KR102545196B1 - sensor and manufacturing method of the same - Google Patents

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KR102545196B1
KR102545196B1 KR1020200046659A KR20200046659A KR102545196B1 KR 102545196 B1 KR102545196 B1 KR 102545196B1 KR 1020200046659 A KR1020200046659 A KR 1020200046659A KR 20200046659 A KR20200046659 A KR 20200046659A KR 102545196 B1 KR102545196 B1 KR 102545196B1
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남기민
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 센서 및 그의 제조방법을 개시한다. 그의 제조방법은 기판 상에 복수개의 전극들을 형성하는 단계와, 상기 복수개의 전극들과 상기 복수개의 전극들 사이의 상기 기판 상에 센서 층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 센서 층을 형성하는 단계는 나노 입자 층을 도포하는 단계와, 상기 나노 입자 층 상에 탈이온수를 제공하여 자발적 전이 층을 형성하는 단계와, 상기 자발적 전이 층을 열처리하여 센서 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention discloses a sensor and a manufacturing method thereof. Its manufacturing method includes forming a plurality of electrodes on a substrate, and forming a sensor layer on the substrate between the plurality of electrodes and the plurality of electrodes. Forming the sensor layer may include applying a nanoparticle layer, providing deionized water on the nanoparticle layer to form a spontaneous transition layer, and heat-treating the spontaneous transition layer to form a sensor layer. can include

Description

센서 및 그의 제조방법{sensor and manufacturing method of the same}Sensor and manufacturing method thereof {sensor and manufacturing method of the same}

본 발명은 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 산화물의 센서 층을 포함하는 센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a sensor including a sensor layer of metal oxide and a method for manufacturing the same.

반도체 타입(semiconductor type)의 가스 센서 물질로 사용되는 금속 산화물의 나노 입자는 주로 분말형태로 소자 전극 위에 고정하기 위하여 점성이 높은 알파 테피놀(α-terpineol)과 같은 유기 접합제를 첨가한다. 하지만, 나노 입자가 가스 반응성을 유지하기 위해서는 사용한 접합제를 제거하여야 하고 이를 위해서 고온의 열을 가하여 접합제를 제거하는 작업을 수행하고 있다. 그러나 이때 타고 남은 성분에 의해서 나노 입자의 오염이 생길 수 있을 뿐만 아니라 센서 물질 사이의 공간, 감지물질과 소자 사이의 공간에 영향을 주어 예상치 못한 특성이 나오는 현상이 발생할 수 있다. 그러므로 분말형태의 나노 입자를 어떠한 첨가물 없이 소자 표면에 안정하게 고정화 시키면서도 가스 센서의 특성이 향상된 감지물질 개발이 요구된다.Metal oxide nanoparticles used as a semiconductor type gas sensor material are mainly in powder form and an organic binder such as α-terpineol with high viscosity is added to fix them on the device electrode. However, in order for the nanoparticles to maintain gas reactivity, the used binder must be removed, and for this purpose, high-temperature heat is applied to remove the binder. However, at this time, not only contamination of the nanoparticles may occur due to remaining components, but also a phenomenon in which unexpected characteristics may occur by affecting the space between the sensor material and the space between the sensing material and the device. Therefore, it is required to develop a sensing material with improved characteristics of a gas sensor while stably immobilizing powdered nanoparticles on the surface of the device without any additives.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가스에 대한 반응성을 높일 수 있는 센서의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a sensor capable of increasing reactivity to gas.

또한, 본 발명의 다른 과제는 센서 층의 접착력을 증가시킬 수 있는 센서의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a sensor capable of increasing the adhesive strength of the sensor layer.

본 발명은 센서의 제조 방법을 개시한다. 그의 방법은 기판 상에 복수개의 전극들을 형성하는 단계; 및 상기 복수개의 전극들과 상기 복수개의 전극들 사이의 상기 기판 상에 센서 층을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 센서 층을 형성하는 단계는: 상기 기판 상에 나노 입자 층을 도포하는 단계; 상기 나노 입자 층 상에 탈이온수를 제공하여 자발적 전이 층을 형성하는 단계; 및 상기 자발적 전이 층을 열처리하여 센서 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention discloses a method for manufacturing a sensor. His method includes forming a plurality of electrodes on a substrate; and forming a sensor layer on the plurality of electrodes and on the substrate between the plurality of electrodes. Here, the forming of the sensor layer may include: applying a nanoparticle layer on the substrate; forming a spontaneous transition layer by providing deionized water on the nanoparticle layer; and heat-treating the spontaneous transition layer to form a sensor layer.

일 예에 따르면, 상기 나노 입자 층은 제 1 코발트 산화물(CoO)을 포함 포함할 수 있다.According to one example, the nanoparticle layer may include first cobalt oxide (CoO).

