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NiCr 박막의 발열 특성 개선을 위한 순차적 이중 열처리 방법 연구
Gradational Double Annealing Process for Improvement of Thermal Characteristics of NiCr Thin Films 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.18 no.8, 2005년, pp.714 - 719  

권용 (조선대학교 신소재공학과) ,  노효섭 (조선대학교 신소재공학과) ,  김남훈 (조선대학교 에너지자원신기술연구소) ,  최동유 (조선대학교 에너지자원신기술연구소) ,  박진성 (조선대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

NiCr thin film was deposited by DC magnetron sputtering on $A;_2O_3$/Si substrate with NiCr (80:20) alloy target. NiCr thin films were annealed at $300^{\circ}C,\;400^{\circ}C,\;500^{\circ}C,\;600^{\circ}C,\;and\;700^{\circ}C$ for 6 hr in $H_2$ after annealing at

주제어

#NiCr thin film   #DC magnetron sputter   #Micro heater   #X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 특호】, 500 °(2에서 수소 분위기로 6시간동안 열처리한 박막 발열체들의 저항은 17-29 Q을 나타내었다. 저항과 발열량 관계식 Q=(v2/R)t에서 발열량은 저항에 반비례하므로, 발열특성은 저항이 가장 작은 값 (17 Q)을 갖는 NiCr 미세 발열체에 5 ''/와 12 ''/를 1분 동안 각각 인가하였고, 20초 간격으로 발열량을 측정하였다. 최초 DC 전압 인가 후 20 초안에 최대 발열온도의 95 %까지 도달하였다.
  • [9-11], 또한, 대부분의 반도체형 가스센서들은 고가인 Pt 발열체를 히터로 사용하고 있지만 이러한 고가의 Pt 발열체를 대체할 수 있는 새로운 저가의 미세 발열체를 제조하기 위한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 DC 마그네트론 스퍼터법으로 NiCr 합금(80:20) 타겟을 이용하여 A12O3 절연막 위에 NiCr 박막 미세 발열체를 제조하여, 열처리 온도 및 분위기에 따른 박막의 결정구조 및 미세구조변화, 조성 변화와 표면특성 등을'조사 분석하였다. 또한, 미세 발열체의 인가전압에 따른 발열 특성도 측정하였다.
  • 또한, 공기 중에서 500 ℃로 열처리한 시편이 가장 치밀한 구조를 나타내었다[12]. 따라서, 본 실험에서는 작고 균일한 입자분포를 갖고, 낮은 저항을 갖는 NiCr 박막을 제조하기 위하여 먼저 공기 중에서 열처리한 후 다시 수소 분위기로 열처리하여 NiCr 박막을 제조하였다. 이와 같이 제조된 NiCr 박막의 SEM 분석 결과를 그림 2에 나타내었다.
  • 따라서 본 연구에서는 DC 마그네트론 스퍼터법으로 NiCr 합금(80:20) 타겟을 이용하여 A12O3 절연막 위에 NiCr 박막 미세 발열체를 제조하여, 열처리 온도 및 분위기에 따른 박막의 결정구조 및 미세구조변화, 조성 변화와 표면특성 등을'조사 분석하였다. 또한, 미세 발열체의 인가전압에 따른 발열 특성도 측정하였다.
  • 작고 균일한 입자분포를 갖으며 저항이 낮은 NiCr 박막을 제조하기 위하여 공기 중에서 열처리 후 다시 수소 분위기로 열처리하였다. SEM 분석 결과 300 ℃, 400 ℃, 500 ℃에서 열처리한 시편들은 매우 유사한 미세구조를 나타내었지만 저항 특성에서는 큰 차이를 보였다.
  • 0xl0-6 Torr 이하의 진공상태에서 Ar 가스 50 seem을 흘려주며 45분 동안 증착하였다. 증착된 NiCr박막은공기 중에서 500 ℃로 6시간동안 열처리한 후 다시 수소 분위기에서 300 ℃, 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 笆로 각각 6시간 동안 열처리하였다. NiCr 박막의 특성 분석은 전계방사형 주사전자현미경 (FESEM; Hitachi S-4700) 분석을 통하여 박막의 미세구조 변화를 고찰하였으며, 저항특성은 4-point probe법을 이용하여 측정하였다.
  • 발열특성은 shadow mask를 이용하여 NiCr 박막 히터를 그림 1과 같은 패턴 형태로 증착하였다. 증착된 박막 히터에 DC 전압 5 V와 12 V를 각각 인가하여 적외선 온도기(THI-440S, -50-500 ℃, TASCO)를 사용하여 발열 온도를 측정하였다.
  • NiCr 박막의 특성 분석은 전계방사형 주사전자현미경 (FESEM; Hitachi S-4700) 분석을 통하여 박막의 미세구조 변화를 고찰하였으며, 저항특성은 4-point probe법을 이용하여 측정하였다. 표면의 산화 특성 분석을 위해 XPS(VG-Scientific ESCALAB 250) 분석을 하였고, XPS 분석은 에너지 source로 Al Ka(1486.6 eV)을 이용하였고, 스캔 간격은 각각 1 eV(wide scan spectrum) 및 0.05 eV (narrow scan spectrum) 로 하였다. 발열특성은 shadow mask를 이용하여 NiCr 박막 히터를 그림 1과 같은 패턴 형태로 증착하였다.

