• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2002년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.2003-2005
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• 2002

바이오 마이크로 시스템 및 바이오 MEMS 분야, 특히 실리콘을 기질로 하는 바이오 센서 제작에서 반도체 공정 기술은 센서의 대량 생산과 초소형화를 위해서 반드시 필요한 기술이다. 그러나, 감지전극의 마이크로화에 따른 센서의 감도 및 안정성 저하 문제는 해결해야 할 과제이다. 최근, 다공질 실리콘이 갖는 대면적이 실리콘 기질과 생체 고분자 (예: 단백질, 핵산 등) 간의 결합력을 향상시킬 수 있음이 알려지면서, 바이오 센서 분야에서, 새로운 형태의 드랜스듀서 재료로서의 다공질 실리콘에 대한 논의가 활발히 전개되고 있으며 또한, ISFET (Ion-Selective Field-Effect Transistors) 와는 달리 다공질 실리콘 층은 저항이 크기 때문에 센서 제작 과정에서의 부가적인 절연막을 필요로 하지 않는다. 본 연구에서는, 백금을 증착한 다공질 실리콘 표면에 전도성 고분자로서 Polypyrrole (PPy) 필름과 생체 고분자 물질로서 Urease를 각각 전기화학적으로 흡착하였다. 다공질 실리콘 층의 형성을 위해 테플론 소재의 전기화학 전지에 불산 (49%), 에탄올 (95%), $H_2O$ 혼합 용액을 넣고 실리콘 웨이퍼에 일정시간 수 mA의 산화 전류를 흘려주었으며, 약 $200{\AA}$의 티타늄 박막과 $200{\AA}$의 백금 박막을 RF 스퍼터링하여 작업 전극을 제작하였고, 백금 박막 및 Ag를 기화 증착하여 제작한 Ag/AgCl 박막을 각각 상대 전극과 기준전극으로 하였다. 박막 전극의 표면 분석을 위해 SEM (Scanning Electron Microscopy), EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy) 등을 이용하였다. 제작된 요소 센서로부터 요소 농도 범위 0.01 mmol/L ${\sim}$ 100 mmol/L에서 약 0.2 mA/decade의 감도를 얻었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.346-346
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• 2011

실리콘 나노와이어는 높은 표면적으로 인해 뛰어난 감지 능력을 가지는 재료 중 하나로 다양한 센서 응용 분야에 사용되고 있다. 이를 제작하는 방법에는 Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) 공정을 이용한 Top-down 방식과 Vapor-Liquid-Solid (VLS) 공정을 이용한 Bottom-up 방식이 널리 사용되고 있다. 특히 Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD)와 Au 촉매를 이용한 Bottom-up 방식은 수십 나노미터 이하의 실리콘 나노와이어를 간단한 변수 조절을 통해 성장시킬 수 있다. 또한 Au/Si의 공융점인 363$^{\circ}C$보다 낮은 온도에서 $SiH_4$를 분해시킬 수 있어 열적 효과로 인한 손실을 줄일 수 있는 장점을 지니고 있다. 하지만 PECVD를 이용한 실리콘 나노와이어 성장은 VLS 공정을 통해 표면으로부터 수직으로 성장하게 되는데 이는 센서 응용을 위한 전극 사이의 수평 연결 어려움을 지니고 있다. 따라서 이를 피하기 위한 표면 성장된 실리콘 나노와이어가 요구된다. 본 연구에서는 PECVD VLS 공정을 이용하여 $HAuCl_4$를 촉매로 이용한 표면 성장된 Tree-like 실리콘 나노와이어를 성장시켰다. 공정가스로는 $SiH_4$와 이를 분해시키기 위해 Ar 플라즈마를 사용 하였고 웨이퍼 표면에 HAuCl4를 분사하고 고진공 상태에서 챔버 기판을 370$^{\circ}C$까지 가열한 후 플라즈마 파워(W) 및 공정 압력(mTorr)을 변수로 두어 실험을 진행하였다. 기존의 보고된 연구와 달리 환원된 금 입자 대신 $HAuCl_4$용액을 그대로 사용하였는데 이는 표면 조도(Surface roughness)를 가지는 Au 박막 상태로 존재하게 된다. 이 중 마루(Asperite) 부분에 PECVD로부터 발생된 실리콘 나노 입자가 상대적으로 높은 확률로 흡착하게 되어 실리콘 나노와이어의 표면성장을 유도하게 된다. 성장된 실리콘 나노와이어는 SEM과 EDS를 이용하여 직경, 길이 및 화학적 성분을 측정하였다. 직경은 약 100 nm, 길이는 약 10 ${\mu}m$ 정도로 나타났으며 Tree-like 실리콘 나노와이어가 성장되었다. 향후 전극이 형성된 기판위에 이를 직접 성장시킴으로써 이 물질의 I-V 특성을 파악 할 것이며 이는 센서 응용 분야에 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제14권4호
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• pp.280-286
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• 2011

