KR100918380B1 - 전기 발생 소자 어레이와 이를 구비하는 전기 발생 시스템및 그 제조방법 - Google Patents

전기 발생 소자 어레이와 이를 구비하는 전기 발생 시스템및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100918380B1
KR100918380B1 KR1020070128841A KR20070128841A KR100918380B1 KR 100918380 B1 KR100918380 B1 KR 100918380B1 KR 1020070128841 A KR1020070128841 A KR 1020070128841A KR 20070128841 A KR20070128841 A KR 20070128841A KR 100918380 B1 KR100918380 B1 KR 100918380B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cantilever
electricity generating
film
piezoelectric
electricity
Prior art date
Application number
KR1020070128841A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090061862A (ko
Inventor
고상춘
전치훈
송현우
정문연
박선희
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020070128841A priority Critical patent/KR100918380B1/ko
Publication of KR20090061862A publication Critical patent/KR20090061862A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100918380B1 publication Critical patent/KR100918380B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/304—Beam type
    • H10N30/306—Cantilevers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

본 발명은 전기 발생 소자 어레이와 시스템 및 제조방법에 관한 것으로, 기판과; 그리고 상기 기판 상에 어레이되고, 일단은 자유로이 움직일 수 있고 타단은 상기 기판에 고정되며, 상기 일단에는 관성 매스가 달려 있으며, 압전 효과에 의해 전기를 발생시키는, 공진주파수가 서로 다른 다수개의 전기 발생 단위 소자들을 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 캔틸레버의 길이 변화를 통해 공진주파수를 여러개의 어레이 소자에 의해 구분하게 하여, 진동에 의한 출력 전압을 단위 소자인 경우에 비해 보다 넓은 주파수 대역폭에 의해 반응하고 또한 높은 출력값을 얻을 수 있는 효과가 있다.
미세기전집적시스템(MEMS), 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)

Description

전기 발생 소자 어레이와 이를 구비하는 전기 발생 시스템 및 그 제조방법{POWER GENERATING DEVICE ARRAY AND SYSTEM, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전기 발생 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 압전 효과에 의해 전기를 넓은 주파수 대역에 걸쳐 자가 발생시킬 수 있는 전기 발생 소자 어레이, 이를 구비하는 전기 발생 시스템 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호:2006-S-007-02, 과제명:유비쿼터스 건강관리용 모듈 시스템]
최근 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network) 시스템의 등장으로 여러 가지 기능을 담당하는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 소자들에 대한 연구 개발의 필요성이 크게 강조되고 있다. 여러 장소의 다양한 환경하에서 센서나 액츄에이터 자신이 감지 대상에 대한 정보를 주는 형태의 유비쿼터스 시대에서 여전히 아직도 숙제로 남아있는 것은 자율적이면서 스스로 신호를 보내는 센서들의 동작 전원을 어떻게 해결해야 하느냐는 문제이다.
에너지원으로 바람, 태양, 진동 등이 있으며, 이들 물리량으로부터 USN에 적용되는 센서들에 필요한 에너지를 공급하여 이들 센서들의 위치 파악이나 수명을 더욱 연장시켜 사람에게 더욱 유익한 정보를 제공해 줄 수 있는 시스템으로 발전해야 할 것으로 여겨진다.
종래의 기술로는 상기의 연구 필요성의 배경하에 단위 소자 레벨의 전기 발생 소자나 같은 소자를 다수개 배열하여 발생 전원을 공급하는 소자, 그리고 벌크형으로 제작된 연구들이 존재한다. 단위 소자 레벨은 출력이 약하고, 같은 센서를 어레이 형태로 개발된 것은 진동에 대한 반응 주파수 대역폭이 협소하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광대역폭 주파수 특성을 가지는 전기 발생 소자 어레이, 이를 구비한 전기 발생 시스템 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 발생 소자 어레이 및 그 제조방법은, 서로 다른 길이의 캔틸레버를 가지게 하여 광대역폭 주파수에 반응하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 소자 어레이는, 기판과; 그리고 상기 기판 상에 어레이되고, 일단은 자유로이 움직일 수 있고 타단은 상기 기판에 고정되며, 상기 일단에는 관성 매스가 달려 있으며, 압전 효과에 의해 전기를 발생시키는, 공진주파수가 서로 다른 다수개의 전기 발생 단위 소자들을 포함할 수 있다.
본 실시예의 어레이에 있어서, 상기 전기 발생 단위 소자들은 서로 다른 길이의 캔틸레버를 포함할 수 있다. 상기 관성 매스는 상기 캔틸레버의 끝단에 달려있을 수 있다.
본 실시예의 어레이에 있어서, 상기 캔틸레버는 단결정 실리콘으로 구성될 수 있다. 상기 관성 매스는 실리콘 벌크로 구성될 수 있다.
본 실시예의 어레이에 있어서, 상기 전기 발생 단위 소자들 각각은: 상기 압 전 효과를 일으키는 압전막과, 상기 압전막의 상부에 배치된 상부 전극과, 그리고 상기 압전막의 하부에 배치된 하부 전극을 포함하고; 상기 캔틸레버는 상기 하부 전극을 구성할 수 있다.
본 실시예의 어레이에 있어서, 상기 기판은 상기 관성 매스가 자유로이 움직일 수 있는 공간을 제공하는 트렌치를 포함할 수 있다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 시스템은, 서로 다른 길이의 캔틸레버를 각각 포함하는 전기 발생 단위 소자들이 진동 가능하게 기판 상에 어레이되어 있는 전기 발생 소자 어레이와; 그리고 상기 전기 발생 소자 어레이에서 발생된 전기를 활용하는 전기적 장치를 포함할 수 있다.
본 실시예의 시스템에 있어서, 상기 전기 발생 단위 소자들은 상기 캔틸레버들이 서로 다른 주파수 대역에서 공진주파수로 진동하며 압전 효과에 의해 전기를 발생시키는 압전 제네레이터들을 포함할 수 있다.
본 실시예의 시스템에 있어서, 상기 압전 제네레이터들 각각은 상기 압전 효과를 일으키는 압전막이 상하부 전극에 의해 샌드위치된 구조를 포함할 수 있다.
