본 발명은 루테늄 옥사이드 나노시츠 감지 물질을 금속 산화물 감지층과 현수형 전극/마이크로 히터에 통합하여 높은 민감도를 지니는 가스 센서의 제작 방법 및 구조를 포함한다.
본 발명의 가스 센서 제작 방법은 그림 1에 나타내었다. 먼저 (i) 실리콘 웨이퍼 상에 실리콘 산화막을 형성하고 실리콘 질화막을 증착한다. (ii) 포토 리쏘그래피로 금속 전극/마이크로 히터층을 패터닝하고 (iii) 절연막을 생성한 뒤 (iv) 포토 리쏘그래피와 RIE로 식각을 위한 오프닝을 형성한다. (v) 실리콘 기판을 습식 식각해 현수형 전극/마이크로 히터를 제작한다. 제작한 현수형 전극/마이크로 히터 상에 (vi) 감지 물질층(금속 산화물과 그 외) 물리기상증착 방식으로 증착하고, 루테늄 옥사이드 나노시츠 분산액을 도포하여 건조시켜 가스 센서를 완성한다. 제작된 센서는 열용량이 작은 현수형 플랫폼 상에 마이크로 히터와 감지 물질/전극이 통합된 형태로, 소비 전력이 작고 공기 중에 타겟 가스를 화학적으로 흡탈착하며 저항 변화를 관측하는 방식이다. 위와 같은 과정을 통해 제작한 가스 센서의 민감도 개선 원리는 그림 2와 같다. 감지 물질은 물리기상증착 된 금속 산화물 층과 이를 기능화하는 루테늄 옥사이드 나노시츠로 이루어져 있는데, 루테늄 옥사이드는 페르미 레벨 차이로 인해 금속 산화물 층로부터 전자를 넘겨 받아 (a) air 상에서 더욱 두꺼운 공핍층을 만든다. (b) 에탄올 가스에 노출 시 루테늄 옥사이드 나노시츠는 높은 surface-to-volume-ratio의 reaction site로서 기능하여 기존 금속 산화물 에탄올 가스 센서의 민감도 향상을 이뤄낸다.
본 발명은 다상소재를 활용하여 현수형 가스 센서 감지부에 드롭 코팅을 통해 반도체식 가스 센서를 제작하였다. 이를 통해 기존 금속 산화물 감지물질을 기능화하고, 민감도를 개선하였고 이는 다상소재 공정의 가스센서 분야에서의 높은 활용성을 시사한다.
출원번호 / 일자 : 10-2023-0166521 (2023.11) 출원자명 : 연세대학교 산학협력단 발명자명 : 김종백, 황성주, 박원근, 진시아오얀 등록번호 / 일자 :
출원국가 : 대한민국 | 
