KR20220018870A - Ultra-low power gas sensor based on suspended nano structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20220018870A
KR20220018870A KR1020200156123A KR20200156123A KR20220018870A KR 20220018870 A KR20220018870 A KR 20220018870A KR 1020200156123 A KR1020200156123 A KR 1020200156123A KR 20200156123 A KR20200156123 A KR 20200156123A KR 20220018870 A KR20220018870 A KR 20220018870A
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Abstract

According to an embodiment, an ultra-low power gas sensor based on a suspended nanostructure comprises: a substrate comprising: a substrate having a groove which is formed on the upper surface thereof to be recessed and has a predetermined opening; a first insulating layer disposed on the upper surface, and for covering a portion of the opening of the groove and not covering the remainder excluding the portion; a nanostructure disposed on the first insulating layer; a first conductor deposited on a portion, which is vertically opposite to the opening not covered by the first insulating layer, among a portion of the surface of the nanostructure, a portion of an upper surface of the first insulating layer, and the bottom surface of the groove; a second insulating layer deposited on a portion of the first conductor, a portion of the surface of the nanostructure in which the first conductor is not deposited, a portion of the first insulating layer, and the groove of the substrate; a second conductor formed on a portion of the surface of the second insulating layer deposited on the nanostructure; a first electrode contacting both sides of the first conductor and the second insulating layer deposited on the upper surface of the nanostructure; and a second electrode contacting a portion of the second insulating layer and both sides of the second conductor. The first conductor can be insulated from the second conductor.

Description

공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 및 그 제조 방법{ULTRA-LOW POWER GAS SENSOR BASED ON SUSPENDED NANO STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}ULTRA-LOW POWER GAS SENSOR BASED ON SUSPENDED NANO STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

본 발명은 공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-low power gas sensor based on a floating nanostructure and a method for manufacturing the same.

최근 감지 물질과 감지 방법을 중심으로 다양한 유형의 가스 센서가 개발되는 실정이며, 그 중에서도 반도체성 금속산화물(metal oxide) 나노 물질은 높은 감도, 소형화, 낮은 가격 등의 장점으로 각광을 받고 있다.Recently, various types of gas sensors are being developed focusing on sensing materials and sensing methods. Among them, semiconductor metal oxide nanomaterials are attracting attention due to their advantages such as high sensitivity, miniaturization, and low price.

또한, 최근 센서 시장에서는 사물인터넷(IoT) 기반 스마트 센서에 대한 수요가 증가하고 있고, 이에 지속적이고 유기적인 모니터링 및 관리에 요구되는 소형화, 저전력 소비, 지속성, 저비용 및 대량 생산 가능성에 대한 수요가 따라 증가하고 있다.In addition, in the recent sensor market, the demand for Internet of Things (IoT)-based smart sensors is increasing, and the demand for miniaturization, low power consumption, sustainability, low cost and mass production potential required for continuous and organic monitoring and management is increasing. is increasing

금속산화물 (ZnO, SnO2, In2O3 등)은 고온 (250~600℃)에서 작동하여 높은 소모전력을 필요로 하는데, 현재 상용화되어 있는 금속산화물 기반 가스 센서는 평균적으로 0.3-1W의 높은 소모전력을 요구하며, 이는 AA의 배터리(2000mAh)로 최대 5시간 동안만 동작이 가능하고, 외부로의 높은 열 손실로 센서 소자의 지속가능성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.Metal oxides (ZnO, SnO 2 , In 2 O 3 , etc.) operate at high temperatures (250~600℃) and require high power consumption. It requires power consumption, which can be operated only for up to 5 hours with an AA battery (2000 mAh), and there is a problem in that the sustainability and reliability of the sensor element are deteriorated due to high heat loss to the outside.

이러한 금속산화물 기반 가스 센서의 전력 소비를 줄이기 위해 히터 및 센서 시스템의 소형화와 공중부유형 나노 구조를 이용한 효과적인 열 효율 향상에 대한 연구가 지속되고 있다.In order to reduce the power consumption of these metal oxide-based gas sensors, research on miniaturization of heater and sensor systems and effective thermal efficiency improvement using floating nanostructures are continuing.

한국등록특허공보, 10-1027074호 (2011.03.29. 등록)Korean Patent Publication No. 10-1027074 (Registered on March 29, 2011)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object to be solved by the present invention is to provide an ultra-low power gas sensor based on an airborne nanostructure and a method for manufacturing the same.

또한, 이러한 공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 및 그 제조 방법을 통해 현재 상용화 된 가스 센서에 비해 성능 또는 가격 측면에서 경쟁력 있는 가스센서를 제공할 수 있는 것 등이 본 발명의 해결하고자 하는 과제에 포함될 수 있다. In addition, it is possible to provide a gas sensor that is competitive in performance or price compared to the currently commercialized gas sensor through such an airborne nanostructure-based ultra-low power gas sensor and its manufacturing method. can be included in

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems to be solved that are not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.

일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서는, 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈을 구비하는 기판; 상기 상부 표면 상에 배치되되, 상기 홈의 개구부 중 일부를 커버하고 상기일부를 제외한 나머지 부분은 커버하지 않는 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층 상에 배치되는 나노 구조물; 상기 나노 구조물의 표면 중 일부, 상기 제 1 절연층의 상면의 일부분 및 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 1 도전체; 상기 제 1 도전체의 일부, 상기 제 1 도전체가 증착되어 있지 않은 상기 나노 구조물의 표면 중 일부, 상기 제 1 절연 층의 일부 및 상기 기판의 홈에 증착되는 제 2 절연층; 상기 나노 구조물상에 증착되어 있는 제 2 절연층의 표면 중 일부에 형성된 제 2 도전체; 상기 나노 구조물 상면에 증착되는 제 1 도전체와 제 2 절연층의 양측 각각과 접하는 제 1 전극; 및 상기 제 2 절연층의 일부와 상기 제 2 도전체의 양측 각각과 접하는 제 2 전극을 포함하되, 상기 제 1 도전체는 상기 제 2 도전체와 서로 절연될 수 있다.A floating nanostructure-based ultra-low power gas sensor according to an embodiment includes: a substrate having a groove having a predetermined opening, which is formed in a concave shape on an upper surface; a first insulating layer disposed on the upper surface, the first insulating layer covering a portion of the opening of the groove and not covering the remaining portion except for the portion; a nanostructure disposed on the first insulating layer; a first conductor deposited on a portion of a surface of the nanostructure, a portion of an upper surface of the first insulating layer, and a portion of a bottom surface of the groove, which is vertically opposite to the opening not covered by the first insulating layer; a portion of the first conductor, a portion of the surface of the nanostructure on which the first conductor is not deposited, a portion of the first insulating layer, and a second insulating layer deposited in the groove of the substrate; a second conductor formed on a portion of the surface of the second insulating layer deposited on the nanostructure; a first electrode in contact with both sides of the first conductor and the second insulating layer deposited on the upper surface of the nanostructure; and a second electrode in contact with a portion of the second insulating layer and both sides of the second conductor, wherein the first conductor may be insulated from the second conductor.

또한, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체 및 상기 제 1 절연층의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체는, 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착된 제 1 도전체와 서로 절연될 수 있다.In addition, the first conductor deposited on a portion of the surface of the nanostructure and the first conductor deposited on a portion of the upper surface of the first insulating layer are a portion perpendicular to the opening not covered by the first insulating layer It may be insulated from the first conductor deposited on the .

또한, 상기 제 1 절연층과 상기 제 2 절연층을 구성하는 물질은 서로 상이할 수 있다.In addition, materials constituting the first insulating layer and the second insulating layer may be different from each other.

또한, 상기 제 1 도전체, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은, 금(Au)을 포함할 수 있다.In addition, the first conductor, the first electrode, and the second electrode may include gold (Au).

또한, 상기 제 2 도전체는, 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있다.In addition, the second conductor may include zinc oxide (ZnO).

또한, 상기 홈의 개구부 중 상기 나머지 부분의 넓이는, 상기 홈의 바닥면의 넓이보다 좁을 수 있다.In addition, an area of the remaining portion of the opening of the groove may be smaller than an area of a bottom surface of the groove.

또한, 상기 제 1 절연층이 커버하는 상기 홈의 개구부 중 일부는, 상기 홈의 개구부의 가장자리일 수 있다.In addition, a portion of the opening of the groove covered by the first insulating layer may be an edge of the opening of the groove.

또한, 상기 나노 구조물은, 상기 제 1 절연층 상에 배치되는 기둥부; 및 상기 기둥부에 의해 지지되며 상기 홈의 개구부를 가로지르도록 배치되는 나노 와이어를 포함할 수 있다.In addition, the nanostructure may include a pillar portion disposed on the first insulating layer; and a nanowire supported by the pillar part and disposed to cross the opening of the groove.

또한, 상기 나노 구조물은 상기 기둥부를 2개 포함하고, 상기 나노 와이어의 양단은, 상기 2개의 기둥부 각각에 의해서 지지될 수 있다.In addition, the nanostructure may include two pillar portions, and both ends of the nanowire may be supported by each of the two pillar portions.

일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법은, 제 1 절연층이 형성되어 있는 기판의 상부 표면 상에, 소정의 개구부를 갖는 홈을 요입 형성하는 단계; 상기 제 1 절연층 상에 나노 구조물을 형성하는 단계; 상기 나노 구조물의 표면 중 일부, 상기 제 1 절연층의 상면의 일부분 및 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 제 1 도전체를 증착하는 단계; 상기 제 1 도전체의 일부, 상기 제 1 도전체가 증착되어 있지 않은 상기 나노 구조물의 표면 중 일부, 상기 제 1 절연 층의 일부 및 상기 기판의 홈에 제 2 절연층을 증착하는 단계; 상기 나노 구조물상에 증착되어 있는 제 2 절연층의 표면 중 일부에 제 2 도전체를 증착하는 단계; 상기 나노 구조물 상면에 증착되는 제 1 도전체와 제 2 절연층의 양측 각각과 접하는 제 1 전극영역을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 절연층의 일부와 상기 제 2 도전체의 양측 각각과 접하는 제 2 전극영역을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 도전체는 상기 제 2 도전체와 서로 절연될 수 있다.A method of manufacturing an airborne nanostructure-based ultra-low power gas sensor according to an embodiment includes: forming a recess having a predetermined opening on an upper surface of a substrate on which a first insulating layer is formed; forming a nanostructure on the first insulating layer; depositing a first conductor on a portion of the surface of the nanostructure, a portion of an upper surface of the first insulating layer, and a portion of a bottom surface of the groove, which is perpendicular to an opening not covered by the first insulating layer; depositing a part of the first conductor, a part of the surface of the nanostructure on which the first conductor is not deposited, a part of the first insulating layer, and a second insulating layer in the groove of the substrate; depositing a second conductor on a portion of the surface of the second insulating layer deposited on the nanostructure; forming a first electrode region in contact with both sides of the first conductor and the second insulating layer deposited on the upper surface of the nanostructure; and forming a second electrode region in contact with a portion of the second insulating layer and both sides of the second conductor, wherein the first conductor may be insulated from the second conductor.

