KR20220032363A - Mems 수소 센서 및 그를 포함한 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MEMS 수소 센서 및 그를 포함한 시스템 에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 수소 센서는, 수소가스를 감지하는 감지 소자; 상기 감지 소자의 주변을 감싸는 빙결 방지 소자; 및 상기 감지 소자와 동일한 저항값을 갖는 보상 소자를 포함할 수 있다.

Description

MEMS 수소 센서 및 그를 포함한 시스템{MEMS hydrogen sensor and hydrogen sensing system}
본 발명은 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 수소 센서 및 그를 포함한 시스템 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감지 소자와 보상 소자를 통합한 접촉 연소식 MEMS 수소센서에 관한 것이다.
수소센서는 수소전기차 뿐만 아니라 수소생산/이송/활용의 전 영역에서 소요되는 안전관리를 위한 필수 센서이다. 수소 저장소, 연료전지시스템이 운영되는 곳에는 수소누출을 감지하기 위한 센서 및 모니터링 시스템이 설치되어 운영되고 있다.
수소의 특성은 공기 중에서 수소가스의 농도가 4%이상, 20uJ이상의 스파크나 표면온도 135°C 이상인 물체를 만나면 발화되어 폭발하는 것으로 알려져 있다. 이처럼 수소는 안전 및 취급상 어려움이 있어 수소누설 감지를 위한 센서가 개발되어 적용 중이다.
수소 전기차량에서 수소센서는 저장용기, 배관계 이음매 부근, 연료전지스택 주변과 같은 곳에 장착되고 있으며, 수소 센서는 감지된 수소농도값을 차량 제어계통의 장치에 송신하여 각 제어계통 장치가 즉각적으로 차량 안전을 확보하는 조치를 하도록 한다.
수소 센서의 수소감지 기술은 촉매, 열전도, 전기화학, 저항, 일함수, 기계식, 광학식, 음향방식으로 나뉘어지며 수소 전기차량 및 수소 시스템용 누설감지 센서에는 측정농도/반응속도/내구성을 고려하여 촉매, 열전도, 저항, 기계식의 수소 감지 기술이 적합하다.
촉매방식 중 접촉연소식 수소센서는 수소가스가 촉매와 접촉하여 산소와 산화반응을 할 때 발생하는 열을 이용하여 히터의 저항을 측정하는 방식으로, MEMS 구조 적용으로 빠른 반응속도, 높은 가스 선택도 특성을 나타내어 현재 차량에 적용되고 있다.
하지만 이러한 접촉 연소식 수소센서는 반응원리 상 반응습기가 발생하여 가혹한 차량환경(-40°C ~ 105°C), 특히 저온에서 감지부 표면에 빙결이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 빙결 제거를 위한 히터가 추가로 존재하고 온도 보상을 위해 감지 소자 및 보상 소자 각각으로 휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 회로를 구성하여 수소농도를 측정하고 있다.
종래의 접촉 연소식 수소센서는 도 1a, 1b와 같이 감지 소자(40), 보상 소자(50) 각각을 구성하고 외부 저항 R1, R2까지 총 4개의 소자로 구성되어 칩 면적 소모가 크고 소자간 저항 차이가 낮아 보상이 어려운 문제점이 있다. 또한, 하나의 소자(40) 마다 단자가 4개씩 존재하여, 2개의 소자(40, 50)에 대한 단자가 8개가 되어 8개의 와이어본딩이 필요하고, 측정 회로(20)뿐만 아니라 히터 구동 회로(30)도 필요로 하여 면적 소모가 큰 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 빙결 방지 기능, 감지 기능 및 보상 기능을 통합하여 원가 절감 및 소자간 저항 차이를 최소화할 수 있는 단일 MEMS 수소 센서 및 그를 포함한 시스템 를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 수소 센서는, 수소가스를 감지하는 감지 소자; 상기 감지 소자의 주변을 감싸는 빙결 방지 소자; 및 상기 감지 소자와 동일한 저항값을 갖는 보상 소자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 감지 소자 상부에 형성되어 상기 수소 가스와 반응하는 촉매층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 감지 소자는, 상기 MEMS 수소 센서의 중앙에 형성되고, 상기 보상 소자는,.상기 감지 소자의 제 1 방향에 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 빙결 방지 소자는, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 상기 감지 소자의 양측에 형성되는 제 1 빙결 방지 소자; 및 제 2 빙결 방지 소자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 감지 소자, 상기 보상 소자, 상기 제 1 빙결 방지 소자, 및 상기 제 2 빙결 방지 소자의 끝단에 각각 구비되는 복수개의 전극 패드를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 회로의 상기 감지 소자, 상기 보상 소자, 상기 제 1 빙결 방지 소자, 및 상기 제 2 빙결 방지 소자를 모두 포함하여 단일 소자로 형성되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 MEMS 수소 센서는, 수소가스를 감지하는 제 1 