보고서 정보
주관연구기관 |
한국전기연구원 Korea Electrotechnology Research Institute |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2002-10 |
주관부처 |
국무조정실 The Office for Government Policy Coordination |
등록번호 |
TRKO200700001078 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO200700001078 |
초록
▼
I. 제 목
고효율․고정도 자기센서 및 응용기술 개발
II. 기술개발목적 및 중요성
가. 기술개발목적
sensor란 힘이나 온도 및 그 밖의 여러가지 공업량을 전기의 신호로 바꾸어 빼내는 소자로서 인간의 5감(시각, 청각, 촉각, 후각, 미각)을 대신해 대상의 물리량을 정량적으로 계측해주므로 인간의 5감에서도 느낄 수 없는 현상(물리량)을 검출하는 것이다. sensor는 오래 전부터 control system의 검출부로서 이용되어 왔지만, 최근에 반도체의 급속한 발전에 따라
I. 제 목
고효율․고정도 자기센서 및 응용기술 개발
II. 기술개발목적 및 중요성
가. 기술개발목적
sensor란 힘이나 온도 및 그 밖의 여러가지 공업량을 전기의 신호로 바꾸어 빼내는 소자로서 인간의 5감(시각, 청각, 촉각, 후각, 미각)을 대신해 대상의 물리량을 정량적으로 계측해주므로 인간의 5감에서도 느낄 수 없는 현상(물리량)을 검출하는 것이다. sensor는 오래 전부터 control system의 검출부로서 이용되어 왔지만, 최근에 반도체의 급속한 발전에 따라 material 이나 device의 진보, electronics 나 computer 기술의 발달에 의해 정밀제품의 생산 및 운영 공정 자동화의 요구에 따라 소형이면서 고성능의 sensor가 다품종 개발되어 각종 산업이나 민생 응용으로부터 TV나 VTR에 이르기까지 광범위하게 이용되고 있다. 이것은 high tech. 시대에 있어서 sensor가 경제적, 사회적 과학기술분야에서 중요한 위치를 차지하고 있으며 그 관심도는 근래에 있어서 급속히 높아지고 있다. sensor의 종류로는 온도 sensor, 압력 sensor, 습도 sensor, 가스 sensor 등이 있는데, 그중 자기 sensor 로서 반도체 공정을 이용한 M.R. sensor(magneto-resistance sensor)의 관심도가 높아지고 있다. 이 M.R. sensor는 어떤 물질에 전기를 가하면 자기가 유도되고 자기를 가하면 전기가 발생한다는 Maxwell 이론에 기초를 두고 있으며 그 물질에 발생한 미세한 magnetic field를 저항값으로 읽어내는 소자이다. M.R. sensor는 사용되는 물질에 따라 크게 반도체 M.R. sensor와 강자성 M.R. sensor로 나뉘어 진다. 여기에 반도체 M.R. sensor는 반도체인 InSb-NiSb 등의 공통화합물을 이용하여 만든 sensor로 감도는 이상적이지만 소자의 저항값이 작아 실용화 하기 어려운 점이 있는 반면 강자성 M.R. sensor는 강자성 물질인 Ni-Co 등의 합금을 이용한 경우와 pervoskite 구조를 갖는 ceramic 의 경우의 sensor 로 저자계 감도에 우수하며 소자의 소형화 및 고저항으로 인해 detect가 용이하다. 그리고 반도체 M.R. sensor의 경우 온도에 따라 carrier가 많아지므로 저항값이 작아져 그 값을 읽기 어려우나 강자성 물질을 사용한 M.R. sensor의 경우 온도에 따라 저항값이 커져 고온과 그 정 반대인 극저온에서 더 안전하다. 따라서 위와같은 장점을 이용하여 제작된 M.R. sensor는 magnetic field를 미소한 저항치로 읽는 필수 불가결한 소자이다. 이 중 doped perovskite-like manganites Re1-xAexMnO3 ceramics(여기서 Re는 3가 이온으로 La, Pr, or Nd 이며 Ae는 2가 이온으로 Ba, Sr, Pb)에서 거대한 magnetoresistance effects 가 관찰되며, 이 물질의 과학적 중요성과 field senstive magnetometer와 같은 거대한 잠재적 응용으로 인해 매우 기대가 되고 있다. 그러나 이들 물질들은 다성분계로 이루어져 있어 single phase를 만들기 어려우며 이것으로 인해 GMR 효과는 물론 대량생산이 저해되고 있는 실정이다.
한편 다성분계로 이루어진 세라믹스의 물질을 glycine-nitrate process라는 새로운 비평형 합성법으로 단일상을 얻을 수있는데, 이 process는 산화물의 source로 metal salt(nitrate형태)를, 연료로 glycine이나 urea를 이용하는데 100。C정도의 낮은 온도에서 연료가 분해되면서 고열의 발열량을 내어 주위의 metal salt가 공기중에서 고순도이면서 초미세 산화물분말이 되는 원리를 이용하는 것이다. 이러한 GNP법을 CMR을 나타내는 doped perovskite-like manganites Re1-xAexMnO3 ceramics에 적용한다는 매우 흥미로운 일이며, 이러한 비평형 합성법으로 만든 고순도분말을 hot press를 이용하여 RF sputtering target를 만들어 박막으로 CMR 소자를 제작한다는 것은 매우 필수불가결하다.
나. 연구개발의 중요성
1) 기술적 측면
현재까지는 강자성 박막의 이방성 자기저항(anisotropy magnetoresistance, AMR) 효과(Δρ/ρ)를 이용한 연구는 주로 MR 자기 헤드에 국한되어 있었으며, 일부에서는 MR 센서를 전류 센서, 전압 센서, 위치 센서로 응용하고자 하는 연구가 이루어지고 있다. 한편 MR 소자는 다른 자기 소자보다도 자장을 검출할 수 있는 범위가 넓으며, 미소자장까지도 검출할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 특히 미소자장을 검출할 수 있는 능력을 이용하여 지구 자기장을 이용한 전자 나침반이나, 차량 탐지기, 미소자장 계측용 센서 등의 자기 소자로써 응용이 가능하다.
2) 경제적 측면
이러한 미소자장 검출용 MR 소자는 일본이나 미국과 같은 기술 선진국에서 연구 시작되어 현재는 일부 제품으로 판매되고 있는 실정이지만, 국내에서는 미소자장 검출용 MR 소자 개발에 대한 필요성과 중요성을 인식하면서도 아직 연구는 수행되지 않고 있는 실정이다.
따라서 본 연구가 국내에서는 미소자장 검출용 MR 소자에 대한 최초의 연구가 될 것이며, 이로 인해 국내에서도 MR 소자에 대한 관심이 높아지고, 새로운 응용 분야가 확대되고, 기존에 홀 소자나 fluxgate 소자가 이용되는 부분을 대체할 수 있으리라 기대된다.
III.연구개발내용 및 범위
가. 최종목표 : ∙고선형성, 고감도 MR재료 개발
∙3축 자기측정용 MR소자 개발
∙MR소자를 이용한 위치감지센서 모듈 제작 및 신뢰성 평가
나. 연차별 목표 및 연구내용
1) 1차년도
가) 1차년도 연구목표
- 고감도 MR재료 개발
- 박막 형성 기술 확립
나) 1차년도 연구내용
- 자성재료의 합금설계 및 제조
- 전기적, 자기적 특성 평가
- 기판/자성막/도체간의 접착성 향상기술 연구
- 자성막 및 도체막의 특성향상 연구
- 미세가공기술 연구
2) 2차년도
가) 2차년도 연구목표
- 광대역 자기 측정가능한 MR소자재료 개발
- 3축 자기측정용 MR 소자개발
나) 주요연구내용
- 선형성 향상연구( 2%이내 ← 자장범위 : -2G ~ +2G영역에서)
- 미소자장 변화 감지능 향상연구
- 합금설계 및 제조
- 3축 자기측정용 MR 소자의 회로설계 및 소자제조 공정연구
3) 3차년도
가) 3차년도 연구목표
- 고기능 MR 재료개발
- MR소자를 이용한 위치감지센서 모듈제작
- 신뢰성 평가
나) 주요연구 내용
- 자기이력 효과가 적은 재료개발
- 저항률의 온도계수가 적은 재료 개발
- MR소자를 이용한 위치감지센서 모듈제작(소자제작 및 회로설계,시제작)
- 신뢰성 평가 (온도의존성,재현성)
IV. 기술개발결과 및 활용에 대한 건의
가. 기술개발결과
1) 자기저항 소자용 신조성물 개발
- NiFe 계
- CMR용 세라믹재료
2) 이종물질간 접합기술 및 미세가공기술 개발
- 기판/자성막/도체막간의 접합기술
- 회로 구성을 위한 미세가공기술
3) MR소자를 이용한 위치감지센서 제조 및 특성평가
- 자기소자이용한 위치감지 센서 제작
- 특성 평가
나. 활용에 관한 건의
1) 신조성 합금의 에너지 절약형 자기소자에의 적용
-자기이력에 의한 손실저감, 온도계수특성 우수한 재료를 자기소자에 적용할 경우 경쟁력 있는 제품 개발 가능
2) 자기센서의 소형화, 고??센서를 소형, 고효율화할 수 있는 기술이 개발되었으므로 향후 CNS등 자기센서응용 기기에 적용가능
다. 특허 출원 현황
1) 출원번호 :10-2000-0000548(2000.01.07) (한국)
2000-372768 (2000.12.08) (일본)
발명의 명칭 : 철-지르코늄-붕소-은 계 연자성재료 및 박막의 제조방법
출 원 인 : 한국전기연구소
발 명 자 : 송재성, 민복기, 김현식
2)대한민국특허제0348881호(출원일2000.12.22,등록일2002.08.1) 발명의 명칭 : 전기저항과 평면홀 효과 측정이 용이한 치구의 제작
출 원 인 : 한국전기연구소
발 명 자 : 이원재, 송재성, 민복기
3) 출원번호 : 10-2001-0055264(2001.09.08)(한국)
발명의 명칭 : 자기소자용 FeTaN계 연자성박막의 제조방법
출 원 인 : 한국전기연구원
발 명 자 : 송재성,민복기,김인성,김현식,김형준,신동훈
V. 기대효과
가. 에너지 절약 가능성에 대한 검토
- GPS(global positioning system)의 수신장치용 방향감지 모듈을 현재의 fluxgate에서 MR로 대체할 경우, 그 부분에서의 효율 향상
∙10 V, 50 mA → 10 V, 25 mA (전력소모 50% 감소)
∙이 수신장치가 1년 동안 계속해서 작동한다고 가정할 때 소자 한 개당 2 kWh 절약 가능
∙당장 도입이 요구되는 긴급구조차량(선박포함) 및 추후 GPS 수신 장치가 보편화되어 승용차에 적용될 것을 가상하면 개발품의 수요 및 에너지 절감 효과는 막대할 것으로 예상된다.
목차 Contents
- 목차
제출문
요약문
목차
제 1 장 서 론
제 1 절 사업의 필요성 ( 중요성 )
1. 기술의 개요
2. 기술개발의 필요성
제 2 절 관련 기술의 국내 . 외 현황
1. 국내의 경우
2. 국외의 경우
3. 국내외 특허 및 현존 기술과의 관련성
제 3 절 현존 기술의 문제점 및 해결방안
1. 현존 기술의 취약점 ( 문제점 )
2. 기술개발과정에서의 애로사항
3. 문제점 및 애로사항 해결방안
제 4 절 개발기술의 경제성
1. 개발기술의 에너지자원 효과
2. 개발기술의 보급환경 ( 제도적 , 경제적 여건 등 )
3. 시장현황
4. 개발기술의 투자경제성
제 2 장 고선형성 , 고감도 MR 재료 개발
제 1 절 서 론
제 2 절 자성재료의 합금설계 및 박막제조
1. 박막의 제작
2. 합금 및 구조설계
제 3 절 전기적 , 자기적 특성평가
1. 전기적 성질 실험
2. 단자구모델에의한 MR 박막의 전기적 특성 고찰
제 4 절 전기적 특성분석 결과
1. 직선성 (linearity) 향상
제 5 절 자기적 특성 평가
1. 자기적 성질 시험방법
2. 자기적 성질 결과
3. 민감도 (sensitivity)
제 6 절 구조 분석
제 7 절 표면형상 분석
제 8 절 결 론
1) 무자장 증착후 열처리한 Ni Fe 박막의 XRD 패턴은 열처리 온도가 증가함에 관계없
2) 무자장 하에서 증착한 Ni Fe 박막의 경우 표면조도 (RMS) 값은 as-deposited 에서는
3) 박막시편의 구조결함제거와 자기이방성 제어를 위해 무자장 증착 후 열처리 또는 자
참고문헌
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