KR102363911B1 - A flexible gas sensor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
플렉시블 가스 센서의 제조 방법으로서, (a) 유리 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 유리 기판 상에 플렉시블 기판을 라미네이트하는 단계; (c) 상기 플렉시블 기판 상에 히터 전극을 형성하는 단계; (d) 상기 플렉시블 기판의 적어도 일부 및 히터 전극 상에 절연막을 형성하는 단계; (e) 상기 절연막 상에 감지 전극을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 절연막의 적어도 일부 및 감지 전극 상에 가스 감지층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉시블 가스 센서를 제공한다. 또, 상기 제조 방법에 의하여 제조되는 플렉시블 가스 센서를 제공한다.A method of manufacturing a flexible gas sensor, comprising the steps of: (a) providing a glass substrate; (b) laminating a flexible substrate on the glass substrate; (c) forming a heater electrode on the flexible substrate; (d) forming an insulating film on at least a portion of the flexible substrate and the heater electrode; (e) forming a sensing electrode on the insulating layer; and (f) forming a gas sensing layer on at least a portion of the insulating film and the sensing electrode. Moreover, it provides the flexible gas sensor manufactured by the said manufacturing method.
Description
본 개시는 플렉시블 가스 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플렉시블 기판 상에 적용된 금속 산화물 반도체 가스 센서에 관한 것이다.The present disclosure relates to a flexible gas sensor and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a metal oxide semiconductor gas sensor applied on a flexible substrate.
가스, 화합물, 바이오 분자 등의 검출에 사용되는 센서는 많은 관심을 받아 왔고 많은 연구 결과들이 발표가 되고 있는 분야이다. 이중에서 가스센서는 화학, 제약, 환경, 의료 등 광범위한 분야에서 사용되어왔고 미래에 더욱 많은 연구가 될 것으로 예측되고 있다. 가스센서는 기체 중에 포함된 특정의 성분가스를 검지하여 그 농도에 따라 적당한 전기신호로 변환하는 소자를 의미한다. 공기 중의 유해물질 및 오염물질을 실시간으로 검출하는 기술은 생활환경, 노동환경을 양호하게 유지하기 위해 필수불가결하다. 가스센서는 여러 장소에 설치되어 우리가 생활하는 대기, 환경 중의 유해물질 및 오염물질을 모니터링 하는 중요한 역할을 담당하고 있다.Sensors used to detect gases, compounds, biomolecules, etc. have received a lot of attention and are a field in which many research results are being published. Among them, gas sensors have been used in a wide range of fields such as chemistry, pharmaceuticals, environment, and medicine, and are expected to be studied more in the future. A gas sensor means a device that detects a specific component gas contained in a gas and converts it into an appropriate electric signal according to its concentration. A technology that detects harmful substances and pollutants in the air in real time is indispensable to maintain a good living and working environment. Gas sensors are installed in various places and play an important role in monitoring harmful substances and pollutants in the atmosphere and environment in which we live.
그 중에서도 반도체식 가스센서는 반도체 표면에 가스가 접촉했을 때의 전기전도도 변화를 이용하는 센서이다. 특정 가스가 금속 산화물 반도체에 흡착 시 전자의 이동으로 인해 금속 산화물 반도체 표면의 공핍층 두께가 달라지며, 이러한 공핍층 두께의 변화가 반도체의 전기전도의 변화를 야기한다. 검출 시간을 단축하기 위해 고온이 요구되므로 고온에서 안정한 금속 산화물이 주로 사용되며, 산화주석이 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다. 반도체식 가스센서는 대부분의 유독가스 및 가연가스에 반응하며, 검출 회로의 구성이 간단하여 센서 제작이 용이하고 대량생산이 가능한 장점이 있다.Among them, the semiconductor-type gas sensor is a sensor that utilizes a change in electrical conductivity when gas comes into contact with a semiconductor surface. When a specific gas is adsorbed to the metal oxide semiconductor, the thickness of the depletion layer on the surface of the metal oxide semiconductor changes due to the movement of electrons, and this change in the thickness of the depletion layer causes a change in the electrical conductivity of the semiconductor. Since a high temperature is required to shorten the detection time, a metal oxide stable at high temperature is mainly used, and tin oxide is generally used the most. The semiconductor-type gas sensor responds to most toxic gases and combustible gases, and has the advantage of being easy to manufacture and mass-produced because of the simple configuration of the detection circuit.
한편, 종래의 가스 센서는 대부분 딱딱한 알루미나 기판이나 잘 깨지는 Si 소재의 MEMS 구조물 상에서 제작되는 것이 일반적이다. 이에, 종래의 가스 센서는 유연성이 떨어지며, 외부에서 가해지는 물리적, 기계적 압력에 취약하다는 문제점을 가지며, 나아가 특정 위치에 설치되어서 작동할 뿐, 휴대성이 떨어지는 문제점도 갖고 있다. 또한, 비용의 관점에서 종래 사용되어온 기판들은 가격이 비싸 여전히 개선의 여지가 존재한다.On the other hand, most conventional gas sensors are generally manufactured on a hard alumina substrate or a MEMS structure made of a brittle Si material. Accordingly, the conventional gas sensor has a problem in that it is inflexible and vulnerable to physical and mechanical pressure applied from the outside, and furthermore, it is installed and operated at a specific location, and also has a problem of poor portability. In addition, from the viewpoint of cost, conventionally used substrates are expensive, so there is still room for improvement.
오늘날 차세대 기술의 새로운 형태로서 플렉시블 및/또는 웨어러블 디바이스에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 새로운 형태의 디바이스에 대한 수요에 맞춰 스마트폰, 안경, 시계, 팔찌 등과 같이 휴대하는 형태의 다양한 제품에의 적용 및/또는 사용자의 신체나 의복에 적용이 가능한 새로운 가스 센서에 대한 개발 필요성이 요구된다.Today, there is a growing interest in flexible and/or wearable devices as a new form of next-generation technology. In line with the demand for these new types of devices, there is a need to develop a new gas sensor that can be applied to various portable products such as smartphones, glasses, watches, and bracelets and/or to the user's body or clothes. do.
따라서, 본 개시의 제1 관점은 플렉시블 기판을 이용한, 플렉시블 가스 센서를 제조하는 방법을 제공하는데 있다. 또한, 본 개시의 제2 관점은 상기 방법에 의하여 제조되는, 사용자에게 웨어러블한 디바이스로서 적용되어 제공될 수 있는, 플렉시블 가스 센서를 제공하는데 있다.Accordingly, a first aspect of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a flexible gas sensor using a flexible substrate. In addition, a second aspect of the present disclosure is to provide a flexible gas sensor manufactured by the method, which can be applied and provided as a wearable device to a user.