본 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하부 전극은 상기 캔틸레버를 구성할 수 있다. 상기 전기 발생 단위 소자들 각각은 상기 캔틸레버의 끝단에 매달린 관성 매스를 포함할 수 있다.
본 실시예의 시스템에 있어서, 상기 전기 발생 단위 소자들 각각은: 일단은 상기 기판에 고정되고, 타단은 상기 기판에 고정되어 있지 아니하여 자유로운 움직임이 가능하며 상기 관성 매스가 매달려 있을 수 있다.
본 실시예의 시스템에 있어서, 상기 기판은 상기 관성 매스의 자유로운 움직일 수 있는 공간을 제공하는 트렌치를 포함할 수 있다.
본 실시예의 시스템에 있어서, 상기 전기적 장치는, 상기 전기 발생 어레이에서 발생된 전기를 정류하는 정류기와; 상기 정류기에서 정류된 전기를 축적하는 콘덴서와; 그리고 상기 콘덴서에 축적된 전기를 전원으로 사용하는 센서를 포함할 수 있다.
본 실시예의 시스템에 있어서, 상기 전기 발생 소자 어레이를 내장하는 진공의 빈 공간을 제공하는 하우징을 더 포함할 수 있다. 상기 하우징은, 상기 빈 공간의 일부를 제공하는 상부 하우징과; 그리고 상기 빈 공간의 나머지 일부를 제공하는 하부 하우징을 포함하며; 상기 상하부 하우징 중 하나는 상기 전기 발생 소자 어레이와 전기적으로 연결되는 패드와, 외부 장치와 전기적으로 연결되는 전기적 연결부를 포함할 수 있다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 소자의 제조방법은, 단결정 실리콘막과 실리콘 벌크와의 사이에 산화막이 배치된 기판을 제공하고; 상기 단결정 실리콘막을 단결정 도전성 실리콘막으로 형성하고; 상기 단결정 도전성 실리콘막을 서로 다른 길이의 캔틸레버들로 분리하고; 상기 캔틸레버들 상에 압전막들과 금속막들을 적층하고; 상기 실리콘 벌크를 관성 매스들로 분리하고; 그리고 상기 기판을 서로 다른 길이로 분리하는 것을 포함할 수 있다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 캔틸레버들로 분리하는 것은: 상기 단결정 도전성 실리콘막을 일부 제거하여, 상기 단결정 도전성 실리콘막으로 구성된 제1 길이의 제1 캔틸레버와, 상기 제1 길이와 상이하고 상기 단결정 도전성 실리콘막으로 구성된 제2 길이의 제2 캔틸레버를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 캔틸레버들 상에 압전막들과 금속막들을 적층하는 것은, 상기 제1 및 제2 캔틸레버를 피복하는 절연막을 형성하고; 그리고 상기 절연막 상에 상기 압전막들을 형성하는 것을 포함하되; 상기 압전막들은 상기 제1 캔틸레버의 상부에 배치되는 제1 압전막과 상기 제2 캔틸레버의 상부에 배치되는 제2 압전막을 포함할 수 있다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 절연막을 일부 제거하여 상기 제1 캔틸레버의 일부를 노출시키는 제1 콘택홀과, 상기 제2 캔틸레버의 일부를 노출시키는 제2 콘택홀을 형성하고; 그리고 상기 제1 콘택홀을 전도체로 매립하여 상기 제1 캔틸레버와 전기적으로 연결되는 제1 전기적 연결부와, 상기 제2 콘택홀을 상기 전도체로 매립하여 상기 제2 캔틸레버와 전기적으로 연결되는 제2 전기적 연결부를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 캔틸레버들 상에 압전막들과 금속막들을 적층하는 것은, 일단은 상기 제1 압전막의 일부를 덮고 다른 일부는 상기 절연막을 덮는 제1 금속막을 형성하고; 그리고 일단은 상기 제2 압전막의 일부를 덮고 다른 일부는 상기 절연막을 덮는 제2 금속막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 실리콘 벌크를 관성 매스들로 분리하는 것은: 상기 실리콘 벌크의 일부를 제거하여 상기 산화막을 노출시키는 트렌치를 형성하여, 상기 제1 캔틸레버의 일단에 잔류하는 실리콘 벌크로 구성되는 제1 관성 매 스를 형성하고; 그리고 상기 제2 캔틸레버의 일단에 잔류하는 실리콘 벌크로 구성되는 제2 관성 매스를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 기판을 상기 서로 다른 길이로 분리하는 것은, 상기 트렌치를 통해 노출된 산화막을 제거하고; 그리고 상기 제거된 산화막을 통해 노출되며 상기 제1 및 제2 캔틸레버 사이의 절연막을 제거하여, 상기 제1 길이의 캔틸레버의 일단에 상기 제1 관성 매스가 달린 제1 전기 발생 소자와, 상기 제2 길이의 캔틸레버의 일단에 상기 제2 관성 매스가 달린 제2 전기 발생 소자를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 단결정 실리콘막을 단결정 도전성 실리콘막으로 형성하는 것은 상기 단결정 실리콘막을 950℃의 산소 분위기에서 옥시염화인(POCl3)으로 도핑하는 것을 포함할 수 있다
본 발명에 의하면, 캔틸레버의 길이를 다르게 하여 그 공진주파수를 여러개의 어레이 소자에 의해 구분한 다음, 진동에 의한 출력 전압을 단위 소자인 경우에 비해 보다 넓은 주파수 대역폭에 의해 반응하고 또한 높은 출력값을 얻을 수 있는 효과가 있다.
이에 더하여, 소이 기판을 사용하여 단결정 실리콘의 진동에 대한 탄성적인 캔틸레버 반응을 활용하여 소자의 진동에 대한 안정성을 확보할 수 있고, 진공 패키지에 의해 에어 댐핑에 의한 캔틸레버의 거동에 방해를 받는 문제점을 극복할 수 있는 효과가 있다. 더욱 더, 유비쿼터스 센서 네트워크 관련 분야에 있어서 비상시의 전원 공급원으로서의 역할을 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 전기 발생 소자 어레이와 이를 구비한 전기 발생 시스템 및 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.
