌출되거나, 또는, 제2 내측면(43sb)으로부터 제1 내측면(43sa)을 향하여 돌출될 수 있다. 돌출부(PP)은, 예컨대, 반구형의 형상을 가질 수 있다. 돌출부들(PP)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 돌출부들(PP)은, 예컨대, 알루미늄 산화물(aluminum oxide)을 포함할 수 있다.3 and 4B , the porous structure 40 may include protrusions PP. The protrusion PP may protrude from the first inner surface 43sa toward the second inner surface 43sb or may protrude from the second inner surface 43sb toward the first inner surface 43sa. The protrusion PP may have, for example, a hemispherical shape. The protrusions PP may include a metal oxide. The protrusions PP may include, for example, aluminum oxide.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서를 설명하기 위한 단면도들로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선에 대응된다.5A and 5B are cross-sectional views for explaining a humidity sensor according to embodiments of the present invention, and correspond to line I-I' of FIG. 1 .

도 5a를 참조하면, 바디(43)는 상단(40a)이 닫히고, 하단이 열린 파이프의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 에어 갭(AG)의 하단은 기판(10)의 상면에 의해 정의될 수 있다. Referring to FIG. 5A , the body 43 may have a pipe shape with an upper end 40a closed and an open lower end. Accordingly, the lower end of the air gap AG may be defined by the upper surface of the substrate 10 .

도 5b를 참조하면, 바디(43)는 상단이 열리고, 하단(40b)이 닫힌 파이프의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 에어 갭(AG)의 상단의 일부는 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)에 의해 덮일 수 있다. Referring to FIG. 5B , the body 43 may have a pipe shape with an open top and a closed bottom 40b. Accordingly, a portion of the upper end of the air gap AG may be covered by the first electrode 20 and the second electrode 30 .

[제조방법][Manufacturing method]

도 6a 및 도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 6b 및 도 8b는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로, 각각 도 6a 및 도 8a의 I~I'선을 따라 절취한 단면도들이다. 도 7 및 도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.6A and 8A are plan views illustrating a method of manufacturing a humidity sensor according to embodiments of the present invention. 6B and 8B are views for explaining a method of manufacturing a humidity sensor according to embodiments of the present invention, and are cross-sectional views taken along line I to I' of FIGS. 6A and 8A, respectively. 7 and 9 to 11 are views for explaining a method of manufacturing a humidity sensor according to embodiments of the present invention.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 다공성 멤브레인(41)이 준비될 수 있다. 다공성 멤브레인(41)은 금속 산화물, 예를 들어, 알루미늄 산화물(aluminum oxide)을 포함할 수 있다. 다공성 멤브레인은 보다 구체적으로, 양극 산화 알루미늄(Anodic aluminum oxide; AAO)일 수 있다. 다공성 멤브레인(41)은 복수 개의 제2 관통 홀들(HL2)을 가질 수 있다. 제2 관통 홀들(HL2)은 평면적 관점에서 원형의 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 관통 홀들(HL2)의 최대 폭(W2)은 50nm 이상 350nm 이하일 수 있다.6A and 6B , a porous membrane 41 may be prepared. The porous membrane 41 may include a metal oxide, for example, aluminum oxide. The porous membrane may be, more specifically, an anodic aluminum oxide (AAO). The porous membrane 41 may have a plurality of second through holes HL2 . The second through-holes HL2 may have a circular shape in a plan view. The maximum width W2 of the second through-holes HL2 may be 50 nm or more and 350 nm or less.

