KR20100031430A - Metal oxide nanowire sensor and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A metal oxide nano wire sensor and a manufacturing method thereof are provided to remarkably improve reliability, sensitivity, reproducibility and other properties of a sensor by forming plural metal oxide(zinc oxide) nano wire junction. CONSTITUTION: A manufacturing method of a metal oxide nano wire sensor comprises the following steps: forming a trench structure(140) on the upper side of a substrate; forming a conductive layer(150) in the inner side of the trench structure; forming a catalyst layer(160) on the conductive layer; and forming a metal oxide nanowire array on the catalyst layer; and forming a heater(120) on the substrate. The heater contains a substance including platinum(Pt), lead(Pb), silver(Ag), nickel -chromium(Ni-Cr), and iron-chromium (Fe-Cr).

Description

금속 산화물 나노선 센서 및 그 제조방법{Metal Oxide Nanowire Sensor And Method For Manufacturing The Same}Metal Oxide Nanowire Sensor and Method for Manufacturing the Same {Metal Oxide Nanowire Sensor And Method For Manufacturing The Same}

본 발명은 금속 산화물(산화아연) 나노선 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판 상에 설치된 트렌치 구조물의 내측면 상에 산화아연 나노선 어레이를 성장시켜 복수개의 산화아연 나노선 접합(junction)이 이루어지게 함으로써 재현성, 감도, 신뢰성 등의 제반 특성이 향상된 금속 산화물(산화아연) 나노선 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal oxide (zinc oxide) nanowire sensor and a method of manufacturing the same. More specifically, by growing a zinc oxide nanowire array on the inner surface of the trench structure provided on the substrate to a plurality of zinc oxide nanowire junction (junction) of the metal to improve the overall characteristics such as reproducibility, sensitivity, reliability An oxide (zinc oxide) nanowire sensor and a method of manufacturing the same.

나노선(nanowire)은 직경이 나노미터(nm) 단위이고, 길이는 직경에 비해 훨씬 큰 수백 나노미터, 마이크로미터(㎛) 또는 밀리미터(mm) 단위를 갖는 선형 재료를 말한다. 이와 같은 나노선은 실리콘(Si), 주석 산화물(SnO), 갈륨 질화물(GaN) 및 아연 산화물(ZnO) 등의 소재를 이론적으로 수 나노미터(nm) 두께의 선 또는 블록으로 만들어져 미세 공정에 활용될 수 있기 때문에, 트랜지스터, 메모리, 감지 센서 등의 전자 소자 분야뿐만 아니라 의료, 환경 등 전자 이외의 다양한 분야까지도 널리 응용될 수 있으며, 이에 관한 연구가 한창 진행 중에 있다.Nanowires are linear materials with diameters in nanometers (nm) and lengths of hundreds of nanometers, micrometers (μm) or millimeters (mm), much larger than diameter. Such nanowires are made of materials such as silicon (Si), tin oxide (SnO), gallium nitride (GaN), and zinc oxide (ZnO), which are theoretically made of lines or blocks with a thickness of several nanometers (nm), and are used for micro processes. Since it can be used, it can be widely applied to various fields other than electronics such as medical, environment, as well as the field of electronic devices such as transistors, memory, sensing sensors, etc., and research on this is in progress.

대표적인 예로서 1차원 금속 산화물 나노선이 전기적, 화학적 감지 특성이 있음이 알려지면서 나노형 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET) 방식의 센서에 대한 연구가 있어 왔다.As a representative example, since the 1D metal oxide nanowires are known to have electrical and chemical sensing characteristics, there have been studies of nano field effect transistor (FET) type sensors.

그러나, 이러한 1차원(단일) 나노형 전계효과 트랜지스터는 소자 구현을 위해 복잡한 포토리소그라피 공정이 요구되고, 전기전도도의 변화량이 매우 미세하여 이를 측정하기 위한 고가의 정밀 측정장비가 별도로 필요한 까닭에, 1차원 나노형 전계효과 트랜지스터를 실제 센서에 적용하기에는 많은 한계가 있었다. 그리고, 무엇보다도 단일 나노형 전계효과 트랜지스터 방식의 센서는 소자와 전극간의 접합에 따른 오차 및 소자의 기하학적 미세 모양 차이에 따른 측정 값의 오차로 인해 신뢰성이 떨어지고, 센서의 응답 시간과 회복 시간이 느리며, 민감도가 저하되는 문제점이 있었다.However, such a one-dimensional (single) nano-type field effect transistor requires a complex photolithography process to implement a device, and because the amount of change in electrical conductivity is very minute, an expensive precision measurement device for measuring it is required separately. There are many limitations in applying dimensional nano-field effect transistors to actual sensors. Above all, the single nano field effect transistor type sensor is not reliable due to the error of the junction between the device and the electrode and the measurement value due to the difference in geometric shape of the device, and the response time and recovery time of the sensor are slow. There was a problem that the sensitivity is lowered.

