KR102331626B1 - Gas Sensor and Manufacturing Method thereof - Google Patents

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KR102331626B1
KR102331626B1 KR1020200044589A KR20200044589A KR102331626B1 KR 102331626 B1 KR102331626 B1 KR 102331626B1 KR 1020200044589 A KR1020200044589 A KR 1020200044589A KR 20200044589 A KR20200044589 A KR 20200044589A KR 102331626 B1 KR102331626 B1 KR 102331626B1
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권광호
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고려대학교 세종산학협력단
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Abstract

가스 센서가 제공된다. 상기 가스 센서는, 기판; 상기 기판의 일면에 형성되며, 흡착되는 가스 이온의 농도에 의해 저항이 변화되고, 메조포러스(mesoporous) 구조를 갖는 금속산화물로 이루어지는 가스 감지층; 및 상기 가스 감지층과 연결되며, 상기 가스 감지층의 저항 변화를 측정하는 센서부를 포함할 수 있다.A gas sensor is provided. The gas sensor may include: a substrate; a gas sensing layer formed on one surface of the substrate, the resistance of which is changed according to the concentration of gas ions to be adsorbed, and made of a metal oxide having a mesoporous structure; and a sensor unit connected to the gas sensing layer and measuring a change in resistance of the gas sensing layer.

Description

가스 센서 및 그 제조 방법{Gas Sensor and Manufacturing Method thereof}Gas sensor and manufacturing method thereof

본 발명은 가스 센서 및 그 제조 방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 메조포러스(Mesoporous) 구조로 이루어지는 가스 감지층을 구비함으로써, 우수한 가스 센싱 특성을 갖는 가스 센서 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a gas sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a gas sensor having excellent gas sensing characteristics by having a gas sensing layer having a mesoporous structure, and a method for manufacturing the same.

가스 센서는 기체 중에 포함된 특정 성분의 가스를 감지하여 그 농도에 따라 적당한 전기 신호로 변환하는 소자를 의미한다. 이러한 가스 센서는 유독 가스가 발생하는 환경에서의 가스 검출, 음식물 부패에 대한 사전 진단, 의료기기 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 최근, 산업 현장, 일반 가정, 가전 제품 등에 이르기 까지 다양한 가스의 사용이 폭발적으로 증가하여 가스 센서의 중요성이 크게 부각되고 있다.The gas sensor refers to a device that detects a gas of a specific component included in the gas and converts it into an appropriate electrical signal according to its concentration. Such a gas sensor is being used in various fields such as gas detection in an environment where toxic gas is generated, pre-diagnosis of food spoilage, and medical devices. Recently, the importance of gas sensors has been greatly emphasized due to the explosive increase in the use of various gases ranging from industrial sites, general homes, home appliances, and the like.

금속산화물 반도체 기반 저항 변화식 가스 센서는 금속산화물의 표면에서 발생하는, 가스의 흡착 및 탈착에 따른 표면 흡착 산소 이온의 농도 차이로 발생하는 저항 변화를 측정하는 방식으로, 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 금속산화물 반도체 기반 저항 변화식 가스 센서는, 감지 원리가 간단하고, 반응 속도와 회복 속도가 비교적 빠르며, 제조 비용이 상대적으로 저렴하고, 소형화가 가능한 장점을 지니고 있다.A metal oxide semiconductor-based resistance-variable gas sensor is a method of measuring the resistance change that occurs on the surface of a metal oxide due to a difference in the concentration of oxygen ions adsorbed on the surface according to the adsorption and desorption of gas. have. The metal oxide semiconductor-based resistance variable gas sensor has advantages in that the sensing principle is simple, the reaction and recovery rates are relatively fast, the manufacturing cost is relatively low, and the miniaturization is possible.

한편, 금속산화물 반도체를 기반으로 하는 가스 센서의 가스 감지층으로 주로 연구되고 있는 물질로는 ZnO, WO3, SnO2, TiO2 등이 있다.On the other hand, materials that are mainly studied as a gas sensing layer of a gas sensor based on a metal oxide semiconductor include ZnO, WO 3 , SnO 2 , TiO 2 , and the like.

낮은 농도의 가스를 보다 정밀하게 감지하기 위해서는 가스 센서의 감지 특성을 향상시켜야 하며, 이를 위해서는 가스 감지층의 표면적을 증가시켜 가스의 흡착력을 향상시키는 방법이 있다. 이를 위해서는 수 ㎚ 크기를 갖는 기공을 적용하는 것이 유리하다.In order to more precisely detect a gas of a low concentration, it is necessary to improve the sensing characteristics of the gas sensor. To this end, there is a method of increasing the surface area of the gas sensing layer to improve the adsorption capacity of the gas. For this purpose, it is advantageous to apply pores having a size of several nm.

다공성 구조를 가스 감지층에 적용하면, 표면적이 증가하여, 가스 침투가 용이하고, 이에 따라, 가스 센서의 감지 특성을 향상시키는데 매우 효과적이다.When the porous structure is applied to the gas sensing layer, the surface area is increased to facilitate gas permeation, which is very effective in improving the sensing characteristics of the gas sensor.

다공성 박막은 매우 높은 비 표면적과 표면 활성 부위의 높은 밀도를 가진다. 하지만, 가스 감지 영역은 다공성 박막의 표면으로 국한되어, 다공성 박막 내부로의 가스 확산 시간이 길어지고, 이로 인해, 고 감도의 가스 감지 특성을 얻기 어려워져 감응 속도가 저하되는 문제점이 발생하기 때문에, 밀폐된 기공 구조로는 가스 감지 특성을 향상시키는데 한계가 있다.The porous thin film has a very high specific surface area and a high density of surface active sites. However, since the gas sensing region is limited to the surface of the porous thin film, the gas diffusion time into the porous thin film is lengthened, which makes it difficult to obtain high-sensitivity gas sensing characteristics, resulting in a decrease in the response rate. The closed pore structure has limitations in improving gas sensing properties.

이러한 문제를 해결하기 위해, 규칙적인 기공 구조를 갖는 박막 증착 시, 열처리 시간 및 온도를 제어하여 입자의 결정 성장을 변화시킴으로써, 기공 배열을 방해하고 불규칙적으로 성장시키는 방법이 연구되었지만, 이는 열처리 자체의 시간 및 온도 상승을 위한 시간 증가로 전체적인 공정 시간이 길어지는 문제가 있다.In order to solve this problem, when depositing a thin film having a regular pore structure, a method of disturbing the pore arrangement and growing irregularly by changing the grain growth by controlling the heat treatment time and temperature has been studied, but this is not the case with the heat treatment itself. There is a problem in that the overall process time is increased due to the increase in time and time for temperature rise.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 메조포러스 구조로 이루어지는 가스 감지층을 구비함으로써, 우수한 가스 센싱 특성을 갖는 가스 센서를 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a gas sensor having excellent gas sensing characteristics by having a gas sensing layer having a mesoporous structure.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 기공들 간의 연결성을 향상시킬 수 있는 가스 센서 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a gas sensor capable of improving connectivity between pores.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 가스 감지층의 기공률을 제어할 수 있는 가스 센서 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a gas sensor capable of controlling the porosity of the gas sensing layer.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 일 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 가스 센서를 제공한다.In order to solve the one technical problem, the present invention provides a gas sensor.