본 개시의 제1 관점을 달성하기 위한 플렉시블 가스 센서의 제조 방법은 (a) 유리 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 유리 기판 상에 플렉시블 기판을 라미네이트하는 단계; (c) 상기 플렉시블 기판 상에 히터 전극을 형성하는 단계; (d) 상기 플렉시블 기판의 적어도 일부 및 히터 전극 상에 절연막을 형성하는 단계; (e) 상기 절연막 상에 감지 전극을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 절연막의 적어도 일부 및 감지 전극 상에 가스 감지층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flexible gas sensor for achieving the first aspect of the present disclosure comprises the steps of: (a) providing a glass substrate; (b) laminating a flexible substrate on the glass substrate; (c) forming a heater electrode on the flexible substrate; (d) forming an insulating film on at least a portion of the flexible substrate and the heater electrode; (e) forming a sensing electrode on the insulating layer; and (f) forming a gas sensing layer on at least a portion of the insulating layer and the sensing electrode.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 플렉시블 기판은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 아크릴로니트릴 부타디엔스티렌(ABS), 아세탈(POM), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론6,6(PA), 페놀, 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리스티렌(PS), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리설폰(PSF), 폴리에테르설폰(PES), 폴리디메틸실록산(PDMS), 또는 이들의 혼합물이다.According to one embodiment of the present disclosure, the flexible substrate is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), acetal (POM), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), nylon 6,6 (PA), phenol, polycarbonate (PC), polyester, polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyimide (PI) , polyphenylene oxide (PPO), polyphenylene sulfide (PPS), polystyrene (PS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polydimethylsiloxane (PDMS) , or a mixture thereof.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (c)는, (c-1) 상기 플렉시블 기판 상에 히터 전극 물질을 침착(deposit)하는 단계; 및 (c-2) 상기 침착된 히터 전극 물질을 패터닝하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 히터 전극 물질은 Pt이다.According to an embodiment of the present disclosure, the step (c) comprises: (c-1) depositing a heater electrode material on the flexible substrate; and (c-2) patterning the deposited heater electrode material, wherein the heater electrode material is Pt.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 방법은 (c-3) 상기 단계 (c-1)에 앞서, 플렉시블 기판과 히터 전극 물질 사이에 접착층을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the method further includes (c-3) forming an adhesive layer between the flexible substrate and the heater electrode material prior to the step (c-1).
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 절연막은 SiO2, SiNx, Al2O3, TEOS, PI, 이들의 혼합물, 또는 이들의 적층체이다.According to one embodiment of the present disclosure, the insulating film is SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 , TEOS, PI, a mixture thereof, or a laminate thereof.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (e)는, (e-1) 상기 절연막 상에 감지 전극 물질을 침착(deposit)하는 단계; 및 (e-2) 상기 침착된 감지 전극 물질을 패터닝하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 전극 물질은 Pt, Au, 또는 이들의 조합이다.According to an embodiment of the present disclosure, the step (e) includes: (e-1) depositing a sensing electrode material on the insulating layer; and (e-2) patterning the deposited sensing electrode material, wherein the electrode material is Pt, Au, or a combination thereof.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 가스 감지층은 제1 금속 산화물을 포함하며, 여기서 상기 제1 금속 산화물은 SnO2, ZnO, WO3, Co3O4, 또는 NiO를 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, the gas sensing layer comprises a first metal oxide, wherein the first metal oxide comprises SnO 2 , ZnO, WO 3 , Co 3 O 4 , or NiO.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 가스 감지층은 제2 금속 산화물을 더욱 포함하며, 여기서 상기 제2 금속 산화물은 SnO2, ZnO, WO3, Co3O4, 또는 NiO를 포함하고, 상기 제1 금속 산화물과 상이하다.According to an embodiment of the present disclosure, the gas sensing layer further comprises a second metal oxide, wherein the second metal oxide comprises SnO 2 , ZnO, WO 3 , Co 3 O 4 , or NiO, and It is different from the first metal oxide.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 방법은 단계 (f) 이후에, (g) 상기 가스 감지층의 표면에 플루오르 화합물을 포함하는 소수성 멤브레인을 도포하는 단계를 더욱 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the method further includes, after step (f), (g) applying a hydrophobic membrane including a fluorine compound to the surface of the gas sensing layer.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 방법은 적어도 상기 단계 (f) 이후에, (h) 상기 유리 기판을 플렉시블 기판으로부터 제거하는 단계를 더욱 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the method further comprises, at least after step (f), (h) removing the glass substrate from the flexible substrate.
본 개시의 제2 관점을 달성하기 위한 플렉시블 가스 센서는, 플렉시블 기판; 상기 플렉시블 기판 상에 형성되는 히터 전극; 상기 플렉시블 기판의 적어도 일부 및 히터 전극 상에 형성되는 절연막; 상기 절연막 상에 형성되는 감지 전극; 상기 절연막의 적어도 일부 및 감지 전극 상에 형성되는 가스 감지층; 및 상기 가스 감지층 상에 도포되는 플루오르 화합물을 포함하는 소수성 멤브레인을 포함한다.A flexible gas sensor for achieving the second aspect of the present disclosure includes: a flexible substrate; a heater electrode formed on the flexible substrate; an insulating film formed on at least a portion of the flexible substrate and the heater electrode; a sensing electrode formed on the insulating layer; a gas sensing layer formed on at least a portion of the insulating layer and the sensing electrode; and a hydrophobic membrane including a fluorine compound applied on the gas sensing layer.
본 개시의 플렉시블 가스 센서는 저가의 기판 재료를 이용함으로써 비용의 관점에서 종래의 가스 센서에 비하여 유리한 효과가 있다. 또한, 플렉시블한 기판을 채택함으로써 외부의 충격에 보다 안정한 내충격성을 제공하는 것이 가능하고, 그 유연성에 기초하여 굴곡진 표면 등에 적용이 가능해져, 보다 다양한 형태의 디바이스에의 적용이 가능해지는 유리한 효과가 있다. 이에 더해, 열전도도가 낮은 기판을 채택함으로써 종래 기판으로 주로 사용되어 온 실리콘 기판이나 알루미나 기판에 비하여 가스 센서 작동에 소요되는 소비전력을 현저히 낮출 수 있다는 장점이 있다.The flexible gas sensor of the present disclosure has an advantageous effect compared to the conventional gas sensor in terms of cost by using an inexpensive substrate material. In addition, by adopting a flexible substrate, it is possible to provide more stable impact resistance to external impact, and based on the flexibility, it can be applied to curved surfaces, etc. there is In addition, there is an advantage that the power consumption required to operate the gas sensor can be significantly lowered compared to a silicon substrate or an alumina substrate which have been mainly used as a conventional substrate by adopting a substrate with low thermal conductivity.
도 1은 본 개시의 일 구체예에 따른 플렉시블 가스 센서 제조 방법의 개략 공정도이다.1 is a schematic process diagram of a method for manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present disclosure.
