KR100932204B1 - Frequency Analyzer of MEMS-structured Cochlear Implants with Self-Powering Function - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 자가전원 기능을 갖는 인공와우의 주파수 분석기는 하부 구조물 위에 상부 구조물이 적층되되, 상기 상부 구조물은, 제 1 기판; 및 상기 제 1 기판의 하측에 형성되고 그 하측이 톱니 형태로 이루어지고 백금으로 코팅된 나노 와이어 접촉부를 포함하여 이루어지고, 상기 하부 구조물은, 내측에 유체를 담을 수 있는 소정의 공간(공간부)이 형성되고 상측 일부가 개방된 구조로 이루어진 제 2 기판, 상기 제 2 기판의 공간부에 있는 유체 위에 형성되는 기저막, 상기 기저막 위에 형성되는 것으로, 다수개가 연속적으로 형성되되, 입력된 음파가 잘 전달될 수 있도록 제 1 전극간의 간격, 제 1 전극의 폭(w), 및 제 1 전극의 길이(L)를 각각 달리 적용된 제 1 전극, 상기 제 1 전극의 상측에, 임의의 방향으로 성장되는 압전 및 반도체 특성을 가지는 나노 와이어를 포함하여 이루어지며, 음파가 발생하면 이 음파가 하부 구조물의 공간부에 있는 유체를 유동시키기 위한 통로인 음파 입구를 더 포함하고, 상기 하부 구조물 위에 상부 구조물을 적층시킬 때, 하부 구조물의 나노 와이어가 상부 구조물의 나노 와이어 접촉부와 접촉되도록 하며, 음파가 발생하면 이 음파가 하부 구조물의 유체를 운동시키고, 이로 인해 음파의 특정 주파수 성분에 기저막의 특정 위치가 운동하며, 상기 기저막 상부에 있는 제 1전극과 접촉된 나노 와이어가 변형되고, 상기 변형된 나노 와이어가 상부구조물의 해당 나노 와이어 접촉부와 접촉되어 짧은 제 1전극에 고정된 나노 와이어와 긴 제 1전극에 고정된 나노 와이어가 각각 고주파 성분과 저주파 성분에 해당하는 특정 주파수의 전기신호(전류)를 발생하는 것을 특징으로 한다.Frequency analyzer of the cochlear implant having a self-power function according to the present invention is a superstructure stacked on the lower structure, the upper structure, the first substrate; And a nanowire contact portion formed at a lower side of the first substrate, the lower side having a sawtooth shape, and coated with platinum, wherein the lower structure is a predetermined space (space portion) capable of containing fluid therein. The second substrate is formed and the upper portion is an open structure, the base film is formed on the fluid in the space portion of the second substrate, formed on the base film, a plurality of continuously formed, the input sound wave is well transmitted A piezoelectric layer grown in an arbitrary direction on the first electrode and the upper side of the first electrode to which the distance between the first electrodes, the width w of the first electrode, and the length L of the first electrode are differently applied, respectively And nanowires having semiconductor characteristics, and when sound waves are generated, the sound waves further include a sound wave inlet, which is a passage for flowing a fluid in a space part of the lower structure. When the superstructure is stacked on the substructure, the nanowires of the substructure are brought into contact with the nanowire contacts of the superstructure, and when sound waves are generated, the sound waves move the fluid in the substructure, thereby The specific position of the base film is moved at a specific frequency component, and the nanowire contacted with the first electrode on the base film is deformed, and the modified nanowire is contacted with the corresponding nanowire contact of the upper structure to the short first electrode. The fixed nanowires and the nanowires fixed to the long first electrode generate electric signals (currents) of a specific frequency corresponding to high frequency and low frequency components, respectively.

인공와우, 자가전원, 주파수 분석기, 백금 Cochlear implant, self-powered, frequency analyzer, platinum

Description

자가전원 기능을 갖는 ＭＥＭＳ 구조 인공와우의 주파수 분석기{frequency analyzer of cochlear implant with self power supply}Frequency analyzer of cochlear implant with self power supply

본 발명은 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기에 관한 것으로, 특히 전원 공급을 위한 배터리가 필요 없고, 인공와우를 완전 체내 이식을 할 수 있으며, 마이크로폰 및 무선 전기공급 장치가 따라 필요 없으며, 종래의 어음처리기의 기능을 대체할 수 있는 새로운 개념의 인공와우의 주파수 분석기에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency analyzer of a MEMS structure cochlear implant with a self-powering function. In particular, a battery for power supply is not required, and a cochlear implant can be completely implanted, and a microphone and a wireless power supply are not required. The present invention relates to a frequency analyzer of a cochlear implant of a new concept that can replace the function of a conventional sound processor.

도 1에 도시된 바와 같이, 포유동물의 코클리어(cochlea)에는 소리를 특정 주파수별로 분해하는 기저막(basilar membrane)과 기저막의 상단에 배치되어 소리정보를 전기신호로 변환해서 신경을 통해 뇌로 전달하는 역할을 하는 부동섬모(stereocilia)들이 존재한다.As shown in FIG. 1, a cochlea of a mammal is disposed on a basal membrane and a base membrane that decompose sound at a specific frequency, and converts sound information into an electrical signal and transmits the sound information to the brain through a nerve. There are steeocilia that play a role.

전형적인 인간의 코클리어는 20Hz에서 20kHz까지의 3decade 주파수 밴드 범위에서 작동하고 120dB의 동적 범위를 담당하며 0.5%이하의 차이를 가지는 음 질(tone)을 구별한다. 또한 코클리어는 1cm3의 체적을 점유하는 매우 작은 구조이다. 가장 중요한 특징은 가청주파수 신호를 3,500 채널의 주파수 정보로 분리하는 기계적 프로세스를 사용하는 것이다. 따라서 코클리어는 매우 민감한 실시간 기계적인 주파수 분석기이다.A typical human cochlear can distinguish between tones that operate in the 3decade frequency band range from 20Hz to 20kHz, account for 120dB of dynamic range, and have a difference of less than 0.5%. Cochlear is also a very small structure occupying a volume of 1 cm 3 . The most important feature is the use of a mechanical process to separate the audio frequency signal into 3,500 channels of frequency information. Cochlear is therefore a very sensitive real-time mechanical frequency analyzer.

현재 사용되고 있는 코클리어 임플란트는 도 2와 같이 마이크로폰, 어음처리기, 트랜스미터/리시버, 전극(electrode)으로 구성되며 최대 22 채널의 전극을 가지고 있다. 여기서, 마이크로폰(Micorphone)은 음파(Sound wave)의 신호를 아날로그 전기신호로 변환하고, 어음처리기에서는 DSP(Digital Signal Processor) 기술을 기반으로 음파 신호의 시간에 대한 아날로그 전기신호를 주파수에 대한 디지털 전기신호로 변환한다. 디지털 전기신호로 변환된 가청주파수 대역 신호는 삽입전극의 채널수에 대응하도록 분배된 전기 신호로 각각 암호화(encode)된다. 또한, 트랜스미터/리시버는 몸체 외의 어음처리기 신호를 몸체 내로 무선으로 전달하는 역할을 한다. Currently used cochlear implants are composed of a microphone, a sound processor, a transmitter / receiver and an electrode as shown in FIG. 2 and have electrodes of up to 22 channels. Here, a microphone converts a sound wave signal into an analog electric signal, and a sound processor converts an analog electric signal with respect to time of a sound wave signal based on a DSP (Digital Signal Processor) technology. Convert to a signal. The audible frequency band signal converted into a digital electric signal is each encoded into an electric signal distributed so as to correspond to the number of channels of the insertion electrode. In addition, the transmitter / receiver serves to wirelessly transmit sound processor signals other than the body into the body.

