KR20220137328A - Hydrogen measurement sensor and its manufacturing method - Google Patents

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울산과학기술원
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Abstract

The present invention provides a manufacturing method of a hydrogen measurement sensor, which comprises: a step of preparing a substrate; a step of patterning a first conductive substance having reactivity with respect to hydrogen on the substrate; a step of enabling a non-metal spacer to be atomic-layer deposited on an upper surface of the substrate and a surface of the first conductive substance; a step of depositing a second conductive substance with the reactivity with respect to hydrogen on a surface of the non-metal spacer; a step of removing the second conductive substance protruding from an upper surface of the first conductive substance; and a step of forming a nano-gap between the first conductive substance and the second conductive substance by removing the non-metal spacer on the surface of the first conductive substance by etching.

Description

수소 측정센서 및 그 제조방법{Hydrogen measurement sensor and its manufacturing method}Hydrogen measurement sensor and its manufacturing method

본 발명은 팔라듐으로 이루어진 금속 전극의 갭 크기를 정확하게 형성시킬 수 있는 수소 측정센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen measuring sensor capable of accurately forming a gap size of a metal electrode made of palladium and a method for manufacturing the same.

일반적으로, 수소는 미래 유망한 재생 에너지로서 현재 널리 이용되고 있는 화석연료의 유한성과 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있어, 수소에너지의 대중화 시대가 열릴 것으로 예상된다.In general, hydrogen is expected to open the era of popularization of hydrogen energy as it can solve both the finiteness and environmental pollution problems of fossil fuels, which are currently widely used as a promising renewable energy in the future.

그러나, 수소는 폭발성 가스로, 공기 중에 4% 이상이 존재하면 폭발의 위험성을 가지고 있어 수소가스에 대한 초기 감지가 필요하다.However, hydrogen is an explosive gas, and if there is more than 4% in the air, there is a risk of explosion, so initial detection of hydrogen gas is required.

최근에는 팔라듐 기반의 수소 감지 센서가 제안되고 있는데, 팔라듐 기반의 수소 감지 센서는 실온에서 외부 수소 환경에 대해 전기 전도도가 변하는 성질을 이용한 수소 가스 센서이다. 보다 구체적으로, 팔라듐 표면에서 외부 수소 분자가 원자 형태로 분리되어 표면에 흡착된 후 확산에 의해 팔라듐 원자 사이 빈 공간으로 원자 이동이 일어나 팔라듐 하이드라이드(PdHx)가 형성됨으로써 팔라듐이 팽창하면서 동시에 전기 전도도가 변화된다.Recently, a palladium-based hydrogen detection sensor has been proposed. The palladium-based hydrogen detection sensor is a hydrogen gas sensor using a property of changing electrical conductivity with respect to an external hydrogen environment at room temperature. More specifically, on the surface of palladium, external hydrogen molecules are separated in the form of atoms and adsorbed to the surface, and then atoms move to the empty space between the palladium atoms by diffusion to form palladium hydride (PdHx), thereby expanding the palladium and simultaneously conducting electrical conductivity. is changed

이러한, 팔라듐 기반의 수소 감지센서 제조방법으로는 기판 표면에 팔라듐으로 이루어진 박막을 결합한 후, 기판을 잡아 늘리는 방식으로 팔라듐 박막 사이에 갭을 만든 후, 박막을 수소 환경에 노출시켜 박막이 팽창하면서 갭 사이에 흐른 전류를 측정하는 기술이 제안된다.In this method of manufacturing a palladium-based hydrogen sensor, a thin film made of palladium is bonded to the substrate surface, a gap is created between the palladium thin films by stretching the substrate, and then the thin film is exposed to a hydrogen environment to expand the gap. A technique for measuring the current flowing between them is proposed.

그러나, 종래의 수소 감지센서 제조방법은, 팔라듐으로 이루어진 박막을 수소 환경에 노출시켜 박막의 팽창을 통한 물리적인 스트레인을 부과하면서 박막에 전극을 이루는 나노 갭이 형성되게 하는 바, 나노 갭의 크기를 정확하게 형성시키는데 한계가 있음과 더불어 물리적인 스트레인의 부과로 인해 전극 전체의 내구성도 약해져 오랜기간 사용이 어려운 문제점이 있다.However, in the conventional method of manufacturing a hydrogen sensing sensor, a thin film made of palladium is exposed to a hydrogen environment to apply a physical strain through the expansion of the thin film while forming a nano-gap constituting an electrode on the thin film. In addition to the limitation in accurately forming, the durability of the entire electrode is also weakened due to the imposition of physical strain, making it difficult to use for a long time.

이러한, 수소 감지센서 제조방법에 대한 관련기술은, 대한민국 공개특허 제10-2014-0143241호(2014.12.16)에 제시된다.A related technology for such a method for manufacturing a hydrogen detection sensor is presented in Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0143241 (2014.12.16).