일 예에 따르면, 상기 나노 입자 층은 육각 피라미드 모양의 나노 입자를 가질 수 있다.According to one example, the nanoparticle layer may have hexagonal pyramidal nanoparticles.

일 예에 따르면, 상기 자발적 전이 층은 코발트 수산화물을 포함할 수 있다.According to one example, the spontaneous transition layer may include cobalt hydroxide.

일 예에 따르면, 상기 센서 층은 제 2 코발트 산화물(Co3O4)을 포함할 수 있다.According to one example, the sensor layer may include a second cobalt oxide (Co 3 O 4 ).

일 예에 따르면, 상기 자발적 전이 층은 상기 제 2 코발트 산화물의 융점보다 낮은 온도로 열처리될 수 있다. According to an example, the spontaneous transition layer may be heat treated at a temperature lower than the melting point of the second cobalt oxide.

일 예에 따르면, 상기 열처리 온도는 500℃일 수 있다.According to one example, the heat treatment temperature may be 500 °C.

일 예에 따르면, 상기 자발적 전이 층은 제 1 플레이트 결정을 갖고, 상기 센서 층은 상기 제 1 플레이트 결정과 유사한 제 2 플레이트 결정을 가질 수 있다.According to an example, the spontaneous transition layer may have a first plate crystal, and the sensor layer may have a second plate crystal similar to the first plate crystal.

일 예에 따르면, 상기 제 2 플레이트 결정은 육각 팔면체 모양을 가질 수 있다.According to one example, the second plate crystal may have a hexagonal octahedral shape.

일 예에 따르면, 상기 나노 입자 층은 제 1 두께를 갖고, 상기 자발적 전이 층은 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 가질 수 있다.According to an example, the nanoparticle layer may have a first thickness, and the spontaneous transition layer may have a second thickness smaller than the first thickness.

일 예에 따르면, 상기 제 1 두께는 600nm이고, 상기 제 2 두께는 300nm일 수 있다.According to one example, the first thickness may be 600 nm, and the second thickness may be 300 nm.

일 예에 따르면, 상기 센서 층은 상기 제 2 두께와 동일하거나 상기 제 2 두께보다 작은 제 3 두께를 가질 수 있다.According to one example, the sensor layer may have a third thickness equal to or smaller than the second thickness.

일 예에 따르면, 상기 센서 층을 형성하는 단계는 상기 제 3 두께를 갖는 예비 센서 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one example, forming the sensor layer may further include forming a preliminary sensor layer having the third thickness.

일 예에 따르면, 상기 복수개의 전극들과 상기 센싱 층에 대향하는 상기 기판의 하부면 상에 히터 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an example, the method may further include forming a heater electrode on a lower surface of the substrate facing the plurality of electrodes and the sensing layer.

일 예에 따르면, 상기 센서 층을 형성하는 단계는 나노 입자를 준비하는 단계를 더 포함하고, 상기 나노 입자는 표준 슈렝크 기술에 따라 준비될 수 있다.According to an example, the forming of the sensor layer may further include preparing nanoparticles, and the nanoparticles may be prepared according to a standard Schlenk technique.

일 예에 따르면, 상기 나노 입자를 준비하는 단계는: 코발트 아세틸아세토니에트와 벤질 아민의 혼합 용액을 획득하는 단계; 상기 혼합 용액을 교반하여 상기 나노 입자를 석출하는 단계; 및 상기 혼합 용액 내의 상등액을 제거하여 상기 나노 입자를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.According to one example, preparing the nanoparticles may include: obtaining a mixed solution of cobalt acetylacetonate and benzyl amine; Stirring the mixed solution to precipitate the nanoparticles; and extracting the nanoparticles by removing the supernatant in the mixed solution.

본 발명의 일 예에 따른 센서는 기판; 상기 기판 상에 배치된 복수개의 전극들; 및 상기 복수개의 전극들 사이의 상기 기판 상에 배치된 센서 층을 포함한다. 여기서, 상기 센서 층은 육각 팔면체 모양의 플레이트 결정을 갖는 코발트 산화물을 포함할 수 있다.A sensor according to an example of the present invention includes a substrate; a plurality of electrodes disposed on the substrate; and a sensor layer disposed on the substrate between the plurality of electrodes. Here, the sensor layer may include cobalt oxide having hexagonal octahedral plate crystals.

일 예에 따르면, 상기 플레이트 결정은 (111)면을 가질 수 있다. According to one example, the plate crystal may have a (111) plane.

일 예에 따르면, 상기 기판의 하부 면에 배치되는 히터 전극을 더 포함할 수 있다.According to an example, a heater electrode disposed on a lower surface of the substrate may be further included.

