This paper describes on the fabrication and characteristics of hot-film type micro-flowsensors integrated with Pt-RTD(resistance thermometer device) and micro-heater on the Si membrane in which MgO thin-film was used as medium layer in order to improve adhesion of Pt thin-film to SiO$_2$layer. The MgO layer improved adhesion of Pt thin-film to SiO$_2$layer without any chemical reactions to Pt thin-film under high annealing temperatures. Output voltages increased due to increase of heat-loss from sensor to external. The output voltage was 82 mV at $N_2$flow rate of 2000 sccm/min heating power of 1.2 W. The response time($\tau$:63%) was about 50 msec when input flow was stepinput
DC 마그네트론 스퍼터링 반응성 스퍼터링으로 각각 증착된 알루미늄산화막과 그 위에 증착된 Pt 박막의 열처리 온도에 따른 전기적, 물리적 특성을 4침 탐침기, 주사전자현미경 및 X선 회절법을 이용하여 분석하였다. $600^{\circ}C$ 이하의 열처리 조건에서는 알루미늄산화막은 Pt 박막과 화학적 반응 없이 Pt 박막의 $SiO_{2}$에 대한 부착특성을 개선시켰으며 그 위에 증착된 Pt 박막의 전기적 특성도 열처리 온도가 증가함에 따라 개선되었다. 그러나 $700^{\circ}C$ 이상의 열처리 온도에서는 알루미늄산화막이 절연특성이 저하되고 그 위에 증착된 Pt 박막과 반응하여 Pt 박막의 전 기적 특성도 저하되었다. Pt-RTD 온도센서를 이용한 Pt 미세발열체의 발열특성 분석에서 활성영역이 작을 수록 발열체의 발인특성이 개선되었으며 활성영역 면적이 $200{\mu}m{\times}200{\mu}m$의 구조를 갖는 Pt 미세발열체는 소비전력 1.5watts에 $400^{\circ}C$ 정도의 양호한 발열특성을 나타냈다.
This paper presents the optimized fabrication and thermal characteristics of micro-heaters for thermal MEMS applications using a SDB SOI substrate. The micro-heater is based on a thermal measurement principle and contains for thermal isolation regions a 10$\mu\textrm{m}$ thick silicon membrane with oxide-filled trenches in the SOI membrane rim. The micro-heater was fabricated with Pt-RTD(Resistance Thermometer Device)on the same substrate by using MgO as medium layer. The thermal characteristics of the micro-heater with the SOI membrane is 280$^{\circ}C$ at input Power 0.9 W; for the SOI membrane with 10 trenches, it is 580$^{\circ}C$ due to reduction of the external thermal loss. Therefore, the micro-heater with trenches in SOI membrane rim provides a powerful and versatile alternative technology for improving the performance of micro thermal sensors and actuators.
부도체로 알려져 있는 기존의 콘크리트에 전기 전도성 재료를 혼입하여 발열 콘크리트로서 개발하려는 연구가 90년대 이후 진행되어 왔다. 하지만 콘크리트 시험체의 발열 재현성 확보가 어려워 활발한 연구가 이루어지지 못했다. 이에 따라 본 연구에서는 융설용 재료로써 활용 가능한 발열 콘크리트 개발을 목적으로, 흑연, 금속분말, 혼화제를 혼입한 시멘트 페이스트 및 모르타르를 제작하여 $-2^{\circ}C$의 저온환경에서의 발열특성과 재현성을 평가하였다. 또한 미세화학분석을 통해 발현 재현성의 원인을 규명하고자 하였다. 실험 결과, 흑연과 고성능 AE감수제를 혼입한 시험체가 가장 우수한 발열 성능 및 재현 가능성을 보였다. 이에 따른 미세화학분석 결과, 고성능 AE 감수제 내의 폴리머 혹은 메타크릴산 성분이 흑연과 전기화학적 반응을 일으켜 발열 재현성능을 부여한 것으로 판단된다.
This paper describes the characteristics of Pt microheater using aluminum oxide films as medium layer and its application to flow sensors. Pt microheater have heating temperature of $390^{\circ}C$ at heating power of 1.2 W. Output voltages of flow sensors which were fabricated by integrating sensing-part with heating-part increase as gas flow rate and its conductivity increase. At $O_2$ flow rate of 2000 sccm, heating power of 0.8 W, output voltage of flow sensor is 101 mV under bridge-applied voltage of 5 V.
