KR100684268B1

KR100684268B1 - 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합열전변환기 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100684268B1
Application number: KR1020040097089A
Authority: KR
Inventors: 권성원; 박세일
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2007-02-20
Also published as: KR20060057896A

Abstract

본 발명은 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해, 뒷면의 소정부분을 식각하여 소정의 깊이만큼 파낸 구조로 형성된 실리콘 기판(10); 기판(10)상에 적어도 상기 파낸부분을 덮으면서 소정의 두께로 증착된 제 1의 Si₃N₄층(91); 제 1의 Si₃N₄층(91) 상에 소정두께로 증착된 SiO₂층(92); SiO₂층(92) 상에 소정두께로 증착된 제 2의 Si₃N₄층(94); 제 2의 Si₃N₄층(94)으로 형성된 인장성 응력과 압축성 응력의 균형으로 응력이 미소한 샌드위치 구조의 멤브레인 위에 증착된 적어도 2개 이상의 동(Cu)-콘스탄탄(CuNi44)으로 이루어진 열전대 접합(50, 60); 및 복수의 열전대 접합(50, 60)을 가로지르는 방향으로 증착된 히터(40);가 제공된다.

평면형, 다중접합, 열전변환기, 열전대, 히터, 열접합, 냉접합, 멤브레인, 증착, 스퍼터링, 이방성식각, 교류-직류 전류변환차이, 교류-직류 전압변환차이

Description

교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기 및 그 제조방법{Planar multi-junction thermal converter for precision measuring AC voltage and current and fabrication method thereof}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 평면형 다중접합 열전변환기의 평면도,

도 2는 도 1에 도시된 평면형 다중접합 열전변환기의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 평면형 다중접합 열전변환기의 제조공정을 개략적으로 나타낸 흐름도,

도 4는 평면형 및 3차원구조의 다중접합 열전변환기의 입력전류에 대한 출력전압의 변화를 나타낸 그래프,

도 5는 각종 열전변환기의 교류-직류 전류변환차이를 나타내는 그래프,

도 6은 0.7 V 및 1.5 V의 전압에서 주파수 변화에 따른 평면형 다중접합 열전변환기의 교류-직류 전압변환차이를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 실리콘 기판, 20 : 멤브레인 창,

30 : 열전대 출력, 40 : 히터,

50 : 동(Cu), 60 : CuNi44

70 : 패드, 90 : Si₃N₄

91 : Si₃N₄ 92 : SiO₂,

94 : Si₃N₄

본 발명은 다중접합 열전변환기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 교류전압 또는 전류의 1차표준은 열전형 교류-직류변환기(thermal AC-DC transfer instrument, 이하 교직변환기)를 이용하여 직류표준에 소급된다. 열전형 교직변환기는 대부분 단일접합 열전변환기(single-junction thermal converter, 이하 SJTC)를 기본소자로 사용하며, 정격입력은 10 ㎃ 또는 수 V 이하이다. 이와 같은 열전변환기는 직류표준과 등가적으로 교류를 정밀측정하기 위한 계측소자로서, 직류 및 교류전류에 의해 히터 저장에서의 온도상승에 따른 열전대출력을 비교함으로써 교류 실효값을 측정한다.

이와 같은 SJTC는 입력과 병렬로 전류분류기를 연결하여 열전형 전류변환기(thermal current converter)를 구성함으로써 20 A이하에서의 교류전류표준기(100 ㎑ 이하)로 활용되고, SJTC의 입력과 직렬로 배율저항기를 연결하여 열전형 전압변 환기(thermal voltage converter)를 구성함으로써 1 ㎸ 이하에서의 교류전압표준기(1 ㎒ 이하)로 활용되고 있다.

그런데, SJTC는 구조가 간단하여 제작이 비교적 용이하고 염가하기 때문에 활용도가 높지만, 직류전류가 흐를 때 톰슨효과 및 펠티에 효과 때문에 전류의 방향에 따라서 출력이 달라져 교류-직류 변환차이를 유발한다. 따라서, SJTC에 비하여 열전기효과로 인한 오차를 크게 감소시킨 다중접합 열전변환기(multi-junction thermal converter, 이하 MJTC)가 각국의 표준기관에서 교류전압 및 전류의 1차표준기로 활용되고 있다.

