KR100437764B1 - 상전이 재료를 이용한 광 구동 마이크로 모터 - Google Patents

상전이 재료를 이용한 광 구동 마이크로 모터 Download PDF

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KR100437764B1 KR10-2001-0033560A KR20010033560A KR100437764B1 KR 100437764 B1 KR100437764 B1 KR 100437764B1 KR 20010033560 A KR20010033560 A KR 20010033560A KR 100437764 B1 KR100437764 B1 KR 100437764B1
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Abstract

본 발명은 전원을 내장할 필요가 없고, 에너지를 바꾸기 위한 복잡한 장치가 필요가 없어서 무선 에너지 공급 시스템으로 사용하기에 적당한 마이크로 모터를 제공하기 위하여, 반복적인 온도변화에 따라 결정질과 비정질 사이에서 가역 상전이를 일으킬 수 있는 칼코겐화물 재료로 이루어진 구조물을 포함하고, 상기 상전이가 일어날 때 발생하는 부피변화에 의한 구조물의 변형을 구동력으로 이용하는 마이크로 모터를 제공한다. 상기 부피변화는 적어도 하나의 레이저빔의 반복 조사, 파장 변화 또는 강약 변화에 의한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 마이크로 모터를 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술에 이용함으로써, 고효율의 소형 MEMS를 실현시키고, 그에 따라 응용 분야를 넓히는데 기여할 수 있다.

Description

상전이 재료를 이용한 광 구동 마이크로 모터{OPTICALLY DRIVEN MICRO MOTOR USING PHASE CHANGE MATERIAL}
본 발명은 상전이 재료를 이용한 광 구동 마이크로 모터 또는 마이크로 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미소기전시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical System)에 사용가능한 무선 에너지 전달 시스템의 목적으로 상전이 재료, 특히 칼코겐화물(chalcogenide) 재료를 사용하여 레이저빔에 의해서 구동되는 마이크로 모터 또는 마이크로 액추에이터에 관한 것이다.
모든 전자 제품의 경박단소화(輕薄單小化)는 모든 전기적/기계적인 일이 마이크로 미터 크기에서 이루어지는 미소기전시스템을 낳았다. 미소기전시스템을 이용한 모터나 광 스위치, 자이로스코프(gyroscope), 가감속계, 통신소자, 진단 및 의료용 소자 등은 이미 우리 생활에 아주 가까이 있으며, 일부는 기존의 시장으로 진입하여 매출을 발생시키고 있는 실정이다.
최근 MEMS의 소형화와 에너지 자급(self-supporting) 능력이 점점 중요해짐에 따라, 이러한 특성들을 현실화시킬 수 있는 무선 에너지 공급 시스템(wireless energy supply system)이 MEMS 구조에서 중요한 분야로 부각되고 있다. 이러한 무선 에너지 공급 시스템은 전원(배터리)을 내장하지 않고 외부에서 전자기파(RF), 마이크로파(MW) 또는 광을 이용하여 에너지를 전달할 수 있다. 예를 들어, MEMS에서 추구하는 마이크로 로봇의 경우, 도 1a 내지 도 1j에서 보여준 바와 같이 다양한 응용 분야에 사용되는 것을 그 목표로 하고 있다.
그러나, 이러한 응용이 어려운 이유는 아직까지 마이크로 로봇이나 MEMS 제품들이 에너지 자급 능력이 없기 때문이며, 현재까지는 배터리나 외부 전원을 이용하여 구동되고 있는 실정이다. 또한, MEMS의 응용처가 계속해서 넓어지지 못하는 큰 이유 중의 하나도 바로 무선 에너지 공급시스템에 대한 적당한 대안이 없기 때문이다.