또한, 상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체 및 상기 제 1 절연층의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체는, 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착된 제 1 도전체와 서로 절연될 수 있다.In addition, the first conductor deposited on a portion of the surface of the nanostructure and the first conductor deposited on a portion of the upper surface of the first insulating layer are a portion perpendicular to the opening not covered by the first insulating layer It may be insulated from the first conductor deposited on the .

또한, 상기 제 1 절연층과 상기 제 2 절연층을 구성하는 물질을 서로 상이할 수 있다.In addition, materials constituting the first insulating layer and the second insulating layer may be different from each other.

또한, 상기 제 1 도전체, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은, 금(Au)을 포함할 수 있다.In addition, the first conductor, the first electrode, and the second electrode may include gold (Au).

또한, 상기 제 2 도전체는, 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있다.In addition, the second conductor may include zinc oxide (ZnO).

또한, 상기 홈의 개구부 중 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 부분의 넓이는, 상기 홈의 바닥면의 넓이보다 좁을 수 있다.In addition, the area of the portion of the opening of the groove not covered by the first insulating layer is, It may be narrower than the width of the bottom surface of the groove.

또한, 상기 제 1 절연층이 커버하는 상기 홈의 개구부 중 일부는, 상기 홈의 개구부의 가장자리일 수 있다.In addition, a portion of the opening of the groove covered by the first insulating layer may be an edge of the opening of the groove.

또한, 상기 나노 구조물을 형성하는 단계는, 상기 제 1 절연층 상에 기둥부를 형성하는 단계; 및 상기 기둥부에 의해 지지되며 상기 홈의 개구부를 가로지르도록 나노 와이어를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the forming of the nanostructure may include: forming a pillar portion on the first insulating layer; and forming a nanowire supported by the pillar part and crossing the opening of the groove.

또한, 상기 나노 구조물을 형성하는 단계는, 상기 제 1 절연층 상에 상기 기둥부를 2개 형성하고, 상기 나노 와이어 양단은, 상기 2개의 기둥부 각각에 의해서 지지될 수 있다.In addition, the forming of the nanostructure may include forming the two pillar portions on the first insulating layer, and both ends of the nanowire may be supported by each of the two pillar portions.

일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물기반 초 저전력 가스센서에서 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체 및 제 1 절연층의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체는 기판의 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈의 바닥면에 증착된 제 1 도전체가 서로 전기적 절연을 이루기 때문에 나노 구조물 상부에 증착된 제 1 도전체를 이용하여 히터로 사용할 수 있다.In the floating nanostructure-based ultra-low power gas sensor according to an embodiment, the first conductor deposited on a portion of the surface of the nanostructure and the first conductor deposited on a portion of the upper surface of the first insulating layer are the upper surface of the substrate Since the first conductors deposited on the bottom surface of the grooves having a predetermined opening, which are concave and formed in the , are electrically insulated from each other, the first conductors deposited on the nanostructure can be used as a heater.

또한, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물기반 초 저전력 가스센서는 제 1 도전체의 일부, 제 1 도전체가 증착되어 있지 않은 나노 구조물의 표면 중 일부, 제 1 절연 층의 일부 및 기판의 홈에 제 2 절연층이 증착되고, 나노 구조물상에 증착되어 있는 제 2 절연층의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체를 이용하여 가스 센서로 사용할 수 있다.In addition, in the floating nanostructure-based ultra-low power gas sensor according to an embodiment, a portion of the first conductor, a portion of the surface of the nanostructure on which the first conductor is not deposited, a portion of the first insulating layer, and a groove of the substrate A second insulating layer is deposited on the nanostructure, and a second conductor deposited on a portion of the surface of the second insulating layer deposited on the nanostructure can be used as a gas sensor.

또한, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서는 종래의 기판부착형 또는 마이크로 사이즈의 히터와는 다른 공중부유형 나노 구조물을 이용하여 히터를 활용할 수 있기 때문에 초 저전력으로 구동이 가능하며, 제 2 도전체(본 발명에서는 금속 산화물 나노와이어가 사용됨)가 코팅된 공중부유형 나노 구조물 개발을 통해 다양한 응용 분야에 사용 가능하다.In addition, the ultra-low power gas sensor based on a floating nanostructure according to an embodiment can be operated with ultra-low power because it can utilize a heater using a floating nanostructure that is different from the conventional substrate-attached or micro-sized heater. It is possible, and it can be used in various applications through the development of a floating nanostructure coated with a second conductor (a metal oxide nanowire is used in the present invention).

또한, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서의 히터는 초소형 저전력 구동이 필요한 IoT에 응용될 수 있는 다양한 센서(가스 센서, 바이오센서, 온도 센서, 유량 센서 등)로 응용이 가능한 센서 플랫폼으로의 활용 가능하다.In addition, the heater of the ultra-low-power gas sensor based on the floating nano-structure according to an embodiment can be applied to various sensors (gas sensor, bio-sensor, temperature sensor, flow sensor, etc.) that can be applied to IoT that requires ultra-small and low-power operation. It can be used as a possible sensor platform.

도 1은 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서의 입체도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서 제조 방법에 관한 구성도이다.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서 제조 방법을 도시한 일 공정도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 기판을 등방식각하는 것을 설명하기 위한 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서에서 나노 와이어의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서에서 나노 와이어의 단면도를 설명하기 위한 주사전자현미경 사진이다.
도 9는 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서의 성능을 확인하기 위한 실험을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서를 사용하였을 때의 성능과 종래의 기판형 외부열원을 사용하였을 때의 성능을 비교한 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of a gas sensor based on a floating nanostructure according to an embodiment.
2 is a three-dimensional view of a gas sensor based on a floating nanostructure according to an embodiment.
3 is a block diagram of a method for manufacturing a gas sensor based on floating nanostructures according to an embodiment.
4 and 5 are process diagrams illustrating a method of manufacturing a gas sensor based on a floating nanostructure according to an embodiment.
6 is a scanning electron microscope photograph for explaining iso-etching a substrate according to an embodiment.
7 is a view showing a cross-sectional view of a nanowire in an airborne nanostructure-based gas sensor according to an embodiment.
8 is a scanning electron microscope photograph for explaining a cross-sectional view of a nanowire in a gas sensor based on a floating nanostructure according to an embodiment.
9 is a view showing the results of performing an experiment to confirm the performance of the air-floating nanostructure-based gas sensor according to an embodiment.
10 is a graph comparing the performance when using the airborne nanostructure-based gas sensor according to an embodiment and the performance when using the conventional substrate-type external heat source.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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.Advantages and features of the present invention and methods of 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, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

도 1은 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)의 단면도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)의 입체도이다.1 is a cross-sectional view of a gas sensor 100 based on floating nanostructures according to an embodiment, and FIG. 2 is a three-dimensional view of a gas sensor 100 based on floating nanostructures according to an embodiment.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는 기판(110), 제 1 절연층(120), 나노 구조물(130), 제 1 도전체(140), 제 2 절연층(150), 제 2 도전체(160), 제 1 전극(170) 및 제 2 전극 (180)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.1 and 2 , a gas sensor 100 based on a floating nanostructure according to an embodiment includes a substrate 110 , a first insulating layer 120 , a nanostructure 130 , and a first conductor ( 140), the second insulating layer 150, the second conductor 160, the first electrode 170, and the second electrode 180 may include, but is not limited thereto.

기판(110)은 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부(110-1)를 갖는 홈(115)을 구비할 수 있다.The substrate 110 may include a groove 115 having a predetermined opening 110 - 1 formed in a concave shape on the upper surface.

기판(110)은 후술할 나노 구조물(130)(기둥부 및 나노와이어 포함)을 물리적으로 지지하는 지지체의 역할을 수행할 수 있다. 나아가, 기판(110)의 상부에는 후술할 나노 구조물(130)을 통해 검출되는 전류 또는 전압에 영향을 미치지 않도록 적어도 그 표면에 후술할 제 1 절연층(또는 절연막)(120)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 사파이어, quartz 기판과 같이 등방성 식각이 가능한 절연기판일 수 있다.The substrate 110 may serve as a support for physically supporting the nanostructures 130 (including pillars and nanowires), which will be described later. Furthermore, a first insulating layer (or insulating film) 120 to be described later may be provided on at least the surface of the substrate 110 so as not to affect the current or voltage detected through the nanostructure 130 to be described later. . For example, the substrate 110 may be an insulating substrate capable of isotropic etching, such as a sapphire or quartz substrate.

보다 상세하게, 기판(110)은 웨이퍼 또는 필름(film)의 형상일 수 있으며, 물성적으로, 기판은 리지드 기판 또는 플렉시블 기판일 수 있다. 결정학적으로, 기판은 단결정체, 다결정체 또는 비정질체이거나, 결정상과 비정질상이 혼재된 혼합상일 수 있다. 기판이 둘 이상의 층이 적층된 적층기판일 경우, 각 층은 서로 독립적으로 단결정체, 다결정체, 비정질체 또는 혼합상일 수 있다.More specifically, the substrate 110 may be in the form of a wafer or a film, and in terms of physical properties, the substrate may be a rigid substrate or a flexible substrate. Crystallographically, the substrate may be a single crystal, a polycrystalline body, an amorphous body, or a mixed phase in which a crystalline phase and an amorphous phase are mixed. When the substrate is a laminated substrate in which two or more layers are laminated, each layer may be independently of a single crystal, polycrystalline, amorphous, or mixed phase.

물질적으로, 기판(110)은 반도체를 포함하는 무기 기판일 수 있다. 이러한 기판(110)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘게르마늄(SiGe)을 포함하는 4족 반도체; 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP) 또는 갈륨인(GaP)을 포함하는 3-5족 반도체; 황화카드뮴(CdS) 또는 텔루르화아연(ZnTe)을 포함하는 2-6족 반도체; 황화납(PbS)을 포함하는 4-6족 반도체; 또는 이들에서 선택된 둘 이상의 물질이 각 층을 이루며 적층된 적층기판을 들 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 기판(110)은 그 표면에 후술할 제 1 절연층(120)이 구비될 수 있다. Physically, the substrate 110 may be an inorganic substrate including a semiconductor. The substrate 110 may include a group 4 semiconductor including silicon (Si), germanium (Ge), or silicon germanium (SiGe); Group III-V semiconductors including gallium arsenide (GaAs), indium phosphorus (InP), or gallium phosphorus (GaP); Group 2-6 semiconductors including cadmium sulfide (CdS) or zinc telluride (ZnTe); Group 4-6 semiconductor including lead sulfide (PbS); Alternatively, there may be a laminated substrate in which two or more materials selected from these are laminated to form each layer. In this case, as described above, the first insulating layer 120 to be described later may be provided on the surface of the substrate 110 .

제 1 절연층(120)은 상기 기판(110)의 상부 표면 상에 배치되되, 상기 기판(110)의 홈(115)의 개구부(110-1) 중 일부(110-2)만을 커버하고, 상기 일부를 제외한 나머지 부분(110-3)은 커버하지 않을 수 있다.The first insulating layer 120 is disposed on the upper surface of the substrate 110 , and covers only a portion 110 - 2 of the openings 110 - 1 of the groove 115 of the substrate 110 , and The remaining portions 110 - 3 excluding some may not be covered.

