KR101847389B1 - Oscillator circuit having uv sensor - Google Patents
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Abstract
자외선 센서는 압전 물질; 압전 물질 상에 배치되고 자외선을 감지하는 감지막; 압전 물질 상에서 감지막의 일단에 배치되고 전기적 신호를 기초로 생성된 탄성파를 감지막에 제공하는 탄성파 입력부; 및 압전 물질 상에서 감지막의 다른 일단에 배치되고 제공된 탄성파를 기초로 생성된 전기적 신호의 주파수의 변화를 감지하는 탄성파 출력부를 포함한다. 따라서, 자외선 센서는 파티클 자체의 특성상 표면적이 넓어 더 많은 자외선에 반응할 수 있으므로 센서의 감도를 향상시킬 수 있고, 산화아연(ZnO) 나노파티클을 사용하여 탄성파의 주파수 변화를 측정하기 때문에 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.Ultraviolet sensors are piezoelectric materials; A sensing film disposed on the piezoelectric material and sensing ultraviolet light; An elastic wave input unit disposed on one end of the sensing film on the piezoelectric material and providing an elastic wave generated on the basis of an electrical signal to the sensing film; And an elastic wave output portion disposed on the other end of the sensing film on the piezoelectric material and sensing a change in the frequency of an electrical signal generated based on the provided elastic wave. Therefore, the ultraviolet sensor can improve the sensitivity of the sensor because it can react to more ultraviolet rays because of its wide surface area due to the nature of the particle itself, and it can measure the frequency change of elastic wave using zinc oxide (ZnO) .
Description
본 발명은 자외선 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주파수의 변화를 검출하여 자외선의 세기를 측정할 수 있는 자외선 센서 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an ultraviolet sensor, and more particularly, to an ultraviolet sensor capable of detecting a change in frequency and measuring the intensity of ultraviolet rays, and a method of manufacturing the same.
자외선 토론 또는 광전자 증배관은 자외선을 감지할 수 있다. 자외선 토론은 자외선을 통하는 재료로 형성된 용기 속에 양극과 음극을 마주보게 하여 직렬저항을 통하여 직류전원에 접속한 구조이다. 외부에서 음극에 자외선을 조사(照射)하면 음극표면에서 광전효과에 의해 광전자가 방출된다. 광전자 증배관은 부규산유리를 사용한 것은 300㎚ 이상의 파장에 대하여 감도를 가지며, 석영유리를 사용한 것은 160㎚ 이상의 파장에 대하여 감도를 가지고 있다. 채널토론은 2차 전자 증배관의 일종으로서 50~150㎚의 자외선에 감도를 가지고 있다.Ultraviolet radiation or photomultiplier tubes can sense ultraviolet radiation. Ultraviolet radiation is a structure in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other in a container formed of a material through ultraviolet rays and connected to a DC power source through a series resistor. When the cathode is irradiated with ultraviolet rays from the outside, photoelectrons are emitted by the photoelectric effect on the surface of the cathode. The photomultiplier tube has sensitivity to wavelengths of 300 nm or more using quartz glass, and has sensitivity to wavelengths of 160 nm or more using quartz glass. The channel discussion is a type of secondary electron multiplier and has sensitivity to ultraviolet rays of 50 to 150 nm.
종래에는 사용된 감지막이 자외선에 적절히 반응하는 지를 확인하기 위해, 감지막의 전류-전압 특성을 측정하였다. 박막의 자외선에 따른 전류 변화를 측정하는 기존의 방식에서 극미량 검출은 측정회로의 고도화를 요구하여 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있었다.In the past, the current-voltage characteristic of the sensing film was measured in order to confirm whether the used sensing film appropriately reacted with ultraviolet light. In the conventional method of measuring the current change due to the ultraviolet rays of the thin film, there has been a problem that the detection of the trace amount is required to enhance the measurement circuit and the price competitiveness is inferior.
미국등록특허 제7,473,551호는 대상 물질을 측정하기 위한 나노기술 마이크로센서 및 대상 물질을 측정하기 위한 방법(Nano-mechanic microsensors and methods for detecting target analytes)에 관한 것으로 표면 탄성파를 이용한 나노기술 마이크로센서 및 방법에 대하여 개시하고 있다.
U.S. Patent No. 7,473,551 relates to nanotechnology microsensors and methods for detecting target substances and nanotechnology microsensors and methods using surface acoustic waves. .
본 발명의 일 실시예는 주파수의 변화를 검출하여 자외선의 세기를 측정할 수 있는 자외선 센서 기술을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an ultraviolet sensor technology capable of detecting a change in frequency and measuring the intensity of ultraviolet rays.
본 발명의 일 실시예는 산화아연(ZnO) 나노파티클을 사용하여 탄성파의 주파수의 변화를 측정할 수 있는 자외선 센서 기술을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide an ultraviolet sensor technology capable of measuring a change in the frequency of an acoustic wave using zinc oxide (ZnO) nanoparticles.
본 발명의 일 실시예는 자외선의 극미량 검출시에도 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 자외선 센서 기술을 제공하고자 한다.
An embodiment of the present invention is to provide an ultraviolet sensor technology capable of securing price competitiveness even when detecting a trace amount of ultraviolet light.
실시예들 중에서, 자외선 센서는 압전 물질; 상기 압전 물질 상에 배치되고 자외선을 감지하는 감지막; 상기 압전 물질 상에서 상기 감지막의 일단에 배치되고 전기적 신호를 기초로 생성된 탄성파를 상기 감지막에 제공하는 탄성파 입력부; 및 상기 압전 물질 상에서 상기 감지막의 다른 일단에 배치되고 상기 제공된 탄성파를 기초로 생성된 전기적 신호의 주파수의 변화를 감지하는 탄성파 출력부를 포함한다.Among the embodiments, the ultraviolet sensor comprises a piezoelectric material; A sensing film disposed on the piezoelectric material and sensing ultraviolet light; An elastic wave input unit disposed at one end of the sensing film on the piezoelectric material and providing an elastic wave generated on the basis of an electrical signal to the sensing film; And an elastic wave output unit disposed on the other side of the sensing film on the piezoelectric material and sensing a change in the frequency of an electrical signal generated based on the provided elastic wave.
일 실시예에서, 상기 감지막은 자외선이 감지되면 막 자체의 특성이 변하기 때문에 그 하단에 지나가는 탄성파의 속도를 변화시키며, 상기 탄성파 출력부는 주파수 변화를 감지할 수 있다.In one embodiment, when the ultraviolet ray is sensed, the sensing film changes the characteristic of the film itself, so that the speed of the elastic wave passing through the lower end of the sensing film changes, and the elastic wave output unit can sense the frequency change.
일 실시예에서, 상기 감지막은 산화아연(ZnO) 나노파티클을 상기 탄성파 입력부, 상기 탄성파 출력부 및 상기 압전 물질 상에 스핀코팅(Spincoating)하여 형성된다. 또한, 상기 감지막은 상기 스핀코팅된 감지막을 어닐링(Annealing)하여 전기적 또는 기계적 특성을 향상 시킬 수 있다.In one embodiment, the sensing layer is formed by spin coating zinc oxide (ZnO) nanoparticles on the acoustic wave input unit, the acoustic wave output unit, and the piezoelectric material. In addition, the sensing layer may anneal (anneal) the spin-coated sensing layer to improve electrical or mechanical characteristics.
일 실시예에서, 상기 감지막은 상기 자외선이 감지되면 전기 전도도의 변화를 통해 상기 탄성파의 전파 속도를 변화시킬 수 있다.In one embodiment, the sensing layer may change the propagation speed of the elastic wave through a change in electrical conductivity when the ultraviolet ray is sensed.
일 실시예에서, 상기 탄성파 입력부는 상기 감지막의 일단에 배치되어 전기적 신호를 통해 생성된 탄성파를 상기 감지막의 하단에 전파하며, 상기 탄성파 출력부는 상기 감지막의 다른 일단에 배치되어 상기 전파된 탄성파를 통해 전기적 신호를 생성하여 상기 전파된 탄성파의 주파수 변화를 감지할 수 있다.In one embodiment, the elastic wave input unit is disposed at one end of the sensing film and propagates the elastic wave generated through the electrical signal to the lower end of the sensing film. The elastic wave output unit is disposed at the other end of the sensing film, An electrical signal can be generated to detect a change in the frequency of the propagated acoustic wave.
일 실시예에서, 상기 탄성파 입력부 및 상기 탄성파 출력부는 알루미늄(Al) 증착을 통해 형성된 인터디지털 변환기(InterDigital Transducer)로 구현될 수 있다.In one embodiment, the acoustic wave input unit and the acoustic wave output unit may be implemented as an interdigital transducer formed through aluminum (Al) deposition.
여기에서, 상기 탄성파 입력부 및 상기 탄성파 출력부는 상기 압전 물질 상에서 상기 감지막의 양단에 각각 배치되고 격자 구조로 구현될 수 있다.Here, the acoustic wave input unit and the acoustic wave output unit may be disposed on both sides of the sensing film on the piezoelectric material, and may be implemented in a lattice structure.
일 실시예에서, 압전 물질은 상기 감지막, 상기 탄성파 입력부 및 상기 탄성파 출력부의 하단에 배치되고 그 상부에 탄성파가 지나갈 수 있다.In one embodiment, the piezoelectric material is disposed at the lower end of the sensing film, the acoustic wave input unit, and the acoustic wave output unit, and an elastic wave may pass over the piezoelectric material.
실시예들 중에서, 자외선 센서 제조 방법은 압전 물질을 준비하는 단계; 감광액을 통해 상기 압전 물질 상에 인터디지털 변환기 패턴(감광 영역과 비감광 영역을 포함함)을 생성하는 단계; 상기 인터디지털 변환기 패턴이 생성된 압전 물질에 박막을 증착하는 단계; 상기 감광 영역을 스트리핑하여 상기 감광액과 상기 감광액 상에 증착된 박막을 제거하는 단계; 및 산화아연(ZnO) 나노파티클로 상기 감광액과 상기 증착된 박막이 제거된 압전 물질을 스핀코팅하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, a method of manufacturing an ultraviolet sensor comprises: preparing a piezoelectric material; Generating an interdigital transducer pattern (including a light-sensitive region and an non-light-sensitive region) on the piezoelectric material through a photosensitive liquid; Depositing a thin film on the piezoelectric material from which the interdigital transducer pattern is formed; Stripping the photosensitive region to remove the photosensitive liquid and the thin film deposited on the photosensitive liquid; And spin-coating the photoresist with the zinc oxide (ZnO) nanoparticle and the piezoelectric material from which the deposited thin film is removed.
여기에서, 상기 자외선 센서 제조 방법은 상기 스핀코팅된 압전 물질 상의 감지막을 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the ultraviolet sensor manufacturing method may include annealing the sensing film on the spin-coated piezoelectric material.
일 실시예에서, 상기 패턴을 생성하는 단계는 AZ5214 감광액을 사용할 수 있다.In one embodiment, the step of generating the pattern may use an AZ5214 sensitizing solution.
일 실시예에서, 상기 패턴을 생성하는 단계에서는 알루미늄(Al) 증착을 통해 형성된 인터디지털 변환기(InterDigital Transducer)가 상기 비감광 영역에 구현될 수 있다. 여기에서, 상기 패턴을 생성하는 단계는 상기 비감광 영역이 격자 구조로 구현될 수 있다.In one embodiment, in the step of generating the pattern, an Inter Digital Transducer formed through aluminum (Al) deposition may be implemented in the non-photosensitive region. Here, in the step of generating the pattern, the non-photosensitive region may be embodied as a lattice structure.
일 실시예에서, 상기 증착 단계는 알루미늄을 이용한 박막 성장법을 사용할 수 있다.
In one embodiment, the deposition step may use a thin film growth method using aluminum.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technique may have the following effects. It is to be understood, however, that the scope of the disclosed technology is not to be construed as limited thereby, as it is not meant to imply that a particular embodiment should include all of the following effects or only the following effects.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 센서는 주파수의 변화를 검출하여 자외선의 세기를 측정할 수 있다.The ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention can measure the intensity of ultraviolet rays by detecting a change in frequency.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 센서는 산화아연(ZnO) 나노파티클을 사용하여 탄성파의 주파수 변화를 측정하기 때문에 가격경쟁력을 확보할 수 있다. The ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention can measure the frequency change of elastic waves using zinc oxide (ZnO) nanoparticles, thereby ensuring price competitiveness.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 센서 제조 방법은 파티클 자체의 특성상 표면적이 넓어 더 많은 자외선에 반응할 수 있으므로 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
The method of manufacturing an ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention can improve the sensitivity of a sensor because it can react with more ultraviolet rays because the surface area of the particle itself is wide.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 센서 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 3(a)는 도 2에 있는 자외선 센서 제조 방법에 의해 제작된 소자를 나타내는 도면이다.
도 3(b)는 도 2에 있는 자외선 센서 제조 방법에 의해 제작된 감지막이 광학 카메라에 의해 촬영된 영상을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연(ZnO) 나노파티클의 파장에 따른 흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 센서를 사용한 발진회로를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 변화를 측정할 수 있는 시스템을 촬영한 도면이다.
도 7은 자외선 센서의 주파수 응답 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 자외선 센서의 세기에 따른 주파수 변화를 나타내는 그래프이다.1 is a view showing a configuration of an ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a method of manufacturing an ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention.
3 (a) is a view showing an element manufactured by the ultraviolet sensor manufacturing method shown in Fig. 2.
FIG. 3 (b) is a view illustrating an image taken by an optical camera of a sensing film manufactured by the ultraviolet sensor manufacturing method shown in FIG.
FIG. 4 is a graph showing absorption rates of zinc oxide (ZnO) nanoparticles according to wavelengths according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram showing an oscillation circuit using an ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a photograph of a system capable of measuring a frequency change according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a frequency response characteristic of the ultraviolet sensor.
FIG. 8 is a graph showing a frequency change according to intensity of an ultraviolet sensor. FIG.
본 발명의 실시예에 관한 설명은 본 발명의 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.The description of the embodiments of the present invention is only for the structural or functional description of the present invention, and therefore the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described herein.
본 발명의 실시예에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described in the embodiments of the present invention should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것이다.The terms "first "," second "and the like are intended to distinguish one element from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
It should be understood that the singular " include "or" have "are to be construed as including a stated feature, number, step, operation, component, It is to be understood that the combination is intended to specify that it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 센서의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a configuration of an ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 자외선 센서(100)는 감지막(110), 탄성파 입력부(120), 탄성파 출력부(130), 압전 물질(140)을 포함한다.1, the
감지막(110)은 압전 물질(140) 상에 배치되고 자외선을 감지하는 물질에 해당할 수 있고, 해당 물질은 자외선과 반응하여 자체의 특성을 변화시킬 수 있다. 일 실시예에서, 감지막(110)은 산화아연(ZnO) 나노파티클을 통해 구현될 수 있고, 산화아연(ZnO) 나노파티클의 흡수율은 이하 도 4를 참조하여 설명한다. The
일 실시예에서, 감지막(110)은 탄성파 입력부(120), 탄성파 출력부(130) 및 압전 물질(140) 상에 산화아연(ZnO) 나노파티클을 스핀코팅하여 형성될 수 있다. 여기에서, 감지막(110)은 스핀코팅된 감지막을 어닐링하여 전기적 또는 기계적 특성을 향상 시킬 수 있다.In one embodiment, the
탄성파 입력부(120)는 압전 물질(140) 상에서 감지막(110)의 일단에 배치된다. 일 실시예에서, 탄성파 입력부(120)는 감지막(110)을 중심으로 탄성파 출력부(130)와 대향하여 배치될 수 있다. 탄성파 입력부(120)는 외부의 전기적 신호를 수신하여 전기장을 형성할 수 있고, 압전 물질(140)은 형성된 전기장을 통해 기계적 진동(즉, 탄성파)을 생성할 수 있다. 결과적으로, 탄성파 입력부(120)는 외부의 전기적 신호를 기초로 생성된 탄성파를 감지막(110)에 제공할 수 있다. The elastic
일 실시예에서, 탄성파 입력부(120)는 알루미늄(Al) 증착을 통해 형성된 인터디지털 변환기(IDT: InterDigital Transducer)로 구현될 수 있다. 여기에서, 인터디지털 변환기는 탄성파를 효율적으로 생성할 수 있고, 탄성파를 고체 표면(예를 들어, 감지막(110)과 압전 물질(140)의 사이)을 따라 전파시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 탄성파 입력부(120)는 금속 전극을 압전 물질(140) 상에 배치하여 구현될 수 있고, 전기적 신호를 탄성파로 변환할 수 있다. 일 실시예에서, 탄성파 입력부(120)는 격자 구조로 구현될 수 있다. 예를 들어, 격자 구조란 가로와 세로가 간격을 두고 직각으로 교차하는 구조를 말한다.In one embodiment, the acoustic
탄성파 출력부(130)는 압전 물질(140) 상에서 감지막(110)의 다른 일단에 배치된다. 일 실시예에서, 탄성파 출력부(130)는 감지막(110)을 중심으로 탄성파 입력(120)와 대향하여 배치될 수 있다. 탄성파 출력부(130)는 탄성파 입력부(120)에 의해 생성된 기계적 진동(즉, 탄성파)이 인가되면 전기적 신호를 생성할 수 있다. 결과적으로, 탄성파 출력부(130)는 탄성파 입력부(120)에 의해 제공된 탄성파를 기초로 전기적 신호를 생성하여, 생성된 전기적 신호의 주파수 변화를 감지할 수 있다.The elastic
일 실시예에서, 탄성파 출력부(130)는 알루미늄(Al) 증착을 통해 형성된 인터디지털 변환기로 구현될 수 있다. 여기에서, 인터디지털 변환기는 고체 표면(예를 들어, 감지막(110)과 압전 물질(140)의 사이)을 따라 전파된 탄성파를 효율적으로 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 탄성파 출력부(130)는 금속 전극을 압전 물질(140) 상에 배치하여 구현될 수 있고, 전파된 탄성파를 전기적인 신호로 변환하는 과정에서 일정 대역의 주파수를 걸러주는 여파기 역할을 수행한다. 일 실시예에서, 탄성파 출력부(130)는 압전 물질(140) 상에서 격자 구조로 구현될 수 있다. 예를 들어, 격자 구조란 가로와 세로가 간격을 두고 직각으로 교차하는 구조를 말한다.In one embodiment, the acoustic
압전 물질(140)은 전기적 신호를 인가받아 기계적 진동(즉, 탄성파)을 생성할 수 있고, 압전체에 기계적 진동을 인가하여 전기적 신호(예를 들어, 전압)을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 압전 물질(140)은 압전 기판(예를 들어, 반도체 기판) 또는 압전 박막을 포함할 수 있다. 여기에서, 기계적 진동의 특정 주파수 대역은 자외선 센서(100)의 기준 신호원으로 사용될 수 있다. 즉, 압전 물질(140)은 압전 및 역압전 효과를 통해 전기적 신호가 인가되면 기계적 진동(즉, 탄성파)을 발생시킬 수 있고, 기계적 진동이 인가되면 전기적 신호를 발생시킬 수 있다.
The
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자외선 센서 제조 방법을 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining a method of manufacturing an ultraviolet sensor according to another embodiment of the present invention.
도 2(a)에서, 압전 물질(140)은 감광액(222)을 통해 패터닝되어 패턴(220)을 생성할 수 있다. 여기에서, 패턴(220)은 압전 물질(140)의 단면 관점에서 요철을 형성할 수 있고, 감광 영역(즉, 돌출 영역)(222)과 비감광 영역(즉, 함몰 영역)(224)을 포함할 수 있다. 최종적으로, 비감광 영역(즉, 함몰 영역)(224)은 압전 물질(140) 상에 남겨지고, 감광 영역(즉, 돌출 영역)(222)은 제거될 수 있다. 감광액(PhotoResist)은 빛을 조사하면 화학 반응을 일으켜 화학적 성질이 변할 수 있고, AZ5214 감광액에 해당할 수 있다. 그 주된 이유는 그 막이 얇고 균일하여 미세한 회로 패턴을 얻는데 용이할 수 있고, 자외선에 대한 감도가 좋을 수 있기 때문이다. 일 실시예에서, 비감광 영역(224)은 격자 구조로 구현되어 IDT를 형성할 수 있다.In FIG. 2 (a), the
도 2(b)에서, 패턴이 생성된 압전 물질(210)은 박막(226)으로 증착될 수 있다. 일 실시예에서, 증착은 화학적 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 박막을 성장시킬 수 있다. 다른 일 실시예에서, 증착은 저압 CVD, 플라즈마 향상 CVD 또는 대기압 CVD 공정을 통해 박막을 성장시킬 수 있다. 여기에서, 박막은 알루미늄(Al)을 사용할 수 있다. 이러한 이유는 알루미늄이 전성과 연성이 뛰어나고 전기 전도도가 좋기 때문이다. 또한, 박막(226)은 산화물(Oxide) 또는 질화물(Nitride)을 사용할 수 있다.In FIG. 2 (b), the
도 2(c)에서, 감광액(222)과 감광액(222) 상에 증착된 박막(226)은 감광 영역(222)이 스트리핑되어 제거될 수 있다. 보다 구체적으로, 알루미늄이 증착된 압전 물질(230) 상에 남아있는 감광액(222)과 박막(226)은 알칼리 약품을 통해 제거될 수 있다. 여기에서, 감광 영역(222)은 감광액을 통해 압전 물질(140)을 패터닝한 영역을 말하고, 비감광 영역(224)은 감광 영역(222)을 제외한 영역을 말한다. 결과적으로, 비감광 영역(224)은 압전 물질 상(240)에서 격자 구조로 구현되어 인터디지털 변환기를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 인터디지털 변환기는 비감광 영역(224) 상에 증착된 알루미늄(Al)을 통해 구현될 수 있다.2 (c), the
도 2(d)에서, 감광액(222)과 증착된 박막(226)이 제거된 압전 물질(240)은 산화아연(ZnO) 나노파티클을 통해 스핀코팅될 수 있다. 보다 구체적으로, 감광액(222)과 증착된 박막(226)이 제거된 압전 물질(240)은 산화아연 나노파티클이 유입되면 고속으로 회전될 수 있다. 결과적으로, 산화아연 나노파티클이 압전 물질(240) 상에 얇게 퍼질 수 있다.2 (d), the
일 실시예에서, 스핀코팅된 압전 물질 상의 감지막은(250)은 어닐링될 수 있다. 보다 구체적으로, 스핀코팅된 감지막(250)의 손상을 제거하기 위해 스핀코팅된 감지막(250)은 약 1시간 동안 200℃ 이상의 온도로 가열될 수 있다. 스핀코팅된 감지막(250)이 어닐링 되면 전기적 또는 기계적 특성이 향상될 수 있다.
In one embodiment, the sensing film on the spin-coated
다시 도 1 및 도 2에서, 감지막(110)에 자외선이 인가되면 (즉, 감지막이 자외선을 흡수하면) 산화아연 내부에서 e- 과 h+ 의 재결합 현상이 일어나며, 그 결과 전기적 특성(Conductivity)이 변하게 된다. 감지막(110)과 압전물질(140)의 경계에서 전파되는 탄성파(Surface Acoustic Wave)는 감지막(110)의 전기전도도 변화에 따라 전파속도가 변하게 되고, 그 결과는 탄성파 출력부(130)를 통해 나타나게 된다. 1 and 2, when ultraviolet rays are applied to the sensing film 110 (that is, when the sensing film absorbs ultraviolet rays), recombination of e- and h + occurs within the zinc oxide, and as a result, the electrical properties . The surface acoustic wave propagating at the boundary between the
탄성파의 전파속도 변화와 연계된 매커니즘은 아래 수식으로 표현 가능하다.The mechanism associated with the change in propagation velocity of an elastic wave can be expressed by the following equation.
Δv/vo=K^2/(2*(1+(σ/ σm)^2))? V / vo = K? 2 / (2 * (1+ (? /? M) ^ 2))
Δv: 탄성파의 전파속도 변화Δv: propagation velocity change of elastic wave
vo: 원래의 탄성파 전파속도vo: the original elastic wave propagation velocity
K^2: 압전물질의 전기기계결합력(%) K ^ 2: electromechanical coupling force of piezoelectric material (%)
σ: 압전물질의 전기전도도σ: electric conductivity of piezoelectric material
σm: 감지막의 전기전도도
σm: electrical conductivity of the sensing film
도 3(a)는 도 2에 있는 자외선 센서 제조 방법에 의해 제작된 소자를 나타내는 도면이다. 3 (a) is a view showing an element manufactured by the ultraviolet sensor manufacturing method shown in Fig. 2.
도 3(a)를 참조하면, 제작된 소자(300)는 감지막(310), 탄성파 입력부(320), 탄성파 출력부(330)를 포함한다. 3 (a), the fabricated
일 실시예에서, 감지막(310)은 산화아연 나노파티클을 통해 구현될 수 있다. 또한, 탄성파 입력부(320) 및 탄성파 출력부(330)는 알루미늄 증착을 통해 형성된 인터디지털 변환기로 구현될 수 있다.In one embodiment, the
도 3(b)는 도 2에 있는 자외선 센서 제조 방법에 의해 제작된 감지막이 광학 카메라에 의해 촬영된 영상을 예시한 도면이다.FIG. 3 (b) is a view illustrating an image taken by an optical camera of a sensing film manufactured by the ultraviolet sensor manufacturing method shown in FIG.
도 3(b)를 참조하면, 감지막(310)은 산화아연 나노파티클을 스핀코팅하여 형성될 수 있다. 여기에서, 파티클은 박막보다 공정비가 적고, 파티클 자체의 특성상 표면적(즉, 노출되는 면적)이 넓어 더 많은 자외선에 반응할 수 있다. 결과적으로, 감지막(310)의 감도가 향상될 수 있다.
Referring to FIG. 3 (b), the
도 4는 산화아연(ZnO) 나노파티클의 파장에 따른 흡수율을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the absorption rate of zinc oxide (ZnO) nanoparticles according to the wavelength.
도 4를 참조하면, x축과 y축 각각은 파장과 흡수율을 나타낸다. 측정된 흡수율은 400nm 이하의 파장에서만 높은 흡수율을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 4, each of the x-axis and y-axis represents wavelength and absorption rate. The measured absorptivity can exhibit a high absorptivity only at wavelengths below 400 nm.
결과적으로, 산화아연 나노파티클은 400nm 이하의 파장에서 80% 이상의 흡수율을 나타낸다. 자외선의 파장은 100nm~380nm 사이에 해당하므로 산화아연 나노파티클의 자외선 흡수율이 높다는 것을 알 수 있다.
As a result, zinc oxide nanoparticles exhibit an absorption rate of 80% or more at a wavelength of 400 nm or less. Since the wavelength of ultraviolet light is between 100 nm and 380 nm, it can be seen that the ultraviolet absorption rate of zinc oxide nanoparticles is high.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 센서를 사용한 발진회로를 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram showing an oscillation circuit using an ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention.
발진회로(500)는 자외선 센서(510)를 사용하여 탄성파를 구동시킬 수 있다. 자외선 센서(510)는 자외선 인가시 주파수 변화를 감지하는 자외선 측정센서모듈(도5에 있는 520의 상부 및 530의 상부로 구성)와 자외선 인가시에도 주파수가 변화되지 않는 기준 센서모듈(도5에 있는 520의 하부 및 530의 하부로 구성)을 포함할 수 있다. 발진회로(500)는 자외선 센서(510)와 연결되고 자외선 센서(510)의 출력에 대한 위상을 쉬프트하고 증폭시키는 위상 쉬프터와 증폭기, 위상 쉬프터 및 증폭기와 연결되고 자외선 측정센서모듈과 기준 센서모듈로부터 수신되는 신호의 차이를 측정하여 쉬프트되고 증폭된 출력을 믹싱하는 믹서 및 믹서와 연결되고 믹서의 출력에 대해 저역통과시키는 LPF(Low Pass Filter)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 탄성파 입력부(520)에 발진회로(500)를 통해 전기적 신호가 인가되면 탄성파 입력부(520)는 수신된 전기적 신호를 통해 전기장을 형성할 수 있다. 압전 물질(140)은 형성된 전기장을 통해 탄성파를 생성하고 생성된 탄성파는 감지막을 통해 탄성파 출력부(530)로 전파된다. 탄성파 출력부(530)는 전파된 탄성파를 통해 전기적 신호를 형성할 수 있다. 결과적으로, 발진회로(500)에서 감지막의 삽입 손실은 탄성파 출력부(530)에서 형성된 전기적 신호를 기초로 측정될 수 있다. 또한, 감지막(110)의 삽입 손실에 따라 탄성파의 주파수 변화가 측정될 수 있다. 삽입 손실을 측정하는 방법과 탄성파의 주파수 변화를 측정함으로써 얻을 수 있는 이득은 후술한다.The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 변화를 측정할 수 있는 시스템을 촬영한 도면이다.FIG. 6 is a photograph of a system capable of measuring a frequency change according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 탄성파의 주파수 변화는 자외선 센서가 자외선을 흡수하였을 때에 시스템에 의해 측정될 수 있다. 보다 구체적으로, 중심주파수는 자외선이 인가되지 않았을 때 삽입 손실이 측정된 결과를 바탕으로 측정될 수 있다. 이후, 자외선이 인가되었을 때 자외선의 주파수 변화를 측정하는 시스템은 자외선의 세기를 변화하면 중심주파수의 변화가 관찰될 수 있다.
Referring to FIG. 6, the frequency change of the acoustic wave can be measured by the system when the ultraviolet sensor absorbs ultraviolet light. More specifically, the center frequency can be measured based on the result of measuring the insertion loss when ultraviolet radiation is not applied. Thereafter, in a system for measuring a frequency change of ultraviolet rays when ultraviolet rays are applied, a change in the center frequency can be observed by changing the intensity of ultraviolet rays.
도 7은 자외선 센서의 주파수 응답 특성을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing a frequency response characteristic of the ultraviolet sensor.
도 7을 참조하면, x축과 y축 각각은 주파수와 삽입 손실(Insertion Loss)을 나타낸다. 보다 구체적으로, 중심주파수(즉, 가장 고이득 영역)는 자외선이 인가되지 않았을 때 탄성파의 삽입 손실을 측정한 결과를 바탕으로 측정될 수 있다. 즉, 감지막(110)의 주파수 응답 특성이 측정될 수 있다. 일 실시예에서, 삽입 손실은 탄성파가 감지막(110)을 통과하면서 동작주파수 대역 상에서 발생하는 내부의 손실을 말한다. 즉, 삽입 손실은 전기적 신호를 기초로 생성된 탄성파가 감지막(110)을 통과하면서 발생한 손실을 말한다. 따라서, 자외선의 동작 여부는 삽입 손실을 통한 중심주파수 변화를 측정하여 파악될 수 있다.
Referring to FIG. 7, each of the x-axis and the y-axis represents a frequency and an insertion loss. More specifically, the center frequency (i.e., the highest gain region) can be measured based on the result of measuring the insertion loss of the acoustic wave when no ultraviolet ray is applied. That is, the frequency response characteristic of the
도 8은 자외선 센서의 세기에 따른 주파수 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing a frequency change according to intensity of an ultraviolet sensor. FIG.
도 8을 참조하면, x축은 자외선의 세기를 나타내고 y축 각각은 주파수와 위상을 나타낸다. 보다 구체적으로, 중심주파수(즉, 가장 고이득 영역)는 자외선이 인가되었을 때 자외선의 세기에 따른 탄성파의 삽입 손실을 측정한 결과를 바탕으로 측정될 수 있다. 여기에서, 측정된 중심주파수는 자외선의 세기에 비례하는 형태를 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 8, the x-axis represents intensity of ultraviolet rays, and each y-axis represents frequency and phase. More specifically, the center frequency (i.e., the highest gain region) can be measured based on the measurement result of the insertion loss of the elastic wave according to the intensity of the ultraviolet ray when the ultraviolet ray is applied. Here, the measured center frequency may be in a form proportional to the intensity of ultraviolet rays.
자외선이 인가되었을 때 주파수의 변화가 측정될 수 있기 때문에, 자외선 센서는 자외선이 극미량 검출되었을 때에도 동작될 수 있다. 따라서, 자외선 센서는 특정회로의 고도화를 필요로 하지 않기 때문에 가격 경쟁력이 확보될 수 있다.
Since a change in frequency can be measured when ultraviolet light is applied, the ultraviolet sensor can be operated even when a trace amount of ultraviolet light is detected. Therefore, since the ultraviolet sensor does not require the advancement of a specific circuit, the price competitiveness can be ensured.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
100: 자외선 센서
110: 감지막
120: 탄성파 입력부
130: 탄성파 출력부
140: 압전물질
200: 자외선 센서 제조 방법
210: 패턴이 생성된 압전 물질
220: 패턴
222: 감광 영역
224: 비감광 영역
226: 박막
230: 박막이 증착된 압전 물질
240: 감광액과 증착된 박막이 제거된 압전 물질
250: 스핀 코팅된 압전 물질
300: 제작된 소자
310: 감지막
320: 탄성파 입력부
330: 탄성파 출력부
500: 발진회로
510: 자외선 센서
520: 탄성파 입력부
530: 탄성파 출력부100: Ultraviolet sensor
110: Sensing membrane
120: Seismic wave input unit
130:
140: piezoelectric material
200: Manufacturing method of ultraviolet sensor
210: the piezoelectric material from which the pattern is generated
220: pattern
222: Photosensitive area
224: non-photosensitive region
226: Thin film
230: Piezoelectric material on which a thin film is deposited
240: Piezoelectric material from which the photosensitive liquid and the deposited thin film are removed
250: Spin-coated piezoelectric material
300: manufactured device
310: Sensing membrane
320: Seismic wave input unit
330: Seismic wave output unit
500: oscillation circuit
510: Ultraviolet sensor
520: elastic wave input unit
530: Seismic wave output section
Claims (15)
상기 자외선 센서와 연결되고 상기 자외선 센서의 출력에 대한 위상을 쉬트프하고 증폭시키는 위상 쉬프터 및 증폭기;
상기 위상 쉬프터 및 증폭기와 연결되고 상기 자외선 측정센서모듈과 상기 기준센서모듈로부터 수신되는 신호의 차이를 측정하여 쉬프트되고 증폭된 출력을 믹싱하는 믹서; 및
상기 믹서와 연결되고, 상기 믹서의 출력에 대해 저역통과 시키는 LPF(Low Pass Filter)를 포함하고,
상기 자외선 센서는 압전 물질, 상기 압전 물질 상에 배치되고 자외선을 감지하는 감지막, 상기 위상 쉬프터 및 증폭기와 연결되고 상기 압전 물질 상에서 상기 감지막의 일단에 배치되고 전기적 신호를 기초로 생성된 탄성파를 상기 감지막에 제공하는 탄성파 입력부, 상기 위상 쉬프터 및 증폭기와 연결되고 상기 압전 물질 상에서 상기 감지막의 다른 일단에 배치되고 상기 제공된 탄성파를 기초로 생성된 전기적 신호의 주파수의 변화를 감지하는 탄성파 출력부를 포함하고,
상기 감지막은 상기 자외선이 감지되면 전기 전도도의 변화를 통해 그 하단에 지나가는 탄성파의 속도를 변화시키고,
상기 탄성파 입력부는 상기 감지막의 일단에 배치되고 전기적 신호를 통해 생성된 탄성파를 상기 감지막의 하단에 전파하고,
상기 탄성파 출력부는 상기 감지막의 다른 일단에 배치되고 상기 전파된 탄성파를 통해 전기적 신호를 생성하여 상기 전파된 탄성파의 주파수 변화를 감지하고,
상기 압전 물질은 상기 감지막, 상기 탄성파 입력부 및 상기 탄성파 출력부의 하단에 배치되고 그 상부에 탄성파가 지나가고,
상기 감지막은 상기 탄성파 입력부, 상기 탄성파 출력부 및 상기 압전 물질 상에 산화아연(ZnO) 나노파티클을 스핀코팅(Spincoating)하여 형성되고,
상기 감지막은 상기 스핀코팅된 감지막을 어닐링(Annealing)하여 전기적 또는 기계적 특성이 향상되고,
상기 탄성파 입력부 및 상기 탄성파 출력부는 알루미늄(Al) 증착을 통해 형성된 인터디지털 변환기(InterDigital Transducer)로 구현되고,
탄성파 입력부 및 상기 탄성파 출력부는 상기 압전 물질 상에서 상기 감지막의 양단에 각각 배치되고 격자 구조로 구현되는 것을 특징으로 하는 발진회로.
(The upper part of 520 and the upper part of 530 in FIG. 5) that detect a change in frequency when ultraviolet ray is applied and the reference sensor module (the lower part of 520 in FIG. 5 and the 530 An ultraviolet sensor including a lower portion of the sensor;
A phase shifter and an amplifier connected to the ultraviolet sensor and configured to amplify and amplify the phase of the output of the ultraviolet sensor;
A mixer connected to the phase shifter and the amplifier and mixing the shifted and amplified output by measuring a difference between signals received from the ultraviolet ray measuring sensor module and the reference sensor module; And
And an LPF (Low Pass Filter) connected to the mixer and low-passing the output of the mixer,
Wherein the ultraviolet sensor comprises a piezoelectric material, a sensing film disposed on the piezoelectric material and sensing ultraviolet light, an elastic wave connected to the phase shifter and the amplifier and disposed on one end of the sensing film on the piezoelectric film, And an elastic wave output unit connected to the phase shifter and the amplifier and disposed at the other end of the sensing film on the piezoelectric material and sensing a change in frequency of an electrical signal generated based on the provided elastic wave, ,
When the ultraviolet ray is sensed, the sensing layer changes the velocity of the elastic waves passing through the bottom of the sensing layer,
Wherein the elastic wave input unit is disposed at one end of the sensing film and propagates the elastic wave generated through the electrical signal to the bottom of the sensing film,
Wherein the elastic wave output unit is disposed at the other end of the sensing film and generates an electrical signal through the propagated elastic wave to detect a frequency change of the propagated elastic wave,
Wherein the piezoelectric material is disposed at a lower end of the sensing film, the acoustic wave input unit, and the acoustic wave output unit,
The sensing layer is formed by spin coating zinc oxide (ZnO) nanoparticles on the acoustic wave input unit, the acoustic wave output unit, and the piezoelectric material,
The sensing layer is annealed by annealing the spin-coated sensing layer to improve electrical or mechanical properties,
The elastic wave input unit and the elastic wave output unit are implemented as an InterDigital transducer formed through aluminum (Al) deposition,
Wherein the acoustic wave input unit and the acoustic wave output unit are disposed on both sides of the sensing film on the piezoelectric material and are implemented in a lattice structure.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210111099A (en) | 2020-03-02 | 2021-09-10 | 국방과학연구소 | Single surface acoustic wave(SAW) sensor, Apparatus for chemosensing having the same and Method for measuring apparatus |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20090289395A1 (en) * | 2008-05-21 | 2009-11-26 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Method for manufacturing surface acoustic wave device |
| US20120248933A1 (en) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Piezoelectric device and manufacturing method therefor |
-
2014
- 2014-05-23 KR KR1020140062014A patent/KR101847389B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 논문 (2013)* |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210111099A (en) | 2020-03-02 | 2021-09-10 | 국방과학연구소 | Single surface acoustic wave(SAW) sensor, Apparatus for chemosensing having the same and Method for measuring apparatus |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150134780A (en) | 2015-12-02 |
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