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KR100792165B1 - 가스 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents

가스 센서 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR100792165B1
KR100792165B1 KR1020060060952A KR20060060952A KR100792165B1 KR 100792165 B1 KR100792165 B1 KR 100792165B1 KR 1020060060952 A KR1020060060952 A KR 1020060060952A KR 20060060952 A KR20060060952 A KR 20060060952A KR 100792165 B1 KR100792165 B1 KR 100792165B1
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KR
South Korea
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substrate
sensing
film
groove
insulating film
Prior art date
Application number
KR1020060060952A
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박광범
박효덕
박준식
Original Assignee
전자부품연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 가스 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 기판과; 상기 기판 상부에 형성된 절연막과; 상기 절연막 상부에 형성된 감지 전극 및 히터 전극과; 상기 감지 전극 및 히터 전극을 감싸며, 상기 절연막 상부에 형성된 감지막과; 상기 감지막에 대응하는 상기 기판 영역에 형성되며, 상기 절연막 하부를 노출시키는 관통홀과; 상기 절연막에 접합되어 있고, 일측에서 타측으로 연결되어 있는 가스 유통 채널이 하부면에 형성되어 있고, 상기 가스 유통 채널에 연결되어 있는 제 1과 2 홈이 하부면에 형성되어 있고, 상기 제 1 홈 내부에 감지막이 위치되어 있는 커버용 기판과; 상기 제 2 홈에 대응되는 커버용 기판 상부면에 형성되어 있는 마이크로 펌프로 구성된다.
따라서, 본 발명은 멤브레인(Membrane)을 형성하는 관통홀을 수직하게 형성함으로써 집적도를 향상시킬 수 있고, 마이크로 펌프를 구비하여 가스의 공급을 원활하게 하여 가스 감지 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
가스센서, 펌프, 수직, 관통홀, 멤브레인

Description

가스 센서 및 그의 제조 방법 { Gas sensor and manufactutring method thereof }
도 1은 종래 기술에 따른 가스센서의 단면도
도 2는 종래기술에 따라 가스 센서가 어레이된 상태를 도시한 개략적인 단면도
도 3은 본 발명에 따른 가스 센서의 개략적인 단면도
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 가스 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 5a와 5b는 본 발명에 따른 가스 센서의 단일 소자 영역을 도시한 평면도 및 단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 가스 센서에 마이크로 펌프가 장착되어 있는 상태를 도시한 단면도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 마이크로 펌프가 설치된 기판을 도시한 단면도
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 마이크로 펌프가 설치된 기판을 도시한 평면도
도 9a와 9b는 본 발명에 따른 가스 센서의 마이크로 펌프 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 10은 본 발명에 따른 가스 센서의 제 1 홈 내부에 복수개의 감지막이 위치되어 있는 상태를 도시한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 101,102 : 관통홀
110,111,112 : 절연막 210,220,230 : 단일소자용 전극
211,221 : 감지전극 212,222 : 히터전극
300 : 마스크층 311,312 : 개구
251,252,253 : 감지막 400 : 마이크로 펌프
410 : 하부전극 420 : 압전체
430 : 상부전극 510 : 가스 유통 채널
521,522 : 홈
본 발명은 가스 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멤브레인(Membrane)을 형성하는 관통홀을 수직하게 형성함으로써 집적도를 향상시킬 수 있고, 마이크로 펌프를 구비하여 가스의 공급을 원활하게 하여 가스 감지 속도를 향상시킬 수 있는 가스 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 전지구적인 관심사인 환경문제는 그 대상에 따라 대기환경, 수질환경 및 토양환경으로 나누어 볼 수 있다.
이중, 대기환경문제의 원인이 되고 있는 대기 오염은 단시간 내에 불특정 다수에게 치명적인 위해를 줄 수 있을 뿐만 아니라, 장기적으로 이상 기후 현상의 원인이 되고 있다.
따라서, 대기 환경 오염원을 연속적으로 모니터링하여 오염 배출원에 대한 규제를 적극적으로 시행할 필요가 있다.