본 발명의 개념에 따른 센서의 제조 방법은 자발적 전이 층을 열처리하여 아세톤 가스에 대한 센서 층의 반응성을 증가시키고, 기판에 대한 접착력을 증가시킬 수 있다. In the method of fabricating a sensor according to the concept of the present invention, the spontaneous transition layer may be thermally treated to increase the reactivity of the sensor layer to acetone gas and increase adhesion to a substrate.

도 1은 본 발명의 개념에 따른 센서의 제조방법의 일 예를 보여주는 플로우 챠트이다.
도 2 내지 도 7은 도 1의 본 발명의 센서의 제조방법을 보여주는 공정 단면도들이다.
도 8은 도 7의 센서 층을 형성하는 단계의 일 예를 보여주는 플로우 챠트이다.
도 9는 도 4의 나노 입자의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 10은 도 4의 나노 입자 층의 일 예를 보여주는 단면 주사현미경 이미지이다.
도 11 및 도 12는 도 5의 자발적 전이 층의 일 예를 보여주는 평면 및 단면 주사현미경 이미지들이다.
도 13은 도 11의 제 1 플레이트 결정의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 14는 도 6의 예비 센서 층의 일 예를 보여주는 평면 주사 현미경 이미지이다.
도 15는 도 12의 제 2 플레이트 결정의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 16은 도 7의 센서 층의 반응성과 일반적인 센서 층의 반응성을 보여주는 그래프이다.
도 17은 일반적인 센서 층의 일 예를 보여주는 평면 주사 현미경 이미지이다.
도 18은 도 15의 제 2 플레이트 결정의 엑스선 회절 그래프이다
도 19는 도 17의 코발트 산화물 알갱이의 엑스선 회절 그래프이다.
도 20은 도 7의 센서 층의 일 예를 보여주는 투과형 전자현미경 이미지이다.
도 21은 도 20의 A부분을 확대하여 보여주는 투과형 전자현미경 이미지이다.
도 22는 도 20의 투과형 전자현미경 이미지로부터 획득된 급속 퓨리에 변환 패턴을 보여주는 도면이다.
도 23은 도 6의 기판의 열처리 온도에 따른 예비 센서 층과 접착력과, 일반적인 센서 층의 접착력을 보여주는 그래프이다.1 is a flow chart showing an example of a method of manufacturing a sensor according to the concept of the present invention.
2 to 7 are process cross-sectional views showing a manufacturing method of the sensor of the present invention of FIG.
8 is a flow chart showing an example of forming the sensor layer of FIG. 7 .
9 is a perspective view showing an example of the nanoparticles of FIG. 4 .
10 is a cross-sectional scanning microscope image showing an example of the nanoparticle layer of FIG. 4 .
11 and 12 are planar and cross-sectional scanning microscope images showing an example of the spontaneous transition layer of FIG. 5 .
13 is a perspective view showing an example of the first plate crystal of FIG. 11;
14 is a planar scanning microscope image showing an example of the preliminary sensor layer of FIG. 6 .
FIG. 15 is a perspective view showing an example of the second plate crystal of FIG. 12 .
16 is a graph showing the responsivity of the sensor layer of FIG. 7 and the responsivity of a general sensor layer.
17 is a planar scanning microscope image showing an example of a typical sensor layer.
18 is an X-ray diffraction graph of the crystal of the second plate of FIG. 15
19 is an X-ray diffraction graph of the cobalt oxide grains of FIG. 17;
20 is a transmission electron microscope image showing an example of the sensor layer of FIG. 7 .
FIG. 21 is a transmission electron microscope image showing an enlarged portion A of FIG. 20 .
FIG. 22 is a diagram showing a fast Fourier transform pattern obtained from the transmission electron microscope image of FIG. 20 .
FIG. 23 is a graph showing adhesive strength with a preliminary sensor layer and adhesive strength with a typical sensor layer according to the heat treatment temperature of the substrate of FIG. 6 .

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서에서 전극, 층, 및 막은 반도체 분야에서 주로 사용되는 의미로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.Terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, the terms "comprises" and/or "comprising" mean that a stated component, step, operation and/or device excludes the presence or addition of one or more other components, steps, operations and/or elements. I never do that. Also, in the specification, electrodes, layers, and films may be understood as meanings mainly used in the field of semiconductors. Since it is according to a preferred embodiment, reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.