따라서, 나노선의 우수한 감지 특성을 센서에 응용하기 위해서는 기존의 1차원(단일) 나노형 전계효과 트랜지스터 방식이 아닌 새로운 방식의 센서의 개발이 요구되고 있다.Therefore, in order to apply the excellent sensing characteristics of the nanowire to the sensor, it is required to develop a new sensor rather than the existing one-dimensional (single) nano field effect transistor method.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수개의 산화아연 나노선 접합을 형성함으로써 센서의 신뢰성, 감도, 재현성 등의 제반 특성이 향상된 금속 산화물 나노선 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by providing a plurality of zinc oxide nanowire junction to provide a metal oxide nanowire sensor with improved characteristics, such as the reliability, sensitivity, reproducibility of the sensor and a method of manufacturing the same. It aims to do it.

또한, 본 발명은 실리콘 웨이퍼를 기반으로 하는 센서 플랫폼 상에 산화아연 나노선 어레이를 형성함으로써, 제조 단가가 저렴하고 대량 생산이 용이한 금속 산화물 나노선 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a metal oxide nanowire sensor and a method of manufacturing the same by forming a zinc oxide nanowire array on a silicon wafer-based sensor platform, low production cost and easy mass production. .

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법은, (a) 기판 상에 트렌치 구조물을 형성하는 단계; (b) 상기 트렌치 구조물의 내측면 상에 전도층을 형성하는 단계; (c) 상기 전도층 상에 촉매층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 촉매층 상에 금속 산화물 나노선 어레이를 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a metal oxide nanowire sensor according to an embodiment of the present invention, (a) forming a trench structure on a substrate; (b) forming a conductive layer on the inner side of the trench structure; (c) forming a catalyst layer on the conductive layer; And (d) forming a metal oxide nanowire array on the catalyst layer.

상기 기판 상에 히터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a heater on the substrate.

상기 히터는 백금(Pt), 납(Pb), 은(Ag), 니켈-크롬(Ni-Cr), 철-크롬(Fe-Cr) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The heater may include at least one of platinum (Pt), lead (Pb), silver (Ag), nickel-chromium (Ni-Cr), and iron-chromium (Fe-Cr).

상기 트렌치 구조물은 실리콘을 포함할 수 있다.The trench structure may include silicon.

상기 전도층은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 질화티타늄(TiN) 중 적어도 하나를 포 함하고, 상기 촉매층은 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The conductive layer includes at least one of chromium (Cr), tungsten (W), and titanium nitride (TiN), and the catalyst layer includes gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), and silver (Ag). It may include at least one.

상기 전도층 및 상기 촉매층은 경사 증착법(angled deposition)으로 형성할 수 있다.The conductive layer and the catalyst layer may be formed by angled deposition.

상기 금속 산화물 나노선 어레이는 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 성장법으로 형성할 수 있다.The metal oxide nanowire array may be formed by a vapor-liquid-solid (VLS) growth method.

상기 금속 산화물 나노선 어레이는 상기 트렌치 구조물의 일 내측면 상에 형성되는 제1 금속 산화물 나노선 어레이와 상기 트렌치 구조물의 일 내측면과 대향하는 내측면 상에 형성되는 제2 금속 산화물 나노선 어레이를 포함하며, 상기 제1 및 제2 금속 산화물 나노선 어레이는 복수개의 금속 산화물 나노선 접합(junction)을 이룰 수 있다.The metal oxide nanowire array may include a first metal oxide nanowire array formed on one inner surface of the trench structure and a second metal oxide nanowire array formed on an inner surface of the trench structure opposite to the inner surface of the trench structure. The first and second metal oxide nanowire arrays may include a plurality of metal oxide nanowire junctions.

상기 금속 산화물 나노선 어레이는 산화아연 나노선 어레이 또는 산화주석 나노선 어레이 중 어느 하나일 수 있다.The metal oxide nanowire array may be either a zinc oxide nanowire array or a tin oxide nanowire array.

그리고, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노선 센서는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 트렌치 구조물; 상기 트렌치 구조물의 내측면 상에 형성되는 전도층; 상기 전도층 상에 형성되는 촉매층; 및 상기 촉매층 상에 형성되는 금속 산화물 나노선 어레이를 포함한다.And, in order to achieve the above object, a metal oxide nanowire sensor according to an embodiment of the present invention is a substrate; A trench structure formed on the substrate; A conductive layer formed on an inner side surface of the trench structure; A catalyst layer formed on the conductive layer; And an array of metal oxide nanowires formed on the catalyst layer.

상기 기판 상에 형성되는 히터를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a heater formed on the substrate.

상기 금속 산화물 나노선 어레이는 상기 트렌치 구조물의 일 내측면 상에 형성되는 제1 금속 산화물 나노선 어레이와 상기 트렌치 구조물의 일 내측면과 대향 하는 내측면 상에 형성되는 제2 금속 산화물 나노선 어레이를 포함하며, 상기 제1 및 제2 금속 산화물 나노선 어레이는 복수개의 금속 산화물 나노선 접합(junction)을 이룰 수 있다.The metal oxide nanowire array may include a first metal oxide nanowire array formed on one inner surface of the trench structure and a second metal oxide nanowire array formed on an inner surface of the trench structure opposite to the inner surface of the trench structure. The first and second metal oxide nanowire arrays may include a plurality of metal oxide nanowire junctions.