도 6a 및 도 6b와 함께 도 7을 참조하면, 진공여과장치(A)가 준비될 수 있다. 진공여과장치(A)는 진공펌프(1), 제1 용기(2), 연결부(3), 제1 용액(SL), 및 제2 용기(4)를 포함할 수 있다. 진공펌프(1) 가 제1 용기(2)에 연결되어 제1 용기(2)의 내부를 진공 조건으로 만들 수 있다. 제2 용기(4) 내에 제1 용액(SL)이 제공될 수 있다. 제1 용액(SL)은 전이금속 칼코겐 화합물을 용매에 용해시켜 제조된 것일 수 있다. 예컨대, 제1 용액(SL1)은 용매에 암모늄 테트라티오 몰리브데이트((NH4)2MoS4)를 0.5 wt% 이상 5 wt% 이하로 용해시켜 제조될 수 있다. 상기 용매는 예를 들어, 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)을 포함할 수 있다. 제1 용기(2)와 제2 용기(4)가 연결부(3)를 통해 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 연결부(3)와 제2 용기(4) 사이에 다공성 멤브레인(41)이 배치될 수 있다. 제2 용기(4) 내의 제1 용액(SL)은 다공성 멤브레인(41)을 투과하여 제1 용기(2)의 내부로 떨어질 수 있다. 진공펌프(1)를 이용하여 보다 높은 수준의 진공 조건을 형성할수록 상기 제1 용액(SL)이 다공성 멤브레인(41)을 잘 투과할 수 있다. 제1 용액(SL)은 다공성 멤브레인(41)을 투과하면서, 다공성 멤브레인(41)의 표면을 콘포말하게 코팅할 수 있다. 구체적으로, 제1 용액(SL)은 다공성 멤브레인(41)의 상면, 하면 및 제2 관통 홀들(HL2)의 내측면들 코팅할 수 있다.Referring to Figure 7 together with Figures 6a and 6b, the vacuum filtering device (A) can be prepared. The vacuum filtration device (A) may include a vacuum pump (1), a first container (2), a connection part (3), a first solution (SL), and a second container (4). The vacuum pump 1 may be connected to the first container 2 to make the inside of the first container 2 a vacuum condition. A first solution SL may be provided in the second container 4 . The first solution SL may be prepared by dissolving a transition metal chalcogen compound in a solvent. For example, the first solution SL1 may be prepared by dissolving ammonium tetrathiomolybdate ((NH 4 ) 2 MoS 4 ) in a solvent in an amount of 0.5 wt% or more and 5 wt% or less. The solvent may include, for example, ethylene glycol. The first container 2 and the second container 4 may be connected through the connection part 3 . More specifically, a porous membrane 41 may be disposed between the connection part 3 and the second container 4 . The first solution SL in the second container 4 may pass through the porous membrane 41 and fall into the interior of the first container 2 . As a higher level of vacuum condition is formed using the vacuum pump 1 , the first solution SL may permeate the porous membrane 41 well. The first solution SL may conformally coat the surface of the porous membrane 41 while passing through the porous membrane 41 . Specifically, the first solution SL may coat the upper and lower surfaces of the porous membrane 41 and inner surfaces of the second through holes HL2 .

도 8a 및 도 8b을 참조하면, 다공성 멤브레인(41) 상에 열처리 공정이 수행될 수 있다. 상기 열처리 공정은 600 ℃ 이상 1000 ℃ 이하의 조건에서 30분 이상 1시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 열처리 공정이 수행되어, 다공성 멤브레인(41) 상에 이황화몰리브덴(MoS2)을 포함하는 바디(43)가 형성될 수 있다. 바디(43)는 제2 관통 홀들(HL2)의 내벽들 및 다공성 멤브레인(41)의 상, 하면을 덮을 수 있다. 바디(43)는 다공성 멤브레인(41)의 제2 관통 홀들(HL2)의 내벽들을 덮을 수 있다. 이에 따라, 예비 다공성 구조체(40')가 형성될 수 있다. 예비 다공성 구조체(40')는 복수의 제1 관통 홀들(HL1)을 가질 수 있다. 상기 제1 관통 홀들(HL1)은 도 1 내지 도 3에서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다.8A and 8B , a heat treatment process may be performed on the porous membrane 41 . The heat treatment process may be performed for 30 minutes or more and 1 hour or less under conditions of 600° C. or more and 1000° C. or less. A heat treatment process may be performed to form a body 43 including molybdenum disulfide (MoS 2 ) on the porous membrane 41 . The body 43 may cover inner walls of the second through holes HL2 and upper and lower surfaces of the porous membrane 41 . The body 43 may cover inner walls of the second through holes HL2 of the porous membrane 41 . Accordingly, the preliminary porous structure 40 ′ may be formed. The preliminary porous structure 40 ′ may have a plurality of first through holes HL1 . The first through-holes HL1 may be substantially the same as those described with reference to FIGS. 1 to 3 .