도 1은 본 발명의 개념에 따른 센서의 제조방법의 일 예를 보여준다. 도 2 내지 도 7은 도 1의 본 발명의 센서의 제조방법을 보여주는 공정 단면도들이다. 1 shows an example of a method of manufacturing a sensor according to the concept of the present invention. 2 to 7 are process cross-sectional views showing a manufacturing method of the sensor of the present invention of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(10)의 하부 면 상에 히터 전극(20)을 형성한다(S10). 히터 전극(20)은 금속 증발법(metal evaporation method), 또는 플라즈마 증착 방법(plasma deposition method)으로 형성된 니켈 크롬 합금을 포함할 수 있다. 기판(10)은 실리콘(silicon), 퀄츠(quartz), 또는 글래스를 포함할 수 있으며 본 발명은 이에 한정되지 않는다. Referring to FIGS. 1 and 2 , a heater electrode 20 is formed on the lower surface of the substrate 10 (S10). The heater electrode 20 may include a nickel chromium alloy formed by a metal evaporation method or a plasma deposition method. The substrate 10 may include silicon, quartz, or glass, and the present invention is not limited thereto.

도 1 및 도 3을 참조하면, 기판(10)의 상부 면 상에 복수개의 전극들(30)을 형성한다(S20). 복수개의 전극들(30)은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 구리(Cu), 망간(Mg), 및 탄탈륨(Ta) 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 복수개의 전극들(30)은 금속 증착 공정, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 금속 증착 공정은 금속 증발 법 및 플라즈마 증착 방법을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 3 , a plurality of electrodes 30 are formed on the upper surface of the substrate 10 (S20). The plurality of electrodes 30 include at least one metal of gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), tungsten (W), copper (Cu), manganese (Mg), and tantalum (Ta). can do. The plurality of electrodes 30 may be formed through a metal deposition process, a photolithography process, and an etching process. The metal deposition process may include a metal evaporation method and a plasma deposition method.

도 1 및 도 4 내지 도 7을 참조하면, 복수개의 전극들(30) 및 상기 복수개의 전극들(30) 사이의 기판(10) 상에 센서 층(70)을 형성한다(S30).Referring to FIGS. 1 and 4 to 7 , a plurality of electrodes 30 and a sensor layer 70 are formed on the substrate 10 between the plurality of electrodes 30 (S30).

도 8은 도 7의 센서 층(70)을 형성하는 단계(S30)의 일 예를 보여준다. 도 9는 도 4의 나노 입자(42)의 일 예를 보여준다.FIG. 8 shows an example of forming the sensor layer 70 of FIG. 7 ( S30 ). 9 shows an example of the nanoparticle 42 of FIG. 4 .

도 8 및 도 9를 참조하면, 나노 입자(nanoparticle layer, 42)를 준비한다(S32). 예를 들어, 나노 입자(42)는 헥사고널 구조를 갖는 제 1 코발트 산화물(h-CoO)의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 나노 입자(42)는 육각 피라미드 모양을 가질 수 있다. 일 예로, 나노 입자(42)는 아르곤 가스(Ar) 분위기에서 표준 슈렝크 기술(standard Schlenk line technique)을 따라 준비될 수 있다. 예를 들어, 나노 입자(42)는 코발트 아세틸아세토니에트와 벤질 아민의 혼합 용액으로부터 획득될 수 있다. 혼합 용액 내의 코발트 아세틸아세토니에트는 약 0.15g의 질량을 갖고, 벤질 아민은 약 7mL의 부피를 가질 수 있다. 혼합 용액이 약 190℃로 가열된 후 약 2시간동안 교반(stirred)되면, 제 1 코발트 산화물(h-CoO)의 나노 입자(42)는 석출될 수 있다. 혼합 용액 내의 상등액이 원심분리 방법으로 제거되고, 나노 입자(42)가 추출될 수 있다. 나노 입자(42)는 에탄올의 유기 용매에 의해 세척될 수 있다. Referring to FIGS. 8 and 9 , nanoparticle layer 42 is prepared (S32). For example, the nanoparticles 42 may include a metal oxide of first cobalt oxide (h-CoO) having a hexagonal structure. The nanoparticles 42 may have a hexagonal pyramidal shape. For example, the nanoparticles 42 may be prepared according to a standard Schlenk line technique in an argon gas (Ar) atmosphere. For example, the nanoparticles 42 may be obtained from a mixed solution of cobalt acetylacetonate and benzyl amine. The cobalt acetylacetonate in the mixed solution may have a mass of about 0.15 g, and the benzyl amine may have a volume of about 7 mL. When the mixed solution is heated to about 190° C. and then stirred for about 2 hours, first cobalt oxide (h-CoO) nanoparticles 42 may be precipitated. The supernatant in the mixed solution is removed by centrifugation, and the nanoparticles 42 may be extracted. The nanoparticles 42 may be washed with an organic solvent of ethanol.

