KR20050015936A - 압전 단결정을 이용한 액추에이터 - Google Patents
압전 단결정을 이용한 액추에이터Info
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Abstract
본 발명은 압전 특성이 우수한 단결정 물질을 이용한 액추에이터 및 이러한 액추에이터이를 제작하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액추에이터는 프린터 및 자기 디스크 드라이브용 헤드 또는 광학 시스템의 경사각을 제어하거나 또는 초점을 교정하기 위하여 사용되며, 이와 같은 곳에 사용되는 액추에이터는 구동을 제어하는데 있어서, 아주 높은 정밀도를 필요로 한다.
본 발명은 강유전체이며, 전기, 광학적 특성값이 우수한 단결정을 사용하여 액추에이터를 제작하며, 단결정을 사용하여 액추에이터를 제작함에 있어서, 압전성을 갖는 강유전성 단결정막을 형성시키도록 하므로써, 더욱 정밀도가 향상되며 소비전력 대비 에너지 효율성이 높아지는 고성능의 액추에이터를 제공할 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 압전 특성이 우수한 단결정 물질을 이용한 액추에이터 및 이러한 액추에이터를 제작하는 방법에 관한 것이다.
도 1a는 가장 기본적인 액추에이터의 구조를 나타낸다.
전기에너지를 기계적 에너지로 혹은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 압전체(20)와, 압전체(20)의 양면에 증착된 두 개의 전극(10,30)으로 이루어진다.
압전체(20)의 분극방향과 양면에 증착된 두 전극(10,30)에 인가되는 전계의 극성에 따라 압전체(20)는 특정한 방향으로 변형이 일어나게 된다.
이와 같은 액추에이터는 프린터 및 자기 디스크 드라이브용 헤드 또는 광학 시스템의 경사각을 제어하거나 또는 초점을 교정하기 위하여 사용되며, 이와 같은 곳에 사용되는 액추에이터는 구동을 제어하는데 있어서, 아주 높은 정밀도를 필요로 한다.
자기 디스크 드라이브는 멀티미디어 장비에 있어서 중요한 장치의 하나로서, 최근에는 보다 많은 양의 데이터를 고속으로 취급할 수 있는 멀티미디어 장비의 사용을 위해 보다 큰 메모리 용량을 갖는 장치의 개발이 요구되고 있다.
자기 디스크 드라이브의 용량의 증가는 일반적으로 각 디스크의 기억 용량을 증가시킴으로서 실현될 수 있다.
그러나 기억 밀도를 디스크의 직경 변화없이 급격하게 증가시키면 디스크 트랙간의 간격이 급격히 감소한다.
이에 따라 발생하는 기술적인 문제점은 기록 트랙에 데이터를 입력하고 트랙으로부터 데이터를 읽어들이는 헤드 장치를 얼마나 정밀하게 조정하는가에 있다.
따라서 위치 조정에 있어서 높은 정밀성을 갖는 헤드 액추에이터가 요구되고 있다.
또한 디지털 미디어의 증가와 함께 고성능 고해상의 인쇄 기술이 요구되고 있는데, 이와 같은 욕구를 만족시키기 위한 해결방안이 압전 방식의 잉크젯 프린트 방식이다.
이와 같은 잉크젯 프린트 방식에서 가장 핵심이 되는 문제점이 잉크의 양을 얼마나 세밀하게 조정할 수 있는가 하는 문제인데 이 문제 역시 상기 디스크 드라이브의 헤드 위치 조정 정밀성 문제와 같은 맥락으로 이해할 수 있다.
액추에이터의 정밀성을 높이기 위해서는 무엇보다도 단위 전계를 가했을 때 변위량, 즉 압전 변형 계수가 커야 된다.
기존에 압전체 재료로 널리 사용되는 PZT의 예를 들어보면, 액추에이터 응용에 있어서, 가장 크게 사용되는 모드중 길이방향 모드(longitudinal mode)의 압전 변형계수(d31), 두께 모드(Thickness)의 압전변형계수(d33), 전단모드(shear mode)의 압전변형계수(d15)가 각각 -38pm/V, 275pm/V, 480pm/V로 매우 작은 값을 가지고 있다.
따라서 단위 변형량을 얻기 위한 전계 차이가 매우 커서 높은 정밀도를 요하는 액추에이터에는 부적합하였다.
또한 상기 세 가지 모드로 액추에이터가 작동할 때 인가된 전기적 에너지가 얼마나 효율적으로 기계적 에너지로 변환되는지의 척도인 전기기계결합계수의 경우, 각각 k31=0.33, k33=0.67, k15=0.68의 낮은 값을 가지고 있어 에너지 효율성면에 있어서도 좋지 못하다.
이와 같은 단점을 극복하기 위해 적층형 구조로서 여러층의 압전체를 적층하여 단위 전계당 변형량을 증가시키는 구조가 있으나 전기기계결합계수의 값의 향상이 그리 크게 이루어지지 않고, 또한 복잡한 구조로 인해 공정상의 복잡함을 증가시키는 등 단점이 있다.
또한 상기와 같은 압전소자는 제작시 소결(sintering) 과정을 거치게 되는데, 압전을 구동기로 지속적으로 사용하게 되면 마이크로 분말들이 구동기로부터 떨어져 나와서 정보저장매체와 헤드사이의 데이터를 읽고 쓰는데 있어 방행요인이 되기도 하며, 심하게는 헤드의 파손 원인이 된다.
본 발명은 강유전체이며, 전기, 광학적 특성값이 우수한 단결정을 사용하여 액추에이터를 제작하며, 단결정을 사용하여 액추에이터를 제작함에 있어서, 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막을 형성시키도록 하므로써, 더욱 정밀도가 향상되며 소비전력 대비 에너지 효율성이 높아지는 고성능의 액추에이터를 제공할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 기판상에 형성되는 하부전극과, 하부전극상에 형성된 압전체와, 압전체에 형성된 상부전극을 포함하는 액추에이터에 있어서,
상기 압전체를 단결정 물질로서 구성하고, 구성된 단결정성 물질을 이용한 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물을 형성하여 구성되며, 구성된 단결정성 물질의 형상과 분극방향, 전계의 방향에 따라 변형을 일어나는 것을 특징으로 한다.
상기 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물은 압전 단결정물질을 연마하여 박막화한 후 이를 하부 전극상에 접착하거나 또는 압전 단결정 물질을 하부 전극상에 접착한후 연마하여 형성한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물은 압전 단결정물질을 PLD(Pulsed laser deposition) 공정 또는 유기 금속 화학 기상증착(MOCVD ; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 하부전극상에 증착시켜 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압전 단결정 물질을 단면의 넓이에 비해 길이 방향으로 길게 가공하여, 넓이에 비해 높이를 크게 하는 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물을 형성하는 길이모드(Longitudinal mode)를 이용하는 액추에이터를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 액추에이터는 분극방향은 길이방향이며, 전극사이에 전계를 가할 경우 전계의 방향은 분극방향과 평행하며, 압전 단결정 물질의 변형은 압전 단결정 물질을 고정하였을 경우 길이방향으로 인장되고, 압전 단결정 물질의 상하면을 고정하였을 경우 분극방향과 수직인 방향으로 굴곡되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압전 단결정 물질을 단면의 넓이에 비해 길이방향으로 매우 얇게 가공하여, 두께를 매우 얇게 하여 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물을 형성하는 것을 특징으로 하는 두께 모드(Thickness mode)를 이용하는 액추에이터를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 액추에이터는 분극방향은 두께 방향이며, 전극사이에 가해지는 전계의 방향은 분극방향과 평행하며, 압전 단결정 물질의 변형은 압전 단결정 물질을 고정하지 않을 경우 길이 방향으로 인장되고, 압전 단결정 물질의 좌우면을 고정할 경우 두께 방향으로 굴곡됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압전 단결정 물질을 단면의 넓이에 비해 길이 방향으로 매우 얇게 가공하여, 전계가 가해지는 방향에 수직인 방향으로 압전 단결정 물질을 분극시킨 전단모드(Shear mode)를 이용하는 액추에이터를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 단결정 물질의 변형은 액추에이터를 고정하지 않았을 경우 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되며, 압전 단결정 물질의 한 면을 고정하였을 경우 전계의 방향에 따라 좌 또는 우측으로 전단됨을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전단모드로 작동하는 액추에이터에 있어서, 압전 단결정 물질의 분극 방향이 전계의 방향과 수직임을 유지하는 상태에서 서로 다른 분극 방향이 두 개 이상 혼재하는 형태의 전단모드 (Shear mode)를 이용하는 액추에이터를 제공하며, 이때의 압전 단결정 물질의 변형은 액추에이터를 고정하지 않을 경우 병진 운동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 압전 단결정물질을 압전체로 사용하여 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물을 구성하는 액추에이터를 제공하는 것을 특징으로 하는 것으로, 본 발명에서 사용되는 강유전성 단결정 물질로는 PMN-PT(납 마그네슘 나이오베이트-납 티타네이트계 물질), PZN-PT(납 아연 나이오베이트-납 티타네이트계 물질), LN(LiNbO3; 리튬 나이오베이트), 및 LT(LiTaO3; 리튬 탄탈레이트) 등 여러 가지 압전 단결정, 전광 단결정 물질들이 있다.
상기 PMN-PT 계 및 PZN-PT 계 물질로는 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 조성을 가진 물질들이 있으며 이들은 본원 출원인이 선행하여 출원한 한국 특허공개 제 2001-96505호에서 제시된 방법 또는 대한민국 특허출원 2003-47458에세 제시된 방법 으로 제조될 수 있다.
상기 화학식 1에서,
[A]는 납 마그네슘 나이오베이트[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3] 또는 납 아연 나이오베이트[Pb(Zn1/3Nb2/3)O3)]이고,
[B]는 납 타이오네이트[PbTiO3]이며,
[C]는 리튬 탄탈레이트[LiTaO3] 또는 리튬 나이오베이트[LiNbo3]이고,
[P]는 백금, 금, 은, 팔라디움 및 로디움으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 금속이며,
[N]은 니켈, 코발트, 철, 스트론티움, 스칸디움, 루쎄니움, 구리 및 카드뮴으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 금속 산화물이고,
x는 0.65 보다 크고 0.98보다 작은 수이며,
y는 0.01보다 크고 0.34보다 작은 수 이고,
z는 0.01보다 크고, 5보다 작은 수이다.
상기 LN과 LT의 단결정 물질은 초크랄스키 방법(Czochralski's method)에 의해 제조할 수 있으며 원료 물질로는 LN의 경우 Li2CO3와 Nb2O5, LT의 경우 Li2CO3와 Ta2O5를 통상 사용한다.(문헌[Yuhuan Xu, Ferroelectric materials and thier applications, pp221-224, North-holland 1991] 참조).
상기 식에서,
[P]는 산화 납[PbO,PbO2,Pb3O4]이고,
[M]은 산화마그네슘[MgO]이며,
[N]은 나이오비움 옥사이드[Nb2O5]
[T]는 이산화 티탄[TiO2]
[L]은 리튬 탄탈레이트[LiTaO3], 리튬 나이오베이트[LiNbO3], 리튬 또는 리튬산화물[Li2CO3],백금, 금, 은, 팔라디움, 로디움,인디움 니켈, 코발트, 철, 스트론티움, 스칸디움, 루쎄니움, 구리, 이트리움,이터비움으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 금속 또는 그의 산화물이고,
x는 0.55 보다 크고 0.60 보다 작은 수이며,
y는 0.09보다 크고 0.20 보다 작은 수이고,
z는 0.09보다 크고 0.20 보다 작은 수이며,
p는 0.01보다 크고 0.27 보다 작은 수이며,
s는 0.01 보다 크고 0.1 보다 작은 수이다
특히, 상기 화학식 1, 화학식 2의 단결정재료는 기존의 PZT 단결정 혹은 다결정 박막에 비해 전기기계결합계수가 월등히 높을 뿐 아니라 넓은 구동전압을 가지고, 전원이 공급되었을 때, 압전체의 휨변형 크기가 크고, 이 휨 변형의 범위가 넓으며, 전기기계적, 전기광학적 특성이 우수한 것으로, 단결정이 가지는 주어진 공간에서 가장 밀접된 원자 및 분자들의 질서 정연한 배열로 인하여 미세 가공이 가능하다는 잇점이 있다.
다음의 표 1에 기존에 사용되던 PZT와 비교했을 때 본 발명에서 사용한 물질의 압전특성을 표시하였다.
| d31(pm/V) | d33(pm/V) | d15(pm/V) | k31 | k33 | k15 | |
| PZT | -38 | 275 | 480 | 0.33 | 0.67 | 0.68 |
| PMN-PT | -1000 | 2400 | 8000 | 0.5 | 0.97 | 0.97 |
표 1은 실측값을 표시한 것이며, 그 방법은 공진법(resonant measurement)을 이용한 측정, 광간섭계(interferometric measurement)를 이용하여 측정, LVDT를 이용하여 직접적으로 d33 또는 d31값을 측정하는 방법을 이용한다.
여기서, d31은 길이방향 모드(longitudinal mode)의 압전 변형계수, d33은 두께 모드(Thickness)의 압전변형계수, d15는 전단모드(shear mode)의 압전변형계수를 나타내며, k31은 길이방향모드에서의 전기기계결합계수, k33은 두께모드에서의 전기기계결합계수, k15은 전단모드에서의 전기기계결합계수를 나타낸다.
일반적으로 압전 성질을 가지는 재료의 변위는 다음의 수학식으로 표시된다.
여기서,
S = strain (relative length change △L/L, without dimension)
Lo = ceramic length [m]
E = electrical field strength [V/m]
dij = material properties
위의 수학식 1에서 보듯이 재료의 변위는 압전변형계수 dij의 값에 따라 그 크기가 달라진다.
기존 압전 소자에 비해서 PMN-PT 단결정의 경우 압전변형계수 dij의 값이 약 10배에 달하므로 같은 길이와 같은 입력 전압에 대해 10배의 변위 증가 효과를 얻을 수 있다.
바꾸어 말하면 같은 변위를 얻기 위해서는 기존 압전 소자 사용시보다 1/10배의 전압만이 필요하므로, 소형화, 저전력화가 필요한 정보저장기기에서 큰 장점으로 작용한다.
또한 PMN-PT는 단결정 구조이므로 기존 압전 소자를 사용하였을 때 유발되는 마이크로 분말의 발생을 피할 수 있다.
같은 입력 전압으로 기존 압전 소자 사용한 경우보다 큰 변위를 얻을 수 있다.
이와 같은 단결정 물질을 이용하여 액추에이터를 구성함에 있어서, 먼저, 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막 구조물을 형성하는 과정을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
A. 전도성 접착제를 이용한 방법
액추에이터에 있어서,
도포된 전도성접착제에 의해 기판상에 형성된 하부전극상에 단결정 물질이 단결정 막으로 접착되고, 단결정 막 상에 상부전극이 증착된 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 있어서, 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막구조물을 구성하는 액추에이터의 제작과정을 나타낸 도면이다.
그 제작 과정은, 기판(10)상에 하부산화막(20)을 형성하는 과정과, 하부산화막(20)에 전도성 접착제(30)를 도포하여 하부 전극을 형성하는 과정과, 도포된 전도성 접착제(30)층에 단결정(40)을 접합하고 열처리하여 단결정(40)을 접합하는 과정과, 접착된 단결정(40)을 기계적 연마공정을 통해 단결정막(40a)을 형성하는 과정과, 단결정막(40a)상에 상부전극(50)을 증착시키는 과정을 포함하여 이루어진다.
도 2a는 실리콘 기판(10)상에 산화방법을 통해 여러 가지 소자들의 진동판으로 사용되는 1~5㎛ 정도의 하부산화막(SiO2 박막)(20)을 형성하는 통상의 단계를 나타낸다.
이때 산화방법은 고온의 노 내에 산소를 넣어주면서 진행하는 열산화 방법과 수증기를 넣어주면서 진행하는 습식 산화 방법을 사용할 수 있다.
또한 두꺼운 두께의 SiO2박막을 효과적으로 형성하기 위하여 300~500㎚하부산화막(20)을 추가로 성장시키는 방법을 사용할 수도 있다.
상기 하부산화막(20)으로 SiO2 박막이외에도 스퍼터링, 전자빔 증발법과 같은 증착법에 의해 증착될 수 있는 다른 산화물 재료들을 사용할 수도 있으며, 그러한 재료로는 MgO, Al2O3 및 ZnO 등이 있다.
도 2b 및 도 2c는 형성된 SiO2 하부산화막(20) 위에 전도성 접착제(30)로서 하부전극으로 사용될 금 또는 은 성분 함유 에폭시 페이스트 접착제 또는 백금 함유 졸을 도포한 후, 그 위에 단결정(40)을 접합하고 열처리하는 단계를 나타낸다.
상기 에폭시 페이스트 접착제 및 에폭시 수지를 포함하지 않는 백금 졸은 상업적으로 구입가능하다.
본 발명에서는 전도성 접착제층(30)을 형성하는데 주로 스핀 코팅(spin coating)법과 스크린 프린팅(screen printing)법을 이용한다.
단결정(40)의 진동을 하부산화막(20)을 통해 효과적으로 전달하기 위해서는 단결정(40)의 균일한 접합이 매우 중요하다.
이를 위해서는 전도성 접착제층(30)의 균일한 형성이 중요한 역할을 하는데, 본 발명에서는 특히 도 3에 제시된 형태의 가압장치를 이용하여 스핀 코팅법이나 스크린 프린팅법에 적용하기 어려운 높은 점도의 접착제의 경우도 균일하게 도포하고 그 두께를 조절할 수 있다.
도 3에 제시된 장치는 하판(100)위에 하부산화막(20)을 얹고, 그 위에 전도성 접착제(30)를 도포한 후, 다시 그위에 강유전체 단결정(40)과 가압봉(111)이 구비된 상판(110)을 차례로 얹고 가압봉(111)에 압력을 가하면 접착제를 균일하게 도포할 수 있다.
도 3에서 가압봉(111)의 끝부분은 고무 등의 탄력성있는 재질을 사용하는 것이 바람직하며 가압봉(111)에 가해지는 압력을 조절하므로써, 전도성 접착제층(30)의 두께를 조절할 수 있다.
전도성 접착제층(130)의 두께는 대략 1~5㎛정도(건조상태 기준)가 적합하다.
상기 에폭시계 또는 백금 졸계 전도성 접착제에 의한 하부전극(30)과 단결정(40)의 접합을 위한 경화 열처리는 상온에서 150?? 정도에서 1~24시간 수행할 수 있으며, 경화온도를 낮추고 경화시간을 길게 할수록 전극층에 기포의 발생 등이 줄어들어 우수한 특성의 전극을 사용할 수 있다.
도 2d는 접합된 단결정(40)을 화학 기계적 연마공정을 이용하여 1~100㎛정도로 연마하여 단결정막(40a)을 형성하는 단계를 나타낸다.
이 연마공정은 접합 단계전에 미리 수행할 수도 이다.
즉, 단결정(40)을 미리 막 형태로 연마한후 하부산화막(20)과 접합시킬 수 있다.
도 2e는 형성된 단결정막(40a) 위에 상부 전극(50) 물질을 스퍼터링법(sputtering method)이나 전자빔 증발법(electron beam evaporation method)을 이용하여 형성하는 단계를 나타낸다.
기존의 압전물질 PZT를 이용하여 부품 및 소자를 제작하는 경우에는 PZT를 스크린 프린팅법으로 형성한 후 약 1,000??의 온도에서 소결을 통해 다결정 박막을 형성하는 방법을 사용하였으며, 따라서 상부전극 물질로서 녹는점이 낮은 알루미늄 등을 사용하지 못하고 백금, 금, 은 등의 고가의 물질만을 사용할 수 있었다.
이에 비해 본 발명에서는 단결정 압전소자를 이용하므로써, 부품 및 소자 제작 과정에서 소결 공정이 필요하지 않기 때문에 전체 공정에서 고온을 필요로 하는 공정을 생략할 수 있으며, 따라서 저가의 알루미늄 등의 물질을 상부전극 물질로서 사용할 수 있다.
상부전극(50)의 두께는 1~5㎛ 범위이다.
도 2f는 하부전극(30) 및 상부전극(50)이 형성된 압전 단결정(40)에 10~300??에서 10~100분동안 100kV/㎝의 전계를 인가하여 분극처리된 단결정막(40b)을 얻는 단계를 나타낸다.
이러한 분극처리에 의해 강유전체의 결정구조는 쌍극자가 일렬로 배열되어 있는 상태로 된다.
도 2g는 실리콘 기판(10)을 포토레지스트 공정과 건식 식각 공정을 통해 제작하고자 하는 소자의 기판(10,10a)으로 형성하는 단계를 나타내고, 도 2h는 하부산화막(20)상에 적층된 단결정(40)과 두 전극층(30,50)을 포토레지스트 공정, 건식, 식각 공정, 또는 다이싱(dicing) 공정을 이용하여 일정한 패턴으로 형성하는 단계를 나타낸다.
B. 증착방법에 의한 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막구조물을 구성한 액추에이터
도 4a 내지 도 4e는 증착방법에 의한 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막 구조물을 구성한 액추에이터의 제작과정을 나타낸 것으로,
액추에이터에 있어서,
기판(210)상에 하부산화막(220)을 형성하는 과정과, 하부산화막(220)상에 비저항 값이 소정의 기준값(9×10-4㎝) 이하인 산화물 물질로 하부전극(230)을 형성하는 과정과, 하부전극(230)위에 단결정 물질을 PLD 또는 MOCVD 공정을 통해 증착시켜 단결정성 막(240)을 형성하는 과정과, 단결정성 막(240)위에 상부 전극(250)을 형성하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(210)상에 PLD 또는 유기금속화학 기상 증착(MOCVD) 공정을 통해 10㎛ 이하의 하부 산화막(220)을 형성한다.
하부 산화막(220)의 재료로는 스트로튬 티타네이트(STO; SrTi03) 등을 사용할 수 있다.
여기서, 스트론튬 티타네이트막이 하부 산화막(220)으로 선택된 것은 스트론튬 티타네이트가 페로브스카이트의 결정구조를 가지고 있어 일반적인 강유전체 단결정 물질의 결정구조와 같은 구조를 제공하여 상부에 증착되는 막이 쉽게 단결정성으로 성장할 수 있는 원형을 제공하기 때문이다.
또한 상기의 실시예에서와 같이, 기판(210)을 열산화하여 1㎛이하의 얇은 SiO2 박막을 형성한 후, 스트론튬 티타네이트를 형성하는 방법을 사용할 수도 있으며, 스트론튬 티타네이트 이외에 페로브스카이트 결정구조를 갖는 어떠한 산화물 물질도 하부 산화막(220)의 재료로서 사용할 수 있다.
도 4b는 상기와 같은 과정을 통해 형성된 하부 산화막(220) 위에 5㎛ 이하의 하부전극(230)을 형성하는 단계를 나타낸다.
하부전극(230) 역시 하부 산화막(220)과 마찬가지로 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막을 형성하기 위하여 결정구조가 페로브스카이트 구조이어야 한다.
이와 같은 물질로는 스트론튬 루스네이트(SRO; SrRuO3), 란타늄 니켈레이트(LNO; LaNiO3) 등이 있을 수 있다.
이와 같은 물질들은 산화물이면서도 비저항이 1×10-4 ~ 9×10-4Ω㎝ 정도로 우수한 전도성을 가지고 있으며 이 물질 이외에도 페로브스카이트 구조를 가지며 비저항이 9×10-4 Ω㎝ 이하인 어떠한 산화물 물질도 하부 전극으로 사용될 수 있다.
도 4c는 형성된 하부 전극(230) 위에 압전성을 갖는 강유전성 물질의 단결정성 막(240)을 형성하는 단계를 나타낸다.
고에너지의 레이저를 타겟 물질에 조사하여 막이 증착되는 원리를 이용한 PLD 방법 또는 유기 금속원료가 기체상태에서 반응을 일으켜 반응생성물이 증착되는 MOCVD 방법을 적용할 수 있다.
단결정성 막(240)의 두께는 사용되는 용도에 따라 0.1㎛ 내지 20㎛의 범위에서 적절히 조절할 수 있다.
도 4d는 적절한 두께로 형성된 단결정성 막(240)위에 상부 전극(250)을 스퍼터링 또는 전자빔 증발법을 이용하여 형성하는 단계를 나타낸다.
이후에 고온 공정이 필요하지 않기 때문에 백금, 금,은 등의 물질뿐만 안라 아루미늄 등의 녹는점이 낮은 물질도 사용할 수 있다.
상부 전극(250)의 두께는 대략 5㎛이하의 범위이다.
도 4e는 하부 및 상부전극(230,250)이 형성된 단결정성 막(240)에 10~100 ㎸/cm의 전계를 100~300??에서 10~100분 인가하여 분극 처리된 단결정성 막(240a)을 형성하는 단계를 나타낸다.
이후 용도에 따라 다양한 사진 식각공정(photolithography)을 통하여 원하는 소자를 제작할 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 상기에서와 같이, 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막을 형성함에 있어서, 단결정기판(310)상에서의 또 다른 방법을 나타낸 것이다.
도 5a는 c축으로 배향된 강유전체 단결정기판(310)을 0.1~10°축이 어긋나게 가공하는 단계를 나타낸다.
이와 같은 단계를 거치는 이유는 강유전체 단결정성 기판(310)위에 증착되는 여러 막에 결정성장의 원형을 보다 쉽게 제공하기 위해서이다.
일반적으로 단결정성 막의 성장은 측면 방향으로 보다 쉽게 일어나기 때문에 약간의 축어긋남(Off-axis)으로 많은 층계 위치를 만들어주게 되면 단결정성 막의 성장을 쉽게 할 수 있다.
도 5b는 축이 어긋난 강유전체 단결정성 기판(310a)위에 하부전극(330) 물질을 형성하는 단계를 나타낸다.
하부전극(330) 물질은 상기 앞서의 실시예에서 보인 실리콘 기판(210)위에 단결정성 막을 형성하는 방법에서의 하부전극(230)과 동일하다.
도 5c는 형성된 하부 전극(330) 위에 단결정성 막(340)을 형성하는 단계를 나타낸다.
형성하는 방법 및 두께 범위는 상술한 실리콘 기판(210)위에 단결정성 막을 형성하는 방법과 동일하다.
또한 5d 내지 도 5e는 상부 전극(350)을 형성하고, 하부 및 상부전극(330 및 350)에 전계를 가하여 단결정(340)으로부터 분극화된 압전성을 갖는 강유전성 단결정막(340a)을 얻는 통상적인 단계를 나타낸다.
이후 다양한 사진시각 공정을 통하여 원하는 소자를 제작할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 단결정 막구조물을 만들되, 단면의 넓이에 비해 길이방향으로 길게 가공된 압전 단결정을 사용하여 넓이에 비해 높이를 크게 하는 본 발명의 제 1 실시예인 길이 모드로 작동하는 액추에이터와,
단면의 넓이에 의해 길이방향으로 매우 얇게 가공된 압전 단결정을 사용하여, 두께를 매우 얇게 하는 본 발명의 제 2 실시예인 두께모드로 작동하는 액추에이터와,
단면의 넓이에 비해 길이방향으로 매우 얇게 가공된 압전 단결정을 사용하여 두께가 매우 얇은 막 구조물을 만든후 전계가 가해지는 방향에 수직인 방향으로 압전 단결정을 분극시킨 본 발명의 제 3 실시예와 제 4실시예인 전단모드로 작동하는 액추에이터를 제공하고자 하는 것으로, 이를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 1 실시예인 길이 방향모드를 이용한 액추에이터의 구조와 원리를 나타낸다.
도 6a는 길이 모드를 이용하는 액추에이터의 원리를 나타낸다. 길이 모드를 이용하는 액추에이터에서는 전압을 인가하는 방향과 변위를 얻는 방향이 수직이다.
변위 ??L은 다음 수학식 2와 같이 표현된다.
여기서, d31은 재료의 압전변형계수이고, L은 변위 이용 방향으로의 액추에이터 길이, V는 인가 전압, 그리고 T는 분극화된 방향으로의 재료의 두께를 나타낸다.
길이방향모드로 작동하는 액추에이터에서는 단면의 넓이에 비해 길이 방향으로 길게 가공된 압전 단결정(420)을 이용하여 막 구조물을 만든다.
길이 방향 모드의 작동을 위해서는 액추에이터의 단면적에 비해 길이 방향으로의 길이가 충분히 커야 되며, 압전 단결정(420)의 분극은 도면에 제시된 분극방향(440)이어야 한다.
이때 상부전극(430)과 하부전극(410)에 적절한 전계를 인가하면 상하부가 고정되어 있을 경우는 도 6a의 점선으로 표시된 방향으로 압전체인 압전 단결정(420)의 변형이 일어나게 되고, 상하부가 고정되어 있지 않을 경우에는 도 6c의 점선으로 표시된 방향으로 일어나게 된다.
기타 고정부의 디자인과 전계의 극성과 종류에 따라 액추에이터는 다양한 방향으로 변형될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제 2 실시예인 두께 모드를 이용한 액추에이터의 구조와 원리를 나타낸다.
도 7a는 두께 모드를 이용하여 변위를 얻는 원리를 나타낸다. 화살표 방향으로 분극화된(polarized) 단결정(PMN-PT)을 그림과 같이 적층하고 전압을 가하면 다음 수학식3의 ??L만큼의 변위를 얻을 수 있다.
여기서 d33은 PMN-PT의 압전변형계수로 m/V의 단위이고, n은 적층된 PMN-PT의 레이어의 개수이고, V는 인가된 전압의 크기이다.
상기 수학식 3에서와 같이, d33값이 크면 낮은 인가 전압에 대해 큰 변위를 얻을 수 있다.
기존의 적층 압전 소자의 경우 d33값이 약 200~400×10-12 (m/V)의 가지는데 비해 PMN-PT는 2000~4000×10-12 (m/V) 의 값을 가지므로 약 10배의 변위를 얻을 수 있다.
두께모드로 작동하는 액추에이터는 단면의 넓이에 비해 길이 방향으로 매우 얇게 가공된 압전단결정(520)을 이용하여 막 구조물을 만든다.
두께 모드의 작동을 위해서는 액추에이터의 단면적에 비해 길이 방향으로의 길이가 매우 작아야 되며, 압전체인 압전 단결정(520)의 분극은 도면에 제시된 분극방향(540)이어야 한다.
이때 상부전극(530)과 하부전극(510)에 적절한 전계를 인가하면 압전 단결정(520)의 변형이 일어나게 된다.
예를 들면 상하부를 고정하지 않을 경우에는 도 7b의 점선방향으로 변형이 일어나게 된다.
또한 도 7c처럼 양측면(A,B)을 고정시킬 경우 점선의 방향으로 휨이 발생한다.
이외에도 고정부의 디자인과 전계의 극성과 종류에 따라 액추에이터는 다양한 방향으로 변형될 수 있다.
여기서, 길이방향모드와 두께모드에 있어서, 육면체 형태의 액추에이터에 사용된 압전 단결정의 단면의 가로를 a, 세로를 b라고 하고, 높이를 I라고 할 경우 I＞2.5a, 2.5b일 경우 길이방향모드로 작동하고, I＜0.1a,0.1b일 때 두께모드로 작동하며, 중간영역은 두가지 모드가 혼재하게 되므로, 이용되지 않는다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 의한 제 3 실시예인 전단모드를 이용한 액추에이터의 구조와 원리를 나타낸다.
도 8a는 전단모드를 이용하는 액추에이터의 원리를 나타낸다.
압전 재료에서 d15 모드는 전단 변형(shear deformation)을 이용하는 것으로 이를 이용하여 도 13과 같이 정보저장기기의 마이크로 엑츄에이터로 활용된다.
기존의 PZT의 d15 모드를 이용하여 구동하는 경우, 헤드에서 ±0.5㎛의 변위를 얻기 위하여 ±30V의 입력 전압을 필요로 한다.
기존 압전 소자의 d15값은 300~900×10-12 (m/V) 이다. PMN-PT의 d15값은 3000~4000×10-12 (m/V) 이므로 약 10배정도의 변위 증가 또는 구동 전압 감소의 효과가 있다.
전단모드로 작동하는 액추에이터는 단면의 넓이에 비해 길이방향으로 매우 얇게 가공된 압전 단결정(620)을 이용하여 막 구조물을 만든 후, 전계가 가해지는 방향에 수직인 방향으로 압전 단결정(620)을 분극시켜 구성한다.
전단모드의 액추에이터는, 물리적 크기는 두께 모드의 액추에이터와 유사하게 만들되, 압전체인 압전 단결정(620)의 분극 방향을 전계가 가해질 방향에 수직이 되도록 하면 된다.
예를 들면 도 8b 내지 도 8c에 제시된 점선 화살표 방향(640)으로 분극방향을 설정한다.
이때 상부전극(630)과 하부전극(610)에 적절한 전계를 인가하면 압전체의 변형이 일어나게 된다.
액추에이터를 고정하지 않고 하부전극(610)이 양의 값을 갖고 상부전극(630)이 음의 값을 갖는 전계를 가할 경우 액추에이터는 도 8b에 표시된 방향(C)으로 전단이 되게 하고, 변형후 최종모양은 도 8c의 점선 모양이 된다.
또한 예를 들어 전계는 상기 도 8b와 같은 방향으로 가하고, 도 8d에서와 같이, 한쪽 면(D)을 고정시킬 경우, 액추에이터는 도 8d에 표시된 방향(E)으로 전단이 발생하고, 변형후 최종모양은 도 8e의 점선모양으로 나타난다.
이외에도 고정부의 디자인과 전계의 극성과 종류에 따라 액추에이터는 다양한 방향으로 변형될 수 있다.
도 8f 내지 도 8g는 상기 전단모드를 이용한 액추에이터에 있어서, 압전 단결정(620)의 분극방향이 혼재하는 본 발명의 제 4 실시예인 액추에이터의 구조를 나타낸다.
전단모드로 작동하기 위해서는 분극방향(640)은 반드시 전계가 가해지는 방향과 수직이어야 한다.
예를 들어, 이러한 액추에이터에 하부전극(630)이 양의 값을 갖고, 상부전극(610)이 음의 값을 갖는 전계를 가할 경우 액추에이터는 두 부분의 분극방향(640)이 서로 다르기 때문에 도 8f에 표시된 방향(E)으로 각각 전단이 일어나게 되고, 변형 후 최종 모양은 도 8g의 점선모양으로 나타난다.
즉, 이와 같은 액추에이터는 병진 운동하게 된다.
이외에도 액추에이터의 어느 한 부분을 고정시킨다거나 전계의 극성을 바꿀 경우 액추에이터는 다양한 방향으로 변형될 수 있다.
또한 이와 같은 구조를 갖는 액추에이터 이외에도 구성된 압전체의 분극방향 및 모양, 전극의 모양 및 개수, 액추에이터가 고정되는 고정부의 디자인 등을 바꾸어 다양한 동작이 가능한 액추에이터 역시 본 발명에서 적용된 방법으로 제조할 수 있다.
한편, 이와 같은 구조를 갖는 액추에이터를 헤드의 고정밀 위치결정을 필요로하는 정보저장기기용 마이크로 액추에이터에 적용하면 다음과 같다.
도 9는 종래의 VCM 액추에이터의 평면(a)과 측면(b)을 나타낸 도면이다.
이와 같은 VCM 액추에이터에서 압전 단결정 물질(PMN-PT 단결정)를 이용한 액추에이터는, 압전 단결정의 위치에 따라,
(A). 캐리지 아암(carriage arm)(704)에 위치한 형태, (B). 캐리지 아암(704)과 서스펜션(suspension)(702) 사이에 위치한 형태, (C). 서스펜션(702)과 헤드(701)의 사이에 위치한 형태의 세 가지로 나눌 수 있다.
미 설명된 부호 703은 베이스플레이트(base plate), 705는 축(pivot)이다.
이와 같은 형태로 마이크로 액추에이터를 구성하게 되는데, 도 10a 및 도 10b는 캐리지 아암(714)에 압전 단결정을 구성한 예를 나타낸다.
압전 단결정(800)은 도면에 표시된 방향으로 인장, 수축을 통하여 헤드를 좌우로 제어하게된다.
여기서, 도 10a는 하나의 압전 단결정(PMN-PT Single crystal)(800)을 이용하여 마이크로 액추에이터를 구성한 예이고, 도 10b는 두 개의 압전 단결정(800)을 이용하여 마이크로 액추에이터를 구성한 예이다.
캐리지 아암(714)과 서스펜션(712) 사이는 압전 단결정(800)이 구성된 액추에이터의 형태를 갖으며, 그 외 캐리지 아암(714)에서 헤드부까지 헤드(711)를 포함한 베이스플레이트(713), 서스펜션(702) 및 서스펜션(702) 이하 부분을 기존 형태 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 형태의 마이크로 액추에이터의 경우, 압전 단결정(800)의 분극(polarization) 방향과 변위 이용 방향에 따라 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 4 실시예를 사용한 다음과 같은 실시예를 구현할 수 있다.
도 11a와 도 11b는 본 발명의 제 2 실시예인 두께 모드를 이용하는 정보저장기기의 마이크로 액추에이터를 구성한 실시예를 나타낸 도면으로,
도 11a는 액추에이터가 화살표 방향으로 변위를 발생시키고 이와 같은 방향으로 헤드(711)가 움직이는 것을 나타낸 도면이다.
도 11b는 액추에이터가 화살표 방향으로 변위를 일으키면 피봇(pivot)(715)을 중심으로 HGA(700)(Head Gimbal Assembly: suspension 이하 부분의 조립체를 의미함)가 회전하게 되어 헤드(711)의 변위를 유도하는 과정을 나타낸다.
도 10a, 10b의 예는 액추에이터의 변위가 그대로 헤드(711)의 변위가 되는데 비해 도 11a, 11b의 예는 액추에이터, 피봇(715), 헤드(711)의 상대 거리에 따라 확대된 변위를 얻을 수 있는 구조이다.
도 12a와 도 12b는 본 발명의 제 1 실시예인 길이 모드를 이용하는 정보저
도 12a와 도 12b의 구동원리는 유사하나, 도 12a의 경우 PMN-PT 액추에이터가 서스펜션(712)과 동일한 평면에 위치하여 구동하는 방식이고, 도 12b는 PMN-PT 액추에이터가 서스펜션(712)과 연결된 힌지 메카니즘(716a) 위에 위치하여 구동하는 방식이다.
도 12c는 도 12a,12b와 달리 하나의 압전 단결정(800) PMN-PT single crystal을 이용하여 마이크로 액추에이터를 구성한 예이다.
도 14은 마이크로 액추에이터가 서스펜션(712)과 헤드(720)사이에 위치한 형태를 나타낸다.
본 실시 예에서 사용되는 마이크로 엑츄에이터는 적층된 형태로 이용하거나 2개 이상의 PMN-PT 재료를 이용하여 도 12a의 push-pull 방식으로 구동할 수 있다.
이와 같은 형태의 액추에이터는 하중이 큰 서스펜션부를 포함하지 않고 슬라이더(slider)(719)만을 구동하게 되므로 높은 구동 대역폭을 얻을 수 있어 보다 정밀한 위치 제어가 가능하다.
이와 같이 본 발명에서의 압전 단결정 물질을 이용하여 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막 구조물을 구성하여 액추에이터의 다양한 작동모드에 따라,
(a). 저전압 입력으로도 기존 압전 소자를 사용한 경우와 동일한 변위를 얻을 수 있으며, 동일한 입력 전압으로 기존 압전 소자를 사용한 경우보다 큰 변위를 얻을 수 있으며,
(b). 단결정 구조이므로 정보저장기기 헤드와 디스크의 파손 원인이 되는 마이크로 분말이 발생치 않는 고성능의 액추에이터를 제작할 수 있다.
도 1은 일반적인 액추에이터의 구성을 나타낸 도면.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 있어서, 전도성 접착제를 이용한 압전성을 갖는 강유전성 단결정막을 형성하는 방법이 적용된 액추에이터의 제조 과정을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 있어서, 전도성 접착제층을 형성하기 위해 사용되는 가압장치를 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 있어서, 증착방법에 의한 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막 구조물을 구성한 액추에이터의 제조 과정을 나타낸 도면.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 있어서, 증착방법에 의한 압전성을 갖는 강유전성 단결정 막 구조물을 구성한 액추에이터의 제조 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 1 실시예인 길이 모드로 작동하는 액추에이터의 구성을 나타낸 도면으로, 도 6a는 길이 모드로 작동하는 액추에이터의 원리를 나타낸 도면이고, 도 6b는 상하면을 고정시켰을 경우 전계에 의해 액추에이터가 변형되는 형상을 나타낸 도면이고, 도 6c는 상하면을 고정시키지 않았을 경우 액추에이터가 변형되는 형상을 나타낸 도면.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제 2 실시예인 두께 모드로 작동하는 액추에이터의 구성을 나타낸 도면으로, 도 7a는 두께 모드로 작동하는 액추에이터의 원리를 나타낸 도면이고, 도 7b는 액추에이터를 고정시키지 않을 경우 전계에 의해 액추에이터가 변형되는 형상을 나타낸 도면이고, 도 7c는 액추에이터의 양 옆면을 고정시킬 경우 액추에이터가 변형되는 형상을 나타낸 도면.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 제 3 실시예인 전단모드로 작동하는 액추에이터의 구성을 나타낸 도면으로,
도 8a는 전단 모드로 작동하는 액추에이터의 원리를 나타낸 도면이고, 도 8b는 액추에이터를 고정시키지 않았을 경우 전계에 의해 액추에이터가 변형되는 방향을 나타낸 도면이고, 도 8c는 도 8b의 액추에이터가 변형된 후의 최종 형상을 나타낸 도면이고, 도 8d는 액추에이터의 한면을 고정시켰을 경우 액추에이터가 변형되는 방향을 나타낸 도면이고, 도 8e는 도 8d의 액추에이터가 변형된 후 최종 형상을 나타낸 도면.
도 8f 내지 도 8g는 본 발명에 의한 제 4 실시예인 전단모드로 작동하는 액추에이터의 또 다른 구성을 나타낸 도면으로,
도 8e는 액추에이터가 전계에 의해 변형되는 방향을 나타낸 도면이고, 도 8f는 도 8e의 액추에이터가 변형된 후의 최종 형상을 나타낸 도면.
도 9는 종래의 VCM 액추에이터의 구성을 나타낸 평면도(a), 측면도(b).
도 10a와 10b는 본 발명 압전 단결정을 이용한 정보저장기기용 마이크로 액추에이터에 있어서, 캐리지 아암에 액추에이터를 구성한 일 실시예를 나타낸 도면.
도 11a와 11b는 도 10a, 10b에 나탄낸 본 발명 압전 단결정을 이용한 정보저장기기용 마이크로 액추에이터에 있어서, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 두께 모드로 작동하는 액추에이터를 적용한 예를 나타낸 도면.
도 12a 내지 12c는 도 10a, 10b에 나탄낸 본 발명 압전 단결정을 이용한 정보저장기기용 마이크로 액추에이터에 있어서, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 길이 모드로 작동하는 액추에이터를 적용한 예를 나타낸 도면.
도 13은 도 10a, 10b에 나탄낸 본 발명 압전 단결정을 이용한 정보저장기기용 마이크로 액추에이터에 있어서, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 전단 모드로 작동하는 액추에이터를 적용한 예를 나타낸 도면.
도 14는 본 발명 압전 단결정을 이용한 정보저장기기용 마이크로 액추에이터에 있어서, 서스펜션과 헤드 사이에 액추에이터를 구성한 무빙 슬라이더(Moving slider) 형태의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
Claims (18)
- 압전체의 양면으로 전극을 형성한 액추에이터에 있어서,상기 압전체를 단결정 물질로서 구성하고, 구성된 단결정성 물질을 이용한 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물을 형성하여 구성되며, 구성된 단결정성 물질의 형상과 분극방향, 전계의 방향에 따라 변형을 일어나는 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 제 1항에 있어서, 상기 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물은 압전 단결정 물질을 연마하여 박막화한 후 이를 하부 전극상에 접착하거나 또는 압전 단결정 물질을 하부 전극상에 접착한 후 연마하여 형성한 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 제 1항에 있어서, 상기 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물은 압전 단결정물질을 하부전극상에 증착시켜 압결정성 막을 형성시킨 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 제 3항에 있어서,상기 압결정성 막은 PLD(Pulsed laser deposition) 공정 또는 유기 금속 화학 기상증착(MOCVD ; Metal Organic Chemical Vapor Deposition)중어느 하나의 공정을 통해 하부전극상에 증착시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 단결정 물질을 단면의 넓이에 비해 길이 방향으로 길게 구성하여, 넓이에 비해 높이를 크게 하는 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물을 형성한 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 제 5항에 있어서, 분극방향은 길이방향이며, 전극사이에 전계를 가할 경우 전계의 방향은 분극방향과 평행하며, 압전 단결정 물질의 변형은 압전 단결정 물질을 고정하였을 경우 길이방향으로 인장되고, 압전 단결정 물질의 상하면을 고정하였을 경우 분극방향과 수직인 방향으로 굴곡되는 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 단결정 물질을 단면의 넓이에 비해 길이방향으로 매우 얇게 구성하여, 두께를 매우 얇게 한 압전성을 갖는 강유전성 막 구조물을 형성한 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 제 7항에 있어서, 분극방향은 두께 방향이며, 전극사이에 가해지는 전계의 방향은 분극방향과 평행하며, 압전 단결정 물질의 변형은 압전 단결정 물질을 고정하지 않을 경우 길이 방향으로 인장되고, 압전 단결정 물질의 좌우면을 고정할 경우 두께 방향으로 굴곡됨을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 단결정 물질의 두께를 단면의 넓이에 비해 매우 얇게 구성하여, 전계가 가해지는 방향에 수직인 방향으로 압전 단결정 물질을 분극시키도록 하며, 압전 단결정 물질의 변형은 액추에이터를 고정하지 않았을 경우 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되며, 압전 단결정 물질의 한면을 고정하였을 경우 전계의 방향에 따라 좌 또는 우측으로 전단됨을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 제 9항에 있어서, 압전 단결정 물질의 분극 방향이 전계의 방향과 수직임을 유지하는 상태에서 서로 다른 분극 방향이 두 개 이상 혼재하며, 압전 단결정 물질의 변형은 액추에이터를 고정하지 않을 경우 병진 운동하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.
- 베이스 플레이트상에 서스펜션에 의해 헤드가 지지되고, 베이스 플레이트상에 연결되는 캐리지 아암을 포함하는 정보저장기기용 마이크로 액추에이터에 있어서,제 1항에 기재된 바와 같은 압전 단결정 물질을 이용한 액추에이터를 하나이상 캐리지 아암에 구성한 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 정보저장기기용 액추에이터.
- 베이스 플레이트상에 서스펜션에 의해 헤드가 지지되고, 베이스 플레이트상에 연결되는 캐리지 아암을 포함하는 정보저장기기용 마이크로 액추에이터에 있어서,제 1항에 기재된 바와 같은 압전 단결정 물질을 이용한 액추에이터를 캐리지 아암과 서스펜션 사이에 하나 이상 구성한 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 정보저장기기용 마이크로 액추에이터.
- 제 12항에 있어서, 압전 단결정 물질을 이용한 액추에이터를 캐리지 아암과 서스펜션 사이에 구성함에 있어서,두께모드(d33)를 이용한 액추에이터를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 12항에 있어서, 압전 단결정 물질을 이용한 액추에이터를 캐리지 아암과 서스펜션 사이에 구성함에 있어서,길이모드(d31)를 이용한 액추에이터를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법
- 제 12항에 있어서, 압전 단결정 물질을 이용한 액추에이터를 캐리지 아암과 서스펜션 사이에 구성함에 있어서,전단모드(d15)를 이용한 액추에이터를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법
- 베이스 플레이트상에 서스펜션에 의해 헤드가 지지되고, 베이스 플레이트상에 연결되는 캐리지 아암을 포함하는 정보저장기기용 마이크로 액추에이터에 있어서,제 1항에 기재된 바와 같은 압전 단결정 물질을 이용한 액추에이터를 서스펜션과 헤드 사이에 하나 이상 구성한 것을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 정보저장기기용 마이크로 액추에이터.
- 제 1항 또는 제 11항 내지 제 16항중 어느 한 항에 있어서,상기 강유전성 단결정 물질이 다음의 화학식의 조성을 가진 것임을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.x[A]y[B]z[C]-p[P]n[N]여기서,[A]는 납 마그네슘 나이오베이트[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3] 또는 납 아연 나이오베이트[Pb(Zn1/3Nb2/3)O3)]이고,[B]는 납 타이오네이트[PbTiO3]이며,[C]는 리튬 탄탈레이트[LiTaO3] 또는 리튬 나이오베이트[LiNbo3]이고,[P]는 백금, 금, 은, 팔라디움 및 로디움으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 금속이며,[N]은 니켈, 코발트, 철, 스트론티움, 스칸디움, 루쎄니움, 구리 및 카드뮴으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 금속 산화물이고,x는 0.65 보다 크고 0.98보다 작은 수이며,y는 0.01보다 크고 0.34보다 작은 수 이고,z는 0.01보다 크고, 5보다 작은 수이다.
- 제 1항 또는 제 11항 내지 제 16항중 어느 한 항에 있어서,상기 강유전성 단결정 물질이 다음의 화학식의 조성을 가진 것임을 특징으로 하는 압전 단결정을 이용한 액추에이터.s[L]-x[P]y[M]z[N]p[T]상기 식에서,[P]는 산화 납[PbO,PbO2,Pb3O4]이고,[M]은 산화마그네슘[MgO]이며,[N]은 나이오비움 옥사이드[Nb2O5][T]는 이산화 티탄[TiO2][L]은 리튬 탄탈레이트[LiTaO3], 리튬 나이오베이트[LiNbO3], 리튬 또는 리튬산화물[Li2CO3],백금, 금, 은, 팔라디움, 로디움,인디움 니켈, 코발트, 철, 스트론티움, 스칸디움, 루쎄니움, 구리, 이트리움,이터비움으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 금속 또는 그의 산화물이고,x는 0.55 보다 크고 0.60 보다 작은 수이며,y는 0.09보다 크고 0.20 보다 작은 수이고,z는 0.09보다 크고 0.20 보다 작은 수이며,p는 0.01보다 크고 0.27 보다 작은 수이며,s는 0.01 보다 크고 0.1 보다 작은 수이다
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2003
- 2003-09-09 KR KR1020030063376A patent/KR20050015936A/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2010018883A1 (en) * | 2008-08-14 | 2010-02-18 | Myungjoo Kwon | Magnetic-piezoelectric combine sensor using piezoelectric single crystal |
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