• Journal of Biomedical Engineering Research
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• v.22 no.2
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• pp.145-150
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• 2001

대뇌 피질에 삽입하여 깊이에 따라 신경 신호를 기록하기 위한 탐침형 반도체 미세전극 어레이(depth-type silicon microelectrode array, 일명 SNU probe)를 제작하였다. 붕소를 확산시켜 생성된 고농도 p-type doping된 p＋ 영역을 습식식각 정지점으로 사용하는 기존의 방법과 달리 실리콘 웨이퍼의 앞면을 건식식각하여 원하는 탐침 두께만큼의 깊이로 트렌치(trench)를 형성한 후 뒷면을 습식식각하는 방법으로 탐침 형태의 미세 구조를 만들었다. 제작된 반도체 미세전극 어레이의 탐침 두께는 30 $\mu\textrm{m}$이며 실리콘 건식식각을 위한 마스크로 6 $\mu\textrm{m}$ 두께의 LTO(low temperature oxide)를 사용하였다. 탐침의 두께는 개발된 본 공정을 이용해서 5~90 $\mu\textrm{m}$ 범위까지 쉽게 조절할 수 있었다. 탐침의 두께를 보다 쉽게 조절할 수 있게 됨에 따라 여러 신경조직에 필요한 다양한 구조의 반도체 미세전극 어레이를 개발할 수 있게 되었다. 본 공정을 이용해서 개발된 4채널 SUN probe를 사용하여 흰쥐의 제1차 체감각 피질에서 4채널 신경 신호를 동시에 기록하였으며, 전기적 특성검사에서 기존의 탐침형 반도체 미세전극, 텅스텐 전극과 대등하거나 우수한 신호대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)특성을 가짐을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.427-428
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• 2014

서론: 최근 전세계적인 고령화 진행에 따른 뇌졸중, 파킨슨병, 알츠하이머병 등과 같은 각종 뇌관련 질환에 대한 관심이 더욱 높아지고 있으며 다양한 뇌질환 치료를 위하여 뇌 신경 신호의 정확한 검출 대한 연구가 학계에서 활발히 진행되고 있다. 효과적인 뇌 신경 신호 검출을 위해서는 세포조직의 손상을 최소화 할 수 있는 초소형 신경탐침 및 극소 면적내에서 극대화된 검출 전극이 구현되어야 한다. 그러나, 극소 면적내에 구성된 소면적 전극을 통한 신호 검출은 전극 계면에서의 높은 임피던스를 야기시켜 정밀한 신경신호 검출에 어려움을 만든다. 따라서, 뇌 신경 신호 검출시 전극 계면에서의 낮은 임피던스를 검출하기 위한 다결정실리콘, 이리듐 산화막, 탄소나노튜브와 같은 다양한 전극 소재를 이용한 신경탐침 연구가 제안되어 왔다. 본 연구에서는 극소화된 전극면적과 신경세포 계면에서의 저 임피던스 신경신호 검출을 위하여 비이온성 계면활성제와 전해도금을 이용하여 높은 거칠기값을 갖는 나노동공 백금층을 검출 전극으로 활용하였다. 실험 결과: 제작된 신경탐침의 몸체는 실리콘으로 이루어지며, 탐침 끝단에는 신호 측정을 위한 나노동공 백금층을 갖는 전극들이 집적되어 있다. Fig. 1 는 제작된 나노동공 백금을 갖는 신경탐침의 이미지 (a), SEM (b), TEM (c), FESEM (d) 측정결과를 보여준다. 0.9 %의 NaCl 용액에서 제작된 신경탐침의 계면임피던스 및 위상각 변화에 대한 측정결과가 Fig. 2에 나타나 있다. 1.2 kHz 주파수에서 $942.6K{\Omega}$ ($0.029{\Omega}cm^2$, $3.14{\mu}m^2$)로 극대화된 실표면적을 갖는 나노동공 백금층에 의하여 매우 낮은 임피던스 특성을 보인 것으로 판단된다. 또한 제작된 신경탐침은 위상각이 $-82.9^{\circ}$로서 캐패시터와 같은 역할을 하고 있다고 예상할 수 있었으며 $4.6mFcm^{-2}$의 축전용량값을 보였다. Fig. 3는 1 M의 황산용액에서 나노동공백금층이 형성된 신경탐침 전극과 형성 전의 전기화학적 표면변화를 비교분석한 결과로서 나노동공 백금층의 형성 전/후의 전류응답 특성이 상이하게 나타났다. 나노동공 백금층의 실표면적 극대화로 인한 전류응답수치 또한 크게 향상 되었으며, 0~-0.25 V 영역에서의 수소 흡착에 따른 환원곡선은 전형적인 백금 특성을 보여주는 결과로 판단 할 수 있다. Table 1는 기존에 연구되었던 신경탐침들과 본 연구에서 제작된 나노동공 백금을 갖는 신경탐침의 임피던스와 캐패시턴스 특성을 비교한 결과이다. 결론: 본 연구에서는 실리콘 신경탐침 끝단에 집적된 전극상에 전해도금법을 이용하여 높은 거칠기값을 갖는 나노동공 백금층을 형성하고 전극 계면상의 낮은 임피던스를 검출을 하였다. 나노동공 백금층을 갖는 신경탐침은 순환전압전류법을 통해 극대화된 실표면적을 극대화를 확인할 수 있었으며, 극대화된 검출 전극면은 저 임피던스 측정에 용이함을 실험을 통해서 증명할 수 있었다. 따라서, 높은 거칠기값의 나노동공 백금층은 초소형화된 신경탐침상에 집적되는 전극면적소형화와 다수의 전극 구현에 효과적일 것으로 판단되며 보다 정확한 신경신호 검출을 통한 뇌질환의 명확한 이해에 유망할 것으로 판단된다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.12 no.2
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• pp.144-149
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• 2003

Carbon tips were grown on Si cantilevers by applying an electron beam to them directly with Scanning Electron Microscope. A carbon tip was fabricated by aligning the electron beam directly down the vertical axis of Si cantilever and then irradiating a single spot on the cantilever for a proper time in the dominant atmosphere of residual gases generated by the oil of the diffusion pump. A number of control parameters for SEM, including exposure time, acceleration voltage, emission current, and beam probe current, were allowed to make various aspect ratio feature. The growth of carbon tips was not affected by the surface morphology of substrates. We could acquired the tip whose effective length is 0.5 $\mu\textrm{m}$, bottom diameter is 90 nm and cone half angle $3.5^{\circ}$ The growth technique of the high aspect ratio carbon tips on the tip-free cantilevers is available to reduce the complexities of fabricating sub-micron scale tips on the PZT thin film actuator integrated AFM cantilevers.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.1522-1523
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• 2007

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술과 니켈 전기도금 공정을 이용하여 수십 내지 수백개의 탐침소자를 갖는 프르브디바이스(probe device)를 제작하였다. 사용된 기판은 $4000{\AA}$의 oxide가 있는 p-type 실리콘 웨이퍼로서, 기판위에 NiCr과 Au를 증착한 후 PR 패터닝을 통하여 니켈을 전기도금법으로 도금하고 니켈 도금층을 제외한 부분의 NiCr과 Au를 식각함으로서 전류가 흐르는 라인(line)배선과 탐침소자가 세워질 라인을 형성하였다. 그 후 후막의 PR을 코팅하고 탐침소자가 세워질 부분을 패터닝 한 후 전기도금법을 이용하여 니켈 탐침소자를 제작하였다. 제작된 탐침소자 하나의 크기는 $60{\mu}m$의 폭과 $70{\mu}m$의 높이를 보이며, 탐침소자 전체의 크기는 $250{\mu}m$이고 탐침소자와 탐침소자 사이의 간격은 $50{\mu}m$로 제작되었다. 본 연구에서 제작된 탐침소자의 수는 25*2line으로서 총 50개 이지만 이러한 공정방식을 이용하고 탐침소자의 크기를 작게 제작한다면 하나의 프르브 디바이스에 수백 내지수천 개의 탐침소자를 제작할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.10a
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• pp.552-555
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• 2004

The reliability issue of the probe tip/recording media interface is one of the most crucial concerns in the Atomic Force Microscope (AFM)-based recording technology. In this work, the tribological characteristics of the probe/media interface were investigated by performing wear tests using an AFM. The ranges of applied normal load and sliding velocity for the wear test were 10 to 50nN and 2 to 20$\mu$m/s respectively. The damage of the probe tip was quantitatively as well as qualitatively characterized by Field Emission Scanning Probe Microscope (FESEM) analysis and calculated based on Archard s wear equation. It was shown that the wear coefficient of the probe tip was in the order of 10$^{-4}$ ~ 10$^{-3}$ , and significant contamination at the end of the probe tip was observed. Thus in order to implement the AFM-based recording technology, tribological optimization of the probe/media interface must be achieved.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2005.11a
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• pp.26.1-26.1
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• 2005

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2003.10a
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• pp.45-45
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• 2003

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.07a
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• pp.267-269
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• 2003

반도체 웨이퍼 및 각종 박막의 면/비저항(sheet/resistivity resistance)의 측정에 비교적 간단히 측정할 수 있고 측정정확도가 높은 4탐침(four-point probe)방법이 널리 사용되고 있다 또한 4탐침 측정방법은 높은 분해능의 contour map작성과 ion implantation의 doping accuracy 및 doping uniformity의 측정에도 사용된다. 최근 재료의 소형, 박막화 경향으로 볼 때 정확한 비저항 측정의 필요성이 요구되고 있으며 이에 따라 4탐침 측정기술인 single 및 dual configuration method로 실리콘 웨이퍼에 대한 비저항의 측정 정확도를 고찰한 결과 dual configuration 측정방법이 single configuration측정 방법에 비하여 정밀 정확도가 더 좋은 것으로 고찰되었다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.20 no.5
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• pp.189-195
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• 2003

Atomic Force Microscope (AFM) has been widely used in micro/nano-scale studies and applications for. the last few decade. In this work, wear characteristics of silicon-based AFM tip was investigated. AFM tip shape was observed using a high resolution SEM and the wear coefficient was approximately calculated based on Archard's wear equation. It was shown that the wear coefficient of silicon and silicon nitride were in the range of ${10}^{-1}$~${10}^{-3}$ and ${10}^{-3}$~${10}^{-4}$, respectively. Also, the effect of relative humidity and sliding distance on adhesion-induced tip wear was discussed. It was found that the tip wear has more severe for harder test materials. Finally, the probable wear mechanism was analyzed from the adhesive and abrasive interaction point of view.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.32 no.10
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• pp.800-809
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• 2008

Scanning Thermal Microscope (SThM) is the tool that can map out temperature or the thermal property distribution with the highest spatial resolution. Since the local temperature or the thermal property of samples is measured from the extremely small heat transferred through the nanoscale tip-sample contact, improving the sensitivity of SThM probe has always been the key issue. In this study, we develop a new design and fabrication process of SThM probe to improve the sensitivity. The fabrication process is optimized so that cantilevers and tips are made of thermally grown silicon dioxide, which has the lowest thermal conductivity among the materials used in MEMS. The new design allows much higher tip so that heat transfer through the air gap between the sample-probe is reduced further. The position of a reflector is located as far away as possible to minimize the thermal perturbation due to the laser. These full $SiO_2$ SThM probes have much higher sensitivity than that of previous ones.