초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 MEMS 스위치의 폭 넓은 응용에 가장 큰 장애 요인인 낮은 신뢰성을 향상시키는데 목적을 둔다. 연구의 목적을 달성하기 위해서 여러 가지 측면에서 연구를 진행하였다. 먼저 스위치의 동작을 모사하는 신뢰성 평가 시스템을 제작하여 접촉 물질을 평가한다. 그리고 MEMS 스위치에 적절한 두 접촉 금속을 제안한다. 두 번째로는 MEMS 스위치의 안정적인 공정법을 개발한다. 그리고 디자인 측면에서 신뢰적인 스위치의 모습을 개발한다. 그리고 웨이퍼 레벨의 패키징을 개발하여 스위치를 삽입하고 향상된 신뢰

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 MEMS 스위치의 폭 넓은 응용에 가장 큰 장애 요인인 낮은 신뢰성을 향상시키는데 목적을 둔다. 연구의 목적을 달성하기 위해서 여러 가지 측면에서 연구를 진행하였다. 먼저 스위치의 동작을 모사하는 신뢰성 평가 시스템을 제작하여 접촉 물질을 평가한다. 그리고 MEMS 스위치에 적절한 두 접촉 금속을 제안한다. 두 번째로는 MEMS 스위치의 안정적인 공정법을 개발한다. 그리고 디자인 측면에서 신뢰적인 스위치의 모습을 개발한다. 그리고 웨이퍼 레벨의 패키징을 개발하여 스위치를 삽입하고 향상된 신뢰성의 특성을 평가하는데 연구를 진행하였다.

연구결과
재료적인 측면에서, 나노인덴터를 개조하여 스위치 모사 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템을 이용하여 기존에 많이 사용되고 있는 Au 컨택 물질과 Au위의 Pt를 클래딩(Cladding)하여 기계적인 성질을 보완한 물질을 비교하였다. 이를 통해 Pt 클래딩이 MEMS 스위치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 물질임을 제안하였다.
공정부분에서는 MEMS 스위치의 경우 구조체 물질을 Ni, 접촉 물질을 Au, 희생층 물질을 Cu로 하는 안정적인 공정을 개발하였다. 또한 NEMS 스위치도 TiN 물질을 사용한 공정을 개발하였다.
디자인 측면에서는 기존의 캔틸레버, 브릿지 구조를 탈피한 모양을 제안하고 이를 구현하였다. 첫 번째로는 부드러운 BCB 물질을 기판과 접촉 물질 사이에 삽입하여, 접촉의 실질적인 강도를 낮추는 디자인을 제안하였다. 낮추어진 강도로 인하여 유효 접촉 면적이 증가하고 컨택저항이 감소하는 효과를 보았다. 그리고 메쉬 구조의 드레인 전극 디자인을 이용하여 실질적인 접촉힘이 증가하는 것을 확인하였다. 마지막으로 립 모양의 딤플과 드레인 전극 모양을 제안하여 스위치의 바운스 현상을 억제하고 게이트 전극에 가할 수 있는 전압의 범위를 확장 시킬 수 있었다.
마지막으로는 패키징 연구에 있어서는 처음에 제안 했던 알루미늄 양극 산화를 통한 나노기공 형성법을 이용하여 MEMS 패키징이 가능한 air-cavity 형성에 성공하였다. 그리고 PVD 증착을 통해 나노기공 형성이 가능함을 알게 되어, 이를 이용하여 air-cavity 형성을 물론 MEMS 소자를 삽입하였다. 그리고 통계학적인 방법으로 패키징의 유효수명을 측정하였다.

연구결과의 활용계획
MEMS 스위치는 종래의 반도체 소자보다 높은 오프-임피던스, 낮은 온-임피던스, 우수한 선형성, 그리고 저전력 소모 등으로 많은 발전가능성을 보여왔으나 신뢰성의 문제로 상용화가 제한 되었다. 본 과제의 연구결과는 신뢰성의 많은 문제를 해결하고 상용화 실현에 더 가깝게 했다고 평가된다. 본 과제의 연구결과의 완성도로는 산업체와의 협업을 통한 스위치의 실제 상용화 작업에 착수 할 수 있으리라 예상된다. 그리고 개발된 웨이퍼 레벨 패키징 기술은 비단 스위치 뿐만 아니라 타 여러 MEMS 소자에 적용이 가능하기 때문에 이에 대한 연구도 심화하여 진행할 예정이다. 또한 본 과제를 통해 개발된 나노기공 제작방법은 나노소자, 바이오 연구에 응용이 될 수 있는 연구결과로 생각된다.

Abstract ▼

Purpose&contents
In this project, we focus on improving the reliability of MEMS　switch which the highest huddle to the commercialization of the MEMS switch. We performed this research from various angles. We found appropriate contact material for MEMS switch by using MEMS switch contact simulatio

Purpose&contents
In this project, we focus on improving the reliability of MEMS　switch which the highest huddle to the commercialization of the MEMS switch. We performed this research from various angles. We found appropriate contact material for MEMS switch by using MEMS switch contact simulation system. Then, we developed MEMS switch fabrication process. Also, we suggested reliable MEMS switch designs and demonstrated them. finally, we developed wafer-level packaging for MEMS　devices and analyzed it performances in statistical studies.

Result
To find appropriate contact material for MEMS switch, we made MEMS switch contact simulation system by remodeling the nano-indenter. By using this system, we tried to improve Au contact material which is most widely used for MEMS switch. We suggested to Pt cladding on Au to strengthen the mechanical property of the Au. We found that the Pt cladding shows improved performances under high current load.
We developed the MEMS fabrication process. In the process, Ni was selected for structural material, Cu for sacrificial material and Au for contact material respectively. Also TiN NEMS　switches were developed.
In design, we suggested and demonstrated creative structure which is different from conventional cantilever and bridge structure. When soft BCB material in inserted between substrate and contact material, it lowered the hardness of contact material thus decreased the contact resistance. meshed drain design was proposed to increase the contact force. we suggested rip-type dimple and drain electrode structure. it is found that the design suppress the bouncing effect which degrades the reliability of the MEMS switch.
We fabricated vertically nano-porous aluminium oxide layer and nano-porous membrane by simple PVD deposition. In case of nano-porous membrane formed by PVD deposition, we developed the wafer-level package for MEMS devices. Finally, we will fabricate the MEMS structure in the nano-porous wafer level packaging in vacuum condition. The performance of the package was analyzed stastical studies and showed novel results.

Contribution
MEMS switch has shown nobel performance of high off-impedance, lower on-impedance, better linearity and lower power dissipation than existing semiconductor devices. However its commercialization was limited by it low reliability. the results in this project have solved many problem in the area. We expect that the results will be helpful for the commercialization of the MEMS switch. Also, the nano-porous wafer-level packaging developed in this project is applicable to the other MEMS devices. So, we planed to modify this technique to other important MEMS devices. Finally we think that nano-porous membrane fabrication techniques in this project will be important for the nano devices fabrication and bio researches.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서(평가용) ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 56
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 56
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 57
• 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구실적 ... 58
• 8. 참고문헌 ... 58
• 9. 연구성과 ... 59
• 10. 기타사항 ... 63
• [별첨1] 대표연구성과 ... 64
• 자체평가 의견서 ... 69