Fabrication and Characteristics of Piezoresistive Flow Sensor with Microbeam Structures

미소 빔 구조를 가진 압저항형 유체센서의 제작 및 특성

Piezoresistive flow sensors with four different types of microbeam structures were fabricated using (100), n/$n^+$/n three-layer silicon wafer and their characteristics were investigated. Piezoresistors were formed through boron diffusion and its values were about $1\;k{\Omega}$. Three-dimensional silicon microbeams were constructed by porous silicon micromachining and curled microbeams were fabricated by the difference in the thermal expansion coefficient between silicon and metal. The output response of the fabricated sensor was evaluated through half- bridge. The output voltage increased with increasing length of microbeam at the same flow velocity, while the detectable measurement range extended with decreasing length of microbeam. The output voltage of the fabricated sensors were increased with quotient of 3.2 of the flow rate since the stress of the beam versus the gas flow showed non-linear characteristics.

(100), n/$n^+$/n 3층 실리콘 웨이퍼를 이용하여 4가지 형태의 미소 빔 구조를 가지는 압저항형 유체센서를 제작하고, 그 특성을 조사하였다. Boron 확산을 통하여 압저항을 형성하였으며 형성된 압저항의 저항 값은 $1\;k{\Omega}$ 정도였다. 다공질 실리콘 마이크로머시닝을 이용하여 3차원의 실리콘 미소 빔 구조체를 제작하였으며, 실리콘과 금속의 열팽창계수 차이를 이용하여 빔을 위로 휘게 하여 원하는 형상으로 제조하였다. 제조된 센서의 출력 특성은 half-bridge를 구성하여 조사하였다. 같은 유속에서는 빔의 길이에 비례하여 출력 전압이 증가함을 보였고, 반면에 빔의 길이가 짧을수록 측정 가능 구간이 넓게 나타났다. 제조된 센서의 출력전압은 유량의 3.2승에 비례하여 증가하였으며, 이는 유속에 따른 빔이 받는 응력이 비 선형 특성을 나타내기 때문이다.