도 9를 참조하면, 예비 다공성 구조체(40') 상에 제2 바디(50)을 형성할 수 있다. 제2 바디(50)은 예비 다공성 구조체(40') 상에 PMMA 용액을 제공한 후, 스핀 코팅 공정을 수행하여 형성할 수 있다. 상기 스핀 코팅 공정은 2000rpm의 회전 조건에서, 10초 이상 30초 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 예비 다공성 구조체(40') 상에 제공된 PMMA(Poly(metyl methacrylate)) 용액은 상기 스핀 코팅 공정을 통해 예비 다공성 구조체(40')의 표면을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 제2 바디(50)는 예비 다공성 구조체(40')의 일 부분을 노출시킬 수 있다. 예컨대, 제2 바디(50)에 의해 노출되는 예비 다공성 구조체(40')의 일 부분은 예비 다공성 구조체(40') 하부일 수 있다. 이에 따라, 이후 수행되는 에칭 공정에서 수산화 나트륨 수용액(NaOH)이 예비 다공성 구조체(40')로 스며들어갈 수 있다. 상기 제2 바디(50)는 에칭 공정이 수행되는 동안 예비 다공성 구조체(40')를 지지하여, 다공성 구조가 손상되지 않도록 방지할 수 있다. 이에 따라, 제2 바디(50)가 형성된 예비 다공성 구조체(B)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the second body 50 may be formed on the preliminary porous structure 40 ′. The second body 50 may be formed by providing a PMMA solution on the preliminary porous structure 40 ′ and then performing a spin coating process. The spin coating process may be performed for a time of 10 seconds or more and 30 seconds or less under a rotation condition of 2000 rpm. A poly (methyl methacrylate) (PMMA) solution provided on the preliminary porous structure 40 ′ may conformally cover the surface of the preliminary porous structure 40 ′ through the spin coating process. The second body 50 may expose a portion of the preliminary porous structure 40 ′. For example, a portion of the preliminary porous structure 40 ′ exposed by the second body 50 may be a lower portion of the preliminary porous structure 40 ′. Accordingly, an aqueous sodium hydroxide solution (NaOH) may permeate into the preliminary porous structure 40 ′ in the subsequent etching process. The second body 50 may support the preliminary porous structure 40 ′ while the etching process is performed, thereby preventing the porous structure from being damaged. Accordingly, the preliminary porous structure B in which the second body 50 is formed may be formed.

도 8을 참조하면, 제2 바디(50)이 제공된 예비 다공성 구조체(B) 상에 에칭 공정이 수행될 수 있다. 상기 에칭 공정은 수산화나트륨 수용액(NaOH)을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 수산화나트륨 수용액(NaOH)의 농도는 0.5M 이상 3M 이하일 수 있다. 에칭 공정을 통해, 예비 다공성 구조체(40')의 다공성 멤브레인(41)이 제거될 수 있다. 다공성 멤브레인(41)이 제거된 공간에 에어 갭(AG)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 에어 갭(AG) 및 바디(43)을 포함하는 다공성 구조체(40)이 형성될 수 있다. 다공성 멤브레인(41)이 제거되어 다공성 구조체(40)의 유연성이 향상될 수 있다. 상기 에칭 공정은 이후 증류수로 다공성 구조체(40)을 다수 회 헹구는 과정을 포함할 수 있다. 상기 에칭 공정에서 제2 바디(50)는 제거되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 8 , an etching process may be performed on the preliminary porous structure B provided with the second body 50 . The etching process may be performed using an aqueous sodium hydroxide solution (NaOH). The concentration of the aqueous sodium hydroxide solution (NaOH) may be 0.5M or more and 3M or less. Through the etching process, the porous membrane 41 of the preliminary porous structure 40 ′ may be removed. An air gap AG may be formed in the space in which the porous membrane 41 is removed. Accordingly, the porous structure 40 including the air gap AG and the body 43 may be formed. Since the porous membrane 41 is removed, the flexibility of the porous structure 40 may be improved. The etching process may then include a process of rinsing the porous structure 40 multiple times with distilled water. In the etching process, the second body 50 may not be removed.

도 9를 도 3과 함께 참조하면, 전사 공정을 수행하여 다공성 구조체(40)를 기판(10)의 상면(10a) 상에 전사시킬 수 있다. 다공성 구조체(40)를 둘러싸는 제2 바디(50)는 전사 공정이 수행된 이후 제거될 수 있다. 도 3과 같이, 다공성 구조체(40)의 상면 상에 증착 공정이 수행되어 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)이 형성될 수 있다. 상기 제조 방법에 따라, 도 1 내지 도 3에서 서술한 실시예에 따른 습도 센서가 제조될 수 있다.Referring to FIG. 9 together with FIG. 3 , the porous structure 40 may be transferred onto the upper surface 10a of the substrate 10 by performing a transfer process. The second body 50 surrounding the porous structure 40 may be removed after the transfer process is performed. 3 , a deposition process may be performed on the upper surface of the porous structure 40 to form the first electrode 20 and the second electrode 30 . According to the manufacturing method, the humidity sensor according to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3 may be manufactured.

