KR20140012580A - 전극 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 센서 제조방법은 금속 박막을 가지는 기판을 제공하는 것, 상기 기판 상에 레지스트층을 형성하는 것, 상기 리프트오프 레지스트층을 패터닝하여 상기 제1 전극의 일부를 노출시키는 것, 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 것, 상기 레지스트층 및 상기 포토레지스트 상의 절연층을 제거하여 상기 절연층 내에 우물을 형성하는 것, 상기 우물 내에 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 전극 센서 제조방법에 따르면 제1 전극의 손상이 방지될 수 있다. 또한, 제2 전극으로 인하여 전극의 표면적이 증가되어, 전극의 임피던스가 감소할 수 있다
Description
본 발명은 전극 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리프트 오프 공정에 의해 제조된 전극 센서에 관한 것이다.
전극은 검출대상에 전기 자극을 제공하거나 신호를 검출할 수 있다. 전극의 수요가 다양해지면서, 전극의 다 채널화 및 안정성에 대한 요구가 증가하였다. 따라서, 전극의 크기가 감소하게 되었다. 전극의 크기가 감소함에 따른 전극의 임피던스 증가를 방지하기 위하여, 전극의 표면적이 증가되어야 한다.
전극의 표면 상태는 전극의 응용 및 성능에 있어서 중요한 요소이다. 전극은 표면은 절연층에 의하여 부동태화(passivation)될 수 있다. 전극 표면 일부가 신호를 검출하는 역할을 수행하도록, 절연층의 식각공정에 의하여 노출될 수 있다. 다만, 절연층의 식각 공정에서 전극도 함께 식각되는 문제점이 제기되고 있다.
신경세포를 배양하면서 신경신호를 기록하는 경우, 신경전극에 인접한 신경세포의 광학적 관찰이 요구될 수 있다. 신경전극의 상부에는 신경세포의 배양을 위한 배양액이 채워져 있어 신경세포의 관찰이 어려울 수 있다. 신경전극은 불투명하여 신경전극의 하부에서 신경세포를 관찰하는 것도 어려울 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 높은 신뢰성을 가지는 전극 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 신경세포의 신호 측정 및 관찰이 가능한 전극 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 전극 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따르면, 전극 센서 제조방법은 제1 전극을 가지는 기판을 제공하는 것, 상기 기판 상에 상기 제1 전극을 덮도록 레지스트층을 형성하는 것, 상기 레지스트층을 패터닝하여 상기 제1 전극의 일부를 노출시키는 것, 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 것, 상기 레지스트층 및 상기 레지스트 상의 상기 절연층을 제거하여, 상기 절연층 내에 우물을 형성하는 것, 그리고 상기 우물 내에 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 레지스트층을 형성하는 것은 상기 기판 상의 리프트오프 레지스트층, 및 상기 리프트오프 레지스트층 상의 포토레지스트층을 형성하는 것 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연층을 형성하는 것은 상기 노출된 제1 전극 및 상기 레지스트층 상에 절연층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연층을 제거하는 것은 현상액 또는 리프트오프 레지스트 제거제에 의하여 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연층을 형성하는 것은, 상기 레지스트층을 따라 연장된 돌출부를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 우물을 형성하는 것은 환형의 평면을 가지도록 상기 절연층을 패터닝하는 것을 포함하고, 상기 제2 전극을 형성하는 것은 환형의 평면을 가지도록 상기 우물 내에 나노입자들을 채우는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 우물을 형성하는 것은 원형의 평면을 가지도록 상기 절연층을 패터닝하는 것을 포함하고, 상기 제2 전극을 형성하는 것은 원형의 평면을 가지도록 상기 우물 내에 나노입자들을 채우는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 전극 센서는 기판, 상기 기판 상의 박막 형태를 가지는 제1 전극, 상기 제1 전극 상의 우물을 가지는 절연층, 상기 우물 내에 제공되며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하되, 상기 제2 전극은 환형의 평면을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극은 금 나노입자들 또는 백금 나노입자들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연층은 상기 우물을 따라 연장되는 돌출부를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 우물의 측면은 언더컷 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극은 금, 백금, 이리듐, 산화인듐주석 및 전도성 폴리머 중에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 기판 및 상기 절연층은 투명할 수 있다.
본 발명의 전극 센서는 기판 상에 배치된 금속 박막, 상기 기판 상에 상기 금속박막을 덮는 절연층, 상기 절연층 내에 제공되어, 상기 금속박막의 일부를 노출시키는 우물, 상기 우물 내에 적층되고, 상기 금속 박막과 전기적으로 연결된 나노입자들을 포함하되, 상기 절연층은 상기 우물을 따라 연장된 돌출부를 가지며, 상기 우물은 언더컷 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연막의 두께는 상기 우물의 깊이보다 더 클 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 우물 바닥의 지름은 상기 우물 중앙의 지름보다 더 클 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 우물은 원형 또는 환형의 평면을 가질 수 있다.
본 발명의 전극 센서는 박막 형태의 제1 전극 및 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극이 우물 내에 적층된 나노입자들을 포함함에 따라, 제2 전극의 표면적이 증가할 수 있다. 이에 따라, 전극의 임피던스가 감소할 수 있다.
본 발명의 전극 센서의 제조방법에 따르면, 우물이 노광공정 및 리프트오프(lift-off) 공정에 의하여 절연막 내에 형성될 수 있다. 노출된 제1 전극의 표면 손상이 방지될 수 있다. 이에 따라, 전극은 일정한 값의 임피던스를 가질 수 있다. 전극 센서가 환형의 단면을 가지는 경우, 신경세포의 신호 측정 및 관찰이 동시에 수행할 수 있다.
플라즈마 공정을 통해 형성된 절연층은 돌출부를 가짐에 따라, 더 많은 나노입자들을 우물 내에 적층시킬 수 있다. 따라서, 제2 전극의 표면적이 증가하여 전극의 임피던스가 감소될 수 있다.
본 발명의 보다 완전한 이해와 도움을 위해, 참조가 아래의 설명에 첨부도면과 함께 주어져 있고 참조번호가 이래에 나타나 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 센서를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1을 B-B'을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 센서를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A'을 따라 자른 단면도이다.
도 6 내지 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 센서의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 12 내지 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신경전극 센서의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실험예에 따른 전극 센서의 임피던스 측정결과이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 센서를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1을 B-B'을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 센서를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A'을 따라 자른 단면도이다.
도 6 내지 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 센서의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 12 내지 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신경전극 센서의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실험예에 따른 전극 센서의 임피던스 측정결과이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전극 센서를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 센서를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1의 A-A'을 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 1을 B-B'을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 전극 센서(1)는 기판(100) 상의 전극(200) 및 절연층(500)을 포함할 수 있다. 전극(200)은 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)을 포함할 수 있다.
제1 전극(210)이 기판(100) 상에 배치되어, 기판(100)의 일부를 덮을 수 있다. 기판(100)은 투명할 수 있다. 기판(100)은 유리, 플라스틱, 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO), 및/또는 불소가 도핑된 산화주석(Fluorine containing tin oxide, FTO) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 전극(210)은 금속박막일 수 있고, 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전극(210)은 원형 및 상기 원형으로부터 연장된 사각형을 포함하는 평면을 가질 수 있다. 제1 전극(210)의 원형 평면 상에 제2 전극(220)이 제공될 수 있다. 제1 전극(210)의 연장된 사각형 형태는 외부와 연결될 수 있다. 제2 전극(220)에서 측정된 신호는 제1 전극(210)을 통하여 외부로 전달될 수 있다. 제1 전극(210)은 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO) 및/또는 전도성 폴리머 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
