KR20000033148A - 멤브레인 구조의 마이크로 유량/유속 센서, 및 그를 이용한 유량/유속 측정방법 - Google Patents

멤브레인 구조의 마이크로 유량/유속 센서, 및 그를 이용한 유량/유속 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세하게 흐르는 유체의 유량과 유속을 측정하는 마이크로 유량/유속 센서에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 실리콘기판에 형성된 캐비티와, 상기 캐비티를 밀봉하는 멤브레인, 상기 멤브레인 상에 형성되어 열을 발산하는 히터, 상기 히터에서 발산되는 열에 의한 동작 유체의 상, 하류부에서의 온도 변화를 측정하는 상, 하류부 써모파일, 및 상기 히터와 멤브레인 바깥 부위에 각각 접촉되어 히터 온도와 벌크 동작 유체 온도를 측정하여 써모파일에 의한 센서 측정값의 옵셋 보상을 수행하는 측온 저항체를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

멤브레인 구조의 마이크로 유량/유속 센서, 및 그를 이용한 유량/유속 측정방법
본 발명은 유체의 유량과 유속을 측정하는 센서에 관한 것으로서, 특히 미세하게 흐르는 유체의 유량과 유속을 측정하는 마이크로 유량/유속 센서에 관한 것이다.
유체의 유량과 유속은 일상 생활에서 뿐만 아니라 항공, 조선, 자동차, 의료, 화공 등 산업의 모든 분야에서 사용되고 있는 중요한 물리적 측정량이며, 첨단산업의 급속한 발달에 따라 그 응용분야도 광범위하게 확대되고 있는 추세이다.
이러한 유체의 유량/유속 측정방법에는 가열부에서 발생하는 열을 이용하여 가열부와 유체간의 온도 차이를 이용하는 방법과, 오리피스(orifice)에서 발생하는 압력 손실을 이용하는 방법, 및 매질 속에서의 광 또는 초음파의 주파수 변화를 이용하는 방법 등이 있다. 현재, 마이크로 유량/유속 센서로 가장 널리 사용되고 있는 방법은 가열부와 유체간의 열전달 현상을 이용하는 방법이다. 이러한 열형 마이크로 유량/유속 센서는 압력 손실이나 주파수 변화에 의한 방법보다 구성과 동작원리가 간단하고, 마이크로 머시닝(micromachining) 공정을 이용하여 유량/유속 센서를 초소형의 크기로 제작할 수 있다는 이점이 있다.
지금까지 대부분의 열형 마이크로 유량/유속 센서들은 실리콘의 이방성 식각을 이용한 벌크 마이크로 머시닝(bulk micromachining) 공정으로 제작된 브리지(bridge) 형태 또는 캔틸레버(cantilever) 형태가 기본 구조를 이루고 있다. 이들 열형 마이크로 유량/유속 센서의 경우, 저응력 절연막을 사용하여 센서 구조체의 잔류 응력을 감소시키거나, 열전대의 지벡 계수(Seebeck coefficient)나 측온저항체(RTD: resistance thermal device)의 온도 계수(temperature coefficient)를 증가시킴으로써 가열부와 온도 센서부분의 특성 개선을 도모하고 있다.
즉, 미국특허 제5050429호(권리권자 : 'Yamatake Honeywell Co., Ltd.', 발명의 명칭 : 'Microbridge flow sensor', 등록일 1991년 9월 24일)에는 벌크 마이크로 머시닝 공정으로 실리콘 기판에 형성한 에치 피트(etch pit), 4 개의 브리지(bridge), 그 위에 형성된 히터, 및 4 개의 측온저항체로 구성된 마이크로 유량/유속 센서가 등록되어 있다.
이러한 마이크로 유량/유속 센서는 유속에 따른 상, 하류부에서의 동작 유체의 온도 변화를 4개의 측온저항체를 이용하여 감지하여, 휘스톤 브리지회로에 의해 출력전압으로 변환시키고 있다. 따라서, 유체의 속도에 따라 출력전압이 달라지고 이에 의해 유속을 측정할 수 있게 된다.
그러나, 이러한 종래의 마이크로 유량/유속 센서는, 유속의 측정 범위가 넓어질 뿐이고 미세한 흐름의 유체의 유량과 유속을 높은 측정감도를 가지고 측정하지는 못한다. 또한, 센서 구조체가 이방성 식각된 실리콘 구멍이나 에치 피트(etch pit) 상에 놓여지기 때문에 실리콘 기판에서의 열손실이 크고, 센서 구조체 주위에 난류 흐름이 발생되기 쉽다. 또한, 측온저항체를 온도측정부로 사용하기 때문에 낮은 출력 특성을 가지며, 벌크 마이크로 머시닝에 의해 제조되기 때문에 미세한 크기의 센서 구조체를 제조할 수 없다.
