• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.06a
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• pp.352-353
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• 2006

가스센서용 마이크로 히터 제작에는 표연 마이크로 머시닝 또는 벌크 마이크로머시닝 기술을 이용한다. 표면 마이크로 머시닝에 의한 마이크로 히터 (MHP) 구조의 경우, 기판과 박막간의 폭이 좁기 때문에 에칭 공정 후 세정이 잘 이루어지지 않으면 열적 절연이 잘 이루어지지 않아서 히터와 센서의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 본 연구에서는 표면 마이크로 머시닝 기술에 의한 가스 센서용 마이크로 히터를 제작한다. $SiO_2$와 $Si_3N_4$를 성분으로 하며, $100{\mu}m\;{\times}\;100{\mu}m$의 면적과 350 nm 의 두께를 갖는 가스 센서용 마이크로 히터를 제작하였다. 이를 위하여 ANSYS를 통한 유한요소해석에 의한 열분포 해석으로 최적구조를 확인하였다. 센서로의 열 전달 효율을 높이기 위해 센서 박막은 히터 위에 적층하였다. 실리콘 표면과 마이크로 히터와의 간격은 에칭 공정을 통하여 $2{\mu}m$로 하였으며, 이 공간에서는 에칭 및 세정 후에 이물질이 깨끗이 세정되지 않고 남아 있거나, 습식 공정 중에 수분의 장력에 의한 열전연성이 나빠질 수 있는 등 단점이 있다. 이는 건식 등방성 에칭 공정을 통하여 해결하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.123-123
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• 2018

최근 웨어러블 디바이스에 연구가 집중되면서 투명하고 유연한 마이크로 히터의 필요성이 증가되고 있다. 그럼에도 불구하고, 기존의 사용되는 마이크로 히터들은 딱딱하고 불투명하다. 게다가, 기존의 금속성의 마이크로 히터들의 경우 저항이 너무 작아 웨어러블 디바이스에 사용되는 에너지 하베스터로 구동되기에 효율이 떨어지는 경향이 있다. 이 논문에서 우리는 CVD 방식으로 성장된 그래핀으로 열 발생 라인을 패시베이션 레이어로 h-BN을 이용하여 투명하고 유연한 마이크로 히터를 제작하였다. 제작한 마이크로 히터는 균일한 온도 분포와 200도까지의 온도 상승에 걸리는 시간이 4초 정도로 굉장히 좋은 성능을 보유하고 있다. 또한 소비 전력은 39mW 이하로 효율적이다. 또한 기존의 메탈릭 히터에 비해 저항이 굉장히 높기 때문에 웨어러블 에너지 하베스터로 작동하기 적합하다. 또한 미래의 휴대용/웨어러블 개인 전자기기와 무선 헬스케어 제품, 휴대용 환경 센서에도 적용될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2003.07c
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• pp.1929-1931
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• 2003

본 연구에서 제안하는 마이크로 밸브는 열공압 방식으로 구동되고 제작비용이 저렴한 indium tin oxide (ITO) 및 polydimethylsiloxane (PDMS)로 제작되었다. 제안된 마이크로 밸브의 구조는 ITO 히터, SU-8 층, PDMS membrane, 그리고 PDMS 채널로 구성되어 있다. 제작된 열공압 구동기의 PDMS membrane의 변위는 현미경의 초점 거리의 변화로 측정하였으며 히터에 160mW 전력 인가 시 변위는 대략 $132{\mu}m$이다. 마이크로 밸브의 히터에 인가 전력에 따른 유량측정은 DI water를 사용하여 측정하였고 inlet 압력은 1.2kpa를 인가하여 측정하였다. 히터 인가 전력이 영일 경우 채널 폭이 $200{\mu}m$와 $400{\mu}m$인 마이크로 밸브의 유량은 각각 대략 $36{\mu}{\el}$/min과 $110{\mu}{\el}$/min 이었다. 채널 폭이 $200{\mu}m$와 $400{\mu}m$인 마이크로 밸브의 유량은 히터 인가 전력이 각각 70mW와 160mW에서 영이 되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.116.1-116.1
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• 2016

반도체 가스센서에서는 가연성 및 탄화수소계 가스를 감지 하기 위해서 $100{\sim}500^{\circ}C$ 이상의 동작온도를 필요로 한며, 이에 따라 반도체식 가스센서의 마이크로 히터 소재는 고온에서 열적 안정성이 있는 소재가 요구된다. 현재 상용화되고 있는 반도체식 가스센서는 실리콘(Silicon) 기반의 MEMS 기술을 이용한 가스센서이며, 구조적으로나 성능적 한계가 드러남에 따라 실리콘 이외의 다양한 재료의 MEMS 응용기술 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 실리콘의 재료적 한계를 극복하기 위해 다공성 알루미늄 산화물(AAO)을 기판으로 사용하여 마이크로 히터를 제작하였다. AAO의 제작에 앞서 CMP, 화학연마, 전해연마를 이용하여 적합한 전처리 공정을 선정하였고, AAO 제작 시 온도, 시간, 전압의 변수를 주어 마이크로 히터 기판에 적합한 공정을 탐색하였다. 마이크로 플랫폼은 MEMS 공정으로 제작되었으며, PR(Photo Resist)을 LPR(Liquid Photo Resist)과 DFR(Dry Film Resist)로 각각 2종 씩 선택하여 AAO에 적합한 제품을 선정하였다. 제작된 마이크로 히터는 $1.8mm{\times}1,8mm$로 소형화 하였고, 열손실의 제어를 위해 열확산 방지층을 추가하였다. 구동 온도, 소비전력, 장시간 구동시 안정성의 측정 및 평가는 적외선 열화상 카메라와 kiethly 2420 source meter를 이용하여 측정하였으며, 열확산 방지층의 유 무에 따른 온도 분포 및 소비전력을 비교평가 하였다. 최종적으로는 현재 사용화 되어있는 가스센서들의 소비전력과 비교 평가 하여 논의 하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.07c
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• pp.2099-2101
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• 2004

