Thermal Characteristics of Microheater for Gas Sensors

가스센서용 마이크로 히터의 발열특성

Using the results analyzed by FEM(Finite Element Method). the microheaters with the stress-balanced $Si_3N_4$(150 nm)/$SiO_2$(300 nm)/$Si_3N_4$(150 nm) diaphragms were fabricated by silicon micromachining techniques. Pt was used as microheater materials. Pt temperature sensor was fabricated to measure the temperature of microheaters. Resistance of temperature sensor and power dissipation of microheater were measured and calculated at the various temperatures. The thermal distribution of heater was examined by a IR thermoviewer. Measured and simulated results are compared and analyzed. The temperature coefficient of resistance of heater was about $0.00379/^{\circ}C$. Pt heater showed the power dissipation of about 51 mW at $300^{\circ}C$ and a uniform thermal distribution on the surface.

유한요소법을 이용한 수치해석의 결과를 바탕으로 실리콘기판위에 스트레스균형이 이루어진 $Si_3N_4$(150 nm)/$SiO_2$(300 nm)/$Si_3N_4$(150 nm) 다이아프램을 증착한 후, 히터의 물질로 Pt를 사용하고, 마이크로머시닝 기술로 뒷면의 실리콘기판을 식각하여 열손실이 개선된 마이크로히터를 제작하였다. 또한, 히터의 온도를 측정하기 위해서 온도센서를 내장하였다. 온도에 따른 온도센서의 저항 값 및 히터의 소비전력을 측정 계산하고, IR thermoviewer로 다이아프램의 열분포를 측정하여, 유한요소법으로 수치해석한 온도분포특성과 비교 분석하였다. 히터의 저항온도계수는 약 $0.00379/^{\circ}C$였고, 약 $300^{\circ}C$의 온도에서 51 mW정도의 전력이 소모되었으며, 히터위의 $SiO_2$층에서의 온도분포는 비교적 균일하였다.