도 3에서와 같이 코클리어 내부의 기저막은 음파의 전달로 베이스 영역에서는 고주파에 공진되도록 두껍고 폭이 좁은 막 구조를 가지며, 정점 영역으로 갈수록 두께가 얇고 폭이 넓은 유연한 막 구조를 가진다.As shown in FIG. 3, the base film inside the cochlear has a thick and narrow film structure so as to be resonated at high frequency in the base region by the transmission of sound waves, and has a thin and wide flexible film structure toward the apex region.

따라서 도 4와 같이 코클리어에 삽입되는 전극은 달팽이관 안으로 삽입되어 기저막의 베이스(고주파수 영역)에서 정점(저주파수 영역)까지 분포되어 있는 청신경들을 자극하여 생체 전기신호를 발생시키고 그 신호를 뇌간에 있는 청신경핵에 정보를 전달한다.Therefore, as shown in FIG. 4, the electrode inserted into the cochlear is inserted into the cochlea and stimulates the auditory nerves distributed from the base (high frequency region) to the apex (low frequency region) of the basement membrane to generate a bioelectrical signal and transmit the signal to the auditory nerve in the brain stem. Conveys information to the nucleus

종래의 인공와우 시스템의 문제점은 다음과 같다. 즉, 종래의 인공와우 시스템은 체외에 부착되는 마이크로폰, 어음처리기, 트랜시버와 체내에 이식되는 리시버, 자극기, 전극으로 구성되어 불편하다. 또한 시스템 전체의 가격이 고가이며 비교적 크고 비싼 전자회로 칩셋이 필요하며 전력 소모가 크다. 따라서 전기적 신호를 발생시키기 위하여 큰 밧데리 용량 및 보조장치가 필요하며, 밧데리 수명은 대부분의 경우에 수 시간에서 일주일 이하로 제한되어 빈번한 재충전이 요구된다. Problems of the conventional cochlear implant system are as follows. That is, a conventional cochlear implant system is inconvenient because it is composed of a microphone, a sound processor, a transceiver and a receiver, a stimulator, and an electrode implanted in the body. In addition, the overall system is expensive, requires relatively large and expensive electronic chipsets and consumes a lot of power. Therefore, a large battery capacity and an auxiliary device are required to generate an electrical signal, and the battery life is limited to several hours to one week or less in most cases, requiring frequent recharging.

또한 종래의 인공와우 시스템에서 DSP의 사용은 가청주파수 신호가 수 십 msec에 이르는 지연이 발생되게 하고, 전기신호는 암호화(encode)되고 두개골 내의 전자회로에 무선 연결로 전송되어야 하므로, 단지 제한된 수만의 채널이 처리될 수 있다. In addition, the use of DSP in conventional cochlear implant systems results in delays of several tens of msec of audible frequency signals, and electrical signals must be encoded and transmitted over a wireless connection to electronic circuitry within the skull, thus limiting The channel can be processed.

또한, 인공와우 시스템은 실용적이고 외관상의 관점을 떠나서 청취 음질이 무엇보다도 중요하다. 그러나 현재까지 진보된 인공와우 시스템은 말한 단어들을 구별하기는 문제가 없지만 음악의 평가를 위한 실제 음률의 높이를 듣거나 음색이 있는 언어를 이해하는데는 어려움이 있다.In addition, the cochlear implant system, apart from a practical and cosmetic point of view, is of primary importance for listening sound quality. However, to date, advanced cochlear implant systems have no problem distinguishing spoken words, but have difficulty in listening to the actual loudness for music evaluation or understanding the language with the tone.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 전원 공급을 위한 배터리가 필요 없으며, 인공와우를 완전 체내 이식을 할 수 있으며, 마이크로폰 및 무선 전기공급 장치가 따로 필요 없으며, 종래의 어음처리기의 기능을 대체할 수 있는 새로운 개념의 인공와우의 주파수 분석기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the purpose is that no battery for power supply, can be implanted in the cochlear implant completely, there is no need for a microphone and wireless electricity supply separately, conventional The purpose of this study is to provide a new concept of cochlear implant frequency analyzer that can replace the function of speech processor.

상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명에 따른 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기는 하부 구조물 위에 상부 구조물이 적층되되, 상기 상부 구조물은, 제 1 기판; 및 상기 제 1 기판의 하측에 형성되고 그 하측이 톱니 형태로 이루어지고 백금으로 코팅된 나노 와이어 접촉부를 포함하여 이루어지고, 상기 하부 구조물은, 내측에 유체를 담을 수 있는 소정의 공간(공간부)이 형성되고 상측 일부가 개방된 구조로 이루어진 제 2 기판, 상기 제 2 기판의 공간부에 있는 유체 위에 형성되는 기저막, 상기 기저막 위에 형성되는 것으로, 다수개가 연속적으로 형성되되, 입력된 음파가 잘 전달될 수 있도록 제 1 전극간의 간격, 제 1 전극의 폭(w), 및 제 1 전극의 길이(L)를 각각 달리 적용된 제 1 전극, 상기 제 1 전극의 상측에, 임의의 방향으로 성장되는 압전 및 반도체 특성을 가지는 나노 와이어를 포함하여 이루어지며, 음파가 발생하면 이 음파가 하부 구조물의 공간부에 있는 유체를 유동시키기 위한 통로인 음파 입구를 더 포함하고, 상기 하부 구조물 위에 상부 구조물을 적층시킬 때, 하부 구조물의 나노 와이어가 상부 구조물의 나노 와이어 접촉부와 접촉되도록 하며, 음파가 발생하면 이 음파가 하부 구조물의 유체를 운동시키고, 이로 인해 음파의 특정 주파수 성분에 기저막의 특정 위치가 운동하며, 상기 기저막 상부에 있는 제 1전극과 접촉된 나노 와이어가 변형되고, 상기 변형된 나노 와이어가 상부구조물의 해당 나노 와이어 접촉부와 접촉되어 짧은 제 1전극에 고정된 나노 와이어와 긴 제 1전극에 고정된 나노 와이어가 각각 고주파 성분과 저주파 성분에 해당하는 특정 주파수의 전기신호(전류)를 발생하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a frequency analyzer of a MEMS structure cochlear implant having a self-powering function according to the present invention includes an upper structure stacked on a lower structure, the upper structure comprising: a first substrate; And a nanowire contact portion formed at a lower side of the first substrate, the lower side having a sawtooth shape, and coated with platinum, wherein the lower structure is a predetermined space (space portion) capable of containing fluid therein. The second substrate is formed and the upper portion is an open structure, the base film is formed on the fluid in the space portion of the second substrate, formed on the base film, a plurality of continuously formed, the input sound wave is well transmitted A piezoelectric layer grown in an arbitrary direction on the first electrode and the upper side of the first electrode to which the distance between the first electrodes, the width w of the first electrode, and the length L of the first electrode are differently applied, respectively And nanowires having semiconductor characteristics, and when sound waves are generated, the sound waves further include a sound wave inlet, which is a passage for flowing a fluid in a space part of the lower structure. When the superstructure is stacked on the substructure, the nanowires of the substructure are brought into contact with the nanowire contacts of the superstructure, and when sound waves are generated, the sound waves move the fluid in the substructure, thereby The specific position of the base film is moved at a specific frequency component, and the nanowire contacted with the first electrode on the base film is deformed, and the modified nanowire is contacted with the corresponding nanowire contact of the upper structure to the short first electrode. The fixed nanowires and the nanowires fixed to the long first electrode generate electric signals (currents) of a specific frequency corresponding to high frequency and low frequency components, respectively.

