Wearable 가스 센서 응용을 위한 Flexible 무선 마이크로 히터 소자 개발

Abstract

마이크로 히터는 특정 온도가 필요한 전자 제품 및 센서 등의 핵심 문제이며 필수 요소로서 주요 관심사가 되었다. 또한 기존의 전통적인 전자 소자는 실리콘 웨이퍼나 유리판과 같은 딱딱하고 평평한 기판위에 제작되어 왔다. 이러한 평평한 시스템은 이미 상용화되어있는 반도체 소자에는 적합하나 인체의 피부나 장기와 같은 곡면이 있는 시스템에는 적용하기 어려운 상황이다. 최근 들어 실리콘 나노리본 등을 이용하여 스트레칭이 가능한 소자를 제작하여, 전자눈 카메라, 태양전지, 발광다이오드, 논리소자, 바이오 응용 소자 등이 발표되고 있고 이들의 중요성이 부각되고 있다. 따라서 본 연구에서는 LASER ablation을 활용하여 PDMS (polydimethylsiloxane), PET 필름과 같이 유연한 substrate위에 얇은 Al을 Patterning 하여 신축성 디자인의 무선 안테나를 갖추었고, 또한 LASER ablation을 활용하여 Pt 기반 마이크로 히터 개발을 보고하며, 히터 온도를 지속적으로 조절할 수 있도록 하였다. 신축성 디자인의 무선 안테나는 Al 기반으로 제작되었고 물리적/화학적 열화를 막기 위해 PDMS으로 도포하였고 고분자 소재로 인해 높은 스트레칭이 요구되는 형태까지 자유자재로 변형할 수 있도록 신축성을 증가시켰다. 이를 복층 안테나로 구현하면서 20% 이상의 스트레인에서도 안정적으로 무선 신호를 받아 LED, micro-heater 등을 구동하였으며, 기존의 반도체 공정 없이도 멀티 레이어 형태의 스택 안테나를 구현하여 안테나의 수신 성능 향상을 확인할 수 있었다. 또한, 마이크로 히터는 전기저항이 높은 Pt로 제작한 후 안테나와 연결시켜 NFC(Near Field Communication)로 구동시켰고 특정 온도까지 도달할 수 있었다. 이렇게 제작한 마이크로 히터 소자 개발 기술은 공정의 단순화뿐만 아니라 비용적 측면에서도 경쟁력이 있으며 신축성을 가질 뿐만 아니라 유연성을 가지기 때문에 동적인 환경에서도 사용할 수 있고 약물 투입 센서, 가스센서 등 열이 필요한 센서에 사용될 거라 기대한다. 또한, 스마트폰의 NFC 등을 활용해 스마트 무선 센서나 웨어러블 바이오 메디컬 소자 등에 다양하게 적용 가능할 것으로 기대한다.