| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2004년 봄 (05/14 ~ 05/14, 강릉대학교) |
| 권호 | 10권 1호 |
| 발표분야 | 기타 |
| 제목 | PZT 박막을 이용한 마이크로 다이아프램의 특성에 관한 연구 |
| 초록 | MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술을 이용한 미세소자의 제작 및 특성에 관한 연구는 재료, 전자, 기계, 전기, 의료, 산업분야 등의 다양한 분야에서 미세정밀제어, 소형화 그리고 경량화 등의 응용성을 토대로 빠르게 발전해 왔다. 특히 압전재료를 이용한 MEMS소자의 경우 다른 트랜스듀서와 비교했을 때 작은 변위, 높은 구동 전압에도 불구하고 인가전압에 따른 변위의 제어가 용이하고, 낮은 전력 손실, 빠른 응답성 그리고 발생력 등의 우수한 장점을 기반으로 센서와 액추에이터로 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 강유전성 뿐 아니라 우수한 초전성, 압전성을 갖는 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)박막을 micro electro mechanical system(MEMS) 공정을 이용하여 압전 구동형의 micro-pump로 응용성을 갖는 정사각형의 micro-diaphragm을 제작하였다. Diaphragm 사용되는 압전 구동층은 morphtropic phase boundary(MPB) 조성영역인 Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3 용액을 sol-gel법으로 제작하여 Spin Coating으로 박막을 형성하였고 coating 횟수를 증가시켜서 두께를 증가시켰다. 사용된 기판은 low temperature oxide(LTO)/SiNx/Si 기판을 사용하였다. 상·하부전극은 Pt를 DC magnetron sputtering법으로 형성하였고, Pt의 접합층으로는 Ta을 사용하였다. 제작된 PZT 박막은 (111)방향으로 성장하였고 유전상수는 800, 유전손실은 100~100kHz범위에서 3%정도의 범위를 갖으며 잔류분극은 20μC/cm2을 갖는 특성을 나타내었다. 마이크로 다이아프램의 공진주파수는 HP4194A impedance analyzer를 통해 측정하였으며 변위는 laser vibrometery를 통해 측정하였다. PZT 두께가 5000Å인 300μmX300μm의 마이크로 다이아프램의 경우 기본공진주파수는 340~360kHz, 15V에서의 변위는 0.108~0.135μm로 측정되었으며 PZT 두께가 5000Å인 400μmX400μm의 경우 기본공진주파수는 240~260kHz, 15V에서의 변위는 0.117~0.139μm로 측정되었다. 일반적으로 transducer의 경우 기계적 경계조건에 의해 전기, 기계적 특성이 변화함에 따라 PZT의 지지층인 SiNx의 크기는 고정시키고 PZT의 크기를 다양하게 변화시켜 그에 따른 공진주파수의 변화와 변위의 변화를 관찰하였고 PZT두께 변화에 따른 전기적 기계적 특성을 관찰하였다. |
| 저자 | 백준규, 신상훈, 나선웅, 이내응, 이재찬 |
| 소속 | 성균관대 |
| 키워드 | MEMS; piezo actuator; micro-diaphragm |
