| 초록 |
실리콘 스트레인게이지는 압력센서, 로드셀(load-cell), 힘센서(force sensor) 등 기계적 변환 소자(트랜스듀서)로서 다양한 응용분야를 갖는다. 본 연구에서는 고압 대역(~ 200 bar)의 압력센서 적용을 위한 단결정 실리콘 스트레인게이지를 설계, 제조하였다. 스트레인게이지의 구조는 굴곡진 형상(meandered shape)의 실리콘 패턴 및 금속 전극 등으로 구성되었으며, 전체 크기는 1.5 mm × 0.5 mm × 0.03 mm로 설계되었다. 스트레인게이지 제작 공정은 n 형 실리콘 웨이퍼 및 Silicon On Insulator (SOI) 멤브레인을 이용하였으며, CMOS/MEMS 공정을 적용하여 소자를 제조하였다. 스트레인게이지 제작 공정은 1) 게이지 저항 조절을 위한 붕소 이온 주입 및 확산, 2) 저항체 형성을 위한 실리콘 패턴 가공, 3) 금속 전극 패턴 형성, 4) 하부 실리콘 기판의 마이크로머시닝 식각 가공, 5) buried oxide (Box) 제거 등의 공정 단계로 구성되었다. 제작된 실리콘 스트레인게이지 압력센서는 게이지 저항 신호를 출력 전압으로 변환하여 압력에 대한 센서 출력 변화를 측정, 평가하였으며, 압력 변화에 대한 출력신호 측정 결과 빠른 응답속도 및 높은 반응 특성을 나타내었다. 특히, 센서 출력 신호는 200 bar 이하의 압력에 대해 높은 선형성 특성을 나타내어 고압 환경 하에서 압력센서로서 우수한 특성을 보였다. 본 연구에서 제안된 실리콘 스트레인게이지의 설계 및 제조 공정은 고압 하의 환경에서도 높은 내구성 및 압력 반응성을 나타내는 압력센서 소자로의 적용이 가능함을 확인하였으며, 제조된 스트레인게이지 압력센서는 고압의 환경을 요구하는 자동차 산업, 가전제품 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있을 것으로 생각된다.
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