(제조방법의 실시예)
도 1 내지 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 전기 발생 소자의 제조방법을 나타내는 공정별 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 비교적 우수한 기계적 특성을 갖는다고 알려진 단결정 실리콘으로 구성된 기판(101)을 준비한다. 일례로서, 단결정 실리콘 내에 산화막, 가령 열산화막(106:thermal SiO2)이 형성된 이른바 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 구조를 갖는 실리콘 웨이퍼를 기판(101)으로 채택할 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상 기판(101)을 열산화막(106)을 기준으로 그 상하 각각을 상부 실리콘막(102)과 하부 실리콘 벌크(104)로 구분한다. 주지된 세척 공정을 실시하여 기판(101)을 깨끗이 세척할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상부 실리콘막(102)을 불순물, 가령 옥시염화인(POCl3)으로 도핑한다. 불순물 이온 도핑 공정은 900 내지 1000℃ 범위의 온도, 가령 950℃ 온도에서 산소(O2) 분위기 조건으로 진행할 수 있다. 불순물 이온 도핑에 따라, 상부 실리콘막(102)은 단결정 실리콘에 인(P)이 도핑되어 전도성을 갖는 상부 실리콘막(103)으로 형성된다. 불순물 도핑 공정에 의해 하부 실리콘 벌크(104)의 일부는 인(P)이 도핑된 하부 실리콘막(105)으로 형성될 수 있다.
불순물 도핑 공정에 의해 기판(101)에 생길 수 있는 산화막 등을 가령 6:1 불산 수용액을 이용하여 제거하는 공정을 더 진행할 수 있다. 불순물이 도핑된 전도성 상부 실리콘막(103)은 후술한 바와 같이 캔틸레버(cantilever) 역할을 담당할 수 있다. 또한, 상부 실리콘막(103)은 도 13을 참조하여 후술한 바와 같이 실질적으로 압전 효과로써 전기가 발생되는 이른바 압전 제네레이터(piezoelectric generator)의 하부 전극으로 활용될 수 있다. 본 명세서에선 기술 편의상 '캔틸레버'라는 용어와 '하부 전극'이라는 용어를 혼용하기로 한다.
도 3을 참조하면, 기판(101)에 대해 산화막 증착 공정을 진행하여 상부 실리콘막(103) 상에 제1 상부 산화막(202)을 형성한다. 여기서의 증착 공정에 의해 하부 실리콘막(105) 상에도 제1 하부 산화막(204)이 형성될 수 있다. 제1 상부 산화막(202) 및 제1 하부 산화막(204)은 가령 저온산화막(LTO)으로 형성할 수 있다. 제 1 상부 산화막(202)은 상부 실리콘막(103)을 실리콘 캔틸레버로 제조하기 위한 패터닝 공정에 소요되는 마스크로 활용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 상부 산화막(202)을 일부 제거하여 상부 실리콘막(103)의 일부를 노출시키는 제1 상부 산화막 패턴(202a)을 형성한다. 제1 상부 산화막 패턴(202a)은 가령 포토레지스트 패턴 형성 및 건식 식각 공정을 채택하여 형성할 수 있다. 제1 상부 산화막 패턴(202a)은 후속하는 상부 실리콘막(103)에 대한 식각 공정시 마스크로 활용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 상부 산화막 패턴(202a)을 마스크로 하는 건식 식각 공정으로 상부 실리콘막(103)의 일부를 제거하여 분리홈(108)을 형성한다. 분리홈(108)에 의해 상부 실리콘막(103)은 서로 다른 길이를 갖는 제1 상부 실리콘막(103a)과 제2 상부 실리콘막(103b)으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 제1 상부 실리콘막(103a)의 길이(L1)에 비해 제2 상부 실리콘막(103b)의 길이(L2)가 더 크게 설계할 수 있다. 이하에선, 제1 상부 실리콘막(103a)을 제1 실리콘 캔틸레버로 지칭하고, 제2 상부 실리콘막(103b)을 제2 실리콘 캔틸레버로 지칭하기로 한다.
도 6을 참조하면, 습식 식각 공정으로 제1 상부 산화막 패턴(202a)을 제거한다. 습식 식각 공정은 기판(101)을 6:1 불산 수용액에 침지시켜 진행할 수 있다. 습식 식각 공정에 의해 제1 하부 산화막(204)도 같이 제거될 수 있다.
도 7을 참조하면, 산화막 형성 공정을 진행하여 제1 실리콘 캔틸레버(103a) 및 제2 실리콘 캔틸레버(103b)를 피복하는 제2 상부 산화막(402)을 형성한다. 본 산화막 형성 공정에 의해 하부 실리콘막(105)을 피복하는 제2 하부 산화막(404)이 같이 형성될 수 있다. 제2 상부 산화막(402) 및 제2 하부 산화막(404)은 가령 저온산화막(LTO)으로 형성할 수 있다. 제2 하부 산화막(404)은 후술한 바와 같이 패터닝되어 후속하는 트렌치(도 15의 907) 형성을 위한 마스크로 활용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 상부 산화막(402)의 단차를 없애기 위해 제2 상부 산화막(402)에 대한 화학기계적 연마 공정(CMP)을 진행한다. 이로써, 단차가 제거되어 평탄화된 제2 상부 산화막 패턴(403)이 구현된다. 제2 상부 산화막 패턴(403)은 압전 제네레이터의 절연막으로 활용될 수 있다. 이하에선 편의상 제2 상부 산화막 패턴(403)을 '절연막'으로 지칭하기로 한다.
도 9를 참조하면, 제2 하부 산화막(404)을 선택적으로 제거하여 식각홀(407)을 갖는 제2 하부 산화막 패턴(405)을 형성한다. 제2 하부 산화막 패턴(405)은 가령 포토레지스트 패턴 형성 및 건식 식각 공정을 채택하여 형성할 수 있다. 제2 하부 산화막 패턴(405) 형성에 의해 식각홀(407)이 형성되고, 식각홀(407)을 통해 하부 실리콘막(105)은 그 일부가 노출된다. 이러한 식각홀(407)을 정의하는 제2 하부 산화막 패턴(405)은 후속하는 트렌치(도 15의 907)를 형성하기 위한 식각 공정의 마스크로 활용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 절연막(403)을 일부 제거하여 제1 콘택홀(408a)과 제2 콘택홀(408b)을 형성한다. 제1 콘택홀(408a)에 의해 제1 실리콘 캔틸레버(103a)의 일부가 노출될 수 있고, 제2 콘택홀(408b)에 의해 제2 실리콘 캔틸레버(103b)의 일부가 노출될 수 있다. 제1 및 제2 콘택홀(408a,408b)은 가령 포토레지스트 패턴 형성 및 건식 식각 공정을 채택하여 형성할 수 있다. 제1 및 제2 콘택홀(408a,408b)은 식각홀(407)을 형성한 이후에, 또는 그 이전에, 또는 동시에 형성할 수 있다.
