KR101622202B1 - Bio-Plastic Nanogenerator manufacturing method and Nanogenerator manufactured by the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 생체용 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 포함한다.A method for manufacturing a plastic nano-generator for a living body according to the present invention includes: forming a piezoelectric element by laminating a piezoelectric material layer and a metal layer on a layered substrate; Bonding the separation inducing metal to the piezoelectric element; Removing the layered substrate; Transferring the piezoelectric element onto a plastic substrate; And removing the separation inducing metal bonded on the piezoelectric element.

Description

생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노제너레이터{Bio-Plastic Nanogenerator manufacturing method and Nanogenerator manufactured by the same}[0001] The present invention relates to a method for producing a plastic nano-generator for a living body and a nano-

본 발명은 생체용 플라스틱 나노제너레이터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노제너레이터 상에 부착되는 분리유도금속의 잔류인장응력을 이용하여 상기 나노제너레이터 하부에 부착되는 층상기판의 분리를 용이하게 함으로써 플렉서블 기판의 휨에 따라 발생하는 전기적 에너지를 외부로 고효율로 공급하는 생체용 플라스틱 나노제너레이터의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a bio-plastic nano-generator, and more particularly, to a method of manufacturing a bio-plastic nano-generator by easily separating a layered substrate adhered to a lower portion of the nano- The present invention relates to a method of manufacturing a plastic nano-generator for a living body, which supplies electric energy generated due to warping of a flexible substrate to the outside with high efficiency.

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. BACKGROUND ART [0002] With the development of information communication, electric devices such as piezoelectric elements and solar cells have become necessary and large-capacity. Furthermore, these electric devices have been manufactured and applied to hard silicon substrates and the like since the manufacturing process of these devices is usually manufactured through a high-temperature semiconductor process. However, the limitation of such an element substrate has a problem of limiting the application range of piezoelectric elements, solar cells, and the like.

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.Particularly, one of the devices whose effect is limited by such a substrate limitation is a piezoelectric device. A piezoelectric element means a device exhibiting a piezoelectric phenomenon. The piezoelectric element is also referred to as a piezoelectric element, and quartz, tourmaline, and rochelite have been used as piezoelectric elements since the early days. Recently, barium titanate (BaTiO 3 , BTO), ammonium dihydrogen phosphate, Artificial crystals such as ethylene ethylenediamine are also excellent in piezoelectricity and can induce more excellent piezoelectric characteristics through doping.

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.Such a piezoelectric element generates electricity according to the pressure applied from the outside, but when the piezoelectric element is applied to a flexible substrate on which the piezoelectric element can bend naturally, the bending characteristic of the naturally occurring flexible substrate is immediately called by electric energy However, there is a problem in that it is not easy to separate the piezoelectric element formed first on the fixed substrate from the fixed substrate when the piezoelectric element is to be transferred to the flexible substrate.

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.
Particularly, when a large-area piezoelectric element is to be implemented on a flexible substrate, the layered substrate, which is a fixed substrate, is not uniformly separated, which may cause a problem in the quality of the nano-generator. Further, there is little progress in commercialization of a flexible micro-generator, that is, a flexible nano-generator capable of producing a substantially permanent electric current by using such a piezoelectric element.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 나노제너레이터 상에 부착되는 분리유도금속의 잔류인장응력을 이용하여 상기 분리유도금속과 압전물질을 층상기판으로부터 용이하게 분리함으로써 고효율의 플렉서블 나노제너레이터를 제조하는 방법을 제공하는 것이 목적이다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a flexible nano-generator with high efficiency by separating the separation inducing metal and the piezoelectric material from the layered substrate by utilizing the residual tensile stress of the separation inducing metal, It is an object to provide a method of manufacturing.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 생체용 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 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a plastic nano-generator for a living body, comprising: forming a piezoelectric element by laminating a piezoelectric material layer and a metal layer on a layered substrate; Bonding the separation inducing metal to the piezoelectric element; Removing the layered substrate; Transferring the piezoelectric element onto a plastic substrate; And removing the separation inducing metal bonded on the piezoelectric element.

