KR20120058138A

KR20120058138A - 마이크로 히터 및 마이크로 히터 어레이

Info

Publication number: KR20120058138A
Application number: KR1020100119787A
Authority: KR
Inventors: 최준희; 이주호; 송미정
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-06-07
Also published as: US20120132643A1

Abstract

마이크로 히터 및 마이크로 히터 어레이가 개시된다. 개시된 마이크로 히터는 지지부 상에 형성되는 브리지의 폭을 브리지의 다른 부위이 폭보다 좁게 형성하여 전체적으로 균일한 온도 분포를 지닌 마이크로 히터를 제공할 수 있다. 또한, 브리지는 스프링 요소를 더 구비할 수 있다.

Description

마이크로 히터 및 마이크로 히터 어레이{Micro heater and micro heater array}

개시된 발명은 마이크로 히터에 관한 것으로, 마이크로 히터의 연결부위의 폭을 조절하여 마이크로 히터 어레이 전체적으로 균일한 온도 분포를 지니도록 형성한 마이크로 히터 및 그 어레이 구조에 관한 것이다.

마이크로 히터는 기판 상의 원하는 위치에 국부적으로 열을 발생시키는 장치이다. 마이크로 히터는 탄소나노튜브 트랜지스터, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 등의 고온 공정이 요구되는 전자 장치나 태양 전지 등에 사용될 수 있다.

통상적인 마이크로 히터는 기판 상에 형성된 지지부 및 지지부에 의해 지지되며, 기판과 이격되어 형성된 브리지 유닛을 포함한 구조를 지닌다. 이러한 구조에서 마이크로 히터에 대해 외부에서 전원을 인가하면 마이크로 히터가 발열을 하면서 국부적인 온도 상승이 발생하게 된다.

그런데, 종래의 마이크로 히터는 특히 지지부를 통해서 전도에 의한 열전달 현상이 발생하게 되며 온도가 낮은 반면, 지지부 사이에 위치하는 브리지 유닛은 대류 또는 복사에 의한 열전달 외에 외부로의 열전달량이 없으므로 높은 온도를 지니게 된다. 따라서, 종래의 마이크로 히터는 위치에 따른 온도 편차가 커질 수 있다. 이와 같이 위치에 따른 온도 편차가 발생하는 경우 원하는 온도 범위의 설정이 어렵고 구동 전압이 높아질 수 있다.

개시된 발명에서는 내부의 온도 편차가 작아 전체적으로 균일한 온도 분포를 지닌 마이크로 히터를 제공 한다.

또한, 개시된 실시예에서는 전체적으로 균일한 온도 분포를 지닌 마이크로 히터 어레이를 제공 한다

개시된 실시예에서는 기판;

상기 기판 상에 형성된 지지부 및

상기 지지부 의해 지지되어 상기 기판과 이격된 것으로 그 폭이 변화되는 브리지;를 포함하는 마이크로 히터를 제공한다.

상기 브리지는 상기 지지부와 접촉하는 영역의 폭이 상기 브리지의 다른 부위 폭보다 상대적으로 좁을 수 있다.

상기 지지부는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 절연성 금속 산화물로 형성된 것일 수 있다.

상기 브리지는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄화 실리콘(SiC), 플래티늄(Pt) 또는 ITO(Indium-Tin-Oxide) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다.

상기 브리지는 스프링 요소를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.

상기 스프링 요소는 도우넛 형상을 지닌 것일 수 있다.

상기 브리지는 상기 지지부와 접촉하는 영역의 폭이 상기 브리지의 다른 부위 폭보다 상대적으로 좁은 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는

상기 지지부는 상기 기판 상에 다수개로 형성되며,

상기 브리지는 상기 지지부들 상에 병렬적으로 또는 교차하여 형성된 마이크로 히터 어레이를 제공한다.

개시된 실시예에 따르면, 지지부 및 브리지 전체적으로 균일한 온도 분포를 지닌 마이크로 히터를 제공할 수 있다.

또한, 전체적으로 균일한 온도 분포를 지닌 마이크로 히터를 포함하는 마이크로 히터 어레이를 제공할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터의 사시도를 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a의 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터의 A1 부분, 즉 지지부 영역을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 마이크로 히터의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 마이크로 히터의 지지부의 브리지 형태의 다양한 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터에 대한 광학 현지경 이미지를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터 및 마이크로 히터 어레이에 대해 상세히 설명하고자 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터의 사시도를 나타낸 도면이다.

도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 지지부(column, 11)가 형성되며, 지지부(11) 상에는 브리지(12)가 형성되어 있다. 브리지(12)는 지지부(11)에 의해 지지되며, 기판(10)과 이격되도록 형성될 수 있다. 지지부(11)는 기판(10) 상에 다수개로 형성될 수 있으며, 브리지(12)는 지지부(11)에 의해 지지되면서 하나의 기판(10) 상에 병렬적으로 다수개로 형성되어 어레이 구조가 될 수 있다. 기판(10)과 브리지(12) 사이의 간격은 임의로 조정할 수 있으며, 브리지(12)의 형성 방향도 병렬적으로 형성시키는 것 외에 지지부(11)이 높이를 조절하여 브리지(12)들이 서로 교차하도록 형성시킬 수 있다.