감지 소자; 상기 수소 가스를 감지하는 제 2 감지 소자; 상기 제 1 감지 소자와 상기 제 2 감지 소자의 주변을 감싸는 제 1 빙결 방지 소자 및 제 2 빙결 방지 소자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 빙결 방지 소자는 상기 제 1 감지 소자 및 상기 제 2 감지 소자의 좌측에 위치하고, 상기 제 2 빙결 방지 소자는 상기 제 1 감지 소자 및 상기 제 2 감지 소자의 우측에 위치하도록 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 감지 소자 및 상기 제 2 감지 소자의 상부에 형성되는 촉매층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 감지 소자와 상기 제 1 빙결 방지 소자의 저항값이 같고, 상기 제 2 감지 소자와 상기 제 2 빙결 방지 소자의 저항값이 동일한 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 수소 감지 시 상기 제 1 빙결 방지 소자와 상기 2 빙결 방지 소자의 저항값이 증가하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 MEMS 수소 감지 시스템은, 수소가스를 감지하는 제 1 감지 소자; 상기 수소 가스를 감지하는 제 2 감지 소자; 상기 제 1 감지 소자와 상기 제 2 감지 소자의 주변을 감싸는 제 1 빙결 방지 소자 및 제 2 빙결 방지 소자를 포함하는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 수소 센서; 외부 온도를 감지하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서에 의한 온도 센싱값을 이용하여 상기 수소 센서에 의한 출력신호를 보상하는 측정 회로를 포함할 수 있다.
본 기술은 빙결 방지 기능, 감지 기능 및 보상 기능을 통합한 단일 MEMS 수소 센서를 제공하여 원가 절감 및 소자간 저항 차이를 최소화할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 MEMS 수소 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 개략적인 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휘스톤 브릿지 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 측정 시스템의 구성을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 상세 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 감지 면적 비교를 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 구조도이다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 수소 측정을 위한 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 감지 면적을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)는 '미세 전자 기계시스템'을 뜻하며, MEMS 센서는 초소형의 고감도 센서로 물리적, 화학적, 생물학적 감지를 통해 외부 환경에 대한 감시, 검출 및 모니터링을 위한 도구로 활용되고 있다. 본 발명에서는 MEMS 수소 센서에 대한 기술을 개시하며 특히 접촉 연소식 수소 센서를 개시한다.
이하, 도 2a 내지 도 9c를 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 개략적인 도면이다.
종래에는 도 1a와 같이 외부 저항 2개와 수소센서 2개가 각각 독립적으로 하나의 칩에 구성되었으나, 도 2a와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서는 4개의 소자를 하나의 단일 소자로 구성한다. 즉 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서는 감지 소자, 보상 소자, 빙결 방지 소자를 모두 하나의 단일 소자로 통합하여 구성함으로써, 칩의 면적 소모를 감소시키고 단일 소자 제작을 위한 추가적인 공정 없이 전극 패턴 형상 변경을 통해 감지 기능, 보상 기능, 빙결 제거 기능을 통합함으로써 원가를 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서는 소자간의 저항 차이 발생을 방지하여 저항 차이로 인한 변화를 최소화할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 회로도이다. MEMS 수소 센서는 금속선 코일에 산화 촉매를 바른 감지 소자와 산화 촉매를 바르지 않은 보상용 소자를 사용하여 휘스톤 브릿지를 구성한다. 도 2b에서 R1, R2, R3, R4는 도 2a와 같이 단일 소자로 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서(100)의 측정 시스템의 구성을 나타내는 개략적인 도면이다. 단일 소자인 MEMS 수소 센서(100)의 단자(1, 2, 3, 4)에 측정 회로(200)가 연결되고, 1단과 4단 사이에 전압이 인가되고 2단과 3단 사이로 출력전압이 출력된다. 수소 농도의 변화에 따른 감지부의 저항변화를 소자 내 휘스톤 브릿지회로의 출력전압 변화로 측정할 수 있다.