상기의 압전소자를 상기 플라스틱 기판 상에 전사시키는 단계는, 상기 플라스틱 기판의 양측 면에 압전소자를 각각 전사시키게 한다.The step of transferring the piezoelectric element onto the plastic substrate causes the piezoelectric elements to be respectively transferred to both sides of the plastic substrate.

상기 제조방법은, 상기 압전소자의 금속층에 금속선을 연결시키는 단계; 및 상기 압전소자를 밀봉부재로 밀봉시키는 단계;를 더 포함한다.The manufacturing method includes: connecting a metal wire to a metal layer of the piezoelectric element; And sealing the piezoelectric element with a sealing member.

상기 층상 기판은 운모 기판이며, 상기 층상 기판의 제거는 물리적 방식의 박리에 의한다.The layered substrate is a mica substrate, and the removal of the layered substrate is by physical separation.

상기 층상 기판은 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 옥사이드가 순차적으로 적층된 구조이다.The layered substrate is a structure in which a silicon wafer and silicon oxide are sequentially laminated.

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.The removal of the layered substrate may cause peeling due to a difference in stress direction between the separation induction metal and the layered substrate due to the residual stress of the stress-relieved metal deposited on the piezoelectric element.

상기 분리유도금속은 니켈(Ni)이다.The separation inducing metal is nickel (Ni).

상기 분리유도금속을 제거하는 것은 에칭에 의한다.The removal of the separation inducing metal is by etching.

상기 층상기판을 제거하는 단계는, 상기 분리유도금속 상에 분리 테이프를 접합하는 단계를 포함한다.The step of removing the layered substrate includes a step of bonding a separation tape onto the separation inducing metal.

본 발명은 상술한 방법에 따라 제조된 생체용 플라스틱 나노제너레이터를 제공한다.The present invention provides a plastic nano-generator for living body produced according to the above-described method.

상기 압전소자는 상기 압전물질층을 중심으로 하여 그 양측면에 상기 금속층이 배치된다.The piezoelectric layer has the metal layer disposed on both sides of the piezoelectric material layer.

상기 금속층은 상기 압전물질층 상에서 공간적으로 분리 이격된 구조이다.The metal layer is spatially separated from the piezoelectric material layer.

본 발명에 따른 생체 자극 감지 시스템은 상술한 방법에 따라 제조된 생체용 플라스틱 나노제너레이터; 상기 생체용 플라스틱 나노제너레이터가 삽입된 생체의 움직임에 따라 상기 생체용 나노제너레이터로부터 발생한 전기에너지를 공급받아 생체의 신경에 전달하는 자극 수단; 상기 생체의 신경에 연결된 근육의 움직임을 센싱하는 감지 수단; 및 상기 감지 수단으로부터의 데이터를 출력하는 모니터링 수단;을 포함한다.The biological stimulation detection system according to the present invention comprises: a plastic nano-generator for living body produced according to the above-described method; Stimulation means for receiving electrical energy generated from the biological nano-generator according to movement of the living body inserted with the bio-plastic nano-generator and delivering it to the nerve of the living body; Sensing means for sensing movement of muscles connected to the nerve of the living body; And monitoring means for outputting data from the sensing means.

본 발명에 따른 의료용 전자기기는 상술한 방법에 따라 제조된 생체용 플라스틱 나노제너레이터를 포함하는 전자기기로서, 상기 플라스틱 나노제너레이터의 플라스틱 기판의 휨에 따라 발생한 전류가 상기 의료용 전자기기로 제공된다.
A medical electronic apparatus according to the present invention is an electronic apparatus including a plastic nano-generator for a living body manufactured according to the above-described method, wherein a current generated by the warp of the plastic substrate of the plastic nano-generator is provided to the medical electronic apparatus.

본 발명에 따른 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법은 나노제너레이터 상에 부착되는 분리유도금속의 두께 조절 및 잔류인장응력을 이용하여 상기 분리유도금속과 압전물질을 층상기판으로부터 용이하게 분리하게 한다. 즉, 본 발명은 압전소자와 층상기판의 경계면에서의 박리를 수행하게 함으로써 실리콘 기판과 실리콘 옥사이드 등을 포함한 고정기판을 깨끗하게 분리할 수 있다.
The method for manufacturing a bio-plastic nano generator according to the present invention allows the separating inducing metal and the piezoelectric material to be easily separated from the layered substrate by using the thickness adjustment and the residual tensile stress of the separation inducing metal deposited on the nano generator. That is, according to the present invention, the silicon substrate and the fixed substrate including silicon oxide and the like can be cleanly separated by performing the separation at the interface between the piezoelectric element and the layered substrate.

도 1 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법을 단계별로 설명하는 도면이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명에 실시예에 따라 나노제너레이터와 분리유도금속을 층상기판 상에 형성한 후 나노제너레이터를 플라스틱 기판 상에 최종적으로 전사하는 과정을 실 사진 및 적층 구조를 통해 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명에 따라 제조된 나노제너레이터를 이용하여 실험 대상물인 생체에 대한 신경 자극을 행하는 모식도를 보이는 도면,
도 17은 나노제너레이터에서 발생되는 전기에너지를 이용해 생체를 자극하는 것으로서, 나노제너레터를 이용해 쥐의 심장을 자극하는 모습을 나타낸 사진, 및
도 18은 나노제너레이터를 이용해 생체의 심장을 자극하고 인공적인 심장박동을 만드는 그래프이다.FIGS. 1 to 11 are diagrams for explaining steps of a method for producing a plastic nano-generator for a living body according to an embodiment of the present invention.
12 to 15 are views showing a process of finally forming a nano-generator and a separation inducing metal on a layered substrate and then finally transferring the nano-generator onto a plastic substrate according to an embodiment of the present invention through a photograph and a lamination structure .
16 is a schematic view illustrating a nerve stimulation performed on a living body, which is an object to be tested, using a nano-generator manufactured according to the present invention;
FIG. 17 is a photograph showing the stimulation of the heart of a rat using a nano generator, which stimulates a living body using electric energy generated in the nano generator; and
18 is a graph for stimulating the heart of a living body using a nano-generator and generating an artificial heartbeat.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of other various forms of implementation, and that these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know completely. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

이하 설명에서 나노제너레이터 또는 나노자가발전기는 기판의 휨에 따라 전류가 발생하는 미세 소자를 모두 통칭한다. 또한, 본 발명에 따른 생체용 플렉서블 나노제너레이터는 생체 내의 장기 움직임으로부터 전력을 생산하여, 생체 내에 삽입된 통신센서나 의료도구 등에 전력을 공급할 수 있는 전력발생 장치를 지칭한다.
In the following description, the nano-generator or the nano-generator is collectively referred to as a micro-device in which a current is generated in accordance with the warping of the substrate. Further, the flexible nano generator for living body according to the present invention refers to a power generation device capable of generating electric power from long-term movement in a living body and supplying electric power to a communication sensor or a medical tool inserted in the living body.

도 1 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법을 단계별로 설명하는 도면이다.FIGS. 1 to 11 are diagrams for explaining steps of a method for producing a plastic nano-generator for a living body according to an embodiment of the present invention.

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. Referring to Figure 1, a silicon wafer 100 is disclosed. In an embodiment of the present invention, the silicon wafer 100 may be a mica substrate, and the silicon wafer 100 may be physically peeled off using an adhesive material. That is, although the present invention uses a mica substrate, which is easy to peel off as a layered structure, as a sacrificial substrate, the scope of the present invention is not limited thereto, and any substrate on which the layers can be sequentially peeled off due to the interlayer structure, Can be used as a substrate.

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.
2, silicon oxide 200 is stacked on a silicon wafer 100. In the present invention, a state in which the silicon wafer 100 and the silicon oxide 200 are laminated together can be referred to as a layered substrate.

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.3 and 4 show a piezoelectric nanorator structure in which a piezoelectric element 300 is laminated on a layered substrate. 3 shows a structure in which a metal layer 302 is disposed on both sides of the piezoelectric material layer 301 with the piezoelectric material layer 301 as a center. That is, a structure in which the silicon wafer 100, the silicon oxide 200, the metal layer 302, the piezoelectric material layer 301, and the metal layer 302 are stacked in this order from the bottom, ) And the metal layer 302 is a metal-insulator-metal (MIM) structure.

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.
3 shows a structure in which a metal layer 302 is disposed on both sides of the piezoelectric material layer 301 with the piezoelectric material layer 301 as a center. That is, a structure in which the silicon wafer 100, the silicon oxide 200, the metal layer 302, the piezoelectric material layer 301, and the metal layer 302 are stacked in this order from the bottom, ) And the metal layer 302 is a metal-insulator-metal (MIM) structure. The MIM structure provides a potential difference to the metal layers 302 disposed on the upper and lower sides to perform polling.

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 Electrod(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.
The piezoelectric element 300 shown in FIG. 4 has a structure in which the metal layer 302 is disposed on the piezoelectric material layer 301. That is, a structure in which the silicon wafer 100, the silicon oxide 200, the piezoelectric material layer 301, and the metal layer 302 are stacked in this order from the bottom, The structure is Interdigitated Electrode (IDE) structure. The IDE structure poles the metal layer 302 forming a spatially separated structure on the piezoelectric material layer 310 with a potential difference. Specifically, as shown in FIG. 4, a pair of metal layers 302 symmetrically formed on the piezoelectric material layer 301 are disposed in a non-contact state.

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.
5 and 6 show a state in which the piezoelectric device 300 and the separation inducing metal 400 are sequentially stacked on the silicon wafer 100, the silicon oxide 200, and the like. The separation inducing metal 400 may be a nickel layer, and the separation inducing metal 400 may be laminated by a conventional semiconductor process such as sputtering or PVD process. In addition, .

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.
Referring to FIG. 7, since the nickel layer 400, which is a metal layer bonded on the piezoelectric element 300 according to the stacking, has a residual tensile stress inherent thereto, the piezoelectric layer 300 and the nickel layer 400 Stress inconsistency occurs.

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.Referring to FIG. 8, the layered substrate including the silicon wafer 100 and the silicon oxide 200 is subjected to a tensile stress acting in the outward direction due to the residual tensile stress of the nickel layer 400 and the residual tensile stress, The peeling occurs between the piezoelectric element 300 and the layered substrate.

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, That is, in the process of forming the nickel layer 400, which is a metal layer having the residual tensile stress, on the piezoelectric element 300, a stress difference is generated between the piezoelectric layer 300 and the layered substrate, Peeling occurs in the horizontal direction of the substrate due to mismatch or asymmetry of the residual compressive stress of the substrate,

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.In the present invention, after a desired piezoelectric element and a substrate are laminated through a nickel layer, which is a metal layer having a tensile stress different from the compressive stress of the silicon substrate, the present invention separates the device through a process of generating peeling using a difference in residual stress do. Particularly, since the separation of such a device uses separation between the silicon substrate and the piezoelectric element 300, there is an advantage that the piezoelectric element manufactured on the silicon substrate can be separated and transferred in a circular shape.

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 ?게 하여 플렉서블 특성을 부여할 수 있다.
In addition, since the peeling height in the horizontal direction can be controlled according to the stress difference between the nickel layer 400 and the layered substrate, which is determined according to the thickness of the nickel layer 400, The flexible characteristics can be given by

도 9는 실리콘 웨이퍼(100)와 실리콘 옥사이드(200)를 포함하는 층상기판이 분리되어 압전소자(300)와 분리유도금속(400) 만이 잔존하는 상태를 나타낸다.9 shows a state in which the silicon wafer 100 and the layered substrate including the silicon oxide 200 are separated so that only the piezoelectric element 300 and the separation inducing metal 400 remain.

이후에 도 10과 같이, 전사필름 등을 통해 압전소자(300)와 분리유도금속(400)이 플레서블 기판(500)으로 전사된다.
10, the piezoelectric element 300 and the separation inducing metal 400 are transferred to the flexible substrate 500 through a transfer film or the like.

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.
11 shows that the separation inducing metal 400 is etched from the top of the piezoelectric element 300 through etching or the like. The etching proceeds using the etching ratio between the separation inducing metal 400 and the piezoelectric element 300.

도 12 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따라 나노제너레이터에 해당하는 압전소자와 분리유도금속을 층상기판 상에 형성한 후 압전소자를 플라스틱 기판 상에 최종적으로 전사하는 과정을 실제 공정 사진 및 적층 구조를 통해 나타낸 도면이다.FIGS. 12 to 15 illustrate a process of finally forming a piezoelectric element and a separation inducing metal corresponding to a nano-generator on a layered substrate and finally transferring the piezoelectric element onto a plastic substrate according to an embodiment of the present invention. Fig.

도 12에서는 니켈층인 분리유도금속층(400)이 압전소자(300) 상에 형성된 것을 보인다.In FIG. 12, the separation inducing metal layer 400, which is a nickel layer, is formed on the piezoelectric element 300.

도 13에서는 분리유도금속층(400)의 잔류응력으로 인한 응력 부조화에 따라 압전소자(300)와 실리콘 웨이퍼(100) 사이에 박리가 일어난 상태에서 분리유도금속층(400) 상단에 부착된 전사용 분리 테이프를 통해 적층된 분리유도금속층(400) 및 압전소자(300)가 상기 분리 테이프 상에 분리배치된 것을 확인할 수 있다.13 shows a state in which separation between the piezoelectric element 300 and the silicon wafer 100 occurs in accordance with the stress mismatch caused by the residual stress of the separation inducing metal layer 400, It can be confirmed that the separation inducing metal layer 400 and the piezoelectric element 300 stacked via the separating tape are separated and arranged on the separating tape.

도 14에서는 플라스틱 기판 상에 압전소자(300) 및 분리유도금속층(400)이 분리 테이프로부터 전사된 것을 확인할 수 있다.In Fig. 14, it is confirmed that the piezoelectric element 300 and the separation inducing metal layer 400 are transferred from the separation tape onto the plastic substrate.

다음으로는, 도 15에서 분리유도금속(400)과 압전소자(300) 사이의 식각비를 이용하여 분리유도금속(400)이 압전소자(300)로부터 식각되어진 것을 확인할 수 있다.Next, it can be seen in FIG. 15 that the separation inducing metal 400 is etched from the piezoelectric element 300 by using the etching ratio between the separation inducing metal 400 and the piezoelectric element 300.

상기와 같이, 본 발명은 니켈층인 분리유도금속(400)의 잔류인장응력을 이용하여 나노제너레이터에 해당하는 압전소자(300)와 실리콘 옥사이드(200) 사이의 경계면에서 정확한 박리를 가능하게 함으로써, 나노제너레이터의 생성을 위해서 중간 물질에 해당하는 실리콘 웨이퍼(100)와 실리콘 옥사이드(200)의 제거를 원활하게 한다.
As described above, the present invention enables precise separation at the interface between the piezoelectric element 300 and the silicon oxide 200 corresponding to the nano-generator using the residual tensile stress of the separation inducing metal 400, which is a nickel layer, The removal of the silicon wafer 100 and the silicon oxide 200 corresponding to the intermediate material is smoothly performed to generate the nano-generator.

다음으로는, 도 16 내지 도 17을 참조하여 실험 대상물인 쥐에 대한 생체 신경을 자극하는 과정을 설명한다. 여기에서는 본 발명에 따른 생체용 플라스틱 나노제너레이터를 이용하여 쥐의 생체에 대한 신경을 자극하는 것에 대해 설명한다.Next, with reference to FIGS. 16 to 17, a procedure of stimulating the vital nerves to the rat, which is the test subject, will be described. Herein, stimulation of the nerves to the living body of a rat by using the plastic nano-generator for living body according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 생체 자극 감지 시스템은 생체용 플라스틱 나노제너레이터가 삽입된 생체의 움직임에 따라 생체용 나노제너레이터로부터 발생한 전기에너지를 공급받아 생체의 신경에 전달하는 자극 수단(stimulation electrodes), 생체의 신경에 연결된 근육의 움직임을 센싱하는 감지 수단(sensing electrodes), 및 감지 수단으로부터의 데이터를 출력하는 모니터링 수단(ECG Monitoor)을 포함한다.The biomedical stimulation detection system according to the present invention includes stimulation electrodes for receiving electrical energy generated from a bio-nano generator according to movement of a living body inserted with a bio-plastic nano-generator and delivering it to a nerve of a living body, Sensing electrodes for sensing movement of the connected muscles, and monitoring means (ECG Monitoor) for outputting data from the sensing means.

즉, 본 발명은 플라스틱 나노제너레이터에서 발생되는 전기에너지를 이용하여 생체 내의 신경을 인위적으로 자극하여 근육을 움직이게 할 수 있는 것으로서, 일예로서 도 17에서와 같이 장기 조직인 쥐의 심장을 자극할 수 있게 한다. 상기와 같이, 쥐의 신경을 자극하면 근육 등을 움직일 수 있기 때문에 의학적으로 큰 의미가 있다.
That is, the present invention can artificially stimulate nerves in a living body by using electric energy generated from a plastic nano-generator to move muscles. For example, as shown in FIG. 17, . As described above, stimulation of the rat's nerves has great medical significance because it can move muscles and the like.

도 18은 나노제너레이터를 이용하여 생체의 심장을 자극하고 인공적인 심장박동을 만드는 그래프이다.18 is a graph for stimulating the heart of a living body using a nano-generator and generating an artificial heartbeat.

가로축은 시간을 나타내고 세로축은 ECG 진폭(ECG amplitude, V)을 나타낸다. 상기 그래프에서 0.0 V 근처에서 진동하는 시그널은 심장으로부터의 자연적인 신호이고, 주기적으로 상하 방향으로 피크를 이루는 것은 나노제너레이터로부터 기인한 인공적인 자극을 나타내는 신호이다. 구체적으로는, 하부 방향으로의 피크는 나노제너레이터 작동에 의한 벤딩(bending)을 나타내고, 상부 방향으로의 피크는 언벤딩(unbending)을 나타낸다.
The horizontal axis represents time and the vertical axis represents ECG amplitude (ECG amplitude, V). In the graph, a signal oscillating near 0.0 V is a natural signal from the heart, and a periodic peak in the up and down direction is a signal indicative of an artificial stimulation due to a nano generator. Specifically, the peak in the downward direction indicates bending due to the operation of the nano-generator, and the peak in the upward direction indicates unbending.

상기의 내용과 같이, 생체 내에 본 발명에 따른 나노제너레이터를 이식하면 생테 내의 장기 등의 움직임에 의해 나노제너레이터에서 전기에너지가 발생하고, 손상된 신경을 대신해 뇌에 전기 자극을 줄 수 있으므로 파킨슨 병 치료 가능성을높이게 된다. 이를 통해, 플라스틱 나노제너레이터의 플라스틱 기판의 휨에 따라 발생한 전류가 제공되는 의료용 전자기기로 이용할 수 있다.
As described above, when a nano generator according to the present invention is implanted in a living body, electric energy is generated in the nano-generator due to movement of organ organs in the earthenware, and electrical stimulation can be given to the brain instead of the damaged nerve. . As a result, it can be used as a medical electronic device provided with a current generated by the warping of the plastic substrate of the plastic nano-generator.

상술한 바와 같이, 본 발명은 나노제너레이터 상에 부착되는 분리유도금속의 두께 조절 및 잔류인장응력을 이용하여 상기 분리유도금속과 압전물질을 층상기판으로부터 용이하게 분리하게 한다. 즉, 본 발명은 압전소자와 층상기판의 경계면에서의 박리를 수행하게 함으로써 실리콘 기판과 실리콘 옥사이드 등을 포함한 고정기판을 깨끗하게 분리할 수 있다는 장점이 있다.As described above, the present invention easily separates the separation inducing metal and the piezoelectric material from the layered substrate by using the thickness adjustment and the residual tensile stress of the separation inducing metal deposited on the nano-generator. That is, the present invention has an advantage that the silicon substrate and the fixed substrate including silicon oxide can be cleanly separated by performing the separation at the interface between the piezoelectric element and the layered substrate.

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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. It will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the appended claims. And equivalents should also be considered to be within the scope of the present invention.

100 : 실리콘 웨이퍼
200 : 실리콘 옥사이드
300 : 압전소자(나노제너레이터)
301 : 압전물질층
302 : 금속전극
400 : 분리유도금속
500 : 플라스틱 기판100: Silicon wafer
200: Silicon oxide
300: piezoelectric element (nano generator)
301: piezoelectric material layer
302: metal electrode
400: Separation inducing metal
500: plastic substrate

Claims (14)

생체용 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 층상기판을 제거하는 단계에서는,
상기 분리유도금속의 잔류응력으로 인한 응력 부조화에 따라 상기 압전소자와 상기 층상기판과의 사이에서 박리가 일어나는 것을 특징으로 하는 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
A method for producing a plastic nano-generator for a living body,
Stacking a piezoelectric material layer and a metal layer on the layered substrate to form a piezoelectric element;
Bonding the separation inducing metal to the piezoelectric element;
Removing the layered substrate;
Transferring the piezoelectric element onto a plastic substrate; And
Removing the separation inducing metal bonded on the piezoelectric element,
In the step of removing the layered substrate,
And peeling occurs between the piezoelectric element and the layered substrate in accordance with the stress mismatch caused by the residual stress of the separation inducing metal.
제 1 항에 있어서,
상기의 압전소자를 상기 플라스틱 기판 상에 전사시키는 단계는,
상기 플라스틱 기판의 양측 면에 압전소자를 각각 전사시키는 것을 특징으로 하는 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of transferring the piezoelectric element onto the plastic substrate comprises:
And transferring the piezoelectric elements to both side surfaces of the plastic substrate, respectively.
제 1 항에 있어서,
상기 제조방법은,
상기 압전소자의 금속층에 금속선을 연결시키는 단계; 및
상기 압전소자를 밀봉부재로 밀봉시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
The method according to claim 1,
In the above manufacturing method,
Connecting a metal wire to the metal layer of the piezoelectric element; And
And sealing the piezoelectric element with a sealing member. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 층상 기판은 운모 기판이며, 상기 층상 기판의 제거는 물리적 방식의 박리에 의하는 것을 특징으로 하는 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the layered substrate is a mica substrate, and the removing of the layered substrate is carried out by peeling in a physical manner.
제 4 항에 있어서,
상기 층상 기판은 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 옥사이드가 순차적으로 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the layered substrate is a structure in which a silicon wafer and silicon oxide are sequentially laminated.
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 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the separation of the layered substrate is achieved by a difference in the stress direction between the separation induction metal and the layered substrate due to the residual stress of the stress-relieved metal deposited on the piezoelectric element, Gt;
제 6 항에 있어서,
상기 분리유도금속은 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는, 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the separation inducing metal is nickel (Ni).
제 1 항에 있어서,
상기 분리유도금속을 제거하는 것은 에칭에 의한 것을 특징으로 하는, 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the separation inducing metal is removed by etching. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 층상기판을 제거하는 단계는,
상기 분리유도금속 상에 분리 테이프를 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체용 플라스틱 나노제너레이터 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein removing the layered substrate comprises:
And bonding the separation tape to the separation inducing metal.
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