도 11을 참조하면, 전도체로써 제1 콘택홀(408a)을 매립하여 제1 하부 전극으로 활용될 수 있는 제1 실리콘 캔틸레버(103a)와 전기적으로 연결되는 제1 하부 전극 연결부(502a)를 형성한다. 여기서의 전도체는 가령 백금(Pt)/타이타늄(Ti)을 포함할 수 있다. 이와 마찬가지로, 백금(Pt)/타이타늄(Ti)으로써 제2 콘택홀(408b)을 매립하여 제2 하부 전극으로 활용될 수 있는 제2 실리콘 캔틸레버(103b)와 전기적으로 연결되는 제2 하부 전극 연결부(502b)를 형성한다. 제1 하부 전극 연결부(502a) 및/또는 제2 하부 전극 연결부(502b)는 포토레지스트 패터닝 및 증착 공정을 채택하여 진행할 수 있다.
도 12를 참조하면, 절연막(403) 상에 제1 압전막(603a)과 제2 압전막(603b)을 형성한다. 제1 압전막(603a)은 제1 실리콘 캔틸레버(103a) 상부에 위치하도록 정렬되고, 제2 압전막(603b)은 제2 실리콘 캔틸레버(103b) 상부에 위치하도록 한다. 제1 및 제2 압전막(603a,603b)은 예를 들어 졸-겔 공정 또는 스퍼터링 공정을 채택하여 산화아연(ZnO), PZT(Lead Zirconate Titanate) 등과 같은 압전물질로 형성할 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 압전막(603a)의 일부를 덮고 나머지 일부를 노출시키는 제1 상부 전극(703a)을 형성한다. 제1 상부 전극(703a)은 나머지 일부가 절연막(403)을 덮도록 형성할 수 있다. 제1 상부 전극(703a)은 가령 백금(Pt)/타이타늄(Ti)으로 형성할 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 제1 실리콘 캔틸레버(103a)는 제1 하부 전극으로 활용될 수 있다. 제1 상부 전극(703a) 형성에 의해, 제1 상부 전극(703a)과 제1 하부 전극(103a) 사이에 제1 압전막(603a)이 샌드위치된 제1 압전 제네레이터(803a)가 구현될 수 있다.
제1 상부 전극(703a)의 형성과 더불어, 일부는 제2 압전막(603b)을 덮고 나머지 일부는 절연막(403)을 덮는 제2 상부 전극(703b)을 형성한다. 제2 상부 전극(703b)은 가령 백금(Pt)/타이타늄(Ti)으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 상부 전극(703a,703b)은 동시에 형성할 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 제2 실리콘 캔틸레버(103b)는 제2 하부 전극으로 활용될 수 있다. 제2 상부 전극(703b) 형성에 의해, 제2 상부 전극(703b)과 제2 하부 전극(103b) 사이에 제2 압전막(603b)이 샌드위치된 제2 압전 제네레이터(803b)가 구현될 수 있다. 실질적으로 전기는 제1 및 제2 압전 제네레이터(803a,804b)에서 압전 효과에 의해 발생된다.
도 14를 참조하면, 금 와이어와의 와이어 본딩이 원할하게 이루어질 수 있도록 제1 상부 전극(703a) 상에 금(Au) 또는 금(Au)/타이타늄(Ti)으로 구성된 금속막(903a)을 더 형성할 수 있다. 마찬가지로 이유로, 제1 하부 전극 연결부(502a) 상에 금(Au) 또는 금(Au)/타이타늄(Ti)으로 구성된 금속막(902a)을 더 형성할 수 있다. 금 와이어와의 원할한 와이어 본딩을 위해 제2 상부 전극(703b) 상에 금(Au) 또는 금(Au)/타이타늄(Ti)으로 구성된 금속막(903b)을 더 형성할 수 있다. 마찬가지로, 제2 하부 전극 연결부(502b) 상에 금(Au) 또는 금(Au)/타이타늄(Ti)으로 구성된 금속막(902b)을 더 형성할 수 있다.
도 15를 참조하면, 제2 하부 산화막 패턴(405)을 마스크로 하는 건식 식각 공정으로 식각홀(407)을 통해 노출된 하부 실리콘막(105)과 하부 실리콘 벌크(104)를 제거한다. 이에 따라, 기판(101)의 하부에는 트렌치(907)가 형성된다. 트렌치(906) 형성에 따라 하부 실리콘 벌크(104)는 제1 하부 실리콘 벌크(104a)와 제2 하부 실리콘 벌크(104b)로 구분될 있다. 이때, 하부 실리콘막(105)도 역시 제1 하부 실리콘막(105a)과 제2 하부 실리콘막(105b)으로 구분될 수 있다. 제1 하부 실리콘 벌크(104a)는 후술한 바와 같이 에너지 출력을 높일 수 있는 제1 매스(mass) 또는 제1 관성 매스(inertial mass)로 활용될 수 있다. 제2 하부 실리콘 벌크(104b)도 이와 마찬가지로 제2 매스 또는 제2 관성 매스로 활용될 수 있다. 본 명세서에서 제1 하부 실리콘 벌크(104a)는 '제1 관성 매스'로 지칭될 수 있고, 마찬가지로 제2 하부 실리콘 벌크(104b)는 '제2 관성 매스'로 지칭될 수 있다.