본 연구에서 제안하는 마이크로 시스템은 열공압 방식으로 구동되고 제작비용이 저렴한 indium tin oxide (ITO) 및 polydimethylsiloxane (PDMS)로 제작되었다. 제안된 마이크로 밸브와 마이크로 펌프의 구조는 ITO 히터, SU-8 층, PDMS membrane, 그리고 PDMS 채널로 구성 되어 있다. 제안된 마이크로 펌프와 마이크로 밸브는 제작 공정 및 구조가 간단하고 값이 저렴하며, 마이크로 펌프와 마이크로 밸브를 같은 기판 위에 쉽게 직접화할 수 있는 장점을 가진다. 마이크로 밸브의 유량은 채널 폭에 비례하며 밸브가 closing 되는 전력은 채널의 폭과 상관없이 100 mW이다. 마이크로밸브의 ITO 히터의 온-오프에 따라 유량이 매우 잘 제어되었다. 제안된 마이크로 펌프의 경우, 히터의 인가 펄스 전압이 증가함에 따라 유량은 선형적으로 비례 증가함을 관찰할 수 있다. 마이크로 펌프의 최대 유량은 펄스 전압과 duty 비가 55V와 10%일 때 6 Hz에서 78 nl/min이 측정 되었다.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.6 no.4
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• pp.337-345
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• 1997

The micro heater with PSG/$Si_{3}N_{4}$ diaphragm and platinum heater pattern was designed for micro-gas sensor fabrication. The platinum heater and the platinum electrode for sensing layer were designed on the same plane and fabricated in the single photolithography process. The thermal analyses including temperature distribution over the diaphragm and power consumption of the heater were carried by finite element method. The thermal properties of the microsensor with both heater and sensing electrode on the same plane was compared with that of the typical microsensor which had the structure of sensing layer/insulator/heater on the diaphragm.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.6 no.4
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• pp.325-330
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• 2005

A lever type CO micro gas sensor was fabricated by MEMS technology. In order to heat up the gas sensing material, $SnO_2$, to a target temperature, a micro heater was built on the gas sensor. The heater and electrodes were hanged on the air as a bridge type to minimize the heat loss to the silicon base. The sensing material laid on the heater and electrodes and did not contact with the silicons base. The temperature distribution of micro gas sensor was analyzed by a CFD program, FLUENT. The results showed that the temperature of silicon wafer base was almost similar to that of the room temperature, which indicates that the heat generated at the micro heater heated up effectively the sensing material. The required electric current of micro heater to heat up the sensing material to the target temperature could be predicted.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.7 no.5
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• pp.356-363
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• 1998

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.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2005.07c
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• pp.2369-2371
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• 2005

MEMS 기술을 이용하여 마이크로 $H_2$ 가스센서를 제작하고 마이크로 히터의 열적 특성과 $H_2$ 가스 농도 변화에 따를 마이크로 가스센서에 대한 감도를 분석하였다. 마이크로 가스센서의 전압 인가에 따른 히터의 온도는 1.0V에서 $250-280^{\circ}C$의 고온 특성을 보였으며, 동작온도 $250^{\circ}C$에서 $H_2$ 가스는 $SnO_2/V_2O_5/Pd$의 감응물질을 도포한 센서의 반응이 우수한 특성을 확인하였다. 동작 온도 $250^{\circ}C$ $H_2$ 농도 5000ppm의 조건에서 $SnO_2/V_2O_5/Pd$의 감응물질을 도포한 가스센서에서 $H_2$ 흡착 반응 시간은 3sec이 탈착 반응 시간은 8-10sec의 결과를 보였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2009.07a
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• pp.1527_1528
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• 2009

떠 있는 열선 구조를 채택한 고온 구동 마이크로 MEMS 히터의 특성을 평가하고 분석하였다. 고온 MEMS 히터는 적외선을 이용한 광학식 가스센서의 주요한 핵심 부품인 적외선 발광원으로 활용할 수 있다. MEMS 기술을 이용하여 대량생산이 가능하여 가격을 낮출 수 있고 소비전력이 작아 적외선 센서의 광원으로 응용되는 등 관련 분야의 연구가 많이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 실리콘 기판으로부터 떠 있는 실리콘 지지구조물 위에 형성된 백금 저항성으로 고온 발열 동작하는 새로운 구조의 MEMS 히터에 대한 온도 특성을 고해상도 적외선 카메라로 측정한 이미지를 이용하여 분석하였다.