Science
고온에 견디는 센서
장종엽엔에스
2010. 1. 8. 22:43
| KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-06 | ||||||
프라운호퍼 반도체 회로 및 시스템 (IMS) 연구소 (Fraunhofer Institute for Microelectronics Circuits and Systems)의 연구진들은 석유 및 가스 탐사와 같은 응용을 위한 센서를 개발했다. 이러한 응용에서, 드릴 비트 (드릴에 끼우는 날)가 지구를 깊이 파들어 가면서 바위를 뚫을 때 수십 개의 압력 모니터 센서가 유공성을 평가한다. 이와 같은 극단적인 조건 때문에, 센서는 석유 매장 검색과 같은 작업들을 도울 수 있는 지질학적 정보를 외부에 보내기 위해서 고온과 고압뿐만 아니라 진동과 충격에도 견뎌내야 한다. 평균적으로, 압력 센서는 80°C 에서 125 °C 사이의 온도에서 견딜 수 있는데 아주 깊은 곳에서는 때때로 온도가 상당히 많이 올라간다. 이 때문에, 프라운호퍼 IMS는 좀 더 강력한 센서를 만들었다. “압력 센서는 주로 마이크로 전자 칩 또는 웨이퍼에 있는 두 개의 구성 요소로 이루어져 있다. 첫 번째 구성 요소는 센서 그 자체이고, 다른 구성 요소는 EEPROM(측정에 필요한 데이터와 더불어 모든 수치를 저장하는 요소)이다.”라고 IMS의 학과장인 Hoc Khiem Trieu박사가 말했다. 일반적으로 웨이퍼는 단결정 실리콘으로 만들어지지만, 프라운호퍼 연구진들은 매우 높은 온도에서도 제대로 작동할 수 있는 칩을 만들기 위해서 실리콘 산화막을 선택했다. "추가 산화물층은 더 나은 전기 절연을 제공한다. 이것은 일반적으로 매우 높은 온도에서 발생하는 전류 누설을 방지하는데, 이것이 기존의 센서들이 일정한 온도에 다다르면 실패하는 주요 요인이다.”라고 Trieu가 말했다. 그 산화물 층은 1000- 10000배 정도로 메모리 구성요소의 절연을 향상시킬 수 있다. 이론적으로, 이 압력 센서는 최대 350 ° C (662 ° F)의 온도까지 견딜 수 있게 되어 있다고 그들은 말했다. 지금까지 연구진들은 최대 250 ° C까지 안정성에 대한 실질적인 검증을 하였고 더 높은 온도에서 추가 연구를 수행할 계획이다. 또한, 그들은 내구성 테스트를 통해서 압력 센서의 기본 모델을 분석하고 있다. 엔지니어들은 고온 압력 센서가 석유 화학 분야에서 뿐만이 아니라 자동차 엔진 및 지열 응용 프로그램에서도 사용되길 희망한다. (그림) 새로운 압력 센서는 온도 250 ° C까지 작동한다.
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