KR20070112657A - Carbon nanotube sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 센서의 사시도이다.1 is a perspective view of a sensor using carbon nanotubes according to the present invention.
도 2는 도1의 Ⅰ - Ⅰ선의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 1.
도3는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 센서의 개략적인 사시도이다3 is a schematic perspective view of a sensor using carbon nanotubes according to the present invention;
도4는 상기 도3의 II - II선의 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
도5는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 또 다른 센서의 사시도이다.5 is a perspective view of another sensor using carbon nanotubes according to the present invention.
도6은 본 발명의 감지막에 적용되는 탄소 나노 튜브의 전자 현미경 사진이다.6 is an electron micrograph of a carbon nanotube applied to a sensing film of the present invention.
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 센서의 사시도이다.7 is a perspective view of a sensor using carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
도8은 상기 도7의 Ⅳ-Ⅳ선의 단면도이다.8 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
11, 21 : 기판 12, 22 : 감지막 11, 21:
13, 23 : 전극 14, 24 : 리드선 13, 23:
25 : 제 1 절연층 26 : 제 2 절연층25: first insulating layer 26: second insulating layer
본 발명은 탄소나노튜브 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브의 성질을 이용하여 응용할 수 있는 전기전도도 센서, 유전율 변화 센서, pH 센서, 습도 센서와 상기 센서들에 적용할 수 있는 탄소나노튜브 센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube sensor and a manufacturing method thereof, and more particularly, to an electric conductivity sensor, a dielectric constant change sensor, a pH sensor, a humidity sensor, and the sensors that can be applied using the properties of carbon nanotubes. It relates to a method for manufacturing a carbon nanotube sensor that can be.
탄소나노튜브(carbon nanotubes)는 그라파이트(graphite)를 둥글게 말아 놓은 sp2결합의 관모양을 하고 있어서 단위면적당 표면적이 매우 넓어 가스분자 또는 이온에 대해 흡착능력이 우수하다.Carbon nanotubes are sp 2 bonds in which graphite is rolled round, and the surface area per unit area is very wide, so it has excellent adsorption capacity for gas molecules or ions.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 구조(Single-walled Nanotube), 복수벽 구조(Multiwall Nanotube), 나노튜브 로프(Nanstube Rope)구조와 같은 형태를 가진다.The carbon nanotubes have a form such as a single-walled nanotube, a multiwall nanotube, or a nanotube rope structure.
또한, 탄소나노튜브는 전기적으로 금속과 같은 도체 또는 반도체의 특성을 가지고 있으며, 가스 분자 또는 이온의 흡착에 따라 전기전도도가 변화하는 특성을 가지고 있다.In addition, carbon nanotubes have the characteristics of a conductor or a semiconductor, such as a metal, and has the property of changing electrical conductivity according to the adsorption of gas molecules or ions.
상기 흡착성이 좋은 탄소나노튜브에 흡수되는 물질의 상태에 따라서 이온 흡착 정도가 변화하고 이는 상기 탄소나노튜브를 감지체로 하였을 때 상기 탄소나노튜브가 분자 단위의 작용을 하게 됨으로써, 탄소나노튜브에 흡착되는 물질의 전기적인 성질이나 pH, 습도 등의 변화를 측정할 수 있는 소자로로서 활용할 수 있음을 나타내는 것이다.The degree of ion adsorption varies depending on the state of the material absorbed into the carbon nanotubes having good adsorption properties. When the carbon nanotubes are used as the sensing bodies, the carbon nanotubes act as molecular units, thereby adsorbing the carbon nanotubes. It can be used as a device that can measure changes in the electrical properties of materials, pH, humidity, and the like.
그러나, 상기 탄소나노튜브를 이용한 상기 전기적 성질, pH, 습도의 변화를 체크하기 위한 센서의 적용에는 그 감도나 유동적인 외란 효과에 의하여 그 측정 감도를 보장할 수 없는 문제점이 있었다. However, the application of the sensor for checking the change of the electrical properties, pH, humidity using the carbon nanotubes has a problem that can not guarantee the measurement sensitivity due to the sensitivity or the fluid disturbance effect.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 탄소나노튜브를 감지체로 하여 물질의 유전율변화 및 전기전도도 변화, pH, 습도 등을 감지할 수 있는 탄소나노튜브 센서를 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, the object is to provide a carbon nanotube sensor that can detect the change in dielectric constant and electrical conductivity of the material, pH, humidity, etc. using the carbon nanotube as a sensor It is for.
또한, 상기 탄소나노튜브를 이용한 전도도, 전기용량, pH, 습도 센서를 제조함에 있어서 측정 감도가 우수한 탄소나노튜브 센서의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention also provides a method for manufacturing a carbon nanotube sensor having excellent measurement sensitivity in manufacturing a conductivity, capacitance, pH, and humidity sensor using the carbon nanotube.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서는, 전원이 인가되는 전극, 상기 전극 사이에 연결되며 탄소나노튜브 또는 나노물질을 포함한 페이스트가 도포된 감지막, 및 상기 전극, 상기 감지막을 탑재하는 기판을 포함하며, 상기 감지막은 상기 탄소나노튜브 또는 나노물질에 흡착되는 물질의 전기전도도, 유전율, pH 또는 습도 중 적어도 어느 하나를 측정하는 것을 특징으로 하는 것이다.Carbon nanotube sensor according to the present invention for realizing the above object, the electrode is applied to the power, the sensing film is connected between the electrode and the carbon nanotube or a paste containing a nanomaterial is applied, and the electrode, the And a substrate on which a sensing film is mounted, wherein the sensing film measures at least one of electrical conductivity, dielectric constant, pH, and humidity of a material adsorbed on the carbon nanotube or nanomaterial.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서에 있어서, 상기 전극은 Al, Pt, Au 또는 Mo 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어 진 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, in the carbon nanotube sensor according to the present invention, the electrode is characterized in that it comprises at least one of Al, Pt, Au or Mo.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서에 있어서, 상기 전극은 탄소나노튜브로 이루어 진 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, in the carbon nanotube sensor according to the present invention, the electrode is characterized in that made of carbon nanotubes.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서에 있어서, 상기 전극 또는 상기 감지막은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, in the carbon nanotube sensor according to the present invention, the electrode or the sensing film is characterized in that the branch is branched in the form of a comb.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서에 있어서, 상기 전극 패턴 또는 기판 사이에 제1절연층, 상기 전극패턴과 상기 감지막 사이에는 제2절연층이 포함되고, 상기 절연층은 실리콘 산화막 또는 질화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, in the carbon nanotube sensor according to the present invention, a first insulating layer between the electrode pattern or the substrate, a second insulating layer is included between the electrode pattern and the sensing layer, the insulating layer is a silicon oxide film or nitride film It characterized in that it comprises a.
한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서의 제조 방법은, 기판에 감광제를 코팅한 후, 노광 및 식각하는 단계, 상기 기판에 촉매를 패터닝하는 단계, 상기 기판에 전극을 패터닝하는 단계, 및 상기 기판 위에 상기 전극을 커버하며 바인더, 알파-테피놀, 카본나노튜브, 글래스프릿을 혼합한 탄소나노튜브 페이스트를 증착하는 단계를 포함한다.Meanwhile, in the method of manufacturing a carbon nanotube sensor according to the present invention, after coating a photosensitive agent on a substrate, exposing and etching, patterning a catalyst on the substrate, patterning an electrode on the substrate, and the substrate Covering the electrode thereon, and depositing a carbon nanotube paste mixed with a binder, alpha-tefinol, carbon nanotubes, glass frit.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 기판에 전극을 패터닝하는 단계는 CVD, 프린팅, 기상증착(evaporating) 또는 스퍼터링에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 것이다.In addition, in the method of manufacturing a carbon nanotube sensor according to the present invention, the step of patterning the electrode on the substrate is characterized in that it is carried out by CVD, printing, evaporating or sputtering.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 증착하는 단계는 스크린, 프린팅 또는 스프레이에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 것이다.In the method of manufacturing a carbon nanotube sensor according to the present invention, the depositing of the carbon nanotube paste may be performed by screen, printing or spraying.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명 하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전기전도도 검출센서로서 그 구동 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 사시도이고 도2는 상기 도1의 Ⅰ - Ⅰ선의 단면도이다.1 is a schematic perspective view for explaining a driving mechanism of the electric conductivity detection sensor using carbon nanotubes according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG.
도1, 도2에서, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전기전도도 검출센서는 전원이 인가되는 전극(13), 상기 전극(13) 사이에 연결되며 전기전도도의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브 또는 나노물질을 포함하여 형성된 감지막(12), 상기 감지막(12) 및 상기 전극(13)을 탑재하는 기판(11)을 포함한다.1 and 2, an electric conductivity detection sensor using carbon nanotubes according to the present invention is an
여기서, 상기 센서의 기판(11)은 유리 또는 실리콘 등이 사용되고, Al, Pt, Au, Mo에서 선택되는 금속물질로 이루어진다. Here, the
상기 기판(11) 상에 증착되어 성장되어 형성된 탄소나노튜브는 감지막(12)으로서 상기 전극(13) 사이에 걸쳐 브릿지로서 연결되어 있다.Carbon nanotubes formed by being deposited and grown on the
또한, 상기 전극(13)은 리드선(14)에 의하여 전원과 연결되며, 상기 리드선(14)은 상기 전극(13)에 부착되어 전체 폐회로를 만들게 된다.In addition, the
상기 전극(13)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 감지막(12)과 동일하게 탄소나노튜브로 전극을 형성하는 것도 가능하다.The
상기 감지막(12)으로서 연결된 탄소나노튜브는 반도체 공정 및 스크린 프린팅 기술 또는 직접 성장 방법을 이용하여 증착시킬 수 있다.The carbon nanotubes connected as the
상기 감지막(12)이 탄소나노튜브로 구성되는 경우, 직류전압을 인가하면, 상기 탄소나노튜브에 흡착되는 이온의 변화량에 따라 전기 저항이 변화하게 되고, 이 에 따라 전기전도도의 변화를 검출할 수 있게 된다.When the
한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서의 다른 실시예로 탄소나노튜브를 이용한 유전율 변화 검출 센서에 대한 설명을 위해 도3, 도4를 참조한다.On the other hand, as another embodiment of the carbon nanotube sensor according to the present invention with reference to Figure 3, 4 for the description of the dielectric constant change detection sensor using carbon nanotubes.
도3는 탄소나노튜브를 이용한 유전율 변화 검출센서의 일실시예로서로서 그 구동 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 사시도이고 도4는 상기 도3의 II - II선의 단면도이다.FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining a driving mechanism of the dielectric constant change detection sensor using carbon nanotubes, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
도3, 도4에서, 상기 탄소나노튜브를 이용한 유전율 변화 검출센서는 전원이 인가되는 전극(23), 상기 전극(23)에 연결되며 유전율 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브 또는 나노물질을 포함한 페이스트로 형성된 감지막(22), 상기 감지막(22) 및 상기 전극(23)을 탑재하는 기판(21)을 포함한다.3 and 4, the dielectric constant change detection sensor using the carbon nanotubes is an
여기서, 상기 센서의 기판(21)은 유리 또는 실리콘 등이 사용된다. Here, glass or silicon is used as the
상기 전극(23)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 감지막(22)과 동일하게 탄소나노튜브로 전극을 형성하는 것도 가능하다.The
상기 유전율 변화 검출 센서에서, 금속 또는 ITO로 이루어진 상기 전극(23) 위에 탄소나노튜브가 증착 및 스크린프린팅 되어 있으나, 상기 전극(23)을 탄소 나노 튜브로 형성하는 것도 가능하다.In the dielectric change detection sensor, although carbon nanotubes are deposited and screen printed on the
또한, 도3을 참조하면 상기 유전율 변화 검출 센서에서, 상기 전극(22)은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것이 더욱 바람직한데, 이 경우 감지막(22)으로 기능하는 탄소나노튜브가 상기 전극(22) 위에 증착되어 있으므로 상기 전기 용량의 측정 전극의 표면적을 넓히게 되므로 그 측정 감도가 크게 향상될 수 있기 때 문이다.In addition, referring to Figure 3, in the permittivity change detection sensor, the
도3, 4의 경우에, 사진식각 공정을 이용한 빗살전극 형태의 기초전극 위에 탄소나노튜브를 스크린 프린팅을 하거나 직접성장 방법을 이용하여 감지막을 형성시킬 수 있다. 3 and 4, the sensing film may be formed by screen printing carbon nanotubes on the base electrode in the form of a comb electrode using a photolithography process or by using a direct growth method.
상기 센서에서 유전율 변화를 측정하기 위해 스크린프린팅 방법을 사용한 경우, 빗살전극의 폭은 100um 이하, 전극의 간격은 100um 이하이며, 직접성장방법의 경우, 전극간의 간격은 50um 이하로 하는 것이 적합하다.When the screen printing method is used to measure the dielectric constant change in the sensor, the width of the comb electrode is 100 μm or less, the electrode gap is 100 μm or less, and in the direct growth method, the distance between the electrodes is preferably 50 μm or less.
그리고, 상기 센서의 감지막(22)에 사용된 탄소나노튜브는 크기가 작으면서도 이온 흡착 및 저장 기능이 있으며, 단위 면적당 표면적이 넓으므로 감도가 높고 응답속도가 빠르면서도 물리화학적 내구성이 우수하다는 장점이 있다. In addition, the carbon nanotubes used in the
도5는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 또 다른 실시예의 유전율 변화 검출 센서의 사시도이고, 도6은 본 발명의 감지막에 적용되는 탄소 나노 튜브의 전자 현미경 사진이다.5 is a perspective view of a dielectric constant change detection sensor of another embodiment using carbon nanotubes according to the present invention, and FIG. 6 is an electron micrograph of carbon nanotubes applied to the sensing film of the present invention.
도5에서 도시된 센서는 전원이 인가되는 전극 패턴(23), 상기 전극 패턴(23)이 형성된 기판(21), 상기 전극 패턴(23)을 커버하며 상기 기판(21)의 전체 면적 중 소정 부분에 증착되는 탄소나노튜브로 이루어진 감지막(23)을 포함한다.The sensor illustrated in FIG. 5 covers an
상기 도3, 도4에 도시된 실시예에서는 상기 감지막인 탄소나노튜브는 상기 전극(23) 부분에만 증착되어 있으나, 상기 도5에서 도시된 감지막은 탄소나노튜브 또는 나노물질을 포함하는 페이스트로서 상기 전극패턴(23)을 모두 뒤덮고 있음은 물론 상기 기판(21)의 소정 부분 위에 전체적으로 다 도포되어 형성되어 있다.In the embodiments shown in FIGS. 3 and 4, the carbon nanotubes as the sensing film are deposited only on the
도5의 경우에 있어서, 상기 감지막(22)의 상기 탄소나노튜브 입자들 사이에서, 상기 탄소나노튜브 입자와 그 이웃하는 탄소나노튜브 입자 간에는 미세한 전기용량을 가지게 되고, 결과적으로 상기 전기 용량 값의 변화량을 검출할 수 있는 더욱 미세한 감도를 확보할 수 있게 된다.In the case of FIG. 5, between the carbon nanotube particles of the
도5와 도6을 참조하면, 상기 감지막(22)으로 기능하는 탄소나노튜브는 전압이 인가되는 경우 상기 탄소나노튜브에 흡착되는 이온의 변화량에 따라 전기 용량의 변화를 일으키게 됨으로써 상기 유전율의 변화를 검출하게 된다.Referring to FIGS. 5 and 6, the carbon nanotubes functioning as the
또한, 상기 탄소나노튜브를 감지막(12, 22)로 이용한 검출 센서는 마이크로머시닝 기술을 이용하여 좁은 면적에 많은 전극을 형성하여 고감도의 센서를 제조하게 되며 센서 규격을 일정하게 할 수 있다.In addition, the detection sensor using the carbon nanotubes as the
한편, 상기 탄소나노튜브를 증착하여 제조되는 상기 전기전도도 변화 검출센서와 유전율 변화 검출센서는 기존의 제조 방법에 비하여 새로운 순서로 제조 가능하다.On the other hand, the electrical conductivity change sensor and the dielectric constant change sensor manufactured by depositing the carbon nanotubes can be manufactured in a new order compared to the existing manufacturing method.
그 첫 번째 방법으로서는 반도체 공정기술을 이용한 탄소나노튜브 센서의 제조공정 순서로서 첫째, 기판에 감광제 코팅, 노광 및 식각 과정을 포함하는 리소그래피 단계를 수행하고, As a first method, a manufacturing process of a carbon nanotube sensor using a semiconductor process technology is performed. First, a lithography step including a photoresist coating, exposure, and etching process is performed on a substrate.
둘째, 상기 기판에 메탄 가스와 같은 촉매를 패터닝하는 단계를 우선 수행하고, Second, first patterning a catalyst, such as methane gas, on the substrate,
셋째, 상기 기판에 전극을 패터닝하는 단계를 거친 후에 상기 기판 위에 탄소 나노 튜브를 성장시키는 단계의 순서로 이루어지는 것이 바람직하다.Third, it is preferable that the carbon nanotubes are grown on the substrate after the patterning of the electrodes on the substrate.
그 두 번째 방법으로서는 스크린프린팅 기술을 이용한 탄소나노튜브 센서의 제조공정 순서로서 첫째, 기판에 감광제 코팅, 노광 및 식각 과정을 포함하는 리소그래피 단계를 수행한 후,As a second method, a manufacturing process of a carbon nanotube sensor using a screen printing technique is performed. First, after performing a lithography step including a photoresist coating, exposure, and etching process on a substrate,
둘째, 바인더와 알파-테피놀을 섞어 가열하여 녹이는 단계를 수행하고, Secondly, a binder and alpha-tefinol are mixed and heated to dissolve,
셋째, 탄소나노튜브를 글래스프릿과 알파-테피놀을 섞어 가열하여 녹인 물질에 섞는 단계를 우선 수행하고, Third, the carbon nanotubes are first mixed with glass frit and alpha-tefinol, and then mixed with the melted material.
넷째, 상기 기판에 전극을 패터닝하는 단계를 거친 후에 상기 기판 위에 탄소 나노 튜브를 스크린 프린팅하여 소결시키는 단계의 순서로 이루어지는 것이 바람직하다.Fourth, after the step of patterning the electrode on the substrate, it is preferable that the step of the step of screen printing and sintering the carbon nanotubes on the substrate.
여기서, 상기 기판에 전극을 패터닝하는 단계는 CVD, 프린팅, 기상증착(evaporating) 또는 스퍼터링에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.Here, the step of patterning the electrode on the substrate is preferably performed by CVD, printing, evaporating or sputtering.
또한, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 증착하는 단계는 스크린, 프린팅 또는 스프레이에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.In addition, the depositing of the carbon nanotube paste is preferably performed by screen, printing or spraying.
이제, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서에서 pH 센서와 습도 센서의 응용에 대하여 설명한다. Now, the application of the pH sensor and the humidity sensor in the carbon nanotube sensor according to the present invention will be described.
탄소나노튜브에 흡착된 물질이 시간이 지남에 따라서 산도가 변화하게 되는데, 예를들면 엔진 오일과 같은 경우 사용됨에 따라서 점차 산성화되면서 저항이 감소하는 경향을 보여주게 된다. The acidity of the material adsorbed on the carbon nanotubes changes over time. For example, in the case of engine oils, the acidity gradually decreases as the oil is used.
이것은 산성화가 진행되면 탄소나노튜브에 점착된 물질은 그 저항값이 감소하면서 전기전도도가 점차로 증가한다는 것을 의미하게 된다.This means that as acidification proceeds, the material adhered to the carbon nanotubes gradually increases in electrical conductivity while the resistance thereof decreases.
그러므로, 상기 도1, 도2에 도시된 바와 같이 전기전도도 변화를 검출하기 위하여, 탄소나노튜브를 이용한 저항형 센서는 바로 산성도(pH)를 확인하는 검출 센서로 응용될 수 있는 것이다.Therefore, in order to detect a change in electrical conductivity as shown in FIG. 1 and FIG. 2, a resistance sensor using carbon nanotubes can be applied as a detection sensor for immediately checking acidity (pH).
한편, 탄소나노튜브에 흡착된 물질에 함유되는 수분(H2O)의 함량은 전기 용량값에 큰 영향을 미치게 된다. On the other hand, the content of water (H 2 O) contained in the material adsorbed on the carbon nanotubes has a large influence on the capacitance value.
왜냐하면, 탄소 나노튜브는 수분에 대해 매우 민감하게 반응을 보이고 이를 매우 잘 흡착할 수 있는 성질을 갖고 있기 때문이다.This is because carbon nanotubes react very sensitively to moisture and have very good adsorption properties.
그리고 센서에서 용량형 센서는 그 용량을 측정할 때의 원리는 두 개의 전극사이에 위치한 유전체의 특성을 측정하는 것인데, d는 이격거리, A는 단면적, εr은 비유전율, εo는 진공 유전율이라고 하면, 캐패시턴스값은 다음식In the sensor, the capacitive sensor measures the capacitance of the dielectric between two electrodes, d is the separation distance, A is the cross-sectional area, ε r is the relative dielectric constant, and ε o is the vacuum dielectric constant. Suppose that the capacitance value is
C=εrεo(A/d)에 의하여 정하여진다.It is determined by C = ε r ε o (A / d).
이때, 공기의 비유전율이 4인데 비하여, 수분(H2O)의 비유전율은 80에 이른다.At this time, while the relative dielectric constant of air is 4, the relative dielectric constant of water (H 2 O) reaches 80.
따라서, 탄소나노튜브에 흡착된 물질에 수분(H2O)의 함량이 커질수록 캐패시턴스값은 크게 나타나게 된다.Therefore, the larger the content of water (H 2 O) in the material adsorbed on the carbon nanotubes, the larger the capacitance value appears.
따라서, 도3, 5의 용량 센서는 결국 습도 센서로서 수분(H2O)의 함량을 검출할 수 있는 센서로 적용가능하게 된다.Therefore, the capacitive sensor of FIGS. 3 and 5 can be applied as a sensor capable of detecting the content of water (H 2 O) as a humidity sensor.
도7은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 유전율, 습도센서의 일실시예 이고 도8은 상기 도7의 Ⅳ-Ⅳ선의 단면도이다.7 is an embodiment of a dielectric constant and humidity sensor using carbon nanotubes according to the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 7.
도7과 도8에서 도시된 감지막은 탄소나노튜브 페이스트로서 상기 전극패턴(23)을 모두 뒤덮고 있음은 물론 상기 기판(21)의 소정 부분 위에 전체적으로 다 도포되어 형성되어 있다. 7 and 8 are formed of carbon nanotube paste covering all of the
또한, 도8을 참조하면, 기판(21)과 전극패턴(23)사이에 산화물이나 질화물 계열의 제1절연층(25)을 증착시켜 상기 기판(21)과 전극패턴(23)을 절연시키고, 상기 전극패턴(23)과 감지막(22) 사이에 산화물이나 질화물 계열의 제2절연층(26)을 형성시켜서 정전용량을 측정하는 센서로 제작이 가능하다. In addition, referring to FIG. 8, an oxide or nitride-based first insulating
이는 기판(21)이 실리콘이나 금속 박막과 같은 반도체나 도체일 때 가능한 구조이다.This is possible when the
상기 기판(21)이 실리콘인 경우에 상기 기판(21)과 전극패턴(23) 사이에 형성되는 제1절연층(25)인 상기 산화물은 산화실리콘(SiO2)으로 형성할 수 있으며, 상기 제1절연층(25)을 질화막으로 형성할 수도 있다.When the
도 7과 도 8에서 상기 전극패턴(23)과 감지막(22) 사이에 산화물이나 질화물 계열의 제2절연층(26)을 형성하는 것은 전극패턴(23)과 감지막(22)이 서로 도전되지 않게 하여 정전용량을 보다 용이하게 측정하게 하며 센서의 수율을 높이게 한다.In FIG. 7 and FIG. 8, forming an oxide or nitride-based second insulating
도8을 참조하면, 상기 탄소나노튜브 입자는 상기 감지막(22)을 이루면서 상기 전극(23) 뿐만 아니라 절연층(26) 사이 및 위에도 뒤덮여 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the carbon nanotube particles form the
도6, 도7, 도8을 참조하면, 상기 감지막(22)으로 기능하는 탄소나노튜브는 전압이 인가되는 경우 상기 탄소나노튜브에 흡착되는 이온의 변화량에 따라 전기 용량의 변화를 일으키게 됨으로써 상기 유전율의 변화를 검출하게 된다.6, 7, and 8, the carbon nanotubes functioning as the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 탄소나노튜브 페이스트를 감지체로 하여 물질의 유전율변화 및 전기전도도 변화, pH, 습도 등을 감지 또는 측정할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the carbon nanotube paste is used as a sensor to detect or measure a change in dielectric constant, a change in electrical conductivity, pH, humidity, and the like of the material.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 페이스트를 이용한 센서의 제조 방법에 의하면 센서의 측정 감도를 높일 수 있으면서도 용이하게 센서를 제조할 수 있게 되는 장점이 있다. In addition, the manufacturing method of the sensor using the carbon nanotube paste according to the present invention has the advantage that can be easily manufactured while increasing the measurement sensitivity of the sensor.
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