KR20210147697A - 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20210147697A
KR20210147697A KR1020200065316A KR20200065316A KR20210147697A KR 20210147697 A KR20210147697 A KR 20210147697A KR 1020200065316 A KR1020200065316 A KR 1020200065316A KR 20200065316 A KR20200065316 A KR 20200065316A KR 20210147697 A KR20210147697 A KR 20210147697A
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sodium
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감다영
김형모
조영일
이제환
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한국원자력연구원
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Abstract

본 발명은, 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법에 있어서, 전기 절연성 소재로 형성되는 기판, 상기 기판의 일측에 배치되는 전도층 및 상기 전도층의 양단과 결합되는 저항 측정 유닛을 포함하고, 상기 전도층은, 패터닝(patterning)된 미세 전극을 구비하고, 상기 미세 전극은, 금속의 산화물로 형성되는, 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법을 개시한다.

Description

소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법{Sodium leak detection sensor and method of product the same}
본 발명은 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 패터닝(patterning)된 전도층의 산화, 환원 반응을 이용한 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
소듐은 제3류 위험물(자연 발화성 물질 및 금수성 물질)로서 화학적 활성이 매우 높다. 따라서, 소듐이 고온의 액체 상태로 누설될 경우, 대기 중의 수분 또는 산소와 빠르게 반응하여, 인체에 해를 끼치는 유독성 에어로졸이 발생된다. 또한, 소듐이 물과 접촉될 경우, 폭발 및 화재 등 심각한 안전성 문제가 발생될 수 있다.
따라서 고온의 액체 소듐을 활용하는 시설의 경우, 소듐의 누설이 조기에 정확히 감지될 수 있는 기술이 매우 중요하다.
종래의 소듐 누설 감지 센서는 가스 샘플링 방식을 주로 이용한다. 예를 들어, 에어로졸이 고온의 필라멘트로 이온화된 이온전류가 측정되어 누설이 감지되는 SID(Sodium Ionization Detector), 방사선원을 통해 이온전류의 변화가 측정되고 그 값을 표준이온실과 비교하여 누설이 감지되는 RID(Radioactive Ionization Detector), 에어로졸에 레이저가 조사되어 소듐의 발광 형광이 측정됨으로써 누설이 감지되는 LLD(Laser Leak Detector), 필터 전후의 차압이 측정되어 누설이 감지되는 DPD(Differential Pressure Detector) 등이 있다.
이러한 종래의 소듐 누설 감지 센서들은 모두 가스를 샘플링하는 시스템을 필요로 한다. 따라서, 소듐 누설 감지 센서의 부피가 크고 장치가 복잡하다. 그러므로, 소듐 누설 감지 센서가 설치될 위치의 공간에 따라, 누설 감지 센서의 설치가 불가능할 수 있다. 더 나아가, 소듐 누설 감지 센서의 생산 비용 및 유지, 보수 비용이 증가될 염려 또한 존재한다.
또한, 가스 샘플링식 소듐 누설 감지 센서는 샘플링 가스가 누설 감지 센서까지 도달하는 데 많은 시간이 소요된다. 즉, 누설된 소듐이 즉각적으로 감지되기 어렵다.
아울러, 샘플링 가스로부터 소듐 누설을 감지하기 때문에, 정작 소듐 누설이 감지되더라도 누설 위치가 정확히 추적되기 어렵다.
일본공개특허공보 제2011-226830호는 소듐 누출 검출 장치를 개시한다. 구체적으로, 샘플링 가스 배관, 전극식 소듐 검출기, 개폐 밸브를 제어하는 제어 장치, 소듐 증기 발생기 및 데이터 처리 장치를 포함하는 소듐 누출 검출 장치를 개시한다.
그런데, 이러한 유형의 소듐 누출 검출 장치는 가스 샘플링 시스템을 필수 구성요소로 하는 바, 소듐 누출 검출 장치의 설비가 복잡하다. 또한, 점검자가 정확한 소듐 누출 위치를 특정하기 어렵다.