또한, 본 발명에서는 제 1 전극이 다수개가 연속적으로 형성되되, 입력된 음파가 잘 전달될 수 있도록 제 1 전극간의 간격, 제 1 전극의 폭(w), 및 제 1 전극의 길이(L)를 각각 달리 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, a plurality of first electrodes are continuously formed, and the distance between the first electrodes, the width (w) of the first electrodes, and the length (L) of the first electrodes are formed so that the input sound waves can be transmitted well. Each of them is applied differently.

또한, 본 발명에서는 하나의 제 1 전극에 1개 이상의 나노 와이어가 접촉되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that at least one nanowire is in contact with one first electrode.

본 발명에서는 공간부에 충진하는 유체는 실제 달팽이관 안에 존재하는 유체와 비슷한 특성을 갖는 유체이거나 인공기저막의 기능을 하는데 적합한 특성을 갖는 유체인 것이 바람직하다.In the present invention, the fluid filling the space portion is preferably a fluid having properties similar to those of the fluid present in the cochlea or a fluid having properties suitable for the function of the artificial base membrane.

또한, 본 발명에서는 상기 나노와이어와 직접적으로 연결되는 제 1 전극에만 달팽이관의 삽입형 전극채널과 연결하기 위한 신호라인이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the signal line for connecting with the insertion type electrode channel of the cochlea is formed only on the first electrode directly connected to the nanowire.

또한, 본 발명에서는 상기 나노 와이어가 변형되어 발생된 전기신호는 신호라인을 따라 달팽이관의 삽입형 전극 채널에 전달되고, 달팽이관의 삽입형 전극채널의 자극전극을 통해 청신경을 자극하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention is characterized in that the electrical signal generated by the deformation of the nanowire is transmitted to the insertion electrode channel of the cochlea along the signal line, and stimulates the auditory nerve through the stimulation electrode of the insertion electrode channel of the cochlea.

또한, 본 발명에서는 제 1 기판은 실리콘 웨이퍼이고, 상기 나노 와이어 접촉부는 제 1 기판의 바로 하측에 형성되는 실리콘 또는 폴리머 재질이면서 톱니 형태인 톱니부와 상기 톱니부의 외측에 백금으로 코팅된 코팅부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the first substrate is a silicon wafer, and the nanowire contact part includes a tooth part having a tooth shape and a silicon or polymer material formed directly under the first substrate and a coating part coated with platinum on the outside of the tooth part. Characterized in that made.

상기 나노 와이어는 제 1 전극의 상측에, 제 1 전극에 대해 수직한 상측 방향으로 성장이 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the nanowires grow in an upper direction perpendicular to the first electrode on the upper side of the first electrode.

상기 나노 와이어의 재질은 압전소재(예: ZnO, ZnMgO, PMN-PT, PZN-PT, PVDF, PVC, PAN, PZT 등)인 것이 바람직하다.The material of the nanowires is preferably a piezoelectric material (eg, ZnO, ZnMgO, PMN-PT, PZN-PT, PVDF, PVC, PAN, PZT, etc.).

상기 기저막의 재질은 폴리머 소재(예: 폴리이미드(polyimide), SU-8 등)인 것이 바람직하다.The base film is preferably made of a polymer material (eg, polyimide, SU-8, etc.).

상기 나노 와이어 접촉부의 코팅부의 톱날은 비연속적으로 이루어질 수도 있다.The saw blade of the coating of the nanowire contact portion may be made discontinuously.

본 발명에서는 상기 하부 구조물의 공간부와 제 1 전극 사이에 구비되는 것으로, Si3N4 재질의 제 3 기판과 상기 제 3 기판을 감싸는 폴리머 재질의 제 4 기판을 포함하여 이루어져, 음파입구에서 공간부로 유입된 음파가 나노와이어로 잘 전달될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In the present invention is provided between the space portion of the lower structure and the first electrode, comprising a third substrate of Si 3 N 4 material and a fourth substrate of polymer material surrounding the third substrate, the space at the sound inlet It is characterized in that the sound waves introduced into the well can be transmitted to the nanowires.

이상에서와 같이, 본 발명에서는 인공와우의 주파수 분석기를 제공함으로써 전원 공급을 위한 배터리가 필요 없으며, 인공와우를 완전 체내 이식할 수 있으며, 마이크로폰 및 무선 전기공급 장치가 따로 필요 없으며, 종래의 어음처리기의 기능을 대체할 수 있는 새로운 개념의 인공와우 기능을 가질 수 있다.As described above, in the present invention, by providing a frequency analyzer of the cochlear implant, there is no need for a battery for power supply, a cochlear implant can be completely implanted in the body, and a microphone and a wireless power supply are not required separately, and a conventional sound processor It can have a new concept of cochlear implant function to replace the function of.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기를 나타내는 사시도, 도 5b는 도 5a의 A-A'의 단면도이다.5A is a perspective view illustrating a frequency analyzer of a cochlear implant according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 5A.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기는 크게, 상부 구조물(100)과 하부 구조물(200)로 이루어진다.5A and 5B, the frequency analyzer of the MEMS structure cochlear implant having a self-power function according to the present invention is largely composed of an upper structure 100 and a lower structure 200.

상부 구조물(100)은 제 1 기판(110)과, 상기 제 1 기판(110)의 하측에 형성되는 톱니 형태의 나노 와이어 접촉부(120)를 포함하여 이루어진다.The upper structure 100 includes a first substrate 110 and a sawtooth-shaped nanowire contact portion 120 formed below the first substrate 110.

나노 와이어 접촉부(120)는 하기 설명될 나노 와이어(290)와 직접적으로 접촉하는 부위로, 톱니('톱의 가장자리에 있는 뾰족뾰족한 이'를 가리킴) 형태이며, 상기 톱니의 가장 외측에 백금(Pt)으로 도금(코팅)되어 있다. 도면에서 다수의 톱니가 길이방향으로 연속으로 배치되어 있다. The nanowire contact portion 120 is a portion in direct contact with the nanowire 290, which will be described below, and has a sawtooth ('pointed teeth at the edge of the saw') shape and platinum (Pt) at the outermost side of the sawtooth. ) Is plated (coated). In the figure, a plurality of teeth are arranged continuously in the longitudinal direction.

하부 구조물(200)은 아래에서 윗 방향으로 순서대로 제 2 기판(210), 기저막(230), 전극(이하, '제 1 전극'이라 함)(240), 및 나노 와이어(290)을 포함하여 이루어진다.The lower structure 200 includes a second substrate 210, a base film 230, an electrode (hereinafter referred to as a “first electrode”) 240, and a nanowire 290 in order from bottom to top. Is done.

나노 와이어(290)는 임의의 방향으로 성장시키는 압전 및 반도체 특성을 가 지고 있다.The nanowires 290 have piezoelectric and semiconductor characteristics for growing in arbitrary directions.

본 발명에서는 하부 구조물(200) 위에 상부 구조물(100)을 적층시킬 때, 하부 구조물의 나노 와이어(290)가 상부 구조물의 나노 와이어 접촉부(120)와 접촉되도록 한다.In the present invention, when the upper structure 100 is stacked on the lower structure 200, the nanowire 290 of the lower structure is in contact with the nanowire contact portion 120 of the upper structure.