절연층(500)이 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 절연층(500)은 제1 전극(210)의 일부를 덮어, 덮여진 제1 전극(210)을 보호할 수 있다. 절연층(500)은 제1 전극(210)의 일부를 노출시키는 우물(550)을 가질 수 있다. 우물(550)에 의해 노출된 제1 전극(210)의 표면(210a)은 편평할 수 있다. 이에 따라, 전극(200)은 일정한 임피던스 값을 가질 수 있다. 우물(550)은 원형의 평면 및 언더컷(under-cut) 구조의 측면(550a)을 가질 수 있다. 예를 들어, 우물(550)의 바닥이 가지는 지름(a1)은 우물(550)의 중앙이 가지는 지름(a2)보다 클 수 있다. 여기에서, 우물(550)의 바닥은 우물(550)이 제1 전극(210)과 접하는 평면의 지름을, 우물(550)의 중앙은 우물(550)의 깊이의 1/2이 되는 지점의 지름을 의미할 수 있다. 절연층(500)은 우물(550)을 따라 연장된 돌출부(510)를 가질 수 있다. 우물(550)은 돌출부(510)에 의하여 절연층(500)의 두께(d) 보다 큰 깊이(H)를 가질 수 있다. 절연층(500)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 산화아연(ZnO), 및/또는 산화알루미늄(Al2O3) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 전극(220)이 우물(550) 내에 제공되어, 우물(550)을 채울 수 있다. 제2 전극(220)은 원형의 단면을 가질 수 있다. 제2 전극(220)은 금(Au) 및/또는 백금(Pt)을 포함할 수 있다. 제2 전극(220)은 나노입자들이 우물(550) 내에 적층된 구조일 수 있다. 다른 예로, 제2 전극(220)은 나노선 및/또는 나노로드를 포함할 수 있다. 제2 전극(220)은 우물(550) 내에 채워짐에 따라, 언더컷 구조의 측면을 가질 수 있다. 제2 전극(220)은 신호를 감지하며, 제1 전극(210)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전극(200)은 나노입자들로 이루어진 제2 전극(220)을 포함함에 따라, 제2 전극(220)이 생략된 경우보다 증가된 표면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 전극(200)의 임피던스가 감소할 수 있다
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 센서를 도시한 평면도이다. 도 5는 도 4의 A-A`을 따라 자른 단면도이다. 이하, 도 1 내지 3을 참조하여 중복되는 내용은 생략한다.
도 4 및 5를 참조하면, 전극 센서(2)는 기판(100) 상의 전극(200) 및 절연층(500)을 포함할 수 있다. 전극(200)은 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)을 포함할 수 있다. 기판(100), 절연층(500), 제1 전극(210), 및 제2 전극(220)은 도 1에서 설명한 바와 동일한 물질을 포함할 수 있다.
제1 전극(210)은 기판(100) 상에 배치되며, 패턴을 가질 수 있다. 절연층(500)은 제1 전극(210)의 일부를 노출시키는 우물(550)을 가질 수 있다. 우물(550)에 의해 노출된 제1 전극(210)의 표면(210a)은 편평할 수 있다. 절연층(500)은 제1 전극(210)의 일부를 덮어, 덮여진 제1 전극(210)을 보호할 수 있다. 절연층(500)은 우물(550)을 따라 상기 절연층(500) 상으로 연장된 돌출부(510)를 가질 수 있다. 우물(550)은 돌출부(510)에 의하여 절연층(500)의 두께(d) 보다 큰 깊이(H)를 가질 수 있다. 우물(550)은 언더컷 구조의 단면 및 환형의 평면을 가질 수 있다. 예를 들어, 우물(550)의 바닥이 가지는 지름(a1)은 우물(550)의 중앙이 가지는 지름(a2)보다 클 수 있다. 제2 전극(220)이 우물(550) 내에 제공되어, 우물(550)을 채울 수 있다. 제2 전극(220)은 나노입자들이 우물(550) 내에 적층된 구조일 수 있다. 다른 예로, 제2 전극(220)는 나노선 및/또는 나노로드를 포함할 수 있다. 제2 전극(220)은 언더컷 구조의 단면 및 환형의 평면을 가질 수 있다.
본 실시예의 전극 센서(2)는 신경전극용 어레이일 수 있다. 전극(200)은 제2 전극(220)으로 인하여 환형의 단면을 가질 수 있다. 기판(100) 및 절연층(500)은 투명할 수 있다. 신경세포는 신경전극 센서(2) 상에서 D2의 지름을 가지는 원형 내에 제공될 수 있다. 신경전극 센서(2)는 D2의 지름을 가지는 영역을 통하여 신경세포를 관찰하면서, 제2 전극(220)을 통하여 신경세포의 신호를 측정할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 센서의 제조방법을 도시한 단면도이다. 도 7은 도 6을 A-A`을 따라 자른 단면도이다. 이하 도 1 내지 3을 참조하여 중복되는 내용은 생략한다.
도 6 및 7을 참조하면, 제1 전극(210)이 형성된 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100) 및 제1 전극(210)은 도 1의 예로써 설명한 바와 동일할 있다. 제1 전극(210)은 패터닝에 의하여 원형 및 상기 원형으로부터 연장된 사각형을 포함하는 평면을 가질 수 있다.
도 8을 참조하면 레지스트층(350)이 기판(100)상에 형성될 수 있다. 레지스트층(350)은 차례로 적층된 리프트오프 레지스트층(300) 및 포토레지스트층(400)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리프트오프 레지스트층(300)은 Micro-Chem 사에서 생산된 SF 15를 기판(100) 상에 스핀코팅하여 제1 전극(210)을 덮도록 형성될 수 있다. 포토레지스트층(400)은 음성포토레지스트(예를 들어, AZ Electronic materials사의 AZ nLOF 2100)를 리프트오프 레지스트층(300) 상에 스핀코팅에 하여 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면 레지스트층(350)을 패터닝하여, 제1 전극(210)이 일부 노출될 수 있다. 패터닝은 포토마스크(410)를 사용한 노광공정(리소그래피 공정)에 의하여 수행될 수 있다. 포토마스크(410)에 의하여 노출된 포토레지스트층(400)이 자외선에 노광될 수 있다. 포토레지스트층(400)의 일부 및 리프트오프 레지스트층(300)의 일부가 현상액에 의하여 제거될 수 있다. 이 때, AZ Electronic materials사의 AZ 300 MIF 현상액이 사용될 수 있다. 노광된 포토레지스트층(400) 및 상기 노광된 포토레지스트층(400)에 접하는 리프트오프 레지스트층(300)은 현상액에 의하여 제거되지 않을 수 있다. 남아있는 리프트오프 레지스트층(300)의 측면(300a)은 언더컷 구조를 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 절연층(500)이 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연층(500)이 포토레지스트층(400)에 의하여 노출된 제1 전극(210) 상에 형성될 수 있다. 절연층(500)은 포토레지스트층(400) 상에도 형성될 수 있다. 기판(100)이 절연층(500)을 형성하기 전에 물에 의하여 세척될 수 있다. 절연층(500)은 RF(radio frequency) 스퍼터링에 의하여 형성될 수 있다. 스퍼터링 공정에서 플라즈마는 큰 운동에너지를 가지므로, 리프트오프 레지스트층(300)의 측면(300a) 및/또는 포토레지스트층(400)의 측면(400a)에서 플라즈마의 표면확산(surface diffusion)이 발생할 수 있다. 이에 따라, 돌출부(510)가 상기 레지스트층의 측면(300a) 및/또는 포토레지스트층(400)의 측면(400a)을 따라 상기 절연층(500) 상으로 연장되도록 형성될 수 있다. 절연층(500)은 도 1의 예로써 설명한 물질 중에서 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다. 절연층(500) 형성과정에서 온도가 조절될 수 있다. 리프트오프 레지스트층(300)은 유리전이온도(예를 들어, 180℃~190℃) 이상의 조건에서 구조적으로 변형될 수 있다. 따라서, 리프트오프 레지스트층(300)의 변형을 방지하도록 스퍼터링 공정 온도가 냉각수에 의하여 조절될 수 있다.
도 11을 참조하면, 리프트오프(lift-off) 공정에 의하여 절연층(500) 내에 우물(550)이 형성될 수 있다. 우물(550)은 제1 전극(210)의 일부를 노출시키도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 리프트오프 레지스트층(300), 포토레지스트층(400), 및 상기 포토레지스트층(400) 상의 절연층(500)이 제거될 수 있다. 리프트오프 공정은 현상제(예를 들어, AZ Electronic materials사의 AZ 300 MIF) 및/또는 리프트오프 레지스트 제거제(예를 들어, Micro-Chem사의 Remover PG 및/또는 메틸 피리딘(N-methylpyridine))에 의하여 수행될 수 있다. 우물(550)의 구조는 리프트오프 레지스트층(300)의 두께, 및/또는 절연층(500)의 두께를 제어하여 조절될 수 있다. 노출된 제1 전극(210)의 표면(210a)은 편평할 수 있다.
