KR101484983B1 - 인공 와우용 유연 압전박막 주파수 분리기 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공 와우용 주파수 분리기에 관한 것으로, 내부에 유체저장공간(103)을 갖는 본체 상(101)에 형성된 기판(102) 기판상에 복수의 하부전극(104)과 복수의 압전박막(105) 및 복수의 상부전극(106)이 순차 적층 형성되며, 상기 복수의 하부전극(104)과 상기 복수의 압전박막(105) 및 상기 복수의 상부전극(106)이 각각 중첩되는 각각의 중첩영역의 길이 또는 두께 또는 길이 및 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 구조로 하며, 하부전극(104)과 압전박막(105) 및 상부전극(106)은 잉크 프린팅에 의해 각각 형성된다.
Description
본 발명은 특정 음파에 진동하는 인공 기저막을 가진 인공 와우용 주파수 분리기 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 음파 매질의 진동에 반응하는 유연 기판 위에 형성되는 나노입자 압전박막의 길이나 두께를 입사되는 음파의 진행 방향에 따라서 점차 증가하도록 제어하여 주파수 동조 및 분리 능력을 갖도록 형성된 압전박막을 가진 인공 와우용 압전박막 주파수 분리기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
공기의 진동을 통해 귀로 들어온 음파는 외이로부터 중이의 고막에 전달된 후 이소골(auditory ossicles)의 진동으로 와우의 난원창(oval window)에 전달되며, 와우 내의 유체가 진동하여 코티기저막(tectorial membrane)의 움직임으로 유모세포(hair cell)에서 생성된 전기신호가 수상 돌기(dendrite)를 통해 나선신경절(spiral ganglion)에 전달되고, 이 신호는 다시 청신경의 뉴런을 자극하여 대뇌에 전달되어 외부 소리를 인식하게 된다.
난청 환자의 경우 와우 내의 유모세포가 손상되어 생체 전기신호가 제대로 전달되지 않아서 청력을 상실하게 되며, 손실된 유모세포를 대체하여 청각을 보완하기 위한 보조기구로 인공 와우의 개발이 이루어지고 있다.
종래의 인공 와우(cochlea implant)로는 인체의 외부에 위치하는 마이크로폰, 음성처리기, 아날로그 디지털 변환기 및 송신기와, 인체의 내부에 위치하는 수신기 및 전극 채널로 이루어지는 인공 와우가 개발되어 있으나, 이 기술은 장치의 구성이 복잡하고 고가이며, 특히 장치의 구동을 위해서는 별도의 외부 전원을 사용하여야 하므로 사용이 불편하다는 문제가 있다.
이에 대한 대안으로 압전소자를 이용한 인공 와우가 개발되는 추세이며, 압전소자를 이용한 인공 와우용 주파수 분석기로 특허문헌 1에 기재된 기술이 있으며, 특허문헌 1에서는 수평방향으로 성장시킨 막대형상의 복수의 나노 와이어가 음파의 진동에 따른 변형에 의해 나노 와이어 접촉부와의 접촉의 유무 및 접촉의 형태 등에 따라서 특정 주파수의 전기신호(전류)를 발생하는 구조로 하고 있다.
그러나 특허문헌 1의 기술은 장치의 소형화가 가능한 동시에 별도의 외부 전원을 사용하지 않아도 되는 이점은 있으나, 수직 성장된 막대 형상의 나노 와이어의 변형에 의한 나노 와이어 접촉부와의 접촉 유무 및 접촉형태의 변화에 따라서 특정 주파수의 전기신호를 발생하는 구조이므로 그 구조가 복잡할 뿐 아니라, 주파수 분석기의 제작도 어려우며, 특히 주파수 분석의 정밀도가 매우 낮다는 문제가 있다.
특허문헌 1과는 다른 종래의 인공 와우용 주파수 분리기로 특허문헌 2에 기재된 기술이 있다. 도 1은 특허문헌 2의 종래의 인공 와우용 주파수 분리기의 단면도이다.
도 1에 도시하는 것과 같이, 특허문헌 2의 인공 와우용 주파수 분리기는 본체(12)에 음파가 유입되는 음파진동입구(18) 및 유입된 음파가 본체(12) 내부의 유체(21)를 진동시키고 배출되는 공기 배출구(19)를 포함하는 유연한 기판(11)이 배치되고, 상기 기판(11) 상에 압전 나노 와이어(15)를 성장시키기 위한 시드 층(14)과 상기 시드 층(14)으로부터 수평 성장된 다수의 압전 나노 와이어(15)와 압전 나노 와이어(15) 또는 시드 층(14)과 오믹 접촉을 가지는 상부전극(16)과 압전 나노 와이어(15)와 쇼트키 접촉을 가지는 하부전극(17) 및 주파수 분리를 뚜렷이 해주는 주파수 분리 절연체 라인(13)을 포함하여 구성된다.