다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하여 상부 구조물 및 하부 구조물에 대해 상세하게 살펴보기로 한다.Next, the upper structure and the lower structure will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기의 상부 구조물을 나타내는 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 B-B' 단면도이다. 또한, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기 중 하부 구조물의 사시도, 단면도(도 7a의 C-C'단면도) 및 평면도이다. 또한, 도 7d는 도 7b를 보다 상세히 나타내는 도면이다.6A is a perspective view illustrating an upper structure of a cochlear frequency analyzer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 6A. In addition, Figures 7a to 7c is a perspective view, a cross-sectional view (C-C 'cross-sectional view of Figure 7a) and a plan view of the lower structure of the cochlear frequency analyzer according to an embodiment of the present invention. 7D is a view showing FIG. 7B in more detail.

먼저, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 상부 구조물에 대해 살펴보기로 한다.First, the upper structure will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.

상부 구조물(100)은 앞에서도 언급한 바와 같이, 제 1 기판(110), 및 상기 제 1 기판(110)의 하측에 형성되는 톱니 형태의 나노 와이어 접촉부(120)를 포함하여 이루어진다.As mentioned above, the upper structure 100 includes a first substrate 110 and a sawtooth-shaped nanowire contact portion 120 formed below the first substrate 110.

제 1 기판(110)은 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다. It is preferable that the first substrate 110 is a silicon wafer.

나노 와이어 접촉부(120)는 일례로 톱니 형태로 구현할 수 있는데, 본 발명에서는 상기 톱니의 외측에 백금(Pt)으로 도금(코팅)되어 있다. 즉, 나노 와이어 접촉부(120)는 제 1 기판(110)의 직하부(바로 하측)에 형성되는 실리콘 또는 폴리머 재질이면서 톱니 형태인 톱니부(121)와, 상기 톱니부의 외측에 나노 와이어(290)와 접촉되는 영역의 톱니부(121)만을 백금으로 코팅한 백금으로 코팅한 코팅부(122)를 포함하여 이루어진다. 상기에서 제 1 기판(110)과 톱니부(121)는 같은 재질로 이루어졌으므로 일체로 형성시켜도 무방하다.Nanowire contact portion 120 may be implemented in the form of a sawtooth, for example, in the present invention is plated (coated) on the outside of the sawtooth (Pt). That is, the nanowire contact portion 120 is a tooth portion 121 that is formed of a saw tooth shape and is made of silicon or a polymer material directly below (just below) the first substrate 110, and a nanowire 290 outside the tooth portion. It comprises a coating portion 122 coated with platinum coated only with the teeth 121 of the area in contact with the platinum. Since the first substrate 110 and the tooth portion 121 are made of the same material, the first substrate 110 and the tooth portion 121 may be formed integrally.

본 발명에서는 나노 와이어 접촉부(120)의 가장 외측부분, 즉 백금 코팅부는 나노 와이어(290)의 일단과 접촉하게 된다. 참고로, 나노 와이어(290)의 타단은 하기 설명될 제 1 전극(240)과 연결된다.In the present invention, the outermost portion of the nanowire contact portion 120, that is, the platinum coating portion is in contact with one end of the nanowire 290. For reference, the other end of the nanowire 290 is connected to the first electrode 240 to be described below.

상기와 같이 나노 와이어 접촉부(120)를 톱니 형태로 형성시키는 이유는 나노 와이어(290)와의 접촉을 용이하게 하기 위한 것이다. 즉, 나노 와이어 접촉부(120)를 톱니 형태로 형성시키면 나노 와이어(290)가 변형되었을 때, 나노 와이어(290)의 끝 부분이 상기 톱니형태인 나노 와이어 접촉부(120)에 접촉이 잘 이루어지지만, 반대로 만약 나노 와이어 접촉부(120)를 밋밋하게(평평하게) 형성시키면 나노 와이어(290)가 변형되었을 때, 나노 와이어(290)의 끝 부분이 밋밋한 나노 와이어 접촉부(120)에 접촉이 잘 이루어지지 않을 수도 있다.(이에 대한 보다 상세한 설명은 도 9 설명부분을 참조하기로 한다)The reason for forming the nanowire contact portion 120 in the form of a sawtooth as described above is to facilitate contact with the nanowire 290. That is, when the nano-wire contact portion 120 is formed in a sawtooth shape, when the nano-wire 290 is deformed, the tip of the nano-wire 290 is in contact with the sawtooth-shaped nanowire contact portion 120, but On the contrary, if the nanowire contact portion 120 is formed to be flat (flat), when the nanowire 290 is deformed, the tip of the nanowire 290 may not be in contact with the flat nanowire contact portion 120. (Refer to the description of FIG. 9 for a detailed description thereof).

또한, 본 발명에서는 그 일실시예로서 도 6b와 같이 나노 와이어 접촉부(120)를 톱날 형태로 형성한다고 하였지만 이에 한정하지 않고 홈의 형태가 사각 등의 다각형도 포함한다. 가장 바람직하게는 상기 홈의 형태가 삼각으로 이루어진다. 본 발명에서는 상기 나노 와이어 접촉부(120)의 삼각홈의 변(邊) 부분이 변형된 나노 와이어(290)와 접촉하게 된다.In addition, although the nanowire contact portion 120 is formed in the form of a saw blade as shown in FIG. 6B as an embodiment of the present invention, the shape of the groove also includes a polygon such as a square. Most preferably the groove is triangular in shape. In the present invention, the side portion of the triangular groove of the nanowire contact portion 120 is in contact with the deformed nanowire 290.

한편, 하부 구조물(200)은 도 7에 도시된 바와 같이, 아래에서 윗 방향으로 순서대로 제 2 기판(210), 기저막(230), 제 1 전극(240), 및 나노 와이어(290)을 포함하여 이루어진다.Meanwhile, as shown in FIG. 7, the lower structure 200 includes a second substrate 210, a base film 230, a first electrode 240, and a nanowire 290 in order from the bottom to the top. It is done by

상기에서 '제 1 전극'으로 명명한 이유는, 달팽이관에 삽입되는 전극채널(300)과 구분시키기 위한 것이다.The reason for naming the first electrode is to distinguish the electrode channel 300 inserted into the cochlea.

제 2 기판(210)은 실리콘(Si) 재질로 이루어지고, 내측에 소정의 공간(이하, '공간부'라고도 함)이 형성된다.(도 7b 참조)The second substrate 210 is made of silicon (Si), and a predetermined space (hereinafter referred to as a “space portion”) is formed inside (see FIG. 7B).

상기 공간부에는 유체가 충진된다. 물론 하기에 설명이 이루어지지만 상기 유체의 일례로서 실리콘 오일(silicon oil)이 사용될 수도 있다.The space is filled with a fluid. Of course, the following description is made, but silicon oil may be used as an example of the fluid.

기저막(Membrain)(230)은 상기 공간부(220)에 있는 유체 위에 형성되는데, 상기 기저막의 재질로는 폴리머 소재(예: 폴리이미드(polyimide), SU-8 등)인 것이 바람직하다. The base film 230 is formed on the fluid in the space 220. The material of the base film is preferably a polymer material (eg, polyimide, SU-8, etc.).

상기 기저막(Membrain)(230)은 공간부(220)에 있는 유체의 유동에 따라 함께 운동이 이루어진다.The membrane 230 moves together with the flow of fluid in the space 220.

제 1 전극(240)은 상기 기저막(230) 위에 형성된다. 물론 이 제 1 전극(240)도 공간부(220)에 있는 유체 및 기저막(230)의 유동에 따라 상하로 움직이게 된다.The first electrode 240 is formed on the base film 230. Of course, the first electrode 240 also moves up and down according to the flow of the fluid and the base film 230 in the space 220.