일 실시 예에 따르면, 상기 가스 센서는, 기판; 상기 기판의 일면에 형성되며, 흡착되는 가스 이온의 농도에 의해 저항이 변화되고, 메조포러스(mesoporous) 구조를 갖는 금속산화물로 이루어지는 가스 감지층; 및 상기 가스 감지층과 연결되며, 상기 가스 감지층의 저항 변화를 측정하는 센서부를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the gas sensor may include: a substrate; a gas sensing layer formed on one surface of the substrate, the resistance of which is changed according to the concentration of gas ions to be adsorbed, and made of a metal oxide having a mesoporous structure; and a sensor unit connected to the gas sensing layer and measuring a change in resistance of the gas sensing layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 가스 감지층은, 다수의 기공, 및 이웃하는 상기 기공을 연결하는 다수의 채널을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the gas sensing layer may include a plurality of pores and a plurality of channels connecting the neighboring pores.

일 실시 예에 따르면, 상기 기공은 2 내지 10㎚ 크기를 가질 수 있다.According to an embodiment, the pores may have a size of 2 to 10 nm.

일 실시 예에 따르면, 상기 다수의 채널은 적어도 둘 이상의 직경을 가질 수 있다.According to an embodiment, the plurality of channels may have at least two or more diameters.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속산화물은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the metal oxide may include silicon oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 센서부는, 상기 가스 감지층에 형성되는 센서 전극, 및 상기 센서 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 센서 전극에 전류를 순환시키면서 전류 변화량을 측정하는 전류 계통을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the sensor unit may include a sensor electrode formed on the gas sensing layer, and a current system electrically connected to the sensor electrode and measuring the amount of change in current while circulating current through the sensor electrode. .

일 실시 예에 따르면, 상기 가스 센서는, 상기 기판의 타면에 형성되며, 상기 가스 감지층에 열을 전달하는 히팅 전극을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the gas sensor may further include a heating electrode formed on the other surface of the substrate and transferring heat to the gas sensing layer.

한편, 본 발명은 가스 센서 제조 방법을 제공한다.On the other hand, the present invention provides a gas sensor manufacturing method.

일 실시 예에 따르면, 상기 가스 센서 제조 방법은, 기판을 준비하는 기판 준비 단계; 상기 기판 상에 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물로 이루어지는 가스 감지층을 형성하는 가스 감지층 형성 단계; 및 상기 가스 감지층을 표면처리하는 표면처리 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method for manufacturing the gas sensor includes: a substrate preparation step of preparing a substrate; a gas sensing layer forming step of forming a gas sensing layer made of a metal oxide having a mesoporous structure on the substrate; and a surface treatment step of surface-treating the gas sensing layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 가스 감지층 형성 단계에서는 졸-겔 공정 및 스핀 코팅 공정을 통해, 상기 금속산화물을 포함하는 코팅 물질을 상기 기판 상에 코팅하여 상기 가스 감지층을 형성할 수 있다.According to an embodiment, in the gas sensing layer forming step, the gas sensing layer may be formed by coating a coating material including the metal oxide on the substrate through a sol-gel process and a spin coating process.

일 실시 예에 따르면, 상기 코팅 물질은 계면활성제를 더 포함하며, 상기 가스 감지층 형성 단계에서는 상기 계면활성제의 농도 조절을 통해 상기 금속산화물에 생성되는 기공의 기공률을 제어할 수 있다.According to an embodiment, the coating material further includes a surfactant, and in the gas sensing layer forming step, the porosity of the pores generated in the metal oxide may be controlled by adjusting the concentration of the surfactant.

일 실시 예에 따르면, 상기 표면처리 단계에서는 불활성 가스를 사용하여 상기 가스 감지층을 플라즈마 처리할 수 있다.According to an embodiment, in the surface treatment step, the gas sensing layer may be plasma-treated using an inert gas.

본 발명의 실시 예에 따르면, 기판; 상기 기판의 일면에 형성되며, 흡착되는 가스 이온의 농도에 의해 저항이 변화되고, 메조포러스(mesoporous) 구조를 갖는 금속산화물로 이루어지는 가스 감지층; 및 상기 가스 감지층과 연결되며, 상기 가스 감지층의 저항 변화를 측정하는 센서부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a substrate; a gas sensing layer formed on one surface of the substrate, the resistance of which is changed according to the concentration of gas ions to be adsorbed, and made of a metal oxide having a mesoporous structure; and a sensor unit connected to the gas sensing layer and measuring a change in resistance of the gas sensing layer.

이에 따라, 우수한 가스 센싱 특성을 갖는 가스 센서가 제공될 수 있다.Accordingly, a gas sensor having excellent gas sensing characteristics can be provided.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물로 가스 감지층을 형성함과 아울러, 이의 표면을 플라즈마 처리함으로써, 가스 감지층의 표면 거칠기 증대는 물론, 가스 감지층 내부에 형성되는 기공들 간의 연결성을 향상시킬 수 있고, 이를 통해, 가스 이온의 흡착 효과를 증대시킬 수 있으며, 궁극적으로, 가스 센싱 특성을 향상시킬 수 있는 가스 센서 제조 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the gas sensing layer is formed of a metal oxide having a mesoporous structure and the surface thereof is plasma-treated to increase the surface roughness of the gas sensing layer and to be formed inside the gas sensing layer. A method for manufacturing a gas sensor capable of improving the connectivity between the formed pores, thereby increasing the adsorption effect of gas ions, and ultimately improving gas sensing characteristics can be provided.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 졸-겔 공정 및 스핀 코팅을 통해 가스 감지층 형성 시, 가스 감지층을 이루는 금속산화물을 포함하는 코팅 물질에 추가되는 계면활성제의 농도를 조절함으로써, 가스 감지층을 이루는 금속산화물의 기공률을 제어할 수 있는 가스 센서 제조 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when the gas sensing layer is formed through the sol-gel process and spin coating, by controlling the concentration of the surfactant added to the coating material including the metal oxide constituting the gas sensing layer, gas sensing A gas sensor manufacturing method capable of controlling the porosity of the metal oxide forming the layer may be provided.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 비교적 쉽고 간단한 졸-겔 공정 및 스핀 코팅 공정 통해 가스 감지층을 형성함으로써, 종래 가스 감지 박막 증착에 사용되는 PECVD 대비 공정 시간과 제조 비용을 현저히 감소시킬 수 있는 가스 센서 제조 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by forming a gas sensing layer through a relatively easy and simple sol-gel process and a spin coating process, process time and manufacturing cost can be significantly reduced compared to PECVD used for conventional gas sensing thin film deposition. A method of manufacturing a gas sensor may be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서의 가스 감지층을 이루는 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물을 전자현미경으로 촬영한 이미지들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서 제조 방법을 공정순으로 나타낸 흐름도이다.
도 5는 도 4의 S110 단계를 나타낸 참고도이다.
도 6은 도 4의 S120 단계를 나타낸 참고도이다.
도 7은 도 4의 S130 단계를 나타낸 참고도이다.1 is a schematic diagram schematically showing a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are images taken with an electron microscope of a metal oxide having a mesoporous structure constituting a gas sensing layer of a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a gas sensor according to an embodiment of the present invention in order of process.
5 is a reference diagram illustrating step S110 of FIG. 4 .
6 is a reference diagram illustrating step S120 of FIG. 4 .
7 is a reference diagram illustrating step S130 of FIG. 4 .

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the shape and size are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in the present specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification is present, and one or more other features, numbers, steps, configuration It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. Also, in the present specification, the term “connection” is used to include both indirectly connecting a plurality of components and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서를 설명하기 위한 도면들이다.1 to 3 are views for explaining a gas sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서(100)는, 기체 중에 포함된 특정 성분의 가스를 감지하고, 이를 전기 신호로 변환하는 센서이다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서(100)는 저항식 가스 센서로 구비될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention is a sensor that detects a gas of a specific component included in the gas and converts it into an electrical signal. The gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention may be provided as a resistance type gas sensor.

이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서(100)는 기판(110), 가스 감지층(120) 및 센서부(130)를 포함하여 형성될 수 있다.To this end, the gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention may be formed to include a substrate 110 , a gas sensing layer 120 , and a sensor unit 130 .

기판(110)은 가스 감지층(120) 및 센서부(130)를 지지하는 부재이다. 이를 위해, 기판(110)은 가스 감지층(120) 및 센서부(130)를 안정적으로 지지함과 아울러, 제조 시 핸들링이 가능한 정도의 두께 및 강도를 갖는 재질로 구비되는 것이 바람직하다.The substrate 110 is a member supporting the gas sensing layer 120 and the sensor unit 130 . To this end, the substrate 110 is preferably made of a material having a thickness and strength capable of stably supporting the gas sensing layer 120 and the sensor unit 130 and handling during manufacture.

기판(110)을 이루는 재질로는 다양한 재질 중에서 상기 조건을 만족하는 재질이 선택될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 전도성 또는 절연성 재질로 구비될 수 있다. 또한, 기판(110)은 반도체 기판 또는 비 반도체 기판으로 구비될 수 있다. 그리고 기판(110)은 투광성 또는 비투광성 재질로 구비될 수 있으며, 고무와 같은 탄성 재질, 플렉서블한 재질 및 다양한 고분자 재질 등으로도 구비될 수 있다.As a material constituting the substrate 110 , a material satisfying the above conditions may be selected from among various materials. For example, the substrate 110 may be made of a conductive or insulating material. Also, the substrate 110 may be a semiconductor substrate or a non-semiconductor substrate. In addition, the substrate 110 may be provided with a light-transmitting or non-transmissive material, and may also be provided with an elastic material such as rubber, a flexible material, and various polymer materials.

일례로, 기판(110)은 Al2O3, GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga2O3, GaAs와 같은 물질 군 중에서 선택될 수 있다.For example, the substrate 110 may be selected from a group of materials such as Al 2 O 3 , GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga 2 O 3 , and GaAs.

이와 같이, 기판(110)은 상기 조건을 만족하는 다양한 재질 중에서 선택될 수 있는 바, 본 발명에서 기판(110)의 종류를 어느 한 재질로 특별히 한정하는 것은 아니다.As described above, the substrate 110 may be selected from various materials satisfying the above conditions, and thus, the type of the substrate 110 is not particularly limited to any one material in the present invention.

가스 감지층(120)은 기판(110)의 상면(도면 기준)에 형성될 수 있다. 이때, 가스 감지층(120)은 기판(110)의 상면에 졸-겔 공정 및 스핀 코팅 공정을 통해, 형성될 수 있는데, 이러한 가스 감지층(120) 형성 방법에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.The gas sensing layer 120 may be formed on the upper surface (based on the drawing) of the substrate 110 . In this case, the gas sensing layer 120 may be formed on the upper surface of the substrate 110 through a sol-gel process and a spin coating process. A method of forming the gas sensing layer 120 will be described in more detail below. do.

가스 감지층(120)은 특정 성분의 가스 이온이 흡착되는 영역을 제공한다. 가스 감지층(120)은 센서부(130)와 연결된다. 이러한 가스 감지층(120)은 흡착되는 가스 이온의 농도에 의해 저항이 변화된다. 가스 감지층(120)의 저항 변화는 이와 연결되는 센서부(130)에 의해 측정되고, 센서부(130)에 의해 측정된 가스 감지층(120)의 저항 변화 값은 전기 신호로 변환되어 외부로 송출될 수 있다. 외부로 송출되는 전기 신호, 즉, 가스 감지층(120)에 흡착된 특정 성분의 가스에 대한 정보를 제공하는 특정 패턴이나 세기의 전기 신호는 예컨대, 가스 센서(100)와 연결되는 컨트롤러에 제공되어, 이의 표시 장치를 통해 글자, 이미지, 수치 등의 형태로 표시될 수 있고, 경고등을 점등시키는 스위칭 신호로 작용할 수 있으며, 알람 장치나 경보 장치를 통해 특정 패턴의 소리나 음성의 형태로 공간 상에 표출될 수 있다.The gas sensing layer 120 provides a region to which gas ions of a specific component are adsorbed. The gas sensing layer 120 is connected to the sensor unit 130 . The resistance of the gas sensing layer 120 is changed according to the concentration of the gas ions to be adsorbed. The change in resistance of the gas sensing layer 120 is measured by the sensor unit 130 connected thereto, and the resistance change value of the gas sensing layer 120 measured by the sensor unit 130 is converted into an electrical signal and sent to the outside. can be sent out. An electrical signal transmitted to the outside, that is, an electrical signal of a specific pattern or intensity that provides information on the gas of a specific component adsorbed to the gas sensing layer 120 is provided to, for example, a controller connected to the gas sensor 100 . , can be displayed in the form of letters, images, numbers, etc. through its display device, can act as a switching signal to turn on a warning light, and can be displayed in a space in the form of a sound or voice of a specific pattern through an alarm device or an alarm device. can be expressed.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 감지층(120)은 메조포러스(mesoporous) 구조를 갖는 금속산화물로 이루어질 수 있다. 이때, 가스 감지층(120)을 이루는 금속산화물은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 가스 감지층(120)을 이루는 금속산화물은 SnO2, CuO, TiO2, In2O3, ZnO, V2O5, RuO2, WO2, ZrO2, MoO3, NiO, Fe2O3 및 AB2O4를 포함하는 금속산화물 물질 군 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 금속산화물을 포함할 수도 있다.Meanwhile, the gas sensing layer 120 according to an embodiment of the present invention may be made of a metal oxide having a mesoporous structure. In this case, the metal oxide constituting the gas sensing layer 120 may include silicon oxide. However, this is only an example, and the metal oxide constituting the gas sensing layer 120 is SnO 2 , CuO, TiO 2 , In 2 O 3 , ZnO, V 2 O 5 , RuO 2 , WO 2 , ZrO 2 , MoO 3 , NiO, Fe 2 O 3 and AB 2 O 4 It may include any one or two or more metal oxides from the group of metal oxide materials including.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 감지층(120)은 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물로 이루어짐에 따라, 다수의 기공을 포함할 수 있다.Since the gas sensing layer 120 according to an embodiment of the present invention is made of a metal oxide having a mesoporous structure, it may include a plurality of pores.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서의 가스 감지층을 전자현미경으로 촬영한 이미지들로, 가스 감지층을 이루는 금속산화물에 다수의 기공이 분포되어 있는 모습을 보여준다.2 and 3 are images taken with an electron microscope of a gas sensing layer of a gas sensor according to an embodiment of the present invention, and show a state in which a plurality of pores are distributed in the metal oxide constituting the gas sensing layer.

