KR101541888B1 - 감지 디바이스, 감지 디바이스의 제조 방법 및 물리적 자극 감지 방법 - Google Patents

감지 디바이스, 감지 디바이스의 제조 방법 및 물리적 자극 감지 방법 Download PDF

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KR101541888B1
KR101541888B1 KR1020140017843A KR20140017843A KR101541888B1 KR 101541888 B1 KR101541888 B1 KR 101541888B1 KR 1020140017843 A KR1020140017843 A KR 1020140017843A KR 20140017843 A KR20140017843 A KR 20140017843A KR 101541888 B1 KR101541888 B1 KR 101541888B1
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drain electrode
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김영규
김화정
남성호
박수형
서주역
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경북대학교 산학협력단
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements

Abstract

본 발명은 감지 디바이스, 감지 디바이스의 제조 방법 및 물리적 자극 감지 방법에 관한 것으로, 감지 디바이스는 기판; 기판 상에 형성되는 게이트 전극; 게이트 전극 상에 형성되는 절연층; 절연층 상에 형성되는 채널층; 채널층에 전기적으로 연결되는 소스 전극과 드레인 전극; 및 채널층 상에 형성되는 액정층을 포함한다. 본 발명에 의하면, 물리적 자극에 따른 액정층의 분자 배향의 변화에 따라 채널층에 흐르는 전류 값이 변화되는 것으로부터 초미세 물리적 자극을 감지할 수 있다.

Description

감지 디바이스, 감지 디바이스의 제조 방법 및 물리적 자극 감지 방법{SENSORY DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND METHOD FOR SENSING PHYSICAL STIMULATION}
본 발명은 감지 디바이스(sensory device), 이의 제조 방법 및 물리적 자극(physical stimulation)을 감지하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초미세 물리적 자극을 감지할 수 있는 감지 디바이스, 이의 제조 방법 및 물리적 자극감지 방법에 관한 것이다.
인공 감각은 감각 장애를 갖는 사람을 돕거나, 인간의 단순한 작업 혹은 인간이 해결하기 어려운 작업을 분담할 수 있는 휴머노이드 로봇을 개발하는 데 있어 중요한 요소이다. 인간의 두뇌는 자기 방어와 후속 행위를 위해 물리적(촉각) 자극에 대해 어떻게 반응해야 하는지를 신속하게 결정해야 하기 때문에, 다양한 감각들 중 촉감은 가장 기본적인 요소이다. 특히, 극미세 수준의 물리적 자극을 감지하는 것은 다음 응답에 대한 충분한 시간을 확보하는 데 있어 중요하다. 더욱이, 잔류 감각 현상(물리적 자극 이후의 신호 지속 시간)은 물리적 자극이 가해진 정확한 위치를 찾고 후속 대책을 준비할 수 있도록, 자극의 강도에 따라 충분한 피드백 시간을 확보하기 위해 필요하다. 종래의 인공 감지 디바이스는 어느 정도 높은 압력의 직접적인 접촉에 의해 동작하거나, 스마트폰의 터치 패널과 같이 압력에 따른 정전 용량의 변화에 의해 동작하는 방식으로, 민감한 접촉을 감지하지 못할 뿐 아니라 잔류 감각 기능을 갖지도 않는다. 뿐만 아니라, 종래의 디바이스는 무기 반도체로 제조되기 때문에, 휴머노이드 로봇을 포함한 다양한 응용 분야에서 인공 감각 피부로 적용하기에 충분한 유연성을 갖지 못한다.
본 발명의 목적은 미세한 물리적 자극을 감지할 수 있는 감지 디바이스를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 저렴한 비용으로 초고감도 감지 디바이스를 제조하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 잔류 감각 기능을 갖는 감지 디바이스를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 감지 디바이스는, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성되는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되는 채널층; 상기 채널층에 전기적으로 연결되는 소스 전극과 드레인 전극; 및 상기 채널층 상에 형성되는 액정층을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 액정층은 물리적 자극에 따라 분자 배향이 변화되는 액정 분자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 물리적 자극은 상기 액정층의 표면에 가해지는 자극일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 액정층은 네마틱(nematic) 액정 분자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 액정층과 상기 채널층은 서로 간에 분리된 층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 액정층은 상기 채널층의 상면에 직접 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 감지 디바이스는, 상기 채널층을 통해 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간에 흐르는 전류 값은 상기 물리적 자극의 세기에 따라 가변적일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 채널층의 유도 전하 밀도는 상기 액정층의 분자 배향 변화에 따라 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 물리적 자극에 따라 상기 채널층의 상기 액정층과 접촉하는 상부 영역에서의 유도 전하 밀도가 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 감지 디바이스는, 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간에 흐르는 전류 값에 기초하여 상기 물리적 자극의 세기를 검출하는 검출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전압 및 상기 드레인 전극과 상기 게이트 전극 간의 전압은 미리 설정된 값으로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 채널층은 유기 반도체층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 채널층은 무기 반도체층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 채널층의 상면은, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 상면보다 낮고, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 하면보다 높을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 채널층은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 덮도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 감지 디바이스는, 상기 액정층 상에 형성되는 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 보호층은 폴리머 필름을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 이격되어 형성되는 소스 전극과 드레인 전극; 상기 기판 상에서 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되도록 형성되는 채널층; 상기 채널층의 제1 영역 상에 형성되는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되는 게이트 전극; 및 상기 채널층의 제2 영역 상에 형성되는 액정층을 포함하는 감지 디바이스가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 감지 디바이스는, 상기 액정층 상에 형성되는 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 것; 상기 게이트 전극 상에 절연층을 형성하는 것; 상기 절연층 상에 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 것; 상기 절연층 상에 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되도록 채널층을 형성하는 것; 및 상기 채널층 상에 액정층을 형성하는 것을 포함하는 감지 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 액정층은 물리적 자극에 따라 분자 배향이 변화되는 액정 분자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 액정층을 형성하는 것은, 상기 채널층에 직접 접촉되도록 상기 액정층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 감지 디바이스의 제조 방법은, 상기 액정층 상에 보호층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 감지 디바이스를 이용하여 물리적 자극을 감지하는 물리적 자극 감지 방법으로서, 상기 액정층의 표면에 가해지는 물리적 자극에 따라 변화되는 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전류 값을 검출하는 것; 및 상기 전류 값에 기초하여 상기 물리적 자극을 감지하는 것을 포함하는 물리적 자극 감지 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 물리적 자극 감지 방법은, 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전압 및 상기 드레인 전극과 상기 게이트 전극 간의 전압을 미리 설정된 값으로 유지하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 물리적 자극을 감지하는 것은, 0(sccm) 초과, 2(sccm) 이하의 미세 물리적 자극을 감지할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 감지 디바이스를 이용하여 물리적 자극을 감지하는 물리적 자극 감지 방법으로서, 상기 보호층의 표면에 가해지는 물리적 자극에 따라 변화되는 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전류 값을 검출하는 것; 및 상기 전류 값에 기초하여 상기 물리적 자극을 감지하는 것을 포함하는 물리적 자극 감지 방법이 제공된다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 미세한 물리적 자극을 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 저렴한 비용으로 초고감도 감지 디바이스를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 잔류 감각 기능을 갖는 감지 디바이스가 제공된다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지 디바이스의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다.
도 6은 액정층을 갖지 않는 비교 예에 따른 유기 전계효과 트랜지스터에 대해 질소 기체가 인가되지 않은 상태에서 게이트 전압(VG)별로 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 채널층 상에 액정층을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 액정-유기 전계효과 트랜지스터에 대해 질소 기체가 인가되지 않은 상태에서 게이트 전압(VG)별로 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8 내지 도 10은 게이트 전압(VG)별로 본 발명의 실시 예와 비교 예에 대해 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 11은 액정층을 형성하지 않은 유기 전계효과 트랜지스터를 보여주는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스의 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉시킨 경우, 시간에 따른 드레인 전류의 변화를 질소 기체의 접촉 시간별로 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉시킨 경우, 기체 접촉 시간에 따른 드레인 전류의 변화량을 보여주는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉시킨 경우, 기체 접촉 시간별로 지연 시간을 보여주는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉시킨 경우, 기체 접촉 시간별로 증가 시간 상수와 감소 시간 상수를 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 인가한 경우, 시간에 따른 드레인 전류 값의 변화를 기체 유율별로 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 인가한 경우, 드레인 전류의 변화량을 기체 강도별로 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉시킨 경우, 기체 유율별로 지연 시간을 보여주는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉시킨 경우, 기체 유율별로 증가 시간 상수와 감소 시간 상수를 보여주는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체가 접촉하는 동안 인사이투 측정(in-situ measurement) 방식으로 채널 영역 내의 액정 분자들의 배열을 광학 현미경 사진으로 관찰한 결과를 보여주는 도면이다.
도 22는 내지 도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스의 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다.
도 25는 도 24에 도시된 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 인가한 경우, 시간에 따른 드레인 전류의 변화를 기체 요율별로 보여주는 그래프이다.
도 26은 본 발명의 변형된 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명에서 ~ 상에 형성된다는 것은 다른 물질이 개재되지 않은 채로 상면에 직접 접촉되도록 형성되는 것은 물론, 하나 또는 복수의 다른 물질이 개재되어 형성되는 것을 포함하는 의미일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스는 기판; 기판 상에 형성되는 게이트 전극; 게이트 전극 상에 형성되는 절연층; 절연층 상에 형성되는 채널층; 채널층에 전기적으로 연결되는 소스 전극과 드레인 전극; 및 채널층 상에 형성되는 액정층을 포함한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 물리적 자극에 따른 액정층의 분자 배향의 변화에 따라 채널층에 흐르는 드레인 전류 값이 변화되는 것으로부터 초미세 물리적 자극을 감지할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스는 미세한 기체의 접촉, 터치 입력, 압력 등의 물리적 자극을 감지할 수 있다. 물리적 자극에 의하여 드레인 전류 값이 증가한 이후, 물리적 자극을 중단하는 경우에도 감지 디바이스의 드레인 전류 값은 일정 시간 유지된다. 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스는 휴머노이드 로봇 등의 인공 감각 피부로 적용될 수 있으며, 잔류 감각 기능을 구현할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스는 스마트폰 등에서 디스플레이 장치 내에 제공되어 기존의 터치 패널을 대체하여 사용자의 터치 입력을 감지할 수 있으며, 디스플레이 장치 외에 별도의 터치 패널을 필요로 하지 않아 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 감지 디바이스(100)는 기판(110), 게이트 전극(120), 절연층(130), 소스 전극(140), 드레인 전극(150), 채널층(160) 및 액정층(170)을 포함한다. 기판(110)은 실리콘과 같은 반도체 기반의 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판 등으로 제공될 수 있다. 플라스틱 기판은 예시적으로, 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 등의 고분자 화합물로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 기판(110) 상에 게이트 전극(120)이 형성된다. 게이트 전극(120)은 도전성 재질로 형성될 수 있다. 게이트 전극(120)은 기판(110) 상에 도전막(미도시)을 형성하거나, 도전막(미도시)을 형성한 후 패터닝하여 형성하거나, 혹은 패터닝된 마스크로 기판(110)을 덮고 도전막을 형성하는 방법으로 형성할 수 있다. 게이트 전극(120)은 예시적으로, 열 증착(thermal evaporation), 전자빔 증착(E-beam evaporation), 스퍼터링(sputtering), 마이크로 컨택 프린팅(micro contact printing) 또는 나노 임프린팅(nano imprinting) 등의 공정에 의해 형성될 수 있다. 게이트 전극(120)은 예시적으로, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등의 금속 물질로 형성되거나, 도전성이 있는 비금속 물질, 예를 들면 인듐-주석 산화물 등으로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 기판(110)과 게이트 전극(120) 상에 절연층(130)이 형성된다. 절연층(130)은 기판(110) 상에서 게이트 전극(120)을 덮도록 형성된다. 절연층(130)은 예시적으로, 스핀 코팅(spin coating) 방식 또는 디스펜서(dispenser)를 이용한 분사(dispensing) 방식으로 절연성 물질을 형성한 후, 열 경화(heat curing)나 자외선 경화(ultraviolet-ray curing) 등의 방식에 의해 경화함으로써 형성될 수 있다. 절연층(130)은 예시적으로, 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol), 폴리스티렌(polystyrene)과 같은 물질, 혹은 산화알루미늄/폴리스티렌(Al2O3/PS)과 같은 무기물/유기물의 혼성 절연성 물질 등으로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2c를 참조하면, 절연층(130) 상에 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)이 형성된다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 서로 이격되어 형성될 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 금속, 금속화합물 또는 전도성 유기고분자를 포함할 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 예시적으로, 금(Au), 은(Ag), 아연(Zn), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 인듐주석산화물(ITO), 카본나노튜브(carbon nano tube), 폴리머 등의 도전성 물질, 페이스트(paste) 또는 잉크(ink)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2d를 참조하면, 절연층(130) 상에 채널층(160)이 형성된다. 이에 따라, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 사이에 채널층(160)이 형성되며, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 채널층(160)에 전기적으로 연결된다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 형성되는 전압에 의하여 채널층(160)에 채널 영역이 형성될 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 채널층(160)에 직접 접촉하도록 형성될 수도 있고, 도전성을 갖는 하나 이상의 다른 물질을 매개로 간접적으로 채널층(160)에 연결될 수도 있다. 채널층(160)은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)을 덮을 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 전압이 인가되면, 채널층(160) 내에 채널이 형성될 수 있다. 채널층(160)은 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅 또는 진공 증착 등의 공정을 통해 형성될 수 있다. 채널층(160)은 유기 반도체층, 무기 반도체층 또는 유무기 혼합 반도체층을 포함할 수 있다. 유기 반도체층은 폴리머 활성층을 포함할 수 있다. 채널층(160)을 잘 구부러지고 유연성을 갖는 유기 반도체층으로 형성하면, 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)를 휴머노이드 로봇의 인공 감각 피부로 구현하기에 적합하다.
유기 반도체층은 예시적으로, P3HT(poly(3-hexylthiophene)), 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 안트라센(anthracene), 나프탈렌(naphthalene), 루브렌(rubrene), 코로넨(coronene), 페릴렌(perylene), 루브렌(rubrene), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 혹은 이들의 유도체, 티오펜(thiophene)을 포함하는 공액계 고분자 유도체, F8T2(poly(9,9-dioctylfluoreneco-bithiophene)), PQT-12(poly(3,3-didodecylquarter-thiophene)) 또는 PBTTT(poly (2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno(3,2-b)thiophene), 플루오렌(fluorene)을 포함하는 공액계 고분자 유도체 중 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 채널층(160) 상에 액정층(170)이 형성된다. 액정층(170)과 채널층(160)은 서로 간에 분리된 층으로 형성되며, 액정층(170)은 채널층(160)의 상면에 직접 접촉한다. 액정층(170)은 이의 표면상에 가해지는 물리적 자극(physical stimulation)에 따라 분자 배향이 변화되는 액정(LC; Liquid Crystal) 분자들을 포함할 수 있다. 물리적 자극은 액정층(170)의 표면에 가해지는 자극, 예를 들어, 기체 흐름 접촉, 터치 입력, 압력, 그 밖의 자극일 수 있다. 액정층(170)은 예시적으로, 네마틱(nematic) 액정 분자들 또는 콜레스테릭 액정 분자들을 포함할 수 있다. 액정층(170)은 예시적으로, 1-(trans-4-Hexylcyclohexyl)-4-isothiocyanatobenzene, 4'-Octyl-4-biphenylcarbonitrile, 4'-(Hexyloxy)-4-biphenylcarbonitrile, 4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)benzonitrile, 1-(trans-4-hexylcyclohexyl)-4-isothiocyanatobenzene, 4-(Heptyloxy)benzoic acid, Cholesterylhemisuccinate, Cholesteryloleyl carbonate, Cholesteryl acetate 또는 4-butyl-N-[(4-methoxyphenyl)methylene]-Benzenamine 등을 포함할 수 있다.
감지 디바이스(100)는 물리적 자극에 따른 액정층(170)의 액정 분자들의 집단적 거동과, 채널층(160) 간의 시너지(synergy) 효과에 따른 드레인 전류의 변화를 통해, 인간이 느낄 수 없는 극미세 수준의 물리적 자극을 감지할 것이다. 채널층(160)을 통해 드레인 전극(150)과 소스 전극(140) 간에 흐르는 전류(이하, '드레인 전류'로 칭할 수 있음) 값은 물리적 자극의 세기에 따라 가변적일 수 있다. 채널층(160)의 유도 전하 밀도는 물리적 자극에 의한 액정층(170)의 분자 배향 변화에 따라 변화할 수 있다. 즉, 액정층(170)에 물리적 자극이 가해지면, 액정층(170)의 액정 분자들의 쌍극자 배향이 집단적으로 변화되고, 그에 따라 액정층(170)과 접촉하는 채널층(160)의 상부 영역에서의 유도 전하 밀도가 증가하여 드레인 전류가 증가할 것이다.
감지 디바이스(100)는 드레인 전류 값에 기초하여 물리적 자극의 세기를 검출하는 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 검출부는 액정층(170)의 표면에 가해지는 물리적 자극에 따라 변화되는 드레인 전류 값을 검출하고, 검출한 전류 값에 기초하여 물리적 자극을 감지할 수 있다. 감지 디바이스(100)는 예시적으로, 드레인 전류 값의 변화량, 단위시간당 변화율 등에 기초하여 물리적 자극의 세기나 물리적 자극의 지속 시간 등을 검출할 수 있다. 이때, 정확한 측정을 위하여, 드레인 전극(150)과 소스 전극(140) 간의 전압과, 드레인 전극(150)과 게이트 전극(120) 간의 전압은 미리 설정된 값으로 유지될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)는 액정층(170)의 액정 분자들의 집단적 거동과 채널층(160) 간의 시너지 효과에 의하여, 인간이 느낄 수 없는 극미세 수준의 물리적 자극을 감지할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)는 0(sccm) 초과, 2(sccm) 이하의 미세 물리적 자극을 감지할 수 있다. 2(sccm)의 물리적 자극은 개인 편차에 따라 인간이 느낄 수 있는 최소 자극의 세기이거나 인간이 느낄 수 없는 자극 세기이다. 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)는 0(sccm) 초과, 0.7(sccm) 이하의 초미세 물리적 자극을 감지할 수 있다. 0.7(sccm)의 물리적 자극은 인간의 촉각으로는 느낄 수 없는 자극 세기이다. 액정 분자들은 액정 상태에서 강한 쌍극자 배향을 가지며, 물리적 자극에 대해 집단적인 분자 이동 거동을 보인다. 액정층(170) 표면에 미세한 물리적 자극을 가할 때, 액정층(170)의 액정 분자들의 분자 배향은 집단적으로 변화하며, 액정 분자들의 강한 쌍극자 효과와 분자 배향의 변화에 기인하여, 외부 물리적 자극의 세기에 따라 채널층(160)의 드레인 전류는 민감하게 변화한다.
도 3a를 참조하면, 액정층(170) 중의 하층부(171)에 배열된 액정 분자들의 강한 쌍극자 효과에 기인하여, 채널층(160) 중의 전하 유도 영역(161), 즉 액정층(170)과 접하는 채널층(160)의 상층부에 유도 전하가 생성된다. 도 3b를 참조하면, 화살표로 도시된 바와 같이 물리적 자극이 액정층(170) 표면에 가해지면, 액정층(170) 상층부의 일부 액정 분자들의 분자 배향이 변화되고, 규칙 상태의 액정 분자들의 집단적 거동으로 인한 쌍극자 재배열 효과에 기인하여, 자극을 받은 액정 분자들을 따라 인접한 다수의 액정 분자들에서 집단적으로 액정 배향이 변화된다. 이에 따라 액정층(170)의 상층부와 채널층(160)에 접하는 액정층(170)의 하층부 사이의 전체 영역(172)에 걸쳐서 액정 분자들의 분자 배향이 집단적으로 변화한다. 그러면, 액정 분자들의 강한 쌍극자에 의해 채널층(160)에 유도된 전하의 밀도가 액정 분자들의 배향 변화로 인해 변화한다. 결과적으로, 채널층(160)의 유도 전하 밀도가 변화하는 동시에 물리적 자극을 가하기 이전보다 넓은 전하 유도 영역(162)이 형성되고, 그에 따라 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 흐르는 드레인 전류가 증가한다.
전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)를 작동시키기 위해 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 사이에 전압을 가하면, 액정층(170)의 액정 분자들은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 방향으로 쌍극자 (+,-) 배열을 하게 된다. 이 상태에서, 액정층(170) 위에 물리적 자극을 가하면 액정층(170)의 분자 배열, 즉 쌍극자 (+,-) 방향이 변하면서, 채널층(160)의 유도 전하 밀도를 변화시키게 된다. 변화된 유도 전하 밀도 때문에 전계효과 트랜지스터의 전류 값이 변하므로 물리적 자극을 감지할 수 있다.