측정 회로(200)는 MEMS 수소 센서(100)의 출력 전압을 측정하여 수소 누설 여부를 판단할 수 있다. 측정 회로(200)는 수소 센서(100)와 전기적으로 연결될 수 있고, 소프트웨어의 명령을 실행하는 전기 회로가 될 수 있으며, 이에 의해 후술하는 다양한 데이터 처리 및 계산을 수행할 수 있다. 측정 회로(200)는 예를 들어, CPU, 차량에 탑재되는 ECU(electronic control unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 다른 하위 제어기일 수 있다.
상기에서와 같이 동작하는 본 실시예에 따른 측정 회로(200)는 메모리와 각 동작을 처리하는 프로세서를 포함하는 독립적인 하드웨어 장치 형태로 구현될 수 있으며, 마이크로프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 다른 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 상세 구조도이다.
MEMS 수소 센서(100)는 빙결 방지부(R1, R2), 감지부(R3), 보상부(R4)로 구성되며 각 끝단에 전압입력단자 Vin, 출력전압 Va, Vb, 접지전압단 GND에 연결되는 각각의 전극 패드를 포함한다. 즉 각 전극 패드는 MEMS 수소 센서의 각 외곽에 대칭적으로 구비되어 MEMS 수소 센서에 전압이 인가되도록 전기적 연결을 수행할 수 있다. 즉 도 2b의 휘스톤 브릿지 회로를 구성하기 위한 4개의 각 저항 요소 R1, R2, R3, R4를 빙결 방지, 감지, 보상 등의 기능으로 구분하여 접촉 연소식 수소 센서의 저온 빙결 방지를 위한 기능을 수행할 수 있다.
이때, 감지부(R3)는 MEMS 수소 센서의 중앙에 위치하고, 보상부(R4)는 감지부의 제 1 방향(예, 하부)에 위치하며, 빙결 방지부(R1, R2)는 제 1 방향과 교차하는 방향인 제 2 방향(예, 좌우측)으로 감지부(R3)의 양측에 각각 형성된다.
Figure pat00001
상기 표 1은 단일 소자를 활용한 수소 감지 및 보상 예시를 나타낸다.
표 1을 참조하면 외부 온도 증가 시 각 저항 요소 R1, R2, R3, R4의 저항값이 모두 증가함을 알 수 있다.
상온에서 수소 온(ON) 시에 수소 반응에 의해 R3의 저항값이 증가함을 알 수 있다.
외부온도가 증가하고 수소가 온(ON) 상태인 경우 각 저항 요소 R1, R2, R3, R4가 증가하되 수소 반응올 R3의 저항값이 더욱 증가함을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 수소 센서는 수소를 감지하는 감지 소자(R3)를 감싸는 형태로 빙결 방지 소자(R1, R2)가 좌우측으로 원형의 형태로 형성되고, 감지 소자(R3)와 동일한 저항값을 갖는 보상 소자(R4)가 감지 소자(R3) 하부에 형성된다.
도 2b의 휘스톤 브릿지 회로에서와 같이 저항 소자 R1과 R3의 저항값이 동일하고, 저항 소자 R2와 R4의 저항값이 동일하면 전압차가 발생하지 않게 되어 Vab=0이 된다. 이후, 감지 소자 R3에 수소가 감지되면 촉매층에 수소 가스가 반응하여 반응열이 발생하여 저항 소자 R2의 저항값은 증가하여 출력전압 Va와 Vb의 전압차가 발생하게 된다. 이에 측정 회로(200)는 전압차를 측정하여 수소 누설 여부를 판단한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 감지 면적 비교를 위한 도면이다.
도 5의 501을 참조하면, 기존의 감지 소자로서, 촉매층(41), 빙결 방지 히터(42), 촉매 활성 히터(43)를 구비하며, 측매층이 없는 빙결 방지 히터(42), 촉매 활성 히터(43)로 구성된 보상 소자를 필요로 한다.
502는 감지 소자와 보상 소자를 단순히 통합한 구조로 일측은 감지 소자로 구동되고 다른 일측은 보상 소자로 구동됨으로써, 좌측의 감지 소자 부분만 감지 기능을 수행하여 감지 면적이 좁아질 수 있다.
503은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서로서 감지 소자의 감지 면적이 기존과 같이 넓음을 알 수 있다. 즉 본원 발명은 감지 소자와 보상 소자를 통합하더라도 기존과 같은 넓은 감지 면적을 확보할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 제조 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 제조 공정 과정을 나타낸다.
