일반기술

은 / 염화은 전극구조를 갖는 MEMS Ph 센서 및 그 센서의 형성방법

□ 기술개요□ 목적 및 개요 해당 기술은 Ag/AgCl 전극구조를 갖는 MEMS pH센서 및 그 전극구조를 갖는 MEMS pH센서의 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부 Si/SiO2층에 기준 전극과 검출 전극이 형성된 MEMS pH센서에 대하여, 상부 Si/SiO2층 하면에 실크프린팅을 이용하여 Ag/AgCl 전극을 형성하고 이들을 양극산화공정에 의해 접합함으로써, 기존의 박막전극 두께의 10∼20배의 두께를 지니므로 KCl 용액중의 Ag가 용출되는 것에 대한 저항시간이 길어져 염화칼륨(KCl)과의 반응에 의한 Ag의 용출을 최소한으로 억제할 수 있게 되어, 결국 pH센서의 수명을 연장시키고 측정의 안정도를 높일 수 있는 Ag/AgCl 전극구조를 갖는 MEMS pH센서 및 그 전극구조를 갖는 MEMS pH센서의 형성방법에 관한 것이다. □ 구조 Ag/AgCl 전극구조를 갖는 MEMS pH센서는 하부 Si/SiO2층에 기준 전극과 검출 전극이 형성된 MEMS pH센서에 있어서, 상부 Si/SiO2층 하면에 실크프린팅으로 형성된 Ag 후막층과, 상기 Ag 후막층을 덮는 AgCl층으로 이루어진 한 쌍의 Ag/AgCl 전극을 포함하고, 양극산화공정에 의해 상기 상·하부 Si/SiO2층을 접합함으로써 구성되며, 실리콘웨이퍼 상에서 실크프린팅하여 한 쌍의 Ag 후막을 얻는 단계; 상기 한 쌍의 Ag 후막의 용제를 휘발시킨 후 열처리하여 경화된 한 쌍의 Ag 후막층을 얻는 단계; 상기 경화된 한 쌍의 Ag 후막층을 전기분해하여 한 쌍의 Ag/AgCl 전극을 형성하는 단계; 및 MEMS pH센서의 기준 전극과 검출 전극 상면에 상기 Ag/AgCl 전극 각각을 정렬하여 피복한 후, 양극산화공정을 통하여 상하 실리콘웨이퍼를 부착하는 단계에 의해 제조된다. □ 종래 기술의 문제점 일반적으로 용액의 산성·염기성 여부는 용액중의 수소이온농도를 측정함으로써 평가하게 되는데, 이를 위하여 일반적으로 유리전극을 이용한 pH센서를 용액 중에 담궈 얻어지는 전위차를 이용하여 측정하는 방법이 이용되어 왔다. 그러나, 이때 사용되는 유리전극은 크기가 크며 깨지기 쉽고 특히 장시간 사용하는 경우 용액과 전극의 소모로 인하여 검출특성이 변화하는 문제점을 지니고 있다. 이러한 기존의 유리전극을 대체하기 위하여 기존의 유리전극의 특성을 동일하게 구현하고 초소형 구조가 가능한 MEMS 공정을 이용한 pH센서가 개발되어 왔으며, Ag/AgCl 전극구조를 갖는 MEMS pH센서가 이용되어 왔다. 이러한 초소형 MEMS pH센서는 그 크기가 수십 ㎛ 정도이므로, pH 검출을 위하여 사용되는 전극의 구조가 박막의 형태를 지닌다. 그러나 최대 박막두께는 대체적으로 수 ㎛ 정도로 제한되는데, 이를 초과하는 박막의 경우 균일도 및 막의 치밀도가 떨어지므로 요구되는 박막의 성질을 지니기 어렵게 되는 문제점이 야기되기 때문이다. 이렇게 얻어진 박막전극은 측정을 위하여 KCl용액과 접촉하게 되는데 이 과정에서 KCl용액과 Ag전극과의 상호작용으로 Ag성분이 KCl로 용해되는 현상이 발생하게 된다. 이러한 반응은 결과적으로 전극의 소모 및 액간 접촉전위를 이루고 있는 KCl의 농도 변화를 일으키므로, 측정 안정도를 떨어뜨리고 수명을 단축시키는 문제점을 갖는다. □ 효과 본 기술은 Ag/AgCl 전극구조를 갖는 MEMS pH센서 및 그 전극구조를 갖는 MEMS pH센서의 형성방법은, 기준전극과 검출전극이 형성된 하부 Si/SiO2층에, 하면에 실크프린팅으로 형성된 Ag 후막층과, 상기 Ag 후막층을 덮는 AgCl층으로 이루어진 한 쌍의 Ag/AgCl 전극을 포함하는 상부 Si/SiO2층을 접합하여 사용함으로써, 초소형 MEMS pH센서의 전극부의 Ag가 KCl 용액 중에 용출되는 문제점을 해결함에 따라 그 센서의 사용수명을 연장시키고 측정의 안정도를 향상시킬 수 있게 된다.