도 16을 참조하면, 트렌치(907)에 의해 노출된 열산화막(106)을 제거한다. 이에 따라, 열산화막(106)은 제1 하부 실리콘 벌크(104a) 상에 한정된 제1 열산화막(106a)과, 제2 하부 실리콘 벌크(104b) 상에 한정된 제2 열산화막(106b)으로 구분될 수 있다. 열산화막(106)은 기판(101)을 불산 수용액에 침지시켜 습식 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 습식 식각 공정시 기판(101)의 전면에 형성된 구조물에 가해질 수 있는 불산 수용액에 의한 손상을 방지하기 위해 기판(101)의 전면에 보호막(908)을 형성하는 것이 바람직하다. 보호막(908)은 포토레지스트를 이용하여 형성할 수 있다, 상기 식각 공정시 열산화막(106)과 동일 유사한 산화막으로 구성된 제2 하부 산화막 패턴(405)도 같이 제거될 수 있다.
도 17을 참조하면, 도 16에서 설명한 습식 식각 공정에 의해 열산화막(106) 의 일부가 제거된다. 아울러, 제2 하부 산화막 패턴(405)도 제거될 수 있다. 열산화막(106)이 일부 제거되면 분리홈(108)을 통해 절연막(403)이 노출되고, 분리홈(108)을 통해 노출된 절연막(403)이 제거될 수 있다. 이에 따라, 절연막(403)은 제1 절연막(403a)과 제2 절연막(403b)으로 분리될 수 있다. 습식 식각 공정 이후에 보호막(908)을 제거하고, 선택적으로 세정 및/또는 건조 공정을 더 진행할 수 있다. 상술한 일련의 공정을 완료하게 되면, 관성 매스(104a,104b)가 끝단에 매달려 있고 서로 다른 길이의 캔틸레버(103a,103b)를 갖는 제1 및 제2 전기 발생 소자(100a,100b)가 구현될 수 있다. 관성 매스(103a,103b)는 동일한 디멘젼(dimension)을 가지도록 설계될 수 있다.
제1 전기 발생 소자(100a)는 압전 효과를 이용하여 실질적으로 전기를 발생시키는 제1 전기 제네레이터(803a)를 가진다. 이에 따라, 제1 전기 발생 소자(100a)가 외력에 의해 진동하게 되면 그 진동에 의해 제1 전기 제네레이터(803a)는 압전 효과에 의해 전기를 발생시킨다. 즉, 제1 전기 발생 소자(100a)는 주위에 산재해 있는 에너지(예: 기계적 에너지)를 전기적 에너지로 변환시킬 수 있는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이 가능한 소자이다. 특히, 제1 전기 발생 소자(100a)가 공진주파수로 진동하는 경우 최대 에너지를 얻게 될 것이다.
제1 전기 발생 소자(100a)는 제1 하부 전극(103a)을 캔틸레버로 활용할 수 있다. 따라서, 제1 하부 전극(103a)의 진동에 의해 제1 압전막(603a)에 더 많은 스트레스가 가해져 전기 발생량이 높아질 수 있다. 단결정 실리콘은 우수한 기계적 특성을 제공한다는 것으로 알려져 있다. 본 실시예에선 단결정 실리콘으로 캔틸레 버를 형성하므로써 진동에 의한 기계 탄성적 반응에 대한 피로(fatigue)를 최소화할 수 있다.
제1 전기 발생 소자(100a)는 끝단에 배치되는 제1 하부 실리콘 벌크(104a)를 관성 매스(inertia mass)로 활용할 수 있다. 관성 매스(104a)에 의해 전기 발생량을 한층 더 높일 수 있다. 제1 전기 발생 소자(100a)에 대한 설명은 제2 전기 발생 소자(100b)에도 그대로 적용할 수 있다.
제1 및 제2 전기 발생 소자(100a,100b)는 제1 및 제2 실리콘 캔틸레버(103a,103b)의 길이가 다르게끔 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 실리콘 캔틸레버(103a)는 제1 길이(L1)를 가지고, 제2 실리콘 캔틸레버(103b)는 제1 길이(L1)에 비해 큰 값을 갖는 제2 길이(L2)를 가지도록 설계될 수 있다. 즉, 캔틸레버의 길이를 바꿈으로써 전기 발생 소자의 공진주파수를 변화시키는 것이다.
제1 전기 발생 소자(100a) 및 제2 전기 발생 소자(100b) 각각은 반응 주파수 대역폭이 특정 주파수대로 한정될 수 있다. 그러나, 디멘젼(dimension)이 다른 제1 및 제2 전기 발생 소자(100a,100b)의 조합은 상대적으로 반응 주파수 대역폭이 더 확장될 것이다. 따라서, 상대적으로 넓은 주파수 대역에서 민감하게 반응할 수 있게 된다.
(어레이 및 시스템 실시예)
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 소자 어레이를 갖는 전기 발생 시스템을 도시한 사시도이고, 도 19는 그 일부를 확대 도시한 사시도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예의 시스템(1000)은 전기를 발생시키는 다수개의 단위 소자들(100a-100h)이 어레이된 전기 발생 소자 어레이(100)와, 전기 발생 소자 어레이(100)와 전기적으로 연결되어 전기 발생 소자 어레이(100)에서 발생된 전기를 정류하는 정류기(200)와, 정류기(200)와 전기적으로 연결되어 정류기(200)에서 정류된 전기를 축적하는 콘덴서(300)와, 콘덴서(300)와 전기적으로 연결되어 콘덴서(300)에 축적된 전기를 전원으로 활용할 수 있는 센서(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 콘덴서(300)에 축적된 전기는 비상시 센서(400)의 전원으로 활용될 수 있다. 센서(400)는 건물 등의 진동이나 음향 등을 감지하거나 유해 가스 등을 감지하는 것일 수 있다.
도 19를 같이 참조하면, 전기 발생 소자 어레이(100)는 다양한 공진주파수를 갖는 다수개의 단위 소자들(100a-100h)이 어레이된 것일 수 있다. 기판(90)은 가령 하부 실리콘 벌크(91)와 상부 실리콘막(95) 사이에 열산화막(93)이 삽입된 이른바 소이(SOI) 기판일 수 있다.