도 1b는 도 1a에 나타낸 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터의 A1 영역을 확대하여 나타낸 사시도이다.

도 1b를 참조하면, 지지부(11)에 의해 지지되는 부분의 브리지(12)의 폭이 감소된 것을 알 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터에서는 지지부(11)와 접촉하는 영역의 브리지(12)의 폭(D1)은 지지부(11)와 접촉하지 않는 영역의 브리지의 폭(D2)보다 작도록 형성한다(D1<D2). 만일 브리지(12)의 폭을 영역에 관계없이 모든 구간에서 동일하게 형성하는 경우, 지지부(11)를 통한 열전달이 과도하게 발생하게 되며, 지지부(11)와 접촉하는 영역의 브리지(12)의 온도가 지지부(11)들 사이의 브리지(12)에 비해 떨어지게 된다. 이 경우, 마이크로 히터 전체의 온도를 제어하는 것이 어려워지며 구동 전력이 낭비되는 결과를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 실시에에 의한 마이크로 히터에서는 지지부(11)를 통한 열손실을 최소화하기 위하여, 지지부(11)와 접촉하는 영역의 브리지(12)의 폭을 감소시켜 열손실을 방지하고자 한다. 지지부(11) 사이의 브리지(12) 영역의 경우 대류 또는 복사 이외의 원인에 의한 열손실이 없다. 일반적으로 발열량은 저항에 비례하며, 브리지(12)의 폭을 감소키면 더 큰 열이 발생하게 된다. 따라서, 지지부(11)와 접촉하는 브리지(12) 영역의 폭을 감소시킴으로써 지지부(11)를 통한 소량의 열전도가 발생하더라도 브리지(12) 전체적으로 균일한 온도를 유지할 수 있다. 브리지(12) 폭의 변화율(D1/D2)은 임의로 설정할 수 있으며 제한은 없다.

기판(10)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물이나 통상적인 반도체 소자의 기판으로 사용되는 물질로 형성될 수 있으며, 글래스(glass) 재질을 사용하여 형성될 수 있다. 지지부(11)는 브리지(12)에서 발생하는 열의 손실을 방지하기 위해 낮은 열전도도를 지닌 물질로 형성될 수 있으며, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 기타 다른 금속 산화물 등의 절연성 물질로 형성될 수 있다. 브리지(12)는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄화 실리콘(SiC), 플래티늄(Pt) 또는 ITO(Indium-Tin-Oxide) 등으로 형성될 수 있으며, 전력을 인가하는 경우 발열을 할 수 있는 물질에 의해 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 브리지 브리지(12)에 전력을 인가하는 경우 가시광선 또는 적외선 영역의 복사열을 방출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터의 제조 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 글래스 기판 상에 지지부를 형성할 물질로 열전도도가 낮은 절연성 물질, 예를 들어 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 도포한다. 그리고, 절연성 물질 상에 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄화 실리콘(SiC), 플래티늄(Pt) 또는 ITO(Indium-Tin-Oxide) 등의 전도성 물질을 도포한다. 다음으로 전도성 물질을 에칭하여 원하는 형태로 브리지를 형성한다. 그리고, 소정의 패턴을 한 뒤, 절연성 물질을 등방성 에칭 공정에 의해 지지부 외의 영역의 절연성 물질을 제거한다. 이와 같은 공정은 반도체 공정을 이용하여 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 마이크로 히터를 나타낸 평면도이다.

도 2를 참조하면, 기판(20) 상에 지지부(21)가 형성되며, 지지부(21) 상에는 브리지(22, 23)가 형성되어 있다. 브리지(22, 23)는 마이크로 히터의 구조적 안정성을 향상시키며, 발열량을 늘일 수 있도록 스프링 요소(24)를 적어도 하나 이상 더 포함할 수 있다. 스프링 요소(24)는 도우넛 형태로 형성될 수 있으며, 지지부(21) 양측의 브리지(22, 23) 영역에 형성될 수 있다. 지지부(21)와 접촉하는 부분의 브리지(23)의 폭(D1)의 크기는 스프링 요소(24)들 사이의 브리지(22) 영역의 폭(D2)보다 작도록 형성할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 마이크로 히터의 지지부의 브리지 형태의 다양한 실시예를 나타낸 평면도이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 지지부(31) 상에 브리지(32a, 32b, 32c)가 형성되어 있으며, 지지부(31) 상의 브리지(32a, 32b, 32c)의 폭(D1)의 크기는 지지부(31)와 떨어져 있는 브리지(32a, 32b, 32c)의 폭(D2)의 크기보다 작다.

도 3a 및 도 3b에 나타낸 구조에서는 브리지(32a, 32b)의 폭(Dx)가 순차적으로 변화하는 구조를 나타내었으며, 도 3c에서는 브리지(32c)가 단차를 지닌 형태로 형성된 구조를 나타내었다.

