KR100999451B1

KR100999451B1 - 전기분해 및 팔라듐의 수소 흡착을 이용한 피에이치 센서및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100999451B1
Application number: KR1020080048921A
Authority: KR
Inventors: 이우영; 이영택; 전계진; 최원진
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2010-12-09
Also published as: KR20090123042A

Abstract

본 발명에 따라서, pH 용액의 pH에 따른 저항 변화를 통해 pH 용액의 수소 이온 농도를 전기분해를 이용하여 측정하는 pH 센서가 제공된다. 상기 센서는 SiO₂ 또는 Si 기판과; pH 용액 중의 수소 이온 농도를 검침하기 위해 상기 기판 상에 형성되는 Pd 패턴층과; 상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 상기 기판 상에 형성되고, 전류 및 전압 중 적어도 하나를 인가하기 위한 복수 개의 전극층과; 전기분해를 위한 한 쌍의 전극층으로서, 이 중 한 전극은 상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 상기 기판 상에 형성되고, 나머지 카운터 전극은 상기 Pd 패턴층과 떨어져 상기 기판 상에 형성되는 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층과; 상기 복수 개의 전극층 상에 형성되어, 전극층의 표면 전체를 외부로부터 보호하는 투명한 보호층을 포함하고, 상기 Pd 패턴층의 센싱 부위와, 상기 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층 중 카운터 전극은 pH 용액에 대해 노출되는 윈도우 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기분해 및 팔라듐의 수소 흡착을 이용한 피에이치 센서 및 그 제조 방법{pH SENSOR USING ELECTROLYSIS AND HYDROGEN ABSORPTION OF Pd AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 전기분해 및 팔라듐(Pd)의 수소 원자 흡착성을 이용한 pH 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 인간의 생로병사에 대한 호기심과 관심이 폭발적으로 증가하고 있다. 특히, 인체의 질병의 진단이나 치료 등에 있어서, 바이오 센서의 역할이 주목받고 있으며, 이러한 바이오 센서를 이용하여 인체의 pH를 측정하고자 하는 기술적 개발이 시도되고 있다. 인체의 pH는 건강 상태에 따라 그 차이가 있으며, 따라서 건강 상태의 한 가지 지표로서 인체의 pH를 측정하는 pH 센서 개발에 대한 관심 역시 증가하고 있다.

종래에 pH 용액의 수소 이온 농도를 측정하기 위해 여러 가지 방식의 센서가 개발되어 활용되고 있다. 예컨대, ISFET(Ion-Sensitive Field-Effect Transistor) 방식의 pH 센서는 센서 표면에 수소 이온과 결합할 수 있는 바이오 물질이나, 효소 를 부착하여, 이러한 바이오 물질 표면 처리로 인하여 수소 결합이 야기되어 수소 이온의 농도를 전기적인 신호로 검출한다. 그러나, 이 방식의 센서에 따르면, pH 용액의 농도를 측정할 때마다 센싱 부위의 표면 처리를 수행해야 하는 불편함이 수반된다.