본 개시의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이나, 본 개시가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 이하, 본 개시에 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Objects, specific advantages and novel features of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings and preferred embodiments, but the present disclosure is not necessarily limited thereto. In addition, in describing the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present disclosure, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings to the present disclosure will be described in detail.
도 1은 본 개시의 일 구체예에 따른 플렉시블 가스 센서 제조 방법의 공정도이다. 본 개시의 일 구체예에 따른 플렉시블 가스 센서는 플렉시블 기판(102); 히터 전극(104); 절연막(105); 감지 전극(106); 및 가스 감지층(107)을 포함한다.1 is a process diagram of a method for manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present disclosure. A flexible gas sensor according to an embodiment of the present disclosure includes a
도 1을 참조하면, 본 개시의 플렉시블 가스 센서 제조 방법은 (a) 유리 기판(101)을 제공하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a method for manufacturing a flexible gas sensor of the present disclosure includes (a) providing a
본 개시의 유리 기판은 가스 센서 제조의 지지대로서 기능하며, 후술하는 다이싱 과정에서 절단되지 않아, 일 세트의 가스 센서 제조 이후에도 가스 센서 제조 공정에서 반복적으로 사용될 수 있다. 절단에 대한 내성을 고려할 때, 본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 유리 기판은 보로실리케이트 유리 웨이퍼일 수 있다. 상기 보로실리케이트 유리 웨이퍼는 Si 단결정 웨이퍼에 비하여 쉽게 절단되지 않는다는 이점을 갖는다. 상기 보로실리케이트 유리 웨이퍼로서 상용화되고 있는 예시로는, Corning 사의 pyrex 웨이퍼나 Schoot AG 사의 borofloat33 등을 들 수 있다.The glass substrate of the present disclosure functions as a support for manufacturing a gas sensor, and is not cut in a dicing process to be described later, so that it can be repeatedly used in a gas sensor manufacturing process even after manufacturing a set of gas sensors. Considering the resistance to cutting, according to one embodiment of the present disclosure, the glass substrate may be a borosilicate glass wafer. The borosilicate glass wafer has an advantage that it is not easily cut compared to a Si single crystal wafer. Examples of commercially available borosilicate glass wafers include pyrex wafers manufactured by Corning, borofloat33 manufactured by Schoot AG, and the like.
후술하는 플렉시블 기판의 두께는 수십 ㎛ 단위로 매우 얇기에, 유리 기판의 사용 없이 가스 센서의 제조 공정을 진행하는 것은 가스 센서 제조 공정을 불안정하게 하는바 바람직하지 않다. 한편, 정상적인 가스 센서 제조를 위해, 유리 기판 없이, 플렉시블 기판의 두께를 두껍게 하는 경우, 그 기판의 특성인 유연성을 상실하는 문제점이 있어, 본 개시의 해결하고자 하는 과제와는 적합하지 않는다는 문제점이 존재한다.Since the thickness of the flexible substrate, which will be described later, is very thin in the order of several tens of μm, it is not preferable to proceed with the manufacturing process of the gas sensor without using a glass substrate, as it makes the gas sensor manufacturing process unstable. On the other hand, if the thickness of the flexible substrate is thickened without a glass substrate for normal gas sensor manufacturing, there is a problem in that flexibility, which is a characteristic of the substrate, is lost, and there is a problem that it is not suitable for the problem to be solved of the present disclosure. do.
다시 도 1을 참조하면, 본 개시의 플렉시블 가스 제조 방법은 (b) 상기 유리 기판(101) 상에 플렉시블 기판(102)을 라미네이트하는 단계를 포함한다. Referring back to FIG. 1 , the flexible gas manufacturing method of the present disclosure includes (b) laminating a
일 구체예에 따르면, 상기 플렉시블 기판은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 아크릴로니트릴 부타디엔스티렌(ABS), 아세탈(POM), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론6,6(PA), 페놀, 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리스티렌(PS), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리설폰(PSF), 폴리에테르설폰(PES), 폴리디메틸실록산(PDMS), 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 플렉시블 기판은 바람직하게는 PI, PET, PDMS, 또는 PP일 수 있다. 특히, PI는 그 높은 내열성에 기초하여, 낮은 온도부터 높은 온도까지의 폭 넓은 가스 센서의 작동 온도에서 사용할 수 있기에 바람직하다.According to one embodiment, the flexible substrate is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), acetal (POM), polybutylene terephthalate (PBT) , polyethylene terephthalate (PET), nylon 6,6 (PA), phenol, polycarbonate (PC), polyester, polyether ether ketone (PEEK), polyether imide (PEI), polyimide (PI), polyphenyl Renoxide (PPO), polyphenylenesulfide (PPS), polystyrene (PS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polydimethylsiloxane (PDMS), or these may be a mixture of The flexible substrate may be preferably PI, PET, PDMS, or PP. In particular, PI is preferable because it can be used in a wide range of operating temperatures of gas sensors from low to high temperatures, based on its high heat resistance.
상기 플렉시블 기판은 그 유연한 특성으로 인하여 외부에서 가해지는 물리적, 기계적 압력에도 우수한 내충격성을 가지며, 상기 플렉시블 기판을 채택함으로써 종래 가스 센서가 평면 형태와 같이 그 형태가 제한되었던 것과 달리, 3D 형태와 같은 다양한 입체 형태로도 제작이 가능하게 된다. 또한, 이를 통해, 사용자의 신체 또는 의복에 직접적으로 적용되는 이른바 웨어러블한 가스 센서로의 제조도 고려해볼 수 있다.The flexible substrate has excellent impact resistance to physical and mechanical pressure applied from the outside due to its flexible characteristics. It can also be manufactured in various three-dimensional shapes. In addition, through this, manufacturing as a so-called wearable gas sensor that is directly applied to a user's body or clothes may be considered.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 플렉시블 기판의 두께는 10 ㎛ 초과 내지 50 ㎛, 바람직하게는 15 내지 45 ㎛, 보다 바람직하게는 20 내지 40 ㎛일 수 있다. 상기 플렉시블 기판의 두께가 상기 범위보다 두꺼운 경우, 목적으로 하는 유연성이 떨어지는 문제가 존재하고, 상기 범위보다 얇은 경우, 기판으로서 활용이 어려워진다는 문제가 존재한다.According to one embodiment of the present disclosure, the thickness of the flexible substrate may be more than 10 μm to 50 μm, preferably 15 to 45 μm, and more preferably 20 to 40 μm. When the thickness of the flexible substrate is thicker than the above range, there is a problem that the target flexibility is lowered, and when it is thinner than the above range, there is a problem that utilization as a substrate becomes difficult.