본 발명은, 금속 전극 사이의 나노 갭이 정확하게 형성되게 함과 더불어 내구성이 우수한 수소 측정센서 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a hydrogen measuring sensor having excellent durability and a method for manufacturing the same while allowing a nano-gap between metal electrodes to be accurately formed.

본 발명은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 수소에 대한 반응성을 가지는 제1 전도성 물질을 패터닝하는 단계, 상기 기판 상면 및 제1 전도성 물질 표면에 비금속 스페이서를 원자층 증착하는 단계, 상기 비금속 스페이서 표면에 수소에 대한 반응성을 가지는 제2 전도성 물질을 증착하는 단계, 상기 제1 전도성 물질의 상면보다 돌출된 제2 전도성 물질 부분을 제거하는 단계, 상기 제1 전도성 물질 표면의 비금속 스페이서를 에칭으로 제거하여 제1 전도성물질과 제2 전도성 물질 사이에 나노 갭을 형성하는 단계를 포함하는 수소 측정센서의 제조방법을 제공한다.The present invention includes the steps of preparing a substrate, patterning a first conductive material having reactivity with hydrogen on the substrate, atomic layer deposition of a non-metal spacer on the upper surface of the substrate and the surface of the first conductive material, the non-metal Depositing a second conductive material having reactivity to hydrogen on a surface of the spacer, removing a portion of the second conductive material that protrudes from the upper surface of the first conductive material, etching the non-metal spacer on the surface of the first conductive material by etching It provides a method of manufacturing a hydrogen measuring sensor comprising the step of forming a nano-gap between the first conductive material and the second conductive material by removing it.

본 발명에 따른 수소 측정센서 및 그 제조방법은, 기판 상에 수소에 대한 반응성을 가지는 제1 전도성 물질을 패터닝한 후, 비금속 스페이서를 원자층 증착하고, 비금속 스페이서 표면에 수소에 대한 반응성을 가지는 제2 전도성 물질을 증착한다. 이후 제1 전도성 물질의 상면보다 돌출된 제2 전도성 물질 부분을 제거한 후, 제1 전도성 물질 표면의 비금속 스페이서를 에칭으로 제거하면 제1 전도성물질과 제2 전도성 물질 사이에 나노 갭을 형성되도록 제조하는 바, 나노 갭으로 이격된 제1 전도성 물질 및 제2 전도성 물질을 전극으로 연결할 경우, 일정한 나노 갭의 폭 크기가 일정하게 형성되어 전도성 물질의 팽창으로 인한 수소에 대한 측정이 정확하게 이루어지게 함과 더불어 제1 전도성 물질 및 제2 전도성 물질의 손상이 발생하지 않아 안정적인 내구성을 유지되게 한다.A hydrogen measuring sensor and a method for manufacturing the same according to the present invention include patterning a first conductive material having reactivity with respect to hydrogen on a substrate, depositing an atomic layer of a non-metal spacer, 2 Deposit a conductive material. After removing the portion of the second conductive material that protrudes from the upper surface of the first conductive material, removing the non-metal spacer on the surface of the first conductive material by etching to form a nano-gap between the first conductive material and the second conductive material When the first conductive material and the second conductive material spaced apart by the nano-gap are connected with an electrode, the width of the nano-gap is formed to be constant, so that hydrogen due to the expansion of the conductive material can be accurately measured. The first conductive material and the second conductive material are not damaged, so that stable durability is maintained.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 측정센서의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 측정센서의 제조방법 각 단계별 상태단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 측정센서의 제조방법에서 기판에 대한 구부림시 상태단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 측정센서의 제조방법에서 나노 갭을 전극과 연결하기 위해 제1 전도성 물질과 제2 전도성 물질에 패터닝을 수행하는 단계를 나타낸 상태도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hydrogen measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
2 to 6 are cross-sectional views of each stage of the method for manufacturing a hydrogen measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of the state when bending the substrate in the method of manufacturing a hydrogen measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a state diagram illustrating a step of performing patterning on a first conductive material and a second conductive material in order to connect a nano-gap with an electrode in the method for manufacturing a hydrogen measuring sensor according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 측정센서의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 수소 측정센서의 제조방법은, 기판(100)을 준비하는 단계(S100), 기판(100) 상에 수소에 대한 반응성을 가지는 제1 전도성 물질(200)을 패터닝하는 단계(S110), 기판(100) 상면 및 제1 전도성 물질(200) 표면에 비금속 스페이서(300)를 원자층 증착하는 단계(S120), 비금속 스페이서(300) 표면에 수소에 대한 반응성을 가지는 제2 전도성 물질(400)을 증착하는 단계(S130), 제1 전도성 물질(200)의 상면보다 돌출된 제2 전도성 물질(400) 부분을 제거하는 단계(S130), 제1 전도성 물질(200) 표면의 비금속 스페이서(300)를 에칭으로 제거하여 제1 전도성물질(200)과 제2 전도성 물질(400) 사이에 나노 갭(500)을 형성하는 단계(S140)를 포함한다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hydrogen measuring sensor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , in the method of manufacturing a hydrogen measuring sensor according to an embodiment, preparing a substrate 100 ( S100 ), a first conductive material 200 having reactivity with hydrogen on the substrate 100 . patterning (S110), atomic layer deposition of the non-metal spacer 300 on the upper surface of the substrate 100 and the surface of the first conductive material 200 (S120), the reactivity with respect to hydrogen on the surface of the non-metal spacer 300 Depositing the second conductive material 400 having the branches (S130), removing the portion of the second conductive material 400 that protrudes from the upper surface of the first conductive material 200 (S130), the first conductive material 200 ) forming a nano-gap 500 between the first conductive material 200 and the second conductive material 400 by removing the non-metallic spacer 300 on the surface by etching ( S140 ).