한편, EMF(ElectroMotive Force) 방식의 pH 센서에 따르면, 기준이 되는 용액에 대한 상대적인 값을 측정하기 때문에 사용 시마다 기준되는 용액에 대한 보정작업이 필요하며, 그 센서의 크기가 크기 때문에, pH 측정에 많은 용액이 필요하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 pH 센서가 갖고 있는 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 한 가지 목적은 pH 용액의 수소 이온 농도를 측정하기 위해 pH 센서를 이용할 때 센싱 부위의 표면 처리 없이 pH 용액의 수소 이온 농도를 측정할 수 있는 pH 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 센서의 사용시 보정 작업이 필요하지 않고 소량의 pH 용액으로도 pH를 측정할 수 있는 pH 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 센서의 구조가 간단하고, 작은 크기로 구현할 수 있으며, pH 범위의 선택성 및 그 측정 범위와 관련하여 특별한 제한을 갖고 있지 않은 pH 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 pH 용액 중의 수소 이온을 팔라듐 표면에 더 잘 그리고 더 많이 흡착되도록 하여, 수소 이온 농도를 더욱 정확하게 측정할 수 있도록 해누는 pH 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 가지 양태에 따라서, pH 용액의 pH에 따른 저항 변화를 통해 pH 용액의 수소 이온 농도를 전기분해를 이용하여 측정하는 pH 센서가 제공되는데, 상기 센서는 SiO₂ 또는 Si 기판과; pH 용액 중의 수소 이온 농도를 검침하기 위해 상기 기판 상에 형성되는 Pd 패턴층과; 상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 상기 기판 상에 형성되고, 전류 및 전압 중 적어도 하나를 인가하기 위한 복수 개의 전극층과; 전기분해를 위한 한 쌍의 전극층으로서, 이 중 한 전극은 상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 상기 기판 상에 형성되고, 나머지 카운터 전극은 상기 Pd 패턴층과 떨어져 상기 기판 상에 형성되는 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층과; 상기 복수 개의 전극층 상에 형성되어, 전극층의 표면 전체를 외부로부터 보호하는 투명한 보호층과; 상기 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층 사이에 형성되어 이들 전극층 사이의 전위차를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 하는 기준 전극층을 포함하고, 상기 Pd 패턴층의 센싱 부위와, 상기 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층 중 카운터 전극은 pH 용액에 대해 노출되는 윈도우 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 보호층은 상기 윈도우 부분을 제외한 전 부분에SiO₂를 포토 리소그래피 또는 E-beam 리소그래피 방식을 이용하여 형성될 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 pH 센서는 나노미터 크기로 구현될 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 Pd 패턴층은 나노선들이 연결된 어레이 타입으로 구현될 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 pH 센서는 상호 연통하는 pH 용액의 유입구와 유출구가 형성된 마이크로 유체 채널을 더 포함하고, 상기 유입구와 유출구를 상호 연통시키는 연통 채널의 하면은 상기 Pd 패턴층의 윈도우 부분을 향해 개방되어, 상기 유입구를 통해 도입된 pH 용액이 상기 연통 채널을 따라 흐르면서 상기 Pd 패턴층의 윈도우 부분을 향해 개방된 부분을 통해 상기 Pd 패턴층으로 흘러 흡수되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따라서, pH 용액의 pH에 따른 저항 변화를 통해 pH 용액의 수소 이온 농도를 전기분해를 이용하여 측정하는 pH 센서의 제조 방법이 제 공된다. 상기 방법은 Si 또는 SiO₂ 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 pH 용액 중의 수소 이온 농도를 검침하기 위해 Pd 패턴층을 형성하는 단계와, 전류 및 전압 중 적어도 하나를 인가하기 위하여, 상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 복수 개의 전극층을 상기 기판 상에 형성하는 단계와; 전기분해를 위한 한 쌍의 전극층으로서, 이 중 한 전극은 상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 상기 기판 상에 형성하고, 나머지 카운터 전극은 상기 Pd 패턴층과 떨어져 상기 기판 상에 형성하는 것인 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층을 형성하는 단계와; 상기 전극층의 표면 전체를 외부로부터 보호하도록 상기 전극층 상에 투명한 보호층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 보호층을 형성하는 단계에서, 상기 Pd 패턴층의 일부와 상기 한 쌍의 전극층 카운터 전극의 일부를 노출시키면서 보호층을 형성하여, 상기 Pd 패턴층의 일부 및 카운터 전극의 일부에 pH 용액에 노출되는 윈도우 부분을 형성하는 것을 특징으로 한다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층 사이에 이들 전극층 사이의 전위차를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 하는 기준 전극층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 전극층, 한 쌍의 전극층, 기준 전극층과 Pd 패턴층은 포토 리소그래피 또는 E-beam 리소그래피를 이용하여 형성할 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 Pd 패턴층이 형성된 기판에 포토 리소그래피 얼라이너를 이용하여 상기 Pd 패턴층과 상기 복수 개의 전극층을 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 보호층은 상기 윈도우 부분을 제외한 전 범위에 걸쳐 SiO₂를 증착하여 형성될 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 Pd 패턴층은 나노선들이 연결된 어레이 타입으로 상기 기판 상에 형성될 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 방법은 상호 연통하는 pH 용액의 유입구와 유출구가 형성된 마이크로 유체 채널을 상기 부동태 층 상에 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 유입구와 유출구를 상호 연통시키는 연통 채널의 하면은 상기 Pd 패턴층의 윈도우 부분을 향해 개방되어, 상기 유입구를 통해 도입된 pH 용액이 상기 연통 채널을 따라 흐르면서 상기 Pd 패턴층의 윈도우 부분을 향해 개방된 부분을 통해 상기 Pd 패턴층으로 흘러 흡수되도록 구성될 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 Pd 패턴층의 표면에 생체 내 특 정 물질과 반응하여 수소 이온을 방출하는 바이오 물질로 바이오 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 바이오 물질은 NAD+ 또는 GOD이고, 상기 생체 내 특정 물질은 글루코스이다.

본 발명의 다른 양태에 따라서, 전기분해를 이용하여 pH 용액의 pH를 측정하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 (1) pH 용액을 Pd 표면에 적하함과 아울러, 그 pH 용액을 전기분해하여, pH 용액 중의 수소 이온을 수소 가스로 변화시키는 단계와, (2) 상기 수소 가스가 Pd 중으로 흡착됨에 따라 나타나는 저항의 변화를 미리 준비한 데이터베이스 중의 저항과 비교하여, 그 데이터베이스 중의 일치되는 저항 변화를 찾아내어, 상기 pH 용액 중의 pH를 찾아내는 단계를 포함하고, 상기 (1) 단계에서, 상기 pH 용액이 접촉하는 한 쌍의 전극을 통해 전위를 인가하여 상기 pH 용액 중의 수소 이온을 수소 가스로 변화시키며, 상기 (2) 단계에서, 상기 Pd 표면에 전기적으로 접속된 복수 개의 전극에 소정의 전원으로부터 전류 또는 전압을 흘려주어 전압 또는 전류의 변화를 측정하여 저항 변화를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, pH 용액의 수소 이온 농도 측정시 센싱 부위를 표면 처리하거나 보정해야 하는 작업을 하지 않아도 된다. 또한, 실시예에 따라서는, 나노 스케일의 Pd 패턴층, 전극층 등을 이용하기 때문에, 극히 소량의 pH 용액을 이용하여도 정확하게 수소 이온 농도를 측정할 수 있다. 또한, 미리 pH에 따른 저항의 변화를 데이터베이스화함으로써, 측정하고자 하는 pH 용액의 pH 범위에 구애받는 일 없이, 각종 범위의 pH 용액의 수소 이온 농도를 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 전기분해를 이용하여 pH 용액 중의 수소 이온을 수소 가스로 변화시킨 후, Pd 표면에 흡착되도록 하기 때문에, 더 많은 양의 수소 가스를 흡착시킬 수 있어, 보다 정확한 신호를 탐지할 수가 있고, 따라서 더욱 정확하게 수소 이온 농도를 찾아낼 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다. 한편, 후술하는 설명에서, 당업계에 널리 알려진 기술적 구성, 예컨대 포토 리소그래피, e-beam 리소그래피를 이용하여 소정의 기판 상에 패턴을 형성하는 것, 전극층을 형성하는 것 등은 구체적인 설명 없이도 쉽게 구현할 수 있으므로 그 설명을 생략한다. 또한, 수소 센서의 일반적인 구성, 예컨대 전류 또는 전압을 인가하는 구성, 전압 또는 전압 변화의 전기적 변화를 측정하는 구성 등은 이미 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 세부적인 설명 역시 생략한다. 이러한 설명을 생략하더라도, 당업자라면 주어진 설명에 기초하여 특별한 어려움 없이 본 발명을 이해할 수 있을 것이다.

