일반기술
물리학 > 레이저 광학(R12)
레이저 나노구조물 형성법으로 다용도 생체친화임플란트가 개발되었다. 이 소재는 탄소나노튜브 구조를 갖고, 흑연에 고에너지 레이저를 방사해 얻는다. 이 기술을 이용해 임플란트를 위한 초강도 구조물을 얻었다. 임플란트와 티슈를 결합하기 위하여 레이저용접술을 이용하였다. 레이저용접술은 살균효과를 갖는다. 조직에 침투해 세포를 활성화 시킴으로써 상처회복을 가속화 시킨다. 그리고 고밀도 광에너지는 선택적으로 필요한 양만큼 생체조직에 작용한다. 크기가 큰 도관과 목 부분 신경, 비강, 비인두 수술 시 특히 중요하다. 일반 수술이 어려운 부위를 수술할 때 좋은데, 이는 어느 부위든 침투할 수 있는 특수 튜브가 있기 때문이다. 이 튜브를 통해 레이저빔이 방사된다. 이 방법은 기존 기술보다 훨씬 경제적이다.기술개발을 위한 과학기술적 기초가 마련되었다. 즉 원료가 되는 재료와 도구가 결정되었으며, 실험용 임플란트 샘플이 제작되었고, 용접기술도 개발되었다. 공장생산과 실생활 도입에 필요한 장비 제작작업이 시작되었다.
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- 한국기술벤처재단
- 등록일
- 2009-03-20
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일반기술
물리학 > 레이저 광학(R12)
세계 최초로 요오드 레이저가 개발되었는데, 이는 ≪풀러렌산소요오드레이저 (FOIL)≫를 말한다. 광해리산소요오드레이저, 화학산소요오드레이저(COIL)와 비교할 때 FOIL은 폐쇄사이클, 높은 에너지강도, 펌핑에 태양광이용 가능성, 주기적 펄스 모드에서의 작동가능성 등의 장점을 갖는다. ≪풀러렌산소요오드레이저≫에서는 들뜬 상태의 전자를 가진 풀러렌의 3중항 상태를 (또는 풀러렌과 닮은 탄소나노구조) 광학펌핑 에너지 축전지로 쓴다. □ 장점-광학펌핑의 레이저광 변환 효율이 수십 %까지 이를 수 있음-일중항 산소 생성을 위한 염소화학액체사이클 없이도 멀티킬로와트 레이저 제작 가능-주요 화학반응물질을 이용하지 않고, 환경에 피해를 주지 않는 폐쇄사이클 실현 가능-요오드 방사파장 길이가 1.315 마이크론인데, 이는 ≪풀러렌산소요오드레이저≫가 섬유 모양의 도파관으로 에너지를 전달하고, 또 기계장비에서 에너지를 농축하는데СО2와 HF(DF) 레이저들보다 뛰어남을 의미-≪풀러렌산소요오드레이저≫를 큰 구조로 만들어, 모듈구조을 갖게 할 수 있음광학펌핑을 가진 고효율 ≪풀러렌산소요오드레이저≫ 제작은 레이저기술과 태양광이용에 돌파구를 열어줄 것이다. ≪풀러렌산소요오드레이저≫를 암치료와 바이러스 전염병 치료에 응용할 수 있는 가능성을 연구 중이다.
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- 한국기술벤처재단
- 등록일
- 2009-03-20
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일반기술
물리학 > 레이저 광학(R12)
해당 기술은 레이저물질을(고분자, 유전체, 색소, 금속박막, 액체 등) 투명도너, 즉 물질기증자로부터 정해진 목표물로 이동시킬 수 있는 신기술이다. 이 기술은 물질이 압력펄스로 인해 이동한다는 사실에 근거하고, 펄스는 물질의 모체인 투명도너와 운송되는 물질 사이 경계선에서 레이저방사선이 초점을 맞출 때 발생한다. 직접레이저프린팅은 물질을 모체로부터 중간매체 없이 직접 기판으로 이동시켜주는데, 원하는 형태구조를 보장하는 모드에서 작업이 진행된다. 물질이동 시 물질의 물리화학적 성질이 그대로 보존하되는데, 이는 아주 중요한 사항이다. 향후 연구활동은 물리과정분석과 신기술로 작업공정의 에너지와 속도를 크게 향상시키는 것인데, 이 신기술은 증폭기를 응용한 레이저방출의 공간조절 같은 것이다. 이 기술은 마이크로일렉트로닉스 부품 생산 시 이용할 수 있는 직접레이저프린팅을 위한 것이고, 인쇄분야에서는 고속칼라인쇄기를 제작하여, 유채화 프린팅뿐 아니라 의료계에서 이용할 수 있는 조직공학, 생물학을 위한 바이오칩 생산 등에 널리 이용할 수 있도록 하기 위한 것이다.
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- 한국기술벤처재단
- 등록일
- 2009-03-20
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일반기술
물리학 > 플라즈마 물리
투과율 가변형 스크린은 한 쌍의 기판, 가변형 매체 및 밀봉수단으로 구성된다. 광 투과율을 변화시킴으로써 거의 투명상태에서 영상을 구현하는 홀로그래픽 스크린 또는 반투명 상태에서 선명한 투사 영상을 구현할 수 있는리어 스크린으로 변환할 수 있는 것이다.
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- 경희대학교
- 등록일
- 2009-03-20
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일반기술
물리학 > 양자광학
"절연체 상의 실리콘" 기판 위의 에피택시 헤테로구조체 Ge/Si 를 기반으로, 36 층의 게르마늄 나노클러스터 (양자점)를 포함한 실사용 구간(active area)을 가지고 있는, 파장 길이 1,3-1,55 마이크론 영역용 광 검출기를 개발했다.다중 내부 반사 효과로 인하여 파장 길이 1,3 및 1,55 마이크론에 대해 각각의 양자 효율성 치수가 21 및 16 %에 도달했다.양자점 광 검출기는 향상된 처리 능력을 지닌 광섬유 통신선의 광자 컴퍼넌트로서 명백한 관심을 불러일으키고 있다.양자점 InGaAs 기반 초소형 방출기 구조를 개발했다. 외부적인 소오스로 양자점을 광학적으로 여기시키는 것을 사용하는 대부분의 단일광자 방출기의 방식과는 달리, 동 구조는 완전히 반도체적이며, 그 안에서 서브마이크론 크기의 산화 구경을 통해 양자점의 여기가 이루어지는 pin-다이오드이다.~108 см-2의 양자점 집중 시에, 방출기의 구조는 소수의, 특히, 단일광자점의 여기를 실행할 수 있게 해 준다. 단일 광자점 여기는 단일광자 방출기 제작의 필수 조건이다. 성장-이후 기술의 구조 에피탁시 디자인 및 방식을 개발했으며, pin-다이오드의 최초 견본을 제작했다.
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- 한국기술벤처재단
- 등록일
- 2009-03-27
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일반기술
물리학 > 기타 물리학
□ 기술개요□ 목적 원료야적 파일로부터 원료를 불출하는 장치인 원료 불출기의 조업시에, 불출되는 원료의 불출량을 정확하게 구할 수 있도록 하는 원료 불출기의 불출량 측정방법을 제공함을 그 목적으로 한다. □ 구성 원료 불출시 원료 불출량을 측정하는 방법에 있어서, 부앙부 하단 좌우측에 설치되어 불출부 좌측과 우측에서의 원료파일까지의 거리(dlx)(drx)를 각각 측정하는 왼쪽 및 오른쪽 거리 측정센서와, 불출부 상단 좌우측에 설치되어 원료파일(30)의 불출 전후 높이를 각각 측정하는 왼쪽 및 오른쪽 높이 측정센서와, 각 측정센서의 측정값을 전송받아 연산하는 제어부로 구성된 제어시스템을 이용하되, 왼쪽 및 오른쪽 거리 측정센서의 측정값(dlx)(drx)의 차이로써 원료파일의 불출 깊이(d)를 구하는 단계; 왼쪽 및 오른쪽 높이 측정센서의 측정값의 차이로써 원료파일의 불출 높이(h)를 구하는 단계; 왼쪽 및 오른쪽 거리 측정센서의 측정값(dlx)(drx)을 이용하여 상기 선회부의 불출 시작각과 끝각을 인지하고, 그 차이값의 절대값인 선회각(θ)을 구하는 단계; 원료파일의 불출 깊이(d)와 불출 높이(h), 상기 선회각(θ)을 이용하여 한번 선회시 불출되는 