일반적으로 사람이 들을 수 있는 소리의 주파수인 가청주파수는 16~20,000㎐ 정도로 알려져 있으며, 인공 와우용 주파수 분리기는 가청주파수 영역의 다양한 주파수대의 소리를 분석할 수 있도록 복수의 나노 와이어를 사용하고 있고, 각 주파수대역의 음파를 용이하게 분리하기 위해서는 각각의 분리 주파수대역에 따라서 나노 와이어의 두께나 폭, 길이 등의 나노 와이어의 사이즈를 달리할 필요가 있으나, 특허문헌 2의 인공 와우용 주파수 분리기는 전체 주파수대역의 나노 와이어를 동일 사이즈로 하고 있으므로 주파수 대역별 분리성능이 현저히 낮다는 문제가 있다.
또, 특허문헌 2에서는 물리 증착 또는 화학 증착과 같은 증착법으로 압전 나노 와이어(15)와 상부전극(16) 및 하부전극(17) 등을 기판(11) 상부에 형성하고 있으나, 증착을 위해서는 고가의 증착 장비가 필요하고, 또, 제조공정도 복잡하므로 원가 상승의 요인이 된다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 고주파대역에서부터 저주파대역에 걸쳐서 각각의 주파수대역에 적합한 주파수 분리능력을 갖는 사이즈로 압전박막 등의 사이즈를 설정한 인공 와우용 주파수 분리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 압전박막을 비롯한 상부 전극 및 하부전극 등의 형성방법을 개선하여 종래에 비해 간단한 공정 및 저렴한 비용으로 인공 와우용 주파수 분리기를 제조하는 방법을 제공하는 것으로 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 인공 와우용 주파수 분리기는, 내부에 유체저장공간을 갖는 본체 상에 형성된 기판과, 상기 기판상에 형성된 복수의 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상의 일부에 형성된 복수의 압전박막과, 일부가 상기 압전박막 상에 형성된 복수의 제 2 전극을 포함하며, 상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 압전박막 및 상기 복수의 제 2 전극이 각각 중첩되는 각각의 중첩영역의 길이 또는 두께 또는 길이 및 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상으로 하고 있다.
또, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법은, 기판상에 복수의 제 1 전극을 형성하는 단계와 상기 제 1 전극의 일부 상부에서 각각 중첩되도록 복수의 압전박막을 형성하는 단계와, 일부가 상기 압전박막 상에서 중첩되도록 상기 복수의 압전박막 상에 각각 복수의 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 압전박막 및 상기 복수의 제 2 전극은 잉크 프린팅에 의해 각각 형성된다.
본 발명의 인공 와우용 주파수 분리기는 복수의 제 1 전극과 복수의 압전박막 및 복수의 제 2 전극이 각각 중첩되는 각각의 중첩영역의 길이 또는 두께 또는 길이 및 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상으로 하고 있으므로 음파의 진행에 따른 특정 위치에서의 주파수에 동조하는 특성을 이용하여 용이하게 특정 주파수별 주파수 분리를 할 수 있다.
또, 본 발명의 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법은 복수의 제 1 전극과 복수의 압전박막 및 복수의 제 2 전극은 잉크 프린팅에 의해 각각 형성하고 있으므로 증착 방식을 이용하는 종래의 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법에 비해 주파수 분리기의 제조공정이 간단하고, 또, 고가의 증착 장비를 필요로 하지 않으므로 저렴한 제조비용으로 주파수 분리기를 제조할 수 있다.
도 1은 종래의 인공 와우용 주파수 분리기의 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우의 개략 구성을 나타내는 사시도,
도 3은 도 1의 A-A' 선 단면도,
도 4 (a)는 본 발명의 바람직한 실시형태의 주파주 대역별 압전박막 등의 배열형태를 나타내는 도면, (b)는 본 발명의 바람직한 실시형태의 주파주 대역별 주파수분리용 절연 층의 배열형태를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우의 동작을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우용 주파수 분리기의 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우의 개략 구성을 나타내는 사시도,
도 3은 도 1의 A-A' 선 단면도,
도 4 (a)는 본 발명의 바람직한 실시형태의 주파주 대역별 압전박막 등의 배열형태를 나타내는 도면, (b)는 본 발명의 바람직한 실시형태의 주파주 대역별 주파수분리용 절연 층의 배열형태를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우의 동작을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우용 주파수 분리기의 제조공정을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우(1000)에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우의 개략 구성을 나타내는 사시도, 도 3은 도 2의 A-A'선 단면도이다.
도 2에 나타내는 것과 같이, 본 실시형태의 인공 와우(1000)는 주파수 분리부(100)와 신호처리부(120) 및 달팽이관 삽입용 전극채널(130)로 구성된다.
주파수 분리부(100)는 인간의 귀의 주파수 분리특성이 공진(resonance) 원리에 있다는 점을 이용하여 가청주파수 대역을 모두 포함하면서 특정 주파수대역에서 공진하는 기판 상부에 배열된 복수의 압전박막이 전극과 접촉하여 변형됨으로써 발생하는 전기신호를 이용하여 청신경을 자극하도록 한다.
주파수 분리부(100)는 내부에 음파를 전파하는 전파 매질인 유체를 저장하는 유체저장공간(103)을 갖는 주파수분리기 본체(101)와 주파수분리기 본체(101)의 유체저장공간(103) 상부에 배치되는 기판(102)을 포함한다.
