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Monthly Magazine of Automatic Control Instrumentation

연재 센서 기초 강좌(6)<박막 홀 센서>

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작성자 댓글 0건 조회 1,200회 작성일 20-04-07 00:00

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서론

자계를 이용하여 위치, 속도, 각속도 등을 비접촉으로 검출할 수 있는 홀 소자는 홀 센서라고도 불리며, 1879년 미국의 E. H. Hall이 발견한 홀 효과를 이용하여 자속 밀도를 직접 검출하는 자기 센서다(1)(2). 많은 전자・정보 기기에 사용되는 고감도 박막 홀 소자는 미소한 고감도의 자기 센서로서 자계를 이용하여 비접촉으로 대상물의 움직임이나 변화를 검출할 수 있기 때문에 마이크로 모터를 비롯하여 가전 기기 등을 구동하는 파워 모터, 차량 탑재 센서를 비롯하여 지금이야말로 우리 주위의 전자・전기기기에 있어서 빠뜨릴 수 없는 센서이지만 널리 알려져 있다고는 할 수 없다.
그런데, 새로운 시대에 접어들면서 분명히 핵심 키가 되는 신기술이 몇 가지 생겨나고 통합되면서 실현되고 있다. 이러한 시대의 변화와 관련된 기술 정보를 아는 것은 중요하다. 센서 기술에 대한 이야기가 언급된 것은 오래되었지만 어떤 혁신과 관련되었는지, 어떤 산업에 이바지했는지, 우리 생활을 어떻게 바꾸었는지, 센서가 응용되는 시스템에 대해서는 이야기가 나오기는 해도 센서가 이룬 역할이나 무엇 때문에 센서가 필요했는지 등에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 여기에서 설명하는 홀 소자는 21세기의 마지막 20년간의 가정용 VTR이나 PC 개발 보급과 깊은 관계를 가진 기술이다. 이 관계에 대한 것이 현재의 정보기술사회에서 센서 기술의 역할이 가진 중요성을 분명히 하고 더 나아가 센서를 많이 사용하는 시대를 맞이하였음을 상징하는 자기 센서다. 연구 개발이나 공학 연구에 뜻을 두고 앞으로 연구 개발이나 사물을 만들기를 원하는 기술자나 연구자에게 있어서 유익한 정보다. 이런 일을 알기 쉽게 전달하는 것이 여기서 설명하는 내용이 가진 취지다.
현재 실용화되어 사용되고 있는 홀 소자는 큰 자계 검출의 기능을 나타내는 재료, 즉 홀 효과가 크고 따라서 전자 이동도가 크다. 또한, 전자 밀도가 금속에 비해 적은 Ⅲ-V족 화합물 반도체의 InSb, InAs나 GaAs 등 n형 반도체 박막이나 박층, 양자우물 등이 사용되고 있다.
홀 소자의 연구는 미국 벨 연구소의 G.L.Pearson이 1948년에 게르마늄의 홀 효과를 이용한 자계 측정기 제작이 최초다(3). 1958년 독일의 G. Gunther는 높은 전자 이동도가 발견된 InSb 박막에 3온도 증착법을 이용한 제작을 제안했다(4)(5). 일본에서는 1960년에 논문을 발표한 도쿄공업대학의 사카이, 오시타의 InSb 증착에 대한 선구적인 연구가 있다(6). 또한, 당시에 전기 시험소에서는 가타오카의 그룹이 홀 소자를 포함하는 자전 변화 소자에 대해 연구 조사하였으며 그 연구 성과를 정리한 저서 「자전 변환 소자」가 1965년에 출판되었다(7). 모두 선구적 연구라고 할 수준이었으며, 홀 모터의 자기 센서로서 그리고 전자 기기에 사용하는 전자 부품으로서 높은 범용성을 가진 비접촉 센서로서 사용할 수 있는 수준의 InSb 홀 소자 기술이 아닌 선구 역할을 한 기초 연구였다.
이번 회에는 지금 현재 널리 응용되는 자기 센서이면서 가장 많이 사용되는 고감도 박막 홀 소자의 연구 개발 과정과 기술의 현재 상황, 그리고 응용에 대해 설명하도록 한다.

(후략)

 

柴崎 一郎 / (일사)차세대센서협의회 본 기사는 2020년 4월호에 게재되었습니다. J1.jpg

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