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체온계용 마이크로 써모파일
Micro Thermopile for body Temperature 원문보기

대한전기학회 2005년도 제36회 하계학술대회 논문집 C, 2005 July 18, 2005년, pp.2401 - 2403  

유금표 (고려대학교) ,  김윤호 (고려대학교) ,  변호민 (고려대학교) ,  강문식 (고려대학교) ,  민남기 (고려대학교)

초록
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MEMS를 기반으로 하는 써모파일은 여러 산업분야에 측정 센서로 각광받고 있다. 이러한 써모파일은 유속, 가스, 칼로리미터 및 비접촉식 체온계 등의 적외선 및 열 측정 소자로 사용되고 있다. 기존의 써모파일은 산화막/질화막/산화막이나 혹은 산화막/질화막의 공정을 사용하여 제작되며, 열전쌍은 지벡 계수가 큰 여러 가지 물질을 사용하여 제작되어 발표되고 있다. 그러나 본 논문에서는 저 스트레스 질화막을 사용하여 다이어프램을 제작하였다. 열전쌍은 인을 주입한 다결정 실리콘과 알루미늄을 직렬로 연결하여, 60쌍으로 제작하였고, 또한, 열접점의 열전쌍의 접합 모양을 변경하여 감도를 증가 시켰다. 소자의 기는 $3{\times}3mm$이고, 활성영역은 $1{\times}1mm$이다. 그리고 출력은 사람 체온인 $37^{\circ}C$일 때, 0.403mV의 출력전압을 보였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 제작하여 출력 특성을 확인 하였다. 또한 기존의 다충구조의 다이어프램 대신에 저 웅력 질화막 단충으로다이어프램을 제작하여, 복잡한 구조를 단순화 하였으며, 감도 향상을 위해 열접점의 접합 모양을 변화 시켜 정상 체온인 37℃일 때 출력을 약 0.40#로 증가 시켰다.
  • kfmnt시선은 직렬로 전원 공급 장치를 연결한다. 또한, 온도를 일정하게 유지하기 위해서 열전대(K-type)와 온도 제어기를 설치하여 열원에서의 발생하는 온도를 측정 및 일정한 온도가 되도록 제어한다. 써모파일의 출력을 측정하기 위해서는 신호가 작게 나오므로 출력 전압을 증폭하는 OP-AMP를 설치하고 측정은 사에서 제작된 디지털 멀티미터 34401A와 NI사의 Labview를 사용하여 측정하였다.
  • 본 논문에서는 다층 구조로 제작되어 공정이 복잡하게 되는 다이어프램을 저 응력 질화막을 사용하여, 단층 구조로 공정을 단순화 하였고, 감도를 증가시키기 위해서, 다이어프램 위에 증착되는 열접점의 열전쌍 모양을 꽉 찬 사각형(Square) 모양과 속이 빈 사각형(hollow) 모양두 가지로 하여 출력 특성 및 감도를 확인 하였다. 측정범위를 사람의 체온이 변화하는 부분으로 3SC에서 42'C 까지 국한하여 출력을 측정하였다.
  • 써모파일을 반도체 공정과 벌크 마이크로머시닝 공정으로 제작하여 출력 특성을 확인 하였다. 또한 기존의 다충구조의 다이어프램 대신에 저 웅력 질화막 단충으로다이어프램을 제작하여, 복잡한 구조를 단순화 하였으며, 감도 향상을 위해 열접점의 접합 모양을 변화 시켜 정상 체온인 37℃일 때 출력을 약 0.
  • 또한, 온도를 일정하게 유지하기 위해서 열전대(K-type)와 온도 제어기를 설치하여 열원에서의 발생하는 온도를 측정 및 일정한 온도가 되도록 제어한다. 써모파일의 출력을 측정하기 위해서는 신호가 작게 나오므로 출력 전압을 증폭하는 OP-AMP를 설치하고 측정은 사에서 제작된 디지털 멀티미터 34401A와 NI사의 Labview를 사용하여 측정하였다.
  • 알루미늄의 선폭은 6#이고, 다결정 실리콘은 2㎛로 제작하였다. 알루미늄과 다결정 실리콘의 접합 부분은 알루미늄의 접합된 부분의 모양을 변경하여 제작하였다. 알루미늄의 속이 꽉 찬 사각형 모양은 #의 직사각형 모양으로 제작되었고, 속이 빈 사각형 모양은 #의 크기에 안쪽에 # 크기로 알루미늄을 식각하여 제작하였다.
  • 측정범위를 사람의 체온이 변화하는 부분으로 3SC에서 42'C 까지 국한하여 출력을 측정하였다.

대상 데이터

  • 나타내고 있다. 알루미늄의 선폭은 6#이고, 다결정 실리콘은 2㎛로 제작하였다. 알루미늄과 다결정 실리콘의 접합 부분은 알루미늄의 접합된 부분의 모양을 변경하여 제작하였다.
  • 열원을 이용하여 써모파일의 특성을 측정하게 된다. 열원으로는 khantal 선을 사용하였다. kfmnt시선은 직렬로 전원 공급 장치를 연결한다.
  • 5# 이었다. 인지 주입된 다결정 실리콘위에 알루미늄을 E-beam 중착기를사용하여 2000A 증착한다. 인이 주입된 다결정 실리콘과 알루미늄이 열전쌍을 형성하여 지벡 효과를 발생한다.
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