KR20070088931A - Ｍｅｍｓ 필터 - Google Patents

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KR20070088931A
KR20070088931A KR1020060018814A KR20060018814A KR20070088931A KR 20070088931 A KR20070088931 A KR 20070088931A KR 1020060018814 A KR1020060018814 A KR 1020060018814A KR 20060018814 A KR20060018814 A KR 20060018814A KR 20070088931 A KR20070088931 A KR 20070088931A
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Abstract

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계적, 전자적 부품들을 반도체 공정을 이용하여 일체형으로 제작할 수 있는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 필터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 MEMS 필터는, 수소 이온이 용이하게 통과할 수 있으며, 양성자 전도 물질 용액에 대한 충분한 흡착력을 얻을 수 있는 크기를 가지는 홀들이 형성된 다공성 실리콘 기판; 및 상기 홀들 내부를 채우고 있는 양성자 전도 물질 피막을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 구조를 가지는 MEMS 필터의 제조 방법은, 필터 기판용 웨이퍼를 전계-처리하는 단계; 상기 세정된 필터 기판용 웨이퍼를 습식 식각하는 단계; 및 상기 필터 기판용 웨이퍼를 관통하도록 형성된 홀들에 양성자 전도 물질을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 MEMS 필터를 실시함에 따라, 충분한 기계적 강도 및 수소이동 이동효율을 가지면서, 전체 연료 전지 시스템의 제조 과정을 단순화할 수 있는 효과를 가져온다.
연료전지, 스택, 필터, MEA, MEMS

Description

ＭＥＭＳ 필터{MEMS filter}
도 1a는 본 발명의 MEMS 필터를 제조하기 위한 세척 공정을 간략히 나타낸 도면,
도 1b는 본 발명의 MEMS 필터 제조 공정 중에 실리콘 웨이퍼에 부식방지제를 코팅한 상태를 나타낸 도면,
도 1c는 본 발명의 MEMS 필터를 제조하기 위한 전계 세정 공정을 간략히 나타낸 도면,
도 1d는 본 발명의 MEMS 필터를 제조하기 위한 전계 산화 공정을 간략히 나타낸 도면,
도 1e는 본 발명의 MEMS 필터를 제조하기 위한 습식 식각 공정을 간략히 나타낸 도면,
도 1f는 본 발명의 MEMS 필터를 제조하기 위한 홀 확장 공정 중 공정 시간과 홀의 크기의 관계를 나타낸 그래프,
도 2a는 본 발명 일실시예에 따른 MEMS 필터의 사시도,
도 2b는 본 발명 일실시예에 따른 MEMS 필터의 단면도,
도 3은 본 발명 일실시예에 따른 MEMS 필터가 채용된 단위 연료 전지의 구조를 나타낸 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : MEMS 필터 120 : 홀
130 : 나피온 피막 200 : 캐소드 전극
300 : 에노드 전극 400 : 공기 투과막
500 : 전지 프레임 600 : 연료 투입공
대한민국 공개특허공보 2004-0043417호
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계적, 전자적 부품들을 반도체 공정을 이용하여 일체형으로 제작할 수 있는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 필터에 관한 것이다.
연료전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로 작동되는 온도에 따라 고온형 연료전지와 저온형 연료전지로 분류한다.
이중에서 상기 저온형 연료전지로는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접액체 연료전지(DLFC: Direct Liquid Feed Fuel Cell)를 들 수 있다. 상기 직접 액체 연료전지에서 연료로 메탄올을 사용하는 경우는 직접메탄올 연료전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell , 이하 DMFC라고 표기함)라 한다.
상기 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고(100 ℃ 미만) 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 수소 이외에도 메탄올이나 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 바, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
상기와 같은 PEMFC 방식을 채용한 연료 전지 시스템은 스택(stack), 개질기(Reformer), 연료 탱크, 연료펌프, 및 공기펌프 등을 구비한다. 스택은 다수의 단위 셀로 이루어진 전기 발생 집합체를 형성하며, 연료펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 스택으로 공급한다. 그러면 스택에서는 상기 수소 가스와 공기 중에 함유된 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.