유체저장공간(103) 내에는 인간의 와우 내의 유체와 점도 및 기능이 유사한 물질로서, 일 예로서 실리콘 오일(silicon oil) 등을 포함하는 오일류 등의 유체가 저장되며, 상기 유체로는 음파를 잘 전달할 수 있는 유체라면 실리콘 오일 이외의 다른 유체를 사용해도 좋다.
기판(102)은 인간의 귀의 달팽이관 내의 기저 막(basilar membrane)에 대응하는 일종의 인공 기저 막으로, 예를 들어 폴리이미드(Polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에스터(polyester) 등의 유연성을 갖는 재료로 이루어지는 기판이다.
또, 기판(102)의 한쪽에는 유체가 저장된 유체저장공간(103) 내로 음파가 입사하는 음파 입구(108)와 음파 입구(108)의 반대쪽에 위치하며 유체저장공간(103)을 통과한 음파가 출사하는 음파 출구(109)를 포함하며, 음파는 음파 입구(108)를 통해서 주파수 분리부(100)의 유체저장공간(103) 내로 입사하여 유체를 진동시키면서 음파 출구(109)를 통해서 출사함으로써 주파수 분리부(100)가 이 음파로부터 주파수 분리동작을 하게 된다.
기판(102) 상에는 음파의 진행경로인 음파 입구(108) 측에서부터 음파 출구(109) 측으로 일렬로 배열된 복수의 하부전극(104)이 형성되고, 복수의 하부전극(104)의 상부에는 각각 압전박막(105)이 적층 형성되며, 각각의 압전박막(105)의 상부에는 각각 상부전극(106)이 적층 형성되어 있다.
바람직하게는 기판(102)과 하부전극(104) 사이에는 압전박막(105)의 접착력을 증대시키기 위한 불소 층(110)이 더 형성된다.
또, 기판(102) 상의 음파 입구(108) 측에서 음파 출구(109) 측으로 일렬로 배열된 복수의 하부전극(104)의 양측에는 주파수 분리를 확실하게 하기 위한 복수의 주파수분리 절연 층(107)이 형성되며, 이 주파수분리 절연 층(107)에 의해 기판(102)의 각 주파수 대역별 공진 영역이 구획되게 된다. 다만, 주파수분리용 절연 층(107)이 없어도 주파수분리가 용이할 경우에는 주파수분리 절연 층(107)은 생략해도 좋다.
하부전극(104)과 압전박막(105) 사이 및 압전박막(105)과 상부전극(106) 사이는 각각 오믹 접촉(Ohmic contact) 및 쇼트키 접촉(Schottky contact)에 의해 상호 연결된다. 즉, 예를 들어 하부전극(104)과 압전박막(105) 사이가 오믹 접촉을 가지면 압전박막(105)과 상부전극(106) 사이는 쇼트키 접촉을 가지며, 반대로 하부전극(104)과 압전박막(105) 사이가 쇼트키 접촉을 가지면 압전박막(105)과 상부전극(106) 사이는 오믹 접촉으로 하는 것이 바람직하다.
복수의 하부전극(104)은 각각 입력신호라인(121)을 통해서 신호처리부(120)의 신호처리장치(123)와 접속되고, 복수의 상부전극(106)은 각각 입력신호라인(122)을 통해서 신호처리부(120)의 신호처리장치(123)와 접속된다.
하부전극(104)은 예를 들어 은(Ag), 티타늄/금(Ti/Au), 티타늄/알루미늄(Ti/Al), 티타늄/알루미늄/백금/금(Ti/Al/Pt/Au), 알루미늄/백금(Al/Pt), 알루미늄/백금/금(Al/Pt/Au), 백금/갈륨(Pt/Ga), 인듐(In), 인듐/금(In/Au), 레늄/티타늄/금(Re/Ti/Au), 주석(Sn), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 등으로부터 선택된 어느 하나의 재료로 형성할 수 있고, 상부전극(106)은 티타늄(Ti), 백금(Pt), 백금/금(Pt/Au), 텅스텐/백금/금(W/Pt/Au), 팔라듐(Pd), 금(Au), 니켈(Ni), 루테늄(Ru) 등으로부터 선택된 어느 하나 이상의 재료로 형성할 수 있다.
또, 압전박막(105)을 구성하는 나노입자로는 BaTiO3, SrTiO3, BaSrTiO3, PZT, ZnO, 또는, Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sb, Ba, Ti, Al, In, Ni, Co, Cu, Ag, Au, Pd 등의 금속이 도핑된 ZnO 등 압전 특성을 갖는 재료로부터 선택된 어느 하나 이상의 재료를 이용하며, 상기 재료에 용매와 점도 개선제 및 분산성 개선제 등을 혼합하여 예를 들어 화학적 합성법인 졸-겔법이나 마이크로파 오븐 등을 사용한 저온 제조방법 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition), 전기로(Furnace) 등을 사용한 고온 제조방법의 의해 제조된 나노입자 잉크(111)를 이용하여 잉크 프린팅법으로 형성하며, 압전박막(105) 형성방법의 상세에 대해서는 후술한다.
또, 주파수분리 절연 층(107)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, CN 등으로부터 선택된 하나 이상의 재료로 형성한다.