따라서, 종래기술에 따른 마이크로 유량/유속 센서는, 측정감도와 정밀도가 낮고, 소모전력과 센서 구조체의 크기가 비교적 크며, 측정대상인 동작 유체의 종류가 한정적이고, 측정범위가 좁다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 히터와 실리콘 기판 사이의 단열이 우수하고, 센서 구조체 주위가 층류유동 상태를 유지하며, 온도측정부의 높은 출력전압 특성을 구현하여 높은 측정감도 및 정밀도, 낮은 소요전력의 특성을 가지는 미세한 마이크로 유량/유속 센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 유량/유속 센서의 평면도,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 유량/유속 센서의 단면도,
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 유량/유속 센서를 이용한 유량/유속 측정방법을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 유량/유속 센서의 열전달 해석을 위한 전산 모사영역을 도시한 도면,
도 5는 캐비티 압력이 1 기압일 때 마이크로 유량/유속 센서와 동작유체의 온도 분포도(히터출력 2 mW, 질소 유속 1 m/sec),
도 6은 캐비티 압력이 1 기압일 때 마이크로 유량/유속 센서와 동작유체의 온도 분포도(히터출력 2 mW, 질소 유속 10 m/sec),
도 7은 캐비티 압력이 진공일 때 마이크로 유량/유속 센서와 동작유체의 온도 분포도(히터출력 2 mW, 질소 유속 0 m/sec),
도 8은 캐비티 압력이 진공일 때 마이크로 유량/유속 센서와 동작유체의 온도 분포도(히터출력 2 mW, 질소 유속 1 m/sec)이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
101: 실리콘 기판 102: 캐비티
103: 멤브레인 104: 히터
105: 상류부 써모파일 106: 하류부 써모파일
107, 108: 측온저항체 109: 식각 채널
110: 식각 구멍 116: 금속 배선
118: 패드 211: 밀봉 절연막
212: n+다결정 실리콘 213, 215: 층간절연막
214: p+다결정 실리콘 217: 보호막
219: 실리콘 열산화막 301: 동작 유체
302: 동작 유체 유입구 303: 동작 유체 유출구
304: 채널 305: 상판
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 마이크로 유량/유속 센서는, 실리콘 기판에 형성된 캐비티(cavity)와,
상기 캐비티를 밀봉하는 멤브레인(membrane),
상기 멤브레인 상에 형성되어 열을 발산하는 히터,
상기 히터에서 발산되는 열에 의한 동작 유체의 상, 하류부에서의 온도 변화를 측정하는 상, 하류부 써모파일(thermopile), 및
상기 히터와 멤브레인 바깥 부위에 각각 접촉되어 히터 온도와 벌크 동작 유체 온도를 측정하여 써모파일에 의한 센서 측정값의 옵셋 보상을 수행하는 측온 저항체를 포함한 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 캐비티와, 멤브레인, 히터, 써모파일, 및 측온저항체는 표면 마이크로 머시닝(surface micromachining) 공정에 의해 제작되고, 상기 캐비티의 내부가 진공으로 유지되는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 멤브레인은 절연막이며, 상기 절연막은 실리콘 질화막(Si3N4, SiN) 박막, 또는 실리콘 질화막(Si3N4)/실리콘 산화막(SiO2)/실리콘 질화막(Si3N4)으로 이루어진 적층 박막인 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 히터는 n+다결정 실리콘 박막이고, 상기 상류부 및 하류부 써모파일은 n+다결정 실리콘과 p+다결정 실리콘의 선과 냉온접점(cold and hot junction)으로 이루어진 다수의 열전대들로 형성되는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 상, 하류부 써모파일은 히터를 중심으로 좌우 대칭적인 구조를 이루며, 상기 측온저항체는 백금 박막인 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 히터, 써모파일, 및 측온저항체를 주위 부분과 전기적으로 절연시키는 층간 절연막과, 상기 히터, 써모파일, 및 측온저항체를 외부 도선과 연결하는 금속 배선과, 상기 히터, 써모파일, 및 측온저항체 위에 증착된 보호막을 더 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 보호막은 저압 화학기상증착(LPCVD: low pressure chemical vapor deposition) 또는 플라즈마 화학기상증착(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 형성된 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 유량/유속 센서를 이용한 유량/유속 측정방법은, 진공 캐비티와, 멤브레인, 히터, 상, 하류부 써모파일, 및 측온저항체를 구비한 마이크로 유량/유속 센서를 이용하여 동작 유체의 유량과 유속을 측정하는 방법에 있어서,
상기 상, 하류부 써모파일이 상기 마이크로 유량/유속 센서를 통과하는 동작 유체의 온도를 측정하는 제1단계와,
상기 상류부 동작 유체의 온도와 하류부 동작 유체의 온도 차이를 이용하여 출력전압을 계산하는 제2단계, 및
상기 계산된 출력전압을 이용하여 동작 유체의 유속, 체적 유량, 및 질량 유량을 계산하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 제2항은,
상기 상류부 동작 유체의 온도와 하류부 동작 유체의 온도를 아래의 식에 적용하여 출력전압을 계산하는 것을 특징으로 한다.
식: VO(o) = VO(d)+VO(u) = n α[n+다결정실리콘/p+다결정실리콘](Td-Tu)
여기서, VO(o)는 마이크로 유량/유속 센서의 출력전압이고, VO(u)와 VO(d)는 각각 상류부 써모파일 및 하류부 써모파일의 출력전압, n은 상, 하류부 써모파일을 구성하는 열전대의 갯수, α[n+다결정실리콘/p+다결정실리콘] 는 열전대 1개의 지벡 계수(Seebeck coefficient), Tu는 상류부 써모파일의 온접점에서 측정한 동작 유체 온도, Td는 하류부 써모파일의 온접점에서 측정한 동작 유체 온도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 유량/유속 센서를 도시한 평면도와 단면도이다.
마이크로 유량/유속 센서는 CMOS 반도체 공정을 사용한 표면 마이크로 머시닝에 의해 제작되며, 실리콘기판(101)에 형성된 진공 캐비티(102)와, 멤브레인(103), 히터(104), 상,하류부 써모파일(105, 106), 그리고 측온저항체(107, 108)로 구성된다.
먼저, 진공 캐비티와 멤브레인을 제조하는 공정을 살펴보면, 진공 캐비티(102)는 크기 100×100㎛2, 깊이 2 ~ 5㎛로, 실리콘 기판(101)의 전면부에 형성된다. 즉, 실리콘 기판을 트랜치(trench) 식각하여 미세 선폭부를 만들고 이를 실리콘 열산화막(219)으로 채운다. 그 위에 실리콘 산화막(SiO2)을 증착하여 식각 채널(109)을 형성한 다음, 그 위에 멤브레인(103)을 제작한다. 그리고, 식각 구멍(110)을 이용하여 열산화막과 실리콘 산화막(SiO2)을 제거하고, 밀봉 절연막(211)을 증착하여 진공으로 봉합한다.
여기서, 진공 캐비티(102) 상의 멤브레인(103)은 저압 화학기상증착 또는 플라즈마 화학기상증착 방법으로 형성하는데, 저응력 실리콘 질화막(Si3N4, SiN) 박막, 또는 Si3N4/SiO2/Si3N4의 적층박막을 0.8~1.2㎛ 두께로 증착하여 형성한다. 이와 같이 형성된 진공 캐비티(102)와 멤브레인(103)은 이후에 형성될 히터(104) 및 상, 하류부 써모파일(105, 106)과, 실리콘 기판(101) 사이의 단열 특성을 개선시키고, 센서 구조체 주위의 층류 흐름을 보장하며 초소형의 센서 구조체를 실현하기 위함이다.
멤브레인(103) 상에는 2000 ~ 5000Å 두께의 다결정 실리콘(212, 214)을 저압기상 화학기상증착 방법으로 증착하여 도핑한 다음, 건식 식각하여 히터(104) 및 2개의 써모파일(105, 106)을 형성한다. 그리고 스퍼터 증착된 500 ~ 1000Å 두께 백금 박막으로 제조된 2개의 측온저항체(107, 108)를 형성한다. 이때, 센서 구조체의 중앙에 히터(104)가 위치하고, 2개의 써모파일(105, 106)은 히터(104)를 중심으로 좌우 대칭적인 구조를 이룬다.
히터(104)와 2개의 써모파일(105, 106)은 층간 절연막(213, 215)을 통해 주위 부분과 전기적으로 절연되고, 금속배선(116)을 통해 외부 도선과 연결된다. 히터(104)는 소비 전력이 작고, 응답속도가 빠르며 안정적인 동작특성을 나타내는 n+다결정 실리콘(212)을 사용한다. POCl3을 도핑한 n+다결정 실리콘 히터(104)의 선폭은 2 ㎛, 면저항은 25 Ω/□으로, 약 2 ㏀의 저항값과 1 ㎃의 전류로 2 ㎽ 정도의 낮은 전력으로 동작한다.
본 발명에서 사용한 상, 하류부 써모파일(105, 106)은 히터(104)에서 발산되는 열에 인한 상, 하류부에서의 동작 유체 온도변화를 측정한다. 이 상, 하류부 써모파일(105, 106)은 출력전압 특성이 큰 n+다결정 실리콘(212)/p+다결정 실리콘(214)으로 이루어진 열전대 10 ~ 20 개가 배열을 이루며 형성된다. 이때, 히터(104)를 중심으로 상류부 써모파일(105)과 하류부 써모파일(106)의 출력전압은 각각 수학식 1에 의해 구해진다.
여기서, VO(u), VO(d)는 각각 상류부 써모파일 및 하류부 써모파일의 출력전압이고, n은 써모파일을 구성하는 열전대의 갯수이며, α[n+다결정실리콘/p+다결정실리콘] 는 열전대 1개의 지벡 계수(Seebeck coefficient), Tu는 상류부 써모파일(105)의 온접점 온도, Td는 하류부 써모파일(106)의 온접점 온도, Tf는 벌크 상태의 동작 유체 온도를 각각 나타낸다.
상기한 수학식 1을 참조하면, 상, 하류부 써모파일의 출력전압 특성을 높이기 위해서는 도핑 농도에 따른 지벡 계수가 커야하고, 열전대의 갯수가 많아야 한다. 본 발명에 의한 상, 하류부 써모파일(105, 106)은 열전대를 형성하는 n+다결정 실리콘(212)과 p+다결정 실리콘(214)의 면저항값 비율을 변화시킴으로써, 열전대 한 개당 수 십 ~ 수 백 ㎶/K의 큰 기전력이 출력된다. 또한, 열전대 갯수와 도핑농도를 변화시킴으로써 mV 수준의 높은 써모파일 출력을 구현할 수 있다.
히터(104)와 멤브레인(103) 바깥 부위에 각각 접촉되어 있는 50 ~ 500 Ω의 2개의 백금 측온저항체(107, 108)는 히터 온도와 실리콘 표면 위의 벌크 동작 유체 온도(Tf)를 측정하여, 상, 하류부 써모파일에서 측정된 동작 유체의 온도 변화값의 옵셋을 보상한다.
최종적으로, 마이크로 유량/유속 센서는 금속배선(116)을 형성하고, 플라즈마 화학기상증착, 또는 저압 화학기상증착 방법으로 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiN)으로 보호막(217)을 형성한다. 그 다음, 외부 도선과의 접촉을 위한 패드(pad)(118)를 제작함으로써 완성된다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 유량/유속 센서를 이용한 유량/유속 측정방법을 도시한 도면이다. 도 3a에 도시된 바와 같이 센서 구조체를 동작 유체(301)가 통과하는 부위에 그대로 장착하여 사용할 수 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이 센서 구조체 위에 동작 유체의 유입구(302)와 유출구(303), 및 채널(304)을 형성하는 상판(305)를 부착하여 동작 유체의 유량과 유속을 측정할 수 있다. 이러한 상판(305)은 파이렉스나 실리콘, 또는 폴리이미드로 제작한다.
동작 유체(301)는 상류부 써모파일(105)에서 히터(104)를 통해 하류부 써모파일(106)로 흐르는데, 이때 동작 유체가 히터(104)에서 발생한 열을 상류부 써모파일(105)에서 하류부 써모파일(106)로 이동시키는 열전달 현상이 일어난다. 여기서, 상, 하류부 써모파일의 출력전압을 이용한 마이크로 유량/유속 센서의 출력전압은 수학식 2에 의해 구해진다.
VO(o) = VO(d)+VO(u) = n α[n+다결정실리콘/p+다결정실리콘](Td-Tu)
여기서, 마이크로 유량/유속 센서의 출력전압 VO(o)는 상, 하류부 써모파일의 온접점 온도의 온도차에 따른 함수로 나타남을 알 수 있다. 이 센서의 출력전압 VO(o)는 유속(V), 체적 유량(Q), 질량 유량(m)과 각각 비례관계가 성립한다. 즉, 유속(V)는 VO(o)과 비례하고, 체적 유량(Q)는 AVO(o)과 비례하며, 질량 유량(m)은 ρAVO(o)과 비례관계에 있기 때문에, 이 센서의 출력전압이 구해지면, 이 값을 이용하여 동작 유체의 유속, 체적 유량, 질량 유량을 구할 수 있다. 이때 A와 ρ는 각각 채널(304)의 단면적과 채널(304) 내부를 통과하는 동작 유체의 밀도를 나타낸다.
본 발명에서 고안한 마이크로 유량/유속 센서의 단열 특성을 조사하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같은 전산모사를 이용하여 센서 구조체와 동작 유체의 열전달 특성을 해석한다.
센서 구조체와 동작 유체의 열전달 해석은 다음의 조건하에서 수행한다. 먼저, 마이크로 유량/유속 센서의 캐비티(102)는 100×100 ㎛2, 깊이 5 ㎛, 그리고 정상 상태에서 히터(104)에 공급되는 전력은 2 ㎽로 설정한다. 동작 유체로는 질소(N2)를 사용하고, 동작 유체가 정지해 있을 경우는 자연 대류(natural convection)를 고려한다.
도 5와 도 6은 본 발명에 의해 제조된 마이크로 유량/유속 센서의 캐비티(102) 내부의 공기 압력이 1 기압일 때, 센서 구조체 윗면을 통과하는 질소의 유속(VN2)에 따른 센서 구조체와 동작 유체의 온도 분포 변화를 도시하고 있다.
즉, 도 5는 동작 유체인 질소의 유속(VN2)이 1 m/sec일 때, 센서 구조체와 동작 유체의 온도 분포를 도시하고 있다. 이때의 온도 분포는 (a)에 도시된 바와 같이 히터를 중심으로 거의 대칭적이나 우측으로 등온선이 미소하게 치우친 형태를 보이고 있으며, 히터의 최대 온도는 314.4 K로 나타난다. (b)는 히터를 가로지르는 x축 단면의 온도 분포로서, 히터로부터 멤브레인 가장자리로 감에 따라 급격한 온도감소가 이루어짐을 알 수 있다.
도 6은 질소의 유속(VN2)이 10 m/sec일 때, 센서 구조체와 동작 유체의 온도 분포를 도시하고 있다. 이때, 동작 유체의 유동으로 인하여 히터의 열량이 하류부 써모파일로 열전달되는 양이 증가되기 때문에 (a)에 도시된 바와 같이 등온선이 히터 우측으로 크게 일그러진 형태로 변환되며, 히터의 최대 온도가 313.4 K로 감소된다.
도 7과 도 8은 본 발명에 의해 제조된 마이크로 유량/유속 센서의 캐비티의 내부가 진공일 경우, 센서 구조체와 동작 유체의 온도 분포 변화를 도시한 도면이다.
도 7은 동작 유체인 질소의 유속(VN2)이 0 m/sec로 자연 대류만 존재할 때, 센서 구조체와 동작 유체의 온도 분포를 도시하고 있다. 이때, 히터의 최대 온도는 325.2 K이고, 히터 중심으로부터 멤브레인 가장자리로 감에 따라 선형적으로 급격히 실온에 가깝게 온도가 감소한다.
도 8은 동작 유체인 질소의 유속(VN2)이 1 m/sec인 경우, 센서 구조체와 동작 유체의 온도 분포 변화를 도시한 도면이다. 이때, 히터 온도는 거의 일정하게 유지되고 등온선은 하류부로의 열전달에 의하여 우측으로 약간 일그러진 형태로 변화된다. 히터의 최대 온도는 325.5 K로, 도 5의 히터에 비하여 약 11 K 정도 높음을 알 수 있다.
이는 동일한 공급 전력(2 mW)을 인가하더라도 진공 캐비티에 의해 히터와 실리콘 기판 사이의 단열효과가 높아지기 때문에 동작 유체에 더욱 많은 열량을 공급할 수 있음을 의미한다. 따라서, 진공 캐비티를 가지는 센서 구조체의 등온선은 넓게 분포되며, 이러한 진공 캐비티를 가진 센서 구조체의 단열 특성으로 인하여 온도 감지 감도가 향상된다.
이상과 같이 본 발명은, 표면 마이크로 머시닝 공정으로 실리콘 기판에 캐비티를 형성하고, 멤브레인을 이용하여 캐비티 내부를 진공으로 유지하기 때문에, 히터와 실리콘 기판 사이의 단열기능이 향상되어 동작 유체에 더욱 많은 열량이 공급되며, 이로 인해 센서 구조체의 측정 감도와 정밀도가 향상되고 히터의 소모전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 센서 구조체가 2 차원의 평면적으로 제작되기 때문에 주위의 층류 유동을 보장하고 먼지입자 유입을 방지하여 정밀도를 더욱 향상시키는 동시에 초소형 센서를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 n+다결정 실리콘으로 제작된 히터는 낮은 전력으로 동작하기 때문에, 소비전력이 낮고 응답속도가 빠르며 안정적인 동작 특성을 나타내며, 도핑 농도를 조절하여 그 출력 특성을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 n+다결정 실리콘/p+다결정 실리콘으로 제작된 써모파일은 지벡 계수가 높은 다수의 열전대로 이루어지기 때문에 높은 출력을 얻을 수 있으며, 그리고 백금 측온저항체에 의해 히터의 과열이 방지되고 센서 구조체의 안전성이 보장되며 센서 출력의 옵셋 보상이 가능하여 정밀도가 향상된다.

Claims (14)

  1. 실리콘 기판에 형성된 캐비티(cavity)와,
    상기 캐비티를 밀봉하는 멤브레인(membrane),
    상기 멤브레인 상에 형성되어 열을 발산하는 히터,
    상기 히터에서 발산되는 열에 의한 동작 유체의 상, 하류부에서의 온도 변화를 측정하는 상, 하류부 써모파일(thermopile), 및
    상기 히터와 멤브레인 바깥 부위에 각각 접촉되어 히터 온도와 벌크 동작 유체 온도를 측정하여 써모파일에 의한 센서 측정값의 옵셋 보상을 수행하는 측온 저항체를 포함한 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캐비티와, 멤브레인, 히터, 써모파일, 및 측온저항체는 표면 마이크로 머시닝공정(surface micromachining)에 의해 제작된 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캐비티의 내부압력은 진공으로 유지되는 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 멤브레인은 절연막인 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 절연막은 실리콘 질화막(Si3N4, SiN), 또는 실리콘 질화막(Si3N4)/실리콘 산화막(SiO2)/실리콘 질화막(Si3N4)으로 이루어진 적층 박막인 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히터는 n+다결정 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상류부 및 하류부 써모파일은 n+다결정 실리콘과 p+다결정 실리콘 박막의 선과 냉온접점으로 이루어진 다수의 열전대들로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 측온저항체는 백금 박막인 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히터, 써모파일, 및 측온저항체를 주위 부분과 전기적으로 절연시키는 층간 절연막을 더 포함한 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히터, 써모파일, 및 측온저항체를 외부 도선과 연결하는 금속 배선을 더 포함한 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히터, 써모파일, 및 측온저항체 위에 증착된 보호막을 더 포함한 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 보호막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서.
  13. 진공 캐비티와, 멤브레인, 히터, 상, 하류부 써모파일, 및 측온저항체를 구비한 마이크로 유량/유속 센서를 이용하여 동작 유체의 유량과 유속을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 상, 하류부 써모파일이 상기 마이크로 유량/유속 센서를 통과하는 동작 유체의 온도를 측정하는 제1단계와,
    상기 상류부 동작 유체의 온도와 하류부 동작 유체의 온도차이를 이용하여 출력전압을 계산하는 제2단계, 및
    상기 계산된 출력전압을 이용하여 동작 유체의 유속, 체적 유량, 및 질량 유량을 계산하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서를 이용한 유량/유속 측정방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2항은,
    상기 상류부 동작 유체의 온도와 하류부 동작 유체의 온도를 아래의 식에 적용하여 출력전압을 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로 유량/유속 센서를 이용한 유량/유속 측정방법.
    식: VO(o) = VO(d)+VO(u) = n α[n+다결정실리콘/p+다결정실리콘](Td-Tu)
    여기서, VO(o)는 마이크로 유량/유속 센서의 출력전압이고, VO(u)와 VO(d)는 각각 상류부 써모파일 및 하류부 써모파일의 출력전압, n은 상, 하류부 써모파일을 구성하는 열전대의 갯수, α[n+다결정실리콘/p+다결정실리콘] 는 열전대 1개의 지벡 계수(Seebeck coefficient), Tu는 상류부 써모파일의 온접점에서 측정한 동작 유체 온도, Td는 하류부 써모파일의 온접점에서 측정한 동작 유체 온도이다.
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