다수개의 단위 소자들(100a-100h) 중에서 제1 및 제2 단위 소자(100a,100b)는 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명한 방법으로 제조된 제1 압전막(603a)과 제2 압전막(603b)을 각각 가져 압전 효과에 의해 전기를 발생시키는 캔틸레버형 전기 발생 소자일 수 있다. 기판(90)에는 제1 및 제2 관성 매스(104a,104b)가 진동할 수 있는 공간을 제공하는 트렌치(92)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 제1 전기 발생 소자(100a)는 끝단에 있는 제1 관성 매스(104a)가 트렌치(92)에 위치하며 다른 끝단은 기판(90)에 고정되어 제1 실리콘 캔틸레버(103a)가 자유로운 진동 내지 움직임이 가능하도록 기판(90)에 실장될 수 있다. 제2 전기 발생 소자(100b)에 있어서도 제2 관성 매스(104b)가 트렌치(92)에 위치하도록 기판(90)에 고정 실장될 수 있다. 제3 내지 제8 단위 소자(100c-100h)의 경우도 상술한 것과 동일하게 기판(90)에 각각 실장될 수 있다.
기판(90)에는 제1 상부 전극(703a)과 전기적으로 연결되는 제1 상부 전극 패드(501a)와, 제1 하부 전극(103a)과 전기적으로 연결되는 제1 하부 전극 패드(503a)가 더 형성되어 있을 수 있다. 유사하게, 제2 상부 전극(703b)과 전기적으로 연결되는 제2 상부 전극 패드(501b)와, 제2 하부 전극(103b)과 전기적으로 연결되는 제2 하부 전극 패드(503b)가 더 형성되어 있을 수 있다. 제3 내지 제8 전기 발생 소자(100c-100h)의 경우도 상술한 바와 마찬가지일 수 있다.
다수개의 단위 소자들(100a-100h)은 길이가 서로 다른 길이의 캔틸레버(103a-103h)를 가질 수 있고, 이에 따라 공진주파수가 각각 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 단위 소자(100a)의 제1 실리콘 캔틸레버(103a)가 가장 짧고, 제8 단위 소자(100h)의 제8 실리콘 캔틸레버(103h)가 가장 길 수 있다. 일반적으로, 캔틸레버의 길이가 길수록 공진주파수가 작아지고, 캔틸레버의 길이가 짧을수록 공진주파수가 커지는 특성을 보인다. 그러므로, 서로 다른 길이의 캔틸레버(103a-103h)를 갖는 단위 소자들(100a-100h)이 포함된 전기 발생 소자 어레이(100)는 광대역폭 주파수 특성을 가질 수 있게 되어, 광대역의 주파수에 민감하게 반응할 수 있다.
변형예로서, 제1 실리콘 캔틸레버(103a)와 제5 실리콘 캔틸레버(103e)가 동 일한 길이로서 가장 짧은 제1 길이를 가질 수 있고, 제4 실리콘 캔틸레버(103d)와 제8 실리콘 캔틸레버(103h)가 동일한 길이로서 가장 긴 제4 길이를 가질 수 있다. 유사하게, 제2 실리콘 캔틸레버(103b)와 제6 실리콘 캔틸레버(103f)가 동일한 길이로서 제3 길이를 가질 수 있고, 제3 실리콘 캔틸레버(103c)와 제 7 실리콘 캔틸레버(103g)가 동일한 길이로서 제4 길이를 가질 수 있다. 제3 및 제4 길이는 제1 길이와 제4 길이의 중간 정도이고, 제3 길이는 제4 길이에 비해 짧을 수 있다. 이와 같은 경우에 있어서도, 캔틸레버(103a-103h)의 길이가 다양하므로 광대역폭 주파수 특성을 보일 것이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 단위 소자들의 출력 특성을 도시한 그래프이다. 도 20을 참조하면, 다수개의 단위 소자들(100a-100h)의 공진주파수가 각각 다르므로 비교적 넓은 주파수 대역에서 출력 전압이 얻어지고, 출력 전압 최대치도 역시 넓은 주파수 대역에 고르게 분포되어 있음을 알 수 있다. 도 20에 있어서, 일례로 가장 짧은 캔틸레버(103a)를 갖는 제1 단위 소자(100a)는 제일 우측의 전압 파형을 출력시킬 것이고, 일례로 가장 긴 캔틸레버(103h)를 갖는 제8 단위 소자(100h)는 제일 좌측의 전압 파형을 출력시킬 것이다. 도 21은 단위 소자들의 합산에 따른 출력 특성이다.
도 18을 다시 참조하면, 상기와 같이 구성된 시스템(1000)은 유비쿼터스 센서 네트워크(USN: Ubiquitous Sensor Network)에 사용될 수 있다. 전기 발생 소자 어레이(100)는 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)에 사용될 수 있는 센서(400)의 자율적인 동작을 하는 응용에서 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전기 발생 소자 어 레이(100)는 센서(400)에 필요한 에너지를 공급하여 센서(400)의 위치 파악이나 수명을 더욱 연장시킬 수 있다.
(패키지 실시예)
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 소자 패키지를 도시한 사시도이다.
도 22를 참조하면, 본 실시예의 전기 발생 소자 패키지(500)는 전기 발생 소자 어레이(100)가 마운팅된 하부 하우징(510)과, 하부 하우징(510)과 조합되는 상부 하우징(520)을 포함할 수 있다. 하부 하우징(510)에는 가령 다수개의 금 와이어(514)를 매개로 전기 발생 소자 어레이(100)와 전기적으로 연결되는 다수개의 패드(512)와, 전기 발생 소자 어레이(100)를 외부 전기적 장치와 연결시킬 수 있는 다수개의 전기적 연결부(518)를 포함할 수 있다. 다수개의 전기적 연결부(518)는 핀, 리드, 범프를 비롯한 기타 전기적 연결을 위해 적합한 것이면 그 구조와 형태를 불문한다. 다수개의 패드(512)와 전기적 연결부(518)는 상부 하우징(520)에 마련되어 있을 수 있다.
하부 하우징(510)에는 전기 발생 소자 어레이(100)가 마운팅되기에 적합하도록 움푹 들어간 형태의 하부 공간(516)이 마련되어 있고, 상부 하우징(520)에는 하부 공간(516)과 조합되어 빈 공간(536)을 이루기에 적합하도록 움푹 들어간 형태의 상부 공간(526)이 마련되어 있다. 빈 공간(536)은 진공 상태에 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 진공 상태의 빈 공간(536)에 전기 발생 소자 어레이(100)가 내장되 므로써 에어 댐핑(air damping)에 의한 캔틸레버의 진동이 방해되는 것이 방지될 수 있다.
