KR950001294B1 - 박막적외선센서 제조방법 - Google Patents

박막적외선센서 제조방법 Download PDF

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
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Abstract

내용 없음.

Description

박막적외선센서 제조방법
제1도는 본 발명에 따라 실리콘 기판위에 증착된 PbTiO3박막 결정구조의 피크치를 나타낸 도면.
제2도는 본 발명에 의한 박막 적외선 센서의 구조를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘 기판 2 : 백금 하부전극
3 : PbTiO3강유전체 박막 4 : Ni-Cr 상부전극
5 : 리드선
본 발명은 박막적외선센서 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 강유전체는 외부로부터 전기장을 가하지 않아도 자체적으로 자발분극을 갖고 있으며 이 자발분극이 외부의 물리적 변화를 일으키게 한다. 즉, 전기장, 온도, 압력, 열 등에 의해 쉽게 변화하는 물질이다.
따라서 이와 같은 자발분극의 변화에 의해 강유전체 소자는 D-E 이력 현상, 높은 유전상수, 초전효과, 압전효과, 전기광학 효과를 나타내며 이러한 특성을 이용하여 압전소자, 적외선 센서, SAW 디바이스, 전기광학 스위치(Electro-Optic Switch)등에 널리 이용되고 있다.
현재의 강유전체 소자는 PbTiO3, PZT 세라믹이나 LiTaO3단결정과 같은 물질로 되어 있으며 그 제조방법은 다음과 같다.
예를 들어 PbTiO3세라믹의 경우 PbO와 TiO2원료분말을 1 : 1이 되도록 혼합한 후 적당한 온도에서 PbTiO3상을 만들도록 하소(Calcining)한다. 이 하소된 분말을 가열압착(Hot Pressing) 또는 HIP(Hot Isostactic Pressing) 방법을 이용하여 성형한 후 Pb의 휘발을 방지하기 위하여 PbO 분위기 중에서 1000℃이상의 고온으로 소결(Sintering) 하여 PbTiO3소체를 만든다. 이 소체를 임의의 크기로 자른후, 양면을 연마하고 은 페이스트(Ag Paste)를 이용하여 은 전극을 소체 양면에 형성시킨다. 이와같이 전극이 형성된 소자에 리드선을 연결시킨 후 강유전체 내의 자발분극 방향이 한 방향으로 정렬되도록 소자 양단간에 수십 KV의 직류전압을 인가하는 분극처리(Poling)를 행하여 강유전체 소자를 제작한다.
현재 사용되고 있는 세라믹이나 단결정 강유전체 소자도 그 제조방법상 소자크기가 크게 되고 작동전압이 높으며, 특히 주변회로와의 공정연결의 어려움으로 인한 집적화의 곤란함과 대 면적화가 어려운 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창출한 것으로서, 고주파 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 타겟으로 PbO가 5-20 Wt% 가량 첨가된 PbTiO3세라믹과, 증착온도 510-600℃, 스퍼터링기스로 Ar과 O2가 혼합된 가스를 사용하여 실리콘 또는 백금이 입혀진 실리콘 기판상에 상기 PbTiO3강유전체 박막을 형성하는 방법을 제공하는데 그 주 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘 기판위에 하부전극인 백금 박막을 스퍼터링으로 형성한 후 그위에 PbTiO3강유전체 박막을 증착하고, PbTiO3박막위에 적외선 흡수율이 높은 Ni-Cr 전극을 형성하고, PbTiO3박막 밑의 이면을 이방성 에칭하여 실리콘을 제거하는 박막센서 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에서는 반도체 공정과의 접합이 가능하도록 PbTiO3강유전체를 박막화하였으며, 박막화를 위하여 고주파 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron Sputtering) 방법을 이용하였다. 기판으로는 실리콘을 사용하였다. 스퍼터링에 의한 PbTiO3의 박막화 과정은 음극(Cathode)인 PbTiO 타겟(Target)과 양극(Anade)인 기판사이에 전압을 인가하면 전압에 의해 가속된 아르곤(Ar+)입자들이 높은 에너지를 갖고 음극인 PbTiO3에 충돌하게 된다. 이 충돌에 의하여 타겟인 PbTiO3로부터 튀어나온 각각의 구성원소(Pb, Ti, O)들은 입사된 충돌에너지에 비례하는 에너지를 갖고 양극인 기판으로 향하게 되며 결국 적정조건에서 기판에 달라붙어 PbTiO3막을 형성하게 된다.
이하, 본 발명에 의한 박막제조방법을 상세히 기술하면 다음과 같다.
본 발명에서 행한 PbTiO3박막 제작시의 스퍼터링 조건 아래 표1과 같다.
[표 1]
스퍼터링 조건
상기 표 1에서 타겟으로는 Pb의 리-스퍼터링(Resputtering)에 의한 Pb 손실을 고려하여 PbO가 10 Wt% 가량 첨가된 세라믹 타겟을 사용하였으며, 기판으로는 실리콘과 유전율 측정을 위해 2000Å 정도로 백금 박막이 입혀진 실리콘을 사용하였다. 기판 위에 PbTiO3박막을 1-3㎛ 두께로 증착시킨후 상부전극으로 알루미늄(Al)을 증착한다. 이와같이 증착된 PbTiO3박막의 결정상은 제1도에 도시된 바와 같이(001)면과 (100)면이 분리된 양질의 정방정계(Tetragonal) Perovs kite 결정구조와 높은 유전율을 나타내었다.
그리고 그 외의 것 역시 상기와 같은 구조와 높은 유전을 나타내었다.
상기한 바와 같은 PbTiO3박막 제조기술을 이용한 박막 적외선 센서를 설명하면 다음과 같다.
박막 적외선 센서는 제2도에 도시된 바와 같이 백금박막을 하부전극(2)으로 증착된 실리콘 기판(1) 위에 전기한 표1의 조건으로 PbTiO3박막을 지름 1mm, 두께 2-4㎛로 증착한 후 지름 0.3-0.5㎛의 Ni-Cr 상부전극(4)(적외선 흡수전극)을 열증발(thermal Evaporation) 방법으로 PbTiO3강유전체 박막(3) 위에 증착한다. 이때 강유전체 박막의 기판으로의 열전도에 의한 감도 저하를 방지하기 위하여 강유전체 박막 하부의 실리콘을 제거하므로서 강유전체 박막이 실리콘 기판 사이에 걸쳐 있는 구조를 갖게 된다.
상기한 바와 같이 제작된 박막 적외선 센서의 PbTiO3박막을 분극(Poling) 처리하기 위해 약 120℃에서 직류 20Volt를 1시간 정도 인가하며, 이때 리드선(5)은 전극패드(Pad)에 연결한다.
상술한 박막 적외선 센서의 특성은 아래 표 2와 같이 나타낸다.
[표 2]
본 발명에 따라 제작한 강유전체 박막은 실리콘 기판상에 양질의 PbTiO3을 제작할 수 있으므로 주변회로와의 집적화가 가능하며, 또한 반도체 공정을 이용하여 대량생산 및 대면적 소자의 제작도 가능하다. 그리고 고품질의 박막을 이용한 비 휘발성 메모리소자, 적외선센서, 전기광학소자 등에 유용하게 이동할 수 있다.

Claims (1)

  1. 실리콘 기판위에 백금박막을 증착하여 제1 전극을 형성하는 공정과, 상기 제1전극 상에, PbO가 5-20 Wt% 가량 첨가된 PbTiO3세라믹을 사용하고, 510-600℃의 온도로, Ar과 O2가 8 : 2 내지 9 : 1의 비율로 혼합된 가스를 사용하여, PbTiO3강유전체 박막을 증착하는 공정과, 상기 PbTiO3박막 위에 적외선 흡수율이 높은 Ni-Cr의 제2전극을 형성하는 공정과, 상기 PbTiO3박막이 기판으로의 열전도에 의한 감도 저하를 방지하기 위하여, 상기 박막 밑의 이면을 이방성 에칭하여 실리콘을 제거하는 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 박막적외선센서 제조방법.
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