본 발명에 따르면, 센서 내에 복수개의 금속 산화물(산화아연) 나노선 접합이 형성됨으로써 센서의 신뢰성, 감도, 재현성 등의 제반 특성이 획기적으로 향상되는 효과가 있다.According to the present invention, since a plurality of metal oxide (zinc oxide) nanowire junctions are formed in the sensor, various characteristics such as reliability, sensitivity, and reproducibility of the sensor are remarkably improved.

또한, 본 발명에 따르면, 반도체 공정을 적용하여 센서 플랫폼 상에 금속 산화물(산화아연) 나노선 어레이를 형성할 수 있게 됨으로써 센서의 제조단가가 저렴해지고 대량 생산이 용이한 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to form a metal oxide (zinc oxide) nanowire array on the sensor platform by applying a semiconductor process, thereby reducing the manufacturing cost of the sensor and easy mass production.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following detailed description of the invention is described with reference to the accompanying drawings, which show by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be embodied in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention with respect to one embodiment. In addition, it is to be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention.

따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is defined only by the appended claims, along with the full range of equivalents to which such claims are entitled.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물(산화아연) 나노선 센서(10)의 제조방법을 나타내는 도면이다. 1A to 1J are diagrams illustrating a method of manufacturing a metal oxide (zinc oxide) nanowire sensor 10 according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 1a를 참조하면, 기판(110) 상에 산화아연(ZnO) 나노선을 형성하기 전에 히터(120)과 절연층(130)을 각각 순차적으로 형성한다.First, referring to FIG. 1A, the heater 120 and the insulating layer 130 are sequentially formed before forming the zinc oxide (ZnO) nanowires on the substrate 110.

기판(110)은 산화아연 나노선 센서의 기초 부재로서의 역할을 수행한다. 기판(110)은 실리콘(Si) 웨이퍼, 알루미나(Al2O3) 기판을 사용하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The substrate 110 serves as a base member of the zinc oxide nanowire sensor. The substrate 110 is preferably a silicon (Si) wafer, an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, but is not necessarily limited thereto.

히터(120)는 소정의 열을 공급하여 산화아연 나노선 센서(10)가 최적의 상태로 동작할 수 있도록 함으로써, 산화아연 나노선 센서(10)의 제반 특성(신뢰성, 감도, 재현성 등)을 향상시키는 역할을 수행한다. 히터(120)의 재질은 백금(Pt), 납(Pb), 은(Ag), 니켈-크롬(Ni-Cr), 철-크롬(Fe-Cr) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 히터(120)의 두께는 100Å 내지 1,000Å 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다. 히터(120)는 열 증착(thermal evaporation) 또는 스퍼터링(sputtering) 공정 등을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 히터(130)의 재질, 두께 및 형성 방법은 반드시 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있다.The heater 120 supplies the predetermined heat to enable the zinc oxide nanowire sensor 10 to operate in an optimal state, thereby providing various characteristics (reliability, sensitivity, reproducibility, etc.) of the zinc oxide nanowire sensor 10. To improve the role. The material of the heater 120 may include at least one of platinum (Pt), lead (Pb), silver (Ag), nickel-chromium (Ni-Cr), and iron-chromium (Fe-Cr). The thickness of the heater 120 is preferably adjusted within the range of 100 kPa to 1,000 kPa. The heater 120 may be formed using a thermal evaporation or a sputtering process. The material, thickness, and forming method of the heater 130 are not necessarily limited to the above-described embodiments, and may be appropriately changed within a range capable of achieving the object of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터(120)의 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다. 본 발명에서 히터(120)는 도 2에 도시된 바와 같은 패턴 구조를 가질 수 있다. 이때, 도 2에서, 히터(120)의 간격은 1,000Å 내지 10,000Å 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다. 도 2에서와 같은 히터(120) 패턴 구조는 기판(110) 상에 전면적으로 히터 물질을 증착한 후 통상적인 포토리소그래피(photolithography) 공정 등을 통하여 제조할 수 있다2 exemplarily shows a structure of a heater 120 according to an embodiment of the present invention. In the present invention, the heater 120 may have a pattern structure as shown in FIG. At this time, in Figure 2, the interval of the heater 120 is preferably adjusted within the range of 1,000 kV to 10,000 kV. The heater 120 pattern structure as shown in FIG. 2 may be manufactured through a conventional photolithography process after depositing a heater material on the entire surface of the substrate 110.

절연층(130)은 히터(120)와 후술할 산화아연 나노선 어레이(190)를 전기적으로 분리하는 역할을 수행하며, 나아가 기판(110) 및 히터(120)가 산화되는 것을 방지하는 역할도 수행한다. 절연층(130)의 재질은 실리콘 질화물(Si3N4)인 것이 바람직하다. 절연층(130)의 두께는 3000Å 내지 5000Å 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다. 절연층(130)은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 혹은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 절연층(130)의 재질, 두께 및 형성 방법은 반드시 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있다.The insulating layer 130 serves to electrically separate the heater 120 and the zinc oxide nanowire array 190 to be described later, and also prevents the substrate 110 and the heater 120 from being oxidized. do. The material of the insulating layer 130 is preferably silicon nitride (Si 3 N 4 ). The thickness of the insulating layer 130 is preferably adjusted within the range of 3000 kPa to 5000 kPa. The insulating layer 130 may be formed using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process. The material, the thickness, and the formation method of the insulating layer 130 are not necessarily limited to the above-described embodiments, and may be appropriately changed within a range capable of achieving the object of the present invention.

