KR101302058B1 - manufacturing method of gas sensor based on suspended carbon nanotube - Google Patents
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Abstract
공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법은, 공중부유형 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube) 나노구조체를 감지부로 구비하는 가스센서의 제조방법에 있어서, 기판상에 마이크로 전극을 형성하는 전극형성단계; 및 화학기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)에 의해 마이크로 전극의 표면에 탄소나노튜브를 합성하되, 탄소나노튜브의 길이방향 증식에 의해 한쌍의 마이크로 전극 각각에 형성된 탄소나노튜브간의 상호 결합이 이루어지도록 하는 감지부합성단계;를 포함한다.Disclosed is a gas sensor fabrication method using airborne carbon nanotubes. According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a gas sensor using airborne carbon nanotubes includes a substrate in a method of manufacturing a gas sensor including airborne carbon nanotube (CNT) nanostructures as a sensing unit. Forming an electrode on the electrode; And synthesizing carbon nanotubes on the surface of the microelectrode by chemical vapor deposition (CVD, Chemical Vapor Deposition). It comprises a; detection synthesis step.
Description
본 발명은 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a gas sensor using airborne carbon nanotubes.
환경 문제가 대두되면서 유해가스 감지 센서에 대한 연구가 전세계적으로 활발하게 이루어지고 있으며, 특히, 1차원(일방향으로 연장된 형상을 가지는) 나노구조체 기반 가스 감지 센서는 1차원 나노구조체가 가지고 있는 특유의 물리적, 화학적 성질로 인해 저농도의 가스를 고감도로 감지할 수 있다는 장점을 지니고 있어 기존의 가스 감지 센서들을 대체하고 있다.With the rise of environmental issues, researches on harmful gas detection sensors have been actively conducted worldwide. In particular, one-dimensional nanostructure-based gas detection sensors are unique to one-dimensional nanostructures. Its physical and chemical properties make it possible to detect low concentrations of gas with high sensitivity, replacing the existing gas detection sensors.
이하, 종래기술에 따른 1차원 나노구조체 기반 가스 감지 센서의 제작방법들에 대해 간단히 설명하기로 한다.Hereinafter, the manufacturing methods of the one-dimensional nanostructure-based gas detection sensor according to the prior art will be briefly described.
유리(Glass)로 이루어진 기판에 크롬(Cr)을 패터닝(patterning)하여 전극(electrode)을 형성하고, 기판 상측에 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 에탄올(ethanol)이 섞인 용액을 분사한 후, 유전이동(dielectrophoresis) 방식을 이용하여 탄소나노튜브를 전극 사이에 정렬시키고, 에탄올(ethanol)을 말려 제거하는 과정을 거쳐 제작하는 방법이 개시되어 있다.(J. Suero, G. Zhou, H. Imakiire, W. Ding, M. Hara, "Controlled fabrication of carbon nanotube NO2 gas sensor using dielectrophoretic impedance measurement," Sensors and Actuators B-Chemical, vol. 108, pp. 398-403, 2005.)Patterning chromium (Cr) on a glass substrate to form an electrode, spraying a solution of carbon nanotubes and ethanol on top of the substrate, and then Disclosed is a method of aligning carbon nanotubes between electrodes using a dielectrophoresis method, and drying and removing ethanol (J. Suero, G. Zhou, H. Imakiire, W. Ding, M. Hara, "Controlled fabrication of carbon nanotube NO2 gas sensor using dielectrophoretic impedance measurement," Sensors and Actuators B-Chemical, vol. 108, pp. 398-403, 2005.)
또한, 실리콘(Si)과 실리콘 옥사이드(SiO2)이 적층형성된 기판상에 크롬(Cr)을 증착한 후 기판 상면에 탄소나노튜브를 위치시키고, 전자빔리소그래피(electron beam lithography)를 이용하여 마스크(mask)를 제작하고 전극(electrode)으로 이용할 금(Au)를 증착하는 과정을 거쳐 제작하는 방법이 개시되어 있다.(T. Helbling,R. Pohle, L. Durrer, C. Stampfer, C. Roman, A. Jungen, M. Fleischer, C. Hierold, "Sensing NO2 with individual suspended single-walled carbon nanotubes," Sensors and Actuators B-Chemical, vol. 132, pp. 491-497, 2008.)In addition, after depositing chromium (Cr) on a substrate on which silicon (Si) and silicon oxide (SiO 2 ) are laminated, carbon nanotubes are placed on the upper surface of the substrate, and a mask is formed using electron beam lithography. And a process of depositing gold (Au) to be used as an electrode (T. Helbling, R. Pohle, L. Durrer, C. Stampfer, C. Roman, A). Jungen, M. Fleischer, C. Hierold, "Sensing NO2 with individual suspended single-walled carbon nanotubes," Sensors and Actuators B-Chemical, vol. 132, pp. 491-497, 2008.)
또한, 한쌍의 마이크로 전극 중 일측에 전압을 인가하여 발생시킨 열이 나노선 제작에 적합한 온도에 도달하게 되면 국부적으로 나노선이 성장하게 되는데, 이러한 나노선이 반대측 마이크로 전극까지 성장하여 닿도록 하는 과정을 거쳐 제작하는 방법이 개시되어 있다.(O. Englander, D. Christensen, J. Kim, L. Lin, "Post-processing techniques for locally self-assembled silicon nanowires," Sensors and Actuators A, vol. 135, pp. 10-15, 2007.)In addition, when the heat generated by applying a voltage to one side of the pair of micro-electrodes reaches a temperature suitable for fabricating the nanowires, the nanowires grow locally, and the process of causing the nanowires to reach and grow to the opposite microelectrode. (O. Englander, D. Christensen, J. Kim, L. Lin, "Post-processing techniques for locally self-assembled silicon nanowires," Sensors and Actuators A, vol. 135, pp. 10-15, 2007.)
종래에 탄소나노튜브 기반 가스센서를 제작함에 있어서는, 상기와 같이 탄소나노튜브의 합성 공정과 전극을 형성하기 위한 마이크로 가공공정이 별도로 이루어진 후, 탄소나노튜브와 마이크로 전극을 결합하는 방식이 널리 쓰이고 있으나, 탄소나노튜브와 전극을 개별적으로 제작하는 경우, 제작 수율이 낮으며 긴 제작시간이 소모된다는 문제점이 있다.Conventionally, in manufacturing a carbon nanotube-based gas sensor, a method of combining carbon nanotubes and micro electrodes is widely used after the carbon nanotube synthesis process and the micro-processing process for forming an electrode are separately performed as described above. In the case of separately fabricating the carbon nanotubes and the electrodes, there is a problem that the production yield is low and a long production time is consumed.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로서, 탄소나노튜브를 합성하는 과정에서 전기장이나 자기장과 같은 외부 자극을 가해주면서 마이크로 전극과 결합하는 공정이 개발되어 있으나, 외부 자극에 의해 탄소나노튜브를 전극과 결합하여 제작하는 경우, 탄소나노튜브 합성 시 전기장이나 자기장을 가해주기 위한 요소가 추가적으로 요구되어 공정이 복잡해지고, 제작 수율이 여전히 낮다는 단점이 있다.As a conventional technique for solving such a problem, a process of combining a carbon electrode with an external stimulus such as an electric field or a magnetic field in the process of synthesizing the carbon nanotube has been developed. In the case of manufacturing by using, additional elements for applying an electric field or a magnetic field when synthesizing carbon nanotubes are complicated, and the manufacturing yield is still low.
상기 종래기술들에 의하면 복잡한 합성 및 가공공정으로 인한 낮은 제작 수율로 인해 소자의 제작단가를 낮추는데 한계가 있으며, 특히, 나노사이즈의 미세 구조물을 원하는 위치(기판상의 지정위치 등)에 위치시키면서 마이크로 전극과 결합하는 공정에서의 곤란성이 나노구조체 기반 가스센서의 상용화에 큰 걸림돌로 작용하고 있다.
According to the prior arts, there is a limit in reducing the manufacturing cost of the device due to the low production yield due to complex synthesis and processing process, and in particular, the micro-electrode while placing the nano-sized microstructure in a desired position (designated position on the substrate). Difficulties in the process of bonding to and are acting as a major obstacle to the commercialization of nanostructure-based gas sensors.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 탄소나노튜브 기반 가스센서 제작의 전 공정이 일괄공정에 의해 이루어질 수 있어 대량생산을 통해 고수율 제작이 가능하도록 하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention devised to solve the problems as described above, the entire process of manufacturing carbon nanotube-based gas sensor can be made by a batch process, airborne type carbon nanotubes to enable high yield production through mass production An object of the present invention is to provide a gas sensor manufacturing method using.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 공중부유형 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)(41) 나노구조체를 감지부로 구비하는 가스센서의 제조방법에 있어서, 기판(10)상에 마이크로 전극(30)을 형성하는 전극형성단계(S1); 및 화학기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)에 의해 상기 마이크로 전극(30)의 표면에 탄소나노튜브(41)를 합성하되, 상기 탄소나노튜브(41)의 길이방향 증식에 의해 한쌍의 상기 마이크로 전극(30) 각각에 형성된 상기 탄소나노튜브(41)간의 상호 결합이 이루어지도록 하는 감지부합성단계(S2);를 포함하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법을 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the object as described above, in the manufacturing method of a gas sensor having a nanostructure of carbon nanotubes (CNT, 41) as a sensing unit, micro on the
여기서, 상기 전극형성단계(S1)는, 벌크 마이크로머시닝(bulk micromachining)과 표면 마이크로머시닝 (surface micromachining) 중 어느 하나, 또는 벌크 마이크로머시닝과 표면 마이크로머시닝의 조합에 의해 이루어질 수 있다.The electrode forming step S1 may be performed by any one of bulk micromachining and surface micromachining, or a combination of bulk micromachining and surface micromachining.
또한, 상기 전극형성단계(S1)는, 열산화(thermal oxidation) 공정으로 SOI(Silicon on Insulator)기판(W) 양면에 이산화규소층(SiO2)(11, 31)을 형성하는 절연층형성단계(S1-1a); 포토리소그래피(photo lithography) 공정으로 PR(photoresist)을 상기 SOI기판(W) 양면에 패터닝하는 PR패터닝단계(S1-2); 상기 PR을 마스크로 이용하여 반응성 이온식각(RIE, Reactive Ion Etching) 공정으로 상기 이산화규소층(11, 31)에 패턴을 전사하는 마스크패터닝단계(S1-3); 패터닝된 상기 이산화규소층(11, 31)을 마스크로 이용하여 심도 반응성 이온식각(DRIE, Deep Reactive Ion Etching) 공정으로 상기 SOI기판(W)의 상, 하부 실리콘층(silocone layer)(30a, 10a)을 식각하여 상기 마이크로 전극(30)을 형성하는 기판식각단계(S1-4); 및 습식식각(wet etching) 방식으로 상기 상, 하부 실리콘층(30a, 10a) 사이의 매몰산화층(buried oxide layer)(20a) 및 상기 SOI기판(W) 양면의 이산화규소층(11, 31)을 제거하는 절연층제거단계(S1-5);를 포함할 수 있다.In addition, the electrode forming step (S1), the insulating layer forming step of forming a silicon dioxide layer (SiO 2 ) (11, 31) on both sides of a silicon on insulator (WI) substrate (W) by a thermal oxidation process. (S1-1a); A PR patterning step (S1-2) of patterning a photoresist (PR) on both sides of the SOI substrate (W) by a photolithography process; A mask patterning step (S1-3) of transferring the pattern to the silicon dioxide layers (11, 31) by using a reactive ion etching (RIE) process using the PR as a mask; Upper and
또한, 상기 절연층형성단계(S1-1a) 이후에, 상기 SOI기판(W)의 상, 하부 실리콘층(30a, 10a) 중 상대적으로 두꺼운 상기 하부 실리콘층(10a)에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정으로 이산화규소층(12)을 추가로 형성하는 절연층추가형성단계(S1-1b);를 더 포함할 수 있다.In addition, after the insulating layer forming step (S1-1a), Plasma Enhanced Chemical Vapor (PECVD) is applied to the
또한, 상기 기판식각단계(S1-4)는, 상기 SOI기판(W)의 상부 실리콘층(30a)을 식각하여 한쌍의 상기 마이크로 전극(30)을 형성하는 소자층식각단계(S1-4a); 및 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)이 자유단부끼리 상호 대향되는 외팔보 형상을 이루도록 상기 SOI기판(W)의 하부 실리콘층(10a)을 식각하는 기판층식각단계(S1-4b);를 포함할 수 있다.In addition, the substrate etching step (S1-4), the device layer etching step (S1-4a) for etching the upper silicon layer (30a) of the SOI substrate (W) to form a pair of the micro electrode (30); And a substrate layer etching step (S1-4b) of etching the
또한, 상기 감지부합성단계(S2)는, 상기 마이크로 전극(30)의 대향단부 표면에 금속 촉매(C)를 증착하는 촉매증착단계(S2-1); 및 퍼니스 챔버(furnace chamber)내에 상기 금속 촉매(C)가 증착된 마이크로 전극(30)을 삽입하고, 고온에서 암모니아(NH3)와 아세틸렌(C2H2) 가스 전구체(precursor)를 주입시키며 화학기상증착법에 의해 상기 금속 촉매(C)가 증착된 부분에 상기 탄소나노튜브(41)를 합성하는 CNT합성단계(S2-2);를 포함할 수 있다.In addition, the detection unit synthesis step (S2), the catalyst deposition step (S2-1) of depositing a metal catalyst (C) on the surface of the opposite end of the micro electrode (30); And inserting the
또한, 상기 촉매증착단계(S2-1)는, 상기 마이크로 전극(30)의 대향단부에 대응되는 위치에만 미세 홀이 형성된 쉐도우 마스크 (shadow mask)를 이용하며, 전자빔 진공증착법 (E-beam evaporation)으로 이루어질 수 있다.In addition, the catalyst deposition step (S2-1) uses a shadow mask having a fine hole formed only at a position corresponding to the opposite end of the
또는, 상기 절연층제거단계(S1-5)는, 상기 촉매증착단계(S2-1)에서 상기 금속 촉매(C)가 상기 SOI기판(W)의 상, 하부 실리콘층(10a)에 연결되게 증착되는 것을 방지하도록 상기 매몰산화층(20a)(buried oxide layer)을 오버에칭(over etching)할 수 있다.Alternatively, the insulating layer removing step (S1-5), the metal catalyst (C) in the catalyst deposition step (S2-1) is deposited so as to be connected to the upper, lower silicon layer (10a) of the SOI substrate (W). The buried
또한, 상기 감지부합성단계(S2) 이후에, 상기 탄소나노튜브(41)의 저항변화를 측정하는 저항측정기(50)를 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)과 전기적으로 연결하는 측정기연결단계(S3);를 더 포함할 수 있다.In addition, after the sensing compatibility step (S2), connecting the
또한, 상기 한쌍의 마이크로 전극(30) 각각에 제1, 2전기전도체(51)의 일측부를 전기적으로 연결하는 전극연결단계(S3-1); 및 상기 제1, 2전기전도체(51)의 타측부를 상기 저항측정기(50)에 전기적으로 연결하는 기기연결단계(S3-2);를 포함할 수 있다.In addition, an electrode connection step (S3-1) for electrically connecting one side of the first and second
또한, 본 발명은 마이크로 전극(30)의 표면에 합성된 탄소나노튜브(41)의 길이방향 증식에 의해 한쌍의 상기 마이크로 전극(30) 각각에 형성된 상기 탄소나노튜브(41)가 공중에서 상호 연결되어, 일방향으로 연속하여 연장되면서 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)에 양단부가 연결된 형상을 가지는 CNT결합체(40);를 포함하는 탄소나노튜브 나노구조체을 다른 기술적 요지로 한다.In addition, according to the present invention, the
또한, 본 발명은 공중부유형 탄소나노튜브(41)(CNT, Carbon Nano Tube) 나노구조체를 감지부로 구비하는 가스센서에 있어서, 상호 대향되게 배치되는 한쌍의 마이크로 전극(30); 및 상기 마이크로 전극(30)의 표면에 합성된 탄소나노튜브(41)의 길이방향 증식에 의해 상기 한쌍의 마이크로 전극(30) 각각에 형성된 상기 탄소나노튜브(41)가 공중에서 상호 연결되어 형성되는 CNT결합체(40);를 포함하는 가스센서를 또 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention provides a gas sensor having a floating structure carbon nanotube (CNT) nanostructure as a sensing unit, a pair of micro-electrodes 30 disposed to face each other; And the
여기서, 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)에 전기전도체(51)로 연결되어 상기 CNT결합체(40)와 감지 가스간의 반응에 따른 저항 변화를 상기 마이크로 전극(30)과 전기전도체(51)를 통하여 측정하는 저항측정기(50);를 더 포함할 수 있다.
Here, the resistance change according to the reaction between the
본 발명의 실시예에 의하면 마이크로 가공공정에 기반하여 마이크로 전극을 제작하고, 마이크로 전극의 표면에 탄소나노튜브를 합성하되 전기적으로 상호 연결되는 길이까지 증식시키는 일괄적인 공정에 의해 한쌍의 마이크로 전극 사이에 탄소나노튜브 감지부가 공중부유된 구조의 1차원 나노구조체을 제작할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a microelectrode is fabricated based on a micromachining process, and a carbon nanotube is synthesized on a surface of the microelectrode, but is multiplied to a length that is electrically interconnected. Carbon nanotube sensing unit can produce a one-dimensional nanostructure of the structure suspended.
한쌍의 마이크로 전극과 탄소나노튜브간의 결합이 탄소나노튜브의 합성과 동시에 이루어지므로, 기존에 탄소나노튜브를 별도로 합성하여 기판상의 지정위치 등으로 이동시키고 마이크로 전극과 결합하던 공정이 불필요하며, 마이크로 전극 및 탄소나노튜브 제작공정을 포함한 전 공정이 일반적인 마이크로 가공공정 하에서 진행될 수 있다.Since the pairing between the pair of micro electrodes and carbon nanotubes is performed at the same time as the synthesis of the carbon nanotubes, the process of previously synthesizing the carbon nanotubes separately to a designated position on the substrate and combining with the micro electrodes is unnecessary. And the entire process, including carbon nanotube manufacturing process can be carried out under a general micro machining process.
질소산화물 등의 오염가스를 검출할 수 있는 가스센서 소자를 상기와 같은 일괄적인 공정에 의해 제작할 수 있어, 대량생산을 통해 고수율로 제작가능하고, 공정호환성이 우수하며, 이에 따른 가스센서 소자의 단가 절감과 소자의 실용화 및 관련 산업의 활성화를 기대할 수 있다.The gas sensor element which can detect the polluting gas such as nitrogen oxide can be manufactured by the batch process as described above, so that it can be manufactured in high yield through mass production, and the process compatibility is excellent. It is expected to reduce the unit cost, commercialize the device, and revitalize related industries.
또한, 기존의 탄소나노튜브 감지부는 하나의 연속된 1차원 구조체의 형태로 전극에 접합되었으나, 본 발명의 실시예에 의하면 탄소나노튜브와 탄소나노튜브간의 접합이 추가되어 보다 민감하게 저항 변화를 측정할 수 있으므로 보다 우수한 가스 감지 성능을 구현할 수 있다.
In addition, the conventional carbon nanotube sensing unit is bonded to the electrode in the form of one continuous one-dimensional structure, according to an embodiment of the present invention is added to the bonding between the carbon nanotubes and carbon nanotubes to measure the resistance change more sensitively This enables better gas detection performance.
도 1 - 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서를 도시한 사시도
도 2 - 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서 제작방법을 도시한 순서도
도 3a, 3b, 3c - 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서 제작과정을 순서대로 도시한 사시도
도 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f - 마이크로 전극 제작과정을 순서대로 도시한 도 3의 A-A선 단면도
도 5 - 도 3의 B-B선 단면도
도 6 - 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서를 촬상한 주사현미경 사진
도 7 - 도 7의 탄소나노튜브 나노구조체를 확대한 주사현미경 사진
도 8 - 가스 농도에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프1-perspective view showing a gas sensor according to a first embodiment of the present invention
2-a flow chart showing a gas sensor manufacturing method according to a first embodiment of the present invention
3A, 3B and 3C-perspective views sequentially illustrating a manufacturing process of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention
4A, 4B, 4C, 4D, 4E, and 4F are cross-sectional views taken along the line AA of FIG. 3 sequentially illustrating a microelectrode fabrication process.
5-3 BB cross-sectional view
6-Scanning microscope photograph of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention
Figure 7-Scanning microscope photograph of the carbon nanotube nanostructure of Figure 7
8-Graph showing change in resistance with gas concentration
본 발명은 화학기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)에 의해 마이크로 전극의 대향부 표면에 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)를 합성함과 동시에 상기 탄소나노튜브의 길이방향 증식에 따른 상기 탄소나노튜브간 접촉에 의해 상기 한쌍의 마이크로 전극과 공중부유형 탄소나노튜브를 공중에서 연결하여 가스센서를 제작하는 방법, 그 방법으로 제작된 탄소나노튜브 나노구조체 및 가스센서에 관한 것이다. The present invention synthesizes carbon nanotubes (CNT, Carbon Nano Tube) on the opposite surface of the microelectrode by chemical vapor deposition (CVD, Chemical Vapor Deposition) and at the same time the carbon nanotubes in accordance with the longitudinal growth of the carbon nanotubes The present invention relates to a method of manufacturing a gas sensor by connecting the pair of micro electrodes and an airborne carbon nanotube in the air by tube-to-tube contact, and a carbon nanotube nanostructure and a gas sensor manufactured by the method.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 마이크로 가공공정(micromachining) 기술로 상기 마이크로 전극을 제작하고, 상기 마이크로 전극에 상기 공중부유형 탄소나노튜브 나노구조체를 합성함과 동시에 상기 한쌍의 마이크로 전극과 결합하는 전 공정이 웨이퍼 수준에서 일괄공정으로 이루어질 수 있다. According to the present invention having the configuration described above, the microelectrode is fabricated by a micromachining technique, and the airborne carbon nanotube nanostructure is synthesized on the microelectrode and coupled to the pair of microelectrodes. The entire process can be done in batch at the wafer level.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서 제작방법을 도시한 순서도이다.1 is a perspective view showing a gas sensor according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart showing a gas sensor manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서는, 상호 대향되게 배치되는 한쌍의 마이크로 전극(30)과, 상기 한쌍의 마이크로 전극(30) 각각에 형성된 상기 탄소나노튜브(41)가 상호 연결되어 형성되는 CNT결합체(40)를 포함하는 구성을 가진다.Referring to FIG. 1, the gas sensor according to the first embodiment of the present invention includes a pair of
상기 CNT결합체(40)는, 상기 마이크로 전극(30)의 표면에 합성된 탄소나노튜브(41)의 길이방향 증식에 의해 상기 한쌍의 마이크로 전극(30) 각각에 형성된 상기 탄소나노튜브(41)가 상호 연결되어, 일방향으로 연속하여 연장되면서 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)에 양단부가 연결된 형상을 가진다.The
기존의 탄소나노튜브 감지부는 하나의 연속된 1차원 구조체의 형태로 전극에 접합된 구조를 가지나, 상기 본 발명의 제1실시예에 의하면 상기 탄소나노튜브(41)와 탄소나노튜브(41)간의 접합부인 CNT간 접합부(42)(도 1, 3c, 5, 7 참조)가 추가로 형성됨에 따라, 가스와의 반응성에 있어서 보다 민감하게 저항 변화를 측정할 수 있다.Conventional carbon nanotube detector has a structure bonded to the electrode in the form of one continuous one-dimensional structure, according to the first embodiment of the present invention between the
상기 한쌍의 마이크로 전극(30)에는 저항측정기(50)가 전기전도체(51)로 연결되어 상기 CNT결합체(40)와 감지 가스간의 반응에 따른 저항 변화를 상기 마이크로 전극(30)과 전기전도체(51)를 통하여 측정한다.A
본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서 제작방법은, 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서를 제작하는 방법에 관한 것으로, 도 2를 참조하면, 크게 전극형성단계(S1), 감지부합성단계(S2)를 포함하는 구성을 가진다.The gas sensor manufacturing method according to the first embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing the gas sensor according to the first embodiment of the present invention having a structure as shown in FIG. , And has a configuration including an electrode forming step (S1) and a detection combining step (S2).
상기 전극형성단계(S1)에서는, 기판(10)상에 상기 마이크로 전극(30)을 형성하며, 상기 감지부합성단계(S2)에서는 화학기상증착법에 의해 상기 마이크로 전극(30)의 표면에 탄소나노튜브(41)를 합성하되, 상기 탄소나노튜브(41)의 길이방향 증식에 의해 한쌍의 상기 마이크로 전극(30) 각각에 형성된 상기 탄소나노튜브(41)간의 상호 결합이 이루어지도록 형성한다.In the electrode forming step (S1), the
도 3a, 3b, 3c는 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서 제작과정을 순서대로 도시한 사시도이다.3A, 3B, and 3C are perspective views sequentially illustrating a manufacturing process of the gas sensor according to the first embodiment of the present invention.
상기 전극형성단계(S1)를 거쳐 완성된 상기 마이크로 전극(30)은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 자유단부가 상기 기판(10)의 중공부(또는 함몰부) 상측에 위치하고 자유단부끼리 상호대향되게 배치된 외팔보 형상을 가진다.As shown in FIG. 3A, the
상기 감지부합성단계(S2)에서는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 전극(30)의 대향단부 표면에 금속 촉매(C)(예를 들어, Fe)를 증착하는 촉매증착단계(S2-1)와, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 금속 촉매(C)가 증착된 부분에 상기 탄소나노튜브(41)를 합성하는 CNT합성단계(S2-2)를 거친다.In the detection synthesis step (S2), as shown in Figure 3b, the catalyst deposition step of depositing a metal catalyst (C) (for example, Fe) on the surface of the opposite end of the micro electrode 30 (S2- 1) and the CNT synthesis step (S2-2) of synthesizing the
도 4는 상기 전극형성단계(S1)에서 도 3a에 도시된 상기 마이크로 전극(30)을 제작하는 과정을 순서대로 도시한 A-A선 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A sequentially illustrating a process of manufacturing the
상기 전극형성단계(S1)에서 마이크로 가공공정 기술로 상기 마이크로 전극(30)을 제작함에 있어서는, 벌크 마이크로머시닝(bulk micromachining)과 표면 마이크로머시닝 (surface micromachining) 중 어느 하나, 또는 벌크 마이크로머시닝과 표면 마이크로머시닝의 조합에 의해 이루어질 수 있다.In manufacturing the
도 4a 내지 도 4f를 참조하면, 상기 전극형성단계(S1)는, 크게 절연층형성단계(S1-1a), PR패터닝단계(S1-2), 마스크패터닝단계(S1-3), 기판식각단계(S1-4), 절연층제거단계(S1-5)를 순차적으로 거쳐 이루어질 수 있다.4A to 4F, the electrode forming step S1 may be divided into an insulating layer forming step S1-1a, a PR patterning step S1-2, a mask patterning step S1-3, and a substrate etching step. (S1-4), it may be made through the insulating layer removing step (S1-5) sequentially.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예는 하측으로부터 하부 실리콘층(10a), 매몰산화층(buried oxide layer)(20a), 상부 실리콘층(30a)이 적층형성된 구조를 가지는 SOI(Silicon on Insulator)기판(W)을 마이크로 가공대상으로 한다.Referring to FIG. 4A, according to the first embodiment of the present invention, a silicon on layer (10a), a buried oxide layer (20a), and an upper silicon layer (30a) are stacked on top of each other. Insulator) substrate W is subjected to micro machining.
도 4b를 참조하면, 상기 절연층형성단계(S1-1a)에서는 열산화(thermal oxidation) 공정으로 상기 SOI기판(W) 양면(하부 실리콘층(10a), 상부 실리콘층(30a))에 이산화규소층(SiO2)(11, 31)을 형성한다.Referring to FIG. 4B, in the insulating layer forming step (S1-1a), silicon dioxide is formed on both surfaces of the SOI substrate W (
상기 SOI기판(W) 중 상기 하부 실리콘층(10a)은 상기 상부 실리콘층(30a)에 비해 상대적으로 두꺼워, 상기 기판식각단계(S1-4) 등의 후공정에서 식각환경에 보다 장시간 또는 고강도로 노출되므로, 마스크 기능을 하게 되는 산화층을 보다 견고하게 형성하는 것이 필요하다.The
이에 따라, 상기 절연층형성단계(S1-1a) 이후에, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정으로 상기 SOI기판(W)의 상, 하부 실리콘층(30a, 10a) 중 상대적으로 두꺼운 상기 하부 실리콘층(10a)에 이산화규소층(12)을 추가로 형성하는 절연층추가형성단계(S1-1b)를 추가로 수행하는 것이 바람직하다.Accordingly, after the insulating layer forming step (S1-1a), the lower silicon having a relatively thick thickness among the upper and
도 4c를 참조하면, 상기 PR패터닝단계(S1-2)에서는 포토리소그래피(photo lithography) 공정으로 PR(photoresist)(미도시)을 상기 SOI기판(W) 양면에 패터닝하고, 상기 마스크패터닝단계(S1-3)에서는 상기 PR을 마스크로 이용하여 반응성 이온식각(RIE, Reactive Ion Etching) 공정으로 상기 이산화규소층(11, 31)에 패턴을 전사한다.Referring to FIG. 4C, in the PR patterning step S1-2, a photoresist (PR) (not shown) is patterned on both surfaces of the SOI substrate W by a photolithography process, and the mask patterning step (S1). In -3), the pattern is transferred to the silicon dioxide layers 11 and 31 by using a reactive ion etching (RIE) process using the PR as a mask.
도 4d, 4e를 참조하면, 상기 기판식각단계(S1-4)에서는 패터닝된 상기 이산화규소층(11, 12, 31)을 마스크로 이용하여 심도 반응성 이온식각(DRIE, Deep Reactive Ion Etching) 공정으로 상기 SOI기판(W)의 상, 하부 실리콘층(silocone layer)(30a, 10a)을 순차적으로 식각하여 상기 마이크로 전극(30)을 형성한다.4D and 4E, in the substrate etching step S1-4, the patterned silicon dioxide layers 11, 12, and 31 are used as a mask to perform a deep reactive ion etching (DRIE) process. The
상기 기판식각단계(S1-4)는 소자층식각단계(S1-4a)와 기판층식각단계(S1-4b)로 이루어지며, 상기 소자층식각단계(S1-4a)에서는, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 SOI기판(W)의 상부 실리콘층(30a)을 식각하여 길이방향으로 이격간격을 두고 상호 대향되게 배치되는 한쌍의 상기 마이크로 전극(30)을 형성한다. The substrate etching step (S1-4) is composed of a device layer etching step (S1-4a) and a substrate layer etching step (S1-4b), in the device layer etching step (S1-4a), shown in Figure 4d As described above, the
상기 기판층식각단계(S1-4b)에서는, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)이 자유단부끼리 공중에서 상호 대향되는 외팔보 형상을 이루도록 상기 SOI기판(W)의 하부 실리콘층(10a) 중 상기 마이크로 전극(30)간의 대향부 하측에 위치하는 일부를 식각한다.In the substrate layer etching step S1-4b, as shown in FIG. 4E, the lower silicon of the SOI substrate W is formed such that the pair of
도 4f를 참조하면, 상기 절연층제거단계(S1-5)에서는 습식식각(wet etching) 방식으로 상기 상, 하부 실리콘층(30a, 10a) 사이의 매몰산화층(buried oxide layer)(20a)을 제거함과 동시에 상기 SOI기판(W) 양면에 형성된 상기 이산화규소층(11, 12, 31)을 함께 제거하여, 도 3a에 도시된 바와 같은 마이크로 전극 형상을 완성하게 된다.Referring to FIG. 4F, in the insulating layer removing step (S1-5), the buried
상기 절연층제거단계(S1-5)에서 상기 매몰산화층(20a)을 식각함에 있어서는, 상기 상, 하부 실리콘층(30a, 10a)이 이루는 측벽 사이에 상기 매몰산화층(20a)(buried oxide layer)이 함몰된 형상을 가지도록 오버에칭(over etching)한다.In etching the buried
상기 매몰산화층(20a)의 오버에칭에 의해, 상기 촉매증착단계(S2-1)(이하 설명)에서 상기 금속 촉매(C)가 상기 SOI기판(W)의 상, 하부 실리콘층(10a)에 연결되게 증착되는 것을 방지할 수 있어, 가스 센서로 실시, 저항 측정 시 상기 마이크로 전극(30)과 기판(10)이 전기적으로 단락되지 않아 상기 마이크로 전극(30)상의 전류가 상기 기판(10)측으로 누설되는 것을 방지할 수 있다.By overetching the buried
상기 감지부합성단계(S2) 중 상기 촉매증착단계(S2-1)에서는, 상기 마이크로 전극(30)의 대향단부에 대응되는 위치에만 미세 홀이 형성된 쉐도우 마스크 (shadow mask)(미도시)를 이용하며, 전자빔 진공증착법 (E-beam evaporation)으로 상기 마이크로 전극(30)의 대향단부 표면에 금속 촉매(C)를 증착한다.In the catalyst deposition step (S2-1) of the detection unit synthesis step (S2), a shadow mask (not shown) in which fine holes are formed only at a position corresponding to the opposite end of the
상기 쉐도우 마스크를 이용하여 상기 마이크로 전극(30)의 대향단부에 대응되는 국부에만 상기 금속 촉매(C)를 증착시킴으로써, 상기 금속 촉매(C) 성분이 상기 마이크로 전극(30)의 대향단부가 아닌 다른 위치에 임의적으로 부착됨으로 인해 상기 마이크로 전극(30)과 기판(10)간의 절연이 명확하게 이루어지지 않을 가능성을 차단시킬 수 있다.By depositing the metal catalyst (C) only in a portion corresponding to the opposite end of the
상기 CNT합성단계(S2-2)에서는 퍼니스 챔버(furnace chamber)내에 상기 금속 촉매(C)가 증착된 마이크로 전극(30)을 삽입하고, 고온에서 암모니아(NH3)와 아세틸렌(C2H2) 가스 전구체(precursor)를 주입시키며 화학기상증착법에 의해 상기 금속 촉매(C)가 증착된 부분에 상기 탄소나노튜브(41)를 합성한다.In the CNT synthesis step (S2-2), the
도 5는 상기 전극형성단계(S1)와 감지부합성단계(S2)를 순차적으로 거쳐 제작된 본 발명의 실시예에 따른 가스센서가 도시된 도 3의 (C)의 B-B선 단면도이고, 도 6, 7은 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서를 촬상한 주사현미경(SEM; scanning electron microscopy) 사진 및 상기 탄소나노튜브(41)간 접합부를 확대한 주사현미경 사진이다.5 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 3C showing a gas sensor according to an embodiment of the present invention, which is manufactured through the electrode forming step S1 and the sensing unit synthesis step S2 in sequence, and FIG. 6. , 7 are scanning electron microscopy (SEM) images of the gas sensor according to the first embodiment of the present invention, and enlarged scanning microscope images of the joints between the
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 탄소나노튜브(41)는 상기 마이크로 전극(30)의 대향부 표면에 합성됨과 동시에 최종적으로 상기 탄소나노튜브(41)간 접촉이 이루어지는 정도까지 그 길이방향 증식이 이루어짐으로써, 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)을 공중에서 연결하는 상기 CNT결합체(40)(공중부유형 탄소나노튜브 나노구조체)를 형성하게 된다.5 to 7, the
본 발명의 실시예에 의하면 상기와 같이 마이크로 가공공정(micromachining) 기술로 상기 기판(10)상에 상기 마이크로 전극(30)을 제작하고, 상기 마이크로 전극(30)에 상기 CNT결합체(40)를 합성함과 동시에 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)과 결합하는 전 공정이 웨이퍼 수준에서 일괄공정으로 이루어질 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present invention, the
상기 감지부합성단계(S2) 이후에는, 상기 탄소나노튜브(41)의 저항변화를 측정하는 저항측정기(50)를 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)과 전기적으로 연결하는 측정기연결단계(S3)를 추가로 수행할 수 있으며, 상기 측정기연결단계(S3)는 전극연결단계(S3-1)와 기기연결단계(S3-2)를 순차적으로 거쳐 이루어질 수 있다.After the sensing unit synthesis step (S2), connecting the
상기 전극연결단계(S3-1)에서는 상기 한쌍의 마이크로 전극(30) 각각에 제1, 2전기전도체(51)의 일측부를 전기적으로 연결하며, 상기 기기연결단계(S3-2)에서는 상기 제1, 2전기전도체(51)의 타측부를 상기 저항측정기(50)에 전기적으로 연결한다.In the electrode connecting step (S3-1), one side of the first and second
도 1에 도시된 실시예에서 상기 전기전도체(51)는 알루미늄 와이어가 사용되었으나, 상기 탄소나노튜브(41)의 저항 변화를 상기 마이크로 전극(30)을 통해 상기 저항측정기(50)측으로 전달가능한 전기적 연결경로를 제공한다면 특정한 구조와 형상으로 한정되지 않는다.In the embodiment illustrated in FIG. 1, although the aluminum conductor is used as the
상기 마이크로 전극(30)에 전기적으로 연결된 상기 탄소나노튜브(41)(상기 CNT결합체(40))가 검지대상물인 감지 가스(예를 들어, 질소산화물(NO2) 등의 오염 가스)와 반응하게 되면, 상기 마이크로 전극(30)과 전기전도체(51)를 통하여 전기적으로 연결된 상기 저항측정기(50)에 그 저항변화가 감지 가스 농도에 따라 나타난다.The carbon nanotubes 41 (the CNT binder 40) electrically connected to the
도 8의 (a), (b)는 본 발명의 실시예에 따른 가스센서의 NO2 가스 감지센서로서의 반응성(가스 농도에 따른 저항 변화)을 나타내는 그래프이다. 8 (a) and 8 (b) are graphs showing the reactivity (resistance change according to gas concentration) of the gas sensor according to the embodiment of the present invention as the NO 2 gas detection sensor.
도 8의 (a), (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 가스센서가 NO2 가스에 노출되면 가스 흡착반응의 결과로 상기 탄소나노튜브(41)의 저항감소가 관측되었으며, NO2 가스 농도가 높을수록 저항의 감소 변화량이 커지고, NO2 가스 농도가 낮을수록 저항의 감소 변화량이 작아지는 것을 확인할 수 있었다.Referring to (a) and (b) of FIG. 8, when the gas sensor according to the embodiment of the present invention is exposed to NO 2 gas, a decrease in resistance of the
기존에는 탄소나노튜브를 합성한 후 마이크로 전극이 형성된 기판상으로 이동, 위치시키고 상기 마이크로 전극과 연결하는 공정을 한쌍의 마이크로 전극당 일일이 수행하고 있어 공정 수율이 낮으며, 마이크로 전극 제작, 탄소나노튜브 합성, 마이크로 전극과 탄소나노튜브간 결합 등의 각 공정이 개별적으로 수행되어야 하였으므로 대량생산이 불가능하였다.Conventionally, since the carbon nanotubes are synthesized, the process of moving, placing and connecting the microelectrodes on the substrate on which the microelectrodes are formed is performed per pair of microelectrodes, and thus the process yield is low. Since each process, such as synthesis, bonding between micro electrodes and carbon nanotubes, had to be performed separately, mass production was not possible.
그러나, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 의하면 일괄공정(MEMS 공정)에 의해 웨이퍼(wafer)(본 발명의 제1실시예에서는 상기 SOI 기판(W))당 수백개의 상기 마이크로 전극(30)으로 구성된 마이크로 전극 세트(set)를 제작하고, 상기 마이크로 전극 세트상에 쉐도우 마스크를 이용하여 상기 금속 촉매(C)를 일괄적으로 한번에 증착시키며, CNT 합성 챔버(퍼니스 챔버)내에 삽입하여 상기 마이크로 전극 세트상에 일괄적으로 동시에 상기 탄소나노튜브(41)를 합성시키는 공정에 의해 대량생산이 가능하다.However, according to the embodiment of the present invention having the above configuration, hundreds of the micro electrodes (per wafer) (a SOI substrate (W) in the first embodiment of the present invention) by a batch process (MEMS process) 30) a microelectrode set consisting of 30) is fabricated, and the metal catalyst (C) is deposited at once using a shadow mask on the microelectrode set and inserted into a CNT synthesis chamber (furnace chamber). Mass production is possible by a process of simultaneously synthesizing the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the techniques which can be used by those skilled in the art to which the present invention belongs are included in the technical scope of the present invention.
10 : 기판 10a : 하부 실리콘층
11, 12, 31 : 이산화규소층 20 : 절연막
20a : 매몰산화층 30 : 마이크로 전극
30a : 상부 실리콘층 40 : CNT결합체
41 : 탄소나노튜브 50 : 저항측정기
51 : 전기전도체 C : 금속 촉매
S1 : 전극형성단계 S1-1a : 절연층형성단계
S1-1b : 절연층추가형성단계 S1-2 : PR패터닝단계
S1-3 : 마스크패터닝단계 S1-4 : 기판식각단계
S1-4a : 소자층식각단계 S1-4b : 기판층식각단계
S1-5 : 절연층제거단계 S2 : 감지부합성단계
S2-1 : 촉매증착단계 S2-2 : CNT합성단계
S3 : 측정기연결단계 S3-1 : 전극연결단계
S3-2 : 기기연결단계 W : SOI기판10:
11, 12, 31: silicon dioxide layer 20: insulating film
20a: investment oxide layer 30: micro electrode
30a: top silicon layer 40: CNT binder
41: carbon nanotube 50: resistance measuring instrument
51: electrical conductor C: metal catalyst
S1: electrode forming step S1-1a: insulating layer forming step
S1-1b: insulation layer additional formation step S1-2: PR patterning step
S1-3: mask patterning step S1-4: substrate etching step
S1-4a: Device layer etching step S1-4b: Substrate layer etching step
S1-5: insulation layer removal step S2: detection compatibility step
S2-1: catalyst deposition step S2-2: CNT synthesis step
S3: measuring instrument connecting step S3-1: connecting electrode
S3-2: Device connection step W: SOI substrate
Claims (13)
기판(10)상에 마이크로 전극(30)을 형성하는 전극형성단계(S1); 및
화학기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)에 의해 상기 마이크로 전극(30)의 표면에 탄소나노튜브(41)를 합성하되, 상기 탄소나노튜브(41)의 길이방향 증식에 의해 한쌍의 상기 마이크로 전극(30) 각각에 형성된 상기 탄소나노튜브(41)간의 상호 결합이 이루어지도록 하는 감지부합성단계(S2);
를 포함하며,
상기 전극형성단계(S1)는,
열산화(thermal oxidation) 공정으로 SOI(Silicon on Insulator)기판(W) 양면에 이산화규소층(SiO2)(11, 31)을 형성하는 절연층형성단계(S1-1a);
포토리소그래피(photo lithography) 공정으로 PR(photoresist)을 상기 SOI기판(W) 양면에 패터닝하는 PR패터닝단계(S1-2);
상기 PR을 마스크로 이용하여 반응성 이온식각(RIE, Reactive Ion Etching) 공정으로 상기 이산화규소층(11, 31)에 패턴을 전사하는 마스크패터닝단계(S1-3);
패터닝된 상기 이산화규소층(11, 31)을 마스크로 이용하여 심도 반응성 이온식각(DRIE, Deep Reactive Ion Etching) 공정으로 상기 SOI기판(W)의 상, 하부 실리콘층(silocone layer)(30a, 10a)을 식각하여 상기 마이크로 전극(30)을 형성하는 기판식각단계(S1-4); 및
습식식각(wet etching) 방식으로 상기 상, 하부 실리콘층(30a, 10a) 사이의 매몰산화층(buried oxide layer)(20a) 및 상기 SOI기판(W) 양면의 이산화규소층(11, 31)을 제거하는 절연층제거단계(S1-5);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법.
In the manufacturing method of the gas sensor having a carbon nanotube (CNT, 41) nanostructure as a sensing unit,
An electrode forming step (S1) of forming the microelectrode 30 on the substrate 10; And
Synthesis of carbon nanotubes (41) on the surface of the micro electrode 30 by chemical vapor deposition (CVD, Chemical Vapor Deposition), a pair of the micro electrode by the longitudinal growth of the carbon nanotubes (41) 30) a sensing unit synthesizing step (S2) for mutual coupling between the carbon nanotubes 41 formed on each other;
Including;
The electrode forming step (S1),
An insulating layer forming step (S1-1a) of forming silicon dioxide layers (SiO 2 ) 11 and 31 on both sides of a silicon on insulator (WI) substrate (W) by a thermal oxidation process;
A PR patterning step (S1-2) of patterning a photoresist (PR) on both sides of the SOI substrate (W) by a photolithography process;
A mask patterning step (S1-3) of transferring the pattern to the silicon dioxide layers (11, 31) by using a reactive ion etching (RIE) process using the PR as a mask;
Upper and lower silicon layers 30a and 10a of the SOI substrate W using a deep reactive ion etching (DRIE) process using the patterned silicon dioxide layers 11 and 31 as masks. Etching the substrate to form the micro electrode 30 (S1-4); And
The buried oxide layer 20a between the upper and lower silicon layers 30a and 10a and the silicon dioxide layers 11 and 31 on both sides of the SOI substrate W are removed by wet etching. Removing the insulating layer (S1-5);
Gas sensor manufacturing method using the air-floating carbon nanotubes, characterized in that configured to include a.
상기 절연층형성단계(S1-1a) 이후에, 상기 SOI기판(W)의 상, 하부 실리콘층(30a, 10a) 중 상대적으로 두꺼운 상기 하부 실리콘층(10a)에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정으로 이산화규소층(12)을 추가로 형성하는 절연층추가형성단계(S1-1b);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법.
The method of claim 1,
After the insulating layer forming step (S1-1a), Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) on the lower thicker silicon layer 10a of the upper and lower silicon layers 30a and 10a of the SOI substrate W. Insulating layer further forming step (S1-1b) for further forming the silicon dioxide layer 12 by the process;
Gas sensor manufacturing method using a floating type carbon nanotubes further comprising a.
상기 기판식각단계(S1-4)는,
상기 SOI기판(W)의 상부 실리콘층(30a)을 식각하여 한쌍의 상기 마이크로 전극(30)을 형성하는 소자층식각단계(S1-4a); 및
상기 한쌍의 마이크로 전극(30)이 자유단부끼리 상호 대향되는 외팔보 형상을 이루도록 상기 SOI기판(W)의 하부 실리콘층(10a)을 식각하는 기판층식각단계(S1-4b);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법.
The method of claim 1,
The substrate etching step (S1-4),
An element layer etching step (S1-4a) of etching the upper silicon layer (30a) of the SOI substrate (W) to form a pair of the micro electrodes (30); And
A substrate layer etching step (S1-4b) for etching the lower silicon layer (10a) of the SOI substrate (W) such that the pair of micro electrodes (30) form a cantilever shape in which free ends are opposed to each other;
Gas sensor manufacturing method using a floating-type carbon nanotubes comprising a.
상기 감지부합성단계(S2)는,
상기 마이크로 전극(30)의 대향단부 표면에 금속 촉매(C)를 증착하는 촉매증착단계(S2-1); 및ㅇ,s
퍼니스 챔버(furnace chamber)내에 상기 금속 촉매(C)가 증착된 마이크로 전극(30)을 삽입하고, 고온에서 암모니아(NH3)와 아세틸렌(C2H2) 가스 전구체(precursor)를 주입시키며 화학기상증착법에 의해 상기 금속 촉매(C)가 증착된 부분에 상기 탄소나노튜브(41)를 합성하는 CNT합성단계(S2-2);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법.
The method of claim 1,
The detection unit synthesis step (S2),
A catalyst deposition step (S2-1) of depositing a metal catalyst (C) on the surface of the opposite end of the micro electrode (30); And
The micro electrode 30 having the metal catalyst C deposited therein is inserted into a furnace chamber, and ammonia (NH 3 ) and acetylene (C 2 H 2 ) gas precursors are injected at a high temperature, and chemical A CNT synthesis step (S2-2) of synthesizing the carbon nanotubes (41) on the portion where the metal catalyst (C) is deposited by a deposition method;
Gas sensor manufacturing method using a floating-type carbon nanotubes comprising a.
상기 촉매증착단계(S2-1)는,
상기 마이크로 전극(30)의 대향단부에 대응되는 위치에만 미세 홀이 형성된 쉐도우 마스크 (shadow mask)를 이용하며, 전자빔 진공증착법 (E-beam evaporation)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법.
The method according to claim 6,
The catalyst deposition step (S2-1),
An airborne type carbon nanotube, which uses a shadow mask having a fine hole formed only at a position corresponding to the opposite end of the micro electrode 30, is formed by electron beam evaporation. Gas sensor manufacturing method using.
상기 절연층제거단계(S1-5)는,
상기 촉매증착단계(S2-1)에서 상기 금속 촉매(C)가 상기 SOI기판(W)의 상, 하부 실리콘층(10a)에 연결되게 증착되는 것을 방지하도록 상기 매몰산화층(20a)(buried oxide layer)을 오버에칭(over etching)하는 것을 특징으로 하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법.
The method according to claim 6,
The insulating layer removing step (S1-5),
In order to prevent the metal catalyst C from being deposited to be connected to the upper and lower silicon layers 10a of the SOI substrate W in the catalyst deposition step S2-1, the buried oxide layer 20a Method for manufacturing a gas sensor using an airborne carbon nanotube, characterized in that the over etching ().
상기 감지부합성단계(S2) 이후에, 상기 탄소나노튜브(41)의 저항변화를 측정하는 저항측정기(50)를 상기 한쌍의 마이크로 전극(30)과 전기적으로 연결하는 측정기연결단계(S3);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법.
The method of claim 1,
After the sensing unit synthesis step (S2), the measuring device connecting step (S3) for electrically connecting the resistance meter (50) for measuring the resistance change of the carbon nanotubes (41) with the pair of micro electrodes (30);
Gas sensor manufacturing method using a floating type carbon nanotubes further comprising a.
상기 한쌍의 마이크로 전극(30) 각각에 제1, 2전기전도체(51)의 일측부를 전기적으로 연결하는 전극연결단계(S3-1); 및
상기 제1, 2전기전도체(51)의 타측부를 상기 저항측정기(50)에 전기적으로 연결하는 기기연결단계(S3-2);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중부유형 탄소나노튜브를 이용하는 가스센서 제작방법.
10. The method of claim 9,
An electrode connection step (S3-1) of electrically connecting one side of the first and second electrical conductors 51 to each of the pair of micro electrodes 30; And
A device connection step (S3-2) for electrically connecting the other side portions of the first and second electrical conductors 51 to the resistance measuring instrument 50;
Gas sensor manufacturing method using a floating-type carbon nanotubes comprising a.
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