KR101103578B1 - 캔틸레버 센서 - Google Patents

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Abstract

캔틸레버 센서가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 캔틸레버 센서는, 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분 및 기생 커패시터 성분을 제거하기 위해, 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분과 동일한 저항값을 갖는 저항 및 캔틸레버 소자의 기생 커패시터와 동일한 커패시턴스 값을 갖는 커패시터로 이루어지는 보정부를 캔틸레버 소자와 함께 차동 증폭기에 연결한다. 차동 증폭기는 캔틸레버 소자와 보정부의 동상 성분을 제거하기 때문에, 차동 증폭기의 출력에는 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분 및 기생 커패시터 성분이 제거되어 출력되며, 그로 인해 캔틸레버 소자의 기계적 특성으로 인한 공진 주파수를 정확히 분석할 수 있다. 이때, 보정부로는 캔틸레버 소자와 전기적 특성은 동일하나 기계적 특성은 가지지 않는 비활성 캔틸레버 소자를 사용할 수 있다.
캔틸레버, 센서, 압전, 공진 주파수, 기생 커패시터, 기생 저항

Description

캔틸레버 센서{CANTILEVER SENSOR}
본 발명의 실시예들은 캔틸레버 소자의 기계적 진동에 의한 공진 주파수를 정확하게 분석하기 위한 기술에 관한 것이다.
캔틸레버 센서는 일반적으로 압전 물질을 이용한 압전 메커니즘을 적용하여 구현하게 된다. 여기서, 압전 메커니즘이란 압전체에 일정한 방향에서 압력을 가하면, 압전체의 양면에서 외력에 비례하는 양전하 및 음전하가 각각 발생하는 것을 말한다.
이때, 상기 압전체는 고유의 주파수를 가지고 기계적으로 진동하는 압전 특성을 나타내는데, 상기 압전체에 유기되는 전기적 신호가 상기 압전체의 기계적 진동에 따른 공진 주파수와 일치할 때, 상기 압전체가 최대의 진폭을 가지고 진동하는 역압전 현상이 발생한다.
만약, 미세 물질이 상기 압전체에 접촉하여 스트레스를 가하게 되면, 상기 압전체의 탄성 계수와 질량이 변화하고 그에 따라 상기 압전체의 공진 주파수도 변하게 된다. 이때, 상기 공진 주파수의 변화량을 측정하여 상기 미세 물질의 질량을 정량적으로 검출할 수 있게 된다.
캔틸레버 센서는 이러한 압전 메커니즘을 적용하여 미세 물질을 검출하는 센서로서, 상기 캔틸레버 센서는 주로 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 통해 제작된다.
예를 들어, 캔틸레버 센서 표면에 특정 미세 물질을 바인딩(Binding)시키기 위한 리셉터(Receptor)를 형성한다. 그리고 상기 리셉터에 특정 미세 물질을 접촉시켜 반응시키면 상기 캔틸레버 센서의 압전체가 변형을 일으키게 되고, 이러한 변형을 측정함으로써 특정 미세 물질을 검출하게 된다.
상기 캔틸레버 센서는 미세 물질을 검출하는 만큼, 캔틸레버 센서의 내부 영향(예를 들어, 캔틸레버 소자의 기생 성분 등)을 최소화하여, 압전체의 공진 주파수 변화량을 매우 정밀하게 측정하는 것이 요구된다.
예를 들어, 캔틸레버 센서를 바이오 센서로 활용하는 경우, 액체 내에서 생체 물질을 검출하게 되는데, 이러한 측정 환경에서는 캔틸레버 센서 내의 캔틸레버 소자의 기생 저항 및 기생 커패시턴스가 증가하게 되며, 이 경우 이러한 기생 성분을 보정(또는 제거)해주어야 한다.
즉, 캔틸레버 센서에서 미세 물질을 정확하게 검출하기 위해서는 캔틸레버 소자의 기생 성분을 보정하여, 캔틸레버 소자의 기계적 특성에 따른 공진 주파수를 정확히 분석하는 것이 필요하다.
본 발명의 실시예들은 캔틸레버 소자의 기생 성분을 제거함으로써, 캔틸레버 소자의 기계적 진동으로 인한 공진 주파수를 정확하게 측정하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들에 의한 다른 기술적 해결 과제는 하기의 설명에 의해 이해될 수 있으며, 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 캔틸레버 센서는, 캔틸레버 소자; 상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스 성분을 제거하기 위한 보정부; 소정의 신호를 발생하여 상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부에 인가하는 신호 발생부; 및 상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부의 출력단과 각각 연결되는 차동 증폭기를 포함한다.
상기 보정부는, 상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스와 동일한 크기의 커패시턴스를 갖는 커패시터를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 캔틸레버 센서는, 캔틸레버 소자; 상기 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분을 제거하기 위한 보정부; 소정의 신호를 발생하여 상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부에 인가하는 신호 발생부; 및 상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부의 출력단과 각각 연결되는 차동 증폭기를 포함한다.
