일반기술

수소이온농도 및 용존산소량 측정센서 및 그 측정센서를 이용한 측정 장치

□ 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