일본등록특허공보 제5404492호는 소듐 누출 검출 장치를 개시한다. 구체적으로, 샘플링 가스가 도입되는 배관, 상기 배관에 이온을 발생시키는 이온 소스, 이온이 포집되는 포집 전극 및 상기 포집 전극에 결합되는 신호 처리 장치를 포함하는 소듐 누출 검출 장치를 개시한다.
그런데, 상기 선행문헌 또한, 소듐 누출 검출 장치는 가스 샘플링 시스템을 필수 구성요소로 한다. 즉, 소듐 누출 검출 장치의 설비가 복잡하고, 소듐 누출 위치의 정확한 특정에 어려움이 있다.
일본공개특허공보 제2011-226830호 (2011.11.10.) 일본등록특허공보 제5404492호 (2014.01.29.)
본 발명의 일 목적은, 설비가 보다 단순화되고 부피가 보다 축소된 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 설치 위치 및 설치 수량 선택의 자유도가 향상될 수 있는 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은, 소듐 누설 감지 시간이 단축되는 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은, 소듐 누설 위치가 보다 정확하게 특정될 수 있는 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은, 생산 비용 및 유지, 보수 비용이 절감될 수 있는 소듐 누설 감지 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 소듐 누설 감지 센서는, 전기 절연성 소재로 형성되는 기판, 상기 기판의 일측에 배치되는 전도층 및 상기 전도층의 양단과 결합되는 저항 측정 유닛을 포함하고, 상기 전도층은, 패터닝(patterning)된 미세 전극을 구비하고, 상기 미세 전극은, 금속의 산화물로 형성된다.
또한, 상기 저항 측정 유닛은, 상기 전도층에 전류를 공급하는 전원, 상기 전원과 통전 가능하게 연결되며, 상기 전도층의 상기 양단에 배치되고, 상기 전도층과 결합되는 복수 개의 연결 단자 및 상기 복수 개의 연결 단자와 결합되고, 상기 전도층의 양단 사이의 저항값을 감지하는 저항 계측기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 소듐 누설 감지 센서는, 상기 전도층의 양단에 배치되는 패시베이션층(passivation layer)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세 전극은, 포토리소그래피(photolithography) 방식으로 패터닝될 수 있다.
또한, 상기 소듐 누설 감지 센서는, 상기 기판과 상기 전도층의 사이에 배치되어, 상기 기판 및 상기 전도층과 각각 결합되는 접착층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, (a) 전기 절연성 소재로 형성되는 기판의 일측에 전도층이 증착되는 단계, (b) 상기 전도층이 미세 전극으로 패터닝되는 단계, (c) 상기 미세 전극이 가열되어 산화되는 단계 및 (d) 저항 측정 유닛이 상기 전도층의 양단에 결합되는 단계를 포함하는 소듐 누설 감지 센서의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 기판에 접착층의 일측이 증착되는 단계 및 (a2) 상기 접착층의 타측에 상기 전도층이 증착되는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 미세 전극이 포토리소그래피 방식으로 패터닝되는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 소듐 누설 감지 센서의 제조 방법은, 상기 (b) 단계 이후 및 상기 (c) 단계 이전에, 상기 전도층의 양단에 패시베이션층이 결합되는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는, (d1) 전원이 상기 전도층과 결합되는 단계, (d2) 연결 단자가 상기 전도층의 양단에서 상기 전도층과 결합되는 단계 및 (d3) 저항 계측기가 상기 연결 단자와 결합되는 단계를 포함하고, 상기 전원은, 상기 전도층에 전류를 공급하며, 상기 저항 계측기는, 상기 전도층의 양단 사이의 저항값을 감지할 수 있다.
본 발명의 다양한 효과 중, 상술한 해결 수단을 통해 얻을 수 있는 효과는 다음과 같다.
먼저, 센서부 설비만으로 소듐 누설이 감지될 수 있으므로, 가스 샘플링 시스템이 별도로 요구되지 않는다.
따라서, 소듐 누설 감지 센서의 설비가 보다 단순화되고 부피가 보다 축소될 수 있다.
더 나아가, 설계자가 설치 환경의 제약을 받지 않고 설치 위치 및 설치 수량을 임의로 조절할 수 있다.
또한, 보다 많은 개수의 소듐 누설 감지 센서를 설치할 수 있으므로, 전체 소듐 배관의 누설 감지 모니터링이 가능하다.
