KR100620255B1 - 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 및 그 제작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 멤스 공정 기술을 이용한 초소형 화학 센서 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 제조 방법은 실리콘 기판 상부에 형성된 실리콘 질화막 칸티레버; 상기 실리콘 질화막 칸티레버 상부에 형성된 실리콘 산화막; 상기 실리콘 산화막 상부에 소정의 크기로 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극 상부에 압전 구동을 위해 형성된 압전 구동층; 상기 하부 전극 상부 및 상기 압전 구동층 일부 영역 상부에 상하부 전극간 절연을 위해 형성된 절연층; 상기 절연층의 상부 및 상기 압전 구동층의 상부에 형성된 상부 전극 및 상기 상부 전극과 하부 전극에 소자의 구동을 위해 전계를 인가하기 위해 형성된 전극 라인으로 구성됨에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 및 그 제작 방법은 외부로부터 극소량의 ppb 또는 ppt 수준의 산업 환경유해 물질의 농도에 신속하게 반응하여 공진주파수의 변화를 통해 즉시 감지가 가능하여 빠른 응답 속도와 높은 감도 낮은 전력 손실이 가능한 장점이 있고, 시스템의 소형화로 인한 휴대형화, 실리콘 반도체 가공기술로 대량생산에 따른 제조원가 절감 및 집적의 용이함, 다양한 감지 대상 물질을 감지할 수 있도록 어레이 형태로 제작이 가능하며, 생명공학, 의학 및 환경관련 분야에 활용이 가능한 효과가 있다.
멤스, 마이크로 칸티레버
Description
도 1은 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 미세 화학 센서의 감지부를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 미세 화학 센서의 감지부를 어레이 형태로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버 어레이를 이용한 미세 화학 센서 시스템 모듈의 동작에 대한 블록 다이어그램이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버의 제작 방법을 나타내는 공정도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버 및 PDMS 감지층 재료를 이용해 톨루엔 증착을 감지한 실시예이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버 및 PMMA 감지층 재료를 이용해 메탄올 증착을 감지한 실시예이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100. 감지층 110. 압전 구동층
120. 실리콘 질화막 130. 상부 전극
140. 하부 전극 150. 절연층
160. 전극 라인 170. 실리콘 기판
본 발명은 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 멤스 공정 기술을 이용한 초소형 화학 센서 시스템에 관한 것이다.
최근 산업화에 따라 환경에 여러 가지 형태로 극소량 존재하는 유해 공해물질의 검출은 인간 환경 개선을 위한 중요한 분야가 되고 있다. 상기 유해 공해물질은 대기에서 가스형태로 혼합되어 있거나, 수질속에 불순물로 존재하기 때문에 이를 종래의 분석법으로 분석하기 위해서는 고비용, 대규모 분석 장치 및 샘플 전처리에 많은 시간이 소요되는 등의 많은 단점을 극복해야만 한다.
종래의 중력 화학 센서는 압전 재료인 수정(Quartz Crystal)을 주된 재료로 사용하며 상기 수정 또는 기타 압전 재료 위에 다양한 형태의 전극을 형성함에 따라 Quartz Crystal Microbalance(QCM), Surface Acoustic Wave(SAW), Acoustic Plate Mode(APM), Flexural Plate Mode(FPW) 및 Thickness-Shear Mode(TSM) 등으로 분류되고 있다. 이러한 수정을 이용한 중력 화학 센서는 전극 및 감지층 물질이 형성된 수정, 공진주파수 대역의 구동을 위한 오실레이터(Oscillator) 및 감지 신호로 주로 사용되는 소자의 공진주파수의 변화를 측정하기 위한 계측 장비로 구성된다.
금속 산화물 반도체 재료를 이용한 반도체 센서나 전도성 고분자를 이용한 센서는 두 전극 사이에 감지 대상 물질을 흡착할 수 있는 금속 산화물 반도체 또는 전도성 고분자 재료 부분이 형성되어 있는 구조를 지니고 있으며, 금속 산화물 반도체 재료 또는 전도성 고분자 재료 자체가 감지 물질로 사용된다. 즉 감지 대상 물질이 흡착될 경우 금속 산화물 반도체 재료 및 전도성 고분자 재료와 흡착된 물질과의 상호 작용에 의해 두 전극 사이의 저항 또는 전도도의 변화가 일어나며, 이러한 변화를 센서의 감지 신호로 사용한다.
