KR101704698B1 - Contact combustion mode gas sensor - Google Patents

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KR101704698B1
KR101704698B1 KR1020150108102A KR20150108102A KR101704698B1 KR 101704698 B1 KR101704698 B1 KR 101704698B1 KR 1020150108102 A KR1020150108102 A KR 1020150108102A KR 20150108102 A KR20150108102 A KR 20150108102A KR 101704698 B1 KR101704698 B1 KR 101704698B1
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sensor chip
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KR1020150108102A
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엄재현
조용준
장지상
서호철
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세종공업 주식회사
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Abstract

According to the present invention, a contact combustion gas sensor comprises: a base chip equipped with electrodes for an electrical connection; and a sensor chip mounted on the base chip, wherein the sensor chip has a plurality of nano-protrusions formed on the surface thereof, to which an active catalytic material is coupled. According to the present invention, since the active catalytic material is affixed to the surface with the plurality of nano-protrusions formed on the surface of the sensor chip, a greater amount of active catalytic materials can be affixed to the sensor chip of a limited size even without using an additional carrier or nanotube. Accordingly, a manufacturing process can be simplified, and a production cost can be also reduced.

Description

접촉연소식 가스센서 {Contact combustion mode gas sensor} [0001] Contact combustion mode gas sensor [0002]

본 발명은 접촉연소식 가스센서에 관한 것으로, 더 상세하게는 검지센서칩 표면에 다수 개의 나노돌기를 형성되고 상기 나노돌기에 직접 활성촉매물질이 담지되도록 구성되는 접촉연소식 가스센서에 관한 것이다.The present invention relates to a contact-type gas sensor, and more particularly, to a contact-type gas sensor having a plurality of nano-protrusions formed on a surface of a sensor chip and configured to carry an active catalyst material directly on the nano-protrusion.

현재 친환경적인 대체 에너지로써 수소에 대한 관심은 지속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 자동차, 연료전지, 내연기관 등 다양한 분야에서 연구가 진행되어 급속하게 기존의 화석연료를 대체하고 있는 추세이며, 연구개발되는 관련 산업분야 역시 늘어나고 있는 추세이다. 하지만 수소는 높은 확산성으로 인해 누설 및 폭발의 우려가 있으므로 수소의 누설에 대비한 안전성에 관련한 대책 마련이 필수적으로 요구된다. 그러므로 수소 저장소 및 수소 관련 장치의 주변에는 각종 수소센서를 이용하여 안전 대책을 마련하고 있으며, 수소센서와 관련한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다.At present, interest in hydrogen as an environmentally friendly alternative energy is steadily increasing. As a result, research has been conducted in various fields such as automobiles, fuel cells, and internal combustion engines, and the trend is rapidly replacing existing fossil fuels. However, due to the high diffusibility of hydrogen, there is a risk of leakage and explosion. Therefore, it is essential to take measures for safety against hydrogen leakage. Therefore, safety measures are taken by using various hydrogen sensors around the hydrogen storage and hydrogen related devices, and research and development related to hydrogen sensors are being actively carried out.

일반적으로 수소센서는 검출 방식에 따라 반도체식, 접촉연소식, FET(Field Effect Transistor) 방식, 전해질식(전기화학식), 광섬유식, 열전식 등으로 나누어지는데, 그 중 접촉연소식 수소센서는 히터를 구비하여 외부온도의 변화 및 습도 등의 외부 환경에 안정하고 수소에 대한 선택성이 높은 백금족 촉매를 사용하여 선택성 및 안정성에 효과가 있는 것으로 확인되고 있다.Generally, a hydrogen sensor is classified into a semiconductor type, a contact combustion type, a FET (Field Effect Transistor) type, an electrolytic type (electrical chemical formula), an optical fiber type, a thermoelectric type, Has been confirmed to have an effect on selectivity and stability by using a platinum group catalyst which is stable to external environment such as change in external temperature and humidity and has high selectivity to hydrogen.

이러한 종래의 접촉연소식 수소센서는 다양한 구조로 개발되어 왔으며, 내구성이 향상되도록 제작된 접촉연소식 가스센서가 본 출원인에 의해 출원되어 등록된바 있다.Such conventional contact combustion type hydrogen sensor has been developed with various structures and has been filed and registered by the applicant of the present invention.

이하 종래의 접촉연소식 가스센서에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a conventional contact combustion gas sensor will be described in detail.

도 1은 종래의 접촉연소식 가스센서의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A 선을 따라 절단된 종래의 접촉연소식 가스센서의 단면도이며, 도 3은 검지센서칩에 활성촉매물질이 담지되는 구조를 도시하는 확대도이다.Fig. 1 is a perspective view of a conventional contact-fired gas sensor, Fig. 2 is a cross-sectional view of a conventional contact-fired gas sensor cut along the line AA shown in Fig. 1, Fig. 2 is an enlarged view showing the structure to be supported.