먼저, 기판(100)을 준비하는 단계(S100)를 살펴보면, 기판(100)은 제1 전도성물질(200)과 제2 전도성 물질(400)을 증착상태로 지지하는 판 부분이다. 이러한, 기판(100)은 물리적인 힘을 가할 경우 구부러짐이 가능하도록 플렉서블한 재질로 이루어지나, 이에 한정하지 않고 딱딱한 경질로 이루어질 수 있다. 즉, 기판(100)이 플렉서블한 재질일 경우는 천연고무, 합성고무, 폴리머 중 하나일 수 있으며, 이때, 합성고무는 PDMS일 수 있고, 폴리머는 PI일 수 있다. 그리고, 기판(100)이 딱딱한 경질일 경우는 PVC, PET, PES, 스테인리스 스틸 테이프, 실리콘, 쿼츠, 사파이어, 글라스 중 하나일 수 있다. 여기서, 기판(100)이 플렉서블한 재질로 이루어질 경우, 물리적인 힘을 가하여 구부러짐이 이루어지게 하고, 이를 통해 이후 형성될 제1 전도성물질(200)과 제2 전도성 물질(400) 사이의 간격을 조절하여 나노 갭(500)의 크기를 크게 하거나 작아지게 할 수 있다.First, looking at the step of preparing the substrate 100 ( S100 ), the substrate 100 is a plate portion supporting the first conductive material 200 and the second conductive material 400 in a deposited state. The substrate 100 is made of a flexible material to enable bending when a physical force is applied, but is not limited thereto and may be made of a hard material. That is, when the substrate 100 is made of a flexible material, it may be one of natural rubber, synthetic rubber, and polymer. In this case, the synthetic rubber may be PDMS, and the polymer may be PI. And, when the substrate 100 is hard, it may be one of PVC, PET, PES, stainless steel tape, silicon, quartz, sapphire, and glass. Here, when the substrate 100 is made of a flexible material, bending is made by applying a physical force, and through this, the gap between the first conductive material 200 and the second conductive material 400 to be formed later is adjusted. Thus, the size of the nano-gap 500 may be increased or decreased.

이후, 도 2와 같이 상기 기판(100)의 상면에 제1 전도성 물질(200)을 패터닝한다(S110). 여기서, 제1 전도성 물질(200)은 이후 형성될 제2 전도성 물질(400)과 함께 수소 측정센서의 전극을 구성하게 된다. 이러한, 제1 전도성 물질(200)의 패터닝은, 먼저 기판(100)에 감광성 수지를 도포하고 원하는 패턴이 형성된 포토마스크를 통해 감광성 수지 위에 자외선을 조사하는 표준 포토 리소그래피 또는 전자빔 리소그래피를 통해 패터닝을 한 후, 제 1 전도성 물질(200)을 일정한 두께로 증착되게 함으로써 이루어지게 할 수 있다. 이때, 제1 전도성 물질(200)은 직선 형태의 판을 상호 일정간격 이격되면서 나란하게 배치되게 한 패턴으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않음은 물론이다. 여기서, 제1 전도성 물질(200)은 수소 분위기 하에서 팽창된 후 수소의 제거시 다시 수축이 이루어지는 팔라듐 또는 팔라듐 합금을 사용할 수 있다. 그리고, 제1 전도성 물질(200)의 두께 'm1'은 수십 nm 내지 수십 ㎛ 일 수 있는데, 보다 구체적으로는 10 nm 내지 10㎛일 수 있다. 또한, 패터닝된 제1 전도성 물질(200) 간의 간격 'd'는 수십 nm ~ 수 cm일 수 있는데, 보다 구체적으로는 10 nm 내지 1 cm일 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 2 , the first conductive material 200 is patterned on the upper surface of the substrate 100 ( S110 ). Here, the first conductive material 200 constitutes the electrode of the hydrogen measuring sensor together with the second conductive material 400 to be formed later. The patterning of the first conductive material 200 is performed through standard photolithography or electron beam lithography in which a photosensitive resin is first applied to the substrate 100 and ultraviolet rays are irradiated onto the photosensitive resin through a photomask on which a desired pattern is formed. After that, the first conductive material 200 may be deposited to a predetermined thickness. In this case, the first conductive material 200 may be formed in a pattern in which straight plates are arranged side by side while being spaced apart from each other at a predetermined distance, but the present invention is not limited thereto. Here, the first conductive material 200 may use palladium or a palladium alloy that expands in a hydrogen atmosphere and then contracts again when hydrogen is removed. In addition, the thickness 'm 1 ' of the first conductive material 200 may be in the range of several tens of nm to several tens of μm, and more specifically, may be in the range of 10 nm to 10 μm. In addition, the distance 'd' between the patterned first conductive materials 200 may be several tens of nm to several cm, and more specifically, may be 10 nm to 1 cm.

