MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)는 초소형 구조물의 제작 기술인 마이크로머시닝 기술을 이용하여 제작되는 초소형 전자기계 시스템을 말한다. 최근 10여 년간 MEMS 기술이 상당히 진척되었고 다양한 마이크로머시닝 기술이 개발되었다. 이에 따라 이를 이용하여 다양한 MEMS 소자의 개발이 이루어지고 있다. 그 중에서도 MEMS 센서는 비교적 간단한 제작 공정과 작은 크기, 그리고 저비용으로 인하여 상품화가 쉽게 이루어지고 있다. (중략)
마이크로파 도플러 센서는 자신이 발송한 마이크로파가 반사되는 것을 직접 수신하여 주파수를 비교하기 때문에 PIR 센서의 문제점을 완전히 극복한다. 마이크로파 도플러 센서는 대부분의 주위 환경에 둔감하여 주변 온도, 먼지의 적층 여부, 때나 주변 잡음에 대하여 잘 동작한다. 본 연구에서 개발된 전기절약 시스템은 마이크로웨이브 센서로 사람 및 사물의 미세한 움직임을 실시간으로 감지하여 AC전원으로 구동되는 전등을 자동으로 On/Off 함으로써 전력소비를 최소한으로 줄여주는 전기절약형 감지센서이다. 마이크로웨이브 센서는 빛, 먼지, 대기 온도와 같은 자연적인 요소에 영향을 거의 받지 않으므로 현재 고려중인 PIR 센서보다는 오작동이 크게 낮아 좀 더 효율성이 있을 것이다. 본 시스템을 설치하고 실시한 예에서와 같이 약 60% 이상의 에너지 절감 효과가 나타났으며, 이는 공사비 대비 경제성을 계산해 봤을 때, 설치비 회수 기간은 약 1-1.5년이었다. 본 연구 결과로 개발된 마이크로파 도플러 센서는 향후 전기에너지 절감에 충분한 기여를 할 것으로 확신한다.
본 연구에서는 대기 중 극 미량으로 존재하는 환경 유해 가스 성분을 검출할 수 있는 미세 소자로의 응용을 위해 마이크로 칸티레버를 제작하고 가스 센서로의 활용 가능성을 검토하였다. 마이크로 칸티레버는 크게 구동층 캐패시터로서 대표적인 압전 재료인 Pb(Zr,Ti)O$_3$ (PZT)를 사용하고 SiNx 박막을 지지층으로 하는 형태로 제작되었다. 제작된 마이크로 칸티레버는 치수 및 형상에 따라 17~29 KHz 의 기본 공진 주파수 값을 나타내었다. Electron beam evaporator를 이용한 copper (Cu) 박막의 단계적인 증착을 통해 칸티 레버 표면에 질량을 증가시키고 그에 따른 마이크로 칸티레버의 공진주파수 변화를 관찰한 결과 질량 증가에 대해 34 Hz/ng의 선형적인 주파수 감소를 나타내었으며, 이로부터 694.4 $\textrm{cm}^2$/g 의 gravimetric sensitivity factor를 얼을 수 있었다. 마이크로칸티레버의 가스 감지능력 시험을 위해 가스 흡착층으로 일차 알콜류의 vapor를 흡착 하는 것으로 보고된 poly methyl metacrytate (PMMA)를 마이크로 칸티레버 표면에 코팅하였다. 마이크로칸티 레버의 기본 공진 주파수 및 PMMA 흡착층 형성과 가스의 흡착에 따른 주파수 변화는 마이크로 칸티 레버로부터 의 전기적 신호를 이용하는 복소 임피던스 분석에 의해 측정되었다. PMMA가 코팅된 마이크로 칸티레버는 ethanol 및 methanol vapor 의 농도가 증가함에 따라 선형적인 공진주파수 감소를 나타내었으며, methanol vapor 의 경우 0.06 Hz/ppm 의 가스 검출 감도를 얻을 수 있었다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제35권4호
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pp.500-505
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2011
본 논문에서는 콜리메이터를 이용한 투과형과 반사형의 마이크로 광학형 누수감지 센서 시스템을 제안하고 실험하였다. 센서는 빛을 송신하고 수신하는 두 개의 콜리메이터가 10 mm 정도 떨어져서 마주보는 형태로 구현되어졌다. 센서가 공기 중에 노출된 경우 송신 콜리메이터에 나온 빛은 공기를 투과하여 수신 콜리메이터로 전송되어 일정한 출력 광 전력을 유지한다. 그러나 액체속에서는 송신된 빛이 산란되어 수신단으로 전달되지 못하므로 침수를 감지한다. 반사형의 경우 광섬유형 격자를 센서 끝단에 설치함으로서 센서에서 반응한 광 출력 정보가 입력단으로 다시 되돌아 올 수 있게 하여 시스템의 모니터링 구조를 단순화 하였다. 또한 두 시스템의 동작 특성을 비교하여 제시하였다.