종래의 접촉연소식 가스센서는, 베이스칩(30)과, 상기 베이스칩(30)의 상면에 안착되는 검지센서칩(10) 및 보상센서칩(20)으로 구성된다. 상기 베이스칩(30)은 전극이나 회로패턴이 형성되어 있으며, 상기 검지센서칩(10) 및 보상센서칩(20)은 수소 등의 가스와 촉매층의 산화반응으로부터 발생되는 열에 의한 국부적인 온도차를 감지하여, 감지된 온도차로부터 수소가스 등 가스의 절대적인 농도를 측정할 수 있도록 제조된 것이다.The conventional contact combustion gas sensor is composed of a base chip 30 and a sensor chip 10 and a compensation sensor chip 20 which are mounted on the upper surface of the base chip 30. The sensor chip 10 and the compensation sensor chip 20 detect a local temperature difference due to heat generated from the oxidation reaction of the gas such as hydrogen and the catalyst layer, So that the absolute concentration of gas such as hydrogen gas can be measured from the sensed temperature difference.

이때 상기 검지센서칩(10)은 활성촉매물질(12)을 담지하도록 구성되는데, 검지센서칩(10)(이하 '센서칩'이라 약칭한다)의 표면이 평면으로 형성되면 많은 양의 활성촉매물질(12)이 담지되지 못하게 된다. 따라서 센서칩(10)에 활성촉매물질(12)을 담지시킬 때에는 활성촉매물질(12)을 센서칩(10) 표면에 직접 담지시키는 것이 아니라, 도 3에 도시된 바와 같이 알루미나 등과 같이 넓은 표면적을 갖는 담체(11)에 활성촉매물질(12)을 다량 담지시킨 후, 페이스트를 이용하여 상기 담체(11)를 센서칩(10)의 표면에 부착시키는 방법을 사용한다.The detection sensor chip 10 is configured to support the active catalyst material 12. When the surface of the detection sensor chip 10 (hereinafter, abbreviated as 'sensor chip') is formed in a plane, a large amount of active catalyst material (12) is not supported. Therefore, when the active catalyst material 12 is carried on the sensor chip 10, the active catalyst material 12 is not directly supported on the surface of the sensor chip 10, but the large surface area such as alumina A method of attaching the carrier 11 to the surface of the sensor chip 10 by using a paste after supporting a large amount of the active catalyst material 12 on the carrier 11 having the carrier 11 is used.

이와 같이 활성촉매물질(12)을 담체(11)에 담지시키고, 상기 담체(11)를 센서칩(10) 표면에 부착시키면, 한정된 크기의 센서칩(10)에 보다 많은 양의 활성촉매물질(12)이 담지될 수 있다는 장점이 있다.When the active catalyst material 12 is supported on the carrier 11 and the carrier 11 is attached to the surface of the sensor chip 10, a larger amount of active catalyst material 12) can be carried.

그러나 이와 같은 경우, 담체(11)를 코팅하기 위해서는 담체(11) 구입 비용이 소요될 뿐만 아니라, 담체(11)를 검지센서칩(10)에 부착시키기 위한 별도의 공정이 추가되므로 제조공정이 복잡해지고 제조원가가 상승된다는 문제점이 있다. 또한, 담체(11) 대신 나노튜브(미도시)를 사용하는 방법도 있으나, 나노튜브를 사용하는 경우에도 나노튜브를 검지센서칩(10)에 부착시켜야 하므로, 제조공정이 복잡해지고 제조원가가 상승된다는 문제점을 해결하지 못하게 된다.However, in such a case, in order to coat the carrier 11, not only the cost of purchasing the carrier 11 but also a separate process for attaching the carrier 11 to the detection sensor chip 10 is added, The manufacturing cost is increased. Although nanotubes (not shown) may be used instead of the carrier 11, nanotubes must be attached to the detection sensor chip 10 even in the case of using nanotubes, so that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is increased The problem will not be solved.