한편, 도면을 참조로 한 이하의 설명에서는, 본 발명을 pH 나노 센서에 적용한 예를 들어 설명한다. 그러나, 본 발명은 pH 나노 센서에 국한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 즉, 본 발명의 원리는 pH 나노 센서뿐만 아니라, 마이크로미터 단위의 pH 센서에도 적용될 수 있고, 또 그보다 더 큰 거시적인 크기의 pH 센서에도 적용될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 다시 말하면, 이하의 설명은 본 발명의 원리를 설명하기 위해 본 발명을 pH 나노 센서에 적용한 한 가지 예일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 한 가지 실시예에 따라 구성되는 pH 나노 센서의 단면 구조와 본 발명에서 이용되는 센싱 메커니즘을 보여주는 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 pH 나노 센서는 크게, Si 또는 SiO₂ 기판(10)과, Pd 패턴층(20)과, 복수 개의 전극층(30) 및 후술하는 윈도우 부분(50)을 제외한 기판의 전역에 걸쳐 증착되는 보호층(passivation layer)(40)을 포함한다.

이하에서는 도 1에 도시한 pH 나노 센서의 구조를 설명하기에 앞서 센싱 메커니즘을 도 1을 참조하여 설명한다.

도시한 바와 같이, pH 용액을 윈도우 부분(50)을 통해 도입하면, 기판(10) 상에 적층된 Pd 패턴층(20)의 일부가 pH 용액에 대해 노출되어 있어, pH 용액이 Pd 패턴층(10)과 접촉하게 된다. 도시한 바와 같이, pH 용액 중에는 H+ 이온이 포함되어 있다.

본 발명자의 연구에 따르면, pH 용액 중의 H+ 이온이 팔라듐 내부로 흡착되는 양이 작아, 결국 수소 이온 농도를 검출하기 위한 신호의 크기가 작다. 본 발명자는 이러한 상황을 고려하여, 수소 이온 농도를 검출하는 데에는 전혀 고려되지 않았던 기법, 즉 전기분해법을 이용하여 수소 이온의 팔라듐 내부로의 흡착을 극대화하였다.

즉, 후술하는 바와 같이, 전기 분해를 위한 전극층을 통해 전기를 pH 용액에 인가하면, pH 용액 중의 수소 이온들이 수소 가스(H₂)로 변하게 되고(환원), 이 수소 가스는 수소 이온과 비교하여 팔라듐 표면에 더 잘 흡착된다. 팔라듐은 수소 가스를 흡착하는 성질을 갖고 있어서, 표면에 흡착된 수소 가스가 팔라듐 내부로 흡수되는데, 이때 수소 가스(H₂)가 수소 원자(H atom)로 나뉘어져 팔라듐 내부로 흡수되는 것으로 보인다. 이와 같이, 수소 이온이 Pd 패턴층 내부로 흡착됨에 따라, 즉 전기분해를 통해 환원된 수소 가스가 수소 원자로 되어 Pd의 격자 사이로 들어감에 따라 격자 결함이 야기되고, Pd 격자 사이로 들어간 수소 원자들은 전자의 산란을 야기하여, 결국 저항을 증가시키는 요인으로 작용하게 된다. 본 발명은 이처럼 Pd 패턴층의 저항이 증가하는 것을 전기적 신호로 측정하게 되는데, 후술하는 바와 같이 I-V 측정법을 이용하여 일정한 전류에서 전압의 변화를 측정하거나 일정 한 전압에서 전류의 변화를 측정하여 저항의 변화를 구하고 이를 데이터베이스화함으로써, 미지의 pH 용액에서 나타나는 최초 측정 저항값/저항의 변화와 매치되는 최초 측정 저항값/저항의 변화를 상기 데이터베이스에서 찾아내어 그 미지의 용액의 pH를 알아낼 수 있다.

한편, 본 발명에 따르면, Pd 패턴층의 크기 효과를 이용하여 저항의 변화를 증대시킬 수 있다. 즉, Pd 패턴층의 사이즈가 작아지면, 단위 면적당 표면적이 커지기 때문에 pH 용액 중의 수소 이온에 노출되는 Pd 패턴층의 면적이 증가하게 되며, Pd 내부로의 수소 가스의 침투가 가속되어, 결국 Pd 패턴층의 저항 변화가 커지게 된다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, Pd 패턴층을 어레이 패턴 또는 나노어레이 패턴(nanoarray pattern)으로 구현하게 되는데, 이와 같은 형태에 따르면, 단일 스트립의 Pd 패턴층과 비교하여, pH 용액과의 접촉 면적이 증가하여 상기와 같은 이유로 저항 변화가 크게 나타나고, 결국 보다 빠르게 수소 이온 농도를 측정할 수 있다. 본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, Pd 패턴층의 형태를 50~200 nm의 나노선 또는 나노선 어레이 형태로 제작하여 센서의 효과를 극대화한다.

이처럼 본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 나노 센서로 구현된 센서를 이용하므로, 소량의 pH 용액으로도 pH를 용이하게 측정할 수 있고, 또 그 반응 시간 역시 매우 빠르기 때문에, 종래의 pH 센서와 비교하여 많은 이점을 제공한다.

이하에서는, 본 발명의 pH 나노 센서의 구조를 설명한다.