이렇게, 기판(100) 상에 제1 전도성 물질(200)을 패터닝한 후에는, 도 3과 같이 기판(100) 상면 및 제1 전도성 물질(200) 표면에 비금속 스페이서(300)를 증착되게 한다(S120). 즉, 기판(100) 상면 및 제1 전도성 물질(200) 표면에 원자층 증착으로 비금속 스페이서(300)가 수 nm ~ 수백 ㎛의 두께로 형성되게 한다. 이때, 비금속 스페이서(300)의 두께는 이후 나노 갭(500)의 폭을 구성하게 되는 바, 형성시키고자 하는 나노 갭(500)의 폭 길이 'n'에 따라 비금속 스페이서(300)의 두께 's'를 선정하여 형성되게 할 수 있다. 여기서, 비금속 스페이서(300)는 산화 알루미늄을 사용할 수 있다.In this way, after patterning the first conductive material 200 on the substrate 100, the non-metal spacer 300 is deposited on the upper surface of the substrate 100 and the surface of the first conductive material 200 as shown in FIG. 3 ( S120). That is, the non-metal spacer 300 is formed with a thickness of several nm to several hundreds of μm by atomic layer deposition on the upper surface of the substrate 100 and the surface of the first conductive material 200 . At this time, the thickness of the non-metal spacer 300 constitutes the width of the nano-gap 500 thereafter. The thickness 's of the non-metal spacer 300 depends on the width 'n' of the nano-gap 500 to be formed. ' can be selected and formed. Here, the non-metal spacer 300 may use aluminum oxide.

상기 기판(100) 상면 및 제1 전도성 물질(200) 표면에 비금속 스페이서(300)를 증착시킨 후에는, 도 4와 같이 비금속 스페이서(300) 표면에 제2 전도성 물질(400)을 증착되게 한다(S130). 특히, 제2 전도성 물질(400)은 앞서 패터닝된 제1 전도성 물질(300) 사이에 형성되면서 수소 측정센서에서 전극을 구성하게 된다. 이때, 제2 전도성 물질(400)은 스퍼터링(Sputtering), 증발법(Evaporation) 등의 물리적 증착법과, 화학기상법(CVD: chemical vapor deposition), 원자층 증착법 등의 증착법 중 하나의 방법을 통해 증착될 수 있으며, 여기서는 증발법을 통해 증착될 수 있다. 그리고, 제2 전도성 물질(400)은 제1 전도성 물질(200)과 동일한 재질인 팔라듐 또는 팔라듐 합금을 사용할 수 있다.After depositing the non-metal spacer 300 on the upper surface of the substrate 100 and the surface of the first conductive material 200, the second conductive material 400 is deposited on the surface of the non-metal spacer 300 as shown in FIG. S130). In particular, the second conductive material 400 is formed between the previously patterned first conductive material 300 to constitute an electrode in the hydrogen measuring sensor. At this time, the second conductive material 400 may be deposited through one of a physical deposition method such as sputtering and evaporation, a chemical vapor deposition (CVD) method, and a deposition method such as an atomic layer deposition method. It may be, and here it may be deposited through evaporation. In addition, the second conductive material 400 may use palladium or a palladium alloy, which is the same material as the first conductive material 200 .

그리고, 상기 비금속 스페이서(300) 표면에 제2 전도성 물질(400)을 증착되게 할 때, 제2 전도성 물질(400)의 두께 'm2'는 제1 전도성 물질(200)의 두께 'm1'과 동일한 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 서로 다른 두께로 형성될 수 도 있음은 물론이다.And, when the second conductive material 400 is deposited on the surface of the non-metal spacer 300 , the thickness 'm 2 ' of the second conductive material 400 is the thickness 'm 1 ' of the first conductive material 200 . It may be formed to have the same thickness as, but is not limited thereto and may be formed to have different thicknesses.

이같이, 비금속 스페이서(300) 표면에 제2 전도성 물질(400)을 증착시킨 후에는 도 5와 같이 제1 전도성 물질(200)의 상면보다 상측으로 돌출된 제2 전도성 물질(400) 부분을 이온 밀링으로 제거하거나 테이프를 붙였다가 떼어냄으로서 제거한다(S140). 즉, 패터닝된 제1 전도성 물질(200) 사이에 배치된 제2 전도성 물질(400) 부분을 제외한 나머지 제2 전도성 물질(400)을 선택적으로 제거한다.In this way, after depositing the second conductive material 400 on the surface of the non-metal spacer 300 , the portion of the second conductive material 400 protruding upward from the upper surface of the first conductive material 200 is ion-milled as shown in FIG. 5 . It is removed by removing it or by attaching and peeling the tape (S140). That is, the remaining second conductive material 400 is selectively removed except for the portion of the second conductive material 400 disposed between the patterned first conductive materials 200 .

상기 제1 전도성 물질(200)의 상면보다 상측으로 돌출된 제2 전도성 물질(400) 부분을 에칭으로 제거한 후에는, 제1 전도성 물질(200) 표면의 비금속 스페이서(300)를 에칭으로 제거한다(S150). 즉, 도 6과 같이 비금속 스페이서(300)를 제거하여 제1 전도성 물질(200)과 제2 전도성 물질(400) 사이에 나노 갭(500)이 형성되게 한다. 이러한, 나노 갭(500) 형성시키는 단계에 대해 좀 더 상세하게 설명하면, 에칭 수용액을 통해 제1 전도성 물질(200) 표면에서 비금속 스페이서(300)를 제거하는 단계를 거친 후, 제1 전도성 물질(200) 표면과, 제2 전도성 물질(400) 표면 및, 제1 전도성 물질(200)과 제2 전도성 물질(400) 사이의 기판(100) 표면에 잔여하는 에칭 수용액과 비금속 스페이서가 혼합된 혼합물과 같은 이물질을 물과 같은 세정액으로 세척 제거하는 단계를 수행하고, 제1 전도성 물질(200) 표면과, 제2 전도성 물질(400) 표면 및, 제1 전도성 물질(200)과 제2 전도성 물질(400) 사이의 기판(100) 표면에 있는 세정액을 건조기로 증발 건조시키는 단계를 수행한다. 이같이, 에칭 수용액으로 비금속 스페이서(300)를 제거한 후, 세정액으로 이물질의 제거 및 세정액의 건조과정을 거칠 경우에 제1 전도성 물질(200) 표면과 제2 전도성 물질(400) 사이에 잔여 비금속 스페이서(300)와 에칭 수용액이 혼합된 상태의 이물질이 위치하는 것을 방지하여 나노 갭(500)의 폭이 일정한 간격을 유지되게 한다. 여기서, 제1 전도성 물질(200) 표면에서 비금속 스페이서(300)를 제거하는 에칭 수용액은 KOH 수용액 또는 NaOH 수용액을 이용하여 에칭할 수 있다. 여기서, 나노 갭(500)의 폭 길이 'n'은 앞서 설명한 바와 같이 비금속 스페이서(300)의 두께 's'에 대응되게 형성이 이루어지게 된다. After the portion of the second conductive material 400 that protrudes upward from the upper surface of the first conductive material 200 is removed by etching, the non-metal spacer 300 on the surface of the first conductive material 200 is removed by etching ( S150). That is, as shown in FIG. 6 , the non-metal spacer 300 is removed to form a nano-gap 500 between the first conductive material 200 and the second conductive material 400 . In a more detailed description of the step of forming the nano-gap 500 , after the step of removing the non-metal spacer 300 from the surface of the first conductive material 200 through an aqueous etching solution, the first conductive material ( 200) a mixture of an aqueous etching solution and a non-metal spacer remaining on the surface, the second conductive material 400, and the substrate 100 between the first conductive material 200 and the second conductive material 400; A step of washing and removing the same foreign material with a cleaning solution such as water is performed, and the surface of the first conductive material 200, the surface of the second conductive material 400, and the first conductive material 200 and the second conductive material 400 are performed. ) and performing a step of evaporating and drying the cleaning solution on the surface of the substrate 100 with a dryer. In this way, after removing the non-metallic spacer 300 with the etching aqueous solution, the remaining non-metallic spacer ( 300) and the etching aqueous solution are mixed to prevent foreign substances from being located, so that the width of the nano-gap 500 is maintained at a constant interval. Here, the etching solution for removing the non-metal spacer 300 from the surface of the first conductive material 200 may be etched using an aqueous KOH solution or an aqueous NaOH solution. Here, the width 'n' of the nanogap 500 is formed to correspond to the thickness 's' of the non-metal spacer 300 as described above.

이같이, 상기 제1 전도성 물질(200) 표면의 비금속 스페이서(300)를 제거하면, 패터닝된 제1 전도성 물질(200) 사이에 제2 전도성 물질(400)이 나노 갭(500)의 간격을 가지는 상태로 이격 형성된다. 이때, 제1 전도성 물질(200)과 제2 전도성 물질(400) 사이의 나노 갭(500) 폭 길이 'n'는 짧을 수록 민감도와 반응 및 회복시간 측면에서 유리할 수 있다.As such, when the non-metal spacer 300 on the surface of the first conductive material 200 is removed, the second conductive material 400 has a nano-gap 500 gap between the patterned first conductive materials 200 . is formed spaced apart by In this case, the shorter the width and length 'n' of the nano-gap 500 between the first conductive material 200 and the second conductive material 400 may be advantageous in terms of sensitivity, response, and recovery time.

이후, 형성된 나노 갭(500)의 길이를 조절하고, 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)에 전극을 연결하기 위한 패터닝 작업을 수행할 수 있다. 이러한, 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)에 전극을 연결하기 위한 패터닝 작업은 표준 포토 리소그래피 방법으로 이루어질 수 있는데 이에 대해 도 8의 (a) 내지 (d)를 참조하여 설명하면, 나노 갭(500)의 간격을 가지는 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)의 상면에 크롬으로 이루어진 마스크(600)를 배치한 상태에서 마스크(600)에 에칭으로 전극과 연결하기 위한 베이스 패턴(610)이 형성되게 하며(a)(b), 베이스 패턴(610)에 대응되는 부분의 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)을 이온밀링으로 제거하여 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)에 전극 패턴(620)이 형성되게 하고(c), 이후 마스크(600)를 에칭으로 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)의 상면에서 제거하는 단계(d)를 거쳐 이루어질 수 있다.Thereafter, a patterning operation for adjusting the length of the formed nano-gap 500 and connecting the electrodes to the first conductive material 200 and the second conductive material 400 may be performed. The patterning operation for connecting the electrodes to the first conductive material 200 and the second conductive material 400 may be performed by a standard photolithography method, which will be described with reference to FIGS. 8A to 8D. On the other hand, in a state in which the mask 600 made of chromium is disposed on the upper surfaces of the first conductive material 200 and the second conductive material 400 having a gap of the nanogap 500 , the electrode and the electrode are formed on the mask 600 by etching. The base pattern 610 for connection is formed (a) (b), and the first conductive material 200 and the second conductive material 400 of the portion corresponding to the base pattern 610 are removed by ion milling. The electrode pattern 620 is formed on the first conductive material 200 and the second conductive material 400 (c), and then the mask 600 is etched to the first conductive material 200 and the second conductive material ( 400) may be performed through the step (d) of removing it from the upper surface.

이같이, 상기 나노 갭(500)으로 이격된 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)을 전극으로 연결할 경우, 수소 측정센서로 사용할 수 있다. 즉, 수소 분위기 하에서, 수소가 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)에 흡착하게 되면, 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)이 팽창하게 되어, 나노 갭(500)의 폭이 작아지면서 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)의 상호 연결에 의해 전류가 흐르게 되고(On), 이에 따라 수소를 검출하게 된다. 이후, 수소 분위기가 제거되면, 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)은 수축하게 되고, 이에 따라 나노 갭(500)의 폭이 다시 원상태로 복원되면서 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)이 이격되면서 전류가 흐르지 못하게 된다(Off).In this way, when the first conductive material 200 and the second conductive material 400 spaced apart by the nano-gap 500 are connected as electrodes, they can be used as a hydrogen measuring sensor. That is, when hydrogen is adsorbed to the first conductive material 200 and the second conductive material 400 under a hydrogen atmosphere, the first conductive material 200 and the second conductive material 400 expand, so that the nano-gap As the width of 500 decreases, a current flows (On) by the interconnection of the first conductive material 200 and the second conductive material 400 , and thus hydrogen is detected. Thereafter, when the hydrogen atmosphere is removed, the first conductive material 200 and the second conductive material 400 are contracted, and accordingly, the width of the nano-gap 500 is restored to its original state and the first conductive material 200 . And as the second conductive material 400 is spaced apart, current does not flow (Off).

