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지식나눔

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EIS구조 형태로 pH센서에 관한 질문입니다.

2013-06-21 org.kosen.entty.User@a047add 여진호(jhyeo89)
  • 2
안녕하십니까? EIS구조의 pH센서를 제작할려고 하는 대학원 신입학생입니다. C-V curve를 측정해야하고 Concap모드로도 해야되는데 C-V curve에서 문제가 있어 진행을 하지 못하고 있습니다. ㅡㅡㅡㅡㅡ 　　　　　＼ 　　　　　　＼ 　　　　　　　＼ 　　　　　　　　＼ 　　　　　　　　　ㅡㅡㅡㅡㅡ 이런형태의 그래프들을 많이 보았는데 제가 측정을 할때는 　　　　　　　ㅡ 　　　　　　/　＼ 　　　　　/　　　＼ ㅡㅡㅡㅡㅡ/　　　　　＼ 　　　　　　　　　　　　　난리남 　　　　　　　　　　　　　　　　　ㅡㅡㅡㅡㅡ 이런식으로 나옵니다. 막은 Al2O3이고 기준전극은 Ag/AgCl이고 측정할때 데이터들은 DC-bias 120Hz AC 50mV입니다. 기존에 EIS구조는 Al2O3 SiO2 p-type Si Al 이렇게 적층되인는데 저는 Al2O3 Al 이렇게 두가지 막만 존재합니다. 이것의 문제일까요? Al2O3층이 감지막인 동시에 절연층으로도 작용할거라 생각하고 Al은 하부전극으로 그냥 있어도 될것같은데... 그리고 똑같은 시편에 똑같은 조건에서 측정을 하더라도 할때마다 다르게 데이터가 나옵니다. 뭐가 문제가 있는것일까요?ㅠ
  • EIS
  • pH sensor
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    안길홍님의 답변

    2013-06-22
    • 0

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    무언가 한가지가 빠진 것 같습니다. pH 센서에서 Hydrogen ion과 친화성이 있는 물질(감지막)이 빠진 것 같습니다. 첨부 자료를 참고하여 주시고, 감지막으로써 Au nano를 Al2O3위에 doping하여 주시면 sensor로써 훌륭히 작동할 것 같습니다.
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    무언가 한가지가 빠진 것 같습니다. pH 센서에서 Hydrogen ion과 친화성이 있는 물질(감지막)이 빠진 것 같습니다. 첨부 자료를 참고하여 주시고, 감지막으로써 Au nano를 Al2O3위에 doping하여 주시면 sensor로써 훌륭히 작동할 것 같습니다.
    안길홍(ah5506) 2014-03-17

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    여진호(jhyeo89) 2014-07-16

    pH？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ ？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？?？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？?？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？?？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？?？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ ？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ Al2O3,Ta2O5,Si3N4 ？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？?？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ ？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？??？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ ？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？??？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ ？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？?？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ ？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？?？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？

