• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.242-242
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• 2010

SiO2박막을 이온 감지막으로 이용한 pH농도센서를 제작하였다. 현재 많은 연구중인 pH센서, pH-ISFET(pH-Ion Sensitive Field Effect Transistor)는 용액과 기준전극간의 전기화학적 변위차를 이용하여 pH를 센싱한다. pH-ISFET는 기존 CMOS공정을 그대로 이용할 수 있고, 이온감지막의 변화만으로 다양한 센서를 제작할 수 있어 최근 많은 연구가 진행 중이다. 하지만 FET를 제작하기 위한 공정의 복잡성과 용액의 전위를 정해주고 FET에 바이어스를 인가해줄 기준전극이 반드시 필요하다는 제한성이 있다. 따라서 본 연구에서는 SOI 기판을 이용하여 간단한 구조의 pH센서를 제작하였다. 센서는 (100)결정면을 가지는 p-타입 SOI(Silicon On Insulator)기판을 사용하였으며 포토리소그래피 공정을 이용하여 back-gated MOSFET구조로 제작하였다. 이온감지막으로 사용할 SiO2박막은 RF 스퍼터링을 이용하여 $100{\AA}$ 증착하였다. 바이어스는 기존 pH-ISFET와는 다르게 기준전극 대신 기판을 backgate로 사용하여 FET에 바이어스를 인가해 주었다. pH 용액 주입을 위해 PDMS재질의 챔버를 제작하고 실리콘글루를 이용하여 센서에 부착하였다. pH12부터 pH4까지 단계적으로 누적시키며 챔버에 주입하였고, pH에 따른 드레인전류의 변화를 관찰하였다. pH용액을 챔버에 주입시, pH농도에 따라 제작된 센서의 문턱전압이 오른쪽으로 이동하는 결과를 관찰할 수 있었다. 결과적으로, 구조가 간단한 pseudo MOSFET을 이용하여 pH센서의 적용가능성을 확인하였으며 SiO2박막 역시 본 pH센서의 이온감지막의 역할과 센서의 안정성을 향상시킬 수 있다는 점을 확인하였다.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.64 no.2
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• pp.74-78
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• 2020

A push-pull conjugated dye (DCMP) was covalently immobilized on a silanized glass surface to produce a high sensitivity pH sensor film for operating in the acidic region. A pH-sensitive sensor film was prepared by photo-initiating copolymerization of a modified DCMP (DCMA), 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and triethylene glycol dimethacrylate on the silanized glass surface. The absorbance of the sensor film increased with increasing pH between pH 2.0 and 5.0, and the fluorescence intensity of the film also increased about 50 times with increasing pH in the same pH range. The sensor film was reversible and reproducible under acidic conditions. The sensor film showed a relatively short response time between 20-50 seconds and high selectivity for proton in the presence of various metal ions.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.07c
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• pp.1694-1696
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• 2004

$Si_3N_4$ 박막을 동일한 공정 파라메터로 저압 화학기상증착법(LPCVD)으로 증착하고, IS, LOCOS- IS 및 ISFET의 세 가지 각각 다른 구조로 하여 용약 중 pH 농도 감지용 센서소자를 제작하였다. 이 세 가지 다른 센서소자에 대하여 pH 농도변화에 따른 감지도, 감지특성곡선의 선형성, 히스테리시스 등 주요 특성을 각각 조사한 후 비교 분석하였다. LOCOS-IS 구조의 pH 센서는 ISFET 구조의 pH 센서와 유사한 우수한 제반 pH 감지특성을 보였으나, 간단한 IS 구조의 pH 센서는 이들에 비해 상대적으로 열악한 pH 감지특성을 보였다. 동일공정으로 제작된 Si3N4 박막으로 제작되었음에도 불구하고 간단한 IS 구조의 pH 센서의 비교적 열악한 특성을 보이는 원인을 규명하기 위하여, pH 농도 변화에 따른 C-V특성 변화에 의한 pH 감지특성 조사시의 IS 및 LOCOS-IS 구조의 정전용량의 변화를 비교하고 고찰하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.32 no.6
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• pp.700-705
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• 2021