본 연구에서는 기름에 대한 실리콘의 선택적 반응 현상을 이용하여 해상에 유출된 기름을 탐지하는 방법과 이를 적용한 센서의 특성을 실험적으로 분석한 결과를 제시한다. 기름을 탐지하기 위한 방법으로는 기름과 접촉시 실리콘고무의 부피가 변화되는 성질을 이용하였으며 이를 정량적으로 측정하기 위해서 스트레인 게이지와 실리콘 고무가 결합된 새로운 형태의 센서 코어를 제안하였다. 기름의 종류별 센서 코어의 특성 실험을 통해 유출유 탐지 센서로 사용이 가능함을 확인하였고, 해당 센서의 실해역 적용을 위해서 부이형태의 센서 플랫폼을 센서 코어 및 스트레인 계측기와 통합시켜, 기름 유출이 모사된 조건에서 기름을 탐지하는 실험을 통해 여러 종류의 기름의 존재 유무를 탐지할 수 있는 센서로 활용할 수 있음을 보였다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2002년도 춘계 기술심포지움 논문집
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• pp.74-78
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• 2002

MEMS공정을 이용하여 폴리실리콘의 piezoresistivity를 이용한 스트레인 센서어레이를 제작하였고, 이 센서 어레이를 flexible substrate에 패키징하는 공정을 개발하였다. 실리콘 웨이퍼에 표면 가공(surface micromachining)된 센서는 폴리이미드 코팅, release-etch 방법을 통해 웨이퍼로부터 분리되어 폴리이미드를 기판으로 하는 flexible sensor array module을 완성할 수 있었다. 공정은 희생층과 절연층을 증착하고 폴리실리콘 0.5 $\mu\textrm{m}$을 증착, 도핑 및 패터닝하여 센서 어레이를 구성하였다. 이 센서어레이를 flexible substrate에 패키징 하기 위해서 폴리이미드를 코팅하여 15 $\mu\textrm{m}$의 막을 구성하였고, 100% $O_2$RIE를 이용한 선택적 식각 방법으로 via hole을 구성하였다. 이후 전기도금을 통해 회로를 구성하여 1단계 패키징(die to chip carrier)과 2단계 패키징(chip to substrate)을 웨이퍼 레벨에서 완성하였다. 희생층을 제거함으로서 웨이퍼로부터 센서어레이 모듈을 분리하였다. 제작되어진 센서 모듈은 임의의 곡면에 실장이 가능하도록 충분한 flexibility를 얻을 수 있었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2001년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1905-1907
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• 2001

본 논문에서는 다공질 실리콘에 대한 에탄올과 메탄을 가스 감지 특성을 측정하고 전기 전도도의 변화를 고찰하였다. 우선 HF와 에탄올의 혼합 용액내에서 n-type의 웨이퍼에 일정 전압을 인가하여 다공질 실리콘을 형성한다. 다공질 실리콘은 수직한 방향으로 $55{\sim}60{\mu}m$ 두께로 균일하게 형성되었다. 다공질 실리콘을 이용하여 소자를 제작하고 에탄올과 메탄올 가스를 주입하여 전류-전압 특성을 측정하였다. 기존의 다공질 실리콘 에탄올 센서와는 달리 turn-on 시 센서에 흐르는 전류가 빠른 시간내에 일정한 값으로 도달하였고 turn-off시에도 같은 결과를 보였다. 다공질 실리콘 표면에 흡착된 에탄올과 메탄올 가스는 전류의 흐름을 방해하는 surface charge를 스크린하여 전기 전도도를 증가시킨다. 또한 흡착된 가스가 dangling bonds를 passivation하여 전류를 증가시키는 것으로 생각된다.

• 한국광학회:학술대회논문집
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• 한국광학회 2003년도 하계학술발표회
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• pp.194-195
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• 2003

가속도 센서는 물체의 움직임, 속도의 변화, 충격, 진동 등의 동적힘을 순시적으로 감지하여 유용한 정보로 변환시키는 장치이다. 본 논문에서는 실리콘 기계 구조물과 광섬유형 Fabry - Perot 센서(FFPI)를 사용하여 광섬유 간섭계형 가속도 센서를 제작하였으며 실리콘 구조물의 구조를 변경하여 용도에 적합한 다양한 센서를 제작할 수 있음을 보였다. 광 간섭계는 그 구조에 따라 Fabry - Perot$^{[2]}$ , Mach-Zender$^{[3]}$ , Michelson$^{[4]}$ , Sagnac$^{[5]}$ 등으로 구분되면 이러한 간섭계 중에서 Fabry - Perot 간섭계는 측정영역이 두 반사막의 거리로 정확하게 정의되며 반사막의 거리를 조절하여 좁은 영역에서의 측정이 가능하고 고감도를 갖는다. (중략)

• 센서학회지
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• 제9권6호
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• pp.424-429
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• 2000

실리콘 고무 멤브레인(membrane)에 실리콘 빔(beam)들이 삽입된 형태의 저차압센서를 개발하였다. 제작된 저차압센서는 실리콘 고무(silicone rubber)를 멤브레인으로 사용함으로써 열악한 환경에서도 다양한 응용분야에 적용 가능하도록 하였다. 실리론 고무 멤브레인을 사용한 압저항형 저차압센서는 선택적으로 도핑(doping)된 (100) n/n+/n 웨이퍼 상에 다공질 마이크로머시넝(micro-machining) 기술을 이용하여 제작되었다. 제조된 센서의 감도(sensitivity)는 $0.66{\mu}V/mmHg$이고, 0.1% 이하의 비선형성(non-linearity)을 보였다.

• 전자공학회논문지D
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• 제36D권9호
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• pp.31-36
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• 1999

다공질 실리콘 층을 이용한 정전용량형 알코올 센서를 제조하여 수용액 상태의 알코올(혹은 에탄올) 농도를 측정하고 그 특성을 평가하였다. 알코올 중에서 술의 주성분인 에탄올은 실리콘 웨이퍼에 대해 침투성이 강하여 수용액 내에서 실리콘 웨이퍼를 가공할 때 반응을 촉진시키는 물질로서 자주 사용된다. 본 연구에서는 각각 25와 35%의 불화수소용액에서 만든 다공질 실리콘 층을 알코올 감지막으로 한 알코올 센서를 제작하여 0%에서 100%의 알코올 농도범위에 대해 감지 특성을 측정하였다. 그 결과, 100kHz 이상의 인가 주파수에 대해 빠른 응답속도 및 선형성 뿐만 아니라 양호한 재현성이 관측되었으며, 측정된 정전용량은 수용액 속의 알코올 농도가 증가할 때 다공질 실리콘 층의 전체 유전 상수가 감소하게 되어 반비례하는 관계가 관측되었다.

• 센서학회지
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• 제3권3호
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• pp.45-53
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• 1994

실리콘의 직접 접합 방법과 2단계 전기화학적 식 정지 방법을 이용하여 새로운 구조의 실리콘 다이아프램을 제조하였다. 이러한 다이아프램 구조를 기계량 센서에 이용하면 공동의 깊이와 다이아프램의 두께를 보다 정교하게 조절할 수 있다. 또한, 접합 계면에서 발생하는 응력이 다이아프램의 표면으로 전달되는 것을 피할 수 있다. 최종적으로, 제조된 다이아프램을 이용하여 암저항형 실리콘 압력 센서를 제작하였고 압력 단위의 표시가 가능한 디지탈 압력 측정기를 구현하였다.

• 전기의세계
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• 제41권2호
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• pp.47-54
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• 1992

본 고에서는 반도체 자기센서에 이용되는 기본 원리인 Hall효과, 실리콘을 이용한 자기센서의 종류 및 동작 원리, 그리고 용도 등에 대해서 간략히 기술하였다. 많은 자기센서들 중에서 어느 것이 가장 좋은가는 간단히 결정되어질 수 없으며 특정한 응용에 따른 요구조건에 따라 달라지게 된다. 높은 민감도를 요구하거나 저주파 영역에서의 잡음 등이 문제가 되는 경우에는 magnetotransistor가 유리하고, 고주파 영역에서의 잡음, offset, 선형성이나 온도 보상등의 면에서는 Hall Plate가 유리하다고 할 수 있다. 또한 대단히 낮은 전류에서는 높은 민감도를 얻기 위해서는 Split-Drain type MAGFET이 가장 유리하다.