여기서, 제 1 절연층(120)이 커버하지 않는 상기 나머지 부분(110-3)은, 기판(110)의 홈(115)의 바닥면(110-4)의 넓이보다 좁을 수 있으며, 제 1 절연층(120)이 커버하는 기판(110)의 홈(115)의 개구부(110-1) 중 일부(110-2)는 개구부(110-1)의 가장자리일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Here, the remaining portion 110 - 3 not covered by the first insulating layer 120 may be narrower than the width of the bottom surface 110 - 4 of the groove 115 of the substrate 110 , and the first insulating layer 120 . A portion 110 - 2 of the opening 110 - 1 of the groove 115 of the substrate 110 covered by the layer 120 may be an edge of the opening 110 - 1 , but is not limited thereto.

나노 구조물(130)은 제 1 절연층(120) 상에 배치될 수 있으며, 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2) 및 나노 와이어(130-3)를 포함할 수 있으며, 나노 구조물(130)은 탄소(C, Carbon)로 구성될 수 있다.The nanostructure 130 may be disposed on the first insulating layer 120 , and may include a plurality of pillar portions 130-1 and 130-2 and the nanowire 130-3, and the nanostructure ( 130) may be composed of carbon (C, Carbon).

복수 개의 기둥부(130-1, 130-2)는 제 1 기둥부(130-1) 및 제 2 기둥부(130-2)를 포함할 수 있으며, 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2)는 각각 적어도 2개의 슬로프면(또는 경사진 면)을 가질 수 있다.The plurality of pillar portions 130-1 and 130-2 may include a first pillar portion 130-1 and a second pillar portion 130-2, and the plurality of pillar portions 130-1 and 130- 2) may each have at least two slope surfaces (or inclined surfaces).

나노 와이어(130-3)는 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2) 각각에 의해 지지되며, 기판(110)의 홈(115)의 개구부(110-1)를 가로지르도록 배치될 수 있으며, 나노 와이어(130-3)의 양단은 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2) 각각에 의해서 지지될 수 있다.The nanowire 130-3 is supported by each of the plurality of pillar portions 130-1 and 130-2, and may be disposed to cross the opening 110-1 of the groove 115 of the substrate 110. Both ends of the nanowire 130 - 3 may be supported by each of the plurality of pillars 130 - 1 and 130 - 2 .

한편, 일 예로서, 나노 와이어(130-3)의 너비는 300 nm, 두께는 400 nm일 수 있다.Meanwhile, as an example, the width of the nanowire 130 - 3 may be 300 nm and the thickness may be 400 nm.

제 1 도전체(140)는 나노 구조물(130)의 표면 중 일부(140-1, 140-2), 제 1 절연층(120)의 상면의 일부분(140-4) 및 기판(110)의 홈(115)의 바닥면(110-4) 중에서 제 1 절연층(120)이 커버하지 않는 개구부(110-1)에 수직 대향하는 부분(140-3)에 증착될 수 있다.The first conductor 140 includes a portion 140 - 1 and 140 - 2 of the surface of the nanostructure 130 , a portion 140 - 4 of the upper surface of the first insulating layer 120 , and a groove of the substrate 110 . Among the bottom surfaces 110 - 4 of 115 , the first insulating layer 120 may be deposited on a portion 140 - 3 perpendicular to the opening 110 - 1 not covered.

여기서, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착되는 제 1 도전체(140-1, 140-2)는 나노 구조물(130)의 상부에 제 1 도전체(140-1)가 증착되고, 복수 개의 기둥부(130-1, 130-2) 각각에서 기판(110)의 개구부(110-1)를 향하는 방향의 슬로프면에 제 1 도전체(140-2)가 증착될 수 있다.Here, as for the first conductors 140-1 and 140-2 deposited on a portion of the surface of the nanostructure 130, the first conductor 140-1 is deposited on the upper portion of the nanostructure 130, and a plurality of A first conductor 140 - 2 may be deposited on a slope in a direction from each of the pillars 130 - 1 and 130 - 2 toward the opening 110 - 1 of the substrate 110 .

또한, 제 1 절연층(120)의 상면의 일부분에 증착되는 제 1 도전체(140-4)는 제 1 기둥부(130-1) 및 제 2 기둥부(130-2) 사이에서, 나노 와이어(130-3)에 수직 대향하는 부분에 제 1 도전체(140-4)가 증착될 수 있다.In addition, the first conductor 140 - 4 deposited on a portion of the upper surface of the first insulating layer 120 is disposed between the first and second pillars 130 - 1 and 130 - 2 of the nanowire. A first conductor 140 - 4 may be deposited on a portion perpendicularly opposed to 130 - 3 .

한편, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-1, 140-2) 및 제 1 절연층(120)의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체(140-4)는, 기판(110)의 홈(115)의 바닥면 중에서 제 1 절연층(120)이 커버하지 않는 개구부(110-1)에 수직 대향하는 부분에 증착된 제 1 도전체(140-3)와 서로 절연되어 있을 수 있다.Meanwhile, the first conductors 140-1 and 140-2 deposited on a portion of the surface of the nanostructure 130 and the first conductor 140-4 deposited on a portion of the upper surface of the first insulating layer 120 ) is a first conductor 140-3 deposited on a portion of the bottom surface of the groove 115 of the substrate 110 that is vertically opposite to the opening 110-1 not covered by the first insulating layer 120. and may be insulated from each other.

이러한, 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)는 전도성 물질로서 금(Au)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4 may include gold (Au) as a conductive material, but is not limited thereto.

한편, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1)를 이용하여 히터(또는 나노 히터)로 사용할 수 있다.On the other hand, the gas sensor 100 based on the floating nanostructure according to an embodiment may be used as a heater (or nano heater) by using the first conductor 140 - 1 deposited on the upper surface of the nanostructure 130 . .

제 2 절연층(150)은 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)의 일부, 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)가 증착되어 있지 않은 나노 구조물의 표면 중 일부, 제 1 절연층(120)의 일부 및 기판(110)의 홈(115)에 증착될 수 있다.The second insulating layer 150 is a portion of the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4, and the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, 140 -4) may be deposited on a portion of the surface of the nanostructure on which the deposition is not performed, a portion of the first insulating layer 120 , and the groove 115 of the substrate 110 .

여기서, 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)의 일부에 증착된 제 2 절연층(150)은 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1)의 일부, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-2)의 표면, 기판(110)의 홈(115)의 바닥면 중에서 제 1 절연층(120)이 커버하지 않는 개구부(110-1)에 수직 대향하는 부분에 증착된 제 1 도전체(140-3)의 표면, 제 1 절연층(120)의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체(140-4)의 표면에 증착될 수 있다.Here, the second insulating layer 150 deposited on a portion of the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4 is the first conductor (150) deposited on the upper surface of the nanostructure 130. 140-1), the surface of the first conductor 140-2 deposited on a part of the surface of the nanostructure 130, and the first insulating layer 120 among the bottom surface of the groove 115 of the substrate 110 The first conductor ( 140-4) may be deposited on the surface.

이때, 일 예에 따른 제 1 절연층(120) 및 제 2 절연층(150)은 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition), 또는 스퍼터링 (sputtering) 및 플라즈마 화학 기상 증착법 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등의 증착법 등 통상적으로 사용되는 방법을 통해 형성될 수 있다. 제 1 절연층(120)의 경우, 열산화를 사용하여 형성할 수도 있다. 비 한정적인 일 구체예로, 제 1 절연층(120) 및 제 2 절연층(150)은 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 바륨-타이타늄 복합산화물, 이트륨 산화물, 텅스텐 산화물, 탄탈륨 산화물, 아연 산화물, 타이타늄 산화물, 주석 산화물, 바륨-지르코늄 복합산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시나이트라이드, 지르코늄 실리케이트, 하프늄 실리케이트, 하프늄 옥사이드 이들의 혼합물(mixture) 또는 이들의 복합물(composite) 등일 수 있다.In this case, the first insulating layer 120 and the second insulating layer 150 according to an example may be formed by atomic layer deposition, sputtering, plasma enhanced chemical vapor deposition, or the like. It may be formed through a commonly used method, such as a vapor deposition method. In the case of the first insulating layer 120, it may be formed using thermal oxidation. In one non-limiting example, the first insulating layer 120 and the second insulating layer 150 may include silicon oxide, hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, barium-titanium composite oxide, yttrium oxide, tungsten oxide, and tantalum oxide. , zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, barium-zirconium composite oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, zirconium silicate, hafnium silicate, hafnium oxide, a mixture thereof or a composite thereof or the like.

한편, 제 1 절연층(120)과 제 2 절연층(150)을 구성하는 물질은 서로 상이할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, materials constituting the first insulating layer 120 and the second insulating layer 150 may be different from each other, but the present invention is not limited thereto.

제 2 도전체(160)는 나노 구조물(130)상에 증착되어 있는 제 2 절연층(150)의 표면 중 일부에 증착될 수 있다.The second conductor 160 may be deposited on a portion of the surface of the second insulating layer 150 deposited on the nanostructure 130 .

한편, 제 2 도전체(160)는 제 1 절연층(120)의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체(140-4)의 표면에 증착된 제 2 절연층(150)의 표면 및 상기 제 1 절연층(120)에 증착된 제 2 절연층(150)의 표면에도 증착되어 있을 수도 있다.On the other hand, the second conductor 160 is a surface of the second insulating layer 150 deposited on the surface of the first conductor 140-4 deposited on a portion of the upper surface of the first insulating layer 120 and the It may also be deposited on the surface of the second insulating layer 150 deposited on the first insulating layer 120 .

일 예로서, 제 2 도전체(160)는 전도성 물질 또는 금속산화물 센서 물질로서 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있다.As an example, the second conductor 160 may include zinc oxide (ZnO) as a conductive material or a metal oxide sensor material.

예를 들어, 제 2 도전체(160)는 나노 와이어(130-3) 상에 증착되어 있는 제 2 절연층(150)의 표면에 증착된 씨앗층(163)과 씨앗층(163)위로 성장하는 나노 와이어(165)를 포함할 수 있다.For example, the second conductor 160 is grown on the seed layer 163 and the seed layer 163 deposited on the surface of the second insulating layer 150 deposited on the nanowire 130-3. Nanowires 165 may be included.

한편, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는 나노 구조물(130)상에 증착되어 있는 제 2 절연층(150)의 표면 중 일부에 증착되는 제 2 도전체(160)를 이용하여 가스 센서로 사용할 수 있다.Meanwhile, in the gas sensor 100 based on the floating nanostructure according to an embodiment, the second conductor 160 is deposited on a part of the surface of the second insulating layer 150 deposited on the nanostructure 130 . can be used as a gas sensor.

더 나아가, 제 2 도전체(160)는 제 2 절연층(150)으로 인하여 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)와 서로 절연되어 있을 수 있다.Furthermore, the second conductor 160 may be insulated from the first conductors 140 - 1 , 140 - 2 , 140 - 3 and 140 - 4 from each other due to the second insulating layer 150 .

제 1 전극(170)은 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1)의 전원 연결을 위한 영역으로써, 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체 (140-1)와 제 2 절연층(150)의 양측 각각과 접할 수 있다.The first electrode 170 is a region for power connection of the first conductor 140 - 1 deposited on the upper surface of the nanostructure 130 , and the first conductor 140 - 1 deposited on the upper surface of the nanostructure 130 . ) and the second insulating layer 150 , respectively.