그러나, 기존의 미세금속선을 사용하여 수공으로 제작되던 3차원구조의 MJTC(이하 3D MJTC)를 구할 수 없는 상황이고, 또한 최근 산업체에서 기준기로 사용되는 교류측정기의 정확도가 20∼30 ㎶/V 수준으로 크게 향상되어, 이들에 대한 원활한 표준의 공급과 함께 국제비교측정에 참여하기 위해서는 교정용 표준기의 정확도를 현재의 약 15 ㎶/V보다 한 단계이상 향상시켜 선진국 수준의 측정능력을 유지해야만 한다. 따라서, 이러한 요구에 적합한 표준기를 확보하고, 이들을 군(群)으로 형성하여 1차표준기로 활용하기 위하여 평면형 다중접합 열전변환기(planar multi-junction thermal converter, 이하 PMJTC)를 개발하고자 하는 노력이 진행되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 반도체 공정을 도입하여 높은 정확도를 갖고 교류-직류 변환방법으로 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기(PMJTC) 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 뒷면의 소정부분을 식각하여 소정깊이만큼 파낸 구조로 형성된 실리콘 기판(10);

상기 기판(10)상에 적어도 상기 파낸부분을 덮으면서 소정의 두께로 증착된 제 1의 Si₃N₄층(91);

제 1의 Si₃N₄층(91) 상에 소정두께로 증착된 SiO₂층(92);

SiO₂층(92) 상에 소정두께로 증착된 제 2의 Si₃N₄층(94);

제 2의 Si₃N₄층(94)상에 증착된 적어도 2개 이상의 동(Cu)-콘스탄탄(CuNi44)으로 이루어진 열전대 접합(50, 60); 및

복수의 열전대 접합(50, 60)을 가로지르는 방향으로 증착된 히터(40);로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기(PMJTC)에 의해 달성될 수 있다.

아울러, 본 발명의 목적은, 또 다른 카테고리로서, 실리콘 기판(10)을 준비하는 단계(S10);

실리콘 기판(10)상에 소정두께의 제 1의 Si₃N₄(91)을 증착하는 단계(S12);

제 1의 Si₃N₄(91)상에 소정두께의 SiO₂(92)를 증착하는 단계(S14);

SiO₂(92)층 상에 소정두께의 제 2의 Si₃N₄(94)을 증착하는 단계(S16);

제 2의 Si₃N₄(94)상에 NiCr을 히터(40)로 스퍼터링 하는 단계(S18);

히터(40) 위에 소정두께의 SiO₂절연층을 증착하는 단계(S20);

S20단계의 SiO₂절연층상에 열전대의 Cu소선(50)을 스퍼터링하고(S22), CuNi44(60)를 스퍼터링하는 단계(S24); 및

열전대의 냉접합 둘레에 접촉패드(70)를 열증착하는 단계(S26);로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기의 제조방법에 의해서도 달성될 수 있다.

히터(40)는 바이필라(bifilar) 또는 직선형 구조일 수 있다.

본 발명의 다른 목적들, 분명한 장점들 및 신규한 특징들은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면들에 따른 바람직한 실시예들로 부터 더 분명해 질것이다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기(PMJTC) 및 그 제조방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 평면형 다중접합 열전변환기의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 평면형 다중접합 열전변환기의 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,

실리콘 기판(10)에 지지된 Si₃N₄(91)/SiO₂(92)/Si₃N₄(94) 샌드위치구조의 두께 0.8 ㎛(크기 2 ×4㎟)의 멤브레인(20) 위에 히터(40)와 열전대 접합(50, 60)을 형성한다. 이 때, Si₃N₄(91)의 두께는 약 200 nm, SiO₂(92)의 두께는 약 400 nm, Si₃N₄(94)의 두께는 약 200 nm이다.

멤브레인(20)의 세로방향 중앙에 NiCr으로 이루어진 히터(40)를 배치하고, 히터(40) 주위 또는 그 위에 동(50)-콘스탄탄(60)(Cu-CuNi44)으로 이루어진 48∼156 개의 열전대의 열(熱)접합을 형성하며, 열전대의 냉(冷)접합은 실리콘 기판(10) 위에 형성한다.

도 1에 도시된 바와 같이, PMJTC의 기본구조는 실리콘 기판(10) 위에 샌드위치층(91, 92, 94)을 만들고, 그 위에 스퍼터링, 포토리소그래피 등의 과정을 몇 단계 반복하여 히터(40)와 열전대 열(列)(50, 60)을 제작한다. 히터(40)와 열전대 접합(50, 60)의 밑부분에 있는 실리콘을 이방성 식각으로 제거하여 멤브레인(20) 위에 PMJTC 소자를 형성했다. 히터(40)를 멤브레인(20)의 중앙에 세로방향으로, 그리고 히터(40) 양옆으로 열전대 열을 배치하여 히터(40)에 근접한 이종금속접합은 열전대의 열접합(hot juncton)을 만들고, 실리콘 기판(10) 위에 열전대의 기준온도 역할을 하는 냉접합(cold junction)을 구성한다. 이러한 구조의 PMJTC의 출력전압은 열전대의 개수, 열전대 두 접합의 온도차이 및 열전대로 사용된 두 물질의 상대 제백계수에 비례하게 된다.

PMJTC를 교직변환기로 활용하기 위해서는 교류-직류 변환차이가 작을 것과 함께 출력전압이 수십 ㎷ 이상이고, 그 안정도가 높을 것 등의 조건이 요구된다. 교류-직류 변환차이를 최소화시키기 위해서 히터(40)에 톰슨계수가 작고 저항의 안정도가 우수한 NiCr을 히터로 사용하였고, 열전대 접합(50, 60)을 균등간격으로 배치하고 각 열전대 소선들의 열전도성이 동일하도록 제작하여 히터(40)의 온도분포를 균일하게 하였다. 또한 직류전류의 방향에 따라 서로 반대방향으로 나타나는 톰슨효과 및 펠티에 효과에 의한 부가적인 열이 상쇄되도록 가열선을 바이필라(bifilar) 구조로 하였다. 열전대는 기존의 열전변환기에서 많이 쓰이는 Cu(50)-CuNi44(60)를 사용하였으며, 열전대의 Cu소선(50)과 CuNi44 소선(60)의 열전도도비(λ_Cu/λ_CuNi44 : 약 18)와 각 소선의 설계치수를 적용하여 열전대 소선의 단면적비(q _CuNi44/q _Cu)를 약 22가 되도록 두께를 조정하였다.

[표 1]에는 각 구조에 따른 열전대의 개수(N), 열전대 소선의 폭(W)과 두께(T)를 나타냈는데, 열전대 소선의 폭은 모의실험결과를 참조하였으며, IG는 열전대 각 소선사이의 간격이며, Gy는 실리콘 기판(10)과 첫 번째 열전대까지의 세로축방향 간격이다. 기호 BF48 및 BF156은 가열선이 바이필라 구조이고, 그 폭은 50 ㎛이며, 히터(40) 사이의 간격과 가열선과 열접합사이의 간격은 각각 10 ㎛이다. 기호 MLSTA1/A2는 감도를 향상시키기 위하여 폭 90 ㎛의 히터(40)를 직선형으로 배치하고, 히터(40) 위를 두께 500 ㎚의 SiO₂로 절연시키고 그 위에 열전대의 열접합이 얹히도록 제작하였는데, 좌우의 열전대 열접합사이의 간격은 10 ㎛로 하였다.

기호	N	W(㎛)		T(nm)		IG(㎛)	Gy(㎛)
기호	N	Cu	CuNi44	Cu	CuNi44	IG(㎛)	Gy(㎛)
BF48	48	7	101	100	156	15	351.5
BF156	156	5	20	40	220	9	327.5
MLSTA1/A2	88	6	35	50	189	10	358

이와 같이 제작된 포토마스크는 히터(40), 열전대 1 및 2, 접촉 패드(70), 배면 에칭 그리고 절연층 제작용 마스크로 총 6장이다. 배면에칭 마스크는 두께 t_W인 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각특성을 고려하여 멤브레인(20)의 크기 2 ×4 ㎣보다 가로 및 세로로 각각 2 ×t_Wcot54.74^。만큼 크게 제작하였다. 본원의 일실시예에서 사용된 실리콘 웨이퍼는 결정방향(1,0,0), 직경 5인치, p형(보론-도핑)으로서 불순물 농도가 4∼7×10¹⁵/㎤, 두께가 610∼640 ㎛이다.

(제조공정)

이하에서는 도 1 및 도 2에 도시된 구조의 평면형 다중접합 열전변환기의 제조공정에 관하여 설명하도록 한다. 우선, 도 3은 본 발명에 따른 평면형 다중접합 열전변환기의 제조공정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 준비된 웨이퍼를 깨끗하게 세척한다(S10). 그 다음, 실리콘 기판(10)위에 Si₃N₄(91)/SiO₂(92)/Si₃N₄(94) 샌드위치구조의 유전체 박막층을 LPCVD로 증착한다(S12, S14, S16). 도 2에서 기판(10)의 뒷면은 편의상 Si₃N₄층(90)만을 표시한다. 그 다음, NiCr 히터(40)를 스퍼터링 한다(S18).

그 다음, [표 1]의 MLST구조의 PMJTC에 대해서만 히터(40) 위에 500 ㎚ 두께의 SiO₂절연층을 증착한다(S20). 그 다음, 열전대의 Cu 소선(50)을 스퍼터링하고(S22), CuNi44 소선(60)을 스퍼터링한 뒤(S24), 접촉패드(70)를 열증착한다(S26).

그 다음, 실리콘 웨이퍼 뒤면의 실리콘을 제거하고 두께 800 ㎚의 샌드위치 구조의 멤브레인(20)을 만들기 위해 먼저 건식 및 습식식각하여 뒷면의 유전체층을 제거하고(S28), 샘플(130)을 6 ×8 ㎣ 크기로 잘라서 KOH 수용액으로 이방성 식각을 한 후(S30), 직경 50 ㎛의 A1 선으로 배선 접합하고 테스트한다(S32). 상기와 같은 일련의 과정을 거쳐 본 발명에 따른 평면형 다중접합 열전변환기의 제조공정이 완료된다.

PMJTC의 멤브레인(20)은 소자의 기계적인 지지와 소자사이의 전기적인 절연뿐만 아니라 열차단기능을 해야 하므로, 멤브레인(20)은 기계적, 열적으로 안정된 응력이 없는 박막이어야 하며, 단열효과를 크게하기 위하여 가능한 한 얇아야 한다. 이러한 박막을 얻기 위하여 압축성 응력을 갖는 SiO₂(92)(3.2×10⁹ dyne/㎠)층과 인장성 응력을 갖는 Si₃N₄(90, 94)(9.7×10⁹ dyne/㎠)층으로 Si₃N₄(91)/SiO₂(92)/Si₃N₄(94)와 같은 샌드위치구조의 박막층을 제작한다. Si₃N₄ 층(91, 94)의 두께(200 nm + 200 nm)과 SiO₂ 층(92)의 두께(400 nm)를 동일하게 제작하기 때문에 샌드위치층의 전체적인 응력은 미소한 인장성을 보이지만 멤브레인(20) 및 소자의 손상은 방지할 수 있다.

히터(40)와 열전대 접합(50, 60)열을 스퍼터링하기 직전에 박막의 부착력 향상과 표면 세척을 위하여 Ar 압력 1.0 Pa, rf 전력 30 W, DC 셀프-바이어스 전압 -250 V로 샘플 기판을 플라즈마 세척하였으며, 또한 스퍼터링 대상 표면을 실제 스퍼터링 조건과 같이 충분히 예비-스퍼터링 하였다. 특히 NiCr 박막은 응력이 크기 때문에 스퍼터링시 포토레지스트 패턴을 부분적으로 파괴할 가능성이 있다. 이를 막기 위해서 0.4 Pa 이하의 낮은 Ar 압력하에서 -310 V 이상의 높은 전압으로 스퍼터링하였다.

(실험예)

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 평면형 다중접합 열전변환기(PMJTC)의 성능평가 실험결과에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 평면형 및 3차원구조의 다중접합 열전변환기의 입력전류에 대한 출력전압의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 입력전류 13 ㎃에 대한 PMJTC BF48, BF156, MLSTA2의 출력전압은 각각 167 ㎷, 638 ㎷, 128 ㎷를 얻었으며, 3D MJTC의 경우 입력전류 13 ㎃에서 최대출력 100 ㎷를 얻었다. 히터(40) 주위에 열전대의 열접합 접합(50, 60)을 배치한 BF48(열전대의 수: 48개)의 출력전압이, 히터(40) 위에 열접합을 배치한 MLSTA2(열전대의 수: 88개) 보다 큰 출력을 얻었음을 알 수 있다. 이는 SiO₂의 절연특성은 우수하지만 열전도도가 작아서(약 1.3 Wm^-1 K^-1) 히터(40)와 열전대 접합(50, 60) 사이의 열접촉이 불량하기 때문이다. 이를 개선하기 위하여 절연특성이 우수하고 열전도도가 SiO₂보다 약 30배 이상되는 Al₂O₃를 절연층 재질로 사용할 수도 있다.

입력전류 5 ㎃에서 출력전압의 단기안정도를 측정한 결과 약 ±5∼15 ppm/10 min 을 얻었는데, 이러한 안정도는 실용되고 있는 3D MJTC 또는 단일접합 열전변환기의 출력안정도와 비슷한 값으로서 실용화가 가능함을 알 수 있다.

추후 설명되는 [표 2]는 제작된 PMJTC의 주요특성인데, 여기서 N은 열전대 접합(50, 60)의 개수, R_H는 히터(NiCr)의 저항(두께: 660 ㎚), R_TC는 열전대 저항, P_J는 입력 5 ㎃에 대한 히터의 줄전력, S는 감응도이다.

입력전력에 대한 출력전압의 비로 정의되는 감응도는 공기중에 노출된 상태에서 최대 14.5 V/W 이었고, 열전대 접합의 개수가 증가함에 따라 감응도는 증가하고 있다. 기호 BF48의 경우 감응도가 3.9 V/W로서 1차표준기인 3D MJTC의 진공분위기에 대한 감응도보다 2배 이상으로 나타났으며, 독일에서 동일한 재질로 제작보고되어 공지된 바 있는 박막형 PMJTC([표 2]의 G-PMJTC)와 비교할 때 열전대의 개수를 1/2 이하로 줄이더라도 비슷한 감응도를 얻었다. 이렇게 큰 감응도를 얻은 것은 열전대의 냉접합이 얹혀진 실리콘 기판(10)의 두께를 G-PMJTC의 400 ㎛보다 약 1.5배이상 두껍게 만들었으므로 확실한 방열판 역할을 하여 열전대 접합(50, 60)과 냉접합사이의 온도차가 상대적으로 크기 때문이다.

모델	N	R_H(Ω)	R_TC(㏀)	P_J(mW)	S(V/W)	리마크
BF48	48	260	5.4*	6.5	3.9	Air
BF156	156	265	32.1**	6.6	14.5	Air
MLSTA1	88	95	15.1**	2.4	8.2	Air
MLSTA2	88	95	35.1*	2.4	8.0	Air
G-PMJTC	108	180	5	36	3-4(8-12)	Air(진공)
3D MJTC	56	340	0.86	8.5	1.75	진공

[열전대 소선의 두께]

* Cu / CuNi44 : 100 / 156/ nm

** Cu / CuNi44 : 50 / 189 nm

본 발명의 일실시예에 따라 제작된 PMJTC의 가열선 저항은 95∼265 Ω으로서 적합하다. 왜냐하면 종래의 열전형 전압변환기의 입력저항이 100∼400 Ω범위이고, 또한 표준저항의 경우 안정도를 향상시키기 위하여 허용전력을 10 ㎽ 이하로 제한하는데, 본 발명의 일실시예에 따른 PMJTC에 이 값을 적용할 경우 최대 허용전류는 6.5∼10.5㎃ 로서 열전형 전압변환기의 정격전류 이하이기 때문이다.

한편 열전대 저항은 전체적으로 크게 나타났는데, 저항이 크면 온도상승에 따라 저항에서의 열잡음이 증가하므로 저항을 반이하로 줄이기 위해서 열전대 소선의 두께를 조정할 수도 있다.

열전변환기의 교류-직류 변환차는 출력전압 및 그 안정도특성과 함께 중요한 성능으로서, 측정정확도가 0.1 ㎶/V 이상인 직류표준으로부터 교류표준을 유도하기 위해서는 직류표준값에 교류-직류 변환차이만큼 보정을 하여야 한다.

도 5는 각종 열전변환기의 교류-직류 전류 변환차이를 나타내는 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 입력전류 10 ㎃(BF156은 6.1 ㎃)에서의 측정결과로서 제작된 PMJTC(BF156 & MLSTA2)의 교류-직류 전류 변환차이는 약 ±1 ㎂/A으로 3D MJTC와 대등한 값을 얻었다. 가청주파수 범위에서 단일접합 열전변환기(SJTC)의 교류-직류 전류 변환차이의 가장 큰 요인은 열전기효과인데 약 -8 ㎂/A의 교류-직류 전류 변환차이를 보인 SJTC(SJ-H4(283))와 비교하여 크게 감소했음을 알 수 있다. SJTC는 약 5 ㎜ 길이의 히터의 중앙부근에 열전대 1개를 열접촉시켰으므로 히터에 온도구배가 나타나게 되고, 전류의 방향에 따라 톰슨효과에 의한 부가적인 열이 발생하여 교류-직류 전류 변환차이가 PMJTC에 비하여 크게 된다.

도 6은 0.7 V 및 1.5 V의 전압에서 주파수 변화에 따른 PMJTC의 교류-직류 전압 변환차이를 나타내는 그래프이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 측정전압이 0.7 V 및 1.5 V의 경우 교류-직류 전압 변환차이가 2 kHz 이하에서는 ±1 ㎶/V 이하였으며, 주파수가 증가하면서 모델 MLST의 경우 약 2.8 ㎶/V까지 증가한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기 및 그 제조방법에 의하면, 반도체 공정을 도입하여 높은 정확도를 갖고, 교류-직류 변환방법으로 교류전압 및 전류를 정밀측정할 수 있다.

비록 발명이 상기에서 언급된 바람직한 실시예에 관해 설명되어졌으나, 발명의 요지와 범위를 벗어남이 없이 많은 다른 가능한 수정과 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 발명의 진정한 범위내에서 속하는 이러한 수정과 변형을 포함할 것으로 예상된다.

Claims

뒷면의 소정부분을 식각하여 파낸구조로 형성된 실리콘 기판(10);

상기 기판(10)상에 적어도 상기 파낸 부분을 덮으면서 증착된 제 1의 Si₃N₄층(91);

상기 제 1의 Si₃N₄층(91) 상에 증착된 SiO₂층(92);

상기 SiO₂층(92) 상에 증착된 제 2의 Si₃N₄층(94);

상기 제 2의 Si₃N₄층(94)상에 증착된 적어도 2개 이상의 동-콘스탄탄(Cu-CuNi44)으로 이루어진 열전대 접합(50, 60); 및

상기 복수의 열전대 접합(50, 60)을 가로지르는 방향으로 증착된 히터(40);로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 2의 Si₃N₄층(91, 94)의 각 두께는 200 nm이고, 상기 SiO₂층(92)의 두께는 400 nm 로 하여 인장성 응력과 압축성 응력이 균형을 이루는 샌드위치 구조의 멤브레인을 갖는 것을 특징으로 하는 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기.
제 1 항에 있어서, 상기 열전대 접합(50, 60)은 48∼156개의 열접합을 형성하며, 상기 열전대 접합(50, 60)의 냉접합은 상기 실리콘 기판(10) 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기.
실리콘 기판(10)을 준비하는 단계(S10);

상기 실리콘 기판(10)상에 제 1의 Si₃N₄(91)을 증착하는 단계(S12);

상기 제 1의 Si₃N₄(91)상에 SiO₂(92)를 증착하는 단계(S14);

상기 SiO₂(92)층 상에 제 2의 Si₃N₄(94)을 증착하는 단계(S16);

상기 제 2의 Si₃N₄(94)상에 NiCr 히터(40)로 스퍼터링 하는 단계(S18);

상기 히터(40) 위에 SiO₂절연층을 증착하는 단계(S20);

상기 S20단계의 SiO₂절연층상에 열전대의 Cu(50)를 스퍼터링하고(S22), CuNi44(60)를 스퍼터링하는 단계(S24); 및

상기 열전대의 둘레에 접촉패드(70)를 열증착하는 단계(S26);로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 히터(40)는 바이필라(bifilar) 또는 직선형 구조인 것을 특징으로 하는 교류전압 및 전류를 정밀측정하기 위한 평면형 다중접합 열전변환기의 제조방법.