이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 미세기전집적시스템(MEMS)에 적용 가능하고, MEMS 기술을 적용한 전기 발생 소자 및 전기 발생 소자 어레이를 갖는 전기 발생 장치를 제조하는 반도체 산업과, 이를 구비하는 유비쿼터스 센서 네트워크 시스템 산업에 응용될 수 있다.
도 1 내지 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 소자의 제조방법을 나타내는 공정별 단면도.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 소자 어레이를 도시한 사시도.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 시스템을 도시한 구성도.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 단위 소자들의 출력 특성을 도시한 그래프.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 단위 소자들의 합산에 의한 출력 특성을 도시한 그래프.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 전기 발생 소자 어레이의 패키지를 도시한 분해 사시도.

Claims (22)

  1. 기판과; 그리고
    상기 기판 상에 어레이되고, 일단은 자유로이 움직일 수 있고 타단은 상기 기판에 고정되는 캔틸레버를 가지며, 상기 일단에는 관성 매스가 달려 있으며, 압전 효과에 의해 전기를 발생시키는, 상기 캔틸레버의 길이에 따라 공진주파수가 서로 다른 다수개의 전기 발생 단위 소자들을;
    포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 소자 어레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 전기 발생 단위 소자들과 전기적으로 연결되는 전극 패드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 소자 어레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관성 매스는 상기 캔틸레버의 끝단에 달려있는 것을 특징으로 하는 전기 발생 소자 어레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 단결정 실리콘으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기 발생 소자 어레이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관성 매스는 실리콘 벌크로 구성된 것을 특징으로 하는 전기 발생 소자 어레이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기 발생 단위 소자들 각각은:
    상기 압전 효과를 일으키는 압전막과, 상기 압전막의 상부에 배치된 상부 전극과, 그리고 상기 압전막의 하부에 배치된 하부 전극을 포함하고; 그리고
    상기 캔틸레버는 상기 하부 전극을 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 소자 어레이.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 관성 매스가 자유로이 움직일 수 있는 공간을 제공하는 트렌치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 소자 어레이.
  8. 서로 다른 길이의 캔틸레버를 각각 포함하는 전기 발생 단위 소자들이 진동 가능하게 기판 상에 어레이되어 있는 전기 발생 소자 어레이와; 그리고
    상기 전기 발생 소자 어레이와 전기적으로 연결되고, 상기 전기 발생 소자 어레이에서 발생된 전기를 활용하는 전기적 장치를:
    포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전기 발생 단위 소자들은:
    상기 캔틸레버들이 서로 다른 주파수 대역에서 공진주파수로 진동하며 압전 효과에 의해 전기를 발생시키는 압전 제네레이터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 압전 제네레이터들 각각은, 상기 압전 효과를 일으키는 압전막이 상하부 전극에 의해 샌드위치된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하부 전극은 상기 캔틸레버를 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전기 발생 단위 소자들 각각은:
    일단은 상기 기판에 고정되고; 그리고
    타단은 상기 기판에 고정되지 아니하며, 상기 타단에는 관성 매스가 매달려 있어 자유로운 움직임이 가능한 것을;
    특징으로 하는 전기 발생 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판은 상기 관성 매스의 자유로운 움직일 수 있는 공간을 제공하는 트렌치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 전기적 장치는:
    상기 전기 발생 어레이에서 발생된 전기를 정류하는 정류기와;
    상기 정류기에서 정류된 전기를 축적하는 콘덴서를; 그리고
    상기 콘덴서에 축적된 전기를 전원으로 사용하는 센서를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 시스템.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 전기 발생 소자 어레이를 내장하는 진공의 빈 공간을 제공하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하우징은:
    상기 빈 공간의 일부를 제공하는 상부 하우징과; 그리고
    상기 빈 공간의 나머지 일부를 제공하는 하부 하우징을 포함하며;
    상기 상하부 하우징 중 어느 하나는 상기 전기 발생 소자 어레이와 전기적으로 연결되는 패드와, 그리고 외부 장치와 전기적으로 연결되는 전기적 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발생 시스템.
  17. 단결정 실리콘막과 실리콘 벌크와의 사이에 산화막이 배치된 기판을 제공하고;
    상기 단결정 실리콘막을 단결정 도전성 실리콘막으로 형성하고;
    상기 단결정 도전성 실리콘막을 서로 다른 길이의 캔틸레버들로 분리하고;
    상기 캔틸레버들 상에 압전막들과 금속막들을 적층하고;
    상기 실리콘 벌크를 관성 매스들로 분리하고; 그리고
    상기 기판을 서로 다른 길이로 분리하는 것을;
    포함하는 전기 발생 소자의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 단결정 도전성 실리콘막을 서로 다른 길이의 캔틸레버들로 분리하는 것은:
    상기 단결정 도전성 실리콘막을 일부 제거하여, 상기 단결정 도전성 실리콘막으로 구성된 제1 길이의 제1 캔틸레버와, 그리고 상기 제1 길이와 상이하고 상기 단결정 도전성 실리콘막으로 구성된 제2 길이의 제2 캔틸레버를 형성하는 것을 포함하는 전기 발생 소자의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 캔틸레버들 상에 압전막들과 금속막들을 적층하는 것은:
    상기 제1 및 제2 캔틸레버를 피복하는 절연막을 형성하고;
    상기 절연막 상에, 상기 제1 캔틸레버의 상부에 배치되는 제1 압전막과, 그리고 상기 제2 캔틸레버의 상부에 배치되는 제2 압전막을 형성하고; 그리고
    상기 제1 압전막의 일부를 덮고 다른 일부는 상기 절연막을 덮는 제1 금속막과, 그리고 상기 제2 압전막의 일부를 덮고 다른 일부는 상기 절연막을 덮는 제2 금속막을 형성하는 것을;
    포함하는 전기 발생 소자의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 절연막을 일부 제거하여 상기 제1 캔틸레버의 일부를 노출시키는 제1 콘택홀과, 그리고 상기 제2 캔틸레버의 일부를 노출시키는 제2 콘택홀을 형성하고; 그리고
    상기 제1 콘택홀을 전도체로 매립하여 상기 제1 캔틸레버와 전기적으로 연결되는 제1 전기적 연결부와, 그리고 상기 제2 콘택홀을 상기 전도체로 매립하여 상기 제2 캔틸레버와 전기적으로 연결되는 제2 전기적 연결부를 형성하는 것을;
    더 포함하는 전기 발생 소자의 제조방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 실리콘 벌크를 관성 매스들로 분리하는 것은:
    상기 실리콘 벌크의 일부를 제거하여 상기 산화막을 노출시키는 트렌치를 형성하여, 상기 제1 캔틸레버의 일단에 잔류하는 실리콘 벌크로 구성되는 제1 관성 매스와, 그리고 상기 제2 캔틸레버의 일단에 잔류하는 실리콘 벌크로 구성되는 제2 관성 매스를 형성하는 것을;
    포함하는 전기 발생 소자의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 기판을 상기 서로 다른 길이로 분리하는 것은:
    상기 트렌치를 통해 노출된 산화막을 제거하고; 그리고
    상기 제거된 산화막을 통해 노출되며 상기 제1 및 제2 캔틸레버 사이의 절연막을 제거하여, 상기 제1 길이의 캔틸레버의 일단에 상기 제1 관성 매스가 달린 제1 전기 발생 소자와, 그리고 상기 제2 길이의 캔틸레버의 일단에 상기 제2 관성 매스가 달린 제2 전기 발생 소자를 형성하는 것을;
    포함하는 전기 발생 소자의 제조방법.