[실험예 1][Experimental Example 1]

양극 산화 알루미늄(Anodic aluminum oxide; AAO)를 포함하는 다공성 멤브레인을 준비한다. (Whatman Laboratory Products) 진공여과장치를 이용하여 다공성 멤브레인의 내부로 전이금속 칼코겐 화합물 용액을 투과시킨다. 전이금속 칼코겐 화합물 용액은 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)을 용매로 하여 암모늄 테트라티오 몰리브데이트((NH4)2MoS4)를 1. 25 wt%의 농도로 용해시켜 제조한다. 다공성 멤브레인을 열화학기상증착(TCVD)법을 이용하여 열처리한다. 이 때, 열처리 온도는 600 ℃ 이상 1000 ℃ 이하이며, 열처리 시간은 30분 이상 1시간 이하이다. 이에 따라, MoS2를 포함하는 다공성 구조체가 형성될 수 있다. 스핀 코팅기를 이용하여 다공성 구조체 상에 PMMA 용액을 코팅한다. 이 때, 스핀 속도는 2000rpm이고, 스핀 코팅은 30초 동안 수행된다. NaOH 수용액을 이용하여 다공성 구조체 내부의 다공성 멤브레인을 제거한다. 다공성 구조체를 준비된 기판 상에 전사한 후, 코팅된 PMMA를 제거한다. 다공성 구조체 상에 제1 전극 및 제2 전극을 증착하여 습도 센서를 제조한다. 상기 습도 센서의 습도 변화에 따른 반응 속도를 측정하기 위하여 상대 습도를 45%에서 85%로 증가시켰을 때의 제1 반응시간 및 상대 습도를 85%에서 45%로 감소시켰을 때의 제2 반응시간을 각각 측정한다. Prepare a porous membrane containing anodic aluminum oxide (AAO). (Whatman Laboratory Products) The transition metal chalcogen compound solution is permeated into the porous membrane using a vacuum filtration device. The transition metal chalcogen compound solution is prepared by dissolving ammonium tetrathiomolybdate ((NH 4 ) 2 MoS 4 ) at a concentration of 1.25 wt% using ethylene glycol as a solvent. The porous membrane is heat-treated using a thermochemical vapor deposition (TCVD) method. At this time, the heat treatment temperature is 600 °C or more and 1000 °C or less, and the heat treatment time is 30 minutes or more and 1 hour or less. Accordingly, a porous structure including MoS 2 may be formed. A PMMA solution is coated on the porous structure using a spin coater. At this time, the spin speed is 2000 rpm, and spin coating is performed for 30 seconds. The porous membrane inside the porous structure is removed using an aqueous NaOH solution. After transferring the porous structure onto the prepared substrate, the coated PMMA is removed. A humidity sensor is manufactured by depositing a first electrode and a second electrode on the porous structure. In order to measure the reaction rate according to the humidity change of the humidity sensor, the first reaction time when the relative humidity is increased from 45% to 85% and the second reaction time when the relative humidity is reduced from 85% to 45% measure each.

아래의 표 1은 실험예 1에서 측정한 제1 반응시간 및 제2 반응시간을 나타낸 것이다.Table 1 below shows the first reaction time and the second reaction time measured in Experimental Example 1.

제1 반응시간first reaction time 제2 반응시간second reaction time 실험예 1Experimental Example 1 0.47초0.47 seconds 0.81초0.81 seconds

표 1을 참조하면, [실험예 1]의 경우, 제1 반응시간 및 제2 반응시간의 모두 1초 이내의 반응시간을 보인 것을 확인할 수 있다. 기존의 상용화된 습도센서들의 반응시간이 수 초에서 수십 초에 이르는 것과 비교하여 빠른 응답을 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, in the case of [Experimental Example 1], it can be seen that both the first reaction time and the second reaction time showed a reaction time of less than 1 second. It can be seen that the response time of the existing commercially available humidity sensors ranges from several seconds to several tens of seconds, and it can be seen that the response time is fast.

