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실리콘 나노와이어로 만들어진 초....

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글쓴이 최고관리자 등록일 13-01-09 11:41
조회 1,565
    싱가포르와 한국 연구진은 실리콘 나노와이어로 초소형 압력 센서를 만들었는데, 이것은 의료용 임플란트에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

    유정 시추, 로봇 시술 등과 같은 다양한 분야에 마이크로-전기기계적 시스템(MEMS) 압력 센서가 필요하다. 그들은 점점 더 작아지기 때문에, 높은 센서 안정성과 민감도를 달성하는 것이 점점 더 어렵게 된다. 싱가포르 국립대학(National University of Singapore), 싱가포르 과학기술부(Agency for Science, Technology and Research, A*Star), 서울과학기술대학교의 연구진은 민감한 실리콘 나노와이어를 결합시킨 소형 센서를 만듦으로써 이런 기술적인 문제를 극복했다.

    소형 압력 센서의 디자인은 간단하다: 압력에 변형할 수 있는 다이어프램(diaphragm)을 생성할 수 있는 재료에 실리콘 나노와이어와 같은 전기 저항의 변화를 불러오는 압전저항(piezoresistor)을 삽입한 형태를 가진다. 그러나 회로 속에 매우 부서지기 쉬운 구성요소를 가지기 때문에 상업적으로 유용한 센서의 개발을 종종 성가시게 한다.

    3개의 실리콘 형태를 결합시키고 최적화시킴으로써, 이번 연구팀은 강하고 로봇 시술에 유용한 MEMS 압력 센서를 개발할 수 있었다. 이번 연구진은 피에조 저항 감지 요소로서 실리콘 나노와이어를 사용하는 200μm의 다이어프램을 가진 압력 센서를 개발하고 최적화시켰다. 실리콘 나노와이어는 실리콘 질화물과 실리콘 산화물로 구성된 다층 다이어프램 구조 속에 삽입되었다. 연구진은 실리콘 나노와이어와 다이어프램 구조의 최적화를 수행하였다. 1.2μm 실리콘 질화물 층을 가진 다이어프램은 작은 내부 중심 굴절(0.1 μm), 상대적으로 높은 민감도 (0.6% psi?1), 우수한 직선성을 가진 최적의 디자인으로 간주되었다.

    다이어프램이 변형과 파괴에 저항할 수 있게 하면서 압전저항의 작은 변화에 민감해야 하기 때문에, 재료 선택이 중요하다. 이번 연구진은 뛰어난 압력 민감도를 구현하기 위해서 실리콘 이산화물을 사용했다. 그러나 이런 재료의 유용한 특성 중 하나는 실리콘 이산화물의 안정적인 이중층 위에 압력 없이도 휘어지고 꼬여지는 경향이다.

    실리콘 질화물 에칭시키고 두께와 실리콘 처리 시간을 변화시킴으로써, 연구팀은 최적의 조합을 발견했다. 최종 센서는 민감한 의료용 기구에 적용 가능하도록 전기적 출력에서 선형적인 변화를 제공하면서 변형과 기계적 파괴에 견디었다.

    실리콘 질화물의 높은 내부 스트레스는 우수한 편평도, 높은 측정 범위, 내수성을 가진 다이어프램 구조를 향상시킨다. 이 연구는 다층 다이어프램 속에 실리콘 나노와이어를 결합하는 것이 높은 민감도를 가지면서 센서 크기를 축소시킬 수 있다는 것을 증명한다.

    연구팀의 주요 표적은 임플란트할 수 있는 소형 의료용 장치를 구현하는 것이다. 이 센서는 다양한 의료용 장치의 제조에 큰 잠재력을 가질 뿐만 아니라 차세대 실리콘 나노와이어 기반의 센서 디자인을 위한 방법을 제시한다. 이 연구결과는 저널 Journal of Micromechanics and Microengineering에 “Optimization of NEMS pressure sensors with a multilayered diaphragm using silicon nanowires as piezoresistive sensing elements”라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1088/0960-1317/22/5/055012).

    그림. 금속 패드 속에 삽입된 압력 센서. 원형 다이어프램은 청색과 자주색의 실리콘 질화물 층에서 관찰되었다. 실리콘 나노와이어가 삽입된 실리콘 이산화물 이중층.
    [이 게시물은 최고관리자님에 의해 2013-04-04 22:12:03 Free Board에서 이동 됨]

    Comments (1)

    이상영 14-01-13 13:57
    답변 삭제  
    실용화 되었는지 궁금합니다.
    판매되고 있다면 관련 정보 부탁드립니다.