Fabrication and Temperature Compensation of Silicon Piezoresistive Absolute Pressure Sensor for Gas Leakage Alarm System

가스누출 감지용 실리콘 압저항형 절대압센서의 제조 및 온도보상

Silicon piezoresistive absolute pressure sensor for gas leakage alarm system was developed. This sensor must operate normally in the range of $0{\sim}600\;mmH_{2}O$ pressure, and $0{\sim}100^{\circ}C$ temperature. To make the most of this sensor for gas leakage alarm system, gas must not leak from the sensor itself when the diaphragm of the sensor fractures. Thus, the sealed diaphragm cavity was anodically bonded to pyrex 7740 glass under the condition of $10^{-4}$ torr, at $400^{\circ}C$. The sensitivity of developed sensor was $4.06{\mu}V/VmmH_{2}O$ for $600\;mmH_{2}O$ full-scale pressure range. And temperature compensation method of this sensor is to change bridge-in put-voltage linearly in proportion to the temperature variation by using diode(PXIN4001) or Al thin film resistor. By these methods the temperature effect in the range of $0{\sim}100^{\circ}C$ was compensated over 80 % for offset drift, 95 % for sensitivity.

SDB 웨이퍼를 이용하여 실리콘 압저항형 절대압센서를 제조하고 이를 가스누출 감지시스템에 응용하였다. 이 경우 센서는 $0{\sim}600\;mmH_{2}O$, $0{\sim}100^{\circ}C$의 압력, 온도범위에서 정상적으로 동작하여야 하고 다이아프램이 파괴되었을 때 가스가 소자 외부로 누출되어서는 안된다. 따라서 다이아프램 내의 공극을 유리(Pyrex7740)와 진공중($10^{-4}$ torr)에서 양극 접합을 행하였다. 제조된 센서는 압력에 대하여 우수한 선형특성을 보였고, 압력감도는 대기압이상 $0{\sim}600\;mmH_{2}O$의 압력범위에서 $4.06{\mu}V/VmmH_{2}O$ 이었다. 온도보상 일체화 조건을 조사하기 위해 Al 박막저항을 제조하여 온도보상을 행하였는데 오프셋의 온도 drift는 80 %이상, 감도의 온도의존성은 95 %이상 보강 효과를 얻었다. 또한 다이오드(PXIN4001)를 이용한 온도보상시 오프셋의 온도 drift는 98 %이상, 감도의 온도의존성은 90%이상 보상 효과를 나타내었다.