또한, 도 7과 같이 상기 제1 전도성 물질(200) 표면의 비금속 스페이서(300)를 에칭으로 제거하여, 제1 전도성 물질(200) 사이에 제2 전도성 물질(400)이 나노 갭(500)의 간격을 가지도록 형성시킨 후에는, 기판(100)을 물리적인 힘을 가해 오목하게 구부린 상태로 유지시켜 제1 전도성 물질(200)과 제2 전도성 물질(400) 사이의 나노 갭(500) 폭 길이 'n'를 변화시킬 수도 있다. 즉, 제1 전도성 물질(200)과 제2 전도성 물질(400) 상측 사이의 나노 갭(500) 폭 길이 'n'가 짧아지도록 하면서 수소환경에 따른 민감도와 반응 및 회복시간을 유리하게 할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 7 , the non-metal spacer 300 on the surface of the first conductive material 200 is removed by etching, so that the second conductive material 400 is formed between the first conductive materials 200 in the nano-gap 500 . After forming to have a gap, the substrate 100 is maintained in a concavely bent state by applying a physical force to the nano-gap 500 between the first conductive material 200 and the second conductive material 400 , the width and length You can also change 'n'. That is, the width and length 'n' of the nano-gap 500 between the upper side of the first conductive material 200 and the second conductive material 400 can be shortened, and the sensitivity and reaction and recovery time according to the hydrogen environment can be advantageously improved. .

이때, 상기 나노 갭(500)은 기판(100)에 가까운 쪽의 폭 길이 'n2''보다 먼 쪽의 폭 길이'n2'가 더 길게 변하는데, 구체적으로, 상부 폭 길이 'n1'의 변화율은 하부 폭 길이 'n2' 변화율에 비해 1.5 배 내지 3배인 것일 수 있다. 바람직하게는, 기판(100)의 구부림에 따른 나노 갭(500)의 상부 폭 길이 'n1' 변화율은, 기판(100)의 구부림에 따른 나노 갭(500) 하부 폭 길이 'n2'의 변화율의 1.5 배 내지 2.5배인 것일 수 있다.At this time, in the nanogap 500 , the width length 'n 2 ' on the far side is longer than the width length 'n 2 ' on the side close to the substrate 100 , and specifically, the width length 'n 1 ' of the upper side is longer. The rate of change of the lower width length 'n 2 ' may be 1.5 to 3 times compared to the rate of change. Preferably, the change rate of the upper width length 'n 1 ' of the nanogap 500 according to the bending of the substrate 100 is the rate of change of the lower width length 'n 2 ' of the nanogap 500 according to the bending of the substrate 100 . It may be 1.5 times to 2.5 times of

그리고, 상기 기판(100)을 구부림시, 구부림의 방향과 정도에 따라 나노 갭(500)의 폭 길이 'n'은 수 pm 내지 수 ㎛의 간격으로 제어될 수 있으며, 구체적으로는 1 pm 내지 1 ㎛의 간격으로 제어될 수 있다.And, when the substrate 100 is bent, the width and length 'n' of the nanogap 500 may be controlled at an interval of several pm to several μm, specifically, 1 pm to 1 , depending on the direction and degree of bending. It can be controlled at intervals of μm.

이와 같은, 일 실시예의 수소 측정센서 및 그 제조방법은, 기판(100) 상에 수소에 대한 반응성을 가지는 제1 전도성 물질(200)을 패터닝한 후, 비금속 스페이서(300)를 원자층 증착하고, 비금속 스페이서(300) 표면에 수소에 대한 반응성을 가지는 제2 전도성 물질(400)을 증착한다. 이후 제1 전도성 물질(200)의 상면보다 돌출된 제2 전도성 물질(400) 부분을 제거한 후, 제1 전도성 물질(200) 표면의 비금속 스페이서(300)를 에칭으로 제거하면 제1 전도성물질(200)과 제2 전도성 물질(400) 사이에 나노 갭(500)을 형성되도록 제조하는 바, 나노 갭(500)으로 이격된 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)을 전극으로 연결할 경우, 일정한 나노 갭(500)의 폭 크기가 일정하게 형성되어 수소에 대한 측정이 정확하게 이루어게 함과 더불어 제1 전도성 물질(200) 및 제2 전도성 물질(400)의 손상이 발생하지 않아 안정적인 내구성을 유지되게 한다.As such, in the hydrogen measuring sensor of an embodiment and its manufacturing method, after patterning the first conductive material 200 having reactivity to hydrogen on the substrate 100, atomic layer deposition of the non-metal spacer 300, A second conductive material 400 having reactivity with respect to hydrogen is deposited on the surface of the non-metal spacer 300 . After removing the portion of the second conductive material 400 that protrudes from the upper surface of the first conductive material 200 , and then removing the non-metal spacer 300 on the surface of the first conductive material 200 by etching, the first conductive material 200 ) and the second conductive material 400 are manufactured to form a nano-gap 500, and the first conductive material 200 and the second conductive material 400 spaced apart by the nano-gap 500 are connected as an electrode. In this case, the width of the nano-gap 500 is uniformly formed to accurately measure hydrogen, and the first conductive material 200 and the second conductive material 400 are not damaged, resulting in stable durability. to be maintained