이와 같은 연료전지는 발전 반응이 일어나는 2 전극간에 액체 연료와 수소(H2)를 분리하거나, 연료와 사용된 연료를 분리시켜는 필터의 사용이 필수적이다. 이때, 상기 필터는 전기에너지 발생에 필요한 수소 이온(H+)의 이동을 허용하면서도 연료분자의 이동을 차단하는 기능이 요구된다.
종래기술에 따라 구현된 상기 기능을 가진 필터의 일실시예는 수소 이온의 이동성이 우수한 전해질 필터이다. 상기 전해질 필터는 액상 또는 졸/겔 상태의 전해질을 필터로 구현한 것이다. 필터를 구성하는 액상 또는 졸/겔 상태의 물질을 액체상태 연료 분자의 이동을 차단하는 반면, 전해질의 특성상 수소 이온(H+)에 대한 이동도는 높다. 그런데, 상기 전해질 자체로는 강도가 미약하여 물리적인 구조를 유지할 수 없으므로, 상기 전해질에 구조적 강화제를 첨가하여 경화시키거나, 다공성 또는 해면질 조직을 가진 프레임에 상기 전해질을 침투시키는 방식으로, 요망하는 강도를 가진 필터를 제조한다.
그런데, 상기 실시예의 종래기술의 경우 구조적 강화제를 첨가하여 경화시키거나, 다공성/해면질 프레임을 사용하여 제작하더라도, 필터만 별도로 제작되게 되며, 전기에너지의 생성 및 출력을 보조하기 위한 회로부분이 포함되는 실리콘 기판은 따로 제작되게 되었다. 따라서, 별도 공정으로 제조된 상기 필터와 상기 실리콘 기판을 접합하기 위한 추가 공정이 소요되며, 상기 접합에 의한 연결부위로 액체 연료가 누수될 수 있는 위험요인이 있다는 문제점들을 가지고 있었다.
상기 선행기술 문헌정보로 제시된 대한민국 공개특허공보 2004-0043417호의 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 다공성 실리콘 기판으로 제조되는 MEMS 필터를 제안하고 있다. 상기 문헌에 따라 개선된 종래기술은 반도체 제조 공정에 사용되는 포토 리소그래피(photo lithography) 공법을 이용하여 수소 이온(H+)의 직경보다 크고 연료 분자의 크기보다 작은 대략 50nm의 직경을 가지는 기공이 형성된 다공성 실리콘 재질의 MEMS 필터를 개시하고 있다.
상기 개선된 종래기술에 의한 MEMS 필터의 경우에도 다음과 같은 문제점이 존재한다. MEMS 필터의 다공성 구조를 제작하기 위해 포토 리소그래피 기법을 사용하는데, 비교적 고가인 포토 레지스터에 의한 제작 비용이 증대되며, 제작 공정이 복잡해지는 문제점이 있다. 또한, MEMS 필터로서의 성능에 있어서도, 비록 수소 이온이 상기 홀보다는 약간 더 작더라도, 다공 구조를 이루는 홀의 크기가 작아 수소 이온의 이동 효율이 떨어지게 된다. 반대로 수소 이온의 이동 효율을 높이기 위해 필터의 두께를 얇게 하면, 필터의 강도가 약해지는 문제점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 제조 과정이 저렴 단순하면서도 필터링 성능이 우수한 MEMS 필터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 단순한 제조 공정으로 일반적인 실리콘 회로 기판과 일체형으로 제조할 수 있는 MEMS 필터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저렴하면서도 필터링 성능이 우수하고 적당한 기계적 강도를 보유하는 MEMS 필터를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 MEMS 필터는, 수소 이온이 용이하게 통과할 수 있으며, 양성자 전도 물질 용액에 대한 충분한 흡착력을 얻을 수 있는 크기를 가지는 홀들이 형성된 다공성 실리콘 기판; 및 상기 홀들 내부를 채우고 있는 양성자 전도 물질 피 막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 MEMS 필터의 제조 방법은, 필터 기판용 웨이퍼를 전계-처리하는 단계; 상기 세정된 필터 기판용 웨이퍼를 습식 식각하는 단계; 및 상기 필터 기판용 웨이퍼를 관통하도록 형성된 홀들에 양성자 전도 물질을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