상기 보정부는, 상기 캔틸레버 소자의 기생 저항과 동일한 크기의 저항 값을 갖는 저항; 및 상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스와 동일한 크기의 커패시턴스를 갖는 커패시터를 포함한다.
상기 차동 증폭기는, 상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부의 동상 성분을 제거하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분을 제거할 수 있기 때문에, 캔틸레버 소자의 기계적 진동에 의한 공진 주파수를 정확하게 분석할 수 있고, 그로 인해 미세 물질을 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 캔틸레버 센서의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 기 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능 구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능 구성을 위주로 설명한다. 만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능 구성 중에서 종래에 기 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성 요소와 본 발명을 위해 추가된 구성 요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 일반적인 캔틸레버 소자의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 캔틸레버 소자(50)는 압전체(10), 상기 압전체(10)의 상면에 형성되는 제1 전극(20a), 및 상기 압전체(10)의 하면에 형성되는 제2 전극(20b)을 포함한다.
일반적으로, 상기 캔틸레버 소자(50)는 기판(30)에 외팔보 형태로 돌출되어 형성된다. 여기서, 상기 기판(30)으로는 실리콘(Si), 실리콘 나이트라이드(SiN) 등 이 사용될 수 있다.
상기 캔틸레버 소자(50)는 상기 제1 전극(20a) 및 제2 전극(20b)에 전기적 신호(진동)를 인가하면, 상기 제1 전극(20a) 및 제2 전극(20b)에 각각 양전하 및 음전하가 유기되어 상기 압전체(10)가 진동하게 된다.
도 2는 기계적으로 진동하는 캔틸레버 소자의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 기계적으로 진동하는 캔틸레버 소자(50)는 기계적 진동에 따른 임피던스 성분(Zs)과 캔틸레버 소자(50)의 구조로 인해 자체적으로 갖는 기생 임피던스 성분(Zp)을 포함한다.
여기서, 기계적 진동에 따른 임피던스 성분(Zs)으로는 저항(Rc), 인덕턴스(Lc), 및 커패시턴스(Cc)로 이루어진다.
상기 저항(Rc)은 캔틸레버 소자(50)가 기계적으로 진동할 때의 댐핑(Damping) 성분을 나타낸다. 예를 들어, 상기 캔틸레버 소자(50)가 진동하는 경우, 상기 캔틸레버 소자(50)의 진동은 시간이 지남에 따라 줄어들 수 밖에 없는데, 이때 상기 캔틸레버 소자(50)의 진동이 줄어드는 정도를 상기 저항(Rc)으로 나타낸다.
상기 인덕턴스(Lc)는 상기 캔틸레버 소자(50)의 기계적 진동 시, 상기 캔틸레버 소자(50)가 계속 진동하려고 하는 관성에 따른 스프링 상수(Spring Constant) 를 나타낸다.
상기 커패시턴스(Cc)는 상기 캔틸레버 소자(50)의 기계적 진동 시, 상기 캔틸레버 소자(50)의 진동에 따른 위치 에너지 및 상기 캔틸레버 소자(50)의 단단함(Stiffness)의 정도를 나타낸다.
상기 캔틸레버 소자(50)의 기생 임피던스 성분(Zp)으로는 기생 저항(Rp) 및 기생 커패시턴스(Cp)로 이루어진다. 상기 기생 저항(Rp) 및 기생 커패시턴스(Cp)는 상기 캔틸레버 소자(50)의 구조적 특성 상 자체적으로 갖게 되는 기생 성분을 나타낸다.
여기서, 상기 캔틸레버 소자(50)를 이용하여 미세 물질을 검출하기 위해 해당 미세 물질을 상기 캔틸레버 소자(50)에 접촉시키면, 상기 미세 물질의 물리적 성질(예를 들어, 질량, 밀도, 압력 등)에 따라 상기 캔틸레버 소자(50)의 등가 회로에서 저항(Rc), 인덕턴스(Lc), 커패시턴스(Cc) 등의 값이 변화하게 된다.
이때, 상기 커패시턴스(Cc)에 의해 발생하는 출력 신호보다 상기 기생 커패시턴스(Cp)에 의해 발생하는 출력 신호가 크기 때문에, 상기 캔틸레버 소자(50)의 기계적 진동에 따른 커패시턴스(Cc)의 변화량을 검출하는데 큰 어려움이 있다.
그리고, 상기 미세 물질의 접촉으로 인한 캔틸레버 소자(50)의 공진 주파수의 변화량을 정밀하게 검출하기 위해서는, 상기 캔틸레버 소자(50)의 출력 신호에 서 상기 미세 물질의 접촉으로 인해 발생하는 신호(즉, 캔틸레버 소자의 기계적 진동에 의해 나타나는 신호)와 상기 기생 성분(즉, 기생 저항(Rp) 및 기생 커패시턴스(Cp))에 의한 신호를 분리해야 해야 한다.
이때, 이러한 신호들을 분리하기 위해서는 정교한 회로가 필요한데, 캔틸레버 센서 내의 회로가 복잡해질수록 회로에서 발생하는 잡음(Noise)도 더불어 증가하여 상기 공진 주파수의 변화량을 검출하는데 어려움이 있다.