본 개시의 플렉시블 기판은 상기와 같은 유연성에 더하여, 낮은 열전도도를 가질 것이 요구된다. 본 개시의 가스 센서는 후술하는 바와 같이, 히터 전극을 통해 구현되는 약 100 내지 400℃와 같은 고온 환경에서 사용되는데, 열전도도가 높은 기판을 사용하는 경우, 가스 센서 작동에 소요되는 소비 전력이 증가하는 문제점이 존재한다. 이에, 본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 플렉시블 기판의 열 전도도는 약 0.8 W/(m·K) 이하, 바람직하게는 약 0.6 W/(m·K) 이하, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.5 W/(m·K)일 수 있다.The flexible substrate of the present disclosure is required to have low thermal conductivity in addition to the above flexibility. As will be described later, the gas sensor of the present disclosure is used in a high-temperature environment such as about 100 to 400° C. implemented through a heater electrode. When a substrate with high thermal conductivity is used, the power consumption required to operate the gas sensor increases. There is a problem that Accordingly, according to one embodiment of the present disclosure, the thermal conductivity of the flexible substrate is about 0.8 W/(m·K) or less, preferably about 0.6 W/(m·K) or less, more preferably 0.1 to 0.5 W/(m·K).
예컨대, 종래 가스 센서의 기판으로 많이 사용되는 알루미나(Al2O3)의 열 전도도는 약 12 W/(m·K)인 반면, 본 개시의 플렉시블 기판 중 하나인 폴리이미드(PI)의 열 전도도는 약 0.12 W/(m·K)인 것으로 알려져 있다. 상기 두 기판의 소재 간의 열 전도도의 차이는 현저한바, 본 개시의 플렉시블 기판의 채택으로 인하여 가스 센서 작동에 소요되는 소비 전력이 현저히 감소될 것은 자명하다.For example, the thermal conductivity of alumina (Al 2 O 3 ), which is often used as a substrate for a conventional gas sensor, is about 12 W/(m·K), whereas the thermal conductivity of polyimide (PI), one of the flexible substrates of the present disclosure, is is known to be about 0.12 W/(m·K). Since the difference in thermal conductivity between the materials of the two substrates is significant, it is obvious that the power consumption required to operate the gas sensor is significantly reduced due to the adoption of the flexible substrate of the present disclosure.
다시 도 1을 참조하면, 본 개시의 플렉시블 가스 제조 방법은 (c) 상기 플렉시블 기판(102) 상에 히터 전극(104)을 형성하는 단계를 포함한다. Referring back to FIG. 1 , the flexible gas manufacturing method of the present disclosure includes (c) forming a
상기 히터 전극은 플렉시블 기판 상에 형성되어, 외부 전원 공급에 의하여 발열되고, 후술하는 가스 감지층을 가열하고 가스 감지층이 활성화될 수 있는 온도로 조정하는 역할을 수행한다.The heater electrode is formed on the flexible substrate, heats up by external power supply, and serves to heat the gas sensing layer to be described later and to adjust the temperature at which the gas sensing layer can be activated.
본 개시의 일 구체예에 따르면 상기 히터 전극을 형성하는 단계는 (c-1) 플렉시블 기판 상에 히터 전극 물질을 침착(deposit)하는 단계; 및 (c-2) 상기 침착된 히터 전극 물질을 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 침착 방법은 특별히 제한되지는 않으나, 예시적으로 히터 전극 물질을 박막의 형태로 플렉시블 기판 상에 스퍼터링 공정을 이용하여 증착하는 방법을 통해 수행될 수 있다. 또한, 상기 패터닝 방법 또한, 본 개시의 목적 달성을 방해하지 않는한 특별히 제한되지 않으며, 예시적으로 포토레지스터를 이용하여 노광 후 RIE(Reactive Ion Ethching) 공정을 통해 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, forming the heater electrode may include (c-1) depositing a heater electrode material on a flexible substrate; and (c-2) patterning the deposited heater electrode material. The deposition method is not particularly limited, but exemplarily may be performed through a method of depositing a heater electrode material in the form of a thin film on a flexible substrate using a sputtering process. In addition, the patterning method is also not particularly limited as long as it does not interfere with the achievement of the object of the present disclosure, and may be exemplarily performed through a reactive ion etching (RIE) process after exposure using a photoresist.
본 개시의 상기 히터 전극은 약 1 ㏀ 미만의 저항을 가질 수 있으며, 이로 인해 소비 전력 수십 ㎽ 에서 히터 전극이 도달하는 온도는 최대 400℃일 수 있다. 또, 본 개시의 히터 전극은 10 내지 100 ㎛ 범위 내의 선폭을 가지며, 100 내지 1000 nm 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 상기 히터 전극의 두께 및 선폭이 상기 범위보다 두꺼운 경우, 본 개시가 달성하고자 하는 플렉시블한 가스 센서의 제공이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. 본 개시에서 상기 히터 전극 물질은 Pt(백금) 및 Au(금)일 수 있다.The heater electrode of the present disclosure may have a resistance of less than about 1 kΩ, and thus the temperature reached by the heater electrode at several tens of mW of power consumption may be up to 400°C. In addition, the heater electrode of the present disclosure is 10 to 100 μm It has a line width within the range, and may have a thickness within the range of 100 to 1000 nm. When the thickness and line width of the heater electrode are thicker than the above ranges, it may be difficult to provide a flexible gas sensor to be achieved by the present disclosure. In the present disclosure, the heater electrode material may be Pt (platinum) and Au (gold).
한편, 상기 플렉시블 기판에의 히터 전극 물질의 접착을 보다 보장하기 위하여, 본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 방법은 (c-3) 상기 단계 (c-1)에 앞서, 플렉시블 기판과 히터 전극 물질 사이에 접착층을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 접착층이 존재하는 경우, 상기 플렉시블 기판 상에 접착층이 먼저 형성되고, 상기 형성된 접착층 상에 히터 전극 물질이 침착된다.On the other hand, in order to further ensure the adhesion of the heater electrode material to the flexible substrate, according to one embodiment of the present disclosure, the method (c-3) prior to the step (c-1), the flexible substrate and the heater electrode The method may further include forming an adhesive layer between the materials. When an adhesive layer is present, an adhesive layer is first formed on the flexible substrate, and a heater electrode material is deposited on the formed adhesive layer.
상기 접착층은 Ti(티타늄), Ta(탄탈럼), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 접착층의 두께는 약 1 내지 100 nm, 바람직하게는 약 5 내지 50 nm, 보다 바람직하게는 10 내지 30 nm일 수 있다. 상기 접착층의 형성은 예컨대 접착층을 구성하는 물질을 플렉시블 기판 상에 증착하는 것으로 수행될 수 있다.The adhesive layer may include Ti (titanium), Ta (tantalum), or a combination thereof. The thickness of the adhesive layer may be about 1 to 100 nm, preferably about 5 to 50 nm, more preferably 10 to 30 nm. The formation of the adhesive layer may be performed, for example, by depositing a material constituting the adhesive layer on a flexible substrate.
다시 도 1을 참조하면, 본 개시의 플렉시블 가스 제조 방법은 (d) 상기 플렉시블 기판(102)의 적어도 일부 및 히터 전극(104) 상에 절연막(105)을 형성하는 단계를 포함한다.Referring back to FIG. 1 , the flexible gas manufacturing method of the present disclosure includes (d) forming an insulating
본 개시의 플렉시블 가스는 히터 전극과 동일 평면 상인 플렉시블 기판 상에 적어도 2 세트의 와이어 본딩 패드를 포함할 수 있다. 상기 와이어 본딩 패드의 적어도 1세트는 히터 전극과 연결되고, 와이어 본딩 패드의 또 다른 적어도 1 세트는 후술하는 감지 전극과 연결된다. The flexible gas of the present disclosure may include at least two sets of wire bonding pads on a flexible substrate coplanar with the heater electrode. At least one set of wire bonding pads is connected to a heater electrode, and at least another set of wire bonding pads is connected to a sensing electrode to be described later.
본 개시의 절연막은 상기 와이어 본딩 패드와 직접적으로 접촉하지 않는바, 상기 절연막은 플렉시블 기판의 적어도 일부 및 히터 전극을 커버하기 위해 형성될 수 있다. Since the insulating layer of the present disclosure does not directly contact the wire bonding pad, the insulating layer may be formed to cover at least a portion of the flexible substrate and the heater electrode.
상기 절연막은 히터 전극과 감지 전극 간의 물리적인 접촉을 차단하며, 히터 전극에 가해진 전류가 감지 전극으로 흘러갈 가능성을 차단하는 기능을 수행한다. 절연막이 상기 히터 전극을 충분히 커버하지 못하는 경우, 감지 전극이 손상되거나, 감지 전극을 통해 측정되는 가스 감지 센서의 신뢰도가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다. 한편 히터 전극에서 발생하는 열이 절연막을 거쳐 가스 감지층까지 원활히 전달되기 위해서는 절연막의 열 전도도는 높은 것이 바람직하다. The insulating layer blocks physical contact between the heater electrode and the sensing electrode, and functions to block the possibility of flowing current applied to the heater electrode to the sensing electrode. If the insulating layer does not sufficiently cover the heater electrode, the sensing electrode may be damaged or the reliability of the gas sensing sensor measured through the sensing electrode may decrease. Meanwhile, in order for heat generated from the heater electrode to be smoothly transferred to the gas sensing layer through the insulating film, it is desirable that the insulating film have high thermal conductivity.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 절연막은 SiO2, SiNx, Al2O3, TEOS, PI, 이들의 혼합물, 또는 이들의 적층체일 수 있다. 여기서 상기 x는 임의의 정수를 의미한다. 예시적으로 상기 절연막은 SiO2/SiNx/SiO2와 같은 적층체일 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, the insulating film may be SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 , TEOS, PI, a mixture thereof, or a laminate thereof. Here, x means an arbitrary integer. Exemplarily, the insulating layer may be a laminate such as SiO 2 /SiN x /SiO 2 .
본 개시에서 상기 절연막의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, PI를 절연막으로 사용하는 경우, 스핀코팅법을 이용하여 플렉시블 기판의 적어도 일부 및 히터 전극 상에 절연막을 형성하는 것이 가능하다. 이 때, 절연막으로서 PI의 두께는 10㎛으로 매우 얇으며, 상기 얇은 두께를 통해, 히터 전극과 감지 전극을 물리적으로 분리하고, 히터 전극의 열을 원활히 가스 감지층으로 전달 가능하다. 또한, 상기 PI를 이용한 절연막은 가스 센서 전체의 유연성에도 긍정적으로 기여한다.In the present disclosure, the method of forming the insulating film is not particularly limited, but when PI is used as the insulating film, it is possible to form the insulating film on at least a portion of the flexible substrate and the heater electrode by using a spin coating method. At this time, the thickness of PI as an insulating film is very thin as 10 μm, and through the thin thickness, the heater electrode and the sensing electrode are physically separated, and heat from the heater electrode can be smoothly transferred to the gas sensing layer. In addition, the insulating film using the PI positively contributes to the flexibility of the entire gas sensor.
다시 도 1을 참조하면, 본 개시의 플렉시블 가스 제조 방법은 (e) 상기 절연막(105) 상에 감지 전극(106)을 형성하는 단계를 포함한다.Referring back to FIG. 1 , the flexible gas manufacturing method of the present disclosure includes (e) forming a
상기 감지 전극은 가스 감지층 표면에 접촉하는 가스에 의해 가스 감지층에서 발생하는 전기 전도도의 변화를 감지하는 역할을 수행한다.The sensing electrode serves to detect a change in electrical conductivity generated in the gas sensing layer by the gas in contact with the surface of the gas sensing layer.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 감지 전극을 형성하는 단계는 (e-1) 상기 절연막 상에 감지 전극 물질을 침착(deposit)하는 단계; 및 (e-2) 상기 침착된 감지 전극 물질을 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 침착 방법은 특별히 제한되지는 않으나, 예시적으로 감지 전극 물질을 박막의 형태로 절연막 상에 스퍼터링 공정을 이용하여 증착하는 방법을 통해 수행될 수 있다. 또한, 상기 패터닝 방법 또한, 본 개시의 목적 달성을 방해하지 않는 한 특별히 제한되지 않으며, 예시적으로 포토레지스터를 이용하여 노광 후 RIE(Reactive Ion Ethching) 공정을 통해 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the forming of the sensing electrode may include (e-1) depositing a sensing electrode material on the insulating layer; and (e-2) patterning the deposited sensing electrode material. The deposition method is not particularly limited, but exemplarily may be performed through a method of depositing a sensing electrode material in the form of a thin film on an insulating film using a sputtering process. In addition, the patterning method is also not particularly limited as long as it does not interfere with the achievement of the object of the present disclosure, and may be exemplarily performed through a reactive ion etching (RIE) process after exposure using a photoresist.
본 개시의 상기 감지 전극은 약 10 내지 100 ㎛ 범위 내의 선폭을 가지며, 약 100 내지 1000 nm 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 상기 감지 전극의 두께 및 선폭이 상기 범위보다 두꺼운 경우, 본 개시가 달성하고자 하는 플렉시블한 가스 센서의 제공이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. The sensing electrode of the present disclosure is about 10 to 100 μm It has a line width within the range, and may have a thickness within the range of about 100 to 1000 nm. When the thickness and line width of the sensing electrode are thicker than the above ranges, it may be difficult to provide a flexible gas sensor to be achieved by the present disclosure.
본 개시에서 상기 감지 전극 물질은 Pt, Au, W 또는 이들의 조합일 수 있다.In the present disclosure, the sensing electrode material may be Pt, Au, W, or a combination thereof.