따라서, 소듐이 누설된 위치가 보다 정확하게 특정될 수 있다.
더 나아가, 소듐의 누설이 조기에 효과적으로 감지될 수 있다. 즉, 누설 감지 시간이 단축된다.
또한, 소듐 누설 감지 센서의 미세 전극이 마이크로 미터 수준의 크기로 형성될 수 있으므로, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 공정이 이용될 수 있다.
따라서, 소듐 누설 감지 센서의 대량 생산이 가능해지고, 제작 단가가 절감될 수 있다. 결과적으로, 소듐 누설 감지 센서의 생산 비용 및 유지, 보수 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 소듐 누설 감지 센서를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소듐 누설 감지 센서를 도시하는 개략도이다.
도 3은 도 1의 소듐 접촉 패드를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 1의 소듐 접촉 패드를 도시하는 일 방향의 정면도이다.
도 5는 도 1의 소듐 접촉 패드를 도시하는 평면도이다.
도 6은 전도층이 패터닝되기 전의 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7은 전도층이 패터닝된 후의 상태를 도시하는 사시도이다.
도 8은 도 7의 전도층의 양단에 패시베이션층이 결합된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 9는 전도층이 가열되는 단계를 도시하는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 소듐 누설 감지 센서의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 11은 도 10의 S100 단계의 구체적인 단계를 도시하는 순서도이다.
도 12는 도 10의 S200 단계의 구체적인 단계를 도시하는 순서도이다.
도 13은 도 10의 S500 단계의 구체적인 단계를 도시하는 순서도이다.
도 14는 소듐 누설 전후의 전도층의 저항값을 측정한 실험 결과를 도시하는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 소듐 누설 감지 센서(1) 및 이의 제조 방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시 예라도 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 소듐 누설 감지 센서(1)에 대하여 설명한다.
소듐 누설 감지 센서(1)는 소듐 접촉 패드(10) 및 저항 측정 유닛(20)을 포함한다.
소듐 접촉 패드(10)는 저항값의 변화가 발생되는 부분으로, 누설되는 소듐과 접촉되면, 후술되는 소듐 접촉 패드(10)의 구성 요소인 전도층(300)의 저항값이 감소된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다(도 14 참조).
저항 측정 유닛(20)은 소듐 접촉 패드(10)의 저항값의 변화를 감지한다. 구체적으로, 저항 측정 유닛(20)은 전도층(300)의 저항값의 변화를 감지한다. 이를 위해, 저항 측정 유닛(20)은 소듐 접촉 패드(10)와 결합된다.
저항 측정 유닛(20)은 전원(21), 복수 개의 연결 단자(22) 및 저항 계측기(23)를 포함한다.
전원(21)은 소듐 접촉 패드(10)에 전류를 공급한다.
복수 개의 연결 단자(22)는 소듐 접촉 패드(10)의 양단에 배치되어 소듐 접촉 패드(10)와 결합된다. 구체적으로, 복수 개의 연결 단자(22)는 전도층(300)의 양단에 배치되어 전도층(300)과 결합된다. 또한, 복수 개의 연결 단자(22)는 전원(21)과 통전 가능하게 연결된다.
저항 계측기(23)는 복수 개의 연결 단자(22)와 결합되어 소듐 접촉 패드(10)의 저항값을 감지한다. 구체적으로, 저항 계측기(23)는 전도층(300)의 양단 사이의 저항값을 감지한다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 도 1의 소듐 접촉 패드(10)에 대해 상세하게 설명한다.
소듐 접촉 패드(10)는 기판(100), 접착층(200), 전도층(300) 및 패시베이션층(400)을 포함한다.
기판(100)은 전도층(300)이 적층되는 판으로, 소듐 접촉 패드(10)의 토대가 된다.
기판(100)은 폭 방향 및 너비 방향으로 연장되는 판 형상으로 형성된다.
또한, 기판(100)은 전기 절연성 소재로 형성된다. 예를 들어, 기판(100)은 유리로 형성될 수 있다.
접착층(200)은 기판(100)과 전도층(300)을 견고하게 결합하는 역할을 한다. 따라서, 접착층(200)은 기판(100)과 대응되는 형상인 폭 방향 및 너비 방향으로 연장되는 판 형상으로 형성된다.
접착층(200)은 기판(100)과 전도층(300)의 사이에 배치되어, 기판(100) 및 전도층(300)과 각각 결합된다.
접착층(200)은 증착(evaporation)에 의하여 기판(100)과 결합된다. 예를 들어, 접착층(200)은 진공 전자빔 증착기(Electron Beam evaporator)에 의해 기판(100)에 증착될 수 있다.
전도층(300)은 접착층(200)의 일측에 적층되어 배치된다. 이때, 전도층(300)은 증착에 의하여 접착층(200) 및 기판(100)과 결합된다. 예를 들어, 전도층(300)은 진공 전자빔 증착기에 의하여 접착층(200) 및 기판(100)과 결합될 수 있다.
전도층(300)은 산화되기 쉬운 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 등으로 형성될 수 있다.
전도층(300)은 패터닝(patterning)된 미세 전극(310)을 구비한다. 패터닝 과정과 미세 전극(310)에 대한 자세한 설명은 후술한다(도 6 및 도 7 참조).
패터닝된 전도층(300)은 가열로 등에서 충분히 산화된다. 이로 인해, 미세 전극(310)의 패턴이 금속의 산화물로 변화된다. 따라서, 미세 전극(310)은 금속의 산화물로 형성된다.
패시베이션층(400)은 미세 전극(310)의 패턴을 제외한 전도층(300)의 나머지 부분이 산화되는 것을 방지한다. 패시베이션층(400)에 대한 자세한 설명은 후술한다(도 8 참조).
이하에서는, 도 6 및 도 7을 참조하여, 전도층(300)의 일 부분이 미세 전극(310)으로 패터닝되는 단계에 대해 상세하게 설명한다.
전도층(300)이 기판(100) 및 접착층(200)에 증착된 직후에는, 기판(100)과 대응되는 형상인 폭 방향 및 너비 방향으로 연장되는 판 형상으로 형성된다.
따라서, 기판(100)에 원하는 회로나 모양이 식각(etching)되기 위해서는 전도층(300)의 패터닝 과정이 요구된다. 이때, 전도층(300)은 포토리소그래피(photolithography) 방식으로 패터닝 될 수 있다.
패터닝된 이후의 전도층(300)은 미세 전극(310)을 구비한다.
미세 전극(310)에는 전원(21)에 의하여 전류가 통과된다.
미세 전극(310)은 마이크로 미터 수준의 크기로 형성될 수 있다. 이는 MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 공정을 가능하게 한다.
미세 전극(310)의 형상은 도시된 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 미세 전극(310)은 교차선 형태로 형성될 수 있다.
미세 전극(310)이 소듐과 접촉되면, 금속의 산화물이 환원되며 미세 전극(310)의 저항값이 감소된다. 즉, 미세 전극(310)이 소듐과 접촉되면, 전도층(300)의 저항값이 감소된다. 따라서, 소듐 누설 감지 센서(1)는 전도층(300)의 저항값 감소를 감지하여 소듐 누설의 발생 여부를 감지할 수 있다.
이하에서는, 도 7 및 도 8을 참조하여, 전도층(300)의 양단에 패시베이션층(400)이 결합되는 단계에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이, 패시베이션층(400)은 미세 전극(310)의 패턴을 제외한 전도층(300)의 나머지 부분이 산화되는 것을 방지한다. 이를 위해, 패시베이션층(400)은 전도층(300)의 양단에 적층되어 배치된다. 즉, 패시베이션층(400)은 전도층(300)의 양단과 결합된다.
도시된 실시 예에서, 패시베이션층(400)은 폭 방향 및 너비 방향으로 연장되는 판 형상으로 형성된다. 다만, 패시베이션층(400)의 형상은 도시된 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(400)은 원판 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 패시베이션층(400)은 이산화규소(SiO2), 니켈(Ni) 등으로 형성될 수 있다.
전도층(300)은 패시베이션층(400)이 결합된 이후 가열 기구(30)에 의해 가열된다.
