• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권3호
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• pp.18-24
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• 2011

본 논문에서는 double boss 구조의 저압용 압력 센서의 다이아프램 브리지 모서리에 홈을 형성함으로서 압력센서의 내압특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 저압용 실리콘 압력센서에서는 일반적으로 boss구조가 널리 사용되고 있으나 칩에서의 제한된 다이아프램의 사이즈와 두께로 인하여 좋은 감도를 얻을 수는 없다. 특히, double boss구조는 다이아프램의 브리지 모서리 응력이 크게 작용함에 따라서 크랙이 생겨 다이아프램의 파괴가 진행되어 센서의 감도는 우수하지만 동작영역의 범위가 줄어들어 신뢰성에 문제가 있다는 단점을 가진다. 기존 double boss구조 압력센서 다이아프램 브리지에 모서리 홈의 길이를 $0.5{\sim}10{\mu}m$로 변화시키며 ANSYS 시뮬레이션을 시행하여 다이아프램 브리지 모서리와 브리지의 가장자리 그리고 압저항 소자가 위치하는 곳의 최대응력을 확인하였다. 그 결과 브리지 모서리의 길이가 6${\mu}m$이상인 경우, 브리지 모서리에서 발생하는 응력은 압저항 소자에 작용하는 응력보다 적다.

• 센서학회지
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• 제4권1호
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• pp.29-34
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• 1995

SDB웨이퍼를 이용하여 절대압을 감지할 수 있는 압저항형 실리콘 다이아프램 압력센서를 제조하였다. 제조된 센서는 브릿지 형태로 연결된 4개의 압저항과 인가되는 압력에 대한 기계적인 증폭기 역할을 할 수 있는 다이아프램으로 구성되어 있다. 다이아프램 공극(cavity)을 낮은 진공상태로 만들기 위해 실리콘 다이아프램과 Pyrex 7740유리를 0.02mmHg, $400^{\circ}C$에서 정전 접합하였다. 제조된 센서의 감도와 오프셋 전압은 각각 $30.4{\mu}V/VmmHg$, 30.6mV였다.

• 센서학회지
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• 제3권3호
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• pp.45-53
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• 1994

실리콘의 직접 접합 방법과 2단계 전기화학적 식 정지 방법을 이용하여 새로운 구조의 실리콘 다이아프램을 제조하였다. 이러한 다이아프램 구조를 기계량 센서에 이용하면 공동의 깊이와 다이아프램의 두께를 보다 정교하게 조절할 수 있다. 또한, 접합 계면에서 발생하는 응력이 다이아프램의 표면으로 전달되는 것을 피할 수 있다. 최종적으로, 제조된 다이아프램을 이용하여 암저항형 실리콘 압력 센서를 제작하였고 압력 단위의 표시가 가능한 디지탈 압력 측정기를 구현하였다.

• 센서학회지
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• 제7권3호
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• pp.147-153
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• 1998

$Si_{3}N_{4}/SiO_{2}/Si_{3}N_{4}$(N/O/N) 다이아프램과 결합된 고감도의 광섬유 Fabry-Peort 압력센서를 개발하여 스트레인 및 그 응답특성을 조사하였다. 먼저, 44 wt% KOH 수용액을 이용한 실리콘 이방성식각기술로 600 nm 두께의 N/O/N 다이아프램을 제조하였으며, 제조된 다이아프램과 광섬유 Fabry-Perot 간섭계를 결합하여 광섬유 압력센서를 구성하였다. 단일모드 광섬유(SMF)내에 $TiO_{2}$ 유전체 박막을 용융접합하여 공극의 길이가 약 2 cm인 광섬유 Fabry-Perot 간섭계를 제작하였다. 광섬유 Fabry-Perot 간섭계의 한쪽 끝은 N/O/N 다이아프램과 결합하였으며, 나머지 한쪽을 3 dB 광결합기를 통해 광측정장치에 연결하였다. $2{\times}2\;mm^{2}$ 및 $8{\times}8\;mm^{2}$ 크기의 N/O/N 다이아프램에 대해 응답특성을 조사한 결과, 각각 약 0.11 rad/kPa과 1.57 rad/kPa의 압력감도를 나타내었으며, 선형오차는 0.2 %FS이내였다.

• 전자공학회논문지T
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• 제35T권1호
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• pp.75-81
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• 1998

본 논문은 장방형 다이아프램 형상과 단일형 피에조저항 전단응력 스트레인 게이지 와의 관계를 해석하여 최적의 전단응력 압력센서를 설계하기 위한 것이다. 다이아프램상의 전단응력을 시뮬레이션 하기 위하여 유한요소법 분석 프로그램 ANSYS 5.1를 사용하였다. 시뮬레이션 결과는 다이아프램 형상비가 3일때 스트레인 게이지의 위치는 중앙에서, 크기는 전체 장방형 다이아프램 크기의 8%를 점유할때 온도에 안정적이고, 최대 감도를 가진다는 것을 조사하였다.

• 한국진공학회지
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• 제6권3호
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• pp.220-226
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• 1997

실리콘 미세가공기술로 형성된 프레임 모양의 실리콘 기판에 의해 지지되는 -$Si_3N_4/300 nm-SiO_2/150 nm-Si_3N_4$ 광반사막을 제조하였으며, 이것을 광섬유와 결합하여 강도형 다모드 광섬유 압력센서를 제작하고 그 특성을 조사하였다. $Si_3N_4/SiO_2/Si_3N_4$다아아 프램을 광반사막으로 사용하기 위하여 이 다이아프램의 뒷면에 NiCr 및 Au 박막을 각각 진 공증착하여 광반사막에서의 광투과에 의한 광손실을 수%로 감소시킬 수 있었다. 유전체 다 이아프램의 상하에 각각 있는 $Si_3N_4$막은 KOH 수용액에 의한 실리콘 이방성 식각시 자동식 각 정지층 역할을 하여 다이아프램 두께의 재현성이 우수하였다. 다이아프램의 크기가 3$\times$ 3$\textrm{mm}^2$, 4$\times$4$\textrm{mm}^2$ 및 5$\times$5$\textrm{mm}^2$인 센서는 각각 0~126.64kPa, 0~79.98kPa 및 0~46.66kPa의 압력범위에서 선형적인 광출력-압력 특성을 나타내었으며, 이들 센서의 압력감도는 각각 약 20.69nW/kPa, 26.70nW/kPa 및 39.33nW/kPa로서, 다이아프램의 크기가 증가할수록 압력감 도도 증가하였다.

• 한국반도체및디스플레이장비학회:학술대회논문집
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• 한국반도체및디스플레이장비학회 2003년도 춘계학술대회 발표 논문집
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• pp.23-28
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• 2003

본 논문에서는 MEMS 공정기술을 이용하는 압저항(piezoresistive) 압력센서용 다이아프램의 최적구조 제작을 위한 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)의 식각특성을 연구하였다. KOH, EDP 등 기존의 공정 수행에 있어서 부딪치게 되는 환경적 요인을 개선하고, 생산성 향상을 위해 독성이 없고 CMOS 집적회로 공정과 호환성이 높은 TMAH를 사용하여, 식각온도와 TMAH 농도 및 식각시간에 따른 에칭률 변화를 측정하였다. 식각온도가 증가 함에 따라, 그리고 TMAH 농도가 감소함에 따라, Si 에칭률은 증가하였으나 hillock 발생률이 증가하여 식각표면의 평탄화 정도가 나빠졌다. 이러한 단점을 AP(Ammonium Persulfate) 첨가제를 이용하여 해결하였다. l5wt% 농도의 TMAH 800ml 용액을 가지고 매 10분당 같은 양의 AP를 1시간당 5g이 되도록 첨가하여, 한변의 길이가 100~400 $\mu\textrm{m}$인 정사각형 모양을 가진 우수한 이방성 다이아프램을 성공적으로 제작하였다.

• 한국광학회지
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• 제12권6호
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• pp.463-467
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• 2001

본 연구에서는 생체 내부의 압력을 측정하기 위하여 Si를 얇은 막으로 사용한 FFPI(fiber optic Fabry-Perot interferometer) 압력센서를 개발하였다. 얇은 Si 막과 Si 막의 비등방 지지 구조물은 수산화 칼륨 수용액에서의 식각과 미세가공 기술로 제작하였다. 센서의 구조는 두 반사막 사이의 길이가 15mm이며 수직 절단된 센서의 끝단은 두게 50$\mu\textrm{m}$의 얇은 Si막에 연결하였다. 얇은 Si막의 면적이 2$\times$2mm$^2$ 압력센서의 경우 압력감도는 -1.5 degree/kPa였다. 본 연구에서 제작한 압력센서는 80kpa의 압력 범위 내에서 압력 증가에 따라 비교적 선형적인 위상변화를 보였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제24권1호
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• pp.51-56
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• 2017

최근 계측기의 소형화, 전자화에 따라 차압식 유량계의 경우 기존에 기계가공을 통해 개발하던 센서부를 전자식 MEMS 차압센서로 대체하려는 많은 노력이 있으나, MEMS 차압센서의 경우 고압이 인가시 실리콘 다이아프램의 파괴 및 센서의 접합부의 파괴가 발생하는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 proof pressure 이상의 압력에서 센서의 다이아프램이 파괴되지 않는 구조를 제안하였으며, 그에 따른 차압식 압력센서를 설계 및 제작하였다. 센서 동작압력(0-3 bar)의 3배 이상의 압력에서 센서의 동작특성을 평가하였다. 개발된 센서는 $3.0{\times}3.0mm$이며, 0~3 bar 사이의 압력에서 LCR meter (HP 4284a)로 측정한 결과 3.67 pF at 0bar, 5.13 pF at 3 bar를 나타내었으며, 센서의 동작압력(0-3 bar)에서 0.37%의 hysteresis를 나타내는 압력센서를 개발하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권3호
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• pp.55-59
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• 2018

본 연구에서는 Si/$SiO_2$/Si-sub 구조의 SDB (silicon-direct-bonding) 웨어퍼 상에 형성된 다이아프램(diaphragm)에 제조된 전단응력형 압전저항 특성을 분석하였다. 다이아프램은 MEMS (Microelectromechanical System) 기술을 이용해 형성하였다. TMAH 수용액을 이용해 웨이퍼 후면을 식각하여 형성된 다이아프램 구조는 각종 센서제작에 활용할 수 있다. 본 연구에서는 다이아프램 상에 형성시킨 전단응력형 압전저항의 최적의 형상조건을 ANSYS 시뮬레이션을 통하여 찾고 실제 반도체 미세가공기술을 이용해 다이아프램 구조를 형성시키고 이에 붕소(boron)을 주입하여 형성시킨 전단응력형 압전저항의 특성을 시뮬레이션 결과와 비교 분석하였다. 압력감지 다이아프램은 정방형으로 제조되었다. 다이아프램의 모서리의 중심부에서 동일한 압력에 대한 최대 전단응력은 구조물이 정방형일 때 발생한다는 것을 실험으로 확인할 수 있었다. 따라서 압전저항은 다이아프램의 가장자리 중앙에 위치시켰다. 제조된 전단응력형 압전저항은 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였고 $2200{\mu}m{\times}2200{\mu}m$ 크기의 다이아프램에 형성된 압전저항의 감도는 $183.7{\mu}V/kPa$로 나타났으며 0~100 kPa 범위의 압력에서 1.3%FS의 선형성을 가졌으며 감도의 대칭성 또한 우수하게 나타났다.