초록 ▼

본 장에서는 Pt RTD 온도센서를 제작하기 위하여 먼저, 백금박막을 99.99% 고순도 백금 타겟을 이용하여 열산화막이 생장된 실리콘기판과 알루미나기판위에 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 백금박막을 증착시켰다. 증착조건( ; Ar 가스압력, 입력 power, 기판온도) 및 열처리 조건에 따른 백금박막의 전기적·물리적 특성분석을 통해 최적의 백금박막 형성조건을 확립하였다. 또한, lift-off 방법으로 백금박막 측온저항체 온도센서를 제작하여 열처리 조건 및 박막의 두께에 따른 실서의 특성을 분석하였다. 증착률은 입력 power에 따

본 장에서는 Pt RTD 온도센서를 제작하기 위하여 먼저, 백금박막을 99.99% 고순도 백금 타겟을 이용하여 열산화막이 생장된 실리콘기판과 알루미나기판위에 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 백금박막을 증착시켰다. 증착조건( ; Ar 가스압력, 입력 power, 기판온도) 및 열처리 조건에 따른 백금박막의 전기적·물리적 특성분석을 통해 최적의 백금박막 형성조건을 확립하였다. 또한, lift-off 방법으로 백금박막 측온저항체 온도센서를 제작하여 열처리 조건 및 박막의 두께에 따른 실서의 특성을 분석하였다. 증착률은 입력 power에 따라 선형적으로 증가했으며, Ar 가스압력에는 선형적으로 감소하였다. 증착된 백금박막은 기판온도가 높을수록 양질의 박막을 얻을 수 있었고, 증착후 열처리 온도가 높을수록, 열처리 시간이 길수록 비저항 및 면저항의 특성이 좋아졌으며, 특히 1000℃에서 240분 열처리한 박막의 비저항은 10.65μΩ·㎝으로 백금의 벌크에 가까운 양호한 특성을 얻었다. 그러나 1000℃, 240분 그 이상 시간에 대한 열처리는 결정립 성장에 따른 부분적 island 형성으로 비저항값이 다소 증가함을 알 수 있었다. 열처리를 거친 시편의 주사전자현미경 및 X선 회절패턴 분석을 통한 물리적 특성 분석결과, 열처리 시간이 길어질수록 박막의 결정질이 크게 향상됨을 알 수 있었다.
백금박막 저항체의 0℃, 100Ω 세팅을 위해 355nm 파장을 갖는 자외선 레이져를 이용하였다. 국제적으로 온도센서의 A-class 기준오차는 0℃에서 ±0.06Ω이다. 실제적으로 이 값은 0.15℃이하에 해당하는 오차로 저항체 제작시 고정밀 가공 기술을 필요로 한다. 가공에 이용된 355nm DYP(Diode-Pumped YAG) 레이져는 power : 37mW, rep. rate 주파수 : 200㎐ 그리고 bite size : 7.5㎛에서 1∼1.5㎛ 두께의 백금박막을 가장 안전하게 가공할 수 있었으며 가공선폭은 10㎛ 안팎임을 확인하였다. 그리고 사진식각 공정기술을 이용하여 제작된 2"×2" 기판내의 96개 (4 by 24) 저항체는 상온 25℃에서 79∼90Ω : 38.5%, 91∼102Ω : 61.5%의 비율로 각각 제작되어졌다. 109.73Ω를 목표값으로 25℃에서 자외선 레이져를 이용하여 가공한 결과, 82.3%가 가공오차가 ±0.03Ω이하에 들어왔으며 나머지 17.7%도 국제규격 A-Class내인 ±0.06Ω내에 포함되었다.
본 과제에서 제작된 백금박막 측온저항체는 높은 정도, 국제규격에 맞는 TCR, 장기 안전성, 넓은 사용영역, 우수한 선형성 및 재현성, 빠른응답특성 등 뛰어난 특성을 나타내었다.

Abstract ▼

Platinum thin films were deposited on Si wafer and A1203 substrate by Dc magnetron sputtering. The physical and electrical characteristics of these films were analysed under various deposition conditions(input power, working vacuum, substrate temperature) and annealing conditions. The deposition rat

Platinum thin films were deposited on Si wafer and A1203 substrate by Dc magnetron sputtering. The physical and electrical characteristics of these films were analysed under various deposition conditions(input power, working vacuum, substrate temperature) and annealing conditions. The deposition rate was increased with increasing the input power but decreased with increasing Ar gas pressure. The resistivity and sheet resistivity were decreased with increasing the temperature of substrate and the annealing time at 1000℃. At substrate temperature of 300℃, input power of 7W/㎠, working vacuum of 5mTorr and annealing conditions of 100 0℃ and f40min, resistivity of Pt thin films was 10.65μ Ω·㎝.
Pt resistance pattern was made on A12D3 and SiO₂ substrate by lift-off method, respectively In the temperature range of 25∼400℃, TCR(temperature coefficient of resistance) and resistance of Pt RTD temperature sensors were inverstigated. TCR values were increased with increasing the annealing temperature, time and the thickness of Pt thin films. Resistance values were varied lineally within the range of measurement temperature.
we used U.V. (wavelength, 355nm) laser for adjusting Pt thin films temperature sensor to 100Ω at 0℃. Internationally, A-class tolerance of temperature sensor is ±0.060 at 0℃. This is under value of 0.15℃, actually, so high-fine trimming technology is essential to this process. The width of trimmed lines was about 10 ㎛ and the best trimming of Pt thin films of 1∼105㎛ was carried out with power : 35mW, rep. rate frequency. 200Hz and bite size : 1.5㎛. And using photolithography process, 96 resistors were fabricated in 2"×2" substrate as the proportion of 79∼90Ω and 91∼102Ω is 38.5% and 61.5%, respectively. As result of trimming resistors to the target value of 109.73Ω at 25℃, 82.3% of resisters had the tolerance within ±0.030 and the others(17.7%) were within ±0.06Ω of A-class tolerance.
The Pt RTD which were fabricated in this research had excellent characteristics as following that ; high accuracy, international standard TCR(temperature coefficient of resistance) value. long-term stability. wide temperature range, good linearity and repeatability, rapid response time, etc.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...3
• 목차...4
• 표목차...5
• 그림목차...6
• 한글요약문...8
• 영문요약문...10
• 1. 연구의 필요성 및 목표...12
• 2. 연구의 내용 및 범위...14
• 3. 추진방법 및 전략...15
• 4. 측온저항체 온도센서의 이론...18
• 5. 백금박막 증착...23
• 6. 백금박막 특성...27
• 7. 고저일 저항 가공기술 개발...40
• 8. 기대성과 및 활용방안...58
• 9. 결론...59
• 참고문헌...61
• 부록...63