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    안길홍님의 답변

    2013-06-22
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    pH센서는 반도체를 기반으로 하고 있기 때문에 먼저 반도체에 대하여 간략히 설명드리겠습니다. 반도체에는 진성반도체,n-type반도체,p-type반도체로 나눌 수 있습니다. 입구와 출구가 있는 밀폐된 상자를 생각하고, 이 상자에는 들어갈 수 있는 정수가 10개라고 가정하겠습니다. n-type 반도체는 10개가 다수 캐리어 전자이며[majority carrier(minority carrier에 대하여서는 생략하겠습니다)] 이와는 반대로 p-type 반도체는 다수캐리어가 정공(반전자=양전자)이라고 생각하시면 됩니다. 진성반도체는 전자=정공인 상태입니다. (1)p-type반도체를 사용하는 이유: pH 센서는 proton을 감지하는 것입니다. proton은 양전하를 가지고 있습니다. 양전하가 감지되면 회로가 연결된 상태이면 양전하가 p-type 반도체로 들어오게 됩니다.이때 Al2O3는 유전체로써의 기능을 하게 됩니다. 예를 들어 proton1개가 감지되면 감지막에 접촉되는 Al2O3막은 음전자(-)가 배열되고 전극쪽은 양전자(+)가 배열됩니다.이는 capacitor로 기능한다는 것입니다.양전하를 띠는 proton은 Al2O3의 표면에 배열된 음전자(-)에 이끌려서 Al2O3내부로 들어오게 되는 것입니다. 그러면 정원이 10개인 Al2O3내부는 11개의 양전자(+)가 있게되는 것 입니다. 당연히 1개는 정원 초과인 셈입니다. 정원초과된 양전자(+)1개는 열려있는(ON 상태인 회로) 출구 문으로 빠져나가게 됩니다. 정원이 10인데 예를 들어 proton 1개가 들어오게 되면 양전자 1개는 출구로 나가야만 합니다. 이에 따라 전하량이 변하게 되는 것 입니다(Q=CV).따라서 pH sensor에서는 p-type 반도체를 사용하여야 합니다. n-type반도체를 사용하여서는 안되는 이유입니다[반도체에서는 음전자와 양전자(반전자)를 생각하시면 쉽습니다]. (2)Al-Al2O3를 sensor로 사용하였다면 Al2O3는 진성반도체 입니다. 따라서 Al2O3를 감지막과 유전용량의 변화의 동시 기능을 하도록 사용하였다면, 진성 반도체에는 proton과 음이온이 공존하여 입구쪽에 감지될 수 있습니다. 다시 말하면 양이온과 음이온이 들락 날락하여 출구쪽에서 혼란이 오게됩니다. 이러한 이유로 C-V에서 혼란이 오고 제대로된 pH 측정이 불가능합니다. 따라서 proton을 선택적으로 감지할 수 있는 감지막의 추가 설정이 필요합니다. 이에는 Au가 가장 적합합니다. Au의 선택적 반응성을 보면 H-Au로써 선택적 반응하므로 proton에 의하여 정공(양전자)이 밀려나게 되는 것 입니다.
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    pH센서는 반도체를 기반으로 하고 있기 때문에 먼저 반도체에 대하여 간략히 설명드리겠습니다. 반도체에는 진성반도체,n-type반도체,p-type반도체로 나눌 수 있습니다. 입구와 출구가 있는 밀폐된 상자를 생각하고, 이 상자에는 들어갈 수 있는 정수가 10개라고 가정하겠습니다. n-type 반도체는 10개가 다수 캐리어 전자이며[majority carrier(minority carrier에 대하여서는 생략하겠습니다)] 이와는 반대로 p-type 반도체는 다수캐리어가 정공(반전자=양전자)이라고 생각하시면 됩니다. 진성반도체는 전자=정공인 상태입니다. (1)p-type반도체를 사용하는 이유: pH 센서는 proton을 감지하는 것입니다. proton은 양전하를 가지고 있습니다. 양전하가 감지되면 회로가 연결된 상태이면 양전하가 p-type 반도체로 들어오게 됩니다.이때 Al2O3는 유전체로써의 기능을 하게 됩니다. 예를 들어 proton1개가 감지되면 감지막에 접촉되는 Al2O3막은 음전자(-)가 배열되고 전극쪽은 양전자(+)가 배열됩니다.이는 capacitor로 기능한다는 것입니다.양전하를 띠는 proton은 Al2O3의 표면에 배열된 음전자(-)에 이끌려서 Al2O3내부로 들어오게 되는 것입니다. 그러면 정원이 10개인 Al2O3내부는 11개의 양전자(+)가 있게되는 것 입니다. 당연히 1개는 정원 초과인 셈입니다. 정원초과된 양전자(+)1개는 열려있는(ON 상태인 회로) 출구 문으로 빠져나가게 됩니다. 정원이 10인데 예를 들어 proton 1개가 들어오게 되면 양전자 1개는 출구로 나가야만 합니다. 이에 따라 전하량이 변하게 되는 것 입니다(Q=CV).따라서 pH sensor에서는 p-type 반도체를 사용하여야 합니다. n-type반도체를 사용하여서는 안되는 이유입니다[반도체에서는 음전자와 양전자(반전자)를 생각하시면 쉽습니다]. (2)Al-Al2O3를 sensor로 사용하였다면 Al2O3는 진성반도체 입니다. 따라서 Al2O3를 감지막과 유전용량의 변화의 동시 기능을 하도록 사용하였다면, 진성 반도체에는 proton과 음이온이 공존하여 입구쪽에 감지될 수 있습니다. 다시 말하면 양이온과 음이온이 들락 날락하여 출구쪽에서 혼란이 오게됩니다. 이러한 이유로 C-V에서 혼란이 오고 제대로된 pH 측정이 불가능합니다. 따라서 proton을 선택적으로 감지할 수 있는 감지막의 추가 설정이 필요합니다. 이에는 Au가 가장 적합합니다. Au의 선택적 반응성을 보면 H-Au로써 선택적 반응하므로 proton에 의하여 정공(양전자)이 밀려나게 되는 것 입니다.
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