현재 많이 거론되고 있는 무선 에너지 공급 시스템은, 태양전지를 이용하는 방법, 라디오파 대역의 전자파나 마이크로파를 받아서 에너지를 이용하는 방법, 광 에너지를 받아서 이를 이용하는 방법 등이 거론되고 있다. 하지만, 모두 광에너지나 전자파 에너지를 전기 에너지로 바꾸고 이를 다시 기계적인 에너지로 바꾸어야 하기 때문에 매우 효율이 낮으며 이런 복잡한 디바이스를 MEMS 구조물에 넣을 경우, 구조물 자체가 너무 커져 집적화에 따른 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 온도 변화에 의해 가역 상전이를 일으키는 상전이 재료를 사용하여 상전이시 발생하는 부피 변화를 이용하는 미소기전 시스템의 무선 마이크로 모터 또는 마이크로 액추에이터를 제공하여, MEMS의 소형화와 에너지 자급 능력을 해결하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 강한 레이저빔을 이용하여 상전이 재료를 용융점 이상으로 가열하여 결정질에서 비정질로 상전이를 유도하고 이 때 발생하는 부피 변화를 구동력으로 이용하고, 약한 레이저빔 조사를 통하여 다시 비정질에서 결정질로 상전이를 유도하고 이 때의 부피 변화를 역으로 이용하는 마이크로 모터 또는 마이크로 액추에이터를 제공한다.
본 발명은 상전이 재료의 상전이 시 발생하는 부피 변화를 이용하는 마이크로 모터 또는 마이크로 액추에이터의 다양한 구조물을 제안한다.
도 1a 내지 도 1j는 종래의 MEMS 기술에서 마이크로 로봇의 다양한 응용 분야를 보여주는 것으로, 도 1a는 송수관 내의 검사, 도 1b는 플랜트의 정밀 검사, 도 1c는 빌딩이나 교량의 모니터링, 도 1d는 비행기 엔진 내부에서의 진단 수리, 도 1e는 컨트롤러의 회로보드의 검사, 도 1f는 파이프 내로 이송되는 화학 약품의 온라인 모니터링, 도 1g는 토양과 농작물의 온라인 모니터링, 도 1h는 가축 건강에 대한 온라인 모니터링, 도 1i는 수질 오염의 모니터링 및 도 1j는 대기 오염 또는 기상 관측의 모니터링 작업 및 데이터 송신 작업을 보여준다.
도 2는 주로 이용되는 유사이원계 합금 형태의 칼코겐화물을 보여준다.
도 3은 칼코겐화물 재료의 결정 구조를 보여준다.
도 4는 결정질과 비정질 상태의 TEM 사진 및 전자회절 패턴을 보여준다.
도 5는 온도변화에 따른 칼코겐화물 재료의 상전이를 보여주는 그래프이다.
도 6은 칼코겐화물 재료의 조성에 따른 응답시간을 보여준다.
도 7은 레이저빔 조사에 의한 칼코겐화물 구조물의 변형과 꼬리 운동을 보여준다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 모터 구조의 사시도로서, 도 8a는 단일의 레이저빔에 의해 구동되는 예를 예시하고, 도 8b는 다수의 레이저빔에 의해 구동되는 예를 예시한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 모터 구조의 정면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 모터 구조의 정면도로서, 도 10a는 모터의 일측면에 레이저빔 강약 조절 수단이 형성되어 있는 예를 예시하고, 도 10b는 모터의 양측면에 레이저빔 강약 조절 수단이 형성되어 있는 예를 예시한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반복적인 온도변화에 따라 결정질과 비정질 사이에서 가역 상전이를 일으킬 수 있는 칼코겐화물 재료로 이루어진 구조물을 포함하고, 상기 상전이가 일어날 때 발생하는 부피변화에 의한 구조물의 변형을 구동력으로 이용하는 마이크로 모터를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 상기 가역 상전이를 일으킬 수 있는 재료는 상기 재료는 칼코겐화물로만 한정되는 것이 아니고, 온도변화에 따라 상전이를 일으킬 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 좋다. 그리고 상기 온도변화는 적어도 하나의 레이저빔의 반복 조사, 파장 변화 또는 강약 변화에 의한 것이다.