도 4 및 도 8을 참조하면, 기판(10) 상에 나노 입자(42)을 도포하여 나노 입자 층(40)을 형성한다(S34). 나노 입자(42)는 에탄올 내에 분산될 수 있다. 나노 입자(42) 및 에탄올은 스핀 코팅 방법으로 기판(10) 상에 도포될 수 있다. 기판(10)은 약 30초간 약 1000rpm 내지 약 3000rpm의 회전수로 회전될 수 있다. 이후, 에탄올은 기화될 수 있다. 이와 달리, 나노 입자(42)는 인쇄방법으로 도포될 수 있으며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Referring to FIGS. 4 and 8 , nanoparticles 42 are coated on a substrate 10 to form a nanoparticle layer 40 (S34). Nanoparticles 42 may be dispersed in ethanol. The nanoparticles 42 and ethanol may be applied on the substrate 10 by a spin coating method. The substrate 10 may be rotated at a rotational speed of about 1000 rpm to about 3000 rpm for about 30 seconds. Ethanol can then be vaporized. Alternatively, the nanoparticles 42 may be applied by a printing method, and the present invention is not limited thereto.

도 10은 도 4의 나노 입자 층(40)의 일 예를 보여주는 단면 주사현미경(SEM) 이미지이다.FIG. 10 is a cross-section scanning microscope (SEM) image showing an example of the nanoparticle layer 40 of FIG. 4 .

도 4 및 도 10을 참조하면, 나노 입자 층(40)은 약 600nm의 제 1 두께(H1)를 가질 수 있다. Referring to FIGS. 4 and 10 , the nanoparticle layer 40 may have a first thickness H 1 of about 600 nm.

도 5 및 도 8을 참조하면, 나노 입자 층(40) 상에 탈이온수(54)를 제공하여 자발적 전이 층(spontaneous transition layer, 50)을 형성한다(S36). 예를 들어, 기판(10)은 약 2시간 내지 6시간 동안 탈이온수(54) 내에 침지될 수 있다. 예를 들어, 자발적 전이 층(50)은 코발트 수산화물(β-Co(OH)2)을 포함할 수 있다. 5 and 8, deionized water 54 is provided on the nanoparticle layer 40 to form a spontaneous transition layer 50 (S36). For example, substrate 10 may be immersed in deionized water 54 for about 2 to 6 hours. For example, the spontaneous transition layer 50 may include cobalt hydroxide (β-Co(OH) 2 ).

도 11 및 도 12는 도 5의 자발적 전이 층(50)의 일 예를 보여주는 평면 및 단면 주사현미경 이미지들이다. 도 13은 도 11의 제 1 플레이트 결정(52)의 일 예를 보여주는 사시도이다.11 and 12 are planar and cross-sectional scanning microscope images showing an example of the spontaneous transition layer 50 of FIG. 5 . FIG. 13 is a perspective view showing an example of the first plate crystal 52 of FIG. 11 .

도 5 및 도 11 내지 도 13을 참조하면, 자발적 전이 층(50)은 제 2 두께(H2)를 갖고, 제 1 플레이트 결정(52)을 가질 수 있다. 제 2 두께(H2)는 제 1 두께(H1)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 2 두께(H2)는 약 300nm일 수 있다. 제 1 플레이트 결정(52)은 육각 팔면체 모양을 가질 수 있다. 제 1 플레이트 결정(52)은 약 200nm 내지 약 300nm의 길이를 가질 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 11 to 13 , the spontaneous transition layer 50 may have a second thickness H 2 and may have a first plate crystal 52 . The second thickness H 2 may be smaller than the first thickness H 1 . For example, the second thickness H 2 may be about 300 nm. The first plate crystal 52 may have a hexagonal octahedral shape. The first plate crystal 52 may have a length of about 200 nm to about 300 nm.

도 6 및 도 8을 참조하면, 자발적 전이 층(50)을 열처리하여 예비 센서 층(60)을 형성한다(S38). 자발적 전이 층(50)은 복사열(64), 또는 광에 의해 열처리될 수 있다. 일 예로, 자발적 전이 층(50)은 제 2 코발트 산화물의 융점(ex, 895℃)보다 낮은 온도로 열처리될 수 있다. 예를 들어, 자발적 전이 층(50)은 약 500℃의 온도에서 열처리될 수 있다. 예비 센서 층(60)은 스피넬(spinel) 구조를 갖는 제 2 코발트 산화물(Co3O4)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 8 , the preliminary sensor layer 60 is formed by heat-treating the spontaneous transition layer 50 (S38). The spontaneous transition layer 50 may be thermally treated by radiant heat 64 or light. For example, the spontaneous transition layer 50 may be heat treated at a temperature lower than the melting point (eg, 895° C.) of the second cobalt oxide. For example, spontaneous transition layer 50 may be heat treated at a temperature of about 500°C. The preliminary sensor layer 60 may include second cobalt oxide (Co 3 O 4 ) having a spinel structure.

