일반기술

반도체 재료를 이용한 소형 연료전지의 바이폴라 플레이트 제조방법

○ 기술발명의 목적: 반도체 재료들을 이용한 소형 연료전지의 bipolar plate 제작 방법○ 기술 요약 및 특징: 본 발명은 소형 연료전지, 직접메탄올 연료전지 등의 제작에 이용되는 bipolar plate를 반도체 재료(Si, SiC/Si)를 이용하여 제작하는 기술이다.먼저 실리콘 혹은 Si 위에 증착된 탄화규소 박막 표면 위에 사진공정과 습식 (혹은 건식) 식각공정 을 이용하여 연료가 흐를 수 있는 유로를 형성한다. 그 구조 위에 화학기상증착법, 분자선증착법, 플라즈마화학기상증착법 혹은 스퍼터링법을 이용하여 SiO2 (혹은 SiNX) 절연체 박막을 증착한다. 끝으로 그 위에 금속접합공정을 이용하여 집전체 역할을 하는 금속 (Pt, Ru, Pd, Au)을 접합하여 반도체 재료를 이용한 bipolar plate를 제작한다. 이렇게 제작된 bipolar plate를 소형 연료전지 제작에 이용한다.○ 색인어: 연료전지, bipolar plate, 반도체 재료 (Si, SiC/Si), 금속접합, 식각(에칭)본 발명은 가) bipolar plate 재료로 Si과 SiC/Si 반도체를 사용하는 기술, 나) 실리콘 표면 위에 탄화규소 (SiC)박막을 형성하는 기술, 다) 이들 반도체 표면을 사진공정과 습식 (혹은 건식) 식각공정을 이용하여 기체 (혹은 액체) 연료의 유로를 형성하는 기술, 라) 이들 반도체 표면 위에 절연체인 SiNx 또는 SiOx 를 형성하는 기술, 마) 상기 유로가 형성된 기판위에 금속접합을 하는 기술, 바) 이들 반도체 재료로 제작한 bipolar plate를 이용하여 연료전지를 제작하는 기술로 이루어져 있다.[실시예 1] 실리콘 기판위에 탄화규소박막을 형성하는 기술실리콘 기판위에 SiC를 박막을 성장하기 위해 기판을 15×15mm2의 크기로 절단하였다. Si의 표면에 존재할 수 있는 유기물과 자연 산화막 등의 불순물을 제거하기 위하여 아세톤으로 3분 동안 초음파 세척을 후 후, 5% 희석된 HF수용액에 3분간 처리하여 N2 기체로 건조시킨다. 이러한 전처리 과정을 한 후 기판을 반응기내에 장착하고 30분 동안 감압한 후 반응기내의 잔류기체를 완전히 제거하기 위해 수소기체로 10분 동안 purging하였다. 장착중에 발생할 수 있는 산화막을 제거하기 위해 수소분위기에서 1100℃까지 승온하여 5분 동안 수소 식각을 유지한 후 상온까지 냉각하였다. 냉각된 Si 기판위에 SiC를 성장하기 위해 25℃/sec의 속도로 승온한 후 공급기체인 TMS을 공급하여 100㎛의 두께를 갖는 SiC를 성장하였다.[실시예 2] Si과 SiC/Si 반도체 표면에 습식 (혹은 건식) 식각공정을 이용하여 연료 (기체 및 액체)의 유로를 형성하는기술반도체 재료를 bipolar plate에 이용하기 위해 Si과 SiC 및 SiC/Si 반도체 표면에 연료의 유로를 형성하기 위해, 먼저 다음과 같이 사진•식각공정을 실시한다. 포토레지스트를 반도체 표면 위에 균일하게 코팅시킨 후 표준 노광공정을 이용하여 P/R에 stripe line 식각한다. 이 때 선폭길이는 500㎛, 선폭간격은 300㎛, 그리고 깊이는 200㎛를 유지하도록 만든다. P/R에 형성된 선폭을 반도체 표면에 동일 크기로 전송하여 유로를 만들기 위해 식각공정을 수행한다.