접촉 압력 센서 및 그 제조 방법 document_id A220623041366

접촉 압력 센서들은 2개의 표면들 사이의 접촉 압력들을 모니터하기 위해 사용된다. 2개의 표면들 사이에 존재하는 압력에 대한 이해(knowledge)는 많은 응용들에 있어서 이득이 될 수 있다. 하나의 응용은 파이프라인에서의 플랜지들과 개스킷(gasket) 표면들 사이에 존재한다. 볼트들의 불균일한 조임(uneven tightening)은 조인트들을 뒤틀리게 하여 누설이 생기게 할 수 있다. 더욱이, 조인트에 작용하는 여러 힘들, 조인트들의 풀림 등으로 인해, 조인트들의 맞물림면들에서의 압력 분포의 실시간 정보를 가지는 것이 중요하다. AlGaAs과 같은 에피택셜 필름 재료들에 있어서, 이용된 기판 웨이퍼의 재료는 갈륨 비소(GaAs)이다. 접촉 압력 센서들은 멘델레프 표의 ⅢA 및 VA족으로부터의 반도체 원소들의 압력 민감도(pressure sensitivity)의 고체 물리에 기초하고 있다. 상이한 족의 원소들이 결합되고, 단일 기판 위에서 에피택셜 성장(격자 정합)된다. 접촉 압력이 재료에 가해지면, 저항차가 측정될 수 있다. 게다가, 선형성 응답(linearity response)이 유체정력학 수단(hydrostatic means) 대신에 직접 접촉에 의해 압력 변화들에 대해 검출될 수 있다. 현재까지의 접촉 압력 센서들은 통상적으로 알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs) 재료, 에피택셜 필름의 피에조저항 특성(piezo-resistive property)을 이용하여 만들어져 왔다. 물론, 에피택셜 필름이 성장되는 웨이퍼 기판은 에피택셜 필름과 동일한 격자 구조를 가진다. 피에조저항 특성들을 갖는 재료들을 이용하는 접촉 압력 센서의 예가 포토리소그라피, 에칭 및 금속화와 같은 종래의 제조 공정들에 의해 형성되는 미앤더 저항기(meander resistor)이다. 한 유형의 AlGaAs의 고체 압력 센서가 US4965697에 개시되어 있지만, 상기 센서는 유체정력학 압력 원리들에 기초하고 유체정력학 응용들을 채용하는 구성들로 제한된다. 다양한 시도들이 접촉 모드에서 달성 가능한 제한된 압력값들의 문제를 극복하기 위해 수행되어 왔다. 이들은 (a) GaAs 기판의 시닝(thinning), (b) 디바이스들을 차폐하기 위해 실리콘 겔-재료로 칩들을 둘러싸는 것, 및 (c) 칩 크기를 감소시키는 것을 포함한다. 그러나, 고압 하에서의 칩 파손 문제가 여전히 발생한다. 따라서, 접촉 압력 센서는 직접 접촉 압력들을 견딜 수 있는 2개의 표면들 사이의 압력 분포를 모니터할 필요가 있다.