본 명세서와 청구범위에서 사용되는 레이저빔의 "반복 조사"라 함은 강한 레이저빔과 약한 레이저빔을 교대로 반복 조사하는 것을 의미한다. 또한, 레이저빔의 "파장 변화"라 함은 두개의 다른 파장의 레이저빔을 교대로 연속 조사하는 것을 의미한다. 레이저빔의 파장에 따라 흡수율이 다르므로 같은 시간을 조사하더라도 레이저빔의 파장에 따라 흡수율이 다르다. 그러므로 파장에 따라 용융 조건과 서냉 조건이 반복하게 되고 이로부터 꼬리 운동이 가능하게 되는 원리이다. 또한, 레이저빔의 "강약 변화"라 함은 레이저빔을 반복 조사하지 않고 한파장의 레이저빔을 연속해서 조사할 수 있도록 레이저빔의 투과율을 다르게 하는 것을 의미한다.
본 발명은 하우징과; 상기 하우징 내에서 회전가능하게 설치되어 있으며, 그 외주면을 따라 상기 구조물이 복수개 배치되어 있는 회전체와; 상기 회전체와 상기 하우징 사이에 채워진 유체를 구비하고 있으며, 레이저빔의 반복 조사에 의해 칼코겐화물 구조물이 반복적인 꼬리 운동을 함으로써, 상기 구조물과 상기 유체와의 작용 반작용에 의해 상기 회전체가 회전되는 마이크로 모터를 제공한다.
상기 회전체는 원통형이고, 상기 구조물은 상기 회전체의 법선상에 위치하는 수직막대 또는 수직판 모양으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 구조물이 수직 막대의 모양인 경우에, 상기 구조물은 상기 회전체의 축방향을 따라 열을 이룰 수도 있다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 칼코겐화물 구조물이 설치되어 있는 하우징과; 상기 하우징 내에서 회전가능하게 설치되어 있고, 그 외주면을 따라 배치된 복수개의 돌출부를 갖는 회전체를 구비하고 있으며, 레이저빔의 반복 조사에 의해 상기 구조물이 반복적인 꼬리 운동을 할 때, 상기 구조물의 자유단이 상기 돌출부의 자유단을 밀어 상기 회전체를 연속적으로 회전시키는 마이크로 모터를 제공한다.
본 발명은 또한 하우징과; 상기 하우징 내에서 회전가능하게 설치되어 있는 회전체와; 상기 회전체의 외주면을 따라서 복수개 설치되어 있고, 그 길이 방향을 따라 적어도 하나의 칼코겐화물 구조물이 지지되어 있는 지지체와; 상기 회전체와 상기 하우징 사이에 채워진 유체를 구비하고 있으며, 레이저빔의 강약 변화에 의해 상기 구조물이 반복적인 꼬리 운동을 함으로써, 상기 구조물과 상기 유체와의 작용 반작용에 의해 상기 회전체가 회전되는 마이크로 모터를 제공한다.
상기 회전체는 원통형이고, 상기 지지체는 상기 회전체의 법선상에 위치하고, 상기 구조물은 상기 지지체의 길이 방향을 따르며, 상기 회전체의 접선과 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 또한 상기 구조물은 수직막대 또는 수직판 모양으로 형성될 수 있다.