도 14는 도 6의 예비 센서 층(60)의 일 예를 보여주는 평면 주사 현미경 이미지이다.14 is a plane scanning microscope image showing an example of the preliminary sensor layer 60 of FIG. 6 .

도 6 및 도 14를 참조하면, 예비 센서 층(60)은 제 3 두께(H3)와, 제 2 플레이트 결정(62)을 가질 수 있다. 제 3 두께(H3)는 제 2 두께(H2)와 유사하거나 작을 수 있다. 제 2 플레이트 결정(62)은 제 1 플레이트 결정(52)과 유사하거나 클 수 있다. Referring to FIGS. 6 and 14 , the preliminary sensor layer 60 may have a third thickness H3 and a second plate crystal 62 . The third thickness H 3 may be similar to or smaller than the second thickness H 2 . The second plate crystal 62 may be similar to or larger than the first plate crystal 52 .

도 15는 도 12의 제 2 플레이트 결정(62)의 일 예를 보여준다.15 shows an example of the second plate crystal 62 of FIG. 12 .

도 15를 참조하면, 제 2 플레이트 결정(62)은 육각 팔면체 모양을 가질 수 있다. 제 2 플레이트 결정(62)은 약 200nm 내지 약 300nm의 길이(L)를 가질 수 있다. Referring to FIG. 15 , the second plate crystal 62 may have a hexagonal octahedral shape. The second plate crystal 62 may have a length L of about 200 nm to about 300 nm.

도 7 및 도 8을 참조하면, 예비 센서 층(60)을 패터닝하여 센서 층(70)을 형성한다(S40). 예비 센서 층(60)은 전자 빔 리소그래피 방법, 또는 포토리소그래피 방법에 의해 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 센서 층(70)은 아세톤 가스에 대해 우수한 반응성(response) 및/또는 센서티브티(sensitivity)를 가질 수 있다. 일 예로, 센서(100)는 아세톤 가스 센서일 수 있다. Referring to FIGS. 7 and 8 , the sensor layer 70 is formed by patterning the preliminary sensor layer 60 (S40). The preliminary sensor layer 60 may be patterned by an electron beam lithography method or a photolithography method. For example, the sensor layer 70 may have excellent response and/or sensitivity to acetone gas. For example, the sensor 100 may be an acetone gas sensor.

도 16은 도 7의 센서 층(70)의 반응성(82)과 일반적인 센서 층의 반응성(84)을 보여준다.FIG. 16 shows the responsivity 82 of the sensor layer 70 of FIG. 7 and the responsivity 84 of a typical sensor layer.

도 16를 참조하면, 센서 층(70)의 반응성(82)은 약 200℃의 센싱 온도에서 일반적인 센서 층(도 17의 74)의 반응성(84)에 비해 약 7배 이상 높을 수 있다. 센서 층(70)의 반응성(82)과 일반적인 센서 층(74)의 반응성(84)의 각각은 1ppm의 아세톤 가스에 근거하여 획득되었다.Referring to FIG. 16 , the reactivity 82 of the sensor layer 70 may be about 7 times higher than the reactivity 84 of the general sensor layer (74 in FIG. 17 ) at a sensing temperature of about 200° C. Each of the reactivity 82 of the sensor layer 70 and the reactivity 84 of the general sensor layer 74 were obtained based on 1 ppm of acetone gas.

도 17은 일반적인 센서 층(74)의 일 예를 보여주는 평면 주사현미경 이미지이다.17 is a planar scanning microscope image showing an example of a typical sensor layer 74 .

도 17을 참조하면, 일반적인 센서 층(74)은 코발트 산화물 알갱이(76)를 포함할 수 있다. 코발트 산화물 알갱이(76)는 스퍼터링 방법 또는 화학기상증착 방법으로 증착될 수 있다. 코발트 산화물 알갱이(76)는 제 2 플레이트 결정(62)과 다를 수 있다. 예를 들어, 코발트 산화물 알갱이(76)는 볼 모양을 가질 수 있다. 코발트 산화물 알갱이(76)는 제 2 플레이트 결정(62)보다 작을 수 있다. 기판(10)에 대한 코발트 산화물 알갱이(76)의 접착력은 제 2 플레이트 결정(62)의 접착력보다 낮을 수 있다.Referring to FIG. 17 , a typical sensor layer 74 may include cobalt oxide grains 76 . The cobalt oxide grains 76 may be deposited by sputtering or chemical vapor deposition. The cobalt oxide grains 76 may be different from the second plate crystals 62 . For example, the cobalt oxide grains 76 may have a ball shape. The cobalt oxide grains 76 may be smaller than the second plate crystals 62 . Adhesion of the cobalt oxide grains 76 to the substrate 10 may be lower than that of the second plate crystal 62 .