또한 도 3a의 경우 브리지(32a)의 형상이 곡면 형태로 형성된 구조를 나타내었으며, 도 3b의 경우 브리지(32b)의 양측의 형상이 선형적으로 형성된 구조를 나타내었다.

도 3a 내지 도 3c에 나타낸 구조 이외에도 브리지의 폭을 변화시키는 형태는 다양하게 변형하여 적용할 수 있다. 예를 들어, 브리지의 형상을 곡면 및 선형 단면이 포함된 형태로 구현할 수 있으며, 또한, 지지부 방향으로 복수개의 단차가 형성된 구조로 브리지 형상을 구현할 수 있다.

그러나, 본 발명의 실시에에 의한 마이크로 히터의 경우 구체적인 형태에 관계없이, 브리지(32a, 32b, 32c)의 폭을 변화되는 경우에 모두 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터에 대한 광학현미경 이미지를 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 구조의 마이크로 히터는 지지부는 실리콘 산화물로 형성시키고, 브리지는 몰리브덴(Mo)으로 형성시킨 것으로 지지부와 접촉하는 브리지의 폭은 3마이크로미터이며, 스프링 요소들 사이의 브리지의 폭은 10마이크로미터로 형성시킨 것이다.

도 4를 참조하면, 기판(40) 상에 지지부(41)가 형성되어 있으며, 지지부(41) 상에는 브리지(42, 43)가 형성되어 있으며, 브리지(42, 43)에는 스프링 요소(44)가 형성되어 있다. 지지부(41)와 접촉된 영역의 브리지(43)의 폭은 스프링(44)들 사이의 브리지(42)의 폭보다 작도록 형성된 것을 확인할 수 있다.

참고로 도 4에 나타낸 구조의 마이크로 히터는 지지부는 실리콘 산화물로 형성시키고, 브리지는 몰리브덴(Mo)으로 형성시킨 것으로 지지부와 접촉하는 브리지의 폭은 3마이크로미터이며, 스프링 요소들 사이의 브리지의 폭은 10마이크로미터로 형성시킨 것이다.

마이크로 히터의 각 영역별 발열 및 발광의 정도는 예를 들어, CCD(Charged Coupled Device) 영상으로 확인 가능하며, 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 히터의 경우 지지부와 접촉하는 브리지 영역을 상대적으로 좁은 폭을 지니도록 형성함으로써 전체적으로 균일한 온도 분포를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 브리지의 폭을 변화시키면서 지지부와 접촉하는 영역의 브리지의 폭이 감소된 형태라면 본 발명의 실시예의 범위에 속하게 될 것이다. 결과적으로 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10, 20, 40, 50... 기판
11, 21, 31, 41... 지지부
12, 22, 23, 32a, 32b, 32c, 42, 43, 51, 52... 브리지
24, 44, 53... 스프링 요소

Claims

기판;
상기 기판 상에 형성된 지지부 및
상기 지지부 의해 지지되어 상기 기판과 이격된 것으로 그 폭이 변화되는 브리지;를 포함하는 마이크로 히터.
제 1항에 있어서,
상기 브리지는 상기 지지부와 접촉하는 영역의 폭이 상기 브리지의 다른 부위 폭보다 상대적으로 좁은 마이크로 히터.
제 1항에 있어서,
상기 지지부는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 절연성 금속 산화물로 형성된 마이크로 히터.
제 1항에 있어서,
상기 브리지는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄화 실리콘(SiC), 플래티늄(Pt) 또는 ITO(Indium-Tin-Oxide) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하여 형성된 마이크로 히터.
제 1항에 있어서,
상기 브리지는 스프링 요소를 적어도 하나 이상 포함하는 마이크로 히터.
제 5항에 있어서,
상기 스프링 요소는 도우넛 형상을 지닌 마이크로 히터.
제 5항에 있어서,
상기 브리지는 상기 지지부와 접촉하는 영역의 폭이 상기 브리지의 다른 부위 폭보다 상대적으로 좁은 마이크로 히터.
제 5항에 있어서,
상기 지지부는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 절연성 금속 산화물로 형성된 마이크로 히터.
제 5항에 있어서,
상기 브리지는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄화 실리콘(SiC), 플래티늄(Pt) 또는 ITO(Indium-Tin-Oxide) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하여 형성된 마이크로 히터.
제 1항에 있어서,
상기 지지부는 상기 기판 상에 다수개로 형성되며,
상기 브리지는 상기 지지부들 상에 병렬적으로 또는 교차하여 형성된 마이크로 히터 어레이.
제 10항에 있어서,
상기 브리지는 상기 지지부와 접촉하는 영역의 폭이 상기 브리지의 다른 부위 폭보다 상대적으로 좁은 마이크로 히터 어레이.
제 10항에 있어서,
상기 브리지는 스프링 요소를 적어도 하나 이상 포함하는 마이크로 히터 어레이.
제 12항에 있어서,
상기 브리지는 상기 지지부와 접촉하는 영역의 폭이 상기 브리지의 다른 부위 폭보다 상대적으로 좁은 마이크로 히터 어레이.