도 2 및 도 3을 참조하면, 금속산화물에 형성되는 다수의 기공은 2 내지 10㎚ 크기로 측정되었다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 감지층을 이루는 금속산화물이 메조포러스 구조를 갖는 것으로 확인되었다.2 and 3 , the plurality of pores formed in the metal oxide was measured to have a size of 2 to 10 nm. Accordingly, it was confirmed that the metal oxide constituting the gas sensing layer according to an embodiment of the present invention has a mesoporous structure.

이와 같이, 가스 감지층(120)이 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물로 이루어지면, 논-포러스(non-porous) 구조보다 표면적이 획기적으로 증대되어, 가스 이온의 흡착 효과를 대폭 증대시킬 수 있으며, 이를 통해, 가스 센서(100)의 가스 센싱 특성이 보다 향상될 수 있다.As such, when the gas sensing layer 120 is made of a metal oxide having a mesoporous structure, the surface area is remarkably increased than that of the non-porous structure, and the adsorption effect of gas ions can be greatly increased, Through this, the gas sensing characteristic of the gas sensor 100 may be further improved.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 감지층(120)은 이러한 다수의 기공들을 연결하는 다수의 채널을 포함할 수 있다. 이때, 기공들을 연결하는 다수의 채널은 적어도 둘 이상의 직경을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서, 이러한 다수의 채널은, 그 직경이 포함되는 범위에 따라, 마이크로 채널(micro channel) 및 매크로 채널(macro channel)로 구분될 수 있다.In addition, the gas sensing layer 120 according to an embodiment of the present invention may include a plurality of channels connecting the plurality of pores. In this case, the plurality of channels connecting the pores may have at least two or more diameters. In an embodiment of the present invention, the plurality of channels may be divided into a micro channel and a macro channel according to a range including the diameter thereof.

가스 감지층(120)은 메조포러스 구조의 기공들을 연결하는 다수의 채널을 포함함으로써, 기공들 간의 연결성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 다수의 채널을 통해 기공들 간의 연결성이 향상되면, 가스 이온의 흡착 효과가 증대됨은 물론, 가스 감지층(120) 내부로 가스 이온의 침투성이 극대화될 수 있으며, 궁극적으로, 가스 센서(100)의 가스 센싱 특성이 향상될 수 있다. 또한, 다수의 채널을 통해 기공들 간의 연결성이 향상되면, 가스 감지층(120)의 기계적 강도 또한 향상될 수 있다.Since the gas sensing layer 120 includes a plurality of channels connecting the pores of the mesoporous structure, connectivity between the pores may be improved. As such, when the connectivity between the pores is improved through the plurality of channels, the adsorption effect of gas ions is increased, and the permeability of gas ions into the gas sensing layer 120 can be maximized, and ultimately, the gas sensor ( 100) may improve the gas sensing characteristics. In addition, if the connectivity between the pores is improved through the plurality of channels, the mechanical strength of the gas sensing layer 120 may also be improved.

기공들을 연결하는 다수의 채널은 가스 감지층(120)에 대한 플라즈마 처리를 통해 형성될 수 있는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.A plurality of channels connecting the pores may be formed through plasma treatment of the gas sensing layer 120 , which will be described in more detail below.

센서부(130)는 가스 감지층(120)과 연결된다. 센서부(130)는 흡착되는 가스 이온의 농도에 의한 가스 감지층(120)의 저항 변화를 측정한다. 또한, 센서부(130)는 측정한 가스 감지층(120)의 저항 변화 값을 전기 신호로 변환하여 외부로 송출할 수 있다. 센서부(130)로부터 송출되는, 가스 감지층(120)의 저항 변화 측정 값에 대한 전기 신호는 이와 연결되는 컨트롤러에 제공되어, 이의 표시 장치를 통해 글자, 이미지, 수치 등의 형태로 표시될 수 있고, 경고등을 점등시키는 스위칭 신호로 작용할 수 있으며, 알람 장치나 경보 장치를 통해 특정 패턴의 소리나 음성의 형태로 공간 상에 표출될 수 있다.The sensor unit 130 is connected to the gas sensing layer 120 . The sensor unit 130 measures a change in resistance of the gas sensing layer 120 due to the concentration of the gas ions to be adsorbed. In addition, the sensor unit 130 may convert the measured resistance change value of the gas sensing layer 120 into an electric signal and transmit it to the outside. An electrical signal for a measurement value of a change in resistance of the gas sensing layer 120, transmitted from the sensor unit 130, is provided to a controller connected thereto, and may be displayed in the form of letters, images, numbers, etc. through a display device thereof. and may act as a switching signal to turn on a warning lamp, and may be expressed in a space in the form of a sound or voice of a specific pattern through an alarm device or an alarm device.

이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서부(130)는 센서 전극(131) 및 전류 계통(132)을 포함하여 형성될 수 있다.To this end, the sensor unit 130 according to an embodiment of the present invention may be formed to include a sensor electrode 131 and a current system 132 .

센서 전극(131)은 가스 이온의 흡착에 따른 가스 감지층(120)의 저항 변화를 검출하는 부재이다. 이를 위해, 센서 전극(131)은 전류 계통(132)과 전기적으로 연결되며, 전류 계통(132)으로부터 공급되는 전류의 이동 통로를 제공한다.The sensor electrode 131 is a member that detects a change in resistance of the gas sensing layer 120 according to the adsorption of gas ions. To this end, the sensor electrode 131 is electrically connected to the current system 132 , and provides a passage of current supplied from the current system 132 .

이러한 센서 전극(131)은 가스 감지층(120)에 형성될 수 있다. 센서 전극(131)은 기판(110)과 마주하는 가스 감지층(120)의 일측면과 반대되는 타측면에 형성될 수 있다. 센서 전극(131)은 가스 감지층(120)의 타측면으로부터 깊이 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 센서 전극(131)은 일측면만 노출되고, 나머지 면은 가스 감지층(120) 내부에 매립된 형태로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 센서 전극(131)은 가스 감지층(120)의 표면에 층을 이루는 형태로 형성될 수도 있다. 이때, 센서 전극(131)은 소정의 패턴을 이루는 형태로 가스 감지층(120)에 형성될 수 있다.The sensor electrode 131 may be formed on the gas sensing layer 120 . The sensor electrode 131 may be formed on the other side opposite to one side of the gas sensing layer 120 facing the substrate 110 . The sensor electrode 131 may be formed in a depth direction from the other side of the gas sensing layer 120 . That is, only one side of the sensor electrode 131 may be exposed, and the other side may be formed to be buried in the gas sensing layer 120 . However, this is only an example, and the sensor electrode 131 may be formed to form a layer on the surface of the gas sensing layer 120 . In this case, the sensor electrode 131 may be formed on the gas sensing layer 120 in the form of forming a predetermined pattern.

이러한 센서 전극(131)은 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 구리(Cu)를 포함하는 전도성 금속 물질 군 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 합금으로 구비될 수 있다.The sensor electrode 131 includes gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), molybdenum (Mo), silver (Ag), titanium (Ti), tungsten (W), and ruthenium (Ru). ), any one selected from the group of conductive metal materials including iridium (Ir) and copper (Cu), or an alloy in which two or more are combined.

전류 계통(132)은 센서 전극(131)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전류 계통(132)은 센서 전극(131)에 전류를 순환시키면서 공급 전류량과 회수 전류량의 차이를 통해 전류 변화량을 측정하며, 이를 통해, 흡착되는 가스 이온의 농도에 의한 가스 감지층(120)의 저항 변화를 산출한다.The current system 132 may be electrically connected to the sensor electrode 131 . The current system 132 circulates the current through the sensor electrode 131 and measures the amount of current change through the difference between the amount of supply current and the amount of recovery current, and through this, the resistance of the gas sensing layer 120 due to the concentration of the adsorbed gas ions produce change.

전류 순환 구조를 형성하기 위해, 전류 계통(132)의 공급 라인과 회수 라인은 각각, 가스 감지층(120)에 소정의 패턴을 이루는 형태로 형성되는 센서 전극(131)의 일측과 타측에 전기적으로 연결될 수 있다.In order to form a current circulation structure, the supply line and the recovery line of the current system 132 are electrically connected to one side and the other side of the sensor electrode 131 which is formed in a form to form a predetermined pattern on the gas sensing layer 120 , respectively. can be connected

본 발명의 일 실시 예에서, 이러한 전류 계통(132)은 공급 라인과 회수 라인 사이에 구비되는 전원 및 공급 라인 상에 설치되는 전류계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the current system 132 may include a power supply provided between the supply line and the recovery line and an ammeter installed on the supply line.

계속해서, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서(100)는 히팅 전극(heating electrode)(140)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 히팅 전극(140)은 가스 감지층(120)을 활성화시키기 위해, 가스 감지층(120)에 열을 전달하는 부재이다.Continuingly, referring to FIG. 1 , the gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention may be formed to further include a heating electrode 140 . The heating electrode 140 is a member that transfers heat to the gas sensing layer 120 to activate the gas sensing layer 120 .

히팅 전극(140)은, 가스 감지층(120)이 형성되는 기판(110)의 일면과 반대되는 타면에 형성될 수 있다. 히팅 전극(140)은 기판(110)의 타면으로부터 깊이 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 히팅 전극(140)은 일측면만 노출되고, 나머지 면은 기판(110)의 내부에 매립된 형태로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 히팅 전극(140)은 기판(110)의 표면에 층을 이루는 형태로 형성될 수도 있다. 이때, 히팅 전극(140)은 소정의 패턴을 이루는 형태로 기판(110)에 형성될 수 있다.The heating electrode 140 may be formed on the other surface opposite to one surface of the substrate 110 on which the gas sensing layer 120 is formed. The heating electrode 140 may be formed in a depth direction from the other surface of the substrate 110 . That is, the heating electrode 140 may be formed such that only one side thereof is exposed, and the other side thereof is buried in the substrate 110 . However, this is only an example, and the heating electrode 140 may be formed in a form in which a layer is formed on the surface of the substrate 110 . In this case, the heating electrode 140 may be formed on the substrate 110 in the form of forming a predetermined pattern.

이러한 히팅 전극(140)은 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 구리(Cu)를 포함하는 전도성 금속 물질 군 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 합금으로 구비될 수 있다.The heating electrode 140 includes gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), molybdenum (Mo), silver (Ag), titanium (Ti), tungsten (W), and ruthenium (Ru). ), any one selected from the group of conductive metal materials including iridium (Ir) and copper (Cu), or an alloy in which two or more are combined.

여기서, 저항식 가스 센서(100)는 금속산화물로 이루어지는 가스 감지층(120)이 수분과 무관하게 작동되어야 한다. 이에, 히팅 전극(140)은 가스 감지층(120)에 열을 전달하기 위해 구비될 수 있으며, 이를 위해, 일체 또는 별도로 구비되는 발열체와 연결될 수 있다.Here, in the resistive gas sensor 100 , the gas sensing layer 120 made of metal oxide should be operated regardless of moisture. Accordingly, the heating electrode 140 may be provided to transfer heat to the gas sensing layer 120 , and for this purpose, may be connected to a heating element provided integrally or separately.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서 제조 방법에 대하여 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a gas sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7 .

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서 제조 방법을 공정순으로 나타낸 흐름도이고, 도 5는 도 4의 S110 단계를 나타낸 참고도이며, 도 6은 도 4의 S120 단계를 나타낸 참고도이고, 도 7은 도 4의 S130 단계를 나타낸 참고도이다.4 is a flowchart showing a process sequence of a gas sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a reference diagram illustrating step S110 of FIG. 4, and FIG. 6 is a reference diagram illustrating step S120 of FIG. 7 is a reference diagram illustrating step S130 of FIG. 4 .

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서 제조 방법은, 기판 준비 단계(S110), 가스 감지층 형성 단계(S120) 및 표면처리 단계(S130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the method for manufacturing a gas sensor according to an embodiment of the present invention may include a substrate preparation step S110 , a gas sensing layer forming step S120 , and a surface treatment step S130 .

도 5를 참조하면, 먼저, 기판 준비 단계(S110)는 가스 감지층(도 6의 120)을 지지하는 기판(110)을 준비하는 단계이다.Referring to FIG. 5 , first, preparing the substrate ( S110 ) is a step of preparing the substrate 110 supporting the gas sensing layer ( 120 of FIG. 6 ).

기판 준비 단계(S110)에서는 상기 기판(110)으로, 가스 감지층(120)을 안정적으로 지지함과 아울러, 핸들링이 가능한 정도의 두께 및 강도를 갖는 재질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다.In the substrate preparation step ( S110 ), as the substrate 110 , a substrate made of a material having a thickness and strength capable of stably supporting the gas sensing layer 120 and handling it may be used.

기판 준비 단계(S110)에서는 상기 기판(110)으로, 반도체 기판 또는 비 반도체 기판을 사용할 수 있다. 또한, 기판 준비 단계(S110)에서는 상기 기판(110)으로, 투광성 또는 비투광성 재질로 이루어진 기판, 고무와 같은 탄성 재질, 플렉서블한 재질 및 다양한 고분자 재질 등으로 이루어진 기판을 사용할 수 있다.In the substrate preparation step S110 , a semiconductor substrate or a non-semiconductor substrate may be used as the substrate 110 . In addition, in the substrate preparation step (S110), as the substrate 110, a substrate made of a light-transmitting or non-transmissive material, an elastic material such as rubber, a flexible material, a substrate made of various polymer materials, etc. may be used.

예를 들어, 기판 준비 단계(S110)에서는 상기 기판(110)으로, Al2O3, GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga2O3, GaAs와 같은 물질 군 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다.For example, in the substrate preparation step (S110) as the substrate 110, Al 2 O 3 , GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga 2 O 3 , any one material selected from the group of materials such as GaAs A substrate made of can be used.

이때, 기판 준비 단계(S110)에서는 기판(110)의 하면에 히팅 전극(140)을 특정 패턴으로 형성할 수 있다. 기판 준비 단계(S110)에서는 예컨대, 기판(110)의 하면으로부터 깊이 방향으로 히팅 전극(140)을 형성할 수 있다.In this case, in the substrate preparation step S110 , the heating electrode 140 may be formed in a specific pattern on the lower surface of the substrate 110 . In the substrate preparation step ( S110 ), for example, the heating electrode 140 may be formed in a depth direction from the lower surface of the substrate 110 .

여기서, 히팅 전극(140)은 가스 감지층(120)에 열을 전달하기 위해 구비될 수 있다. 이를 위해, 히팅 전극(140)은 일체 또는 별도로 구비되는 발열체와 연결될 수 있다.Here, the heating electrode 140 may be provided to transfer heat to the gas sensing layer 120 . To this end, the heating electrode 140 may be connected to a heating element provided integrally or separately.

기판 준비 단계(S110)에서는 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 구리(Cu)를 포함하는 전도성 금속 물질 군 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 합금을 사용하여 기판(110)의 하면에 히팅 전극(140)을 특정 패턴으로 형성할 수 있다.In the substrate preparation step S110, gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), molybdenum (Mo), silver (Ag), titanium (Ti), tungsten (W), ruthenium (Ru) ), iridium (Ir) and copper (Cu) to form the heating electrode 140 on the lower surface of the substrate 110 in a specific pattern using any one or a combination of two or more selected from the group of conductive metal materials. can

도 6을 참조하면, 다음으로, 가스 감지층 형성 단계(S120)는 준비된 기판(110) 상에 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물로 이루어지는 가스 감지층(120)을 형성하는 단계이다.Referring to FIG. 6 , the gas sensing layer forming step S120 is a step of forming the gas sensing layer 120 made of a metal oxide having a mesoporous structure on the prepared substrate 110 .

가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 졸-겔(sol-gel) 공정 및 스핀 코팅(spin coating) 공정을 통해, 금속산화물을 포함하는 코팅 물질을 기판(110) 상에 코팅할 수 있다. 이를 통해, 가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물을 가스 감지층(120)으로 형성할 수 있다.In the gas sensing layer forming step S120 , a coating material including a metal oxide may be coated on the substrate 110 through a sol-gel process and a spin coating process. Through this, in the gas sensing layer forming step S120 , a metal oxide having a mesoporous structure may be formed as the gas sensing layer 120 .

여기서, 상기 금속산화물은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 다른 예로, 금속산화물은 SnO2, CuO, TiO2, In2O3, ZnO, V2O5, RuO2, WO2, ZrO2, MoO3, NiO, Fe2O3 및 AB2O4를 포함하는 금속산화물 물질 군 중에서 어느 하나 또는 둘 이상의 금속산화물을 포함할 수 있다.Here, the metal oxide may include silicon oxide. As another example, the metal oxide is SnO 2 , CuO, TiO 2 , In 2 O 3 , ZnO, V 2 O 5 , RuO 2 , WO 2 , ZrO 2 , MoO 3 , NiO, Fe 2 O 3 and AB 2 O 4 . It may include any one or two or more metal oxides from the group of metal oxide materials including.

또한, 상기 코팅 물질은 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 계면활성제는 Brij-S10을 포함할 수 있다.In addition, the coating material may further include a surfactant. For example, the surfactant may include Brij-S10.

가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 예컨대, 소정 용량을 갖는 EtOH, Brij-S10, TEOS(tetraethyl orthosilicate), HCl 및 DI(deionized) water가 24시간 동안 400rpm으로 스터링(stirring)되어 혼합된 용액을 상기 코팅 물질로 사용할 수 있다.In the gas sensing layer forming step (S120), for example, EtOH, Brij-S10, TEOS (tetraethyl orthosilicate), HCl, and DI (deionized) water having a predetermined capacity are stirred at 400 rpm for 24 hours and the mixed solution is prepared above. It can be used as a coating material.

계속해서, 가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 이러한 코팅 물질을 상기 기판(110) 상에 예컨대, 3,000rpm의 속도로 20초의 시간 동안 스핀-코팅할 수 있다.Subsequently, in the gas sensing layer forming step ( S120 ), the coating material may be spin-coated on the substrate 110 at a speed of, for example, 3,000 rpm for a time of 20 seconds.

계속해서, 가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 기판(110) 상에 코팅된 코팅 물질을 450℃의 온도에서 4시간 동안 열처리할 수 있다.Subsequently, in the gas sensing layer forming step S120 , the coating material coated on the substrate 110 may be heat-treated at a temperature of 450° C. for 4 hours.

가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 이러한 일련의 졸-겔 공정 및 스핀 코팅 공정을 통해, 기판(110) 상에 코팅된 코팅 물질을 나노 스케일의 기공을 갖는 다공성 구조로 형성할 수 있다. 이때, 생성되는 기공의 크기는 2 내지 10㎚일 수 있다.In the gas sensing layer forming step ( S120 ), the coating material coated on the substrate 110 may be formed into a porous structure having nano-scale pores through a series of sol-gel processes and spin coating processes. In this case, the size of the generated pores may be 2 to 10 nm.

즉, 가스 감지층 형성 단계(S120)는 졸-겔 공정 및 스핀 코팅 공정을 통해, 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물로 이루어지는 가스 감지층(120)을 형성할 수 있다.That is, in the gas sensing layer forming step S120 , the gas sensing layer 120 made of a metal oxide having a mesoporous structure may be formed through a sol-gel process and a spin coating process.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 코팅 물질에 포함되는 계면활성제의 농도 조절을 통해 금속산화물에 생성되는 기공의 기공률을 제어할 수 있다.In the gas sensing layer forming step (S120) according to an embodiment of the present invention, the porosity of the pores generated in the metal oxide may be controlled by adjusting the concentration of the surfactant included in the coating material.

구체적으로, 가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 코팅 물질에 첨가되는 계면활성제의 농도를 증가시킴으로써, 가스 감지층(120)을 이루는 금속산화물의 기공 비율(porosity)을 증가시킬 수 있다.Specifically, in the gas sensing layer forming step S120 , the porosity of the metal oxide constituting the gas sensing layer 120 may be increased by increasing the concentration of the surfactant added to the coating material.

또한, 가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 코팅 물질에 첨가되는 계면활성제의 농도를 조절함으로써, 가스 감지층(120)을 이루는 금속산화물의 기공 배열(pore arrangement)을 제어할 수 있다.In addition, in the gas sensing layer forming step S120 , the pore arrangement of the metal oxide constituting the gas sensing layer 120 may be controlled by adjusting the concentration of the surfactant added to the coating material.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 감지층 형성 단계(S120)에서는 졸-겔 공정 및 스핀 코팅 공정과 같은 간단한 공정을 통해 쉽고 빠르게 가스 감지층(120)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서 제조 방법은 수율을 향상시킬 수 있으며, 제조 단가 또한 절감할 수 있다.As described above, in the gas sensing layer forming step S120 according to an embodiment of the present invention, the gas sensing layer 120 can be formed easily and quickly through simple processes such as a sol-gel process and a spin coating process. Accordingly, the gas sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention can improve the yield and can also reduce the manufacturing cost.

도 7을 참조하면, 다음으로, 표면처리 단계(S130)는 졸-겔 공정 및 스핀 코팅 공정을 통해, 기판(110) 상에 형성된 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물로 이루어진 가스 감지층(120)을 표면처리하는 단계이다.Referring to FIG. 7 , next, in the surface treatment step S130 , the gas sensing layer 120 made of a metal oxide having a mesoporous structure formed on the substrate 110 through a sol-gel process and a spin coating process is formed. This is a surface treatment step.

표면처리 단계(S130)에서는 불활성 가스를 사용하여 가스 감지층(120)을 플라즈마 처리할 수 있다. 예를 들어, 표면처리 단계(S130)에서는 Ar 가스를 사용하여 가스 감지층(120)의 표면을 플라즈마 처리할 수 있다.In the surface treatment step S130 , the gas sensing layer 120 may be plasma-treated using an inert gas. For example, in the surface treatment step S130 , the surface of the gas sensing layer 120 may be plasma-treated using Ar gas.

이때, 가스 감지층(120)의 표면에 대한 플라즈마 처리 시, 불활성 가스의 이온(Ar+)은 물리적 스퍼터 역할만을 수행하며, 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물에 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 효과를 발생시키게 된다.At this time, during plasma treatment of the surface of the gas sensing layer 120 , ions (Ar + ) of the inert gas only perform a physical sputtering role, and an ion bombardment effect is applied to the metal oxide having a mesoporous structure. will cause

이와 같이, 가스 감지층(120)의 표면을 플라즈마 처리하게 되면, 가스 감지층(120)의 표면 거칠기가 증가되며, 가스 감지층(120)을 이루는 금속산화물에 생성된 기공들을 연결하는 다수의 채널이 형성될 수 있다. 이때, 다수의 채널은 직경에 따라 마이크로 채널과 매크로 채널로 구분될 수 있다.In this way, when the surface of the gas sensing layer 120 is plasma-treated, the surface roughness of the gas sensing layer 120 is increased, and a plurality of channels connecting pores generated in the metal oxide forming the gas sensing layer 120 . can be formed. In this case, the plurality of channels may be divided into micro channels and macro channels according to diameters.

이와 같이, 가스 감지층(120)의 표면에 대한 플라즈마 처리를 통해, 기공들을 연결하는 마이크로 채널 및 매크로 채널이 가스 감지층(120)을 이루는 금속산화물에 형성될 수 있다.As described above, through the plasma treatment of the surface of the gas sensing layer 120 , micro-channels and macro channels connecting pores may be formed in the metal oxide constituting the gas sensing layer 120 .

생성되는 마이크로 채널 및 매크로 채널에 의해 기공들 간의 연결성이 증대되면, 가스 감지층(120)의 가스 이온의 흡착 효과가 증대됨은 물론, 가스 감지층(120) 내부로 가스 이온의 침투성이 극대화될 수 있으며, 이에 따라, 가스 센서(100)의 가스 센싱 특성이 향상될 수 있다. 또한, 다수의 채널을 통해 기공들 간의 연결성이 향상되면, 가스 감지층(120)의 기계적 강도 또한 향상될 수 있다.When the connectivity between the pores is increased by the generated micro-channels and macro-channels, the adsorption effect of gas ions of the gas sensing layer 120 is increased, and the permeability of gas ions into the gas sensing layer 120 can be maximized. and, accordingly, the gas sensing characteristic of the gas sensor 100 may be improved. In addition, if the connectivity between the pores is improved through the plurality of channels, the mechanical strength of the gas sensing layer 120 may also be improved.

본 발명의 일 실시 예에 따른 표면처리 단계(S130)에서는 2분 이내로 가스 감지층(120)의 표면을 플라즈마 처리할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면처리 단계(S130)에서는 비교적 짧은 시간 및 비교적 간단한 공정을 통해 기공 연결성을 향상시킬 수 있다.In the surface treatment step S130 according to an embodiment of the present invention, the surface of the gas sensing layer 120 may be plasma-treated within 2 minutes. That is, in the surface treatment step S130 according to an embodiment of the present invention, pore connectivity can be improved through a relatively short time and a relatively simple process.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서 제조 방법은 표면처리 단계(S130)를 통해 가스 감지층(120)의 표면을 플라즈마 처리한 다음, 흡착되는 가스 이온의 농도에 의한 가스 감지층(120)의 저항 변화를 측정하기 위해, 가스 감지층(120)에 센서부(130)를 연결할 수 있다. (도 1 참조)On the other hand, in the gas sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the surface of the gas sensing layer 120 is plasma-treated through the surface treatment step ( S130 ), and then, the gas sensing layer 120 is determined by the concentration of adsorbed gas ions. ), the sensor unit 130 may be connected to the gas sensing layer 120 to measure a change in resistance. (See Fig. 1)

이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서 제조 방법에서는 전류 계통(132)과 전기적으로 연결되는 센서 전극(131)을 가스 감지층(120)의 표면처리된 일면에 형성할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서 제조 방법에서는 센서 전극(131)을 소정의 패턴을 이루는 형태로 가스 감지층(120)의 표면처리된 일면에 형성할 수 있다.To this end, in the gas sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the sensor electrode 131 electrically connected to the current system 132 may be formed on the surface-treated surface of the gas sensing layer 120 . In this case, in the gas sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the sensor electrode 131 may be formed on the surface-treated surface of the gas sensing layer 120 to form a predetermined pattern.

가스 센서 제조 방법에서는 센서 전극(131)으로, 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 구리(Cu)를 포함하는 전도성 금속 물질 군 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 합금을 사용할 수 있다.In the gas sensor manufacturing method, as the sensor electrode 131, gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), molybdenum (Mo), silver (Ag), titanium (Ti), tungsten (W) ), ruthenium (Ru), iridium (Ir), and any one selected from the group of conductive metal materials including copper (Cu) or an alloy in which two or more are combined.

계속해서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 센서 제조 방법에서는 센서 전극(131)에 전류를 순환시키면서 공급 전류량과 회수 전류량의 차이를 통해 전류 변화량을 측정하며, 이를 통해, 흡착되는 가스 이온의 농도에 의한 가스 감지층(120)의 저항 변화를 산출하기 위해, 전류 계통(132)의 공급 라인과 회수 라인을 각각, 가스 감지층(120)에 소정의 패턴을 이루는 형태로 형성시킨 센서 전극(131)의 일측과 타측에 전기적으로 연결시킬 수 있다.Subsequently, in the gas sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the current change amount is measured through the difference between the supply current amount and the recovery current amount while circulating the current through the sensor electrode 131 , and through this, the concentration of gas ions adsorbed In order to calculate the resistance change of the gas sensing layer 120 by ) can be electrically connected to one side and the other side.

도 1에 도시된 바와 같이, 가스 감지층(120)에 대한 센서부(130) 연결이 완료되면, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 우수한 가스 센싱 특성을 갖는 가스 센서(100)가 제조된다.As shown in FIG. 1 , when the connection of the sensor unit 130 to the gas sensing layer 120 is completed, the gas sensor 100 having excellent gas sensing characteristics according to an embodiment of the present invention is manufactured.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 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.As mentioned above, although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art will understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 가스 센서
110; 기판
120; 가스 감지층
130; 센서부
131; 센서 전극
132; 전류 계통
140; 히팅 전극100: gas sensor
110; Board
120; gas sensing layer
130; sensor unit
131; sensor electrode
132; current system
140; heating electrode

Claims (11)

기판;
상기 기판의 일면에 플라즈마 처리되어 형성되며, 흡착되는 가스 이온의 농도에 의해 저항이 변화되고, 메조포러스(mesoporous) 구조를 갖는 금속산화물로 이루어지는 가스 감지층; 및
상기 가스 감지층과 연결되며, 상기 가스 감지층의 저항 변화를 측정하는 센서부;를 포함하되,
상기 감지층은,
상기 플라즈마 처리에 의하여 상기 메조포러스 구조를 연결하는 적어도 둘 이상의 직경을 가지는 다수의 채널을 더 포함하되,
상기 다수의 채널은, 마이크로 채널(micro channel) 및 매크로 채널(macro channel)을 포함하는 가스 센서.
Board;
a gas sensing layer formed by plasma treatment on one surface of the substrate, the resistance of which is changed by the concentration of adsorbed gas ions, and made of a metal oxide having a mesoporous structure; and
A sensor unit connected to the gas sensing layer and measuring a change in resistance of the gas sensing layer;
The sensing layer is
Further comprising a plurality of channels having at least two or more diameters connecting the mesoporous structure by the plasma treatment,
The plurality of channels is a gas sensor including a micro channel (micro channel) and a macro channel (macro channel).
 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 감지층은 다수의 기공을 가지되,
상기 기공은 2 내지 10㎚ 크기를 가지는, 가스 센서.
According to claim 1,
The sensing layer has a plurality of pores,
The pores have a size of 2 to 10 nm, a gas sensor.
 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 금속산화물은 실리콘 산화물을 포함하는, 가스 센서.
According to claim 1,
The metal oxide comprises silicon oxide, gas sensor.
 제1 항에 있어서,
상기 센서부는,
상기 가스 감지층에 형성되는 센서 전극, 및
상기 센서 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 센서 전극에 전류를 순환시키면서 전류 변화량을 측정하는 전류 계통을 포함하는, 가스 센서.
According to claim 1,
The sensor unit,
a sensor electrode formed on the gas sensing layer; and
A gas sensor electrically connected to the sensor electrode and comprising a current system for measuring a current change amount while circulating a current through the sensor electrode.
 제1 항에 있어서,
상기 기판의 타면에 형성되며, 상기 가스 감지층에 열을 전달하는 히팅 전극을 더 포함하는, 가스 센서.
According to claim 1,
Formed on the other surface of the substrate, the gas sensor further comprising a heating electrode for transferring heat to the gas sensing layer.
 기판을 준비하는 기판 준비 단계;
상기 기판 상에 메조포러스 구조를 갖는 금속산화물로 이루어지는 가스 감지층을 형성하는 가스 감지층 형성 단계; 및
상기 가스 감지층을 표면처리하는 표면처리 단계;를 포함하되,
상기 표면처리 단계는,
상기 가스 감지층을 플라즈마 처리하는 것을 포함하되,
상기 플라즈마 처리에 의하여, 상기 메조포러스 구조를 연결하는 적어도 둘 이상의 직경을 가지는 다수의 채널이 형성되고,
상기 다수의 채널은, 마이크로 채널 및 매크로 채널을 포함하는 가스 센서 제조 방법.
A substrate preparation step of preparing a substrate;
a gas sensing layer forming step of forming a gas sensing layer made of a metal oxide having a mesoporous structure on the substrate; and
Including; a surface treatment step of surface treatment of the gas sensing layer;
The surface treatment step is
Plasma treatment of the gas sensing layer,
A plurality of channels having at least two or more diameters connecting the mesoporous structures are formed by the plasma treatment,
The plurality of channels may include microchannels and macrochannels.
 제8 항에 있어서,
상기 가스 감지층 형성 단계에서는 졸-겔 공정 및 스핀 코팅 공정을 통해, 상기 금속산화물을 포함하는 코팅 물질을 상기 기판 상에 코팅하여 상기 가스 감지층을 형성하는 가스 센서 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In the gas sensing layer forming step, the gas sensing layer is formed by coating a coating material including the metal oxide on the substrate through a sol-gel process and a spin coating process.
 제9 항에 있어서,
상기 코팅 물질은 계면활성제를 더 포함하며,
상기 가스 감지층 형성 단계에서는 상기 계면활성제의 농도 조절을 통해 상기 금속산화물에 생성되는 기공의 기공률을 제어하는 가스 센서 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The coating material further comprises a surfactant,
In the gas sensing layer forming step, a gas sensor manufacturing method for controlling the porosity of pores generated in the metal oxide by adjusting the concentration of the surfactant.
 제8 항에 있어서,
상기 표면처리 단계에서는 불활성 가스를 사용하여 상기 가스 감지층을 플라즈마 처리하는 가스 센서 제조 방법.9. The method of claim 8,
In the surface treatment step, a gas sensor manufacturing method of plasma-treating the gas sensing layer using an inert gas.
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