KR20160149302A - 다층 일렉트릿 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
다층 일렉트릿 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160149302A KR20160149302A KR1020167034359A KR20167034359A KR20160149302A KR 20160149302 A KR20160149302 A KR 20160149302A KR 1020167034359 A KR1020167034359 A KR 1020167034359A KR 20167034359 A KR20167034359 A KR 20167034359A KR 20160149302 A KR20160149302 A KR 20160149302A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electret
- layer
- electret layer
- charge carrier
- multilayer
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000007600 charging Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 17
- -1 Si 3 N 4 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 5
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims description 4
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- MJFJKKXQDNNUJF-UHFFFAOYSA-N metixene Chemical group C1N(C)CCCC1CC1C2=CC=CC=C2SC2=CC=CC=C21 MJFJKKXQDNNUJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 86
- 239000000463 material Substances 0.000 description 52
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 8
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 6
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229920006356 Teflon™ FEP Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000007786 electrostatic charging Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
- H01G7/02—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
- H01G7/028—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having a heterogeneous dielectric
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
- H01G7/02—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
- H01G7/02—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
- H01G7/025—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having an inorganic dielectric
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/01—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
- H01G7/02—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
- H01G7/021—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having an organic dielectric
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
본 발명은, 다층 일렉트릿 구조물(10)을 제조하기 위한 방법 및 일렉트릿 구조물(10)에 관한 것으로, 상기 제조 방법은, 전도성 재료로 이루어진 전극(14)을 갖는 캐리어(12)를 제공하는 단계, 전극(14) 상에 제1 일렉트릿 층(16)을 적층하는 단계, 일렉트릿 구조물(10)을 형성하기 위해 제1 일렉트릿 층(16) 상에 제2 일렉트릿 층(18)을 적층하는 단계, 제2 일렉트릿 구조물(18)의 표면(20) 또는 표면 근방의 용적 영역을 전하 캐리어(22)로 대전하는 단계, 그리고 다층 일렉트릿 구조물(10)을 처리하는 단계를 포함하며, 상기 처리 단계에서 전하 캐리어(22)가 제2 일렉트릿 층(18)의 용적 내부로 흘러가서, 제1 일렉트릿 층(16)과 제2 일렉트릿 층(18) 사이의 경계 영역 내에 보유된다.
Description
본 발명은, 다층 일렉트릿 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 및 일렉트릿 구조물에 관한 것이다.
내부에 또는 표면에 전기 전하를 더 오랜 기간에 걸쳐 저장할 수 있음으로써, 이들 재료 내에 실질적으로 영구적인 전기장이 형성되는 물질을 일렉트릿이라 지칭한다. "일렉트릿"이라는 용어는, 예를 들어 대전된 중합체 박막에서와 같이 그 표면에 반대 방향의 전하들을 갖는 물질에 대해서도 사용된다. 일렉트릿을 대전(분극)하기 위한 방법은 다른 무엇보다 열적 공정, 가스 방전 및 전자 빔 조사를 포함한다. 일렉트릿의 기술적인 적용은 예컨대 마이크로폰, 스피커에서, 방사선 검출기, 및 공기 필터에서와 같이 다방면에서 이루어진다. 하지만, 일렉트릿의 기술적 적용 가능성은, 적용과 관련된 주변 조건에서 용인 가능한 수명에 걸쳐 충분히 안정적인 분극이 어느 정도까지 보장될 수 있느냐에 따라 크게 좌우된다.
일렉트릿은 재료에 따라 구분될 수 있다. 즉, 일렉트릿은, 불량 내지 평균 수준의 전하 안정성을 가지며 박막으로서 유리한 방식으로 제조될 수 있는 유기 재료로 제조될 수 있다. 선행 기술에는 유전체 재료로서 사용될 수 있는 복수의 중합체가 공지되어 있는데, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 특히 테플론 변형체, 예를 들어 폴리테트라플루오르에틸렌이 공지되어 있다. 하지만, 일렉트릿의 특성은 사용된 중합체의 본래 성질에 좌우되며, 이 경우 특히 이와 같은 일렉트릿의 표면 전위는 더 높은 온도에서는 그다지 안정적이지 않다. 특히 더 높은 온도에서는 전하 캐리어가 일렉트릿을 통과해서 이동하며, 이 경우 전하 캐리어는, 일렉트릿으로부터 접촉 전극 내로 이동하여 방출되거나 보상됨으로써 소실된다.
또한, 열적 방전 과정들에 대해 높은 안정성을 보이며 고온에서 사용될 수 있으면서도, 표면 접촉 또는 오염에 의한 방전에 대해 높은 민감성을 갖는 무기 재료들로 형성된 일렉트릿도 공지되어 있다.
