KR100475590B1 - 칼코게나이드 비정질 반도체를 이용한 박막온도센서 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

온도센서 재료로서 칼코게나이드 비정질 반도체(CGS)와 구리(Cu)를 사용한 박막온도센서 및 그 제작방법이 제공된다. 본 발명의 온도센서는 반도체 기판과, 상기 기판 위에 형성되고 서로 일정한 간격으로 이격되어 있는 두개의 전극과, 상기 두개의 전극을 연결하도록 증착 형성된 순도 99.99% 이상의 Cu와, 상기 구리 위에 증착 형성된 CGS를 구비한다. 전극재료로는 순도 99.99% 이상의 Cr/Ni나 Pt 타겟을 사용하는 것이 바람직하다. Cu와 CGS의 비율은 1:5 내지 1:10까지 선택이 가능하며, 이 비율로 온도 변화에 따른 저항변화의 선형성을 조절할 수 있다.

Description

칼코게나이드 비정질 반도체를 이용한 박막온도센서 및 그 제조방법 {Thin-film temperature sensor using chalcogenide glass semiconductor and method for manufacturing the same}

본 발명은 칼코게나이드 비정질 반도체를 이용한 박막온도센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 박막온도센서의 재료로 구리와 칼코게나이드 비정질 반도체를 사용한 온도센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 온도센서로는 실리콘을 사용한 IC 온도센서와, 온도에 따른 저항의 변화를 감지하는 써미스터(thermistor)를 사용한 온도센서, 두 개의 금속에서 열팽창계수의 차이를 이용하여 온도를 감지하는 써모커플(thermocouple) 등이 알려져 있다. IC 온도센서는 모두 섭씨 영하 55도에서 영상 150도 범위의 온도 측정이 가능하고, IC에 모든 요소의 집적이 가능하다는 장점이 있는 반면에 정확도, 응답성, 민감도 등에서 문제가 있다. 써미스터를 사용한 온도센서와 써모커플의 경우에는 구조가 복잡하고 소형화하기가 곤란하다고 하는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 소형화할 수 있으면서도 정확도, 응답성, 민감도가 높은 박막온도센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 온도센서 재료로서 칼코게나이드 비정질 반도체(Chalcogenide Glass Semiconductor, 이하 CGS라 함)와 구리(Cu)를 사용한다. 즉, CGS에 Cu를 도핑하여 Cu/CGS 박막의 온도에 따른 저항편차를 이용하여 보다 정밀한 온도 측정을 도모하였다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

CGS 재료는 종래의 합성방법을 사용하여 제작할 수 있다. 그 일예가 도 1에 도시되어 있다.

먼저, 고순도(5N 이상)의 As와 Se를 일정비율로 결정한 다음에 이것을 중량비로 환산하여 정밀한 전자천평을 사용하여 0.01mg까지 정확하게 평량한다(100).

한편, 재료합성에 사용할 석영관(Quartz ample)은 묽은 질산용액에 24시간동안 넣어서 유기물을 완전히 제거한 후에, 증류수로 깨끗하게 세척한 다음에 건조한다. 이와 같이 건조시킨 석영관 속에 평량한 원소들을 넣고 진공장치를 사용하여 3×10^-5 Torr로 진공 배기시켜서 봉입한다(110).

진공봉입한 석영용기를 전기로에 넣고 섭씨 200도에서 3시간 정도 유지시켜서 각 원소를 충분히 반응시킨 다음에, 섭씨 600 내지 700도까지 서서히 상승시켜서 이 온도에서 As와 Se가 잘 섞이도록 석영관을 진동시키면서 8시간 정도 용융 가열한다(120).

그 다음에, 석영용기를 전기로에서 꺼내어 물속에서 급랭시킴으로써 비정질의 As-Se계 CGS 재료를 합성한다(130).

이때, As와 Se의 비율은 용도에 맞게 결정하면 된다. 이하의 실험 데이터는 As와 Se의 비율이 1:4인 경우의 데이터이지만, 본 발명은 특정 원소나 각 원소의 특정 비율에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 도 2를 참조하여 CGS를 사용한 박막온도센서의 제조방법에 대해서 참조하여 설명한다.

본 발명의 박막온도센서에 사용되는 기판으로는 실리콘웨이퍼, 알루미나, BN(boron nitride) 등이 사용될 수 있으며, 본 발명은 특정 기판 재료에 한정되는 것은 아니다.

이러한 기판 위에 전극 패턴을 형성시킨다(200). 전극재료로는 순도 99.99% 이상의 Cr/Ni 합금이나 Pt 타겟을 사용하는 것이 바람직하다. 전극 패턴의 형성 방법은 종래의 패턴 형성 방법을 사용하면 된다. 예를 들면, 패턴으로는 새도우 마스크를 사용하고, 300W RF 전원을 사용하여 아르곤 가스를 5 mTorr로 유지하고 7×10-7 Torr의 진공도에서 2분간 유지하면서 스퍼터링 방법으로 전극을 증착함으로써 1500Å의 두께를 갖는 전극을 제작할 수 있었다. 실험에 사용된 기본적인 전극패턴은 도 3과 같지만, 본 발명은 특정 전극패턴에 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 전극 패턴 위에 진공증착법(vacuum thermal evaporation)을 이용하여 순도 99.99% 이상의 Cu(두께: 200∼500Å)를 3×10-5 Torr에서 30초간 증착시킨다(210). 그 위에 다시 동일한 방법으로 CGS(두께: 1000∼2000Å)를 30초간 증착시켜서 이층 구조를 갖는 박막온도센서를 제조한다(220). 이때의 온도센서의 구조가 도 4에 도시되어 있다.

본 실시예에서 증착시에 Cu는 W boat, CGS는 Mo boat를 사용하였으며, 기판은 가열하지 않은 상태에서 상온증착하였다. Cu와 CGS의 중량 비율은 1:5 내지 1:10까지 선택이 가능하며, 이 비율로 온도 변화에 따른 저항변화의 선형성을 조절할 수 있다.

Cu와 CGS의 중량 비율에 따른 온도특성이 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 도 5a는 Cu:CGS=1:7인 경우이고, 도 5b는 Cu:CGS=1:9인 경우이다.

도면에서 볼 수 있는 것처럼, 온도가 증가함에 따라 저항값이 일정한 형태로 감소하고 있으며, Cu와 CGS의 증착비율에 따라 그래프의 형태 및 각 온도에서의 저항값이 다름을 알 수 있다. 따라서, Cu:CGS의 증착비율을 달리하여 상온(섭씨 25도)에서의 초기 저항값을 조절하고, 저항 변화 비율도 저절할 수 있다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명에 따르면 CGS와 Cu를 사용하여 박막온도센서를 제작함으로써, 소형화할 수 있으면서도 정확도, 응답성, 민감도가 높은 온도센서를 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 CGS와 Cu의 증착비율을 조절하여 온도변화에 따른 저항변화의 특성을 조절할 수 있으므로, 다양한 특성의 온도센서를 구성할 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 1은 CGS 재료의 제작 방법의 일예을 보여주는 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따른 CGS를 사용한 박막온도센서의 제조방법을 보여주는 흐름도이다.

도 3은 전극의 형태를 보여주는 도면이다.

도 4는 전극 패턴 위에 Cu 및 CGS가 증착 형성된 형태를 보여주는 도면이다.

도 5a는 본 발명의 박막온도센서에서 Cu:CGS=1:7인 경우의 온도에 대한 저항 변화 그래프이며, 도 5b는 Cu:CGS=1:9인 경우의 온도에 대한 저항 변화 그래프이다.

Claims (8)

1. 반도체 기판과,

   상기 기판 위에 형성되고 서로 일정한 간격으로 이격되어 있는 두개의 전극과,

   상기 두개의 전극을 연결하도록 증착 형성된 순도 99.99% 이상의 Cu와,

   상기 구리 위에 증착 형성된 칼코게나이드 비정질 반도체를 구비하는 박막온도센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전극은 순도 99.99% 이상의 Cr/Ni 합금인 것을 특징으로 하는 박막온도센서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전극은 순도 99.99% 이상의 Pt인 것을 특징으로 하는 박막온도센서.
4. 제1항에 있어서,

   상기 Cu의 두께는 200 내지 500 Å이며,

   상기 칼코게나이드 비정질 반도체의 두께는 1000 내지 2000 Å인 것을 특징으로 하는 박막온도센서.
5. 제4항에 있어서,

   상기 Cu 대 칼코게나이드 비정질 반도체의 중량 비율은 1:5에서 1:10 사이인 것을 특징으로 하는 박막온도센서.
6. 기판위에 일정 간격으로 이격되어 있는 두개의 전극을 증착 형성하는 단계와,

   상기 두개의 전극을 연결하도록 순도 99.99% 이상의 Cu를 증착시키는 단계와,

   상기 Cu위에 칼코게나이드 비정질 반도체를 증착시키는 단계를 구비하는 박막온도센서 제작방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 전극은 순도 99.99% 이상의 Cr/Ni 합금 또는 Pt 타겟을 스퍼터링 방법으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막온도센서 제작방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 Cu는 순도 99.99% 이상의 Cu를 3×10^-5 Torr에서 30초간 증착하여 200 내지 500Å의 두께로 형성되며,

   상기 칼코게나이드 비정질 반도체는 칼코게나이드 비정질 반도체를 3×10^-5 Torr에서 30초간 증착하여 1000 내지 2000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막온도센서 제작방법.