도 1에 도시한 pH 나노 센서는 포토 리소그래피(photo lithography) 또는 E-beam 리소그래피를 이용하여 형성한다. 구체적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(10) 상에 적층되어 있는 Pd 패턴층(20)의 적어도 일부를 덮도록 복수 개의 전극층(30)(구체적으로는, 31 내지 34)이 형성되어 있는데, 본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 이러한 전극층과 Pd 패턴층 및 후술하는 윈도우 부분을 포토 리소그래피 또는 E-beam 리소그래피를 이용하여 형성하게 된다.

Pd 패턴층(20)의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층(20)과 접속되도록 형성된 상기 전극층(31, 33; 32, 34)은 전류 및 전압 중 적어도 하나를 인가하기 위해 제공되는 것으로서, 소정의 전원(도시 생략)으로부터 상기 전극을 통해 전류 또는 전압을 흘려주어 전압 또는 전류의 변화를 측정하여 저항 변화를 알아냄으로써 이를 통해 pH 농도를 측정할 수 있다.

한편, 도시한 바와 같이, 상기 전극층 상에는 전극층의 표면 전체를 덮으면서 실질상 기판 전체에 걸쳐 투명한 보호층(40)이 형성되어 있다. 이러한 보호층(40)은 전극층이 pH 용액과 접촉하는 것을 차단함으로써, 용액 내부의 이온들에 의해 전극에서 전극으로 직접적인 전류가 흐르는 것을 방지한다. 본 발명의 한 가 지 실시예에 따르면 SiO₂로 보호층을 형성한다.

한편, 도 1에 도시한 바와 같이, Pd 패턴층(20) 상에는 Pd 패턴층을 외부로 노출시키는 윈도우 부분(50)이 형성되어 있다. 즉, 투명한 보호층(40)을 증착할 때, 기판 전체에 걸쳐 증착하는 것이 아니라, 전극층의 표면을 완전히 덮으면서 Pd 패턴층(20)의 표면 일부가 노출되도록 보호층을 형성함으로써, Pd 패턴층(20) 상에는 외부로 노출되는 윈도우 부분(50)이 형성된다(도 5 참조). 이 윈도우 부분(50)을 통해 도 5에 도시한 것과 같이, pH 용액을 적하시켜 pH 용액의 수소 이온 농도를 찾아내게 된다.

상기한 과정에서, 포토 리소그래피 또는 E-beam 리소그래피 방식을 이용하여 Pd 패턴을 형성하고, Pd 을 스퍼터링으로 적층하는 것, 전극층 및 보호층을 적층하는 등의 구성은 널리 알려진 통상의 방법을 통해 다양하게 구현할 수 있으며, 따라서 그 상세한 설명을 생략하더라도 당업자라면 도 1에 도시한 것과 같은 본 발명의 센서 구조를 아무런 어려움 없이 구현할 수 있을 것이다.

한편, 도 2에는 본 발명의 한 가지 실시예에 따라 구현된 나노 크기의 pH 센서의 전체적인 구성이 도시되어 있다.

도시한 바와 같이, 상기 pH 센서는 상기한 전압 및 전류를 인가하여 저항을 측정하기 위한 전극층(31, 33: 32, 34) 외에도 전기 분해를 위한 전압 전극층(V-, V+)(35, 36)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 기본적으로 pH 용액 중의 수소 이온을 전기 분해하여 수소 가스로 변화시킨 후, 그 수소 가스를 팔라듐 내부로 흡착되도록 하기 위한 것으로서, 이러한 전기 분해를 위해 포토 리소그래피 또는 E-beam 리소그래피를 이용하여 V- 전극(35)과, V+ 전극(카운터 전극)(36)을 형성하여, 양 전극 사이에 전위차를 발생시켜 전기분해를 하게 된다. 따라서, 윈도우 부분(50)에 pH 용액을 떨어뜨리면, V- 전극(35)과, V+ 전극(36)에 걸리는 전위차로 인해 전기분해가 일어나, pH 용액 중의 수소 이온이 수소 가스로 변화된다.

한편, 전기분해가 지속적으로 이루어짐에 따라, pH 용액 중의 수소 이온 농도가 변하게 되고(감소), 이로 인해 시간이 경과함에 따라 V- 전극(35)과, V+ 전극(36) 양 전극 사이에 걸리는 전위차가 변하게 된다. 따라서, V- 전극(35)과, V+ 전극(36) 사이에 걸치는 전위차를 일정하게 유지시킬 필요가 있다. 이러한 상황을 고려하여 구성한 본 발명의 한 가지 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 pH 센서에는, V- 전극(35)과, V+ 전극(36) 사이에 전기분해를 위한 기준 전극(reference electrode)(37)이 형성되어 있다. 이 기준 전극은 일종의 접지 전극으로서, V- 전극(35)과, V+ 전극(36) 사이의 전위차를 일정하게 고정시켜 주는 역할을 한다.

한편, 도면에 도시된 바와 같이, pH 용액에 노출되는 Pd 패턴층의 일부 뿐만 아니라, 전기분해를 위한 카운터 전극(V+)(36) 및 기준 전극(37)의 일부도 pH 용액 에 대해 노출되도록 보호층(40)이 형성되어 있다.