[비교예 1][Comparative Example 1]

실험예 1과 동일한 조건으로 습도 센서를 제조한다. 다만, 다공성 멤브레인 대신 다공성 구조를 포함하지 않는 필름형태의 멤브레인을 사용한다.A humidity sensor was manufactured under the same conditions as in Experimental Example 1. However, instead of the porous membrane, a film-type membrane that does not include a porous structure is used.

도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서의 센싱 민감도를 그래프로 나타낸 것이다. 식 1은 도 12의 센서 민감도의 정의를 나타낸 식이다.12 is a graph showing the sensing sensitivity of the humidity sensor according to embodiments of the present invention. Equation 1 is an expression showing the definition of the sensor sensitivity of FIG. 12 .

[식 1][Equation 1]

센서 민감도(Sensitivity) = (IH/I0)-1Sensor Sensitivity = (I H /I 0 )-1

상기 IH는 현재 습도에서 측정된 전류값을 의미하고, 상기 I0는 챔버 내의 건조 공기(Dry air, N2)의 습도에서 측정된 전류값을 의미한다.The I H means a current value measured at the current humidity, and I 0 means a current value measured at the humidity of the dry air (N 2 ) in the chamber.

도 12를 식 1과 함께 참고하면, 실험예 1의 경우(S1) 상대 습도가 증가함에 따라, 센서 민감도의 기울기가 가파르게 증가함을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1의 경우(S2) 상대 습도가 증가함에 따라, 센서 민감도의 기울기가 크게 변하지 않음을 확인할 수 있다. 이에 따라, 실험예 1에서 높은 비표면적을 가지는 다공성 구조체를 사용하여, 습도 센서의 성능이 향상됨을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 12 together with Equation 1, it can be seen that in the case of Experimental Example 1 (S1), as the relative humidity increases, the slope of the sensor sensitivity sharply increases. On the other hand, in the case of Comparative Example 1 (S2), as the relative humidity increases, it can be seen that the slope of the sensor sensitivity does not change significantly. Accordingly, it can be confirmed that the performance of the humidity sensor is improved by using the porous structure having a high specific surface area in Experimental Example 1.

이하, 본 발명의 개념에 따른 습도 센서를 포함하는 버튼 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a button device including a humidity sensor according to the concept of the present invention will be described.

도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 버튼 장치를 나타낸 사시도이다. 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 버튼 장치를 나타낸 단면도이다.13 is a perspective view illustrating a button device according to embodiments of the present invention. 14 is a cross-sectional view illustrating a button device according to embodiments of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 버튼 장치(1000)는 백 플레이트(302) 및 백 플레이트(302) 상에 2차원적으로 배열된 복수 개의 센서 구조체들(SS)을 포함할 수 있다. 복수개의 센서 구조체들(SS)의 각각은 백플레이트(302)로부터 돌출되어 사용자로부터 입력 신호를 수신할 수 있다. 실시예들에 따르면, 버튼 장치(1000)는 엘리베이터의 인터페이스 장치일 수 있다.Referring to FIG. 13 , the button device 1000 according to embodiments of the present invention may include a back plate 302 and a plurality of sensor structures SS two-dimensionally arranged on the back plate 302 . can Each of the plurality of sensor structures SS may protrude from the backplate 302 to receive an input signal from a user. According to embodiments, the button device 1000 may be an interface device of an elevator.

버튼 장치(1000)는 사용자의 제스쳐에 의해 발생하는 습도를 감지할 수 있다. 예컨대, 사용자(UR)는 복수개의 센서 구조체들(SS) 중 어느 하나를 손으로 지칭할 수 있으며, 지칭된 센서 구조체(SS)는 사용자(UR)의 손으로부터 대기중으로 발생된 습도를 감지하여 턴온 또는 턴오프 될 수 있다. 예컨대, 버튼 장치(1000)가 엘리베이터의 인터페이스 장치인 경우, 버튼 장치(1000)는 사용자의 제스쳐 입력에 대응하여 다양한 신호를 출력할 수 있다. 예컨대 다양한 동작 신호는 센서 구조체들(SS) 내의 발광 소자의 점등을 위한 신호, 버튼 장치(1000)의 스피커로부터 음향 신호를 발생시키기 위한 신호 및/또는 엘리베이터의 동작을 위한 구동 신호 등을 포함할 수 있다. The button device 1000 may detect humidity generated by a user's gesture. For example, the user UR may refer to any one of the plurality of sensor structures SS by hand, and the referred sensor structure SS is turned on by sensing the humidity generated in the air from the hand of the user UR. Or it can be turned off. For example, when the button device 1000 is an interface device of an elevator, the button device 1000 may output various signals in response to a user's gesture input. For example, various operation signals may include a signal for lighting of the light emitting element in the sensor structures SS, a signal for generating an acoustic signal from the speaker of the button device 1000, and/or a driving signal for the operation of the elevator. have.

