KR101618337B1 - a method for fabricating a sensor and a sensor fabricated thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효소를 사용하지 않으면서도 메조포러스(mesoporous)(중기공성) 박막을 이용하여 반응 감도 및 안정성이 우수한 센서를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 센서에 관한 것이다. 본 발명은 기판 상에 접착층(adhesive layer)을 형성하는 단계, 접착층 상에 두 가지 이상의 원소를 함유하는 합금 박막을 형성하는 단계, 합금 박막으로부터 특정 원소를 선택적으로 제거하여 다공층을 형성하는 제3 단계, 상기 제조된 박막을 열처리 하는 제4단계 및 기판, 접착층 및 다공층을 포함하는 다공성 박막을 작동 전극으로 하여 센서를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 기존 센서에 비해 안정성 및 감도가 우수하고, 신속한 측정이 가능하여 현장에서 즉시 측정 결과를 확인할 수 있는 환경 센서를 구현할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a sensor having excellent reaction sensitivity and stability using a mesoporous (mesoporous) thin film without using an enzyme, and a sensor manufactured thereby. The present invention relates to a method for producing an alloy thin film comprising the steps of forming an adhesive layer on a substrate, forming an alloy thin film containing two or more elements on the adhesive layer, A fourth step of heat treating the prepared thin film, and a step of fabricating a sensor using the porous thin film including the substrate, the adhesive layer and the porous layer as working electrodes. According to the present invention, it is possible to realize an environmental sensor that is superior in stability and sensitivity as compared with conventional sensors, enables quick measurement, and can immediately confirm measurement results on the spot.

Description

센서의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 센서{a method for fabricating a sensor and a sensor fabricated thereby}A method of manufacturing a sensor and a sensor fabricated thereby,

본발명은 센서의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메조포러스(mesoporous)(중기공성) 박막을 이용하여 반응 감도 및 안정성이 우수한 센서를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 센서에 관한 것이고, 보다 더 상세하게는 효소를 사용하지 않고도 메조포러스 박막을 이용하여 반응 감도 및 안정성이 우수한 센서를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a sensor and a sensor manufactured thereby, and more particularly, to a method of manufacturing a sensor using a mesoporous (mesoporous) thin film having excellent reaction sensitivity and stability, And more particularly to a method for producing a sensor having excellent reaction sensitivity and stability using a mesoporous thin film without using an enzyme and a sensor manufactured thereby.

센서는 검출하고자 하는 물질을 생물적 또는 화학적으로 반응시키고, 반응에 따라 외적으로 나타나는 신호의 변화를 측정함으로써 검출하고자 하는 물질의 존재 또는 농도를 측정하는 수단이다. 대표적인 센서로서 대기 중에 포함된 가스량을 검출하는 가스 센서, 용액 중의 각종 유해물질의 농도를 측정하는 환경 센서 또는 생화학 물질의 생물적화학적 반응으로부터 시료 내 미량 포함된 물질의 농도를 측정하는 바이오센서 등이 있다. A sensor is a means for measuring the presence or concentration of a substance to be detected by biologically or chemically reacting a substance to be detected and measuring a change in a signal externally caused by the reaction. Typical sensors include a gas sensor that detects the amount of gas contained in the air, an environmental sensor that measures the concentration of various harmful substances in the solution, or a biosensor that measures the concentration of a substance contained in the sample from the biological chemical reaction of the biochemical material have.

이중 특히 환경 분야에서 유해성분들을 검출하기 위하여 일반적으로 사용하는 GC(Gas Chromatography) 또는 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)등의 측정 장치들은 고가의 장비이고 조작이 복잡하며 측정시간이 길다. 또한 장비를 휴대하기가 어려우므로 시료를 채집하여 실험실로 가져와서 분석을 해야하는 번거로움도 있다. Especially, measurement devices such as GC (Gas Chromatography) or HPLC (High Performance Liquid Chromatography), which are generally used to detect harmful substances in the environment field, are expensive equipment, complex operation and long measuring time. Also, since it is difficult to carry the equipment, it is troublesome to collect the sample and bring it to the laboratory for analysis.

한편, 휴대가 가능하도록 소형화된 장치들이 일부 있기는 하지만, 이러한 장치의 센서에는 일반적으로 특정 물질과 반응하는 효소가 고정화 되어 있는데, 이러한 효소 센서에서는 센서 개별 제품에 따라 감도의 편차가 크고, 센서 보관시 온도, 습도 등 환경 조건에 따라 효소가 변질되기 쉬워 제품의 품질 관리에 문제가 있다. On the other hand, there are some devices that are miniaturized to be portable, but the sensors of such devices generally have immobilized enzymes that react with specific substances. In such enzyme sensors, there is a large variation in sensitivity depending on the individual sensors, The enzyme is easily deteriorated according to the environmental conditions such as temperature and humidity, and there is a problem in the quality control of the product.

이에 효소를 사용하지 않는 센서로서 귀금속(Pt, Au 등) 전극을 이용하여 생화학적 물질을 검출하는 무효소 환경센서에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 왔다. 어떤 환경오염 물질은 센서의 전극 표면에 흡착하여 고분자화 하거나 반응물질이 센서의 표면에서 떨어져 나가지 않고 덮어버림으로써 센서의 기능을 마비시키기 때문에, 측정 자체를 pH가 낮은 강산조건에서 해야하는 경우도 있다.As a sensor that does not use an enzyme, there have been a lot of researches on a non-small-scale environmental sensor that detects a biochemical substance using a noble metal (Pt, Au, etc.) electrode. Some environmental pollutants are adsorbed on the electrode surface of the sensor and become polymerized, or the reaction material does not fall off from the surface of the sensor and is covered, thereby paralyzing the function of the sensor. Therefore, the measurement itself may be required under a strong acidic condition with low pH.

1. 대한민국 공개특허공보 10-2012-0016436(2012.02.24)1. Korean Patent Publication No. 10-2012-0016436 (Feb. 24, 2012) 2. 대한민국 공개특허공보 특2003-0089115(2003.11.21)2. KOKAI Publication No. 2003-0089115 (November 21, 2003)

본 발명은 나노다공성(메조포러스) 박막을 포함하는 센서의 제조방법에 관한 것으로, 효소를 사용하지 않으면서도 안정성 및 반응 감도가 우수한 센서를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 안정성 및 반응 감도가 우수한 센서를 제공하고자 한다.The present invention relates to a method of manufacturing a sensor including a nanoporous (mesoporous) thin film, and a method of manufacturing a sensor having excellent stability and response sensitivity without using an enzyme and a sensor ≪ / RTI >

본 발명의 일 측면은, 기판 상에 접착층(adhesive layer)을 형성하는 제1 단계, 접착층 상에 두 가지 이상의 원소를 함유하는 합금 박막을 형성하는 제2 단계, 합금 박막으로부터 특정 원소를 선택적으로 제거하여 다공층을 형성하는 제3 단계, 상기 제조된 박막을 열처리하거나 박막위에 산화물을 입히는 제4 단계 및 기판, 상기 접착층 및 상기 다공층을 포함하는 다공성 박막을 작동 전극으로 하여 센서를 제조하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조 방법일 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: a first step of forming an adhesive layer on a substrate; a second step of forming an alloy thin film containing two or more elements on the adhesive layer; A fourth step of forming a porous layer by heat treating the prepared thin film or applying an oxide on the thin film, and a fifth step of forming a sensor using the porous thin film including the substrate, the adhesive layer and the porous layer as working electrodes, The method of manufacturing a sensor according to claim 1,

본 발명의 다른 측면은, 작동 전극 및 기준 전극을 포함하고, 작동 전극은, 기판, 기판 상에 형성된 접착층(adhesive layer), 및 접착층 상에 형성된 다공층(porous layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서일 수 있다.Another aspect of the present invention includes a working electrode and a reference electrode, wherein the working electrode comprises a substrate, an adhesive layer formed on the substrate, and a porous layer formed on the adhesive layer Sensor.

본 발명에 의하면 비교적 간단한 공정에 의해 감도 및 안정성이 우수한 센서를 제조할 수 있고, 더욱이 중성인 조건에서 효소를 사용하지 않고도 환경유해물질에 대하여 감도 및 안정성이 우수한 무효소식 환경 센서를 구현할 수 있으며, 기존 환경 센서과 비교하여, 현장에서 신속하게 환경 오염 물질을 측정할 수 있다.According to the present invention, it is possible to produce a sensor having excellent sensitivity and stability by a relatively simple process, and further, to realize a sensorless environment sensor having excellent sensitivity and stability against environmentally harmful substances without using an enzyme under neutral conditions, Compared with conventional environmental sensors, environmental pollutants can be measured quickly in the field.

도 1은 본 발명에 따른 센서의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 작업 전극의 구조를 나타낸 모식도이다(A: 선택적 식각 전, B: 선택적 식각 후).
도 3은 본 발명에 따른 센서의 제조 공정의 흐름도이다.
도 4는 박막에 대한 사진이다(A: dealloying 전 표면, B: dealloying 후 표면, C: dealloying 후단면).
도 5는 실시예 1에 따른 센서에 대하여, 페놀을 첨가하면서 전류 변화를 측정한 그래프이다.
도 6은 실시예 2에 따른 센서에 대하여, 페놀을 첨가하면서 전류 변화를 측정한 그래프이다.
도 7은 실시예 3에 따른 센서에 대하여, 페놀을 첨가하면서 전류 변화를 측정한 그래프이다.
도 8은 실시예 1~3에 따른 센서에 대하여, 페놀의 반복 측정시 센서의 감도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 1에 따른 센서에 대하여, 히드록시아민을 첨가하면서 전류 변화를 측정한 그래프이다.
도 10은 실시예 1에 따른 센서에 대하여, 아닐린을 첨가하면서 전류 변화를 측정한 그래프이다.
도 11은 실시예 1 및 비교예에 따른 센서에 대한 볼타메트리(voltammetry) 측정 결과이다.
1 is a schematic view schematically showing the structure of a sensor according to the present invention.
2 is a schematic view showing the structure of a working electrode according to the present invention (A: before selective etching, and B: after selective etching).
3 is a flow chart of a manufacturing process of a sensor according to the present invention.
Figure 4 is a photograph of a thin film (A: dealloying before surface, B: dealloying after surface, C: dealloying after cross section).
5 is a graph showing a change in current while adding phenol to the sensor according to Example 1. Fig.
FIG. 6 is a graph showing the change in current while adding phenol to the sensor according to Example 2. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the change in current while adding phenol to the sensor according to Example 3. FIG.
FIG. 8 is a graph showing changes in sensitivity of a sensor during repetitive measurement of phenol with respect to the sensors according to Examples 1 to 3. FIG.
FIG. 9 is a graph showing changes in current while adding hydroxyamine to the sensor according to Example 1. FIG.
FIG. 10 is a graph showing the change in current while adding aniline to the sensor according to Example 1. FIG.
11 is a voltammetry measurement result of the sensor according to Example 1 and Comparative Example.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified in various ways, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

본 발명은 다공성 박막(50), 특히 1nm 내지 50nm 크기의 중기공성(mesoporous) 박막을 작동 전극으로 이용함으로써 안정성 및 감도가 우수한 환경 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an environmental sensor having excellent stability and sensitivity by using a porous thin film (50), particularly a mesoporous thin film having a size of 1 nm to 50 nm as an operating electrode.

도 1에는 본 발명에 따른 센서의 구조를 개략적으로 나타내었다. 도2(a)에는 선택적 식각 전 작업 전극의 단면 구조를 나타내었고, 도 2(b)에는 선택적 식각 후 작업 전극의 단면 구조를 나타내었다. 도 1에는 작업 전극(working electrode)(1)과 보조 전극(auxiliary electrode)(2), 기준전극(reference electrode)(3)을 가지는 3전극계 센서를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 작업 전극, 보조 전극으로만 이루어지는 2전극계 센서일 수 있다. FIG. 1 schematically shows the structure of a sensor according to the present invention. FIG. 2 (a) shows the cross-sectional structure of the working electrode before the selective etching, and FIG. 2 (b) shows the cross-sectional structure of the working electrode after the selective etching. 1 shows a three-electrode system sensor having a working electrode 1, an auxiliary electrode 2 and a reference electrode 3, but is not limited to a three-electrode system including a working electrode, And may be a two-electrode system sensor including only an auxiliary electrode.

작업 전극을 구성하는 다공성 박막(50)은 기판(10), 기판(10) 상에 형성된 접착층(adhesive layer)(20), 접착층(20) 상에 형성된 언더층(underlayer)(30), 언더층(30) 상에 형성된 다공층(porous layer)(41)을 포함할 수 있다. The porous thin film 50 constituting the working electrode includes a substrate 10, an adhesive layer 20 formed on the substrate 10, an underlayer 30 formed on the adhesive layer 20, And a porous layer 41 formed on the substrate 30.

기판(10)으로는 평평한 면을 가지는 것이라면 어떤 것이든 사용할 수 있으며, 바람직하게는 세라믹, 알루미나, 실리콘 웨이퍼, 실리콘 산화물, 석영, 유리, 운모로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있고, 가장 바람직하게는 실리콘 웨이퍼, 운모로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 실리콘 웨이퍼(100)란 실리콘 결정 구조의 (100)면을 의미한다. As the substrate 10, any substrate having a flat surface can be used, and preferably at least one of ceramic, alumina, silicon wafer, silicon oxide, quartz, glass, and mica can be selected and used. Preferably, at least one selected from the group consisting of silicon wafers and mica is used. The silicon wafer 100 means the (100) plane of the silicon crystal structure.

다공층(41)은 2 이상의 원소를 함유하는 합금 박막(40)을 형성한 후, 특정 원소를 선택적으로 제거함으로써 형성될 수 있다. 합금 박막(40)은 바람직하게는 Si, Pt, Pd, Au 및 Ag로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는 Si를 필수적으로 포함하고, Pt, Pd, Au 및 Ag로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더욱 포함할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 합금 박막(40)은 Si-Pt, Si-Pd, Si-Au, Si-Ag 등 이성분계 합금, Si-Pt-Pd, Si-Pt-Au, Si-Pt-Ag, Si-Pd-Au, Si-Pd-Ag, Si-Au-Ag 등 삼성분계 합금, Si-Pt-Pd-Au, Si-Pt-Pd-Ag 등의 사성분계 합금, 또는 Si-Pt-Pd-Au-Ag 등 오성분계 합금 박막일 수 있다. 이러한 합금 박막(40)으로부터 특정원소를 선택적으로 제거하여 다공층을 형성할 수 있는데, 가장 바람직하게는 Si를 선택적으로 제거함으로써 나머지 성분으로 이루어진 다공층(41)을 얻을 수 있다. 다공층(41)은 1 내지 50 nm 크기의 기공을 가질 수 있다. 또한 다공층(41)은 1 nm 내지 500 nm 의 두께를 가질 수 있다. 두께가 1nm 미만인 경우에는 검출 물질을 감지하기에 충분한 정도의 반응을 일으킬 수 없고, 500 nm를 초과하는 경우 필요 이상으로 재료의 낭비 및 단가의 상승은 물론, 검출에 요구되는 범위를 벗어나는 반응으로 검출 성능의 저하를 가져올 수도 있다. 또한 1 내지 500 의 거칠기(roughness factor)를 가질 수 있다. 합금 박막(40)으로부터 특정 원소를 선택적으로 제거함으로써 제작한 다공층(41)을 환경 센서의 작업 전극 또는 보조 전극으로 채용한다는 것도 또한 본 발명의 주요 특징이다. 따라서, 센서의 전극 표면 자체를 나노 구조화함으로써 화학 물질에 대해 반응성을 가지도록 할 수 있어 센서의 전극 표면에 효소를 고정할 필요가 없으며, 또한 효소의 도움 없이도 중성인 조건 (pH 7 근방)에서 유해 물질 농도를 측정할 수 있다.The porous layer 41 can be formed by forming an alloy thin film 40 containing two or more elements, and then selectively removing specific elements. The alloy thin film 40 may preferably include at least one element selected from the group consisting of Si, Pt, Pd, Au and Ag. More preferably, Si, and may further include at least one element selected from the group consisting of Pt, Pd, Au and Ag. Specifically, for example, the alloy thin film 40 may be formed of a binary alloy such as Si-Pt, Si-Pd, Si-Au, Si-Ag, Si-Pt-Pd, Si- Pt-Pd-Au, Si-Pd-Ag, and Si-Au-Ag, Si-Pt-Pd-Au and Si- -Au-Ag, or the like. A porous layer can be formed by selectively removing a specific element from the alloy thin film 40. Most preferably, the porous layer 41 composed of the remaining components can be obtained by selectively removing Si. The porous layer 41 may have a pore size of 1 to 50 nm. The porous layer 41 may have a thickness of 1 nm to 500 nm. If the thickness is less than 1 nm, it is impossible to cause a reaction sufficient to detect the detection substance. If the thickness exceeds 500 nm, the waste and the unit price of the material are increased more than necessary. Which may result in degraded performance. It may also have a roughness factor of 1 to 500. It is also a main feature of the present invention that the porous layer 41 produced by selectively removing a specific element from the alloy thin film 40 is employed as a working electrode or an auxiliary electrode of the environmental sensor. Therefore, the electrode surface of the sensor itself can be made nano-structured to have reactivity with respect to the chemical substance, so that it is not necessary to fix the enzyme on the electrode surface of the sensor. Further, without the help of the enzyme, The substance concentration can be measured.

언더층(30)은 식각 공정이 과도하게 진행되어 기판(10)까지 식각되지 않도록 하는 기능을 수행한다. 언더층(30)을 엣치스톱층(etch-stop layer)이라고도 할 수도 있다. 과잉 식각의 문제가 없다면 언더층(30)은 형성할 필요가 없는 선택적으로 부가할 수 있는 구성이다. 언더층 소재(30)로는 식각에 대하여 내성을 가져 식각의 진행을 멈출 수 있는 물질이라면 어느 것이든 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Au, Pt, Pd 로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 Au, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.The under layer 30 functions to prevent the etching process from being excessively advanced to etch the substrate 10. The underlayer 30 may also be referred to as an etch-stop layer. If there is no problem of overetching, the underlayer 30 is an optional construction that does not need to be formed. The underlayer material 30 may be any material that has resistance to etching and can stop the etching process. Preferably, the underlayer material 30 may be selected from the group consisting of Au, Pt, and Pd, More preferably, at least one selected from the group consisting of Au and Pt can be used.

접착층(20)은 언더층(30)과 기판(10)과의 접착력 또는 다공층(41)과 기판(10)의 접착력을 증가시키고 이로 인하여 전기적 신호를 보다 효과적으로 전달할 수 있게 해 준다. 접착층(20) 소재로는 기판과 언더층 양쪽에 좋은 접착력을 가지는 물질이라면 어느 것이든 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Ti, Mo, Ni, Cr로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 Ti을 사용할 수 있다.The adhesive layer 20 increases the adhesion between the underlayer 30 and the substrate 10 or the adhesion between the porous layer 41 and the substrate 10, thereby enabling to more effectively transmit an electrical signal. As the material of the adhesive layer 20, any material having good adhesion to both the substrate and the under layer can be used. Preferably, one or more materials selected from the group consisting of Ti, Mo, Ni and Cr can be used. Preferably, Ti can be used.

다공층(41)상에 금속산화물층을 더 형성할 수도 있다. 금속산화물층을 더 형성함으로써 센서의 안정성을 향상시킬 수 있다. 금속산화물층의 소재로는 접촉한 물질과 전하를 주고 받을 수 있는 물질이라면 어느 것이든 사용할 수 있으며, 바람직하게는 티타니아(titania), 알루미나(alumina), 세리아(seria), 지르코니아(zirconia), 및 아연산화물(zinc oxide)로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 티타니아, 세리아, 지르코니아로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.A metal oxide layer may further be formed on the porous layer 41. By further forming a metal oxide layer, the stability of the sensor can be improved. As the material of the metal oxide layer, any material capable of transferring electric charges to and from the contacted material can be used. Preferably, the metal oxide layer is made of titania, alumina, seria, zirconia, Zinc oxide, zinc oxide, zinc oxide, and zinc oxide. More preferably, one or more selected from the group consisting of titania, ceria, and zirconia may be used.

본 발명에 따른 센서는 일 예로, 페닐기를 포함하는 화합물(예를 들면, 페놀) 또는 아민기를 포함하는 화합물(예를 들면, 히드록실아민, 아닐린)의 농도를 검출하는데 사용될 수 있다. The sensor according to the present invention can be used, for example, to detect the concentration of a compound containing a phenyl group (for example, phenol) or a compound containing an amine group (for example, hydroxylamine, aniline).

본 발명에 따른 센서는 다음과 같이 제조할 수 있다. 도 3에는 본 발명에 따른 센서의 제조 공정을 나타내었다. 이하 순서대로 설명한다.The sensor according to the present invention can be manufactured as follows. FIG. 3 shows a manufacturing process of the sensor according to the present invention. The following description will be given.

먼저, 기판 상에 접착층(adhesive layer)을 형성할 수 있다(S1). 기판(10)으로는 평평한 면을 가지는 것이라면 어떤 것이든 사용할 수 있으며, 바람직하게는 세라믹, 알루미나, 실리콘 웨이퍼, 실리콘 산화물, 석영, 유리, 운모로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있고, 가장 바람직하게는 실리콘 웨이퍼, 운모로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 접착층은 일반적으로 이 기술분야에서 사용되는 증착방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 스퍼터링법, 플라즈마증착법, 열증착법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 접착층(20) 소재로는 기판과 언더층 양쪽에 접착력이 좋은 가지는 물질이라면 어느 것이든 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Ti, Mo, Ni, Cr로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 Ti을 사용할 수 있다.First, an adhesive layer may be formed on a substrate (S1). As the substrate 10, any substrate having a flat surface can be used, and preferably at least one of ceramic, alumina, silicon wafer, silicon oxide, quartz, glass, and mica can be selected and used. Preferably, at least one selected from the group consisting of silicon wafers and mica is used. The adhesive layer may be formed by a deposition method generally used in this technical field, for example, a sputtering method, a plasma deposition method, a thermal evaporation method, or the like. As the material of the adhesive layer 20, any material having good adhesion to both the substrate and the under layer can be used, and preferably one or more materials selected from the group consisting of Ti, Mo, Ni and Cr can be used. Preferably, Ti can be used.

다음으로, 접착층 상에 언더층(underlayer)를 형성할 수 있다(S2). 언더층은 일반적으로 이 기술분야에서 사용되는 증착방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 스퍼터링법, 플라즈마증착법, 열증착법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 언더층 소재(30)로는 식각에 대하여 내성을 가져 식각의 진행을 멈출 수 있는 물질이라면 어느 것이든 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Au, Pt, Pd 로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 Au, Pt로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있고 가장 바람직하게는 Pt를 사용할 수 있다.Next, an underlayer can be formed on the adhesive layer (S2). The under layer may be formed by a deposition method generally used in this technical field, for example, a sputtering method, a plasma deposition method, a thermal evaporation method, or the like. The underlayer material 30 may be any material capable of stopping the etching due to etching resistance. Preferably, the underlayer material 30 may be selected from the group consisting of Au, Pt, and Pd, More preferably, at least one selected from the group consisting of Au and Pt can be used, and Pt is most preferably used.

다음으로, 언더층 상에 두 가지 이상의 원소를 함유하는 합금 박막을 형성할 수 있다(S3). 합금 박막은 일반적으로 이 기술분야에서 사용되는 증착방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 스퍼터링법,플라즈마증착법, 열증착법등의 방법을 이용하여 합금 박막을 형성할 수 있는데, 가장 바람직하게는 스퍼터링법을 사용하는 것이 바람직하다. 스퍼터링은 공정이 간단하고, 환경오염 물질의 배출 가능성이 적기 때문이다. 또한 증착되는 원소들의 증착률을 용이하게 조절할 수 있다. 또한 추후에 특정 원소를 선택적으로 제거하는 과정에서 다공도의 조절이 용이하고, 더 나아가서는 다공도를 일정하게 유지할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들면, 두 가지 이상의 원소를 스퍼터 증착을 함으로써 2 이상의 원소를 함유하는 박막을 형성할 수 있는데, 구체적으로는 2 이상의 원소를 동시에 함유하고 있는 타겟을 스퍼터링하여 박막을 증착할 수도 있고, 또는 각 원소를 포함하는 각각의 타겟을 복수 개 장착한 후 스퍼터링을 진행하여 합금 박막을 형성할 수도 있다. 합금 박막(40)은 바람직하게는 Si, Pt, Pd, Au 및 Ag로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는 Si를 필수적으로 포함하고, Pt, Pd, Au 및 Ag로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더욱 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 박막은 Si-Pt, Si-Pd, Si-Au, Si-Ag 의 이성분계 합금, Si-Pt-Pd, Si-Pt-Au, Si-Pt-Ag, Si-Pd-Au, Si-Pd-Ag, Si-Au-Ag 의 삼성분계 합금, Si-Pt-Pd-Au, Si-Pt-Pd-Ag 등의 사성분계 합금, 또는 Si-Pt-Pd-Au-Ag 등의 오성분계 합금일 수 있다. 두 가지 이상의 원소를 증착시키는 과정에서 원소들 간의 부피비를 조절할 수 있다. 용해되는 원소의 부피비에 따라 다공층의 다공도를 조절할 수 있다. 바람직하게는 Si가 20 내지 95 부피%인 것이 바람직하고 가장 바람직하게는 Si가 30 내지 80 부피%인 것이 바람직하다. Si가 20부피% 미만이면 에칭후 충분한 다공성 구조를 만들기가 어렵고, 95부피%를 초과하면 에칭후 다공성 구조가 유지되기 어렵기 때문이다.Next, an alloy thin film containing two or more elements on the under layer can be formed (S3). The alloy thin film can be generally formed by a deposition method used in this technical field. For example, an alloy thin film can be formed by a method such as a sputtering method, a plasma deposition method, a thermal evaporation method or the like, and most preferably, a sputtering method Is preferably used. Sputtering is a simple process and has a low possibility of discharging environmental pollutants. Also, the deposition rate of the deposited elements can be easily controlled. Further, it is easy to control the porosity in the process of selectively removing specific elements in the future, and further, the porosity can be kept constant. For example, two or more elements may be sputter deposited to form a thin film containing two or more elements. Specifically, a thin film may be deposited by sputtering a target containing two or more elements at the same time, A plurality of targets including elements may be mounted and then sputtered to form an alloy thin film. The alloy thin film 40 may preferably include at least one element selected from the group consisting of Si, Pt, Pd, Au and Ag. More preferably, Si, and may further include at least one element selected from the group consisting of Pt, Pd, Au and Ag. For example, the thin film may be made of Si-Pt, Si-Pd, Si-Au, a binary alloy of Si-Ag, Si-Pt-Pd, Si- Pt-Pd-Au, Si-Pd-Ag, Si-Au-Ag ternary alloy, Si-Pt-Pd-Au and Si- It may be an oxide-based alloy. In the process of depositing two or more elements, the volume ratio between the elements can be controlled. The porosity of the porous layer can be adjusted according to the volume ratio of the dissolved elements. Preferably, Si is preferably 20 to 95% by volume, and most preferably, Si is 30 to 80% by volume. If the content of Si is less than 20 vol%, it is difficult to form a sufficient porous structure after etching, while if it exceeds 95 vol%, it is difficult to maintain the porous structure after etching.

다음으로, 합금 박막으로부터 특정 원소를 선택적으로 제거하여 다공층을 형성할 수 있다(S4). 선택적으로 제거되는 특정 원소는 가장 바람직하게는 Si이다. 특정 원소가 제거되면 그 부분에 빈 공간, 즉 기공이 형성된다. 특정 원소의 제거는 표면으로부터 내부 쪽으로 연속적으로 이루어지며, 이런 이유로 연속적으로 연결된 기공이 형성될 수 있다. 구체적인 예로 기공이 기둥 형상을 가질 수 있다(도 4(c) 참조). 식각은 합금 박막의 표면 쪽에서 시작하여 기판 쪽으로 진행되다가 언더층에서 멈춘다.Next, a specific element may be selectively removed from the alloy thin film to form a porous layer (S4). The particular element that is selectively removed is most preferably Si. When a specific element is removed, an empty space, that is, a pore is formed in the portion. Removal of specific elements is continuous from the surface toward the interior, and for this reason, pores connected in series can be formed. As a specific example, the pores may have a columnar shape (see Fig. 4 (c)). The etch proceeds from the surface side of the alloy thin film toward the substrate and then stops at the underlayer.

특정 원소를 선택적으로 제거하는 방법으로는 기술분야의 일반적인 방법을 사용할 수 있고 바람직하게는 선택적 용해법(dealloying) 또는 선택적 건식 식각법을 사용할 수 있다. As a method for selectively removing a specific element, a general method in the technical field can be used, and preferably, selective dealloying or selective dry etching can be used.

선택적 용해법은 두 가지 이상 금속의 합금 박막에서 반응성이 높은 금속 원소를 에칭액으로 선택적으로 제거함으로써 다공성 구조를 형성하는 방법이다. 특정 원소를 선택적으로 제거하기 위하여 특정 원소에 대하여 선택적으로 용해성을 가지는 용매를 사용할 수 있다. 용매로는 제거하고자 하는 원소에 따라 다르겠지만 예를 들어, Si를 제거하고자 하는 경우에는 HF를 사용할 수 있다. 합금 박막으로부터 특정 원소를 제거하기 위하여 합금 박막을 작동 전극으로 하여 셀을 구성하고, 용매를 전해질로 하여 전기화학 셀을 구성한 후, 정전압법(potentiostat)에 의해 일정 시간 동안 일정 전압을 인가함으로써 특정 원소를 용해시켜 제거할 수 있다. 이때 용매의 농도, 인가 전압 및 시간에 따라 특정 원소의 용해량을 조절할 수 있다. 바람직하게는, 0.9 내지 1.1 V 범위의 전압을 인가하고 0.5 내지 20분 동안 정전압법을 행할 수 있다. 또 다른 방법으로, 0 V 내지 1.3 V의 범위에서 약 10 mV/s의 속도로 전압을 올렸다가 내리면서 인가하는 방법을 사용할 수도 있다. 이렇게 특정 원소의 일부 또는 전부를 용해시킴으로써 남아 있는 원소로 이루어진 다공층을 제조할 수 있다.The selective dissolution method is a method of forming a porous structure by selectively removing a highly reactive metal element with an etching solution in an alloy thin film of two or more metals. Solvents that are selectively soluble in certain elements may be used to selectively remove certain elements. As the solvent, it may be different depending on the element to be removed. For example, when removing Si, HF may be used. In order to remove a specific element from the alloy thin film, a cell is constituted of an alloy thin film as a working electrode, an electrochemical cell is constituted by using a solvent as an electrolyte, and a certain voltage is applied for a predetermined time by a potentiostat, Can be dissolved and removed. At this time, the dissolution amount of a specific element can be controlled according to the concentration of the solvent, the applied voltage and the time. Preferably, a voltage in the range of 0.9 to 1.1 V is applied and the constant-voltage method can be performed for 0.5 to 20 minutes. As another method, a method of applying voltage while raising and lowering the voltage at a rate of about 10 mV / s in the range of 0 V to 1.3 V may be used. By dissolving some or all of the specific elements in this way, a porous layer made of the remaining elements can be produced.

선택적 건식 식각법은 에칭액을 쓰지 않고 특정 기체에 대한 반응성을 가지는 기체를 사용하여 특정 원소를 선택적으로 제거하는 방법이다. 예를 들어, 박막 내 Si 원소는 XeF2 기체를 이용해 제거할 수 있다.The selective dry etching method is a method of selectively removing a specific element by using a gas having reactivity with a specific gas without using an etching solution. For example, Si elements in a thin film can be removed by using XeF 2 gas.

이렇게 형성된 다공층의 경우, 기공의 크기는 1 내지 50 nm 이 되도록 조절되는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 기공을 "중기공성(mesoporous)"이라고 한다. 거칠기(roughness factor)는 1 내지 500 이 바람직하다. "거칠기"는 기하학적 단위 면적당 박막의 실제 표면적의 비율로 정의되는 값으로서, 예를 들어 가로 및 세로가 1cm 인 면적에 대해 실제 표면적을 측정해서 40 cm2 이 나왔다면 거칠기는 40 이다. 금속 나노 구조체의 거칠기는 주로 전기화학적 장치 내에서 순환전압전류법 (cyclovotammetry, CV)에 의해 금속 나노 구조체 내 수소 원자의 흡탈착을 이용해 계산할 수 있다. 기공의 크기 및 거칠기가 상기 범위 내로 한정되어야 하는 이유는 기공이 너무 작을 경우 검출하고자 물질 분자가 기공 내로 들어가기가 어렵고, 반면 기공이 너무 클 경우 다공성 구조 자체가 너무 약해지고 박막의 실제 표면적이 줄어들기 때문이다. In the case of the thus-formed porous layer, it is preferable that the pore size is adjusted to 1 to 50 nm. This range of pores is called "mesoporous". The roughness factor is preferably 1 to 500. "Roughness" is defined as the ratio of the actual surface area of the thin film per unit area of the geometric unit. For example, if the actual surface area is measured for an area of 1 cm width and 40 cm 2 , the roughness is 40. The roughness of a metal nanostructure can be calculated mainly by adsorption / desorption of hydrogen atoms in the metal nanostructure by a cyclotron voltmeter (CV) in an electrochemical device. The reason why the pore size and the roughness should be limited to the above range is that if the pore is too small, the substance molecules are difficult to enter into the pores to be detected, whereas when the pores are too large, the porous structure itself becomes too weak and the actual surface area of the film is reduced to be.

다음으로, 기판, 접착층, 언더층(선택 사항) 및 다공층을 가지는 박막을 열처리 하는 공정을 더 행할 수 있다(S5). 열처리에 의하여 센서의 안정성이 향상될 수 있다. 기존센서는 1~2회 측정후 센서감도가 급격히 떨어지는 문제점이 있는데, 본 발명에 따른 센서를 열처리하여 평가한 실시예를 보면 본 발명의 센서는 5회까지도 센서의 민감도를 유지하였다. 열처리는 50~250℃에서 10분 내지 3시간 동안 수행할 수 있다. 상기 범위보다 온도가 낮거나 시간이 짧으면 열처리 효과가 없고, 상기 범위보다 온도가 높거나 시간이 길면 박막의 구조 자체가 변형되어 센서로서의 기능을 상실할 수 있다. 본 공정은 필요에 따라 선택적으로 행할 수 있는데, 센서의 안정성을 향상시키고자 하는 경우에는 본 공정을 행할 수 있다.Next, a step of heat-treating the thin film having the substrate, the adhesive layer, the under layer (optional), and the porous layer may be further performed (S5). The stability of the sensor can be improved by heat treatment. The existing sensor has a problem that the sensor sensitivity drops rapidly after 1 or 2 times measurement. In the embodiment in which the sensor according to the present invention is evaluated by heat treatment, the sensor of the present invention maintains the sensitivity of the sensor up to 5 times. The heat treatment can be carried out at 50 to 250 ° C for 10 minutes to 3 hours. If the temperature is lower than the above range or the time is shorter, there is no heat treatment effect. If the temperature is higher than the above range or the time is longer, the structure of the thin film itself may be deformed and the function as a sensor may be lost. The present process can be selectively performed as needed, but if the stability of the sensor is to be improved, the present process can be performed.

다음으로, 다공층 상에 금속산화물층을 형성하는 공정을 더 행할 수 있다(S5). 다공층상에 금속산화물층을 형성함으로써 센서의 안정성이 향상시킬 수 있다. 본 공정은 필요에 따라 선택적으로 행할 수 있다. 즉 센서의 안정성이 충분한 경우에는 본 공정을 행할 필요는 없고, 센서의 안정성을 향상시키고자 하는 경우에는 본 공정을 행할 수 있다. 금속산화물층은 기술분야에서 일반적으로 사용되는 증착방법을 사용하여 증착할 수 있고, 바람직하게는 원자층 증착(atomic layer deposition)법, 스퍼터링법, 또는 함침법에 의하여 형성될 수 있다. 금속산화물층의 소재로는 접촉한 물질과 전하를 주고 받을 수 있는 물질이라면 어느 것이든 사용할 수 있으며, 바람직하게는 티타니아, 알루미나, 세리아, 지르코니아, 아연산화물로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 티타니아, 세리아, 지르코니아로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 금속산화물층은 센서의 반복측정에 대한 안정성을 증가시키는데, 기존 센서의 1~2회 측정후 센서감도가 급격히 떨어지는 단점을 보완할 수 있고, 본 발명의 실시예에 따르면 본 발명의 센서는 8회까지도 민감도를 유지할 수 있었다.Next, a step of forming a metal oxide layer on the porous layer may be further performed (S5). The stability of the sensor can be improved by forming the metal oxide layer on the porous layer. This step can be carried out selectively as required. That is, when the stability of the sensor is sufficient, the present step need not be performed. In the case where the stability of the sensor is to be improved, the present step can be performed. The metal oxide layer may be deposited using a deposition method commonly used in the art, and may preferably be formed by atomic layer deposition, sputtering, or impregnation. As the material of the metal oxide layer, any material can be used as long as it is capable of transferring electric charges to the contacted material. Preferably, one or more materials selected from the group consisting of titania, alumina, ceria, zirconia and zinc oxide can be used And more preferably at least one selected from the group consisting of titania, ceria and zirconia. The metal oxide layer increases the stability of repeated measurement of the sensor. The present invention can compensate for the disadvantage that the sensor sensitivity drops sharply after one or two measurements of the conventional sensor. According to the embodiment of the present invention, It was also possible to maintain the sensitivity to the sieve.

다음으로, 기판, 접착층 및 다공층, 또는 기판, 접착층, 언더층 및 다공층을 포함하는 박막을 작동 전극으로 하여 센서를 구성할 수 있다(S6). 기준 전극으로는 센서에 일반적으로 사용되는 전극물질을 사용할 수 있으며 바람직하게는 Ag/AgCl을 사용할 수 있고, 상대(보조) 전극으로는 센서에 일반적으로 사용되는 전극물질을 사용할 수 있으며 바람직하게는 Pt을 사용할 수 있다. 센서는 2 전극계 또는 3 전극계일 수 있는데, 2 전극계 센서는 작업 전극(working electrode)과 기준 전극(reference electrode)을 가지고, 3 전극계 센서는 작업 전극, 기준 전극 및 상대 전극(counter electrode)을 가진다. Next, the sensor can be constituted by using the thin film including the substrate, the adhesive layer and the porous layer, or the substrate, the adhesive layer, the under layer and the porous layer as working electrodes (S6). As the reference electrode, an electrode material generally used in a sensor can be used. Preferably, Ag / AgCl can be used. As a counter electrode, an electrode material generally used in a sensor can be used. Can be used. The sensor may be a two-electrode system or a three-electrode system. The two-electrode system sensor includes a working electrode and a reference electrode. The three-electrode system sensor includes a working electrode, a reference electrode, .

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 이는 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. It is to be understood that the present invention is not limited thereto.

먼저, n 도핑된 Si(100) 웨이퍼(1cm×2cm) 표면에 Ti 을 스퍼터 증착하여 3 nm 두께의 Ti 접착층(adhesive layer)을 형성하였다. 다음으로, Au 를 스퍼터 증착하여 30nm의 언더층(underlayer)을 형성하였다. 다음으로, Au 타겟과 Si 타겟을 함께 장착한 후 동시에 스퍼터 증착하여 150 nm 의 Au-Si 합금 박막을 형성하였다(Au 타겟에는 10W, Si 타겟에는 200W의 전력을 인가함). AES 분석(PHI-700, Ulvac-PHI) 결과, Au-Si 합금 박막 중 Si의 함량이 55 원자% 이었다. 다음으로, HF 수용액을 이용하여 합금 박막으로부터 Si를 선택적으로 제거(dealloying)하여 다공성 박막을 제조하였다. First, Ti was sputter deposited on the surface of an n-doped Si (100) wafer (1 cm x 2 cm) to form a Ti adhesive layer having a thickness of 3 nm. Next, Au was sputter deposited to form an underlayer of 30 nm. Next, the Au target and the Si target were mounted together and then simultaneously sputter-deposited to form a 150 nm Au-Si alloy thin film (10 W for the Au target and 200 W for the Si target). As a result of AES analysis (PHI-700, Ulvac-PHI), the content of Si in the Au-Si alloy thin film was 55 atomic%. Next, the porous thin film was prepared by selectively removing Si from the alloy thin film by using an aqueous solution of HF (dealloying).

여기에, Ag/AgCl(3M KCl)을 기준전극, Pt 와이어를 상대 전극, 상기 제조된 다공성박막을 작업 전극, 3% HF 수용액을 전해질로 하는 전기화학 cell(CH660, CH Instrument Inc.)을 구성한 후, 포텐시오스탯(potentiostat)을 통하여 1.0V 의 전압을 인가하여 Au-Si합금 박막으로부터 Si 을 선택적으로 녹여 제거함으로써 다공성 Au 박막을 제조하였다. Si 기판은 미리 실리콘 접착제로 밀봉한 후에 사용하였다. 도4에는 제작된 박막에 대한 사진을 나타내었다(A: dealloying 전 박막의 표면 사진, B: dealloying 후 박막의 표면 사진, C: dealloying 후 박막의 단면 사진). 도 4을 참조하면, Au-Si 합금 박막에서 Si가 제거되고 남은 Au가, 수십 nm 정도의 기공을 가지는 중기공성(mesoporous) 다공성 박막을 형성하고 있음을 확인할 수 있다. Si의 잔류 함량은 약 0~5 원자%로 Si는 대부분 제거되었음을 확인할 수 있다. 또한, 다공성 Au 박막의 거칠기(roughness factor)는 25로 측정되었다.Here, an electrochemical cell (CH660, CH Instrument Inc.) comprising Ag / AgCl (3M KCl) as a reference electrode, a Pt wire as a counter electrode, the porous thin film as a working electrode, and a 3% HF aqueous solution as an electrolyte Thereafter, a voltage of 1.0 V was applied through a potentiostat to selectively remove Si from the Au-Si alloy thin film to produce a porous Au thin film. The Si substrate was used after sealing with a silicone adhesive in advance. Fig. 4 shows photographs of the fabricated films (A: surface photograph of the dealloying film, B: surface photograph of the dealloying film, and C: cross section of the film after dealloying). Referring to FIG. 4, it can be seen that the Au remaining after removing Si from the Au-Si alloy thin film forms a mesoporous porous thin film having pores of several tens of nm. The residual amount of Si is about 0 ~ 5 atomic%, and most of Si is removed. In addition, the roughness factor of the porous Au thin film was measured to be 25.

다음으로, 제작된 다공성 Au 박막을 이용하여 위와 동일한 전기화학 cell을 구성하여 환경 센서 제작을 완료하였다.Next, we fabricated the same electrochemical cell using the fabricated porous Au thin film to fabricate the environmental sensor.

실시예 1의 다공성 Au 박막위에 ALD 법으로 티타니아(titania)층을 형성(ALD 5 cycle)한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 센서를 제작하였다.A sensor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a titania layer (ALD 5 cycle) was formed on the porous Au thin film of Example 1 by the ALD method.

실시예 1의 다공성 Au 박막을 질소 분위기, 100℃에서 1시간 동안 열처리한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 센서를 제작하였다.
A sensor was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the porous Au thin film of Example 1 was heat-treated at 100 ° C for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

[비교예][Comparative Example]

Au 타겟을 스퍼터하여 제조한 두께 150nm의 평평한(flat) Au 를 작업 전극으로 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 센서를 제작하였다.
A sensor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that flat Au having a thickness of 150 nm manufactured by sputtering an Au target was used as the working electrode.

[센서 성능 평가][Sensor performance evaluation]

1. 페놀에 대한 센서 성능 평가1. Sensor performance evaluation for phenol

1-1. 실시예 1에 따른 센서의 성능 평가1-1. Evaluation of the performance of the sensor according to Embodiment 1

기준 전극 대비 0.7V의 전압을 작업 전극에 인가한 상태에서, 상온에서 중성(pH=7.2)인 PBS (phosphate-buffered saline) 완충액에 다양한 농도의 페놀을 첨가하면서 전류 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 상기 시험을 실시하기 전에, 1.5M H2SO4 용액 속에서, Ag/AgCl(3M KCl) 대비 -0.25V ~ 1.8V 의 전압을 100mV/s의 비율로 스캔하여 다공성 박막을 세척하였다. 도 5를 참조하면, 페놀이 첨가된 직후 수십 초 내에 안정화되어 일정한 전류값이 안정화되어 일정한 값을 가짐을 확인할 수 있는데, 이로부터 본 발명에 따른 센서의 경우 수십 초 내에 전극 반응이 안정화된다는 점을 확인할 수 있다. 즉 본 발명에 따른 센서에서는, 페놀을 현장에서 바로 검출할 수 있을 정도로 충분할 만큼 반응 속도가 빠르다는 것이다. 또한, 페놀의 농도가 증가함에 따라 전류가 거의 선형적으로 증가함을 확인할 수 있다. 또한, 검출 가능한 페놀의 최저 농도는 1 μM 이었다. 또한, 센서의 반응 민감도는 200 μM 까지 약 170 nAcm-2μM -1이었다. 그러나, 한번 사용한 센서를 새로운 PBS용액에 넣고 일정량의 페놀을 넣어 가며 반복 측정을 하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8을 참조하면, 약 5회를 넘어가면서 반응 민감도가 급격하게 떨어짐을 확인할 수 있다.
The current change was measured by adding various concentrations of phenol to a neutral (pH = 7.2) PBS (phosphate-buffered saline) buffer solution at room temperature while applying a voltage of 0.7 V to the reference electrode. 5. Before this test, the porous thin film was cleaned by scanning a voltage of -0.25 V to 1.8 V against Ag / AgCl (3M KCl) at a rate of 100 mV / s in 1.5 MH 2 SO 4 solution. Referring to FIG. 5, it can be seen that stabilization of a constant current value is stabilized within several tens of seconds immediately after the addition of phenol, and that the sensor has a constant value. From this, it can be seen that the electrode reaction is stabilized within a few tens of seconds Can be confirmed. That is, in the sensor according to the present invention, the reaction rate is fast enough to detect phenol immediately in the field. In addition, it can be confirmed that the current increases almost linearly as the concentration of phenol increases. The lowest detectable phenol concentration was 1 [mu] M. The sensitivity of the sensor was about 170 nA cm -2 μM -1 up to 200 μM. However, once the sensor was used, it was repeatedly measured with a certain amount of phenol. The results are shown in Fig. Referring to FIG. 8, it can be seen that the reaction sensitivity dropped sharply beyond about 5 times.

1-2. 실시예 2에 따른 센서의 성능 평가1-2. Evaluation of the performance of the sensor according to the second embodiment

실시예 1과 동일한 방식으로 센서의 성능을 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6을 참조하면, 페놀이 첨가된 직후 수십 초 내에 안정화되어 일정한 전류값이 안정화되는 등 앞의 경우와 유사하였다. 또한 페놀 농도가 1 μM 에서 200 μM까지 증가할수록 전류가 선형적으로 증가하였다. 또한 검출 가능한 페놀의 최저 농도는 1 μM 이었다. 또한 센서의 반응민감도는 약 175 nAcm-2μM-1 로서, 티타니아(titania) 층이 없는 비교예와 비슷하였다. 또한 8회까지 반복 측정한 결과를 도 8에 나타내었는데, 도 8을 참조하면, 반응민감도가 다소 감소하였으나, 티타니아 (titania)층이 없는 실시예 1보다는 감소율이 작았다.
The performance of the sensor was measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. Referring to FIG. 6, stabilization of a constant current value was stabilized within several tens of seconds immediately after the addition of phenol, which is similar to the previous case. In addition, the current linearly increased as the phenol concentration increased from 1 μM to 200 μM. The lowest detectable phenol concentration was 1 μM. The sensitivity of the sensor was about 175 nA cm -2 μM -1 , similar to the comparative example without the titania layer. FIG. 8 shows the result of repeated measurement up to 8 times. Referring to FIG. 8, although the sensitivity of the reaction was somewhat reduced, the rate of decrease was smaller than that of Example 1 in which there was no titania layer.

1-3. 실시예 3에 따른 센서의 성능 평가1-3. Evaluation of the performance of the sensor according to the third embodiment

실시예2과 동일한 방식으로 센서의 성능을 측정하였으며, 그 결과를 도 7 에 나타내었다. 도 7을 참조하면, 페놀이 첨가된 직후 수십 초 내에 안정화되어 일정한 전류값이 안정화되는 등 앞의 경우와 유사하였다. 또한 페놀 농도가 1 μM 에서 200 μM 까지 증가할수록 전류는 선형적으로 증가하였다. 또한 검출 가능한 페놀의 최저 농도는 1 μM 이었다. 센서의 반응민감도는 약 175 nAcm-2μM-1 로서, 열처리하지 않은 실시예 1과 비슷하였다. 또한 9회까지 반복 측정한 결과를 도 8에 나타내었는데, 도 8을 참조하면, 반응 민감도가 다소 감소하였으나 아무런 처리도 하지 않은 다공성 Au 박막(실시예 1)보다는 감소 정도가 덜하였다.
The performance of the sensor was measured in the same manner as in Example 2, and the results are shown in FIG. Referring to FIG. 7, it was similar to the previous case such that stabilization of a constant current value was stabilized within tens of seconds immediately after the addition of phenol. In addition, the current linearly increased as the phenol concentration increased from 1 μM to 200 μM. The lowest detectable phenol concentration was 1 μM. The sensitivity of the sensor was about 175 nA cm -2 μM -1 , similar to that of Example 1 without heat treatment. FIG. 8 shows the result of repeated measurement up to 9 times. Referring to FIG. 8, the sensitivity of the reaction was somewhat reduced, but the degree of decrease was less than that of the porous Au film (Example 1) without any treatment.

2. 히드록실아민에 대한 센서 성능 평가2. Sensor performance evaluation for hydroxylamine

실시예1과 같은 방식으로 다공성 Au 박막을 제조하였다. 제작된 다공성 Au 박막을 이용하여 아미노기(NH2)를 포함하는 대표적인 환경오염물질인 하이드록실아민 (hydroxylamine)의 농도 측정을 위해, 실시예 1과 동일한 전기화학 셀(cell)을 구성하였다. 그런 다음 기준 전극 대비 0.3V의 전압을 건 상태에서 중성(pH = 7.2)인 PBS 완충액에 다양한 농도의 하이드록실아민을 첨가하면서 전류변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에 의하면 하이드록실아민이 첨가된 직후 수십초 내에 안정화되어 일정한 전류값이 안정화되어 일정한 값을 가짐을 확인할 수 있는데, 이로부터 본 발명에 따른 센서의 경우 수십 초 내에 전극 반응이 안정화된다는 점을 확인할 수 있다. 즉 본 발명에 따른 센서에서는, 하이드록실아민을 현장에서 바로 검출할 수 있을 정도로 충분할 만큼 반응 속도가 빠르다는 것이다. 또한 아닐린 농도가 0.5 μM 에서 2700 μM 에 이르기까지 증가함에 따라 거의 선형으로 전류가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히 14 μM 농도까지 약 200 nAcm-2μM-1의 반응 민감도를, 14 μM ~ 2700 μM 에서는 약 150 nAcm-2μM-1 의 반응 민감도를 나타냈다. 검출 가능한 최저 농도는 0.5 μM 이었다.
A porous Au thin film was prepared in the same manner as in Example 1. The same electrochemical cell as in Example 1 was constructed to measure the concentration of hydroxylamine, which is a typical environmental pollutant including amino group (NH 2 ), using the prepared porous Au thin film. Then, the current change was measured while various concentrations of hydroxylamine were added to a neutral (pH = 7.2) PBS buffer with a voltage of 0.3 V compared to the reference electrode, and the results are shown in FIG. According to FIG. 9, it can be seen that the hydroxylamine is stabilized within several tens of seconds immediately after the addition of hydroxylamine, stabilizing a constant current value and having a constant value. From this, it can be seen that, in the case of the sensor according to the present invention, Can be confirmed. That is, in the sensor according to the present invention, the reaction rate is fast enough to detect the hydroxylamine immediately in the field. It can be seen that the current increases almost linearly as the aniline concentration increases from 0.5 μM to 2700 μM. In particular, the sensitivity of the reaction was about 200 nAcm -2 μM -1 up to 14 μM and about 150 nA cm -2 μM -1 14 μM to 2700 μM. The lowest detectable concentration was 0.5 μM.

3. 아닐린에 대한 센서 성능 평가3. Sensor performance evaluation for aniline

3-1. 실시예 1에 따른 센서의 성능 평가3-1. Evaluation of the performance of the sensor according to Embodiment 1

실시예 1과 같은 방식으로 다공성 Au 박막을 제조하였다. 제작된 다공성 Au 박막을 이용하여 아미노기(NH2)를 포함하는 대표적인 환경오염물질인 아닐린(aniline) 농도 측정을 위해, 실시예 1과 동일한 전기화학 셀(cell)을 구성하였다. 그런 다음 기준 전극 대비 0.8V의 전압을 건 상태에서 중성(pH = 7.2)인 PBS 완충액에 다양한 농도의 아닐린을 첨가하면서 전류변화를 측정하였다. 결과를 도10에 나타내었다. 도10에 의하면 아닐린이 첨가된 직후 전극반응이 수십초 내에 안정화되어 일정한 전류값을 갖는 것을 알 수 있다. 즉 반응속도가 아닐린을 현장에서 바로 검출하기에 충분할 만큼 빨랐다. 또한 아닐린 농도가 0.5 μM 에서 30 μM 에 이르기까지 증가함에 따라 거의 선형으로 전류가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히 30 μM 농도까지 약 350 nAcm-2μM-1의 반응 민감도를 나타냈다. 검출가능한 최저 농도는 0.5 μM 이었다.
A porous Au thin film was prepared in the same manner as in Example 1. The same electrochemical cell as in Example 1 was constructed for measuring the concentration of aniline, which is a typical environmental pollutant containing amino group (NH 2 ), using the prepared porous Au thin film. Then, the current change was measured while adding various concentrations of aniline to the neutral (pH = 7.2) PBS buffer with a voltage of 0.8 V relative to the reference electrode. The results are shown in Fig. 10, it can be seen that the electrode reaction immediately after the addition of aniline stabilized within several tens of seconds and had a constant current value. That is, the reaction rate was fast enough to detect aniline directly in situ. As the aniline concentration increases from 0.5 μM to 30 μM, the current increases almost linearly. In particular, the sensitivity of the reaction was about 350 nA cm -2 μM -1 up to the concentration of 30 μM. The lowest detectable concentration was 0.5 μM.

3-2. 비교예에 따른 센서의 성능 평가3-2. Performance evaluation of the sensor according to the comparative example

비교예에 따른 센서에 대하여, 중성(pH = 7.2)인 PBS 완충액에 1.6 mM 농도의 아닐린을 첨가한 용액에서 순환전압전류 (cyclic voltammetry)를 측정하였으며, 그 결과를 도 11 에, 실시예 1에 따른 센서의 아닐린에 대한 성능 결과와 함께 비교하여 도시하였다. 도 11 에 의하면, 빨간색 선으로 표시된 다공성 Au 박막에서 나오는 전류양이 검은색 선으로 표시된 평평한(flat) Au 박막에서 나오는 전류양보다 훨씬 많음을 확인할 수 있다. 즉, 다공성 Au 박막이 평평한(flat) Au 박막보다 반응성이 크다는 점을 확인할 수 있다.For the sensor according to the comparative example, the cyclic voltammetry was measured in a solution of neutral (pH = 7.2) PBS buffer and 1.6 mM aniline, and the results are shown in FIG. 11, And the performance results for the aniline of the corresponding sensor. 11, it can be seen that the amount of current drawn from the porous Au film indicated by the red line is much larger than the amount of current from the flat Au film indicated by the black line. That is, it can be seen that the porous Au thin film is more reactive than the flat Au thin film.

본 발명에서 사용한 용어는 특정한 실시예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The terms used in the present invention are intended to illustrate specific embodiments and are not intended to limit the invention. The singular presentation should be understood to include plural meanings, unless the context clearly indicates otherwise. Or " an embodiment " means that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, or a combination thereof described in the specification, and does not exclude it. The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Therefore, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. I will say.

1: 작업 전극(working electrode) 2: 보조 전극(counter electrode)
3: 기준 전극(reference electrode) V: 전압계
A: 전류계 10: 기판
20: 접착층(adhesive layer) 30: 언더층(underlayer)
40: 합금 박막(식각 전) 41: 다공층(식각 후)
50: 다공성 박막
1: working electrode 2: counter electrode
3: reference electrode V: voltmeter
A: ammeter 10: substrate
20: an adhesive layer 30: an underlayer,
40: alloy thin film (before etching) 41: porous layer (after etching)
50: Porous thin film

Claims (20)

기판과,
상기 기판 상에 접착층(adhesive layer)을 형성하는 제1 단계;
상기 접착층 상에 두 가지 이상의 원소를 함유하는 합금 박막을 형성하는 제2단계;
상기 합금 박막으로부터 특정원소를 선택적으로 제거하여 다공층을 형성하는 제3단계;
상기 제조된 박막을 열처리 하는 제4단계; 및
상기 기판, 상기 접착층 및 상기 다공층을 포함하는 다공성 박막을 작동 전극으로 하여 센서를 제조하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.
A substrate;
A first step of forming an adhesive layer on the substrate;
A second step of forming an alloy thin film containing two or more elements on the adhesive layer;
A third step of selectively removing a specific element from the alloy thin film to form a porous layer;
A fourth step of heat-treating the thin film; And
And a fifth step of fabricating the sensor using the porous thin film including the substrate, the adhesive layer, and the porous layer as working electrodes.
제1항에 있어서, 상기 접착층(adhesive layer)과 상기 합금 박막 사이에 언더층(underlayer)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising forming an underlayer between the adhesive layer and the alloy thin film. 제1항에 있어서, 상기 합금 박막은 두 가지 이상의 원소를 스퍼터 증착함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.The method of manufacturing a sensor according to claim 1, wherein the alloy thin film is formed by sputtering two or more elements. 제1항에 있어서, 상기 합금 박막은 Pt, Pd, Au 및 Ag로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소와 Si를 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조 방법.The method of manufacturing a sensor according to claim 1, wherein the alloy thin film comprises Si and at least one element selected from the group consisting of Pt, Pd, Au and Ag. 제1항에 있어서, 상기 제3 단계는 특정 원소에 대한 선택적 용해성을 가지는 용매를 사용하여 특정 원소를 선택적으로 제거함으로써 다공층을 형성하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.The method according to claim 1, wherein in the third step, a porous layer is formed by selectively removing a specific element using a solvent having selective solubility for a specific element. 제1항에 있어서, 상기 제3 단계는 상기 특정 원소에 대한 반응성이 높은 반응기체를 사용하여 건식적으로 상기 특정 원소를 선택적으로 제거함으로써 다공층을 형성하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.The method of manufacturing a sensor according to claim 1, wherein in the third step, the porous layer is formed by selectively removing the specific element dry using a reactive gas highly reactive with the specific element. 제4항에 있어서, 상기 합금 박막에서 제거되는 특정 원소는 Si 인 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.5. The method of claim 4, wherein the specific element removed from the alloy thin film is Si. 제1항에 있어서, 상기 다공층에 금속산화물층을 더욱 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising forming a metal oxide layer on the porous layer. 제8항에 있어서, 상기 금속산화물층은 원자층증착 (atomic layer deposition)법, 스퍼터링법, 함침법으로부터 선택된 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.9. The method of claim 8, wherein the metal oxide layer is formed by a method selected from an atomic layer deposition method, a sputtering method, and an impregnation method. 제8항에 있어서, 상기 금속산화물층은 티타니아 (titania), 세리아 (ceria), 지르코니아 (zirconia), 알루미나(alumina), 아연산화물(Zinc oxide)로 이루어진 군 중에서 하나 이상을 선택하여 포함하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.[9] The method of claim 8, wherein the metal oxide layer comprises at least one selected from the group consisting of titania, ceria, zirconia, alumina, and zinc oxide Of the sensor. 제1항에 있어서, 상기 열처리는 50 내지 250℃에서 10분 내지 3시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.The method of claim 1, wherein the heat treatment is performed at 50 to 250 ° C for 10 minutes to 3 hours. 제1항에 있어서, 상기 다공층은 1 내지 50 nm 크기의 기공을 가지는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.The method of claim 1, wherein the porous layer has pores of 1 to 50 nm in size. 제1항에 있어서, 상기 다공층은 1nm 내지 500 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.The method of claim 1, wherein the porous layer has a thickness of 1 nm to 500 nm. 제1항에 있어서, 상기 다공층은 1 내지 500 의 거칠기(roughness factor)를 가지는 것을 특징으로 하는 센서의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the porous layer has a roughness factor of 1 to 500. 기판;
상기 기판 상에 형성된 접착층(adhesive layer);
상기 접착층 상에 형성된 다공층(porous layer); 및
상기 다공층 상에 형성된 금속 산화물층;을 포함하는 박막을 작동 전극으로 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
Board;
An adhesive layer formed on the substrate;
A porous layer formed on the adhesive layer; And
And a metal oxide layer formed on the porous layer as a working electrode.
제15항에 있어서, 상기 접착층과 상기 다공층 사이에 언더층 (underlayer) 을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.16. The sensor of claim 15, further comprising an underlayer between the adhesive layer and the porous layer. 제15항에 있어서, 상기 센서는 페닐기를 포함하는 화합물 및 아민기를 포함하는 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 농도를 검출하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 센서.16. The sensor of claim 15, wherein the sensor is used to detect at least one concentration selected from the group consisting of a compound comprising a phenyl group and a compound comprising an amine group. 제17항에 있어서, 상기 페닐기를 포함하는 화합물은 페놀을 포함하고, 상기 아민기를 포함하는 화합물은 히드록실아민 및 아닐린으로 이루어진 군중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.The sensor according to claim 17, wherein the compound containing phenyl group comprises phenol, and the compound containing amine group comprises at least one member selected from the group consisting of hydroxylamine and aniline. 삭제delete 제15항에 있어서, 상기 금속산화물층은 티타니아 (titania), 세리아 (ceria), 지르코니아 (zirconia), 알루미나(alumina), 및 아연산화물(Zinc oxide)로 이루어진 군 중에서 하나 이상을 선택하여 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.16. The method according to claim 15, wherein the metal oxide layer comprises at least one selected from the group consisting of titania, ceria, zirconia, alumina, and zinc oxide The sensor features.
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