KR101599779B1 - 단결정 압전물질층을 포함하는 플라스틱 나노제너레이터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노제너레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 플라스틱 나노제너레이터 제조방법은 층상기판 상에 압전물질층 및 금속층을 적층시켜 압전소자를 형성하는 단계, 상기 압전소자 상에 분리유도금속을 접합시키는 단계, 상기 층상기판을 제거하는 단계, 상기 압전소자를 플라스틱 기판 상에 전사시키는 단계, 및 상기 압전소자 상에 접합된 분리유도금속을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 압전물질층은 단결정 PMN-PT (Pb(Mg1//3Nb2/3)O3 - PbTiO3)를 포함한다.

Description

단결정 압전물질층을 포함하는 플라스틱 나노제너레이터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노제너레이터{Method for manufacturing Plastic Nanogenerator comprising monocrystal piezo-electric material and Nanogenerator manufactured by the same}
본 발명은 플라스틱 나노제너레이터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전물질층으로서 단결정 PMN-PT를 포함하는 나노제너레이터 상에 부착되는 분리유도금속의 잔류인장응력을 이용하여 상기 나노제너레이터 하부에 부착되는 층상기판의 분리를 용이하게 함으로써 플렉서블 기판의 휨에 따라 발생하는 전기적 에너지를 외부로 고효율로 공급하는 플라스틱 나노제너레이터의 제조방법에 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 소자들의 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, 압전소자를 플렉서블 기판에 전사하고자 하는 경우에 고정기판에 최초로 형성된 압전소자를 상기 고정기판으로부터 분리하는 공정이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
특히, 대면적의 압전소자를 플렉서블 기판에 구현하고자 하는 경우에 고정기판인 층상기판이 균일하게 분리되지 않음으로써 나노제너레이터의 품질에 문제가 발생할 수 있다. 더 나아가, 이러한 압전소자를 이용하여, 전류를 사실상 영구적으로 생산할 수 있는 플렉서블 미세발전기, 즉, 플렉서블 나노제너레이터의 상용화에 대한 진척이 미비한 상황이다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 압전물질층으로서 단결정 PMN-PT를 포함하는 나노제너레이터 상에 부착되는 분리유도금속의 잔류인장응력을 이용하여 상기 분리유도금속과 압전물질층을 층상기판으로부터 용이하게 분리함으로써 고성능 및 고효율의 플렉서블 나노제너레이터를 제조하는 방법을 제공하는 것이 목적이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 플라스틱 나노제너레이터 제조방법은 층상기판 상에 압전물질층 및 금속층을 적층시켜 압전소자를 형성하는 단계; 상기 압전소자 상에 분리유도금속을 접합시키는 단계; 상기 층상기판을 제거하는 단계; 상기 압전소자를 플라스틱 기판 상에 전사시키는 단계; 및 상기 압전소자 상에 접합된 분리유도금속을 제거하는 단계;를 포함하며, 상기 압전물질층은 PMN-PT (Pb(Mg1//3Nb2/3)O3 - PbTiO3)를 포함한다.
상기의 압전소자를 상기 플라스틱 기판 상에 전사시키는 단계는, 상기 플라스틱 기판의 양측 면에 압전소자를 각각 전사시키게 한다.
상기 제조방법은, 상기 압전소자의 금속층에 금속선을 연결시키는 단계; 및 상기 압전소자를 밀봉부재로 밀봉시키는 단계;를 더 포함한다.
상기 층상 기판은 운모 기판이며, 상기 층상 기판의 제거는 물리적 방식의 박리에 의한다.
상기 층상 기판은 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 옥사이드가 순차적으로 적층된 구조이다.
상기 층상 기판의 제거는 상기 압전소자에 증착된 응력 분리 금속의 잔류 응력으로 인하여 상기 분리유도금속과 상기 상기 층상 기판과의 응력 방향의 차이가 발생함으로써 박리가 가능하게 된다.
상기 분리유도금속은 니켈(Ni)이다.
상기 분리유도금속을 제거하는 것은 에칭에 의한다.
상기 층상기판을 제거하는 단계는, 상기 분리유도금속 상에 분리 테이프를 접합하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상술한 방법에 따라 제조된 플라스틱 나노제너레이터를 제공한다.
상기 플라스틱 나노제너레이터는 상기 플라스틱 기판 상에 상기 압전 소자가 놓여 있다.
상기 압전소자는 상기 압전물질층을 중심으로 하여 그 양측면에 상기 금속층이 배치된다.
상기 금속층은 상기 압전물질층 상에서 공간적으로 분리 이격된 구조이다.
본 발명에 따른 에너지 수확기는 진동, 음파, 구부러짐, 수축, 신장 등을 포함하는 주위의 물리적인 에너지를 수확(harvest)하여 전기에너지로 변환하고 이를 저장(Storage)한다.
본 발명에 따른 유비쿼터스 및 무선 모바일 장치는 상술한 플라스틱 나노제너레이터를 포함한다.
본 발명에 따른 나노제너레이터 제조방법은 나노제너레이터 상에 부착되는 분리유도금속의 두께 조절 및 잔류인장응력을 이용하여 상기 분리유도금속과 압전물질인 단결정 PMN-PT 박막을 층상기판으로부터 용이하게 분리하여 고성능의 나노제너레이터를 제조한다.
즉, 본 발명은 압전소자인 단결정 PMN-PT 박막과 층상기판의 경계면에서의 박리를 수행하게 함으로써 실리콘 기판과 실리콘 옥사이드 등을 포함한 고정기판을 깨끗하게 분리할 수 있다.
도 1 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 나노제너레이터 제조방법을 단계별로 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명에 실시예에 따라 단결정 PMN-PT 박막을 갖는 나노제너레이터와 분리유도금속을 층상기판 상에 형성한 후 나노제너레이터를 플라스틱 기판 상에 최종적으로 전사하는 과정을 적층 구조를 통해 나타낸 도면이다.
도 13a 내지 13d는 플렉서블 기판 상에 단결정 PMN－PT 가 전사된 상태에서의 SEM 이미지, 라만 스펙트럼, EDS 커브, 및 실 적층 사진을 보이는 도면,
도 14는 전력 발생을 위해 플렉서블 PMN－PT 기판의 초기 상태, 벤딩 상태 및 릴리스된 상태에서의 광학 이미지,
도 15a는 주기적인 벤딩 및 릴리스 과정에서 정방향을 따라 플렉서블 기판으로부터 발생된 개방형 회로 압력과 단기 회로 전류를 나타내고, 도 15b는 역방향을 따라 플렉서블 기판으로부터 발생된 측정된 출력 전압과 전류 피크를 나타내고, 도 15c는 플렉서블 NG 디바이스의 기계적 내구성을 확인할 수 있는 30,000번에 이르는 연속적인 굽힘 피로 테스트 결과를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하 설명에서 나노제너레이터 또는 나노자가발전기는 기판의 휨에 따라 전류가 발생하는 미세 소자를 모두 통칭한다. 또한, 본 발명에 따른 플렉서블 나노제너레이터는 니켈 박리 및 압전 성능의 단결정 PMN-PT를 이용한 전력발생 장치를 지칭한다.
도 1 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 PMN-PT를 이용한 나노제너레이터 제조방법을 단계별로 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실리콘 웨이퍼(100)가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 웨이퍼(100)는 운모기판일 수 있으며, 상기 실리콘 웨이퍼(100)는 접착물질을 이용하여 물리적으로 박리될 수 있다. 즉, 본 발명은 층상구조로서 박리가 용이한 운모기판을 희생기판으로 이용하였으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 층간 구조로 인하여 층들이 순차적으로 벗겨질 수 있는 임의의 모든 기판이 상기 층상기판으로 사용될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(100) 상에 실리콘 옥사이드(200)가 적층되어진다. 본 발명에서는 상기 실리콘 웨이퍼(100)와 실리콘 옥사이드(200)가라 적층된 상태를 아울러 층상기판으로 칭할 수 있다.
도 3 및 도 4에서는 층상기판 상에 압전소자(300)가 적층된 압전 나노레이터 구조를 보인다. 도 3에서의 압전소자(300)는 압전물질층(301)을 중심으로 하여 금속층(302)이 상기 압전물질층(301)의 양측면에 배치되는 구조를 보인다. 즉, 하부로부터 차례로 실리콘 웨이퍼(100), 실리콘 옥사이드(200), 금속층(302), 압전물질층(301), 금속층(302)이 적층되는 구조로서, 상기 금속층(302), 압전물질층(301), 금속층(302)을 포함하는 적층 구조는 Metal-Insulator-Metal(MIM) 구조이다.
도 3에서의 압전소자(300)는 압전물질층(301)을 중심으로 하여 금속층(302)이 상기 압전물질층(301)의 양측면에 배치되는 구조를 보인다. 즉, 하부로부터 차례로 실리콘 웨이퍼(100), 실리콘 옥사이드(200), 금속층(302), 압전물질층(301), 금속층(302)이 적층되는 구조로서, 상기 금속층(302), 압전물질층(301), 금속층(302)을 포함하는 적층 구조는 Metal-Insulator-Metal(MIM) 구조이다. 상기 MIM 구조는 상하로 배치된 금속층(302)에 전위차를 주어 폴링을 진행한다.
도 4에서의 압전소자(300)는 압전물질층(301)의 상부에 금속층(302)이 배치되는 구조를 보인다. 즉, 하부로부터 차례로 실리콘 웨이퍼(100), 실리콘 옥사이드(200), 압전물질층(301), 금속층(302)이 적층되는 구조로서, 상기 압전물질층(301), 금속층(302)을 포함하는 적층 구조는 Interdigitated Electrode(IDE) 구조이다. 상기 IDE 구조는 상기 압전물질층(310) 상에서 공간적으로 분리 이격된 구조를 형성하는 금속층(302)에 전위차를 주어 폴링을 진행한다. 구체적으로, 도 4에서 확인할 수 있듯이 압전물질층(301) 상에서 대칭적으로 형성되는 한쌍의 금속층(302)이 접촉하지 않은 상태로 배치된다.
본 발명에 적용되는 압전물질층(301)은 PMN-PT 단결정으로서, 종래의 PZT 세라믹이 한계에 도달한 물성을 향상시켜 응용소자의 성능을 개선할 수 있는 신소재이다.
PMN－PT 단결정은 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 - PbTiO3 로서, 릴랙서(relaxor)인 마그네슘 니오브산연(PMN)과 압전체인 티탄산연(PT)의 고용체 단결정으로서 압전 재료로서 기존에 주류로 사용되어온 지르콘 티탄산연(PZT) 세라믹스와 비교하여 압전 일그러짐이 3배 이상과 고성능의 리라크서계 압전 단결정 재료이다.
PMN－PT 단결정은 기존의 압전 재료의 주류로서 사용되는 지르콘 티탄산연(PZT) 세라믹스에 비해 3배 이상의 압전 상수를 얻을 수 있는 한편, 전기 기계 결합 계수도 크고 뛰어난 압전 특성을 나타낸다.
구체적으로, 압전 소재의 특성을 좌우하는 d33,d31(Piezoelectric Constant: 압전상수)과 K33(Elec-tromechanical Coupling Factor: 전기기계 결합계수) 값이 기존의 PZT에 비해 PMN-PT 단결정이 매우 높음을 볼 수 있다. 이러한 물성의 우수성을 통해 이를 응용한 소자에 적용함에 있어서 탁월한 효과를 보인다.
도 5 및 도 6은 실리콘 웨이퍼(100), 실리콘 옥사이드(200) 상에 압전소자(300) 및 분리유도금속(400)이 순차적으로 적층된 상태를 나타낸다. 분리유도금속(400)은 니켈층일 수 있고, 분리유도금속(400)의 적층은 스퍼터링이나 PVD 공정 등과 같은 통상의 반도체 공정을 통하여 수행될 수 있으며, 이 외에도 통상적인 금속 도포 방식에 따라서도 적층될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 적층에 따라 압전소자(300) 상에 접합된 금속층인 니켈층(400)은 자체적인 잔류인장응력을 가지고 있으므로, 이에 따라 압전소자(300)와 니켈층(400) 간에 응력 부조화가 발생한다.
도 8을 참조하면, 니켈층(400)의 잔류인장응력으로 인하여 외측 방향으로 작용하는 인장응력 및 상기 잔류인장응력에 따라 실리콘 웨이퍼(100)와 실리콘 옥사이드(200)를 포함하는 층상기판에 내부 방향으로 발생하는 압축응력에 의해 압전소자(300)와 층상 기판 사이에 박리가 발생한다.
즉, 잔류인장응력을 가지는 금속층인 니켈층(400)이 압전소자(300) 상에 형성되는 과정에서 층상기판 과의 사이에 응력의 차이가 발생하게 되고, 이를 통해 압전소자(300) 및 층상기판의 잔류 압축응력의 부조화(mismatch) 또는 비대칭성 때문에 기판의 수평방향으로 박리가 발생하며,
본 발명은 이와 같이 실리콘 기판의 압축응력과 상이한 인장응력을 갖는 금속층인 니켈층을 통해, 원하는 압전소자와 기판을 적층한 후에, 잔류응력의 차이를 이용하여 박리를 발생시키는 과정을 통해 소자를 분리한다. 특히 이러한 소자의 분리는 실리콘 기판과 압전소자(300) 사이의 박리를 이용하는 것이므로, 실리콘 기판 상에서 제조된 압전소자를 원형 그대로 분리, 전사시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 수평방향의 박리 형성 높이는 니켈층(400)의 두께에 따라 결정되는 니켈층(400)과 층상기판 사이의 응력 차이에 따라 제어될 수 있으므로, 필요한 경우, 하부의 실리콘 웨이퍼(100)를 식각하여 플렉서블 특성을 부여할 수 있다.
도 9는 실리콘 웨이퍼(100)와 실리콘 옥사이드(200)를 포함하는 층상기판이 분리되어 압전소자(300)와 분리유도금속(400) 만이 잔존하는 상태를 나타낸다.
이후에 도 10과 같이, 전사필름 등을 통해 압전소자(300)와 분리유도금속(400)이 플렉서블 기판(500)으로 전사된다.
도 11은 에칭 등을 통해 분리유도금속(400)이 압전소자(300)의 상단으로부터 식각되어진 것을 확인할 수 있다. 상기 식각은 분리유도금속(400)와 압전소자(300) 사이의 식각비를 이용하여 진행된다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 나노제너레이터와 분리유도금속을 층상기판 상에 형성한 후 나노제너레이터를 플라스틱 기판 상에 최종적으로 전사하는 과정을 적층 구조를 통해 나타낸 도면이다.
도 12 ⅰ)에서는 금속층, 압전물질층, 금속층을 포함하는 적층 구조 MIM 구조의 단결정 PMN-PT 나노제너레이터가 실리콘 웨이퍼 상에 형성되어 있는 것을 보인다. 상기 상태에서 도 12 ⅱ)에서는 니켈층인 분리유도금속층이 압전소자 상에 증착되는 것을 통해서 분리유도금속층의 잔류응력으로 인한 응력 부조화에 따라 압전소자와 실리콘 웨이퍼 사이에 박리가 일어난 상태를 보인다.
이후, 도 12 ⅲ)에서는 분리유도금속층 상단에 부착된 전사용 분리 테이프를 통해 적층된 분리유도금속층 및 압전소자가 분리 테이프 상에 분리배치된 후 플라스틱 기판 상에 압전소자 및 분리유도금속층이 전사된 다음에 분리유도금속과 압전소자 사이의 식각비를 이용하여 분리유도금속이 압전소자로부터 식각되어진 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은 니켈층인 분리유도금속의 잔류인장응력을 이용하여 나노제너레이터에 해당하는 압전소자와 실리콘 옥사이드 사이의 경계면에서 정확한 박리를 가능하게 함으로써, 나노제너레이터의 생성을 위해서 중간 물질에 해당하는 실리콘 웨이퍼와 실리콘 옥사이드의 제거를 원활하게 한다.
도 13a 내지 13d는 플렉서블 기판 상에 PMN－PT가 전사된 상태에서의 SEM 이미지, 라만 스펙트럼, EDS 커브, 및 실 적층 사진을 차례대로 보인다.
도 13a에서는 압전 소재에서 크랙 또는 블리스터의 형성 없이 PMN－PT 박막이 형성된 것을 보이며, 삽입된 사진은 단일 결정 PMN－PT 박막의 XRD 분석 결과를 보인다.
도 13b에서는 상온 하에서 여기 소스로서 514.5 nm의 아르곤 레이저를 사용하여 PMN－PT 박막의 상을 분석한 것이다. 라만 스펙트럼의 피크점은 각각 페로브스카이트 릴랙스를 위한 전형적인 특징에 부합한다.
도 13c에서는 PMN－PT 박막의 상면으로부터 획득된 EDS 스펙트럼 및 기초적 맵핑 결과를 보인다. EDS 분석 결과로부터 플렉서블 박막 상에서 단일 결정 PMN－PT 은 필요로 하는 모든 요소를 포함하고, Pb, Mg, Nb, Ti, and O 원소들이 측정 영역 상에 균등하게 분포된다는 것이 입증된다.
도 13d에서는 플렉서블 PMN－PT 제너레이터가 큰 손상 없이 핀셋에 의해 완전히 구부러진 상태를 나타내고, 1.4cm의 곡률반경을 갖는 라운드된 유리병 상에 붙어 있는 상태를 나타낸다. 이는 가용성 기판 상에서 니켈이 제거된 상태의 압전성 박막은 뛰어난 굽힘성 및 기계적 안정성을 제공한다는 것을 보인다.
다음으로는, 도 14 및 도 15를 참조하여 본 발명에 따른 나노제너레이터의 전기적 출력을 조사하기 위하여 주기적인 벤딩 및 언벤딩 모션이 PMN－PT 박막 제너레이터에 가해진 상태의 결과를 설명한다.
도 14에서는 출력 전압 및 전류를 발생시키기 위해서 벤딩 스테이지에 마운팅된 나노제너레이터의 원래의 평탄한 상태, 벤딩 상태 및 회복 상태를 각각 나타내는 것이다.
도 15a 에서는 단기 회로 전류 및 개방 회로 전압이 1.7cm*1.7cm의 작업 영역을 통해 145㎶ 및 8.2V 에 달하도록 나노제너레이터로부터 발생된다.
도 15a 에서는 나노제너레이터와 측정장치 사이에 정방향 연결이 이루어진 후에 나노제너레이터가 벤딩 모션에서 양의 전압 및 전류를 발생하고, 도 15b 에서는 나노제너레이터와 측정장치 사이에 역방향 연결이 이루어진 후에 나노제너레이터가 벤딩 모션에서 음의 전압 및 전류를 발생함을 보인다.
도 15c 에서는 16.5mm의 곡률 반경 하에서 30,000 번의 연속적인 벤딩 사이클을 통해서도 현저한 성능 감소 없이 출력 전류가 측정되는 것을 보인다. 이는 중대한 피로 상태 하에서 플라스틱 기판 상의 박막 나노제너레이터의 충분한 가요성을 가능하게 하는 것이다.
본 발명은 단결정 PMN－PT (Pb(Mg1//3Nb2/3)O3 - PbTiO3)를 포함하는 형태의 나노제너레이터를 제공하는 것으로서, 에너지 수확기의 개념으로도 사용할 수 있다. 즉, 주위에서 쉽게 발생되는 진동이나 음파, 초음파 영역의 진동 또는 구부러짐, 수축, 신장 등과 같은 주변의 물리적인 에너지를 수확(harvest)하여 전기에너지로 변환하고 이를 저장(Storage)하는 기술로의 응용이 가능하다.
일반적으로 '어디에나 존재하는' 유비쿼터스 네트워크의 실현을 위해서는 '어디에나 존재하며 작동하는' 유비쿼터스 전원의 존재가 필수 불가결하다. 한편, 도처에 존재하는 유비쿼터스 네트워크 구성요소의 전원은 충전을 필요로 하지 않는 자급자족 형태이어야 한다. 즉, 발전능력 및 축전능력이 공히 구비되어야 한다.
본 발명의 나노제너레이터를 채용한 에너지 하베스트 및 스토리지(자가 충전·발전) 소자는 도래하는 유비쿼터스 및 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품에 필요한 대체 에너지원으로 소형화, 무선화 및 고기능화가 필요한 다양한 분야에 적용 가능하다. 즉, Wearable 컴퓨터, MP3, GSM, Bluetooth 등의 정보통신기기, Robotics, 항공우주, 자동차, 의료, 건축, MEMS 분야 등의 전력 발생용으로 개발되고 있으며, 그 응용 가능 분야는 점차 확대되고 있다.
본 발명은 주위로부터의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 변환소자인 단결정 PMN－PT 압전 소자를 사용하기 때문에, 인간의 동작, 예를 들어 타이핑, 워킹, 팔놀림 및 숨쉬기 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있어서 환경 문제를 해결할 뿐만 아니라 기존 이차 전지, 연료 전지를 대체 또는 보완할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 PMN－PT 박막을 이용한 나노제너레이터 상에 부착되는 분리유도금속의 두께 조절 및 잔류인장응력을 이용하여 상기 분리유도금속과 압전물질을 층상기판으로부터 용이하게 분리하게 한다.
즉, 본 발명은 PMN－PT 박막을 포함하는 압전소자와 층상기판의 경계면에서의 박리를 수행하게 함으로써 실리콘 기판과 실리콘 옥사이드 등을 포함한 고정기판을 깨끗하게 분리할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 실리콘 웨이퍼
200 : 실리콘 옥사이드
300 : 압전소자(나노제너레이터)
301 : 압전물질층(PMN－PT 박막)
302 : 금속전극
400 : 분리유도금속
500 : 플라스틱 기판

Claims (15)

  1. 플라스틱 나노제너레이터 제조방법으로서,
    층상기판 상에 압전물질층 및 금속층을 적층시켜 압전소자를 형성하는 단계;
    상기 압전소자 상에 분리유도금속을 접합시키는 단계;
    상기 층상기판을 제거하는 단계;
    상기 압전소자를 플라스틱 기판 상에 전사시키는 단계; 및
    상기 압전소자 상에 접합된 분리유도금속을 제거하는 단계;를 포함하며,
    상기 압전물질층은 단결정 PMN-PT (Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 - PbTiO3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기의 압전소자를 상기 플라스틱 기판 상에 전사시키는 단계는,
    상기 플라스틱 기판의 양측 면에 압전소자를 각각 전사시키는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제조방법은,
    상기 압전소자의 금속층에 금속선을 연결시키는 단계; 및
    상기 압전소자를 밀봉부재로 밀봉시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 층상 기판은 운모 기판이며, 상기 층상 기판의 제거는 물리적 방식의 박리에 의하는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 층상 기판은 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 옥사이드가 순차적으로 적층된 구조인 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 층상 기판의 제거는 상기 압전소자에 증착된 응력 분리 금속의 잔류 응력으로 인하여 상기 분리유도금속과 상기 상기 층상 기판과의 응력 방향의 차이가 발생함으로써 박리가 가능한 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 분리유도금속은 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리유도금속을 제거하는 것은 에칭에 의한 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 층상기판을 제거하는 단계는,
    상기 분리유도금속 상에 분리 테이프를 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 제조방법을 이용하여 제조된, 플라스틱 나노제너레이터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라스틱 나노제너레이터는 상기 플라스틱 기판 상에 상기 압전 소자가 놓여 있는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 압전소자는 상기 압전물질층을 중심으로 하여 그 양측면에 상기 금속층이 배치되는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 압전물질층 상에서 공간적으로 분리 이격된 구조인 것을특징으로 하는, 플라스틱 나노제너레이터.
  14. 제 10 항에 따른 플라스틱 나노제너레이터를 포함하는 에너지 수확기로서,
    상기 에너지 수확기는 진동, 음파, 구부러짐, 수축, 신장 등을 포함하는 주위의 물리적인 에너지를 수확(harvest)하여 전기에너지로 변환하고 이를 저장(Storage)하는 것을 특징으로 하는, 에너지 수확기.
  15. 제 10 항에 따른 플라스틱 나노제너레이터를 포함하는, 유비쿼터스 및 무선 모바일 장치.
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