구체적으로, 도 14를 참조하면, 버튼 장치(1000)는 복수 개의 센싱 영역들(SR)을 갖는 기판(102)을 포함할 수 있다. 기판(102)은 제어부 및 제어부를 복수의 센서 구조체들(SS)과 연결하는 배선들을 포함할 수 있다. 기판(102)은, 예컨대, 인쇄회로기판 및 인쇄회로기판 상에 실장된 반도체 칩을 포함할 수 있다. 복수 개의 센싱 영역들(SR)은 기판(102)의 상면과 평행한 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수 개의 센싱 영역들(SR)은 서로 동일한 크기를 가질 수 있다.Specifically, referring to FIG. 14 , the button device 1000 may include a substrate 102 having a plurality of sensing regions SR. The substrate 102 may include a control unit and wires connecting the control unit to the plurality of sensor structures SS. The substrate 102 may include, for example, a printed circuit board and a semiconductor chip mounted on the printed circuit board. The plurality of sensing regions SR may be disposed to be spaced apart from each other in a direction parallel to the top surface of the substrate 102 . The plurality of sensing regions SR may have the same size.

기판(102)의 센싱 영역들(SR) 상에 센서 구조체들(SS)이 배치될 수 있다. 센서 구조체들(SS)의 각각은 습도 센서(100), 온도센서(200) 및 하우징(300)을 포함할 수 있다. 하우징(300)은 기판(102) 상에 배치되어 습도 센서(100) 및 온도 센서(200)가 제공되는 내부 공간을 형성할 수 있다. 하우징(300)은 센싱 영역(SR)을 정의할 수 있다. 하우징(300)은 복수의 센싱 영역들(SR) 중 하나의 센싱 영역(SR)들을 다른 센싱 영역들(SR)과 분리할 수 있다. Sensor structures SS may be disposed on the sensing regions SR of the substrate 102 . Each of the sensor structures SS may include a humidity sensor 100 , a temperature sensor 200 , and a housing 300 . The housing 300 may be disposed on the substrate 102 to form an internal space in which the humidity sensor 100 and the temperature sensor 200 are provided. The housing 300 may define a sensing region SR. The housing 300 may separate one sensing region SR among the plurality of sensing regions SR from other sensing regions SR.

기판(102) 상에 습도 센서(100)가 배치될 수 있다. 습도 센서(100)는 센싱 영역들(SR) 상에서 하우징(300)의 내부공간 내에 배치될 수 있다. 습도 센서(100)는 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명된 습도 센서(100)와 동일/유사할 수 있다. 예컨대, 습도 센서(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 다공성 구조체(40) 및 다공성 구조체(40)와 전기적으로 연결된 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)을 포함할 수 있다. 습도 센서(100)는 사용자(UR)의 제스처에 의해 발생된 습도를 감지할 수 있다.A humidity sensor 100 may be disposed on the substrate 102 . The humidity sensor 100 may be disposed in the inner space of the housing 300 on the sensing regions SR. The humidity sensor 100 may be the same/similar to the humidity sensor 100 described with reference to FIGS. 1 to 12 . For example, the humidity sensor 100 may include a porous structure 40 and a first electrode 20 and a second electrode 30 electrically connected to the porous structure 40 as shown in FIG. 3 . . The humidity sensor 100 may detect humidity generated by a gesture of the user UR.

기판(102) 상에 온도 센서(200)가 배치될 수 있다. 온도 센서(200)는 센싱 영역들(SR) 상에서 하우징(300)의 내부공간 내에 배치될 수 있다. 실시예들에 따르면, 온도 센서(200)는 습도 센서(100)의 일측에 배치될 수 있다. 온도 센서(200)는, 예컨대, 열전대(thermo couple) 또는 측온저항체(Resistance Temperature Detector) 등을 포함할 수 있다. A temperature sensor 200 may be disposed on the substrate 102 . The temperature sensor 200 may be disposed in the inner space of the housing 300 on the sensing regions SR. According to embodiments, the temperature sensor 200 may be disposed on one side of the humidity sensor 100 . The temperature sensor 200 may include, for example, a thermocouple or a resistance temperature detector.