제 1 전극(240)은 다수개(241~246)가 연속적으로 형성되되, 입력된 음파가 잘 전파될 수 있도록 전극간 간격, 전극의 폭(w), 및 전극의 길이(L)를 각각 달리 적용할 수 있다. 도 7a에서 기저막의 폭이 좁은 부분은 음파의 고주파 성분에 해당하게 되고, 기저막의 폭이 넓은 부분은 음파의 저주파 성분에 해당한다.
나노 와이어(290)는 제 1 전극(240)의 상측에 형성되고, 임의의 방향으로 성장시키는 압전 및 반도체 특성을 가진다.The first electrode 240 is formed of a plurality of (241 ~ 246) in succession, so that the interval between the electrodes, the width (w) of the electrode, and the length (L) of the electrodes, respectively, so that the input sound waves can be well propagated Applicable In FIG. 7A, the narrow portion of the base layer corresponds to the high frequency component of the sound wave, and the wide portion of the base layer corresponds to the low frequency component of the sound wave.
The nanowires 290 are formed on the upper side of the first electrode 240 and have piezoelectric and semiconductor characteristics for growing in an arbitrary direction.

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상기 나노 와이어의 재질은 압전소재(예: ZnO, ZnMgO, PMN-PT, PZN-PT, PVDF, PVC, PAN, PZT 등)인 것이 바람직하다.The material of the nanowires is preferably a piezoelectric material (eg, ZnO, ZnMgO, PMN-PT, PZN-PT, PVDF, PVC, PAN, PZT, etc.).

앞에서도 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 하부 구조물(200) 위에 상부 구조물(100)을 적층시킬 때, 하부 구조물의 나노 와이어(290)가 상부 구조물의 나노 와이어 접촉부(120)와 접촉되도록 한다. 즉, 나노 와이어(290)의 일단은 나노 와이어 접촉부(120)와 연결되고, 나노 와이어(290)의 타단은 제 1 전극(240)과 연결된다. 물론 나노 와이어(290)와 나노 와이어 접촉부(120)간 연결/미연결은 입력되는 음파의 종류, 세기 등에 따라 좌우된다.As described above, in the present invention, when the upper structure 100 is stacked on the lower structure 200, the nanowires 290 of the lower structure are in contact with the nanowire contact portion 120 of the upper structure. That is, one end of the nano wire 290 is connected to the nano wire contact portion 120, and the other end of the nano wire 290 is connected to the first electrode 240. Of course, the connection / non-connection between the nano wire 290 and the nano wire contact portion 120 depends on the type, intensity, etc. of the sound wave input.

또한, 본 발명에서는 음파가 발생하면 이 음파가 하부 구조물의 공간부에 있는 유체를 유동시키기 위한 통로인 음파 입구(250)를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, it is preferable that the sound wave further includes a sound wave inlet 250 that is a passage for flowing the fluid in the space of the lower structure.

또한, 본 발명에서는 하나의 제 1 전극(240)에 1개 이상의 나노 와이어(290)가 접촉될 수도 있고, 또한, 하나의 제 1 전극(240)에 1개의 나노 와이어(290)도 접촉되지 않을 수도 있다.In addition, in the present invention, one or more nanowires 290 may be in contact with one first electrode 240, and one nanowire 290 may not be in contact with one first electrode 240. It may be.

또한, 본 발명에서는 상기 나노 와이어(290)와 직접적으로 연결되는 제 1 전 극(240)에만 달팽이관의 삽입형 전극채널(300)과 연결하기 위한 신호라인(260)이 형성되는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, it is preferable that the signal line 260 for connecting with the insertable electrode channel 300 of the cochlea is formed only on the first electrode 240 directly connected to the nanowire 290.

미설명부호 280은 제 2 기판(210)의 상부 일부가 미개방되어 있는 부분의 상측, 즉 제 2 기판과 맞닿는 부분에 형성되어 벽 역할을 수행하는 부재이다. 본 발명에서는 상기 부재(280)와 제 1 전극(241) 사이에 공간이 형성되는데, 이 공간이 앞에서 언급된 음파 입구(250)이다. Reference numeral 280 is a member that is formed on the upper side of the unopened portion of the second substrate 210, that is, the portion that is in contact with the second substrate, and serves as a wall. In the present invention, a space is formed between the member 280 and the first electrode 241, which is the sound wave inlet 250 mentioned above.

또한, 제 2 기판의 상부 일부가 개방되어 있는데, 이 개방된 부분이 앞에서 언급한 공간부(220)이다.In addition, an upper portion of the second substrate is open, which is the space portion 220 mentioned above.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 인공와우 주파수분석기는 인체 내부에 삽입된다.Cochlear frequency analyzer of the present invention made as described above is inserted into the human body.

도 7d를 참조하면, 본 발명에서는 하부 구조물의 공간부(220)와 제 1 전극 사이에, 음파가 잘 전달될 수 있도록 Si3N4 재질의 제 3 기판과, 상기 제 3 기판을 감싸는 폴리머 재질(예: 폴리이미드, SU-8 등)의 제 4 기판으로 구성된다. 즉, 본 발명의 기저막(230)은 제 3 기판(230a)과 제 4 기판(230b)을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 7D, in the present invention, a third substrate of Si 3 N 4 material and a polymer material surrounding the third substrate are provided between the space 220 and the first electrode of the lower structure so that sound waves can be transmitted well. (E.g., polyimide, SU-8, etc.). That is, the base film 230 of the present invention includes the third substrate 230a and the fourth substrate 230b.

제 2 기판(Si기판; 210)과 맞닿는 부분에 형성되어 벽 역할을 수행하는 부재는 제 2 기판과 같은 재질인 실리콘(Si)인 것이 바람직하다.The member formed in a portion contacting the second substrate (Si substrate) 210 to serve as a wall is preferably silicon (Si), which is the same material as the second substrate.

상기 제 4 기판(230b)의 상측에는 크롬(Cr) 또는 금(Au) 재질의 제 1 전극들(241~246)이 위치한다.First electrodes 241 ˜ 246, which are made of chromium (Cr) or gold (Au), are positioned on the fourth substrate 230b.

도 7d와 같은 하부 구조물의 구조에 대해 살펴보면, Si기판(210)에 유체를 담을 수 있는 공간이 구비되도록 공간부를 형성하고, 그 공간부에 유체가 채워지며, 상기 유체의 상측에는 기저막 역할을 수행하는 Si3N4 재질의 제 3 기판과 상기 제 3 기판을 감싸는 폴리머 재질(예: 폴리이미드, SU-8 등)의 제 4 기판이 구성되고, 상기 제 4 기판의 상측에는 제 1 전극들(241~246)이 위치하며, 제 1 전극들(241~246)에는 나노와이어가 성장되어 있다.Referring to the structure of the lower structure as shown in Figure 7d, the Si substrate 210 is formed to form a space to accommodate the fluid, the fluid is filled in the space, the upper side of the fluid serves as a base film A third substrate of Si 3 N 4 material and a fourth substrate of a polymer material (eg, polyimide, SU-8, etc.) surrounding the third substrate are formed, and the first electrodes are formed on the upper side of the fourth substrate. 241 to 246 are positioned, and nanowires are grown on the first electrodes 241 to 246.

이에 따라, 음파가 발생하면 이 음파는 하부 구조물의 음파입구(250) 및 음파 입구에 형성된 기저막(231)을 통과하여 하부 구조물의 유체(220)를 유동시킨다. 그러면 제 3 기판(230a)과 제 4 기판(230b)을 포함하여 이루어진 기저막(230)이 운동하게 되며, 그러면 이 기저막(230) 상부에 있는 제 1 전극(240)에 음파가 전달되며, 이 제 1 전극(240)과 접촉된 나노 와이어(290)가 변형된다.Accordingly, when a sound wave is generated, the sound wave passes through the sound wave inlet 250 of the lower structure and the base film 231 formed at the sound wave inlet so as to flow the fluid 220 of the lower structure. Then, the base film 230 including the third substrate 230a and the fourth substrate 230b moves, and then sound waves are transmitted to the first electrode 240 on the base film 230. The nanowire 290 in contact with the first electrode 240 is deformed.

도 8a는 본 발명의 압전(예: ZnO 등) 나노 와이어의 변형특성, 도 8b는 본 발명의 압전 나노 와이어의 압전특성, 도 8c는 본 발명의 압전 나노 와이어의 압전 및 반도체 특성을 나타내는 도면이다.8A is a diagram illustrating deformation characteristics of piezoelectric (eg ZnO) nanowires according to the present invention, FIG. 8B is piezoelectric properties of piezoelectric nanowires according to the present invention, and FIG. 8C is a diagram showing piezoelectric and semiconductor properties of the piezoelectric nanowires according to the present invention. .

왕(Wang) 등이 최근 사이언스(Science)(2006)에 ZnO 나노 와이어의 압전현상을 이용하여 기계 및 진동에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있는 나노발전기(nanogenerator)의 제작 가능성을 입증하였다. (Zhong Lin Wang and Jinhui Song, Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays, 2006, Science, Vol. 312)Wang et al recently demonstrated the possibility of making a nanogenerator that can convert mechanical and vibration energy into electrical energy using piezoelectric phenomena of ZnO nanowires in Science (2006). (Zhong Lin Wang and Jinhui Song, Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays, 2006, Science, Vol. 312)

즉, 도 8a에서와 같이 AFM 팁을 이용하여 나노 와이어를 변형시키면 인장 및 압축 영역이 발생하고, 도 8b에서와 같이 압전현상에 의해 인장 영역에는 양의 포텐셜이 작용하고, 압축 영역에는 음의 포텐셜이 작용한다.That is, when the nanowires are deformed using the AFM tip as shown in FIG. 8A, tensile and compressive regions are generated. As shown in FIG. 8B, the positive potential acts on the tensile region and the negative potential is applied to the compressed region. This works.

또한, 도 8c와 같이 베이스에 접지를 설치하고 나노 와이어 정점의 인장 영역인 양의 포텐셜에 텅스텐 팁을 접촉시켰을 때는 역방향 바이어스 쇼트키 다이오드로 작용하여 전류가 흐르지 않고, 압축 영역인 음의 포텐셜에 텅스텐 팁을 접촉시켰을 때는 순방향 바이어스 쇼트키 다이오드로 작용하여 전류가 흐르게 된다. 따라서 ZnO 나노 와이어가 변형하면 압전현상과 반도체 특성을 가짐이 증명되었다.In addition, as shown in FIG. 8C, when the ground is provided at the base and the tungsten tip is brought into contact with the positive potential, which is the tension region of the nanowire vertex, the current acts as a reverse bias Schottky diode, and no current flows. When the tip is in contact, it acts as a forward-biased Schottky diode, allowing current to flow. Therefore, it was proved that the ZnO nanowires had piezoelectric and semiconductor characteristics.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기에서 ZnO 나노 와이어 어레이 구조물의 전기신호 발생을 보여주는 도면으로, 도 9a는 음파가 공간부 내에 있는 유체에 입력되기 전(前)이고, 도 9b는 음파가 유체에 입력된 후(後)를 나타낸다. 또한, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기의 나노 와이어가 변형되어 발생된 전기신호가 신호라인을 따라 달팽이관의 삽입형 전극 채널에 전달되는 것을 보여주는 도면이다.9A and 9B are views illustrating generation of an electrical signal of a ZnO nanowire array structure in a cochlear implant frequency analyzer according to an embodiment of the present invention. And FIG. 9B shows after the sound wave is inputted into the fluid. In addition, Figure 10 is a view showing that the electric signal generated by the deformation of the nanowires of the cochlear frequency analyzer according to an embodiment of the present invention is transmitted to the insertion electrode channel of the cochlea along the signal line.

도 9a를 참조하면, 아직 음파가 입력되기 전의 상태이므로 나노와이어(290)의 일단은 나노 와이어 접촉부(120)와 미접촉된 상태이다.Referring to FIG. 9A, one end of the nanowire 290 is not in contact with the nanowire contact portion 120 since sound waves are not yet input.

도 9a와 같은 상태에서 음파가 입력되면 도 9b처럼 된다. 즉, 음파가 입력되면 나노 와이어(290)가 변형되며, 나노 와이어(290)의 일단이 나노 와이어 접촉부(120)와 접촉하게 된다. 이에 따라, 소정의 전류(I)가 흐르게 된다.When sound waves are input in the state shown in FIG. 9A, the sound waves are as shown in FIG. 9B. That is, when the sound wave is input, the nano wire 290 is deformed, and one end of the nano wire 290 comes into contact with the nano wire contact part 120. As a result, the predetermined current I flows.

도 5 내지 도 7과 같이 구성된 본 발명의 인공와우의 주파수 분석기의 동작 관계를 도 9 및 도 10을 참조하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.The operation relationship of the cochlear implant frequency analyzer of the present invention configured as shown in FIGS. 5 to 7 will be described in more detail with reference to FIGS. 9 and 10.

먼저, 음파가 발생하면 이 음파는 하부 구조물의 음파입구 및 음파 입구에 형성된 기저막(231)을 통과하여 하부 구조물의 유체(220)를 유동시킨다. 그러면 음파의 특정 주파수 성분에 대응하는 특정 위치의 기저막(230) 영역이 운동하게 되며, 그러면 이 특정 위치의 기저막(230) 상부에 있는 제 1 전극(240)이 특정 주파수로 운동하게 되며, 이에 따라 제 1 전극(240)과 접촉된 나노 와이어(290)가 변형되고, 상기 변형된 나노 와이어(290)가 상부 구조물의 해당 나노 와이어 접촉부(120)와 접촉되어 음파의 특정주파수의 전기신호(전류)(I)를 발생시킨다. 이 음파의 특정주파수의 전기신호는 신호라인(261)(262)을 따라 달팽이관의 삽입형 전극 채널(300)에 전달되고, 달팽이관의 삽입형 전극의 채널의 청신경 자극전극(310)을 통해 유모세포의 청신경을 자극하게 된다.First, when sound waves are generated, the sound waves flow through the base film 231 formed at the sound wave inlet and the sound wave inlet of the lower structure to flow the fluid 220 of the lower structure. Then, the region of the base film 230 at a specific position corresponding to the specific frequency component of the sound wave is moved. Then, the first electrode 240 on the base film 230 at the specific position is moved at a specific frequency. The nanowire 290 in contact with the first electrode 240 is deformed, and the deformed nanowire 290 is in contact with the corresponding nanowire contact part 120 of the upper structure, so that an electrical signal (current) of a specific frequency of sound waves is present. (I) is generated. The electric signal of the specific frequency of this sound wave is transmitted to the insertion electrode channel 300 of the cochlea along the signal lines 261 and 262, and the auditory nerve of the hair cells through the auditory nerve stimulation electrode 310 of the channel of the insertion electrode of the cochlea. Will stimulate.

도 10에서 도면부호 261은 고주파 신호라인이고, 262는 저주파 신호라인이다.In FIG. 10, reference numeral 261 denotes a high frequency signal line, and 262 denotes a low frequency signal line.

