• 센서학회지
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• 제20권4호
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• pp.234-237
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• 2011

This paper presents a study into pH Indicator-Embedded hydrogel micro-particles which are encoded various shapes according to the captured indicator. We incorporate various pH indicators into a photo-curable hydrogel, PEG-DA(Poly(ethylene glycol) diacrylate). Using the latest fluidic lithography techniques, we can easily fabricate variously patterned hydrogel particles based on in-situ photopolymerization of the PEG-DA in a micro-fluidic channel. The shape of the particle is related to the pH indicator inside the particle. We demonstrate that the micro pH sensors change their colors according to the pH levels. The micro pH sensors have various characteristics that are related to the curing time, particle size, etc. By changing these conditions, we can adjust the long term stability and reaction time of the hybrid micro pH sensors.

• 센서학회지
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• 제13권3호
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• pp.169-174
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• 2004

A fiber optic pH sensor has been fabricated using nile blue entrapped in an ammonia catalyzed silica sol-gel film coated on glass substrate by dip-coating. The sensor was fixed on the end of an optical fiber. The sensor showed pH sensitivity when dipped into liquids at different pHs. Linear and reproducible responses were obtained in standard buffer solutions in the pH range $6.0{\sim}8.5$, which encompasses the clinically-relevant range. The effects of interferences on the determination of pH were also investigated. The sensors were successfully applied to the determination of pH in different commercial ionic drinks.

• 전자공학회논문지
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• 제53권2호
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• pp.117-122
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• 2016

최근 환경, 의료분야에서 실시가 검출 및 인체 삽입형 pH 센서에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 생체적 합성이 우수한 그래핀을 이용하여 실시간 pH 검출이 가능한 센서를 개발하였다. Polyethylene terephthalate(PET) 기판에 전사된 그래핀 표면에 이온 용액속에서 동작하는 전계효과 트랜지스터(solution-gated field-effect transistors; SGFETs)를 제작하였으며 이를 이용하여 이온 용액의 pH를 검출하였다. 제작한 트랜지스터의 게이트 채널 길이는 $500{\mu}m$, 게이트 채널 폭은 8mm이다. 이온 용액속에서 트랜지스터 동작특성 및 pH 감도를 평가하기 위하여 드레인-소스 전압($V_{DS}$)에 따른 드레인-소스 전류($I_{DS}$) 및 게이트-소스 전압($V_{GS}$)에 따른 드레인-소스 전류($I_{DS}$)를 측정하였다. PET기판에 전사된 그래핀 위에 제작한 그래핀 SGFETs의 전류-전압 특성은 이온 용액내에서 매우 안정적으로 동작하였으며 그래핀 SGFETs의 Dirac point는 이온 용액의 pH값이 증가함에 따라 양의 방향으로 19.32 mV/pH씩 증가하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권5호
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• pp.1730-1734
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• 2010

원전 2차계통수의 pH를 예측을 위해서는 샘플을 채취, 냉각시킨 후 pH를 측정하게 되는데 이 때 샘플의 온도는 pH를 변화시키는 중요한 요인이 된다. 본 연구에서는 할로겐화 은 광섬유를 이용하여 비접촉식 온도센서를 개발하였고, 열전쌍열을 이용하여 열원으로부터 방출되는 적외선을 측정하였다. 열원과 광섬유 끝단 사이의 거리 및 각도 변화에 따른 광섬유 온도센서의 출력신호를 분석하였으며, 광섬유 온도센서로 측정한 온도범위는 $25{\sim}60^{\circ}C$이다. 본 연구결과를 기초로 원전 2차계통수 pH 샘플의 온도를 측정하기 위해 할로겐화 은 광섬유를 이용한 비접촉식 온도센서의 개발이 가능할 것으로 기대된다.

