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양방향 반사 지연선을 이용한 무선, 무전원 SAW 기반 온, 습도 센서 개발
임천배(Chun-bae Lim),이기근(Kee-keun Lee) 대한전기학회 2009 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2009 No.7
A 440㎒ wireless and passive surface acoustic wave (SAW) based micro-sensor was developed for simultaneous measurement of temperature and humidity. The developed sensor is composed of a SAW reflective delay lines structured by an IDT (Inter-Digital Transducer), four reflectors and humidity sensitive film (polyimide). Polyimide was dry-ecthed by RIE (Reactive Ion Etching) to obtain high roughness, which gives the large reaction area resulting in high sensitivity. In wireless testing using a network analyzer, sharp reflection peaks with high S/N ratio, small signal attenuation, and few spurious peaks were observed in the time domain. High sensitivity towards the temperature and humidiy were also observed in the large concentration range. The obtained sensitivity was 16.8°/℃ for temperature sensor and 15.8°/%RH for humidity sensor.
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습도와 CO₂ 농도의 실시간 동시감지를 위한 무전원 SAW 기반 집적 센서 개발
임천배(Chun-Bae Lim),이기근(Kee-Keun Lee),왕웬(Wen Wang),양상식(Sang-Sik Yang) 한국마이크로전자및패키징학회 2009 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.16 No.1
상대습도와 CO₂기체의 실시간 동시 감지가 가능한 표면탄성파(SAW: Surface Acoustic Wave) 기반의 무선, 무전원 센서가 개발 되었다. 본 소자는 41° YX LiNbO3 기판 위에 만들어졌으며, 반사 지연선의 구조로 이루어져 있다. 본 논문의 반사 지연선은 양방향 감지가 가능한 Interdigital transducer(IDT)와 10개의 리플렉터(reflector)로 이루어져 있 다. 감지 필름은 Teflon AF 2400과 친수성의 SiO₂층이 이용 되었으며, 이는 각각 CO₂와 상대 습도의 감지를 담당한다. 소자의 제작에 앞서 최적의 소자 설계 조건들을 도출하기 위해 Couple of mode(COM) 모델링이 실시 되었다. 시뮬레이션 결과를 반영하여 소자의 제작이 진행 되었으며, 네트워크 분석기를 이용하여 무선 측정이 실시 되었다. 시간 영역에서 측정된 반사계수 S11은 높은 신호 대 잡음 비, 작은 신호 감쇠, 적은 허위 피크를 보였다. 제작된 소자는 각각 75~375ppm의 CO₂ 범위와 20~80%의 상대 습도 범위에서 측정되었으며, 각각 2°/ppm의 CO₂ 민감도, 7.45°/%의 상대습도에 대한 민감도를 보였고, 좋은 선형성과 반복성을 보였다. 또한 민감도 측정 과정에서 온도와 습도의 보상 과정을 거쳐 더욱 정확한 민감도를 갖도록 하였다. A 440MHz wireless and passive surface acoustic wave (SAW) based chemical sensor was developed on a 41° YX LiNbO3 piezoelectric substrate for simultaneous measurement of CO₂ gas and relative humidity (RH) using a reflective delay line pattern as the sensor element. The reflective delay line is composed of an interdigital transducer (IDT) and several shorted grating reflectors. A Teflon AF 2400 and a hydrophilic SiO₂ layer were used as CO₂ and water vapor sensitive films. The coupling of mode (COM) modeling was conducted to determine optimal device parameters prior to fabrication. According to simulation results, the device was fabricated and then wirelessly measured using the network analyzer. The measured reflective coefficient S11 in the time domain showed high signal/noise (S/N) ratio, small signal attenuation, and few spurious peaks. In the CO₂ and humidity testing, high sensitivity (~2°/ppm for CO₂ detection and 7.45°/%RH for humidity sensing), good linearity and repeatability were observed in the CO₂ concentration ranges of 75~375ppm and humidity levels of 20~80%RH. Temperature and humidity compensations were also investigated during the sensitivity evaluation process.
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폴리머 기반 3차원 뉴런 프로브의 잔류 스트레스 제거 및 생체 외 신호 측정
남민우,임천배,이기근,Nam, Min-Woo,Lim, Chun-Bae,Lee, Kee-Keun 한국마이크로전자및패키징학회 2009 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.16 No.2
뇌로부터 뉴런의 움직임을 탐지할 수 있는 폴리머 계열 기반의 유연한 뉴런 프로브가 개발되었다. 삽입 강도 증가를 위해서 5 ${\mu}m$ 두께의 생체 적합성이 우수한 금을 상하층 폴리머 사이에 전기도금 하였다. 개발된 뉴런 프로브는 실제 뇌 조직과 비슷한 강도를 지닌 젤에 조금의 균열도 없이 삽입되었다. 또한 기계적 잔류 스트레스 및 이로 인해 발생하는 뉴런 프로브의 휘어짐을 최소화하기 위하여 두 가지의 새로운 방법이 적용되었다; (1) 제작 완료 후 후열처리 과정을 통하여 잔류 스트레스를 최소화하는 방법 (2) 상하층을 서로 다른 물질로 제작하여 상호 간의 잔류 스트레스를 보상하는 방법. 위 두 가지의 방법을 적용한 후에는 제작된 직후 뉴런 프로브의 끝부분에서 보여졌던 휘어짐이 뚜렷하게 제거되었다. 전기적 특성 측정 결과 뉴런 프로브는 뇌로부터 뉴런의 신호를 기록하기에 적절한 임피던스 값을 가지고 있음을 보였으며 측정된 임피던스 값은 72시간 후에도 변함이 없었다. 또한 생체 외 신호 측정 실험 결과 제작된 프로브는 잔류 스트레스의 완전한 제거뿐만 아니라 우수한 신호 기록 능력을 보였다. 일주일 후에도 측정 결과에는 변함이 없었으며, 이는 제작된 전극이 생체 내에서 뉴런 파이어링(firing)으로부터 장기간의 안정적인 신호 기록의 가능성을 보인다고 할 수 있다. A polymer-based flexible neural probe was fabricated for monitoring of neural activities from a brain. To improve the insertion stiffness, a 5 ${\mu}m$ thick biocompatible Au layer was electroplated between the top and bottom polymer layers. The developed neural probe penetrated a gel whose elastic modulus is similar to that of a live brain tissue without any fracture, To minimize mechanical residual stress and bending from the probe, two new methods were employed: (1) use of a thermal annealing process after completing the device and (2) incorporation of multiple different layers to compensate the residual stress between top and bottom layers. Mechanical bending around the probe tip was clearly removed after employing the two processes. In electrical test, the developed probe showed a proper impedance value to record neural signals from a brain and the result remained the same for 72 hours. In simple in-vitro probe characterization, the probe showed a great removal of residual stress and an excellent recording performance. The in-vitro recording results did not change even after 1 week, suggesting that this electrode has the potential for great recording from neuron firing and long-term implant performance.
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