도 11a는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 상부 구조물을 나타내는 사시도 및 도 11a의 D-D'단면도이다.Figure 11a is a perspective view showing an upper structure according to another embodiment of the present invention and sectional view taken along the line D-D 'of FIG.

도 11에도 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 도 6에 나타난 상부 구조물의 코팅부의 구조를 좀 다르게 적용시켰다.As shown in Figure 11, in the present invention was applied to the structure of the coating portion of the upper structure shown in FIG.

보다 상세히 설명하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 상부 구조물(100)은 제 1 기판(110), 및 상기 제 1 기판(110)의 하측에 형성되는 톱니 형태의 나노 와 이어 접촉부(120)를 포함하여 이루어진다. In more detail, the upper structure 100 according to another embodiment of the present invention is the first substrate 110, and the toothed nano-wire contact portion 120 formed on the lower side of the first substrate 110. It is made, including.

나노 와이어 접촉부(120)는 제 1 기판(110)의 바로 하측에 형성되는 실리콘 재질이면서 톱니 형태인 톱니부(121)와, 상기 톱니부의 외측에 백금으로 코팅된 코팅부(122)를 포함하여 이루어진다. The nanowire contact portion 120 includes a tooth portion 121 that is a silicon material and a tooth shape formed directly under the first substrate 110, and a coating portion 122 coated with platinum on the outside of the tooth portion. .

도 6과 도 11의 차이는 상기 코팅부의 형태이다. 즉, 도 6에서는 톱날은 연속적으로 이루어졌지만 코팅부는 나노와이어와 접촉하는 영역만 코팅되어 있고, 도 11에서는 코팅부의 톱날이 비연속적으로 이루어졌다. 이와 같이 나노와이어와 접촉하는 영역만 코팅하거나 코팅부의 톱날을 비연속적으로 형성시키는 이유는 상기 코팅부와 접촉하는 나노 와이어간 전기적 접촉을 차단하기 위한 것이다. 다시 말하면 하나의 나노 와이어와, 이 나노 와이어와 이웃하는 다른 나노 와이어간 전기적으로 접촉하면 시스템상 문제가 야기되므로 이를 방지하기 위해 톱날을 비연속적으로 띄엄띄엄 형성시킨 것이다.The difference between FIG. 6 and FIG. 11 is in the form of the coating part. That is, in FIG. 6, the saw blade is continuously formed, but the coating portion is coated only with the area in contact with the nanowires, and in FIG. 11, the saw blade of the coating portion is discontinuously formed. The reason for coating only the area in contact with the nanowires or forming the saw blade of the coating discontinuously is to block electrical contact between the nanowires in contact with the coating. In other words, the electrical contact between one nanowire and another nanowire adjacent to the nanowire causes a problem in the system, so that the saw blade is discontinuously spaced to prevent this.

물론 상기와 같이 나노 와이어간 전기적 접촉을 차단하기 위한 또 다른 방법은 도 6b에서 나노 와이어와 직접적으로 접촉될 부분만 백금으로 코팅하는 방법이 있다.Of course, another method for blocking electrical contact between the nanowires as described above is a method of coating only the portion of the nanowire directly contacted with the platinum in FIG. 6b.

본 발명에서는 주로 공간부에 충진하는 유체는 실제 달팽이관 안에 존재하는 유체와 비슷한 특성을 갖는 유체이거나 인공기저막의 기능을 하는데 적합한 특성을 갖는 유체인 것이 바람직하다.In the present invention, the fluid mainly filled in the space portion is preferably a fluid having properties similar to the fluid existing in the cochlea or a fluid having properties suitable for functioning of the artificial basement membrane.

상기와 같이, 본 발명에서는 실리콘 오일 등의 유체를 공간부에 충진시킨 후, 공간부에 있는 공기를 외부로 배출시키기 위한 공기 출구(271)(272)를 더 포함한다. 아울러 본 발명에서는 이 공기 출구가 상기 유체를 주입하기 위한 통로 역할도 수행한다.As described above, the present invention further includes air outlets 271 and 272 for discharging air in the space portion to the outside after filling the space portion with fluid such as silicone oil. In the present invention, the air outlet also serves as a passage for injecting the fluid.

또한, 본 발명에서는 상기 공기출구(271)(272)내로 유체의 주입 후, 실링(sealing)이 이루어져 그 내부가 밀봉상태가 되도록 한다.In addition, in the present invention, after the fluid is injected into the air outlets 271 and 272, sealing is performed so that the inside thereof is sealed.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

도 1은 일반적인 코클리어의 단면 및 부동섬모 구조를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a cross section and a floating cilia structure of a general cochlear.

도 2는 현재 사용되는 인공와우를 나타내는 시스템도이다.2 is a system diagram showing a cochlear implant currently in use.

도 3은 코클리어 내부 기저막에서의 주파수 인지를 보여주는 도면이다.3 shows frequency recognition in the cochlear internal basement membrane.

도 4는 코클리어 내부에 전극이 삽입된 모습을 보여주는 도면이다.4 is a view showing an electrode inserted into the cochlear.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기를 나타내는 사시도, 도 5b는 도 5a의 A-A'의 단면도이다.5A is a perspective view illustrating a frequency analyzer of a cochlear implant according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 5A.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기의 상부 구조물을 나타내는 사시도이다.Figure 6a is a perspective view showing the upper structure of the cochlear frequency analyzer according to an embodiment of the present invention.

도 6b는 도 6a의 B-B' 단면도이다.FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 6A.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기 중 하부 구조물의 사시도, 단면도(도 7a의 C-C'단면도) 및 평면도이다.7A to 7C are a perspective view, a cross-sectional view (C-C 'cross-sectional view of Figure 7a) and a plan view of the lower structure of the cochlear implant frequency analyzer according to one embodiment of the present invention.

도 7d는 도 7b를 보다 상세히 나타내는 도면이다.FIG. 7D is a diagram illustrating FIG. 7B in more detail.

도 8a는 본 발명의 압전(예: ZnO 등) 나노 와이어의 변형특성, 도 8b는 본 발명의 ZnO 나노 와이어의 압전특성, 도 8c는 본 발명의 ZnO 나노 와이어의 압전 및 반도체 특성을 나타내는 도면이다.8A is a diagram illustrating deformation characteristics of piezoelectric (eg ZnO) nanowires according to the present invention, FIG. 8B is piezoelectric properties of ZnO nanowires according to the present invention, and FIG. 8C is a diagram showing piezoelectric and semiconductor properties of ZnO nanowires according to the present invention. .

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기에서 ZnO 나노 와이어 어레이 구조물의 전기신호 발생을 보여주는 도면이다.9A and 9B are views illustrating generation of electrical signals of ZnO nanowire array structures in a cochlear frequency analyzer according to an embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우의 주파수 분석기의 나노 와이어가 변형되어 발생된 전기신호가 신호라인을 따라 달팽이관의 삽입형 전극 채널에 전달되는 것을 보여주는 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating that an electrical signal generated by deformation of a nanowire of a cochlear frequency analyzer according to an embodiment of the present invention is transmitted to an insertable electrode channel of a cochlea along a signal line.