The physical and electrical characteristics of MgO and Pt thin-films on it deposited by reactive sputtering and rf magnetron sputtering respectively were analyzed with annealing temperature and time by four point probe SEM and XRD. Under annealing conditions of 100$0^{\circ}C$ and 2 hr, MgO thin-film had the properties of improving Pt adhesion to SiO$_2$and insulation without chemical reaction to Pt thin-film and the sheet resistivity and the resistivity of Pt thin-film deposited on it were 0.1288 Ω/ and 12.88 $\mu$$\Omega$.cm respectively. We made Pt resistance pattern on SiO$_2$/Si substrate by life-off method and fabricated Pt thin-film type microheater for thermal microsensors by Pt-wire Pt-paste and SOG(spin-on-glass). In the temperature range of 25~40$0^{\circ}C$ we estimated TCR(temperature coefficient of resistance) and resistance ratio of thin-film type Pt-RTD(resistance thermometer device). We obtained TCR value of 3927 ppm/$^{\circ}C$ close to the bulk Pt value. Resistance values were varied linearly within the range of the measurement temperature. The thermal characteristics of fabricated thin-films type Pt micorheater were analyzed with Pt-RTD integrated on the same substrate. The heating temperature of Pt microheater could be up to 40$0^{\circ}C$ with 1.5 watts of the heating power.
가축사료 분진의 열적 안정성 실험결과 본 연구에서 사용한 시료 입도의 경우 발열개시온도 및 발열 량에는 별 차이가 없었으나, 숭온속도가 충가함에 따라 발열개시온도가 낮아지고, 입도가 미세해질수 록 분해열이 증가함을 알 수 있었다. 한편, 분위기 기체룰 조연성 기체인 Oz로 사용할 경우 불활성 기 체인 Nz를 사용하는 경우보다 발열개시온도는 현저히 낮아지며, 반면에 발열량도 20배 이상 중가하였 다. 또한 본 연구에서 사용한 시료중 비교적 미세업자가 대기중에 부유하기 쉽고, 외부에서 점화에너지 가 주어질 경우 공기중의 산소와 쉽게 순간적으로 반용하여 폭발하는 것올 볼 수 있다. 본 연구에서의 시료입도중 80/100 mesh의 경우 평균 최대폭발압력은 6.88 Kgf / cm2 로 구해졌다.
발열체 소자에 있어서 발열체의 방사스펙트럼과 피가열체의 흡수스펙트럼을 일치시키는 문제는 효과적인 가열을 위하여 매우 중요한 연구과제이다. 본 연구는 재료의 합성기술과 열처리기술을 이용하여 PTC 서머스터의 R-T특성은 그대로 유지시키면서 원적외선 방사특성을 증대시키기 위한 것이다. 이를 위하여 BaTiO$_{3}$+1.67Al$_{2}$O$_{3}$+3.75SiO$_{2}$+1.25TiO$_{2}$을 기본조성으로 하고 여기에 첨가제로서 Sb$_{2}$O$_{3}$와 MnO$_{2}$를 선정하여 이의 첨가량과 소결온도 그리고 소결온도구배를 파라메터로한 시편을 제작하였으며 각 시편의 IR특성과 R-T특성등을 측정 검토한 결과 파장 4.5-14.5[.mu.m]범위에서 방사율 0.8이상의 고효율 원적외선 방사특성을 얻었다.
혈액순환촉진, 심혈관계치료, 피부질환, 암세포억제 등의 의료분야에 원적외선 치료법이 광범위하게 활용되고 있다. 본 연구에서는 원적외선 치료에 효과적인 패널형 방사체의 발열부에 대한 열적 특성을 실험적으로 분석하였다. 발열선은 정상상태에서 절연피복에 $150mW/m^2$의 열유속으로 열에너지를 공급하여 절연피복은 발열선 온도의 20%에 도달하였다. 단열막 사용은 약 20%의 발열판 표면온도 증가효과가 있었으며 열시상수를 상승시켜 혈액순환촉진에 크게 기여하는 것으로 나타났다. 발열선의 배치간격이 발열부 설계에 중요한 인자이며 열확산의 중첩을 위해 발열판의 열전도계수와 밀도를 고려해야함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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