특히, 인-시투(In-Situ) 측정 환경, 예를 들어 상기 캔틸레버 소자(50)로 액체(또는 점성 유체)를 흘려주면서, 상기 액체 내의 미세 물질을 측정해야 하는 환경에서는 상기 캔틸레버 소자(50)가 기계적으로 진동할 때, 진동에 따른 유체의 저항에 의해 상기 등가 회로의 저항(Rc)이 매우 커지게 된다.
이 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 기계적 진동에 따른 임피던스 성분(Zs) 값이 커져서, 상기 임피던스 성분(Zs)이 형성된 노드로 흐르는 전류(iA) 값보다 상기 기생 임피던스 성분(Zp)이 형성된 노드로 흐르는 전류(iB) 값이 매우 커지게 된다.
즉, 전기적 신호가 주로 상기 기생 저항(Rp) 및 기생 커패시턴스(Cp)가 형성된 노드로 흘러 들어가게 됨으로써, 전기적 신호의 누수(Leakage) 현상이 발생하며, 이에 따라 상기 캔틸레버 소자(50)의 기계적 진동은 더욱 감소하게 된다. 이는 미세 물질이 상기 캔틸레버 소자(50)에 가하는 스트레스에 따른 직렬 공진 주파수 의 분석을 어렵게 하는 요인이 된다.
또한, 상기 기생 커패시턴스(Cp)가 커질수록 임피던스 특성 곡선에 따른 캔틸레버 소자(50)의 공진 주파수의 대역폭은 넓어지게 되고, 그로 인해 Q(Quality Factor) 값이 낮아져 상기 캔틸레버 소자(50)를 구비한 캔틸레버 센서의 민감도가 낮아지게 된다.
따라서, 캔틸레버 센서의 민감도 및 정밀도를 높이기 위해서는 상기 캔틸레버 소자(50)에 구조적으로 형성되는 기생 저항(Rp) 및 기생 커패시턴스(Cp) 성분을 제거해야 한다.
본 발명의 실시예들은, 상기 캔틸레버 소자(50)에 구조적으로 형성되는 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분 외부적으로 제거(Cancellation) 함으로써, 미세 물질의 정량 분석을 위한 캔틸레버 소자(50)의 공진 주파수를 정확하게 분석할 수 있도록 한다.
예를 들어, 캔슬레이션 회로(Cancellation Circuit)와 같은 보정 수단을 이용하여 상기 기생 저항 성분 및 상기 기생 커패시턴스를 회로적으로 제거함으로써, 캔틸레버 소자(50)의 진동에 따른 기계적 특성이 그대로 반영되어 나타나도록 하고, 그에 따른 공진 주파수를 정확하게 분석한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캔틸레버 센서의 개략적인 구성을 나타 낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 신호 발생부(110), 캔틸레버 소자(120), 보정부(130), 차동 증폭기(140), 및 신호 분석부(150)를 포함한다.
상기 신호 발생부(110)는 상기 캔틸레버 소자(120)의 공진 주파수를 파악하기 위해, 소정의 주파수를 갖는 신호를 발생하여 상기 캔틸레버 소자(120) 및 상기 보정부(130)에 인가한다. 또한, 상기 신호 발생부(110)는 상기 캔틸레버 소자(120) 및 상기 보정부(130)에 인가한 동일한 신호를 상기 신호 분석부(150)로 인가한다.
이때, 상기 신호 발생부(110)는 사용자가 설정한 주파수 대역을 일정 구간으로 분할한 후, 각 구간 별로 해당 구간에 포함되는 주파수를 갖는 소정의 신호를 순차적으로 발생하여 상기 캔틸레버 소자(120) 및 상기 보정부(130)에 인가할 수 있다.
상기 캔틸레버 소자(120)는 고유의 공진 주파수를 가지고 기계적으로 진동하는데, 상기 신호 발생부(110)에서 인가되는 전기적 신호가 상기 기계적 진동에 따른 공진 주파수와 일치할 때, 최대의 진폭을 가지고 진동하게 된다.
구체적으로, 상기 캔틸레버 소자(120)는 웨이퍼(또는 기판)로부터 돌출된 바(Bar) 형태의 외팔보 형상으로 형성되며, 상기 신호 발생부(110)에서 인가되는 전기적 신호에 의해 기계적 진동을 하게 된다.
상기 보정부(130)는 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 저항 및 기생 커패시턴 스 성분을 제거하기 위한 회로이다. 이때, 상기 보정부(130)는 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 저항 값을 갖는 저항 성분 및 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 커패시턴스 값을 갖는 커패시턴스 성분으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 보정부(130)로는 상기 캔틸레버 소자(120)가 형성되는 웨이퍼 내에 동일하게 형성되는 비활성 캔틸레버 소자를 이용할 수 있다. 여기서, 비활성 캔틸레버 소자란 기계적으로 진동하지 않는 캔틸레버 소자를 말한다.