제어부는 습도 센서(100)로부터 습도 정보를 포함하는 신호를 제공받아 사용자(UR) 손과의 센서 구조체(SS) 사이의 거리(d)가 임계 거리 이내로 근접했는지 판단할 수 있다. 예컨대, 센서 구조체(SS) 사이의 임계거리는 3mm 내지 15mm의 범위를 가질 수 있다. 제어부는 측정부, 신호처리부 및 작동부를 포함할 수 있다. The controller may receive a signal including humidity information from the humidity sensor 100 and determine whether the distance d between the user's UR's hand and the sensor structure SS approaches within a threshold distance. For example, the critical distance between the sensor structures SS may have a range of 3 mm to 15 mm. The control unit may include a measurement unit, a signal processing unit, and an operation unit.

측정부는 습도 센서(100) 및 온도 센서(200)로부터 습도 정보 및 온도 정보를 포함하는 신호를 제공받아 신호 처리부에 제공할 수 있다.The measurement unit may receive a signal including humidity information and temperature information from the humidity sensor 100 and the temperature sensor 200 and provide it to the signal processing unit.

신호 처리부는 습도 센서(100)로부터 제공받은 온도 정보 중 사용자(UR)의 제스처가 발생하기 이전의 습도 정보를 캘리브레이션 하는 캘리브레이션 회로를 포함할 수 있다. 신호 처리부는 온도 정보를 포함하는 신호를 제공받아 각 센싱 영역(SR)의 온도에 따라 습도 정보를 보정하는 온도 보상 회로를 포함할 수 있다. 신호 처리부는 습도 정보 및 온도 정보에 의해 생성된 습도 변화량 정보를 이용하여, 사용자(UR)의 제스처가 복수의 센서 구조체들(SS) 중 어떤 센서 구조체(SS)를 가리키는지 판단할 수 있다. 신호 처리부는 사용자(UR)가 가리키는 센서 구조체(SS)에 관한 정보를 포함하는 감지 신호를 작동부에 제공할 수 있다.The signal processing unit may include a calibration circuit for calibrating the humidity information before the gesture of the user UR among the temperature information provided from the humidity sensor 100 . The signal processing unit may include a temperature compensation circuit that receives a signal including temperature information and corrects the humidity information according to the temperature of each sensing region SR. The signal processing unit may determine which sensor structure SS the gesture of the user UR points to among the plurality of sensor structures SS by using the humidity change amount information generated by the humidity information and the temperature information. The signal processing unit may provide a sensing signal including information regarding the sensor structure SS pointed to by the user UR to the operation unit.

작동부는 신호 처리부로부터 감지 신호를 제공받아 동작 신호를 생성할 수 있다. 동작 신호는 센서 구조체들(SS) 내의 발광 소자의 점등을 위한 신호, 버튼 장치(1000)의 스피커로부터 음향 신호를 발생시키기 위한 신호 및/또는 엘리베이터의 구동을 위한 신호 등을 포함할 수 있다.The operation unit may generate an operation signal by receiving the detection signal from the signal processing unit. The operation signal may include a signal for turning on the light emitting element in the sensor structures SS, a signal for generating an acoustic signal from the speaker of the button device 1000, and/or a signal for driving an elevator.

본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서(100)는, 도 12를 참조하여 설명된 바와 같이, 사용자(UR)의 제스처에 의한 습도 변화를 1초 이내의 반응시간 안에 감지할 수 있다. 따라서, 엘리베이터 등과 같은 사용자 인터페이스에 대한 즉각적인 응답이 필요한 장치에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 습도 센서(100)는 높은 민감도를 가짐에 따라, 하우징(300) 상에 별도의 홀들이 형성되지 않은 경우에도 습도를 감지할 수 있다. 따라서, 하우징(300)의 내부 공간으로 이물질 등의 유입을 방지할 수 있으므로 버튼 장치(1000)의 안정성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.As described with reference to FIG. 12 , the humidity sensor 100 according to embodiments of the present invention may detect a change in humidity due to a gesture of the user UR within a reaction time of 1 second or less. Therefore, it can be applied to a device that requires an immediate response to a user interface, such as an elevator. As the humidity sensor 100 according to embodiments of the present invention has high sensitivity, it can detect humidity even when separate holes are not formed on the housing 300 . Accordingly, the inflow of foreign substances into the inner space of the housing 300 may be prevented, and thus the stability and reliability of the button device 1000 may be improved.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.As described above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (10)

복수의 센싱 영역들을 갖는 기판;
상기 기판 상에 배치되며, 상기 복수의 센싱 영역들 중 제1 센싱 영역을 다른 센싱 영역들과 분리하는 하우징;
상기 하우징들 내의 다공성 구조체;
상기 다공성 구조체 상에 제공되며, 상기 다공성 구조체와 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극; 및
상기 제1 센싱 영역과 인접하게 배치되어 상기 제1 센싱 영역의 온도를 감지하는 온도 센서를 포함하되,
상기 다공성 구조체는 관통홀들이 형성된 바디 및 상기 바디 내의 에어갭을 포함하는 버튼 장치.
a substrate having a plurality of sensing regions;
a housing disposed on the substrate and configured to separate a first sensing region among the plurality of sensing regions from other sensing regions;
a porous structure in the housings;
a first electrode and a second electrode provided on the porous structure and electrically connected to the porous structure; and
and a temperature sensor disposed adjacent to the first sensing region to sense a temperature of the first sensing region,
The porous structure is a button device including a body in which the through-holes are formed and an air gap in the body.
제 1 항에 있어서,
상기 바디는 그래핀, 전이금속 칼코겐 화합물, 멕신 중 적어도 하나를 포함하는 버튼 장치.
The method of claim 1,
The body is a button device comprising at least one of graphene, a transition metal chalcogen compound, and mexin.
제 1 항에 있어서,
상기 관통홀들은 상기 기판의 상면과 수직한 방향으로 상기 바디를 관통하는 버튼 장치.
The method of claim 1,
The through-holes pass through the body in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate.
제 1 항에 있어서,
관통 홀들의 최대 폭은 20nm 내지 300nm의 범위를 갖는 버튼 장치.
The method of claim 1,
A button device having a maximum width of the through-holes in the range of 20 nm to 300 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 에어갭을 가로질러 상기 바디의 내측벽들을 연결하는 브릿지를 더 포함하는 버튼 장치.
The method of claim 1,
and a bridge connecting the inner walls of the body across the air gap.
제 1 항에 있어서,
상기 바디는 서로 마주하는 제1 내측벽 및 제2 내측벽을 갖고,
상기 제1 내측벽으로부터 상기 제2 내측벽을 향하여 돌출된 돌출패턴을 더 포함하는 버튼 장치.
The method of claim 1,
The body has a first inner wall and a second inner wall facing each other,
The button device further comprising a protrusion pattern protruding from the first inner wall toward the second inner wall.
기판;
상기 기판 상에 제공되는 다공성 구조체; 및
상기 다공성 구조체 상에 제공되며, 상기 다공성 구조체와 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하되,
상기 다공성 구조체는 관통 홀들이 형성된 바디 및 상기 바디 내의 에어갭을 포함하고,
상기 바디는 전이금속 칼코겐 화합물을 포함하고,
상기 관통 홀들의 최대 폭들은 20nm 이상 300nm 이하인 습도 센서.
Board;
a porous structure provided on the substrate; and
It is provided on the porous structure, comprising a first electrode and a second electrode electrically connected to the porous structure,
The porous structure includes a body in which through-holes are formed and an air gap in the body,
The body includes a transition metal chalcogen compound,
The maximum widths of the through holes are 20 nm or more and 300 nm or less.
제 7 항에 있어서,
상기 관통홀들은 상기 기판의 상면과 수직한 방향으로 상기 바디를 관통하는 습도 센서.
8. The method of claim 7,
The through-holes pass through the body in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate.
제 7 항에 있어서,
상기 에어갭을 가로질러 상기 바디의 내측벽들을 연결하는 브릿지를 더 포함하는 습도 센서.
8. The method of claim 7,
and a bridge connecting the inner walls of the body across the air gap.
제 7 항에 있어서,
상기 바디는 서로 마주하는 제1 내측벽 및 제2 내측벽을 갖고,
상기 제1 내측벽으로부터 상기 제2 내측벽을 향하여 돌출된 돌출패턴을 더 포함하는 습도 센서.
8. The method of claim 7,
The body has a first inner wall and a second inner wall facing each other,
The humidity sensor further comprising a protrusion pattern protruding from the first inner wall toward the second inner wall.
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