도 4에는 본 발명의 pH 나노 센서에 사용하기 위한 Pd 나노 와이어를 성장시키는 AAO(Anodic Aluminum Oxide) 기법이 개략적으로 도시되어 있다. 이 기법에 따르면, 먼저 알루미늄 호일을 전기분해 하여 길다란 나노 기공을 형성하고, 이 나노 기공에 스퍼터링 시스템을 이용하여 Pd을 증착시킨다. Pd으로 채워진 알루미늄의 호일의 나노 기공에서 알루미늄을 제거함으로써 Pd 나노선을 얻을 수 있다. 이와 같이 얻어진 Pd 나노선을 외부 전극층이 형성된 기판 위에 분산한 후 e-beam 리소그래피를 이용하여 외부 전극층과 Pd 나노선을 연결하여 센서로 사용한다. 이처럼, Pd 센서의 크기가 나노 스케일로 됨으로써, 기본 베이스 저항이 크며, 수소 이온에 노출되었을 때 수소 흡착 후의 저항의 변화가 확실하게 보인다.

한편, 널리 알려져 있는 바와 같이, 스퍼터링 이라 함은 타겟이 되는 고체(Au, Pd, Ti..)등을 PVD(Physical Vaporation Deposition)를 통하여 샘플에 증착 시키는 것으로 패턴이 되어 있는 기판위에 타겟을 증착시키고 이를 리프트 오프 등의 방법으로 원하는 모양의 패턴의 구조물을 얻는다. 나노선의 길이가 포토 리소그래피를 통해 정렬할 수 있을 정도로 길다면 포토 리소그래피를 사용할 수 있지만 그 크기가 작다면 E-beam 리소그래피 공정을 사용하여 전극을 형성한다. 상기 AAO를 통해 성장 시킨 나노선은 그 길이에 따라 포토 리소그래피나 E-beam 리소그래피 공정을 통하여 센서를 제작한다.

도 5는 AAO로 성장한 나노선을 사용한 pH 센서의 현미경 사진으로서, 4-probe 방식의 단자 형태로 전기적 신호가 측정되며, I-V 측정법에 의해 저항의 변화를 관찰할 수 있다.

도 6은 본 발명의 한 가지 실시예에 따라서, e-beam 리소그래피를 이용하여 내부 전극층 내에 50~200 nm 크기의 나노선들이 연결된 어레이 타입으로 Pd 패턴층(20)을 구성한 경우를 보여주는 사진이다. 이와 같이, 단일 스트립(strip) 형태로 Pd 패턴층을 구성하는 대신에 나노어레이 형태로 Pd 패턴층을 구성하게 되면, 상기한 바와 같이, pH 용액에 노출되는 표면적이 커져, 센싱 시간이 짧고 Pd에 수소 가스가 흡착되어 포화되기 쉬어 센서의 민감도를 높일 수가 있다.

도 7은 본 발명의 한 가지 실시예에 따라 형성된 윈도우 부분과 전극층과의 관계를 개략적으로 보여주는 모식도이다. 윈도우 부분은 negative ER(Electro-Resistance)을 사용하여 e-beam 리소그래피를 사용하여 패턴을 만들고 그 위에 스퍼터링 시스템을 이용하여 SiO₂를 증착한 후 윈도우 부분만 리프트-오프(lift-off)시켜 윈도우 부분(50)을 형성한다.

이하에서는, 상기한 구성의 pH 나노 센서를 제조하는 과정을 보다 구체적으 로 설명한다.

먼저, 포토 리소그래피 방식을 이용하여 도 2 또는 도 3에 도시한 것과 같은 pH 나노 센서를 제조하는 방법을 설명한다.

먼저, 미리 준비된 Si 또는 SiO₂ 기판(10) 상에 pH 용액 중의 수소 이온 농도를 검침하기 위한 Pd 패턴층(20)을 포토 리소그래피 또는 E-beam 리소그래피를 이용하여 형성한다. 이어서, 전극층(30), 즉 전압 및 전압 중 적어도 하나를 인가하기 위한 4-probe 전극층, 즉 저항 변화를 측정하기 위한 4개의 전극층(31, 33;32, 34) 및 전기분해를 위한 3개의 전극층(35, 36, 37)을 기판(10) 상에 형성한다. 이때, 카운터 전극층(36, V+) 및 기준 전극층(37)을 제외한 전극층(30)이 Pd 패턴층(20)의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층(20)에 접속되도록 형성한다.

다음에, 상기 전극층을 외부 환경, 즉 pH 용액으로부터 보호하기 위하여, 투명한 SiO₂ 보호층(40)을 상기 전극층(30) 상에 형성한다. 이때, 보호층(40)을 Pd 패턴층(20)의 표면 전체를 덮는 것이 아니라, 그 표면의 일부가 외부 환경에 노출되도록 보호층을 형성하여, Pd 패턴층(20) 상에 윈도우 부분(50)을 형성한다. 아울러, 기준 전극(37)과 카운터 전극(36) 역시 외부 환경에 노출되도록 보호층을 형성한다.

이상의 과정에서, 상기 전극층과, Pd 패턴층 및 윈도우 부분은 포토 리소그래피 또는 e-beam 리소그래피에 의해 형성한다. 이때, Pd 패턴층은 e-beam 리소그래피를 이용하여 2~20개의 나노 와이어를 병렬 연결로 하는 나노 어레이 패턴을 상기 기판 상에 형성함으로써 형성될 수 있다. 스퍼터링 공정을 이용하여 나노 어레이 패턴에 10~100nm두께의 Pd을 증착하여 Pd 패턴을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 Pd 패턴층(20)이 형성된 기판에 포토 리소그래피 얼라이너를 이용하여 Pd 패턴층과 전극층을 소정의 형태로 정렬하는 과정이 더 포함될 수 있다.

이하에서는, 상기 과정을 통해 제조한 pH 센서를 이용하여 pH 용액의 수소 이온 농도를 검침하는 과정을 설명한다.