즉, 제 1 전극(170)에 전원을 연결할 경우, 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1)에 전류가 흐르면서, 제 1 도전체(140-1)를 히터로 사용할 수 있다.That is, when power is connected to the first electrode 170 , current flows through the first conductor 140-1 deposited on the upper surface of the nanostructure 130 , and the first conductor 140-1 is used as a heater. can

이때, 제 1 전극에는 직류 전압원이 연결되어 있을 수 있으나, 이는 일 실시예일뿐 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, a DC voltage source may be connected to the first electrode, but this is only an example and is not limited thereto.

제 2 전극(180)은 제 2 도전체(160)의 전원 연결을 위한 영역으로써, 제 2 절연층(150)의 일부와 제 2 도전체(160)의 양측 각각과 접할 수 있으며, 일 예로서, 제 2 전극(180)은 제 2 도전체(160)의 양측 각각의 소정의 영역과도 접할 수도 있다.The second electrode 180 is a region for power connection of the second conductor 160 , and may be in contact with a portion of the second insulating layer 150 and both sides of the second conductor 160 , as an example. , the second electrode 180 may also be in contact with a predetermined region on both sides of the second conductor 160 .

즉, 제 2 전극(180)에 전원을 연결할 경우, 나노 구조물(130)상에 증착되어 있는 제 2 절연층(150)의 표면 중 일부에 증착되는 제 2 도전체(160)에 전류가 흐르면서, 제 2 도전체(160)를 가스 센서로 사용할 수 있다.That is, when power is connected to the second electrode 180, current flows through the second conductor 160 deposited on a portion of the surface of the second insulating layer 150 deposited on the nanostructure 130, The second conductor 160 may be used as a gas sensor.

이때, 제 2 전극(180)에는 직류 전압원 및 제 2 도전체(160)의 감지물질(예를 들어, 산화아연(ZnO))의 저항변화 측정을 위한 전류계가 연결되어 있을 수 있으나, 이는 일 실시예일뿐 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, a DC voltage source and an ammeter for measuring a change in resistance of a sensing material (eg, zinc oxide (ZnO)) of the second conductor 160 may be connected to the second electrode 180 , but this is only one example. Examples are not limited thereto.

일 예로서, 제 1 전극(170) 및 제 2 전극(180)은 전도성 물질 또는 금속산화물 센서 물질로서 금(Au)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As an example, the first electrode 170 and the second electrode 180 may include gold (Au) as a conductive material or a metal oxide sensor material, but is not limited thereto.

한편, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는 제 1 전극(170)에 전원을 연결하여 전압을 가하게 되면, 줄 가열(Joule heating)이 발생하게 되면서, 제 2 도전체(160)가 가열될 수 있으며, 가스 반응에 필요한 활성화 에너지를 공급하게 되기 때문에, 종래의 기판형 외부열원과 같이 높은 소모 전력을 사용할 필요 없이 적은 전력(예를 들어, 1.8 mW)으로 장시간 가스를 감지할 수 있는 효과를 지니고 있다.Meanwhile, in the floating nanostructure-based gas sensor 100 according to an embodiment, when a voltage is applied by connecting a power source to the first electrode 170 , Joule heating occurs and the second conductor 160 can be heated, and since it supplies the activation energy required for gas reaction, it is not necessary to use high power consumption as in the conventional substrate-type external heat source, and the gas is heated for a long time with low power (eg, 1.8 mW). It has a perceptible effect.

도 3은 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100) 제조 방법에 관한 구성도이다. 또한, 이러한 공정은 사람 또는 제조장치에 의해 수행될 수 있다.3 is a block diagram of a method for manufacturing a gas sensor 100 based on a floating nanostructure according to an embodiment. In addition, this process may be performed by a person or a manufacturing device.

도 3을 참조하면, 먼저 제 1 절연층(120)이 형성되어 있는 기판(110)의 상부 표면 상에 소정의 개구부(110-1)를 갖는 홈(115)을 요입 형성할 수 있다(단계 S100).Referring to FIG. 3 , first, a groove 115 having a predetermined opening 110 - 1 may be concavely formed on the upper surface of the substrate 110 on which the first insulating layer 120 is formed (step S100 ). ).

이후, 제 1 절연층(120) 상에 나노 구조물(130)을 형성할 수 있다(단계 S200).Thereafter, the nanostructure 130 may be formed on the first insulating layer 120 (step S200 ).

이후, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부, 제 1 절연층(120)의 상면의 일부분 및 기판(100)의 홈(115)의 바닥면 중에서 제 1 절연층(120)이 커버하지 않는 개구부(110-1)에 수직 대향하는 부분에 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)를 증착할 수 있다(단계 S300).Thereafter, among a part of the surface of the nanostructure 130 , a part of the upper surface of the first insulating layer 120 , and the bottom surface of the groove 115 of the substrate 100 , the openings not covered by the first insulating layer 120 ( 110-1), the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4 may be deposited on a portion perpendicularly opposed to the portion (step S300).

이후, 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)의 일부, 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)가 증착되어 있지 않은 나노 구조물(130)의 표면 중 일부, 제 1 절연층(120)의 일부 및 기판(110)의 홈(115)에 제 2 절연층(150)을 증착할 수 있다(단계 S400). Thereafter, a portion of the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4, and the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4 are deposited. A second insulating layer 150 may be deposited on a part of the surface of the nanostructure 130 that is not present, a part of the first insulating layer 120 , and the groove 115 of the substrate 110 (step S400 ).

이후, 나노 구조물(130)상에 증착되어 있는 제 2 절연층(150)의 표면 중 일부에 제 2 도전체(160)를 증착할 수 있다(단계 S500).Thereafter, the second conductor 160 may be deposited on a portion of the surface of the second insulating layer 150 deposited on the nanostructure 130 (step S500 ).

이후, 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1)와 제 2 절연층(150)의 양측 각각과 접하는 제 1 전극영역(170)을 형성할 수 있다(단계 S600).Thereafter, the first electrode region 170 in contact with both sides of the first conductor 140 - 1 and the second insulating layer 150 deposited on the upper surface of the nanostructure 130 may be formed (step S600 ).

한편, 단계 S400을 수행한 후, 단계 S500을 수행하기 전 나노 구조물(130) 상에 증착되어 있는 제 1 도전체(140-1)의 일부에 증착된 제 2 절연층(150)의 일부 영역을 식각할 수 있으며, 이때 식각된 영역은 나노 구조물(130)의 기둥부 (130-1, 130-2)의 상단부일 수 있다. 또한, 단계 S600에서는 상기 식각된 영역에 제 1 전극 영역(170)을 형성할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. On the other hand, after performing step S400 and before performing step S500, a partial region of the second insulating layer 150 deposited on a portion of the first conductor 140-1 deposited on the nanostructure 130 is removed. It may be etched, and in this case, the etched region may be an upper end of the pillar portions 130 - 1 and 130 - 2 of the nanostructure 130 . In addition, although the first electrode region 170 may be formed in the etched region in step S600, the present invention is not limited thereto.

이후, 제 2 절연층(150)의 일부와 제 2 도전체(160)의 양측 각각과 접하는 제 2 전극영역(180)을 형성할 수 있다(단계 S700).Thereafter, a second electrode region 180 in contact with a portion of the second insulating layer 150 and both sides of the second conductor 160 may be formed (step S700 ).

이때, 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)는 제 2 도전체(160)와 서로 절연될 수 있고, 나노 구조물(130)의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체(140-1, 140-2) 및 제 1 절연층(120)의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체(140-4)는, 기판(100)의 홈(115)의 바닥면 중에서 제 1 절연층(120)이 커버하지 않는 개구부(110-1)에 수직 대향하는 부분에 증착된 도전체(140-3)와 서로 절연되어 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4 may be insulated from the second conductor 160 and deposited on a portion of the surface of the nanostructure 130. The first conductors 140 - 1 and 140 - 2 and the first conductor 140 - 4 deposited on a portion of the upper surface of the first insulating layer 120 are the bottom of the groove 115 of the substrate 100 . The surface of the first insulating layer 120 may be insulated from each other from the conductor 140-3 deposited on a portion perpendicularly opposite to the opening 110-1 not covered by the first insulating layer 120, but is not limited thereto.

보다 상세하게, 일 실시예 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100) 제조 방법을 도 4 및 도 5를 통해 설명하도록 한다. 도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 나노 구조물 기반 가스센서(100) 제조 방법을 도시한 일 공정도이다. 또한, 이러한 공정은 사람 또는 제조장치에 의해 수행될 수 있다.In more detail, a method for manufacturing the airborne nanostructure-based gas sensor 100 according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5 . 4 and 5 are process diagrams illustrating a method of manufacturing the nanostructure-based gas sensor 100 according to an embodiment. In addition, this process may be performed by a person or a manufacturing device.

먼저, 도 4를 참조하면, 1) 기판(110)을 마련하고, 2) 기판(110)을 산화시켜 제 1 절연층(120)을 형성할 수 있다. First, referring to FIG. 4 , 1) a substrate 110 is prepared, and 2) the substrate 110 is oxidized to form the first insulating layer 120 .

이때, 기판(110)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있으며, 제 1 절연층(120)은 실리콘 산화막(SiO2)일 수 있다.In this case, the substrate 110 may be a silicon wafer, and the first insulating layer 120 may be a silicon oxide film (SiO 2 ).

이후, 3) 제 1 절연층(120) 상부에 제 1 포토레지스트를 코팅(예를 들어, 스핀 코팅(spin coating))하고, 4), 5) 제 1 포토 마스크를 이용하여 UV 노광을 수행함에 따라, 소정의 중심 영역의 제 1 포토레지스트를 제거할 수 있다.Thereafter, 3) coating (eg, spin coating) a first photoresist on the first insulating layer 120, 4), 5) UV exposure using a first photomask Accordingly, the first photoresist in the predetermined central region may be removed.

여기서, 제 1 포토레지스트는 네거티브 포토레지스트일 수 있다.Here, the first photoresist may be a negative photoresist.

6) BOE(Buffered oxide etchant) 에칭을 수행하여 소정의 중심 영역에 위치한 제 1 절연층을 제거하고, 7) 소정의 중심영역을 제외한 영역에 코팅되어 있는 제 1 포토레지스트를 제거하고, 적어도 하나 이상의 가스를 이용하여 기판(110)을 식각할 수 있다. 6) Buffered oxide etchant (BOE) etching is performed to remove the first insulating layer located in a predetermined central region, 7) removing the first photoresist coated in the region except for the predetermined central region, and at least one or more The substrate 110 may be etched using a gas.

