Effects of Thermocouple Junction Shape on Output Characteristics of Thermopile

열전대 접합모양이 써모파일의 출력특성에 미치는 영향

MEMS형 써모파일은 온도계, 유속, 가스, 칼로리미터 등 다양한 산업 분야에 응용되고 있다. 현재 상용화되어 있는 대부분의 MEMS형 써모파일에서는 습식 이방성 에칭방식으로 다이어프램을 제작하고, 막의 구성은 산화막/질화막/산화막 혹은 산화막/질화막의 적층으로 되어 있다. 본 논문에서는 $XeF_2$시스템을 사용해 전면으로부터 에칭하여 저응력 질화막을 다이어프램을 제작하였고, 열전대 물질로는 poly-Si과 Al을 사용하였다. 그리고 각각의 열전쌍은 열접점에서 Al 패턴시, 사각형의 오픈 면적을 두어 접합된 모양을 달리하여 설계 제작하였다. 소자의 크기는 $2{\times}2mm^2$이고, 능동영역은 $400{\times}400{\mu}m^2$이다. 써모파일의 출력은 적외선 램프의 전력이 3W($80^{\circ}C$)일 때, 오픈된 면적이 증가할수록 출력이 증가하였으며, 오픈된 면적이 $300{\mu}m^2$ 일때의 출력은 약1mV로 나타났다. 이러한 특성으로부터 계산된 오픈된 면적에 따른 출력비는 약 $0.3nV/{\mu}m^2$이다.