폭발성 가스의 증류 및 그 양을 검지하기 위한 4 개의 개별 센서가 한 마이크로 열판 위에 집적된 센서어레이를 개발했다. 이 센서어레이는 각종 가스에 대해 다양한 감도 패턴을 가지며, SnO2를 모물질로 하는 4 개의 산화물 반도체 마이크로 가스센서로 구성하였다. 다공질에 큰 비표면적을 가진 모물질에 서로 다른 촉매를 첨가하여 감지물질을 제작함으로써 저농도에 대한 감도 및 재현성을 높였고, 센서어레이 전반에서 균일한 온도 분포가 되도록 설계하였다. 마이크로 열판은 N/O/N 박막을 가진 실리콘 기관을 이용하여, 열적 고립을 위해 Al 본딩 와이어로 공기중에 부유되어 있고, CMP 공정으로 두께를 제어하여 소모 전력을 조절하였다. 400℃에서 동작하는 센서어레이로부터 얻은 감도를 이용하여 주성분 분석 기법을 통해 폭발 하한값의 범위에서 부탄, 프로판, LPG, 그리고 일산화탄소 등과 같은 폭발성 빛 유독성 가스의 증류 및 양을 신뢰성 있게 식별할 수 있었다.
본 논문에서는 저항성 초광대역 마이크로웨이브 센서의 설계이론과 구현 방법에 대해 설명하고, 시뮬레이션을 통하여 설계된 센서의 특성을 분석한다. 구현을 위하여 연속적인 저항 프로파일은 이산화되었으며 칩 저항을 이용하여 이산 저항을 실장한다. 시뮬레이션을 통해 칩 저항 8개로 약 8 GHz까지 연속적인 저항 프로파일과 유사한 성능을 보인다는 것을 보인다.
오늘날 전기전자공학의 눈부신 발전은 자동차 부문에서 예외는 아니어서 지난 몇년간 자동차의 전자화는 대단히 괄목할 만한 성장을 해왔으며 이러한 새로운 전자 제어 시스템들의 자동차 탑재율은 앞으로도 더욱더 가속화 될 전망이다. 여기서 자동차 전자화의 가속원인을 살펴보면 각국 정부(특히 미국)의 자동차에 대한 규제 강화-연비향상, 매연감소, 자동차에 대한 안정도 강화. 편안하고 안전한 자동차를 원하는 소비자의 욕구증대등을 들 수 있다. 이에 따라 좀더 새롭고 정교한 센서의 요구가 증대되고 있으며, 센서와 액튜에이터들은 가장 큰 폭으로 성장하고 있는 품목 중의 하나가 되었다.
MEMS공정을 이용하여 폴리실리콘의 piezoresistivity를 이용한 스트레인 센서어레이를 제작하였고, 이 센서 어레이를 flexible substrate에 패키징하는 공정을 개발하였다. 실리콘 웨이퍼에 표면 가공(surface micromachining)된 센서는 폴리이미드 코팅, release-etch 방법을 통해 웨이퍼로부터 분리되어 폴리이미드를 기판으로 하는 flexible sensor array module을 완성할 수 있었다. 공정은 희생층과 절연층을 증착하고 폴리실리콘 0.5 $\mu\textrm{m}$을 증착, 도핑 및 패터닝하여 센서 어레이를 구성하였다. 이 센서어레이를 flexible substrate에 패키징 하기 위해서 폴리이미드를 코팅하여 15 $\mu\textrm{m}$의 막을 구성하였고, 100% $O_2$RIE를 이용한 선택적 식각 방법으로 via hole을 구성하였다. 이후 전기도금을 통해 회로를 구성하여 1단계 패키징(die to chip carrier)과 2단계 패키징(chip to substrate)을 웨이퍼 레벨에서 완성하였다. 희생층을 제거함으로서 웨이퍼로부터 센서어레이 모듈을 분리하였다. 제작되어진 센서 모듈은 임의의 곡면에 실장이 가능하도록 충분한 flexibility를 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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