KR20200083818A - 공진기 및 그 제조방법과, 공진기를 포함하는 스트레인 센서 및 센서 어레이 - Google Patents

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윤용섭
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Abstract

공진기 및 그 제조방법과, 공진기를 포함하는 스트레인 센서 및 센서 어레이가 개시된다. 개시된 공진기는 지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련되는 것으로, 단결정 재질을 포함하고, 상기 단결정 재질의 결정방향들 중 요구되는 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 마련된다.

Description

공진기 및 그 제조방법과, 공진기를 포함하는 스트레인 센서 및 센서 어레이{Resonator and method of the resonator, strain sensor and sensor array including the resonator}
공진기 및 그 제조방법과, 공진기를 포함하는 스트레인 센서 및 센서 어레이에 관한 것이다.
공진기는 특정 주파수 대역에서 진동하는 장치를 말한다. 이러한 공진기는 MEMS(Micro-Electro Mechanical System) 공정을 이용하여 실리콘 기판과 같은 반도체 기판에 미세 진동형 구조를 형성함으로써 제작될 수 있다. 이러한 공진기는 예를 들면, 기계적 필터(mechanical filter), 음향 센서 등과 같은 진동형 센서에 적용될 수 있다. 진동형 센서는 예를 들면, 휴대폰, 생활 가전 제품, 영상 디스플레이 장치, 가상 현실 장치, 증강 현실 장치, 인공지능 스피커 등에 장착되어 외부 응력, 외부 압력, 외부 힘 등과 같은 외부 입력에 의해 발생되는 진동을 인식할 수 있는 센서로 활용될 수 있다.
예시적인 실시예는 공진기 및 그 제조방법과, 공진기를 포함하는 스트레인 센서 및 센서 어레이를 제공한다.
일 측면에 있어서,
지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련되는 것으로,
단결정 재질을 포함하고,
상기 단결정 재질의 결정방향들 중 요구되는 영계수(Young's modulus) 및 포아송비(Poisson's ratio) 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향(crystal orientation)으로 연장되도록 마련되는 공진기가 제공된다.
상기 공진기는 상기 영계수가 가장 작은 결정방향으로 연장되도록 마련될 수있다.
상기 공진기는 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다.
상기 공진기는 상기 길이 방향으로 연장된 빔(beam) 형상을 가질 수 있다.
상기 공진기는 일단이 상기 지지부에 고정되도록 마련될 수 있다. 또는, 상기 공진기는 양단이 상기 지지부에 고정되도록 마련될 수 있다. 상기 지지부는 상기 단결정 재질을 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련되는 것으로,
(100) 결정면(crystal plane)을 가지는 단결정 실리콘을 포함하고,
상기 단결정 실리콘의 결정방향들 중 요구되는 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 마련되는 공진기가 제공된다.
상기 공진기는 상기 영계수가 가장 작고 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다. 상기 공진기는 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다.
상기 공진기는 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향과 <110> 결정방향 사이의 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다.
상기 공진기는 상기 길이 방향으로 연장된 빔 형상을 가질 수 있다.
상기 공진기는 일단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되거나 또는 양단이 상기 지지부에 고정되도록 마련될 수 있다. 상기 지지부는 상기 단결정 실리콘을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
단결정 재질을 포함하는 기판을 패터닝하여 공진기를 제조하는 방법에 있어서,
상기 기판의 일부가 상기 단결정 재질의 결정 방향들 중 요구되는 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 상기 기판을 패터닝하는 공진기의 제조방법이 제공된다.
상기 기판의 일부가 상기 영계수가 가장 작은 결정방향으로 연장되도록 상기 기판을 패터닝할 수 있다.
상기 기판의 일부가 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 상기 기판을 패터닝할 수 있다.
상기 기판은 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하고,
상기 기판의 일부가 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 상기 기판을 패터닝할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련되는 공진기; 및
상기 공진기의 스트레인(strain)을 측정하기 위한 센싱 소자;를 포함하고,
상기 공진기는, 단결정 재질을 포함하고, 상기 단결정 재질의 결정방향들 중 요구되는 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 마련되는 스트레인 센서가 제공된다.
상기 공진기는 상기 영계수가 가장 작은 결정방향으로 연장되도록 마련될 수있다.
상기 공진기는 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 마련될 수있다.
상기 공진기는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 공진기는 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다. 상기 공진기는 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향과 <110> 결정방향 사이의 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다.
상기 공진기는 일단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되거나 또는 양단이 상기 지지부에 고정되도록 마련될 수 있다.
상기 센싱 소자는 압전 소자(piezoelectric element), 압전 저항 소자(piezoresistive element) 또는 용량형 소자(capacitive element)를 포함할 수 있다. 상기 센싱 소자는 상기 공진기로부터 반사되는 광의 각도 변화를 측정하는 광학 소자를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련되며 서로 다른 공진 주파수를 가지는 복수의 공진기; 및
상기 공진기들의 스트레인을 측정하는 복수의 센싱 소자;를 포함하고,
상기 공진기들 각각은, 단결정 재질을 포함하고, 상기 단결정 재질의 결정방향들 중 요구되는 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 마련되는 센서 어레이가 제공된다.
상기 공진기들 각각은 상기 영계수가 가장 작은 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다.
상기 공진기들 각각은 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다.
상기 공진기들 각각은 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 공진기들 각각은 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다. 상기 공진기들 각각은 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향과 <110> 결정방향 사이의 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다.
상기 공진기들 각각은 일단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되거나 또는 양단이 상기 지지부에 고정되도록 마련될 수 있다. 상기 지지부는 상기 단결정 재질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 단결정 재질의 결정방향에 따라 달라지는 영계수 및 포아송비를 이용하여 공진기를 제작함으로써 원하는 공진 특성을 만족하는 센서를 구현할 수 있다. (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용하여 공진기를 제작하는 경우 웨이퍼를 <100> 결정방향으로 연장되도록 패터닝함으로써 높은 출력을 얻을 수 있는 공진기를 구현할 수 있다. 또한, 이 공진기는 좁은 공진 주파수 대역을 가지므로 주파수 선택도 및 Q-factor를 향상시킬 수 있다. 따라서, 이러한 공진기를 이용하면 높은 민감도 및 분해능을 가지는 센서를 구현할 수 있다.
도 1a는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘의 결정 방향에 따른 영계수(Young's modulus)를 도시한 것이다.
도 1b는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘의 결정 방향에 따른 포아송비(Poisson's ratio)를 도시한 것이다.
도 2는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼를 패터닝하여 제작된 일반적인 공진기들을 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 일반적인 공진기를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 공진기를 이용한 스트레인 센서(strain sensor)를 도시한 것이다.
도 5는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼를 패터닝하여 제작된 예시적인 실시예에 따른 공진기들을 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 공진기를 이용한 스트레인 센서를 도시한 것이다.
도 8 내지 도 11은 도 7에 도시된 스트레인 센서에 적용될 수 있는 센싱 소자의 예시들을 도시한 것이다.
도 12a는 일반적인 공진기를 이용한 스트레인 센서의 단부가 외부 입력에 의해 위 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이다.
도 12b는 예시적인 실시예에 따른 공진기를 이용한 스트레인 센서의 단부가 외부 입력에 의해 위 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이다.
도 13a는 일반적인 공진기를 이용한 스트레인 센서의 단부가 아래 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이며, 도 13b는 도 13a의 I-I'선을 따라 본 단면도이다.
도 14a는 예시적인 실시예에 따른 공진기를 이용한 스트레인 센서의 단부가 아래 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이며, 도 14b는 도 14a의 I-I'선을 따라 본 단면도이다.
도 15a는 일반적인 공진기를 이용한 스트레인 센서의 단부가 위 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이며, 도 15b는 도 15a의 II-II'선을 따라 본 단면도이다.
도 16a는 예시적인 실시예에 따른 공진기를 이용한 스트레인 센서의 단부가 위 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이며, 도 16b는 도 16a의 II-II'선을 따라 본 단면도이다.
도 17a는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼를 결정 방향에 따라 패터닝하여 제작한 공진기들을 도시한 것이다.
도 17b는 도 17a에 도시된 공진기들의 결정 방향에 따른 공진 특성을 도시한 것이다.
도 18은 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로 폰을 도시한 것이다.
도 19a는 일반적인 공진기들을 이용한 마이크로폰의 공진 특성을 도시한 것이다.
도 19b는 예시적인 실시예에 따른 공진기들을 이용한 마이크로폰의 공진 특성을 도시한 것이다.
도 20은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
단결정 실리콘의 결정 구조는 다이아몬드 구조로서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 단결정 실리콘의 결정 방향에 따라 영계수(Young's modulus) 및 포아송비(Poisson's ratio)가 달라지게 된다. 여기서, 영계수는 재료가 외부 압력에 대해 저항하는 정도를 의미한다. 그리고, 포아송비는 재료에 수직 응력이 작용할 때 횡변형률(lateral strain)과 종변형률(longitudinal strain)의 비를 의미한다.
도 1a는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘의 결정 방향에 따른 영계수를 도시한 것이다. 그리고, 도 1b는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘의 결정 방향에 따른 포아송비를 도시한 것이다. 여기서, (100)은 결정면을 표시하는 밀러 지수(Miller index)를 나타낸다.
도 1a를 참조하면, (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘에서 <110> 결정방향의 영계수가 가장 크고, <100> 결정방향의 영계수가 가장 작음을 알 수 있다. 여기서, <110>, <100> 은 결정방향을 표시하는 밀러 지수를 나타낸다.
그리고, 도 1b를 참조하면, (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘에서 <110> 결정방향의 포아송비가 가장 작고, <100> 결정방향의 포아송비가 가장 큼을 알 수 있다.
유효 영계수(effective Young's modulus)는 영계수 및 포아송비를 이용하여 다음과 같은 식(1)로 표현될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Eeff는 유효 영계수, E는 영계수, ν는 포아송비를 나타낸다.
식(1)에 의하면, 유효 영계수는 영계수에 비례하고, 포아송비에 반비례함을 알 수 있다. 따라서, (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘에서는 <110> 결정방향의 유효 영계수가 가장 크고, <100> 결정방향의 유효 영계수가 가장 작다. 그러므로, (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘에서는 <110> 결정방향에서 가장 경직된(stiff) 구조가 구현될 수 있으며, <100> 결정 방향에서 가장 유연한(flexible) 구조가 구현될 수 있다.
도 2는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼를 패터닝하여 제작된 일반적인 공진기들을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, (100) 단결정 실리콘 웨이퍼(W)의 일측에는 웨이퍼(W) 가공시 기준선이 되는 영역인 플랫존(Flat Zone, FZ)이 마련되어 있다. 이러한 플랫존(FZ)은 일반적으로 <110> 결정방향과 나란한 방향으로 형성되며, 이 경우 플랫존(FZ)과 수직인 방향도 <110> 결정방향이 된다.
도 2에는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼(W)를 패터닝하여 제작된 4종류의 일반적인 공진기들(221,222,223,224)이 도시되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 공진기(221,222)는 그 일단이 지지부(210)에 고정되어 있는 캔틸레버형(cantilever type) 구조로 제작되었으며, 제3 및 제4 공진기(223,224)는 그 양단이 지지부(210)에 고정되어 있는 브릿지형(bridge type) 구조로 제작되었다. 여기서, 지지부(110)는 웨이퍼(W)와 동일한 물질인 (100) 결정면을 가지는 실리콘 단결정으로 이루어질 수 있다.
제1 및 제3 공진기(221,223)는 지지부(210)에서 플랫존(FZ)과 수직인 방향인 <110> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 그리고, 제2 및 제4 공진기(222,224)는 지지부(210)에서 플랫존(FZ)과 나란한 방향인 <110> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 이와 같이, 일반적인 공진기들(221,222,223,224)은 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘의 <110> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 일반적인 공진기들 중 하나를 예시적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 3a는 일반적인 공진기의 평면도이며, 도 3b는 일반적인 공진기의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 공진기(220)는 지지부(210)에서 플랫존(FZ)과 나란하거나 수직인 방향인 <110> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 이러한 공진기(220)는 빔(beam) 형상으로 제작될 수 있다. 공진기(220)의 일단은 지지부(210)에 고정되어 있으며, 공진기(220)의 타단은 예를 들면 외부 응력, 외부 압력, 외부 힘 등과 같은 외부 입력에 의해 상하로 움직일 수 있도록 마련되어 있다.
도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 공진기를 이용한 스트레인 센서(strain sensor)를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 스트레인 센서(290)는 공진기(220)와 이 공진기(220)에 마련된 센싱 소자(230)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 공진기(220)는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘으로 이루어져 있으며, 지지부(210)에서 <110> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 센싱 소자(230)는 공진기(220)의 상면에 마련될 수 있다. 여기서, 센싱 소자(230)는 외부 입력(P)에 의해 발생되는 공진기(220)의 스트레인을 측정할 수 있다.
이와 같이, (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 이용하여 제작된 일반적인 공진기(220)는 지지부(210)에서 플랫존(FZ)과 나란하거나 또는 수직인 방향인 <110> 결정 방향으로 연장되도록 마련되어 있다.
(100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘에서는 전술한 바와 같이, 영계수(E)는 <110> 결정방향에서 가장 크고, <110> 결정방향에서의 포아송비(ν)를 고려하더라도, 유효 영계수(Eeff)는 전술한 식(1)에 의해 <110> 결정방향에서 가장 큰 값을 가지게 된다. 따라서, <110> 결정방향으로 연장되도록 마련된 일반적인 공진기(220)는 다른 결정방향들에 비해 상대적으로 작은 변위를 발생시키는 경직된(stiff) 특성을 가지게 된다. 그러므로, 일반적인 공진기(220)를 이용하여 스트레인 센서(290)를 제작하게 되면 센싱 효율이 떨어질 수 있다.
도 5는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼를 패터닝하여 제작된 예시적인 실시예에 따른 공진기들을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, (100) 단결정 실리콘 웨이퍼(W)의 일측에는 웨이퍼(W) 가공시 기준선이 되는 영역인 플랫존(FZ)이 마련되어 있다. 이러한 플랫존(FZ)은 <110> 결정방향과 나란한 방향으로 형성되며, 이 경우 플랫존(FZ)과 수직인 방향도 <110> 결정방향이 된다.
도 5에는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼(W)를 패터닝하여 제작된 4종류의 예시적인 실시예에 따른 공진기들(321,322,323,324)이 도시되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 공진기(321,322)는 그 일단이 지지부(310)에 고정되어 있는 캔틸레버형 구조로 제작되었으며, 제3 및 제4 공진기(323,324)는 그 양단이 지지부(310)에 고정되어 있는 브릿지형 구조로 제작되었다. 여기서, 지지부(310)는 웨이퍼(W)와 동일한 물질인 (100) 결정면을 가지는 실리콘 단결정으로 이루어질 수 있다.
제1 및 제3 공진기(321,323)는 지지부(310)에서 <110> 결정방향 (즉, 플랫존(FZ)과 나란한 방향)과 45도 기울어져 있는 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 그리고, 제2 및 제4 공진기(322,324)는 지지부(310)로부터 <110> 결정방향과 135도 기울어져 있는 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 이와 같이, 예시적인 실시예에 따른 공진기들(321,322,323,324)은 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 예시적인 실시예에 따른 공진기들 중 하나를 예시적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 6a는 예시적인 실시예에 따른 공진기의 평면도이며, 도 3b는 예시적인 실시예에 따른 공진기의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 공진기(320)는 지지부(310)에서 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 이러한 공진기(320)는 빔 형상으로 제작될 수 있다. 공진기(320)의 일단은 지지부(310)에 고정되어 있으며, 공진기(320)의 타단은 예를 들면, 외부 응력, 외부 압력, 외부 힘 등과 같은 외부 입력에 의해 상하로 움직일 수 있도록 마련되어 있다.
도 7은 도 6a 및 도 6b에 도시된 공진기를 이용한 스트레인 센서를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 스트레인 센서(390)는 공진기(320)와 이 공진기(320)에 마련된 센싱 소자(330)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 공진기(320)는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘으로 이루어져 있으며, 지지부(310)에서 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 센싱 소자(330)는 공진기(320)의 상면에 마련될 수 있다. 여기서, 센싱 소자(330)는 외부 입력(P)에 의해 발생되는 공진기(320)의 스트레인을 측정할 수 있다.
도 8 내지 도 11에는 도 7에 도시된 스트레인 센서(330)에 적용될 수 있는 센싱 소자의 예시들이 도시되어 있다.
도 8은 센싱 소자가 압전 소자(piezoelectric device)인 경우를 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 압전 소자(340)는 가해지는 압력에 따라 전압이 변화하는 압전층(343)과 이 압전층(343)의 양면에 마련되는 제1 및 제2 전극(341,342)을 포함할 수 있다. 압전 소자(340)는 공진기(320)의 상면에 마련되어 공진기(320)의 변위에 의해 압전층(343)에 발생되는 전압 변화를 측정함으로써 공진기(320)의 스트레인을 측정할 수 있다.
도 9는 센싱 소자가 압전 저항 소자(piezoresistive device)인 경우를 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 압전 저항 소자(350)는 가해지는 압력에 따라 저항이 변화하는 압전 저항층(353)과 이 압전 저항층(353)의 상면에 마련되는 제1 및 제2 전극(351,352)을 포함할 수 있다. 압전 저항 소자(350)는 공진기(320)의 상면에 마련되어 공진기(320)의 변위에 의해 압전 저항층(353)에 발생되는 저항 변화를 측정함으로써 공진기(320)의 스트레인을 측정할 수 있다.
도 10은 센싱 소자가 용량형 소자(capacitive device)인 경우를 도시한 것이다. 도 10을 참조하면, 용량형 소자(360)는 공진기(320) 단부의 상면에 마련되는 제1 도체(361)와, 이 제1 도체(361)의 상부에 제1 도체(361)와 이격되게 마련되는 제2 도체(362)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 도체(361)는 공진기(320) 단부와 함께 움직일 수 있도록 마련되며, 제2 도체(362)는 고정되게 마련되어 있다. 용량형 소자(360)는 공진기(320)의 변위에 의해 발생되는 제1 및 제2 도체(361,362) 사이의 정전용량 변화를 측정함으로써 공진기(320)의 스트레인을 측정할 수 있다.
도 11은 센싱 소자가 광학 소자인 경우를 도시한 것이다. 도 11을 참조하면, 광학 소자(370)는 공진기(320)의 상부에 마련되는 광원(371)과, 이 광원(371)으로부터 출사되어 공진기(320)에서 반사되는 광을 수광하는 수광부(372)를 포함할 수 있다. 광학 소자(370)는 공진기(320)의 변위에 의해 발생되는 광의 반사각(α) 변화를 측정함으로써 공진기(320)의 스트레인을 측정할 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 센싱 소자들은 단지 예시적인 것으로, 이외에도 공진기(320)의 스트레인을 측정할 수 있는 다른 다양한 소자들이 도 7에 도시된 스트레인 센서(390)에 적용될 수 있다.
이상과 같이, (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 이용하여 제작된 공진기(320)는 <100> 결정 방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 전술한 바와 같이, (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘에서, 영계수(E)는 <100> 결정방향에서 가장 작고, 포아송비(ν)를 고려하더라도, 유효 영계수(Eeff)는 <100> 결정방향에서 가장 큰 값을 가지게 된다. 따라서, <100> 결정방향으로 연장되도록 마련된 예시적인 실시예에 따른 공진기(320)는 다른 결정방향들에 비해 상대적으로 큰 변위를 발생시키는 유연한(flexible) 특성을 가질 수 있다.
이와 같은 예시적인 실시예에 따른 공진기(320)를 이용하여 스트레인 센서(390)를 구현하게 되면 높은 신호 출력 및 Q-factor를 얻을 수 있으며, 이에 따라 외부 입력 신호에 대한 측정 민감도 및 주파수 대역 선택도를 향상시킬 수 있다.
도 12a는 일반적인 공진기(420)를 이용한 스트레인 센서(490)의 단부가 외부 입력에 의해 위 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이다. 여기서, 일반적인 공진기(420)는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하며, 지지부에서 <110> 방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 그리고, 이 공진기(420)의 상면에는 예를 들면, 압전 소자 등과 같은 센싱 소자(430)가 마련되어 있다.
도 12b는 예시적인 실시예에 따른 공진기(520)를 이용한 스트레인 센서(590)의 단부가 외부 입력에 의해 위 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이다. 여기서, 예시적인 실시예에 따른 공진기(520)는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하며, 지지부에서 <100> 방향으로 연장되도록 마련되어 있으며, 이 공진기(520)의 상면에 센싱 소자(530)가 마련되어 있다.
도 12a에 도시된 스트레인 센서(490) 및 도 12b에 도시된 스트레인 센서(590)에는 동일한 크기의 외부 입력(P)이 인가되었다. 이 경우, 도 12a에 도시된 일반적인 공진기(420)의 단부는 D1 만큼 변위되었으며, 도 12b에 도시된 예시적인 실시예에 따른 공진기(520)의 단부는 D2 만큼 변위되었다.
스트레인은 응력(stress) 및 유효 영계수(Eeff)를 이용하여 다음과 같은 식(2)로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, ε는 스트레인, σ는 응력을 나타낸다.
식(2)에 의하면, 스트레인(ε)은 응력(σ)에 비례하고, 유효 영계수(Eeff)에는 반비례함을 알 수 있다. 따라서, 응력(σ)이 일정한 경우 스트레인(ε)은 유효 영계수(Eeff)에 반비례하게 된다.
전술한 바와 같이, (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘에서는 <110> 결정방향의 유효 영계수가 가장 크고, <100> 결정방향의 유효 영계수가 가장 작다. 따라서, 동일한 크기의 외부 입력에 대해 도 12b에 도시된 <100> 결정방향으로 연장된 공진기(520)는 도 12a에 도시된 <110> 결정방향으로 연장된 공진기(420)에 비해 상대적으로 큰 변위를 얻을 수 있다.
이와 같이, 외부 입력(P)의 크기가 동일한 경우 도 12b에 도시된 <100> 결정방향으로 연장된 공진기(520)의 변위(D2)가 도 12a에 도시된 <110> 결정방향으로 연장된 공진기(420)의 변위(D1)보다 크므로, 도 12b에 도시된 스트레인 센서(590)는 도 12a에 도시된 스트레인 센서(490)에 비해 향상된 출력 신호를 얻을 수 있다.
도 13a는 일반적인 공진기(420)를 이용한 스트레인 센서(490)의 단부가 아래 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이며, 도 13b는 도 13a의 I-I'선을 따라 본 단면도이다. 도 13b에서 점선은 스트레인 센서(490)가 변위되기 전의 상태를 도시한 것이며, ν1은 일반적인 공진기(420)의 포아송비를 나타낸다.
도 14a는 예시적인 실시예에 따른 공진기(520)를 이용한 스트레인 센서(590)의 단부가 아래 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이며, 도 14b는 도 14a의 I-I'선을 따라 본 단면도이다. 도 14b에서 점선은 스트레인 센서(590)가 변위되기 전의 상태를 도시한 것이며, ν2는 예시적인 실시예에 따른 공진기(520)의 포아송비를 나타낸다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 스트레인 센서(490)와 도 14a 및 도 14b에 도시된 스트레인 센서(590)는 외부 입력에 의해 동일한 크기(D1)만큼 아래 방향으로 변위되었다. 도 13b 및 도 14b를 참조하면, 공진기(420,520)가 아래 방향으로 변위하게 되면 공진기(420,520)에 마련된 센싱 소자(430,530)는 횡방향(lateral direction)으로 압축(compressive) 전단 스트레인(shear strain)이 발생하게 된다. 도 13b 및 도 14b에 도시된 화살표의 크기는 센싱 소자(430,530) 내에 발생되는 전단 스트레인의 크기를 나타낸다.
(100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘에서는 <110> 결정방향의 포아송비가 가장 작고, <100> 결정방향의 포아송비가 가장 크므로, 도 14a 및 도 14b에 도시된 공진기(520)의 포아송비(ν2)는 도 13a 및 도 13b에 도시된 공진기(420)의 포아송비(ν1)보다 크다. 따라서, 도 14a 및 도 14b에 도시된 공진기(520)에 마련된 센싱 소자(590)에서는 도 13a 및 도 13b에 도시된 공진기(420)에 마련된 센싱 소자(490)에 비해 큰 전단 스트레인이 유발될 수 있으며, 이에 따라 출력 신호가 향상될 수 있다.
도 15a는 일반적인 공진기(420)를 이용한 스트레인 센서(490)의 단부가 위 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이며, 도 15b는 도 15a의 II-II'선을 따라 본 단면도이다. 도 15b에서 점선은 스트레인 센서(490)가 변위되기 전의 상태를 도시한 것이며, ν1은 일반적인 공진기(420)의 포아송비를 나타낸다.
도 16a는 예시적인 실시예에 따른 공진기(520)를 이용한 스트레인 센서(590)의 단부가 위 방향으로 변위된 상태를 도시한 것이며, 도 16b는 도 16a의 II-II'선을 따라 본 단면도이다. 도 16b에서 점선은 스트레인 센서(590)가 변위되기 전의 상태를 도시한 것이며, ν2는 예시적인 실시예에 따른 공진기(520)의 포아송비를 나타낸다.
도 15a 및 도 15b에 도시된 스트레인 센서(490)와 도 16a 및 도 16b에 도시된 스트레인 센서(590)는 외부 입력에 의해 동일한 크기(D2)만큼 위 방향으로 변위되었다. 도 15b 및 도 16b를 참조하면, 공진기(420,520)가 위 방향으로 변위하게 되면 공진기(420,520)에 마련된 센싱 소자(430,530)는 횡방향으로 인장(tensile) 전단 스트레인이 발생하게 된다. 도 15b 및 도 16b에 도시된 화살표의 크기는 발생되는 전단 스트레인의 크기를 나타낸다.
전술한 바와 같이, 도 16a 및 도 16b에 도시된 공진기(520)의 포아송비(ν2)는 도 15a 및 도 15b에 도시된 공진기(420)의 포아송비(ν1)보다 크므로, 도 16a 및 도 16b에 도시된 공진기(520)에 마련된 센싱 소자(590)에서는 도 15a 및 도 15b에 도시된 공진기(420)에 마련된 센싱 소자(490)에 비해 큰 전단 스트레인이 유발될 수 있으며, 이에 따라 출력 신호가 향상될 수 있다.
도 17a는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼(W)를 결정 방향에 따라 패터닝하여 제작한 공진기들(1100)을 도시한 것이다.
도 17a를 참조하면, (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼W)에서 서로 다른 결정방향들로 패터닝된 16개의 공진기들(1100)이 방사상으로 배열되어 있다.
도 17b는 도 17a에 도시된 공진기들(1100)의 결정방향에 따른 공진 특성을 도시한 것이다. 도 17b에는 도 17a에 도시된 공진기들(1100) 중 3개의 공진기(1100), 즉 플랫존(FZ)의 방향인 <110> 결정방향으로 패터닝된 공진기(1100), <110> 결정방향에 대해 45도 경사진 <100> 결정방향으로 패터닝된 공진기(1100) 및 <110> 결정방향과 <100> 결정방향 사이의 결정방향 (구체적으로, <110> 결정방향에 대해 22.3도 경사진 결정방향)으로 패터닝된 공진기(1100)에 동일한 외부 입력을 가하였을 때 주파수에 따른 변위를 측정한 결과가 도시되어 있다.
도 17b를 참조하면, 3개의 공진기(1100) 중 <100> 결정방향으로 패터닝된 공진기(1100)가 가장 큰 변위 및 가장 좁은 공진 주파수 대역폭을 가지고 있으며, <110> 결정방향으로 패터닝된 공진기(1100)는 가장 작은 변위 및 가장 넓은 공진 주파수 대역폭을 가지고 있음을 알 수 있다. 그리고, <110> 결정방향과 <100> 결정방향 사이의 결정방향으로 패터닝된 공진기(1100)는 변위 및 공진 주파수 대역폭이 <100> 결정방향으로 패터닝된 공진기(1100)와 <110> 결정방향으로 패터닝된 공진기(1100) 사이의 값을 가지고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 플랫존(FZ)의 방향인 <110> 결정방향에 대해 45도 경사진 <100> 결정방향으로 패터닝된 공진기(1100)는 변위가 가장 큼에 따라 가장 높은 출력을 가지고 있으며, 공진 주파수 대역폭이 가장 좁음에 따라 가장 높은 주파수 선택도 및 Q-factor를 가지고 있음을 알 수 있다. 따라서, <100> 결정방향으로 패터닝된 공진기(1100)를 이용하여 센서를 제작하면 높은 효율을 구현할 수 있다.
한편, 이상에서는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘(W)의 영계수 및 포아송비를 모두 이용하여 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련된 공진기를 구현하는 경우가 설명되었다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 영계수 및 포아송비 중 어느 하나만을 이용한 결정방향을 공진기의 연장 방향으로 정의하는 것도 가능하다. 예를 들면, 영계수가 가장 작은 결정방향 또는 포아송비가 가장 큰 결정방향을 공진기의 연장방향으로 정의할 수도 있다.
이상에서 설명된 예시적인 실시예에 따른 공진기는 예를 들면, 기계적 필터, 음향 센서 등과 같은 진동형 센서에 다양하게 적용될 수 있다.
도 18은 다른 예시적인 실시예에 따른 마이크로폰을 도시한 것이다. 도 18에서는 전술한 예시적인 실시예에 따른 공진기를 이용하여 제작된 음향 센서의 일종인 마이크로폰이 도시되어 있다.
도 18을 참조하면. 마이크로폰(600)은 캐티비(615)가 형성된 기판(610)과, 기판(610)의 캐비티(615) 상에 마련되는 센서 어레이(690)를 포함한다. 센서 어레이(690)는 복수의 공진기 및 이 공진기들의 스트레인을 측정하는 복수의 센싱 소자를 포함할 수 있다.
복수의 공진기는 서로 다른 대역의 음향 주파수를 감지할 수 있도록 서로 다른 공진 주파수를 가질 수 있다. 이를 위해, 공진기들은 서로 다른 치수(dimension)를 가지도록 마련될 수 있다. 예를 들면, 공진기들은 서로 다른 길이, 폭 또는 두께를 가지도록 마련될 수 있다. 캐비티(615) 상에 마련되는 공진기들의 개수는 설계 조건에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
도 18에는 서로 다른 길이를 가는 공진기들이 캐비티(615)의 양측 가장 자리를 따라 2열로 서로 나란하게 배치되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 공진기들은 다양한 형태로 배열될 수 있다. 예를 들면, 공진기들은 1열로 배치될 수도 있다.
공진기들은 기판(610)의 지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련될 수 있다. 전술한 바와 같이, 복수의 공진기는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하며, 이 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다.
도 18에 도시된 마이크로폰(600)은 음향 입력부, 공진기들 및 음향 출력부가 일 방향으로 정렬됨에 따라 지향성(directionality)을 가질 수 있다. 구체적으로, 마이크로폰(699)은 양방향성(bi- directionality), 예를 들면, +z축 방향으로의 방향성과 -z축 방향으로의 방향성을 가질 수 있다.
도 18에 도시된 마이크로폰(600)에서는 센서 어레이(690)를 구성하는 공진기들이 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하고 기판(610)의 지지부에서 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련됨으로써 향상된 출력 및 민감도(sensitivity)를 얻을 수 있다. 또한, 공진기들이 좁은 공진 주파수 대역을 가지고 있으므로 주파수 선택도 및 Q-factor가 향상될 수 있으며, 이에 따라 높은 분해능이 구현될 수 있다.
도 19a는 일반적인 공진기들을 이용한 마이크로폰의 공진 특성을 도시한 것이다. 여기서, 일반적인 공진기는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하고 <110> 결정방향으로 연장된 구조를 가지고 있다. 그리고, 도 19b는 예시적인 실시예에 따른 공진기들을 이용한 마이크로폰의 공진 특성을 도시한 것이다. 여기서, 예시적인 실시예에 따른 공진기는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하고 <100> 결정방향으로 연장된 구조를 가지고 있다.
도 19a 및 도 19b를 참조하면, <100> 결정방향으로 연장된 구조를 가지는 예시적인 실시예에 따른 공진기들은 <110> 결정방향으로 연장된 구조를 가지는 일반적인 공진기들에 비해 좁은 공진 주파수 대역을 가지고 있다. 이에 따라, 동일한 입력 주파수 범위(ΔH) 내에 <100> 결정방향으로 연장된 구조를 가지는 공진기들이 <110> 결정방향으로 연장된 구조를 가지는 공진기들에 비해 더 많이 배치될 수 있으므로, 더 높은 분해능을 구현할 수 있다.
도 20은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 공진기를 도시한 것이다.
도 20을 참조하면, 공진기(720)는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘으로 이루어져 있으며, 지지부(710)에서 <hkl> 결정방향으로 연장되도록 마련되어 있다. 여기서,, <hkl> 결정방향은 <110> 결정방향과 <100> 결정방향 사이의 결정방향이 될 수 있다. 즉, <hkl> 결정방향은 플랫존(FZ)의 방향인 <110> 결정방향에 대해 0도 에서 45도 사이의 각도로 경사진 방향이 될 수 있다.
전술한 바와 같이, <110> 결정방향과 <100> 결정방향 사이의 결정방향으로 연장되도록 마련된 공진기(720)는 변위 및 공진 주파수 대역폭이 <110> 결정방향으로 패터닝된 공진기(220)와 <100> 결정방향으로 패터닝된 공진기(320) 사이의 값을 가지고 있다.
도 20에 도시된 공진기(720)의 연장 방향은 응용 분야의 요구 조건에 따라 다양하게 제작될 수 있다. 예를 들면, 원하는 공진 특성에 필요한 영계수 및/또는 포아송비를 만족하도록 <110> 결정방향과 <100> 결정방향 사이의 임의의 결정방향으로 연장되는 공진기(720)가 제작될 수 있다.
이상에서는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 이용하여 공진기를 제작하는 경우가 설명되었다. 그러나, 이에 한정되지 않고, (100) 결정면 이외의 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 이용하여 공진기를 제작하는 것도 가능하다.
또한, 단결정 실리콘 이외의 단결정 재질을 이용하여 공진기를 제작할 수도 있다. 이 경우, 공진기는 지지부에서 단결정 재질의 결정방향들 중 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다. 예를 들면, 공진기는 영계수가 가장 작은 결정방향으로 연장되도록 마련되거나 또는 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 마련될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상의 예시적인 실시예들에 의하면, 단결정 재질의 결정방향에 따라 달라지는 영계수 및 포아송비를 이용하여 공진기를 제작함으로써 원하는 공진 특성을 만족하는 센서를 구현할 수 있다. (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용하여 공진기를 제작하는 경우 웨이퍼를 <100> 결정방향으로 연장되도록 패터닝함으로써 높은 출력을 얻을 수 있는 공진기를 구현할 수 있다. 또한, 이 공진기는 좁은 공진 주파수 대역을 가지므로 주파수 선택도 및 Q-factor를 향상시킬 수 있다. 따라서, 이러한 공진기를 이용하면 높은 민감도 및 분해능을 가지는 센서를 구현할 수 있다. 이상에서 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 가능하다.
W.. (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼
FZ.. 플랫존
210,310,710.. 지지부
220,221,222,223,224,320,321,322.323,324,420,520,720,1100. 공진기
230,330,430,530.. 센싱 소자
290,390,490,590.. 스트레인 센서
340..압전 소자
341,351..제1 전극
342,352.. 제2 전극
343.. 압전층
350.. 압전 저항 소자
353.. 압전 저항층
360.. 용량성 소자
361..제1 도체
362.. 제2 도체
370.. 광학 소자
371.. 광원
372.. 수광부
600.. 마이크로폰
610.. 기판
615.. 캐비티
690.. 센서 어레이

Claims (35)

  1. 지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련되는 것으로,
    단결정 재질을 포함하고,
    상기 단결정 재질의 결정방향들 중 요구되는 영계수(Young's modulus) 및 포아송비(Poisson's ratio) 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향(crystal orientation)으로 연장되도록 마련되는 공진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 영계수가 가장 작은 결정방향으로 연장되도록 마련되는 공진기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 마련되는 공진기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 길이 방향으로 연장된 빔(beam) 형상을 가지는 공진기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기는 일단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되는 공진기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기는 양단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되는 공진기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 단결정 재질을 포함하는 공진기.
  8. 지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련되는 것으로,
    (100) 결정면(crystal plane)을 가지는 단결정 실리콘을 포함하고,
    상기 단결정 실리콘의 결정방향들 중 요구되는 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 마련되는 공진기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 영계수가 가장 작고 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 마련되는 공진기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련되는 공진기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향과 <110> 결정방향 사이의 결정방향으로 연장되도록 마련되는 공진기.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 길이 방향으로 연장된 빔 형상을 가지는 공진기.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 공진기는 일단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되거나 또는 양단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되는 공진기.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 단결정 실리콘을 포함하는 공진기.
  15. 단결정 재질을 포함하는 기판을 패터닝하여 공진기를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 기판의 일부가 상기 단결정 재질의 결정 방향들 중 요구되는 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 상기 기판을 패터닝하는 공진기의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판의 일부가 상기 영계수가 가장 작은 결정방향으로 연장되도록 상기 기판을 패터닝하는 공진기의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판의 일부가 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 상기 기판을 패터닝하는 공진기의 제조방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판은 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하고,
    상기 기판의 일부가 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 상기 기판을 패터닝하는 공진기의 제조방법.
  19. 지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련되는 공진기; 및
    상기 공진기의 스트레인(strain)을 측정하기 위한 센싱 소자;를 포함하고,
    상기 공진기는, 단결정 재질을 포함하고, 상기 단결정 재질의 결정방향들 중 요구되는 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 마련되는 스트레인 센서.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 영계수가 가장 작은 결정방향으로 연장되도록 마련되는 스트레인 센서.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 마련되는 스트레인 센서.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 공진기는 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하는 스트레인 센서.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련되는 스트레인 센서.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향과 <110> 결정방향 사이의 결정방향으로 연장되도록 마련되는 스트레인 센서.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 공진기는 일단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되거나 또는 양단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되는 스트레인 센서.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 센싱 소자는 압전 소자(piezoelectric element), 압전 저항 소자(piezoresistive element) 또는 용량형 소자(capacitive element)를 포함하는 스트레인 센서.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 센싱 소자는 상기 공진기로부터 반사되는 광의 각도 변화를 측정하는 광학 소자를 포함하는 스트레인 센서.
  28. 지지부에서 길이 방향으로 연장되어 마련되며 서로 다른 공진 주파수를 가지는 복수의 공진기; 및
    상기 공진기들의 스트레인을 측정하는 복수의 센싱 소자;를 포함하고,
    상기 공진기들 각각은, 단결정 재질을 포함하고, 상기 단결정 재질의 결정방향들 중 요구되는 영계수 및 포아송비 중 적어도 하나를 만족하는 결정방향으로 연장되도록 마련되는 센서 어레이.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 공진기들 각각은 상기 영계수가 가장 작은 결정방향으로 연장되도록 마련되는 센서 어레이.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 공진기들 각각은 상기 포아송비가 가장 큰 결정방향으로 연장되도록 마련되는 센서 어레이.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 공진기들 각각은 (100) 결정면을 가지는 단결정 실리콘을 포함하는 센서 어레이.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 공진기들 각각은 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향으로 연장되도록 마련되는 센서 어레이.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 공진기들 각각은 상기 단결정 실리콘의 <100> 결정방향과 <110> 결정방향 사이의 결정방향으로 연장되도록 마련되는 센서 어레이.
  34. 제 28 항에 있어서,
    상기 공진기들 각각은 일단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되거나 또는 양단이 상기 지지부에 고정되도록 마련되는 센서 어레이.
  35. 제 28 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 단결정 재질을 포함하는 센서 어레이.


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