KR 10-1481659 B1KR 10-1481659 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 센서칩의 표면에 다수 개의 나노 돌기를 형성시킨 후 상기 센서칩의 표면에 활성촉매물질을 담지시킴으로써, 별도의 담체나 나노튜브를 사용하지 아니하더라도 한정된 크기의 센서칩에 보다 많은 양의 활성촉매물질이 담지될 수 있는 접촉연소식 가스센서를 제공하는데 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a sensor chip in which a plurality of nanoparticles are formed on a surface of a sensor chip, The present invention provides a contact-type gas sensor capable of supporting a larger amount of active catalyst material on a limited-sized sensor chip.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서는, 전기적 연결을 위한 전극들이 구비되는 베이스칩과, 상기 베이스칩에 실장되는 센서칩을 포함하되, 상기 센서칩의 표면에 다수 개의 나노돌기가 형성되고, 상기 나노돌기의 표면에 활성촉매물질이 결합된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a contact-type gas sensor comprising: a base chip having electrodes for electrical connection; and a sensor chip mounted on the base chip, Nano protrusions are formed, and the active catalyst material is bonded to the surface of the nano protrusions.

상기 활성촉매물질은, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)에 의해 상기 나노돌기의 표면에 증착된다.The active catalyst material is deposited on the surface of the nanorods by chemical vapor deposition.

상기 나노돌기는, 마이크로샌드 블라스팅과 방전 가공과 레이저 가공 중 어느 하나에 의한 기계적 가공에 의해 형성된다.The nano protrusions are formed by mechanical machining by micro sandblasting, electrical discharge machining, and laser machining.

상기 나노돌기는, 내부압력이 설정범위 이내로 유지되는 챔버 내에 센서칩을 인입시킨 후, 상기 센서칩의 표면을 플라즈마 식각하는 과정을 통해 형성된다.The nano protrusion is formed through a process of plasma etching the surface of the sensor chip after pulling the sensor chip into a chamber in which an internal pressure is maintained within a set range.

상기 나노돌기는, 상기 센서칩 표면에 마스크 패턴을 형성하여 플라즈마 식각을 수행한 후, 상기 마스크 패턴을 제거하는 과정을 통해 형성된다.The nano protrusion is formed through a process of forming a mask pattern on the surface of the sensor chip, performing plasma etching, and then removing the mask pattern.

상기 나노돌기는, 상기 센서칩 표면에 실리카 비드층을 형성한 후, 상기 실리카 비드층이 제거될 때까지 플라즈마 식각을 수행하는 과정을 통해 형성된다.The nano protrusion is formed through a process of forming a silica bead layer on the surface of the sensor chip and then performing plasma etching until the silica bead layer is removed.

본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서는, 센서칩의 표면에 형성된 다수 개의 나노 돌기 표면에 활성촉매물질이 담지되므로, 별도의 담체나 나노튜브를 사용하지 아니하더라도 한정된 크기의 센서칩에 보다 많은 양의 활성촉매물질이 담지될 수 있고, 이에 따라 제조 공정이 간단해질뿐만 아니라 제조원가 절감이 가능해진다는 장점이 있다.Since the catalytic combustion type gas sensor according to the present invention carries the active catalyst material on the surfaces of the plurality of nano bumps formed on the surface of the sensor chip, even if a separate carrier or nanotube is not used, The active catalyst material of the present invention can be supported, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the manufacturing cost.

도 1은 종래의 접촉연소식 가스센서의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A-A 선을 따라 절단된 종래의 접촉연소식 가스센서의 단면도이다.
도 3은 검지센서칩에 활성촉매물질이 담지되는 구조를 도시하는 확대도이다.
도 4는 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서의 단면도이다.
도 5는 센서칩의 표면에 활성촉매물질이 담지되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 실시예 2에 의해 센서칩 표면에 나노돌기가 형성된 형상을 도시하는 단면도이다.
도 7은 실시예 3에 의해 센서칩 표면에 나노돌기가 형성되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 실시예 4에 의해 센서칩 표면에 나노돌기가 형성되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.1 is a perspective view of a conventional contact-fired gas sensor.
2 is a cross-sectional view of a conventional contact-fired gas sensor cut along the line AA shown in Fig.
3 is an enlarged view showing a structure in which an active catalyst material is supported on the detection sensor chip.
4 is a cross-sectional view of the contact-fired gas sensor according to the present invention.
5 is a sectional view sequentially showing the process of supporting the active catalyst material on the surface of the sensor chip.
6 is a cross-sectional view showing a configuration in which nano protrusions are formed on the surface of the sensor chip according to the second embodiment.
7 is a cross-sectional view sequentially showing the process of forming nano protrusions on the surface of the sensor chip according to the third embodiment.
8 is a cross-sectional view sequentially showing the process of forming nano protrusions on the surface of the sensor chip according to the fourth embodiment.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서의 실시예를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a contact-type gas sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

도 4는 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서의 단면도이고, 도 5는 센서칩의 표면에 활성촉매물질이 담지되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view of a contact-type gas sensor according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view sequentially showing a process of supporting an active catalyst material on a surface of a sensor chip.