이하에서는, 도 9를 참조하여, 전도층(300)이 가열되어 산화되는 단계에 대해 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이, 미세 전극(310)은 금속의 산화물로 형성된다. 따라서, 미세 전극(310)이 가열되어 산화되는 단계가 요구된다. 이를 위해, 가열 기구(30)가 이용된다.
가열 기구(30)의 구조는 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 가열 기구(30)는 가열로(heating furnace)로 이루어질 수 있다.
가열 기구(30)가 전도층(300)을 가열하면, 미세 전극(310)이 가열되어 산화된다. 이때, 미세 전극(310)의 패턴을 제외한 전도층(300)의 나머지 부분은 패시베이션층(400)에 의해 산화가 방지된다. 결과적으로, 미세 전극(310)만이 산화된다(도 3 참조).
이하에서는, 도 10 내지 도 13을 참조하여 도 1의 소듐 누설 감지 센서(1)의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 소듐 누설 감지 센서(1)의 제조 방법은, 전기 절연성 소재로 형성되는 기판(100)의 일측에 전도층(300)이 증착되는 단계(S100), 전도층(300)이 미세 전극(310)으로 패터닝되는 단계(S200), 전도층(300)의 양단에 패시베이션층(400)이 결합되는 단계(S300), 미세 전극(310)이 가열되어 산화되는 단계(S400) 및 저항 측정 유닛(20)이 전도층(300)의 양단에 결합되는 단계(S500)를 포함한다.
우선, 전기 절연성 소재로 형성되는 기판(100)의 일측에 전도층(300)이 증착되는 단계(S100)에 대해 설명한다.
전기 절연성 소재로 형성되는 기판(100)의 일측에 전도층(300)이 증착되는 단계(S100)는, 기판(100)에 접착층(200)의 일측이 증착되는 단계(S110) 및 접착층(200)의 타측에 전도층(300)이 증착되는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
먼저, 전기 절연성 소재로 형성되는 기판(100)에 접착층(200)의 일측이 증착된다. 예를 들어, 접착층(200)은 진공 전자빔 증착기에 의하여 기판(100)에 증착될 수 있다.
이때, 접착층(200)은 기판(100)과 대응하는 형상으로 형성된다.
다음으로, 접착층(200)의 타측에 전도층(300)이 증착된다. 예를 들어, 전도층(300)은 진공 전자빔 증착기에 의해 접착층(200)에 증착될 수 있다.
이때, 상기 타측은 접착층(200)의 상기 일측과 반대된다.
도 3 내지 도 9에 도시된 실시 예에서, 기판(100)에 접착층(200)의 하측이 증착되고, 접착층(200)의 상측에 전도층(300)이 증착된다. 정리하면, 기판(100), 접착층(200) 및 전도층(300)이 순차적으로 적층된다.
전도층(300)이 기판(100)에 증착된 이후, 전도층(300)은 미세 전극(310)으로 패터닝된다.
전도층(300)이 미세 전극(310)으로 패터닝되는 단계(S200)는, 미세 전극(310)이 포토리소그래피 방식으로 패터닝되는 단계(S210)를 포함할 수 있다.
기판(100)과 반대되는 전도층(300)의 일측에 감광 성질이 있는 포토레지스트(photoresist)가 도포된다. 포토레지스트가 도포된 전도층(300)의 상기 일측에 임의의 마스크 패턴이 배치된다.
이후, 전도층(300)에 빛이 가해지면, 상기 마스크 패턴이 배치되지 않은 전도층(300)의 일 부분에 선택적으로 빛이 조사된다. 따라서 전도층(300)의 상기 일 부분만이 선택적으로 식각된다. 즉, 전도층(300)에 상기 마스크 패턴의 형상과 대응되는 형상으로 패터닝된 미세 전극(310)이 형성된다. 미세 전극(310)이 형성된 이후에는 마스크 패턴 및 포토레지스트가 제거된다.
전도층(300)에 패터닝된 미세 전극(310)이 형성된 이후, 전도층(300)의 양단에 패시베이션층(400)이 결합된다.
이하에서는, 전도층(300)의 양단에 패시베이션층(400)이 결합되는 단계(S300)에 대해 설명한다.