먼저, 도 6의 (a) 에 도시된 바와 같이, 백사이드 폴리싱(Back Side Polishing) 공정을 거쳐 미리 정한 범위의 두께를 가진 실리콘(Si)기판(601)을 구비한 상태에서 상기 실리콘 기판(601)의 상, 하부 양면에 건식(Dry) 산화방식으로 제1실리콘산화막(SiO2)(602, 603)을 미리 정한 두께로 형성한다.
이어서, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(601)의 상부면에 형성된 제1실리콘산화막(602)의 상부와, 실리콘 기판(601)의 하부면에 형성된 제1실리콘산화막(603)의 하부에 제1실리콘 질화막(Si3N4)(604, 605)을 미리 정한 두께로 형성한다.
다음으로, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(601)의 상부의 실리콘 제1질화막(Si3N4)(604) 상부에 전극층(606) 형성을 위한 금속 물질을 증착한다. 이때, 금속물질은 몰리브덴일 수 있다.
이어 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 전극층(606)은 도 4의 평면도와 같은 패턴으로 패터닝 될 수 있다.
이어서, 도 6의 (e)에 도시된 바와 같이, 패터닝된 전극층(607) 상부에 제2실리콘산화막(608)을 형성하고, 실리콘 기판(601)의 하부면에 형성된 제1실리콘산화막(603), 실리콘 질화막(Si3N4)(605)의 하부에 제2실리콘산화막(609)을 미리 정한 두께로 형성한다.
다음으로, 도 6의 (f)에 도시된 바와 같이, 제2실리콘산화막(608)의 상부와 제2실리콘산화막(609)의 하부에 각각 제2실리콘 질화막(Si3N4)(610, 611)을 미리 정한 두께로 형성한다.
이후, 도 6의 (g)에 도시된 바와 같이, 추후 백에칭을 통해 멤브레인구조 형성을 위한 패터닝을 수행한다. 즉 실리콘 기판(601) 상부의 구조물에서 멤브레인 구조가 형성될 부분의 양 끝단을 식각하여 홀(612, 613)을 형성한다.
이어서, 도 6의 (h)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(601) 상부의 구조물에 전극 패드 형성을 위해 식각 공정을 수행하여 전극층(607)의 일부가 노출되도록 하여 홀(614)을 형성한다.
도 6의 (i)에 도시된 바와 같이, 전극 패드 형성을 위한 홀(614)에 금속 물질을 일정 두께로 증착하여 전극 패드(615)를 형성한다.
도 6의 (j)에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(601)과, 실리콘 기판(601)의 상부면의 제1실리콘산화막(602), 실리콘 기판(601)의 하부면의 구조물(602, 605, 609, 611)을 건식(Dry) 방법 등으로 식각하여 멤브레인(616)을 형성한다.
도 6의 (k)에 도시된 바와 같이, 상기 제2 실리콘 질화막(Si3N4)(610) 상부에 촉매 역할을 위한 백금(Pt)을 증착하여 촉매층(617)을 형성한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 구조도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서는 보상 소자 대신에 2개의 빙결 방지 소자(R1, R4) 및 2개의 감지 소자(R2, R3)으로 구성될 수 있다. 이때, 빙결 방지 소자(R1)과 감지 소자(R3)의 저항값이 동일하고 상기 빙결 방지 소자(R4)와 감지 소자(R2)의 저항값이 동일하게 된다. 이후 수소 가스에 의해 반응열이 발생하면 빙결 방지 소자(R1, R4)의 저항값이 각각 증가하여 출력전압 Vab는 2배로 증가하게 된다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 수소 측정을 위한 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a를 참조하면 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서는 보상 소자를 구비하지 않아 대신에 측정 회로(500)와 온도 보상을 위한 온도 센서(600)를 이용할 수 있다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 감지 면적을 설명하기 위한 도면이고, 도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b를 참조하면 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MEMS 수소 센서는 감지소자(R2, R3)의 개수가 증가함에 따라 감지 면적이 증가할 수 있다.
도 9a를 참조하면 감지 소자가 1개인 경우와 2개인 경우 출력전압의 변화를 나타내며, 도 7의 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 수소 센서와 같이 감지 소자가 2개인 경우 감지 소자가 1개인 경우에 비해 출력전압의 변화가 큰 것을 알 수 있다.