한편, 상기 절연막에의 감지 전극 물질의 접착을 보다 보장하기 위하여, 본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 방법은 (e-3) 상기 단계 (e-1)에 앞서, 절연막과 감지 전극 물질 사이에 접착층을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 접착층이 존재하는 경우, 상기 절연막 상에 접착층이 먼저 형성되고, 상기 형성된 접착층 상에 감지 전극 물질이 침착된다.Meanwhile, in order to further ensure adhesion of the sensing electrode material to the insulating film, according to one embodiment of the present disclosure, the method (e-3) prior to the step (e-1), between the insulating film and the sensing electrode material It may further include the step of forming an adhesive layer on the. When an adhesive layer is present, an adhesive layer is first formed on the insulating film, and a sensing electrode material is deposited on the formed adhesive layer.
상기 접착층은 Ti(티타늄), Ta(탄탈럼), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 접착층의 두께는 약 1 내지 100 nm, 바람직하게는 약 5 내지 50 nm, 보다 바람직하게는 10 내지 30 nm일 수 있다. 상기 접착층의 형성은 예컨대 접착층을 구성하는 물질을 절연막 상에 증착하는 것으로 수행될 수 있다.The adhesive layer may include Ti (titanium), Ta (tantalum), or a combination thereof. The thickness of the adhesive layer may be about 1 to 100 nm, preferably about 5 to 50 nm, more preferably 10 to 30 nm. The formation of the adhesive layer may be performed, for example, by depositing a material constituting the adhesive layer on the insulating film.
다시 도 1을 참조하면, 본 개시의 플렉시블 가스 제조 방법은 (f) 상기 절연막(105)의 적어도 일부 및 감지 전극(106) 상에 가스 감지층(107)을 형성하는 단계를 포함한다.Referring back to FIG. 1 , the flexible gas manufacturing method of the present disclosure includes (f) forming a
가스 감지층은 절연막의 적어도 일부 및 감지 전극을 커버하기 위해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 가스 감지층은 절연막의 상부 표면 전체 및 감지 전극을 커버하도록 형성될 수 있다. The gas sensing layer may be formed to cover at least a portion of the insulating layer and the sensing electrode. Preferably, the gas sensing layer may be formed to cover the entire upper surface of the insulating layer and the sensing electrode.
가스 감지층은 금속 산화물 반도체로 구성된다. 상기 가스 감지층의 표면 상에 타겟으로 하는 가스가 접촉하는 경우, 전기 전도도의 변화가 발생하며, 이는 저항값의 변화로서 감지 전극에 의해 측정 및 분석될 수 있다.The gas sensing layer is made of a metal oxide semiconductor. When a target gas comes into contact with the surface of the gas sensing layer, a change in electrical conductivity occurs, which can be measured and analyzed by the sensing electrode as a change in resistance.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 가스 감지층은 제1 금속 산화물을 포함하며, 상기 제1 금속 산화물은 SnO2, ZnO, WO3, Co3O4, 또는 NiO를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the gas sensing layer may include a first metal oxide, and the first metal oxide may include SnO 2 , ZnO, WO 3 , Co 3 O 4 , or NiO.
상기 제1 금속 산화물은 절연막 및 감지 전극 상에 나노 입자의 형태로 도포되거나 또는 박막 형태로 스퍼터링 공정을 통해 증착되어 가스 감지층을 형성할 수 있다.The first metal oxide may be applied in the form of nanoparticles on the insulating layer and the sensing electrode or deposited in the form of a thin film through a sputtering process to form a gas sensing layer.
한편, 본 개시의 가스 감지층은 특정 가스에 대한 선택성을 향상시키거나 가스 센싱에 장기적인 안정성을 확보하기 위하여, 제2 금속 산화물을 추가로 포함할 수 있다. 상기 제2 금속 산화물은 제1 금속 산화물의 표면에 로딩 또는 도핑되는 형태로 추가될 수 있다. 상기 제2 금속 산화물은 SnO2, ZnO, WO3, Co3O4, 또는 NiO를 포함할 수 있으며, 제1 금속 산화물과 제2 금속 산화물은 서로 상이하다.Meanwhile, the gas sensing layer of the present disclosure may further include a second metal oxide to improve selectivity for a specific gas or to secure long-term stability for gas sensing. The second metal oxide may be added in the form of being loaded or doped on the surface of the first metal oxide. The second metal oxide may include SnO 2 , ZnO, WO 3 , Co 3 O 4 , or NiO, and the first metal oxide and the second metal oxide are different from each other.
상기 가스 감지층이 제2 금속 산화물을 포함하는 경우, 제1 금속 산화물이 절연막의 적어도 일부 및 감지 전극 상에 도포 또는 증착된 이후 그 위에 제2 금속 산화물을 나노 입자 형태로 도포하거나, 박막 형태로 스퍼터링 공정 등을 이용하여 증착함으로써 상기 가스 감지층이 형성될 수 있다.When the gas sensing layer includes a second metal oxide, after the first metal oxide is applied or deposited on at least a portion of the insulating film and the sensing electrode, the second metal oxide is applied thereon in the form of nanoparticles, or in the form of a thin film The gas sensing layer may be formed by depositing using a sputtering process or the like.
상기 제2 금속 산화물이 추가되는 경우, 제1 금속 산화물과 제2 금속 산화물은 p-p 접합, n-n 접합, 또는 n-p 접합과 같은 접합 구조를 형성할 수 있다. 예컨대, 제1 금속 산화물로서 Co3O4가 사용되고, 제2 금속 산화물로서 NiO가 사용된 경우, 상기 제1 및 제2 금속 산화물을 포함하는 가스 감지층은 p-p 접합 구조를 갖는다고 말할 수 있다. 상기 가스 감지층은 특히 톨루엔 및/또는 CO 가스에 대한 민감도가 제2 금속 산화물을 포함하지 않는 가스 감지층에 비해 현저히 높을 수 있다. When the second metal oxide is added, the first metal oxide and the second metal oxide may form a junction structure such as a pp junction, an nn junction, or an np junction. For example, when Co 3 O 4 is used as the first metal oxide and NiO is used as the second metal oxide, the gas sensing layer including the first and second metal oxides can be said to have a pp junction structure. In particular, the gas sensing layer may have significantly higher sensitivity to toluene and/or CO gas compared to the gas sensing layer not including the second metal oxide.
특정 이론에 의해 제한되기를 원하지 않으나, 상기 접합 구조를 갖는 가스 감지층의 경우, 평형 상태인 제1 및 제2 금속 산화물의 접점에서, 일 측에 정공 또는 전자가 축적되고 다른 일 측에 정공 또는 전자가 결핍되어, 이후 가스와 접촉 시에, 상기 접합 구조를 갖지 않는 가스 감지층에 비해 보다 큰 저항 변화를 야기하는 것으로 생각된다.Without wishing to be limited by a particular theory, in the case of the gas sensing layer having the above junction structure, holes or electrons are accumulated on one side and holes or electrons are accumulated on the other side at the contact points of the first and second metal oxides in equilibrium. is considered to cause a larger change in resistance compared to the gas sensing layer not having the above junction structure when in contact with the gas thereafter.