패시베이션층(400)은 전도층(300)의 양단에 결합된다. 구체적으로, 패시베이션층(400)은 전도층(300)의 양단에 적층되어 결합된다.
패시베이션층(400)은 전도층(300)의 양단의 산화를 방지하는 역할을 한다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 전도층(300)의 양단에 패시베이션층(400)이 결합되는 단계(S300)는 생략될 수 있다.
즉, 소듐 누설 감지 센서(1)의 제조 방법은, 전도층(300)이 미세 전극(310)으로 패터닝되는 단계(S200) 이후 미세 전극(310)이 가열되어 산화되는 단계(S400)로 바로 진행될 수 있다.
이하에서는, 미세 전극(310)이 가열되어 산화되는 단계(S400)에 대해 설명한다.
금속으로 형성되는 전도층(300)에 가열 기구(30)에 의하여 열이 가해진다. 따라서, 미세 전극(310)에 열이 가해지며, 금속으로 형성된 미세 전극(310)이 산화된다. 즉, 미세 전극(310)이 금속의 산화물로 변성된다.
이때, 패시베이션층(400)과 접촉된 전도층(300)의 일 부분은 패시베이션층(400)에 의하여 산화가 방지된다. 결과적으로, 미세 전극(310)만이 산화되어 금속의 산화물로 변성된다.
미세 전극(310)이 산화된 이후, 저항 측정 유닛(20)이 전도층(300)의 양단에 결합된다.
이하에서는, 저항 측정 유닛(20)이 전도층(300)의 양단에 결합되는 단계(S500)에 대해 설명한다.
저항 측정 유닛(20)이 전도층(300)의 양단에 결합되는 단계(S500)는, 전원(21)이 전도층(300)과 결합되는 단계(S510), 연결 단자(22)가 전도층(300)의 양단에서 전도층(300)과 결합되는 단계(S520) 및 저항 계측기(23)가 연결 단자(22)와 결합되는 단계(S530)를 포함할 수 있다.
전술하였듯이, 저항 측정 유닛(20)은 전원(21), 연결 단자(22) 및 저항 계측기(23)를 포함한다.
먼저, 전원(21)이 전도층(300)과 결합된다. 전원(21)은 전도층(300)에 전류를 공급한다.
다음으로, 복수 개의 연결 단자(22)가 전도층(300)의 양단에서 전도층(300)과 결합된다. 이때, 복수 개의 연결 단자(22)는 전원(21)과 통전 가능하게 연결된다.
마지막으로, 저항 계측기(23)가 연결 단자(22)와 결합된다. 즉, 저항 계측기(23)는 전도층(300)의 양단에서 전도층(300)과 결합된다. 따라서, 저항 계측기(23)는 전도층(300)의 양단 사이의 저항값을 감지할 수 있다.
이하에서는, 도 14를 참조하여 본 발명에 따른 소듐 누설 감지 센서(1)의 소듐 누설 감지 원리에 대해 상세하게 설명한다.
패터닝된 미세 전극(310)은 금속의 산화물로 형성된다. 금속의 산화물은 소듐과 같은 반응성이 큰 알칼리 금속과 접촉될 경우 환원된다. 따라서, 미세 전극(310)이 소듐과 접촉하게 되면, 미세 전극(310)이 환원되어 산화되기 전의 금속으로 변성된다.
금속의 산화물은 반도체 또는 부도체의 성질을 갖는다. 따라서, 도체인 산화되기 전의 금속보다 저항값이 크다. 즉, 금속의 산화물이 환원되면, 산화되기 전의 금속으로 변성되는 바, 저항값이 감소된다.
도시된 실시 예에서, 미세 전극(310)이 소듐과 접촉되기 전 상태의 전도층(300)의 저항값은 Rmax이다.
Tleak에서 소듐 누설이 발생되면, 미세 전극(310)이 누설된 소듐과 접촉된다. 미세 전극(310)이 누설된 소듐과 접촉되면, 금속의 산화물이 환원되며 산화되기 전의 금속으로 변성된다. 따라서, 미세 전극(310)이 구비되는 전도층(300)의 저항값은 Rmin까지 감소된다.
정리하면, 소듐 누설이 발생되는 경우, 전도층(300)의 저항값이 Rmax에서 Rmin까지 감소된다.