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is merely exemplary, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (8)

기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 수소에 대한 반응성을 가지는 제1 전도성 물질을 패터닝하는 단계;
상기 기판 상면 및 제1 전도성 물질 표면에 비금속 스페이서를 원자층 증착하는 단계;
상기 비금속 스페이서 표면에 수소에 대한 반응성을 가지는 제2 전도성 물질을 증착하는 단계;
상기 제1 전도성 물질의 상면보다 돌출된 제2 전도성 물질 부분을 제거하는 단계;
상기 제1 전도성 물질 표면의 비금속 스페이서를 에칭으로 제거하여 제1 전도성물질과 제2 전도성 물질 사이에 나노 갭을 형성하는 단계;를 포함하는 수소 측정센서의 제조방법.preparing a substrate;
patterning a first conductive material having reactivity with respect to hydrogen on the substrate;
atomic layer deposition of a non-metallic spacer on the upper surface of the substrate and the surface of the first conductive material;
depositing a second conductive material having reactivity with respect to hydrogen on the surface of the non-metal spacer;
removing a portion of a second conductive material that protrudes from an upper surface of the first conductive material;
and forming a nano-gap between the first conductive material and the second conductive material by removing the non-metal spacer on the surface of the first conductive material by etching. 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 플렉서블한 재질로 이루어진 수소 측정센서의 제조방법.The method according to claim 1,
The substrate is a method of manufacturing a hydrogen measuring sensor made of a flexible material. 청구항 2에 있어서,
상기 기판은 천연고무, 합성고무, 폴리머 중 어느 하나의 재질로 이루어진 수소 측정센서의 제조방법.3. The method according to claim 2,
The substrate is a method of manufacturing a hydrogen measuring sensor made of any one of natural rubber, synthetic rubber, and polymer. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 전도성 물질 및 제2 전도성 물질은 팔라듐 또는 팔라듐 합금 인 수소 측정센서의 제조방법.The method according to claim 1,
The method of manufacturing a hydrogen measuring sensor wherein the first conductive material and the second conductive material are palladium or a palladium alloy. 청구항 1에 있어서,
상기 비금속 스페이서는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 스트론듐 중 어느 하나 인 수소 측정센서의 제조방법.The method according to claim 1,
The non-metal spacer is any one of aluminum oxide, hafnium oxide, and strontium oxide. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 전도성 물질 표면의 비금속 스페이서를 제거하여 제1 전도성물질과 제2 전도성 물질 사이에 나노 갭을 형성하는 단계는,
에칭 수용액을 통해 제1 전도성 물질 표면에서 비금속 스페이서를 제거하는 단계,
상기 제1 전도성 물질 표면과, 제2 전도성 물질 표면 및, 제1 전도성 물질과 제2 전도성 물질 사이의 기판 표면에 잔여하는 이물질을 세정액으로 세척하는 단계,
상기 제1 전도성 물질 표면과, 제2 전도성 물질 표면 및, 제1 전도성 물질과 제2 전도성 물질 사이의 기판 표면에 잔여하는 세정액을 증발 건조시키는 단계를 포함하는 수소 측정센서의 제조방법.The method according to claim 1,
Forming a nano-gap between the first conductive material and the second conductive material by removing the non-metallic spacer on the surface of the first conductive material,
removing the non-metallic spacer from the surface of the first conductive material with an aqueous etching solution;
cleaning the surface of the first conductive material, the surface of the second conductive material, and the foreign matter remaining on the surface of the substrate between the first conductive material and the second conductive material with a cleaning solution;
and evaporating and drying the cleaning solution remaining on the surface of the first conductive material, the surface of the second conductive material, and the surface of the substrate between the first conductive material and the second conductive material. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 전도성 물질 표면의 비금속 스페이서를 제거하여 제1 전도성물질과 제2 전도성 물질 사이에 나노 갭을 형성하는 단계를 수행한 후에는, 나노 갭을 전극과 연결하기 위해 제1 전도성 물질과 제2 전도성 물질에 패터닝을 수행하는 단계를 더 포함하는 수소 측정센서의 제조방법.The method according to claim 1,
After the step of forming a nano-gap between the first conductive material and the second conductive material is performed by removing the non-metal spacer on the surface of the first conductive material, the first conductive material and the second conductive material are connected to the electrode to connect the nano-gap. Method of manufacturing a hydrogen measuring sensor further comprising the step of performing patterning on the conductive material. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 수소 측정센서.
A hydrogen measuring sensor manufactured by the manufacturing method of any one of claims 1 to 7.
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