상기 레이저빔의 강약 변화는 적어도 하나의 레이저빔 강약 조절 수단에 의해서 이루어지며, 상기 레이저빔 강약 조절 수단은 상기 하우징의 일측면 또는 양측면 모두에 배치될 수 있다. 상기 하우징의 일측면에 형성되는 경우에, 상기 강약 조절 수단은 상기 레이저빔이 입사되는 곳에 위치되고, 레이저빔 투과율이 다른 2개의 창을 교대로 반복 배치하여 완성된다. 이 때, 레이저빔 투과율이 다른 2개의 창은 각각 레이저빔을 그대로 투과시킬 수 있는 완전 투과창 및 일부만 투과시킬 수 있는 반투과창으로 구성된다. 한편, 상기 하우징의 양측면에 형성되는 경우라면, 상기 강약 조절 수단은 각각 상기 레이저빔이 입사되는 곳에 위치되고, 완전 투과창, 반투과창 및 불투과창을 교대로 반복 배치하여 완성된다. 또한, 상기 강약 조절 수단의 3개 창은 양측면에서 상기 회전체의 축방향을 기준으로 중심창(반투과창)은 서로 동일하고, 양측 창(완전 투과창 및 불투과창)은 서로 반대의 투과율을 갖도록 배치된다.
본 발명은 또한 칼코겐화물 구조물의 끝단에 페달 또는 지느러미 모양의 구조물이 더 형성되어 있는 마이크로 모터를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서 상전이 재료로 사용하는 칼코겐화물은 원소 주기율표 상의 Ⅵ족 원소를 포함하는 화합물을 통칭하는 것으로, 황(S), 셀레늄(Se), 텔루르(Te) 등이 있으며, 주요 특징은 상전이 합금(phase-change alloy)이라는 점이다. 주로 거론되는 칼코겐화물 재료는 하기 표 1과 같다.
이원계 삼원계 사원계
GaSb Ge2Sb2Te5 AgInSbTe
InSb InSbTe (GeSn)SbTe
InSe GaSeTe GeSb(SeTe)
Sb2Te3 SnSb2Te4 Te81Ge15Sb2S2
GeTe InSbGe
상기 칼코겐화물 중에서 널리 사용되는 GeSbTe계 합금은 주로 도 2와 같이 유사이원계(Pseudo-binary) 합금의 형태로 사용된다. 즉, 안티몬(Sb)과 텔루르(Te)의 화합물인 Sb2Te3와 텔루르(Te)와 게르마늄(Ge)의 화합물인 GeTe의 두 가지 물질을 이용하여 적절한 비율로 섞어주면, GexSbyTez라는 삼원계 물질 중 147(Ge1Sb4Te7),124(Ge1Sb2Te4), 225(Ge2Sb2Te5) 또는 415(Ge4Sb1Te5) 상을 얻을 수가 있다. 이 물질의 결정 구조는 도 3과 같으며, 온도 변화에 따라 결정질/비정질 상전이를 하는데, 도 4는 비정질과 결정질 상태의 TEM 사진과 전자 회절 패턴을 보여주고 있다. 이 때, 특징들은 다음과 같다.
비정질 결정질
- 단거리 원자 질서도 - 장거리 원자 질서도
- 낮은 자유 전자 밀도 - 높은 자유 전자 밀도
- 높은 활동 에너지 - 낮은 활동 에너지
- 높은 저항성 - 낮은 저항성
앞서 말한 것처럼, 칼코겐화물 재료의 주된 특징은 온도 변화에 따라 빠른 속도로 상전이를 한다는 것이다. 예를 들어 도 5의 그래프에서와 같이, 온도가 변화함에 따라 비정질과 결정질 사이에서 상전이를 하며, 이 때 물질의 저항값도 큰 폭으로 변하는 것을 알 수 있다.
상기 칼코겐화물 재료의 비정질에서 결정질로의 상전이를 유도하기 위해서는 용융점 이상의 온도로 올려주어야 하며, 온도 조절 방법은 전기 에너지(주로, 전류 펄스를 이용함)를 이용하는 방법과 레이저 등의 광에너지를 이용하는 방법 등이 있다. 중요한 Ge-Sb-Te계 물질의 용융점과 용융잠열은 표 2와 같으며, 주로 대략 600 내지 700도 정도의 온도를 필요로 한다. 이와 같은 칼코겐화물의 큰 특징 중 하나는 1013번의 상전이를 반복하더라도 고장(failure)이 없다는 점이다. 즉, 수명이 매우 길다는 특징을 갖는다.
