KR20090118366A - 기체 내 미세입자 검출 장치 및 이의 제작 방법 - Google Patents
기체 내 미세입자 검출 장치 및 이의 제작 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090118366A KR20090118366A KR1020080044107A KR20080044107A KR20090118366A KR 20090118366 A KR20090118366 A KR 20090118366A KR 1020080044107 A KR1020080044107 A KR 1020080044107A KR 20080044107 A KR20080044107 A KR 20080044107A KR 20090118366 A KR20090118366 A KR 20090118366A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- sample
- channel
- forming
- cooling layer
- Prior art date
Links
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 title claims description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 57
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 11
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 6
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims 1
- 238000004720 dielectrophoresis Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 12
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 1
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000007479 molecular analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation 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
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
- G01N1/2214—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling by sorption
-
- 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
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
-
- 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
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
-
- 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
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/40—Concentrating samples
- G01N1/4022—Concentrating samples by thermal techniques; Phase changes
- G01N2001/4033—Concentrating samples by thermal techniques; Phase changes sample concentrated on a cold spot, e.g. condensation or distillation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
미세입자가 포함된 기체 형태의 시료가 유입되는 유입구; 상기 시료가 유출되는 유출구; 상기 시료가 상기 유입구로부터 상기 유출구로 흐르는 공간인 채널; 상기 채널 내에 흐르는 상기 시료를 냉각하여 응축시키는 냉각층; 상기 냉각층 상에 위치하며 상기 응축된 시료가 포집되는 포집조; 상기 냉각층 상의 상기 포집조 내에 위치하며, 포집된 상기 시료에 포함된 미세입자를 검출하는 검출부; 및 상기 유출구 부분의 가열을 통해 상기 유입구부와 상기 유출구부 사이의 기압차를 형성하여, 상기 채널을 통한 상기 유입구로부터 상기 유출구로의 상기 시료의 흐름을 생성하는 가열부를 포함하는 기체 내 미세입자 검출 장치 및 이의 제작 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치를 사용하면, 별도의 펌프 또는 포집기를 사용하지 않고 기체 형태의 시료에 포함된 미세입자를 검출할 수 있으며, 검출 시간이 단축되고 검출 정확도가 향상되는 이점이 있다.
미세입자, 미생물, 미세대류펌프(Micro Convection Pump), 유전영동(Dielectrophoresis, DEP), 유전영동센서(Dielectrophoretic Impedance Sensor)
Description
본 발명은 기체 내 미세입자 검출 장치 및 이의 제작 방법에 관한 것으로, 상세하게는 기체 형태의 시료 내에 포함되어 있는 미생물과 같은 특정 미세입자를 미세대류펌프(Micro Convection Pump), 냉각 소자 및 유전영동 임피던스(Dielectrophoretic Impedance; DEPIM) 센서를 이용하여 검출하기 위한 기체 내 미세입자 검출 장치 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.
최근에는 급속한 산업발달로 인하여 오염정도가 날로 심각해지고 있으므로, 생활 환경에서의 질병 유해 미생물에 의한 오염정도의 진단 분야인 바이오 환경 산업의 비중이 커질 것이다. 특히 공기 내 부유 미생물을 검출하는 기술은 에어컨, 공기청정기 및 공조기 등의 장치에 사용될 뿐만 아니라, 미생물의 종류에 따라 생물 무기에도 사용될 수 있어 중요성이 높다.
특정 시료 내에 포함된 미생물의 농도를 측정하기 위한 방법으로는, 미생물을 구성하는 분자가 특정 파장의 빛에 조사되었을 시 방출하는 특정 파장의 형광을 검출하는 광학식 측정 방법, DNA/RNA 또는 단백질 존재나 특성 변화를 측정하는 PCR이나 ELISA 등과 같은 분자분석식 측정 방법, 및 마이크로 채널(micro channel) 과 전극을 이용하여 미생물이 전극 사이를 지날 때 발생하는 전기적 신호의 변화를 측정하는 전기식 측정 방법 등이 있다.
본 발명은 기체 형태의 시료 내에 포함되어 있는 미세입자를 검출하기 위한 기체 내 미세입자 검출 장치 및 상기 미세입자 검출 장치를 제작하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치의 일 실시예는 미세입자가 포함된 기체 형태의 시료가 유입되는 유입구; 상기 시료가 유출되는 유출구; 상기 시료가 상기 유입구로부터 상기 유출구로 흐르는 공간인 채널; 상기 채널 내에 흐르는 상기 시료를 냉각하여 응축시키는 냉각층; 상기 냉각층 상에 위치하며 상기 응축된 시료가 포집되는 포집조; 상기 냉각층 상의 상기 포집조 내에 위치하며, 포집된 상기 시료에 포함된 미세입자를 검출하는 검출부; 및 상기 유출구 부분의 가열을 통해 상기 유입구부와 상기 유출구부 사이의 기압차를 형성하여, 상기 채널을 통한 상기 유입구로부터 상기 유출구로의 상기 시료의 흐름을 생성하는 가열부를 포함한다.
본 발명에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법의 일 실시예는, 제1 기판에 미세입자가 포함된 기체 형태의 시료를 냉각하여 응축하기 위한 냉각층을 형성하는 단계; 상기 냉각층 위에 전기적 절연을 위한 절연막을 형성하는 단계; 상기 냉각층 위에 상기 시료에 포함된 상기 미세입자를 검출하기 위한 검출부를 형성하는 단계; 상기 제1 기판에 가열에 의하여 유출구부와 유입구부의 기압차를 형성하기 위한 가열부를 형성하는 단계; 제2 기판 및 상기 제1 기판에 상기 가열부에 의해 형성된 기압차에 의해 상기 시료가 흐르는 공간인 채널을 형성하는 단계; 상 기 제2 기판을 식각하여 상기 시료가 유입되는 상기 유입구 및 상기 시료가 유출되는 상기 유출구를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판 상에 제2 기판을 덮고 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 서로 접합하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 채널은 상기 제1 기판에 상기 가열부 및 상기 검출부를 노출시키고, 상기 냉각층 위에 상기 응축된 시료가 포집되는 포집조를 포함하는 제1 채널층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 기판에 제2 기판의 일부분을 노출시키는 제2 채널층을 형성하는 단계에 의하여 형성된다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치의 일 실시예를 도시한 횡단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 실시예에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치는 미세입자(100)를 포함하는 기체 형태의 시료가 유입되는 유입구(10), 시료가 유출되는 유출구(20), 시료가 유입구(10)와 유출구(20) 사이를 흐르는 공간인 채널(30), 채널(30) 내에 흐르는 시료를 냉각하여 응축시키는 냉각층(40), 상기 응축된 시료가 포집되어 모아지는 포집조(45), 포집된 시료 내에 포함된 미세입자를 검출하는 검출부(50) 및 채널(30) 내에 시료의 흐름을 생성하는 가열부(60)를 포함하여 구성된다.
채널(30)은 산화물(Oxide), 질화물(Nitride) 및 폴리머(Polymer) 재질로 된 기판(1, 2)을 이용하여 형성된다. 유입구(10)를 통하여 미세입자(100)를 포함하는 시료가 유입되며, 유입된 시료는 채널(30)을 통하여 유출구(20) 방향으로 흐르게 된다. 시료는 미세입자(100)를 운반하기에 적당한 물질로, 예컨대 공기 등의 기체일 수도 있다. 한편 채널(30)의 폭, 길이 및 깊이는 미세입자를 검출하고자 하는 시료의 유량을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다.
유입구(10)와 유출구(20) 사이의 채널(30) 저면에는 냉각층(40), 포집조(45), 가열부(60) 및 검출부(50)가 위치한다. 냉각층(40)은 시료의 온도를 낮춤으로써 시료를 응축하여 포집하기 위한 장치이다. 본 발명의 일 실시예에서, 냉각층(40)은 전류가 흐를 경우 이종의 금속 접촉면에서 열이 흡수되는 펠티에 효과(Peltier effect)를 이용한 펠티에 소자를 포함할 수도 있다. 냉각층(40)과 채널(30)의 저면 사이에는 전기적 절연을 위한 절연막(70)이 위치한다.
채널(30) 내를 흐르는 시료는 냉각층(40)의 상부를 통과하면서 온도가 낮아져 응축되면서 냉각층(40) 상에 위치한 포집조(45) 내에 포집된다. 예컨대, 공기가 냉각층(40) 위를 통과하는 경우, 공기가 냉각층(40)에 의해 응축되어 냉각층(40) 상에 위치한 포집조(45) 내에 포집될 수 있다. 냉각층(40)에 의하여 응축되어 포집조(45) 내에 포집된 시료의 일부분은 포집조(45) 내에 위치한 검출부(50) 상에도 위치하게 되며, 검출부(50)는 포집된 시료에 포함된 미세입자(100)의 양을 검출한다. 미세입자를 검출하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서 검출부(50)는 유전영동(electrophoresis; DEP) 현상을 이용하여 미세입자를 검출하는 유전영동 임피던스(Dielectrophoretic Impedance; DEPIM) 센서로 구성될 수 있다.
유출구(20)가 위치한 부분의 채널(30) 저면에는 가열부(60)가 위치한다. 가 열부(60)는 유출구(20) 부분을 가열하여 유출구(20)부와 유입구(10)부 사이의 기압차를 형성하여 채널(30) 내의 시료의 흐름을 형성하기 위한 소자로서, 유출구(20) 부분의 상대적으로 낮은 압력으로 인해 시료는 유입구(10)로부터 채널(30)을 통해 유출구(20) 방향으로 흐르게 된다.
즉, 가열부(60)에 의해 유입구(10), 채널(30) 및 유출구(20)를 연결하는 대류 펌프(convection pump)가 형성된다. 이와 같이 구성하면 채널(30)과 동일한 기판에 형성된 가열부(60)에 의해 시료를 순환하게 되므로, 채널(30) 내로 시료를 공급하기 위한 별도의 외부 펌프를 사용할 필요가 없는 이점이 있다.
또한, 시료는 냉각층(40) 및 검출부(50)를 통과하면서 미세입자의 검출이 완료된 이후 가열부(60) 상에서 가열되어 유출구(20)를 통하여 유출된다. 따라서, 미생물 등과 같은 미세입자의 검출에 있어서 가열부(60)의 열에 의한 검출시료의 형질 변형이 일어나지 않아 미세입자 검출 장치의 검출 정확도가 향상되는 이점이 있다.
도 2는 도 1에 도시된 기체 내 미세입자 검출 장치에서 검출부(50)가 위치한 부분의 채널 저면을 확대하여 도시한 평면도이다. 한편, 도 3은 도 2에 도시된 검출부(50)를 A-A'를 잇는 직선을 따라 절단한 단면을 도시한 종단면도이다. 이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여 검출부(50)에 의한 미세입자 검출 과정을 설명한다.
채널(30) 내를 흐르는 시료는 냉각층(40) 상을 통과하면서 전술한 바와 같이 냉각층(40)에 의해 냉각되어 응축되면서 포집조(45) 내에 포집된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 검출부(50)는 서로 대향하며 서로 이격하여 위치하는 한 쌍의 전극(51, 52)을 포함하여 구성된다. 상기 한 쌍의 전극(51, 52)은 DEPIM 센서를 형성한다. 또 다른 실시예에서 DEPIM 센서는 1개 이상의 전극쌍으로 구성될 수 있다.
DEPIM 센서란 미세입자가 분산되어 있는 용액 내에 위치하는 전극 간에 교류 전기장 인가시 일어나는 DEP 현상에 의해 미세입자가 전극에 포집될 때 발생하는 전극 사이의 임피던스 변화를 통해 미세입자를 검출하는 센서이다. 시료에 포함된 미세입자는 유전영동 현상에 따라 (+) DEP 입자, (-) DEP 입자 및 DEP 특성이 없는 (제로, zero) DEP 입자로 구분될 수 있다. (+) DEP 입자는 전기장 내에서 고밀도 전기장 방향으로 이동하며, (-) DEP 입자는 저밀도 전기장 방향으로 이동한다. 한편, (제로, zero) DEP 입자는 전기장의 밀도에 영향을 받지 않고 위치를 유지한다.
검출부(50)는 한 쌍의 전극(51, 52)을 포함하여 구성되며, 양 전극(51, 52)에서는 복수 개의 돌출부가 돌출되어 서로 깍지 형태로 맞물린다. 양 전극(51, 52) 사이에는 소정 주파수의 교류 전력이 인가된다. 교류 전력 인가를 위하여 양 전극(51, 52)은 기판의 외부에 컨택(미도시)을 구비한다. 도 2에 도시되는 바와 같이 각각의 전극(51, 52)이 평판 형태가 아니라 절곡된 형상으로 되어 있으므로, 양 전극(51, 52) 사이에 전력이 인가되면 각 전극의 절곡된 부분에 상대적으로 고밀도의 전기장이 형성된다.
냉각층(40) 상에 위치한 포집조(45) 내에 포집되는 시료(200)는 전기장 인가시 DEP 현상에 의해 DEP 전극의 양 전극(51, 52) 사이로 이동하게 되는데, 시료 내의 미세입자(100)는 미세입자(100)의 DEP 극성에 따라 고밀도의 전기장 방향 또는 저밀도의 전기장 방향으로 이동하거나, 전기장에 영향을 받지 않고 이동한다. 포집된 시료(200) 내의 미세입자(100)의 이동으로 인하여 양 전극(51, 52) 사이의 임피던스 변화가 유발되며, 임피던스 변화를 통하여 양 전극(51, 52) 사이의 미세입자의 양을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 검출부(50)의 양 전극(51, 52)에 인가되는 전력의 주파수에 따라 전극의 임피던스 변화를 각 미세입자 별로 패턴화하면, 양 전극(51, 52)에 인가되는 전력의 주파수를 변화시켜 가면서 검출부(50)에 포집된 미세입자의 종류 및 유전율 등의 정성 분석을 수행하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이 구성된 기체 내 미세입자 검출 장치를 사용하면, 미세입자 검출을 위하여 시료를 포집하는 냉각층(40) 및 미세입자를 검출하는 센서인 검출부(50)가 서로 인접하여 위치 하므로, 시료의 포집과 동시에 미세입자의 검출이 가능하여 미세입자 검출에 걸리는 시간이 단축되는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 검출부(50)의 전극 구조는 도 2에 도시된 양 전극(51, 52)과 상이하게 구성될 수도 있다. DEPIM 센서는 비균일(non-uniform)하게 형성된 전기장 내에서 유전영동에 의한 효과를 이용하여 미세입자를 검출한다. 따라서, 검출부(50)는 비균일한 전기장을 형성 가능한 임의의 전극 구조를 사용하여 구성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치를 제작하는 방법의 일 실시예를 도시한다.
우선, 도 4a에 도시되어 있는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼로 된 제1 기판(1)을 준비한다. 이후, 제1 기판(1)에 냉각층(40)을 형성한다. 냉각층(40)은 반도체 공정을 통해 제1 기판(1) 상에 펠티에 소자로 구성할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 기판(1)이 유리 또는 플라스틱 재질인 경우, 냉각층(40)은 펠티에 소자를 제1 기판(1)의 뒷면에 부착하여 형성될 수 있다.
다음으로 전기적 절연을 위한 절연막(70)으로, 산화물(Oxide)막 또는 질화물(Nitride)막을 제1 기판(1)의 전면에 증착한다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이 냉각층(40) 상에 검출부(50)를 형성한다. 도 1 내지 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 검출부(50)는 유전영동 현상에 의하여 미세입자를 검출하기 위한 소자이며, 하나 이상의 전극 쌍을 포함하여 구성될 수 있다. 검출부(50)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 및 팔라디움(Pd) 등의 금속막을 증착한 후 습식에칭 또는 건식에칭에 의해 패터닝하여 형성하거나, 상기 금속막의 리프트오프(Lift-off) 공정을 통해 형성한다.
다음으로, 도 4c에 도시되는 바와 같이 제1 기판(1)상에 가열부(60)를 형성한다. 가열부(60)는 유출구 부분을 가열하여 유출구와 유입구 사이의 기압차를 유도하여 채널 내의 기체 시료의 흐름을 형성하기 위한 소자이다. 따라서, 가열부(60)는 유출구가 형성될 부분의 제1 기판(1) 상에 형성될 수 있다. 가열부는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 및 팔라디움(Pd) 등의 금속막을 증착한 후 습식에칭 또는 건식에칭에 의해 패터닝하여 형성하거나, 상기 금속막의 리프트오프(Lift-off) 공정을 통해 형성한다.
다음으로, 도 4d에 도시되는 바와 같이, 제1 기판(1) 상에 시료가 응축되어 포집되는 포집조(45)를 포함하는 제1 채널층(31)을 형성한다. 제1 채널층(31)은 산화물(oxide)막, 질화물(nitride)막 또는 폴리머(polymer)막을 증착한 후 패터닝에 의해 형성될 수 있다. 패터닝시에 포집조(45)를 냉각층(40)상에 위치하게 하고, 가열부(60)가 노출되게 할 수 있다.
다음으로, 도 4e에 도시된 바와 같이, 시료가 흐르는 채널을 형성하기 위한 제2 채널층(32)을 제2 기판(2) 상에 형성한다. 제2 채널층(32)은 산화물(oxide)막, 질화물(nitride)막 또는 폴리머(polymer)막을 증착한 후 패터닝에 의해 형성될 수 있으며, 이때 유입구 및 유출구가 위치할 부분이 노출되도록 형성되고, 이후 제1 기판(1)과 제2 기판(2) 사이를 이격시켜 시료가 흐르는 공간인 채널을 형성하는 역할을 한다.
다음으로, 도 4f에 도시된 바와 같이 제2 기판(2)의 소정의 부분을 식각하여 시료가 채널로 유입되는 유입구 및 시료가 채널로부터 유출되는 유출구를 형성한다. 유출구는 도 4c와 관련하여 전술한 바와 같이 가열부(60)가 형성된 영역의 상부에 위치할 수 있다.
마지막으로, 도 4g에 도시된 바와 같이 제2 기판(2)을 제1 기판(1) 상에 덮고 두 기판을 서로 접합한다. 상기 제1 기판(1)과 제2 기판(2)은 전술한 제1 채널층(31) 및 제2 채널층(32)을 통하여 서로 접합된다.
이상에서 설명된 실시예에서, 냉각층(40), 검출부(50) 및 가열부(60)는 각각 별개의 공정 단계에 의해 형성되었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에서는 구성 물 질에 따라 냉각층(40), 검출부(50) 및 가열부(60) 중 하나 이상의 소자를 단일한 공정에서 동시에 형성하는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치의 또 다른 실시예를 도시한 횡단면도이다. 도 5를 참조하면, 상기 실시예에서 냉각층(41)은 제1 기판(1)의 상면이 아닌 뒷면에 형성된다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 실시예에서 냉각층(40)은 제1 기판(1)의 상면에 형성되어 채널(30)과 직접 연결되었다. 그러나 도 5에 도시된 실시예에서, 냉각층(41)은 제1 기판(1)의 뒷면에 형성되며, 기판(1)을 통하여 채널 내의 시료로부터 열을 흡수한다. 채널 내를 흐르는 시료는 채널 내의 냉각층(41) 상부 영역을 지나면서 냉각되어 응축되면서 포집조(45) 내에 포집된다.
도 5에 도시된 실시예의 경우 냉각층(41)이 채널과 이격하여 위치한다. 따라서 상기 기체 내 미세입자 검출 장치의 제조 공정에서 냉각층(41)이 채널의 형성 과정과 일체화되어 형성될 필요 없이, 공정이 완료된 제1 기판(1)의 뒷면에 냉각층(41)으로 사용될 소자를 접합함으로써 간단하게 형성될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 횡단면도.
도 2는 도 1에 도시된 기체 내 미세입자 검출 장치의 일부분을 확대하여 도시한 평면도.
도 3은 도 2에 도시된 기체 내 미세입자 검출 장치를 A-A'를 잇는 직선을 따라 절단한 단면을 도시한 종단면도.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법의 일 실시예를 개략적으로 도시한 횡단면도.
도 5는 본 발명에 따른 기체 내 미세입자 검출 장치의 또 다른 실시예를 도시한 횡단면도.
Claims (14)
- 미세입자가 포함된 기체 형태의 시료가 유입되는 유입구;상기 시료가 유출되는 유출구;상기 시료가 상기 유입구로부터 상기 유출구로 흐르는 공간인 채널;상기 채널 내에 흐르는 상기 시료를 냉각하여 응축시키는 냉각층;상기 냉각층 상에 위치하며 응축된 상기 시료가 포집되는 포집조;상기 냉각층 상의 상기 포집조 내에 위치하며, 포집된 상기 시료에 포함된 미세입자를 검출하는 검출부; 및상기 유출구 부분의 가열을 통해 상기 유입구부와 상기 유출구부 사이의 기압차를 형성하여, 상기 채널을 통한 상기 유입구로부터 상기 유출구로의 상기 시료의 흐름을 생성하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 채널은,상기 냉각층, 상기 포집조, 상기 검출부 및 상기 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 검출부는,서로 대향하며 서로 이격하여 위치하는 하나 이상의 전극 쌍으로 이루어지는 유전영동임피던스센서(Dielectrophoretic Impedance Sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 냉각층은, 펠티에 소자(Peltier element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 미세입자 검출 장치는,상기 냉각층, 포집조, 검출부 및 가열부가 형성되어 있는 제1 기판; 및상기 제1 기판 상에 접합되며, 상기 유입구 및 유출구가 형성되어 있는 제2 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 냉각층은 상기 제1 기판의 상면 또는 뒷면에 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치.
- 제1 기판에 미세입자가 포함된 기체 형태의 시료를 냉각하여 응축하기 위한 냉각층을 형성하는 단계;상기 냉각층 위에 전기적 절연을 위한 절연막을 형성하는 단계;상기 냉각층 위에 상기 시료에 포함된 상기 미세입자를 검출하기 위한 검출부를 형성하는 단계;상기 제1 기판에 가열에 의하여 유출구부와 유입구부 사이의 기압차를 형성하기 위한 가열부를 형성하는 단계;제2 기판 및 상기 제1 기판에 상기 가열부에 의해 형성된 기압차에 의해 상기 시료가 흐르는 공간인 채널을 형성하는 단계;상기 제2 기판을 식각하여 상기 시료가 유입되는 상기 유입구 및 상기 시료가 유출되는 상기 유출구를 형성하는 단계; 및상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판을 덮고 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 서로 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 채널을 형성하는 단계는,상기 제1 기판에 형성되며, 상기 가열부 및 상기 검출부를 노출시키고, 상기 냉각층 위에 상기 응축된 시료가 모아지는 포집조를 포함하는 제1 채널층을 형성하는 단계; 및상기 제2 기판에 형성되며, 상기 제2 기판의 일부분을 노출시키는 제2 채널 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법.
- 제 8항에 있어서,상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 서로 접합하는 단계는,상기 제1 채널층 및 상기 제2 채널층을 서로 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법.
- 제 8항에 있어서,상기 제1 채널층 및 상기 제2 채널층은,산화물(oxide), 질화물(nitride) 및 폴리머(Polymer) 물질로 이루어진 군 중에서 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 절연막을 형성하는 단계는 절연막으로 산화물(Oxide)막 또는 질화물(Nitride)막을 사용하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 냉각층을 형성하는 단계는,상기 제1 기판의 상면 또는 뒷면에 상기 냉각층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 검출부 및 가열부 형성방법은 금속막을 증착한 후 에칭방법에 의해서 패터닝하여 형성하거나, 금속막을 증착한 후 리프트오프 공정을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 금속막은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 및 팔라디움(Pd) 등으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 기체 내 미세입자 검출 장치의 제작 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080044107A KR101472839B1 (ko) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | 기체 내 미세입자 검출 장치 및 이의 제작 방법 |
| US12/145,590 US8006541B2 (en) | 2008-05-13 | 2008-06-25 | Device for detecting micro particles in gas and a method for fabricating the device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080044107A KR101472839B1 (ko) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | 기체 내 미세입자 검출 장치 및 이의 제작 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090118366A true KR20090118366A (ko) | 2009-11-18 |
| KR101472839B1 KR101472839B1 (ko) | 2014-12-17 |
Family
ID=41314862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080044107A KR101472839B1 (ko) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | 기체 내 미세입자 검출 장치 및 이의 제작 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8006541B2 (ko) |
| KR (1) | KR101472839B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11085923B2 (en) | 2011-03-24 | 2021-08-10 | Anpac Bio-Medical Science Co., Ltd | Micro-devices for disease detection |
| KR20220016645A (ko) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | 한국과학기술연구원 | 입자 포집 장치 및 입자 센싱 방법 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG185064A1 (en) * | 2010-04-28 | 2012-11-29 | Panasonic Corp | Chemical sensor |
| JP5606356B2 (ja) * | 2011-02-17 | 2014-10-15 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 粒子状物質検出装置 |
| JP2014512839A (ja) * | 2011-05-05 | 2014-05-29 | アンパック バイオ−メディカル サイエンス カンパニー リミテッド | 腫瘍細胞を検出するための装置 |
| WO2016103561A1 (ja) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 化学物質濃縮器および化学物質検出装置 |
| EP3391955B1 (en) | 2015-12-14 | 2020-06-17 | Panasonic Corporation | Chemical substance concentrator and chemical substance detector |
| KR102389396B1 (ko) * | 2020-01-29 | 2022-04-20 | 연세대학교 산학협력단 | 전기식 계수기 및 전기식 계수기를 이용하는 입자 계수기 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1979001074A1 (en) | 1978-05-16 | 1979-12-13 | Ex Cell O Corp | Method and means for applying bactericide to container for sterilization |
| US4282016A (en) * | 1979-02-01 | 1981-08-04 | Technical Development Co. | Gas and failure particle separator system |
| DE2924446C2 (de) | 1979-06-18 | 1982-09-16 | W.C. Heraeus Gmbh, 6450 Hanau | Verfahren und Vorrichtung zum Kultivieren von Zellen und Geweben von Menschen und Tieren oder von Mikroorganismen |
| US5123274A (en) * | 1987-07-08 | 1992-06-23 | Thermedics Inc. | Hand-held sample gun for vapor collection |
| US5249462A (en) * | 1991-07-09 | 1993-10-05 | Honeywell Inc. | Safe channel design for flow sensor chip microbridges |
| US5493890A (en) * | 1994-03-16 | 1996-02-27 | Thermedics Detection Inc. | Apparatus and method for calibrating vapor/particle detection devices |
| US6082185A (en) * | 1997-07-25 | 2000-07-04 | Research International, Inc. | Disposable fluidic circuit cards |
| US6019817A (en) | 1998-02-25 | 2000-02-01 | Agri Microbe Sales, L.C. | System and method for capturing and destroying HAP/VOC substances using microbial degradation |
| KR100452946B1 (ko) | 2002-11-26 | 2004-10-14 | 한국전자통신연구원 | 저전력형 미세 열순환 소자 및 그 제조 방법 |
| US7631567B1 (en) * | 2006-08-18 | 2009-12-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Systems and methods for collecting particles from a large volume of gas into a small volume of liquid |
| US7678256B2 (en) | 2006-11-03 | 2010-03-16 | Sandia Corporation | Insulator-based DEP with impedance measurements for analyte detection |
| KR100821333B1 (ko) | 2007-01-18 | 2008-04-11 | 삼성전자주식회사 | 미생물 또는 미세입자 실시간 검출 장치 및 그 방법 |
-
2008
- 2008-05-13 KR KR1020080044107A patent/KR101472839B1/ko active IP Right Grant
- 2008-06-25 US US12/145,590 patent/US8006541B2/en active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11085923B2 (en) | 2011-03-24 | 2021-08-10 | Anpac Bio-Medical Science Co., Ltd | Micro-devices for disease detection |
| KR20220016645A (ko) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | 한국과학기술연구원 | 입자 포집 장치 및 입자 센싱 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101472839B1 (ko) | 2014-12-17 |
| US8006541B2 (en) | 2011-08-30 |
| US20090282899A1 (en) | 2009-11-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101472839B1 (ko) | 기체 내 미세입자 검출 장치 및 이의 제작 방법 | |
| JP5221954B2 (ja) | イオン移動度分光計 | |
| US9387488B2 (en) | Molecular entrapment and enrichment | |
| US6136171A (en) | Micromachined electrical field-flow fractionation system | |
| US9448198B2 (en) | Microsensor with integrated temperature control | |
| CN106925358B (zh) | 一种能实现细胞中心位置聚焦和检测的微流控芯片 | |
| US7422724B1 (en) | Biological preconcentrator | |
| KR101338349B1 (ko) | 미세입자 분리 장치 및 이의 제작 방법 | |
| CN107683407A (zh) | 化学物质浓缩器以及化学物质检测装置 | |
| JP2006181572A (ja) | 捕集装置、バイオ濃縮装置及びバイオ濃縮方法 | |
| CN101356433A (zh) | 基于离子化的检测 | |
| JP2003107099A (ja) | 微粒子分別マイクロチップと微粒子分別装置 | |
| JP7439293B2 (ja) | 導波管強化分析物検出ストリップを備えたドッキングステーション | |
| CN107109333A (zh) | 具有反复滑动驱动机构的pcr装置及利用其的pcr方法 | |
| US11905163B2 (en) | Micro-nano channel structure, sensor and manufacturing method thereof, and microfluidic device | |
| CN109690280A (zh) | 化学物质浓缩器以及化学物质检测装置 | |
| CN104828771A (zh) | 一种集成过滤结构的微型热导检测器及制备方法 | |
| CN108136314A (zh) | 化学物质浓缩器以及化学物质检测器 | |
| JP5527936B2 (ja) | 懸濁液中の粒子の分離方法及び装置 | |
| JP3817389B2 (ja) | ポリヌクレオチド分取装置 | |
| US20230226559A1 (en) | Dielectrophoresis detection device | |
| Qi et al. | A nanofluidic sensor for real-time detection of ultratrace contaminant particles in ic fabrication | |
| TWI807273B (zh) | 樣品分離用晶片、樣品檢測裝置及樣品檢測方法 | |
| CN110632138A (zh) | 叉指电极芯片 | |
| KR20120086911A (ko) | 나노 입자 추적 장치, 나노 입자 추적 장치의 채널 구조, 및 나노 입자 추적 장치의 채널 구조의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171120 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181119 Year of fee payment: 5 |