A portable and disposable pH sensor based on Ti wire was successfully developed for monitoring hydronium ion concentrations. A sensing electrode was prepared by electrochemically depositing iridium oxide onto a Ti wire, while a reference electrode was fabricated by coating Ag/AgCl ink on a Ti wire. Combining the two electrodes in the pH sensor enabled the collection of open circuit potential signals when the sensor was immersed in solutions of various pH values. The pH sensor exhibited excellent electrochemical sensing performance in terms of sensitivity, response time, repeatability, selectivity, and stability. To demonstrate point-of-measurement applications, the pH sensor was integrated with a wireless electronic module that could communicate with a mobile application. The portable pH sensor accurately measured pH changes in real samples. The results obtained were consistent with those of using a commercial pH meter.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.5 no.4
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• pp.35-40
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• 1996

The polymeric membrane pH sensor based on HDBA(hexyldibenzylamine) or HDPA(hexyldiphenylamine) as hydrogen ion carrier was prepared and electrochemical characterization for the variation of a temperature and membrane thickness were studied on. The sensor based on HDPA was not responded selectively to hydrogen ion. The sensor based on HDBA was responded linearly to hydrogen ion in the range of pH 2 - pH 10, it showed the fast response time of 30 - 50sec. and Nernstian slope of 53.6mV/pH. The interfering effect on alkali and alkaline earth metal ions of pH sensor were lower than glass pH sensor. There was shown a good reproducibility and stability with the precision of 2 - 4mV (${\pm}0.1mV$).

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.10 no.2
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• pp.118-124
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• 2001

When particles are dissolved in solution, they have different zeta-potentials depending on pH. Zeta-potential has an influence on particle separation, which can control particle size. And the size of $WO_3$ particle affects the sensitivity of $WO_3$ sensor for detecting NO gas. Therefore we study influence of pH on NO-sensing $WO_3$ gas sensor fabricated by Sol-Coprecipitation method. As pH increases from 2 to 7, dynamic mobility of $WO_3$ precursor was increased. When pH was 7, it showed the largest distribution separation. It means when pH is 7, we can make $WO_3$ powder which has smaller particle size. And it is confirmed by particle size analysis of $WO_3$ powder, X-ray diffration result of $WO_3$ sensing layer and surface morphology. It also affect NO sensing characteristics of $WO_3$ gas sensor. The sensing film synthesized at pH 7 showed the largest sensitivity.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.10 no.4
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• pp.259-265
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• 2001

FET-type dissolved oxygen sensor has the Pt working electrode around the pH-ISFET. Appling a voltage to the working electrode, the hydrogen ion which is proportional to the dissolved oxygen concentration occurs around the pH sensing gate and we can measure the dissolved oxygen concentration by detecting pH concentration through the pH-ISFET. In this paper, a dissolved oxygen measurement system using FET-type dissolved oxygen sensor array which adopt a specific algorithm to enhance the reliability has been developed and we compared its performance with the commercial dissolved oxygen measurement system.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.447-447
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• 2012

최근 생물전자공학에서 의료 산업 환경 등 많은 분야에 응용 가능한 바이오센서의 연구가 활발해지고 있다. 그 중 의료 분야에서, 수소이온 ($H^+$)의 농도 감지는 인간의 질병을 예측하는데 중요한 지표가 되며 이러한 수소이온 ($H^+$) 농도의 변화를 실시간으로 감지하기 위해 반도체를 기반으로 한 다양한 pH 센서가 제안되었다. Ion sensitive field effect transistor (ISFET), electrolyte-insulator-semiconductor (EIS)는 대표적인 반도체 pH센서로, 작은 소자 크기, 견고한 구조, 빠른 응답속도와 CMOS 공정과의 호환성이 좋다는 장점이 있다. 특히, EIS는 제조공정이 간단하고 감지막의 감지 특성 평가가 용이하기 때문에 지속적으로 연구되고 있는 pH 센서이다. 센서의 감지 특성을 평가함에 있어 감지막의 감지감도와 안정성이 우수해야 하며 이를 위해 high-k 물질이 감지막으로 사용되고 있다. 추가적으로 high-k 물질은 기존의 $SiO_2$와 $Si_3N_4$를 대신하여 높은 유전상수로 인한 고성능, 고감도 센서제작을 가능케 한다. 본 연구에서는, high-k 물질인 $HfO_2$, $Ta_2O_5$, $ZrO_2$, $Al_2O_3$를 각각 $SiO_2$ 완충막에 적층한 이단 감지막을 제작하였고, 그 특성을 기존의 $SiO_2$, $Si_3N_4$ 감지막의 감지특성과 비교하였다. pH 감지 특성을 평가해 본 결과, 기존의 $SiO_2$, $Si_3N_4$ 감지막과 비교했을 때 high-k 물질의 감지막을 갖는 EIS pH 센서에서 감지감도와 안정성 모두 우수하게 나타났다. 특히, high-k 물질 중 $HfO_2$에서 감지감도가 다소 크게 평가되었으나, 화학적 용액에 대한 안정성은 떨어졌다. 반면에 $Al_2O_3$과 $Ta_2O_5$은 화학용액에 대한 안정성 측면에서 최적의 특성을 보임을 확인하였다. 결론적으로, high-k 물질에 대한 전반적인 평가를 통하여 높은 pH 감지감도뿐만 아니라 우수한 안정성의 EIS pH 센서를 제작 할 수 있었다.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.1 no.2
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• pp.101-106
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• 1992

pH-ISFETs, the semiconductor pH sensors, were combined with immobilized enzyme membranes to prepare FET type urea and glucose sensors and its operational characteristics were investigated. Photolithography techniques were applied to immobilize enzymes on the $H^{+}$ sensing membrane of the pH-ISFET with photo-sensitive polymers, PVA-SbQ. Fabricated urea and glucose sensors could determine $0.5{\sim}50{\;}mg/dl$ urea concentrations and $10{\sim}1000{\;}mg/dl$ glucose concentrations, respectively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.213.1-213.1
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• 2015

Field effect transistors (FETs)를 기반으로 한 바이오센서는 빠른 응답속도, 저비용, label-free 등을 이유로 각광받고 있다. 그러나 3D 구조를 기반으로 한 FETs 바이오센서의 낮은 sensitivity의 한계점을 지니며, 이를 극복하기 위해 1D 구조의 나노튜브 등을 활용하였으나 여전히 높은 sensitivity의 확보는 힘들다. 최근에는 이러한 문제점을 극복하기 위해 이차원 반도체 물질 중 하나인 Transition metal dichalcogenide (TMD)를 이용하여, 700 이상의 sensitivity를 지니는 pH센서 및 100 이상의 sensitivity를 지니는 바이오센서가 보고되었다. 하지만 이보다 더 높은 정확성 및 반응성을 높이기 위한 연구는 부족한 실정이다. 우리는 DNA 템플릿을 이용하여, TMD FET 기반 pH 및 바이오센서의 반응성을 극대화시키는 연구를 선보인다. DNA는 7~8정도의 유전상수 (K)를 가지는 물질로 기존 $SiO_2$(K=3.9)보다 높은 유전상수를 가지며 두께를 0.7 nm로 매우 얇게 형성할 수 있는 장점이 있다. 이는 FET 기반 바이오센서의 표면 캐패시턴스를 높여 sensitivity를 극대화할 수 있으며, 기존에 사용된 high-k 기반 바이오센서와 비교하여도 약 10배 이상의 sensitivity 향상을 노릴 수 있다. 또한, TMD 물질로 우리는 $WSe_2$를 선택하였으며, pH 용액의 receptor로써 우리는 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)를 활용하였고, 템플릿으로 사용된 DNA는 DX tile 및 Ring type의 두 가지를 사용하였다. 추가로, DNA의 phosphate backbone을 중성화시키고 DNA의 base pairing의 charge 안정화를 위해 구리 이온($Cu^{2+}$) 및 란타넘족($Tb^{3+}$)을 추가하였다. 완성된 바이오센서의 pH 센싱을 위해 우리는 pH 6,7,8의 표준 용액을 사용하였으며, 재현성 및 반복성의 확인하였다.