그리고, 다가오는 유비쿼터스 시대에 맞추어 실내 공기 질 또한 중요한 관심사로 생각되고 있어 휴대용 가스센서의 개발이 요구되고 있다.
이런, 휴대용 가스센서는 전자산업의 발전과 소형화에 힘입어 저전력을 소모하고 작은 크기의 구조를 필요로 하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 가스센서의 단면도로서, 종래의 가스센서는 중앙 영역에 관통홀(11)이 형성된 실리콘 기판(20)과; 상기 실리콘 기판(20) 상부에 형성된 멤브레인(Membrane)막(30)과; 상기 관통홀(11)이 존재하는 멤브레인막(30) 상부에 형성된 감지 전극(40) 및 히터 전극(50)과; 상기 감지 전극(40) 및 히터 전극(50)을 감싸며, 상기 멤브레인막(30) 상부에 형성된 감지막(60)으로 구성된다.
여기서, 상기 감지막으로 사용되는 금속산화물들은 SnO2, TiO2, WO3, ZnO 등 의 물질들이 모재(母材)로 사용되고 있으며, 모재에 가스 감지의 감도를 높이기 위해 또는 여러 종류의 가스를 측정할 때 선택성을 높이기 위해 Pt, Pd, Au 등과 같은 첨가물들을 첨가하게 된다.
또한, 감지 전극은 상기 감지막의 전기 저항 변화를 측정하기 위하여 형성된다.
이런, 가스센서는 히터 전극에 의해 일정 온도로 가열된 감지막이 가스에 노출되면 가스가 감지막의 금속산화물에 흡착되어 반응이 이루어져 금속산화물의 저항이 증가 또는 감소하게 된다.
따라서 가스 흡착에 의해 발생하는 금속산화물의 저항 변화를 감지 전극을 이용하여 측정함으로써 가스의 농도를 측정하게 된다.
한편, 맴브레인(Membrane)은 KOH 또는 TMAH(Tetra-methyl ammonium-hydroxide)의 식각용액으로 실리콘 기판을 이방성 습식 식각하면, 실리콘 기판의 배면이 사다리꼴 형상의 캐비티(Cavity) 구조로 제거되어, 실리콘 기판에는 관통홀이 형성되고, 상기 실리콘 기판 상부에 있는 멤브레인막은 관통홀에 의해 부상되어 맴브레인이 형성된다.
맴브레인막으로 사용되는 재료로는 이방성 습식 식각시 실리콘보다 식각률이 매우 낮은 실리콘질화막(Si3N4) 또는 실리콘산화질화막(SiONx) 등이 사용되며, 이러한 재료들은 저압화학증기층착(LPCVD) 공정기술을 사용하여 실리콘 기판에 증착되어 사용된다.
도 2는 종래기술에 따라 가스 센서가 어레이된 상태를 도시한 개략적인 단면도로서, 도 1의 구조에서, 멤브레인막(30) 상부에 복수개의 감지막(61,62)이 형성되어 있고, 이 감지막(61,62)은 감지 전극과 히터 전극을 감싸고 있고, 상기 감지막(61,62)에 대응되는 실리콘 기판(20)에는 관통홀(11a,11b)이 형성되어 있다.
전술된 바와 같이, 상기 관통홀(11a,11b)은 이방성 습식 식각하여 형성됨으로, 사다리꼴 형상으로 형성되는데, 이러한 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(11a,11b)에는 멤브레인막(30)을 부상시키기 위한 역할을 수행하지 않는 불필요한 'A','B','C','D' 영역이 존재하게 되어, 집적도를 향상시키는데 한계가 있다.
또한, 실리콘 이방성 습식식각으로 사다리꼴 형상의 관통홀을 형성하는데 대략 10시간 정도의 장시간이 소요되며, 이방성 습식식각 제조 공정상 하나의 가스센서 소자의 파손에 의해 주변 가스센서 소자의 파손이 쉽게 발생된다.
그리고, 종래의 이방성 습식 식각 방식으로는 윗면에서 보았을 때 사각형 또는 다각형 형태의 얇은 맴브레인이 형성되며, 이와 같은 맴브레인이 높은 동작 온도에서 연속적으로 사용되게 되면 다각형 형태의 맴브레인 모서리 부분에 집중적으로 열응력을 받게 됨으로써 구조적으로 취약해 질 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 멤브레인(Membrane)을 형성하는 관통홀을 수직하게 형성함으로써 집적도를 향상시킬 수 있고, 마이크 로 펌프를 구비하여 가스의 공급을 원활하게 하여 가스 감지 속도를 향상시킬 수 있는 가스 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 1 양태(樣態)는,
기판과;
상기 기판 상부에 형성된 절연막과;
상기 절연막 상부에 형성되고, 감지 전극과 히터 전극으로 각각 이루어진 복수개의 단일 소자용 전극과;
상기 단일 소자용 전극들을 각각 감싸며, 상기 절연막 상부에 형성된 복수개의 감지막과;
상기 감지막에 대응하는 상기 기판 영역에 형성되며, 상기 절연막 하부를 노출시키고, 상기 절연막에 수직한 측벽을 갖는 복수개의 관통홀로 구성된 가스 센서가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 2 양태(樣態)는,
기판과;
상기 기판 상부에 형성된 절연막과;
상기 절연막 상부에 형성된 감지 전극 및 히터 전극과;
상기 감지 전극 및 히터 전극을 감싸며, 상기 절연막 상부에 형성된 감지막과;
상기 감지막에 대응하는 상기 기판 영역에 형성되며, 상기 절연막 하부를 노출시키는 관통홀과;
상기 절연막에 접합되어 있고, 일측에서 타측으로 연결되어 있는 가스 유통 채널이 하부면에 형성되어 있고, 상기 가스 유통 채널에 연결되어 있는 제 1과 2 홈이 하부면에 형성되어 있고, 상기 제 1 홈 내부에 감지막이 위치되어 있는 커버용 기판과;
상기 제 2 홈에 대응되는 커버용 기판 상부면에 형성되어 있는 마이크로 펌프로 구성된 가스 센서가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 3 양태(樣態)는,
기판 상부에 제 1 절연막과 제 2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계와;
상기 기판 상부에 감지 전극과 히터 전극으로 이루어진 단일 소자용 전극을 복수개 형성하는 단계와;
상기 제 2 절연막 상부에 상기 단일 소자용 전극들을 각각 감싸는 복수개의 감지막을 형성하는 단계와;
상기 복수개의 감지막 각각에 대응하는 개구가 형성된 마스크층을 상기 기판 하부에 형성하는 단계와;
상기 마스크층으로 마스킹하여 상기 기판을 식각하여, 상기 제 1 절연막 하부가 노출되는 복수개의 관통홀을 상기 기판에 형성하는 단계와;
상기 마스크층을 제거하는 단계로 이루어진 가스 센서의 제조 방법이 제공된 다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 가스 센서의 개략적인 단면도로서, 기판(100)과; 상기 기판(100) 상부에 형성된 절연막(110)과; 상기 절연막(110) 상부에 형성되고, 감지 전극과 히터 전극으로 각각 이루어진 복수개의 단일 소자용 전극(210,220)과; 상기 단일 소자용 전극(210,220)들을 각각 감싸며, 상기 절연막(110) 상부에 형성된 복수개의 감지막(251,252)과; 상기 감지막(251,252)에 대응하는 상기 기판(100) 영역에 형성되며, 상기 절연막(110) 하부를 노출시키고, 상기 절연막(110)에 수직한 측벽을 갖는 복수개의 관통홀(101,102)로 구성된다.
여기서, 상기 단일 소자용 전극(210,220)은 하나의 감지막에서 가스를 감지하기 위하여 필요로 하는 전극으로 정의된다.
이로써, 본 발명의 가스 센서는 절연막(110)에 수직한 측벽을 갖는 관통홀(101,102)을 형성하여, 어레이된 가스 센서의 집적도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그러므로, 단위 면적당 보다 많은 가스센서를 어레이시킬 수 있는 것이다.
여기서, 상기 기판(100)은 실리콘 기판이고, 상기 절연막(110)은 후술되는 제조 방법에 의하여, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 적층시킨 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 가스 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 먼저, 도 4a와 같이, 기판(100) 상부에 제 1 절연막(111)과 제 2 절연막(112)을 순차적으로 형성한다.
여기서, 상기 기판(100) 상부에는 단일 물질로 이루어진 절연막을 형성하여도 된다.
그리고, 상기 기판(100)은 실리콘 기판이고, 상기 제 1 절연막(111)은 실리콘 산화막이며, 상기 제 2 절연막(112)은 실리콘 질화막이 바람직하다.
이때, 실리콘 기판에 LPCVD 증착 또는 실리콘 습식 열산화 공정을 이용하여 실리콘 산화막을 약 2000~5000Å 정도 형성하고, 상기 실리콘 산화막 상부에 LPCVD 증착 공정으로 실리콘 질화막을 1~2㎛ 두께로 증착한다.
그 후, 상기 기판(100) 상부에 감지 전극과 히터 전극으로 이루어진 단일 소자용 전극(210,220)을 복수개 형성한다.(도 4b)
여기서, 상기 단일 소자용 전극(210,220)은 각각 감지 전극(211,221)과 히터 전극(212,222)을 구비하고 있다.
연이어, 상기 제 2 절연막(112) 상부에 상기 단일 소자용 전극(210,220)들을 각각 감싸는 복수개의 감지막(251,252)을 형성한다.(도 4c)
계속하여, 상기 복수개의 감지막(251,252) 각각에 대응하는 개구(311,312)가 형성된 마스크층(300)을 상기 기판(100) 하부에 형성한다.(도 4d)
이어서, 상기 마스크층(300)으로 마스킹하여 상기 기판(100)을 식각하여, 상 기 제 1 절연막(111) 하부가 노출되는 복수개의 관통홀(101,102)을 상기 기판(100)에 형성한다.(도 4e)
여기서, 상기 기판(100)이 실리콘 기판이고, 상기 제 1 절연막(111)이 실리콘 산화막이며, 상기 제 2 절연막(112)이 실리콘 질화막이면, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE)기술을 이용하여 실리콘 배면을 실리콘 산화막이 있는 곳까지 수직으로 식각한다.
이때, 상기 실리콘과 실리콘 산화막의 식각률 차이는 100:1 이상으로 실리콘 산화막의 식각률이 낮기 때문에 실리콘산화막은 실리콘질화막의 식각 방지막으로 충분히 사용할 수 있게 된다.
마지막으로, 상기 마스크층(300)을 제거한다.(도 4f)
도 5a와 5b는 본 발명에 따른 가스 센서의 단일 소자 영역을 도시한 평면도 및 단면도로서, 먼저, 도 5a에서, 절연막(110) 상부에는 감지 전극(211)과 히터 전극(212)이 형성되어 있고, 상기 감지 전극(211)과 히터 전극(212)을 감싸는 감지막(251)이 절연막(110) 상부에 형성되어 있다.
이때, 도 5b와 같이, 상기 감지막(251) 하부에 위치하고 있는 기판(100)의 영역에는 관통홀(101)이 형성되어 있고, 상기 관통홀(101)에 대응되는 절연막(110) 영역은 멤브레인이 된다.
그리고, 도 5a의 원형의 점선 내측이 멤브레인이며, 멤브레인의 형상은 열응력을 균일하게 주변으로 분산시키기 위하여 원형으로 제작하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 가스 센서에 마이크로 펌프가 장착되 어 있는 상태를 도시한 단면도로서, 본 발명의 다른 실시예의 가스 센서에서는 감지막으로 가스의 공급을 원활하게 하도록, 마이크로 펌프를 설치하는 것이다.
이 가스 센서는 기판(100)과; 상기 기판(100) 상부에 형성된 절연막(110)과; 상기 절연막(110) 상부에 형성된 감지 전극(211) 및 히터 전극(212)과; 상기 감지 전극(211) 및 히터 전극(212)을 감싸며, 상기 절연막(110) 상부에 형성된 감지막(251)과; 상기 감지막(251)에 대응하는 상기 기판(100) 영역에 형성되며, 상기 절연막(110) 하부를 노출시키는 관통홀(101)과; 상기 절연막(110)에 접합되어 있고, 일측에서 타측으로 연결되어 있는 가스 유통 채널(510)이 하부면에 형성되어 있고, 상기 가스 유통 채널(510)에 연결되어 있는 제 1과 2 홈(521,522)이 하부면에 형성되어 있고, 상기 제 1 홈(521) 내부에 감지막(251)이 위치되어 있는 커버용 기판(500)과; 상기 제 2 홈(522)에 대응되는 커버용 기판(500) 상부면에 형성되어 있는 마이크로 펌프(400)로 구성된다.
여기서, 상기 관통홀(101)은 상기 절연막(110)에 수직한 측벽을 갖는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1과 2 홈(521,522)은 상기 가스 유통 채널(510)보다 더 오목한 것이며, 상기 기판(100)과 상기 커버용 기판(500)이 접합된 상태에서 상기 제 1과 2 홈(521,522)은 상기 가스 유통 채널(510)로만 가스 유통된다.
더 세부적으로, 상기 마이크로 펌프(400)가 형성된 커버용 기판(500)의 하부면에는 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 커버용 기판(500)의 일측에서 타측으로 연결되어 있는 가스 유통 채널(510)과; 상기 가스 유통 채널(510)에 연결되어 있는 제 1과 2 홈(521,522)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 2 홈(522)에 대응되는 커버용 기판(500) 상부면에는 마이크로 펌프(400)가 형성되어 있다.
상기 마이크로 펌프(400)는 하부전극(410), 압전체(420)와 상부전극(430)이 순차적으로 적층되어 형성된 것이다.
즉, 상기 하부 및 상부전극(410,430)을 통하여, 상기 압전체(420)에 교류를 인가하여, 압전체(420)의 수축 및 팽창으로 마이크로 펌프(400)는 가스의 펌핑(Pumping) 공정을 수행한다.
이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 홈(522)과 제 1 홈(521)에 연결되어 있는 가스 유통 채널(510)은 제 2 홈(522) 방향에서 제 1 홈(521) 방향으로 채널 폭이 점점 넓어지는 것이 바람직하다.
이렇게 채널홈 폭이 한쪽은 좁고 다른 한쪽으로 점차 넓어지는 구조를 갖으면, 마이크로 펌프의 펌핑 작용 중, 제 2 홈(522)이 마이크로 펌프에 의해 팽창일때 가스가 제 2 홈(521)으로 흡입되는 순 가스량을 증가시킬 수 있고, 제 2 홈(522)이 마이크로 펌프에 의해 수축될 때 제 1 홈(521)으로 배출되는 순 가스량을 증가시킬 수 있게 된다. 이로써 제 1 홈(521)에 위치한 센서쪽으로 외부 가스를 흡입하여 신속히 공급할 수 있게 된다.
그러므로, 본 발명의 가스 센서는 마이크로 압전 펌프를 구비하여 가스의 공급 및 배출 속도가 증가되어, 가스 감지 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 9a와 9b는 본 발명에 따른 가스 센서의 마이크로 펌프 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 마이크로 펌프(400)의 압전체(420)에 교류를 인가하면, 교류의 + 성분과 - 성분에 따라 압전체(420)는 수축 및 팽창을 반복하게 되어, 마이크로 펌프(400)는 제 2 홈(522)으로 가스가 흡입되고, 배출되는 펌핑 공정을 반복적으로 수행한다.
즉, 도 9a와 같이, 압전체(420)의 수축 작용으로, 마이크로 펌프가 형성되어 있는 커버용 기판(500) 영역이 상부로 올라가서 외부의 가스가 가스 유통 채널(510)을 통하여, 제 2 홈(522)으로 흡입된다.
그리고, 도 9b에 도시된 바와 같이, 압전체(420)가 팽창하면, 마이크로 펌프가 형성되어 있는 커버용 기판(500) 영역이 하부로 내려가서 가스가 제 2 홈(522)의 가스가 제 1 홈으로 배출시킨다.
도 10은 본 발명에 따른 가스 센서의 제 1 홈 내부에 복수개의 감지막이 위치되어 있는 상태를 도시한 단면도로서, 즉, 이 가스 센서는 도 6의 가스 센서 구조에서, 감지 전극 및 히터 전극으로 이루어진 복수개의 단일 소자용 전극(210,220,230)이 절연막(110) 상부에 형성되어 있으며; 상기 복수개의 단일 소자용 전극(210,220,230) 각각을 감싸며 상기 절연막(110) 상부에 형성된 복수개의 감지막(251,252,253)이 형성되어 있고; 상기 복수개의 감지막(251,252,253)은 제 1 홈(521) 내부에 위치되어 있다.
그러므로, 감지막을 어레이시킨 가스 센서에도 마이크로 펌프를 설치할 수 있는 것이다.
상기 복수개의 단일 소자용 전극(210,220,230)은 감지 전극(211,221,231) 및 히터 전극(212,222,232)으로 이루어진다.
결과적으로, 상기 감지 전극(211,221,231) 및 히터 전극(212,222,232)을 감싸고 있는 감지막은 복수개이다.
그리고, 방법상으로, 도 4f의 공정이 완료된 후, 도 7과 같은 커버용 기판을 도 4f의 절연막 상부에 접합시키면, 도 10과 같은 가스 센서가 제조된다.
이때, 커버용 기판의 제 1 홈 내부에 복수개의 감지막이 위치되도록 한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 멤브레인에 수직한 측벽을 갖는 관통홀을 형성하여, 어레이된 가스 센서의 집적도를 향상시킬 수 있어, 단위 면적당 보다 많은 가스센서를 어레이시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 마이크로 압전 펌프를 구비하여 가스의 공급 및 배출 속도가 증가되어, 가스 감지 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 기판과;
    상기 기판 상부에 형성된 절연막과;
    상기 절연막 상부에 형성된 감지 전극 및 히터 전극과;
    상기 감지 전극 및 히터 전극을 감싸며, 상기 절연막 상부에 형성된 감지막과;
    상기 감지막에 대응하는 상기 기판 영역에 형성되며, 상기 절연막 하부를 노출시키는 관통홀과;
    상기 절연막에 접합되어 있고, 일측에서 타측으로 연결되어 있는 가스 유통 채널이 하부면에 형성되어 있고, 상기 가스 유통 채널에 연결되어 있는 제 1과 2 홈이 하부면에 형성되어 있고, 상기 제 1 홈 내부에 감지막이 위치되어 있는 커버용 기판과;
    상기 제 2 홈에 대응되는 커버용 기판 상부면에 형성되어 있는 마이크로 펌프로 구성된 가스 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로 펌프는,
    하부전극, 압전체와 상부전극이 순차적으로 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 관통홀은,
    상기 절연막에 수직한 측벽을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 감지막은,
    복수개인 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 홈과 제 1 홈에 연결되어 있는 가스 유통 채널은,
    상기 제 2 홈 방향에서 상기 제 1 홈 방향으로 채널 폭이 점점 넓어지는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판이고,
    상기 절연막은 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 적층시킨 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  8. 기판 상부에 제 1 절연막과 제 2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계와;
    상기 기판 상부에 감지 전극과 히터 전극으로 이루어진 단일 소자용 전극을 복수개 형성하는 단계와;
    상기 제 2 절연막 상부에 상기 단일 소자용 전극들을 각각 감싸는 복수개의 감지막을 형성하는 단계와;
    상기 복수개의 감지막 각각에 대응하는 개구가 형성된 마스크층을 상기 기판 하부에 형성하는 단계와;
    상기 마스크층으로 마스킹하여 상기 기판을 식각하여, 상기 제 1 절연막 하부가 노출되는 복수개의 관통홀을 상기 기판에 형성하는 단계와;
    상기 마스크층을 제거하는 단계와;
    접합되어 있고, 일측에서 타측으로 연결되어 있는 가스 유통 채널이 하부면에 형성되어 있고, 상기 가스 유통 채널에 연결되어 있는 제 1과 2 홈이 하부면에 형성되어 있고, 상기 제 2 홈에 대응되는 커버용 기판 상부면에 마이크로 펌프가 형성되어 있는 커버용 기판을 준비하는 단계와;
    상기 복수개의 감지막이 상기 커버용 기판의 상기 제 1 홈 내부에 위치되도록, 상기 커버용 기판을 상기 제 2 절연막 상부에 접합시키는 단계로 이루어진 가스 센서의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 마이크로 펌프는,
    하부전극, 압전체와 상부전극이 순차적으로 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.
  11. 제 8 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판이고,
    상기 제 1 절연막은 실리콘 산화막이고,
    상기 제 2 절연막은 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 실리콘 기판을 식각하는 것은,
    반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE) 기술을 이용하여 상기 실리콘 기판의 배면을 상기 실리콘 산화막이 있는 곳까지 수직으로 식각하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.
  13. 제 8 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 홈과 제 1 홈에 연결되어 있는 가스 유통 채널은,
    상기 제 2 홈 방향에서 상기 제 1 홈 방향으로 채널 폭이 점점 넓어지는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101525102B1 (ko) * 2013-09-30 2015-06-03 전자부품연구원 마이크로 가스센서 및 그 제조 방법
CN111007109A (zh) * 2019-12-24 2020-04-14 华中科技大学 一种梯度微孔过滤气体传感器及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020060713A (ko) * 1999-10-20 2002-07-18 덴턴 마이클 가스센서로 산소를 펌핑하는 방법 및 장치
JP2003065990A (ja) 2001-08-27 2003-03-05 Denso Corp ガスセンサおよびその製造方法
JP2003172720A (ja) 2001-12-07 2003-06-20 Figaro Eng Inc ガスセンサとその製造方法
JP2003279523A (ja) 2002-03-26 2003-10-02 Fuji Electric Co Ltd 薄膜ガスセンサ
JP2004317496A (ja) 2003-03-31 2004-11-11 Ngk Insulators Ltd ガスセンサ
KR20050051884A (ko) * 2003-11-28 2005-06-02 주식회사 오토전자 마이크로 가스센서 어레이 및 그 제조방법
KR20060009559A (ko) * 2004-07-26 2006-02-01 전자부품연구원 가스 센서 및 그의 제조 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020060713A (ko) * 1999-10-20 2002-07-18 덴턴 마이클 가스센서로 산소를 펌핑하는 방법 및 장치
JP2003065990A (ja) 2001-08-27 2003-03-05 Denso Corp ガスセンサおよびその製造方法
JP2003172720A (ja) 2001-12-07 2003-06-20 Figaro Eng Inc ガスセンサとその製造方法
JP2003279523A (ja) 2002-03-26 2003-10-02 Fuji Electric Co Ltd 薄膜ガスセンサ
JP2004317496A (ja) 2003-03-31 2004-11-11 Ngk Insulators Ltd ガスセンサ
KR20050051884A (ko) * 2003-11-28 2005-06-02 주식회사 오토전자 마이크로 가스센서 어레이 및 그 제조방법
KR20060009559A (ko) * 2004-07-26 2006-02-01 전자부품연구원 가스 센서 및 그의 제조 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101525102B1 (ko) * 2013-09-30 2015-06-03 전자부품연구원 마이크로 가스센서 및 그 제조 방법
CN111007109A (zh) * 2019-12-24 2020-04-14 华中科技大学 一种梯度微孔过滤气体传感器及其制备方法
CN111007109B (zh) * 2019-12-24 2021-05-18 华中科技大学 一种梯度微孔过滤气体传感器及其制备方法

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