합금계 GeSb2Te4 Ge2Sb2Te5 Ge4SbTe5
고체->액체:용융점(℃)용융열(J/㎤) 617587 634559 690576
최근 이러한 칼코겐화물 재료들은 주로 CD-RW, DVD-Rewritable, PD(페이스 듀얼(phase dual) 방식의 마쯔시다 파워 드라이버(Power Driver)) 등의 상전이를 이용하는 상전이형 광기록 매체의 기록재료로 널리 사용되고 있다.
광기록 매체의 경우, 보통 1 ㎛의 스폿 크기(spot size)에서 약 10 ㎽ 출력의 레이저를 조사하여 기록재료인 칼코겐화물의 용융을 통해 정보를 기록하고, 약 4 ㎽ 출력의 레이저를 조사하여 이를 다시 결정질로 바꾸어 정보를 지우는 원리에 따라 작동된다. 다시 말하면, 약 10 ㎽ 출력의 레이저빔이 조사되면 대략 600 내지 700도에서 용융 되었다가 급냉(quenching)되면서 비정질 상태(amorphous phase)로 바뀌고, 다시 약 4 ㎽의 레이저빔이 조사되면 가열되어 결정질 상태(crystalline phase)로 바뀐다. 이는 이 때의 온도가 600 내지 700도까지 상승하지 않고 대략 400도 정도로만 상승하여 급냉이 아닌 서냉(mild annealing)이 일어나기 때문에 발생하는 현상이다. 결국, 이러한 원리에 의해 강한 빔과 약한 빔의 반복을 통하여 정보를 지우고 쓸 수 있다. 즉, 칼코겐화물의 상전이를 반복할 수 있다는 의미이다.
이러한 칼코겐화물의 상전이 시의 부피 변화율은 상당히 큰 편이다. 이 때 상전이된 물질의 저항값도 크게 변한다. 본 발명은 칼코겐화물과 같은 상전이 재료의 상전이 시에 발생하는 5 내지 6%의 큰 부피 변화율을 이용하여 마이크로 모터를 제작하는 것을 주목적으로 한다. 물론, 칼코겐화물의 두께 변화는 제작 기술에 따라 15% 정도까지도 변하게 만들 수 있다. 또한, 상전이 시간은 수십 나노초 정도로 매우 빠르다고 알려져 있다. 도 6은 칼코겐화물 재료의 조성에 따른 응답시간을 나타낸 것으로, 상전이 시간이 수십 나노초 정도로 매우 빠름을 알 수 있다.
칼코겐화물 재료를 이용한 마이크로 액추에이터의 기본 동작 원리는 도 7과 같고, 이하 도 7을 참고로 자세히 설명한다. 코스퍼터링(co-sputtering) 및 건식 에칭(dry-etching) 등의 방법을 이용하여, 수직판 또는 수직 막대 모양으로 칼코겐화물 구조물을 만든다. 이렇게 만든 구조물에 강한 레이저빔을 조사하면 레이저빔이 조사되는 측면에서만 결정질에서 비정질로 상전이가 일어난다. 이 때 상기 구조물의 레이저빔이 조사된 측면에 5 내지 6%의 부피 변화가 일어나면서 상기 구조물은 휘게 된다. 다시 원상태로 복귀시키기 위하여 서냉만 일어나는 조건으로 레이저빔을 조사하면 비정질에서 다시 결정질로 변화가 일어나 원래 모양으로 돌아오게 되는 원리이다. 다시 요약하면, 상기 구조물에 강한 레이저빔과 약한 레이저빔을 반복적으로 조사하게 되면 매우 빠른 상전이를 통한 꼬리 운동을 발생하게 되고, 이러한 운동이 유체 속에서 이루어질 경우, 유체와의 작용 반작용을 받게 되거나, 하우징에 지지된 상태로 이루어질 경우 회전체의 돌출부를 밀어서 모터로서 작동할 수 있게 된다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 칼코겐 구조물의 "꼬리 운동"이라 함은 상술된 것처럼, 온도 변화에 따라, 예를 들어, 레이저빔의 반복 조사, 파장 변화,강약 변화에 따라 구조물이 휘었다 펴졌다 하는 동작의 반복을 의미한다.
