기공성 구조를 가지는 양극 산화 알루미늄의 고주파 영역에서의 전기적 특성 분석

Abstract

본 논문에서는 뛰어난 열방출 능력을 지닌 양극 산화된 알루미늄 기판의 전기적 특성 분석을 하였다. 기공성 구조를 지니는 양극 산화된 알루미늄 기판은 기존에 사용되고 있는 소결 과정을 거쳐 생성되는 알루미나 기판과 생성 과정 및 구조의 차이로 인하여 달라지기 때문에, 기존에 알려진 알루미나 기판의 유전율 및 tanδ은 기공성 구조를 지니는 양극 산화된 알루미늄 기판에 대해서 일치하지 않는다. 고주파 회로의 설계를 위해 기공성 구조를 지니는 양극 산화된 알루미나 기판의 정확한 전기적 특성을 추출하였다. 추가적으로 다른 공정 조건에 따른 전기적 특성 변화를 분석하고, 비교를 통해 보다 우수한 기판 생성 조건을 밝혔다. 정확한 유전율 및 tanδ의 추출을 위해, 총 3 가지 방법의 측정 방법에 대해 조사하였다. 이는 parallel plate capactor를 이용한 방법, microstrip line을 이용한 방법, ring resonator를 이용한 방법이다. 각 방법에 대한 simulation을 통해 그 정확성이 있다는 것을 검증하였다. 특히, microstrip line을 이용한 방법은 전기적 특성 추출에 있어 여러 추출 방법을 적용하여 그 정확성을 향상시켰다. 그리고 서로 각기 다른 방법으로 동일한 기판에 대해 추출한 값을 비교, 그 값들이 일치함을 보임으로써 추출된 값들에 대한 신뢰성을 높였다. 또한 electro-plated metal의 작은 conductivity에 대한 고려도 추가 되었다. 옥살산과 황산, 2 가지 종류의 electrolyte를 활용해 soft anodization을 시켜 기공성 구조를 지니는 양극 산화된 알루미늄 기판을 얻었다. 낮은 온도, 높은 전압을 활용함으로써 pore 사이의 거리를 늘려 soft anodization에 비해 상대적으로 porositity를 줄이는, 보다 치밀한 구조를 지니는 hard anodization sample이 옥살산을 이용하여 제작되었다. 또한 boiling water에 끓임으로써 pore를 채우는 sealing 공정을 이용한 sample이 옥살산을 이용하여 제작되었다. 위의 4가지 sample에 대하여 분석한 결과, 우선 옥살산을 이용한 양극 산화된 알루미늄 기판이 황산을 이용하는 것보다 상대적으로 더 작은 tanδ 나타내었다. 추가적으로 옥살산을 이용한 soft anodization과 hard anodization의 비교를 통해, hard anodization을 이용한 기판의 tanδ가 감소함을 알 수 있었다. 그리고 soft anodization한 기판을 추가적으로 sealing 공정까지 했을 경우, 유전율은 pore가 채워짐으로써 늘어나지만, 채워진 물질이 수화물인 까닭에 tanδ가 도리어 크게 감소함을 알 수 있었다. 위의 내용과 같이, 전기적 특성 분석 방법에 대해 검증하였고, 각기 다른 조건을 활용해 생성된 기공성 구조를 가지는 양극 산화된 알루미늄 기판을 앞의 방법을 활용해 전기적 특성 분석을 한 결과, 황산보다 옥살산을 이용한 anodization이, soft anodization보다는 hard anodization이 RF 특성이 더 우수함을 확인할 수 있었다. Sealing을 한 경우는 하지 않은 경우에 비해 더 나쁜 RF 특성을 나타낸다. 따라서 옥살산 분위기에서 hard anodization으로 양극 산화 기판을 형성하는 것이 가장 우수함을 확인하였다.