구체적으로, 상기 캔틸레버 소자(120)는 일단이 상기 웨이퍼와 연결되어 고정되나, 타단은 고정되지 않아 기계적 진동이 가능한 외팔보 형태로 형성된다. 이렇게 기계적 진동이 가능하다는 점에서 상기 캔틸레버 소자(120)를 액티브 캔틸레버 소자라고 부른다.
한편, 상기 비활성 캔틸레버 소자는 상기 캔틸레버 소자(120)와 동일한 웨이퍼에 형성되나, 상기 캔틸레버 소자(120)와는 달리 기계적으로 진동하지 않는 캔틸레버 소자를 말한다. 즉, 상기 비활성 캔틸레버 소자는 상기 캔틸레버 소자(120)와 전기적 특성은 동일하나 기계적 특성은 갖지 않는 캔틸레버 소자를 말한다.
상기 비활성 캔틸레버 소자는 기계적으로 진동하지 않기 때문에, 상기 캔틸레버 소자(120)가 기계적으로 진동할 때 발생하는 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스 성분은 가지지 않는 반면에, 상기 캔틸레버 소자(120)와 동일한 웨이퍼에서 동일한 방식으로 형성되기 때문에, 상기 캔틸레버 소자(120)의 구조상 자체적으로 가지는 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분을 동일하게 갖는다.
한편, 인 시투(In-Situ) 환경에서는 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분이 증가하여 상기 비활성 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분과 달라질 수 있다.
예를 들어, 인 시투(In-Situ) 환경에서 사용되는 액체의 종류 및 점성 등에 따라 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분이 변하게 되며, 이때 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분이 상기 비활성 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분과 달라지게 된다.
이 경우, 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 성분과 상기 비활성 캔틸레버 소자의 기생 성분의 차이에 해당하는 기생 성분을 추가로 제거하기 위하여, 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 성분과 상기 비활성 캔틸레버 소자의 기생 성분의 차이에 해당하는 기생 성분(즉, 기생 저항 및 기생 커패시턴스)을 상기 비활성 캔틸레버 소자에 전기적으로 연결하여 사용한다.
상기 비활성 캔틸레버 소자로는 상기 외팔보 형태의 캔틸레버 소자(120)와는 달리, 캔틸레버 소자의 양단이 모두 상기 웨이퍼 상에 고정되어 기계적 진동을 하지 못하는 캔틸레버 소자를 이용할 수 있다.
또한, 상기 비활성 캔틸레버 소자로는 상기 캔틸레버 소자(120)와 동일한 외팔보 형태로 형성었으나, 제조상 오류 또는 결함으로 제대로 동작하지 않는 캔틸레버 소자를 이용할 수도 있다.
이 경우, 캔슬레이션(Cancellation)을 위해 비활성 캔틸레버 소자를 별도로 형성하지 않아도 되며, 제대로 동작하지 않는 캔틸레버 소자를 비활성 캔틸레버 소 자로 대체하여 활용하면 된다.
또한, 상기 보정부(130)로는 저항 및 커패시터 등과 같은 수동 소자로 이루어지는 회로를 직접 형성하여 사용할 수도 있다.
예를 들어, 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 저항 값과 동일한 저항 값을 갖는 저항 소자 및 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 커패시턴스 값과 동일한 커패시턴스 값을 갖는 커패시터 소자가 병렬로 연결된 회로를 형성하여 상기 보정부(130)로 사용할 수 있다.
이때, 상기 보정부(130)를 형성하는 저항 값 및 커패시턴스 값은 여러 번의 실험 측정을 통해 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 보정부(130)의 커패시턴스 값을 결정하는 경우를 살펴보면, 먼저 상기 캔틸레버 소자(120) 및 상기 보정부(130)를 각각 상기 차동 증폭기(140)에 연결시킨다.
여기서, 상기 보정부(130)는 일정한 크기로 커패시턴스 값이 증가하는 여러 개의 커패시터(예를 들어, 2pF, 4pF, 6pF, 8pF....)를 병렬로 연결한 후, 각 커패시터에 연결된 스위치를 통해 상기 여러 개의 커패시턴스를 순차적으로 온(On) 시켜가면서, 상기 차동 증폭기(140)의 출력 신호를 확인한다.
다음으로, 상기 차동 증폭기(140)의 출력 신호에서 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 커패시턴스 값이 제거되어 출력되었을 때의 상기 커패시턴스 값을 상기 보정부(130)의 커패시턴스 값으로 결정한다.
또한, 상기 보정부(130)로는 앞에서 살펴본 바와 같이 상기 비활성 캔틸레버 소자와 상기 저항 및 커패시터 등과 같은 수동 소자를 전기적으로 연결하여 사용할 수도 있다.
상기 캔틸레버 소자(120)의 출력단은 상기 차동 증폭기(140)의 비반전 단자(+)와 연결되고, 상기 보정부(130)의 출력단은 상기 차동 증폭기(140)의 반전 단자(-)와 연결된다.
또한, 상기 캔틸레버 소자(120)의 출력단은 상기 차동 증폭기(140)의 반전 단자(-)와 연결되고, 상기 보정부(130)의 출력단은 상기 차동 증폭기(140)의 비반전 단자(+)와 연결될 수도 있다.
상기 차동 증폭기(140)는 두 입력 단자 즉, 상기 비반전 단자(+) 및 반전 단자(-)의 전압차를 증폭하는 회로로서, 상기 차동 증폭기(140)는 상기 캔틸레버 소자(120) 및 상기 보정부(130)의 동상 성분을 제거하고, 상기 캔틸레버 소자(120)의 기계적 공진으로 인한 본래적 특성만으로 이루어진 신호를 증폭한다.
구체적으로, 상기 차동 증폭기(140)의 비반전 단자(+)에 상기 캔틸레버 소자(120)를 연결하고, 상기 차동 증폭기(140)의 반전 단자(-)에 상기 보정부(130)를 연결함으로써, 상기 캔틸레버 소자(120) 및 상기 보정부(130)의 동상 성분을 제거하고, 상기 캔틸레버 소자(120)의 기계적 공진으로 인한 본래적 특성만으로 이루어진 신호를 증폭한다.
예를 들어, 상기 보정부(130)가 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 저항과 동일한 저항 및 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 커패시턴스와 동일한 커패시턴스로 이루어진 경우, 상기 차동 증폭기(140)는 상기 캔틸레버 소자(120) 및 상기 보정 부(130)의 동상 성분인 상기 기생 저항 및 기생 커패시턴스를 제거하고, 상기 캔틸레버 소자(120)의 기계적 진동으로 인한 저항, 인덕턴스, 및 커패시턴스로 이루어진 신호를 증폭하여 출력한다.
상기 신호 분석부(150)는 상기 차동 증폭기(140)에서 출력되는 신호를 신호 처리한 후, 상기 캔틸레버 소자(120)의 기계적 진동으로 인한 공진 주파수를 분석한다.
구체적으로, 상기 신호 분석부(150)는 상기 차동 증폭기(140)에서 출력되는 신호에서 노이즈를 제거한 뒤, 상기 출력 신호에서 진동폭(Amplitude)과 위상(Phase)을 검출한다.
그 후, 상기 신호 발생부(110)로부터 입력된 신호의 진동폭 및 위상과 상기 출력 신호의 진동폭 및 위상에 대해 상호 상관 알고리즘(Cross Correlation Algorithm)을 적용하여 상기 캔텔레버 소자(120)의 공진 주파수를 분석한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분을 제거함으로써, 캔틸레버 소자의 고유 진동 주파수를 정확히 분석할 수 있으며, 그로 인해 미세 물질로 인한 고유 진동 주파수의 변화량을 정밀하게 측정하여 미세 물질을 정량적으로 분석할 수 있다.
상기 캔틸레버 센서는 바이오 센서, 가스 센서, 폭약 센서 등과 같은 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 특히, 상기 바이오 센서는 생체 물질을 감지하는 센서로 서, 상기 캔틸레버 센서를 이용한 생체 물질의 감지는 주로 액체 내에서 이루어지게 된다.
예를 들어, 캔틸레버 센서를 통해 측정하고자 하는 생체 물질이 포함된 액상 시료를 캔틸레버 센서 내의 캔틸레버 소자로 유입시키면, 캔틸레버 소자에 구비된 분자 인식층의 표면에 상기 생체 물질이 반응하여 포집된다. 이때, 상기 생체 물질이 반응함에 따른 캔틸레버 소자의 고유 공진 주파수의 변화를 측정함으로써, 상기 생체 물질을 정량적으로 분석할 수 있게 된다.
이러한 인-시투(In-Situ) 환경 하에서는 유체의 흐름으로 인해 상기 캔틸레버 소자의 저항이 상당히 커지게 되는바, 앞에서 살펴본 바와 같이 전류가 상기 캔틸레버 소자의 기생 성분이 형성된 노드로 대부분 흐르게 되어, 상기 생체 물질과의 반응에 따른 캔틸레버 소자의 출력 신호를 분석하는데 어려움이 따르게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예들을 통해 상기 캔틸레버 소자의 기생 성분을 제거함으로써, 상기 생체 물질과의 반응에 따른 캔틸레버 소자의 고유 공진 주파수 변화를 정확하게 측정하여 상기 생체 물질을 정량적으로 분석한다.
한편, 본 발명의 실시예들은 상기 인-시투(In-Situ) 환경 뿐만 아니라 다양한 환경에 사용되는 캔틸레버 센서에서 캔틸레버 소자의 기생 성분을 제거하는데 사용될 수 있다.
또한, 상기에서는 상기 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분을 함께 제거하는 경우를 일 예로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 캔틸레버 소자의 기생 성분 중 기생 커패시턴스만을 제거할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 캔틸레버 소자, 보정부, 및 차동 증폭기를 포함한 회로를 나타낸 도면이다. 여기서는 편의상 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스 성분만을 제거하는 경우를 예로 도시하였다.
여기서, 캔틸레버 소자(120)는 저항(Rc), 인덕턴스(Lc), 커패시턴스(Cc), 및 기생 커패시턴스(Cp)의 등가회로로 나타낼 수 있고, 보정부(130)는 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 커패시턴스(Cp)와 동일한 커패시턴스 값을 갖는 커패시턴스(Cp)로 나타낼 수 있다. 상기 캔틸레버 소자(120)는 차동 증폭기(140)의 비반전 단자(+)에 연결되고, 상기 보정부(130)는 상기 차동 증폭기(140)의 반전 단자(-)에 연결된다.
상기 차동 증폭기(140)는 동일 위상의 입력 신호를 제거하므로, 상기 차동 증폭기(140)로 입력되는 신호 중 동상 성분인 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 커패시턴스(Cp) 및 상기 보정부(130)의 커패시턴스(Cp) 성분을 제거하게 된다.
따라서, 실제적으로 도 5에 도시한 회로는 도 6과 같은 등가 회로로 다시 나타낼 수 있다. 이 경우, 차동 증폭기(140)의 출력 전압은 상기 캔틸레버 소자(120)의 기계적 진동에 의한 본래적 특성을 나타내는 저항(Rc), 인덕턴스(Lc), 및 커패시턴스(Cc) 성분 만으로 표현된다.
즉, 차동 증폭기(140)의 출력 전압(VO)는 다음 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112009060440502-pat00001
여기서, VA는 차동 증폭기의 비반전 단자로 입력되는 전압을 나타내고, AV는 차동 증폭기의 신호 이득을 나타낸다.
그리고, 상기 수학식 1에서 VA는 다음 수학식 2로 나타낼 수 있다.
Figure 112009060440502-pat00002
여기서, ZS는 캔틸레버 소자(120)의 전체 임피던스를 나타낸다. 따라서, 수학식 2를 수학식 1에 대입하면, 상기 차동 증폭기(140)의 출력 전압(VO)은 다음 수학식 3으로 나타낼 수 있으며, 상기 차동 증폭기(140)의 출력 전압(VO)이 전적으로 상기 캔틸레버 소자(120)의 기계적 진동에 의한 본래적 특성을 나타내는 임피던스 만으로 표현된다는 것을 알 수 있다.
Figure 112009060440502-pat00003
한편, 도 5에서는 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스 성분만을 제거하는 경우를 예로 도시하였으나, 캔틸레버 소자의 기생 저항 및 기생 커패시턴스 성분을 함 께 제거할 수도 있다.
즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 보정부(130)를 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 저항(Rp)과 동일한 저항 값을 갖는 저항(Rp) 및 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 커패시턴스(Cp)와 동일한 커패시턴스 값을 갖는 커패시턴스(Cp)의 병렬로 구현한다.
이 경우, 상기 차동 증폭기(140)는 상기 차동 증폭기(140)로 입력되는 신호 중 동상 성분인 상기 캔틸레버 소자(120)의 기생 저항(Rp) 및 기생 커패시턴스(Cp) 성분을 제거하게 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 캔슬레이션(Cancellation)을 하기 전의 신호 분석부에서의 그래프를 나타낸 도면이다. 여기서는, 에어(Air) 환경에서 캔틸레버 소자의 기계적 특성을 측정한 결과를 나타내었다.
도 8a는 차동 증폭기의 출력 신호에서 크기(Magnitude: M)와 위상(Phase: P)을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 8a를 참조하면, 차동 증폭기의 출력 신호의 위상에 별다른 변화가 나타나지 않음을 볼 수 있다. 또한, 차동 증폭기의 출력 신호의 크기가 주파수에 따라 일정하지 않고 변동을 보이며, 특정한 피크(Peak) 값을 나타내지 않는 것을 볼 수 있다.
도 8b는 신호 발생부로부터 입력된 신호의 크기 및 위상과 상기 차동 증폭기의 출력 신호의 크기 및 위상에 대해 상호 상관 알고리즘(Cross Correlation Algorithm: Cross)을 적용한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8b를 참조하면, 상기 신호 발생부로부터 입력된 신호와 상기 차동 증폭기의 출력 신호 간의 상호 상관 값에 따른 공진 주파수의 피크(Peak) 값이 명확한 값을 갖지 않는 것을 볼 수 있다. 이 경우, 공진 주파수를 제대로 측정할 수 없게 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 캔슬레이션(Cancellation)을 하기 전의 신호 분석부에서의 그래프를 나타낸 도면이다. 여기서는, 액체(Liquid) 환경에서 캔틸레버 소자의 기계적 특성을 측정한 결과를 나타내었다.
도 9a는 차동 증폭기의 출력 신호에서 크기(Magnitude: M)와 위상(Phase: P)을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 9a를 참조하면, 차동 증폭기의 출력 신호의 위상에 별다른 변화가 나타나지 않음을 볼 수 있다. 또한, 차동 증폭기의 출력 신호의 크기가 주파수에 따라 일정하지 않고 도 8a의 에어 환경에서 보다 많은 변동을 보이며, 특정한 피크(Peak) 값을 나타내지 않는 것을 볼 수 있다.