본 발명의 pH 센서는 pH 용액 중의 수소 이온 농도를 바로 측정하는 것이 아니라, 본 발명의 pH 센서를 이용하여 미리 알려진 pH 농도에 따른 저항의 변화를 기준 그래프 형태로 데이터베이스화한 후, 미지의 pH 용액의 저항 변화 형태가 상기 데이터베이스화된 저항 변화와 일치하는 것을 찾아내어 pH 용액의 수소 이온 농도를 도출한다. 이를 위해, pH에 따른 전기적 신호, 즉 저항 변화의 형태를 구하는 과정을 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 pH 4의 pH 용액의 저항 변화 형태를 보여주는 그래프로서, 두 개의 다른 센서를 이용하여 얻은 결과이며, 이때 pH 4의 용액에 있어서 저항 검출 시작값이 같다는 것을 알 수 있으며, 따라서 최초 측정 저항값을 통해 미지의 용액의 pH를 찾아낼 수 있다. 이러한 그래프가 얻어지는 과정을 설명하면 다음과 같다.

상온에서 본 발명의 pH 나노 센서의 윈도우 부분(50)을 통해 먼저 탈이온수(DI-water)를 떨어뜨린 후 전극층을 통해 Pd 패턴층에 일정한 전류를 흘려주어 신호를 안정화시킨다. 이를 통해 나타나는 전압 변화를 기준치로 설정하였다. 다음에, 탈이온수를 제거한 후 pH 4의 pH 용액을 Pd 패턴층(20)의 표면에 적하시켜 전기분해를 일으키면서, 일정한 전류 하에서 나타나는 전압의 변화, 즉 상기 기준치의 전압 변화에 대한 변화된 전압(ΔV)를 측정하였다. 이를 옴의 법칙(V=IR)을 통해 저항으로 바꾸어 도 8에 도시한 결과를 얻었다.

도 8에 도시한 바와 같이, 시간이 지남에 따라 저항의 변화가 크게 나타나며(즉, 보다 많은 양의 수소 원자가 Pd 패턴층 내부로 흡착됨에 따라 저항의 변화가 크게 나타난다), 일정한 시점에 이르면 Pd 패턴층 내부에서의 수소 이온 농도가 포화되어 저항 변화가 더 이상 관찰되지 않음을 알 수 있다. 이 시점에서 버퍼 용액(pH 7.0, 탈이온수)을 떨어뜨려주었더니, 저항값이 초기값으로 돌아가는 것을 관찰할 수 있었으며, 따라서 본 발명의 pH 나노 센서를 반복적으로 사용할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 외부의 측정장비에서 전압을 공급해주는 장치와 전류를 읽어 들이는 장치, 전류를 인가해주는 장치와 전압을 읽어들이는 장치를 사용하여 일정한 전류에 대한 전압변화나 일정한 전압에 대한 전류변화를 측정하는데, 이러한 측정 방법은 이미 다른 여러 센서나 전기적 장치의 측정에 널리 쓰이고 있는 방법으로서, 본 발명의 본질적 특징을 구성하지 않으므로, 그 설명은 생략한다.

한편, 상기한 예에서는 전류를 일정하게 하고 전압의 변화를 측정하는 것으로 설명하였으나, 전압을 일정하게 인가한 후 전류의 변화를 측정한 후 옴의 법칙을 이용하여 저항의 변화를 구할 수 있음을 물론이다.

각종의 pH 용액에 상기한 과정을 반복하여, 각 pH 마다 달리 나타나는 저항의 변화를 데이터베이스화하면, 미지의 pH 용액을 본 발명의 나노 센서의 Pd 패턴층에 적하시켰을 때 나타나는 저항의 변화와 매치되는 것을 찾아내어 즉각적으로 그 미지의 pH 용액의 pH를 찾아낼 수 있다.

한편, 도 9는 본 발명의 pH 센서를 이용하여 pH 용액을 센서 표면에 적하하였을 때, 저항의 증가로 인한 전압의 증가를 측정한 그래프이다. 도시한 바와 같이, pH 10, 7, 4 용액에 대한 저항 변화 및 반응도를 얻을 수 있으며, 센서 표면의 용액을 제거해 주는 간단한 작업(예컨대, 상기한 버퍼 용액 적하) 후에, 상이한 pH 값을 측정할 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, pH 용액 내의 수소 이온 농도를 간단하게 츨 정할 수 있고, 센서의 구조가 단순하며 소형의 형태로 구현할 수 있다. 또한, 종래의 수소 센서와 달리 센싱 부위의 표면 처리가 불필요하며, 사용할 때마다 보정 작업을 하지 않아도 되고, 아주 작은 양의 pH 용액으로도 수소 이온 농도를 측정할 수 있다.

한편, 본 발명의 pH 나노 센서는 바이오 센서 등에 확장 적용될 수 있는데, 이러한 예를 도 10을 참조하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 센서를 바이오 센서로 적용한 경우의 센싱 메커니즘을 보여주는 개략도이다.

도 10에 도시한 바이오 센서는 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 pH 나노 센서와 실질적으로 동일한 구성을 갖고 있다. 그러나, 바이오 센서로서 적용하기 위해, Pd 패턴층(20)의 표면이 생체 내 특정 물질과 반응하여 수소 이온을 방출하는 바이오 물질로 바이오 처리되어 있다. 본 실시예에서는 혈액 속의 혈당(glucose)과 반응하는 효소인 NAD+(nicotinamide adenine dinucleotide 이온의 형태) 또는 GOD(glucose oxidase)를 Pd 패턴층의 표면에 처리하였다. 상기 효소는 글루코스와 반응하여 수소 이온을 방출하며, 이 수소 이온은 Pd 패턴층에 흡수되어 저항 변화를 일으킨다. 따라서, 수소 센싱과 동일한 방식을 이용하여, 혈액 속의 혈당 농도를 측정할 수 있다.