따라서, 소듐 누설 감지 센서(1)는 전도층(300)의 저항값 감소를 감지하여 소듐 누설의 발생 여부를 감지할 수 있다.
결과적으로, 센서 설비만으로 소듐 누설이 감지될 수 있으며, 가스 샘플링 시스템이 별도로 요구되지 않는다.
이에 따라, 소듐 누설 감지 센서(1)의 설비가 단순화되고 부피가 축소되며, 설계자가 설치 위치 및 설치 수량을 임의로 조절할 수 있다.
아울러, 보다 많은 수의 센서가 설치될 수 있는 바, 소듐 누설 감지 시간이 단축되고, 누설 위치가 보다 정확하게 특정될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 미세 전극(310)이 마이크로 미터 수준의 크기로 형성될 수 있는 바, MEMS 공정이 이용될 수 있다. 이를 통해, 소듐 누설 감지 센서(1)의 대량 생산이 가능해지고, 제작 단가가 절감될 수 있다. 결과적으로, 소듐 누설 감지 센서(1)의 생산 비용 및 유지, 보수 비용이 절감될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 설명된 실시 예들의 구성에 한정되는 것이 아니다.
또한, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 소듐 누설 감지 센서
10: 소듐 접촉 패드
20: 저항 측정 유닛
21: 전원
22: 연결 단자
23: 저항 계측기
30: 가열 기구
100: 기판
200: 접착층
300: 전도층
310: 미세 전극
400: 패시베이션층

Claims (10)

  1. 전기 절연성 소재로 형성되는 기판;
    상기 기판의 일측에 배치되는 전도층; 및
    상기 전도층의 양단과 결합되는 저항 측정 유닛을 포함하고,
    상기 전도층은,
    패터닝(patterning)된 미세 전극을 구비하고,
    상기 미세 전극은,
    금속의 산화물로 형성되는,
    소듐 누설 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저항 측정 유닛은,
    상기 전도층에 전류를 공급하는 전원;
    상기 전원과 통전 가능하게 연결되며, 상기 전도층의 상기 양단에 배치되고, 상기 전도층과 결합되는 복수 개의 연결 단자; 및
    상기 복수 개의 연결 단자와 결합되고, 상기 전도층의 양단 사이의 저항값을 감지하는 저항 계측기를 포함하는,
    소듐 누설 감지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도층의 양단에 배치되는 패시베이션층(passivation layer)을 포함하는,
    소듐 누설 감지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미세 전극은,
    포토리소그래피(photolithography) 방식으로 패터닝되는,
    소듐 누설 감지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 전도층의 사이에 배치되어, 상기 기판 및 상기 전도층과 각각 결합되는 접착층을 포함하는,
    소듐 누설 감지 센서.
  6. (a) 전기 절연성 소재로 형성되는 기판의 일측에 전도층이 증착되는 단계;
    (b) 상기 전도층이 미세 전극으로 패터닝되는 단계;
    (c) 상기 미세 전극이 가열되어 산화되는 단계; 및
    (d) 저항 측정 유닛이 상기 전도층의 양단에 결합되는 단계를 포함하는,
    소듐 누설 감지 센서의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 상기 기판에 접착층의 일측이 증착되는 단계; 및
    (a2) 상기 접착층의 타측에 상기 전도층이 증착되는 단계를 포함하는,
    소듐 누설 감지 센서의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 미세 전극이 포토리소그래피 방식으로 패터닝되는 단계를 포함하는,
    소듐 누설 감지 센서의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후 및 상기 (c) 단계 이전에,
    상기 전도층의 양단에 패시베이션층이 결합되는 단계를 포함하는,
    소듐 누설 감지 센서의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 전원이 상기 전도층과 결합되는 단계;
    (d2) 연결 단자가 상기 전도층의 양단에서 상기 전도층과 결합되는 단계; 및
    (d3) 저항 계측기가 상기 연결 단자와 결합되는 단계를 포함하고,
    상기 전원은, 상기 전도층에 전류를 공급하며,
    상기 저항 계측기는, 상기 전도층의 양단 사이의 저항값을 감지하는,
    소듐 누설 감지 센서의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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