KR101048423B1 - 플렉서블 압전 소자 제조방법, 이에 의하여 제조된 플렉서블 압전 소자 - Google Patents

플렉서블 압전 소자 제조방법, 이에 의하여 제조된 플렉서블 압전 소자 Download PDF

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    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
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Abstract

플렉서블 압전 소자 제조방법, 이에 의하여 제조된 플렉서블 압전 소자가 제공된다.
본 발명에 따른 플렉서블 압전 소자 제조방법은 희생기판 상에 압전소자층을 적층하는 단계; 상기 희생기판 상의 압전소자층을 고온처리 하는 단계; 상기 압전소자층을 패터닝하여, 압전소자를 형성하는 단계; 상기 희생기판을 식각하여, 상기 압전소자를 상기 희생 기판으로부터 분리하는 단계; 및 상기 압전소자에 전사층을 접촉시킨 후, 이를 플렉서블 기판에 전사하는 단계를 포함하며, 본 발명에 따른 플렉서블 압전 소자 제조방법은 플렉서블 기판상에 압전 소자 뿐만 아니라, 압전 소자에 의하여 발생한 전류를 안정적으로 정류할 수 있는 커패시터를 모두 구현한, 플렉서블 압전 소자를 가능하게 한다. 또한, 복수의 단위 압전 소자와 커패시터를 동일 플렉서블 기판에 전기적으로 상호 연결시키므로, 대면적 압전소자 구현이 가능하며, 본 발명에 따른 플렉서블 압전소자는 플렉서블한 기판의 휘는 특성에 따라 전기를 발생시킬 수 있다 또한, 상기 발생한 전기를 동일 소자 영역에 구비된 커패시터로 정류시킬 수 있으므로, 그 효과가 우수한다.

Description

플렉서블 압전 소자 제조방법, 이에 의하여 제조된 플렉서블 압전 소자{Manufacturing method of flexible piezoelectric element, flexible piezoelectric element manufactured by the same}
본 발명은 플렉서블 압전 소자 제조방법, 이에 의하여 제조된 플렉서블 압전 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플렉서블 기판상에 압전 소자뿐만 아니라, 압전 소자에 의하여 발생한 전류를 안정적으로 정류할 수 있는 커패시터를 모두 구현한, 플렉서블 압전 소자 제조가 가능한 플렉서블 압전 소자 제조방법, 이에 의하여 제조된 플렉서블 압전 소자에 관한 것이다.
현재 정보통신의 발달에 따라 압전소자, 태양전지 등의 전기 소자의 필요성 및 대용량화가 대두되고 있다. 더 나아가, 이러한 전기 소자는 현재까지 딱딱한 실리콘 기판 등에서 제조되어, 응용되고 있는데, 그 이유는 바로 이러한 소자 들의 제조공정이 보통 고온의 반도체 공정을 통하여 제조되기 때문이다. 하지만, 이러한 소자 기판의 한계는 압전소자, 태양전지 등의 응용 범위를 제한하는 문제가 있다.
특히 이러한 기판 제한에 따라 그 효과가 제한되는 소자 중 하나는 압전 소자이다. 압전소자란 압전기(壓電氣) 현상을 나타내는 소자를 의미한다. 상기 압전 소자는 피에조 전기소자라고도 하며, 수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 이용되었으며, 근래에 개발된 지르코늄산납, 타이타늄산바륨(BaTiO3, 이하 BTO), 인산이수소암모늄, 타타르산에틸렌다이아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나며 도핑을 통해 더 뛰어난 압전특성을 유도 할 수 있게 된다.
이러한 압전소자는 현재 외부에서 인가되는 압력에 따라 전기를 발생시키는 방식이나, 상기 압전 소자가 자연스럽게 휘어질 수 있는 플렉서블 기판에 응용되는 경우, 자연스럽게 발생하는 플렉서블 기판의 휘는 특성을 즉시 전기적 에너지로 전화시킬 수 있는 장점이 있으나, 아직까지 플렉서블 기판에 구현된 압전 소자, 특히 대면적 압전 소자는 개시되지 못한 상황이다. 더 나아가, 발생한 전기적 에너지를 충전시키기 위해서 보통 BTO 소자 외부의 별도 충전 수단을 종래 기술은 사용하나, 이는 압전 소자를 사용하는 디바이스 크기를 과도하게 차지하는 문제가 있다.
더 나아가, 많은 양의 전기적 에너지를 생산하기 위해서는 큰 면적의 BTO 소자를 사용하는 것이 바람직하나, 현재까지 대면적의 압전소자를 플렉서블 기판에 구현시키는 기술은 개시되지 못하며, 또한, 압전재료층에서 생기는 전하는 일정하지 않기 때문에, 이를 안정하게 변화시키는 커패시터 등의 전자 소자가 플렉서블 기판에 구현된 예는 현재까지 없는 상황이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플렉서블하며 발생한 전류 특성을 안정적으로 정류할 수 있는 플렉서블 압전 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 플렉서블하며 발생한 전류 특성을 안정적으로 정류할 수 있는 플렉서블 압전 소자를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 희생기판 상에 압전소자층을 적층하는 단계; 상기 희생기판 상의 압전소자층을 고온처리 하는 단계; 상기 압전소자층을 패터닝하여, 압전소자를 형성하는 단계; 상기 희생기판을 식각하여, 상기 압전소자를 상기 희생 기판으로부터 분리하는 단계; 및 상기 압전소자에 전사층을 접촉시킨 후, 이를 플렉서블 기판에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법을 제공하며, 상기 압전소자는 주변부의 희생기판이 노출된 압전소자 영역이다. 또한, 상기 희생기판은 (1,1,1)의 결정구조를 갖는 단결정 실리콘 기판이며, 상기 식각은 (1, 1, 0) 방향으로의 비등방 식각이며, 상기 비등방식각에 의하여 상기 압전소자층 영역 하부의 희생기판이 식각된다.
본 발명의 일 실시예에서 전사층은 PDMS를 포함하며, 상기 압전소자층은 BTO, PZT, PLZT, Bi4Ti3O12 중 어느 하나를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 플렉서블 압전소자를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 희생기판 상에 커패시터층을 적층하는 단계; 상기 희생기판 상의 커패시터층을 고온처리 하는 단계; 상기 커패시터 층을 패터닝하여, 커패시터를 형성하는 단계; 상기 희생기판을 식각하여, 상기 희생 기판으로부터 상기 커패시터를 분리하는 단계; 및 상기 커패시터에 전사층을 접촉시킨 후, 이를 플렉서블 기판에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 커패시터 제조방법을 제공하며, 상기 커패시터는 주변부의 희생기판이 노출된 커패시터층 영역이다. 상기 희생기판은 (1,1,1)의 결정구조를 갖는 단결정 실리콘 기판이며, 상기 식각은 (1, 1, 0) 방향으로의 비등방 식각이며, 상기 전사층은 PDMS를 포함한다.
상기 커패시터층은 지르코니아, Al2O3, Y2O3, La2O3, HfO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하며, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 플렉서블 커패시터를 제공한다.
본 발명은 별도의 제 1 희생기판 및 제 2 희생기판에서 각각 제도된 압전소자 및 커패시터를 제조하는 단계; 상기 압전소자 및 커패시터를 상기 제 1 및 제 2 희생기판으로부터 분리하는 단계; 및 전사층을 상기 압전소자 및 커패시터에 접촉시킨 후, 이를 플렉서블 기판에 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법을 제공하며, 상기 방법은 플렉서블 기판 상의 상기 압전소자 및 커패시터를 전기적으로 연결시키는 단계를 더 포함한다.
상기 압전소자 및 커패시터의 전기적 연결은 상기 플렉서블 기판 상에 적층된 금속층을 통하여 이루어지며, 본 발명은 또한 제 1 희생기판 상에서 제조된 후, 하부 제 1 희생기판이 식각됨으로써 상기 제 1 희생 기판과 분리된 압전소자를 제 1 플렉서블 기판에 접촉시킨 후, 이를 떼어냄으로써 압전소자를 플렉서블 기판에 전사시키는 단계; 제 2 희생 기판상에 제조된 후, 하부 제 2 희생기판이 식각됨으로써 상기 제 2 희생 기판과 분리된 커패시터를 제 1 플렉서블 기판에 접촉시킨 후, 떼어냄으로써 커패시터를 상기 플렉서블 기판에 전사시키는 단계; 및상기 플렉서블 기판에 대항하며, 상기 압전 소자 및 커패시터 소자 타 측에 제 2 플렉서블 기판을 상기 압전소자 및 커패시터에 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법을 제공한다.
상기 압전소자 및 커패시터는 제 1 또는 제 2 플렉서블 기판 상에 적층되며 상기 압전소자 및 커패시터와 동시제 접촉하는 금속층에 의하여 전기적으로 연결되며, 상기 압전 소자 및 커패시터는 소정 크기를 가지며, 일정 간격으로 이격된 복수 개의 단위 소자로 이루어진다. 또한 상기 압전소자는 BTO, PZT, PLZT, Bi4Ti3O12 로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하며, 상기 제 1 희생기판 및 제 2 희생 기판은 (1,1,1)의 결정구조를 갖는 단결정 실리콘 기판이며, 상기 식각은 (1,1,0) 방향으로의 비등방 식각이다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 플렉서블 기판은 PDMS 이며, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 상술한 방법에 의하여 제조된 플렉서블 압전 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 플렉서블 압전 소자 제조방법은 플렉서블 기판상에 압전 소자 뿐만 아니라, 압전 소자에 의하여 발생한 전류를 안정적으로 정류할 수 있는 커패시터를 모두 구현한, 플렉서블 압전 소자를 가능하게 한다. 또한, 복수의 단위 압전 소자와 커패시터를 동일 플렉서블 기판에 전기적으로 상호 연결시키므로, 대면적 압전소자 구현이 가능하며, 본 발명에 따른 플렉서블 압전소자는 플렉서블한 기판의 휘는 특성에 따라 전기를 발생시킬 수 있다 또한, 상기 발생한 전기를 동일 소자 영역에 구비된 커패시터로 정류시킬 수 있으므로, 그 효과가 우수한다.
이하 바람직한 실시예 및 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하지만, 하기의 실시예 등은 모두 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위는 이에 한정되거나 제한되지 않는다. 이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공 되어지는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한, 본 명세서에 첨부된 도면은 모두 전체 평면도 및 부분 단면(A-A', B-B', 또는 C-C')을 절개한 단면도의 형식으로 해석된다.
본 발명은 상술한 바와 같이 희생기판인 실리콘 기판에 소자층이 적층된 후, 다시 고온 과정을 통하여 전극물질이 결정화됨으로써 우수한 전기적 특성을 갖는 압전소자와 커패시터를 다시 플렉서블 기판에 전사시키는 방식의 플렉서블 압전소자 및 커패시터 제조방법을 제공한다. 본 발명의 또 다른 일 실시예는 특히 상기 압전소자와 커패시터 소자를 동시에 동일 플렉서블 기판에 전사시키고, 이를 전기적으로 연결하는 새로운 구조의 플렉서블 압전소자를 제조한다. 이로써, 압전소자의 불안정한 전하 특성을 상기 압전소자에 연결된 커패시터(capacitor)가 안정화, 정류시키게 되며, 이로써 플렉서블 기판의 휨 특성에 따라 압전소자에서 발생하는 전류 특성은 동일 기판에 연결된 커패시터에 의하여 효과적으로 응용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 "플렉서블(flexible)" 이라는 용어는 딱딱한(rigid) 특성을 갖는 실리콘 기판 등과 구별되는 용어로서, 플라스틱 기판 등과 같이 기판이 일정각도로 휘어지거나, 접혀질 수 있는 특성을 모두 포함하는 용어이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는 희생 기판으로 실리콘 기판, 특히 (1,1,1)의 결정 구조를 갖는 단결정 실리콘 기판이 개시된다. 도 2를 참조하면, 상기 실리콘 기판(100) 상에 금속층(101)이 적층되는데, 상기 금속층 물질로는 부착층으로 사용되는 티타늄 (Ti, Titanium)에 코팅되는 백금 (Pt, Platinum)을 사용하는데, 이는 고온공정에서도 열화현상이 낮으므로 널리 사용되기 때문이다. 하지만, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 상기 금속층(101)은 압전소자, 특히 압전 소자의 하부 전극으로 기능하게 되므로, 이하 하부전극(101)으로 지칭된다. 본 발명의 일 실시예에서 압전소자로서 BTO가 사용되는데, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 소자에 인가되는 힘에 의하여 전압이 변화되는 임의의 모든 압전 물질이 본 발명의 압력 센서에 사용될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다. 예를 들면, 티탄산 납과 지르코늄산 납의 고용체인 PZT(Pb(Zr,Ti)O3), PZT에 La를 도핑하여 높은 압전특성을 나타내는 PLZT (PbLa(Zr,Ti)O3), 타이타늄산비스무트 (Bismuth titanate, Bi4Ti3O12) 등이 사용될 수 있는데, 강유전체인 PZT, PLZT, 타이타늄산비스무트 등은 BTO와 비슷한 유전특성을 나타내며, BTO와 동일, 유사한 제조 방법들을 통해서 실리콘 기판에서 제조된 후 분리될 수 있다. 상기 하부 전극(101)상에 압전재료층인 BTO층(102)이 적층된다(도 3 참조). 도 4를 참조하면, 상기 BTO층(102)상에는 또 다른 금속층(103)이 적층되는데, 상기 금속층(103)은 BTO 압전 소자 구조에 있어서 상부전극으로 기능하게 되며, 상기 금속층(103)의 전극 물질로 금(Au)이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 압전소자 물질을 증착한 후, 튜브 퍼니스(Tube furnace)에서 700~900℃에서 열처리를 실시하여 높은 결정화도를 나타내게 된다.
즉, 플렉서블 기판에서는 이러한 고온 열처리 공정은 불가능하므로, 본 발명은 실리콘 기판과 같은 희생기판상에서 고온 열처리 공정을 수행한 후, 이를 다시 플렉서블 기판에 전사시키는 방식을 제공한다. 이후 상기 희생기판인 실리콘 기판을 고온으로 가열한 후, 양쪽 전극에 수 kV/mm의 전계를 걸어주어, 압전특성을 뛰어나게 하는 공정인, 소위 폴링(polling) 공정이 수행된다. 본 발명은 또한 고온으로 진행되는 상기 폴링 공정 등도 플라스틱과 같은 플렉서블 기판이 견디기 어렵다는 점에 착안하여, 폴링 공정 자체를 먼저 희생기판인 실리콘 기판에서 진행하는 방식을 제안한다. 이후 상기 BTO 소자는 패터닝되어, 동일 크기를 가지며, 주변부의 희생기판, 즉, 실리콘 기판이 노출된 직사각형 형태의 단위 BTO 압전소자 가 상호 연결, 정렬된다(도 5 참조). 즉, 본 발명에서 상기 BTO 압전소자는 주변부의 희생기판이 노출된 압전소자 영역으로, 상기 노출된 주변부 희생기판은 BTO 압전소자를 희생기판으로부터 분리시키는 식각, 특히 비등방 식각의 시작 영역이 되는데, 이는 이하 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 도 5에서 예시한 바와 같이 복수개의 정렬된 단위 압전소자를 희생기판인 실리콘 기판에서 제조한 후, 이를 플렉서블 기판에 그대로 전사시키는 방식을 제공하므로, 본 발명에 따라 실리콘 기판에서 제조된 압전소자는 우수한 정렬도를 가지며, 이러한 우수한 정렬도를 이용하여 플렉서블 기판 상의 금속층과 압전소자의 정확한 접촉이 가능하다.
도 6은 트렌치 구조 하부에 노출된 실리콘 기판, 특히 실리콘 기판이 일부 더 수직 식각됨으로써 측면이 노출된 실리콘 기판을 측면부터 식각함으로써 상부의 BTO 소자층을 실리콘 기판(100)으로부터 분리하는 공정을 나타낸다.
상기 실리콘 기판의 식각 방식으로 다양한 방식이 사용될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예는 비등방 식각이었다. 실리콘 기판의 상기 비등방 식각 또한 다양한 물질, 방식 등으로 진행될 수 있는데, 수직으로의 식각속도보다 수평으로의 식각속도가 우세한 식각액을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, (1,1,1)의 단결정 실리콘인 경우, 습식식각에 의한 비등방식각의 식각방향의 배향이 (1,1,0)이 되면 균일한 측면 식각의 방향성을 달성할 수 있는 점을 이용할 수 있으며, 이때 TMAH 또는 KOH 용액 등과 같은 식각 용액을 사용하는 경우 결정방향에 따라 식각 속도가 상이해지며 ((1,0,1):(1,0,0):(1,1,1)=300:600:1의 식각속도), 그 결과 (1,1,0) 방향, 즉 수평으로의 비등방성 식각이 효과적으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 주변부의 실리콘 기판이 모두 노출된 단위 소자(즉, 직사각형 형태의 단위 소자)는 상기 비등방식각에 따라 하부 실리콘 기판이 모두 식각될 수 있으나, (1,1,0) 방향으로의 실리콘 기판이 노출되지 않은 부분에서는 식각이 충분히 진행되지 않으므로, 상부의 소자층이 실리콘 기판으로부터 분리되지 않는다.
도 7및 8을 참조하면, 상기 하부 실리콘 기판(100)이 식각된 BTO 소자에 PDMS(110)가 접촉된 후, 실리콘 기판(100)으로 이격됨으로써, 기판 상의 BTO 소자를 실리콘 기판(100)으로부터 분리한다. 이상의 공정을 통하여, 실리콘 기판(100)에서 제조된 BTO 소자는 PDMS(110)에 의하여 실리콘 기판(100)으로부터 분리된다. 하지만, 본 발명은 압전기 효과에 의하여 전기를 생산하는 BTO 소자뿐만 아니라 상기 BTO 소자로부터 발생한 불안정한 전기를 안정화시키기 위한 소자, 즉, 커패시터를 플렉서블 기판에 전사시키기 위한 공정을 제공한다. 본 발명에 따른 플렉서블 커패시터 제조방법은 희생기판 상에 커패시터층을 적층한 후, 커패시터 층을 고온처리하고, 다시 상기 커패시터층을 희생기판으로부터 분리한다. 이후 PDMS 등과 같은 전사층을 이용하여 플렉서블 기판에 전사시키는 방식으로 플렉서블 커패시터를 제조한다. 상기 커패시터의 분리는 상기 커패시터 주변의 희생기판을 노출시킨 후, 상기 노출된 희생기판을 식각, 특히 비등방시키는 방식으로 수행될 수 있는데, 이하 도면을 이용하어 플렉서블 커패시터 제조방법을 설명한다.
도 9는 희생기판인 실리콘 기판(200)을 개시한다. 특히 상기 실리콘 기판은 (1,1,1)의 결정 구조를 갖는 단결정 실리콘 기판인 것이 바람직하다. 도 10을 참조하면, 상기 실리콘 기판(200)상에 지르코니아(ZrO2) 층(201)이 적층되는데, 상기 지르코니아(ZrO2) 층은 커패시터로서, BTO에서 발생한 전하를 축전하는 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에서 압전소자로서 지르코니아(ZrO2)가 사용되는데, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, Al2O3, Y2O3, La2O3, HfO2들과 같은 금속-산화물 박막은 이러한 용도에 적합한 재료들이다. 이중 지르코니아는 비교적 높은 유전상수, 넓은 에너지 밴드캡, 높은 열적 안정성, 높은 용융점, 굴절율, 경도값을 갖고 있으며 또한 낮은 열용량과 우수한 내식성을 갖고 있기 때문에 널리 사용되고 있다.
본 발명에서 BTO에서 생기는 전하는 일정하지 않기 때문에 커패시터인 지르코니아층을 이용하여 상기 전류를 정류시키므로, 본 발명에 따른 BTO 소자는 안정적인 전하특성을 나타낼 수 있다. 이하 상기 지르코니아층은 커패시터층으로 지칭되며, 압전소자인 BTO소자로부터 발생한 전류를 축적시킬 수 있는 임의의 모든 물질이 커패시터 층(201)으로 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 지르코니아를 증착한 후, RTA(Rapid thermal annealer) 장비를 통해 900℃의 온도에서 10 분간 유지하여 결정화 공정을 진행하였으며, 이러한 고온 결정화 공정을 통하여 지르코니아 특성은 향상된다
도 11을 참조하면, 상기 커패시터층(201) 상에 금속층(202)이 적층되는데, 상기 금속층은 커패시터의 전극층으로 기능하게 된다. 이후,
도 12 및 13을 참조하면, 상기 전극층(202) 및 커패시터층(201)으로 이루어진 커패시터 소자층은 패터닝되어, 좁은 연결부에 의하여 연결된 복수의 직사각형 형태의 단위 소자가 형성되며(도 12 참조), 상기 패너팅에 의하여 노출된 실리콘 기판은 비등방식각되어, 상기 직사각형 형태의 단위 커패시터 소자는 실리콘 기판(200)으로부터 분리된다(도 13 참조).
도 14 및 15를 참조하면, 전사층인 PDMS(210)가 분리된 복수의 단위 커패시터 소자에 접촉하며(도 14 참조), 이격됨으로써 일정한 간격으로 이격되어 정렬된 복수의 단위 커패시터 소자가 실리콘 기판(200)으로부터 완전 분리된다.
본 발명은 상술한 방식을 이용하여 동일 플렉서블 기판에 BTO 소자와 커패시터 소자가 전기적으로 연결된 구조의 BTO 압전 소자를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 BTO 압전 소자를 제공한다.
이하 도면을 이용하여, 이를 상세히 설명한다.
도 16 및 17을 참조하면, 제 1 플렉서블 기판, 예를 들면 PDMS기판(500) 상에 소정 간격으로 이격되며, 소정 길이로 연장된 단위 금속라인을 포함하는 2 개의 금속 영역(600a, 600b)이 형성된다. 상기 금속층 영역 각각에는 이후 BTO 소자 및 커패시터 소자가 적층, 연결된다.
도 18 및 19를 참조하면, 상기 두 개의 금속층 영역 중 하나의 금속층 영역(600a)에 BTO 소자가 접촉하게 되는데, 이때 상기 BTO 소자의 단위 소자는 하부의 희생 기판(552)으로부터 분리된 상태이다. 이는 상술한 바와 같이, 단위 소자 사이로 노출된 실리콘 기판을 식각함으로써 이루어지며, 상기 PDMS 기판(500)과 BTO 소자 사이의 접촉에 의하여 BTO 소자는 PDMS 기판(500)에 전사된다. 특히, 본 발명은 상기 단위 BTO 소자(551)가 상기 연장된 복수의 단위 금속라인에 모두 일정하게 정렬, 접촉하는 구조를 제공하며, 이는 실리콘과 같이 딱딱한 희생기판에서 제조됨으로써 달성되는 단위 BTO 소자의 우수한 정렬도를 그대로 플렉서블 기판에 구현시키게 된다.
본 발명은 BTO 소자가 적층, 연결된 금속층 영역(600a)와 이격된 또 다른 금속층 영역(600b)에 커패시터 소자를 적층, 연결하게 되는데, 이하 도면을 이용하여 이를 설명한다. 도 20 및 21을 참조하면, 상기 설명한 커패시터 소자, 즉, 지르코니아의 커패시터층과 전극층으로 이루어진 커패시터(561)가 희생 기판상에 제조된 후, 단위 소자의 하부 기판이 식각됨으로써 분리된 커패시터 소자가 또 다른 금속층 영역(600b)에 접촉하게 되며, PDMS(500)와 커패시터 소자의 일부 접촉에 따라 상기 커패시터는 금속층(600b)과 접촉함과 동시에 PDMS에 의한 접합 효과를 갖는다.
도 22 및 23을 참조하면, 전기적으로 일 측이 분리된 BTO 소자와 커패시터 에 동시에 접촉함으로써, 두 소자를 전기적으로 연결하는 또 다른 금속층(601)이 적층된 제 2 플렉서블 기판(501)을 상기 BTO 소자와 커패시터의 타 측에 접촉시킨다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 BTO 소자와 커패시터의 전기적 연결은 제 2 플렉서블 기판의 금속층(601)에 의하여 수행되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다양한 방식으로 BTO 소자와 커패시터를 연결시킬 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예는 BTO 압전소자(551)와 지르코니아 커패시터 (561)가 플렉서블 기판 상에서 전기적으로 연결된 플렉서블 압전소자를 제공한다.
도 24a는 BTO 압전소자층을 희생기판 상에 적층한 후, 이를 고온처리한 후의 SEM 이미지, 도 24b는 XRD 그래프이다.
도 24a 및 24b를 참조하면, 희생기판위에 BTO 효과적으로 소결된 것을 볼 수 있으며, XRD 그래프 결과를 통하여, 희생기판에서의 고온처리를 통하여 압전소자층은 높은 결정화도를 가짐을 알 수 있다.
도 25는 희생기판 상의 BTO 소자층을 패터한 후의 광학현미경 이미지이고, 도 26은 상기 BTO 압전 소자를 플렉서블 기판인 PDMS에 전사된 후의 광학현미경 이미지이다.
도 25 및 26을 참조하면, 희생기판에서의 단위 소자가 갖는 우수한 정렬도가 그래도 플렉서블 기판에 구현됨을 알 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 소자의 종류, 물질의 종류에 제한되거나, 한정되지 않으며, 실리콘 기판에서 반도체 공정에 의하여 제조되는 임의의 모든 소자가 본 발명의 범위에 속하며, 본 발명은 상기 실시예에 의하여 그 범위가 제한되거나 한정되지 않는다.
도 1 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압전소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 9 내지 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 커패시터 소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 16 내지 23는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 압전 소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 24a는 BTO 압전소자층을 희생기판 상에 적층한 후, 이를 고온처리한 후의 SEM 이미지, 도 24b는 XRD 그래프이다.
도 25는 희생기판 상의 BTO 소자층을 패터한 후의 광학현미경 이미지이고, 도 26은 상기 BTO 압전 소자를 플렉서블 기판인 PDMS에 전사된 후의 광학현미경 이미지이다.

Claims (22)

  1. 희생기판 상에 압전소자층을 적층하는 단계;
    상기 희생기판 상의 압전소자층을 고온처리 하는 단계;
    상기 압전소자층을 패터닝하여, 압전소자를 형성하는 단계;
    상기 희생기판을 식각하여, 상기 압전소자를 상기 희생 기판으로부터 분리하는 단계; 및
    상기 압전소자에 전사층을 접촉시킨 후, 이를 플렉서블 기판에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압전소자는 주변부의 희생기판이 노출된 압전소자 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 희생기판은 (1,1,1)의 결정구조를 갖는 단결정 실리콘 기판이며, 상기 식각은 (1, 1, 0) 방향으로의 비등방 식각인 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전사층은 PDMS를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 압전소자층은 BTO, PZT, PLZT, Bi4Ti3O12 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의하여 제조된 플렉서블 압전소자.
  7. 희생기판 상에 커패시터층을 적층하는 단계;
    상기 희생기판 상의 커패시터층을 고온처리 하는 단계;
    상기 커패시터 층을 패터닝하여, 커패시터를 형성하는 단계;
    상기 희생기판을 식각하여, 상기 희생 기판으로부터 상기 커패시터를 분리하는 단계; 및
    상기 커패시터에 전사층을 접촉시킨 후, 이를 플렉서블 기판에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 커패시터 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 커패시터는 주변부의 희생기판이 노출된 커패시터층 영역인 것을 특징으로 하는 플렉서블 커패시터 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 희생기판은 (1,1,1)의 결정구조를 갖는 단결정 실리콘 기판이며, 상기 식각은 (1, 1, 0) 방향으로의 비등방 식각인 것을 특징으로 하는 플렉서블 커패시터 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 전사층은 PDMS를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 커패시터 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 커패시터층은 지르코니아, Al2O3, Y2O3, La2O3, HfO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 커패시터 제조방법.
  12. 제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의하여 제조된 플렉서블 커패시터.
  13. 별도의 제 1 희생기판 및 제 2 희생기판에서 각각 제조된 압전소자 및 커패시터를 제조하는 단계;
    상기 압전소자 및 커패시터를 상기 제 1 및 제 2 희생기판으로부터 분리하는 단계; 및
    전사층을 상기 압전소자 및 커패시터에 접촉시킨 후, 이를 플렉서블 기판에 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    플렉서블 기판상의 상기 압전소자 및 커패시터를 전기적으로 연결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 압전소자 및 커패시터의 전기적 연결은 상기 플렉서블 기판 상에 적층된 금속층을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  16. 제 1 희생 기판상에 제조된 후, 하부 제 1 희생기판이 식각됨으로써 상기 제 1 희생 기판과 분리된 압전소자를 제 1 플렉서블 기판에 접촉시킨 후, 이를 떼어냄으로써 압전소자를 제 1 플렉서블 기판에 전사시키는 단계;
    제 2 희생 기판상에 제조된 후, 하부 제 2 희생기판이 식각됨으로써 상기 제 2 희생 기판과 분리된 커패시터를 제 1 플렉서블 기판에 접촉시킨 후, 떼어냄으로써 커패시터를 상기 제 1 플렉서블 기판에 전사시키는 단계; 및
    상기 제 1 플렉서블 기판에 대항하며, 상기 압전 소자 및 커패시터 소자 타 측에 제 2 플렉서블 기판을 상기 압전소자 및 커패시터에 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 압전소자 및 커패시터는 제 1 또는 제 2 플렉서블 기판 상에 적층되며 상기 압전소자 및 커패시터와 동시에 접촉하는 금속층에 의하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전소자 제조방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 압전 소자 및 커패시터는 소정 크기를 가지며, 일정 간격으로 이격된 복수 개의 단위 소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전 소자 제조방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 압전소자는 BTO, PZT, PLZT, Bi4Ti3O12 로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전 소자 제조방법.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1 희생기판 및 제 2 희생 기판은 (1,1,1)의 결정구조를 갖는 단결정 실리콘 기판이며, 상기 식각은 (1,1,0) 방향으로의 비등방 식각인 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전 소자 제조방법.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 플렉서블 기판은 PDMS 인 것을 특징으로 하는 플렉서블 압전 소자 제조방법.
  22. 제 16항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 플렉서블 압전 소자.
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KR101599779B1 (ko) * 2014-07-09 2016-03-08 한국과학기술원 단결정 압전물질층을 포함하는 플라스틱 나노제너레이터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노제너레이터

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040097228A (ko) * 1996-08-27 2004-11-17 세이코 엡슨 가부시키가이샤 전사 방법 및 액티브 매트릭스 기판 제조 방법
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