한편, 본 발명의 한 가지 실시예에 따라, pH 센서를 나노 스케일로 구현하는 경우, Pd 패턴층 등 역시 나노 스케일로 구현된다. 이때, Pd 패턴층은 그 크기가 아주 미세하므로, pH 용액을 적하시킬 때 그 충격에 의해 Pd 패턴층이 손상되거나 노이즈가 발생하기 쉽다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 현상을 방지하기 위해 pH 용액이 흐를 수 있는 유체 채널을 부동태 층 위에 형성한다. 이러한 예가 도 11에 개략적으로 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, PDMS(Polydimethylsiloxane)를 이용하여 pH 용액이 흐를 수 있는 마이크로 유체 채널을 보호층(40) 상에 형성한다. 이 마이크로 유체 채널은 상호 연통하는 유입구와 유출구를 갖도록 형성된다. 상기 유입구와 유출구는 Pd 패턴층 및 전극층이 형성된 이외의 기판 부위에 형성되어, pH 용액을 유입구에 적하시켜도 pH 용액의 센서의 구성 요소에 아무런 영향을 미치지 않게 된다.

한편, 유입구와 유출구를 상호 연통시키는 통로의 하면은 Pd 패턴층의 윈도우 부분(50)을 향해 개방되어 있다. 따라서, 유입구를 통해 적하된 pH 용액은 상기 통로를 따라 흐르면서, 상기 개방된 하면을 통해 윈도우 부분(50)을 거쳐 Pd 패턴층(20)으로 흘러 흡수되게 된다.

이처럼, 마이크로 유체 채널을 형성하는 경우, 상기와 같은 문제점을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 일정 농도의 유체를 지속적으로 공급할 수 있는 이점이 있다. 즉, pH 용액 내의 수소 이온이 Pd 패턴으로 흡착됨에 따라 pH 용액 내의 pH 정도가 변화될 수 있는데, pH 용액이 지속적으로 공급되면 센서 표면으로 일정한 수소 이온 농도를 가지는 pH 용액이 공급될 수 있으며, 이는 pH 측정을 더 정확하게 측정할 수 있도록 해준다. 또한, 마이크로 유체 채널을 사용함으로써, pH 센서 외부로의 손실을 막을 수 있고, 적은 양의 pH 용액만 있어도 측정이 가능하다.

이상 본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다는 점에 유의하여야 한다. 즉, 후술하는 특허청구범위를 벗어나지 않으면서 상기 실시예를 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 및 그 등가의 균등물에 의해서만 제한된다.

도 1은 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 pH 나노 센서의 단면 구조 및 본 발명의 pH 센싱 메커니즘을 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 pH 나노 센서의 전체적인 구조를 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 pH 나노 센서의 전체적인 구조를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명에 이용되는 Pd 나노 와이어를 성장시키는 AAO(Anodic Aluminum Oxide) 기법을 보여주는 도면이다.

도 5는 AAO 기법을 이용하여 성장시킨 Pd 나노선과 전극과의 관계를 보여주는 pH 나노 센서의 현미경 사진이다.

도 6은 e-beam 리소그래피를 이용하여 복수 개의 Pd 나노 와이어를 어레이 형태로 배치한 예를 보여주는 사진이다.

도 7은 센싱 부위의 윈도우 처리가 된 센서의 모식도이다.

도 8은 pH 4의 pH 용액을 본 발명의 pH 나노 센서에 적하하였을 때 나타난 저항 변화를 보여주는 도면이다.

도 9는 본 발명에 따른 pH 센서를 이용하여 pH 용액을 센서 표면에 적하하였을 때, 저항의 증가로 인한 전압의 증가를 측정한 그래프로서, pH 10, 7, 4 용액에 대한 저항 변화 및 반응도를 보여준다.

도 10은 본 발명의 pH 나노 센서를 바이오 센서로서 구현한 경우 센싱 메커 니즘을 보여주는 도면이다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 마이크로 유체 채널을 형성한 pH 나노 센서의 전체적인 구조를 보여주는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: Si 또는 SiO2 기판

20: Pd 패턴층

30: 전극층

31, 33: 저항 변화 측정을 위한 전압 전극층

32, 34: 저항 변화 측정을 위한 전류 전극층

35, 36: 전기 분해를 위한 전위 인가 전극층

37: 기준 전극층

40: 보호층

50: 윈도우 부분

Claims

삭제
pH 용액의 pH에 따른 저항 변화를 통해 pH 용액의 수소 이온 농도를 전기분해를 이용하여 측정하는 pH 센서로서,

SiO₂ 또는 Si 기판과;

pH 용액 중의 수소 이온 농도를 검침하기 위해 상기 기판 상에 형성되는 Pd 패턴층과;

상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 상기 기판 상에 형성되고, 전류 및 전압 중 적어도 하나를 인가하기 위한 복수 개의 전극층과;

전기분해를 위한 한 쌍의 전극층으로서, 이 중 한 전극은 상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 상기 기판 상에 형성되고, 나머지 카운터 전극은 상기 Pd 패턴층과 떨어져 상기 기판 상에 형성되는 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층과;

상기 복수 개의 전극층 상에 형성되어, 전극층의 표면 전체를 외부로부터 보호하는 투명한 보호층과;

상기 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층 사이에 형성되어 이들 전극층 사이의 전위차를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 하는 기준 전극층

을 포함하고,

상기 Pd 패턴층의 센싱 부위와, 상기 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층 중 카운터 전극은 pH 용액에 대해 노출되는 윈도우 부분을 포함하는 것