도 18은 도 15의 제 2 플레이트 결정(62)의 엑스선 회절(XRD) 그래프이고, 도 19는 도 17의 코발트 산화물 알갱이(76)의 엑스선 그래프이다.FIG. 18 is an X-ray diffraction (XRD) graph of the second plate crystal 62 of FIG. 15, and FIG. 19 is an X-ray graph of the cobalt oxide grains 76 of FIG.

도 18 및 도 19를 참조하면, 제 2 플레이트 결정(62)의 XRD 그래프(83)는 코발트 산화물 알갱이(76)의 XRD 그래프(85)의 (222)면의 피크 보다 높은 (222)면의 피크를 가질 수 있다.18 and 19, the XRD graph 83 of the second plate crystal 62 has a peak on the (222) plane higher than the peak on the (222) plane of the XRD graph 85 of the cobalt oxide grains 76. can have

도 20은 도 7의 센서 층(70)의 일 예를 보여주는 투과형 전자현미경(TEM) 이미지이고, 도 21은 도 20의 A부분을 확대하여 보여주는 투과형 전자현미경 이미지이다.20 is a transmission electron microscope (TEM) image showing an example of the sensor layer 70 of FIG. 7 , and FIG. 21 is a transmission electron microscope image showing an enlarged portion A of FIG. 20 .

도 20 및 도 21을 참조하면, 제 2 플레이트 결정(62)은 약 0.46nm의 (111)면들 사이의 거리(d)를 가질 수 있다. Referring to FIGS. 20 and 21 , the second plate crystal 62 may have a distance d between (111) planes of about 0.46 nm.

도 22는 도 20의 투과형 전자 현미경 이미지로부터 획득된 급속 퓨리에 변환 패턴을 보여준다.FIG. 22 shows a fast Fourier transform pattern obtained from the transmission electron microscope image of FIG. 20 .

도 22를 참조하면, 센서 층(70)의 제 2 플레이트 결정(62)은 (111)면을 가질 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제 2 플레이트 결정(62)은 (222)면을 가질 수 있다.Referring to FIG. 22 , the second plate crystal 62 of the sensor layer 70 may have a (111) plane. Although not shown, the second plate crystal 62 may have a (222) plane.

도 23은 도 6의 기판(10)의 열처리 온도에 따른 예비 센서 층(60)의 제 1 접착력(86)과, 일반적인 센서 층(74)의 제 2 접착력(88)을 보여준다.FIG. 23 shows the first adhesive force 86 of the preliminary sensor layer 60 and the second adhesive force 88 of the general sensor layer 74 according to the heat treatment temperature of the substrate 10 of FIG. 6 .

도 23을 참조하면, 센서 층(70)의 제 1 접착력(86)은 일반적인 센서 층(74)의 제 2 접착력(88)보다 높을 수 있다. 제 1 접착력(86)은 약 500℃의 열처리 온도에서 최대로 높을 수 있다. 제 1 접착력(86)과 제 2 접착력(88)은 스카치테이프를 이용하여 측정될 수 있었다.Referring to FIG. 23 , the first adhesive strength 86 of the sensor layer 70 may be higher than the second adhesive strength 88 of the general sensor layer 74 . The first adhesive force 86 may be maximally high at a heat treatment temperature of about 500°C. The first adhesive force 86 and the second adhesive force 88 could be measured using scotch tape.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, embodiments have been disclosed in the drawings and specifications. Although specific terms have been used herein, they are only used for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention described in the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (19)