액정층(170)의 액정 분자들은 물리적 자극에 대한 증감제(sensitizer)로 동작하며, 채널층(160)은 액정 분자들의 배향 변화에 의해 야기되는 전기적 신호를 생성/증폭하는 기능을 수행한다. 이러한 원리에 의해, 액정층(170)의 표면에 인간의 피부가 느낄 수 없는 수준의 초미세 물리적 자극이 가해지는 경우에도, 감지 디바이스(100)의 드레인 전류는 증가한다. 이와 같이, 액정층(170)의 표면에 가해지는 물리적 자극에 의하여 액정층(170)의 분자 배향이 집단적으로 변화하는 것에 따라 채널층(160)에서 추가적인 전하 이동이 형성되며, 액정 분자 배향의 회복에 기인하여 물리적 자극을 중단한 이후에도 일정 시간 동안 드레인 전류 값은 줄어들지 않고 잔류 감각과 유사한 특성을 보인다.
소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 일정한 전압이 인가되는 조건 하에서 채널층(160) 표면에 액정층(170)이 형성될 때, 액정층(170)이 형성되지 않은 경우에 비해 드레인 전류는 상당히 증가한다. 채널층(160) 표면에 액정층(170)이 형성되는 경우, 게이트 전압이 0(V)인 경우에서조차 액정층(170)이 형성되지 않은 경우에 비해 드레인 전류 값은 증가한다. 액정층(170)은 액정 분자들의 강한 쌍극자 모멘트(dipole moments)로 인하여 채널층(160)에 양전하(positive charge)를 유도한다. 채널층(160)을 갖지 않고 액정층(170)만을 갖는 경우, 이러한 특징은 나타나지 않는다. 이는 액정 분자들 스스로 전하를 이동시키지는 못하기 때문이다.
채널층(160) 표면상의 액정 분자들과, 채널층(160)에서 액정에 의해 전하 유도된 영역은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간의 전압에 의해 영향받으며, 드레인 전류는 게이트 전압에 의해 강하게 영향받는다. 따라서, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간의 전압과 게이트 전극(120)과 소스 전극(140) 간의 전압을 조절하여, 검출할 물리적 자극의 세기 범위를 조절할 수도 있다. 다수의 감지 디바이스(100)를 기판상에 형성하는 것에 의해, 넓은 면적의 인공 감각 피부를 형성할 수 있다. 일 실시 예로, 각각의 감지 디바이스(100)에는 동일한 드레인 전압(드레인-소스 간 전압)과 게이트 전압(게이트-소스 간 전압)이 인가될 수 있다. 다른 일 실시 예로, 서로 다른 감지 디바이스(100)에 서로 다른 드레인 전압 혹은 서로 다른 게이트 전압을 인가하여, 영역별로 서로 다른 물리적 자극을 감지하는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다. 도 4에 도시된 실시 예를 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 4에 도시된 실시 예에서, 채널층(160)은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 사이의 영역에 형성될 수 있다. 채널층(160)의 상면은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)의 상면보다 낮고, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)의 하면보다 높을 수 있다. 즉, 채널층(160)의 상면은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)의 상면 높이와 하면 높이 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간의 채널 영역에 채널층(160)의 상층부가 위치할 것이다. 채널층(160)의 상층부가 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간의 채널 영역에 형성되면, 물리적 자극에 따른 드레인 전류 값의 변화폭이 증가할 것이다. 그에 따라, 감지 디바이스(100)는 보다 민감하게 물리적 자극을 감지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다. 도 5에 도시된 실시 예를 설명함에 있어서, 도 1과 도 4에 도시된 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 5에 도시된 실시 예에서, 채널층(160)의 상면 일부, 즉 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간을 연결하는 방향을 기준으로 할 때, 채널층(160) 중앙측의 상면은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)의 상면 높이와 하면 높이 사이에 위치하고, 채널층(160) 좌우측의 상면은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)을 덮도록 형성될 수 있다.
< 실시 예 1 >
인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide) 코팅된 유리 기판(glass substrate)을 패터닝하는 것에 의해, 기판(110) 상에 12mm×1mm 게이트 전극(120)을 형성한 후, 아세톤(acetone)과 이소프로필알코올(isopropyl alcohol)을 이용해 세정하였다. 패터닝된 ITO 유리 기판을 28mW/cm2 세기로 20분 동안 자외선-오존(ultraviolet-ozone) 처리하고, ITO 유리 기판 상부에 PMMA(평균 분자량 120kDa, 다분산지수(polydispersity index) 2.2, Sigma-Aldrich) 층을 450nm 두께로 스핀 코팅(spin-coating)한 후, 90℃ 온도로 60분간 소프트 베이킹(soft-baking)하여 절연층(130)을 형성하였다. 이어서, 진공 챔버에서 저항식 증착(resistive evaporation) 기술을 이용하여 섀도우 마스크를 통해 PMMA 층 위에 은(Ag)으로 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)을 증착하였다. 은 증착된 기판을 진공 챔버에서 꺼낸 후, P3HT 폴리머(평균 분자량 70kDa, 다분산지수 1.8, 지역규칙성(regioregularity) 96%, Rieke Metals) 층을 스핀 코팅하고, 60℃ 온도에서 15분간 소프트 베이킹(soft baking)하여 채널층(160)을 형성하였다. 최종적으로, P3HT 층의 상부에 5CB(4-cyano-4'-pentylbiphenyl)(순도 98%, Sigma-Aldrich) 층을 형성하여 액정층(170)을 형성하는 것에 의하여 액정-유기 전계효과 트랜지스터(Liquid Crystal Organic Field Effect Transistor; LC-OFET) 감지 디바이스를 제조하였다.
이와 같이 제조된 감지 디바이스에 물리적 자극으로서 미량의 질소 기체를 인가하고, 그에 따른 감지 디바이스의 드레인 전류의 변화를 관찰하였다. 본 발명의 실시 예와의 비교를 위해, 채널층 위에 액정층을 형성하지 않은 유기 전계효과 트랜지스터(도 11 참조)와, 채널층을 형성하지 않고 액정층을 형성한 디바이스를 제조하였으며, 이를 각각 비교예 1과 비교예 2로 하였다. 트랜지스터 특성은 반도체 파라미터 분석기(semiconductor parameter analyzer)(4200CS, Keithley)를 이용하여 측정하였다. 프로브 스테이션(probe station)(PS-CPSN2, MODU-SYSTEMS), 편광 광학 마이크로스코프 유닛(polarized optical microscope unit)(FPG-30.2-4.3, CVI Melles-Griot), 마이크로가스 컨트롤 유닛(micro gas control unit)(TSC-210, NF System) 및 외부 컨트롤러(external controller)(KRO-4000S, NF System)를 구비한 특수 촉각 센서 측정 시스템(specialized tactile sensor measurement system) 내에 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스를 설치하여 드레인 전류를 측정하고, 광학 사진 등을 관찰하였다.
도 6은 채널층 위에 액정층을 형성하지 않은 비교 예(비교예1)에 따른 유기 전계효과 트랜지스터에 대해 질소 기체가 인가되지 않은 상태에서 게이트 전압(VG)별로 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 채널층 위에 액정층을 형성하지 않은 유기 전계효과 트랜지스터는 도 6에 도시된 바와 같이 통상적인 트랜지스터의 드레인 전류(ID) 값을 갖는다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스에 대해 질소 기체가 인가되지 않은 상태에서 게이트 전압(VG)별로 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 7에서 보여지는 바와 같이, 채널층(160)의 표면에 액정층(170)을 형성한 본 발명의 실시 예의 경우, 채널층 상에 액정층을 형성하지 않은 경우(도 6 참조)에 비하여, 드레인 전류(ID) 값이 수~수십 배로 비약적으로 증가한다.
도 8 내지 도 10은 게이트 전압(VG)별로 본 발명의 실시 예와 비교 예(비교예1)에 대해 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 8은 게이트 전압(VG)을 0(V)로 하였을 때의 측정 결과이고, 도 9는 게이트 전압(VG)을 -24(V)로 하였을 때의 측정 결과이고, 도 10은 게이트 전압(VG)을 -60(V)로 하였을 때의 측정 결과이다. 도 8 내지 도 10에서, 실선으로 도시된 그래프는 본 발명의 실시 예에 대하여 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과이고, 점선으로 도시된 그래프는 비교 예(비교예 1)에 대하여 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과이다.
도 8 내지 도 10에서 보여지는 바와 같이, 모든 게이트 전압(VG)의 경우에서 채널층 상에 액정층을 형성하지 않은 비교 예(비교예 1)에 비해 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 대해 측정한 드레인 전류(ID) 값의 크기가 월등히 증가한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 게이트 전압(VG)이 0(V)인 경우에서조차, 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 대해 측정한 드레인 전류(ID) 값의 크기는 비교 예의 경우보다 상당히 증가하는 것을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 게이트 전압(VG)이 0(V)일 때, 드레인 전압(VD)이 0(V)에서 -12(V)로 변화되는 동안, 비교예 1의 경우 드레인 전류(ID)의 변화량이 0.1(㎂) 이하 수준인데 반해, 본 발명의 실시 예의 경우 드레인 전류(ID)의 변화량이 0.5(㎂) 정도로서, 본 발명의 실시 예의 경우, 비교 예에 비해 5배 이상으로 드레인 전류 값이 증가한다.
도 9를 참조하면, 게이트 전압(VG)이 -24(V)일 때, 드레인 전압(VD)이 0(V)에서 -12(V)로 변화되는 동안, 비교예 1의 경우 드레인 전류(ID)의 변화량이 0.5(㎂)에 미치지 못하는 미미한 수준인데 반해, 본 발명의 실시 예의 경우, 드레인 전류(ID)의 변화량이 15(㎂) 정도로서, 본 발명의 실시 예의 경우 비교 예에 비해 30배 이상 드레인 전류 값의 크기가 크게 증가한다.
도 10을 참조하면, 게이트 전압(VG)이 -60(V)일 때, 드레인 전압(VD)이 0(V)에서 -12(V)로 변화되는 동안, 비교 예의 경우 드레인 전류(ID)의 변화량이 0.5(㎂)에 미치지 못하는 미미한 수준인데 반해, 본 발명의 실시 예의 경우 드레인 전류(ID)의 변화량이 20(㎂) 정도로서, 본 발명의 실시 예의 경우 비교 예에 비해 40배 이상 드레인 전류 값의 크기가 크게 증가한다. 이는 도 12에 도시된 바와 같이, 액정층(170)을 이루는 액정 분자들의 강한 쌍극자 모멘트(dipole moments)로 인하여 채널층(160)의 상층부에 양전하들(positive charges)이 유도되기 때문이다. 채널층을 갖지 않고 액정층만을 갖는 디바이스(비교예 2)에서는 본 발명의 실시 예와 같은 드레인 전류 변화 특성이 나타나지 않는다. 이는 액정 분자들은 전기 회로의 저항과 같이 대부분의 유전체 물질에 대해 극미세 수준의 저항 전류를 측정할 수는 있더라도, 액정층 자체적으로 전하 이동을 일으킬 수는 없기 때문이다.
다시 도 8 내지 도 10을 참조하면, 드레인 전류(ID)는 게이트 전압(VG)의 변화에 의하여 강하게 영향받는다. 본 발명의 실시 예에 따른 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스(100)는 게이트 전압(VG)의 변화에 민감하게 동작하며, 게이트 전압(VG)을 변화시키는 것에 의해 드레인 전류(ID)의 변화 폭을 조절할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉시켰을 을 때, 시간에 따른 드레인 전류의 변화를 질소 기체의 접촉 시간별로 보여주는 그래프이다. 질소 기체는 액정층(170)의 표면에 33 ㎕/s(2 sccm)의 유율(flow rate)로 인가되었다. 33 ㎕/s(2 sccm)의 유율은 개인차에 따라 인간 피부가 느낄 수 있는 가장 낮은 레벨이거나, 인간 피부가 느낄 수 없는 수준의 기체 세기(압력)이다. 도 13에서, 드레인 전류(ID)에 대한 음(-)의 부호는 생략되어 있다. 기체 접촉 시간은 각 그래프에서 피크 위치에 표기되어 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 대해 각각 1초, 5초, 10초, 15초, 20초 동안 33 ㎕/s 유율의 질소 기체 흐름을 적용한 모든 경우에서, 드레인 전류(ID) 값은 질소 기체를 인가하지 않은 경우의 드레인 전류(ID) 값에 비해 상당히 증가한다. 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉하였을 때, 기체 접촉 시간별 드레인 전류의 변화량을 보여주는 그래프이다. 도 13과 도 14에서 보여지는 바와 같이, 기체 접촉 시간이 길수록 드레인 전류(ID) 신호의 세기(피크값)와, 드레인 전류(ID)의 변화량(△ID)은 증가한다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉하였을 때, 기체 접촉 시간별 지연 시간을 보여주는 그래프이다. 지연 시간(delay time)은 기체 흐름을 중단한 후, 드레인 전류(ID) 값이 최대치가 되는 시간으로 측정된다. 도 13과 도 15에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 1초 동안 질소 기체를 가한 경우, 질소 기체 흐름을 중단한 시점 이후에도 드레인 전류(ID) 값이 계속적으로 증가하며, 64초 부근에서 최댓값을 보인다. 기체 접촉 시간이 증가할수록, 지연 시간은 현저히 감소하며, 질소 기체의 접촉 시간이 20초인 경우, 거의 지연이 발생하지 않는다. 감지 디바이스(100)는 지연 시간에 기초하여 기체의 접촉 시간을 계측할 수 있으며, 드레인 전류(ID)의 최대값이나 변화량 혹은 변화율에 기초하여 기체의 세기를 검출할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉하였을 때, 기체 접촉 시간별 증가 시간 상수와 감소 시간 상수를 보여주는 그래프이다. 증가 시간 상수(rise time constant)와 감소 시간 상수(decay time constant)(τ)는 도 13의 그래프에 대해 단일 지수 방정식(single exponential equation)에 따라 피팅(fitting)하는 것에 의해 산출하였다. 드레인 전류 신호에 대한 증가/감소 시간 상수(τ)는 예시적으로, 단일 지수 방정식 ID = ID0 + A×e(-t/τ)에 의하여 피팅하는 것에 의해 얻을 수 있다. 이때, ID0, A, t는 각각 초기 드레인 전류 값, 비례 상수, 측정 시간을 나타낸다. 도 16을 참조하면, 감소 시간 상수(원으로 도시)는 증가 시간 상수(네모로 도시)보다 큰 값으로 나타난다. 이는 드레인 전류의 감소가 드레인 전류의 증가보다 더 오랜 시간 동안에 걸쳐 이루어지는 것을 의미한다. 감소 시간 상수(τ)는 기체 접촉 시간이 증가함에 따라 점차적으로 감소하는 경향을 보인다. 감지 디바이스(100)는 감소 시간 상수에 기초하여 기체의 접촉 시간을 계측할 수도 있다.
다음으로, 질소 기체 흐름 세기(기체 강도)에 따른 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스의 드레인 전류 값 변화에 대해 살펴본다. 기체 접촉 시간은 15초로 유지되었다. 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 인가하였을 때, 시간에 따른 드레인 전류(ID) 값의 변화를 기체 유율별로 나타낸 그래프이다. 도 17에서, 드레인 전류(ID)에 대한 음(-)의 부호는 생략되어 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 모든 기체 유율에 대해 드레인 전류 값(ID)은 질소 기체를 접촉시키지 않은 경우에 비해 상당히 증가한다. 드레인 전류 값(ID)은 기체 유율이 인간 피부가 전혀 느낄 수 없는 0.7 sccm (11 ㎕/s)인 경우에서조차 상당한 수준으로 변화한다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 인가하였을 때, 드레인 전류의 변화량을 기체 강도별로 나타낸 그래프이다. 도 17 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 대해 각각 0.7(sccm), 1.0(sccm), 1.5(sccm), 2.0(sccm), 2.5(sccm), 3.0(sccm) 유율의 질소 기체 흐름을 적용한 모든 경우에서, 드레인 전류(ID) 값은 상당히 증가한다. 도 17 내지 도 18에서 보여지는 바와 같이, 기체 유율이 클수록 드레인 전류(ID) 신호의 최대값과 변화량(△ID)은 비례적으로 증가한다. 감지 디바이스(100)는 드레인 전류(ID)의 최대값(피크값)이나, 변화량(△ID) 혹은 단위시간당 변화율에 기초하여 기체의 세기(유율)를 검출할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉하였을 때, 기체 유율별 지연 시간을 보여주는 그래프이다. 지연 시간은 기체 흐름을 중단한 후, 드레인 전류(ID) 값이 최대치가 되는 시간으로 측정하였다. 도 17과 도 19를 참조하면, 지연 시간은 기체 유율(강도)을 증가시킴에 따라 현저히 감소한다. 감지 디바이스(100)는 지연 시간에 기초하여 기체 세기를 계측할 수 있다. 도 19에 나타난 바와 같은 시간 지연 현상은 전기장에 의해 약하게 영향받는 일부 액정 분자들의 영향 때문에 기인하는 것이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉하였을 때, 기체 유율별 증가 시간 상수와 감소 시간 상수를 보여주는 그래프이다. 증가 시간 상수와 감소 시간 상수(τ)는 도 17에 도시된 그래프에 대해 단일 지수 방정식(single exponential equation)에 따라 피팅하는 것에 의해 산출하였다. 도 20을 참조하면, 감소 시간 상수(decay time constant)는 증가 시간 상수(rise time constant)보다 큰 값으로 나타나며, 이는 드레인 전류의 감소가 드레인 전류의 증가보다 더 오랜 시간 동안 이루어지는 것을 의미한다. 증가 및 감소 시간 상수(τ)는 기체 강도가 증가함에 따라 점차적으로 감소한다. 감지 디바이스(100)는 증가 시간 상수 또는 감소 시간 상수에 기초하여 기체 강도를 계측할 수도 있다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 접촉시키는 동안 인사이투(in-situ) 측정 방식으로 채널 영역 내의 액정 분자들의 배열을 광학 현미경 사진으로 관찰한 결과를 보여주는 도면이다. 액정 배열 변화 관찰을 위해 두 개의 편광자가 사용되었다. 도 21의 오른쪽 영역에 액정 배열이 개략적으로 도시되어 있다. 전기장을 인가하지 않은 경우(VD = 0V, VG = 0V)에, 두 개의 편광판(상부 편광자 및 하부 편광자)이 평행 배열될 때(편광 각도 = 0°), 채널 영역에서 가장 높은 광투과율(optical transmittance)이 관찰되며, 광투과율은 편광 각도가 증가할수록 점차 감소한다. 채널층(160) 표면의 액정 분자들은 채널층(160) 표면의 헥실기들(hexyl groups) 때문에 기본적으로 수직 배열(homeotropic geometry) 형태로 배열되지만, 교차 편광(cross-polarizing) 조건에서 채널 영역이 완전히 어둡지는 않은 것으로부터, 채널층(160) 표면의 액정 분자들은 수직 배열(homeotropic alignment)의 수직 축으로부터 약간의 각도로 기울어진 것을 알 수 있다. 일부 쌍극자들의 방향은 다수의 쌍극자들과 다른 배열 방향을 갖는다.
p형 유기 전계효과 트랜지스터(OFET)를 턴온(turn on)시키는 전기장이 적용한 경우(VD = -2V, VG = -5V), 선형 편광(linear-polarizing) 조건 하에서 밝은 채널 영역이 측정되지만, 교차 편광 조건(편광 각도 = 90°)하에서는 채널 영역에서 어떠한 빛도 측정되지 않는다. 이때, 거의 모든 액정 분자들은 전기장의 적용에 의해 채널 길이(channel length)(소스-드레인 방향)에 평행한 방향으로 배열되며, 소스-드레인 방향과 90°방향을 갖는 액정 분자는 거의 존재하지 않는다. 드레인 전압(VD)과 게이트 전압(VG)의 음의 전기장(negative electric fields)을 고려하면, 채널층(160) 표면의 액정 분자들에 의해 강한 홀 전류(hole current)가 측정되기 때문에, 액정 분자들의 음극들(negative poles)은 소스 전극(140)을 향하며, 채널층(160)의 표면을 향해 기울어진다.
-2(V)의 드레인 전압, -5(V)의 게이트 전압 하에서, 액정층(170)의 표면에 33(㎕/s) 유율의 미세 질소 기체 흐름을 적용하면, 채널 영역의 광투과율이 급격히 변화하며, 편광 각도에 상관없이 무작위로 변동한다. 이는 액정 분자들의 배열이 미세 질소 기체 흐름의 접촉에 의하여 상당히 영향받으며, 액정 분자들의 배열 방향은 질소 기체가 인가되지 않았을 때의 최초 방향으로부터 크게 변화한다는 것을 의미한다. 즉, 쌍극자들의 배열 방향은 소스-드레인 방향을 기준으로 0~90°방향으로 분산된다. 질소 기체의 접촉에 의해 드레인 전류가 증가하는 것은 채널층(160)에서 추가적인 양전하(positive charge)가 생성되는 것에 기인한다. 채널층(160) 표면의 액정 방향은 도 21의 액정 배열에 나타난 바와 같이 상당히 무작위적이고 혼재되어 있지만, 액정 분자들의 음의 쌍극자(negative dipole)는 도 23에 이상적으로 도시되어 있는 바와 같이, 질소 기체 흐름의 접촉에 의해 채널층(160)의 표면에 보다 가까이 위치한다. 질소 기체의 접촉을 중단하면, 도 22에 도시된 바와 같이 분자 배향이 변화되고, 이에 따라 채널층(160)에서의 유도 전하 밀도가 감소하여 다시 드레인 전류가 감소한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)는 전계효과 트랜지스터의 채널층(160) 표면에 액정층(170)을 구비한 것으로, 액정층(170)에 물리적 자극을 가하면 액정의 분자 배향이 바뀌면서 쌍극자 방향(힘)이 변하여 궁극적으로 유기트랜지스터의 전기적 신호에 영향을 주어 센싱하는 원리를 가진다. 전계효과 트랜지스터의 드레인 전류는 액정층(170)을 형성하고 게이트 전압을 인가하여 증폭시키는 것에 의하여 상당히 향상된다. 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스(100)의 액정층(170)에 질소 기체 흐름이 접촉되면, 액정 분자들의 집단적 이동에 의한 쌍극자 재배열에 기인하여, 적용된 질소 기체 흐름의 시간과 강도에 따라 드레인 전류가 크게 변화한다. 특히, 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스는 인간 피부에 의해 느낄 수 없는 초미세 수준의 질소 기체 흐름을 감지할 수 있다. 이와 같이, 초미세 물리적 자극에 대해 높은 민감도를 얻는 것은 액정 분자들의 집단적 행동, 즉 자극된 하나의 액정 분자에 의해 다수의 이웃하는 액정 분자들이 이동하는 현상과, 그에 따라 전계효과 트랜지스터 디바이스의 채널층(160)에서 국부적으로 쌍극자가 민감하게 생성/변동하는 현상 때문이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다. 도 24에 도시된 실시 예를 설명함에 있어서, 도 1, 도 4 내지 도 5에 도시된 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 24에 도시된 실시 예에서, 감지 디바이스(100)는 액정층(170) 상에 형성되는 보호층(180)을 더 포함한다. 액체와 유사한 액정층(170)이 직접적으로 공기에 노출되면 외부 물리적 접촉에 대해 취약하며, 액정층(170)의 파괴를 초래하기 때문에, 액정층(170)을 얇은 보호막 필름(protective film skin)과 같은 보호층(180)으로 덮어 액정층(170)을 보호한다. 보호층(180)은 폴리머 필름을 포함할 수 있다. 보호층(180)은 예시적으로, 스마트폰 등의 응용에서 터치 패널과 유연한 기판으로 널리 사용되는 얇은 두께(예를 들면, 100 ㎛ 두께)의 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름이 사용될 수 있다. 감지 디바이스(100)는 보호층(180)의 표면에 가해지는 물리적 자극에 따라 변화되는 드레인 전극(150)과 소스 전극(140) 간의 전류 값을 검출하고, 검출한 전류 값에 기초하여 물리적 자극을 감지할 수 있다. 초미세 물리적 자극을 감지하는 효과는 액정층(170) 상에 보호층(180)을 형성한 경우에서도 나타난다. 이는 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스의 실용적인 응용으로의 적용 가능성을 보여준다.
< 실시 예 2 >
인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide) 코팅된 유리 기판(glass substrate)을 패터닝하는 것에 의해, 기판(110) 상에 12mm×1mm 게이트 전극(120)을 형성한 후, 아세톤(acetone)과 이소프로필알코올(isopropyl alcohol)을 이용해 세정하였다. 패터닝된 ITO 유리 기판을 28mW/cm2 세기로 20분 동안 자외선-오존(ultraviolet-ozone) 처리하고, ITO 유리 기판 상부에 PMMA(평균 분자량 120kDa, 다분산지수(polydispersity index) 2.2, Sigma-Aldrich) 층을 450nm 두께로 스핀 코팅(spin-coating)한 후, 90℃ 온도로 60분간 소프트 베이킹(soft-baking)하여 절연층(130)을 형성하였다. 이어서, 진공 챔버에서 저항식 증착(resistive evaporation) 기술을 이용하여 섀도우 마스크를 통해 PMMA 층 위에 은(Ag)으로 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)을 증착하였다. 은 증착된 기판을 진공 챔버에서 꺼낸 후, P3HT 폴리머(평균 분자량 70kDa, 다분산지수 1.8, 지역규칙성(regioregularity) 96%, Rieke Metals) 층을 스핀 코팅하고, 60℃ 온도에서 15분간 소프트 베이킹(soft baking)하여 채널층(160)을 형성하였다. 최종적으로, P3HT 층의 상부에 5CB(4-cyano-4'-pentylbiphenyl)(순도 98%, Sigma-Aldrich) 층을 형성하여 액정층(170)을 형성하였다. 마지막으로, 스마트폰 등의 응용에서 터치 패널과 유연한 기판으로 사용되는 100 ㎛ 두께의 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름을 액정층(170) 위에 채널 영역의 전체에 걸쳐 형성하여, 보호층(180)을 형성하는 것에 의하여 액정-유기 전계효과 트랜지스터(Liquid Crystal Organic Field Effect Transistor; LC-OFET) 감지 디바이스를 제조하였다.
도 25는 도 24에 도시된 실시 예에 따른 감지 디바이스에 질소 기체를 인가하였을 때, 시간에 따른 드레인 전류의 변화를 기체 요율별로 보여주는 그래프이다. 질소 기체의 접촉 시간은 15초로 유지되었다. 드레인 전압은 -2(V), 게이트 전압은 -5(V)로 유지되었다. 도 25에서, 드레인 전류(ID)의 음(-)의 부호는 생략되어 있다. 질소 기체가 PET 필름, 즉 보호층(180)의 표면에 가해질 때, 드레인 전류(ID)는 도 25에 도시된 바와 같이 현저히 증가한다. 이러한 결과는 본 발명의 실시 예에 따른 액정-유기 전계효과 트랜지스터 디바이스가 실제 응용에 적용될 수 있다는 것을 보여준다.
도 26은 본 발명의 변형된 실시 예에 따른 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다. 도 26에 도시된 실시 예를 설명함에 있어서, 도 1, 도 4 내지 도 5, 도 24에 도시된 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 26을 참조하면, 감지 디바이스(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 형성되는 소스 전극(240)과 드레인 전극(250), 기판(210) 상에서 소스 전극(240)과 드레인 전극(250)에 접촉하도록 형성되는 채널층(260), 채널층(260) 상에 형성되는 절연층(230), 절연층(230) 상에 형성되는 게이트 전극(220), 채널층(260) 상에 형성되는 액정층(270) 및 액정층(270) 상에 형성되는 보호층(280)을 포함한다. 도 1, 도 4 내지 도 5, 도 24에 도시된 실시 예는 바텀게이트(bottom gate) 트랜지스터 구조를 갖지만, 감지 디바이스(200)는 도 26에 도시된 실시 예와 같이 탑게이트 트랜지스터 구조를 가질 수도 있다. 절연층(230)은 채널층(260) 상의 일부 영역, 즉 중앙측에 부분적으로 형성된다. 채널층(260)의 상면 중에서 절연층(230)을 제외한 부분은 액정층(270)과 접촉한다. 감지 디바이스(100)에 물리적 자극이 가해지면, 액정층(270)의 쌍극자 분자 배열이 변화되고, 액정층(270)과 접하는 채널층(260)의 상층부에서 유도 전하가 생성/증폭된다. 이에 따라 드레인 전류가 변화하는 것으로부터 물리적 신호를 감지할 수 있다.
본 발명은 물리적 자극에 의해 분자배열이 변화되는 액정과 유기 전계 효과 트랜지스터 소자를 융합하여 인간이 느낄 수 없는 초미세 기체 흐름을 전기신호로 센싱할 수 있다. 모든 공정이 상온에서 진행될 수 있고 플라스틱 필름 기판으로 소자를 제작할 수 있기 때문에 저가격으로 센서 소자 제작이 가능하다. 유연한 플라스틱 필름 구조의 소자로 제작할 경우, 인간형 로봇(휴머노이드 인공 감각 로봇) 등의 인조 피부로 적용 가능하다. 인간이 느낄 수 없는 초미세 기체 흐름도 센싱하여 전기 신호로 측정이 가능하며, 극미세 물리적 자극을 감지할 수 있기 때문에 다양한 압력 센서 또는 터치 센서로 적용 가능하다. TFT-LCD 구조에 본 발명의 센싱 소자를 추가할 경우, LCD 자체가 터치 기능을 수행할 수 있기 때문에, 별도로 터치 패널(touch panel)을 붙이지 않고도 터치 LCD를 구현할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 감지 디바이스 110: 기판
120: 게이트 전극 130: 절연층
140: 소스 전극 150: 드레인 전극
160: 채널층 170: 액정층
180: 보호층

Claims (28)

  1. 소스 전극;
    상기 소스 전극과 이격된 드레인 전극;
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 간을 전기적으로 연결하도록 제공되는 채널층;
    상기 채널층으로부터 절연되어 제공되는 게이트 전극; 및
    상기 채널층 상의 액정층을 포함하며,
    상기 액정층은 상기 채널층과 직접적으로 접촉되도록 형성되는 감지 디바이스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 액정층은 물리적 자극에 따라 분자 배향이 변화되는 액정 분자들을 포함하는 감지 디바이스.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 물리적 자극은 상기 액정층의 표면에 가해지는 자극인 감지 디바이스.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 채널층을 통해 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간에 흐르는 전류 값은 상기 물리적 자극의 세기에 따라 가변적인 감지 디바이스.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 채널층의 유도 전하 밀도는 상기 액정층의 분자 배향 변화에 따라 변화하는 감지 디바이스.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 물리적 자극에 따라 상기 채널층의 상기 액정층과 접촉하는 상부 영역에서의 유도 전하 밀도가 증가하는 감지 디바이스.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간에 흐르는 전류 값에 기초하여 상기 물리적 자극의 세기를 검출하는 검출부를 더 포함하는 감지 디바이스.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전압 및 상기 드레인 전극과 상기 게이트 전극 간의 전압은 미리 설정된 값으로 유지되는 감지 디바이스.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 액정층은 네마틱(nematic) 액정 분자들을 포함하는 감지 디바이스.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 액정층과 상기 채널층은 서로 간에 분리된 층으로 형성되는 감지 디바이스.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 액정층은 상기 채널층의 상면에 직접 접촉하는 감지 디바이스.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 채널층은 유기 반도체층을 포함하는 감지 디바이스.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 채널층은 무기 반도체층을 포함하는 감지 디바이스.
  14. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상에 형성되는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되는 채널층;
    상기 채널층에 전기적으로 연결되는 소스 전극과 드레인 전극; 및
    상기 채널층 상에 형성되는 액정층을 포함하며,
    상기 채널층의 상면은, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 상면보다 낮고, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 하면보다 높은 감지 디바이스.
  15. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극 상에 형성되는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되는 채널층;
    상기 채널층에 전기적으로 연결되는 소스 전극과 드레인 전극; 및
    상기 채널층 상에 형성되는 액정층을 포함하며,
    상기 채널층은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극을 덮도록 형성되는 감지 디바이스.
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정층 상에 형성되는 보호층을 더 포함하는 감지 디바이스.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 보호층은 폴리머 필름을 포함하는 감지 디바이스.
  18. 기판;
    상기 기판 상에 이격되어 형성되는 소스 전극과 드레인 전극;
    상기 기판 상에서 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되도록 형성되는 채널층;
    상기 채널층의 제1 영역 상에 형성되는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되는 게이트 전극; 및
    상기 채널층의 제2 영역 상에 형성되는 액정층을 포함하는 감지 디바이스.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 액정층 상에 형성되는 보호층을 더 포함하는 감지 디바이스.
  20. 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 것;
    상기 게이트 전극 상에 절연층을 형성하는 것;
    상기 절연층 상에 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 것;
    상기 절연층 상에 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되도록 채널층을 형성하는 것; 및
    상기 채널층 상에 액정층을 형성하는 것을 포함하며,
    상기 액정층을 형성하는 것은, 상기 채널층에 직접적으로 접촉되도록 상기 액정층을 형성하는 감지 디바이스의 제조 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 액정층은 물리적 자극에 따라 분자 배향이 변화되는 액정 분자들을 포함하는 감지 디바이스의 제조 방법.
  22. 제20 항에 있어서,
    상기 액정층을 형성하는 것은, 상기 채널층의 상면에 직접 접촉되도록 상기 액정층을 형성하는 감지 디바이스의 제조 방법.
  23. 제20 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정층 상에 보호층을 형성하는 것을 더 포함하는 감지 디바이스의 제조 방법.
  24. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 기재된 감지 디바이스를 이용하여 물리적 자극을 감지하는 물리적 자극 감지 방법으로서,
    상기 액정층의 표면에 가해지는 물리적 자극에 따라 변화되는 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전류 값을 검출하는 것; 및
    상기 전류 값에 기초하여 상기 물리적 자극을 감지하는 것을 포함하며,
    상기 액정층은 상기 채널층과 직접적으로 접촉되도록 형성되는 물리적 자극 감지 방법.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전압 및 상기 드레인 전극과 상기 게이트 전극 간의 전압을 미리 설정된 값으로 유지하는 것을 더 포함하는 물리적 자극 감지 방법.
  26. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 기재된 감지 디바이스를 이용하여 물리적 자극을 감지하는 물리적 자극 감지 방법으로서,
    상기 액정층의 표면에 가해지는 물리적 자극에 따라 변화되는 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전류 값을 검출하는 것; 및
    상기 전류 값에 기초하여 상기 물리적 자극을 감지하는 것을 포함하며,
    상기 물리적 자극을 감지하는 것은, 0(sccm) 초과, 2(sccm) 이하의 미세 물리적 자극을 감지하는 물리적 자극 감지 방법.
  27. 제16 항에 기재된 감지 디바이스를 이용하여 물리적 자극을 감지하는 물리적 자극 감지 방법으로서,
    상기 보호층의 표면에 가해지는 물리적 자극에 따라 변화되는 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전류 값을 검출하는 것; 및
    상기 전류 값에 기초하여 상기 물리적 자극을 감지하는 것을 포함하며,
    상기 액정층은 상기 채널층과 직접적으로 접촉되도록 형성되는 물리적 자극 감지 방법.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전압 및 상기 드레인 전극과 상기 게이트 전극 간의 전압을 미리 설정된 값으로 유지하는 것을 더 포함하는 물리적 자극 감지 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190056032A (ko) 2017-11-16 2019-05-24 경북대학교 산학협력단 다기능 유연 센서 및 그 제조 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190056032A (ko) 2017-11-16 2019-05-24 경북대학교 산학협력단 다기능 유연 센서 및 그 제조 방법
KR102093935B1 (ko) * 2017-11-16 2020-03-26 경북대학교 산학협력단 다기능 유연 센서 및 그 제조 방법

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