하지만, 특히 적용과 관련된 주변 조건에서, 예를 들면 더 높은 온도에서 그리고 습기의 고려하에 오랜 기간에 걸친 전하 분리의 안정성과 같은 일렉트릿 특성을 갖는 일렉트릿에 대한 요구가 여전히 존재한다. 특히 고온에서는, 전하 캐리어가 일렉트릿으로부터 외부로 이동할 수 있으며, 이 경우 전하 캐리어는, 예를 들어 일렉트릿을 통과해서 접촉 전극을 통해 방출되거나 보상됨으로써 소실된다. 특히, 전하 캐리어가 주로 표면에 저장되어 있는 일렉트릿은, 제조 동안에 또는 작동 중에 그리고 자체 표면의 오염에 의해, 전도성 물질 또는 반대 방향으로 대전된 물질, 예를 들어 먼지와 접촉할 때 전하 손실의 위험을 야기한다.
US 7 706 554 B2호에는, 전기 도금 방법에 의해 일렉트릿이 되는 이산화규소로 이루어진 층 및 이 층을 덮는, 질화규소로 형성된, 습기 방지를 위한 보호층을 포함하며 일렉트릿 요소를 구비한 소형 마이크로폰용 일렉트릿 커패시터가 공지되어 있다. 이 경우, 층 구조물의 표면 아래에 있는 전하 캐리어가 산화규소와 질화규소 사이의 경계면에 연결됨으로써, 예를 들어 습기와 같은 영향 및 다른 주변 조건에 대한 일렉트릿의 민감도가 감소한다.
DE 42 15 983 A1호로부터 공지된 일렉트릿 구조물에서는, 전하를 저장하는 층이 불균일한 재료 조성물로서 형성된다. 전하를 저장하는 층은 3개 이상의 층을 갖는 층 시퀀스로서 형성되며, 이 경우 중간층이 전하 캐리어를 위한 큰 포획 단면적을 가지며, 양측 외부층은 전위 배리어로서 작용한다. 상이한 층들의 기능들은 상응하는 재료들에 의해 제공되는데, 예를 들어 중간층을 위해서는 Si3N4가 적합하고, 외측 층들을 위해서는 SiO2가 적합하다.
일렉트릿 재료들 내에는, 전도대(conduction band)와 가전자대(valence band) 사이에 있는, 전위 포트, 전위 리세스 또는 트랩이라고도 지칭되는 침강 상태들에서 표면 전하 및/또는 공간 전하가 저장되며, 이 경우 다층 일렉트릿 요소들은 상이한 유전체 재료들의 전도대들의 편차를 이용한다.
일렉트릿을 자동차 분야에서 사용하기 위해서는, 오랜 기간에 걸쳐, 즉, 수년에 걸쳐, 극심하게 변동하는 조건하에서도 일정하게 유지되는 성능이 필요하므로, 항시 적합한 재료, 구조 및 제조 방법에 대한 요구가 존재한다.
본 발명에 따라, 일렉트릿 구조물을 제조하기 위한 방법 및 일렉트릿 구조물이 제안된다. 일렉트릿 구조물은, 열적 전하 캐리어 안정성과 관련해서 서로 상이한 유전체 재료들의 층 시퀀스로서 형성된 유전체 재료 조성을 갖는, 전하를 저장하는 층을 포함한다.
다층 구조를 갖는 일렉트릿 구조물은 특히, 기판의 표면에 또는 전극의 표면에 제공될, 예를 들어 SiO2와 같은 무기 일렉트릿 재료로 이루어진 제1 일렉트릿 층을 포함한다. SiO2, Si3N4 또는 Al2O3와 같은 일렉트릿 재료들은, 고온에서 높은 전하 캐리어 안정성을 특징으로 하고, 얇은 두께로 구현될 수 있으며, 기판 표면에 용이하게 고정하기에 적합하다. 또한, 이종 원자를 이용한 국부적인 불순물 주입(implantation)에 의해서도 일렉트릿 재료가 변형될 수 있다.
제1 일렉트릿 층을 위해 적합한 또 다른 적합한 일렉트릿 재료들은 유리 또는 세라믹 재료로서, 이들 재료 내에서는 전하 캐리어가 더 높은 온도에서, 특히 100℃보다 높은 온도에서 비로소 뚜렷한 이동성을 보이며, 그럼으로써 유리 또는 세라믹 재료는 장기간에 걸친 전하 캐리어 안정성이 두드러지게 나타난다. 더 나아가, 제안된 다층 일렉트릿 구조물의 제1 일렉트릿 층을 위해서는, 무기 재료 외에 상응하게 우수한 전하 캐리어 안정성 및 온도 안정성을 특징으로 하는, 테플론과 같은 유기 재료도 적합하다. 적합한 일렉트릿 재료들은 용적 전도성이 낮고, 절연체로서 작용하며, 전위 배리어를 형성하지만, 전하 캐리어를 위한 큰 포집 단면적을 제공한다.