즉, 6) 및 7) 단계를 통해 제 1 절연층(120, 실리콘 산화막(SiO2))과 기판(110, 실리콘(Si))을 각각 등방식각할 수 있다. 7) 단계에서 기판(110)을 식각하는 속도가 제 1 절연층(120)을 식각하는 속도보다 상대적으로 매우 빠르면 개구부(110-1) 가장자리의 제 1 절연층(120) 하단으로 기판 식각이 이루어질 수 있다.That is, through steps 6) and 7), the first insulating layer 120 (silicon oxide film (SiO2)) and the substrate 110 (silicon (Si)) may be iso-etched, respectively. In step 7), if the etching rate of the substrate 110 is relatively faster than the etching rate of the first insulating layer 120, the substrate etching is performed to the lower portion of the first insulating layer 120 at the edge of the opening 110-1. can

보다 상세하게, 도 6을 참조하면, 7) 단계에서, 제 1 절연층(120, SiO2) 하단으로 기판(110, Si)의 등방성 식각이 이루어지며, 등방성 식각이 이루어진 기판(110, 실리콘(Si))의 옆면이 곡선으로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있다.More specifically, referring to FIG. 6 , in step 7), the first insulating layer 120, SiO 2 ) The substrate 110, Si is isotropically etched to the lower end, and the isotropically etched substrate 110, silicon ( It can be seen that the side surface of Si)) is curved.

이때, 7) 단계에서 기판(110)을 식각하는데 사용되는 가스는 육플루오린화 황(SF6) 및 옥타플루오로사이클로뷰테인(C4F8) 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.At this time, the gas used to etch the substrate 110 in step 7) is sulfur hexafluoride (SF 6 ) and octafluorocyclobutane (C 4 F 8 ) may be, but is not limited thereto.

다시 도 4를 참조하여, 8) 제 2 포토레지스트를 코팅(예를 들어, SU-8 네거티브 포토레지스트를 스핀 코팅(spin coating))할 수 있다. 이때, 제 2 포토레지스트는 기판(110)이 식각된 부분까지 제 2 포토레지스트가 코팅될 수 있다.Referring back to FIG. 4 , 8) a second photoresist may be coated (eg, SU-8 negative photoresist may be spin coated). In this case, as for the second photoresist, the second photoresist may be coated up to the etched portion of the substrate 110 .

한편, 8) 단계에서 사용되는 제 2 포토레지스트는 SU-8 포토레지스트로서, 제 1 포토레지스트와 동일한 네거티브 포토레지스트이지만, 열분해를 통하여 카본의 변성되는 폴리머 구조, 즉 나노 구조물을 생성하기 위해서만 사용할 수 있다.On the other hand, the second photoresist used in step 8) is SU-8 photoresist, which is the same negative photoresist as the first photoresist, but can be used only to create a polymer structure that is modified of carbon through thermal decomposition, that is, a nano structure. have.

그 다음, 9) 제 2 포토 마스크를 이용하여 UV 노광을 수행하고(포토레지스트 상단부에서 기판까지 polymer의 cross-linking이 이루어지도록 할 수 있음), 10) 제 3 포토 마스크를 이용하여 UV노광을 수행함에 따라 제 1 절연층(120)에 배치된 2개의 기둥부(포토레지스트 기둥부일 수 있음)와, 2개의 기둥부를 지지하는 와이어(포토레지스트와이어일 수 있음)가 생성될 수 있으며(이때, 기판까지 cross-linking이 일어나지 않도록 노광에너지를 조절할 수 있음), 이후 11) UV에 노출되지 않은 제 2 포토레지스트를 제거하고, 12) 열분해(pyrolysis: 산화가 발생하지 않는 분위기에서 폴리머를 가열하여 폴리머를 탄소로 변환하는 공정일 수 있음)를 수행함에 따라 탄소전극들과 탄소와이어를 포함하는 나노 구조물(130)이 형성될 수 있다.Then, 9) UV exposure is performed using the second photomask (cross-linking of the polymer from the upper end of the photoresist to the substrate can be performed), and 10) UV exposure is performed using the third photomask. Accordingly, two pillar portions (which may be photoresist pillar portions) disposed on the first insulating layer 120 and a wire (which may be a photoresist wire) supporting the two pillar portions may be generated (at this time, the substrate exposure energy can be adjusted so that cross-linking does not occur until Nanostructure 130 including carbon electrodes and carbon wire may be formed by performing a process of converting carbon to carbon.

보다 상세히, 12)단계에서 열분해를 수행하는 과정에서 최대 90%의 부피 감소가 발생하기 때문에 마이크로미터 사이즈의 지름을 가지는 포토레지스트 와이어가 탄소화가 되어 나노미터 사이즈의 지름을 가지는 나노 구조물(130)(또는 탄소 나노와이어)로 변환될 수 있으며 이때 나노 구조물(130)은 직경이 수십 nm ~ 수백 nm이고, 길이가 수 ~ 수백 ㎛, 그리고 기판과 와이어의 간격이 1 ~ 수십 ㎛가 될 수 있으며, 예를 들어, 나노 구조물(130)의 직경은 250 ~ 400nm, 길이는 130 ~ 170㎛를 가진 것일 수 있다.In more detail, since a volume reduction of up to 90% occurs in the process of performing the thermal decomposition in step 12), the photoresist wire having a micrometer diameter is carbonized and the nanostructure 130 having a nanometer diameter ( or carbon nanowires), wherein the nanostructure 130 has a diameter of several tens of nm to several hundreds of nm, a length of several to several hundred μm, and an interval between the substrate and the wire may be 1 to several tens of μm, e.g. For example, the nanostructure 130 may have a diameter of 250 to 400 nm and a length of 130 to 170 μm.

이때, 열분해는 진공 상태나 불활성 가스 환경에서 기 설정된 온도로 수행될 수 있으며, 열분해 온도에 따라 나노 구조물(130)의 탄소의 전기 전도도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 나노 구조물(130)은 열분해 온도를 낮게 유지할 경우, 금속과 비교하였을 때 금속에 비해 매우 낮은 전기 전도도를 가질 수 있으며, 나노 구조물(130)은 열분해 온도에 따라 절연체와 같은 수준에서 흑연보다 높은 전도도까지 조절될 수 있다.In this case, the thermal decomposition may be performed at a preset temperature in a vacuum state or in an inert gas environment, and the electrical conductivity of carbon of the nanostructure 130 may be adjusted according to the thermal decomposition temperature. For example, when the thermal decomposition temperature is kept low, the nanostructure 130 may have a very low electrical conductivity compared to the metal compared to the metal, and the nanostructure 130 may have graphite at the same level as the insulator according to the thermal decomposition temperature. Even higher conductivity can be adjusted.

이때, 나노 구조물(130)은 탄소로 구성될 수 있으며, 2개의 탄소기둥과 2개의 탄소기둥을 지지하는 탄소 나노와이어를 포함하며, 이때 탄소 나노와이어는 공중부유 형태로 형성될 수 있다.In this case, the nanostructure 130 may be composed of carbon, and includes two carbon pillars and carbon nanowires supporting the two carbon pillars, and in this case, the carbon nanowires may be formed in a suspended form.

이러한 나노 구조물(130)은 도체 또는 부도체로서 형성될 수 있으며, 나노 구조물(130)이 부도체로서 형성될 경우에는 나노 구조물(130)위에 도전체가 증착되게 되면 도전체가 나노 전극체로서 작용하게 될 수 있다.The nanostructure 130 may be formed as a conductor or an insulator, and when the nanostructure 130 is formed as a nonconductor, if a conductor is deposited on the nanostructure 130, the conductor may act as a nanoelectrode body. .

이후 13) 제 3 포토레지스터를 코팅(예를 들어, 스핀 코팅(spin coating))할 수 있고, 14) 제 4 포토마스크를 이용하여 나노 구조물(130)의 탄소 나노와이어(130-3) 부분에 UV 노광을 수행하여 15) 나노 구조물(130)의 탄소 나노와이어(130-3) 부분의 제 3 포토레지스트를 제거할 수 있다.Thereafter, 13) a third photoresistor may be coated (eg, spin coating), and 14) the carbon nanowire 130-3 of the nanostructure 130 is applied to the portion using a fourth photomask. 15) The third photoresist of the carbon nanowire 130-3 of the nanostructure 130 may be removed by performing UV exposure.

여기서, 제 3 포토레지스트는 네거티브 포토레지스트일 수 있다.Here, the third photoresist may be a negative photoresist.

나노 구조물(130)의 탄소 나노와이어(130-3) 부분의 제 3 포토레지스트를 제거한 후, 16) 전자빔 증착(E-beam evaporation)을 이용하여 나노 구조물(130)의 표면 중 일부, 제 1 절연층(120)의 상면의 일부분 및 기판(110)의 식각된 부분의 바닥면에 제 1 도전체(140-3)를 증착하고, 17) 남아 있는 제 3 포토레지스터를 제거할 수 있다.After removing the third photoresist of the portion of the carbon nanowire 130 - 3 of the nanostructure 130 , 16) a portion of the surface of the nanostructure 130 and the first insulation are performed using E-beam evaporation A first conductor 140 - 3 may be deposited on a portion of the top surface of the layer 120 and a bottom surface of the etched portion of the substrate 110 , and 17 ) the remaining third photoresistor may be removed.

예를 들어, 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)는 금(Au)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 도전체는 전기 전도도가 높은 물질을 포함할 수 있다. 또한 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)를 증착하는 방법은 전자빔 증착에 한전되지 않고, thermal evaporation, sputtering 등의 도전체를 증착하는 방법이 사용될 수 있다.For example, the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4 may include gold (Au), but is not limited thereto, and the conductor includes a material having high electrical conductivity. can do. In addition, a method of depositing the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4 is not limited to electron beam deposition, and a method of depositing a conductor such as thermal evaporation or sputtering may be used. .

도 5를 참조하면, 18) 제 2 절연층(150)을 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)의 일부, 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)가 증착되어 있지 않은 나노 구조물(130)의 표면 중 일부, 제 1 절연층(120)의 일부 및 기판(110)의 홈(115)에 증착시킬 수 있다. 여기서, 제 2 절연층(150)은 하프늄 옥사이드(HfO2)일 수 있다.Referring to FIG. 5 , 18) the second insulating layer 150 is formed with a portion of the first conductors 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4, and the first conductors 140-1 and 140 -2, 140-3, and 140-4 may be deposited on a portion of the surface of the nanostructure 130 on which the deposition is not performed, a portion of the first insulating layer 120 and the groove 115 of the substrate 110 . . Here, the second insulating layer 150 may be hafnium oxide (HfO 2 ).

즉, 18) 단계를 통해 제 2 절연층(150)을 증착함으로써 히터로 사용되는 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1)와 나노 구조물(130) 전체에 전기적 절연을 이루도록 할 수 있다.That is, by depositing the second insulating layer 150 through step 18), electrical insulation is provided to the entire first conductor 140-1 and the nanostructure 130 deposited on the upper surface of the nanostructure 130 used as a heater. can make it happen

이후, 19) 제 4 포토레지스트를 코팅(예를 들어, 스핀 코팅(spin coating))할 수 있다. 20), 21) 제 5 포토마스크를 이용하여 UV 노광을 수행함에 따라, 소정의 영역의 제 4 포토레지스트를 제거할 수 있다.Thereafter, 19) a fourth photoresist may be coated (eg, spin coated). 20), 21) As UV exposure is performed using the fifth photomask, the fourth photoresist in a predetermined area may be removed.

여기서, 제 4 포토레지스트는 네거티브 포토레지스트일 수 있다.Here, the fourth photoresist may be a negative photoresist.

이후, 22) 제 4 포토레지스가 제거된 영역의 제 2 절연층(150, HfO2)을 식각하고, 23) 22)단계의 공정 수행 후, 남아 있는 제 4 포토레지스트를 제거할 수 있다.Thereafter, 22) the second insulating layer 150 (HfO 2 ) in the region from which the fourth photoresist is removed is etched, and 23) after the process of step 22) is performed, the remaining fourth photoresist may be removed.

보다 구체적으로 22) 단계는 나노 구조물(130) 상에 증착되어 있는 제 1 도전체(140-1)의 일부에 증착된 제 2 절연층(150)의 일부 영역(제 4 포토레지스트가 제거된 영역)을 식각할 수 있으며, 이때 식각된 영역은 나노 구조물(130)의 나노 와이어(130-3)의 양 끝단의 기둥부 (130-1, 130-2)의 상단부일 수 있다.More specifically, step 22) is a partial region of the second insulating layer 150 deposited on a part of the first conductor 140-1 deposited on the nanostructure 130 (the region from which the fourth photoresist is removed). ) may be etched, and in this case, the etched region may be the upper end of the pillar portions 130-1 and 130-2 of both ends of the nanowire 130-3 of the nanostructure 130 .

24) 제 5 포토레지스트(포지티브 포토레지스트)를 코팅(예를 들어, 스핀 코팅(spin coating))하고, 25), 26) 제 6 포토마스크를 이용하여 UV 노광을 수행함에 따라, 소정의 중심영역의 제 5 포토레지스트를 제거할 수 있다. 24) Coating (eg, spin coating) a fifth photoresist (positive photoresist), 25), 26) UV exposure using a sixth photomask, and thus a predetermined central area of the fifth photoresist can be removed.

한편, 24) 단계에서 사용되는 제 5 포토레지스트는 제 1 포토레지스트 내지 제 4 포토레지스트와 같이 네거티브 포토레지스트가 아닌, 포지티브 포토레지스트를 사용할 수 있다. 이때, 기판까지 포토레지스트가 변성되지 않도록 에너지를 조절할 수 있다.On the other hand, the fifth photoresist used in step 24) may be a positive photoresist, not a negative photoresist like the first to fourth photoresists. At this time, the energy may be controlled so that the photoresist is not denatured to the substrate.

이후, 27) 전도성 물질 또는 금속산화물 센서 물질로서 산화아연(ZnO)을 포함하는 제 2 도전체의 씨앗층(163)을 증착하고, 28) 27)단계의 공정 수행 후, 남아 있는 제 5 포토레지스트를 제거할 수 있다. Thereafter, 27) a seed layer 163 of a second conductor including zinc oxide (ZnO) as a conductive material or metal oxide sensor material is deposited, and after the process of steps 28 and 27) is performed, the remaining fifth photoresist can be removed.

이 경우, 제 2 도전체(160)의 씨앗층을 증착할 때, 제 2 도전체(160)의 씨앗층은 취성(brittle) 물질로서, 기판(110) 표면에 증착이 이루어지지 않는 한, 쉽게 떨어져 나갈 수 있다. 따라서, UV 노광을 수행할 경우, 별도의 UV 노광 에너지의 정밀한 조절을 필요로 하지 않는다.In this case, when depositing the seed layer of the second conductor 160 , the seed layer of the second conductor 160 is a brittle material, and unless deposition is made on the surface of the substrate 110 , easily can come off Therefore, when UV exposure is performed, precise control of separate UV exposure energy is not required.

이때, 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1)를 이용하여 히터로 사용할 경우, 히터의 온도 분포는 불균일할 수 있는데, 여기서, 제 1 도전체(140-1)의 중심 영역의 온도가 제일 높게 나타나고, 제 1 도전체의 양 끝단으로 갈수록 온도가 감소하는 특징을 보인다. 이는, 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는 공중 부유형 나노 구조물상에 증착된 제 1 도전체(140-1)를 이용하여 히터로 사용하기 때문에 기판과 탄소 기둥부로의 열 손실이 적게 발생하게 되기 때문이며, 이때 제 1 도전체(140-1)의 크기가 작을수록 제 1 도전체(140-1)의 중심부와 양 끝단의 온도 차이는 크게 나타날 수 있다.At this time, when the air-floating nanostructure-based gas sensor 100 is used as a heater using the first conductor 140-1 deposited on the upper surface of the nanostructure 130, the temperature distribution of the heater may be non-uniform, Here, the temperature of the central region of the first conductor 140-1 is the highest, and the temperature decreases toward both ends of the first conductor. This is because the air floating nano structure-based gas sensor 100 uses the first conductor 140 - 1 deposited on the air floating nano structure as a heater, so that heat loss to the substrate and the carbon pillar is small. In this case, as the size of the first conductor 140-1 is smaller, the temperature difference between the center and both ends of the first conductor 140-1 may be larger.

한편, 제 2 도전체의 가스에 대한 반응성은 온도에 따라 달라진다. 따라서, 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)에서 제 2 도전체는 비교적 온도가 균일한 부분에 코팅되어야, 재현성 있고 신뢰성 있는 감지 결과를 보일 수 있기 때문에, 제 2 도전체의 씨앗층(163)은 제 1 도전체(140-1) 영역 표면에 증착된 제 2 절연층(150)에서 소정의 중심영역(또는 나노 와이어(130-3)에서의 소정의 중심영역일 수 있음)에 증착될 수 있다.On the other hand, the reactivity of the second conductor to the gas varies depending on the temperature. Therefore, in the floating nanostructure-based gas sensor 100, the second conductor must be coated on a relatively uniform temperature portion to show reproducible and reliable sensing results, so the seed layer 163 of the second conductor ) to be deposited in a predetermined central region (or may be a predetermined central region in the nanowire 130-3) in the second insulating layer 150 deposited on the surface of the first conductor 140-1 region. can

일 예로서, 제 2 도전체(160)는 제 1 도전체(140-1) 영역 표면에 증착하는 제 2 절연층(150)에서 가열 온도가 균일한 부분(온도편차 10도 이내)에 선택적으로 코팅하기 위하여 전체 나노 와이어(130-3) 길이(예를 들어, 135 ㎛)에서 소정의 부분(예를 들어, 60㎛)에 해당하는 제 2 절연층(150)의 표면에 증착(또는 코팅)할 수 있다.As an example, the second conductor 160 is selectively placed on a portion (within a temperature difference of 10 degrees) having a uniform heating temperature in the second insulating layer 150 deposited on the surface of the region of the first conductor 140-1. For coating, deposition (or coating) on the surface of the second insulating layer 150 corresponding to a predetermined portion (eg, 60 μm) in the entire nanowire 130-3 length (eg, 135 μm) can do.

이후, 29) 일정한 압력과 온도가 유지되는 밀폐된 용기(autoclave)에서 27) 단계에서 증착된 제 2 도전체 씨앗층 상면에 제 2 도전체를 구성하는 나노물질 (일 예로서 나노와이어)를 수열(水熱)법으로 성장시킬 수 있다. Then, 29) in a sealed container (autoclave) in which constant pressure and temperature are maintained, nanomaterials (an example, nanowires) constituting the second conductor on the upper surface of the second conductor seed layer deposited in step 27) are sequenced (水熱) method can be grown.

도 7 및 도 8을 참조하면, 29)단계를 통해 수열법으로 성장된 제 2 도전체(160, ZnO)는 금속산화물 씨앗층(163)과 금속산화물 씨앗층 표면에 형성된 금속산화물 나노와이어(165)를 포함할 수 있으며, 금속산화물 나노와이어는 금속산화물 씨앗층의 표면에 방사형태로 성장할 수 있다. 7 and 8, the second conductor 160, ZnO grown by the hydrothermal method through step 29) is a metal oxide seed layer 163 and a metal oxide nanowire 165 formed on the surface of the metal oxide seed layer. ), and the metal oxide nanowires can grow radially on the surface of the metal oxide seed layer.

따라서, 제 2 절연층(150)의 두께보다 제 2 도전체(160, ZnO)의 두께가 두꺼울 수 있다. 더 나아가, 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)의 단면을 살펴보면, 나노 구조물(130)의 나노 와이어(130-3)에 제 1 도전체(140-1)가 코팅되어 있고, 제 1 도전체(140-1)에 제 2 절연층(150, HfO2)가 코팅되어 있으며, 제 2 절연층(150, HfO2)의 중심 영역에 제 2 도전체(160, ZnO)가 증착되어 있는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, the thickness of the second conductor 160 (ZnO) may be greater than the thickness of the second insulating layer 150 . Furthermore, looking at the cross section of the floating nanostructure-based gas sensor 100 , the nanowire 130-3 of the nanostructure 130 is coated with a first conductor 140-1, and the first conductor The second insulating layer 150, HfO 2 is coated on the sieve 140-1, and the second conductor 160, ZnO is deposited in the central region of the second insulating layer 150, HfO 2 . can be checked

이후 30) 제 6 포토레지스트를 코팅(예를 들어, 스핀 코팅(spin coating))하고, 31), 32) 제 7 포토마스크를 이용하여 UV 노광을 수행함에 따라, 소정의 영역의 제 6 포토레지스트를 제거할 수 있다.After 30) coating (eg, spin coating) the sixth photoresist, 31), and 32) UV exposure using the seventh photomask, the sixth photoresist in a predetermined area can be removed.

여기서, 제 6 포토레지스트는 네거티브 포토레지스트일 수 있다.Here, the sixth photoresist may be a negative photoresist.

33) 전자빔 증착(E-beam evaporation)을 이용하여 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1)와 제 2 절연층(150)의 양측 각각과 접하는 영역과, 제 2 절연층(150)의 일부와 제 2 도전체(160)의 양측 각각과 접하는 영역에 제 1 전극영역 및 제 2 전극 영역으로써, 전기 전도도가 높은 물질을 증착할 수 있다. 일 예로서, 전기 전도도가 높은 물질은 금(Au)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.33) A region in contact with both sides of the first conductor 140-1 and the second insulating layer 150 deposited on the upper surface of the nanostructure 130 using E-beam evaporation, and the second insulation A material having high electrical conductivity may be deposited as a first electrode region and a second electrode region in a region in contact with a portion of the layer 150 and both sides of the second conductor 160 . As an example, the material having high electrical conductivity may include gold (Au), but is not limited thereto.

예를 들어, 33)단계에서 증착하는 방법은 전자빔 증착에 한전되지 않고, thermal evaporation, sputtering 등의 도전체를 증착하는 방법이 사용될 수 있다.For example, the deposition method in step 33) is not limited to electron beam deposition, and a method of depositing a conductor such as thermal evaporation or sputtering may be used.

이후, 34) 33)단계의 공정 수행 후, 남아 있는 제 6 포토레지스트를 제거할 수 있다. Thereafter, after the process of step 34) 33) is performed, the remaining sixth photoresist may be removed.

도 9는 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서의 성능을 확인하기 위한 실험을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.9 is a view showing the results of performing an experiment to confirm the performance of the air-floating nanostructure-based gas sensor according to an embodiment.

도 9를 참조하면, 히터로 사용 가능한 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1) 영역에 전압을 인가하면, 제 1 도전체(140-1) 영역이 가열되고, 이에 따라 제 2 도전체(160)의 물질의 저항이 감소하게 될 수 있다.Referring to FIG. 9 , when a voltage is applied to the region of the first conductor 140-1 deposited on the upper surface of the nanostructure 130 usable as a heater, the region of the first conductor 140-1 is heated, and thus Accordingly, the resistance of the material of the second conductor 160 may decrease.