기판 상에 복수개의 전극들을 형성하는 단계; 및
상기 복수개의 전극들과 상기 복수개의 전극들 사이의 상기 기판 상에 센서 층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 센서 층을 형성하는 단계는:
상기 기판 상에 나노 입자 층을 도포하는 단계;
상기 나노 입자 층 상에 탈이온수를 제공하여 자발적 전이 층을 형성하는 단계; 및
상기 자발적 전이 층을 열처리하여 센서 층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 나노 입자 층은 제 1 코발트 산화물(CoO)을 포함하고,
상기 자발적 전이 층은 코발트 수산화물을 포함하고,
상기 센서 층은 제 2 코발트 산화물(Co3O4)을 포함하고,
상기 자발적 전이 층은 복사열 또는 광에 의해 상기 제 2 코발트 산화물의 융점보다 낮은 500℃의 온도로 열처리되는 센서의 제조방법.
Forming a plurality of electrodes on a substrate; and
Forming a sensor layer on the plurality of electrodes and on the substrate between the plurality of electrodes,
Forming the sensor layer comprises:
applying a layer of nanoparticles on the substrate;
forming a spontaneous transition layer by providing deionized water on the nanoparticle layer; and
heat-treating the spontaneous transition layer to form a sensor layer;
The nanoparticle layer includes first cobalt oxide (CoO),
the spontaneous transition layer comprises cobalt hydroxide;
The sensor layer includes a second cobalt oxide (Co 3 O 4 ),
The spontaneous transition layer is heat-treated at a temperature of 500 ° C. lower than the melting point of the second cobalt oxide by radiant heat or light.
 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 나노 입자 층은 육각 피라미드 모양의 나노 입자를 갖는 센서의 제조방법.
According to claim 1,
The nanoparticle layer is a method of manufacturing a sensor having hexagonal pyramidal nanoparticles.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 자발적 전이 층은 제 1 플레이트 결정을 갖고,
상기 센서 층은 상기 제 1 플레이트 결정과 유사한 제 2 플레이트 결정을 갖는 센서의 제조방법.
According to claim 1,
the spontaneous transition layer has first plate crystals;
The sensor layer has a second plate crystal similar to the first plate crystal.
 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 플레이트 결정은 육각 팔면체 모양을 갖는 센서의 제조방법.
According to claim 8,
The method of manufacturing a sensor in which the second plate crystal has a hexagonal octahedral shape.
 제 1 항에 있어서,
상기 나노 입자 층은 제 1 두께를 갖고,
상기 자발적 전이 층은 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 갖는 센서의 제조방법.
According to claim 1,
the nanoparticle layer has a first thickness;
The method of claim 1, wherein the spontaneous transition layer has a second thickness smaller than the first thickness.
 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 두께는 600nm이고,
상기 제 2 두께는 300nm인 센서의 제조방법.
According to claim 10,
The first thickness is 600 nm,
The second thickness is a method of manufacturing a sensor of 300nm.
 제 10 항에 있어서,
상기 센서 층은 상기 제 2 두께와 동일하거나 상기 제 2 두께보다 작은 제 3 두께를 갖는 센서의 제조방법.
According to claim 10,
The sensor layer is a method of manufacturing a sensor having a third thickness equal to or smaller than the second thickness.
 제 12 항에 있어서,
상기 센서 층을 형성하는 단계는 상기 제 3 두께를 갖는 예비 센서 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 센서의 제조방법.
According to claim 12,
The forming of the sensor layer further comprises forming a preliminary sensor layer having the third thickness.
 제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 전극들과 상기 센서 층에 대향하는 상기 기판의 하부면 상에 히터 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 센서의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a sensor further comprising forming a heater electrode on a lower surface of the substrate facing the plurality of electrodes and the sensor layer.
 제 1 항에 있어서,
상기 센서 층을 형성하는 단계는 나노 입자를 준비하는 단계를 더 포함하되,
상기 나노 입자는 표준 슈렝크 기술에 따라 준비되는 센서의 제조방법.
According to claim 1,
Forming the sensor layer further includes preparing nanoparticles,
The method of manufacturing a sensor wherein the nanoparticles are prepared according to a standard Schlenk technique.
 제 15 항에 있어서,
상기 나노 입자를 준비하는 단계는:
코발트 아세틸아세토니에트와 벤질 아민의 혼합 용액을 획득하는 단계;
상기 혼합 용액을 교반하여 상기 나노 입자를 석출하는 단계; 및
상기 혼합 용액 내의 상등액을 제거하여 상기 나노 입자를 추출하는 단계를 포함하는 센서의 제조방법.


According to claim 15,
The step of preparing the nanoparticles is:
Obtaining a mixed solution of cobalt acetylacetonate and benzyl amine;
Stirring the mixed solution to precipitate the nanoparticles; and
A method of manufacturing a sensor comprising the step of extracting the nanoparticles by removing the supernatant in the mixed solution.


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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160091447A1 (en) 2014-09-26 2016-03-31 Electronics And Telecommunications Research Institute Gas sensor apparatus
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5783153A (en) * 1997-08-04 1998-07-21 Ford Global Technologies, Inc. Metal oxide oxygen sensors based on phase transformation
KR101035003B1 (en) * 2008-07-16 2011-05-20 한국과학기술연구원 A gas sensor of metaloxide including catalyst and a fbrication method thereof
KR101201897B1 (en) * 2008-12-12 2012-11-16 한국전자통신연구원 Ultra High Sensitive Gas Sensors Using Semiconductor Oxide Nanofiber and Method for Preparing the Same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160091447A1 (en) 2014-09-26 2016-03-31 Electronics And Telecommunications Research Institute Gas sensor apparatus
KR101646610B1 (en) 2015-05-28 2016-08-09 (주)바이오니아 High active magnetic silica nano particles for separating biomaterial and method for preparing the same

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