• 공업화학
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• 제20권4호
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• pp.370-374
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• 2009

용존산소농도(DO)와 pH를 동시에 검출하기 위하여 이중층 광학 센서 막을 제조하였다. DO 민감성 염료인 Rudpp를 MTMS 졸-겔에 혼합하고 24-웰 마이크로타이터 플레이트에 코팅하였다. DO-검출층 위에 HPTS와 혼합된 GA 졸-겔용액을 코팅하고 pH 측정을 위해 사용하였다. 이중층 광학 센서 막은 온도와 이온 강도에 영향을 받았다. 또한 DO와 pH 이중층 광학 센서 막은 미생물발효공정에 온라인 모니터링 하는데 응용하였으며 좋은 성능을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.129-129
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• 2011

ISFET (ion sensitive field effect transistor)는 용액 중의 각종 이온 농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. ISFET는 작은 소자 크기, 견고한 구조, 즉각적인 반응속도, 기존의 CMOS공정과 호환이 가능하다는 장점이 있다. ISFET의 기본 구조는 기존의 MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor)에서 고안되었으며, ISFET는 기존의 MOSFET의 게이트 전극 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다. ISFET소자의 pH 감지 메커니즘은 감지막의 표면에서 pH용액 속의 이온들이 감지막의 표면에서 속박되어 막의 표면전위의 변화를 유발하는 것을 이용한다. 그 결과, ISFET의 문턱전압의 변화를 일으키게 되고 드레인 전류의 양 또한 달라지게 된다. ISFET의 높은 pH감지능력을 얻기 위하여 높은 high-k물질 들이 감지막으로서 연구되었다. Al2O3와 HfO2는 높은 유전상수, non-ideal 효과에 대한 immunity 그리고 높은 pH 감지능력 등 많은 장점을 가지고 있는 물질로 알려졌다. 본 연구에서는, SiO2/HfO2/Al2O3 (OHA) 적층막을 이용한 EIS (electrolyte- insulator-silicon) pH센서를 제작하였다. EIS구조는 ISFET로의 적용이 용이하며 ISFET보다 제작 방법과 소자 구조가 간단하다는 장점이 있다. HfO2은 22~25의 높은 유전상수를 가지며 높은 pH 감지능력으로 인하여 감지막으로서 많은 연구가 이루어지고 있는 물질이다. 하지만 HfO2의 물질이 가진 고유의 특성상 화학적 용액에 대한 non-ideal 효과는 다른 금속계열 산화막에 비하여 취약한 모습을 보인다. 반면에 Al2O3의 유전상수는 HfO2보다 작지만 화학용액으로 인한 손상에 대하여 강한 immunity가 있는 재료이다. 이러한 물질들의 성질을 고려하여 OHA의 새로운 감지막의 적층구조를 생각하였다. 먼저 Si과 high-k물질의 양호한 계면상태를 이루기 위하여 5 nm의 얇은 SiO2막을 완충막으로서 성장시켰다. 다음으로 높은 유전상수를 가지고 있는 8 nm의 HfO2을 증착시킴으로서 소자의 물리적 손상에 대한 안정성을 향상시켰다. 최종적으로 화학용액과 직접적인 접촉이 되는 부분은 non-ideal 효과에 강한 Al2O3을 적층하여 소자의 화학적 손상에 문제점을 개선시켰다. 결론적으로 감지막의 적층 모델링을 통하여 각각의 high-k 물질이 가진 고유의 특성에 대한 한계점을 극복함으로써 높은 pH 감지능력뿐만 아니라 신뢰성 있는 pH 센서가 제작 되었다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제7권3호
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• pp.143-148
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• 2006

정수장에서 생산한 수돗물이 수용가까지 안전하게 공급하기 위해서는 관내 및 배수지 등의 공급과정에서 철저한 수질관 리가 필요하다. 그러나 배수지의 수질관리 및 모니터링이 전혀 이루어지지 않고 있다. 최근 정부는 먹는 물에 대한 수질관리기준을 강화하고 있으나, 먹는 물에 대한 수질측정 기반기술은 미국, 일본, 독일 등에 비하여 매우 빈약하다. 특히 수질 검사 및 분석기기의 핵심은 센서이나 이들 센서에 대한 기술이 매우 부족하다. 본 논문에서는 국내 먹는 물 수질관리에 대한 관계 법령 및 규정을 분석하고, 먹는 물 수질측정 기준에 적합한 pH, 전도도, 잔류염소, 탁도 및 수온에 대한 센서 및 측정기기의 최적 성능기준을 제안하고, 대표적인 전극센서인 pH, 전도도 및 잔류염소 센서의 상호간섭 및 영향을 분석한다.

• 대한화학회지
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• 제34권6호
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• pp.622-628
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• 1990

장미 구성요소 중 꽃잎 부분을 $NH_3$ 감응센서에 고정시켜서 글루타민 조직센서를 제조하여 pH, 완충용액, 조직 양 및 여러 가지 방해물질의 영향과 전극의 수명 등에 관하여 조사하였다. 그 결과 37$^{\circ}C$에서 pH 7.8, 0.2M 인산완충용액을 사용하였을 때, $8.0 {\times} 10^{-4}$ ∼$5.0 {\times} 10^{-2}$ M 글루타민 직선범위와 52 mV/decade의 감응기울기를 나타내었다. 이 때 사용한 조직 양은 50 mg이었다. 본 센서는 선택성이 탁월한 것으로 나타났다. 이 센서를 장미의 다른 구성요소와 비교하였다. 실제 글루타민의 정량에 유용하게 사용될 것으로 나타났다.

• 센서학회지
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• 제10권4호
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• pp.239-249
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• 2001

본 논문은 pH감도와 교류 광전류의 바이어스 포텐셜 의존성을 이용한 다채널 센서인 LAPS의 실제 제작과, 동기 검파 및 다중화 방법을 이용하여 제작된 센서의 신호를 효과적으로 측정하기 위한 시스템 구현에 관한 것이다. 제작된 LAPS소자는 여러 종류의 물질을 동시에 측정하기 위하여 다채널 감지면으로 구성하였으며, 제작된 소자에 적합한 측정 시스템은 높은 S/N를 유지하면서 다채널 pH농도 측정이 가능하도록 하나의 전치 증폭단을 이용한 시분할 측정과 이에 적합한 제어 시스템을 포함한다. 전체 시스템 하드웨어는 전치 증폭부, 디지털 및 센서부로 구성되었으며, 소프트웨어는 디지털 제어용 시스템 프로그램과 PC프로그램으로 구성된다. 구현된 시스템의 성능을 평가한 결과 양호한 감도, 선형성으로 LAPS에 의한 다채널 측정이 가능함을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.284-284
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• 2011

Ion sensitive field effect transistor (ISFET)는 용액 중의 각종 이온 농도를 측정하는 반도체 이온 센서이다. ISFET는 작은 소자 크기, 견고한 구조, 즉각적인 반응속도, 기존의 CMOS공정과 호환이 가능하다는 장점이 있다. ISFET의 기본 구조는 기존의 metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET)에서 고안되었으며, ISFET는 기존의 MOSFET의 게이트 전극 부분이 기준전극과 전해질로 대체되어진 구조를 가지고 있다. ISFET소자의 pH 감지 메커니즘은 감지막의 표면에서 pH용액의 수소이온이 막의 표면에 속박되어 표면전위의 변화를 유발하는 것에 기인한다. 그 결과, 수소이온의 농도에 따라 ISFET의 문턱전압의 변화를 일으키게 되고 드레인 전류의 양 또한 달라지게 된다. 한편, ISFET의 좋은 pH감지특성과 높은 출력특성을 얻기 위하여 high-k물질들이 감지막으로써 지속적으로 연구되어져 왔다. 그 중 Al2O3와 HfO2는 높은 유전상수와 좋은 pH 감지능력으로 인하여 많은 연구가 이루어져온 물질이다. 하지만 HfO2는 높은 유전상수를 갖음에도 불구하고 화학용액에 대한 non-ideal 효과에 취약하다는 보고가 있다. 반면에 Al2O3의 유전상수는 HfO2보다 작지만 화학용액으로 인한 손상에 대하여 강한 immunity가 있는 재료이다. 본 연구에서는, 이러한 각각의 high-k 물질들의 단점을 보안하기 위하여 SiO2/HfO2/Al2O3(OHA) 적층막을 이용한 ISFET pH 센서를 제작하였으며 SOI 기판에서 구현되었다. SOI기판에서 OHA 적층막을 이용한 ISFET 제작이 이루어짐에 따라서 소자의 signal to noise 비율을 증대 시킬것으로 기대된다. 실제로 SOI-ISFET와 같이 제작된 SOI-MOSFET는 1.8${\times}$1010의 높은 on/off 전류 비율을을 보였으며 65 mV/dec의 subthreshold swing 값을 갖음으로써, 우수한 전기적 특성을 보이는 ISFET가 제작이 되었음을 확인 하였다. OHA 감지 적층막의 각 층은 양호한 계면상태, 높은 출력특성, 화학용액에 대한non-ideal 효과에 강한 immunity을 위하여 적층되었다. 결론적으로 SOI과 OHA 적층감지막을 이용하여 우수한 pH 감지 특성을 보이는 pH 센서가 제작되었다.