상기 전계-처리 과정은 전계를 인가한 상태에서 표면 불활성화막을 제거하기 위한 목적을 포함하는 전계-세정 단계 및 전계를 인가한 상태에서 홀들을 성장시키기 위한 양극-산화 처리 단계로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 MEMS 필터 제조 방법은 상기 필수적인 공정들 외에도 세척 공정 및 양성자 전도물질 투입 공정과 같은 추가 공정이 수행될 수도 있으며, 상기 습식 식각 단계 및/또는 양극-산화 처리 단계도 추가적으로 더 수행될 수도 있다. 상기 부가 및 추가 공정들은 보다 품질이 우수한 필터를 생산하기 위한 것으로서, 하기 실시예에서는 모든 부가 및 추가 공정이 포함된 필터 제조 공정으로 구체화하여 설명하기로 한다. 즉, 하기 실시예의 MES 필터의 제조 공정은, 필터 기판용 웨이퍼를 세척하는 단계; 세척된 웨이퍼의 일면에 부식 방지제를 도포하는 단계; 필터 기판용 웨이퍼를 전계-세정 (electropolish)하는 단계; 필터 기판용 웨이퍼를 양극-산화 처리(anodize)하는 단계(제1 양극-산화 처리 공정); 상기 세정된 필터 기판용 웨이퍼를 습식 식각하는 단계; 상기 식각된 필터 기판용 웨이퍼를 양극-산화 처리하는 단계(제2 양극-산화 처리 공정); 상기 웨이퍼에 형성된 홀의 크기를 넓히기 위한 추가 습식 식각 단계; 및 상기 형성된 홀들에 양성자 전도 물질 피막을 채우는 단계로 이루어진다. 또한, 본 실시예의 양성자 전도 물질은 나피온을 사용한다.
본 실시예에 따른 다공성 실리콘 MEMS 필터에 대한 제조 과정은 필터 본체를 구성하게 될 실리콘 웨이퍼 상에 묻어있는 불순불을 제거하는 세척 단계에서 출발한다. 이는 실리콘 웨이퍼 표면에 존재하는 불순물을 제거함으로써 후속되는 전계-세정을 용이하게 하는 과정이다. 상기 세척 단계는 아세톤 등과 같은 세척액 내에 실리콘 기판을 위치시키고 넣고 초음파 처리(sonicator)를 실시하는 과정 및 상기 초음파 처리한 웨이퍼를 에탄올 등과 같은 세척액 내에서 세척하는 과정을 포함할 수 있다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 상기 초음파 처리 과정은 상기 실리콘 기판 및 세정액을 담고 있는 용기를 초음파 처리기에 넣은 후 적당한 시간 동안 초음파를 인가하는 방식으로 수행될 수 있다. 상기 세척 과정은 상기 초음파 처리된 웨이퍼를 상기 세척액 내에서 흔들거나 및/또는 소정 시간 상기 세척액 내에 담궈두는 방식으로 수행될 수 있다.
한편, 후술할 식각 공정에서는 웨이퍼의 일면만에 대하여 식각을 수행하여 홀을 일방향으로만 성장시키는 것이 최종 완성되는 필터의 기계적 강도면에서 바람직하다. 따라서, 상기 세척 단계를 제외한 전계-세정 단계, 습식 식각 단계 및 양극 산화 처리 단계에서 홀이 성장되지 않는 타면은 용액에 접촉되지 않도록 부식방지제로 도포하는 것이 바람직하다. 부식 방지제의 도포는 도 1b에 도시한 바와 같이 웨이퍼의 뒤면과 모서리에는 전부 코팅하고 앞면에는 처리 공정시 클립이 잡는 부분과 양극-산화 처리(anodizing) 되는 부분을 나누어서 코팅할 수 있다.
상기 세정 단계에 의해 표면의 불순물이 제거된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 소정의 전기장을 가한 상태에서 웨이퍼 표면을 미량 깎아 내는 전계-세정(electropolish) 단계를 수행한다. 상기 전계-세정 단계는 불활성 결합들을 가진 웨이퍼 표면을 깎아냄으로써, 상기 웨이퍼 표면의 후술할 식각 공정에 대한 활성화 정도를 높이기 되며, 홀들이 성장되는 지점(spot)을 형성하기 시작한다.
도 1c에 도시한 바와 같은 상기 전계-세정 단계는 상기 세정된 실리콘 웨이퍼를 양극에 연결하고 대응하는 납 전극을 음극에 연결한 구조에서, 상기 실리콘 웨이퍼 및 납 전극을 소정의 조성을 가지는 전계-세정액 내에 위치시키고 약 20V 정도의 전원을 인가하는 방식으로 수행될 수 있다. 상기 전계-세정이 수행되는 시간은 약 2분 내외가 되며, 약 5 ~ 7℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 상기 전계-세정액은 후술할 양극-산화 처리 단계에서 사용되는 양극-산화 처리액보다는 부식성이 약한 용액을 사용하는 것이 바람직하며, 에탄올과 퍼클로릭산(perchloric acid, HClO4)의 혼합액일 수 있다.
상기 공정에 따라 표면의 얇은 부분이 깍여져 나가고 남은 실리콘 웨이퍼의 표면에는 후술할 습식 식각 공정상의 식각액에 주변보다 활성화 정도가 높은 지점(spot)들이 균일하게 분포하게 되며, 후속 공정에 따라 상기 고활성화 지점(spot)들부터 홀들이 성장된다.
도 1d에 도시한 바와 같은 제1 양극-산화 처리 단계는 상기 실리콘 웨이퍼를 양극에 연결하고 대응하는 납 전극을 음극에 연결한 구조에서, 상기 실리콘 웨이퍼 및 납 전극을 소정의 조성을 가지는 양극-산화 처리액 내에 위치시키고 약 40V 정도의 비교적 높은 전압 전원을 인가하는 방식으로 수행될 수 있다. 상기 양극-산화 처리가 수행되는 시간은 약 8시간 이상 비교적 장시간이 될 수 있으며, 약 15 ~ 17℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 상기 양극-산화 처리액은 옥살산((COOH)22H2O) 수용액일 수 있다. 이 양극-산화 처리 단계의 수행에 따라 실리콘 웨이퍼에 홀들이 성장하기 시작한다.
상술한 바와 같이, 상기 제1 양극-산화 처리 단계는 상기 전계-세정 공정과 유사하게 진행될 수 있으며, 그러한 경우 상기 전계-세정 공정을 수행하였던 챔버 내에 실리콘 웨이퍼 및 대응 납 전극을 그대로 위치시킨 상태에서, 챔버 내부 용액만을 상기 전계-세정액에서 양극-산화 처리액으로 교체하고 전압을 보다 높게(예컨대 약 40V) 인가한 상태로 처리를 수행할 수도 있다.
상기 제1 양극-산화 처리 단계 및/또는 상기 전계-세정 공정의 수행 후의 실리콘 웨이퍼의 표면에 존재하는 산화 반응의 부산물들이 후속 공정에 있어 불순물 로 작용할 수 있으므로, 상기 제1 양극-산화 처리 단계 및/또는 상기 전계-세정 공정의 수행 후에는 상기 산화 반응의 부산물들을 제거하기 위한 세척 과정을 수행하도록 구현할 수도 있다. 상기 세척 과정은 상기 최초 세척 단계와 유사하게 수행될 수도 있다. 이는 후술할 제2 양극-산화 처리 단계에서도 마찬가지이다.
도 1e에 도시한 바와 같은 습식 식각 단계는 전계를 가하지 않고 소정시간 소정 온도의 식각액에 상기 실리콘 웨이퍼를 담궈두는 방식으로 수행될 수 있다. 상기 식각액은 삼산화 크롬(CrO3)과 인산 수용액으로부터 제조될 수 있다. 식각을 마친 실리콘 웨이퍼는 세척 과정을 수행시켜 표면에 묻은 공정 부산물들을 제거하는 것이 바람직하다.
상기 습식 식각 단계를 수행한 웨이퍼에 다시 제2 양극-산화 처리 단계를 수행하는 것이 상기 홀들의 확실한 관통을 보장할 수 있어 바람직하다. 상기 제2 양극-산화 처리의 세부 과정은 상기 제1 양극-산화 처리와 유사하며, 상기 제2 양극 산화 처리의 시간과 홀의 깊이와의 관계는 도 1f에 도시한 그래프와 같다.
상기 제2 양극-산화 처리 후에 형성되는 홀의 크기가 소망하는 범위보다 작다면, 홀의 크기를 넓히기 위한 추가 습식 식각 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 추가 습식 공정은 상기 습식 식각 공정과 유사한 방법으로 수행될 수 있으며, 이와 같은 홀 확장 단계를 수행하고 나서도, 홀의 크기가 기준보다 작다면 습식 식각을 더 수행하고, 홀의 깊이가 기준보다 얕다면 양극-산화 처리를 더 수행할 수 있다.
한편, 상기 일련 공정을 수행하여도 상기 일면부터 성장하는 홀들이 반대쪽 타면까지 도달하도록 성장되지 못할 수도 있다. 이 경우에는 상기 타면의 부식방지제를 제거한 후 식각하여 홀들의 관통을 막고 있는 표면을 제거하는 공정(타면 식각)을 더 수행할 수 있다. 상기 타면 식각의 경우 요철이 없는 평면에 대하여 수행되므로 건식 식각 이나 습식 식각 어느 것도 적합하게 수행될 수 있다.
상기 전도 물질 충진 단계에서는 상기 공정에 따라 제작된 다공성 실리콘 필터내의 홀들에 수소이온 전도 물질을 채워 넣게 된다. 상기 수소이온 전도 물질로는 예컨대, 나피온(nafion)을 들 수 있다. 나피온은 채우는 과정은, 상기 공정에 따라 제작된 다공성 실리콘 필터를 담궈 놓는 단계; 및 홀들에 상기 나피온 용액이 침투된 다공성 실리콘 필터를 건조시키는 단계로 이루어진다.
상기 나피온 용액은 DMF, DMAC와 같은 용매에 나피온을 농도 5% 이하가 되도록 용해시켜 제조할 수 있다. 상기 건조 단계는 건조용 챔버에 상기 나피온 용액이 침투된 다공성 실리콘 필터를 위치시키고, 소정 시간 자연풍 또는 건조풍, 열풍으로 상기 용매를 증발시키는 방식으로 이루어질 수 있다. 상기 나피온 용액이 침투되는 홀들은 그 직경이 충분히 작아서, 나피온 용액과 홀표면과의 흡착력에 의해 건조 단계 중에도 나피온 용액이 홀내에서 안정적으로 위치할 수 있으며, 건조가 완료되면 충분한 양의 나피온 피막이 상기 홀들에 채워지게 된다.
상기 제조 방법에 따라 제조된 본 발명에 따른 MEMS 필터는, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 수소 이온이 용이하게 통과할 수 있으며, 나피온 용액에 대한 충분한 흡착력을 얻을 수 있는 크기를 가지는 홀(120)들이 형성된 다공성 실리 콘 기판(100); 및 상기 홀들 내부를 채우고 있는 나피온 피막(130)을 포함하는 형태로 제조된다.
본 실시예의 MEMS 필터(100)의 일면에서 타면까지 연결되는 상기 홀(120)들의 크기의 제한 사항을 기술하면 다음과 같다. 상기 홀(120)들의 크기는 수소 이온의 크기 보다는 훨씬 더 커서 수소 이온 이동에 장애를 주지 않아야 하는 하한 조건과, 필터의 기계적 강도를 떨어뜨리지 않을 정도 및 상기 나피온 용액이 모세관 현상으로 충분한 양 만큼 부착될 수 있어야 한다는 상한 조건을 가진다. 상기 2개의 상한 조건들 중 후자의 조건이 보다 결정적(critical)이므로 전자의 조건은 크게 문제되지 않는다. 상기 홀(120)들에는 나피온 피막(130)으로 채워지므로 상기 문헌 제시 종래기술에서와 같이 연료(메탄올/에탄올) 분자의 크기보다 작아야 하는 제한 사항은 존재하지 않게 된다. 실리콘 웨이퍼 가공 공정의 용이성, 다공성 실리콘 웨이퍼의 강도, 나피온 용액의 흡착력, 메탄올 분자의 크로스 오버의 방지 등을 고려할 때, 상기 홀(120)들은 바람직한 직경이 60nm ~ 5㎛의 범위를 가질 수 있으며, 보다 바람직하게는 80nm ~ 1㎛의 범위를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 MEMS 필터 자체를 상기 문헌 제시 종래 기술의 MEMS 필터와 비교하면, 홀(120) 자체의 크기 및 홀(120) 내부에 나피온 피막(130)이 존재하는 것에 차이가 있다. 보다 넓어진 홀(120)의 크기는 상술한 바와 같이 수소 이온(양성자)의 이동 효율을 보다 증대시키며, 홀(120) 내부를 채우고 있는 나피온 피막(130)은 홀(120)의 크기가 커도 연료 분자의 이동을 효과적으로 차단하며, 또한, 나피온 피막(130)이 형성될 때 수축하는 힘을 가지게 되어 MEMS 필터의 기계적 강 도를 보다 강화시키게 된다.
본 발명에 따른 MEMS 필터는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 MEMS 필터(100)의 양면에 밀착되는 에노드 전극(300) 및 캐소드 전극(200), 상기 캐소드 전극(200)의 타면에 부착되는 공기 투과막(400), 상기 에노드 전극(300)의 타면에 위치하는 연료 공급소(600)를 형성하는 메인 프레임(500)과 함께 하나의 단위 연료 전지를 구성할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 MEMS 필터를 실시함에 따라, 충분한 기계적 강도 및 수소이동 이동효율을 가지면서, 전체 연료 전지 시스템의 제조 과정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 MEMS 필터는 충분한 기계적 강도 및 수소이동 이동효율을 가지면서, 제조 비용을 절감할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명의 MEMS 필터를 메인 프레임의 실리콘 기판과 일체형으로 제작하는 경우 연료의 누수를 방지하는 효과도 있다.
또한, 본 발명의 MEMS 필터는 동일한 실리콘 기판에 다수개의 필터를 다공성 실리콘 공정에 의해 제작 가능함으로써 생산성의 향상 및 제조원가의 절감을 가져오는 효과도 있다.

Claims (13)

  1. 수소 이온이 통과할 수 있으며, 양성자 전도물질 용액에 대한 흡착력을 얻을 수 있는 크기를 가지는 홀들이 형성된 다공성 실리콘 기판; 및
    상기 홀들 내부를 채우고 있는 양성자 전도물질 피막
    을 포함하는 MEMS 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양성자 전도 물질은 나피온인 MEMS 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 홀들의 지름은 60㎚ ~ 5㎛인 것을 특징으로 하는 MEMS 필터.
  4. 연료전지 시스템 내에서 양성자의 이동을 허용하고 연료분자의 이동을 방지하기 위한 MEM 필터의 제조 방법에 있어서,
    (a) 필터 기판용 웨이퍼를 전계-처리하는 단계;
    (b) 상기 세정된 필터 기판용 웨이퍼를 습식 식각하는 단계; 및
    (d) 상기 필터 기판용 웨이퍼를 관통하도록 형성된 홀들에 양성자 전도 물질을 채우는 단계
    를 포함하는 MEMS 필터의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 (b) 단계 이전에,
    상기 필터 기판용 웨이퍼의 일면에 부식방지제를 도포하는 단계
    를 더 포함하는 MEMS 필터의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에,
    상기 필터 기판용 웨이퍼를 세척하는 단계
    를 더 포함하는 MEMS 필터의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    상기 필터 기판용 웨이퍼를 전계-세정(electropolish)하는 단계인 MEMS 필터의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    상기 필터 기판용 웨이퍼를 양극-산화 처리(anodize)하는 단계인 MEMS 필터의 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    (i) 필터 기판용 웨이퍼를 전계-세정(electropolish)하는 단계; 및
    (ii) 상기 필터 기판용 웨이퍼를 양극-산화 처리(anodize)하는 단계
    를 포함하는 MEMS 필터의 제조 방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 (b) 단계 이후,
    (c) 상기 식각된 필터 기판용 웨이퍼를 양극-산화 처리(anodize)하는 단계
    를 더 포함하는 MEMS 필터의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 (c) 단계 이후,
    상기 필터 기판용 웨이퍼에 형성된 홀들을 확장하기 위한 추가 습식 식각하는 단계
    를 더 포함하는 MEMS 필터의 제조 방법.
  12. 제4항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
    홀들이 형성된 상기 웨이퍼를 양성자 전도 물질 용액에 담궈 놓는 단계; 및
    홀들에 상기 양성자 전도 물질 용액이 침투된 상기 웨이퍼를 건조시키는 단계
    를 포함하는 MEMS 필터의 제조 방법.
  13. 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양성자 전도 물질은 나피온인 MEMS 필터의 제조 방법.
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