이하에서는 도면을 참고로 본 발명의 실시예가 더 상세히 설명될 것이나, 이는 본 발명을 제한하려는 것이 아니고, 단지 설명하기 위한 것으로 인식되어야 한다. 또한 당업자들에게는 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명의 변형 또는 변경이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 명세서에서 마이크로 모터만을 기술하고 있음에도 불구하고, 본 발명의 마이크로 모터는 마이크로 액추에이터와 균등물로 사용되는데, 이는 당업자에게 본 발명의 원리를 이용하여 마이크로 모터를 마이크로 액추에이터로 변형 또는 변경할 수 있음이 자명하기 때문이다.
도 8, 도 9 및 도 10에서는 상기한 바와 같은 칼코겐화물의 성질을 이용하여 회전 운동을 일으키는 마이크로 모터가 도시되어 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 마이크로 모터는 칼코겐화물 구조물에 강약 레이저 또는 적어도 2개의 파장 변화를 갖는 레이저를 반복 조사하는 방법에 해당되는 반면, 도 10은 반복적으로 레이저빔을 조사하지 않고 연속적으로 레이저빔을 조사하는 방법에 해당된다.
먼저, 도 8a 및 8b에는 하우징(11)과, 상기 하우징(11) 내에서 회전가능하게 설치되어 있으며, 그 외주면을 따라 막대형 칼코겐화물 구조물(12)이 복수개 배치되어 있는 원통형의 회전체(13)와, 상기 회전체(13)와 상기 하우징(11) 사이에 채워진 유체(14)를 구비하고 있는 마이크로 모터(1, 1')가 도시되어 있다. 바람직하게는, 상기 구조물(12)은 상기 회전체(13)의 축방향을 따라 열을 이루어 형성된다. 상기 마이크로 모터(1, 1')는 레이저빔의 반복 조사에 의해 상기 구조물(12)이 반복적인 꼬리 운동을 할 때, 상기 구조물(12)과 상기 유체(14)와의 작용 반작용이 유도되어 상기 회전체(13)가 회전됨에 따라 작동, 즉, 회전된다. 마이크로 모터(1')와 같이 그 구동 효율을 높이기 위해 레이저빔이 여러 방향에서 조사될 수도 있다.
도 9에는 적어도 하나의 칼코겐화물 구조물(22)이 설치되어 있는 하우징(도시되어 있지 않음)과, 상기 하우징 내에서 회전가능하게 설치되어 있고, 그 외주면을 따라 배치된 복수개의 돌출부(232)를 갖는 회전체(23)를 구비하고 있는 마이크로 모터(2)가 도시되어 있다. 도 9에서 상기 구조물(22)은 상기 하우징의 일부분 또는 지지물(21') 상에 지지되어 있다. 여기서 상기 지지물은 하우징과 일체형으로 형성되어 질 수도 있다. 상기 마이크로 모터(2)는 레이저빔의 반복 조사에 의해 상기 구조물(22)이 반복적으로 꼬리 운동을 할 때, 상기 구조물(22)의 자유단이 상기 돌출부(232)의 자유단을 밀어 상기 회전체(23)가 연속적으로 회전됨에 따라 작동된다. 도 8의 실시예에서와 동일한 원리에서, 상기 회전체(23)의 구동 효율을 높이기 위해, 다수개의 구조물(23)이 상기 하우징의 내주면을 따라 설치될 수 있으며, 이에 따라 다수개의 레이저빔이 제공되어질 수도 있다.