기존 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy : AFM)에 탐침으로 사용되는 실리콘(Silicon) 및 실리콘 질화막(Silicon Nitride) 등의 재료로 이루어진 칸티레버(Cantilever) 형태의 트랜스듀서와 원자력 현미경 시스템에 사용되는 광학적 측정 시스템을 다양한 물질을 감지할 수 있는 센서로 사용하는 방법이 보고되고 있다. 이러한 시스템에서는 칸티레버 표면에 감지 대상 물질을 감지할 수 있는 감지층을 형성하고 감지 대상물질의 흡착에 따른 칸티레버의 공진주파수 변화나 기계적 변형을 센서의 감지 신호로 사용하며, 레이저 및 광검출기(Photo Sensitive Detector) 등으로 구성된 비교적 큰 규모의 광학적 분석 장비를 이용해 칸티레버 트랜스듀서로부터의 신호의 변화를 분석한다.
한편 압전 재료를 사용하여 구조물이 제작되고 감지 대상 물질의 흡착에 의한 질량 증가 및 이에 따른 공진주파수 변화를 이용하는 발명이 보고되고 있다. 보고된 질량 감지 방법의 발명에서는 압전 재료를 사용한 구동층 커패시터가 형성된 구동부 및 감지 부분으로 사용하기 위해 이와 연결된 구동부와 비교해 훨씬 크고 다양한 모양을 갖는 격막(Diaphragm)이 형성되는 구조를 가지고 있다.
수정을 이용한 센서는 소자 표면에 감지 대상 물질에 적합한 다양한 종류의 감지층의 형성이 비교적 용이하며 높은 감도, 빠른 응답 속도 그리고 간단한 제조 공정 등의 장점을 가지고 있다. 그러나 상기 수정을 이용한 센서는 구성 재료 및 제작 기술 측면에 있어서 초소형 센서를 제작하는 데 적합하지 않다는 단점이 있다.
원자력 현미경 기술을 기반으로 하는 센서의 경우 센서에 있어 트랜스듀서에 해당하는 칸티레버는 기존 멤스(Micro Electro Mechanical Systems : MEMS) 공정을 이용하여 대량 생산이 용이하지만, 트랜스듀서의 응답 신호를 얻기 위해 대규모 광학적 측정 장비에 의존해야 한다. 따라서 감지 대상물질의 실시간 검출이 어렵고, 수정을 이용한 중력화학 센서와 마찬가지로 감지 대상물질의 감지에서 분석에 이르는 모든 과정이 집적된 초소형 센서의 제작이 어려운 문제점이 있었다.
또한 금속 산화물 반도체 센서 및 전도성 고분자 센서는 수정을 이용한 중력 화학 센서에 비해 비교적 느린 응답 속도를 나타내며, 반도성 및 전도성을 나타내는 재료 자체를 감지층으로 사용하므로 다양한 종류의 감지 대상물질에 적합한 반도성 및 전도성 재료의 종류에 제한이 있는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 극소량의 환경 유해물질들의 다양한 흡탈착 과정에 발생하는 환경 유해물질을 민감하게 감지할 수 있는 어레이 형태의 초소형 센서를 이용하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 및 그 제작 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 실리콘 기판 상부에 형성된 실리콘 질화막 칸티레버; 상기 실리콘 질화막 칸티레버 상부에 형성된 실리콘 산화막; 상기 실리콘 산화막 상부에 소정의 크기로 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극 상부에 압전 구동을 위해 형성된 압전 구동층; 상기 하부 전극 상부 및 상기 압전 구동층 일부 영역 상부에 상하부 전극간 절연을 위해 형성된 절연층; 상기 절연층의 상부 및 상기 압전 구동층의 상부에 형성된 상부 전극 및 상기 상부 전극과 하부 전극에 소자의 구동을 위해 전계를 인가하기 위해 형성된 전극 라인을 포함하여 구성된 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 실리콘 기판 상부 및 하부에 상부 및 하부 실리콘 질화막을 증착하는 단계; 상기 실리콘 질화막 상부에 실리콘 산화막을 증착하는 단계; 상기 실리콘 산화막 상부에 소정 크기의 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하 부 전극 상부에 상기 하부 전극보다 작은 크기의 압전 구동층을 형성하는 단계; 상기 형성된 하부 전극 상부 및 상기 압전 구동층 일부 영역 상부에 상하부 전극간 절연을 위한 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층의 상부 및 상기 압전 구동층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 실리콘 질화막의 일부를 제거하는 단계 및 상기 단계로 노출된 실리콘 기판을 식각하는 단계을 포함하여 이루어진 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 미세 화학 센서의 감지부를 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 미세 화학 센서에서 감지 대상물질을 감지하는 감지부에 해당되는 압전 마이크로 칸티레버의 표면에는 대상 물질을 감지하기 위한 감지층(100)이 상부 전극 상부에 형성되어 감지 대상물질을 감지한다. 상기 압전 마이크로 칸티레버에는 압전 구동을 위한 박막 재료로 대표적인 Pb(Zr,Ti)O3(티탄산 지르콘산아연, 이하 PZT)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 압전 마이크로 칸티레버는 크게 구동층 커패시터와 상기 구동층 커패시터를 지지하는 지지층으로 구성되어 있다. 상기 구동층 커패시터는 상부 전극(130)과 하부 전극(140) 사이에 압전 구동층(110)이 적층되어 있고, 상기 지지층은 실리 콘 질화막 칸티레버(120)를 포함한다.
실리콘 질화막 칸티레버(120)가 실리콘 기판(170) 상부에 형성되고, 실리콘 산화막이 상기 실리콘 질화막 칸티레버(120) 상부에 형성된다. 상기 실리콘 산화막 상부에 소정 크기의 하부 전극(140)이 형성되고, 상기 하부 전극(140) 상부에 상기 하부 전극(140)보다 작은 크기의 압전 구동층(110)이 형성된다.
상기 하부 전극(140) 상부와 압전 구동층(110) 일부 영역 상부에 상하부 전극간 절연을 위한 절연층(150)이 위치하고, 상기 절연층(150)의 상부 및 압전 구동층(110)의 상부에 상부 전극(130)이 형성된다. 상기 상부 전극(130)과 하부 전극(140)에 소자의 구동을 위해 전계를 인가하기 위한 전극 라인(160)이 길게 이어져 있다. 상기 절연층은 리소그래피(Lithography)를 이용한 폴리이미드(Polyimide)와 같은 패터닝이 가능한 물질을 사용한다.
감지층(100)이 형성된 압전 마이크로 칸티레버는 오실레이터로부터 인가된 교류 전계에 의해 소자의 공진주파수가 강제 구동된다. 감지부 구동소자의 감지층(100)에 환경 유해물질 등의 감지 대상물질이 흡착되면, 자체의 질량 증가에 의해 감지부 구동소자의 공진주파수가 변하게 되며, 상기 공진주파수의 변화를 센서의 감지 신호로 사용하게 된다.
감지부 구동소자의 기본 공진주파수 및 공진주파수의 변화는 복소 임피던스 등과 같은 전기적 신호의 변화로 나타나며, 이는 센서 모듈에 내장된 임피던스 분석기(Impedance Analyzer)에 의해 측정된다.
도 2는 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 미세 화학 센서의 감지부를 어레이 형태로 나타낸 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기준신호(180)를 감지하는 기준 센서(200)뿐만 아니라 다양한 감지신호(190)로부터 다양한 감지 대상 물질을 감지할 수 있도록 어레이 형태로 초소형 센서(210~230)를 제작함으로써 기존의 금속 산화물 반도체 센서 및 전도성 고분자 센서 등에 비해 빠른 응답 속도 및 높은 감도 그리고 소형화 측면에서 낮은 전력 손실 등 많은 장점을 가지고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버 어레이를 이용한 미세 화학 센서 시스템 모듈의 동작에 대한 블록 다이어그램으로서, 압전 마이크로 칸티레버를 이용해 미세 화학 센서 시스템 모듈을 제작할 경우에 필요한 구성요소를 표시한 것이다. 여기서, 측정된 신호는 디스플레이 장치로 유선 또는 무선 통신하여 여러 종류의 압전 마이크로 칸티레버의 센서로부터 여러 가지 감지 신호를 동시에 모니터링할 수 있다. 상기 디스플레이 장치는 PDA(Personal Digital Assistants), 모니터 또는 휴대폰과 같은 장치를 모두 포함한다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버의 제작 방법을 나타내는 공정도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 센서의 감지부인 압전 마이크로 칸티레버의 제작 방법은 주 재료중 하나인 실리콘 기판 위에 구동소자의 지지층으로 사용되는 실리콘 질화막을 형성하는 것부터 시작된다.
본 발명의 압전 마이크로 칸티레버는 주로 박막 형태의 지지층, 전극 그리고 구동층 재료 등으로 이루어지기 때문에, 박막에 있어 문제될 수 있는 잔류 응력 문제를 해결해야 한다. 각 박막의 잔류 응력은 때에 따라서 최종 구동소자에 있어 외 형적으로 원하지 않는 변형을 가져올 수 있고, 성능면에서 큰 저하를 가져올 수 있다.
지지층인 실리콘 질화막은 잔류 응력을 최소화할 수 있는 박막 형성 방법인 감압 화학기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition : LPCVD)법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 지지층인 실리콘 질화막을 형성한 후 잔류 응력을 조절하기 위한 실리콘 산화막을 형성한다. 압전 구동 재료의 구동을 위한 전극 재료는 백금(Pt)을 사용할 수 있으며, 상기 백금을 형성하기 전에 기판과의 접합력을 향상하기 위해 접합층을 얇게 증착할 수 있다(도 4a). 상기 접합층으로는 탄탈륨(Ta) 또는 티타늄(Ti)이 바람직하다.
이렇게 증착된 하부 전극 위에 구동층 재료인 PZT 박막을 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 증착한다(도 4b). PZT 구동층 박막이 형성된 후 사진 포토 리소그래피(Photo Lithography)를 이용하여 구동층 재료인 PZT의 불필요한 부분을 식각하기 위해 남겨야 할 부분에 감광제(Photo Resist)로 패터닝(Patterning)한다(도 4c). PZT 박막의 식각은 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP)와 같은 고밀도 플라즈마 식각 장비를 이용하여 건식 식각한다. 식각 후 보호막으로 사용된 감광제를 제거하며, 마찬가지로 구동층 커패시터의 하부 전극 모양을 감광제로 패터닝하고 고밀도 플라즈마 식각 장비를 이용하여 건식 식각한다.
하부 전극의 모양이 형성된 후에는 상하부 전극간 절연을 위해 절연층을 형성한다(도 4d). 상기 절연층의 재료는 포토 리소그래피로 그 모양을 형성할 수 있도록 감광성 고분자 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 상하부 전극간 절연층을 형 성한 후에는 구동층 커패시터의 상부 전극을 형성하기 위해 전극의 모양을 포토 리소그래피로 형성한 후 전극의 접합층 및 전극 재료인 백금을 증착한다(도 4e).
마이크로 칸티레버 구조에서는 실리콘의 불필요한 부분을 제거해야 한다. 지지층 위에 구동층 커패시터를 형성한 다음에 인가된 전계에 따라 자유롭게 움직일 수 있도록 실리콘 하부 기판의 불필요한 부분을 제거하는 것이다. 따라서 칸티레버 구조의 형성을 위해 포토 리소그래피를 이용하여 구조물 모양으로 하부 실리콘 질화막을 패터닝한다(도 4f).
다음으로, 패터닝된 하부 실리콘 질화막을 마스크로 실리콘을 식각한다(도 4g). 실리콘의 식각은 기존 KOH 등을 이용한 습식 식각이나 고밀도 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 식각할 수 있다.
감지부에 사용되는 압전 구동소자의 기본적인 제작이 완료되면, 감지 대상물질을 감지하기 위한 감지층이 형성된다(도 4h). 상기 감지층의 재료는 벤젠류 물질을 감지할 수 있는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, 이하 PDMS)과 알콜류 물질을 감지할 수 있는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, 이하 PMMA) 등이 있다. 또한, 상기 감지층의 형성은 고분자 물질을 포함한 용액을 이용해 소자 위에 스핀 코팅(Spin Coating)을 하거나 딥 코팅(Dip Coating)하여 이루어진다. 한편 PDMS 및 PMMA 이외에 다양한 감지층 재료를 적용하여 보다 다양한 종류의 감지 대상 물질을 감지할 수 있다.
압전 마이크로 칸티레버 및 감지층 재료로 이루어진 감지부의 제작이 완료되면, 감지부, 상기 감지층의 공진주파수 대역의 구동을 위한 오실레이터, 오실레이 터의 공진주파수를 측정하는 주파수 카운터 그리고 디스플레이 등으로 이루어지는 센서 모듈에 감지부가 장착된다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버 및 PDMS 감지층 재료를 이용해 톨루엔 증착을 감지한 실시예이다. 도 5와 도 6에 나타난 그래프는 압전 마이크로 칸티레버 위에 PDMS를 가스 감지층 재료로 적용해서 톨루엔 증착(Toluene Vapor)을 직접 감지한 실험 결과이다.
여기서 도 5는 본 발명에서의 센서의 감지 원리에 부합하는 내용으로서, 톨루엔 증착이 감지층에 흡착되어 마이크로 칸티레버의 질량이 증가하게 되고, 이에 따라 마이크로 칸티레버의 공진주파수가 낮은 주파수로 변화하는 모습이다. 도 6은 이러한 공진주파수 변화를 톨루엔의 농도와 주파수의 함수로 나타낸 것으로서 그 기울기는 센서의 감도를 의미한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 압전 마이크로 칸티레버 및 PMMA 감지층 재료를 이용해 메탄올 증착을 감지한 실시예이다. 도 7과 도 8에 나타난 그래프는 압전 마이크로 칸티레버 위에 PMMA를 가스 감지층 재료로 적용해서 메탄올 증착(Methanol Vapor)을 직접 감지한 실험 결과이다.
여기서 도 7은 본 발명에서의 센서의 감지 원리에 부합하는 내용으로서, 메탄올 증착이 감지층에 흡착되어 마이크로 칸티레버의 질량이 증가하게 되고, 이에 따라 마이크로 칸티레버의 공진주파수가 낮은 주파수로 변화하는 모습이다. 도 8은 이러한 공진주파수 변화를 메탄올의 농도와 주파수의 함수로 나타낸 것으로서 그 기울기는 센서의 감도를 의미한다.
본 발명에 따른 다른 실시예는 다음과 같다. 대기중에 극미량으로 존재하는 환경 유해물질을 감지하기 위해 도 2와 같이 센서의 감지부로서 다양한 감지 물질층이 형성된 어레이 형태의 마이크로 압전 구동소자를 사용한다. 본 발명에서와 같은 미세 화학 센서는 산업 현장에서 배출될 수 있는 오염물질을 실시간으로 측정하여 오염원을 분석 및 규제하는 등 인간 환경 전반에 걸쳐 사용되는 대기오염 제어(Air Quality Control)와 관련된 대부분의 센서 시스템을 대체할 수 있다.
감지 대상 물질은 대기중에 존재하는 환경 유해물질뿐만 아니라 수질 내에 존재하는 환경 유해물질, 인간의 질병 진단 또는 신약 개발에 필요한 생화학 물질 등 다양하다. 압전 마이크로 칸티레버의 표면에는 감지 대상 물질에 적합한 다양한 종류의 감지 물질층을 형성할 수 있다. 따라서 감지부의 형태를 대기중 혹은 유체내에서 사용할 수 있도록 일부 변형하여 폭 넓은 분야에 사용할 수 있다.
또한, 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 미세 화학 센서는 센서 표면에 감지 물질층의 형성 없이 질량 감지 소자로 사용될 수 있으며, 각종 박막 증착시 박막의 두께를 알아내기 위해 사용되는 QCM(Quartz Cristal Microbalance)을 이용한 박막 두께 측정기(Thickness Monitor)를 대체하여 보다 정밀한 두께 측정에 사용될 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 및 그 제작 방법은 외부로부터 극소량의 ppb(Parts Per Billion) 또는 ppt(Parts Per Trillion) 수준의 산업 환경유해 물질의 농도에 신속하게 반응하여 공진주파수의 변화를 통해 즉시 감지가 가능하여 빠른 응답 속도와 높은 감도 낮은 전력 손실이 가능한 장점이 있고, 시스템의 소형화로 인한 휴대형화, 실리콘 반도체 가공기술로 대량생산에 따른 제조원가 절감 및 집적의 용이함, 다양한 감지 대상 물질을 감지할 수 있도록 어레이 형태로 제작이 가능하며, 생명공학, 의학 및 환경관련 분야에 활용이 가능한 효과가 있다.
Claims (16)
- 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서에 있어서,실리콘 기판 상부에 형성된 실리콘 질화막 칸티레버;상기 실리콘 질화막 칸티레버 상부에 형성된 실리콘 산화막;상기 실리콘 산화막 상부에 소정의 크기로 형성된 하부 전극;상기 하부 전극 상부에 압전 구동을 위해 형성된 압전 구동층;상기 하부 전극 상부 및 상기 압전 구동층 일부 영역 상부에 상하부 전극간 절연을 위해 형성된 절연층;상기 절연층의 상부 및 상기 압전 구동층의 상부에 형성된 상부 전극;상기 상부 전극 상부에 형성되며 감지 대상물질을 감지하는 감지층;상기 상부 전극과 하부 전극에 소자의 구동을 위한 전계를 인가하기 위해 형성된 전극 라인;상기 감지층의 공진주파수 대역의 구동을 위한 오실레이터;상기 오실레이터의 공진주파수를 측정하는 주파수 카운터; 및상기 감지층으로부터 감지된 신호를 모니터링하기 위한 디스플레이 장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서.
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- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 실리콘 기판 하부에 형성된 하부 실리콘 질화막을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 하부 전극과 상기 실리콘 산화막 사이에 형성된 실리콘 기판과의 접합력을 향상하기 위한 접합층을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서.
- 제 5항에 있어서,상기 접합층은 탄탈륨 또는 티타늄임을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 절연층은 폴리이미드임을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 감지층은 벤젠류 물질을 감지하는 폴리디메틸실록산 또는 알콜류 물질을 감지하는 폴리메틸메타크릴레이트임을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서.
- 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 제작 방법에 있어서,(a) 실리콘 기판 상부 및 하부에 상부 및 하부 실리콘 질화막을 증착하는 단계;(b) 상기 실리콘 질화막 상부에 실리콘 산화막을 증착하는 단계;(c) 상기 실리콘 산화막 상부에 소정 크기의 하부 전극을 형성하는 단계;(d) 상기 하부 전극 상부에 상기 하부 전극보다 작은 크기의 압전 구동층을 형성하는 단계;(e) 상기 형성된 하부 전극 상부 및 상기 압전 구동층 일부 영역 상부에 상하부 전극간 절연을 위한 절연층을 형성하는 단계;(f) 상기 절연층의 상부 및 상기 압전 구동층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계;(g) 상기 하부 실리콘 질화막의 일부를 제거하는 단계; 및(h) 상기 (g) 단계로 노출된 실리콘 기판을 식각하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 제작 방법.
- 제 9항에 있어서,상기 (h) 단계 후, 감지 대상물질을 감지하기 위한 감지층을 형성하는 (i) 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 제작 방법.
- 제 10항에 있어서,상기 (i) 단계는 고분자 물질을 포함한 용액을 이용해 소자 위에 스핀 코팅 또는 딥 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 제작 방법.
- 제 10항에 있어서,상기 감지층은 벤젠류 물질을 감지하는 폴리디메틸실록산 또는 알콜류 물질을 감지하는 폴리메틸메타크릴레이트임을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서.
- 제 9항에 있어서,상기 (c) 단계의 하부 전극을 형성하기 전에 접합력을 향상하기 위한 접합층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 제작 방법.
- 제 13항에 있어서,상기 접합층은 탄탈륨 또는 티타늄임을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 제작 방법.
- 제 9항에 있어서,상기 (d) 단계는 졸-겔법을 이용하여 압전 구동 물질을 증착한 후 패터닝하는 것을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서 제작 방법.
- 제 9항에 있어서,상기 절연층은 폴리이미드임을 특징으로 하는 압전 마이크로 칸티레버를 이용한 화학 센서.
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