다음으로, 도 1b를 참조하면, 절연층(130) 상에 트렌치 구조물(140)을 형성한다. 트렌치 구조물(140)의 재질은 실리콘(Si)인 것이 바람직하며, 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘 모두 가능하다. 트렌치 구조물(140)의 두께는 5um 내지 30um 범위 내에서 조절되고, 트렌치 폭은 2um 내지 10um 범위 내에서 조절되는 것 이 바람직하다. Next, referring to FIG. 1B, the trench structure 140 is formed on the insulating layer 130. The material of the trench structure 140 is preferably silicon (Si), and may be amorphous silicon or polycrystalline silicon. The thickness of the trench structure 140 is adjusted within the range of 5um to 30um, it is preferable that the trench width is adjusted within the range of 2um to 10um.

트렌치 구조물(140)은 절연층(130) 상에 전면적으로 트렌치 물질을 증착한 후 통상적인 포토리소그래피 공정 등을 통하여 제조할 수 있다. 트렌치 구조물(140)의 재질이 실리콘인 경우 실리콘의 증착은 LPCVD 또는 PECVD 공정 등을 이용할 수 있다. 상기 포토리소그래피 공정시 실리콘의 식각은 질산(HNO3)과 불산(HF)의 혼합 용액 등을 이용하는 습식 식각법 또는 RIE(Reactive Ion Etching) 등을 이용하는 건식 식각법에 의하여 수행될 수 있다.The trench structure 140 may be manufactured through a conventional photolithography process after depositing a trench material over the insulating layer 130. When the material of the trench structure 140 is silicon, the deposition of silicon may use an LPCVD or PECVD process. In the photolithography process, silicon etching may be performed by a wet etching method using a mixed solution of nitric acid (HNO 3 ) and hydrofluoric acid (HF), or a dry etching method using reactive ion etching (RIE).

트렌치 구조물(140)의 재질, 사양 및 형성 방법은 반드시 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있다.The material, specification, and forming method of the trench structure 140 are not necessarily limited to the above-described embodiments, and may be appropriately changed within a range capable of achieving the object of the present invention.

다음으로, 도 1c를 참조하면, 트렌치 구조물(140)의 소정 영역, 즉 트렌치 구조물(140)의 표면 및 내측면 상에 전도층(150)을 형성한다. 여기서, 전도층(150)은 후술할 전원 소스(미도시됨)와 연결되어 센서(10)에 전원이 공급될 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 전도층(150)의 재질은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 질화티타늄(TiN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전도층(150)의 두께는 100Å 내지 10,000Å 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다. Next, referring to FIG. 1C, the conductive layer 150 is formed on a predetermined region of the trench structure 140, that is, the surface and the inner surface of the trench structure 140. Here, the conductive layer 150 is connected to a power source (not shown) which will be described later to perform a function of supplying power to the sensor 10. The material of the conductive layer 150 may include at least one of chromium (Cr), tungsten (W), and titanium nitride (TiN). The thickness of the conductive layer 150 is preferably adjusted within the range of 100 kPa to 10,000 kPa.

한편, 도 1c에 도시된 바와 같이, 전도층(150)은 경사 증착법(angled deposition)을 이용하여 형성하는 것이 더 바람직하다. 경사 증착법이란 증착 물질의 이동 방향에 대하여 기판을 임의의 각도(90도 미만의 각도)로 기울인 상태에 서 기판 상에 박막을 증착하는 방법을 말하며, 기판 상의 특정 부분에만 선택적으로 박막이 증착될 수 있도록 하는 박막 증착법이다. 경사 증착이 가능한 공정으로는 증착시 증착 물질이 직진성을 가질 수 있는 열 증착, 전자 빔 증착(E-beam evaporation), 스퍼터링 공정 등을 예로 들 수 있다. 경사 증착시 기판 상에 증착 물질이 균일하게 증착되도록 기판은 소정의 속도로 회전시킬 수 있다. 도 1c는 경사 증착시 기판의 회전 상태를 개념적으로 나타낸 것으로서, 증착 물질이 트렌치 구조물(140)의 표면 및 내측면 상에 균일하게 증착되기 위해서는 경사 증착 과정 중에 기판의 회전이 필수적이다. 경사 증착이 가능한 증착 장치의 구성, 즉 기판이 증착 물질의 증착 방향에 대하여 90도 미만의 각도를 가진 상태에서 회전하는 구성 등은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.On the other hand, as shown in Figure 1c, the conductive layer 150 is more preferably formed using an angled deposition (angled deposition). Gradient vapor deposition refers to a method of depositing a thin film on a substrate in a state in which the substrate is inclined at an angle (less than 90 degrees) with respect to the moving direction of the deposition material, and the thin film may be selectively deposited only on a specific portion of the substrate. Thin film deposition. Examples of the process capable of gradient deposition include thermal evaporation, E-beam evaporation, and sputtering processes in which the deposition material may have straightness during deposition. The substrate may be rotated at a predetermined rate so that the deposition material is uniformly deposited on the substrate during the gradient deposition. FIG. 1C conceptually illustrates the rotational state of the substrate during the gradient deposition, and the rotation of the substrate is essential during the gradient deposition process so that the deposition material is uniformly deposited on the surface and the inner surface of the trench structure 140. Since the configuration of the deposition apparatus capable of gradient deposition, that is, the configuration in which the substrate is rotated with an angle of less than 90 degrees with respect to the deposition direction of the deposition material, is known in the art, a detailed description thereof will be omitted.

전도층(150)의 재질, 두께 및 형성 방법은 반드시 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있다.The material, thickness, and formation method of the conductive layer 150 are not necessarily limited to the above-described embodiments, and may be appropriately changed within a range capable of achieving the object of the present invention.

다음으로, 도 1d를 참조하면, 전도층(150) 상에 촉매층(160)을 형성한다. 촉매층(150)은 후술할 산화아연 나노선 어레이(190)의 형성을 촉진시키는 역할을 수행한다. 촉매층(160)의 재질은 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 은(Ag), 철(Fe) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 촉매층(160)의 두께는 20Å 내지 50Å 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다. 촉매층(160)은 도 1c에서 도시한 바와 같은 경사 증착법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 촉매층(150)의 재질, 두께 및 형성 방법은 반드시 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.Next, referring to FIG. 1D, the catalyst layer 160 is formed on the conductive layer 150. The catalyst layer 150 serves to promote the formation of the zinc oxide nanowire array 190 to be described later. The material of the catalyst layer 160 may include at least one of gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), silver (Ag), and iron (Fe). The thickness of the catalyst layer 160 is preferably adjusted within the range of 20 kPa to 50 kPa. The catalyst layer 160 is preferably formed using a gradient deposition method as shown in FIG. 1C. The material, the thickness, and the formation method of the catalyst layer 150 are not necessarily limited to the above descriptions, and it may be found that the catalyst layer 150 may be appropriately changed within a range capable of achieving the object of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 전도층(150)과 촉매층(160) 형성시 경사 증착법을 이용함으로써 별도의 포토리소그래피 공정을 수행하지 않고도 트렌치 구조물(140)의 표면 및 내측면 상에만 전도층(150)과 촉매층(160)을 형성할 수 있어서 산화아연 나노선 센서의 제조 시간이 절약되고 제조 단가가 저렴해지는 이점이 있다.As described above, in the present invention, the conductive layer 150 is formed only on the surface and the inner surface of the trench structure 140 without performing a separate photolithography process by using a gradient deposition method when forming the conductive layer 150 and the catalyst layer 160. ) And the catalyst layer 160 can be formed to save the manufacturing time of the zinc oxide nanowire sensor and the manufacturing cost is low.

다음으로, 도 1e를 참조하면, 전도층(150) 및 촉매층(160)의 소정 부분을 식각한다. 이는 향후 완성될 산화아연 나노선 센서를 전기적으로 격리시키기 위함이다. 상기 식각 과정은 통상적인 포토 리소그래피 공정 등을 이용하여 진행될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Next, referring to FIG. 1E, predetermined portions of the conductive layer 150 and the catalyst layer 160 are etched. This is to electrically isolate the zinc oxide nanowire sensor to be completed in the future. The etching process may be performed using a conventional photolithography process, and the detailed description thereof will be omitted.

다음으로, 도 1f를 참조하면, 도 1e의 상태에서 마스크층(170)을 전면적으로 형성한다. 마스크층(170)의 재질은 실리콘 산화물(SiO2)인 것이 바람직하다. 마스크층(170)은 LPCVD나 PECVD 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 마스크층(170)의 재질 및 형성 방법은 상술한 바에 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 변경될 수 있다.Next, referring to FIG. 1F, the mask layer 170 is entirely formed in the state of FIG. 1E. The material of the mask layer 170 is preferably silicon oxide (SiO 2 ). The mask layer 170 may be formed using an LPCVD or PECVD process. The material and forming method of the mask layer 170 are not necessarily limited to the above description, and may be changed as long as the object of the present invention can be achieved.

다음으로, 도 1g 및 도 1h를 참조하면, 트렌치 구조물(140)의 내측면 상에 형성된 촉매층(160)이 노출되도록 마스크층(170)을 선택적으로 식각한다. 이를 위하여, 도 1g에 도시된 바와 같이, 마스크층(170) 상의 일부 영역에 포토레지스트층(Photo Resist; 180)을 형성한다. 이 과정은 통상적인 포토 리소그래피 공정을 이용하여 진행하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이어서, 도 1h에 도시한 바와 같이, 도 1g의 상태에서 마스크층(170)을 식각하면 트렌치 구조물(140)의 내측면 상에 형성된 촉매층(160)이 노출된다. 상기 마스크층(170)의 식각은 습식 식각법 또는 건식 식각법을 이용하여 수행될 수 있다. Next, referring to FIGS. 1G and 1H, the mask layer 170 is selectively etched to expose the catalyst layer 160 formed on the inner surface of the trench structure 140. To this end, as shown in FIG. 1G, a photoresist layer 180 is formed on a portion of the mask layer 170. This process is carried out using a conventional photolithography process, a detailed description thereof will be omitted. Subsequently, as shown in FIG. 1H, when the mask layer 170 is etched in the state of FIG. 1G, the catalyst layer 160 formed on the inner surface of the trench structure 140 is exposed. The mask layer 170 may be etched using a wet etching method or a dry etching method.

이로써, 도 1h에 도시된 바와 같은 센서 플랫폼(100)이 완성된다. 센서 플랫폼(100)이란 산화아연 나노선을 성장시켜서 산화아연 나노선 센서를 제조할 때 기반이 되는 구성을 말한다. 즉, 센서 플랫폼(100)을 이용하면 트렌치 구조물(140)의 내측면 상에 노출되어 있는 촉매층(160) 상에서만 산화아연 나노선이 성장하게 되어서 간편하게 산화아연 나노선 센서를 제조할 수 있다.This completes the sensor platform 100 as shown in FIG. 1H. The sensor platform 100 refers to a configuration that is a base when manufacturing zinc oxide nanowire sensors by growing zinc oxide nanowires. That is, when the sensor platform 100 is used, zinc oxide nanowires are grown only on the catalyst layer 160 exposed on the inner surface of the trench structure 140, so that the zinc oxide nanowire sensor may be easily manufactured.

도 1i를 참조하면, 센서 플랫폼(100)의 트렌치 구조물(140)의 내측면 상에 형성된 촉매층(160) 상에 산화아연 나노선 어레이(190)를 형성한다. 이때, 도시한 바와 같이, 산화아연 나노선 어레이(190)는 트렌치 구조물(140)의 일 내측면 상에서 성장되는 제1 산화아연 나노선 어레이(190A)와, 상기 트렌치 구조물(140)의 일 내측면과 대향하는 내측면 상에서 형성되는 제2 산화아연 나노선 어레이(190B)를 포함할 수 있다. 그 결과, 본 발명에서는 산화아연 나노선의 성장 과정에서 성장 방향이 실질적으로 반대인 제1 및 제2 산화아연 나노선 어레이간에 복수개의 산화아연 나노선 접합(junction), 즉 제1 산화아연 나노선 어레이(190A)를 이루는 산화아연 나노선과 와 제2 산화아연 나노선 어레이(190B)를 이루는 산화아연 나노선이 만나서 접촉하는 부위가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1I, a zinc oxide nanowire array 190 is formed on the catalyst layer 160 formed on the inner side of the trench structure 140 of the sensor platform 100. In this case, as illustrated, the zinc oxide nanowire array 190 may include a first zinc oxide nanowire array 190A grown on one inner surface of the trench structure 140 and one inner surface of the trench structure 140. It may include a second zinc oxide nanowire array 190B formed on the inner side facing the. As a result, in the present invention, a plurality of zinc oxide nanowire junctions, that is, a first zinc oxide nanowire array, are formed between the first and second zinc oxide nanowire arrays whose growth directions are substantially opposite in the growth process of the zinc oxide nanowires. A portion where the zinc oxide nanowire constituting the 190A and the zinc oxide nanowire constituting the second zinc oxide nanowire array 190B meet and contact each other may be formed.

산화아연 나노선 어레이(190)는 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 성장법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. VLS 성장법으로 산화아연 나노선 어레이(190)를 형성 하는 경우, 소스 물질은 아연(Zn) 분말과 산소 가스를 사용하고, 아연 증기(기상 상태의 아연)를 운반하는 캐리어 가스는 아르곤(Ar)을 사용할 수 있다. 또한, 증착 온도는 700℃ 내지 1,400℃, 증착 압력은 100 mTorr 내지 500 mTorr, 증착 시간은 30 분 내지 2 시간의 범위에서 산화아연 나노선 어레이(190)를 형성하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같은 성장 조건의 범위 내에서 산화아연 나노선 어레이(190)를 이루는 산화아연 나노선의 평균 길이와 평균 직경은 적절하게 조절될 수 있다. 산화아연 나노선 어레이(190)의 사양 및 형성 방법은 상술한 바에 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있다.The zinc oxide nanowire array 190 is preferably formed using a VLS (Vapor-Liquid-Solid) growth method. When forming the zinc oxide nanowire array 190 by the VLS growth method, the source material uses zinc (Zn) powder and oxygen gas, and the carrier gas carrying zinc vapor (galvanized zinc) is argon (Ar). Can be used. In addition, it is preferable to form the zinc oxide nanowire array 190 in a deposition temperature of 700 ° C. to 1,400 ° C., a deposition pressure of 100 mTorr to 500 mTorr, and a deposition time of 30 minutes to 2 hours. The average length and average diameter of the zinc oxide nanowires constituting the zinc oxide nanowire array 190 within the growth conditions as described above may be appropriately adjusted. Specifications and formation methods of the zinc oxide nanowire array 190 are not necessarily limited to the above description, and may be appropriately changed within a range capable of achieving the object of the present invention.

한편, 본 발명에서는 금속 산화물로서 산화아연을 채용한 나노선 센서에 대하여 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 VLS 성장법에 의해 성장되는 나노선의 물질을 변경하여 얼마던지 다른 금속 산화물 나노선 센서를 제조할 수 있음을 밝혀 둔다. 예를 들어, 소스 물질로 아연 분말 대신에 주석(Sn) 분말을 사용하는 경우 산화주석(SnOx) 나노선 어레이를 성장시켜서 산화주석 나노선 센서를 제조할 수 있다. 아울러, 산화 주석 이외의 금속 산화물을 채용하는 나노선 센서도 제조가 가능하다.In the present invention, the nanowire sensor employing zinc oxide as the metal oxide is described. However, the present invention is not limited thereto, and other metal oxide nanowire sensors may be manufactured by changing the material of the nanowires grown by the VLS growth method. Make sure you can. For example, when tin (Sn) powder is used instead of zinc powder as a source material, tin oxide nanowire sensors may be manufactured by growing a tin oxide (SnO x ) nanowire array. In addition, nanowire sensors employing metal oxides other than tin oxide can also be manufactured.

다음으로, 도 1j를 참조하면, 도 1i의 상태에서, 마스크층(170)의 일정 부분을 식각하여 트렌치 구조물(140)의 표면 상에 형성된 촉매층(160)이 노출된다. 이는 외부 전원 소스 및 센서 제어부(미도시)를 촉매층(160)과 연결하여 센서 동작에 필요한 전기 신호가 촉매층(160)과 도전층(150)을 통하여 산화아연 나노선 어레이(190)에 전달될 수 있도록 하기 위함이다. 상기 식각 과정은 통상적인 포토 리소그래피 공정 등을 이용하여 진행될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Next, referring to FIG. 1J, in the state of FIG. 1I, a portion of the mask layer 170 is etched to expose the catalyst layer 160 formed on the surface of the trench structure 140. This connects an external power source and a sensor controller (not shown) with the catalyst layer 160 so that an electrical signal necessary for the operation of the sensor may be transmitted to the zinc oxide nanowire array 190 through the catalyst layer 160 and the conductive layer 150. To make it work. The etching process may be performed using a conventional photolithography process, and the detailed description thereof will be omitted.

이로써, 도 1j에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 나노선 센서(10)가 완성된다.As a result, the zinc oxide nanowire sensor 10 according to the exemplary embodiment of the present invention as shown in FIG. 1J is completed.

산화아연 나노선 센서(10)는 산화아연 나노선 흡착되는 가스의 양에 따라 산화아연 나노선의 저항값이 변동되는 특성을 이용하여 특정 가스의 농도를 측정할 수 있는 센서로 사용할 수 있다. 이때, 산화아연 나노선 센서(10)는 산화아연 나노선 어레이(190A, 190B)간에 형성되는 복수개의 산화아연 나노선 접합으로 인하여 가스 흡착 양에 따라 변하는 산화아연 나노선 어레이(190)의 저항 값의 변화를 효과적으로 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 산화아연 나노선 센서(10)는 복수개의 산화아연 나노선 접합으로 인하여 산화아연 나노선의 모양 및 크기의 차이에 따른 저항값의 측정 오차를 최소화 할 수 있어서 있다. 따라서, 산화아연 나노선 센서(10)는 센서의 재현성, 감도, 신뢰성 등의 제반 특성이 향상되는 이점이 있다.The zinc oxide nanowire sensor 10 may be used as a sensor capable of measuring the concentration of a specific gas by using a characteristic in which the resistance value of the zinc oxide nanowire is changed according to the amount of gas adsorbed on the zinc oxide nanowire. In this case, the zinc oxide nanowire sensor 10 has a resistance value of the zinc oxide nanowire array 190 which varies according to the amount of gas adsorption due to the plurality of zinc oxide nanowire junctions formed between the zinc oxide nanowire arrays 190A and 190B. It is possible to effectively and accurately measure the change in. In addition, the zinc oxide nanowire sensor 10 may minimize the measurement error of the resistance value according to the difference in shape and size of the zinc oxide nanowire due to the plurality of zinc oxide nanowire junctions. Therefore, the zinc oxide nanowire sensor 10 has an advantage in that various characteristics such as reproducibility, sensitivity, and reliability of the sensor are improved.

또한, 산화아연 나노선 센서(10)는 반도체 공정을 이용하여 센서 플랫폼(100)을 기반으로 구현될 수 있기 때문에 산화아연 나노선 센서(10)의 대량 생산이 용이하고 생산 단가가 저렴해지는 이점이 있다.In addition, since the zinc oxide nanowire sensor 10 may be implemented based on the sensor platform 100 using a semiconductor process, the zinc oxide nanowire sensor 10 may be easily mass-produced and the cost of production may be reduced. have.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에 서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and variously modified by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Modifications and variations are possible. Such modifications and variations are intended to fall within the scope of the invention and the appended claims.

도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 나노선 센서(10)의 제조방법을 나타내는 도면이다.1A to 1J are views illustrating a method of manufacturing the zinc oxide nanowire sensor 10 according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터(120)의 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.2 exemplarily shows a structure of a heater 120 according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 센서10: sensor

100: 센서 플랫폼100: sensor platform

110: 기판110: substrate

120: 히터120: heater

130: 절연층 130: insulation layer

140: 트렌치 구조물140: trench structure

150: 전도층150: conductive layer

160: 촉매층160: catalyst layer

170: 마스크층170: mask layer

180: 포토레지스트층180: photoresist layer

190: 산화아연 나노선 어레이190: zinc oxide nanowire array

190A: 제1 산화아연 나노선 어레이190A: first zinc oxide nanowire array

190B: 제2 산화아연 나노선 어레이190B: second zinc oxide nanowire array

Claims (13)

(a) 기판 상에 트렌치 구조물을 형성하는 단계;(a) forming a trench structure on the substrate; (b) 상기 트렌치 구조물의 내측면 상에 전도층을 형성하는 단계;(b) forming a conductive layer on the inner side of the trench structure; (c) 상기 전도층 상에 촉매층을 형성하는 단계; 및(c) forming a catalyst layer on the conductive layer; And (d) 상기 촉매층 상에 금속 산화물 나노선 어레이를 형성하는 단계(d) forming a metal oxide nanowire array on the catalyst layer 를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법.Method for producing a metal oxide nanowire sensor comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판 상에 히터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법.The method of manufacturing a metal oxide nanowire sensor, characterized in that it further comprises the step of forming a heater on the substrate. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 히터는 백금(Pt), 납(Pb), 은(Ag), 니켈-크롬(Ni-Cr), 철-크롬(Fe-Cr) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법.The heater is a metal oxide nano-wire sensor comprising at least one of platinum (Pt), lead (Pb), silver (Ag), nickel-chromium (Ni-Cr), iron-chromium (Fe-Cr) Manufacturing method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치 구조물은 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법.The trench structure is a method of manufacturing a metal oxide nanowire sensor, characterized in that containing silicon. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전도층은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 질화티타늄(TiN) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 촉매층은 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법.The conductive layer includes at least one of chromium (Cr), tungsten (W) and titanium nitride (TiN), and the catalyst layer includes at least one of gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), and silver (Ag). Method for producing a metal oxide nanowire sensor, characterized in that it comprises one. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전도층 및 상기 촉매층은 경사 증착법(angled deposition)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법.The conductive layer and the catalyst layer is a method of manufacturing a metal oxide nanowire sensor, characterized in that formed by the angled deposition (angled deposition). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 산화물 나노선 어레이는 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 성장법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법.The metal oxide nanowire array is a method of manufacturing a metal oxide nanowire sensor, characterized in that formed by VLS (Vapor-Liquid-Solid) growth method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 산화물 나노선 어레이는 상기 트렌치 구조물의 일 내측면 상에 형성되는 제1 금속 산화물 나노선 어레이와 상기 트렌치 구조물의 일 내측면과 대향하는 내측면 상에 형성되는 제2 금속 산화물 나노선 어레이를 포함하며, 상기 제1 및 제2 금속 산화물 나노선 어레이는 복수개의 금속 산화물 나노선 접합(junction)을 이루는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법.The metal oxide nanowire array may include a first metal oxide nanowire array formed on one inner surface of the trench structure and a second metal oxide nanowire array formed on an inner surface of the trench structure opposite to the inner surface of the trench structure. The method of claim 1, wherein the first and second metal oxide nanowire arrays form a plurality of metal oxide nanowire junctions. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 산화물 나노선 어레이는 산화아연 나노선 어레이 또는 산화주석 나노선 어레이 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서의 제조방법.The metal oxide nanowire array is a method of manufacturing a metal oxide nanowire sensor, characterized in that any one of zinc oxide nanowire array or tin oxide nanowire array. 기판;Board; 상기 기판 상에 형성되는 트렌치 구조물;A trench structure formed on the substrate; 상기 트렌치 구조물의 내측면 상에 형성되는 전도층; A conductive layer formed on an inner side surface of the trench structure; 상기 전도층 상에 형성되는 촉매층; 및A catalyst layer formed on the conductive layer; And 상기 촉매층 상에 형성되는 금속 산화물 나노선 어레이Metal oxide nanowire array formed on the catalyst layer 를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서. Metal oxide nano-wire sensor comprising a. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 기판 상에 형성되는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서.Metal oxide nano-wire sensor further comprises a heater formed on the substrate. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 금속 산화물 나노선 어레이는 상기 트렌치 구조물의 일 내측면 상에 형성되는 제1 금속 산화물 나노선 어레이와 상기 트렌치 구조물의 일 내측면과 대향 하는 내측면 상에 형성되는 제2 금속 산화물 나노선 어레이를 포함하며, 상기 제1 및 제2 금속 산화물 나노선 어레이는 복수개의 금속 산화물 나노선 접합(junction)을 이루는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서.The metal oxide nanowire array may include a first metal oxide nanowire array formed on one inner surface of the trench structure and a second metal oxide nanowire array formed on an inner surface of the trench structure opposite to the inner surface of the trench structure. The metal oxide nanowire sensor of claim 1, wherein the first and second metal oxide nanowire arrays form a plurality of metal oxide nanowire junctions. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 금속 산화물 나노선 어레이는 산화아연 나노선 어레이 또는 산화주석 나노선 어레이 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노선 센서.The metal oxide nanowire array is a metal oxide nanowire sensor, characterized in that any one of zinc oxide nanowire array or tin oxide nanowire array.
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