제1 일렉트릿 층의 일렉트릿 재료는 물리적인 그리고/또는 화학적인 증착 공정에 의해 전극 표면에 직접 제공될 수 있거나, 대안적으로 적합한 증착 공정에 의해 전극 재료가 일렉트릿 재료상에 제공될 수 있다. 물리적인 또는 화학적인 증착 공정은 예를 들어 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 증발, 열적 분사 방법, 및 현탁액으로서 또는 전구체 용액으로서 존재하는 조성물의 분무(spraying), 및 인쇄이다.
공지된 방법에 의해서는, 제1 일렉트릿 층의 일렉트릿 재료가, 적합한 방식으로 전극 재료와 연결되는, 예를 들어 접착되는 박막으로서 또는 필름으로서 제조될 수 있다. 전극 재료와 제1 일렉트릿 층의 일렉트릿 재료 사이의 경계층에서의 전압 강하를 피하기 위하여, 그리고 결합 또는 전기 접촉을 개선하기 위하여, 제1 일렉트릿 층을 향하는 전극의 측은 전도성 재료, 예컨대 금속으로 코팅될 수 있는데, 예컨대 증발될 수 있다.
후속하는 한 방법 단계에서는, 전극 표면에 마주 놓인 제1 일렉트릿 층의 측에 적합한 일렉트릿 재료의 제2 층이 제공되며, 이 경우 제2 일렉트릿 층의 재료는 이전에 이미 제공된 제1 일렉트릿 층의 일렉트릿 재료와 상이하다. 제2 일렉트릿 층의 유전체 재료는 상이한 일렉트릿 특성들, 특히 전기 전도성이 낮으며, 제1 일렉트릿 층의 일렉트릿 재료에 비해 더 낮은, 전하 저장 능력으로도 지칭되는 열적 전하 캐리어 안정성을 나타낸다. 그에 따라, 제2 일렉트릿 층에 적합한 일렉트릿 재료는 더 낮은 온도에서 이미 확연한 전하 캐리어 이동성, 특히 뚜렷한 용적 전도성을 나타낸다. 제2 일렉트릿 층 내부에 주입된, 표면 전하 또는 용적 전하로서 제공되거나 주입될 수 있는 전하는 특히 상승한 온도에서, 전하 캐리어 이동성 및 일렉트릿 재료의 뚜렷한 용적 전도성으로 인해, 제2 일렉트릿 층의 용적을 통과해서 제1 일렉트릿 층의 일렉트릿 재료와의 경계 영역 내부까지 이동한다. 이 경계 영역 내에서는 전하 캐리어가 낮은 전하 캐리어 이동성으로 인해 제1 일렉트릿 층 내에 포집되고, 경계 영역 내에 국부적으로 저장된다. 그에 따라, 제1 일렉트릿 층의 일렉트릿 재료는 전위 배리어를 형성한다.
다층 일렉트릿 구조물 내에 있는 제2 일렉트릿 층의 적합한 일렉트릿 재료들은 유기 재료, 예를 들어 이와 연관되어 공지된 중합체, 예컨대 플루오르 중합체일 수 있다. 일렉트릿으로 가공될 수 있고 유전체 재료로서 사용될 수 있는 중합체들이 선행 기술에 공지되어 있는데, 이 경우 지금까지는 용인 가능한 수명을 갖는 일렉트릿으로 변환하기에 충분히 안정적이지 않은 전하 안정성은 부정적인 것으로 여겨져 왔다. 그 대안으로, 상응하는 일렉트릿 특성을 갖는 무기 일렉트릿 재료들, 특히 마찬가지로 낮은 전하 안정성을 갖는 재료들도 사용될 수 있다.
제2 일렉트릿 층을 제1 일렉트릿 층 상에 제공하는 것은, 제2 일렉트릿 재료가 상응하게 적합한 경우에, 예를 들어 테플론 AF의 경우에 인쇄 공정에 의해 이루어질 수 있다. 그러나 대안적으로는, 공지된 실장 및 연결 기술도 사용될 수 있는데, 예를 들면 제2 층이 라미네이팅, 회전 코팅 또는 제1 일렉트릿 층과의 접착에 의해 제공될 수도 있다.
본 발명에 따라 이제 일렉트릿 구조물이 전기적으로 대전된다. 일렉트릿 재료의 정전기 대전을 위해, 초과량의 전하를 생성하여 이를 경우에 따라 유전체 재료 내로 운반하기 위한 여러 물리적 메커니즘이 공지되어 있다. 이와 같은 물리적 메커니즘에는, 열과 전기장을 동시에 작용시키는 열적 공정뿐만 아니라 가스 방전, 전자 빔 조사 또는 접촉 대전(contact electrification)이 속한다. 바람직하게, 대전은 코로나 방전을 이용해서 이루어진다.
후속하는 한 단계에서는, 대전된 일렉트릿 구조물이 처리 공정을 거치며, 이때 대체로 제2 일렉트릿 층의 표면에 제공되어 있거나 표면 근방의 용적 영역 내에 주입된, 발생한 전하 캐리어는 제2 일렉트릿 층의 용적 내부로 침투하여 그곳에서 계속 운반된다. 이 경우, 전하 캐리어는 제2 일렉트릿 층의 용적을 통과해서 이동하고, 제2 일렉트릿 층과 제1 일렉트릿 층 사이의 경계 영역 내에 보유된다.
일 변형 실시예에서는, 후속하는 한 단계에서, 대전된 다층 일렉트릿 구조물이 온도 처리 과정을 거친다. 일렉트릿 구조물은, 표면에 또는 제2 일렉트릿 층의 표면 근방의 용적 영역 내에 주입된 전하 캐리어가 자체 이동성으로 인해 제2 일렉트릿 재료 내부로 신속하게 침투하고, 상기 재료의 우수한 용적 전도성으로 인해 제1 일렉트릿 층의 일렉트릿 재료와의 경계 영역 내부까지 이동하게 되는 온도로 가열된다. 제1 일렉트릿 층 내에서의 전하 캐리어의 이동성은 더 낮기 때문에, 전하 캐리어가 제1 일렉트릿 재료와 제2 일렉트릿 재료 사이의 경계 영역에 보유됨으로써, 표면의 접촉 또는 오염에 의한 방전이 불가능하다. 일렉트릿 구조물이 가열되는 온도는, 일렉트릿 재료들의 상이한 열적 전하 캐리어 이동성으로 인해 나타나는 범위 내에 놓인다. 바람직하게, 적합한 일렉트릿 재료쌍을 위한 온도는 50℃ 내지 150℃의 범위 내에 놓인다.
제1 일렉트릿 재료와 제2 일렉트릿 재료 사이의 경계 영역 내에 집중되는 전하 캐리어는 그곳에 보유되거나 안정적으로 결합되는데, 그 이유는 제1 일렉트릿 층의 바람직한 무기 일렉트릿 재료가 높은 전하 캐리어 안정성을 갖기 때문이다. 전하 캐리어가 경계 영역으로부터 전극의 방향으로 제1 일렉트릿 층의 용적을 통과해서 이동하는 과정은, 상기 재료의 낮은 용적 전도성으로 인해 더 높은 온도에서, 예를 들어 SiO2의 경우에는 200℃를 초과하는 온도에서 비로소 이루어진다.
이미 실온에서 낮은 전하 캐리어 안정성을 특징으로 하는 제2 일렉트릿 층을 위한 일렉트릿 재료의 경우, 다시 말해 충분히 높은 전하 캐리어 이동성이 존재하는 경우, 온도 처리 공정은 더 긴 기간에 걸쳐 실온에서 실시되는, 대전된 다층 일렉트릿 구조물의 저장 공정으로 대체될 수 있다.
본 발명에 따라 제안된, 다층 일렉트릿 구조물을 제조하기 위한 해결책은 한 편으로는 우수한 전하 캐리어 안정성, 다시 말해 전하 캐리어의 낮은 이동성 및 특히 무기 일렉트릿 재료의 낮은 용적 전도성을 이용하고, 다른 한 편으로는 제1 일렉트릿 층을 덮는 제2 일렉트릿 층의 일렉트릿 재료의 낮은 전하 캐리어 안정성을 이용한다.
층 구조물로서 형성된 본 발명에 따른 일렉트릿 구조물은 전체적으로 높은 전하 캐리어 안정성, 우수한 전하 안정성, 습기에 대한 둔감성, 및 접촉 또는 오염시의 낮은 전하 손실을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일렉트릿 구조물은, 제1 일렉트릿 층의 긴 전하 캐리어 안정성을 보호층으로서의 기능을 하는 제2 일렉트릿 층에 의해 나타나는 견고성과 조합된다. 습기 및 오염으로부터 보호된 일렉트릿 구조물은, 방전 과정에 대해 안정적인 것으로 보이는데, 그 이유는 특히 전하 캐리어의 주요 부분이 제2 일렉트릿 층의 경계 영역 내에 집중되고, 그에 따라 다층 일렉트릿 구조물의 표면 아래에 보호된 상태로 집중되기 때문이다.