보다 구체적으로 p-p 접합 구조를 예로 들어 설명하면, 정공 축적 층 및 전자 결핍 층이 두 금속 산화물의 계면에 형성되고, 이 주변에 산소 이온들이 물리적으로 흡착된다. 이후 환원성 가스가 센서에 흡착되면 정공 축적 층이 감소하고 전자 결핍 층이 증가하게 되어 큰 감도 변화를 야기한다. 본 개시의 접합 구조를 갖는 가스 감지층은 정공 축적 층 및/또는 전자 결핍 층을 의도적으로 제어함으로써 특정 가스와의 반응 시 상기 층들의 두께 변화로 인한 큰 저항 변화를 유도하여 가스 감도를 향상시킬 수 있다.More specifically, taking a p-p junction structure as an example, a hole accumulation layer and an electron depletion layer are formed at the interface between the two metal oxides, and oxygen ions are physically adsorbed around them. Then, when the reducing gas is adsorbed to the sensor, the hole accumulation layer decreases and the electron depletion layer increases, causing a large change in sensitivity. The gas sensing layer having the junction structure of the present disclosure can improve gas sensitivity by intentionally controlling the hole accumulating layer and/or electron-deficient layer to induce a large resistance change due to the thickness change of the layers upon reaction with a specific gas. there is.
상기 제2 금속 산화물은 가스 감지층 전체 중량에 기초하여 약 1 내지 10 wt%일 수 있다. 제2 금속 산화물의 함량이 너무 낮은 경우, 접합 구조를 형성하기에 그 양이 너무 적은 문제가 존재할 수 있으며, 제2 금속 산화물 함량이 너무 높은 경우, 제2 금속 산화물 층이 충분히 두꺼워져 센싱 민감도가 더 악화되는 문제가 발생할 수 있다.The amount of the second metal oxide may be about 1 to 10 wt% based on the total weight of the gas sensing layer. If the content of the second metal oxide is too low, there may be a problem that the amount is too small to form a junction structure. If the content of the second metal oxide is too high, the second metal oxide layer becomes thick enough to decrease the sensing sensitivity. Problems that get worse may arise.
본 개시의 일 구체예에 따른 가스 감지층은 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 Pt, Pd, 및 Rh 등과 같은 귀금속이며, 상기 첨가제는 가스 감지층의 전체 중량을 기준으로 약 1 내지 5 wt%, 바람직하게는 약 1 내지 3 wt% 포함될 수 있다. 상기 귀금속 첨가제는 스필 오버 효과를 유도하여 가스 감지층의 센싱 민감도를 더욱 향상시킬 수 있다.The gas sensing layer according to an embodiment of the present disclosure may further include an additive. The additive is a noble metal such as Pt, Pd, and Rh, and the additive may be included in an amount of about 1 to 5 wt%, preferably about 1 to 3 wt%, based on the total weight of the gas sensing layer. The noble metal additive may induce a spill-over effect to further improve the sensing sensitivity of the gas sensing layer.
본 개시의 플렉시블 가스 센서의 제조 방법은 단계 (f) 이후에, (g) 상기 가스 감지층의 표면에 플루오르 화합물을 포함하는 소수성 멤브레인(미도시)을 도포하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 플루오르 화합물을 포함하는 소수성 멤브레인은 바람직하게는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)를 포함하는 소수성 멤브레인일 수 있다. 상기 PTFE를 포함하는 소수성 멤브레인은 높은 온도에서도 안정적이며, 화학적으로 안정한 강점이 있으며, 특히 다공성 구조로 제조되는 경우 수분의 통과를 방지하고, 측정하고자 하는 가스만을 통과시킴으로써 반도체식 가스 센서의 정확도에 가장 문제가 되는 수분의 영향을 최소화할 수 있다는 이점을 갖는다.The manufacturing method of the flexible gas sensor of the present disclosure may further include, after step (f), (g) applying a hydrophobic membrane (not shown) including a fluorine compound on the surface of the gas sensing layer. The hydrophobic membrane containing the fluorine compound may be preferably a hydrophobic membrane containing PTFE (polytetrafluoroethylene). The hydrophobic membrane containing PTFE is stable even at high temperatures and has the advantage of being chemically stable. In particular, when it is manufactured in a porous structure, it prevents the passage of moisture and passes only the gas to be measured. It has the advantage that the effect of problematic moisture can be minimized.
본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 플루오르 화합물을 포함하는 소수성 멤브레인은 1 내지 100㎛ 범위의 기공 크기를 가질 수 있다. 상기 기공 크기로 인하여, 먼저 및 수분 등의 가스 센서의 정확도를 저해할 수 있는 물질들의 가스 감지층과의 접촉을 방지할 수 있고, 가스의 원활한 통과를 유도할 수 있다. 본 개시의 다른 구체예에 따르면, 상기 플루오르 화합물을 포함하는 소수성 멤브레인은 특정 가스를 선택적으로 감지하기 위하여 100 nm 이하의 기공 크기를 가질 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the hydrophobic membrane including the fluorine compound may have a pore size in the range of 1 to 100 μm. Due to the pore size, it is possible to prevent contact of substances, such as moisture, with the gas sensing layer, which may impair the accuracy of the gas sensor, and induce smooth passage of the gas. According to another embodiment of the present disclosure, the hydrophobic membrane including the fluorine compound may have a pore size of 100 nm or less to selectively detect a specific gas.
본 개시의 플렉시블 가스 센서의 제조 방법은 적어도 상기 단계 (f) 이후(즉 단계 (f) 이후, 또는 단계 (g)를 실시한 경우, 단계 (g) 이후)에, (h) 상기 유리 기판을 플렉시블 가스 센서로부터 제거하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 제거 단계는 예컨대 플렉시블 가스 센서의 다이싱 공정을 통해 수행될 수 있다. 상기 다이싱 공정을 통해 플렉시블 가스 센서는 보다 작은 크기로 다이싱되며, 다이싱되지 않은 유리 기판은 새로운 플렉시블 가스 센서의 제조를 위한 베이스 기판으로서 재활용될 수 있다.The manufacturing method of the flexible gas sensor of the present disclosure is at least after step (f) (ie, after step (f), or after step (g) if step (g) is performed), (h) the glass substrate is flexible It may further comprise removing from the gas sensor. The removing step may be performed, for example, through a dicing process of the flexible gas sensor. Through the dicing process, the flexible gas sensor is diced to a smaller size, and the undiced glass substrate can be recycled as a base substrate for manufacturing a new flexible gas sensor.