대상 데이터

  • NiCr 박막은 Ni:Cr의 비가 80:20이고 지름이 2-inch인 NiCr 합금 타겟을 사용하여 제조되었다. NiCr 박막을 증착하기 위해 사용된 기판은 (100) 방향성을 갖는 p형의 실리콘 단결정을 사용하였고, 기판과 NiCr 증착막 사이에 절연을 위하여 Al2O3 막을 e-beam evaporators.
  • 제조되었다. NiCr 박막을 증착하기 위해 사용된 기판은 (100) 방향성을 갖는 p형의 실리콘 단결정을 사용하였고, 기판과 NiCr 증착막 사이에 절연을 위하여 Al2O3 막을 e-beam evaporators. 증착하였다.
  • 05 eV (narrow scan spectrum) 로 하였다. 발열특성은 shadow mask를 이용하여 NiCr 박막 히터를 그림 1과 같은 패턴 형태로 증착하였다. 증착된 박막 히터에 DC 전압 5 V와 12 V를 각각 인가하여 적외선 온도기(THI-440S, -50-500 ℃, TASCO)를 사용하여 발열 온도를 측정하였다.
  • 증착하였다. 이때 증발원으로는 분쇄된 알루미나 소결체(99.8 %, Aldrich Co.)를 사용하였고, e-beam power는 8.04 Kw, 전류는 50 mA 상태에서 산소를 3 seem 흘려주며 약 120 nm 두께로 A12O3 절연막을 형성시켰다. 제조된 AhOVSi 기판 위에 DC 마그네트론 스퍼터를사용하여 NiCr 박막을 약 250 nm의 두께로 증착시켰다.
  • 04 Kw, 전류는 50 mA 상태에서 산소를 3 seem 흘려주며 약 120 nm 두께로 A12O3 절연막을 형성시켰다. 제조된 AhOVSi 기판 위에 DC 마그네트론 스퍼터를사용하여 NiCr 박막을 약 250 nm의 두께로 증착시켰다. 증착조건은 표 1에 나타낸 바와 같이 NiCr(80:20) 합금 타겟을 사용하여 상온에서 8.

이론/모형

  • 증착된 NiCr박막은공기 중에서 500 ℃로 6시간동안 열처리한 후 다시 수소 분위기에서 300 ℃, 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 笆로 각각 6시간 동안 열처리하였다. NiCr 박막의 특성 분석은 전계방사형 주사전자현미경 (FESEM; Hitachi S-4700) 분석을 통하여 박막의 미세구조 변화를 고찰하였으며, 저항특성은 4-point probe법을 이용하여 측정하였다. 표면의 산화 특성 분석을 위해 XPS(VG-Scientific ESCALAB 250) 분석을 하였고, XPS 분석은 에너지 source로 Al Ka(1486.
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참고문헌 (14)

  1. U. Dibbern, 'A substrate for thin-film gas sensors in microelectronic technology', Sensors and Actuators B, Vol. 2, Iss. 1, p. 63, 1990 

  2. E. Yoon, 'An integrated mass flow sensor with on-chip CMOS interface ciruitry', IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 39, No. 6, p. 1376, 1992 

  3. J. W. Gardner, A. Pike, N. F. De Rooij, M. Koudelka-Hep, P. A. Clerc, A. Hierlemann, and W. Gopel, 'Integrated array sensor for detection organic solvents', Sensors and Actuators B, Vol. 26, Iss. 1-3, p. 135, 1995 

    상세보기 crossref

  4. V. V. Luchinin, 'Microtechonlogy and equipment for manugactruing SiC-based sensors of physical values for extreme operation condition', Proceeding of 7th Conference on Sensor Technology, p. 30, 1996 

  5. M. A. Gajda and H. Ahmed, 'Applications of thermal silicon sensors on membranes', Sensors and Actuators A, Vol. 49, Iss. 1-2, p. 1, 1995 

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  6. W. Y. Chung, C. H. Shim, D. D. Lee, and S. D. Choi, 'Tin oxide microsensor for LPG monitoring', Sensors and Actuators B, Vol. 20, Iss. 2-3, p. 139, 1994 

  7. A. Banovec and A. Zalar, 'Investigation of sliding contact resistance of Ni-Cr/Au and Ni-Cr/ $Au-SiO_2$ thin resistive films', Thin Solid Films, Vol. 164, p. 129, 1988 

  8. A. Peled, J. Farhadyan, Y. Zloof, and V. Baranauskas, 'The midrange and high temperature dependence of vacuum deposited NiCr thin film resistors', Vacuum, Vol. 45, Iss. 1, p. 5, 1994 

  9. N. G. Dhere and D. G. Vaoide, 'Composition and temperature coefficient of resistance of Ni-Cr thin films', Thin Solid Films, Vol. 59, Iss. 1, p. 33, 1979 

  10. M. I. Birjega, C. A. Constantin, I. TH. Florescu, and C. Sarbu, 'Crystallization of amorphous sputtered 55 %Cr-45 %Ni thin films', Thin Solid Films, Vol. 92, Iss. 4, p. 315, 1982 

    상세보기 crossref

  11. S. Hofmann and A. Zalar, 'Correlation between electrical properties and AES concentration-depth profiles of NiCr thin films', Thin Solid Films, Vol. 39, p. 219, 1976 

  12. 권용, 김남훈, 최동유, 이우선, 서용진, 박진성, 'DC 마그네트론 스퍼터링 NiCr 박막의 열처리 조건에 따른 미세구조 및 표면특성', 전기전자재료학회논문지, 18권,6호, p. 554, 2005 

  13. 김병희, '성문 이화학사전', 한국사전연구사, p. 573, 1995 

  14. J. H. Ryu, N. H. Kim, H. S. Kim, G. Y. Yeom, E. G. Chang, and C. I. Kim, 'Roles of $N_2$ Gas in Etching of Platinum by Inductively Coupled Ar/ $CI_2$ $N_2$ Plasmas', Journal of Vacuum Science & Technology A, Vol. 18, No. 4, p. 1377, 2000 

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