일렉트릿 구조물의 적합한 재료 선택에 의해, 특성들이 일렉트릿에 대한 요건들에 매칭될 수 있고, 비용도 줄어들 수 있다. 그에 따라, 무기 일렉트릿 재료의 표면에 있는 전하 캐리어를 위한 온도 안정적인 에너지 레벨이 가급적 비용 집약적인 특정 재료로 코팅하는 방법으로 달성됨으로써, 일렉트릿 재료의 전하 캐리어 안정성을 개선할 필요가 없어진다. 오히려, 본 발명에 따른 방법은, 무기 일렉트릿 재료에 의해 이미 제공된 매우 우수한 전하 캐리어 안정성을 적절히 이용하고 다른 바람직한 특성들과 조합한다.
본 발명에 따른 방법은 비용 효율적인 방법 단계들을 토대로 하는데, 예를 들어 제2 일렉트릿 층은 스크린 인쇄, 라미네이팅 및 그에 필적하는 공정에 의해 적층될 수 있다. 이는, 지금까지 사용된 기상 코팅 방법에 비해 훨씬 더 유리한 것으로 입증된다.
특히, 본 발명에 따른 방법은, 공지된 방법에 의해 비용 효율적으로 다층 구조물의 표면이 대전될 수 있고, 그 다층 구조물이 원하는 온도 처리 공정을 거치는 것을 특징으로 하며, 이 경우 전하 캐리어는 자체 이동성으로 인해 제1 일렉트릿 층을 통과하는 것이 아니라 제2 일렉트릿 층을 통과해서 제1 일렉트릿 층과 제2 일렉트릿 층 사이의 경계 영역 내로 이동하고, 그곳에서 전체 다층 구조물의 표면 아래에 보호된다. 그에 따라, 대체로 일렉트릿 구조물의 표면 영역, 다시 말해 접촉 또는 오염 시 방출될 수 있는 제2 일렉트릿 층의 표면에는 더 이상 이동성 전하 캐리어가 존재하지 않는다.
본 발명에 따른 대상들의 추가의 장점들 및 실시예들은 도면들에 의해 도시되고, 이하의 설명에서 상세하게 기술된다.
도 1은 다층 구조물을 갖는 기본적인 일렉트릿 구조물의 횡단면도이다.
도 2는 다층 일렉트릿 구조물의 대전 상태를 도시한 도이다.
도 3은 온도 처리 공정에서 전하 캐리어의 대전 및 이동 이후의 본 발명에 따른 일렉트릿 구조물을 도시한 도이다.
도 2는 다층 일렉트릿 구조물의 대전 상태를 도시한 도이다.
도 3은 온도 처리 공정에서 전하 캐리어의 대전 및 이동 이후의 본 발명에 따른 일렉트릿 구조물을 도시한 도이다.
도 1의 도면에서는, 캐리어(12)를 포함하는 일렉트릿 구조물(10)이 드러난다. 캐리어(12)의 표면에는, 전도성 재료, 예를 들어 금속, 특히 알루미늄 또는 전도성 접착제로 이루어진 전극(14)이 있다. 캐리어(12)의 맞은편을 향하는 전극(14)의 측에는, 제1 일렉트릿 재료로 이루어진 제1 일렉트릿 층(16)이 배치되어 있다. 제1 일렉트릿 층(16)은 유전체 재료를 포함하며, 이 유전체 재료는 절연체로서 작용하고, 바람직하게는 무기 재료이다. 적합한 재료는 SiO2 또는, 우수한 전하 캐리어 저장 능력, 다시 말해 높은 온도 안정성, 낮은 용적 전도성 및 낮은 전하 캐리어 이동성을 갖는 다른 유전체 재료들이다. 제1 일렉트릿 층(16)의 두께는 10 내지 50㎛이고, 바람직하게는 10 내지 20㎛이다. 특히, 무기 재료, 예컨대 유리 또는 세라믹을 언급하거나, PTFE 또는 테플론-FEP와 같은 매우 우수한 전하 캐리어 안정성을 갖는 유기 재료를 언급할 수도 있다.
제1 일렉트릿 층(16) 상에는 제2 일렉트릿 층(18)이 있으며, 이 제2 일렉트릿 층도 마찬가지로 유전체 재료로 이루어지지만 제1 일렉트릿 층(16)의 유전체 재료와는 상이하다. 특히, 제2 일렉트릿 층(18)은 제1 일렉트릿 층(16)에 비해 우수한 용적 전도성을 특징으로 한다. 바람직하게, 제2 일렉트릿 층(18)은 제1 일렉트릿 층(16)에 비해 낮은 열적 전하 캐리어 안정성을 갖는 유기 재료, 예를 들어 테플론-AF로 이루어진다. 제2 일렉트릿 층(18)은 비용 효율적으로 인쇄 공정에 의해, 상응하는 특성이 있는 무기 재료 또는 대안적으로 유기 재료를 포함하는 제1 일렉트릿 층(16) 상에 제공될 수 있다. 대안적인 실장 또는 연결 방법은 라미네이팅, 접착, 스핀 코팅 등이다.
도 2에는, 층 구성 이후 대전 과정을 거치는 일렉트릿 구조물(10)이 도시되어 있다. 일렉트릿 구조물(10)은 표면(20)에서, 선행 기술에 공지된 방법에 의해 대전된다. 특히, 코로나 방전에 의해 전하 캐리어(22)가 표면(20)에, 다시 말해 제2 일렉트릿 층(18)의 표면(20)에 증착된다. 또는, 제2 일렉트릿 층(18)이 고에너지 전자빔에 의해 대전될 겅우, 전하 캐리어(22)는 제2 일렉트릿 층(18)의 표면 근방 용적 영역 내로 주입된다.
일 실시예에서는, 그 다음에 또는 대전 과정 동안에 일렉트릿 구조물(10)이 온도 처리 공정을 거치며, 이때 일렉트릿 구조물(10)은 상승된 온도로 가열된다. 상기 온도가, 바람직하게 제2 일렉트릿 층(18)의 유기 재료가 뚜렷한 전하 캐리어 이동성을 보이는 범위 내에 놓임으로써, 표면(20)에서 방전된 전하 캐리어(22)가 제2 일렉트릿 층(18)의 용적 내로 이동하거나, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 캐리어가 계속해서 제2 일렉트릿 층(18)의 용적을 통과하여 제2 일렉트릿 층(18)과 제1 일렉트릿 층(16) 사이의 경계 영역까지 이동하게 된다. 그와 동시에, 상기 온도는, 제1 일렉트릿 층(16)의 재료가 뚜렷한 전하 이동성을 보이지 않도록 선택되어야 한다. 대전된 전하 캐리어(22)가 경계 영역 내에서 명확하게 경계 지어진 개별 정면에 존재할 것인지, 다시 말해 특히 제1 일렉트릿 층(16)과 제2 일렉트릿 층(18) 사이의 경계 면(24)에 직접 존재할 것인지는 예상할 수는 없다. 오히려, 전하 캐리어(22)는 다소 넓은 경계 영역 내에 집중될 것이고, 몇몇의, 바람직하게는 소량의 전하 캐리어(22)가 이미 에너지적으로 유리한 포집 지점들 혹은 트랩들에 의해 제2 일렉트릿 층(18)의 용적 내에 포집되어 안정적으로 결합되어 있다. 제2 일렉트릿 층(18)의 바람직한 유기 일렉트릿 재료에 적합한 온도는 50℃ 내지 150℃의 범위 이내에 놓인다.
그에 따라, 경계 영역 내로 이동된 전하 캐리어(22)는 일렉트릿 구조물(10)의 표면(20) 아래에 놓여 있고, 특히 경계면(24)에 안정적으로 결합되는데, 그 이유는 제1 일렉트릿 층의 바람직한 유기 재료가 고온에서, 특히 200℃를 초과하는 온도에서 비로소 뚜렷한 전하 캐리어 이동성을 갖기 때문이다. 전하 캐리어(22)가 표면(20) 아래에 집중되어 있기 때문에, 일렉트릿 구조물(10)에 대해서는, 예를 들어 습기 및/또는 오염과 같은 환경 영향 및 접촉에 대해 둔감성이 높아진다.
본 발명은, 본 명세서에 기술된 실시예들 및 이들 실시예에서 드러나는 양상들에 한정되지 않는다. 오히려, 청구범위에 의해 제시된 범위 내에서, 통상의 기술자에 의해 다루어지는 복수의 변형이 가능하다.
Claims (12)
- 다층 일렉트릿 구조물(10)을 제조하기 위한 방법으로서,
a) 전도성 재료로 이루어진 전극(14)을 갖는 캐리어(12)를 제공하는 단계,
b) 상기 전극(14) 상에 제1 일렉트릿 층(16)을 적층하는 단계,
c) 다층 일렉트릿 구조물(10)을 형성하기 위해 상기 제1 일렉트릿 층(16) 상에 제2 일렉트릿 층(18)을 적층하는 단계,
d) 제2 일렉트릿 층(18)의 표면(20) 또는 표면 근방의 용적 영역을 전하 캐리어(22)로 대전하는 단계, 및
e) 상기 다층 일렉트릿 구조물(10)을 처리하는 단계로서, 전하 캐리어(22)가 제2 일렉트릿 층(18)의 용적 내부로 흘러가서, 제1 일렉트릿 층(16)과 제2 일렉트릿 층(18) 사이의 경계 영역 내에 보유되는 단계를 포함하는, 다층 일렉트릿 구조물의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 제1 일렉트릿 층(16) 및 제2 일렉트릿(18)은, 열적 전하 캐리어 안정성에 있어서 서로 상이한 유전체 재료들로 형성되는 것을 특징으로 하는, 다층 일렉트릿 구조물의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 일렉트릿 층(16)은 열적 전하 캐리어 안정성이 높은 무기 유전체 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는, 다층 일렉트릿 구조물의 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 일렉트릿 층(18)은 열적 전하 캐리어 안정성이 낮은 유기 유전체 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는, 다층 일렉트릿 구조물의 제조 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 일렉트릿 층(18)은 실장 및 결합 기법을 이용하여 제1 일렉트릿 층(16) 상에 적층되고, 바람직하게는 인쇄 기법을 이용하여, 라미네이팅, 스핀 코팅 또는 접착에 의해 적층되는 것을 특징으로 하는, 다층 일렉트릿 구조물의 제조 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d)는 코로나 방전, 가스 방전, 전자 빔 조사 또는 접촉 대전을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다층 일렉트릿 구조물의 제조 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e)는 온도 처리 공정이며, 이때 온도는, 대전된 전하 캐리어(22)가 제2 일렉트릿 층(18)의 용적 내에서는 뚜렷한 이동성을 갖고, 제1 일렉트릿 층(16) 내에서는 이동성이 두드러지지 않도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 다층 일렉트릿 구조물의 제조 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e)는 다층 일렉트릿 구조물(10)의 실온 저장을 포함하며, 이때 대전된 전하 캐리어(22)는 제2 일렉트릿 층(18)의 유전체 재료 내에서 뚜렷한 이동성을 갖는 것을 특징으로 하는, 다층 일렉트릿 구조물의 제조 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 일렉트릿 구조물(10)로서,
일렉트릿 구조물(10)은, 열적 전하 캐리어 안정성에 있어서 서로 상이한 하나 이상의 제1 및 제2 일렉트릿 층(16, 18)을 갖는 다층 구조물인, 일렉트릿 구조물(10). - 제9항에 있어서, 일렉트릿 구조물(10)의 표면(20) 아래에 제공된 그리고/또는 유입된 전하 캐리어(22)는 제1 일렉트릿 층(16)과 제2 일렉트릿 층(18) 사이의 경계 영역 내에 안정적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는, 일렉트릿 구조물(10).
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 제1 일렉트릿 층(16)의 유전체 재료가 SiO2, Si3N4, Al2O3, 유리, 세라믹 또는 테플론 변형체로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 일렉트릿 구조물(10).
- 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 일렉트릿 층(18)의 유전체 재료가 중합체인 것을 특징으로 하는, 일렉트릿 구조물(10).
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102014208645.0 | 2014-05-08 | ||
| DE102014208645.0A DE102014208645A1 (de) | 2014-05-08 | 2014-05-08 | Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Elektret-Bauteils |
| PCT/EP2015/055186 WO2015169485A1 (de) | 2014-05-08 | 2015-03-12 | Verfahren zur herstellung eines mehrschichtigen elektret-bauteils |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160149302A true KR20160149302A (ko) | 2016-12-27 |
| KR102285231B1 KR102285231B1 (ko) | 2021-08-04 |
Family
ID=52682716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020167034359A KR102285231B1 (ko) | 2014-05-08 | 2015-03-12 | 다층 일렉트릿 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3140840B1 (ko) |
| KR (1) | KR102285231B1 (ko) |
| CN (1) | CN106463262B (ko) |
| DE (1) | DE102014208645A1 (ko) |
| WO (1) | WO2015169485A1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016204031A1 (de) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Elektretanordnung |
| CN114709078B (zh) * | 2022-04-20 | 2023-07-14 | 湖南大学 | 一种驻极体及其打印方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11219852A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-08-10 | Matsushita Electric Works Ltd | エレクトレット素子 |
| KR20040011242A (ko) * | 2002-07-30 | 2004-02-05 | 주식회사 비에스이 | 반도체 백-일렉트릿의 제조방법 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4215983A1 (de) | 1992-05-14 | 1993-11-18 | Siemens Ag | Elektretstruktur und deren Verwendung in einem Elektretmikrophon |
| KR100408815B1 (ko) * | 2001-12-13 | 2003-12-06 | 주식회사 비에스이 | 초고전하보존 특성을 갖는 다층 일렉트릿 및 그 제조방법 |
| WO2005086534A1 (ja) | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | エレクトレットコンデンサーマイクロフォンユニット |
| ATE557406T1 (de) * | 2008-09-12 | 2012-05-15 | Imec | Strukturierte elektretstrukturen und verfahren zur herstellung von strukturierten elektretstrukturen |
| JP5705454B2 (ja) * | 2009-04-27 | 2015-04-22 | 日東電工株式会社 | エレクトレット材および静電型音響変換器 |
-
2014
- 2014-05-08 DE DE102014208645.0A patent/DE102014208645A1/de not_active Withdrawn
-
2015
- 2015-03-12 CN CN201580024072.2A patent/CN106463262B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2015-03-12 WO PCT/EP2015/055186 patent/WO2015169485A1/de active Application Filing
- 2015-03-12 EP EP15709919.3A patent/EP3140840B1/de active Active
- 2015-03-12 KR KR1020167034359A patent/KR102285231B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11219852A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-08-10 | Matsushita Electric Works Ltd | エレクトレット素子 |
| KR20040011242A (ko) * | 2002-07-30 | 2004-02-05 | 주식회사 비에스이 | 반도체 백-일렉트릿의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3140840A1 (de) | 2017-03-15 |
| KR102285231B1 (ko) | 2021-08-04 |
| WO2015169485A1 (de) | 2015-11-12 |
| CN106463262B (zh) | 2019-02-01 |
| DE102014208645A1 (de) | 2015-11-12 |
| CN106463262A (zh) | 2017-02-22 |
| EP3140840B1 (de) | 2021-01-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8530004B2 (en) | Polymeric electret film and method of manufacturing the same | |
| CN109075297B (zh) | 微孔膜或基底、电池隔板、电池及相关方法 | |
| KR20180116096A (ko) | 부극 집전체, 그의 제조방법 및 그의 응용 | |
| Wang et al. | All‐Organic Flexible Ferroelectret Nanogenerator with Fabric‐Based Electrodes for Self‐Powered Body Area Networks | |
| US8749950B2 (en) | Ionic polymer metal composite capacitor | |
| CN105659627A (zh) | 驻极体结构 | |
| Eom et al. | Self-powered pressure and light sensitive bimodal sensors based on long-term stable piezo-photoelectric MAPbI 3 thin films | |
| KR20160149302A (ko) | 다층 일렉트릿 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 | |
| US8187488B2 (en) | Electret composite with deep trapping centers on the interphase boundary | |
| US8855339B2 (en) | Electret loudspeaker device | |
| US10784049B2 (en) | Winding-type stacked body for condenser with high electrostatic capacitance and stacked winding-type condenser using the same | |
| JP2012054459A (ja) | 圧電・焦電素子用多孔質樹脂シート及びその製造方法 | |
| JP2012169567A (ja) | 電気二重層キャパシタ | |
| KR102484997B1 (ko) | 자가조립 단일층이 도입된 마찰전기 발전소자 | |
| KR102393182B1 (ko) | 전하 저장을 위한 다층 박막 구조체 제조 방법, 전하 저장을 위한 다층 박막 구조체 및 이를 적용한 마찰 대전 발전기 소자 | |
| KR102570652B1 (ko) | 역전기습윤 발전 모듈 | |
| KR20200047966A (ko) | 전기자동차의 구동모터에 사용되는 필름콘덴서용 금속증착필름 | |
| KR100469885B1 (ko) | 반도체 백-일렉트릿의 제조방법 | |
| JP6885275B2 (ja) | フィルムコンデンサ | |
| US20140008761A1 (en) | High density capacitors utilizing thin film semiconductor layers | |
| KR101995842B1 (ko) | 단일 아연층 또는 아연합금층이 증착된 필름콘덴서용 증착필름 | |
| JP2008294431A (ja) | 金属化フィルムコンデンサ | |
| FI129648B (en) | Electrode structure | |
| KR20180129956A (ko) | 전력 발생기 | |
| KR100792502B1 (ko) | 일렉트렛, 그 제조방법 및 콘덴서 마이크로폰 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |