KR101991120B1 - 온도 및 임피던스 통합 센서 제조방법 - Google Patents
온도 및 임피던스 통합 센서 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101991120B1 KR101991120B1 KR1020190065568A KR20190065568A KR101991120B1 KR 101991120 B1 KR101991120 B1 KR 101991120B1 KR 1020190065568 A KR1020190065568 A KR 1020190065568A KR 20190065568 A KR20190065568 A KR 20190065568A KR 101991120 B1 KR101991120 B1 KR 101991120B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- temperature
- sensor
- impedance
- change
- sample
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 14
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 26
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 22
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 21
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 21
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 13
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 12
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 12
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 4
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 4
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 claims description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 17
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 3
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000010259 detection of temperature stimulus Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
- H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/06—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising selenium or tellurium in uncombined form other than as impurities in semiconductor bodies of other materials
- H01L21/10—Preliminary treatment of the selenium or tellurium, its application to the foundation plate, or the subsequent treatment of the combination
- H01L21/108—Provision of discrete insulating layers, i.e. non-genetic barrier layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
본 발명은 기판; 상기 기판 위에 형성된 온도센서, 상기 온도센서 위에 형성된 절연층 및 상기 절연층 위에 형성된 임피던스센서를 포함하는 온도 및 임피던스 통합 센서를 제공한다. 상기 센서는 온도와 임피던스 변화의 동시적인 모니터링이 가능한 특징을 갖는다.
Description
본 발명은 온도 및 임피던스 통합 센서 및 제조방법에 관한 것이다.
최근 동물 실험에 대한 규정들이 사회적 문제로서 관심을 받고 있다. 그리고 동물 실험을 대체할 수 있는 새로운 방법의 중요성이 확대되고 있다.
따라서, 3차원 프린팅 기술를 사용하여 삼차원 인조기관을 배양한 연구들은 동물 실험을 대체할 수 있는 방법으로서 발전하고 있다.
ECIS(Electrical Cell-substrate Impedance System) 및 EIS (Electrical Impedance Spectroscopy)는 세포 상태 모니터링용 센서 분야에서 가장 널리 사용된 방법들이다. 이들 방법은 낮은 비용, 비침습성, 및 빠르게 모니터 되는 결과 등과 같은 유리한 점을 갖는다. 센서들에 대한 많은 연구들은 상기 ECIS 및 EIS 방법들을 사용하여 수행되고 있다.
그러나, 전기적 및 열적 변수들의 동시적인 모니터링을 위한 센서에 대한 연구들은 아직 이루어지지 않고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 세포 상태의 전기적 및 열적 모니터링을 동시에 수행함으로써 세포에서 일어나는 즉각적인 반응뿐만 아니라, 오랜 기간 동안 진행되는 약물 반응을 효율적으로 모니터링 할 수 있는 온도 및 임피던스 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 다양한 용액의 반응에 따른 온도 변화와 전기적 물성변화를 효율적으로 측정할 수 있는 온도 및 임피던스 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판, 상기 기판 위에 형성된 온도센서, 상기 온도센서 위에 형성된 절연층 및 상기 절연층 위에 형성된 임피던스센서를 포함하며, 상기 임피던스센서의 위에는 시료가 임피던스센서의 감지부 밖으로 퍼지는 것을 방지하는 시료 퍼짐 방지벽이 더 형성된 것을 특징으로 하는 온도 및 임피던스 통합 센서를 제공한다.
본 발명의 온도 및 임피던스 통합 센서는 세포 상태의 전기적 및 열적 모니터링을 동시에 수행함으로써 세포에서 일어나는 즉각적인 반응뿐만 아니라, 오랜 기간 동안 진행되는 약물 반응을 효율적으로 모니터링 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 다양한 용액의 반응에 따른 온도 변화와 전기적 물성변화를 효율적으로 측정할 수 있는 효과를 제공한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 및 임피던스 통합 센서를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 온도 및 임피던스 통합 센서를 제조하는 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 시료 퍼짐 방지벽이 구비된 본 발명의 온도 및 임피던스 통합 센서를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 스핀코팅의 시간에 따르는 절연층(PDMS층)의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 2개의 온도범위(57.0℃ ~ 63.0℃ 및 34℃ ~ 40.0 ℃)에서 나타난 백금전극의 TCR 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 센서를 사용하여(용매: 이소프로필 알코올) 시간에 따라 측정된 저항(온도)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7 본 발명의 센서를 사용하여(용매: 이소프로필 알코올)을 사용하는 경우 시간에 따라 측정된 임피던스 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8 본 발명의 센서로 측정된 저항(온도)의 용매들의 휘발률 및 끓는점에 대한 의존을 나타낸 그래프이다.
도 9 본 발명의 센서로 측정된 용매들의 시간에 따르는 정전용량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 센서를 사용한 이소프로필 알코올에 대한 실험을 요약한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 온도 및 임피던스 통합 센서를 제조하는 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 시료 퍼짐 방지벽이 구비된 본 발명의 온도 및 임피던스 통합 센서를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 스핀코팅의 시간에 따르는 절연층(PDMS층)의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 2개의 온도범위(57.0℃ ~ 63.0℃ 및 34℃ ~ 40.0 ℃)에서 나타난 백금전극의 TCR 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 센서를 사용하여(용매: 이소프로필 알코올) 시간에 따라 측정된 저항(온도)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7 본 발명의 센서를 사용하여(용매: 이소프로필 알코올)을 사용하는 경우 시간에 따라 측정된 임피던스 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8 본 발명의 센서로 측정된 저항(온도)의 용매들의 휘발률 및 끓는점에 대한 의존을 나타낸 그래프이다.
도 9 본 발명의 센서로 측정된 용매들의 시간에 따르는 정전용량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 센서를 사용한 이소프로필 알코올에 대한 실험을 요약한 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
아래 설명과 도면은 당업자가 설명되는 장치와 방법을 용이하게 실시할 수 있도록 특정 실시예를 예시한다. 다른 실시예는 구조적, 논리적으로 다른 변형을 포함할 수 있다. 개별 구성 요소와 기능은 명확히 요구되지 않는 한, 일반적으로 선택될 수 있으며, 과정의 순서는 변할 수 있다. 몇몇 실시예의 부분과 특징은 다른 실시예에 포함되거나 다른 실시예로 대체될 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 및 임피던스 통합 센서를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 따르면, 본 발명의 온도 및 임피던스 통합 센서는 기판(10); 상기 기판 위에 형성된 온도센서(20); 상기 온도센서 위에 형성된 절연층(30); 및 상기 절연층 위에 형성된 임피던스센서(40);를 포함한다.
상기 온도센서(20)로는 박막형 RTDs(Resistance temperature detectors)가 사용될 수 있다. 상기 박막형 RTDs는 “저항 온도계(Resistance thermometer)”로도 불려지고 있다. 상기 박막형 RTDs로는 이 분야에서 공지된 형태가 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 임피던스센서(40)는 박막형 임피던스센서가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 박막형 임피던스센서로는 이 분야에서 공지된 형태가 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 절연층(30)은 이 분야에서 공지된 절열층 형성 소재를 사용하여 형성될 수 있으며, 특히, PDMS(polydimethylsiloxane)가 바람직하게 사용될 수 있으며, SiO2도 사용될 수 있다. 상단의 임피던스센서(40)에서 열이 하부 온도센서(20)로 전달 될 때, 열손실을 줄이기 위해서 절연층(30)의 두께는 최대한 얇게 하는 것이 바람직하다. 그러나 절연의 기능을 수행해야 하므로 절연막의 두께는 1.4 ㎛~1.6 ㎛로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 온도센서(20) 및 임피던스센서(40)를 구성하는 전극재료로는 이 분야에서 공지된 재료들이 사용될 수 없다. 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄, 니켈-구리(Ni-Cu) 합금, 니켈-철(Ni-Fe) 합금, 니켈-크롬(Ni-Cr) 합금 등이 사용될 수 있다. 이들 중에서 특히 백금이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 온도 및 임피던스 통합 센서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(10); 상기 기판 위에 형성된 온도센서(20); 상기 온도센서 위에 형성된 절연층(30); 및 상기 절연층 위에 형성된 임피던스센서(40);를 포함하며, 상기 임피던스센서(40)의 위에는 시료가 임피던스센서의 감지부 밖으로 퍼지는 것을 방지하는 시료 퍼짐 방지벽(50)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 및 임피던스 통합 센서를 제공한다.
상기 시료 퍼짐 방지벽(50)은 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 소재로 형성될 수 있다.
상기 시료 퍼짐 방지벽(50)의 형태는 시료가 퍼지는 것을 방지하고 시료가 센서의 상방으로부터 임피던스센서에 도달할 수 있는 통로를 형성하는 형태라면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 시료 퍼짐 방지벽의 예를 들면, 원통형 관, 다각형 관 등이 사용될 수 있다.
상기 시료 퍼짐 방지벽(50)은을 더 포함하는 온도 및 임피던스 통합 센서에는 위의 온도 및 임피던스 통합 센서에서 기재된 내용이 모두 적용될 수 있다. 따라서 이하에서는 반복되는 내용은 설명을 생략한다.
본 발명의 온도 및 임피던스 통합 센서를 사용하여 세포 상태의 전기적 및 열적 동시 모니터링을 수행하는 것은 세포에서 일어나는 즉각적인 반응을 체크하기 위해 매우 유용하며, 오랜 기간 동안 진행되는 약물 반응의 모니터링을 위하여 매우 유용하다.
본 발명의 온도 및 임피던스 통합 센서에서 상기 온도센서 및 임피던스센서는 온도와 임피던스 변수들을 동시적으로 모니터링하기 위하여 통합된다. 온도센서는 세포-약물 반응 또는 세포 성장 동안 온도 변화를 검출을 위한 부품이다. 실제 측정은 시간에 따르는 저항 값의 모니터링에 의해 수행되지만 Temperature Coefficient of Resistance (TCR)를 사용하여 온도변화로 변환될 수 있다.
TCR은 온도가 1K 또는 1℃로 변화될 때 상대적인 저항변화를 의미한다. 온도센서에 대한 TCR 방법은 지난 10년 이상 많은 연구 영역에서 열적 특성의 평가를 위하여 널리 사용되어 왔다. 또한, 임피던스센서는 세포의 상태를 검출하기 위한 부품이다. 그러므로 온도와 임피던스 변화의 동시적 모니터링은 센서의 적용을 위하여 매우 효과적인 방법이다.
본 발명의 센서를 사용하기 전에 온도 및 임피던스센서들의 감도를 평가하는 것이 필요하다. 센서들의 감도를 평가하기 위하여 세가지 다른 종류의 용매 휘발 방법이 행해진다. 선택된 용매들의 휘발율은 그들이 다른 끓는점을 갖기 때문에 서로 다르다. 이 방법을 사용하는 것에 의한 센서 특성화 후, 세포 상태의 모니터링은 정확하게 수행될 수 있다. 자세한 내용은 아래에서 기술된다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예 1: 센서의 제작
본 발명의 센서의 제작에 있어서 바이오 영역에 적용하기 위하여 바이오 호환 물질이 사용되어야 한다. 또한, 박막 증착 전극 물질은 안정해야 하고, 그러므로 그 물질의 변화를 방지하기 위해 높은 작동 기능(high work function)이 요구된다(백금의 작동 기능: 5.12~5.93 eV). 또한, 온도변화를 측정하기 위하여 온도센서의 인덱스로서 사용될 수 있는 TCR 값이 높아야 한다. 백금의 TCR은 온도의 증가와 함께 선형적으로 증가되며 높은 값을 갖는다는 것은 일반적으로 알려져 있다. 그러므로 본 발명의 센서에서 백금은 적당한 센서물질로 사용될 수 있다.
센서 제작 공정은 도 2에 의하여 예를 들어 설명된다.
이하에서 기판(10)으로서 슬라이드 글라스가 사용되는 예에 대하여 기술한다. 상기 센서는 세 개의 구조를 포함한다.
첫째, 온도센서(20)는 슬라이드 글라스 기판 위에 형성되었다. 도 2에 도시된 형태로 슬라이드 글라스 기판 위에 스퍼터에 의하여 백금 박막을 증착시키고, 리소그래프 공정에 의해 전극패턴을 완성하거나 shadow mask를 사용하여 스퍼터에 의하여 백금 전극패턴을 완성할 수 있다. 이때, 온도센서의 감지부 근처는 온도의 미세한 변화를 검출하기 위하여 미세회로(21)를 형성시켰다.
상기 온도센서(20)와 임피던스센서(40) 사이에는 이들의 분리를 위하여 절연층(30)이 형성되었다. 상기 절연층(30)은 PDMS(Sylgard 184, K1 solution)를 스핀코팅에 의하여 온도센서 위에 코팅하여 형성하였다.
임피던스센서(40)는 상기 절연층(30) 즉, 스핀코팅된 PDMS 층 위에 형성한다. 도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 2개의 전극을 좁은 간극을 두고 형성하여 미세회로를 형성하였다. 즉 스퍼터에 의해 백금 박막을 증착시킨 후, 리쏘그래피 공정에 의해 미세패턴을 완성하였다.
도 2는 센서 제작 공정의 개략도이며, 연속적으로 통합된 온도센서(20), 절연층(30) 및 임피던스센서(40)를 나타낸다. 상기 절연층(30)은 온도변화의 민감한 검출을 위하여 박막으로 형성되었다.
도 4는 스핀코팅 시간에 따르는 PDMS 층의 두께 변화를 나타낸다. 전기적인 단절 및 감도의 측면에서 적절한 두께를 찾기 위하여, 5분, 10분 및 20분 코팅조건들이 실험에서 고려되었다.
(1) TCR 측정
상기 센서 내의 온도센서(20)는 민감한 온도 변화를 검출한다. 그것은 빠르고 정확하게 온도변화에 응답한다. 그러므로, 상기 TCR은 온도센서의 인덱스로서 사용하기 위하여 정확하게 측정되어야 한다. TCR은 반도체 파라미터 분석기(4200-SCS, Keithley)를 사용하여 5 mV의 인터발로 -0.1 V 내지 0.1 V 의 전압을 적용하여 측정되었다. 이러한 측정에서, 상기 온도범위는 두 부분으로 분리된다. 센서는 세포의 성장과 연관된 것을 측정하기 위하여 바디(Body) 온도 범위 내의 TCR을 요구한다. 그러므로, 첫 번째 온도범위는 0.5℃의 인터발을 가지고 34 ℃ 내지 40 ℃에서 선택되었다. 반대로, 용매 휘발 실험은 60℃ 주변의 온도를 요구한다. 그래서, 두 번째 온도범위는 1℃의 인터발을 가지고 57 ℃ 내지 63℃에서 선택되었다.
용매의 온도는 실온(300K) 주변이고 그것은 용매가 센서 위로 적하될 때, 온도센서와 상호작용한다. 센서의 온도를 조절하기 위하여, 온도 조절 프로브 스테이션(ETCP-2000, Ecopia)이 사용되었다. 도 5는 위에서 언급된 두 개의 다른 온도 범위들에서 TCR 특성들을 나타낸다. TCR은 각각 1957.98 ppm/℃ (temperature range: 57.0℃ ~ 63.0℃) 및 1982.91 ppm/℃ (temperature range: 34℃ ~ 40.0 ℃)로서 평가되고 그 온도의 불확실성은 ±0.05 ℃ 미만이었다. TCR은 다음의 수학식으로 계산되었다:
상기 평가된 TCR 값은 온도센서 물질로서 Pt의 유효성을 나타내는 온도범위와 관계 없이 거의 동일한 값을 나타냈다. 상기 추출된 TCR 값은 ±0.05 ℃ 사이의 온도 불확실성을 나타냈다.
(2) 온도 및 임피던스 측정
도 3은 시료 퍼짐 방지벽(50)이 형성된 본 발명의 센서를 모식적으로 도시하고 있다. 상기 시료 퍼짐 방지벽(50)은 PDMS로 형성될 수 있다. 상기 시료 퍼짐 방지벽(50)은 다양한 용매들의 휘발 모니터링을 위하여 임피던스센서(40) 위에 부착된다. 시료 퍼짐 방지벽(50)은 센서 위에 용매들을 적하한 후 용매가 밖으로 퍼지는 것을 방지한다.
온도 및 임피던스 측정을 위하여 스테이지 온도는 60℃로 설정하였다. 용매의 적하 후에 저항과 임피던스의 전기적 변화는 시간의 함수(function)로 모니터 되었다.
저항 변화는 Sourcemeter(2400, Keithley)를 사용하여 0.1V를 적용하는 것에 의해 측정되었다. 임피던스 변화는 LCR meter(4284A, Agilent)를 사용하여 측정되었다. 진동수는 신호 안정성을 고려하여 150 KHz로 설정되었다.
도 6 및 7은 각각 시간에 따라 측정된 저항(온도) 및 임피던스 변화를 나타낸 그래프이다. 사용된 용매는 이소프로필 알코올이고, 적하된 부피는 10 ㎕였다.
도 6은 휘발에 따라 저항이 갑작스럽게 감소하거나 초기의 저항까지 점차적으로 증가하는 것을 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이, PDMS 두께에 따르는 온도와 저항의 특별한 차이는 없었다.
도 7은 PDMS의 두께에 따르는 정전용량 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 확인되는 바와 같이, 정전용량은 PDMS의 두께와 특별한 관계가 없는 것으로 나타났다. 상기 정전용량 변화는 3개의 다른 PDMS 두께에 대하여 ±1.135 % 범위 내에 있었다.
중요한 것은 용매의 휘발 시간이 절연층인 PDMS의 두께에 관계 없이 동일하다는 것이다. 상기 실험으로부터 온도 및 임피던스센서는 절연층인 PDMS의 두께에 관계 없이 정교한 측정이 가능하다는 것이 확인되었다. 또한, 최적의 PDMS 두께는 1.5 ㎛로 설정되었다.
도 8및 9는 세 개의 다른 용매들 즉, 아세톤, 메탄올 및 이소프로필 알코올에 대한 측정 저항(온도) 및 시간에 따르는 임피던스 변화를 나타낸다. PDMS 두께는 1.5㎛로 고정되었다. 도 8(a) 및 8(b)는 저항(온도)의 용매들의 휘발률 및 끓는점에 대한 의존을 나타낸다. 상기 용매들의 끓는점 및 휘발률에 대한 저항(온도)의 의존은 도 8 (a) 및 (b)로 요약된다. 도 9의 (a) 및 (b)는 시간에 따르는 용매들의 정전용량의 변화를 나타낸 그래프이다. 이소프로필 알코올은 400s까지 정전용량이 점차적으로 감소하였으며 아세톤은 정전용량이 시간에 따라 증가 및 감소하는 거동을 나타냈다. 메탄올에 대한 정전용량은 휘발의 종료 직전까지 빠르게 증가하였다. 상기 백금과 메탄올 사이의 전기촉매작용은 연료 전지에서 잘 알려져 있다. 백금과 메탄올 사이의 전기촉매작용의 결과로서 수소이온 및 전자의 증가 및 전기용량의 증가가 나타났다. 그러므로 이 실험으로부터 본 발명의 센서가 화학작용의 모니터링을 위하여 적용될 수 있음을 알 수 있다.
도 10은 이소프로필 알코올에 대한 실험을 요약한 개략도이다. 이소프로필 알코올의 적하 후에 저항 및 임피던스가 갑작스럽게 변화하였으며, 휘발의 종료 후에 저항 및 임피던스는 초기의 값으로 돌아왔다.
10: 기판 20: 온도센서
21: 미세회로
30: 절연층 40: 임피던스센서
50: 시료 퍼짐 방지벽
21: 미세회로
30: 절연층 40: 임피던스센서
50: 시료 퍼짐 방지벽
Claims (1)
- 온도 센서와 임피던스 센서를 적층형으로 형성하여 세포의 전기적 및 열적 모니터링을 동시에 수행하는 통합 센서의 제조방법에 있어서,
슬라이드 글라스 기판(10)을 배치하는 공정;
상기 기판(10) 위에 스퍼터에 의하여 백금 박막을 증착시키고, 섀도 마스크(shadow mask)를 사용하여 상기 스퍼터에 의하여 백금 전극패턴을 형성하여 박막형 RTDs(Resistance temperature detectors) 온도센서(20)를 형성하되, 온도의 미세한 변화를 검출할 수 있도록 상기 온도센서(20)의 감지부에는 미세회로(21)를 형성하는 공정;
상기 온도센서(20) 위에 PDMS(polydimethylsiloxane)의 스핀코팅에 의하여 절연층(30)을 코팅하되, 절연의 기능을 수행하되 하부의 온도센서로 전달되는 열의 손실을 줄이기 위해 1.5㎛의 두께로 상기 절연층(30)을 형성하는 공정;
상기 스핀코팅된 PDMS 절연층(30) 위에 스퍼터에 의해 백금 박막을 증착시킨 후, 리소그래피 공정으로 2개의 전극이 소정 간극을 두고 형성되는 미세회로를 형성하여 박막형 임피던스센서(40)를 형성하되, 상기 박막형 임피던스센서(40)는 상기 온도센서(20)의 감지부의 상단에 형성되는 공정; 및
상기 임피던스센서(40)의 위에 시료 퍼짐 방지벽(50)을 부착하되, 상기 시료 퍼짐 방지벽(50)은 시료가 상기 임피던스센서(40)의 감지부 밖으로 퍼지는 것을 방지하며 상기 시료가 상기 통합 센서의 상방으로부터 상기 임피던스센서(40)에 도달할 수 있는 통로를 형성할 수 있도록 다각형 관 형태를 가지며, PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성되는 공정;을 포함하고,
상기 온도센서(20)를 형성하는 공정은,
상기 시료 퍼짐 방지벽(50) 내에 용매를 적하하는 공정;
5mV의 인터발로 -0.1V 내지 0.1V의 전압을 상기 용매에 적용하고, 온도 조절기를 이용하여 상기 용매의 온도를 기 설정된 인터발을 가지는 소정의 온도범위에 기초하여 조절하되, 상기 온도센서(20)를 이용하여 측정하고자 하는 대상이 세포의 성장으로 인해 발생하는 온도 변화인 경우 상기 소정의 온도범위를 34.0℃ 내지 40.0℃로 설정하고, 측정하고자 하는 대상이 용매 휘발 실험으로 인해 발생하는 온도 변화인 경우 상기 소정의 온도범위를 57.0℃ 내지 63.0℃로 설정하는 공정;
상기 용매의 온도 조절에 따른 상기 온도센서(20)의 저항 변화를 측정하는 공정; 및
상기 온도 조절에 따라 측정된 저항 변화에 기초하여 상기 온도센서(20)의 TCR값을 산출하는 공정;을 포함하고,
상기 시료 퍼짐 방지벽(50) 내에 세 개의 다른 용매인 아세톤, 메탄올 및 이소프로필 알코올이 적하된 각각의 상태에서 상기 세 개의 다른 용매 각각에 대한 온도 및 시간에 따르는 임피던스 변화와 시간에 따르는 정전 용량의 변화를 통해 상기 온도센서(20) 및 상기 임피던스센서(40)의 감도가 평가되는 공정;을 더 포함하는,
온도 및 임피던스 통합 센서 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190065568A KR101991120B1 (ko) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 온도 및 임피던스 통합 센서 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190065568A KR101991120B1 (ko) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 온도 및 임피던스 통합 센서 제조방법 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180099259A Division KR20180097495A (ko) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | 온도 및 임피던스 통합 센서 및 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190065225A KR20190065225A (ko) | 2019-06-11 |
| KR101991120B1 true KR101991120B1 (ko) | 2019-06-19 |
Family
ID=66846949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190065568A KR101991120B1 (ko) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 온도 및 임피던스 통합 센서 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101991120B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110579516A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-12-17 | 青岛歌尔智能传感器有限公司 | 二氧化氮气体检测器件及其制作方法、以及电子产品 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100848811B1 (ko) * | 2006-09-29 | 2008-07-28 | 전자부품연구원 | 세포 배양 환경 및 주화성 측정 장치 |
| JP2011501127A (ja) * | 2007-10-09 | 2011-01-06 | ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファウンデーション，インク． | 集積温度制御コントロール及び温度センサを備えた多機能電位差ガスセンサアレイ |
| KR100973042B1 (ko) * | 2008-03-18 | 2010-07-29 | 연세대학교 산학협력단 | 셀센서 및 이를 이용하여 세포의 상태를 실시간으로모니터링하는 방법 |
| KR101460066B1 (ko) * | 2012-12-21 | 2014-11-11 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 대면적 기판에서의 나노웰 어레이 바이오센서 제조방법 |
| KR101646708B1 (ko) | 2014-04-24 | 2016-08-09 | (주) 래트론 | 온도 센서 소자 및 그 제조 방법 |
-
2019
- 2019-06-03 KR KR1020190065568A patent/KR101991120B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190065225A (ko) | 2019-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mitzner et al. | Development of a micromachined hazardous gas sensor array | |
| US7294899B2 (en) | Nanowire Filament | |
| EP2762867B1 (en) | Gas sensor with temperature control | |
| EP3425411B1 (en) | Method for evaluating insulation properties of insulator | |
| KR100561908B1 (ko) | 센서 구조체 및 그 제조방법 | |
| Kondalkar et al. | MEMS hydrogen gas sensor for in-situ monitoring of hydrogen gas in transformer oil | |
| KR101991120B1 (ko) | 온도 및 임피던스 통합 센서 제조방법 | |
| WO2018176549A1 (zh) | 气敏电阻的制造方法及使用该方法制造的气体传感器 | |
| KR20180044049A (ko) | 온도 및 임피던스 통합 센서 | |
| KR20180097495A (ko) | 온도 및 임피던스 통합 센서 및 제조방법 | |
| KR101761838B1 (ko) | 변압기 절연유의 수소가스 농도 측정 방법 및 장치 | |
| US20170023508A1 (en) | Method of making thin film humidity sensors | |
| Elmi et al. | Development of ultra low power consumption hotplates for gas sensing applications | |
| Baroncini et al. | Characterization of an embedded micro-heater for gas sensors applications | |
| Elmi et al. | Ultra low power MOX sensors with ppb-level VOC detection capabilities | |
| Hasanah et al. | Design, Fabrication, and Characterization of PVA-SnO 2 based Humidity Sensor | |
| Lim et al. | The Characteristics of Temperature/Impedance Integrated Sensors | |
| Yang et al. | A flexible implantable micro temperature sensor on polymer capillary for biomedical applications | |
| Tarapata et al. | Novel dew point hygrometer fabricated with inkjet printing technology | |
| CN115200729B (zh) | 阵列式薄膜温差传感器及其制备方法 | |
| CN219303681U (zh) | 集成温度监测结构的红外探测器 | |
| Oukms et al. | Temperature Measurements for Space Charge Measurements in Dielectrics using a Thermal Step applied by a Coolant Liquid | |
| US20220178862A1 (en) | Fast humidity sensor and a method for calibrating the fast humidity sensor | |
| Lin et al. | A microfabricated temperature sensor for hyperthermia | |
| WO2017071950A1 (de) | System und verfahren zum überwachen eines kanals, insbesondere eines mems-kanals |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |