습도와 이산화탄소의 실시간 동시 감지를 위한 SAW기반 무선, 무전원 집적센서 개발

Abstract

이산화탄소 기체와 상대습도의 실시간 동시 감지가 가능한 표면탄성파(SAW: Surface Acoustic Wave) 기반의 무선, 무전원 센서가 개발 되었다. 본 소자는 41o 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 있다. 감지 필름은 Teflon AF 2400과 친수성의 SiO2층이 이용 되었으며, 이는 각각 이산화탄소와 상대 습도의 감지를 담당한다. 소자의 제작에 앞서 최적의 소자 설계 조건들을 도출하기 위해 Couple of mode (COM) 모델링이 실시되었다. 시뮬레이션 결과를 반영하여 소자의 제작이 진행 되었으며, 네트워크 분석기를 이용하여 무선 측정이 실시되었다. 시간 영역에서 측정된 반사계수 S11은 높은 신호 대 잡음 비, 작은 신호 감쇠, 적은 허위 피크를 보였다. 제작된 소자는 각각 75~375ppm의 이산화탄소 범위와 20~80%의 상대 습도 범위에서 측정되었으며, 각각 2°/ppm의 이산화탄소 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.