다음에, 본 발명의 특징인 복수의 하부전극(104), 압전박막(105), 상부전극(106) 및 주파수분리 절연 층(107)의 배열형태에 대해 설명한다.
도 4 (a)는 본 발명의 바람직한 실시형태의 주파주 대역별 압전박막 등의 배열형태를 나타내는 도면이고, (b)는 본 발명의 바람직한 실시형태의 주파주 대역별 주파수분리용 절연 층의 배열형태를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 4 (a)와 같이, 복수의 하부전극(104)은 주파수 분리부(100)의 음파 입구(108) 측이 길이가 가장 짧고, 음파 출구(109) 측으로 갈수록 그 길이가 선형적으로 증가하는 형상으로 한다. 달리 표현하면 하부전극(104)의 길이는 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 증가하는 형상이다.
또, 하부전극(104)의 두께도 음파의 진행방향을 따라서 선형적으로 증가하는 형상으로 해도 좋다.
따라서 복수의 하부전극(104) 중 음파 입구(108)에 가장 가까운 쪽의 하부전극(104)의 길이(L1) 및 두께(T1)가 가장 작고, 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 점차 증가하여, 음파 출구(109)에 가장 가까운 쪽의 하부전극(104)의 길이(L2) 및 두께(T2)가 가장 크게 해도 좋다.
통상, 음파 입구(108) 쪽이 고주파영역이고 음파 출구(109) 쪽으로 갈수록 저주파영역이 되므로, 본 실시형태에서는 하부전극(104)의 길이 및/또는 두께를 각각의 위치에서의 주파수에 대응하는 주파수 분리능력을 가지도록 선형적으로 변화시키고 있다.
다음에, 압전박막(105)의 길이 및/또는 두께도 하부전극(104)과 동일한 이유에서 음파의 진행방향에 따라서 선형적 또는 비 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 하고 있다.
여기서, 하부전극(104)의 한쪽 끝단은 도 4 (a)와 같이 기판(102)의 길이방향의 한쪽 변과 평행한 방향으로 일직선 형상으로 배열되므로, 하부전극(104)의 반대쪽 끝단의 길이를 음파의 진행방향에 따라서 선형적 또는 비 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 하고 있으나, 압전박막(105)의 길이는 기판(102)의 길이방향 양변을 향해서 선형적으로 점차 증가하는 형상인 점에서 하부전극(104)의 형상과는 다르며, 따라서 압전박막(105)은 마치 실로폰 형상과 같은 형상이 된다.
또, 상부전극(106)의 길이 및/또는 두께도 동일한 이유에서 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 하고 있으나, 하부전극(104)의 형상과 다른 점은, 상부전극(106)의 한쪽 끝단은 기판(102)의 길이방향의 다른 쪽 변과 평행한 방향으로 일직선 형상으로 배열되므로, 상부전극(106)의 반대쪽 끝단의 길이를 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 점차 증가하는 형상, 즉 하부전극(104)의 길이의 증가방향과 반대방향으로 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 하고 있다.
따라서 하부전극(104)과 압전박막(105) 및 상부전극(106)이 서로 중첩되는 부분의 형상은 도 2에서 점선으로 표시하는 것과 같이 음파의 진행방향을 따라서 선형적으로 점차 길이가 증가하는 형상이며, 마치 실로폰과 같은 형상을 이룬다.
다음에, 도 4 (b)와 나타내는 것과 같이. 주파수분리 절연 층(107)의 길이 및/또는 두께도 음파의 진행방향을 따라서 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 하는 것이 바람직하며, 이와 같이 함으로써 유체저장공간(103) 내의 유체의 진동영역을 구분하여 주파수 분리를 용이하게 하고 있다. 따라서 도 4 (b)와 같이 음파 입구(108) 쪽의 주파수분리 절연 층(107)의 길이 (L3) 및/또는 두께(T3)가 가장 작고, 음파 출구(109) 쪽의 주파수분리 절연 층(107)의 길이 (L4) 및/또는 두께(T4)가 가장 크다.
또, 도 4 (a), (b)에서는 하부전극(104)과 압전박막(105) 및 상부전극(106)이 중첩하는 영역에서 압전박막(105)이 하부전극(104) 및 상부전극(106)에 비해 약간 큰 형상으로 하고 있으나, 이는 압전박막(105)을 비롯한 하부전극(104) 및 상부전극(106)의 두께가 매우 얇으므로 후술하는 제조공정에서 잉크 제트 프린팅에 의해 각 층을 형성하는 과정에서 하부전극(104)과 상부전극(106)이 단락(short)될 수 있으므로 하부전극(104)과 상부전극(106)이 단락을 방지하기 위해 압전박막(105)이 하부전극(104) 및 상부전극(106)보다 다소 큰 형상으로 하고 있는 것이다. 그러나 하부전극(104)과 상부전극(106)의 단락의 문제만 없으면 이들이 중첩하는 중첩영역에서의 압전박막(105)을 하부전극(104) 및 상부전극(106)과 동일한 크기로 해도 상관없다.
이어서, 상기 구성을 갖는 본 실시형태의 인공 와우(1000)의 동작에 대해서 도 2 및 도 5를 참조하면서 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우의 동작을 나타내는 도면이다.
