자동 교체가 가능한 초소형 용존 산소 센서 어레이의 제작 :Fabrication of micro dissolved oxygen sensor array with auto-replaceable membrane

이현진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이현진 (단국대학교, 단국대학교 대학원)

지도교수: 이승기

발행연도: 2016

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

자동 교체가 가능한 초소형 용존 산소 센서 어레이의 제작

이현진 전자전기공학과 2016.01 학위논문

2015

자동 교체형 초소형 용존 산소량 측정 센서 어레이의 제작

이현진 , 박재형 , 이승기 대한전기학회 학술대회 논문집 2015.07 학술대회자료

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반도체 공정으로 만들어진 용존 산소 센서는 초소형이면서 빠른 속도의 측정이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 이전의 용존 산소 센서들은 전극 및 전해질과 같은 재료의 개발로 용존 산소 센서의 수명을 연장하였으나 멤브레인의 지속적인 교체로 인하여 센서 수명의 근복적인 문제를 해결하지 못하였다. 또한, 멤브레인의 교체로 인하여 전해질도 교체해야 되기 때문에 재료의 소비가 크다.
본 연구에서는 센서 캡이 순차적으로 터짐으로써 실시간 연속 측정이 가능한 초소형 용존 산소 센서의 어레이를 제안하고자 한다. 기존의 액체 전해질과는 달리 반응성이 뛰어난 고체 전해질을 사용하였다. 글래스 웨이퍼 표면에 패터닝 과정을 통해 용존 산소를 측정할 수 있는 전극들을 제작하였고 실리콘 웨이퍼에 산화막을 증착한 뒤 산화막 표면에 전기 분해 반응이 일어나는 전극을 패터닝 후 DRIE 공정을 통해 외부에서 들어오는 신호로 활성화되는 센서 캡을 제작하였다. 제작된 용존 산소 센서의 3개의 전극들 중 작업전극 및 상대전극은 Cr/Au을 사용하었고 기준전극은 Ti/Ag를 사용하였다. 센서 캡의 에노드 및 캐소드 전극들은 Cr/Au를 사용하였다. 외부에서 물이 용존 산소 센서 내부로 들어가지 못하는 용도로 산화막을 사용하였다.
제작된 용존 산소 센서는 Potentiostat 장비에서의 전기화학 측정법을 이용하여 전극의 성능을 확인하였다. 그리고 산소 농도 변화에 따라서 제작된 용존 산소 센서의 전류값을 확인하였으며 센서 캡이 터지기 전과 후의 전류값도 비교하였다.

Ⅰ. 서론 1
1. 연구의 배경 1
2. 용존 산소 센서의 구조 및 동작 원리 3
3. 연구의 목적 5
Ⅱ. 용존 산소 센서 주요 소재 개발 7
1. 전극 및 전해질 특성 확인 7
2. 초소형 용존 산소 센서의 설계 및 공정 개발 11
3. 초소형 용존 산소 센서 성능 측정 장치 설계 13
4. 전기 화학 측정법 14
4.1 측정 원리 14
4.2 측정 결과 18
5. 초소형 용존 산소 센서 제작 실현 19
5.1 3전극 제작 19
5.2 3전극 특성 확인 21
5.3 내피온 캐스팅 24
5.4 고체 전해질을 이용한 3전극 측정 27
5.5 상용화 용존 산소 센서와의 경향성 비교 및 분석 32
Ⅲ. 초소형 용존 산소 센서를 신호를 통해 활성화 시킬 수 있는
구조 설계 33
1. 센서 캡 공정 33
2. 센서 캡 제작 결과 38
Ⅳ. 활성화 가능한 초소형 용존 산소 센서 구조 및 특성 확인 40
1. 활성화 가능한 초소형 용존 산소 센서 구조 40
2. 측정 방법 47
3. 측정 결과 48
Ⅴ. 결론 51
참고문헌 52
영문요약 54

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