원료의 체적(V)을 구하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 또한 해당 기술은, 상기와 같이 구해진 불출 원료의 체적(V)에 기 측정된 원료의 밀도(D)를 곱하여, 불출된 원료의 무게(M)를 계산하는 단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. □ 종래기술 해당 기술은 원료 불출기의 불출량 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철광석, 소결광, 석회석 등의 원료야적 파일(pile)로부터 원료를 불출하는 장치인 원료 불출기의 조업시에, 불출되는 원료의 불출량을 정확하게 구할 수 있도록 하는 불출량 측정방법에 관한 것이다. 철광석, 소결광, 석회석 등의 원료를 다량으로 사용하는 제철소와 같은 조업 현장에서는, 원료 야적 파일에서 원하는 조업장으로 야적된 원료를 이송시키기 위하여 원료 불출기(Reclaimer/Stacker)가 사용되고 있다. 원료 불출기에서 행해지는 각종 제어는 X축 방향의 주행거리 제어, Z축 방향의 선회 제어, 유압 실린더(17)에 의한 부앙각도 조절 제어, 원료를 적치 혹은 불출할 때의 이송을 위한 컨베이어 벨트 제어 버킷의 회전 제어 등으로 나뉘는데, 이러한 제어를 위한 제어 신호는 원료 불출기측 제어용 PLC(도면 미도시)와 연결된 중앙운전실측 제어용 PLC(도면 미도시)에서 종합적으로 처리된다. 원료 불출시 운전자는 먼저 원료 불출기를 원료파일이 위치한 곳으로 주행을 해서 이동을 한 뒤, 선회 조작을 하여 불출부를 원료파일이 위치한 방향으로 위치시킨 다음, 불출부가 원료파일에 닿도록 불출단의 높이를 미세 조정하여 불출점에 착지시킨다. 그 다음 불출부의 버킷을 회전시키고 선회 회전축(Z)을 중심으로 좌 혹은 우로 선회한 후 약간의 주행을 하면서 원료를 불출하게 된다. 종래에는 원료 불출기가 불출하는 원료의 양을 측정하기 위해서 부앙부 하단에 무게 측정용 로드 셀을 설치하고, 컨베이어 벨트에 의해 이송되는 원료의 무게를 적분함으로써 불출량을 계산하였다. 그런데, 이러한 방식은 컨베이어 벨트가 공 벨트일 때 로드 셀의 영점을 맞추어야 하는 번거로움도 있고, 로드 셀에서 측정되는 아날로그 값이 정밀하지 않으며, 적분값도 상당한 오차를 가지고 있어 신뢰할 만한 불출량값을 얻을 수 없다는 문제점이 있었다. 또한 원료별 수분 함량이 많은 편차를 보이기 때문에 불출된 부피(체적)를 정확하게 계산할 수 없다는 문제점이 있었다. □ 효과 원료야적 파일로부터 원료를 불출하는 장치인 원료 불출기의 조업시에, 불출되는 원료의 불출량 및 체적을 정확하게 계산하여 적정량의 불출이 이뤄지도록 함으로써, 불출량의 과다 또는 과소에 의해 발생하는 각종 기구적 결함의 발생 또는 조업의 비효율성을 방지하는 효과를 제공한다. □ 기술의 특징해당 기술은 불출되는 원료의 불출량을 정확하게 계산하여 적정량의 불출이 이뤄지도록 함으로써, 불출량의 과다 또는 과소에 의해 발생하는 각종 기구적 결함의 발생 또는 조업의 비효율성을 방지하는 효과를 제공한다. *** 대표도면 및 도면의 설명/ 기술의 상세한 내용은 하단의 <기술관련자료> 참조
- 보유기관
- 포항산업과학연구원
- 등록일
- 2009-04-28
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일반기술
물리학 > 기타 물리학
□ 기술개요□ 목적 1) 용존산소량 센서부를 일체로 구비하여 수소이온농도와 용존산소량을 동시적으로 검출할 수 있는 측정센서 및 그 측정센서를 포함하는 측정장치를 제공하는데 있다. 2) 마이크로 수소이온농도 측정센서의 제작공정 중에 실리콘웨이퍼 베이스에 용존산소량을 검출할 수 있는 센서부를 일체로 구성하여 수소이온농도와 용존산소량을 동시에 측정할 수 있는 측정센서 및 그 측정센서를 이용하는 측정장치를 제공하는데 있다. 3) 휴대 및 보관이 용이하고 적용성이 다양한 수소이온농도 및 용존산소량 측정장치를 제공하는데 있다. □ 구성 용액의 수소이온농도 및 용존산소량을 검출하기 위한 측정센서에 있어서, 실리콘웨이퍼로 형성되고, 각각 하부가 개방된 수소이온농도 측정용 홈, 기준용 홈 및 용존산소량 센서부가 형성되는 베이스; 상기 베이스에 형성된 측정용 홈의 표면에 측정될 용액의 여기전압을 측정하기 위한 측정용 전극; 상기 베이스의 기준용 홈의 표면에 부착되는 기준전극; 상기 센서부에 부착되는 검출전극; 상기 측정용 홈의 하부구멍에 수소이온농도를 측정할 대상 수용액과 접촉하기 위해 구비되는 감응막; 상기 기준용 홈의 하부구멍에 측정대상 용액과 접촉하는 투과성 막; 상기 센서부의 하부 구멍을 폐쇄하기 위한 투과성 막; 상기 측정용 홈, 기준용 홈 및 센서부에 용액을 충전시키기 위한 공간을 확보하기 위해 각각의 홈 및 센서부의 상부주변에 부착되는 벽부재; 상기 각각의 홈 및 센서부에 충전된 용액이 누출되거나 증발되는 것을 방지하기 위한 밀봉부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소이온농도 및 용존 산소량 측정센서에 의해 달성될 수 있다. 또한, 상술된 목적들은 수소이온농도 및 용존산소량 측정센서; 상기 측정센서의 기준전극 및 수소이온농도 측정용 전극에 의해 측정된 수소이온농도를 증폭시키기 위한 증폭기; 상기 증폭기에서 증폭된 수소이온농도 값을 수집하여 증폭시키기 위한 수집증폭기; 상기 측정센서의 기준전극 과 센서부의 검출전극에 연결되어 그로부터 수신되는 출력 값들간의 변화량을 검출하기 위한 I/V변환기; 상기 I/V변환기에 연결되며 그로부터 변환되어 출력되는 전류 값을 수집하여 증폭시키기 위한 수집 증폭기; 상기 수소이온농도 측정에 연관된 증폭기와 용존산소량의 검출에 연관된 각각의 수집증폭기에 연결되어 이를 수신하기 위한 MUX(멀티플렉스: multiplex); 상기 MUX로부터 출력되는 출력 아날로그 신호 값을 디지털 출력 신호 값으로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기(A/D converter); 아날로그/디지털 변환기로부터 변환되어 출력되는 출력 신호를 연산처리하기 위한 중앙처리장치; 및 상기 중앙처리장치로부터 처리되어 출력되는 출력 값을 가시적으로 제공하기 위한 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소이온농도 및 용존산소량 측정장치에 의해 달성된다. □ 종래기술 일반적으로, 다양한 용액의 상태를 측정하기 위해서는 용액에 포함된 수소 이온 농도를 검출하는 방식이 주로 사용되고 있으며 수질의 환경을 측정하기 위해서는 주로 용존산소량을 검출하는 방식을 취하고 있다. 이와 같은 방식으로 측정되는 값들은 용액의 특성 이외에도 수질환경의 양대 지표로 사용되고 있어, 측정의 빈도수가 많고 이와 관련된 장치의 활용도가 높다. 한편, 수소이온농도와 용존산소량을 측정하기 위한 기술의 방법에는 유리전극을 이용하여 용액중의 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정장치와 백금(Pt)전극을 이용하여 용존산소량을 용존산소량 측정장치를 사용하고 있다. 즉, 수소이온농도를 측정하는 경우, 용액이 충전되는 2개의 장치는 기본적으로 수소이온농도를 측정하고자 하는 대상용액을 담기 위한 2개의 용기와, 각각의 용기에 배치되는 전극과, 각각의 용기의 용액을 연결하기 위한 염다리와, 각각의 전극을 연결하여 여기되는 전압차를 나타내기 위한 전압계로 구성되는 수소이온농도 측정장치를 이용하고 있다. 용존산소량을 측정하는 경우에는 대부분의 부품이 유사하고 단지 측정전극을 백금으로 대체하고 전류계를 사용하는 용존산소량 측정장치를 이용하고 있다. 그러나, 기술의 이 같은 수소이온농도 측정장치 및 용존산소량 측정장치는 여러 가지 문제점이 있는 것으로 나타났다. 1) 각각의 장치의 사이즈가 크므로 각각 휴대 및 보관이 용이하지 않은 문제점이 있다. 2) 하나의 대상용액에 대해 수소이온농도와 용존산소량을 측정하는 경우에도 각각의 장치를 별도로 사용해야 함은 물론 각각의 측정장치의 보정을 각각 실시하여야 하는 사용이 복잡하고 번거로운 문제점이 있다. 3) 해당 용액의 수소이온농도와 용존산소량을 동시에 측정할 수 없으므로 측정시간이 과도하게 소모하여 그 효율성이 저하되며, 4)특히 주로 외부에서 이동하면서 다양하게 측정을 실행하는 수질환경분야의 대한 적용성을 저하시키는 문제점이 있다. □ 효과 본 측정장치에 의하면, 이를 구성하는 초소형의 측정센서가 웨이퍼형 베이스에 수소이온농도 및 용존산소량을 동시에 측정할 수 있도록 구성됨으로써, 취급 및 사용이 간편하고 소형화 할 수 있어 제품성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 마이크로 수소이온농도 측정센서를 제조하기 위한 반도체 제조공정 중 용존산소량을 측정하기 위한 센서부를 동시에 형성할 수 있으므로 제조가 간단하고 용이하며, 추가적인 제작설비 및 공정이 필요 없이 온도센서를 동시에 제작 할 수 있어 경제성 및 작업성이 향상되는 장점이 있다. 더욱이, 수소이온농도의 측정뿐 아니라 용존산소량을 동시에 측정할 수 있어 적용성 및 정확성이 향상되는 이점이 있다. 이상에서 해당 기술에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다. □ 기술의 특징해당 기술은 수소이온농도 및 용존산소량을 동시에 측정할 수 있도록 구성된 측정센서와 그 센서를 포함하는 측정장치를 제공한다. 그 측정센서는 실리콘웨이퍼로 형성되고, 각각 하부가 개방된 수소이온농도 측정용 홈, 기준용 홈 및 용존산소량 센서부가 형성되는 베이스; 베이스에 형성된 측정용 홈의 표면에 측정될 용액의 여기전압을 측정하기 위한 측정용 전극; 베이스의 기준용 홈의 표면에 부착되는 기준전극; 센서부에 부착되는 검출전극; 측정용 홈의 하부구멍에 수소이온농도를 측정할 대상 수용액과 접촉하기 위해 구비되는 감응막; 기준용 홈의 하부구멍에 측정대상 용액과 접촉하는 투과성 막; 센서부의 하부 구멍을 폐쇄하기 위한 투과성 막; 측정용 홈, 기준용 홈 및 센서부에 용액을 충전시키기 위한 공간을 확보하기 위해 각각의 홈 및 센서부의 상부주변에 부착되는 벽부재; 각각의 홈 및 센서부에 충전된 용액이 누출되거나 증발되는 것을 방지하기 위한 밀봉부재 로 구성된다. 해당 기술은 또한 그 같은 측정센서를 포함하여 수소이온농도와 용존산소량을 동시에 측정할 수 있는 측정장치를 제공한다. *** 대표도면 및 도면의 설명/ 기술의 상세한 내용은 하단의 <기술관련자료> 참조
- 보유기관
- 포항산업과학연구원
- 등록일
- 2009-04-28
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□ 기술개요□ 목적 해당 기술은 유리전극의 표면을 실리콘질화물로 감싸줌으로써 시험용액의 OH 기에 의한 수화반응과 유리전극의 Na+ 이온의 소모를 최대한 억제하여 센서의 수명을 크게 연장시킬 수 있으면서 안정적인 동작을 구현할 수 있는 실리콘질화물/글래스 적층구조의 수소이온 감지막을 갖는 마이크로 pH 센서를 제공함에 그 목적이 있다. □ 구성 실리콘질화물/글래스 적층구조의 수소이온 감지막을 갖는 마이크로 pH 센서는, 실리콘기판, 실리콘기판의 상면에 형성되는 기준전극, 실리콘기판의 에칭부에 충진되는 완충용액 및 실리콘기판의 배면에 그 에칭부를 폐쇄하도록 부착되어 시험용액에 침지되는 유리전극을 구비하는 마이크로 pH 센서에 있어서, 수소이온 감지막인 유리전극의 표면을 덮도록 미세 두께의 실리콘질화물 박막층이 형성된 것을 특징으로 한다. 이에 따라 해당 기술은, 실리콘질화물에 의해 시험용액의 OH 기에 의한 수화반응과 유리전극의 Na+ 이온의 소모가 최소화되어 센서의 수명을 크게 연장시킬 수 있음은 물론 안정적인 동작을 구현할 수 있게 되므로 마이크로 pH 센서의 신뢰성 향상과 유지보수비용 절감 등에 큰 효과를 발휘하게 된다. 이러한 실리콘질화물은 시험대상 용액의 내부에서 이온의 흐름을 상당부분 억제하면서도 수소이온의 교환에는 지장을 주지 않는 특성을 지닌다. 따라서, 유리전극(14)의 표면을 감싸도록 실리콘질화물 박막층(18)이 형성된 해당 기술의 마이크로 pH 센서는 시험용액 중의 OH 기가 유리전극(14)으로 이동되는 현상이 효과적으로 차단되어 종래와 같은 OH 기에 의한 수화반응이 최소화됨은 물론, 유리전극(14)의 Na+ 이온이 시험용액으로 빠져나가는 현상도 최대한 억제되게 된다. 그러므로 해당 기술의 마이크로 pH 센서는 유리전극(14)을 포함한 센서의 소형화를 보장하면서 종래에 비해 수명이 크게 향상되고, 검출하고자 하는 수소이온의 교환은 지속적으로 발생하여 동작의 안정성을 얻을 수 있게 된다. □ 종래기술 해당 기술은 미세 전자 기계 구조(micro electro mechanical system:MEMS) 공정을 이용하여 제작되는 마이크로 pH 센서(micro pH sensor)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소이온 감응막으로 사용되는 소다-라임 글래스(soda-lime glass)의 수화반응 억제 및 Na+ 이온의 감소로 인한 감도저하가 방지되도록 소다-라임 글래스 위에 실리콘 질화물(Si₃N₄)의 박막을 화학기상증착(chemical vapor deposition:CVD)장치로 형성한 실리콘질화물/글래스 적층구조의 수소이온 감지막을 갖는 마이크로 pH 센서에 관한 것이다. 일반적으로 산성도 및 염기성의 정도를 측정하기 위한 pH 검출장치는 유리전극을 통하여 얻어지는 수소이온의 농도를 측정하여 결과를 얻는 방법을 사용하고 있다. 즉, 유리전극은 가장 일반적으로 사용되는 소다-라임 글래스를 사용하는데, 이 때 사용되는 글래스중의 Na+ 이온과 수소이온의 상호작용에 의하여 얇은 유리전극을 통해 수소이온에 의한 전위차가 형성되도록 함으로써 시험용액의 pH를 측정하는 것이다. 그런데, 이 과정에서 유리전극 내부에 존재하는 Na+ 이온은 점차 측정대상이 되는 시험용액으로 빠져나가게 되어 유리전극의 Na+ 이온의 농도가 감소하게 된다. 이 같은 Na+ 이온의 감소현상은 유리전극의 면적과 두께에 직접적인 영향을 받으며, 유리전극의 면적이 넓을수록 또한 두께가 두꺼울수록 이온의 감소가 느린 양상을 보이게 된다. 따라서, 안정적인 pH 센서의 수소이온 감지막으로 사용되기 위한 유리전극은 크기가 크고 두께가 두꺼워야 하나, 이 경우 유리전극의 소형화와 감도 확보에 역행하게 되므로 바람직한 해결책이 될 수 없으며 pH 센서의 안정화에 한계가 존재할 수밖에 없다. 예컨대, 일반적인 구조를 갖는 pH 센서에서의 유리전극은 0.5㎜ 미만의 매우 얇은 두께로 제작되어야 올바른 수소이온의 검출결과를 얻을 수 있는 바, 수화반응과 Na+ 이온의 감소로 인한 센서의 사용수명은 제한적일 수밖에 없어 주기적인 교환이 필요하게 된다. 한편, 근래들어 MEMS 공정의 발달에 기인하여 대부분의 pH 센서가 MEMS 공정에 의해 극소형으로 제작되고 있으며, 도 1에 MEMS 공정으로 제작된 종래 마이크로 pH 센서의 구성을 개략적으로 도시하였다. 이것은 실리콘 기판(1)상에 Ag/AgCl의 기준전극(3)이 에칭부(2)에 침입하도록 형성되어 있고, 에칭부(2)의 주위에는 아크릴(5)이 적층되어 있다. 실리콘 기판(1)의 배면에는 에칭부(2)를 폐쇄하도록 유리전극(4)이 부착되고, 에칭부(2)에는 KCl의 완충용액(6)이 충진되어 에폭시(7)로 밀폐되어 있다. 그런데, 이러한 마이크로 pH 센서의 경우, 유리전극(4)이 3㎜ ×3㎜의 면적에 두께가 0.1㎜ 미만으로 제작되어 일반적인 유리전극에 비해 크기가 작고 매우 얇기 때문에, 전술한 수화반응 및 Na+ 이온의 감소현상이 더욱 빠르고 심하게 일어난다. 통상, 수소이온 감지막용 소다-라임 글래스의 경우 SiO₂가 75％, Na₂O 성분이 21％, CaO 성분이 4％ 정도로 제작되며, 다른 유리들에 비하여 Na₂O 성분이 매우 많이 포함되는 것을 알 수 있는데, 이는 수소이온 검출을 원활하게 하기 위한 조성으로 이런 조성의 유리는 수화가 빠르고 Na+ 이온의 방출이 심한 단점을 지닌다. 그러므로 종래 마이크로 pH 센서는 도 2에 나타낸 바와 같이, 시험용액중의 OH 기에 의한 수화가 매우 빠르게 일어나며, Na+ 이온의 소모도 빠르게 진행되어 센서의 수명이 상당히 짧은 문제점을 안고 있다. □ 효과 수소이온 감지막이 Si₃N₄/글래스의 적층구조로 구성되어 수화반응과 Na+ 이온의 감소 현상이 최소화되므로 마이크로 pH 센서의 동작 안정성을 구현하고, 수명향상을 도모할 수 있게 된다. 이에 따라 마이크로 pH 센서의 제작공정 및 사용분야에서 보다 안정적인 사용이 가능하며, 표준적인 CVD 공정을 이용하여 제작되므로 낮은 단가로 손쉽게 제작할 수 있어 공정의 효과 역시 클 것으로 판단된다. □ 기술의 특징 해당 기술은 실리콘질화물/글래스 적층구조의 수소이온 감지막을 갖는 마이크로 pH센서를 개시한다. 해당 기술은 실리콘기판, 실리콘기판의 상면에 형성되는 기준전극, 실리콘기판의 에칭부에 충진되는 완충용액 및 실리콘기판의 배면에 그 에칭부를 폐쇄하도록 부착되어 시험용액에 침지되는 유리전극을 구비하는 마이크로 pH 센서에 있어서, 수소이온 감지막인 유리전극의 표면을 덮도록 미세 두께의 실리콘질화물 박막층이 형성되어 구성된다. 실리콘질화물 박막층은 유리전극 위에 CVD장치에 의해 1㎛ 두께로 증착된다. 해당 기술은 실리콘질화물에 의해 시험용액의 OH 기에 의한 수화반응과 유리전극의 Na+ 이온의 소모가 최소화되어 센서의 수명을 크게 연장시킬 수 있음은 물론 안정적인 동작을 구현할 수 있게 되고, 이에 따라 센서의 제작공정 및 사용분야에서 보다 안정적인 사용이 가능하며 표준적인 CVD 공정을 이용하여 제작되므로 낮은 단가로 손쉽게 제작할 수 있어 공정의 효과도 기대할 수 있다. *** 대표도면 및 도면의 설명/ 기술의 상세한 내용은 하단의 <기술관련자료> 참조
- 보유기관
- 포항산업과학연구원
- 등록일
- 2009-04-28
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