도 11a는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 상부 구조물을 나타내는 사시도 및 도 11a의 D-D'단면도이다.Figure 11a is a perspective view showing an upper structure according to another embodiment of the present invention and sectional view taken along the line D-D 'of FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 상부 구조물 110: Si 기판100: upper structure 110: Si substrate

120: 나노 와이어 접촉부 121: 톱니부120: nanowire contact portion 121: tooth portion

122: 코팅부 200: 하부 구조물 122: coating part 200: lower structure

210: Si 기판 220: 유체210: Si substrate 220: fluid

230: 기저막 240, 241~246: 제 1 전극 230: base film 240, 241 to 246: first electrode

250: 음파 입구 260: 신호 라인 250: sound wave inlet 260: signal line

271, 272 : 공기 출구 280: 벽 271, 272: air outlet 280: wall

290: ZnO 나노 와이어 300: 달팽이관의 삽입형 전극채널290: ZnO nanowire 300: insertion type electrode channel of the cochlea

310: 청신경 자극전극310: auditory nerve stimulation electrode

Claims (12)

하부 구조물 위에 상부 구조물이 적층되되,The upper structure is stacked on the lower structure, 상기 상부 구조물은,The upper structure, 제 1 기판; 및 상기 제 1 기판의 하측에 형성되고 그 하측이 톱니 형태로 이루어지고 백금으로 코팅된 나노 와이어 접촉부를 포함하여 이루어지고, A first substrate; And a nanowire contact portion formed on a lower side of the first substrate, the lower side thereof having a sawtooth shape and coated with platinum, 상기 하부 구조물은, The lower structure, 내측에 유체를 담을 수 있는 소정의 공간(공간부)이 형성되고 상측 일부가 개방된 구조로 이루어진 제 2 기판;A second substrate having a structure in which a predetermined space (space portion) capable of containing a fluid is formed and an upper portion thereof is opened; 상기 제 2 기판의 공간부에 있는 유체 위에 형성되는 기저막; A base film formed over the fluid in the space portion of the second substrate; 상기 기저막 위에 형성되는 것으로, 다수개가 연속적으로 형성되되, 입력된 음파가 잘 전달될 수 있도록 제 1 전극간의 간격, 제 1 전극의 폭(w), 및 제 1 전극의 길이(L)를 각각 달리 적용된 제 1 전극;It is formed on the base film, a plurality of consecutively formed, so that the distance between the first electrode, the width (w) of the first electrode, and the length (L) of the first electrode, respectively, so that the input sound waves can be transferred well An applied first electrode; 상기 제 1 전극의 상측에, 임의의 방향으로 성장되는 압전 및 반도체 특성을 가지는 나노 와이어를 포함하여 이루어지며,On the upper side of the first electrode, including nanowires having piezoelectric and semiconductor characteristics grown in any direction, 음파가 발생하면 이 음파가 하부 구조물의 공간부에 있는 유체를 유동시키기 위한 통로인 음파 입구를 더 포함하고,When a sound wave is generated, the sound wave further comprises a sound wave inlet which is a passage for flowing a fluid in the space part of the lower structure, 상기 하부 구조물 위에 상부 구조물을 적층시킬 때, 하부 구조물의 나노 와이어가 상부 구조물의 나노 와이어 접촉부와 접촉되도록 하며,When the superstructure is stacked on the substructure, the nanowires of the substructure are brought into contact with the nanowire contacts of the superstructure, 음파가 발생하면 이 음파가 하부 구조물의 유체를 운동시키고, 이로 인해 음파의 특정 주파수 성분에 기저막의 특정 위치가 운동하며, 상기 기저막 상부에 있는 제 1전극과 접촉된 나노 와이어가 변형되고, 상기 변형된 나노 와이어가 상부구조물의 해당 나노 와이어 접촉부와 접촉되어 짧은 제 1전극에 고정된 나노 와이어와 긴 제 1전극에 고정된 나노 와이어가 각각 고주파 성분과 저주파 성분에 해당하는 특정 주파수의 전기신호(전류)를 발생하는 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.When a sound wave is generated, the sound wave moves the fluid in the lower structure, which causes a specific position of the base film to move in a specific frequency component of the sound wave, and deforms the nanowire in contact with the first electrode on the base film. The nanowires are brought into contact with the corresponding nanowire contacts of the superstructure, and the nanowires fixed to the short first electrode and the nanowires fixed to the long first electrode each have a specific frequency of electrical signal (current MEMS structure cochlear frequency analyzer having a self-powering function, characterized in that). 삭제delete 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 하나의 제 1 전극에 1개 이상의 나노 와이어가 접촉되는 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.A frequency analyzer of a MEMS structure cochlear implant having a self-powering function, wherein at least one nanowire is in contact with one first electrode. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노 와이어와 직접적으로 연결되는 제 1 전극에만 달팽이관의 삽입형 전극채널과 연결하기 위한 신호라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.A signal analyzer for a MEMS structure cochlear implant having a self-powering function, characterized in that a signal line for connecting with an insertable electrode channel of a cochlea is formed only on the first electrode directly connected to the nanowire. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 나노 와이어가 변형되어 발생된 전기신호는 신호라인을 따라 달팽이관의 삽입형 전극 채널에 전달되고, 달팽이관의 삽입형 전극채널의 자극전극을 통해 청신경을 자극하는 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.The electrical signal generated by the deformation of the nanowires is transmitted to the insertion type electrode channel of the cochlea along the signal line and stimulates the auditory nerve through the stimulation electrode of the insertion type electrode channel of the cochlea. Wow frequency analyzer. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 기판은 실리콘 웨이퍼이고, 상기 나노 와이어 접촉부는 제 1 기판의 바로 하측에 형성되는 실리콘 또는 폴리머 재질이면서 톱니 형태인 톱니부와 상기 톱니부의 외측에 백금으로 코팅된 코팅부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.The first substrate is a silicon wafer, the nano-wire contact portion is a silicon or polymer material formed on the lower side of the first substrate and the sawtooth-shaped tooth portion and a coating portion coated with platinum on the outside of the tooth portion Frequency analyzer of MEMS structure cochlear implant with self-power function. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노 와이어는 제 1 전극의 상측에, 제 1 전극에 대해 수직한 상측 방향으로 성장이 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.The nano-wire is a frequency analyzer of the MEMS structure cochlear implant having a self-powered function, characterized in that the growth in the upper direction perpendicular to the first electrode, on the upper side of the first electrode. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노 와이어의 재질은 압전 소재인 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.The material of the nanowires is a frequency analyzer of the MEMS structure cochlear implant having a self-powering function, characterized in that the piezoelectric material. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 기저막의 재질은 폴리머 소재인 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.The base film is a frequency analyzer of the MEMS structure cochlear implant having a self-powering function, characterized in that the material of the polymer material. 제 6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 나노 와이어 접촉부의 코팅부의 톱날은 비연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.The saw blade of the coating portion of the nano-wire contact portion is a frequency analyzer of the MEMS structure cochlear implant having a self-powered function, characterized in that the discontinuous. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유체는 달팽이관 안에 존재하는 유체와 비슷한 특성을 갖는 유체이거나 인공기저막의 기능을 하는데 적합한 특성을 갖는 유체인 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.The fluid is a frequency analyzer of the MEMS structure cochlear implant having a self-powered function, characterized in that the fluid having a characteristic similar to the fluid existing in the cochlea or a fluid having a characteristic suitable for the function of the basement membrane. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 하부 구조물의 공간부와 제 1 전극 사이에 구비되는 것으로, Si3N4 재질의 제 3 기판과 상기 제 3 기판을 감싸는 폴리머 재질의 제 4 기판을 포함하여 이루어져, 음파입구에서 공간부로 유입된 음파가 나노와이어로 잘 전달될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기.It is provided between the space portion of the lower structure and the first electrode, and comprises a third substrate of Si 3 N 4 material and a fourth substrate of a polymer material surrounding the third substrate, introduced into the space portion from the sound wave inlet A frequency analyzer for a MEMS structured cochlear implant with self-powering, characterized in that sound waves can be delivered well to nanowires.
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