따라서, 기 산출된 외부 온도에 따른 제 2 도전체 물질의 저항변화 정도 데이터를 통하여, 히터로 사용 가능한 나노 구조물(130) 상면에 증착되는 제 1 도전체(140-1) 영역에 전압을 인가함에 따라, 제 2 도전체(160)의 가열온도 값을 예측할 수 있다.Accordingly, applying a voltage to the region of the first conductor 140-1 deposited on the upper surface of the nanostructure 130 usable as a heater through the calculated resistance change degree data of the second conductor material according to the external temperature. Accordingly, the heating temperature value of the second conductor 160 may be predicted.

보다 상세하게, 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는 나노 구조물(130)의 상부에 증착되는 제 1 도전체(140-1)에 인가되는 전압에 따라 제 2 도전체(160)의 저항 값이 변화되고, 나노 구조물(130)의 상부에 증착된 제 1 도전체(140-1)의 평균 온도가 상승하는 것을 확인할 수 있다.In more detail, in the floating nanostructure-based gas sensor 100 , the resistance of the second conductor 160 according to the voltage applied to the first conductor 140-1 deposited on the nanostructure 130 . It can be seen that the value is changed and the average temperature of the first conductor 140 - 1 deposited on the nanostructure 130 is increased.

도 10은 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)를 사용하였을 때의 성능과 종래의 기판형 외부열원을 사용하였을 때의 성능을 비교한 그래프이다.10 is a graph comparing the performance when using the airborne nanostructure-based gas sensor 100 according to an embodiment and the performance when using a conventional substrate-type external heat source.

제 1 도전체에 전압을 인가하여 제 2 도전체를 가열하면, 제 2 도전체가 가스와 반응하여 제 2 도전체의 저항이 변하게 된다. 탐지하려는 가스가 포함되지 않은 순수한 공기 상에서의 제 2 도전체의 저항을 Ra, 탐지하려는 가스에 노출되었을 때의 제 2 도전체의 저항을 Rg라고 할 때, 탐지하려는 가스와 노출하면 제 2 도전체의 저항이 증가할 경우 가스센서의 반응성을 Rg/Ra로 표현할 수 있다.When a voltage is applied to the first conductor to heat the second conductor, the second conductor reacts with the gas to change the resistance of the second conductor. When the resistance of the second conductor in pure air not containing the gas to be detected is R a , and the resistance of the second conductor when exposed to the gas to be detected is R g , the second conductor is exposed to the gas to be detected. When the resistance of the conductor increases, the reactivity of the gas sensor can be expressed as R g /R a .

도 10을 참조하면, 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)를 사용하였을 때의 이산화질소 가스 농도에 따른 가스센서의 반응성에 관한 그래프 선은 빨간색 선으로, 종래의 기판형 외부열원을 사용하였을 때의 성능에 관한 그래프 선은 파란색으로 나타나 있다. Referring to FIG. 10 , the graph line regarding the reactivity of the gas sensor according to the nitrogen dioxide gas concentration when the airborne nanostructure-based gas sensor 100 is used is a red line, and when a conventional substrate-type external heat source is used The graph line for the performance of is shown in blue.

이때, 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)를 사용하였을 때의 성능과 종래의 기판형 외부열원을 사용하였을 때의 성능은 큰 차이를 보이고 있지 는 않는 반면, 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)를 사용할 경우에는 소모전력이 1.8mW이 소요되지만, 종래의 기판형 외부열원을 사용할 경우의 소모전력은 예를 들어, 50W ~ 70W가 소요될 수 있기 때문에 소모전력 면에서 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.At this time, there is no significant difference between the performance when the airborne nanostructure-based gas sensor 100 is used and the performance when the conventional substrate-type external heat source is used, whereas the airborne nanostructure-based gas sensor When 100 is used, power consumption is 1.8 mW, but when using a conventional substrate-type external heat source, power consumption is, for example, 50 W ~ 70 W, so it shows a big difference in power consumption. can be checked

따라서, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)의 소모전력이 종래의 기판형 외부열원을 사용하였을 때보다 훨씬 적다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 센서 구조 전체를 기판형 외부 열원으로 가열했을 때의 반응성과 공중 부유형 나노 구조물 기반 히터로 가열했을 때의 반응성이 유사한 것으로 볼 때, 제 2 도전체의 온도가 균일하게 가열되었음을 알 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the power consumption of the airborne nanostructure-based gas sensor 100 according to an embodiment is much less than when using a conventional substrate-type external heat source. In addition, it can be seen that the temperature of the second conductor was uniformly heated when the reactivity when the entire sensor structure was heated with a substrate-type external heat source and the reactivity when heated with an air-floating nanostructure-based heater were similar. .

한편, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는. 폴리머의 열분해(pyrolysis)를 통해 탄소(C)를 제외한 유기물 대부분이 휘발되는 과정에서 극심한 부피 감소(90%)가 일어나는 현상을 이용하여, 마이크로 스케일의 폴리머 구조를 제작하고 열분해함으로써 별다른 식각 또는 미세한 정렬(Alignment) 공정 없이 나노 스케일의 공중부유형 나노 구조물을 쉽게 제작을 할 수 있는 기술로써, 값비싼 장비나 기술, 재료가 필요하지 않고 대면적으로 공정이 가능하므로 생산 단가가 낮다는 특징이 있다. On the other hand, the floating nano-structure-based gas sensor 100 according to an embodiment. Using the phenomenon that an extreme volume reduction (90%) occurs in the process of volatilization of most organic substances except for carbon (C) through pyrolysis of the polymer, a micro-scale polymer structure is fabricated and pyrolyzed to produce a micro-scale polymer structure and perform special etching or fine alignment It is a technology that can easily produce nanoscale floating nanostructures without an alignment process. It does not require expensive equipment, technology, or materials, and it is characterized by a low production cost because it can be processed in a large area.

이때, 제 2 도전체(160, 산화아연, ZnO) 의 온도는 4.5 mW의 낮은 전력에서 즉시 600℃로 가열될 수 있으며, 종래의 기판형 외부 열원(250℃)을 사용했을 때와 견줄 만한 NO2 가스 검출 성능(최소 측정농도 100 ppb)을 1.8 mW의 극히 적은 소비 전력으로 달성할 수 있다.At this time, the temperature of the second conductor 160 (zinc oxide, ZnO) can be immediately heated to 600°C at a low power of 4.5 mW, and NO comparable to that when using a conventional substrate-type external heat source (250°C). 2 Gas detection performance (minimum measured concentration of 100 ppb) can be achieved with extremely low power consumption of 1.8 mW.

더 나아가, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는, 기판의 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈이 형성됨에 따라 포토레지스트의 높이 조절을 위한 정교한 현상(development) 공정을 수행하지 않아도, 나노 구조물(130)에 선택적으로 제 1 도전체(140-1, 140-2, 140-3, 140-4) 및 제 2 도전체(160)를 증착할 수 있다.Furthermore, in the airborne nanostructure-based gas sensor 100 according to an embodiment, as a groove having a predetermined opening is formed in the upper surface of the substrate, a groove having a predetermined opening is formed. ) process, the first conductors 140 - 1 , 140 - 2 , 140 - 3 , and 140 - 4 and the second conductor 160 may be selectively deposited on the nanostructure 130 .

또한, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서(100)는 나노 구조물(130)에 나노 패터닝 공정이 어려운, 연성이 좋은 금과 같은 물질을 용이하게 증착(또는 코팅)시킬 수 있다.In addition, the airborne nanostructure-based gas sensor 100 according to an embodiment can easily deposit (or coat) a material such as gold having good ductility, which is difficult to perform a nanopatterning process, on the nanostructure 130 .

이상에서 살펴본 바와 같이, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물기반 초 저전력 가스센서에서 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체 및 절연층의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체는 기판의 상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈의 바닥면에 증착된 제 1 도전체가 서로 전기적 절연을 이루기 때문에 나노 구조물 상부에 증착된 제 1 도전체를 이용하여 히터로 사용할 수 있다.As described above, in the ultra-low power gas sensor based on the floating nanostructure according to an embodiment, the first conductor deposited on a portion of the surface of the nanostructure and the first conductor deposited on a portion of the upper surface of the insulating layer are Since the first conductors deposited on the bottom surface of the groove having a predetermined opening, which are concave in the upper surface of the substrate, are electrically insulated from each other, the first conductor deposited on the nanostructure can be used as a heater.

또한, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물기반 초 저전력 가스센서는 제 1 도전체의 일부, 제 1 도전체가 증착되어 있지 않은 나노 구조물의 표면 중 일부, 제 1 절연 층의 일부 및 기판의 홈에 제 2 절연층이 증착되고, 나노 구조물상에 증착되어 있는 제 2 절연층의 표면 중 일부에 증착된 제 2 도전체를 이용하여 가스 센서로 사용할 수 있다.In addition, in the floating nanostructure-based ultra-low power gas sensor according to an embodiment, a portion of the first conductor, a portion of the surface of the nanostructure on which the first conductor is not deposited, a portion of the first insulating layer, and a groove of the substrate A second insulating layer is deposited on the nanostructure, and a second conductor deposited on a portion of the surface of the second insulating layer deposited on the nanostructure can be used as a gas sensor.

또한, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서는 종래의 기판부착형 또는 마이크로 사이즈의 히터와는 다른 공중부유형 나노 구조물을 이용하여 히터를 활용할 수 있기 때문에 초 저전력으로 구동이 가능하며, 제 2 도전체(본 발명에서는 금속 산화물 나노와이어가 사용됨)가 코팅된 공중부유형 나노 구조물 개발을 통해 다양한 응용 분야에 사용 가능하다.In addition, the ultra-low power gas sensor based on a floating nanostructure according to an embodiment can be operated with ultra-low power because it can utilize a heater using a floating nanostructure that is different from the conventional substrate-attached or micro-sized heater. It is possible, and it can be used in various applications through the development of a floating nanostructure coated with a second conductor (a metal oxide nanowire is used in the present invention).

또한, 일 실시예에 따른 공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 히터는 초소형 저전력 구동이 필요한 IoT에 응용될 수 있는 다양한 센서(가스 센서, 바이오센서, 온도 센서, 유량 센서 등)로 응용이 가능한 센서 플랫폼으로의 활용 가능하다.In addition, the ultra-low-power heater based on the floating nanostructure according to an embodiment is a sensor platform that can be applied to various sensors (gas sensor, biosensor, temperature sensor, flow sensor, etc.) that can be applied to IoT that requires ultra-small and low-power operation can be used as

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.Further, each block or each step may represent a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for executing the specified logical function(s). It should also be noted that in some alternative embodiments it is also possible for the functions recited in blocks or steps to occur out of order. For example, it is possible that two blocks or steps shown one after another may in fact be performed substantially simultaneously, or that the blocks or steps may sometimes be performed in the reverse order according to the corresponding function.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential quality of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 공중 부유형 나노 구조물 기반 가스센서
110: 기판
120: 제 1 절연층
130: 나노 구조물
140: 제 1 도전체
150: 제 2 절연층
160: 제 2 도전체
170: 제 1 전극
180: 제 2 전극
100: gas sensor based on floating nano structure
110: substrate
120: first insulating layer
130: nano structure
140: first conductor
150: second insulating layer
160: second conductor
170: first electrode
180: second electrode

Claims (18)

상부 표면에 요입 형성된, 소정의 개구부를 갖는 홈을 구비하는 기판;
상기 상부 표면 상에 배치되되, 상기 홈의 개구부 중 일부를 커버하고 상기일부를 제외한 나머지 부분은 커버하지 않는 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 상에 배치되는 나노 구조물;
상기 나노 구조물의 표면 중 일부, 상기 제 1 절연층의 상면의 일부분 및 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착되는 제 1 도전체;
상기 제 1 도전체의 일부, 상기 제 1 도전체가 증착되어 있지 않은 상기 나노 구조물의 표면 중 일부, 상기 제 1 절연 층의 일부 및 상기 기판의 홈에 증착되는 제 2 절연층;
상기 나노 구조물상에 증착되어 있는 제 2 절연층의 표면 중 일부에 형성된 제 2 도전체;
상기 나노 구조물 상면에 증착되는 제 1 도전체와 제 2 절연층의 양측 각각과 접하는 제 1 전극; 및
상기 제 2 절연층의 일부와 상기 제 2 도전체의 양측 각각과 접하는 제 2 전극을 포함하되,
상기 제 1 도전체는 상기 제 2 도전체와 서로 절연되는
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서.
A substrate comprising: a substrate having a groove having a predetermined opening formed in the upper surface of the concave;
a first insulating layer disposed on the upper surface, the first insulating layer covering a portion of the opening of the groove and not covering the remaining portion except for the portion;
a nanostructure disposed on the first insulating layer;
a first conductor deposited on a portion of the surface of the nanostructure, a portion of an upper surface of the first insulating layer, and a portion of the bottom surface of the groove, which is vertically opposite to the opening not covered by the first insulating layer;
a portion of the first conductor, a portion of the surface of the nanostructure on which the first conductor is not deposited, a portion of the first insulating layer, and a second insulating layer deposited in the groove of the substrate;
a second conductor formed on a portion of the surface of the second insulating layer deposited on the nanostructure;
a first electrode in contact with both sides of the first conductor and the second insulating layer deposited on the upper surface of the nanostructure; and
a second electrode in contact with a portion of the second insulating layer and both sides of the second conductor,
The first conductor is insulated from the second conductor
Ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체 및 상기 제 1 절연층의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체는, 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착된 제 1 도전체와 서로 절연되는
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서.
The method of claim 1,
The first conductor deposited on a portion of the surface of the nanostructure and the first conductor deposited on a portion of the upper surface of the first insulating layer are deposited on a portion perpendicular to the opening not covered by the first insulating layer insulated from each other with the first conductor
Ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층과 상기 제 2 절연층을 구성하는 물질은 서로 상이한
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서.
The method of claim 1,
Materials constituting the first insulating layer and the second insulating layer are different from each other
Ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도전체, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은,
금(Au)을 포함하는,
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서.
The method of claim 1,
The first conductor, the first electrode, and the second electrode,
containing gold (Au),
Ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 도전체는,
산화아연(ZnO)을 포함하는,
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서.
The method of claim 1,
The second conductor is
containing zinc oxide (ZnO),
Ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 홈의 개구부 중 상기 나머지 부분의 넓이는,
상기 홈의 바닥면의 넓이보다 좁은
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서.
The method of claim 1,
The width of the remaining part of the opening of the groove is,
narrower than the width of the bottom surface of the groove
Ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층이 커버하는 상기 홈의 개구부 중 일부는,
상기 홈의 개구부의 가장자리인
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서.
The method of claim 1,
Some of the openings of the grooves covered by the first insulating layer are
the edge of the opening of the groove
Ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조물은,
상기 제 1 절연층 상에 배치되는 기둥부; 및
상기 기둥부에 의해 지지되며 상기 홈의 개구부를 가로지르도록 배치되는 나노 와이어를 포함하는
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서.
The method of claim 1,
The nanostructure is
a pillar portion disposed on the first insulating layer; and
and a nanowire supported by the pillar part and disposed to cross the opening of the groove
Ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 8 항에 있어서,
상기 나노 구조물은 상기 기둥부를 2개 포함하고,
상기 나노 와이어의 양단은,
상기 2개의 기둥부 각각에 의해서 지지되는
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서.
9. The method of claim 8,
The nanostructure includes two pillars,
Both ends of the nanowire,
supported by each of the two pillars
Ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 1 절연층이 형성되어 있는 기판의 상부 표면 상에, 소정의 개구부를 갖는 홈을 요입 형성하는 단계;
상기 제 1 절연층 상에 나노 구조물을 형성하는 단계;
상기 나노 구조물의 표면 중 일부, 상기 제 1 절연층의 상면의 일부분 및 상기 홈의 바닥면 중에서 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 제 1 도전체를 증착하는 단계;
상기 제 1 도전체의 일부, 상기 제 1 도전체가 증착되어 있지 않은 상기 나노 구조물의 표면 중 일부, 상기 제 1 절연 층의 일부 및 상기 기판의 홈에 제 2 절연층을 증착하는 단계;
상기 나노 구조물상에 증착되어 있는 제 2 절연층의 표면 중 일부에 제 2 도전체를 증착하는 단계;
상기 나노 구조물 상면에 증착되는 제 1 도전체와 제 2 절연층의 양측 각각과 접하는 제 1 전극영역을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 절연층의 일부와 상기 제 2 도전체의 양측 각각과 접하는 제 2 전극영역을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제 1 도전체는 상기 제 2 도전체와 서로 절연되는
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법.
forming a groove having a predetermined opening on the upper surface of the substrate on which the first insulating layer is formed;
forming a nanostructure on the first insulating layer;
depositing a first conductor on a portion of the surface of the nanostructure, a portion of an upper surface of the first insulating layer, and a portion of a bottom surface of the groove, which is perpendicular to the opening not covered by the first insulating layer;
depositing a second insulating layer on a part of the first conductor, a part of the surface of the nanostructure on which the first conductor is not deposited, a part of the first insulating layer, and a groove of the substrate;
depositing a second conductor on a portion of the surface of the second insulating layer deposited on the nanostructure;
forming a first electrode region in contact with both sides of the first conductor and the second insulating layer deposited on the upper surface of the nanostructure; and
Forming a second electrode region in contact with a portion of the second insulating layer and each of both sides of the second conductor,
The first conductor is insulated from the second conductor
A method for manufacturing an ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 10 항에 있어서,
상기 나노 구조물의 표면 중 일부에 증착된 제 1 도전체 및 상기 제 1 절연층의 상면의 일부분에 증착된 제 1 도전체는, 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 개구부에 수직 대향하는 부분에 증착된 제 1 도전체와 서로 절연되는
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The first conductor deposited on a portion of the surface of the nanostructure and the first conductor deposited on a portion of the upper surface of the first insulating layer are deposited on a portion perpendicular to the opening not covered by the first insulating layer insulated from each other with the first conductor
A method for manufacturing an ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 절연층과 상기 제 2 절연층을 구성하는 물질을 서로 상이한
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The materials constituting the first insulating layer and the second insulating layer are different from each other.
A method for manufacturing an ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 도전체, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은,
금(Au)을 포함하는,
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The first conductor, the first electrode, and the second electrode,
containing gold (Au),
A method for manufacturing an ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 도전체는,
산화아연(ZnO)을 포함하는,
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The second conductor is
containing zinc oxide (ZnO),
A method for manufacturing an ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 10 항에 있어서,
상기 홈의 개구부 중 상기 제 1 절연층이 커버하지 않는 부분의 넓이는,
상기 홈의 바닥면의 넓이보다 좁은
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
An area of the opening of the groove not covered by the first insulating layer is,
narrower than the width of the bottom surface of the groove
A method for manufacturing an ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 절연층이 커버하는 상기 홈의 개구부 중 일부는,
상기 홈의 개구부의 가장자리인
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Some of the openings of the grooves covered by the first insulating layer are
the edge of the opening of the groove
A method for manufacturing an ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 10항에 있어서,
상기 나노 구조물을 형성하는 단계는,
상기 제 1 절연층 상에 기둥부를 형성하는 단계; 및
상기 기둥부에 의해 지지되며 상기 홈의 개구부를 가로지르도록 나노 와이어를 형성하는 단계를 포함하는
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The step of forming the nanostructure,
forming a pillar portion on the first insulating layer; and
It is supported by the pillar part and comprises the step of forming a nanowire to cross the opening of the groove
A method for manufacturing an ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
제 17 항에 있어서,
상기 나노 구조물을 형성하는 단계는,
상기 제 1 절연층 상에 상기 기둥부를 2개 형성하고,
상기 나노 와이어 양단은,
상기 2개의 기둥부 각각에 의해서 지지되는
공중 부유형 나노 구조물 기반 초 저전력 가스센서 제조 방법.
18. The method of claim 17,
The step of forming the nanostructure,
Forming the two pillar parts on the first insulating layer,
Both ends of the nanowire,
supported by each of the two pillars
A method for manufacturing an ultra-low-power gas sensor based on floating nanostructures.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101027074B1 (en) 2008-10-23 2011-04-05 서울대학교산학협력단 nanostructure gas sensors and nanostructure gas sensor array with metal oxide layer and method of producing the same
KR20130033939A (en) * 2011-09-27 2013-04-04 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Fabrication method for gas sensor and temperature sensor based on suspended carbon nanowires
KR20150026012A (en) * 2013-08-30 2015-03-11 에스케이이노베이션 주식회사 GAS SENSOR and Method for Manufacturing GAS SENSOR
KR101665020B1 (en) * 2015-10-28 2016-10-24 울산과학기술원 GAS SENSOR and Method for Manufacturing GAS SENSOR
KR20170000211A (en) * 2015-06-23 2017-01-02 한국과학기술원 Suspended type nanowire array and manufacturing method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010037655A (en) * 1999-10-19 2001-05-15 이진경 Low Power type Ceramic Gas Sensor Fabricated by Micromachining Technology and Fabrication Method Thereof
KR101302058B1 (en) 2011-05-25 2013-08-29 연세대학교 산학협력단 manufacturing method of gas sensor based on suspended carbon nanotube
KR101912913B1 (en) * 2016-11-09 2018-10-29 동국대학교 산학협력단 Ultraviolet sensor and fabricating method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101027074B1 (en) 2008-10-23 2011-04-05 서울대학교산학협력단 nanostructure gas sensors and nanostructure gas sensor array with metal oxide layer and method of producing the same
KR20130033939A (en) * 2011-09-27 2013-04-04 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Fabrication method for gas sensor and temperature sensor based on suspended carbon nanowires
KR20150026012A (en) * 2013-08-30 2015-03-11 에스케이이노베이션 주식회사 GAS SENSOR and Method for Manufacturing GAS SENSOR
KR20170000211A (en) * 2015-06-23 2017-01-02 한국과학기술원 Suspended type nanowire array and manufacturing method thereof
KR101665020B1 (en) * 2015-10-28 2016-10-24 울산과학기술원 GAS SENSOR and Method for Manufacturing GAS SENSOR

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