이상으로 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.Although the preferred embodiments of the present disclosure have been illustrated and described above, the present disclosure is not limited to the specific embodiments described above, and it is common in the technical field to which the disclosure pertains without departing from the gist of the present disclosure as claimed in the claims. Various modifications may be made by those having the knowledge of
101 : 유리 기판 102 : 플렉시블 기판
103 : 와이어 본딩 패드 104 : 히터 전극
105 : 절연막 106 : 감지 전극
107 : 가스 감지층101: glass substrate 102: flexible substrate
103: wire bonding pad 104: heater electrode
105: insulating film 106: sensing electrode
107: gas sensing layer
Claims (11)
(a) 유리 기판을 제공하는 단계;
(b) 상기 유리 기판 상에 플렉시블 기판을 라미네이트하는 단계;
(c) 상기 플렉시블 기판 상에 히터 전극을 형성하는 단계;
(d) 상기 플렉시블 기판의 적어도 일부 및 히터 전극 상에 절연막을 형성하는 단계;
(e) 상기 절연막 상에 감지 전극을 형성하는 단계;
(f) 상기 절연막의 적어도 일부 및 감지 전극 상에 가스 감지층을 형성하는 단계; 및
(h) 상기 유리 기판을 플렉시블 기판으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.A method for manufacturing a flexible gas sensor, comprising:
(a) providing a glass substrate;
(b) laminating a flexible substrate on the glass substrate;
(c) forming a heater electrode on the flexible substrate;
(d) forming an insulating film on at least a portion of the flexible substrate and the heater electrode;
(e) forming a sensing electrode on the insulating layer;
(f) forming a gas sensing layer on at least a portion of the insulating film and the sensing electrode; and
(h) removing the glass substrate from the flexible substrate, the method of manufacturing a flexible gas sensor.
상기 플렉시블 기판은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 아크릴로니트릴 부타디엔스티렌(ABS), 아세탈(POM), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론6,6(PA), 페놀, 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리스티렌(PS), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리설폰(PSF), 폴리에테르설폰(PES), 폴리디메틸실록산(PDMS), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.The method according to claim 1,
The flexible substrate is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), acetal (POM), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET) ), nylon 6,6 (PA), phenol, polycarbonate (PC), polyester, polyether ether ketone (PEEK), polyether imide (PEI), polyimide (PI), polyphenylene oxide (PPO), characterized in that polyphenylene sulfide (PPS), polystyrene (PS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polydimethylsiloxane (PDMS), or a mixture thereof A method for manufacturing a flexible gas sensor.
상기 단계 (c)는,
(c-1) 상기 플렉시블 기판 상에 히터 전극 물질을 침착(deposit)하는 단계; 및
(c-2) 상기 침착된 히터 전극 물질을 패터닝하는 단계를 포함하며,
여기서 상기 히터 전극 물질은 Pt인 것을 특징으로 하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (c) is,
(c-1) depositing a heater electrode material on the flexible substrate; and
(c-2) patterning the deposited heater electrode material;
Wherein the heater electrode material is a method of manufacturing a flexible gas sensor, characterized in that Pt.
상기 방법은
(c-3) 상기 단계 (c-1)에 앞서, 플렉시블 기판과 히터 전극 물질 사이에 접착층을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.4. The method according to claim 3,
the method
(c-3) Prior to the step (c-1), the method of manufacturing a flexible gas sensor, characterized in that it further comprises the step of forming an adhesive layer between the flexible substrate and the heater electrode material.
상기 절연막은 SiO2, SiNx, Al2O3, TEOS, PI, 이들의 혼합물, 또는 이들의 적층체인 것을 특징으로 하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.The method according to claim 1,
The insulating film is SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 , TEOS, PI, a mixture thereof, or a laminate thereof, characterized in that the manufacturing method of the flexible gas sensor.
상기 단계 (e)는,
(e-1) 상기 절연막 상에 감지 전극 물질을 침착(deposit)하는 단계; 및
(e-2) 상기 침착된 감지 전극 물질을 패터닝하는 단계를 포함하며,
여기서 상기 감지 전극 물질은 Pt, Au, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (e) is,
(e-1) depositing a sensing electrode material on the insulating film; and
(e-2) patterning the deposited sensing electrode material;
wherein the sensing electrode material is Pt, Au, or a combination thereof, characterized in that the manufacturing method of the flexible gas sensor.
상기 가스 감지층은 제1 금속 산화물을 포함하며, 여기서 상기 제1 금속 산화물은 SnO2, ZnO, WO3, Co3O4, 또는 NiO를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.The method according to claim 1,
The gas sensing layer comprises a first metal oxide, wherein the first metal oxide comprises SnO 2 , ZnO, WO 3 , Co 3 O 4 , or NiO, a method of manufacturing a flexible gas sensor.
상기 가스 감지층은 제2 금속 산화물을 더욱 포함하며, 여기서 상기 제2 금속 산화물은 SnO2, ZnO, WO3, Co3O4, 또는 NiO를 포함하고, 상기 제1 금속 산화물과 상이한 것을 특징으로 하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.8. The method of claim 7,
wherein the gas sensing layer further comprises a second metal oxide, wherein the second metal oxide comprises SnO 2 , ZnO, WO 3 , Co 3 O 4 , or NiO and is different from the first metal oxide. A method for manufacturing a flexible gas sensor.
상기 방법은 단계 (f) 이후에,
(g) 상기 가스 감지층의 표면에 플루오르 화합물을 포함하는 소수성 멤브레인을 도포하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.The method according to claim 1,
The method, after step (f),
(G) The method of manufacturing a flexible gas sensor, characterized in that it further comprises the step of applying a hydrophobic membrane containing a fluorine compound on the surface of the gas sensing layer.
플렉시블 기판;
상기 플렉시블 기판 상에 형성되는 히터 전극;
상기 플렉시블 기판의 적어도 일부 및 히터 전극 상에 형성되는 절연막;
상기 절연막 상에 형성되는 감지 전극;
상기 절연막의 적어도 일부 및 감지 전극 상에 형성되는 가스 감지층; 및
상기 가스 감지층 상에 도포되는 플루오르 화합물을 포함하는 소수성 멤브레인을 포함하고,
여기서 상기 가스 감지층은 제1 금속 산화물을 포함하며, 여기서 상기 제1 금속 산화물은 SnO2, ZnO, WO3, Co3O4, 또는 NiO를 포함하는, 플렉시블 가스 센서.A flexible gas sensor comprising:
flexible substrate;
a heater electrode formed on the flexible substrate;
an insulating film formed on at least a portion of the flexible substrate and the heater electrode;
a sensing electrode formed on the insulating layer;
a gas sensing layer formed on at least a portion of the insulating layer and the sensing electrode; and
and a hydrophobic membrane including a fluorine compound applied on the gas sensing layer,
wherein the gas sensing layer comprises a first metal oxide, wherein the first metal oxide comprises SnO 2 , ZnO, WO 3 , Co 3 O 4 , or NiO.
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| EP2374766A4 (en) * | 2009-10-09 | 2012-04-04 | Micro Technology Co Ltd | Process for producing flexible glass substrate, and flexible glass substrate |
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