도 9b는 신호 발생부로부터 입력된 신호의 크기 및 위상과 상기 차동 증폭기의 출력 신호의 크기 및 위상에 대해 상호 상관 알고리즘(Cross Correlation Algorithm: Cross)을 적용한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9b를 참조하면, 상기 신호 발생부로부터 입력된 신호와 상기 차동 증폭기의 출력 신호 간의 상호 상관 값에 따른 공진 주파수가 특정한 피크(Peak) 값을 갖지 않는 것을 볼 수 있다. 즉, 피크 값이 제대로 나타나지 않게 되며, 이 경우 공 진 주파수를 정확히 측정할 수 없게 된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 캔슬레이션(Cancellation)을 한 후의 신호 분석부에서의 그래프를 나타낸 도면이다. 여기서는, 일반적인 에어(Air) 환경에서 캔틸레버 소자의 기계적 특성을 측정한 결과를 나타내었다.
도 10a는 차동 증폭기의 출력 신호에서 크기(Magnitude: M)와 위상(Phase: P)을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 10a를 참조하면, 차동 증폭기의 출력 신호의 위상이 특정 주파수(약 109.1 KHz)에서 변화가 나타남을 볼 수 있다. 또한, 차동 증폭기의 출력 신호의 크기가 특정 주파수(약 109.1 KHz)에서 뚜렷한 피크 값을 나타내는 것을 볼 수 있다.
도 10b는 신호 발생부로부터 입력된 신호의 크기 및 위상과 상기 차동 증폭기의 출력 신호의 크기 및 위상에 대해 상호 상관 알고리즘(Cross Correlation Algorithm: Cross)을 적용한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10b를 참조하면, 상기 신호 발생부로부터 입력된 신호와 상기 차동 증폭기의 출력 신호 간의 상호 상관 값에 따른 공진 주파수가 정확히 109.1 KHz에서 피크(Peak) 값을 나타내는 것을 볼 수 있다. 또한, 상기 공진 주파수에서의 주파수 대역 폭이 매우 좁게 나타나 높은 Q 값(198.3636)을 나타내는 것을 볼 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 캔슬레이션(Cancellation)을 한 후의 신호 분석부에서의 그래프를 나타낸 도면이다. 여기서는, 액체(Liquid) 환경에서 캔틸레 버 소자의 기계적 특성을 측정한 결과를 나타내었다.
도 11a는 차동 증폭기의 출력 신호에서 크기(Magnitude: M)와 위상(Phase: P)을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 8a를 참조하면, 차동 증폭기의 출력 신호의 위상 및 크기가 61.4 KHz ~ 65.4 KHz 사이에서 약간의 변화가 나타남을 볼 수 있다. 이는 액체 환경에서 측정한 경우, 일반적인 에어 환경에서 측정한 경우보다 민감도가 떨어지기 때문이다.
도 11b는 신호 발생부로부터 입력된 신호의 크기 및 위상과 상기 차동 증폭기의 출력 신호의 크기 및 위상에 대해 상호 상관 알고리즘(Cross Correlation Algorithm: Cross)을 적용한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11b를 참조하면, 상기 신호 발생부로부터 입력된 신호와 상기 차동 증폭기의 출력 신호 간의 상호 상관 값에 따른 공진 주파수가 정확히 61 KHz에서 피크(Peak) 값을 나타내는 것을 볼 수 있다. 여기서, 액체 환경에서 측정하는 경우, 일반적인 에어 환경에서 측정하는 경우보다 공진 주파수가 약 40% 정도 낮게 나타나는 것을 볼 수 있다.
또한, 상기 공진 주파수에서의 주파수 대역폭이 에어 환경에서의 주파수 대역폭보다는 넓게 나타나 Q 값(21.0345)이 상대적으로 작게 나타나는 것을 볼 수 있다. 그러나, 도 9b의 캔슬레이션을 하기 전의 그래프와 비교하면, 공진 주파수가 뚜렷하게 나타남을 볼 수 있으며, 이를 통해 액체 환경에서도 캔틸레버 소자의 공진 주파수를 정확하게 분석할 수 있게 된다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일반적인 캔틸레버 소자의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 기계적 진동 시 캔틸레버 소자의 등가 회로를 나타낸 도면.
도 3은 인-시투(In-Situ) 환경에서 캔틸레버 소자의 전류 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캔틸레버 센서의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스를 제거하기 위한 회로를 나타낸 도면.
도 6은 도 5에 도시한 회로의 등가 회로를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 캔틸레버 소자의 기생 저항 및 기생 커패시턴스를 제거하기 위한 회로를 나타낸 도면.
도 8은 에어 환경에서, 캔슬레이션(Cancellation)을 하기 전의 신호 분석부에서의 그래프를 나타낸 도면.
도 9는 액체 환경에서, 캔슬레이션(Cancellation)을 하기 전의 신호 분석부에서의 그래프를 나타낸 도면.
도 10은 에어 환경에서, 캔슬레이션(Cancellation)을 한 후의 신호 분석부에서의 그래프를 나타낸 도면.
도 11은 액체 환경에서, 캔슬레이션(Cancellation)을 한 후의 신호 분석부에서의 그래프를 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 신호 발생부 120 : 캔틸레버 소자
130 : 보정부 140 : 차동 증폭기
150 : 신호 분석부

Claims (11)

  1. 캔틸레버 소자;
    상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스 성분을 제거하기 위한 보정부;
    소정의 신호를 발생하여 상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부에 인가하는 신호 발생부;
    상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부의 출력단과 각각 연결되는 차동 증폭기; 및
    상기 차동 증폭기의 출력 신호 및 상기 신호 발생부에서 입력되는 신호를 이용하여 상기 캔틸레버 소자의 공진 주파수를 분석하는 신호 분석부를 포함하는, 캔틸레버 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스와 동일한 크기의 커패시턴스를 갖는 커패시터를 포함하는, 캔틸레버 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 캔틸레버 소자와 동일한 웨이퍼 상에 형성되며, 상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스와 동일한 크기의 커패시턴스를 갖는 비활성 캔틸레버 소자를 포함 하는, 캔틸레버 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 캔틸레버 소자와 동일한 웨이퍼 상에 형성되는 비활성 캔틸레버 소자; 및
    상기 비활성 캔틸레버 소자와 전기적으로 연결되며, 상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스와 상기 비활성 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스 간의 차이에 해당하는 커패시턴스 값을 갖는 커패시터를 포함하는, 캔틸레버 센서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 차동 증폭기는,
    상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부의 동상 성분을 제거하여 출력하는, 캔틸레버 센서.
  6. 캔틸레버 소자;
    상기 캔틸레버 소자의 기생 저항 성분 및 기생 커패시턴스 성분을 제거하기 위한 보정부;
    소정의 신호를 발생하여 상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부에 인가하는 신호 발생부;
    상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부의 출력단과 각각 연결되는 차동 증폭기; 및
    상기 차동 증폭기의 출력 신호 및 상기 신호 발생부에서 입력되는 신호를 이용하여 상기 캔틸레버 소자의 공진 주파수를 분석하는 신호 분석부를 포함하는, 캔틸레버 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 캔틸레버 소자의 기생 저항과 동일한 크기의 저항 값을 갖는 저항; 및
    상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스와 동일한 크기의 커패시턴스를 갖는 커패시터를 포함하는, 캔틸레버 센서.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 캔틸레버 소자와 동일한 웨이퍼 상에 형성되며, 상기 캔틸레버 소자의 기생 저항과 동일한 크기의 저항 값 및 상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스와 동일한 크기의 커패시턴스를 갖는 비활성 캔틸레버 소자를 포함하는, 캔틸레버 센서.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 캔틸레버 소자와 동일한 웨이퍼 상에 형성되는 비활성 캔틸레버 소자;
    상기 비활성 캔틸레버 소자와 전기적으로 연결되며, 상기 캔틸레버 소자의 기생 저항과 상기 비활성 캔틸레버 소자의 기생 저항 간의 차이에 해당하는 저항 값을 갖는 저항; 및
    상기 비활성 캔틸레버 소자와 전기적으로 연결되며, 상기 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스와 상기 비활성 캔틸레버 소자의 기생 커패시턴스 간의 차이에 해당하는 커패시턴스 값을 갖는 커패시터를 포함하는, 캔틸레버 센서.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 차동 증폭기는,
    상기 캔틸레버 소자 및 상기 보정부의 동상 성분을 제거하여 출력하는, 캔틸레버 센서.
  11. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9709561B2 (en) 2014-05-13 2017-07-18 Korea University Research And Business Foundation Multisensing platform having a nanoporous metal layer on a cantilever sensor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021134179A1 (de) 2021-12-21 2023-06-22 Truedyne Sensors AG Messanordnung mit einem mikromechanischen Oszillator

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020158637A1 (en) 2001-04-17 2002-10-31 Clariant Life Science Molecules (Italia) S.P.A Method and apparatus for self-calibration of capacitive sensors
KR100418907B1 (ko) * 2001-02-16 2004-02-14 엘지전자 주식회사 Ｓｐｍ용 캔틸레버

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1679512A4 (en) * 2003-10-31 2011-03-16 Murata Manufacturing Co OSCILLATING CIRCUIT COMPRISING A SURFACE ACOUSTIC WAVE SENSOR AND A BIOSENSOR
JP4930941B2 (ja) * 2007-03-28 2012-05-16 国立大学法人群馬大学 カンチレバー型センサ
KR20080096266A (ko) * 2007-04-27 2008-10-30 엘지전자 주식회사 캔틸레버를 이용한 미세 물질 측정 장치 및 측정 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100418907B1 (ko) * 2001-02-16 2004-02-14 엘지전자 주식회사 Ｓｐｍ용 캔틸레버
US20020158637A1 (en) 2001-04-17 2002-10-31 Clariant Life Science Molecules (Italia) S.P.A Method and apparatus for self-calibration of capacitive sensors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. Hagleitner, et la., IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS. 2002.12., VOL. 37, NO. 12, pp.1867-1878.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9709561B2 (en) 2014-05-13 2017-07-18 Korea University Research And Business Foundation Multisensing platform having a nanoporous metal layer on a cantilever sensor

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