음파 입구(108)를 통해 주파수분리기 본체(101) 내로 유입되는 음파는 유체저장공간(103)에 저장된 유체를 진동시키면서 음파 출구(109) 쪽으로 진행하여 음파 출구(109)를 통해서 배출되며, 이 음파의 진행에 따라서 유연성 기판인 기판(102)의 매우 국지적인 영역에서의 특정 주파수에 반응하는 동조 특성에 의해 기판(102)의 특정 부분이 음파의 진동에 동조하면서 상하로 진동하게 되고, 이 기판(102)의 진동은 그 상부에 형성되어 있는 압전박막(105)을 변형시켜서 특정 주파수의 전기신호를 발생시키며, 이 전기신호(더 정확하게는 전류 신호)는 하부전극(104) 및 상부전극(106)과 연결된 입력신호라인(121) 및 입력신호라인(122)을 따라서 신호처리장치(123)로 전송된다.
또, 이 전기신호는 신호처리장치(123)에서 필요에 따라서 신호 증폭 등의 처리를 거친 후에 신호전송라인(131) 및 커넥터(135)를 통해 와우 내의 달팽이관 삽입용 전극채널(130)에 전송되어서, 달팽이관 삽입용 전극채널(130)의 청신경 자극용 전극(128)을 통해서 뇌로 전달됨으로써 뇌에서 소리를 인식하게 된다.
다음에, 유체저장공간(103) 내로 진행하는 음파의 진행에 따른 압전박막(105)의 거동을 구체적으로 설명한다.
먼저, 유체저장공간(103) 내로 진행하는 음파에 의해 예를 들어 도 5의 원으로 획대 표시된 것과 같이 유체저장공간(103) 내의 특정 위치에서의 유체의 진동방향이 위쪽 방향이 되면, 다시 말해 유체에 위쪽 방향 진동이 발생하면, 이 진동에 의해 유체와 접촉하고 있는 기판(102)의 해당 부위에도 위쪽 방향으로의 힘이 인가되고, 기판(102)에 인가되는 위쪽 방향의 힘에 의해 그 상부에 위치하는 압전박막(105)에도 역시 위쪽 방향으로 힘이 인가되어서 압전박막(105)은 위로 볼록한 형태로 변형되며, 이에 따라 압전박막(105)의 상부 표면에는 인장 스트레스(tensile stress)를 받아서 플러스(+) 전하가 생성되고, 반대로 압전박막(105)의 아래쪽 표면에는 압축스트레스(compressive stress)를 받아서 마이너스(-) 전하가 생성되게 된다.
이와 같이 압전박막(105)에 생성된 마이너스 전하 및 플러스 전하는 압전박막(105)과 오믹 접촉하는 하부전극(104)과 쇼트키 접촉하는 상부전극(106)에 의해 순방향 바이어스 다이오드로 작용하여 전류신호를 생성하며, 이 전류는 입력신호라인(121) 및 입력신호라인(122)을 통해서 신호처리장치(123)로 전송된다.
반대로, 유체저장공간(103) 내의 유체의 진동방향이 아래쪽 방향이 되면 압전박막(105)에는 상기 거동과는 반대방향의 거동이 발생하여 압전박막(105)의 상부 표면에는 마이너스 전하가 생성되고 하부 표면에는 플러스 전하가 생성되며, 압전박막(105)에 생성된 마이너스 전하 및 플러스 전하는 압전박막(105)과 오믹 접촉하는 하부전극(104)과 쇼트키 접촉하는 상부전극(106)에 의해 역방향 바이어스 다이오드로 작용하여 상기 거동에서의 전류의 방향과는 반대방향의 전류신호를 생성하며, 이 전류는 입력신호라인(121) 및 입력신호라인(122)을 통해서 신호처리장치(123)로 전송된다.
당연하나, 압전박막(105)과 하부전극(104)이 쇼트키 접촉이고 압전박막(105)과 상부전극(106)이 오믹 접촉인 경우에는 상기 설명과는 반대방향으로 전류의 방향이 설정된다.
상기 동작은 주파수 분리부(100)의 음파 입구(108)로 입사한 음파가 유체저장공간(103) 내의 유체를 통해서 음파 출구(109) 쪽으로 순차 진행함에 따라서 순차적으로 이루어지며, 이에 의해 본 발명의 인공 와우용 주파수 분리기는 주파수 분리부(100) 내로 입사하는 음파에 대해 당해 음파의 주파수를 용이하게 분리할 수 있다.
특히, 본 실시형태에서는 주파수 분리부(100)의 복수의 하부전극(104)과 복수의 압전박막(105) 및 복수의 상부전극(106)이 각각 중첩되는 중첩영역의 길이 및/또는 두께를 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 하고 있으므로, 음파의 진행에 따른 특정 위치에서의 주파수에 동조하는 특성을 이용하여 용이하게 특정 주파수별 주파수 분리를 할 수 있다.
또, 주파수분리 절연 층(107)의 길이 및/두께도 음파의 진행방향에 선형적 또는 비 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 하고 있으므로, 음파의 진행에 따른 각 주파수 대역별 공진 영역을 확실하게 구획할 수 있다. 앞에서도 설명한 것과 같이 주파수분리용 절연 층(107)이 없어도 주파수분리가 용이할 경우에는 주파수분리 절연 층(107)은 생략해도 좋다.
다음에, 본 실시형태의 주파수 분리부(100)의 제조방법에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시형태의 인공 와우용 주파수 분리기의 제조공정을 나타내는 도면이다.
먼저, 기판(102)을 준비한다. 기판(102)은 앞에서 설명한 어느 하나 이상의 재료로 이루어지는 유연성을 갖는 기판이며, 필요에 따라서는 세척공정 등을 거쳐서 청정화된 기판이다.
또, 도 6 (a)에 나타내는 것과 같이 기판(102) 상에는 기판(102)과 그 상부에 적층 형성되는 하부전극(104) 및 압전박막(105) 등과의 접착력을 증대시키기 위해서 플라즈마 활성 종에 의한 불소층(110)이 소정의 두께로 증착되어 있는 것이 바람직하다. 상기 불소층(110)은 CF4, CH4 등의 C-계열에 의해 형성한다.
이어서, 도 6 (a)에 도시하는 것과 같이 상기 불소층(110) 상에 하부전극(104)을 형성하며, 하부전극(104)은 앞에서 설명한 재료 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 재료에 의해 제조된 하부전극용 잉크(111)를 이용하여 잉크 프린팅 방법에 의해 소정의 두께로 도포하여 형성한다.
도 6 (b)는 기판(102) 상에 도포 형성된 복수의 하부전극(104)의 형상을 나타내는 평면도이며, 앞에서도 설명한 것과 같이 하부전극(104)은 길이 및/또는 두께가 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 되어 있다.
이어서, 도 6 (c)에 도시하는 것과 같이 하부전극(104)의 상부에 압전박막(105)을 형성하며, 압전박막(105)은 앞에서 설명한 재료 및 방법으로 제조된 압전 박막용 잉크(112)를 이용하여 잉크 프린팅 방법에 의해 소정의 두께로 도포하여 형성한다.
도 6 (d)는 하부전극(104) 및 하부전극(104)의 상부에 도포 형성된 복수의 압전박막(105)의 형상을 나타내는 평면도이며, 앞에서도 설명한 것과 같이 압전박막(105)의 길이 및/또는 두께는 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 도포하여 형성하며, 여기서, 압전박막(105)은 하부전극(104)의 길이방향의 일부 영역에만 도포 형성된다.
바람직하게는, 하부전극(104) 상에 압전박막(105)을 도포한 후에 당해 압전박막(105)에 대해 대략 300℃ 이하의 온도에서 저온 열처리를 실행하는 것이 더 좋으며, 이 저온 열처리에 의해 압전박막(105) 내의 복수의 나노입자의 금속입자 상호 간에 융착을 일으켜서 우수한 압전특성을 발휘하게 된다.
이어서, 도 6 (e)에 도시하는 것과 같이 압전박막(105)의 상부에 상부전극(106)을 형성하며, 상부전극(106)은 앞에서 설명한 어느 하나 이상의 상부전극용 재료를 포함하는 상부전극용 잉크(113)를 이용하여 잉크 프린팅 방법에 의해 소정의 두께로 도포하여 형성한다.
도 6 (f)는 하부전극(104), 압전박막(105) 및 압전박막(105)의 상부에 도포 형성된 복수의 상부전극(106)의 형상을 나타내는 평면도이며, 상부전극(106)의 길이 및/또는 두께도 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 점차 증가하는 형상으로 도포하며, 여기서, 상부전극(106)은 그 한쪽 일부는 압전박막(105)의 상부와 중첩되고, 그 외의 부분은 하부전극(104) 및 압전박막(105)과 중첩하지 않는 형상을 갖는다.
따라서 하부전극(104)과 압전박막(105) 및 상부전극(106)이 서로 중첩하는 부분의 길이 및/또는 두께는 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 점차 증가하는 형상을 이루며, 평면에서 본 때에 마치 실로폰 형상과 같은 형상이 된다.
이어서, 도 6 (g)에 도시하는 것과 같이 하부전극(104)(압전박막(105) 및 상부전극(106)도 포함) 양측의 소정 간격 떨어진 위치에 주파수분리 절연 층(107)을 형성하며, 주파수분리 절연 층(107)은 앞에서 설명한 어느 하나 이상의 주파수분리 절연 층 용 재료를 포함하는 주파수분리 절연 층 용 잉크(114)를 이용하여 잉크 프린팅 방법에 의해 소정의 두께로 도포하여 형성한다.
도 6 (h)는 하부전극(104)(압전박막(105) 및 상부전극(106)도 포함)의 양측에 각각 형성된 복수의 주파수분리 절연 층(107)을 포함하는 기판(102)의 형상을 나타내는 평면도이며, 앞에서 설명한 것과 같이 주파수분리 절연 층(107)의 길이 및/또는 두께도 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 점차 증가하는 형상을 이루며, 평면에서 본 때에 마치 실로폰 형상과 같은 형상을 이루고 있다.
여기서, 주파수분리 절연 층(107)은 하부전극(104), 압전박막(105) 및 상부전극(106) 형성 후에 형성하며, 형성방법으로는 잉크 제트 프린팅 방법에 의하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지는 않는다.
하부전극(104), 압전박막(105) 및 상부전극(106) 형성에 선행하여 주파수분리 절연 층(107)을 형성해도 좋다. 또, 주파수분리 절연 층(107)은 물리 증착이나 화학 증착 등의 증착법에 의해 형성해도 좋고, 또는, 증착법에 의해 미리 주파수분리 절연 층(107)이 형성된 기판을 준비하여, 이 기판에 하부전극(104), 압전박막(105) 및 상부전극(106) 등을 형성하여 주파수 분리부(100)를 제작하는 것으로 해도 좋다.
하부전극(104), 압전박막(105), 상부전극(106) 및 주파수분리 절연 층(107)의 두께 등은 예를 들어 프린팅 속도, 잉크의 점도 등의 다양한 변수에 의해 적절하게 조절할 수 있다.
본 발명의 하부전극(104), 압전박막(105), 상부전극(106) 및 주파수분리 절연 층(107)의 형성에서 이용하는 프린팅 방식으로는 저소음, 저비용의 비접촉식 잉크제트 프린팅 방식을 이용하는 것이 바람직하며, 비접촉식 잉크제트 프린팅방식은 잉크를 분사하는 분사방식에 따라 크게 연속 분사(continuous jet: CJ)방식과 드롭-온-디맨드(drop-on-demand: DOD) 방식으로 구분 가능하다.
연속 분사방식은 펌프를 이용하여 잉크를 연속적으로 분사하는 동안 전자기장을 변화시켜 잉크의 방향을 조절함으로써 프린팅을 하는 방식이고, 드롭-온-디맨드 방식은 전기적 신호를 통하여 필요한 순간에만 잉크를 분사시키는 방식이며, 전기에 의하여 역학적으로 변형을 일으키는 압전판을 사용하여 압력을 발생시키는 압전(piezoelectric ink jet) 방식과 열에 의해 발생하는 버블의 팽창에서 발생하는 압력을 이용하는 열전사(thermal ink jet) 방식 등이 있다.
본 실시형태에서는 주파수 분리부(100)의 기판(102) 상에 형성되는 복수의 하부전극(104), 압전박막(105), 상부전극(106) 및 주파수분리 절연 층(107) 형성에 잉크 프린팅방식을 이용하고 있으므로 종래의 증착 방식에 비해 주파수 분리기의 제조공정이 간단하고, 또, 고가의 증착 장비를 필요로 하지 않으므로 저렴한 제조비용으로 주파수 분리기를 제조할 수 있다는 등의 효과가 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변경이나 변형 및 치환이 가능하다.
또, 상기 실시형태에서는 하부전극(104)과 압전박막(105) 및 상부전극(106)이 상호 중첩하는 중첩영역의 길이 및/또는 두께를 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 증가하는 형상으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 주파수 분리부(100)의 음파 입구(108) 쪽이 저주파영역이고, 음파 출구(109) 쪽을 고주파영역으로 하는 경우에는 상기 중첩영역의 길이 및/또는 두께를 음파의 진행방향에 따라서 선형적으로 감소하는 형상으로 해도 좋다.
1000 인공 와우
100 주파수 분리부
102 기판
103 유체저장공간
104 하부전극
105 압전박막
106 상부전극
107 주파수분리절연 층
108 음파 입구
109 음파 출구
110 불소층
120 신호처리부
130 달팽이관 삽입용 전극채널
100 주파수 분리부
102 기판
103 유체저장공간
104 하부전극
105 압전박막
106 상부전극
107 주파수분리절연 층
108 음파 입구
109 음파 출구
110 불소층
120 신호처리부
130 달팽이관 삽입용 전극채널
Claims (19)
- 내부에 유체저장공간을 갖는 본체 상에 형성된 기판과,
상기 기판상에 형성된 복수의 제 1 전극과,
상기 제 1 전극 상의 일부에 형성된 복수의 압전박막과,
일부가 상기 압전박막 상에 형성된 복수의 제 2 전극을 포함하며,
상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 압전박막 및 상기 복수의 제 2 전극이 각각 중첩되는 각각의 중첩영역의 길이는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기. - 내부에 유체저장공간을 갖는 본체 상에 형성된 기판과,
상기 기판상에 형성된 복수의 제 1 전극과,
상기 제 1 전극 상의 일부에 형성된 복수의 압전박막과,
일부가 상기 압전박막 상에 형성된 복수의 제 2 전극을 포함하며,
상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 압전박막 및 상기 복수의 제 2 전극이 각각 중첩되는 각각의 중첩영역의 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기. - 내부에 유체저장공간을 갖는 본체 상에 형성된 기판과,
상기 기판상에 형성된 복수의 제 1 전극과,
상기 제 1 전극 상의 일부에 형성된 복수의 압전박막과,
일부가 상기 압전박막 상에 형성된 복수의 제 2 전극을 포함하며,
상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 압전박막 및 상기 복수의 제 2 전극이 각각 중첩되는 각각의 중첩영역의 길이 및 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기. - 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중첩영역의 양측에 이격 배치되는 복수의 주파수분리 절연 층을 더 포함하며,
상기 복수의 주파수분리 절연 층 각각의 길이는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기. - 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중첩영역의 양측에 이격 두고 배치되는 복수의 주파수분리 절연 층을 더 포함하며,
상기 복수의 주파수분리 절연 층 각각의 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기. - 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중첩영역의 양측에 이격 배치되는 복수의 주파수분리 절연 층을 더 포함하며,
상기 복수의 주파수분리 절연 층 각각의 길이 및 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기. - 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판에는 상기 기판과 상기 제 1 전극 간의 접착력 증대를 위한 불소층이 형성되어 있는 인공 와우용 주파수 분리기. - 청구항 7에 있어서,
상기 불소층은 플라즈마 활성 종인 인공 와우용 주파수 분리기. - 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증가는 선형적인 증가인 인공 와우용 주파수 분리기. - 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전박막은 BaTiO3, SrTiO3, BaSrTiO3, PZT, ZnO, 또는, Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sb, Ba, Ti, Al, In, Ni, Co, Cu, Ag, Au, Pd 중 어느 하나 이상의 금속이 도핑된 ZnO에서 선택된 어느 하나 이상의 재료를 포함하는 인공 와우용 주파수 분리기. - 기판상에 복수의 제 1 전극을 형성하는 단계와
상기 제 1 전극의 일부 상부에서 각각 중첩되도록 복수의 압전박막을 형성하는 단계와,
일부가 상기 압전박막 상에서 중첩되도록 상기 복수의 압전박막 상에 각각 복수의 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 압전박막 및 상기 복수의 제 2 전극은 잉크 프린팅에 의해 각각 형성되는 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 제 1 전극의 양측에 이격 배치되는 복수의 주파수분리 절연 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 기판에는 상기 기판과 상기 제 1 전극 간의 접착력 증대를 위한 불소층이 형성되어 있는 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 압전박막 및 상기 복수의 제 2 전극이 각각 중첩되는 각각의 중첩영역의 길이는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 압전박막 및 상기 복수의 제 2 전극이 각각 중첩되는 각각의 중첩영역의 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 압전박막 및 상기 복수의 제 2 전극이 각각 중첩되는 각각의 중첩영역의 길이 및 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 복수의 압전박막을 형성하는 단계에서 형성된 압전박막에 대해 저온 열처리를 하는 단계를 더 포함하는 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 복수의 주파수분리 절연 층 각각의 두께는 음파의 진행방향을 따라서 점차 증가하는 형상인 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 압전박막은 BaTiO3, SrTiO3, BaSrTiO3, PZT, ZnO, 또는, Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sb, Ba, Ti, Al, In, Ni, Co, Cu, Ag, Au, Pd 중 어느 하나 이상의 금속이 도핑된 ZnO에서 선택된 어느 하나 이상의 재료를 포함하는 압전 박막용 잉크를 이용하여 형성하는 인공 와우용 주파수 분리기 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140016383A KR101484983B1 (ko) | 2014-02-13 | 2014-02-13 | 인공 와우용 유연 압전박막 주파수 분리기 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20140016383A KR101484983B1 (ko) | 2014-02-13 | 2014-02-13 | 인공 와우용 유연 압전박막 주파수 분리기 및 그 제조방법 |
Publications (1)
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| KR101484983B1 true KR101484983B1 (ko) | 2015-01-26 |
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ID=52592233
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| KR20140016383A KR101484983B1 (ko) | 2014-02-13 | 2014-02-13 | 인공 와우용 유연 압전박막 주파수 분리기 및 그 제조방법 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101200353B1 (ko) | 2011-05-06 | 2012-11-12 | 전북대학교산학협력단 | 수평 성장된 압전 나노와이어를 이용한 인공와우용 주파수 분리기 및 그 제조방법 |
| KR101247660B1 (ko) | 2011-12-21 | 2013-04-09 | 한국기계연구원 | 나노와이어 성장을 이용한 인공와우용 주파수 분리장치 제조방법 |
| WO2013094906A1 (en) | 2011-12-21 | 2013-06-27 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Method for fabricating frequency assembly-type separating apparatus for cochlear implant |
| KR20130092318A (ko) * | 2012-02-10 | 2013-08-20 | 한국기계연구원 | 능동 피드백 제어용 인공 와우 장치, 및 그 방법 |
-
2014
- 2014-02-13 KR KR20140016383A patent/KR101484983B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR101200353B1 (ko) | 2011-05-06 | 2012-11-12 | 전북대학교산학협력단 | 수평 성장된 압전 나노와이어를 이용한 인공와우용 주파수 분리기 및 그 제조방법 |
| KR101247660B1 (ko) | 2011-12-21 | 2013-04-09 | 한국기계연구원 | 나노와이어 성장을 이용한 인공와우용 주파수 분리장치 제조방법 |
| WO2013094906A1 (en) | 2011-12-21 | 2013-06-27 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Method for fabricating frequency assembly-type separating apparatus for cochlear implant |
| KR20130092318A (ko) * | 2012-02-10 | 2013-08-20 | 한국기계연구원 | 능동 피드백 제어용 인공 와우 장치, 및 그 방법 |
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