도 1 내지 3을 다시 참조하면, 제2 전극(220)이 우물(550) 내에서 제1 전극(210)에 접하도록 형성될 수 있다. 제2 전극(220)는 금(Au) 및/또는 백금(Pt)을 포함하는 나노입자들을 우물(550) 내에 채워서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(220)은 전착(electrodeposition)에 의하여 형성될 수 있다. 황산에 HAuCl4을 녹여 전해질 용액이 제조될 수 있다. KCl 포화 용액 및 상기 포화 용액 내의 Ag/AgCl 전극이 기준전극으로 사용될 수 있다. 백금전극이 참조전극으로 사용될 수 있다. 일 예로, 전착은 일정전압(예를 들어, -0.25V)에서 10분간 수행될 수 있다. 다른 예로, 전착은 순환전위법(Cyclovoltammetry)에 의하여 수행될 수도 있다. 이에 따라, 본 실시예의 전극 센서(2)의 제조가 완성될 수 있다. 절연층(500)은 우물(550)을 따라 연장된 돌출부(510)를 가지도록 형성되어, 우물(550) 내에 채워지는 나노입자들의 양이 돌출부(510)가 생략된 경우보다 증가할 수 있다. 제조된 제2 전극(220)은 돌출부(510)가 생략된 경우보다 큰 표면적을 가져, 전극 센서(2)의 임피던스가 감소할 수 있다. 에칭에 의하여 우물(550)을 형성하는 경우, 노출된 제1 전극(210)의 표면(210a)이 손상될 수 있다. 본 실시예의 전극 센서(2)는 리프트 오프 공정에 의하여 제조되므로 제2 전극(220)과 접하는 제1 전극(210)의 표면(210a)의 손상이 방지될 수 있다.
도 12 내지 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신경전극 센서의 제조방법을 도시한 단면도이다. 이하 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 12를 참조하면, 제1 전극(210)이 형성된 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100) 및 제1 전극(210)은 도 1의 예로써 설명한 바와 동일할 있다.
도 13을 참조하면, 레지스트층(350)이 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 레지스트층(350)은 차례로 적층된 리프트오프 레지스트층(300) 및 포토레지스트층(400)을 포함할 수 있다. 리프트오프 레지스트층(300) 및 포토레지스트층(400)은 도 8의 예로써 설명한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
도 14를 참조하면, 리프트오프 레지스트층(300) 및 포토레지스트층(400)을 패터닝하여, 제1 전극(210)이 일부 노출될 수 있다. 패터닝은 노광공정(리소그래피 공정)에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 패턴을 가지는 포토마스크(410)이 포토레지스트층(400) 상에 형성될 수 있다. 포토마스크(410)에 의하여 노출된 포토레지스트층(400)이 자외선에 의하여 노광될 수 있다. 포토레지스트층(400)의 일부 및 리프트오프 레지스트층(300)의 일부가 현상액에 의하여 제거될 수 있다. 노광된 포토레지스트층(400) 및 상기 노광된 포토레지스트층(400)에 접하는 리프트오프 레지스트층(300)은 현상액에 의하여 제거되지 않을 수 있다. 남아있는 리프트오프 레지스트층(300)의 측면(300a)은 언더컷 구조를 가질 수 있다.
도 15를 참조하면, 절연층(500)이 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 절연층(500)이 포토레지스트층(400)에 의하여 노출된 제1 전극(210) 상에 형성될 수 있다. 절연층(500)은 포토레지스트층(400) 상에도 형성될 수 있다. 절연층(500)의 형성은 도 10의 예로써 설명한 방법에 의하여 수행될 수 있다. 플라즈마의 표면확산(surface diffusion)에 의하여 절연층(500)은 리프트오프 레지스트층(300)의 측면(300a) 및/또는 포토레지스트층(400)의 측면(400a)을 따라 연장된 돌출부(510)를 가지도록 형성될 수 있다. 스퍼터링 온도가 냉각수에 의하여 리프트오프 레지스트층(300)의 유리전이온도(예를 들어, 180℃~190℃)이하로 조절될 수 있다.
도 16을 참조하면, 제1 전극(210)의 표면(210a)을 노출시키도록 우물(550)이 절연층(500) 내에 형성될 수 있다. 우물(550)은 도 11의 예로써 설명한 리프트오프(lift-off) 공정에 의하여 형성될 수 있다. 일 예로, 우물(550)은 볼록한 구조의 측면(550a)을 가지도록 형성될 수 있다. 우물(550)의 구조는 리프트오프 레지스트층(300)의 두께, 및/또는 절연층(500)의 두께를 제어하여 조절될 수 있다. 우물(550)은 돌출부(510)에 의하여 절연층(500)의 두께(d) 보다 큰 깊이(H)를 가질 수 있다. 리프트오프 공정은 식각공정보다 제1 전극(210)을 적게 손상시킬 수 있다. 따라서, 노출된 제1 전극(210)의 표면(210a)은 편평할 수 있다.
도 4 및 5를 다시 참조하면 제2 전극(220)이 우물(550) 내에서 제1 전극(210)에 접하도록 형성될 수 있다. 금(Au) 및/또는 백금(Pt)을 포함하는 나노입자들을 우물(550) 내에 채워서 제2 전극(220)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(220)은 앞서 설명한 전착(electrodeposition)에 의하여 형성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 고분자막(600)이 절연층(500) 상에 형성될 수 있다. 고분자막(600)은 신경세포와 결합하는 링커(linker)의 기능을 수행할 수 있다. 신경세포가 고분자막(600)에 의해 전극 센서(2)와 용이하게 결합할 수 있다. 상기 고분자막(600)의 형성은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 전극 센서의 특성평가 결과를 보다 상세하게 설명한다.
도 18은 본 발명의 일 실험예에 따른 전극 센서의 임피던스 측정결과이다. 실험예(a)는 도 6 내지 11의 예에 따라 제조된 전극 센서(1)들의 임피던스 측정결과를 나타낸 결과이다. 비교예(b)는 반응성 이온 식각에 의하여 절연층 내에 우물을 형성하여 제조한 전극 센서의 임피던스 측정결과이다. 임피던스는 각각 60개의 실험예(a) 및 비교예(b)에 대하여 1kHz의 조건에서 측정되었다. x축은 제조된 전극 센서의 일련번호를, y축은 측정된 임피던스 값을 나타낸다. 이하 도 1 내지 3을 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 18을 참조하면, 실험예(a)는 비교예(b)보다 낮은 임피던스 값을 가짐을 알 수 있다. 실험예(a)에 따르면 절연층(500)이 돌출부(510)를 가짐에 따라, 실험예(a)는 비교예(b)보다 더 많은 나노입자들을 우물(550) 내에 적층시킬 수 있다. 따라서, 제2 전극(220)의 표면적이 증가하고, 전극(200)의 임피던스가 감소할 수 있다. 또한, 비교예(b)는 절연층(500)의 식각 공정에서 제1 전극(210)의 표면(210a)도 일부 식각되어 거칠 수 있다. 리프트오프 레지스트 공정에 의하여 제조된 전극 센서(1)는 제2 전극(220)과 접하는 제1 전극(210)의 표면(210a)이 손상되지 않아 편평할 수 있다. 이에 따라, 실험예(a)의 전극 센서(1)는 비교예(b)보다 일정한 값의 임피던스를 나타낼 수 있다.
Claims (16)
- 제1 전극을 가지는 기판을 제공하는 것;
상기 기판 상에 상기 제1 전극을 덮도록 레지스트층을 형성하는 것;
상기 레지스트층을 패터닝하여 상기 제1 전극의 일부를 노출시키는 것;
상기 기판 상에 절연층을 형성하는 것;
상기 레지스트층 및 상기 레지스트 상의 상기 절연층을 제거하여, 상기 절연층 내에 우물을 형성하는 것; 그리고
상기 우물 내에 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 것을 포함하는 전극 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 레지스트층을 형성하는 것은
상기 기판 상의 리프트오프 레지스트층; 및
상기 리프트오프 레지스트층 상의 포토레지스트층을 형성하는 것 포함하는 전극 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 절연층을 형성하는 것은
상기 노출된 제1 전극 및 상기 레지스트층 상에 절연층을 형성하는 것을 포함하는 전극 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 절연층을 제거하는 것은 현상액 또는 리프트오프 레지스트 제거제에 의하여 수행되는 전극 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 절연층을 형성하는 것은,
상기 레지스트층을 따라 연장된 돌출부를 형성하는 것을 더 포함하는 전극 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 우물을 형성하는 것은 환형의 평면을 가지도록 상기 절연층을 패터닝하는 것을 포함하고,
상기 제2 전극을 형성하는 것은 환형의 평면을 가지도록 상기 우물 내에 나노입자들을 채우는 것을 포함하는 전극 센서 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 우물을 형성하는 것은 원형의 평면을 가지도록 상기 절연층을 패터닝하는 것을 포함하고,
상기 제2 전극을 형성하는 것은 원형의 평면을 가지도록 상기 우물 내에 나노입자들을 채우는 것을 포함하는 전극 센서 제조방법.
- 기판;
상기 기판 상의 박막 형태를 가지는 제1 전극;
상기 제1 전극 상의 우물을 가지는 절연층; 그리고
상기 우물 내에 제공되며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하되,
상기 제2 전극은 환형의 평면을 가지는 전극 센서.
- 제 8항에 있어서,
상기 제2 전극은 금 나노입자들 또는 백금 나노입자들을 포함하는 전극 센서.
- 제 8항에 있어서,
상기 절연층은 상기 우물을 따라 연장되는 돌출부를 가지는 전극 센서.
- 제 8항에 있어서,
상기 우물의 측면은 언더컷 구조를 가지는 전극 센서.
- 제 8항에 있어서,
상기 제1 전극은 금, 백금, 이리듐, 산화인듐주석 및 전도성 폴리머 중에서 적어도 하나를 포함하고,
상기 기판 및 상기 절연층은 투명한 전극 센서.
- 기판 상에 배치된 금속 박막;
상기 기판 상에 상기 금속박막을 덮는 절연층;
상기 절연층 내에 제공되어, 상기 금속박막의 일부를 노출시키는 우물; 그리고
상기 우물 내에 적층되고, 상기 금속 박막과 전기적으로 연결된 나노입자들을 포함하되;
상기 절연층은 상기 우물을 따라 연장된 돌출부를 가지며,
상기 우물은 언더컷 구조를 가지는 전극 센서.
- 제 13항에 있어서,
상기 절연막의 두께는 상기 우물의 깊이보다 더 큰 전극 센서.
- 제 13항에 있어서,
상기 우물 바닥의 지름은 상기 우물 중앙의 지름보다 더 큰 전극 센서.
- 제 13항에 있어서,
상기 우물은 원형 또는 환형의 평면을 가지는 전극 센서.
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|---|---|---|---|
| US13/944,715 US9173281B2 (en) | 2012-07-19 | 2013-07-17 | Methods of fabricating electrode sensor |
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| KR1020120078891 | 2012-07-19 | ||
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120147260A KR20140012580A (ko) | 2012-07-19 | 2012-12-17 | 전극 센서 및 그 제조방법 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20140012580A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160112364A (ko) * | 2015-03-19 | 2016-09-28 | 한국전자통신연구원 | 신경 신호 측정용 신경전극 및 이의 제조 방법 |
| JPWO2019077814A1 (ja) * | 2017-10-18 | 2020-11-26 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 電荷検出センサおよび電位計測システム |
-
2012
- 2012-12-17 KR KR1020120147260A patent/KR20140012580A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160112364A (ko) * | 2015-03-19 | 2016-09-28 | 한국전자통신연구원 | 신경 신호 측정용 신경전극 및 이의 제조 방법 |
| JPWO2019077814A1 (ja) * | 2017-10-18 | 2020-11-26 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 電荷検出センサおよび電位計測システム |
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