일반기술

고온 결정 미세 저울(High-temperature crystal microbalance)

결정 미세 저울은 PVD/CVD 프로세스의 프로세스 제어와 화학 센서를 위해 얇은 표면 층을 측정해주는, 감도가 매우 뛰어난 장치로, 새로운 압전 결정 물질인 GaPO4가 이 널리 알려진 기술을 석영(QCM)과 비교하여 훨씬 더 고온의 환경으로 확장할 수 있게 해준다. GaPO4는 또한 화학적 프로세스 제어 (촉매)와 환경 보호의 용도로도 이용될 수 있다.미세 저울은 공진 주파수에서 작동하는 압전 공진기(piezoelectric resonator)로, 공진기의 진동 표면과의 모든 물리적, 화학적, 또는 생물학적 상호작용이 공진 행동(behaviour), 특히 공진 주파수의 변화를 가져온다. 높은 수준의 공진 주파수 (일반적으로 3 MHz에서 10 MHz) 때문에, 이들 장치는 pg/cm2의 범위 내에 머무른다. 최초의 미세 저울은 PVD/CVD 프로세스에서 얇은 층의 두께 측정을 위해 사용되었다. 미세 저울에 사용되는 가장 일반적인 장치들은 석영 AT-cut 공진기를 바탕으로 한다. 이들 공진기는 실온의 공진 주파수에서 뛰어난 온도 보상 행동을 보이지만, 상 전이(phase transition)로 인해 최고 작동 온도가 570 °C 정도로 제한된다. 이러한 이유로 인해, 대부분의 애플리케이션에서 석영을 기반으로 한 미세 저울은 냉각되어야만 한다. 새로운 압전 물질인 GaPO4(gallium (ortho-) phosphate)는 석영을 기반으로 한 모든 압전 측정 기술, 특히 미세 저울 기술들을 900 °C를 초과하는 온도에서도 적용될 수 있도록 확장한다. 이러한 이유로, 뛰어난 감도를 지닌 미세 저울 기술을 열비중계(thermogravimetry)와 결합하여 폭 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있게 된다. 또한, 센서 요소는 상당한 고온에서의 가열을 통해서만 클리닝 되는데, 이는 자동 측정 시스템에서는 큰 이점이 된다. 온도 변화에 따른 공진 주파수의 행동은, 온도 보상에 의한 cut을 통해, 전체 온도 범위 내에서 최소화될 수 있다. 확장된 온도 범위는 새로운 개념의 공진기 실장(mounting) 방식을 요구하는데, 이러한 이유로 고온의 애플리케이션들을 위한 미세 저울 홀더가 개발되어, 최대 750 °C의 애플리케이션 온도에 대해 테스트를 거쳤다. 이 신기술은 산업 분야 및 대학에 폭 넓은 범위의 미세 저울 애플리케이션을 제공하는데, 예를 들면, 고온 환경에서의 다양한 금속의 부식과 같은 표면 현상 연구, 다양한 물질들의 활성 에너지 측정, 대기 혹은 방출원(emission source)의 입자 농도 측정, 유기 물질의 화학적 성분 측정을 위한, 재 증발율(re-evaporation rates) 측정, 그리고 흡수 및 탈착(desorption)을 통한 용액 내의 유생분자(biomolecule) 검출, 점성 유체(viscous liquid)의 점도, 밀도 및 전도성 측정 등과 같은 애플리케이션이 가능하다. 혁신적인 사항:결정 미세 저울을 기반으로 한 친화성 센서는 매우 뛰어난 감도를 지니며, 생물학적 프로세스나 제약 프로세스, 그리고 임상 진단 분야의 온라인 도구로 이용될 수 있다. - 900 °C 이상의 작동 온도에서 작동 가능한 GaPO4 미세 저울 - 전체 온도 범위에서 온도 보상 가능 - 350 °C에서 650 °C 사이의 뛰어난 온도 보상주요 장점:- 석영 미세 저울보다 더 폭 넓은 측정 범위 - 가열에 의한 센서 클리닝- 최대 750 °C의 온도에서 테스트를 거친 새로운 미세 저울 홀더