즉 감지 소자가 2개인 경우, 출력신호는 외부 온도에 의한 저항 변화값과 수소에 의한 저항 변화값이 된다. 이에 외부 온도에 의한 저항 변화를 보상하기 위해 측정 회로(500)는 센서 동작 온도 환경에서 수소 센서의 출력 신호를 측정하고, 온도 센서(600)에 의해 측정된 온도 센싱값을 이용하여 출력신호를 보상할 수 있다.
즉 측정 회로(500)는 각 온도 조건 별 감지 소자의 저항값을 매핑한 후 2개의 감지 소자의 출력값(수소에 의한 저항 변화값 + 외부 온도에 의한 저항 변화값)에서 온도 센서의 측정값(예, 외부 온도에 의한 저항 변화)을 차감한 값을 센서 출력신호로서 출력할 수 있다.
도 9b에서는 반응열이 증가할수록 출력전압이 큼을 나타내며, 도 9c에서는 반영열에 의한 온도 분포를 나타낸다. 즉 촉매층의 수소 반응에 의한 반응열 증가에 따라 출력전압(Vab)의 변화를 해석한 결과, 반응열 증가에 따라 감지 소자의 저항값이 증가하여 선형적인 출력전압 변화를 모니터링하여 수소농도를 예상할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 단일 소자의 휘스톤 브릿지 회로 구성을 통해 원가 절감 및 소자간 저항 차이 최소화할 수 있고, 패턴 변경으로 추가적인 공정없이 감지 면적을 증가시킴으로써 원가 상승없이 단일 소자의 MEMS 수소 센서를 제작할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 수소가스를 감지하는 감지 소자;
    상기 감지 소자의 주변을 감싸는 빙결 방지 소자; 및
    상기 감지 소자와 동일한 저항값을 갖는 보상 소자
    를 포함하는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 수소 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지 소자 상부에 형성되어 상기 수소 가스와 반응하는 촉매층
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 수소 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지 소자는,
    상기 MEMS 수소 센서의 중앙에 형성되,
    상기 보상 소자는,
    상기 감지 소자의 제 1 방향에 형성되는
    것을 특징으로 하는 MEMS 수소 센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 빙결 방지 소자는,
    상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 상기 감지 소자의 양측에 형성되는 제 1 빙결 방지 소자; 및
    제 2 빙결 방지 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 수소 센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 감지 소자, 상기 보상 소자, 상기 제 1 빙결 방지 소자, 및 상기 제 2 빙결 방지 소자의 끝단에 각각 구비되는 복수개의 전극 패드
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 수소 센서.
  6. 청구항 4에 있어서,
    휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 회로의 상기 감지 소자, 상기 보상 소자, 상기 제 1 빙결 방지 소자, 및 상기 제 2 빙결 방지 소자를 모두 포함하여 단일 소자로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 수소 센서.
  7. 수소가스를 감지하는 제 1 감지 소자;
    상기 수소 가스를 감지하는 제 2 감지 소자;
    상기 제 1 감지 소자와 상기 제 2 감지 소자의 주변을 감싸는 제 1 빙결 방지 소자 및 제 2 빙결 방지 소자
    를 포함하는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 수소 센서.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 빙결 방지 소자는 상기 제 1 감지 소자 및 상기 제 2 감지 소자의 좌측에 위치하고,
    상기 제 2 빙결 방지 소자는 상기 제 1 감지 소자 및 상기 제 2 감지 소자의 우측에 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS 수소 센서.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 감지 소자 및 상기 제 2 감지 소자의 상부에 형성되는 촉매층
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 수소 센서.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 감지 소자와 상기 제 1 빙결 방지 소자의 저항값이 같고,
    상기 제 2 감지 소자와 상기 제 2 빙결 방지 소자의 저항값이 동일한 것을
    특징으로 하는 MEMS 수소 센서.
  11. 청구항 10에 있어서,
    수소 감지 시 상기 제 1 빙결 방지 소자와 상기 2 빙결 방지 소자의 저항값이 증가하는 것을 특징으로 하는 MEMS 수소 센서.
  12. 수소가스를 감지하는 제 1 감지 소자;
    상기 수소 가스를 감지하는 제 2 감지 소자;
    상기 제 1 감지 소자와 상기 제 2 감지 소자의 주변을 감싸는 제 1 빙결 방지 소자 및 제 2 빙결 방지 소자를 포함하는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 수소 센서;
    외부 온도를 감지하는 온도 센서; 및
    상기 온도 센서에 의한 온도 센싱값을 이용하여 상기 수소 센서에 의한 출력신호를 보상하는 측정 회로
    를 포함하는 MEMS 수소 감지 시스템.
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