KR101638501B1 - pH sensor and method for fabricating the same - Google Patents

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KR101638501B1 KR1020150040939A KR20150040939A KR101638501B1 KR 101638501 B1 KR101638501 B1 KR 101638501B1 KR 1020150040939 A KR1020150040939 A KR 1020150040939A KR 20150040939 A KR20150040939 A KR 20150040939A KR 101638501 B1 KR101638501 B1 KR 101638501B1
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최원국
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유태희
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Abstract

The present invention relates to a hydrogen ion concentration (pH) sensor and a manufacturing method thereof which construct a gate electrode in a silver (Ag) nano-wire thin film form when using a field effect transistor (FET) of a top gate structure as a pH sensor to maximize a specific surface area of the gate electrode to improve accuracy and reliability of pH measurement. According to the present invention, the pH sensor comprises: a substrate; a semiconductor activation layer disposed on the substrate; a source electrode and a drain electrode which are disposed on the substrate and come in contact with both sides of the semiconductor activation layer; a gate insulation film disposed on the entire surface of the substrate including the semiconductor activation layer, the source electrode, and the drain electrode; a gate electrode disposed on the gate insulation film; and a sample entry/exit structure disposed on the gate insulation film to provide a contact space of a sample to be analyzed and the gate electrode. The gate electrode has a structure where Ag nano-wire is deposited.

Description

수소이온농도 센서 및 그 제조방법{pH sensor and method for fabricating the same}[0001] The present invention relates to a pH sensor and a method for fabricating the same,

본 발명은 수소이온농도 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탑게이트(top gate) 구조의 전계효과트랜지스터(FET, field effect transistor)를 pH센서로 응용함에 있어서, 게이트전극을 은 나노선(Ag nanowire) 박막 형태로 구성하여 게이트전극의 비표면적을 최대화하고 이를 통해 수소이온농도 측정의 정확성 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 수소이온농도 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a hydrogen ion concentration sensor and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a hydrogen ion concentration sensor and a method of manufacturing the same, (Ag nanowire) thin film to maximize the specific surface area of the gate electrode, thereby improving the accuracy and reliability of the hydrogen ion concentration measurement, and a manufacturing method thereof.

수소이온농도(pH)는 용액의 산성 또는 염기성의 정도를 나타내는 수치로, 수소이온농도(pH)에 의해 제품의 질이 결정되는 생산 프로세스, 농업, 의료, 정수시설 등 여러 분야에 이용되고 있다. 수소이온농도(pH)를 측정하는 방법으로 대표적으로 리트머스 종이나 지시약을 이용하는 방법이 있으나, 정확도에 한계가 있어 최근에는 보다 정확한 측정을 위해 측정전극(유리전극)과 기준전극 사이의 전위차를 이용하는 방식이 널리 사용되고 있다. Hydrogen ion concentration (pH) is a numerical value indicating the degree of acidity or basicity of a solution. It is used in various fields such as production process, agriculture, medical treatment, and water purification facility in which product quality is determined by hydrogen ion concentration (pH). As a method for measuring the hydrogen ion concentration (pH), there is a typical method using a litmus species or an indicator. However, since there is a limit to accuracy, a method using a potential difference between a measuring electrode (glass electrode) and a reference electrode Is widely used.

유리전극을 이용한 pH센서는 안정적이고 수명이 길다는 장점이 있으나, 응답속도와 민감도 특성이 우수하지 못한 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하고자 최근에는 박막트랜지스터(thin film transistor)를 응용한 pH센서가 제안되고 있다. The pH sensor using the glass electrode is advantageous in that it has a stable and long life, but it has a disadvantage in that the response speed and sensitivity characteristics are not excellent. In order to overcome such disadvantages, recently, a pH sensor using a thin film transistor has been proposed.

한국공개특허 제2013-102148호는 바텀 게이트(bottom gate) 구조의 트랜지스터를 구성하고 반도체활성층(active layer) 상에 바이오물질을 구비시킨 바이오센서를 제시하고 있으며, Roberts M.E. 등은 PVP(poly-4-vinylphenol) 유전체 기반 유기 트랜지스터 형태의 바이오센서를 제시한 바 있다(Roberts M.E. et al. water-stable organic transistor and their application in chemical and biological sensors PNAS 105, 12134-12139 (2009)). 그러나, 이들 기술은 바이오물질이 노출되어 있어, 반복적인 측정을 진행하는 경우 측정대상물질이 바이오물질에 흡착되는 문제점이 있으며, 이로 인해 소자 성능의 저하됨과 함께 재현성 확보 측면에서 단점이 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-102148 proposes a biosensor in which a transistor having a bottom gate structure is formed and a biomaterial is provided on a semiconductor active layer. Roberts ME et al. -vinylphenol) dielectric-based organic transistor-type biosensors (Roberts ME et al., Water-stable organic transistors and their applications in chemical and biological sensors, PNAS 105, 12134-12139 (2009)). However, these techniques are problematic in that, when the biomaterial is exposed, repeated measurement is performed, there is a problem that the measurement target material is adsorbed to the biomaterial, thereby deteriorating the device performance and securing the reproducibility.

한편, 한국등록특허 제1202015호에 제시된 pH센서는 반도체활성층을 게이트절연막의 하부에 구비되도록 함으로써 소자의 안정성을 기대할 수 있으나, 별도의 기준전극이 요구된다는 점에서 소자 구조의 복잡성이 뒤따른다. 또한, Yun M. 등은 탑게이트(top gate) 구조의 트랜지스터를 구성하고, 게이트전극으로 다공성 은(Ag) 박막을 채용하고, 화학물질에 안정적인 금속산화물과 불소계열 고분자 게이트절연막을 적용한 바이오센서를 제시한 바 있다(Yun M. et al. Stable organic field-effect transistors for continuos and nondestructive sensing of chemical and biologically relevant molecules in aqueous environment. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 1616-1622 (2014)). Yun M. 등이 제시한 바이오센서의 경우, 반도체활성층의 안정성을 기대할 수 있으나, 다공성 은 박막 형태의 게이트전극은 그 두께가 작을수록 다공성은 확보되나 전기저항 특성이 저하되는 문제점이 우려된다. 또한, 유기물반도체의 낮은 이동도 특성 및 열적 취약성은 트랜지스터 특성에 직접적인 영향을 끼쳐 센서 민감도를 저하시킬 수 있다.
Meanwhile, in the pH sensor disclosed in Korean Patent No. 1202015, the stability of the device can be expected by providing the semiconductor active layer under the gate insulating film, but the complexity of the device structure is complicated because a separate reference electrode is required. In addition, Yun M. et al. Disclose a biosensor comprising a transistor having a top gate structure, a porous silver (Ag) thin film as a gate electrode, a stable metal oxide and a fluorine-based polymer gate insulating film (Yun M. et al., Stable organic field-effect transistors for continuos and nondestructive sensing of chemical and biologically relevant molecules in aqueous environment, ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 1616-1622 (2014)). In the case of the biosensor proposed by Yun M. et al., The stability of the semiconductor active layer can be expected. However, as the thickness of the thin film gate electrode is small, the porosity is secured, but the electrical resistance characteristic is deteriorated. In addition, the low mobility characteristics and thermal weakness of organic semiconductors can directly affect the transistor characteristics, which may degrade sensor sensitivity.

한국공개특허 제2013-102148호Korean Patent Publication No. 2013-102148 한국등록특허 제1202015호Korea Patent No. 1202015

Roberts M.E. et al. water-stable organic transistor and their application in chemical and biological sensors PNAS 105, 12134-12139 (2009).  Roberts M.E. et al. water-stable organic transistor and their application in chemical and biological sensors PNAS 105, 12134-12139 (2009). Yun M. et al. Stable organic field-effect transistors for continuos and nondestructive sensing of chemical and biologically relevant molecules in aqueous environment. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 1616-1622 (2014).  Yun M. et al. Stable organic field-effect transistors for continuos and nondestructive sensing of chemical and biologically relevant molecules in aqueous environment. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 1616-1622 (2014).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 탑게이트(top gate) 구조의 전계효과트랜지스터(FET, field effect transistor)를 pH센서로 응용함에 있어서, 게이트전극을 은 나노선(Ag nanowire) 박막 형태로 구성하여 게이트전극의 비표면적을 최대화하고 이를 통해 수소이온농도 측정의 정확성 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 수소이온농도 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a top gate structure field effect transistor (FET) ) Thin film to maximize the specific surface area of the gate electrode, thereby improving the accuracy and reliability of the hydrogen ion concentration measurement, and a manufacturing method thereof.

또한, 본 발명은 탑게이트 구조의 전계효과트랜지스터를 적용하고 인듐(In)-갈륨(Ga)-아연(Zn)계 산화물(IGZO)을 반도체활성층으로 사용함과 함께 산화알루미늄(Al2O3)을 게이트절연막으로 사용함으로써 반도체활성층을 보호함과 함께 안정적인 전기적 특성을 확보할 수 있는 수소이온농도 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
The invention also applies to the field effect transistor of the top gate structure, and indium (In) - zinc (Zn) oxide (IGZO) aluminum oxide with using a semiconductor active layer (Al 2 O 3) - gallium (Ga) The present invention also provides a hydrogen ion concentration sensor and a method of manufacturing the same that can protect a semiconductor active layer and secure stable electrical characteristics by using it as a gate insulating film.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수소이온농도 센서는 기판; 상기 기판 상에 구비된 반도체활성층; 상기 기판 상에 구비되며, 상기 반도체활성층의 양측부에 각각 접촉하는 소스전극, 드레인전극; 상기 반도체활성층, 소스전극 및 드레인전극을 포함한 기판 전면 상에 구비된 게이트절연막; 상기 게이트절연막에 구비되는 게이트전극; 및 상기 게이트절연막 상에 구비되어, 분석대상시료과 게이트전극의 접촉 공간을 제공하는 시료유출입 구조물을 포함하여 이루어지며, 상기 게이트전극은 은 나노선(Ag nanowire)이 적층된 구조인 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a hydrogen ion concentration sensor comprising: a substrate; A semiconductor active layer provided on the substrate; A source electrode and a drain electrode provided on the substrate, the source electrode and the drain electrode being in contact with both side portions of the semiconductor active layer; A gate insulating film provided on the entire surface of the substrate including the semiconductor active layer, the source electrode, and the drain electrode; A gate electrode provided on the gate insulating film; And a sample inlet / outlet structure provided on the gate insulating film to provide a contact space between the sample to be analyzed and the gate electrode, and the gate electrode is a structure in which Ag nanowires are stacked.

상기 시료유출입 구조물은 게이트전극이 구비된 공간을 외부 환경과 격리시키며, 일측에 분석대상시료가 유입되는 시료유입구가 구비되고 다른 일측에 분석대상시료가 유출되는 시료유출구가 구비된다. The sample inlet / outlet structure isolates the space provided with the gate electrode from the external environment, and includes a sample inlet through which a sample to be analyzed flows in one side, and a sample outlet through which the sample to be analyzed flows out from the other side.

상기 반도체활성층은 InGaZnO, ZnO, ZrInZnO, InZnO, AlInZnO, ZnSnO, In2O3, HfInO, SnO2, InSnO, MgZnO 중 어느 하나의 산화물 반도체로 구성될 수 있다. 또한, 상기 게이트전극은 은 나노선이 적층된 다공성 박막 구조이며, 은 나노선 사이의 기공에 의해 게이트전극 하부의 게이트절연막이 노출된다. 이와 함께, 상기 소스전극 또는 드레인전극 측에 저항이 연결되어 저항성 부하 인버터(Resistive load inverter) 형태를 이룰 수 있으며, 상기 기판은 유리기판 또는 고분자기판일 수 있다. The semiconductor active layer may be composed of any of an oxide semiconductor of InGaZnO, ZnO, ZrInZnO, InZnO, AlInZnO, ZnSnO, In 2 O 3, HfInO, SnO 2, InSnO, MgZnO. Also, the gate electrode is a porous thin film structure in which silver nanowires are laminated, and a gate insulating film under the gate electrode is exposed by pores between silver nanowires. In addition, a resistor may be connected to the source electrode or the drain electrode side to form a resistive load inverter, and the substrate may be a glass substrate or a polymer substrate.

본 발명에 따른 수소이온농도 센서 제조방법은 기판 상에 반도체활성층을 형성하는 단계; 상기 반도체활성층의 양측부에 각각 소스전극, 드레인전극을 형성하는 단계; 상기 반도체활성층, 소스전극 및 드레인전극을 포함한 기판 전면 상에 게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트절연막 상에 은 나노선(Ag nanowire)을 적층하여 게이트전극을 형성하는 단계; 및 상기 게이트절연막 상에 시료유출입 구조물을 장착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. A method for fabricating a hydrogen ion concentration sensor according to the present invention includes: forming a semiconductor active layer on a substrate; Forming a source electrode and a drain electrode on both sides of the semiconductor active layer; Forming a gate insulating film on the entire surface of the substrate including the semiconductor active layer, the source electrode, and the drain electrode; Depositing a Ag nanowire on the gate insulating film to form a gate electrode; And mounting a sample flow-in / out structure on the gate insulating film.

상기 게이트전극은 은 나노선(Ag nanowire)을 스프레이하여 형성할 수 있다.
The gate electrode may be formed by spraying a silver nanowire.

본 발명에 따른 수소이온농도 센서 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The hydrogen ion concentration sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention have the following effects.

탑게이트 구조의 전계효과트랜지스터를 수소이온농도 센서로 응용함에 있어서 게이트전극을 은 나노선(Ag nanowire)이 적층된 형태로 구성함으로써, 게이트전극의 비표면적을 증대시킴과 함께 은 나노선 사이의 기공을 통해 게이트전극 하부의 게이트절연막이 노출되도록 하여, 게이트전극의 반응성 및 게이트절연막의 정전용량 특성을 변화시켜 수소이온농도 센서의 정확성 및 신뢰성을 증대시킬 수 있다.
In applying a field effect transistor of a top gate structure to a hydrogen ion concentration sensor, the gate electrode is formed in a laminated form of Ag nanowire, thereby increasing the specific surface area of the gate electrode, So that the reactivity of the gate electrode and the capacitance characteristics of the gate insulating film are changed to improve the accuracy and reliability of the hydrogen ion concentration sensor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소이온농도 센서의 구성도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소이온농도 센서의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 3은 비교예 1에 따른 수소이온농도 센서의 대기 하에서의 전기적 특성을 나타낸 실험결과.
도 4는 비교예 1에 따른 수소이온농도 센서의 pH 7 하에서의 전기적 특성을 나타낸 실험결과.
도 5는 실시예 1에 따른 수소이온농도 센서의 대기 하에서의 전기적 특성을 나타낸 실험결과.
도 6는 실시예 1에 따른 수소이온농도 센서의 pH 7 하에서의 전기적 특성을 나타낸 실험결과.
도 7a는 비교예 1에 따른 수소이온농도 센서의 pH 조건 변화에 따른 전기적 특성을 나타낸 실험결과.
도 7b는 실시예 1에 따른 수소이온농도 센서의 pH 조건 변화에 따른 전기적 특성을 나타낸 실험결과.
도 8는 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 대기 하에서의 전기적 특성을 나타낸 실험결과
도 9는 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 pH 조건 변화에 따른 정적 특성을 나타낸 실험 결과.
도 10는 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 pH 조건 변화에 따른 동적 특성을 나타낸 실험 결과.
도 11는 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 과산화수소 농도 변화에 따른 정적 특성을 나타낸 실험 결과.
도 12a 및 도 12b는 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 과산화수소 농도 변화에 따른 동적 특성을 나타낸 실험 결과.
도 13는 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 글루코스(glucose) 농도 변화에 따른 동적 특성을 나타낸 실험 결과.
도 14는 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 글루코스락톤(gluconolactone) 농도 변화에 따른 동적 특성을 나타낸 실험 결과.
도 15는 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 젖산(Lactic acid) 농도 변화에 따른 동적 특성을 나타낸 실험 결과.
도 16은 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 회로 구성도.
도 17a는 실시예 15에 따라 유연기판 상에 형성된 수소이온농도 센서를 나타낸 사진.
도 17b는 실시예 15에 따라 유연기판 상에 형성된 수소이온농도 센서의 전기적 특성을 나타낸 실험 결과.
도 17c는 실시예 15에 따라 유연기판 상에 형성된 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 과산화수소 농도 변화에 따른 정적 특성을 나타낸 실험 결과.
도 17d는 실시예 15에 따라 유연기판 상에 형성된 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 과산화수소 농도 변화에 따른 동적 특성을 나타낸 실험 결과.1 is a configuration diagram of a hydrogen ion concentration sensor according to an embodiment of the present invention;
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a hydrogen ion concentration sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is an experimental result showing the electrical characteristics of the hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1 under the atmosphere.
4 is an experimental result showing the electrical characteristics of the hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1 under pH 7. Fig.
5 is an experimental result showing the electrical characteristics of the hydrogen ion concentration sensor according to the first embodiment under the atmosphere.
6 is an experimental result showing the electrical characteristics of the hydrogen ion concentration sensor according to Example 1 under pH 7. Fig.
7A is an experimental result showing the electrical characteristics of the hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1 in accordance with the change of the pH condition.
FIG. 7B is an experimental result showing the electrical characteristics of the hydrogen ion concentration sensor according to the variation of the pH condition according to Example 1. FIG.
8 is a graph showing the electrical characteristics of the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to the seventh embodiment
9 is a graph showing the static characteristics of the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to the seventh embodiment in accordance with the change of the pH condition.
10 is a graph showing the dynamic characteristics of the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to the variation of the pH condition according to the seventh embodiment.
11 is a graph showing the static characteristics of the hydrogen ion concentration sensor of the resistive load inverter according to the seventh embodiment in accordance with the change of hydrogen peroxide concentration.
12A and 12B are experimental results showing the dynamic characteristics of the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to the variation of the hydrogen peroxide concentration according to the seventh embodiment.
13 is a graph showing the dynamic characteristics of the resistive load-type hydrogen ion concentration sensor according to the seventh embodiment when the concentration of glucose is changed.
14 is a graph showing the dynamic characteristics of the resistive load-type hydrogen ion concentration sensor according to the seventh embodiment in accordance with the concentration of gluconolactone.
15 is a graph showing the dynamic characteristics of the resistive load-type inverter hydrogen ion concentration sensor according to the seventh embodiment when the concentration of lactic acid is changed.
16 is a circuit configuration diagram of a resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to a seventh embodiment;
17A is a photograph showing a hydrogen ion concentration sensor formed on a flexible substrate according to Example 15. Fig.
17B is an experimental result showing electrical characteristics of a hydrogen ion concentration sensor formed on a flexible substrate according to Example 15. Fig.
17C is a graph showing static characteristics of a resistive load-type hydrogen ion concentration sensor formed on a flexible substrate according to Example 15 according to a change in concentration of hydrogen peroxide.
17D is a graph showing the dynamic characteristics of the hydrogen ion concentration sensor of the resistive load inverter formed on the flexible substrate according to the variation of the hydrogen peroxide concentration according to the fifteenth embodiment.

본 발명은 탑게이트(top-gate) 구조의 전계효과트랜지스터(FET)를 수소이온농도(pH) 측정센서로 응용하는 기술을 제시한다. 탑게이트 구조의 전계효과트랜지스터는 반도체활성층(active layer)이 외부 환경에 노출되지 않음에 따라 반도체활성층이 분석대상시료에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있으며, 게이트전극과 분석대상시료의 직접적인 접촉을 통해 센싱 민감도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. The present invention discloses a technique for applying a field-effect transistor (FET) having a top-gate structure as a hydrogen ion concentration (pH) measuring sensor. The field effect transistor of the top gate structure can prevent the semiconductor active layer from being contaminated by the sample to be analyzed as the semiconductor active layer is not exposed to the external environment, The sensing sensitivity and reliability can be improved.

탑게이트 구조의 전계효과트랜지스터를 수소이온농도 센서로 응용함에 있어서, 수소이온농도 측정의 정확도를 향상시키기 위해서는 분석대상시료과 접촉되는 게이트전극의 비표면적이 커야 되며, 이와 함께 수소이온농도 센서의 안정적인 전기적 특성을 확보하기 위해서는 반도체활성층(active layer)의 이동도(mobility) 특성 및 열적 안정성이 담보되어야 한다. In order to improve the accuracy of the hydrogen ion concentration measurement in application of the field-effect transistor of the top gate structure to the hydrogen ion concentration sensor, the specific surface area of the gate electrode in contact with the sample to be analyzed must be large, Mobility characteristics and thermal stability of a semiconductor active layer must be ensured in order to secure the characteristics.

본 발명은 게이트전극의 비표면적을 증가시키기 위해 은 나노선이 적층된 박막을 게이트전극으로 적용함과 함께 인듐(In)-갈륨(Ga)-아연(Zn)계 산화물(IGZO)을 반도체활성층으로 적용하는 기술을 제시한다. In order to increase the specific surface area of the gate electrode, a thin film of silver nanowires is used as a gate electrode and an indium (In) -gallium (Ga) -Zn (Zn) based oxide (IGZO) The technology to be applied is presented.

본 발명에 따른 수소이온농도 센서의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수소이온농도 센서는 먼저, 기판(substrate)(110)을 구비한다. 상기 기판(110)은 유리기판 또는 고분자기판이 이용될 수 있다. 상기 고분자기판으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르계, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰, 폴리아릴레이트, 폴리이미드 등의 재질이 적용 가능하다. 상기 유리기판, 고분자기판 이외에 실리콘기판이 이용될 수도 있다. The structure of the hydrogen ion concentration sensor according to the present invention is as follows. Referring to FIG. 1, a hydrogen ion concentration sensor according to the present invention first includes a substrate 110. The substrate 110 may be a glass substrate or a polymer substrate. As the polymer substrate, a material such as polyester, polystyrene, polycarbonate, polyethersulfone, polyarylate, and polyimide can be applied such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and polyethylene naphthalate. In addition to the glass substrate and the polymer substrate, a silicon substrate may also be used.

상기 기판(110) 상에는 반도체활성층(active layer)(120)이 구비된다. 상기 반도체활성층(120)으로는 인듐(In)-갈륨(Ga)-아연(Zn)계 산화물(IGZO) 즉, InGaZnO계 물질이 이용된다. InGaZnO계 반도체활성층(120)은 전기이동도 특성이 우수하며 상온 증착이 가능하다. 또한, 상기 InGaZnO계 반도체활성층(120)은 비정질 형태로 형성된다. 한편, 상술한 InGaZnO 이외에 ZnO, ZrInZnO, InZnO, AlInZnO, ZnSnO, In2O3, HfInO, SnO2, InSnO, MgZnO 중 어느 하나의 산화물 반도체를 반도체활성층으로 적용하는 것도 가능하다. A semiconductor active layer 120 is provided on the substrate 110. As the semiconductor active layer 120, an indium (In) -gallium (Ga) -zinc (Zn) based oxide (IGZO), that is, an InGaZnO-based material is used. The InGaZnO-based semiconductor active layer 120 has excellent electric mobility characteristics and can be deposited at room temperature. In addition, the InGaZnO-based semiconductor active layer 120 is formed in an amorphous form. On the other hand, in addition to the above-described InGaZnO, an oxide semiconductor of any one of ZnO, ZrInZnO, InZnO, AlInZnO, ZnSnO, In 2 O 3 , HfInO, SnO 2 , InSnO and MgZnO may be applied as a semiconductor active layer.

상기 반도체활성층(120)의 양측부에는 각각 소스전극(130), 드레인전극(140)이 구비된다. 또한, 상기 반도체활성층(120), 소스전극(130) 및 드레인전극(140)을 포함한 기판(110) 전면 상에는 게이트절연막(150)이 구비된다. 상기 소스전극(130)과 드레인전극(140)은 알루미늄(Al) 등의 금속물질로 구성될 수 있고, 상기 게이트절연막(150)은 Al2O3 등으로 구성될 수 있다. A source electrode 130 and a drain electrode 140 are formed on both sides of the semiconductor active layer 120, respectively. A gate insulating layer 150 is formed on the entire surface of the substrate 110 including the semiconductor active layer 120, the source electrode 130 and the drain electrode 140. The source electrode 130 and the drain electrode 140 may be formed of a metal such as aluminum and the gate insulating layer 150 may be formed of Al 2 O 3 or the like.

상기 반도체활성층(120)에 대응되는 위치의 상기 게이트절연막(150) 상에는 게이트전극(160)이 구비된다. 상기 게이트전극(160)은 은 나노선(Ag nanowire)이 적층된 박막 형태를 이룬다. 은 나노선이 적층된 형태임에 따라, 동일 높이의 벌크(bulk)형 박막에 대비하여 상대적으로 높은 비표면적을 갖음과 함께 은 나노선 사이의 기공을 통해 게이트절연막(150)이 노출되는 구조를 갖는다. 높은 비표면적은 분석대상시료과의 접촉 특성을 향상시키며, 은 나노선 사이의 기공을 통해 게이트절연막(150)이 노출되는 구조는 H+ 또는 OH- 이온이 게이트전극(160) 하부의 게이트절연막(150)과 접촉되도록 하여 게이트절연막(150)의 정전용량 변화를 유도한다. 이와 같은 게이트전극(160)의 높은 비표면적 특성 및 기공성은 분석대상시료에 대한 민감도를 향상시키는 요인으로 작용한다. 참고로, 비특허문헌 2(Yun M. et al. Stable organic field-effect transistors for continuos and nondestructive sensing of chemical and biologically relevant molecules in aqueous environment. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 1616-1622 (2014))에 제시된 다공성 게이트전극(160)의 경우, 다공성을 확보함과 함께 전기저항이 저하되는 것을 억제하기 위해 게이트전극(160)의 높이가 20nm로 설계될 수밖에 없는 반면, 본 발명의 은 나노선이 적층된 형태의 게이트전극(160)의 경우 게이트전극(160)의 높이에 제한이 없고 전기전도도를 증가시키기 위해 필요에 따라 게이트전극(160)의 높이를 증가시킬 수 있다. A gate electrode 160 is formed on the gate insulating layer 150 at a position corresponding to the semiconductor active layer 120. The gate electrode 160 has a thin film structure in which Ag nanowires are stacked. Since the nanowires are stacked, the gate insulating layer 150 is exposed through the pores between the silver nanowires, while having a relatively high specific surface area as compared with the bulk-type thin film of the same height . The high specific surface area improves the contact property with the sample to be analyzed and the structure in which the gate insulating film 150 is exposed through the pores between the silver nanowires is a structure in which H + or OH - ions are implanted into the gate insulating film 150 So as to induce a change in capacitance of the gate insulating film 150. The high specific surface area and porosity of the gate electrode 160 serve as a factor for improving the sensitivity of the sample to be analyzed. For reference, non-patent document 2 (Yun M. et al., Stable organic field-effect transistors for continuos and nondestructive sensing of chemical and biologically relevant molecules in aqueous environment, ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 1616-1622 (2014) The thickness of the gate electrode 160 is designed to be 20 nm in order to secure the porosity and to prevent the electrical resistance from being lowered. On the other hand, in the case of the porous gate electrode 160 shown in FIG. The height of the gate electrode 160 is not limited and the height of the gate electrode 160 can be increased as needed to increase the electrical conductivity.

한편, 상기 게이트절연막(150) 상에는 시료유출입 구조물(170)이 구비된다. 상기 시료유출입 구조물(170)은 분석대상시료와 게이트전극(160) 사이의 접촉을 유도하는 공간을 제공하며, 시료유출입 구조물(170)에 의해 정의되는 공간은 외부 환경과 격리된다. 상기 시료유출입 구조물(170)의 일측에는 분석대상시료가 게이트전극(160)이 구비된 공간으로 유입될 수 있는 시료유입구(171)가 구비되며, 시료유출입 구조물(170)의 다른 일측에는 게이트전극(160)이 구비된 공간 내의 분석대상시료가 외부로 배출되는 시료유출구(172)가 구비된다. 상기 시료유출입 구조물(170)은 분석대상시료와의 반응성이 작은 물질로 이루어지며, 일 실시예로 PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 고분자 물질로 제작될 수 있다. On the other hand, a sample flow-in / out structure 170 is provided on the gate insulating layer 150. The sample inlet / outlet structure 170 provides a space for inducing the contact between the sample to be analyzed and the gate electrode 160, and the space defined by the sample inlet / outlet structure 170 is isolated from the external environment. The sample inlet / outlet structure 170 has a sample inlet 171 through which a sample to be analyzed can flow into a space provided with the gate electrode 160, and a gate electrode (not shown) is formed on the other side of the sample inlet / And a sample outlet 172 through which the sample to be analyzed is discharged to the outside. The sample inlet / outlet structure 170 is made of a material having a low reactivity with the sample to be analyzed, and may be made of a polymer material such as PDMS (polydimethylsiloxane).

다음으로, 본 발명에 따른 수소이온농도 센서의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. Next, a method of manufacturing the hydrogen ion concentration sensor according to the present invention will be described.

먼저, 기판(110)을 준비한다. 상기 기판(110)은 전술한 바와 같이 유리기판(110), 고분자기판(110), 실리콘기판(110) 중 어느 하나가 이용될 수 있다. First, the substrate 110 is prepared. The substrate 110 may be one of a glass substrate 110, a polymer substrate 110, and a silicon substrate 110 as described above.

상기 기판(110) 상에 반도체활성층(120)을 형성한다(도 2a 참조). 구체적으로, 비정질 InGaZnO계 물질(a-InGaZnO)을 스퍼터링 등을 통해 증착시킨 다음, 기판(110)의 일부가 노출되도록 패터닝하여 반도체활성층(120)을 형성한다. 비정질 InGaZnO계 물질의 패터닝은 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 이용할 수 있으며, 상술한 스퍼터링 이외에 제반 물리기상증착(PVD, physical vapor deposition) 공정이 적용될 수 있다. A semiconductor active layer 120 is formed on the substrate 110 (see FIG. 2A). Specifically, an amorphous InGaZnO-based material (a-InGaZnO) is deposited by sputtering or the like, and then the semiconductor active layer 120 is formed by patterning the substrate 110 to expose a part of the substrate 110. The patterning of the amorphous InGaZnO-based material may use a photolithography process and an etching process. In addition to the above-described sputtering, a physical vapor deposition (PVD) process may be applied.

상기 기판(110) 상에 반도체활성층(120)이 형성된 상태에서, 반도체활성층(120)의 양측부에 각각 소스전극(130), 드레인전극(140)을 형성한다(도 2b 참조). 상기 소스전극(130)과 드레인전극(140)은 Al 등의 금속층을 적층한 후 선택적으로 패터닝하여 형성하거나, 기판(110) 상부에 소스전극(130)과 드레인전극(140)의 형상이 구비된 마스크를 구비시킨 후 열증착 공정(thermal evaporation)을 진행하여 형성할 수 있다. 형성된 소스전극(130)과 드레인전극(140)은 기판(110) 상에 구비됨과 함께 일부는 반도체활성층(120)의 상부에 위치한 형태를 이룬다. A source electrode 130 and a drain electrode 140 are formed on both sides of the semiconductor active layer 120 with the semiconductor active layer 120 formed on the substrate 110 as shown in FIG. The source electrode 130 and the drain electrode 140 may be formed by laminating a metal layer such as Al and then selectively patterning the metal layer or may be formed by patterning a source electrode 130 and a drain electrode 140 on the substrate 110 And then a thermal evaporation process is performed after the mask is provided. The source electrode 130 and the drain electrode 140 are formed on the substrate 110 and partially formed on the semiconductor active layer 120.

상기 반도체활성층(120), 소스전극(130) 및 드레인전극(140)을 포함한 기판(110) 전면 상에 게이트절연막(150)을 형성한다(도 2c 참조). 상기 게이트절연막(150)은 화학기상증착 공정을 이용하거나 원자층증착공정(atomic layer deposition)을 이용하여 형성할 수 있으며, Al2O3 재질로 형성할 수 있다. A gate insulating layer 150 is formed on the entire surface of the substrate 110 including the semiconductor active layer 120, the source electrode 130 and the drain electrode 140 (see FIG. The gate insulating layer 150 may be formed using a chemical vapor deposition process or an atomic layer deposition process, or may be formed of an Al 2 O 3 material.

게이트절연막(150)이 형성된 상태에서, 상기 게이트절연막(150) 상에 은 나노선이 적층된 형태의 게이트전극(160)을 형성한다(도 2d 참조). 은 나노선이 적층된 형태의 게이트전극(160)은 은(Ag)을 나노선(nanowire) 형태로 분사하는 스프레이(sparay) 공정을 통해 형성할 수 있다. 스프레이 공정을 통해 분사된 은 나노선(Ag nanowire)은 순차적으로 적층되어 게이트전극(160)을 이루게 된다. 이와 같이 은 나노선이 적층된 형태의 게이트전극(160)은 은 나노선의 노출된 부위가 많음에 따라 기존의 벌크형 게이트전극(160)보다 상대적으로 큰 비표면적을 갖는다. In the state where the gate insulating film 150 is formed, a gate electrode 160 in which silver nanowires are stacked is formed on the gate insulating film 150 (see FIG. 2D). The gate electrode 160 in which the silver nanowires are stacked can be formed through a sparging process in which silver (Ag) is injected in a nanowire form. The Ag nanowires injected through the spray process are sequentially stacked to form the gate electrode 160. The gate electrode 160 having the silver nanowires stacked thereon has a relatively large specific surface area as compared with the conventional bulk type gate electrode 160 as the exposed portions of the silver nanowires are large.

상기 게이트전극(160)이 형성된 상태에서, 상기 게이트절연막(150) 상에 시료유출입 구조물(170)을 형성한다(도 2e 참조). 상기 시료유출입 구조물(170)은 고분자물질 등을 이용하여 미리 성형한 다음, 상기 게이트절연막(150) 상에 장착시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 시료유출입 구조물(170)은 분석대상시료가 유입, 유출되는 시료유입구(171), 시료유출구(172)를 구비하며, 상기 게이트절연막(150) 상으로의 장착시 외부 환경과 격리된 공간을 갖는 형태를 이루며, PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 고분자 물질을 이용하여 상술한 구조(예를 들어, 밑면이 개구된 상자 형태)로 성형할 수 있다. The sample inlet / outlet structure 170 is formed on the gate insulating layer 150 in a state where the gate electrode 160 is formed (see FIG. 2E). The sample inlet / outlet structure 170 may be formed on the gate insulating layer 150 using a polymer material or the like. Specifically, the sample inlet / outlet structure 170 includes a sample inlet 171 and a sample outlet 172 through which the sample to be analyzed flows in and out. When the sample inlet / outlet structure 170 is mounted on the gate insulating layer 150, And can be formed into the above-described structure (for example, a box-shaped box having an opened bottom face) by using a polymer material such as polydimethylsiloxane (PDMS).

이상, 본 발명에 따른 수소이온농도 센서 및 그 제조방법에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실시예를 통해 본 발명에 따른 수소이온농도 센서 및 그 제조방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
The hydrogen ion concentration sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described above. Hereinafter, a hydrogen ion concentration sensor according to the present invention and a method for producing the same will be described in more detail with reference to examples.

<실시예 1 : 수소이온농도 센서의 제조>&Lt; Example 1: Production of hydrogen ion concentration sensor >

유리기판을 세척한 후, 스퍼터링 장치를 이용하여 유리기판 상에 비정질 InGaZnO 박막을 증착하였다. 그런 다음, 포토리소그래피 및 식각 공정을 통해 증착된 비정질 InGaZnO 박막을 패터닝하여 반도체활성층을 형성하였다. 유리기판의 상부에 메탈마스크를 구비시킨 상태에서 열증착 공정(thermal evaporation)을 진행하여 소스전극 및 드레인전극을 형성하였다. 이어, 원자층증착공정(atomic layer deposition)을 통해 반도체활성층, 소스전극, 드레인전극을 포함한 기판 전면 상에 Al2O3 재질의 게이트절연막을 형성하였다. 수열합성을 통해 합성된 은 나노선(Ag nanowire)을 게이트절연막 상에 스프레이하여 게이트전극을 형성하였다. 시료유입구 및 시료유출구가 구비된 PDMS 블록을 게이트절연막 상에 장착하여 수소이온농도 센서(실시예 1)를 완성하였다. After cleaning the glass substrate, an amorphous InGaZnO thin film was deposited on the glass substrate using a sputtering apparatus. Then, the amorphous InGaZnO thin film deposited through the photolithography and etching process was patterned to form a semiconductor active layer. A thermal evaporation process was performed in a state where a metal mask was provided on the top of the glass substrate to form a source electrode and a drain electrode. Then, a gate insulating film made of Al 2 O 3 material was formed on the entire surface of the substrate including the semiconductor active layer, the source electrode, and the drain electrode through an atomic layer deposition process (atomic layer deposition). A silver nanowire synthesized by hydrothermal synthesis was sprayed on the gate insulating film to form a gate electrode. A PDMS block having a sample inlet and a sample outlet was mounted on the gate insulating film to complete a hydrogen ion concentration sensor (Example 1).

은 나노선 게이트전극을 구비한 수소이온농도 센서와의 비교를 위해, 열증착 공정을 통해 은 박막(Ag thin film) 형태의 게이트전극을 형성하고, 이어 PDMS 블록을 장착한 수소이온농도 센서(비교예 1)도 제작하였다.
For comparison with a hydrogen ion concentration sensor having a silver nanowire gate electrode, a gate electrode in the form of an Ag thin film was formed through a thermal deposition process, and a hydrogen ion concentration sensor equipped with a PDMS block Example 1) was also prepared.

<실시예 2 : 대기 하에서의 비교예 1에 따른 수소이온농도 센서의 전기적 특성 및 안정성><Example 2: Electrical characteristics and stability of hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1 under an atmosphere>

대기 조건 하에서 비교예 1에 따른 수소이온농도 센서에 대해 2000회 전류 점멸 실험을 실시하여, 대기 조건 하에서의 전기적 전달 특성, 출력 특성 및 안정성을 평가하였다. 전달 특성의 경우, 전하이동도 2.96cm2/V·s, 전류점멸비 5.54 x 105, 문턱전압 이하에서의 스윙(subthreshold swing) 0.08V/decade, 문턱전압(Vth) 0.33V로 나타났다. 출력 특성의 경우, 우수한 게이트 응답성을 나타내고, 2000회의 반복적인 드레인 전압 온/오프(on/off)을 실시하였음에도 전류의 변화가 없어 안정적인 특성을 나타내었다(도 3 참조).
The hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1 under an atmospheric condition was subjected to 2000 current flicker experiments to evaluate electrical transfer characteristics, output characteristics and stability under atmospheric conditions. In the case of the transfer characteristics, the charge transfer was 2.96 cm 2 / V · s, the current flicker ratio was 5.54 × 10 5 , the subthreshold swing was 0.08 V / decade and the threshold voltage (V th ) was 0.33 V below the threshold voltage. In the case of the output characteristics, excellent gate responsiveness was exhibited and stable characteristics were obtained due to no change in current even though the drain voltage was repeatedly turned on / off 2000 times (see FIG. 3).

<실시예 3 : pH 7 완충용액에서의 비교예 1에 따른 수소이온농도 센서의 전기적 특성 및 안정성><Example 3: Electrical characteristics and stability of hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1 in pH 7 buffer solution>

비교예 1에 따른 수소이온농도 센서의 PDMS 블록(시료유출입 구조물)에 pH 7의 완충용액을 주입함과 함께 2000회 전류 점멸 실험을 실시하여, pH 7 조건 하에서의 전기적 전달 특성, 출력 특성 및 안정성을 평가하였다. 전달 특성의 경우, 전하이동도 2.86cm2/V·s, 전류점멸비 1.66 x 105, 문턱전압 이하에서의 스윙(subthreshold swing) 0.13V/decade, 문턱전압(Vth) 0.31V로 나타났다. 대기 조건 하에서 진행된 실시예 2의 결과에 대비하여 전달 특성에 큰 변화는 없었다. 출력 특성의 경우에도 대기 조건 하에서와 마찬가지로 우수한 게이트 응답성을 나타내었고, 2000회의 반복적인 드레인 전압 온/오프(on/off)을 실시에도 전류 변화가 크지 않았다(도 4 참조).
A buffer solution of pH 7 was injected into the PDMS block (sample inlet / outlet structure) of the hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1, and a 2000 current flicker test was carried out to evaluate the electrical transfer characteristics, output characteristics and stability Respectively. In the case of the transfer characteristics, the charge mobility was 2.86 cm 2 / V · s, the current flicker ratio was 1.66 × 10 5 , the subthreshold swing was 0.13 V / decade, and the threshold voltage (V th ) was 0.31 V. There was no significant change in the transfer characteristics as compared to the results of Example 2 conducted under atmospheric conditions. The output characteristics also showed excellent gate response as under the atmospheric conditions, and the current change was not large even after 2000 repetitive drain voltage on / off operations (see FIG. 4).

<실시예 4 : 대기 하에서의 실시예 1에 따른 수소이온농도 센서의 전기적 특성 및 안정성><Example 4: Electrical characteristics and stability of the hydrogen ion concentration sensor according to Example 1 under the atmosphere>

대기 조건 하에서 실시예 1에 따른 수소이온농도 센서에 대해 2000회 전류 점멸 실험을 실시하여, 대기 조건 하에서의 전기적 전달 특성, 출력 특성 및 안정성을 평가하였다. 전달 특성의 경우, 전하이동도 1.61cm2/V·s, 전류점멸비 3.45 x 104, 문턱전압 이하에서의 스윙(subthreshold swing) 0.11V/decade, 문턱전압(Vth) 0.13V로 나타났다. 출력 특성의 경우, 우수한 게이트 응답성을 나타내고, 2000회의 반복적인 드레인 전압 온/오프(on/off)을 실시하였음에도 매우 안정적으로 유지함을 확인할 수 있다(도 5).
The 2000 current flicker test was performed on the hydrogen ion concentration sensor according to Example 1 under atmospheric conditions to evaluate electrical transfer characteristics, output characteristics and stability under atmospheric conditions. In the case of the transfer characteristics, the charge mobility was 1.61 cm 2 / V · s, the current blink ratio was 3.45 × 10 4 , the subthreshold swing was 0.11 V / decade, and the threshold voltage (V th ) was 0.13 V. The output characteristics show excellent gate responsiveness and can be maintained very stable even after 2000 repetitive drain voltage on / off operations (FIG. 5).

<실시예 5 : pH 7 완충용액에서의 실시예 1에 따른 수소이온농도 센서의 전기적 특성 및 안정성><Example 5: Electrical characteristics and stability of the hydrogen ion concentration sensor according to Example 1 in the pH 7 buffer solution>

실시예 1에 따른 수소이온농도 센서의 PDMS(시료유출입 구조물)에 pH 7의 완충용액을 주입함과 함께 2000회 전류 점멸 실험을 실시하여, pH 7 조건 하에서의 전기적 전달 특성, 출력 특성 및 안정성을 평가하였다. 전달 특성의 경우, 전하이동도 1.39cm2/V·s, 전류점멸비 2.56 x 104, 문턱전압 이하에서의 스윙(subthreshold swing) 0.16V/decade, 문턱전압(Vth) 0.11V로 나타났다. 대기 조건 하에서 진행된 실시예 4의 결과에 대비하여 전달 특성에 큰 변화는 없었다. 출력 특성의 경우에도 대기 조건 하에서와 마찬가지로 우수한 게이트 응답성을 나타내었고, 2000회의 반복적인 드레인 전압 온/오프(on/off)을 실시에도 전류 변화가 크지 않았다(도 6 참조).
A buffer solution of pH 7 was injected into the PDMS (sample flow-in structure) of the hydrogen ion concentration sensor according to Example 1, and a 2000 current flicker experiment was conducted to evaluate the electrical transfer characteristics, output characteristics and stability under pH 7 conditions Respectively. In the case of the transfer characteristics, the charge mobility was 1.39 cm 2 / V · s, the current blink ratio was 2.56 × 10 4 , the subthreshold swing was 0.16 V / decade, and the threshold voltage (V th ) was 0.11 V. There was no significant change in the transfer characteristics as compared to the results of Example 4 conducted under atmospheric conditions. The output characteristics also showed excellent gate responsiveness as under the atmospheric conditions, and the current change was not large even after 2000 repetitive drain voltage on / off operations (see FIG. 6).

<실시예 6 : pH 조건 변화에 따른 수소이온농도 센서의 전기적 특성>&Lt; Example 6: Electrical characteristics of hydrogen ion concentration sensor according to change of pH condition >

실시예 1에 따른 수소이온농도 센서 및 비교예 1에 따른 수소이온농도 센서 각각에 대해 pH 4, pH 7, pH 10의 완충용액을 주입함과 함께 전류 변화 및 문턱전압의 변화를 관찰하였다. A buffer solution of pH 4, pH 7, and pH 10 was injected into each of the hydrogen ion concentration sensor according to Example 1 and the hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1, and a change in current and a change in threshold voltage were observed.

은 박막 형태의 게이트전극이 적용된 비교예 1에 따른 수소이온농도 센서의 경우, 주입되는 완충용액의 pH에 무관하게 일정한 전류 특성 및 문턱전압 특성을 나타내었다(도 7a 참조). 즉, pH 4, pH 7, pH 10의 완충용액 각각에 대한 전류 변화 및 문턱전압 변화 특성이 일정하게 나타났다.
The hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1 in which a thin film gate electrode was applied showed constant current characteristics and threshold voltage characteristics regardless of the pH of the buffer solution to be injected (see FIG. 7A). That is, the current and threshold voltage characteristics of the buffer solutions of pH 4, pH 7 and pH 10 were constant.

<실시예 7 : 저항성 부하 인버터의 제작> &Lt; Example 7: Fabrication of resistive load inverter >

실시예 1의 수소이온농도 센서의 일측(소스측 또는 드레인측)에 저항을 연결하여 저항성 부하 인버터(Resistive load inverter) 형태의 수소이온농도 센서(이하, '저항성부하인버터 수소이온농도 센서'라 칭함)를 제작하였다. 제작된 저항성부하인버터 수소이온농도 센서에 대해 일정 디지털 전원단((VDD)에 따른 출력전압(VOUT) 응답특성을 확인하였다(도 8 참조). (Hereinafter, referred to as a resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor) in the form of a resistive load inverter by connecting a resistor to one side (source side or drain side) of the hydrogen ion concentration sensor of Example 1 ). The output voltage (V OUT ) response characteristic according to a constant digital power supply voltage (V DD ) was confirmed for the resistive load inverter ionic concentration sensor fabricated (refer to FIG. 8).

실시예 1의 수소이온농도 센서의 경우 출력전류 응답특성을 측정하는 반면, 실시예 7의 저항성부하인버터 수소이온농도 센서는 출력전압(VOUT)을 측정하는 방식임에 따라 전기적 신호처리가 보다 용이하다. 또한, 실시예 7의 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 경우, 인버터의 고유 기능인 증폭 기능을 통해 수소이온농도에 따른 문턱전압 이동의 전류변화신호를 증폭된 전압변화신호로 검출할 수 있다.
The hydrogen ion concentration sensor of Example 1 measures the output current response characteristic while the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor of Example 7 measures the output voltage V OUT , Do. In the case of the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor of Example 7, the current change signal of the threshold voltage shift according to the hydrogen ion concentration can be detected as the amplified voltage change signal through the amplification function, which is a function inherent to the inverter.

<실시예 8 : pH 조건 변화에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 정적 특성><Example 8: Static characteristics of resistive load inverter ion concentration sensor according to change of pH condition>

실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서에 각각 pH 3, pH 5, pH 7 pH 11의 완충용액을 주입함과 함께 출력전압(VOUT)의 변화를 관찰하였다. 중성특성을 가지는 완충용액 pH 7을 기준으로 산성의 완충용액(pH 3, pH 5)을 주입하였을 때 음의 방향으로 출력전압(VOUT)이 변화되고, 염기성의 완충용액(pH 11)을 주입하였을 때 양의 방향으로 출력전압(VOUT)이 변화됨을 관찰할 수 있었다(도 9 참조).
A buffer solution of pH 3, pH 5, pH 7 and pH 11 was injected into the resistive load inverter ion concentration sensor according to Example 7, and the change of the output voltage (V OUT ) was observed. When the buffer solution (pH 3, pH 5) is injected with an acidic buffer solution (pH 7) having a neutral characteristic, the output voltage (V OUT ) changes in the negative direction and a basic buffer solution The output voltage V OUT changes in the positive direction (see FIG. 9).

<실시예 9 : pH 조건 변화에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 동적 특성><Example 9: Dynamic characteristics of a resistive load-applied hydrogen ion concentration sensor according to pH conditions>

입력전압(VIN)을 0.4V로 고정한 상태에서, 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서에 pH 3, pH 5, pH 7 pH 11의 완충용액을 각각 주입하여 시간에 따른 시간에 따른 출력전압(VOUT) 변화를 관찰하였다(도 10 참조). 산성의 완충용액 pH 3과 pH 5를 주입한 경우 출력전압(VOUT)의 감소가 관찰되었고, 염기성의 pH 11 완충용액을 주입한 경우 출력전압(VOUT)의 증가가 관찰되었다. 또한, 산성과 염기성 완충용액을 교차하여 주입한 경우 50초 미만의 출력전압 변화가 관찰되었으며, 중성인 pH 7의 완충용액을 주입한 경우 초기 출력전압으로의 복구되었다.
With the input voltage (V IN ) fixed at 0.4 V, a buffer solution of pH 3, pH 5, pH 7 and pH 11 was injected into the resistive load inverter pH sensor according to Example 7, A change in the output voltage (V OUT ) was observed (see FIG. 10). When injected with buffer solution pH 3 and pH 5 in acid it was observed a decrease in the output voltage (V OUT), when the injection of pH 11 buffer solution of a basic increase in the output voltage (V OUT) has been observed. In addition, an output voltage change of less than 50 s was observed when the acidic and basic buffer solution were crossed, and the initial output voltage was restored when a buffer solution of neutral pH 7 was injected.

<실시예 10 : 과산화수소 농도에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 정적 특성>&Lt; Example 10: Static characteristics of resistive load inverter ion concentration sensor according to hydrogen peroxide concentration >

실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서에 pH 7의 물, H2O2 1ppm, H2O2 10ppm, H2O2 100ppm을 각각 주입함과 함께 디지털 전원단(VDD)을 고정하고 출력전압(VOUT) 응답특성을 관찰하였다. Exemplary secure the digital power supply terminal (V DD) with the smoke 7 resistive load inverter respectively inject pH 7 in water, H 2 O 2 1ppm, H 2 O 2 10ppm, H 2 O 2 100ppm on the pH sensor according to And the output voltage (V OUT ) response characteristics were observed.

과산화수소(H2O2)의 농도가 커질수록 출력전압(VOUT)이 양의 방향으로 변화됨을 확인하였다. 과산화수소(H2O2)는 약산성을 띠기 때문에 음의 방향으로의 출력전압 변화가 예측되는 것이 일반적이나, 본 실험에서는 음의 방향이 아닌 양의 방향 즉, 염기성 특성의 출력전압 변화 특성을 나타내었다(도 11 참조). As the concentration of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) increases, the output voltage (V OUT ) changes in the positive direction. Since hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is weakly acidic, it is generally predicted that the output voltage changes in the negative direction. In this experiment, however, the output voltage change characteristics in the positive direction (See FIG. 11).

이러한 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 과산화수소 감지 특성은 다음과 같은 화학식 1, 화학식 2로 설명 될 수 있다. 저항성부하인버터 수소이온농도 센서에 주입된 과산화수소(H2O2)는 은 나노선(Ag nanowire)에 흐르는 전자(e-)와 만나 해리되어 수산기(OHads)를 생성한다. 또한, 수산기(OHads)는 전자(e-)와 결합되어 수산화기(OH-)를 생성하며, 저항성부하인버터 수소이온농도 센서는 염기성을 감지하게 되는 것이다. The hydrogen peroxide sensing characteristic of the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to the seventh embodiment can be explained by the following formulas (1) and (2). Resistive load The hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) injected into the inverter hydrogen ion concentration sensor dissociates with electrons (e - ) flowing in the silver nanowire and generates OH ads . In addition, OH ads are combined with electrons (e - ) to generate hydroxyl groups (OH - ), and resistive load inverter hydrogen ion concentration sensors detect basicity.

(화학식 1) H2O2 + e- → OHads + OH- (1) H 2 O 2 + e - - OH ads + OH -

(화학식 2) OHads + e- → OH- (2) OH ads + e - - OH -

한편, 과산화수소(H2O2)는 당뇨의 주요 진단인자로서, 과산화수소(H2O2)에 대한 선택성(selectivity)은 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 응용 범위가 확대됨을 의미한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서를 통해 수소이온농도의 측정 이외에 과산화수소(H2O2) 농도 측정 또한 가능함을 의미한다.
On the other hand, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is a major diagnostic factor of diabetes, and selectivity to hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) means that the application range of resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor is expanded. That is, it means that hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) concentration measurement is possible in addition to the hydrogen ion concentration measurement through the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to an embodiment of the present invention.

<실시예 11 : 과산화수소 농도에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 동적 특성><Example 11: Dynamic characteristics of resistive load hydrogen ion concentration sensor according to hydrogen peroxide concentration>

입력전압(VIN)을 0.3V로 고정한 상태에서, 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서에 과산화수소(H2O2) 1ppm과 pH 7의 물을 교번, 주입하여 시간에 따른 출력전압(VOUT) 변화 및 ON/OFF 동적 특성을 관찰하였다(도 12a 참조). 과산화수소(H2O2) 1ppm 주입시, 과산화수소(H2O2)의 해리로 인해 염기성 특성을 나타내는 출력전압의 증가가 관찰되었다. With the input voltage (V IN ) fixed at 0.3 V, water of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 1 ppm and pH 7 was alternately injected into the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to Example 7, (V OUT ) change and ON / OFF dynamic characteristics were observed (see FIG. 12A). When 1 ppm of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was injected, an increase in the output voltage indicating basic characteristics was observed due to the dissociation of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

또한, 과산화수소(H2O2) 10ppm과 pH 7의 물을 교번, 주입하여 시간에 따른 출력전압(VOUT) 변화 및 ON/OFF 동적 특성을 관찰하였다(도 12b 참조). 과산화수소 1ppm 주입시에 대비하여, 과산화수소(H2O2) 10ppm 주입시 출력전압의 증가 정도가 커짐을 확인하였다.
10 ppm of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and water of pH 7 were alternately injected to observe the change of the output voltage (V OUT ) over time and the ON / OFF dynamic characteristics (see FIG. 12B). It was confirmed that the increase of the output voltage was increased when 10 ppm of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was injected in comparison with 1 ppm of hydrogen peroxide.

<실시예 12 : 글루코스 농도에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 동적 특성><Example 12: Dynamic characteristics of a resistive load-applied hydrogen ion concentration sensor according to glucose concentration>

입력전압(VIN)을 0.3V로 고정한 상태에서, 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서에 글루코스(glucose) 1ppm, 10ppm, 100ppm 농도를 갖는 수용액을 각각 주입하고, 시간에 따른 출력전압(VOUT) 변화를 관찰하였다(도 13 참조). An aqueous solution having glucose concentrations of 1 ppm, 10 ppm, and 100 ppm was injected into the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to Example 7 while the input voltage (V IN ) was fixed at 0.3 V, (V OUT ) change was observed (see Fig. 13).

글루코스로부터 해리된 H+ 이온에 의해 글루코스 수용액의 경우 산성 특성을 갖게 된다. 또한, pH 7의 물(water)과 각각 다른 농도를 갖는 글루코스 용액을 교차하여 반복적으로 주입하였을 때, 산성 특성을 나타는 출력전압의 감소 및 ON/OFF 동적 특성을 확인할 수 있었으며, 측정 용액의 주입시 센서로부터의 즉각적인 응답이 관찰되었다.
The aqueous solution of glucose is acidic by the H + ions dissociated from glucose. In addition, when repeatedly injected with water of pH 7 and glucose solution having different concentrations, the output voltage and ON / OFF dynamic characteristics of acidic characteristics were confirmed. Immediate response from the time sensor was observed.

<실시예 13 : 글루코스락톤 농도에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 동적 특성>&Lt; Example 13: Dynamic characteristics of resistive load inverter ion concentration sensor according to glucose lactone concentration >

입력전압(VIN)을 0.3V로 고정한 상태에서, 실시예 7에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서에 글루코스락톤 100ppb, 1ppm, 10ppm, 100ppm 농도의 수용액을 각각 주입하고, 시간에 따른 출력전압 변화를 관찰하였다(도 14 참조). In the state where the input voltage (V IN ) was fixed at 0.3 V, an aqueous solution of 100 ppb, 1 ppm, 10 ppm and 100 ppm of glucose lactone was injected into the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor according to Example 7, (See Fig. 14).

글루코스락톤으로부터 해리된 H+ 이온에 의해 글루코스락톤 수용액의 경우 산성 특성을 갖게 된다. 또한, pH 7의 물(water)과 각각 다른 농도를 갖는 글루코스락톤 용액을 교차하여 반복적으로 주입하였을 때, 산성 특성을 나타는 출력전압의 감소 및 ON/OFF 동적 특성을 확인할 수 있었으며, 측정 용액의 주입시 센서로부터의 즉각적인 응답이 관찰되었다.
In the case of glucose lactone aqueous solution, acidic properties are obtained by H + ions dissociated from glucose lactone. In addition, when repeatedly injecting water of pH 7 and glucose lactone solution of different concentration repeatedly, the decrease of the output voltage and the ON / OFF dynamic characteristics showing acidic characteristics were confirmed. Immediate response from the sensor during the injection was observed.

<실시예 14 : 젖산 농도에 따른 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 동적 특성>&Lt; Example 14: Dynamic characteristics of resistive load hydrogen ion concentration sensor according to concentration of lactic acid >

입력전압(VIN)을 0.3V로 고정한 상태에서, 실시예 7에 따른 resistive load 인버터 센서에 젖산 100ppb, 1ppm, 10ppm, 100ppm 농도의 수용액을 각각 주입하고, 시간에 따른 출력전압 변화를 관찰하였다(도 15 참조). With the input voltage (V IN ) fixed at 0.3 V, an aqueous solution of 100 ppb, 1 ppm, 10 ppm and 100 ppm of lactic acid was injected into the resistive load inverter sensor according to Example 7, and the output voltage change with time was observed 15).

젖산에 포함되어 있는 카르복실그룹에 존재하는 수산화기(OH-)로 인해 해리시 H+ 이온이 생성되어 산성 특성을 갖게 된다. 또한, pH 7의 물(water)과 각각의 젖산 농도 용액을 교차하여 반복적으로 주입하였을 때, 산성 특성을 나타는 출력전압의 감소 및 ON/OFF 동적 특성을 확인할 수 있었으며, 측정 용액의 주입시 센서로부터의 즉각적인 응답이 관찰되었다.
The hydroxyl group (OH - ) present in the carboxyl group contained in the lactic acid causes the acidic property to be produced by dissociation of H + ions. In addition, when repeatedly injected with water of pH 7 and each lactic acid concentration solution repeatedly, the decrease of the output voltage and the ON / OFF dynamic characteristics of acidic characteristics were confirmed. Were immediately observed.

<실시예 15 : 유연기판 상에 형성된 수소이온농도 센서 및 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 특성>&Lt; Example 15: Characteristics of hydrogen ion concentration sensor and resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor formed on flexible substrate >

폴리이미드 재질의 유연기판(flexible substrate) 상에 실시예 1의 수소이온농도 센서를 형성하였다. 또한, 폴리이미드 재질의 유연기판 상에 실시예 7의 저항성부하인버터 수소이온농도 센서를 제작하였다. A hydrogen ion concentration sensor of Example 1 was formed on a flexible substrate made of polyimide. Further, the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor of Example 7 was fabricated on a flexible substrate made of polyimide.

유연기판 상에 형성된 실시예 1의 수소이온농도 센서에 대해 전류-전압 특성을 측정하였고(도 17a 및 도 17b 참조), 유연기판 상에 실시예 7의 저항성부하인버터 수소이온농도 센서에 대해 과산화수소 농도 변화에 따른 정적/동적 특성을 측정하였다(도 17c 및 도 17d 참조). 도 17c를 참조하면, 유리기판 상에 형성된 실시예 1의 수소이온농도 센서와 동일하게 과산화수소(H2O2)의 농도가 커질수록 출력전압(VOUT)이 양의 방향으로 변화됨을 확인되었다. 또한, 도 17d를 참조하면, 과산화수소(H2O2) 100ppm 농도의 수용액 주입시 출력전압의 증가 정도가 커짐을 확인하였다.
The current-voltage characteristics of the hydrogen ion concentration sensor of Example 1 formed on the flexible substrate were measured (see Figs. 17A and 17B), and the resistive load hydrogen ion concentration sensor of Example 7 was applied with a hydrogen peroxide concentration Static and dynamic characteristics were measured (see Figs. 17C and 17D). Referring to FIG. 17C, it was confirmed that the output voltage V OUT changes in the positive direction as the concentration of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) increases, as in the hydrogen ion concentration sensor of Example 1 formed on the glass substrate. Referring to FIG. 17D, it was confirmed that the degree of increase of the output voltage was increased when the aqueous solution of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) concentration of 100 ppm was injected.

이상의 실시예 1 내지 실시예 15의 결과에 있어서, 은 나노선이 적층된 형태의 게이트전극이 적용된 실시예 1에 따른 수소이온농도 센서의 경우, 앞서 실시예 4 및 실시예 5를 통해 확인한 바와 같이 대기 조건 및 pH 7의 조건의 경우 전기적 특성에 큰 변화가 없음을 알 수 있었으나, pH 4 및 pH 10의 완충용액을 주입한 경우에는 전기적 특성에 변화가 발생됨을 확인하였다(도 7b 참조). 구체적으로, pH 4의 완충용액을 주입한 경우, 대기 조건 및 pH 7의 조건에 대비하여 드레인 전류가 증가함과 함께 문턱전압이 음(-)의 방향으로 이동되는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, pH 10의 완충용액을 주입한 경우, 대기 조건 및 pH 7의 조건에 대비하여 드레인 전류가 감소됨과 함께 문턱전압이 양(+)의 방향으로 이동되는 것을 관찰할 수 있었다. In the case of the hydrogen ion concentration sensor according to Example 1 in which the gate electrode in which the silver nanowires are stacked is applied in the results of Embodiments 1 to 15 as described above, Atmospheric conditions and pH 7 conditions showed no significant change in electrical characteristics, but it was confirmed that the electrical characteristics were changed when a buffer solution of pH 4 and pH 10 was injected (see FIG. 7b). Specifically, when the buffer solution of pH 4 was injected, the drain current was increased and the threshold voltage was shifted in the negative direction in comparison with the atmospheric condition and the pH 7 condition. In addition, when the buffer solution of pH 10 was injected, the drain current was decreased and the threshold voltage was shifted in the positive direction in comparison with the atmospheric condition and the pH 7 condition.

비교예 1에 따른 수소이온농도 센서가 pH 변화에도 불구하고 전기적 특성 에 변화가 크지 않음은 수소이온농도 측정시 정확성 및 신뢰도가 떨어짐을 의미한다. 반면, 실시예 1에 따른 수소이온농도 센서의 경우, pH 증감에 따라 반대되는 형태의 전기적 특성을 나타내는 바 수소이온농도 측정시 정확성 및 신뢰성을 기대할 수 있다. The fact that the hydrogen ion concentration sensor according to Comparative Example 1 does not change in electrical characteristics despite the pH change means that the accuracy and reliability of the hydrogen ion concentration measurement are lowered. On the other hand, in the case of the hydrogen ion concentration sensor according to the first embodiment, the electrical characteristics of the opposite type are exhibited according to the increase / decrease of the pH, so that accuracy and reliability can be expected when measuring the hydrogen ion concentration.

실시예 1에 따른 수소이온농도 센서가 pH 증감에 따라 전기적 특성에 변화가 발생되는 이유는, 게이트전극이 은 나노선이 적층된 구조로 이루어져 게이트전극의 비표면적이 크다는 점과 은 나노선 사이의 기공에 의해 게이트전극 하부의 게이트절연막이 노출됨에 기인한다. 게이트전극의 비표면적이 큼에 따라 분석대상시료과의 접촉면적이 증가되며, 분석대상시료의 H+ 또는 OH- 이온이 게이트전극 하부의 게이트절연막과 접촉함에 따라 게이트절연막의 정전용량이 변화되기 때문이다. The reason why the hydrogen ion concentration sensor according to the first embodiment is changed in electrical characteristics as the pH increases or decreases is because the gate electrode has a structure in which silver nanowires are laminated so that the specific surface area of the gate electrode is large, And the gate insulating film under the gate electrode is exposed by the pores. As the specific surface area of the gate electrode is increased, the contact area with the sample to be analyzed is increased, and the capacitance of the gate insulating film changes as H + or OH - ions of the sample to be analyzed come into contact with the gate insulating film under the gate electrode .

이와 같은 실시예 1에 따른 수소이온농도 센서의 전기적 특성을 이용하여, pH에 따른 전기적 특성값을 표준화하면 분석대상시료의 수소이온농도에 대한 정확한 정량 측정이 가능하다. Using the electrical characteristics of the hydrogen ion concentration sensor according to the first embodiment, standardization of electrical characteristics according to pH enables precise quantitative measurement of the hydrogen ion concentration of the sample to be analyzed.

또한, 실시예 1의 수소이온농도 센서에 저항을 연결한 실시예 7의 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 경우, 신진대사에 의해 생성되는 글루코스, 글루코스락톤, 젖산 등의 바이오물질에 대해 농도에 따른 수소이온농도 측정이 가능하며, 이에 근거하여 측정된 수소이온농도에 따라 바이오물질의 농도를 확인할 수 있다. 또한, 실시예 7의 저항성부하인버터 수소이온농도 센서의 경우, 약산성의 과산화수소(H2O2)을 염기성으로 인식하는 이른 바, 과산화수소에 대한 선택성이 있어 과산화수소의 농도 측정 또한 가능함을 알 수 있다. 이와 함께, 실시예 17의 결과에서 확인되는 바와 같이, 폴리이미드와 같은 유연기판 상에서도 동일한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
In the case of the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor of Example 7 in which a resistor is connected to the hydrogen ion concentration sensor of Example 1, the concentration of the biomaterial such as glucose, glucose lactone, and lactic acid produced by the metabolism The hydrogen ion concentration can be measured, and the concentration of the biomaterial can be confirmed based on the measured hydrogen ion concentration. Further, in the case of the resistive load inverter hydrogen ion concentration sensor of Example 7, it is known that the hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is recognized as basic, and the selectivity to hydrogen peroxide is also known, so that the concentration of hydrogen peroxide can also be measured. In addition, as can be seen from the results of Example 17, it can be seen that the same result can be obtained on a flexible substrate such as polyimide.

110 : 기판 120 : 반도체활성층
130 : 소스전극 140 : 드레인전극
150 : 게이트절연막 160 : 게이트전극
170 : 시료유출입 구조물 171 : 시료유입구
172 : 시료유출구110: substrate 120: semiconductor active layer
130: source electrode 140: drain electrode
150: gate insulating film 160: gate electrode
170: sample flow-in structure 171: sample inlet
172: sample outlet

Claims (9)

기판;
상기 기판 상에 구비된 반도체활성층;
상기 기판 상에 구비되며, 상기 반도체활성층의 양측부에 각각 접촉하는 소스전극, 드레인전극;
상기 반도체활성층, 소스전극 및 드레인전극을 포함한 기판 전면 상에 구비된 게이트절연막;
상기 게이트절연막에 구비되는 게이트전극; 및
상기 게이트절연막 상에 구비되어, 분석대상시료과 게이트전극의 접촉 공간을 제공하는 시료유출입 구조물을 포함하여 이루어지며,
상기 게이트전극은 은 나노선(Ag nanowire)이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 수소이온농도 센서.
Board;
A semiconductor active layer provided on the substrate;
A source electrode and a drain electrode provided on the substrate, the source electrode and the drain electrode being in contact with both side portions of the semiconductor active layer;
A gate insulating film provided on the entire surface of the substrate including the semiconductor active layer, the source electrode, and the drain electrode;
A gate electrode provided on the gate insulating film; And
And a sample inlet / outlet structure provided on the gate insulating film to provide a contact space between the sample to be analyzed and the gate electrode,
Wherein the gate electrode is a structure in which silver nanowires are stacked.
제 1 항에 있어서, 상기 시료유출입 구조물은 게이트전극이 구비된 공간을 외부 환경과 격리시키며, 일측에 분석대상시료가 유입되는 시료유입구가 구비되고 다른 일측에 분석대상시료가 유출되는 시료유출구가 구비된 것을 특징으로 하는 수소이온농도 센서.
The apparatus according to claim 1, wherein the sample inlet / outlet structure isolates the space provided with the gate electrode from the external environment, and includes a sample inlet through which a sample to be analyzed flows in one side and a sample outlet through which the sample to be analyzed flows out from the other side And a hydrogen ion concentration sensor.
제 1 항에 있어서, 상기 반도체활성층은 InGaZnO, ZnO, ZrInZnO, InZnO, AlInZnO, ZnSnO, In2O3, HfInO, SnO2, InSnO, MgZnO 중 어느 하나의 산화물 반도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 수소이온농도 센서.
The method of claim 1, wherein the semiconductor active layer is InGaZnO, ZnO, ZrInZnO, InZnO, AlInZnO, ZnSnO, In 2 O 3, HfInO, SnO 2, hydrogen ions, characterized in that any one of InSnO, MgZnO one composed of oxide semiconductor Concentration sensor.
제 1 항에 있어서, 상기 게이트전극은 은 나노선이 적층된 다공성 박막 구조이며, 은 나노선 사이의 기공에 의해 게이트전극 하부의 게이트절연막이 노출되는 것을 특징으로 하는 수소이온농도 센서.
The hydrogen ion concentration sensor according to claim 1, wherein the gate electrode is a porous thin film structure in which silver nanowires are laminated, and the gate insulating film under the gate electrode is exposed by pores between the silver nanowires.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 유리기판 또는 고분자기판인 것을 특징으로 하는 수소이온농도 센서.
The hydrogen ion concentration sensor according to claim 1, wherein the substrate is a glass substrate or a polymer substrate.
제 1 항에 있어서, 상기 소스전극 또는 드레인전극 측에 저항이 연결되어 저항성 부하 인버터(Resistive load inverter) 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 수소이온농도 센서.
The hydrogen ion concentration sensor according to claim 1, wherein a resistance is connected to the source electrode or the drain electrode side to form a resistive load inverter.
기판 상에 반도체활성층을 형성하는 단계;
상기 반도체활성층의 양측부에 각각 소스전극, 드레인전극을 형성하는 단계;
상기 반도체활성층, 소스전극 및 드레인전극을 포함한 기판 전면 상에 게이트절연막을 형성하는 단계;
상기 게이트절연막 상에 은 나노선(Ag nanowire)을 적층하여 게이트전극을 형성하는 단계; 및
상기 게이트절연막 상에 시료유출입 구조물을 장착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소이온농도 센서 제조방법.
Forming a semiconductor active layer on a substrate;
Forming a source electrode and a drain electrode on both sides of the semiconductor active layer;
Forming a gate insulating film on the entire surface of the substrate including the semiconductor active layer, the source electrode, and the drain electrode;
Depositing a Ag nanowire on the gate insulating film to form a gate electrode; And
And mounting a sample flow-in / out structure on the gate insulating film.
제 7 항에 있어서, 상기 반도체활성층은 InGaZnO, ZnO, ZrInZnO, InZnO, AlInZnO, ZnSnO, In2O3, HfInO, SnO2, InSnO, MgZnO 중 어느 하나의 산화물 반도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 수소이온농도 센서 제조방법.
The method of claim 7, wherein the semiconductor active layer is InGaZnO, ZnO, ZrInZnO, InZnO, AlInZnO, ZnSnO, In 2 O 3, HfInO, SnO 2, hydrogen ions, characterized in that any one of InSnO, MgZnO one configuration of an oxide semiconductor Method of manufacturing concentration sensor.
제 7 항에 있어서, 상기 시료유출입 구조물은 게이트전극이 구비된 공간을 외부 환경과 격리시키며, 일측에 분석대상시료가 유입되는 시료유입구가 구비되고 다른 일측에 분석대상시료가 유출되는 시료유출구가 구비된 것을 특징으로 하는 수소이온농도 센서 제조방법. [7] The apparatus according to claim 7, wherein the sample inlet / outlet structure isolates the space provided with the gate electrode from the external environment, and has a sample inlet through which a sample to be analyzed flows in one side and a sample outlet through which the sample to be analyzed flows out from the other side Wherein the hydrogen ion concentration sensor comprises a hydrogen ion concentration sensor.
KR1020150040939A 2015-03-24 2015-03-24 pH sensor and method for fabricating the same KR101638501B1 (en)

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