KR1020070128841A 2007-12-12 2007-12-12 전기 발생 소자 어레이와 이를 구비하는 전기 발생 시스템및 그 제조방법 KR100918380B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070128841A KR100918380B1 (ko) 2007-12-12 2007-12-12 전기 발생 소자 어레이와 이를 구비하는 전기 발생 시스템및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070128841A KR100918380B1 (ko) 2007-12-12 2007-12-12 전기 발생 소자 어레이와 이를 구비하는 전기 발생 시스템및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090061862A KR20090061862A (ko) 2009-06-17
KR100918380B1 true KR100918380B1 (ko) 2009-09-22

Family

ID=40991191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070128841A KR100918380B1 (ko) 2007-12-12 2007-12-12 전기 발생 소자 어레이와 이를 구비하는 전기 발생 시스템및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100918380B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021219833A2 (en) * 2020-05-01 2021-11-04 X-Celeprint Limited Hybrid documents with electronic indicia and piezoelectric power components usable in such documents
CN117336653A (zh) * 2022-06-30 2024-01-02 华为技术有限公司 一种压电振动感应单元及电子设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09163477A (ja) * 1995-12-04 1997-06-20 Mitsubishi Electric Corp 骨伝導音声振動検出素子
JPH10173476A (ja) 1996-12-06 1998-06-26 Riken Corp 音叉型圧電振動子
KR20040093238A (ko) * 2003-04-22 2004-11-05 삼성전자주식회사 캔틸레버 형태의 압전 박막 공진 소자 및 그 제조방법
US7280078B2 (en) 2004-11-20 2007-10-09 Scenterra, Inc. Sensor for detecting high frequency signals

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09163477A (ja) * 1995-12-04 1997-06-20 Mitsubishi Electric Corp 骨伝導音声振動検出素子
JPH10173476A (ja) 1996-12-06 1998-06-26 Riken Corp 音叉型圧電振動子
KR20040093238A (ko) * 2003-04-22 2004-11-05 삼성전자주식회사 캔틸레버 형태의 압전 박막 공진 소자 및 그 제조방법
US7280078B2 (en) 2004-11-20 2007-10-09 Scenterra, Inc. Sensor for detecting high frequency signals

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090061862A (ko) 2009-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9362480B2 (en) Symmetric dual piezoelectric stack microelectromechanical piezoelectric cantilever energy harvester
US7649305B2 (en) Piezoelectric energy harvester
JP4126003B2 (ja) フレキシブルｍｅｍｓトランスデューサとその製作方法及びこれを採用したフレキシブルｍｅｍｓ無線マイクロホン
US8080920B2 (en) Piezoelectric vibrational energy harvesting systems incorporating parametric bending mode energy harvesting
US20130127295A1 (en) Piezoelectric micro power generator and fabrication method thereof
KR101366735B1 (ko) 발전 디바이스 및 그것을 사용한 발전 모듈
US9484522B2 (en) Piezoelectric energy harvester device with curved sidewalls, system, and methods of use and making
US20140268523A1 (en) Wearable device having a monolithically integrated multi-sensor device on a semiconductor substrate and method therefor
US8598768B2 (en) Piezoelectric micro energy harvester and manufacturing method thereof
US9479089B2 (en) Piezoelectric energy harvester device with a stopper structure, system, and methods of use and making
JP4767369B1 (ja) 圧電発電素子および圧電発電素子を用いた発電方法
CN106241727A (zh) 半导体结构及其制造方法
EP2539946A1 (en) High-efficiency mems micro-vibrational energy harvester and process for manufacturing same
JP2009165212A (ja) 圧電体を用いた発電素子およびそれを用いた発電装置
US8564178B2 (en) Micro electric generator, method of providing the same, and electric generating device
CN109813932B (zh) 具有能量采集器的微机电系统mems惯性传感器和相关方法
JP2017510999A (ja) 対称二重圧電スタック微小電気機械圧電デバイス
KR100918380B1 (ko) 전기 발생 소자 어레이와 이를 구비하는 전기 발생 시스템및 그 제조방법
WO2012164545A1 (en) Energy scavenging from a rotating gear using an impact type piezoelectric mems scavenger
CN105141177A (zh) 一种压电-电磁复合微型环境振动能量收集器
KR101526254B1 (ko) 진동 발전 디바이스 및 그 제조 방법
WO2012102735A1 (en) Multi-sensor integrated chip
Kasyap et al. Development of MEMS-based piezoelectric vibration energy harvesters

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121221

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee