KR100187386B1 - 산화물 반도체의 이종 접합형 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화구리(CuO)와 산화아연(ZnO)으로 이루어지는 이종 접합형 다기능 센서로서 상온에서 습도의 검지가 가능하고 발열체의 발열 및 정확한 온도 검지에 의해 임의의 온도로 센서를 가열시킴으로서 이종 접합형 센서의 선택성을 향상시킴을 목적으로 하며 그 구성은 양면 가공된 실리콘 웨이퍼의 기판(1) 위에 산화막(12)을 형성시키고, 전자빔 증착법에 의해 크롬 증착층(3)을 형성하고 그위에 발열체 금속층으로 백금 증착층(4)을 형성한 다음 아르곤 분위기하에서 열처리 하여 안정화시키고, 사진 식각 공정을 통해 발열체와 온도 센서부를 형성하며, 플라즈마 화학 증착법에 의해 산화막(6)을 전면에 증착시킨 다음 발열체 전극부와 온도센서 전극부를 형성하기 위한 창(window)을 뚫고, 그 위에 금을 증착하여 금전극(7)을 형성한 후, 고주파 스퍼터링 방법에 의해 산화구리(CuO)를 증착시키고, 패터닝된 감광막 위에 산화아연(ZnO)을 고주파 스퍼터링 방법에 의거 증착시키고 리프트 업(Lift-Off)법에 따라 센서부 이외의 모든 산화 아연을 제거하고 열처리한 다음 산화아연의 전극부로써 알루미늄을 증착시킨 뒤 패터닝하고 이방성 식각 용액에서 실리콘 후면을 식각하여 발열부의 맴브랜을 형성시킴을 특징으로 하는 산화구리(CuO)/산화아연(ZnO)의 이종접합형센서이다.
Description
제1도는 본 발명 이종 접합형 센서의 개략 단면도,
제2도의 (A)내지 (I)는 본 발명 이종 접합형 센서의 제작 공정도,
제3도의 (A)내지 (D)는 종래의 이종 접합형 센서의 제작 공정도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 감광막
3 : 크롬증착층 4 : 백금증착증
5 : 온도센서 6 : 단열 및 절연용 산화막
7 : 금 전극 8 : 산화구리증착증
9 : 산화아연층 10 : 알루미늄전극
11 : 전극부 전선 12 : 산화막
본 발명은 산화구리(CuO)와 산화아연(ZnO)으로 이루어지는 이종 접합형 센서에 관한 것으로, 특히 수분과 일산화탄소의 검지에 적합한 이종산화물 반도체의 박막형 센서에 관한 것이다.
종래의 이종 접합형 센서는 제3도에서와 같이 평활도가 우수한 유리기판 위에 감광막(photo-resist)을 스핀코오팅(spin-coating)한후, 마스크를 이용하여 일정부분을 현상(Develope), 제거(Stripe)시킨 다음 대략 1000Å의 금을 증착시키고 고주파 스퍼터링 방법에 의해 약 7000Å의 P형 물질인 산화구리를 증착시킨다.
동일한 방법에 의해서 N형 물질인 산화아연을 약 5000Å 증착시킨뒤 전극물질로 알루미늄을 약 1000Å 증착시켜 센서를 형성하고, 감광막의 제거액에서 식각시켜 감광막위에 형성된 센서의 구조가 유리기판과 분리됨으로서 제3도의 (D)와 같은 형상의 센서가 공지되고 있다.
또한 이와같은 종래에 공지된 이종 절합형 센서는 상온에서 습도의 변화에 따른 순방향 전류의 변화로써 습도 검지 소자로 이용할 수는 있으나, 가스센서로 동작하기에는 발열체가 탑재되어 있지 않아 이용이 불가능하므로 다기능 센서로는 부적합한 결점이 있다.
일반적으로 산화아연은 N형 산화물 반도체이고, 산화구리는 P형 산화물 반도체이므로 각 반도체와 저항성 접촉을 위한 전극부를 형성한 다음 외부에서 산화구리에 (+)전원, 산화아연을 접지시켜 외부 인가 바이어스를 증가시키면, 주변 분위기 상태에 따라 일반적인 다이오드 특성을 나타내게 된다. 이때에 순방향 전류는(일정 전압 상태에서) 습도 및 가스량에 따라 증가하므로 센서로써 작동을 하게 된다.
따라서 본 발명자는 종래의 이종 접합형 센서의 결점을 개선하기 위하여 예의 연구한 결과, 에탄올 합성 촉매로 활용되는 산화아연(ZnO)/산화구리(CuO)의 이종 접합체를 습도 및 가스검지등 다기능 센서로 이용할 수 있게 되어 온도 측정을 위한 센서와 발열체를 탑재시킨 박막형 센서의 제작에 성공하여 본 발명을 완성하게 된 것이다.
이하, 본 발명 박막형 이종 접합체 센서의 제작 과정을 설명하면 다음과 같다.
양면 가공된 두께 약 400~500㎛의 실리콘 웨이퍼를 습식 산화법에 의해 약 1.5㎛의 산화막을 형성시키고 전자빔 증착법에 의하여 약 800Å의 크롬 접착층을 형성한뒤 발열체 금속으로 백금을 약 4000Å 증착시킨다. 이때 기판의 후면에 크롬을 동일 두께로 증착한다. 사진공정을 수행하기 전에 700℃의 아르곤 분위기하에서 1시간 동안 열처리하여 발열체 금속층을 안정화시키고 사진 식각 공정을 통해 발열체와 온도센서부를 형성시킨다. 그 이후 플라즈마 화학 증착법에 의해 5000Å의 단열 및 절연용 산화막을 증착시킨 다음 발열체 전극부와 온도센서의 전극부 형성을 위한 창(window)을 뚫고, 그 위에 금을 증착시킨 다음 패터닝함으로서 산화구리, 발열체, 온도센서의 콘텍트 패그(Contact Pad)를 형성한다. 금전극 형성후 고주파 스퍼터링 방법에 의해서 산화구리(CuO)를 챔버 압력 2m torr, 기판온도 150℃ 고주파 전력 100와트 스퍼터링 알곤 및 반응가스(O2)비 9 : 1에서 약 5000Å 증착시킨다. 증착막을 패터닝 한 후 그위에 감광막(photo-resist)를 스핀 코우팅 한뒤 산화아연 및 알루미늄의 증착을 위해 일정 형상으로 패터닝 한다. 패터닝된 감광막 위에 산화아연을 고주파 스퍼터링 방법에 의해 증착한다. 증착조건은 챔버압력 2m torr, 기판온도 150℃, 고주파전력 300 와트 스퍼터링 및 반응성 가스비 6 : 4 (Ar : O2)에서 5000Å 증착시킨다. 증착후 리프트ㆍ업(Lift-Off)법에 의해 센서부 이외의 모든 산화아연(ZnO)을 제거한 뒤 열처리 한다. 열처리 조건은 600℃의 O2분위기에서 1시간 실시한다. 열처리후, 산화아연의 전극부로써 알루미늄 5000Å 증착시킨뒤 패터닝하고 이방성 식각 용액에서 실리콘 후면을 식각하여 발열부의 맴브랜(Membran)를 형성한다. 그후 전선을 연결함으로써 본 발명 이종 접합형 센서를 얻게 된다. 이를 공정도로 나타내면 제2도와 같다.
이와같이 하여 얻은 본 발명 센서의 작용을 설명하면, 우선 전극부 전선(11)과 알루미늄 전극(10) 단자에 인가된 바이어스에 의해서 백금 증착층(4)의 백금/크롬 미세 발열체가 작동하여 일정온도(100~400℃)를 유지하게 된다. 이때에 인접한 온도센서(5)는 발열체 근처의 온도를 저항의 변화로 측정하게 된다.
한편, 산화아연/산화구리의 이종 접합 센서는 다음과 같은 반응에 의하여 가스를 검출하게 된다. (일산화 탄소 검지) 공기중에서 일산화탄소가 센서 주위에 존재하면 P형인 산화구리에서의 화학반응은 아래식 1을 따르게 된다.
즉, 일산화탄소 분위기에서 산화구리(CuO)의 표면에 일산화탄소가 화학 흡착되어 음이온화 되고, 산화구리에 정공(hole)을 제공한다.
(수식)
또한 산화아연의 표면에서는 기흡착된 산소와 일산화탄소가 반응하여 전자를 제공함으로 N형 산화물 반도체내에서의 다수 캐리어인 전자를 보다 많이 제공하여 아래식 2를 따르게 된다.
(수식)
이때 접합면으로 주입되는 전자ㆍ정공의 양은 분위기 가스인 일산화탄소 농도에 비례하므로 공기층과 가스 상태에서의 전류비에 의하여 가스농도를 검출하게 된다.
이와같은 본 발명 산화물 반도체의 이종 접합형 센서는 상온에서 습도의 검지가 가능하고 발열체의 발열 및 정확한 온도 검지에 의해 임의의 온도로 센서를 가열시킴으로서 이종 접합형 센서의 선택성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진 것으로 매우 유용한 다기능 센서인 것이다.
Claims (4)
- 양면 가공된 실리콘 웨이퍼의 기판(1)위에 산화막 (12)을 형성시키고, 전자빔 증착법에 의해 크롬 증착층(3)을 형성하고 그 위에 발열체 금속층으로 백금 증착층(4)을 형성한 다음 아르곤 분위기하에서 열처리 하여 안정화시키고, 사진 식각 공정을 통해 발열체와 온도 센서부를 형성하며, 플리즈마 화학 증착법에 의해 단열 및 절연용 산화막(6)을 전면에 증착시킨 다음 발열체 전극부와 온도센서 전극부를 형성하기 위한 창(Window)을 뚫고, 그 위에 금을 증착하여 금전극(7)을 형성한 후, 고주파 스퍼터링 방법에 의해 산화구리(CuO) 증착층(8)을 형성하고, 패터닝된 감광막(2) 위에 산화아연(ZnO)층(9)을 고주파 스퍼터링 방법에 의해서 증착시키고 리프트 업(Lift-Oft)법에 따라 센서부 이외의 모든 산화 아연을 제거하고 열처리한 다음 산화아연의 전극부로써 알루미늄 전극(10)을 증착시킨 뒤 패터닝하고 이방성 식각 용액에서 실리콘 후면을 식각하여 발열부의 맴브랜을 형성시킴을 특징으로 하는 산화물 반도체의 이종접합형센서.
- 제1항에 있어서, 고주파 스퍼터링 방법에 의한 산화구리(CuO)의 증착조건은 챔버압력 2m torr, 기판온도 150℃, 고주파 전력 100와트, 스퍼터링 알곤 및 반응가스(O2)비 9 : 1 에서 약 5000Å 증착시킴을 특징으로 하는 산화물 반도체의 이종 접합형센서.
- 제1항에 있어서, 고주파 스퍼터링 방법에 의한 산화아연(ZnO)의 증착조건은 쳄버압력 2m torr, 기판온도 150℃, 고주파 전력 300와트, 스퍼터링 및 반응성 가스비 6 : 4(Ar : O2)에서 약 5000Å 증착시킴을 특징으로 하는 산화물 반도체의 이종 접합형센서.
- 제1항에 있어서, 발열체 및 온도센서를 탑재함으로써 센서의 동작 온도를 조절할 수 있음을 특징으로 하는 산화물 반도체의 이종 접합형센서.
Priority Applications (1)
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| KR1019950068139A KR100187386B1 (ko) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 산화물 반도체의 이종 접합형 센서 |
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| KR1019950068139A KR100187386B1 (ko) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 산화물 반도체의 이종 접합형 센서 |
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| KR970053270A KR970053270A (ko) | 1997-07-31 |
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| KR100305660B1 (ko) * | 1999-02-09 | 2001-09-26 | 김희용 | 이중이온빔법을 이용하여 ＣｕＯ를 첨가한 황화합물계 가스 센서 |
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1995
- 1995-12-30 KR KR1019950068139A patent/KR100187386B1/ko not_active IP Right Cessation
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