본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서는 활성촉매물질(120)이 담지되는 센서칩(100)에 담체(wash coat)를 코팅하거나 나노튜브를 부착시키지 아니하더라도 센서칩(100)의 표면적을 현저히 증대시켜 많은 양의 활성촉매물질(120)이 담지되도록 구성된다는 점에 특징이 있다.The contact combustion gas sensor according to the present invention significantly increases the surface area of the sensor chip 100 even if a wash coat is not coated on the sensor chip 100 carrying the active catalyst material 120 or the nanotube is not attached thereto Such that a large amount of the active catalyst material 120 is carried.

즉, 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서는, 전기적 연결을 위한 전극들이 구비되는 베이스칩(300)과, 상기 베이스칩(300)에 실장되는 센서칩(100)을 포함하되, 상기 센서칩(100)의 표면에는 다수 개의 나노돌기(110)가 형성되고, 상기 나노돌기(110)의 표면에 활성촉매물질(120)이 결합된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다. 이때, 최초 센서칩(100)의 표면은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 매끈한 평면으로 제작되는바, 마이크로샌드 블라스팅이나 방전 가공, 레이저 가공 등과 같은 기계적 가공에 의해 센서칩(100) 표면에 다수 개의 나노돌기(110)를 형성한다(도 5의 (b) 참조). 이때, 상기 나노돌기(110)는 화학적 식각을 통해 형성될 수도 있는데, 화학적 식각을 통해 나노돌기(110)를 형성하는 과정에 대해서는 이하 도 6 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.That is, the contact-type gas sensor according to the present invention includes a base chip 300 having electrodes for electrical connection, and a sensor chip 100 mounted on the base chip 300, 100 have a plurality of nano-protrusions 110 formed thereon and the active catalyst material 120 is bonded to the surfaces of the nano-protrusions 110. 5 (a), the surface of the first sensor chip 100 is formed into a smooth surface, and the surface of the sensor chip 100 is processed by mechanical processing such as micro sandblasting, discharge machining, (See FIG. 5 (b)). At this time, the nano protrusions 110 may be formed by chemical etching, and the process of forming the nano protrusions 110 through chemical etching will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 8. FIG.

상기 언급한 바와 같이 센서칩(100)의 표면에 다수 개의 나노돌기(110)가 형성되면, 상기 센서칩(100)의 표면적이 그만큼 넓어지는바, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있게 된다. 이때, 상기 활성촉매물질(120)은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)에 의해 나노돌기(110)의 표면에 증착될 수 있는데, 이와 같은 화학기상증착은 본 발명이 해당하는 기술분야에서 상용화된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.As described above, when a plurality of nano protrusions 110 are formed on the surface of the sensor chip 100, the surface area of the sensor chip 100 is enlarged. As shown in FIG. 5C, A large amount of the active catalyst material 120 can be carried. At this time, the active catalyst material 120 may be deposited on the surface of the nano bumps 110 by chemical vapor deposition. Such a chemical vapor deposition may be performed by a technique commercialized in the related art A detailed description thereof will be omitted.

한편, 센서칩(100)의 표면에 담체를 코팅시켰을 때 담체의 표면적이 증가되는 비율은 담체의 물리적 특성에 따라 일정하게 나타나므로, 해당 센서칩(100)에 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있는 양 역시 일정 범위 이내로 한정된다. 마찬가지로, 나노튜브를 이용하는 경우에 있어서도 활성촉매물질(120)이 담지되는 표면적 증가율이 일정하게 한정되는바, 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있는 양이 일정 범위 이내로 한정된다.On the other hand, when the carrier is coated on the surface of the sensor chip 100, the rate at which the surface area of the carrier increases is constant depending on the physical characteristics of the carrier. Therefore, the active catalyst material 120 is supported on the sensor chip 100 The amount that can be also limited within a certain range. Likewise, when the nanotubes are used, the surface area increase rate at which the active catalyst material 120 is supported is limited to a certain extent, so that the amount of the active catalyst material 120 can be limited within a certain range.

그러나 센서칩(100)의 표면에 형성되는 나노돌기(110)는, 나노돌기(110)를 형성하는 방식에 따라 단위 면적당 개수 및 높이가 변경될 수 있는바, 제작자는 나노돌기(110)의 개수 및 높이를 조절함으로써 활성촉매물질(120)의 담지량을 조절할 수 있게 된다.However, the number and height per unit area of the nano protrusion 110 formed on the surface of the sensor chip 100 can be changed according to the method of forming the nano protrusion 110. The manufacturer can determine the number of the nano protrusions 110 And the height of the active catalyst material 120 can be adjusted.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

도 6은 실시예 2에 의해 센서칩 표면에 나노돌기가 형성된 형상을 도시하는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a configuration in which nano protrusions are formed on the surface of the sensor chip according to the second embodiment.

본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서는, 센서칩(100) 표면의 나노돌기(110)가 화학적 식각을 통해 형성될 수도 있다. 즉, 상기 나노돌기(110)는, 내부압력이 설정범위 이내로 유지되는 챔버 내에 센서칩(100)을 인입시키는 과정과, 상기 센서칩(100)의 표면을 플라즈마 식각하는 과정을 통해 센서칩(100)의 표면에 형성될 수 있다.In the contact-type gas sensor according to the present invention, the nano protrusions 110 on the surface of the sensor chip 100 may be formed through chemical etching. That is, the nano protrusions 110 may be formed by a process of drawing the sensor chip 100 into a chamber in which an internal pressure is maintained within a predetermined range, and a process of etching the surface of the sensor chip 100 by plasma etching As shown in Fig.

챔버 내의 압력을 2Pa로 유지하고, CF4와 O2의 혼합가스를 사용한 플라즈마 식각(plasma etching)을 통하여 센서칩(100) 표면을 처리하면, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 돌출 높이가 매우 낮은 나노돌기(110)가 다수 개 형성된다. 이때, 챔버 내의 압력을 5Pa로 높이면 상기 나노돌기(110)의 높이 및 지름이 다소 증가되는바, 제작자는 챔버 내의 압력을 조절하여 적절한 높이와 지름의 나노돌기(110)를 형성함으로써, 나노돌기(110)의 표면에 담지되는 활성촉매물질(120)의 양을 증감시킬 수 있게 된다.When the surface of the sensor chip 100 is treated by plasma etching using a mixed gas of CF 4 and O 2 while maintaining the pressure in the chamber at 2 Pa, the height of the protrusion (height) A plurality of nano protrusions 110 are formed. At this time, when the pressure in the chamber is increased to 5 Pa, the height and diameter of the nano protrusions 110 are somewhat increased. The manufacturer adjusts the pressure in the chamber to form the nano protrusions 110 having appropriate height and diameter, The amount of the active catalyst material 120 supported on the surface of the substrate 110 can be increased or decreased.

또한, 챔버 내의 압력을 2Pa로 유지한 상태에서 플라즈마 식각시 CF4가스만을 사용하는 경우, 도 6의 (a)에 도시된 나노돌기(110)에 비해 규격이 현저히 큰 나노돌기(110)를 얻을 수 있다(도 6의 (b) 참조). 이와 같이 CF4가스만을 사용하여 플라즈마 식각을 하면 보다 큰 나노돌기(110)를 형성시킬 수 있으므로, 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 나노돌기(110)의 표면에 담지시킬 수 있게 된다. 물론, 플라즈마 식각시 CF4가스만을 사용하는 경우에 있어서도, 챔버 내의 압력에 따라 나노돌기(110)의 높이와 지름이 일정 수준 가변될 수 있다.When the CF 4 gas alone is used in the plasma etching while the pressure in the chamber is maintained at 2 Pa, the nano protrusion 110 having a significantly larger size than the nano protrusion 110 shown in FIG. 6 (a) is obtained (See Fig. 6 (b)). As described above, plasma etching using only CF 4 gas can form larger nano protrusions 110, so that a larger amount of active catalyst material 120 can be supported on the surface of the nano protrusions 110. Of course, even in the case of using only CF 4 gas during plasma etching, the height and diameter of the nano protrusion 110 can be changed by a certain level according to the pressure in the chamber.

상기 언급한 바와 같이 센서칩(100)의 표면에 플라즈마 식각을 하였을 때, 상기 센서칩(100)의 표면에 다수 개의 나노돌기(110)가 형성된다는 기술적 사상은, 본 발명이 해당하는 기술분야에서 널리 알려진 기술적 사상이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.As described above, the technical idea that a plurality of nano protrusions 110 are formed on the surface of the sensor chip 100 when plasma etching is performed on the surface of the sensor chip 100, It is a well-known technical idea, so a detailed description thereof will be omitted.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

도 7은 실시예 3에 의해 센서칩 표면에 나노돌기가 형성되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.7 is a cross-sectional view sequentially showing the process of forming nano protrusions on the surface of the sensor chip according to the third embodiment.

센서칩(100)의 표면에 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시키기 위해서는 나노돌기(110)의 크기를 증대시켜야 함이 바람직한데, 실시예 2에 의해 형성되는 나노돌기(110)는 크기가 매우 작아 활성촉매물질(120)이 담지되는 표면적을 증대시키는 효과에 한계가 있을 수 있다.It is desirable that the size of the nano protrusion 110 should be increased in order to support a larger amount of the active catalyst material 120 on the surface of the sensor chip 100. The nano protrusion 110 formed by the second embodiment The size of the active catalyst material 120 is so small that there is a limit to the effect of increasing the surface area on which the active catalyst material 120 is carried.

따라서 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서에 포함되는 나노돌기(110)는 더욱 크게 형성될 수 있도록, 상기 센서칩(100) 표면에 마스크 패턴(130)을 형성하는 과정과, 상기 마스크 패턴(130)이 형성된 센서칩(100) 표면에 플라즈마 식각을 수행하는 과정과, 상기 마스크 패턴(130)을 제거하는 과정을 통해 제작될 수 있다.Accordingly, the process of forming the mask pattern 130 on the surface of the sensor chip 100 so that the nano protrusion 110 included in the contact-type gas sensor according to the present invention can be formed larger, The process of etching the surface of the sensor chip 100 may be performed by plasma etching and removing the mask pattern 130.

이와 같이 마스크 패턴(130)을 이용하여 나노돌기(110)를 형성하고자 하는 경우, 먼저 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 센서칩(100)의 상면에 마스크층(130')을 형성한다. 상기 마스크층(130')은, 센서칩(100)을 진공챔버 내의 음극에 위치시키고, 챔버 내 압력을 2Pa 내지 5Pa로 유지시키고, r.f. 전원을 150W 내지 300W로 유지시킨 상태에서 직류 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering) 방식을 이용하여 구리 타겟(Target)을 스퍼터하는 과정을 통해 제작될 수 있다. 이후, 금속열처리(RTP, rapid thermal annealing process) 장비를 이용하여 약 550℃의 온도에서 약 15분 동안 어닐링(annealing) 하면, 마스크층(130')은 복수의 금속도트(132)로 이루어진 마스크 패턴(130)으로 완전히 변환될 수 있다(도 7의 (b) 참조).In order to form the nano protrusion 110 using the mask pattern 130, a mask layer 130 'is first formed on the upper surface of the sensor chip 100 as shown in FIG. 7 (a) . The mask layer 130 'is formed by placing the sensor chip 100 on a negative electrode in a vacuum chamber, maintaining the pressure in the chamber at 2 Pa to 5 Pa, The target can be sputtered using a DC magnetron sputtering method while the power is maintained at 150 W to 300 W. [ The mask layer 130 'is then annealed at a temperature of about 550 ° C. for about 15 minutes using a rapid thermal annealing (RTP) (See Fig. 7 (b)).

플라즈마 식각을 통하여 금속도트(132) 사이의 웨이퍼 표면을 식각하면, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이 센서칩(100)의 상면 중 금속도트(132)에 의하여 덮여 있지 아니한 부위만이 식각되어, 다수 개의 제1 돌기(110a)가 형성된다. 이와 동시에, CF4만을 가스로 사용하는 플라즈마 식각의 특성상 식각된 제1 돌기(110a) 사이에는 100nm이하의 지름을 갖는 복수의 제2 돌기(110b)가 형성된다.7 (c), only the portions of the upper surface of the sensor chip 100, which are not covered with the metal dots 132, are etched by etching the surface of the wafer between the metal dots 132 through the plasma etching, So that a plurality of first projections 110a are formed. At the same time, a plurality of second protrusions 110b having a diameter of 100 nm or less is formed between the etched first protrusions 110a due to the characteristic of the plasma etching using only CF 4 as a gas.

제1 돌기(110a) 및 제2 돌기(110b)로 구성되는 나노돌기(110)가 형성된 이후에는, 제1 돌기(110a)의 상면에 부착된 금속도트(132)를 모두 제거한 후, 상기 나노돌기(110)의 표면에 활성촉매물질(120)을 증착시키는데, 실시예 3에 의해 형성된 나노돌기(110)는 실시예 2에 의해 형성된 나노돌기(110)에 비해 높이 및 지름이 크므로, 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 증착시킬 수 있게 된다.After the nano protrusion 110 composed of the first protrusion 110a and the second protrusion 110b is formed, after all the metal dots 132 attached to the upper surface of the first protrusion 110a are removed, The active catalyst material 120 is deposited on the surface of the nano protrusion 110 formed in Example 2. Since the nano protrusion 110 formed by Example 3 is larger in height and diameter than the nano protrusion 110 formed in Example 2, It becomes possible to deposit a positive active catalyst material 120.

<실시예 4><Example 4>

도 8은 실시예 4에 의해 센서칩 표면에 나노돌기가 형성되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.8 is a cross-sectional view sequentially showing the process of forming nano protrusions on the surface of the sensor chip according to the fourth embodiment.

센서칩(100)의 표면에 다수 개의 금속도트(132)로 구성된 마스크 패턴(130)을 형성하는 데에는 많은 작업공정이 추가되는바, 나노돌기(110) 형성을 위한 비용 및 시간이 많이 소요되는 문제가 발생될 수 있다.Since many work processes are added to form the mask pattern 130 composed of a plurality of metal dots 132 on the surface of the sensor chip 100, May occur.

따라서 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서는, 별도의 마스크 패턴(130)을 이용하지 아니하고서도 플라즈마 식각을 통해 다수 개의 나노돌기(110)가 센서칩(100) 표면에 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서에 포함되는 나노돌기(110)는, 센서칩(100) 표면에 실리카 비드층(140)을 형성하는 과정과, 상기 실리카 비드층(140)이 제거될 때까지 상기 센서칩(100) 표면에 플라즈마 식각을 수행하는 과정을 통해 센서칩(100) 표면에 형성될 수 있다.Accordingly, in the contact-type gas sensor according to the present invention, a plurality of nano-protrusions 110 can be formed on the surface of the sensor chip 100 through plasma etching without using a separate mask pattern 130. That is, the nano protrusion 110 included in the contact-type gas sensor according to the present invention is formed by the process of forming the silica bead layer 140 on the surface of the sensor chip 100 and the process of removing the silica bead layer 140 The surface of the sensor chip 100 may be formed on the surface of the sensor chip 100 by performing a plasma etching process on the surface of the sensor chip 100.

이와 같이 실리카 비드층(140)을 이용하여 나노돌기(110)를 형성하고자 하는 경우에는, 먼저 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 센서칩(100) 표면에 실리카 분산용액을 코팅하여 상기 센서칩(100)에 실리카 비드층(140)을 형성시킨다. 실리카 분산용액은 다수 개의 실리카 비드를 포함하는데, 실리카 분산용액은 물, 알콜 및 유기 용매 등에 실리카 비드를 혼합하는 공정을 통해 제작될 수 있으며, 다양한 방법에 의해 센서칩(100) 표면에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 스핀 코팅(spin coating), 딥(dip) 코팅 및 스프레이 코팅법 등을 이용하여 센서칩(100) 상에 코팅될 수 있다.When the nano protrusion 110 is to be formed using the silica bead layer 140 as described above, first, a silica dispersion solution is coated on the surface of the sensor chip 100 as shown in FIG. 8 (a) And the silica bead layer 140 is formed on the chip 100. The silica dispersion solution includes a plurality of silica beads. The silica dispersion solution may be prepared by mixing silica beads with water, alcohol, organic solvent, etc., and may be coated on the surface of the sensor chip 100 by various methods. have. For example, it may be coated on the sensor chip 100 using a spin coating method, a dip coating method, a spray coating method, or the like.

한편, 실리카 비드들은 입자로 존재하므로 실리카 분산용액이 건조되어 실리카 비드층(140)을 형성하더라도 실리카 비드들 사이는 빈 공간이 형성되고, 센서칩(100)의 상면 중 일부는 실리카 비드 사이를 통해 외부로 노출된다.On the other hand, since the silica beads are present as particles, even if the silica dispersion solution is dried to form the silica bead layer 140, an empty space is formed between the silica beads, and a part of the upper surface of the sensor chip 100 passes through the silica beads And is exposed to the outside.

따라서 도 8의 (a)에 도시된 상태에서 플라즈마 식각을 수행하면, 도 8의 (b)에 도시된 상태와 같이 센서칩(100)의 상면 중 실리카 비드 사이로 노출되는 부위가 우선적으로 식각되는바, 플라즈마 식각이 더 지속되면 센서칩(100)뿐만 아니라 실리카 비드층(140) 역시 식각되어 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 센서칩(100)의 상면에는 다수 개의 홈이 형성된다.Therefore, when the plasma etching is performed in the state shown in FIG. 8A, the portion exposed between the silica beads in the upper surface of the sensor chip 100 is preferentially etched as shown in FIG. 8B. If the plasma etching is further continued, not only the sensor chip 100 but also the silica bead layer 140 are etched to form a plurality of grooves on the upper surface of the sensor chip 100 as shown in FIG. 8 (c).

실리카 비드층(140)이 모두 제거될 때까지 식각을 진행하면, 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이 센서칩(100)의 표면에는 다수 개의 나노돌기(110)가 형성되는바, 상기 센서칩(100)의 표면에 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있게 된다.8D, a plurality of nano protrusions 110 are formed on the surface of the sensor chip 100. When the sensor chip 100 is etched until the silica bead layer 140 is completely removed, It is possible to carry a larger amount of the active catalyst material 120 on the surface of the chip 100.

이와 같이 실리카 비드층(140)을 형성시킨 후 플라즈마 식각을 함으로써 나노돌기(110)를 형성하는 기술은, 웨이퍼 가공분야에서 공지된 기술이므로, 실리카 비드층(140)을 형성한 후 플라즈마 식각을 하였을 때 발생되는 식각패턴에 대한 상세한 설명은 생략한다.Since the technique of forming the nano protrusion 110 by plasma etching after forming the silica bead layer 140 is a technique known in the wafer processing field, the silica bead layer 140 is formed and plasma etching is performed A detailed description of the etching pattern that is generated when etching is performed will be omitted.

상기 언급한 바와 같이 센서칩(100)에 형성되는 나노돌기(110)는 다양한 제조방법에 의해 형성될 수 있으므로, 상기 센서칩(100)이 금속이나 글래스, 합성수지, 세라믹 등 어떠한 재료로 제작되더라도 표면에 다수 개의 나노돌기(110)를 형성함으로써 별도의 담체나 나노튜브 없이도 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있다는 장점이 있다.As described above, since the nano protrusion 110 formed on the sensor chip 100 can be formed by various manufacturing methods, even if the sensor chip 100 is made of any material such as metal, glass, synthetic resin, or ceramic, It is advantageous that a large amount of the active catalyst material 120 can be carried without a separate carrier or nanotube.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

100 : 센서칩 110 : 나노돌기
110a : 제1 돌기 110b : 제2 돌기
120 : 활성촉매물질 130 : 마스크 패턴
130' : 마스크층 132 : 금속도트
140 : 실리카 비드층100: sensor chip 110: nano protrusion
110a: first projection 110b: second projection
120: active catalyst material 130: mask pattern
130 ': mask layer 132: metal dot
140: silica bead layer

Claims (6)

전기적 연결을 위한 전극들이 구비되는 베이스칩과, 상기 베이스칩에 실장되는 센서칩을 포함하고,
상기 센서칩의 표면에 다수 개의 나노돌기가 형성되고, 상기 나노돌기의 표면에 활성촉매물질이 증착되는 구조를 가지되,
상기 나노돌기는, 내부압력이 설정범위 이내로 유지되는 챔버 내에 상기 센서칩을 인입시킨 후 상기 센서칩의 표면을 CF4와 O2의 혼합가스를 사용하여 플라즈마 식각하는 제1방법, 내부압력이 설정범위 이내로 유지되는 챔버 내에 상기 센서칩을 인입시킨 후 상기 센서칩의 표면을 CF4 가스만을 사용하여 플라즈마 식각하는 제2방법, 및 상기 센서칩 표면에 마스크 패턴을 형성하여 플라즈마 식각을 수행한 후 상기 마스크 패턴을 제거하는 제3방법 중 어느 하나의 방법을 선택하여 사이즈가 다르게 생성이 가능하며,
상기 제1방법에 의해 생성된 나노돌기는 상기 제2방법에 의해 생성된 나노돌기보다 작은 사이즈를 가지고, 상기 제2방법에 의해 생성된 나노돌기는 상기 제3방법에 의해 생성된 나노돌기보다 작은 사이즈를 가지며,
상기 제1방법 내지 상기 제3방법 중 어느 하나의 방법을 선택함에 의해, 생성되는 상기 나노돌기의 사이즈의 조절이 가능하고, 상기 나노돌기에 증착되는 활성촉매물질의 담지량 조절이 가능함을 특징으로 하는 접촉연소식 가스센서.A base chip having electrodes for electrical connection; and a sensor chip mounted on the base chip,
Wherein a plurality of nano protrusions are formed on a surface of the sensor chip and an active catalyst material is deposited on a surface of the nano protrusion,
The nano protrusions are a first method for plasma etching the surface of the sensor chip using a mixed gas of CF 4 and O 2 after pulling the sensor chip into a chamber in which an internal pressure is maintained within a set range, A second method of plasma-etching the surface of the sensor chip using only CF 4 gas after the sensor chip is drawn into a chamber maintained within a predetermined range, and a method of forming a mask pattern on the surface of the sensor chip, A third method for removing a mask pattern may be selected to produce a different size,
The nanoparticles produced by the first method have a smaller size than the nanoparticles generated by the second method and the nanoparticles generated by the second method are smaller than the nanoparticles generated by the third method Size,
The size of the nano protrusions can be controlled and the amount of the active catalyst material deposited on the nano protrusions can be controlled by selecting any one of the first method and the third method. Contact combustion gas sensor. 청구항 1에 있어서,
상기 활성촉매물질은, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)에 의해 상기 나노돌기의 표면에 증착되는 것을 특징으로 하는 접촉연소식 가스센서.The method according to claim 1,
Wherein the active catalyst material is deposited on the surface of the nano protrusion by chemical vapor deposition. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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