도 10a 및 도 10b에는 하우징(31)과; 상기 하우징(31) 내에서 회전가능하게 설치되어 있는 회전체(33)와; 상기 회전체(33)의 외주면을 따라서 복수개 설치되어 있고, 그 길이 방향을 따라 적어도 하나의 칼코겐화물 구조물(32)이 지지되어 있는 지지체(332)와; 상기 회전체(33)와 상기 하우징(31) 사이에 채워진 유체(34)를 구비하고 있는 마이크로 모터(3, 3')가 도시되어 있다. 상기 마이크로 모터(3, 3')는레이저빔의 강약 변화에 의해 상기 구조물(32)이 반복적인 꼬리 운동을 할 때, 상기 구조물(32)과 상기 유체(34)와의 작용 반작용이 유도되어 상기 회전체(33)가 회전됨에 따라 작동된다.
상기 레이저빔의 강약 변화는 적어도 하나의 레이저빔 강약 조절 수단(35, 35')에 의해서 이루어진다. 도 10a에서, 상기 강약 조절 수단(35)은 상기 하우징(31)의 일측면에 상기 레이저빔이 입사되는 곳에 위치되고, 레이저빔을 그대로 투과시킬 수 있는 완전 투과창(H) 및 일부만 투과시킬 수 있는 반투과창(L)을 교대로 반복 배치함으로써 이루어진다. 이러한 배치는 레이저빔을 반복 조사하지 않고 연속 조사함으로써 회전운동이 가능하므로 레이저빔을 쵸핑하지 않아도 된다는 장점, 즉, 레이저빔 발생 장치의 단순화를 꾀할 수 있는 장점을 갖는다. 물론 효율을 높이기 위하여, 완전 투과창(H)과 반투과창(L)의 영역 크기를 최적으로 설계할 필요는 있다.
이처럼, 도 10a의 원리는 레이저빔의 투과율이 다른 창을 적절히 배치하여 H 영역에서는 레이저빔이 그대로 통과하게 만들고, L 영역에서는 빔이 일부만 통과하여 약하게 만들면 한 파장의 레이저빔을 계속 조사하더라도 반복적인 운동을 통한 구동력을 얻게 되는 것이다.
한편, 도 10b에서와 같이, 회전체(33)의 구동력을 더욱 강화하기 위해 레이저빔 강약 조절 수단(35')은 하우징의 뒷면과 앞면의 양측면에 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 강약 조절 수단은(35') 모터(3') 양측면 각각의 레이저빔이 입사되는 곳에 위치되고, 완전 투과창(H), 반투과창(L) 및 불투과창(B)을 교대로 반복 배치함으로써 이루어진다. 이 때, 상기 모터(3') 양측면에 각각 위치하는 상기 강약 조절 수단은 상기 회전체의 축방향을 기준으로 중심창(반투과창(L))은 서로 동일하고, 양쪽 창(완전 투과창(H) 및 불투과창(B))은 서로 반대의 투과율을 갖도록 배치될 수 있다.
또한, 본 발명은 더 큰 구동력을 얻기 위해 도 8a, 도 8b, 도 9 및 도 10의 모든 실시예에 있어서, 모든 상기 칼코겐화물 구조물의 끝단에 페달 또는 지느러미 모양의 구조물(도시되어 있지 않음)을 더 형성시킬 수도 있다.
본 발명은 전원을 내장할 필요가 없고, 에너지를 바꾸기 위한 복잡한 장치를 필요로 하지 않으므로 무선 에너지 공급 시스템으로 사용하기에 적당한 마이크로 모터를 제공하고, 이를 MEMS 기술에 이용함으로써, 고효율의 소형 MEMS를 실현시키고, 그에 따라 응용 분야를 넓히는데 기여할 수 있다.

Claims (16)

  1. 반복적인 온도변화에 따라 결정질과 비정질 사이에서 가역 상전이를 일으킬 수 있는 칼코겐화물로 이루어진 구조물을 포함하고, 상기 상전이가 일어날 때 발생하는 부피변화에 의한 구조물의 변형을 구동력으로 이용하는 마이크로 모터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부피변화는 적어도 하나의 레이저빔의 반복 조사, 파장 변화 또는 강약 변화에 의한 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 구조물은
    하우징과;
    상기 하우징 내에서 회전가능하게 설치되어 있으며, 그 외주면을 따라 상기 구조물이 복수개 배치되어 있는 회전체와;
    상기 회전체와 상기 하우징 사이에 채워진 유체를 구비하고 있으며,
    상기 레이저빔의 반복 조사에 의해 상기 구조물이 반복적인 꼬리 운동을 함으로써, 상기 구조물과 상기 유체와의 작용 반작용에 의해 상기 회전체가 회전되는 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전체는 원통형이고, 상기 구조물은 상기 회전체의 법선상에 위치하는 수직 막대 또는 수직판인 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수직 막대는 상기 회전체의 축방향을 따라 열을 이루는 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  7. 제 3 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 구조물이 설치되어 있는 하우징과;
    상기 하우징 내에서 회전가능하게 설치되어 있고, 그 외주면을 따라 배치된 복수개의 돌출부를 갖는 회전체를 구비하고 있으며,
    상기 레이저빔의 반복 조사에 의해 상기 구조물이 반복적인 꼬리 운동을 할 때, 상기 구조물의 자유단이 상기 돌출부의 자유단을 밀어 상기 회전체를 연속적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  8. 제 3 항에 있어서,
    하우징과;
    상기 하우징 내에서 회전가능하게 설치되어 있는 회전체와;
    상기 회전체의 외주면을 따라서 복수개 설치되어 있고, 그 길이 방향을 따라 적어도 하나의 상기 구조물이 지지되어 있는 지지체와;
    상기 회전체와 상기 하우징 사이에 채워진 유체를 구비하고 있으며,
    상기 레이저빔의 강약 변화에 의해 상기 구조물이 반복적인 꼬리 운동을 함으로써, 상기 구조물과 상기 유체와의 작용 반작용에 의해 상기 회전체가 회전되는 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 회전체는 원통형이고, 상기 지지체는 상기 회전체의 법선상에 위치하고, 상기 구조물은 상기 지지체의 길이 방향을 따르면서, 상기 회전체의 접선과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저빔의 강약 변화는 적어도 하나의 레이저빔 강약 조절 수단에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저빔 강약 조절 수단은 상기 하우징의 일측면에서 상기 레이저빔이입사되는 곳에 위치되어 있고, 레이저빔 투과율이 다른 2개의 창을 교대로 반복 배치한 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조절 수단은 레이저빔을 그대로 투과시키는 완전 투과창과 일부만 투과시키는 반투과창을 교대로 반복 배치한 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저빔 강약 조절 수단은 상기 하우징의 양측면에 상기 레이저빔이 입사되는 곳에 각각 위치되어 있고, 각각의 상기 조절 수단에는 레이저빔 투과율이 다른 2개의 창과 불투과창이 교대로 1회 이상 반복 배치된 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하우징의 양 측면에 배치되는 3개의 창은 상기 회전체의 축방향을 기준으로 중심 창은 서로 동일한 투과율을 갖고 양측 창은 서로 반대의 투과율을 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 3개의 창은 상기 회전체의 축방향을 기준으로 중심 창은 레이저빔을 일부만 투과시키는 창이고, 양측 창은 레이저빔을 그대로 투과시키는 창 및 불투과창이 서로 반대로 배치된 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
  16. 제 1항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조물의 끝단에 페달 또는 지느러미 모양의 구조물이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 모터.
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