을 특징으로 하는 pH 센서.
청구항 2에 있어서, 상기 보호층은 상기 윈도우 부분을 제외한 전 부분에SiO₂를 포토 리소그래피 또는 E-beam 리소그래피 방식을 이용하여 증착하여 형성되는 것인 pH 센서.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 pH 센서는 나노미터 크기로 구현되는 것을 특징으로 하는 pH 센서.
청구항 4에 있어서, 상기 Pd 패턴층은 나노선들이 연결된 어레이 타입으로 구현되는 것을 특징으로 하는 pH 센서.
청구항 4에 있어서, 상호 연통하는 pH 용액의 유입구와 유출구가 형성된 마이크로 유체 채널을 더 포함하고, 상기 유입구와 유출구를 상호 연통시키는 연통 채널의 하면은 상기 Pd 패턴층의 윈도우 부분을 향해 개방되어, 상기 유입구를 통 해 도입된 pH 용액이 상기 연통 채널을 따라 흐르면서 상기 Pd 패턴층의 윈도우 부분을 향해 개방된 부분을 통해 상기 Pd 패턴층으로 흘러 흡수되도록 구성되는 것인 pH 센서.
pH 용액의 pH에 따른 저항 변화를 통해 pH 용액의 수소 이온 농도를 전기분해를 이용하여 측정하는 pH 센서의 제조 방법으로서,

Si 또는 SiO₂ 기판을 제공하는 단계와,

상기 기판 상에 pH 용액 중의 수소 이온 농도를 검침하기 위해 Pd 패턴층을 형성하는 단계와,

전류 및 전압 중 적어도 하나를 인가하기 위하여, 상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 복수 개의 전극층을 상기 기판 상에 형성하는 단계와;

전기분해를 위한 한 쌍의 전극층으로서, 이 중 한 전극은 상기 Pd 패턴층의 적어도 일부를 덮으면서 Pd 패턴층에 접속되도록 상기 기판 상에 형성하고, 나머지 카운터 전극은 상기 Pd 패턴층과 떨어져 상기 기판 상에 형성하는 것인 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층을 형성하는 단계와;

상기 전극층의 표면 전체를 외부로부터 보호하도록 상기 전극층 상에 투명한 보호층을 형성하는 단계

를 포함하고,

상기 보호층을 형성하는 단계에서, 상기 Pd 패턴층의 일부와 상기 한 쌍의 전극층 카운터 전극의 일부를 노출시키면서 보호층을 형성하여, 상기 Pd 패턴층의 일부 및 카운터 전극의 일부에 pH 용액에 노출되는 윈도우 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 pH 센서의 제조 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 전기 분해를 위한 한 쌍의 전극층 사이에 이들 전극층 사이의 전위차를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 하는 기준 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 pH 센서의 제조 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 복수 개의 전극층, 한 쌍의 전극층, 기준 전극층과 Pd 패턴층은 포토 리소그래피 또는 E-beam 리소그래피를 이용하여 형성하는 것인 pH 센서의 제조 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 Pd 패턴층이 형성된 기판에 포토 리소그래피 얼라이너를 이용하여 상기 Pd 패턴층과 상기 복수 개의 전극층을 정렬하는 단계를 더 포함하는 pH 센서의 제조 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 보호층은 상기 윈도우 부분을 제외한 전 범위에 걸쳐 SiO₂를 증착하여 형성되는 것인 pH 센서의 제조 방법.
청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 pH 센서는 나노미터 크기로 구현되는 것을 특징으로 하는 pH 센서의 제조 방법.
청구항 12에 있어서, 상기 Pd 패턴층은 나노선들이 연결된 어레이 타입으로 상기 기판 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 pH 센서의 제조 방법.
청구항 12에 있어서, 상호 연통하는 pH 용액의 유입구와 유출구가 형성된 마이크로 유체 채널을 상기 부동태 층 상에 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 유입구와 유출구를 상호 연통시키는 연통 채널의 하면은 상기 Pd 패턴층의 윈도우 부분을 향해 개방되어, 상기 유입구를 통해 도입된 pH 용액이 상기 연통 채널을 따라 흐르면서 상기 Pd 패턴층의 윈도우 부분을 향해 개방된 부분을 통해 상기 Pd 패턴층으로 흘러 흡수되도록 구성되는 것인 pH 나노 센서의 제조 방법.
청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Pd 패턴층의 표면에 생체 내 특정 물질과 반응하여 수소 이온을 방출하는 바이오 물질로 바이오 처리하는 단계를 더 포함하는 pH 센서의 제조 방법.
청구항 15에 있어서, 상기 바이오 물질은 NAD+ 또는 GOD이고, 상기 생체 내 특정 물질은 글루코스인 것을 특징으로 하는 pH 센서의 제조 방법.
전기분해를 이용하여 pH 용액의 pH를 측정하는 방법으로서,

(1) pH 용액을 Pd 표면에 적하함과 아울러, 그 pH 용액을 전기분해하여, pH 용액 중의 수소 이온을 수소 가스로 변화시키는 단계와,

(2) 상기 수소 가스가 Pd 중으로 흡착됨에 따라 나타나는 저항의 변화를 미리 준비한 데이터베이스 중의 저항과 비교하여, 그 데이터베이스 중의 일치되는 저항 변화를 찾아내어, 상기 pH 용액 중의 pH를 찾아내는 단계

를 포함하고,

상기 (1) 단계에서, 상기 pH 용액이 접촉하는 한 쌍의 전극을 통해 전위를 인가하여 상기 pH 용액 중의 수소 이온을 수소 가스로 변화시키며,

상기 (2) 단계에서, 상기 Pd 표면에 전기적으로 접속된 복수 개의 전극에 소정의 전원으로부터 전류 또는 전압을 흘려주어 전압 또는 전류의 변화를 측정하여 저항 변화를 측정하는 것인, 전기분해를 이용하여 pH 용액의 pH를 측정하는 방법.